CN115085768B - 一种电力线噪声分离隔离框架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力通信领域，尤指一种电力线噪声分离隔离框架，第一隔离模块包括总空气开关以及第一隔离滤波装置；第二隔离模块包括若干个用于隔离不同PLC数据集中模块之间带来的信号噪声干扰的第二隔离滤波装置，且每个第二隔离滤波装置均与总空气开关连接；第三隔离摸块包括若干个集成有第三隔离滤波装置的PLC终端，其中分空气开关连接有若干个PLC终端；第四隔离模块包括若干个第四隔离滤波装置，且每个第四隔离滤波装置设置在每个PLC终端与扩展设备之间；本申请通过四级滤波器的噪声隔离，形成相对比较干净的强电回路，有利于营造一个良好的PLC通信环境，减少了用电设备对电力线载波通信信号的干扰，提升了电力线载波通信的成功率以及质量。

Description

一种电力线噪声分离隔离框架
技术领域
本发明涉及电力通信领域，尤指一种电力线噪声分离隔离框架。
背景技术
电力线是最普及、覆盖范围最为广阔的一种物理媒体，采用电力线路作为通信介质，不需要进行通信线路建设和通信线路维护，是智能配电网以及智能用电领域及其理想的信息传输载体。
早期主要采用窄带在同通信，窄带电力线通信，其频带限定在3kHz-500kHz之间，通信速率小于1Mbit/s，一般采用FSK、S-FS、OFDM等信号调制方式。
随着智能电网的发展建设，窄带电力线通信已经无法满足当前工程应用的需求，因此发展出新的宽带电力线通信(HPLC)。宽带电力线通信相对于窄带载波具有高速、互联的技术优势，因此在智能电网、能源管理等领域得到了广泛应用。宽带电力线通信技术的总体特点与窄带载波类似，但其通信频率范围为2-30MHz，传输速率可达25Mbit/s，使用电网中现有的网络作为架构，无需另外铺设通信信道，节约成本，可实现数据的稳定可靠传输。
但在采用电力线进行数据传输时发现线路中电磁干扰比较严重，且线路中掺杂有大量的高频信号和噪声信号，对电力线通信信号的影响和干扰较为严重，影响了电力线通信的使用效果。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种电力线噪声分离隔离框架，通过第一隔离模块、第二隔离模块、第三隔离摸块、第四隔离模块，四级滤波器的噪声隔离，这样一来，形成相对比较干净的强电回路，有利于营造一个良好的PLC通信环境，减少了用电设备对电力线载波通信信号的干扰，提升了电力线载波通信的成功率以及质量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电力线噪声分离隔离框架，包括第一隔离模块、第二隔离模块、第三隔离摸块、第四隔离模块、若干PLC数据集中模块、若干分空气开关；
所述第一隔离模块包括总空气开关以及用于隔离高频噪声和脉冲噪声的第一隔离滤波装置，其中第一隔离滤波装置设置在外界供电网络与总空气开关之间；
第二隔离模块包括若干个用于隔离不同PLC数据集中模块之间带来的信号噪声干扰的第二隔离滤波装置，且每个第二隔离滤波装置均与总空气开关连接；且每个PLC数据集中模块设置在第二隔离滤波装置与分空气开关之间；
第三隔离摸块包括若干个集成有第三隔离滤波装置的PLC终端，其中分空气开关连接有若干个PLC终端；
第四隔离模块包括若干个第四隔离滤波装置，且每个第四隔离滤波装置设置在每个PLC终端与扩展设备之间。
作为优选方案，第一隔离滤波装置包括依次连接的用于隔离高频噪声和脉冲噪声的第一隔离变压器、用于抑制测试频段同频干扰的第一线性阻抗稳定网络，该第一线性阻抗稳定网络与总空气开关连接。
作为优选方案，所述第二隔离滤波装置包括依次连接的第二隔离变压器、第二EMI滤波器以及第二线性阻抗稳定网络，其中第二隔离变压器与总空气开关连接，第二线性阻抗稳定网络与PLC数据集中模块连接。
作为优选方案，所述第四隔离滤波装置依次连接的第四隔离变压器、第四 EMI 滤波器以及第四线性阻抗稳定网络，其中第四隔离变压器与PLC终端连接，第四线性阻抗稳定网络与扩展设备连接。
作为优选方案，第二EMI 滤波器以及第四 EMI 滤波器均为相同的EMI滤波器，其中所述第二 EMI滤波器包含:差模抑制电容C1和差模抑制电容C2, C1、C2分别连接在L线与N线之间，共模抑制电容C3和共模抑制电容C4, C3连接在L线与GND之间,C4连接在N线与GND之间，共模电感L1和共模电感L2, L1串联在L线中，L2串联在N线中。
作为优选方案，第三隔离滤波装置的PLC终端，其中PLC终端为PLC智能开关，且三隔离滤波装置为电源滤波器。
本发明的有益效果在于：本申请通过第一隔离模块、第二隔离模块、第三隔离摸块、第四隔离模块，四级滤波器的噪声隔离，这样一来，形成相对比较干净的强电回路，有利于营造一个良好的PLC通信环境，减少了用电设备对电力线载波通信信号的干扰，提升了电力线载波通信的成功率以及质量。
附图说明
图1是电力线噪声分离隔离框架的结构示意图
图2是电力线噪声分离隔离框架的具体实施例的结构示意图
图3是EMI 滤波器的电路示意图。
具体实施方式
请参阅图1-3所示，本发明关于一种电力线噪声分离隔离框架，包括第一隔离模块、第二隔离模块、第三隔离摸块、第四隔离模块、若干PLC数据集中模块、若干分空气开关；
所述第一隔离模块包括总空气开关以及用于隔离高频噪声和脉冲噪声的第一隔离滤波装置，其中第一隔离滤波装置设置在外界供电网络与总空气开关之间；
第二隔离模块包括若干个用于隔离不同CCO之间带来的信号噪声干扰的第二隔离滤波装置，且每个第二隔离滤波装置均与总空气开关连接；且每个PLC数据集中模块设置在第二隔离滤波装置与分空气开关之间；
第三隔离摸块包括若干个集成有第三隔离滤波装置的PLC终端，其中分空气开关连接有若干个PLC终端；
第四隔离模块包括若干个第四隔离滤波装置，且每个第四隔离滤波装置设置在每个PLC终端与扩展设备之间。
作为优选方案，第一隔离滤波装置包括依次连接的用于隔离高频噪声和脉冲噪声的第一隔离变压器、用于抑制测试频段同频干扰的第一线性阻抗稳定网络，该第一线性阻抗稳定网络与总空气开关连接。
该第一隔离滤波装置主要用于，为了防止外界低压电力线 上的各种噪声干扰和阻抗变化对PLC数据集中器的影响，需要在PLC数据集中器与外 界供电网络之间进行隔离设计，消除各种不利信号的传导耦合影响,对电源通路和通信信道进行分离，将通信信号引入受控的专用测试信道，将经过净化的工频电源提供给后续的终端。
该该第一隔离滤波装置共包括高频噪声净化、阻抗稳定和安全防护三部分。
第一隔离变压器与第一线性阻抗稳定网络共同起到噪声净化的作用，能够对高频噪声、脉冲噪声和测试频段的同频干扰起到良好的抑制作用。以100kHz〜500kHz的通信频段为例，其信号抑制能力大于80dBo，线性阻抗稳定网络还能起到稳定阻抗特性的作用，能够将测试频段的阻抗特征稳定在50ohm左右，提高信号的耦合效率, 防止阻抗变化所引起的信号衰减。
第一隔离变压器与总空气开关共同组成了安全防护机构，起到对雷击、过电压、过电流、对地漏电等安全隐患的保护作用。
作为优选方案，所述第二隔离滤波装置包括依次连接的第二隔离变压器、第二EMI滤波器以及第二线性阻抗稳定网络，其中第二隔离变压器与总空气开关连接，第二线性阻抗稳定网络与PLC数据集中模块连接。
该第二隔离滤波装置是PLC数据集中模块供电与通信回路的隔离，为了保证通信测试精度,PLC数据集中模块的供电应当是纯净的工频电源，而不能被载波通信信号所污染，因此需要设计完备的高频信号抑制措施。其中，第二隔离变压器作为初级隔离装置,能够对高频信号和脉冲干扰起到明显的抑制作用。
作为优选方案，所述第四隔离滤波装置依次连接的第四隔离变压器、第四 EMI 滤波器以及第四线性阻抗稳定网络，其中第四隔离变压器与PLC终端连接，第四线性阻抗稳定网络与扩展设备连接。
作为优选方案，第二EMI滤波器以及第四 EMI滤波器均为相同的EMI滤波器，其中所述第二EMI滤波器包含:差模抑制电容C1和差模抑制电容C2, C1、C2分别连接在L线与N线之间，共模抑制电容C3和共模抑制电容C4, C3连接在L线与GND之间,C4连接在N线与GND 之间，共模电感L1和共模电感L2, L1串联在L线中，L2串联在N线中。
图3是该EMI滤波器的电路图，如图3所示，该EMI滤波器包含：差模抑制电容为 C1和C2,共模抑制电容为C3和C4,共模电感为L1和L2。共模电感对于共模信号呈现出大 电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。由于干扰信号有差模和共模两种，因此滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。
该EMI滤波器基本原理为：
（1）利用电容通高频隔低频的特性，将电源正极，电源负极高频干扰电流导入地线（共模），或将电源正极高频干扰电流导入电源负极（差模）。
（2）利用电感线圈的阻抗特性,将高频干扰电流反射回干扰源。
作为优选方案，第三隔离滤波装置的PLC终端，其中PLC终端为PLC智能开关，且三隔离滤波装置为电源滤波器。
具体实施例子：
如图2所示，假设有一个三层的酒店或旅馆。63A的总空开（市面常用）前接一个70A的第一隔离滤波装置，隔离外部用电的噪声，总空开后每一层接一个40A的第二隔离滤波装置，主要隔离其他层用电带来的噪声干扰；拿二层为例子，40A第二隔离滤波装置后面接PLC的网关，假设有二层有三个房间，每个酒店房间接一个10A的分空开，分空开后面接一些带电源滤波的PLC终端，如智能开关、插座、情景面板等；再后面再接一个10A的第四隔离滤波装置，第四隔离滤波装置后可接485的扩展开关，第四隔离滤波装置起到隔离485扩展开关的电源噪声的作用。网关与带电源滤波的PLC终端之间通过PLC去通信，带电源滤波的PLC终端与扩展设备通过RS485去通信，滤波器起到隔离用电设备对PLC的噪声干扰的作用，为PLC通信营造一个良好的回路，从而提升PLC通信的成功率以及质量。
在网关与带电源滤波的PLC终端之间通信过程中，如果没有加入滤波器，很容易受到其他用电设备的传导噪声的干扰，导致通信成功率低，甚至通信不成功，这样的情况很常见。当使用如上4级滤波器隔离的方式能隔离出一个相对较好的PLC通信环境，人们可以使用APP通过网关方便快捷的去控制PLC整套智能家居电子产品。
以下对电力线噪声分离隔离框架进行性能效果测试；
1.测试流程：通过PLC测试主机，让PLC集中器与PLC终端之间进行收发通信，测试信噪比以及它们收发通信的成功率。
具体为：S101、PLC测试主机向PLC集中器发送测试指令，测试指令用于控制PLC集中器通过载波信道发送抄读指令至被测PLC终端。
S102、被测PLC终端响应抄读指令而通过载波信道向所述PLC集中器13回复对应的抄表数据。
S103、PLC集中器将抄表数据发送至PLC测试主机,通过PLC测试主机分析抄表数据而判读抄读是否成功，以及根据抄读成功的次数统计通信成功率。也就是说，PLC集中器13需要将被测PLC终端回复的抄表数据反馈至测试 主机15,再通过PLC测试主机判断此次抄读是否成功。同时，从PLC集中器发送抄读指令到 被测PLC终端回复抄表数据为一次抄读，PLC集中器需要对被测PLC终端 多次抄读，PLC测试主机再根据多次抄读的成功次数计算通信成功率。
2.测试数据：上位机信噪比测试：平均信噪比大于30dB，通信成功率测试：100%。
3.结论：该套四级滤波器隔离方式确实可以很好的隔离外界以及其他用电设备带来的噪声干扰，可以给普通的家居与酒店带来良好的PLC通信环境，让人们通过手机APP就可以快速高效的去控制整套PLC智能家居电子产品，带来了很大的方便。
以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种电力线噪声分离隔离框架，其特征在于：包括第一隔离模块、第二隔离模块、第三隔离摸块、第四隔离模块、若干PLC数据集中模块、若干分空气开关；
所述第一隔离模块包括总空气开关以及用于隔离高频噪声和脉冲噪声的第一隔离滤波装置，其中第一隔离滤波装置设置在外界供电网络与总空气开关之间；
第二隔离模块包括若干个用于隔离不同PLC数据集中模块之间带来的信号噪声干扰的第二隔离滤波装置，且每个第二隔离滤波装置均与总空气开关连接；且每个PLC数据集中模块设置在第二隔离滤波装置与分空气开关之间；
第三隔离摸块包括若干个集成有第三隔离滤波装置的PLC终端，其中分空气开关连接有若干个PLC终端；
第四隔离模块包括若干个第四隔离滤波装置，且每个第四隔离滤波装置设置在每个PLC终端与扩展设备之间。
2.根据权利要求1所述的一种电力线噪声分离隔离框架，其特征在于：第一隔离滤波装置包括依次连接的用于隔离高频噪声和脉冲噪声的第一隔离变压器、用于抑制测试频段同频干扰的第一线性阻抗稳定网络，该第一线性阻抗稳定网络与总空气开关连接。
3.根据权利要求1所述的一种电力线噪声分离隔离框架，其特征在于：所述第二隔离滤波装置包括依次连接的第二隔离变压器、第二EMI 滤波器以及第二线性阻抗稳定网络，其中第二隔离变压器与总空气开关连接，第二线性阻抗稳定网络与PLC数据集中模块连接。
4.根据权利要求3所述的一种电力线噪声分离隔离框架，其特征在于：所述第四隔离滤波装置依次连接的第四隔离变压器、第四 EMI 滤波器以及第四线性阻抗稳定网络，其中第四隔离变压器与PLC终端连接，第四线性阻抗稳定网络与扩展设备连接。
5.根据权利要求4所述的一种电力线噪声分离隔离框架，其特征在于：第二EMI 滤波器以及第四 EMI 滤波器均为相同的EMI滤波器，其中所述第二 EMI滤波器包含:差模抑制电容C1和差模抑制电容C2, C1、C2分别连接在L线与N线之间，共模抑制电容C3和共模抑制电容C4, C3连接在L线与GND之间,C4连接在N线与GND 之间，共模电感L1和共模电感L2, L1串联在L线中，L2串联在N线中。
6.根据权利要求1所述的一种电力线噪声分离隔离框架，其特征在于：第三隔离滤波装置的PLC终端，其中PLC终端为PLC智能开关，且第三隔离滤波装置为电源滤波器。
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