CN112910507A - 一种电力线载波通信设备及通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力线载波通信设备，包括：载波接收模块、载波发射模块、耦合变压器和控制芯片；载波接收模块的输入端通过耦合变压器与电力线连接，其输出端与控制芯片连接；载波发射模块的输入端与控制芯片连接，其输出端通过耦合变压器与电力线连接；控制芯片基于G3‑PLC标准通过载波接收模块和载波发射模块与电力线实现数据交互。还公开了一种电力线载波通信系统。通过采用G3‑PLC标准的电力载波通信方式，实现了电力系统与终端之间进行正常的通信，确保了多终端在进行充电时可以与电力系统进行交互式通信，并且具有很强的抗干扰能力，还可以具备抗电力线噪声能力，能够实现跨变压器的交互式数据通信。
Description
技术领域
本发明电力载波通信技术领域，特别涉及一种电力线载波通信设备及通信系统。
背景技术
智能电网是电力系统发展变革的新方向，智能电网具有坚强的网络构架，同时具备各类电源接入、输出的适应能力，大范围资源优化配置能力和用户多用户化能力，以适应安全、可靠、优质高效、清洁的电力供应，随着智能电网的快速发展，随着电动汽车的不断发展和数目的不断壮大，电动汽车的车载电池作为智能电网的移动存储单元形成一个移动电能消费类市场。电力提供方和电动汽车所有者之间的关系也日益清晰。许多电力公司已经或正在计划为电动汽车用户提供特殊的费率标准，包括固定月费率，同时充电站会对平行排列的多台电动车充电，一旦发生通信误码，将会造成计费错误。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种电力线载波通信设备及通信系统，通过采用G3-PLC标准的电力载波通信方式，实现了电力系统与终端之间进行正常的通信，确保了多终端在进行充电时可以与电力系统进行交互式通信，并且具有很强的抗干扰能力，还可以具备抗电力线噪声能力，能够实现跨变压器的交互式数据通信。
为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种电力线载波通信设备，包括：载波接收模块、载波发射模块、耦合变压器和控制芯片；
所述载波接收模块的输入端通过所述耦合变压器与所述电力线连接，其输出端与所述控制芯片连接；
所述载波发射模块的输入端与所述控制芯片连接，其输出端通过所述耦合变压器与所述电力线连接；
所述控制芯片基于G3-PLC标准通过所述载波接收模块和所述载波发射模块与所述电力线实现数据交互。
进一步地，所述载波接收模块包括：第一滤波单元；
所述第一滤波单元用于对所述耦合变压器输出的输入数据进行滤波，并传输至所述控制芯片。
进一步地，所述载波发射模块包括：串联连接的第二滤波单元和信号放大器；
所述第二滤波单元的输入端与所述控制芯片连接；
所述信号放大器的输出端与所述耦合变压器连接。
进一步地，所述第二滤波单元包括五阶低通有源巴托沃斯滤波器和三阶高通有源巴托沃斯滤波器的有源带通滤波电路。
进一步地，所述信号放大器为电流反馈型放大器。
进一步地，所述信号放大器为LT1210芯片。
进一步地，所述电力线载波通信设备还包括：补偿单元；
所述补偿单元与所述信号放大器连接，用于消除输出信号尖峰。
进一步地，所述控制芯片为ZC7530A芯片。
进一步地，所述G3-PLC标准的MAC层包括：MAC子层和6LoWPAN适配子层；
所述MAC子层包括通信功能和管理功能，所述通信功能用于实现相邻节点之间的数据通信，所述管理功能用于管理MAC子层；
所述6LoWPAN适配子层用于进行IPv6寻址。
相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种电力线载波通信系统，包括：数据服务器和多个上述任一电力线载波通信设备；
所述数据服务器与所述多个电力线载波通信设备基于G3-PLC标准通过电力线进行数据交互。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过采用G3-PLC标准的电力载波通信方式，实现了电力系统与终端之间进行正常的通信，确保了多终端在进行充电时可以与电力系统进行交互式通信，并且具有很强的抗干扰能力，还可以具备抗电力线噪声能力，能够实现跨变压器的交互式数据通信。
附图说明
图1是本发明实施例提供的电力线载波通信设备的原理示意图；
图2是本发明实施例提供的G3-PLC协议MAC层的示意图；
图3是本发明实施例中的6LoWPAN适配子层的路由协议对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
图1是本发明实施例提供的电力线载波通信设备的原理示意图。
请参照图1，本发明实施例的第一方面提供了一种电力线载波通信设备，包括：载波接收模块、载波发射模块、耦合变压器和控制芯片。其中，载波接收模块的输入端通过耦合变压器与电力线连接，其输出端与控制芯片连接；载波发射模块的输入端与控制芯片连接，其输出端通过耦合变压器与电力线连接；控制芯片基于G3-PLC标准通过载波接收模块和载波发射模块与电力线实现数据交互。
上述技术方案通过采用G3-PLC标准的电力载波通信方式，实现了电力系统与终端之间进行正常的通信，可工作在加电线路和非加电线路(如交流电网)，确保了多终端在进行充电时可以与电力系统进行交互式通信，并且具有很强的抗干扰能力，还可以具备抗电力线噪声能力，能够实现跨变压器的交互式数据通信。
本发明实施例以上述电力线载波通信设备用于电动汽车为例，对其进行进一步说明。
通过在低压(220V)电力线路载波传输通道上构建组网系统来实现与充电站上进行充电的电动汽车交互式通信，可以确保大量电动汽车在充电站进行充电时，可以与电力系统的数据服务器进行交互式数据交换，
具体的，载波接收模块包括：第一滤波单元。第一滤波单元用于对耦合变压器输出的输入数据进行滤波，并传输至控制芯片。
载波发射模块包括：串联连接的第二滤波单元和信号放大器；第二滤波单元的输入端与控制芯片连接；信号放大器的输出端与耦合变压器连接。
所述第二滤波单元包括五阶低通有源巴托沃斯滤波器和三阶高通有源巴托沃斯滤波器的有源带通滤波电路。
信号放大器为电流反馈型运算放大器。电流反馈型运算放大器的增益和带宽是相互独立的，其-3dB带宽仅由负载决定；同时，电流反馈型运算放大器的稳定性也仅受负载影响。
可选的，信号放大器为LT1210芯片。
在本发明实施例的一个实施方式中，电力线载波通信设备还包括：补偿单元。补偿单元与信号放大器连接，用于消除输出信号尖峰。
可选的，控制芯片为电力线载波高速通信芯片ZC7530A。ZC7530A为窄带高速通信G3芯片，其数据接口及通信协议为：DL/T645-1997、DL/T645-2007；载波频率为：365KHz/270KHz±40kHz OFDM，载波通信速率：5.5Kbps～46Kbps；其具备PLC过零检测功能，还具备双向通信功能，可以实现节点自动及主动注册及事件主动上报；其通信接口为UART，为1200bps/2400bps/4800bps/9600bps自适应；其静态功耗≤0.25W，动态功耗≤1.5W；其载波接收灵敏度为：30uVrms；其具体数据帧压缩功能，可提高数据帧的传输效率。
电力线载波通信设备中的载波接收模块对接收信号进行滤波，滤除带外噪声和干扰，然后将滤波后的接收信号传输至控制芯片ZC7530A,控制芯片ZC7530A对滤波后的接收信号进行解调。载波发射模块包括含五阶低通有源巴托沃斯滤波器和三阶高通有源巴托沃斯滤波器的有源带通滤波器及放大器，对发送信号进行滤波，并将滤波后的发送信号传输至功率放大器。功率放大器为电流反馈型运算放大器LT1210，并由于运算放大器为电流反馈型，带宽可延伸至35MHz，压摆率可达到900V/us。运算放大器LT1210具有使能开关引脚，在关闭状态下，电源电流小于200uA。硬件引脚定义如表1所示。
表1引脚列表
G3-PLC是专为智能电网通信而设计的全球电力线通信开放协议，G3-PLC属于窄带电力线载波通信(Narrow-Band Power Line Communicatio ns，简称NB-PLC)标准，通常用于自动抄表(AMR)、能源控制和电网监测等低速数据通信场合。G3-PLC采用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术，它具有数据传输率高、抗多径衰落能力强、频谱利用率高等特点，同时G3-PLC采用多种纠错编码方式，具有较强的抗干扰能力。此外，电力线载波通信设备基于G3-PLC，具有充电抗强噪声衰减功能，具有户外通讯EMC抑制功能，具有解决充电通讯干扰和串扰问题，其可工作于控制线解决超低电压和耦合问题，避免PWM干扰，并采用6LoWPAN寻址。
图2是本发明实施例提供的G3-PLC协议MAC层的示意图。
具体的，请参照图2，G3-PLC标准的MAC层包括：MAC子层和6LoWPAN适配子层；MAC子层包括通信功能和管理功能，通信功能用于实现相邻节点之间的数据通信，管理功能用于管理MAC子层；6LoWPAN适配子层用于进行IPv6寻址。
图3是本发明实施例中的6LoWPAN适配子层的路由协议对比图。
6LoWPAN适配子层的协议路由包括AODV、LOAD、DYMO-low和HiLow，上述四种协议的对比结果如图3所示。
电力线载波通信设备的测试结果如表2。
表2
此外，电动汽车储备的电能在用电高峰期实现电流倒灌，向电网输送电能，缓解高峰期器件电网用电压力，以弥补电网在用电高峰和低谷之间的用电量的巨大差距，提高了电网对不同用电时段的适应和调节能力。上述设备可以满足电网对每一辆电动汽车的识别，通过双向通信实现电能流向和用电量计量的双向数据交互功能，提高了设备应用范围，满足了客户需求。
相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种电力线载波通信系统，包括：数据服务器和多个电力线载波通信设备。数据服务器与多个电力线载波通信设备基于G3-PLC标准通过电力线进行数据交互。
本发明实施例旨在保护一种电力线载波通信设备，包括：载波接收模块、载波发射模块、耦合变压器和控制芯片；载波接收模块的输入端通过耦合变压器与电力线连接，其输出端与控制芯片连接；载波发射模块的输入端与控制芯片连接，其输出端通过耦合变压器与电力线连接；控制芯片基于G3-PLC标准通过载波接收模块和载波发射模块与电力线实现数据交互。本发明实施例还保护了一种电力线载波通信系统。上述技术方案具备如下效果：
通过采用G3-PLC标准的电力载波通信方式，实现了电力系统与终端之间进行正常的通信，确保了多终端在进行充电时可以与电力系统进行交互式通信，并且具有很强的抗干扰能力，还可以具备抗电力线噪声能力，能够实现跨变压器的交互式数据通信。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种电力线载波通信设备，其特征在于，包括：载波接收模块、载波发射模块、耦合变压器和控制芯片；
所述载波接收模块的输入端通过所述耦合变压器与所述电力线连接，其输出端与所述控制芯片连接；
所述载波发射模块的输入端与所述控制芯片连接，其输出端通过所述耦合变压器与所述电力线连接；
所述控制芯片基于G3-PLC标准通过所述载波接收模块和所述载波发射模块与所述电力线实现数据交互。
2.根据权利要求1所述的电力线载波通信设备，其特征在于，
所述载波接收模块包括：第一滤波单元；
所述第一滤波单元用于对所述耦合变压器输出的输入数据进行滤波，并传输至所述控制芯片。
3.根据权利要求1所述的电力线载波通信设备，其特征在于，
所述载波发射模块包括：串联连接的第二滤波单元和信号放大器；
所述第二滤波单元的输入端与所述控制芯片连接；
所述信号放大器的输出端与所述耦合变压器连接。
4.根据权利要求3所述的电力线载波通信设备，其特征在于，
所述第二滤波单元包括五阶低通有源巴托沃斯滤波器和三阶高通有源巴托沃斯滤波器的有源带通滤波电路。
5.根据权利要求3所述的电力线载波通信设备，其特征在于，
所述信号放大器为电流反馈型放大器。
6.根据权利要求3所述的电力线载波通信设备，其特征在于，
所述信号放大器为LT1210芯片。
7.根据权利要求1所述的电力线载波通信设备，其特征在于，还包括：补偿单元；
所述补偿单元与所述信号放大器连接，用于消除输出信号尖峰。
8.根据权利要求1所述的电力线载波通信设备，其特征在于，
所述控制芯片为ZC7530A芯片。
9.根据权利要求8所述的电力线载波通信设备，其特征在于，
所述G3-PLC标准的MAC层包括：MAC子层和6LoWPAN适配子层；
所述MAC子层包括通信功能和管理功能，所述通信功能用于实现相邻节点之间的数据通信，所述管理功能用于管理MAC子层；
所述6LoWPAN适配子层用于进行IPv6寻址。
10.一种电力线载波通信系统，其特征在于，包括：数据服务器和多个如权利要求1-9任一所述的电力线载波通信设备；
所述数据服务器与所述多个电力线载波通信设备基于G3-PLC标准通过电力线进行数据交互。
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