CN111294088B - 超宽带电力载波通信方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超宽带电力载波通信方法及其系统，利用高压电力线沿线周围存在的“桶状”电离场进行载波通信，S1、制作桶状金属耦合器，桶状金属耦合器为一端开放而另一端设置有桶盖的金属桶，桶盖开设有中心孔；金属桶内壁和桶盖内表面涂覆有绝缘材料，所述绝缘材料厚度满足绝缘要求；S2、在同一条高压电力线路的各个端部分别安装桶状金属耦合器，实现外部信号电场与高压电力线的所述“桶状”电离场之间感应耦合；S3、各个端部的桶状金属耦合器外壁分别通过信号线接线端子和高压通信电缆与超高频高速电力载波通信收发信机连接，即可进行多地点超宽带通信。本发明优点在于信号耦合安全稳定、通信通道带宽、内阻抗稳定的特点。

Description

超宽带电力载波通信方法及其系统
技术领域
本发明涉及电力载波通信领域，尤其是涉及超宽带电力载波通信方法及其系统。
背景技术
电力线载波 (英文Power Line Carrier，简称PLC) 通信是利用高压电力线(在电力载波领域通常指35kV及以上电压等级)、中压电力线(指10kV电压等级)或低压配电线(380V/220V用户线)作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。利用现有电力线，不需要重新架设网络，只要有电力线路就能进行数据传递，具有灵活、经济等技术优势，在覆盖分布范围广、节点数量大的配用电通信网络中获得了广泛应用。
但传统电力载波通信并不能完全满足目前电力通信高可靠、实时通信的要求，其应用过程中存在以下问题：
1、配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器供电区域内传送，即电力线载波通讯信号无法在各电压等级间相互通信；
2、我国统一规定电力线载波通信使用频率范围为40-500KHz，带宽窄，数据传输速率低；
3、由于配电网的拓扑结构复杂、连接负载众多且经常发生变化，使得电力线信道会受多种性质不同的噪声信号叠加影响，导致信道噪声具有连续性、周期性、随机性以及多变性等特点。同时，由于电力线的趋肤效应损耗、电介质损耗，以及线路分支、阻抗不连续等原因，载波信号在传输的过程中出现较大衰减，在一定程度上对PLC的可靠性造成影响；
4、电力线载波通信时，发送端将信号进行调制后通过PLC耦合器耦合进入电力线路，然后接收端在通过PLC耦合器接收电力线上耦合的信号，在通过解调后得到最终的传输数据。PLC耦合器是将通信设备与电力线路连接的重要部分，但其设备复杂，其中的阻波器、结合滤波器、耦合电容器等易遭雷击放电击穿损坏；且一般的扩频载波、OFDM等宽带信号与这些器件阻抗特性匹配较差，影响长途远距离通信。即使采用信号预失真方法匹配线路与宽带滤波共同带宽失真，也会因气候变化时出现的持续放电等干扰而无法稳定通信，严重影响了系统测控的应用。
因此，由于电力线载波通信自身固有的信号干扰、衰减和通信通道不稳定问题，导致实时和可靠性差，无法满足电力通信的需求，更谈不上在泛在电力物联网的高可靠应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种超宽带电力载波通信方法，本发明另一目的在于提供该超宽带电力载波通信系统。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述的超宽带电力载波通信方法，利用高压电力线沿线周围存在的“桶状”电离场进行载波通信，步骤如下：
S1、制作桶状金属耦合器，所述桶状金属耦合器为一端开放而另一端设置有桶盖的金属桶，所述桶盖开设有中心孔；所述金属桶内壁和桶盖内表面涂覆有绝缘材料，所述绝缘材料厚度满足绝缘要求；
S2、在同一条高压电力线路的各个端部分别安装桶状金属耦合器，实现外部信号电场与高压电力线的所述“桶状”电离场之间感应耦合；安装时，桶状金属耦合器套装在高压电力线上并通过绝缘支撑固定；桶状金属耦合器的桶盖与各个所述端部处安装的均压环之间的间距A、桶盖中心孔直径D以及桶状金属耦合器的长度L和半径B，按照表1确定；
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE001
S3、各个端部的桶状金属耦合器外壁分别通过信号线接线端子和高压通信电缆与超高频高速电力载波通信收发信机连接，在所述高压通信电缆上安装有放电器和浪涌保护器，即可通过所述超高频高速电力载波通信收发信机进行多地点超宽带通信。
本发明所述的超宽带电力载波通信系统，包括同一条高压电力线路的各个端部，套装在各个所述端部高压电力线路上的桶状金属耦合器；所述桶状金属耦合器为一端开放而另一端设置有桶盖的金属桶，所述桶盖开设有中心孔；所述金属桶内壁和桶盖内表面涂覆有绝缘材料，所述绝缘材料厚度满足绝缘要求；桶状金属耦合器通过绝缘支撑套装在高压电力线上，桶状金属耦合器的桶盖与各个端部处安装的均压环之间的间距A、桶盖中心孔直径D以及桶状金属耦合器的长度L和半径B，按照表1确定；各个端部的桶状金属耦合器外壁分别通过信号线接线端子和高压通信电缆与超高频高速电力载波通信收发信机连接，在所述高压通信电缆上安装有放电器和浪涌保护器，即可通过所述超高频高速电力载波通信收发信机进行多地点超宽带通信。
表1
Figure 734966DEST_PATH_IMAGE002
本发明优点在于利用高压电力线沿线周围存在的“桶状”电离场，通过“桶状”电离场的波导特性，将高频信号通过桶状金属耦合器感应耦合进入“桶状”电离场的虚拟波导内进行载波通信，传输超高频信号损耗小、传输距离远。电离场类似泄漏电缆一样，空间辐射有限，在高频小信号传输时，不存在远距离干扰现有通信系统。由于通信设备与电力线之间采用“虚拟场筒”（桶状金属耦合器与“桶状”电离场）的感应耦合方式，信号耦合非接触且安全稳定，信号耦合与传统的LC型结合滤波器方法不同，具备天然绝缘隔离的特点，杜绝了现有电力线载波耦合器带来的诸多问题。
经应用测试，本发明超宽带电力载波通信方法具备高带宽（100-1000兆HZ）、信号耦合安全稳定、通信通道带宽、内阻抗稳定的特点，能够实现短时间内高速数据通信，满足电力系统的通信需求。
附图说明
图1是本发明所述存在于高压电力线沿线周围“桶状”电离场的示意图。
图2是本发明所述安装在高压电力线路各个端部桶状金属耦合器的示意图。
图3是本发明所述超宽带电力载波通信系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1、2所示，本发明所述的的超宽带电力载波通信方法，利用高压电力线1沿线周围存在的“桶状”电离场2进行载波通信，步骤如下：
S1、制作桶状金属耦合器3，桶状金属耦合器3为一端开放而另一端设置有桶盖4的金属桶，桶盖4开设有中心孔5；金属桶内壁和桶盖4内表面涂覆有绝缘材料，绝缘材料厚度满足绝缘要求；
S2、在同一条高压电力线路的各个端部6分别安装桶状金属耦合器3，实现外部信号电场与高压电力线的所述“桶状”电离场之间感应耦合；安装时，桶状金属耦合器3套装在高压电力线1上并通过绝缘支撑7固定；桶状金属耦合器3的桶盖4与各个端部6处安装的均压环8之间的间距A、桶盖中心孔5直径D以及桶状金属耦合器3的长度L和半径B，按照表1确定；
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE003
S3、各个端部6的桶状金属耦合器3外壁分别通过信号线接线端子和高压通信电缆9与超高频高速电力载波通信收发信机10连接，在高压通信电缆9上安装有放电器11和浪涌保护器12，即可通过超高频高速电力载波通信收发信机10进行多地点超宽带通信。
如图3所示，本发明所述的超宽带电力载波通信系统，包括同一条高压电力线路的各个端部6，套装在各个端部6高压电力线1上的桶状金属耦合器3；桶状金属耦合器3为一端开放而另一端设置有桶盖4的金属桶，桶盖4开设有中心孔5；金属桶内壁和桶盖4内表面涂覆有绝缘材料，绝缘材料厚度满足绝缘要求；桶状金属耦合器3通过绝缘支撑7套装在高压电力线1上，桶状金属耦合器3的桶盖4与各个端部6处安装的均压环8之间的间距A、桶盖中心孔5直径D以及桶状金属耦合器3的长度L和半径B，按照表1确定。
各个端部6的桶状金属耦合器3外壁分别通过信号线接线端子和高压通信电缆9与超高频高速电力载波通信收发信机10连接，在高压通信电缆9上安装有放电器11和浪涌保护器12，通过超高频高速电力载波通信收发信机10即可进行多地点超宽带通信。
表1
Figure 511161DEST_PATH_IMAGE004
。

Claims (2)

1.一种超宽带电力载波通信方法，其特征在于：利用高压电力线沿线周围存在的“桶状”电离场进行载波通信，步骤如下：
S1、制作桶状金属耦合器，所述桶状金属耦合器为一端开放而另一端设置有桶盖的金属桶，所述桶盖开设有中心孔；所述金属桶内壁和桶盖内表面涂覆有绝缘材料，所述绝缘材料厚度满足绝缘要求；
S2、在同一条高压电力线路的各个端部分别安装桶状金属耦合器，实现外部信号电场与高压电力线的所述“桶状”电离场之间感应耦合；安装时，桶状金属耦合器套装在高压电力线上并通过绝缘支撑固定；桶状金属耦合器的桶盖与各个所述端部处安装的均压环之间的间距A、桶盖中心孔直径D以及桶状金属耦合器的长度L和半径B，按照以下数据确定：
当电力线路电压等级为10KV时，桶状金属耦合器长度L为6-8m,间距A为0.7-1.0m，桶状金属耦合器的半径B为0.7-1.0m，桶盖中心孔直径D为0.3m；
当电力线路电压等级为35KV时，桶状金属耦合器长度L为8-12m,间距A为1.0-1.5m，桶状金属耦合器的半径B为1.0-1.5m，桶盖中心孔直径D为0.5m；
当电力线路电压等级为110KV时，桶状金属耦合器长度L为12-20m,间距A为1.5-2.5m，桶状金属耦合器的半径B为1.5-2.5m，桶盖中心孔直径D为0.7m；
当电力线路电压等级为220KV时，桶状金属耦合器长度L为20-40m,间距A为3.0-5.0m，桶状金属耦合器的半径B为3.0-5.0m，桶盖中心孔直径D为1.0m；
S3、各个端部的桶状金属耦合器外壁分别通过信号线接线端子和高压通信电缆与超高频高速电力载波通信收发信机连接，在所述高压通信电缆上安装有放电器和浪涌保护器，即可通过所述超高频高速电力载波通信收发信机进行多地点超宽带通信。
2.一种超宽带电力载波通信系统，其特征在于：包括同一条高压电力线路的各个端部，套装在各个所述端部高压电力线路上的桶状金属耦合器；所述桶状金属耦合器为一端开放而另一端设置有桶盖的金属桶，所述桶盖开设有中心孔；所述金属桶内壁和桶盖内表面涂覆有绝缘材料，所述绝缘材料厚度满足绝缘要求；桶状金属耦合器通过绝缘支撑套装在高压电力线上，桶状金属耦合器的桶盖与各个端部处安装的均压环之间的间距A、桶盖中心孔直径D以及桶状金属耦合器的长度L和半径B，按照以下数据确定：
当电力线路电压等级为10KV时，桶状金属耦合器长度L为6-8m,间距A为0.7-1.0m，桶状金属耦合器的半径B为0.7-1.0m，桶盖中心孔直径D为0.3m；
当电力线路电压等级为35KV时，桶状金属耦合器长度L为8-12m,间距A为1.0-1.5m，桶状金属耦合器的半径B为1.0-1.5m，桶盖中心孔直径D为0.5m；
当电力线路电压等级为110KV时，桶状金属耦合器长度L为12-20m,间距A为1.5-2.5m，桶状金属耦合器的半径B为1.5-2.5m，桶盖中心孔直径D为0.7m；
当电力线路电压等级为220KV时，桶状金属耦合器长度L为20-40m,间距A为3.0-5.0m，桶状金属耦合器的半径B为3.0-5.0m，桶盖中心孔直径D为1.0m；
各个端部的桶状金属耦合器外壁分别通过信号线接线端子和高压通信电缆与超高频高速电力载波通信收发信机连接，在所述高压通信电缆上安装有放电器和浪涌保护器，即可通过所述超高频高速电力载波通信收发信机进行多地点超宽带通信。
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