CN105322982A - 一种用于高速电力线载波系统的差动耦合通信方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于高速电力线载波系统的差动耦合通信方法，利用H-PLC差动耦合通信方式使两个中压耦合器将H-PLC终端的-+极差动信号通过差动耦合连接器进行信号线缆连接和阻抗匹配之后直接耦合到不同相的电力线上，差动耦合通信方式在两根不同相的电力线上都传输信号，这两个载波信号的振幅相等，相位相反。本发明在H-PLC中压载波通信过程中具有能够有效地提升信号质量，使得在3公里范围内的10kV线路上仍有足够强度的载波信号的显著优点；并具有抗强电磁电场干扰源能力和增强载波信号的抗干扰能力，提升H-PLC网络的通信质量。同时具有更高的信噪比，能提供更好的通信性能，因而减少了10kV线路中H-PLC纯中继的安装数量，降低了高速电力线载波通信网络的建设成本。

Description

一种用于高速电力线载波系统的差动耦合通信方法
技术领域
本发明属于高速电力线载波通信的范畴，专用于H-PLC设备在长距离通信下的差动耦合方式通信技术，同时也适用于在1-40MHz电力线载波通信链路的远距离传输技术领域。
背景技术
H-PLC高速电力线载波通信，是一种通过10-35kV中压电力线路进行高速数据通信的技术，它利用现有电网作为信号的传递介质，使电网在传输电力的同时可以进行数据通讯。H-PLC系统包含头端、中继、末端三部分，10kV的骨干光纤网路转成网线输入到头端输入接口，头端输出接口与中压耦合器之间使用同轴线缆连接注入信号，用中压耦合器在35kV变电站的10kV输出端电缆进行耦合信号注入，10kV电缆传输至各节点处，使用中继器和中压耦合器(同上方法)进行向下放大信号传输或者向分支输出电缆注入信号，同时为本地提供网路接口，配电网终端变电器或者台站使用电力载波通信产品终端设备提取网路信号，构成一个从35kV变电站到380V终端变压器的通信信道。该技术拥有高达200Mbps的带宽，支持各种IP协议的透明传输，能够作为电力通信的主干网络，进行各种实时监控数据、各种调度指令、甚至视频数据的高速传输。电力线载波技术即插即用，大大提高了生产、工作和生活效率，在很大程度上节约了布线施工成本，而且其稳定、可靠、丰富的资源系统也易于获取。上述种种特点及优势使其相比较其它通讯方式更胜一筹。
H-PLC中压载波通信过程中，当遇到通信距离过长(1.5公里以上)，或是线路附近有高压电缆近距离横跨、大功率无线基站、雷达站等存在强电磁干扰情况下时宜采用本发明的差动耦合方式进行通信。
差动耦合方式数据传输与传统耦合方式的不同之处在于，单端耦合方式采用的是10kV输电线路的相---地耦合，即耦合器的正极接10kV相线，负极接大地，将大地作为信号电压基准点，传统耦合方式只需要一个耦合器完成载波信号的传输，在短距离通信(1公里左右)或线路干扰小时可获得较好的通信效果，有效节约了H-PLC网络建构的成本，但是如果通信距离较长(1.5公里以上)或是线路存在较强干扰的情况下就应该采用本方法的差动耦合方式进行载波通信。差动耦合方式是使用两个耦合器将H-PLC终端的-+极差动信号直接耦合到不同的10kV相线上，并在两根10kV相线上都传输信号，这两个载波信号的振幅相等，相位相反。由于差动耦合的载波信号并不参照它们自身以外的任何信号，并且可以更加严格地控制信号交叉点的时序，所以同常规的单端耦合信号相比通常可以工作在更高的速度。由于差动耦合方式的工作取决于两个10kV相线上信号之间的差值，同周围的噪声相比，得到的信号就是任何一个单端信号的两倍大小。所以，在其它所有情况都一样的条件下，差动耦合方式总是具有更高的信噪比因而提供更高的通信性能。差动耦合的第一个好处是，能够很容易地识别微弱的信号。在一个大地做基准，单端耦合方案的系统里，载波信号的精确值依赖系统内'地'的一致性。信号源和信号接收器距离越远，它们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大，从差动耦合恢复的信号值在很大程度上与'地'的精确值无关，而在某一范围内。差动耦合方式的第二个主要好处是，它对外部电磁干扰(EMI)是高度免疫的，一个干扰源几乎相同程度地影响差分信号对的每一端。既然电压差异决定信号值，这样将忽视在两个导体上出现的任何同样干扰，除了对干扰不大灵敏外，差分信号比单端信号生成的EMI还要少，差动耦合使H-PLC处理和传播双极信号有一个高逼真度，而无须依赖接地电阻的稳定性。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种用于高速电力载波系统的差动耦合通信方法。
本发明的目的是这样是实现的：
一种用于高速电力线载波系统的差动耦合通信方法，本发明特征是，利用H-PLC差动耦合通信方式使两个中压耦合器将H-PLC终端的-+极差动信号通过差动耦合连接器进行信号线缆连接和阻抗匹配之后直接耦合到不同相的电力线上，差动耦合通信方式在两根不同相的电力线上都传输信号，这两个载波信号的振幅相等，相位相反。
本发明的目的在于利用H-PLC差动耦合通信方式使两个中压耦合器将H-PLC终端的-+极差动信号直接耦合到不同的10kV相线上，由于差动耦合的载波信号并不参照它们自身以外的任何信号，所以和常规的单相耦合相比可以获得更高的通信速率和传输距离，从而有效延长了通信距离和抗干扰能力，对减少H-PLC网络的纯中继数量有极大帮助，有效减少了H-PLC网络的构建成本。
本发明使用两个耦合器将H-PLC终端的-+极差动信号直接耦合到不同相的电力线上例如10kV相线上，并在两根10kV相线上都传输信号，这两个载波信号的振幅相等，相位相反。由于差动耦合方式的工作取决于两个10kV相线上信号之间的差值，同周围的噪声相比，得到的信号就是任何一个单端信号的两倍大小。所以，在其它所有情况都一样的条件下，差动耦合方式具有更高的信噪比因而提供更高的通信性能。
本发明的有益效果是，在高速电力线载波(H-PLC)通信系统中加入本发明的载波信号差动耦合通信方法，可以在10kV线路下延长H-PLC终端的通信距离并提升抗干扰能力，对H-PLC网络远距离通信过程中数据传输的稳定性和抗干扰能力起到重要作用。
本发明的差动耦合通信方法比传统方法具有更高的信噪比，能提供更好的通信性能，因而减少了10kV线路中H-PLC纯中继的安装数量，降低了高速电力线载波通信网络的建设成本。
下面结合附图及实例进一步阐述本发明内容。
附图说明
图1为传统单相耦合通信方法的连接方式示意图；
图2为本发明差动耦合通信方法的连接方式示意图；
图3为本发明差动耦合通信方法的原理及其应用示意图；
图4为采用单相线耦合的H-PLC终端通信速率和SNR图形；
图5为采用双相线差动耦合的H-PLC终端通信速率和SNR图形。
具体实施方式
见图1，图2，一种用于高速电力线载波系统的差动耦合通信方法，本发明特征是，利用H-PLC差动耦合通信方式使两个中压耦合器将H-PLC终端的-+极差动信号通过差动耦合连接器进行信号线缆连接和阻抗匹配之后直接耦合到不同相的电力线上，差动耦合通信方式在两根不同相的电力线上都传输信号，这两个载波信号的振幅相等，相位相反。
本发明根据差分信号的传输原理，将两个10kV相线作为-+信号的传输线进行载波信号的传输，用于增强H-PLC网络的抗干扰能力，并增加载波信号的传输距离，提供更高的通信性能。
其实现方法为：
1)分别在两个10kV相线上分别各安装一个耦合器，组成差动式双耦合。
2)从H-PLC终端送出的差分信号通过一根RG-59同轴电缆将载波信号传递到差动耦合连接器上，
3)经过差动耦合连接器进行阻抗匹配以后分别从两根RG-59同轴电缆送出，在耦合器端将-+的载波信号分别耦合至不同的10kV相线上。
见图3，该图示出了差动耦合通信方式的原理及其应用示意。图中示意了如何应用本发明。具体来说，利用差分信号传输原理在10kV线路的A相和C相分别传输H-PLC信号的+和-，使得10kV线路的A相和C相都有幅度完全相等但是相位却完全相反的载波信号，这两个信号就是差动耦合信号。由于不以大地作为基准电压的参考，因此差动耦合将不受到10kV接地电阻的影响，并且10kV线路中的各相线几乎是等长的，所以该方法除了具有更严格的时序控制以外，在发送器和接收器距离相隔较远的情况下也能获得精确的信号。
可见，采用这种通过差动耦合连接器与中压耦合器结合的方式不会改变H-PLC网络中带通滤波器和信号分配器的安装方式，并且可以根据现场情况的不同将带通滤波器和信号分配器安装在连接器的前端或后段，具有极强的适应性和灵活性。
①10kVA相引流线；②10kVC相引流线；③A相高压隔离电容；④C相高压隔离电容；⑤A相信号耦合器；⑥C相信号耦合器；⑦两个耦合器的安全接地端共同使用一个保护接地电极；⑧A相耦合器信号线，使用RG-59四屏蔽同轴电缆；⑨A相耦合器信号线，使用RG-59四屏蔽同轴电缆；⑩差动耦合连接器，为H-PLC终端提供耦合器的信号线连接以及阻抗匹配功能；连接至H-PLC终端的信号线，使用RG-59四屏蔽同轴电缆；H-PLC终端，可以是HE(头端)、REP(中继)、CPE(末端)的任意一种。
将单相耦合方式与差动耦合方式在1.8公里长度的10kV架空线路上接入进行比较。
见图4，图5，由该两幅对比图中可以看出采用差动耦合以后H-PLC网络的通信速率从之前的Tx18Mbit/s、Rx4Mbit/s增加到Tx38Mbit/s、Rx29Mbit/s，速度有非常大的提升，另外SNR图形也可以看出在4-34MHz整个频段上信噪比提升的空间也非常大，特别是低频段的提升有效的延长了载波信号的传输距离。

Claims (1)

1.一种用于高速电力线载波系统的差动耦合通信方法，其特征是，利用H-PLC差动耦合通信方式使两个中压耦合器将H-PLC终端的-+极差动信号通过差动耦合连接器进行信号线缆连接和阻抗匹配之后直接耦合到不同相的电力线上，差动耦合通信方式在两根不同相的电力线上都传输信号，这两个载波信号的振幅相等，相位相反。
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