CN1267140A - 电力线配网自动化通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电力线配网自动化通信系统,包括多个通信设备,通信设备一端与配网自动化设备的通信终端或通信前置机相连,另一端与高压电力线相连,它包括电力线数字扩频通信模块、CPU控制模块、功放模块、结合设备;配网自动化设备的通信终端或通信前置机与CPU控制模块相连,后者还与电力线数字扩频通信模块相连,电力线数字扩频通信模块还依次通过功放模块、结合设备与高压电力线相连。克服了电力线传输环境的各种干扰和噪声。
Description
本发明涉及一种电力线配网自动化通信系统，特别是利用配电网的配电线路作为传输链路，为配网自动化系统提供传输通道，实现配电网自动化的通信系统。
电力工业是国民经济发展中重要的基础产业，电力工业的发展取决于发电能力、各类用户对电能源的需求、安全可靠的送变电网络三个方面。国内电力行业的现状是送变电环节的发展制约了用户需求的增长，主要表现在：配网供电干线径容量小，保护设备陈旧，自动化管理程度低等，满足不了用户的用电要求，并直接影响了其他产业的发展。中国政府从扩大内需，促进国民经济均衡发展的战略考虑，制定了大规模改造城市电网和建设农村电网的计划。在配电网改造和建设中的一个主题就是实现配电网自动化管理，即对配电网络中所有变压器、开关及其他控制设备实现实时控制。实现配电网自动化系统是为了扩大内需，促进国民经济均衡发展，提高供电可靠性。它是城市配电网自动化改造和农村电网新建的重要组成部分。
配电网是输供电网络的末端，指从110KV电压等级送至各级用户的10KV输电网络。在配电网中，利用各种通信介质，各种通信方式及多种接口技术，综合集成配电通信网络，为配电网自动化管理提供基础条件。在配电网自动化系统中，每一监控节点均需通信设备的配套。目前实现配电网自动化的技术瓶颈之一就是通信通道问题。利用配电输电线路作为通信媒介是建立配电网自动化系统通信通道的最快捷、最经济的方法。由于配电网络是最接近用户的输电线路，线路特性由于用电负载的不断改变而不太稳定，线路上存在各种噪声、脉冲干扰、多径等，因而常规的窄带载波传输方式不能适应配电网络的通信环境。
本发明的目的就是为了解决以上问题，提供一种电力线配网自动化通信系统，克服由于上述原因造成的对通信的干扰，实现有效的通信。
本发明实现上述目的的方案是：一种电力线配网自动化通信系统，包括多个通信设备，每个通信设备一端与配网自动化设备的通信终端或通信前置机相连，另一端与高压电力线相连，其特征是：系统的每个通信设备包括：电力线数字扩频通信模块、CPU控制模块、功放模块、结合设备及电源模块；所述配网自动化设备的通信终端或通信前置机与CPU控制模块相连，CPU控制模块还与电力线数字扩频通信模块相连，电力线数字扩频通信模块还依次通过功放模块、结合设备与高压电力线相连，电源模块负责为系统进行供电。
所述电力线数字扩频通信模块实现对数据的扩频调制、解调、纠错编码、解码、均衡、同步和收发信功能，管理数据链路，实现链路层协议；所述CPU控制模块实现对通信终端或通信前置机的数据接口，完成用户的数据格式转换、打包，对电力线数字扩频通信模块进行控制、实现数据交换，实现对系统硬件的管理，并提供用户对系统设置的人机接口；所述功放模块完成宽频扩频信号的功率放大，滤波，将放大后的信号耦合到结合设备，并完成对接收信号的滤波及电平控制；所述结合设备包括结合滤波器和耦合电容，实现将高频通信信号耦合到10KV的配电线路上，它同时是隔离10KV高压的关键设备。
由于采用了以上的方案，本通信系统可采用扩频通信方式，可以有效地克服由于上述原因造成的对通信的干扰。扩频信号可占用电力线传输频带(40-500KHz)的大部分频率范围，以实现最高达4.8Kbps，19.2Kbps，100Kbps的上限速率。同时本发明中的通信设备可遵循OSI七层网络模型，实现电力线上高速数据传输的物理层与数据链路层的功能。本方案使得在配电网自动化系统可以利用基于配电线路本身的通信通道实现可靠的数据传输，以经济和方便的途径实现了电力系统配电网的通信，有利于实现自动化。
图1是本发明配网节点扩频设备连接示意图。
图2是本发明配网中心扩频设备连接示意图。
图3是本发明通信系统的示意图。
图4是最高速率为100Kbps的电力线数字扩频通信模块示意图。
图5是最高速率为19.2Kbps的电力线数字扩频通信模块示意图。
图6是最高速率为4.8Kbps的电力线数字扩频通信模块示意图。
图7是实施例中CPU控制模块示意图。
图8是实施例中功放模块示意图。
图9是实施例中结合设备示意图。
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
实施例一：见图3，整个所述通信系统包括一个配网中心100内的通信设备10及通信前端机40、多个主节点(中心节点)Em1，Em2，Em3，......和多个从节点Es1，Es2，Es3，......；每个通信节点Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......可以设定为一个唯一的通信地址。
其中需要进行自动化控制的配网自动化设备20的各个通信终端30通过标准的RS-232口与通信设备10相接，通过该RS-232接口进行数据的交换，通信设备10通过结合设备4(结合滤波器和高频耦合电容)接入到电力线线路，所有的通信设备10通过电力线50形成一个总线型的通信系统，各个自动化终端控制设备20通过通信系统进行数据通信；整个通信系统中的通信节点Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......间的通信协议为轮询方式或令牌传递方式或广播方式。
如图1、图2，电力线通信设备10包括电力线数字扩频通信模块1、CPU控制模块2、功放模块3、电源模块5、结合设备4(滤波器及耦合电容)。
电力线数字扩频通信模块1实现对数据的扩频调制、解调、纠错编码、解码、均衡、同步和收发信功能，管理数据链路，实现链路层协议，以上处理可以保证利用电力线50的数据传输达到10-9的误码率。图4、5、6分别为最高速率为100Kbps、19.2Kbps、4.8Kbps的电力线数字扩频通信模块1的三个实施例示意图。
CPU控制模块2实现对通信终端30或通信前置机40的数据接口，完成用户的数据格式转换、打包，对电力线数字扩频通信模块1进行控制、实现数据交换，实现对系统硬件的管理，并提供用户对系统设置的人机接口。图7是CPU控制模块2的一个实施例示意图。
功放模块3完成宽频扩频信号的功率放大，滤波，将放大后的信号耦合到结合设备4，并完成对接收信号的滤波及电平控制。图8是功放模块3的一个实施例示意图。
电源模块5负责对上述所有模块进行供电。根据需要提供220V交流电源或110VAC交流电源输入。同时提供24V直流后备输入。
结合设备4(包括结合滤波器和耦合电容)实现将高频通信信号耦合到10KV的配电线路上，它同时是隔离10KV高压的关键设备。图9是结合设备4的一个实施例示意图。
在一个配网自动化系统中，所有需要进行自动化控制的配网自动化设备20的各个通信终端30通过标准的RS-232口与通信设备10相接，通过该RS-232接口进行数据的交换，通信设备10通过结合设备4(结合滤波器和高频耦合电容)接入到电力线线路，所有的通信设备10通过电力线50形成一个总线型的通信系统，各个自动化终端控制设备20通过通信系统进行数据通信。
本发明的每个通信节点Em/Es可以设定一个唯一的通信地址，系统所能容纳的通信节点Em/Es为65,534个。
本发明中所有系统中的通信节点Em/Es可以采用多种通信协议完成对数据的采集及传输。具体有以下几种：轮询(POLLING)方式、令牌传递方式(TOKEN PASSING)、广播(BROADCASTING)方式，可以根据需要灵活设定。
轮询方式适合于网络中只有一个中心节点Em的情况，结构比较简单，适用于线路较简洁的配网线路，配网中心100通过中心节点Em实现对其他从节点Es的访问与控制；
令牌传递方式适用于存在多个中心节点Em的情况，其系统结构比较复杂，但系统中的各个中心节点Em可以平等地对系统进行接入和控制。这在大规模的配网系统中可以灵活地根据线路结构实现对配电网络的控制与管理。
广播方式适用于需要提供透明通道的应用环境，此时通信设备10不需要管理系统链路层，所有的差错控制及链路控制由配网中心100的高层应用软件来实现。
电力线数字扩频通信设备10可以提供多种接口方式实现与通信终端30的接口，包括同步RS232或异步RS232或RS485等。
本发明利用最新的扩频通信技术，克服了电力线传输环境的各种干扰和噪声，使得在配电网自动化系统可以利用基于配电线路本身的通信通道实现可靠的数据传输，是实现电力系统配电网自动化的最经济和最方便的途径。
Claims (9)
1、一种电力线配网自动化通信系统，包括多个通信设备(10)，每个通信设备(10)一端与配网自动化设备(20)的通信终端(30)或通信前置机(40)相连，另一端与高压电力线(50)相连，其特征是：系统的每个通信设备(10)包括：电力线数字扩频通信模块(1)、CPU控制模块(2)、功放模块(3)、结合设备(4)及电源模块(5)；所述配网自动化设备(20)的通信终端(30)或通信前置机(40)与CPU控制模块(2)相连，CPU控制模块(2)还与电力线数字扩频通信模块(1)相连，电力线数字扩频通信模块(1)还依次通过功放模块(3)、结合设备(4)与高压电力线(50)相连，电源模块(5)负责为系统进行供电。
2、根据权利要求1所述通信系统，其特征在于：所述电力线数字扩频通信模块(1)实现对数据的扩频调制、解调、纠错编码、解码、均衡、同步和收发信功能，管理数据链路，实现链路层协议；所述CPU控制模块(2)实现对通信终端(30)或通信前置机(40)的数据接口，完成用户的数据格式转换、打包，对电力线数字扩频通信模块(1)进行控制、实现数据交换，实现对系统硬件的管理，并提供用户对系统设置的人机接口；所述功放模块(3)完成宽频扩频信号的功率放大，滤波，将放大后的信号耦合到结合设备(4)，并完成对接收信号的滤波及电平控制；所述结合设备(4)包括结合滤波器和耦合电容，实现将高频通信信号耦合到10KV的配电线路上，它同时是隔离10KV高压的关键设备。
3、根据权利要求1或2所述通信系统，其特征在于：所述通信设备(10)与通信终端(30)或通信前置机(40)的接口为同步RS232或异步RS232或RS485。
4、根据权利要求1或2所述通信系统，其特征在于：整个所述通信系统包括一个配网中心(100)内的通信设备(10)及通信前端机(40)、多个主节点(Em1，Em2，Em3，......)和多个从节点(Es1，Es2，Es3，......)；每个通信节点(Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......)可以设定一个唯一的通信地址。
5、根据权利要求3所述通信系统，其特征在于：整个所述通信系统包括一个配网中心(100)内的通信设备(10)及通信前端机(40)、多个主节点(Em1，Em2，Em3，......)和多个从节点(Es1，Es2，Es3，......)；每个通信节点(Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......)可以设定一个唯一的通信地址。
6、根据权利要求1或2所述通信系统，其特征在于：其中需要进行自动化控制的配网自动化设备(20)的各个通信终端(30)通过标准的RS-232口与通信设备(10)相接，通过该RS-232接口进行数据的交换，通信设备(10)通过结合设备(4)接入到电力线线路，所有的通信设备(10)通过电力线(50)形成一个总线型的通信系统，各个自动化终端控制设备(20)通过通信系统进行数据通信；整个通信系统中的通信节点(Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......)间的通信协议为轮询方式或令牌传递方式或广播方式。
7、根据权利要求3所述通信系统，其特征在于：其中需要进行自动化控制的配网自动化设备(20)的各个通信终端(30)通过标准的RS-232口与通信设备(10)相接，通过该RS-232接口进行数据的交换，通信设备(10)通过结合设备(4)接入到电力线线路，所有的通信设备(10)通过电力线(50)形成一个总线型的通信系统，各个自动化终端控制设备(20)通过通信系统进行数据通信；整个通信系统中的通信节点(Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......)间的通信协议为轮询方式或令牌传递方式或广播方式。
8、根据权利要求4所述通信系统，其特征在于：其中需要进行自动化控制的配网自动化设备(20)的各个通信终端(30)通过标准的RS-232口与通信设备(10)相接，通过该RS-232接口进行数据的交换，通信设备(10)通过结合设备(4)接入到电力线线路，所有的通信设备(10)通过电力线(50)形成一个总线型的通信系统，各个自动化终端控制设备(20)通过通信系统进行数据通信；整个通信系统中的通信节点(Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......)间的通信协议为轮询方式或令牌传递方式或广播方式。
9、根据权利要求5所述通信系统，其特征在于：其中需要进行自动化控制的配网自动化设备(20)的各个通信终端(30)通过标准的RS-232口与通信设备(10)相接，通过该RS-232接口进行数据的交换，通信设备(10)通过结合设备(4)接入到电力线线路，所有的通信设备(10)通过电力线(50)形成一个总线型的通信系统，各个自动化终端控制设备(20)通过通信系统进行数据通信；整个通信系统中的通信节点(Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......)间的通信协议为轮询方式或令牌传递方式或广播方式。
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