CN202652212U - 中压配电电力线载波通信主载波机及从载波机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中压配电电力线载波通信主载波机及从载波，主载波机，能按一定时间间隔启动刷新建立网络路径信息，在主载波机和从载波机之间建立动态网络路径。本实用新型的中压配电电力线载波通信主载波机、从载波机根据动态网络路径信息，重建通信路由路径，并结合通信路由信息和待发数据生成载波通信数据帧，发送到电力线上。利用本实用新型的中压配电电力线载波通信主载波机、从载波机构建的配电网载波通信系统，每个从载波机都可以充当中继的功能，可以在同一个主载波机网络中启用多条备用信道，大大增强了配电网载波通信系统的可靠性。

Description

中压配电电力线载波通信主载波机及从载波机

技术领域

本实用新型涉及配电网载波通信技术，特别涉及一种中压配电电力线载波通信主载波机及从载波机。

背景技术

配电网自动化系统是一种集成化自动化系统，它能够在线监控、协调、管理配电网各环节设备与整个配电网优化运行，提高供电可靠性、改善电能质量和提高运行管理效率，它以10kV干线馈线自动化为主，覆盖了400V低压配电台区自动化，并延伸到用户智能电表系统。

完整的配电网自动化系统包含了四个主要环节：供电网络、远动系统、通信系统、主站网络。

配电网自动化通信系统，是配电网自动化的神经系统。配电网运行数据的采集、运行状态的改变、及配电网的优化等信息均通过通信系统进行数据传输。

配电网通信方式主要有无线、光纤、载波等。现有的配电网自动化通信系统，主干通信网（变电站环网）采用光纤通信，在支线（配电自动化终端通信）通信系统中可靠性要求较高的地方，优先选择电力载波通信方式。

典型的中压配电电力线载波通信系统如图3所示。主载波机A在变电站，从变电站架设一条电力线路，此电力线路上分布了多个配电柜A1，A2，A3，A4，A5，……，每个配电柜内安装了从载波机。由于中压配电载波信号传输距离有限（通常架空约20KM，电缆载波约5KM），实际配电自动化项目配电网载波通信系统中局端的主载波机到远端从载波机通信距离往往会超过以上距离，因此需要由其它从载波机进行中继，另外在手拉手线路中，当主载波机同从载波机之间的通信链路，以及两从载波机之间的通信链路出现问题时，需要通过其它从载波机进行中继。

现有的中压配电电力线载波通信系统，对于数据的传输采用广播传输和全透明传输，各载波机的收、发频率不能相同，否则容易导致远程测控终端多次接受到数据帧，由此现有的配电网载波通信系统需要占用较多频率资源；并且由于现有的配电网载波通信系统采用静态网络拓扑维护，当供电线路分支负荷进行转供调整，或中继通信设备出现故障的情况下，系统不能自动恢复，从而使网络的可靠性降低。

现有的中压配电电力线载波通信系统，为了进行规约转换，需要在主载波机同主站系统之间设置独立的通信规约管理机实现通信规约（如IEC104－IEC101规约）转换，增加了系统成本和响应时间。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种中压配电电力线载波通信主载波机及从载波机，采用本实用新型的主载波机及从载波机构建中压配电电力线载波通信系统，可以在同一个主载波机网络中构建多条备用路由，增强配电网载波通信系统的可靠性。

为解决上述技术问题，本实用新型的中压配电电力线载波通信主载波机，包括主载波机数据帧生成模块、信噪测试模块、主载波机载波信道管理模块、主载波机设备信息数据模块、主载波机网络路径信息模块；

所述主载波机设备信息数据模块，用于存储该主载波机的所有从载波机，以及各从载波机下属远程测控终端的设备信息；所述设备信息包括上级、同级及下级节点信息；

所述主载波机网络路径信息模块，用于存储主载波机的所有从载波机的网络路径信息；

所述主载波机载波信道管理模块，按一定时间间隔启动建立网络路径信息，建立网络路径信息初始化时以主载波机作为主站，作为主站的主载波机的主载波机载波信道管理模块，按设定的时间间隔，广播发送测试帧，并在经过设定时间后轮询向下级载波机发送召测数据命令；然后根据下级载波机回送测试帧的信噪比，在所述主载波机网络路径信息模块中更新网络路径信息，并依序向其下级载波机发送建立自身相关网络路径信息命令；所述主载波机载波信道管理模块根据从载波机上传的从载波机网络路径信息，在所述主载波机网络路径信息模块中更新网络路径信息；

所述主载波机数据帧生成模块，用于从中压配电电力线上接收载波通信数据帧或发送载波通信数据帧到中压配电电力线；

所述信噪测试模块，用于保存接收到的主站载波机测试帧的信噪比，并在接收到主站载波机召测数据命令时，把保存的所述主站载波机的测试帧的信噪比回送给主站载波机。

所述主载波机还可以包括以太网接口，所述主载波机载波数据帧生成模块包括主载波机路由生成单元；

所述主载波机路由生成单元，根据以太网接口收到的数据帧中的目标远程测控终端信息，以及主载波机设备信息数据模块中的设备信息，解析出目标远程测控终端所属的从载波机信息，并根据主载波机当前的网络路径信息，重建路由路径，生成载波通信数据帧发送到中压配电电力线上。

所述主载波机还可以包括通信规约转换模块；

所述通信规约转换模块，用于进行主站系统软件规约到异种远程测控终端的通信规约转换。

所述主载波机还可以包括以太网接口、串口、控制面板；

所述以太网接口，用于接入以太网；

所述设备信息通过以太网接口、串口或控制面板写入主载波机。

为解决上述技术问题，本实用新型的中压配电电力线载波通信从载波机，包括从载波机载波数据帧生成模块、信噪测试模块、从载波机载波信道管理模块、从载波机设备信息数据模块、从载波机网络路径信息模块；

所述从载波机设备信息数据模块，用于存储上级载波机、下级载波机、同级载波机、下属远程测控终端的设备信息；所述设备信息包括上级、同级及下级节点信息；

所述从载波机网络路径信息模块，用于存储该从载波机到其上级载波机、下级载波机、同级载波机间的网络路径信息；

所述从载波机载波信道管理模块，当接收到上级载波机的建立自身相关网络路径信息命令时使本载波机作为主站，作为主站的从载波机的从载波机载波信道管理模块，按设定的时间间隔，广播发送测试帧，并在经过设定时间后轮询向所述上级载波机、下级载波机、同级载波机发送召测数据命令；然后根据所述上级载波机、下级载波机、同级载波机回送的测试帧的信噪比，在所述从载波机网络路径信息模块中更新本载波机的网络路径信息，并将更新后的本载波机的网络路径信息，上传给主载波机，并依序向其下级载波机发送建立自身相关网络路径信息命令；

所述从载波机载波数据帧生成模块，用于从电力线上接收载波通信数据帧或发送载波通信数据帧到电力线；所述从载波机载波数据帧生成模块从电力线上接收到载波通信数据帧之后，根据接收到的载波通信数据帧中的路由路径信息，对载波通信数据帧做出丢弃、中继转发或接收解析处理。

所述从载波机载波数据帧生成模块包括从载波机路由生成单元；

如果接收到的载波通信数据帧中的路由路径的目标载波机不是本载波机，所述从载波机路由生成单元根据收到的载波通信数据帧中的路由路径方向，重建路由路径，生成载波通信数据帧发送到电力线进行中继转发；如果路由路径的方向是上传，就重建以通信链路正常的上级载波机为下一节点的路由路径，如果无通信链路正常的上级载波机，就重建以通信链路正常的同级载波机为下一节点的路由路径；如果路由路径的方向是下传，就重建以通信链路正常的下级载波机为下一节点的路由路径，如果无通信链路正常的下级载波机，就重建以通信链路正常的同级载波机为下一节点的路由路径；

如果接收到的载波通信数据帧中的链路信息的目标载波机是本载波机，所述从载波机载波数据帧生成模块解析接收到的载波通信数据帧，提取接收到的载波通信数据帧中的有效载荷，下发到本载波机下属的相应远程测控终端；

如果接收到的载波通信数据帧同从载波机无关，所述从载波机载波数据帧生成模块将该接收到的载波通信数据帧丢弃，不做处理。

所述从载波机还可以包括以太网接口、串口、控制面板；

所述以太网接口，用于接入以太网；

所述设备信息通过以太网接口、串口或控制面板写入从载波机。

本实用新型的中压配电电力线载波通信主载波机，具有用于进行通信规约转换的通信规约转换模块，SCADA（Supervi sory Control and DataAcquisition，数据采集与监视控制系统）的通信数据直接通过网络接口进入主载波机中，在主载波机中根据需要（当主站系统软件的规约与远程测控终端的规约不同时）对通信规约进行转换，当SCADA服务器有命令数据需要传输到RTU（Remote Terminal Unit，远程测控终端）时,命令数据通过以太网接口传输到主载波机,主载波机进行通信规约转换，并根据以太网接口收到的数据帧中的目标RTU，以及主载波机设备信息数据模块中的设备信息，解析出目标RTU所属的从载波机，并根据主载波机的当前网络路径信息，重建路由路径，生成载波通信数据帧，发送到电力线上；经过电力线的传输，本实用新型的中压配电电力线载波通信从载波机根据接收到携带命令数据的载波通信数据帧中的路由路径，对该载波通信数据帧或丢弃，或解析下发到下属RTU，或者根据从载波机的当前网络路径信息重建路由路径，生成载波通信数据帧进行中继转发。利用本实用新型的中压配电电力线载波通信主载波机及从载波机构建的配电网载波通信系统，在载波组网中，引入系统动态路由算法，主载波机按一定时间间隔启动建立网络路径信息，在所述从载波网络路径信息模块及所述主载波网络路径信息模块中建立动态网络路径信息，主载波机、从载波机根据动态网络路径信息，重建路由路径，生成载波通信数据帧，发送到电力线上，每个从载波机都可以充当中继的功能，从而可以在同一个主载波机网络中启用多条备用信道，增加了构建的配电网载波通信系统的可靠性，并能实现SCADA和RTU之间点对点的通信，减少构建配电网载波通信系统是独立的通信管理机开销。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1是典型的配电网载波通信系统示意图；

图2是利用本实用新型的主载波机及从载波机构建的中压配电电力线载波通信系统一实施方式示意图；

图3是本实用新型的中压配电电力线载波通信主载波机一实施方式示意图；

图4是本实用新型的中压配电电力线载波通信从载波机一实施方式示意图。

具体实施方式

本实用新型的从载波机一实施方式如图4所示，包括以太网接口、串口、控制面板、信噪测试模块、从载波机载波数据帧生成模块、从载波机载波信道管理模块、从载波机设备信息数据模块、从载波机网络路径信息模块；

所述以太网接口，用于接入以太网；

所述从载波机设备信息数据模块，用于存储本载波机的上级载波机、下级载波机、同级载波机、下属RTU等的设备信息；所述设备信息通过以太网接口、串口或控制面板写入；

所述从载波机网络路径信息模块，用于存储该从载波机到其上级载波机、下级载波机、同级载波机间的网络路径信息；

所述信噪测试模块，用于保存接收到的主站载波机的测试帧的信噪比，并在接收到主站载波机召测数据命令时，把保存的所述主站载波机的测试帧的信噪比回送给主站载波机。

所述从载波机载波信道管理模块，当接收到上级载波机的建立自身相关网络路径信息命令时使本载波机作为主站，作为主站的从载波机的从载波机载波信道管理模块，按设定的时间间隔广播发送测试帧，并在经过设定时间后轮询向所述上级载波机、下级载波机、同级载波机发送召测数据命令；然后根据所述上级载波机、下级载波机、同级载波机回送的测试帧的信噪比，在所述从载波机网络路径信息模块中更新本载波机的网络路径信息，并依序向其下级载波机发送建立自身相关网络路径信息命令，如果收到一载波机回送的测试帧的信噪比，就表明本载波机同该载波机间的通信链路正常，信噪比代表了该通信链路的质量；所述从载波机载波信道管理模块并将更新后的本载波机的网络路径信息，上传给主载波机；

所述从载波机载波数据帧生成模块，用于从电力线上接收载波通信数据帧或发送载波通信数据帧到电力线；所述从载波机载波数据帧生成模块从电力线上接收到载波通信数据帧之后，根据接收到的载波通信数据帧中的路由路径，对载波通信数据帧做出丢弃、中继转发或接收解析等相应处理；所述从载波机载波数据帧生成模块包括从载波机路由生成单元；

如果接收到的载波通信数据帧中路由路径的目标载波机不是本载波机，所述从载波机路由生成单元根据收到的载波通信数据帧中的路由路径方向，重建路由路径，生成载波通信数据帧发送到电力线进行中继转发；如果路由路径的方向是上传，就重建以通信链路正常的上级载波机为下一节点的路由路径，如果无通信链路正常的上级载波机，就重建以通信链路正常的同级载波机为下一节点的路由路径；如果路由路径的方向是下传，就重建以通信链路正常的下级载波机为下一节点的路由路径，如果无通信链路正常的下级载波机，就重建以通信链路正常的同级载波机为下一节点的路由路径；

如果接收到的载波通信数据帧中的链路信息的目标载波机是本载波机，所述从载波机载波数据帧生成模块解析接收到的载波通信数据帧，提取接收到的载波通信数据帧中的有效载荷，下发到本载波机下属的相应RTU；

如果接收到的载波通信数据帧同从载波机无关，所述从载波机载波数据帧生成模块将该接收到的载波通信数据帧丢弃，不做处理。

本实用新型的主载波机一实施方式如图3所示，包括以太网接口、串口、控制面板、信噪测试模块、通信规约转换模块、主载波机数据帧生成模块、主载波机载波信道管理模块、主载波机设备信息数据模块、主载波机网络路径信息模块；

所述以太网接口，用于接入以太网；

所述通信规约转换模块，用于进行主站系统软件规约到异种测控终端的通信规约转换，以满足不同类型的主站系统软件规约与终端规约之间的格式转换，两者规约相同时，规约转换模块不启动，进行数据透明传输。如进行IEC104到IEC101的通信规约转换；

所述主载波机设备信息数据模块，用于存储该主载波机的所有从载波机，以及各从载波机下属RTU等的设备信息；所述设备信息通过以太网接口、串口或控制面板写入；

所述主载波机网络路径信息模块，用于存储主载波机的所有从载波机的网络路径信息；

所述信噪测试模块，用于保存接收到的主站载波机测试帧的信噪比，并在接收到主站载波机召测数据命令时，把保存的所述主站载波机的测试帧的信噪比回送给主站载波机；

所述主载波机载波信道管理模块，按一定时间间隔启动建立网络路径信息，建立网络路径信息初始化时以主载波机作为主站，作为主站的主载波机的主载波机载波信道管理模块，按设定的时间间隔广播发送测试帧，并在经过设定时间后轮询向下级载波机发送召测数据命令；然后根据下级载波机回送的测试帧的信噪比，在所述主载波机网络路径信息模块中更新网络路径信息，并依序向其下级载波机发送建立自身相关网络路径信息命令，如果收到一载波机回送的测试帧的信噪比，就表明本载波机同该载波机间的通信链路正常，信噪比代表了该通信链路的质量；所述主载波机载波信道管理模块根据从载波机上传的从载波机网络路径信息，在所述主载波机网络路径信息模块中更新网络路径信息；

所述主载波机数据帧生成模块，用于从中压配电电力线上接收载波通信数据帧或发送载波通信数据帧到中压配电电力线；所述主载波机载波数据帧生成模块包括主载波机路由生成单元，所述主载波机路由生成单元，根据以太网接口收到的数据帧中的目标RTU，以及主载波机设备信息数据模块中的设备信息，解析出目标RTU所属的从载波机，并根据主载波机当前的网络路径信息，重建路由路径，生成载波通信数据帧发送到中压配电电力线。

设备信息包括上级、同级及下级节点信息；

载波通信数据帧的格式为：网络层数据帧头＋应用层有效载荷，网络层数据帧头包括网络标记、路由级别、路由长度、路由路径，如表1所示：

表1

网络标记

路由级别

路由长度

路由路径

应用层有效载荷

网络标记：在非广播数据时，此标志位同一个主载波所组建的网络下的唯一组网标记，同时也作为本网络中数据传输的起始位；如果数据帧是广播数据帧，此标志为广播数据帧标记。

路由级别：数据传输到当前载波机的路由级别。在主载波向从载波机下发数据时，每经过一次路由，路由级别减1；在从载波向主载波上传数据时，每经过一次路由，路由级别减1（可以是负数）。

路由长度：本次数据通信过程中一共需要经历的路由次数。

路由路径：本次数据通信通信过程中，数据所经过的站点地址表。

由于广播数据帧需要有送到系统中每一个通信节点，所以会根据系统中对各个远点设定不同路径，再将路径打包到载波通信数据帧中。如表2所示。

表2

网络标记

链路条数

链路1

......

链路n

应用层有效载荷

链路定义如表3所示。

表3：

路由级别

路由长度

路由路径

利用本实用新型的主载波机及从载波机构建的配电网载波通信系统一实施方式如图3所示，配电网载波通信系统包括主载波机、从载波机、RTU（Remote Terminal Unit，远程测控终端）；所述RTU通过所述串口或以太网接口接入载波机。

中压配电电力线载波通信主载波机，具有用于进行通信规约转换的通信规约转换模块，SCADA（Supervi sory Control and Data Acquisition，数据采集与监视控制系统）的通信数据直接通过网络接口进入主载波机中，当SCADA服务器有命令数据需要传输到RTU（Remote Terminal Unit，远程测控终端）时,命令数据通过以太网接口传输到主载波机,主载波机中根据需要（当主站系统软件的规约与远程测控终端的规约不同时）对通信规约进行转换，并根据以太网接口收到的数据帧中目标RTU，以及主载波机设备信息数据模块中的设备信息，解析出目标RTU所属的从载波机，并根据主载波机的当前网络路径信息，重建路由路径，生成载波通信数据帧，发送到电力线上；经过电力线的传输，本实用新型的中压配电电力线载波通信从载波机根据接收到携带命令数据的载波通信数据帧中的路由路径，对该载波通信数据帧或丢弃，或解析下发到下属RTU，或者根据从载波机的当前网络路径信息重建路由路径，生成载波通信数据帧进行中继转发。利用本实用新型的中压配电电力线载波通信主载波机及从载波机构建的配电网载波通信系统，在载波组网中，引入系统动态路由算法，主载波机按一定时间间隔启动建立网络路径信息，在所述从载波网络路径信息模块及所述主载波网络路径信息模块中建立动态网络路径信息，主载波机、从载波机根据动态网络路径信息，重建路由路径，生成载波通信数据帧，发送到电力线上，每个从载波机都可以充当中继的功能，从而可以在同一个主载波机网络中启用多条备用信道，增加了构建的配电网载波通信系统的可靠性，并能实现SCADA和RTU之间点对点的通信，减少构建配电网载波通信系统是独立的通信管理机开销。

Claims (7)

1.一种中压配电电力线载波通信主载波机，其特征在于，主载波机包括主载波机数据帧生成模块、信噪测试模块、主载波机载波信道管理模块、主载波机设备信息数据模块、主载波机网络路径信息模块；

所述主载波机设备信息数据模块，用于存储该主载波机的所有从载波机，以及各从载波机下属远程测控终端的设备信息；所述设备信息包括上级、同级及下级节点信息；

所述主载波机网络路径信息模块，用于存储主载波机的所有从载波机的网络路径信息；

所述主载波机载波信道管理模块，按一定时间间隔启动建立网络路径信息，建立网络路径信息初始化时以主载波机作为主站，作为主站的主载波机的主载波机载波信道管理模块，按设定的时间间隔，广播发送测试帧，并在经过设定时间后轮询向下级载波机发送召测数据命令；然后根据下级载波机回送测试帧的信噪比，在所述主载波机网络路径信息模块中更新网络路径信息，并依序向其下级载波机发送建立自身相关网络路径信息命令；所述主载波机载波信道管理模块根据从载波机上传的从载波机网络路径信息，在所述主载波机网络路径信息模块中更新网络路径信息；

所述主载波机数据帧生成模块，用于从中压配电电力线上接收载波通信数据帧或发送载波通信数据帧到中压配电电力线；

所述信噪测试模块，用于保存接收到的主站载波机测试帧的信噪比，并在接收到主站载波机召测数据命令时，把保存的所述主站载波机的测试帧的信噪比回送给主站载波机。

2.根据权利要求1所述的主载波机，其特征在于，所述主载波机还包括以太网接口，所述主载波机载波数据帧生成模块包括主载波机路由生成单元；

所述主载波机路由生成单元，根据以太网接口收到的数据帧中的目标远程测控终端信息，以及主载波机设备信息数据模块中的设备信息，解析出目标远程测控终端所属的从载波机信息，并根据主载波机当前的网络路径信息，重建路由路径，生成载波通信数据帧发送到中压配电电力线上。

3.根据权利要求1所述的主载波机，其特征在于，所述主载波机还包括通信规约转换模块；

所述通信规约转换模块，所述通信规约转换模块，用于进行主站系统软件规约到异种远程测控终端的通信规约转换。

4.根据权利要求1所述的主载波机，其特征在于，所述主载波机还包括以太网接口、串口、控制面板；

所述以太网接口，用于接入以太网；

所述设备信息通过以太网接口、串口或控制面板写入主载波机。

5.一种中压配电电力线载波通信从载波机，其特征在于，从载波机包括从载波机载波数据帧生成模块、信噪测试模块、从载波机载波信道管理模块、从载波机设备信息数据模块、从载波机网络路径信息模块；

所述从载波机设备信息数据模块，用于存储上级载波机、下级载波机、同级载波机、下属远程测控终端的设备信息；所述设备信息包括上级、同级及下级节点信息；

所述从载波机网络路径信息模块，用于存储该从载波机到其上级载波机、下级载波机、同级载波机间的网络路径信息；

所述从载波机载波信道管理模块，当接收到上级载波机的建立自身相关网络路径信息命令时使本载波机作为主站，作为主站的从载波机的从载波机载波信道管理模块，按设定的时间间隔，广播发送测试帧，并在经过设定时间后轮询向所述上级载波机、下级载波机、同级载波机发送召测数据命令；然后根据所述上级载波机、下级载波机、同级载波机回送的测试帧的信噪比，在所述从载波机网络路径信息模块中更新本载波机的网络路径信息，并将更新后的本载波机的网络路径信息，上传给主载波机，并依序向其下级载波机发送建立自身相关网络路径信息命令；

所述从载波机载波数据帧生成模块，用于从电力线上接收载波通信数据帧或发送载波通信数据帧到电力线；所述从载波机载波数据帧生成模块从电力线上接收到载波通信数据帧之后，根据接收到的载波通信数据帧中的路由路径信息，对载波通信数据帧做出丢弃、中继转发或接收解析处理。

6.根据权利要求5所述的从载波机，其特征在于，所述从载波机载波数据帧生成模块包括从载波机路由生成单元；

如果接收到的载波通信数据帧中的路由路径的目标载波机不是本载波机，所述从载波机路由生成单元根据收到的载波通信数据帧中的路由路径方向，重建路由路径，生成载波通信数据帧发送到电力线进行中继转发；如果路由路径的方向是上传，就重建以通信链路正常的上级载波机为下一节点的路由路径，如果无通信链路正常的上级载波机，就重建以通信链路正常的同级载波机为下一节点的路由路径；如果路由路径的方向是下传，就重建以通信链路正常的下级载波机为下一节点的路由路径，如果无通信链路正常的下级载波机，就重建以通信链路正常的同级载波机为下一节点的路由路径；

如果接收到的载波通信数据帧中的链路信息的目标载波机是本载波机，所述从载波机载波数据帧生成模块解析接收到的载波通信数据帧，提取接收到的载波通信数据帧中的有效载荷，下发到本载波机下属的相应远程测控终端；

如果接收到的载波通信数据帧同从载波机无关，所述从载波机载波数据帧生成模块将该接收到的载波通信数据帧丢弃，不做处理。

7.根据权利要求5所述的从载波机，其特征在于，所述从载波机还包括以太网接口、串口、控制面板；

所述以太网接口，用于接入以太网；

所述设备信息通过以太网接口、串口或控制面板写入从载波机。

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