CN1120582C - 一种一体化配电电力线载波设备 - Google Patents
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Abstract
一种一体化配电电力线载波设备，由多用途通信控制器SDC100载波单元及电容或电路耦合器构成，SDC100(由)、DSP分别连接收器，D/A和AMP，主CPU分别连通信协处理器、各通信口和维护口，接收器和AMP连耦合器组成。SDC100通过电容或电感耦合器与配电网联接，通过RS232、RS485等接口与终端设备连接。它具有发信功率小(0.5W)、接收电平低(-80dBm)、自动切换载频等抗干扰和支持OSI七层协议功能，能够较理想的利用配电网建成现代数传网。
Description
本发明涉及一种数字信息的传输，尤其涉及一种基于配电网的电力线数字载波通信系统设备，用在中低压电网上实现数据网络通信。
在现代科技和社会生产生活中，一时一刻也离不开电，因此，高压输电网和中低压配电网遍布各地。利用电力线做传输媒体的载波通信技术，早在二十世纪三十年代就开始试用，高压线路载波(PLC)技术至今仍在应用，PLC需加专门带阻滤波器，以适于长距离点到点干线通信。近十几年来，配电线路载波(DLC)受到人们重视，有了可喜的发展。第一代、第二代基于锁相环的窄带DLC和基于电力扩频的宽带DLC技术发展缓慢，组网不灵活，应用范围受到限制。
本发明目的在于提供第三代基于数字解码技术(DSP)窄带多频最佳耦合一体化配电电力线载波设备，利用中低压(10KV、6.6KV、380V、220V、)配电网节点多、分布广优点建成数字通信局域网或城域网，并为输电系统自身自动化测控管理提供服务，达到一线两用，降低通信网建设成本。同时用小的发射功率、低的接收电平、自动切换抗干扰载频等技术，使通信网可靠、廉价、易于管理。
本发明是这样实现的：它是由多用途通信控制器SDC100载波单元构成的，SCD100包括：接收器Rx、放大器AMP、模/数转换器A/D、数字信号处理芯片DSP、通信协处理器、主CPU组成。其中接收器Rx、放大器AMP及电力线分别和耦合器连接，数字信号处理芯片DSP分别连接接收器Rx、模/数转换器A/D、通信协处理器；模/数转换器A/D与放大器AMP相连，主CPU分别连接通信协处理器、维护口RS232、主通信口RS232/485、备用通信口RS232/485。SDC100通过耦合器连到电力线上，耦合器分电容耦合器和电感耦合器，电容耦合器通过高压耦合电容器和结合滤波器连到架空线或电缆上，相地耦合用结合滤波器CC100，相相耦合用结合滤波器CC200。电感耦合连接到电缆上，也分为两种，特性阻抗低的用电感耦合器LC100，高的用LC200，并可用高频电缆使电感耦合器与后续设备拉开一定距离。
本装置采用双频窄带调制，工作在两个频段上，高段115～140KHZ，低段70～95KHZ，各频段包含两个中心频率，高段为120KHZ和132KHZ，低段为72KHZ和86KHZ，两个中心频率可自动切换。在小发送功率(一般为0.5W，也可以用1W以上)，低接收电平(-80dBm)和强抗干扰(载频自动切换)情况下，可以可靠地进行网络通信。SDC100还可以直接支持网络的七层协议，从而可以方便地去其它系统互联联网。
本发明与现有技术比较具有以下优点：
1、安全可靠地利用遍布各地的配电电力线网做为数字通信网的线路，可以减少建数传网费用一半以上。
2、基于数字解码技术(DSP)窄带多频最佳耦合一体化配电电力线载波设备在小发送功率低电平接收、线路衰耗60dBm情况下仍正常工作。
3、主CPU硬件可靠性及抗干扰通过IEC的四级快速瞬变干扰试验，适合长期户外运行。
4、设备体积小、重量轻、可靠性高、设备安装使用方便，快捷、便于扩展。
5、电感、电容耦合器频带宽、成本低，可以模块化生产。
6、具有强大的接收能力：-80dBm电平，-60dB10KV通道衰耗。
7、具有极小的发射功率：0.5W。
8、支接7级网络协议。
9、网络化总线式载波。
10、通信速率高9.6KBPS。
11、耦合技术全面，电感、电容混合耦合。
12、耦合装置方便安装：体积小、重量轻、易于安装、无阻波器。
13、有网络管理功能。
下面结合附图及实例对本发明进一步详细说明：
图1为发明的多用途通信控制器SDC100载波单元原理方框图。
图2为本发明电容耦合方式原理图，其中(a)为相地耦合，(b)为相相耦合。
图3为本发明中压电缆的电感耦合器安装示意图。
图4为本发明对无SDC100节点处电缆电感耦合器安装示意图。
图5为本发明在一个实际中压电力网上的一体化载波设备安装配置示意图。
本发明的工作原理是：
参见附图1，由电力线上传来的数字信号，经过耦合器被接收器RX接收并送到DSP解码器解码，通信协处理器处理送来的解码信号，实现对OSI网络七层协议的处理，并将应用报文送主CPU，主CPU将报文暂存在缓存器内，然后根据报文性质进行解释、直传或转发，通过维护口RS232接口及主通信接口RS232/485或备用通信接口RS232/485送往外设终端设备。主CPU也可将三个端口送来的报文暂存在发送缓存器内，通信协处理器收到发送缓存器报文按接OSI七层协议对其进行处理，经A/D变换器、放大器AMP对报文进行双频窄带调制，调制到射频的信号经耦合器送到电力线上去，从而实现双向通信。
图2为SDC100设备与电力线电容耦合原理方框图，其中(a)为相地耦合，电容耦合器由结合滤波器、高压耦合电容器1、避雷器2组成，避雷器与结合滤波器3并联再串接高压耦合电容器1接在电力线4和地之间。(b)为相相耦合，电容耦合器由结合滤波器3、两个高压耦合电容器1及避雷器2组成，避雷器2与结合滤波器3并联后，两端各串接一个高压耦合电容器1再接在两相电力线4之间。
图3为本发明中压电缆的电感耦合器安装示意图，利用电缆线路屏蔽外皮进行高频信号传输，安全可靠。电感耦合安装方便、成本低。
图4为本发明对无SDC100节点处电缆电感耦合安装示意图，电感耦合器LC100串接在电缆与地之间并接上6欧姆电阻以确保电缆有多点接地时载波信号不被泄漏到大地里去。
图5为本发明的在一个实际中压电力网上的一体化载波设备安装配置示意图，电感耦合适用于电缆，而电容耦合既适用于架空线又适用于电缆，但用于架空线更好。图中FTU为配电网终端监测设备。
Claims (4)
1、一种一体化配电电力线载波设备，由多用途通信控制器(SDC100)载波单元及电容、电感耦合器构成；此单元包括接收器(Rx)、放大器(AMP)、模/数转换器(C/A)、数字信号处理芯片(DSP)、通信协处理器、主CPU组成，其特征在于：接收器(Rx)、放大器(AMP)及电力线分别连耦合器，数字信号处理芯片(DSP)分别连接接收器(Rx)、模/数转换器(A/D)、通信协处理器，模/数转换器(A/D)与放大器(AMP)相连，主CPU分别连通信协处理器、维护口(RS232)、主通信接口(RS232/485)、备用通信接口(RS232/485)，所述设备采用双频调制，工作在两个频段上，高段115～140KHZ，低段70～95KHZ，各频段包括两个中心频率，高段为120KHZ和132KHZ，低段为72KHZ和86KHZ，两个中心频率可自动切换；所述设备支持网络OSI七层协议。
2、根据权利要求1所述的载波设备，其特征在于：所述设备与架空线或电缆耦合可采用电容耦合方式，相地耦合用结合滤波器CC100，相相耦合用CC200。
3、根据权利要求1所述的载波设备，其特征在于：所述设备与电缆耦合可优先采用电感耦合方式，低阻可用电感耦合器LC100，高阻可用电感耦合器LC200，且设备可用特性阻抗为75Ω的高频电缆引到方便的地方连接。
4、根据权利要求1所述的载波设备，其特征在于：所述设备，接收能力为-80dBm电平，-60dB10KV通道衰耗，最小发射功率为0.5W，网络化总线式载波，通信速度达9.6KBPS。
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