CN110855325A - 一种电力线hplc阻抗变换自适应控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
针对现有技术中由于电力线电缆地埋后，频率越高信号衰减越严重而导致的HPLC传输的距离很短的问题，本发明提供一种电力线HPLC阻抗变换自适应控制方法及装置，通过MCU检测电力线HPLC通信频率，当通讯频率在3M‑‑10MHz的高频段时，上述MCU发送控制信号到切换模块，将通讯频率由3M‑‑10MHz的高频段变换成700K‑4MHz的低频段，以提升传输距离。本发明将原有滤波器分为高频部分和低频部分，分开的好处是插入损耗小带外抑制强，提高接收机抗干扰能力；同时，增加切换模块，在通信信号为高频时候，将切投电路并联入原有的通信电路中，使通信频率由高频降低为低频，增加了传输距离。
Description
技术领域
本发明涉及电力线HPLC载波通讯领域，尤其涉及一种电力线HPLC阻抗变换自适应控制方法及装置。
背景技术
电力系统HPLC载波通讯这几年发展非常迅速，它很好的解决了电力系统用户的数据采集，为电力系统管理提供极大帮助。但也出现很多通信不畅通的问题如城市地埋电缆通讯障碍，由于在城市建设中有许多地方电力电缆无法进行高空架设或者由于考虑安全和美观等问题，电力电缆不能架设在空中，所以要采用地埋方式进行电力传输。又由于城市建筑群地形结构非常复杂，有公路穿行、有公园、有围墙等辅助建筑物存在，所以对于电力电缆地埋安全要求很高，考虑到重物碾压、电磁辐射、雨水侵蚀、漏电等诸多因数，所以电力电缆通常采用金属管和带有屏蔽作用的电力电缆。这就给电力HPLC载波通讯带来了困难，因为金属管道对大地形成较大电容，这就使得有相当大部分HPLC通讯信号短路到大地，无法进行远距离传输。金属管道和屏蔽层同样也改变原有线路传输阻抗，使得HPLC载波信号衰减加大。
对电力线载波通讯影响较大的有两个因数：
1.电力线传输特性。
电力线原本是用于电力能量传输，不是用于信息通讯传输，当使用电力线做HPLC信息传输媒介，那么它的传输特性就必须要重点考虑
公式表明线路对电力线载波对信号的影响，与频率和距离有关，从表达式可以看出信号能量随频率越高、距离越长衰减越强。
电力线通讯系统的传输函数为：
受电缆金属外层绝缘的影响，电力线上信号的衰减随频率的提高与距离的加大而增加。具有频率选择性衰耗特性、多路信号传输的传输函数，表达式中N为路径总数；i为路径标号；gi为路径i的加权系数；a0,a1为衰减系数；K(0.5<k<1为衰减指数；)；di为路径i的长度；τi为路劲i的时延。
2.电力线负载特性。
负载阻抗：随接入分支越多频率选择性衰减的频次越高，即衰减量越大。信号注入端接入阻抗为：
低压电力线接入阻抗与频率、信号输入地点、输入时刻有很大关系，造成这种现象原因有：
(1)电力线阻抗在不同频率传输时，阻抗随之改变；
(2)负载的阻抗随频率的变化而变化；
(3)负载本身与电力线间在一定频率范围会出现谐振现象；
(4)信号输入节点不同可以改变输入点的网络结构，引起等效阻抗变化；
(5)负载在电力线随机通断不同，阻抗也随机改变，即电力线本身参数、负载参数、网络结构等因素阻抗变动较大。
所以当电力线电缆地埋后将原有设计通讯参数将会有所改变，电力线电缆阻抗也随之变化，从而造成信号通讯不正常，而且频率越高信号衰减越严重，使HPLC传输的距离很短。
发明内容
针对现有技术中由于电力线电缆地埋后，频率越高信号衰减越严重而导致的HPLC传输的距离很短的问题，本发明提供一种电力线HPLC阻抗变换自适应控制方法及装置。
为了解决上述问题，本发明提供一种电力线HPLC阻抗变换自适应控制方法，其特征在于：通过MCU检测电力线HPLC通信频率，当通讯频率在3M--10MHz的高频段时，上述MCU发送控制信号到切换模块，将通讯频率由3M--10MHz的高频段变换成700K-4MHz的低频段，以提升传输距离。
一种应用如上所述电力线HPLC阻抗变换自适应控制方法的装置，其特征在于：包括MCU、电力线HPLC输入通道以及切换模块；MCU与电力线HPLC输入通道以及切换模块分别连接，用于检测电力线HPLC输入通道的通信频率以及根据该通信频率发送控制信号至用于调整电力线HPLC输入通道通信频率的切换模块工作或关闭，以实现自适应频率切换。
有益效果：与现有技术方法相比，本发明将原有滤波器分为高频部分和低频部分，分开的好处是插入损耗小带外抑制强，提高接收机抗干扰能力；同时，增加切换模块，在通信信号为高频时候，将切投电路并联入原有的通信电路中，使通信频率由高频降低为低频，增加了传输距离。
附图说明
图1为700K-10M全频段滤波通道曲线图。
图2为本发明框图。
图3为本发明原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1，在载波通讯中由于低压电力线上各种杂谐波很多，要想有很好通讯环境就必须加滤波器，如果只在输入输出使用全频段一套滤波器其收发性能大幅降低，这是因为滤波器的带宽过宽滤波的效果就差，因为带宽与增益是相反的。效果不好就会有大量杂谐波混入影响接收效果。所以接收输入端必须要有一个带宽相对窄一点，带外抑制高一点的滤波电路，才能有好的滤波效果，带宽不能过宽，满足通讯所使用的频带就可以，否则接收机的接收效果会很差，影响信号通讯距离。为了满足上述要求，本发明构思将整个工作频段分位高频段和低频段分别滤波，优点是：插入损耗小带外抑制强，提高接收机抗干扰能力，提升通讯距离和通讯效果。
如图2，一种电力线HPLC阻抗变换自适应控制方法，其特征在于：通过MCU检测电力线HPLC通信频率，当通讯频率在3M--10MHz的高频段时，上述MCU发送控制信号到切换模块，将通讯频率由3M--10MHz的高频段变换成700K-4MHz的低频段，以提升传输距离。
如图3，具体的，一种应用上述电力线HPLC阻抗变换自适应控制方法的装置，其特征在于：包括MCU、电力线HPLC输入通道以及切换模块；MCU与电力线HPLC输入通道以及切换模块分别连接，用于检测电力线HPLC输入通道的通信频率以及根据该通信频率发送控制信号至用于调整电力线HPLC输入通道通信频率的切换模块工作或关闭，以实现自适应频率切换。
需要明确的是：所述的MCU可以是单片机、PLC等。
进一步的，所述的切换模块包括开关电路和切投电路；其中，所述的开关电路包括PNP型的第一三极管Q1和NPN型的第二三极管Q2；切投电路包括串联在一起的第一电感L1和第七电容C7；其中，所述的第二三极管Q2的基极与MCU相连，该第二三极管Q2的的集电极与第一三极管Q1的基极相连；第一三极管Q1的发射极连接第七电容C7；第一三极管Q1的集电极与第一电感L1并联在3M--10MHz的高频通道内；所述的该第二三极管Q2的的集电极并联有钳位电源VPO。
进一步的，所述的电力线HPLC输入通道的TX_P输入端为依次串联的第十一电容C11、第十电阻R10、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3直至连接输出端RX_P；高频段输入通道的TX_N输入端为依次串联的第十二电容C12、第十一电阻R11、第八电阻R8、第十电容C10、第四电容C4、第五电容C5直至连接输出端RX_N；所述的第二电感L2并联在第二电容C2和第四电容C4的输出端；第三电感L3并联在第三电容C3和第五电容C5的输出端；其中，切投电路并联在第一电容C1和第十电容C10的输出端。
当MCU通过FILTER_SEL管脚给第二三极管Q2基极一个高电平信号驱使第一三极管Q1导通给原有的电力线HPLC输入通道加入第一电感L1和第七电容C7,使整个电力线HPLC输入通道的阻抗和频率发生改变，通讯频率由原来高频段3M--10MHz变换成低频段700K-4MHz，实现频率切换。当电力线HPLC输入通道的输入输出频率改变时，电力线传输特性和负载阻抗以及变压器输出阻抗都相应改变，与高频传输相比，低频传输距离更远，即频率越低传输距离越远。
以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化均仍属于本发明技术方法的保护范围内。
Claims (4)
1.一种电力线HPLC阻抗变换自适应控制方法，其特征在于：通过MCU检测电力线HPLC通信频率，当通讯频率在3M--10MHz的高频段时，上述MCU发送控制信号到切换模块，将通讯频率由3M--10MHz的高频段变换成700K-4MHz的低频段，以提升传输距离。
2.一种应用如权利要求1所述电力线HPLC阻抗变换自适应控制方法的装置，其特征在于：包括MCU、电力线HPLC输入通道以及切换模块；
MCU与电力线HPLC输入通道以及切换模块分别连接，用于检测电力线HPLC输入通道的通信频率以及根据该通信频率发送控制信号至用于调整电力线HPLC输入通道通信频率的切换模块工作或关闭，以实现自适应频率切换。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的切换模块包括开关电路和切投电路；
其中，所述的开关电路包括第一三极管(Q1)和第二三极管(Q2)；切投电路包括串联在一起的第一电感(L1)和第七电容(C7)；
其中，所述的第二三极管(Q2)的基极与MCU相连，该第二三极管(Q2)的的集电极与第一三极管(Q1)的基极相连；第一三极管(Q1)的发射极连接第七电容(C7)；第一三极管(Q1)的集电极与第一电感(L1)并联在3M--10MHz的高频通道内；所述的该第二三极管(Q2)的的集电极并联有钳位电源；
其中，第一三极管(Q1)为PNP型三极管；第二三极管(Q2)为NPN型三极管。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于：所述的电力线HPLC输入通道的一路输入端为依次串联的第十一电容(C11)、第十电阻(R10)、第一电阻(R1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)；高频段输入通道的另一路为依次串联的第十二电容(C12)、第十一电阻(R11)、第八电阻(R8)、第十电容(C10)、第四电容(C4)、第五电容(C5)；所述的第二电感(L2)并联在第二电容(C2)和第四电容(C4)的输出端；第三电感(L3)并联在第三电容(C3)和第五电容(C5)的输出端；
其中，切投电路并联在第一电容(C1)和第十电容(C10)的输出端。
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