低压电力线范文（精选12篇）
低压电力线 第1篇
关键词：低压电力线,载波模块,测试,建设
0 引言
按照国家电网公司用电信息采集系统的建设要求, 对智能电网实现“信息化、自动化、互动化”, 低压电力线载波通信技术有望在低压用户的用电信息采集中得到充分利用。目前国内市场上的载波模块也已进入多元化时代, 如产生的东软、鼎信、瑞斯康、晓程、力合微、盛吉高科等, 因2013年国网新标准的发布, 也意味着各个模块都是新产品, 要保证供货的产品质量, 就要综合测验各种低压电力线载波通信的性能, 从中筛选一套在最合理最经济的载波通信技术方案, 以确保现场安装使用的载波通信产品均能满足应用需求。
我们要做大量的测试工作, 如通讯成功率, 组网时间等, 这些工作目前都还没做到位, 且供货的载波芯片厂家也在不断的改进他们的产品, 这就需要我们做进一步的细致工作, 才能保证产品质量。作为该系统产品的研发、测试从业人员, 在低压电力线载波模块的测试[1]和实用性方面积累了大量经验。下文中介绍的低压电力线载波测试的方案, 较好地解决了低压电力线模块的测试, 在业内各个电力公司得到了广泛应用, 并取得了客户的认可。特撰写此文, 对当前国内的低压电力线载波模块测试的现状, 以及低压电力线载波模块的测试问题和建设进行了研究, 与同行共享。
1 低压电力线载波模块测试的现状
1.1 电力标准要求的测试项目
低压电力线载波模块在单相静止式多费率电能表、单相费控智能电能表、三相费控智能电能表、集中器和采集器中得到广泛的应用, 按照《DL/T 698 2010电能信息采集与管理系统标准[2,3]》、《Q/GDW 1374.3-2013电力用户用电信息采集系统技术规范》[4]、《Q/GDW 1379.4-2013电力用户用电信息采集系统检验技术规范》[5]的要求, 载波通信模块测试项目:功率消耗、高低温、电源影响、载波信号频率、载波信号最大输出电平和频带外干扰电平, 还有一项是噪声电平低于300m V、15d Bm信噪比下的数据传输可靠性试验[6]。
此外, 电磁兼容 (EMC) 试验中, 要求采集终端 (或采集模块) 在采集与非采集状态下, 施加辐射干扰、脉冲群干扰、浪涌抗扰度试验和工频磁场影响试验时保持良好的通信功能。
1.2 国家标准草案要求的测试项目
近两年, 我国低压电力线载波标准相关的政策法规相继出台。其中, 《低压电力线载波抄表系统国家标准草案》中规定了载波通信性能测试指标:DL/T698标准是基本的指标, 另外对标准中的部分条款作了改进, 可操作性更强。比如, 当电源噪声在300m V以下、通道衰减分别为40d B、60d B、80d B的前提下, 要求分项目逐步开展数据传输性能测试;确定信噪比下传输误码率测试, 信噪比分别为10d B、15d B、20d B, 也可采用其它的信噪比数值来量测传输误码率;确定信噪比下最低接收门槛电平测试, 信噪比同上, 也可采用其它的信噪比对最低接收门槛电平进行测试;确定传输速率下最小信噪比测试, 通过预先设定传输速率对数据传输最小信噪比进行测量。国标草案针对抄表系统构成后的测试增设了个别项目, 将稳定性、适应性、灵活性、完整性、路径管理、路由构建、中继方式等作为重要施测节点, 具体如下:
电力载波通信管理功能:
低压载波信道具有随机性的高衰减性和强干扰性, 因而要求系统自带载波通信管理功能;
系统初始化功能:
系统初次上电时能够自动初始化, 并分析低压配网的网络拓扑情况, 为中继路径自适应做好前期准备;
中继路径自适应功能:
若系统无法完成既定的信道指标, 可通过中继路径自适应功能进行中继抄收, 从而按部就班的完成信道最终指标;
系统动态修改功能:
低压载波信道的时变性较强, 因而电力线载波集抄系统的通信管理也应该可以进行动态修改;
载波电能表电源控制功能:
信道是系统对载波电能表的供电电源进行控制的有效路径, 目的是灵活适应各种营业管理策略;
系统监测诊断功能:
故障自诊断是系统必备的一项基本功能, 并且针对故障可以进行提示或预警;
表号自动搜索功能:
系统初始化阶段应该可以自动锁定载波电能表表号;
响应时间:
命令执行时刻与命令执行完毕时刻之间的时间即为响应时间。按照常规, 响应时间不得超过60 min;
残余差错率:
在允许采用中继通信、校验和重发的前提下, 需要长期的优化调整才可能将系统数据采集的残余差错率控制为零。
2 低压电力线载波模块测试的问题研究
由于低压电力线载波目前还没有互联互通的标准, 所以载波模块进入多元化时代, 载波模块采用的通讯技术[7]上 (BFSK、BPSK、OFDM[8]等) 有差异, 且实际使用低压电力线对于载波抄表具有强干扰、高衰减等动态时变特征, 其结构与阻抗都属于可变性质, 现阶段还没有一家权威机构可以正式而全面的分析测试低压电力线的特征, 也没有一套权威系统的测试数据。业界对现有载波抄表产品是否满足抄表系统的应用需求仍持有怀疑态度, 现在的测试还是停留在实验室环境方面的测试, 加上标准的不完善, 即便性能稍差的产品也可能大有市场, 抄表实时性没有保障, 甚至个别表全天候抄表不成功。除此之外, 业界对载波抄表是否干扰其他设备运行也持有怀疑态度, 载波抄表干扰广播收听众人皆知, 但目前业界才真正着手研究频带外干扰电平的测试, 测试指标尚不健全, 而且大部分表厂频带外干扰电平的测试均超标, 目前国家法律是保护带外干扰抗议的。按照目前抄表系统的应用要求来看, DL/T 698标准明显过时, 现行标准项目中最大发送电平的指标与当前抄表系统也不相适应, 而且这套标准未明确规定数据传输的可靠性试验的试验方法, 未制定量化指标来限制和管理低压电力线的时变结构特性、阻抗特性、干扰特性、衰减特性对载波抄表的影响。可增设通信能力及环境适应性指标改善低压电力线的恶劣环境及时变特性, 通信能力指标包括接收灵敏度、抗干扰性指标, 并且要有一套相对完整的考核指标, 如系统组网时间、系统抄收完成率、中继路由、自适应性、系统抄收日冻结时间、一次抄表成功率、系统抄收故障率、系统抄表稳定性等。厂家提供的抄表产品性能指标通常都符合标准。但由于测试装备有限, 测试手段有一定局限性, 无法对载波通信产品的通信功能进行合理验证, 致使产品性能的测验与应用需求脱节。
3 模块测试的对策和实验室的建设方案
可从以下几方面着手来提高低压电力线载波通信能力:
3.1 统一测试标准
制定一套科学合理且相对完善的制度体系, 明确低压电力线载波通信能力测试标准, 丰富相关内容;重点分析实际低压线路, 通过模拟线路展开测试, 建立常用电器 (可调日光灯、电动车充电器等) 载波参数实验室, 继而推导实际线路的载波参数试验和测试;通过强化点对点载波通信能力以及载波抄表系统路由中继能力的考核, 促使厂家重视载波通信技术的提高;引进配套的载波测试设备, 为载波检测创设一个良好的设备环境, 同时进一步调整测试方法, 提高测试效果。
3.2 实验室环境下多种测试系统[9]的建设
针对低压电力线载波通信的性能测试可分别建设以下几个互为补充的系统:
实验室载波性能检验系统:
仿真系统的缩小版, 参考DL/T 698标准测评现行的检验体系;
实验室点对点通信性能测试系统:
以低压电力线影响载波通信的几个重要节点为研究对象展开对点通信试验及测试;
实验载波通信路由性能评估系统:
以现阶段通用的集中器路由以及其他系统性路由算法[10]为对象, 综合评估系统的完整性、稳定性、可靠性、路由能力、抄表速度;
现场载波参数测试系统:
现场测试并综合分析参数数据, 从中发现干扰载波通信的主要因素, 通过反复研究, 完善和补充实验室仿真和评估系统的样本及其完整性;
新一代载波性能测试和仿真试验设备:
从现场参数测试结果中提炼载波通信重要参数信息组成新一代载波仿真系统, 运用数字化模拟平台方案, 定量分析测评载波通信性能。
3.3 特定现场环境的测试
实验室环境测试通过后, 到选定的现场环境的测试:
城市住宅小区的测试, 台区大, 线路比较规范, 主要测试系统的组网时间、一次抄表成功率;城乡结合地区的测试, 台区中等, 线路不规范, 主要测试系统的中继路由、自适应性、系统抄表稳定性;纯农村的测试, 台区中下, 线路不规范, 电表之间距离比较远, 主要测试点与点直接的通信能力。
4 结束语
由于国内低压居民用户用电信息采集的大量推广和应用, 科学全面的测试低压电力线载波模块已迫在眉睫, 上文提到的模块测试的对策和实验室的建设还需要科研、测试、使用人员在应用中完善和发展, 通过不断的研究和探索, 使通过测试的低压电力线载波模块, 安装在现场后能正常运行, 实现免维护。
参考文献
[1]黎连业, 王华, 李淑春, et al.软件测试与测试技术[M].北京:清华大学出版社, 2009.
[2]刘宣, 王思彤, et al.DL/T 698.31-2010电能信息采集与管理系统第3-1部分电能信息采集终端技术规范——通用要求[S].北京:中国电力出版社, 2010.
[3]刘宣, 王思彤, et al.DL/T 698.35-2010电能信息采集与管理系统第3-5部分电能信息采集终端技术规范——低压集中抄表终端特殊要求[S].北京:中国电力出版社, 2010.
[4]刘宣, 唐悦, et al.Q_GDW 1374.3-2013, 电力用户用电信息采集系统通信单元技术规范[S].北京:中国电力出版社, 2013.
[5]阿辽沙.叶, 刘宣, et al.Q_GDW 1379.4-2013, 电力用户用电信息采集系统通信单元检验技术规范[S].北京:中国电力出版社, 2013.
[6]吴慧伦.数据传输终端设备的可靠性分析及设计[J].电子产品可靠性与环境试验, 2009.
[7]倪维帧.数据通信原理[M].北京:中国人民大学出版社, 2000.
[8]佟学俭, 罗涛.OFDM移动通信技术原理[M].北京:人民邮电出版社, 2003.
[9]杨林耀.信号与系统[M].北京:中国人民大学出版社, 2000.
低压电力线路安装合同 第2篇
(以下简称甲方)
(以下简称乙方)
根据甲方配电改造方案,乙方承担其施工任务,为明确双方在施工过程中的权利和义务,保证施工任务按时、优质、顺利完成,经双方协商，签定本合同，以资信守。
一、工程概况及承包方式：1、2、3、工程名称：工程地点：承包方式：包工包料（线材由甲方指定采购，由甲方负责与供货方结算）
二、承包范围：1、2、3、4、5、定制专用配线柜一个(2米*1.5米*0.5米)，计8500.00元。指定乙方采购PVC绝缘管(直径100毫米)以及配件，计600.00元;指定乙方采购接线端子,绝缘带，计3000.00元;维修低压电容补偿屏2块并并指定乙方负责购买相关配件，计6000.00元;乙方拆除老配电间低压出线;安装新配电间各路低压出线并保证车间正常
运转，安装及拆除工资计10000.00元。
三、工程期限及质量
工程期限：合同签订，预付款到账后即开工，有效工作日45天；
工程质量：工程质量合格，以保证各车间用电正常，无功补偿正常工作。
四、甲方责任及权利：
1、协助乙方现场施工，协调好周边环境，严格控制影响工程进度的不良现象。
五、乙方责任：
1、明确施工措施和质量要求，作好施工前的准备工作，并密切协调好与高压的安装工作。2、3、4、安全生产，文明施工，杜绝安全事故的发生，如发生事故，概由乙方负责； 搬迁电器设备时若有损坏负责维修或赔偿； 结算前，乙方负责提供符合报帐要求的票据；
六、合同价款与付款方式：
1、工程费用：根据本工程预算书，经甲乙双方商定，确认工程总价（不含电
缆线）为贰万捌仟壹佰元整（￥28100.00元）;
2、付款方式:合同签定甲方即预付工程备料款壹万元整（￥10000.00元）,本电缆安装工程和低压补偿工程均验收合格后,于2010年4月15日前一次性付清其余工程款壹万捌仟壹佰元整（￥18100.00元）。
七、未尽事宜，双方协商解决。协商不成时，根据合同法、电力法进行解决。
本合同一式二份，甲、乙双方各持一份。
甲方：乙方：
法定代表人：
委托代理人：
低压电力线 第3篇
摘要：随着数字化时代的到来，低压电力线通信方式受到了越来越多的关注。文章介绍了低压电力线通信原理，详细阐述了影响通信质量的各种因素，通过分析比较得出基于滤波多音调制技术的低压电力线通信系统具有一定的优势。
关键词：低压电力线通信；FMT；调制解调
中图分类号：TN913 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）17-0020-02
1 研究背景及意义
为了保证电力系统能够安全稳定运行，利用电力线传递信息的技术即“电力线载波通信”得以产生。电力线载波通信（Power Line Carrier Communication）简称PLC，即人们常说的“电力线上网”，是借助于电力线这种介质来进行载波传输信息的一种通信方式，是电力系统特有的、基本的通讯方式。它是建立在电力输送网络基础上的，实现电力线通信网络内部的各个节点之间以及与其他通信网络通信的系统。作为电网调度自动化、管理现代化、运营市场化的核心与电力通信网络的基础，电力线载波通信一直是相关部门研究和发展的重点。
2 低压电力线载波通信
2.1 低压电力线载波通信原理
低压电力线载波通信作为电力系统基本、独有的通信方式，它用低压配电线作为传输介质来进行信息的传递。实现了电力线通信网络内部的节点与节点之间的连接，并且能够与其他外部网络进行通信，是建立在低压配电网络基础上的通信系统。
2.2 低压电力线载波通信的优点
低压PLC的优点表现在以下三个方面：
经济性能好：低压电力线载波通信可在已有的配电网络传输，不用另外新布线，因此减少了投入，节省了成本，并且对外界的破坏也降低。
应用范围广：电力资源与人们的生活早已密不可分，我国的用电用户已经超过了10亿以上，电力线网络是我国分布最广的网络之一，所以电力线通信很容易地渗透到了千家万户以及各种公共场所，作为其他宽带接入方式的延伸和补充，为互联网更为广阔的发展提供便利的条件。
传输速率较高：目前的低压PLC传输速率得到了很大的提升，一般在1～200M之间。利用PLC接入网络的传输速率已经远高于ISDN、ADSL、拨号上网等其他方式，而且随着相关技术的发展，更多的高速率PLC产品将会越来
越多。
2.3 低压电力线载波通信的主要性能指标衡量
一个通信系统的性能如何一般通过以下八个指标来衡量：有效性、可靠性、适应性、经济性、保密性、标准性、维修性和工艺性。通信系统的功能就是将传输的消息快速、准确、稳定地进行交换。所以从通信系统的功能来考虑，我们把信息传输的有效性和可靠性这两项指标作为评价通信系统性能的主要参考。
2.4 影响低压电力线通信的主要因素
低压电力线本身只是为了输送电能而设计的，不同于专用的通信线路，因此以低压电力线作为通信介质相比于其他专用通信线路有着更多的复杂性和不确定性。
线路阻抗、负载阻抗和噪声影响是电力线作为通信载体的自身弱点。
噪声干扰：对低压电力线通信造成影响的主要是噪声干扰。低压配电网信道中的噪声频率一般从几十万赫兹到二十兆赫兹之间。
线路阻抗：配电线路本所用到的金属材料的粗细传输的距离以及老化程度都对阻抗有直接影响，阻抗越大，信号的衰减程度越大；地电容影响着一些地下电缆的通信过程，随着频率升高，信号衰减同时也会越来越大。
负载阻抗：当启动低压电力线上的不同用电设备时，传输信号会在其工作频点产生具有阻抗特性的深度衰落。虽然这种负载不会在整个频域内出现，但其产生的时段性、突发性和普遍性会对通信质量带来一定的影响。
3 多载波调制技术
多载波调制（Multicarrier Modulation）技术采用了多个载波信号，它把所要传输的数据流分解为若干个子数据流，利用这些子数据分别去调制若干个子载波。在多载波调制信道中，数据传输速率相对较低，码元周期加长，只要时延扩展与码元周期相比小于一定的比值，就避免码传输系统中的ISI，同时多载波调制对于一般通信信道的时间弥散特性不敏感。目前在实际应用中具有代表性的多载波技术有扩频通讯技术（SS）、多载波正交频分复用（OFDM）技术以及滤波多音调制（FMT）技术等。
3.1 扩频通信技术
扩频通信技术（Spread Spectrum Communication）可以简单的描述为：一种扩展频谱的通信技术。在发送端频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，然后再通过编码和调制的方法来实现。这个过程与所传输的信息本身无关。在接收数据的一端，利用与发送端相对应的码序列进行接收与解扩等过程后，对所传输的数据信息进行恢复。简言之，扩频通信是将所要传输的信号带宽扩展到很宽的频带中进行传输的一种通信方式。
3.2 正交频分复用技术
OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交频分复用技术是多载波调制的一种，也是一种复用技术。它在指定的频段内选取若干个子载波，将信息符号调制在多个子载波上同时发送，每一个子载波相当于一个窄带传输。
OFDM将编码后的数据进行串并转换后，利用若干个子载波分别进行调制。所采用的子载波具有在频率上等间隔的特点，各子载波采用数字符号调制，各载波上的信号功率形成都是相同的通过选择载波间隔的方式，使这些子载波在整个符号周期上保持频谱的正交性，各子载波上的信号在频谱上相互重叠；接收端，利用载波之间的正交性可以无失真地恢复发送信息。在使用正交频分复用技术的低压电力线载波通信系统中，可以同时结合频域自适应等技术，用来传输信息的各子载波的数量、编码、同步等方式完全可以根据信道不同而进行调整，所以正交频分复用技术能够在一定程度上解决低压电力线信道中时变性的问题。
3.3 滤波多音调制技术
1999年Giovanni Chenrubini等人提出了滤波多音调制（Filtered Multitone Modulation，FMT），并论证了采用子信道频带不重叠划分方法的滤波多音调制技术，能弥补一些高速数字接入技术中的缺点，例如能有效地降近端串扰（NEXT）、远端串扰（FEXT）、回声（ECHO）所带来的信道间的干扰问题（ICI）。基于滤波多音调制技术的系统实现的复杂度较高，因此目前仍处于理论研究阶段。
3.4 三种调制技术的性能比较
扩频调制技术的优点主要表现在以下四个方面：（1）干扰性强；（2）低功率频谱密度；（3）高保密性；（4）容量大、地址多。其缺点主要有：（1）系统实现复杂；（2）在频带资源有限的的情况下主要弱点为传输信息需要的最小带宽远远小于扩频后的频带带宽；（3）实现高质量的扩频码分多址方面仍存在一些困难。
OFDM技术的优点包括：（1）可以最大限度利用频谱资源；（2）可以实现较高的安全传输性能，它允许数据在复数的高速的视频上被编码；（3）容易和其他接入方法结合应用，形成OFDMA系统，实现了多用户同时信息传输功能；（4）对传输线路上的多路径外界信号干涉有较强的抵抗力，非常适合工作在一些恶劣的通信环境中。
FMT调制技术的最大优点是能够避免通信系统中的码间串扰；其主要的缺点是结构复杂。因为它的优于OFDM的频带抑制能力是通过在系统的各个子信道加入了一个具有相当复杂度的滤波器为代价来获得的，因此直接实现的FMT系统在运算量上相对较大，但通过采用了FMT系统有效实现方法，滤波多音调制系统在复杂度上的差距得以明显减小。
4 结语
文章首先叙述了低压电力线通信的国内外现状以及发展电力线通信的现实意义，通过其通信原理总结出影响电力线通信的主要因素。目前在低压电力线通信中多载波调制技术具有良好的性能，通过与其他调制方式的对比，得出滤波多音调制技术能够弥补传统多载波技术的一些缺点。同时分析了目前多载波调制技术中扩频调制技术、OFDM频分复用技术和滤波多音调制技术三种调制技术的原理和特点。
参考文献
[1] 温丽娟，谭长涛，邱建斌.电力载波通信线路设计
[J].江苏电气，2008，（2）：17-19.
[2] 沈保锁，侯春平.现代通信原理（第二版）[M].北京：国防工业出版社，2007.
[3] 王秉钧.现代通信原理[M].北京：人民邮电出版社，2006.
低压窄带电力线通信信道编码方法 第4篇
为提高电力线通信可靠性,国内外专家做了较深入的研究,研究重点主要集中在信源编码、信道模型分析、噪声特性分析等领域[1,2,3,4,5,6,7,8]。而信道编码也是提高电力线通信可靠性的有效方法之一[9,10],文献[11]提出将M-FSK和互换码相结合的编码方法,克服持续频率噪声和脉冲噪声,该方法适用于各种频率范围。使用Turbo码能够有效降低电力线信道噪声的影响[12,13],文献[14]使用LDPC(Low Density Parity Check)码,在周期性稳定高斯随机噪声的电力线信道条件下,能够获得比Turbo码更好的误码性能。这里重点研究以单片机为硬件平台的电力线通信监控网络的窄带信道编码,提出并对比几种不同的简易编码方法,通过增加冗余比特,降低误码率和丢包率,提高通信可靠性和有效性[15]。
1 电力线通信系统信道模型
电力线通信系统,可用简化的典型数字通信系统模型表示,如图1所示。信源为数字序列(原始信息序列),信道编码器是将信源编码器输出的数字序列m映射到相同字符的较长的二进制数字序列c,也就是人为地增加若干位,使其具有检错或纠错能力。信源编码在于实现通信的有效性,信道编码能够提高通信的可靠性。信道编码器增加的位数是根据信道出错情况来决定。信道编码器是纠错编码技术中的主要组成部分之一。在码长为n=k+r的码字C中,k为信息位个数,r为冗余校验位个数,衡量编码效率的编码速率R=k/n。Shannon的信道编码定理证明,对于一个给定的噪声信道,它就有确定的信道容量C,只要发送端以低于C的速率R发送信息,则一定存在一种编码和译码方法,使得错误概率pe随码长n的增长而指数下降到任意小的值[15]。
2 电力线信道编码
2.1 电力线通信编码的原则
为满足纠错码的可靠且成本低的基本要求,按照如下思路设计纠错码:
a.首先,满足可靠性的要求,这是带有大规模通信节点的电力线通信网络中迫切需要的,尤其是在低速率监控系统中用于低速应用;
b.为满足低成本和通用性,使用软件算法实现,减少硬件结构的修改。
2.2 电力线通信编码/解码原理
遵循2.1节提出的原则,编码时,将接收数据的1个符号重复发N次后送入信道,简称N位编码。解码时用大数判决解码方法。大数判决原则为:多数一致的二进制位为正确的二进制位。设定(N+1)/2为多数的界限,即只有不小于(N+1)/2时,认为是多数一致。累加器中积累了N位,包括1个信道编码前的原始信息位和N-1个冗余位。一般的低成本电力线通信模块不具备硬件累加器,但可对判决后输出的二进制序列进行累加,用软件实现对信道编码的解码。设数据包的长度为n位,电力线信道误码率为pLE,则数据包发生错误的概率p为[15]
累加器中的接收信道编码码长为N,由二项式分布律可知,N个码元中有i个发生错误的概率pe为
经大数判决,必须大于一半的码元一致才认为是传输正确的码,所以经累加器和大数判决后产生的误码概率pcoding可由下式表示:
当N为偶数时,累加器中必须屏蔽1个码元,以使判决的总码元达到N-1(奇数个)。
设pc为经累加器解码后,重新组成的新数据包的错误概率,则有
由于接收通道灵敏度较高,电力线信道中即使无有效数据时,解调器也会将噪声不断地解调出来。为过滤噪声数据,需要在有效数据包中加入长度为k(0
未使用信道编码的k位长度的前导符发生错误的概率为
理论上,编码长度越长,通信可靠性将越高,但效率会降低。但是,在实际工程应用中还要看实际环境和各种影响因素的影响。
2.3 适用于工程的电力线通信编/解码方法
在实际的工程中,考虑硬件平台、处理速度及系统响应时间等因素,宜采用较为简单、易实现的编/解码方法。根据研究过程中的调试经验,现提出4种方法以便作通信可靠性测试和比较。
a.原码(即N=1)+前导符0101010110101010(0x55AA),简称为方法1。
b.8位编码(原码‘0’编码成0x00,原码‘1’编码成0x FF,1个停止位)+前导符0101010110101010(0x55AA),前导符不编码,简称为方法2。
c.16位编码(原码‘0’编码成0x0000,原码‘1’编码成0x FFFF,1个停止位)+前导符0101010110101010(0x55AA),前导符不编码,简称为方法3;
d.8位编码(原码‘0’编码成0x80,原码‘1’编码成0x FE,2个停止位)+前导符1100110011000000(0x CCC0),前导符不编码,简称为方法4。
3 系统实测与分析
上述4种编码方法应用于实际系统中进行测试。目的在于在使用不同的编码位数和前导符的情况下,得出具有较高通信可靠性的编码和前导符的组合方式,为实际工程应用提供参考依据。
3.1 测试系统结构与环境
在实验室环境下,如图2所示放置3个电力线载波通信模块,该模块为自主研发的基于ST7538p调制解调芯片和ATMega8微处理器的窄带电力线通信模块。在模块之间放置实验室的计算机、示波器等设备作为噪声干扰源。每个模块之间相隔约120 m。
在硬件条件、线路连接相同的情况下,在实验室现场对信号和噪声进行了测试。图3为测试距离10 m且没有加入计算机等噪声干扰时的波形。图中,通道1的波形为发送端的载波信号波形,峰-峰值约2.5 V;通道2的波形为接收端的载波信号波形,峰-峰值约1.5 V。可以看出,在短距离且噪声干扰小时,信号衰减比较小。此时,编码与否问题不大。图4为测试距离为130 m且加入实验室计算机等噪声干扰时的波形。通道1的波形为发送端的载波信号波形,峰-峰值约2.5 V;通道2的波形为接收端的载波信号波形,峰-峰值约200 m V,而噪声的最大峰-峰值可达到500m V左右,可以淹没信号。可以看出,在长距离时信号衰减比较大,为保证通信的可靠性,必须采用有效的信道编码。
3.2 测试结果与分析
对4种工程性编/解码方法的测试数据列于表1~4。在实际测试中,分析测试过程,得出6点结论。
a.在实际使用中,并不绝对是如理论所推导的认为编码位数越大,通信可靠性就越高。
b.通过对采用编码方法2的通信效果差时的误码进行分析,发现通常在连续发几个0x00时丢失一个0x00,经过分析是由于停止位的宽度过窄造成ST7538解调错误,或解调后的停止位电平不稳定。
c.编码方法4中把停止位的宽度增加至2位,并在8位编码时把‘0’编成0x80,以增加停止位的宽度,明显增加了通信成功率。
注:n为每包字节数;ns为发送总字节数;nr T为接收总字节数;nr为接收正确字节数;Rr为接收正确率;下同。
d.测试过程中发现把1编码为0x FF有丢失数据包的现象,故把‘1’编成0x FE,以增加起始位的宽度,作此改变后误码现象基本消失,但仍存在丢失整个数据包的现象。经过分析,原因在于包头0x AA、0x55不易识别,故把包头0x AA、0x55改为包头0x F0、0x F0,提高了接收率,但发现误检的概率较大,影响正常接收。把包头改为0x CC、0x C0,降低了误检率,同时提高了接收率。
e.在实际工程中,前导符的选择对于提高通信可靠性,减少丢包率起着较大作用。
f.存在信道不对称的情况,3号节点对1、2号节点发送信号时,通信可靠性明显低于其他几种通信情况。
综上所述,编码方法4的通信性能明显优于其他3种编码方法。可以作为实际工程应用的一种参考方法。
4 后续研究工作
增加带有冗余码的码字长度,虽然能够增加可靠性,但降低了编码效率和原始信息序列码率。在后续的工作中应该重点研究以下内容:
a.根据解码后检错的效果,间接估计电力线信道质量,将电力线信道分成不同的质量级别;
b.根据电力线信道的慢时变特性,质量较好时的信道使用较短的码字,质量较差时的信道使用较长的码字,使信道编码在首先满足可靠性的前提下,通过码距自动地适应电力线信道质量的变化,提高编码效率和原始信息码率。
5 结语
根据国内外学者的研究情况,在分析信道模型基础上,给出了低压配电网电力线通信信道编码的基本分析思路,提出并分析了使用简单重复码编码方法和大数判决解码方法实现电力线通信的检错和纠错。针对中低速、低成本电力线通信网络模块硬件平台,设计4种编/解码方法和前导符的选择方法,并作详细测试和分析。根据测试结果,推介一种简单易行的适合工程用的编码方法与前导符选择组合方式,为实际的工程应用提供有用的参考依据。
摘要：信道编码是提高低压配电网窄带电力线通信可靠性的有效方法之一。在分析研究信道模型基础上,提出了中低速、低成本、适合工程用的电力线通信信道编码设计原则,阐述了简单重复码编码方法和大数判决解码方法。设计由原码、8位编码、16位编码和不同前导符组合而成的4种信道编码方法,给出该4种信道编码方法在实验室220V电网环境下的详细测试数据。在折衷考虑编码效率和可靠性前提下,认为使用8位编码(0X80和0XFE)和使用0XCCC0作为前导符的编码组合方式适合于实际工程应用,较其他3种编码方法误码率至少降低30%。
电力局低压台区线损管理办法 第5篇
***县电力局低压台区线损管理办法
1、总则
1.1低压台区线损管理是电力企业线损管理的标准化、科学化管理的一种体现。根据线损管理分压、分线、分台区管理的要求并结合***县电力局的实际情况，特制定***县电力局低压台区线损管理办法。
1.2本标准规定了****县电力局低压台区线损管理的体制和职责、指标管理、线损统计、低压线损管理、低压线损管理工作流程、考核范围和考核办法等。
1.3本办法适用于****县电力局所属各供电所及供电营业区的低压台区线损管理。
1.4本办法从下发之日起执行。
2、管理体制和职责
2.1、营销科为***县电力局低压线损工作管理归口部门，负责各供电所线损指标分解、下达、月度线损统计、奖、惩。定期分析讲评线损完成情况；负责制定低压降损措施，并监督落实；负责对漏、错、丢、甩等经济事故（百元/KWH）的调查、分析、处理；负责对全局低压线损资料的收集、整理、保管工作。
2.2、供电所负责按期完成月度及全年的线损指标任务;对本所的指标进行统计、分析、预测；全面落实降损措施，负责向营销科及时上报线损分析报告及业务报表（每月20日前）；负责制定本所及各台区的降损措施计划并实施。
2.3、营销科坚持每月生产例会分析线损制度，季度未编制季度分析报告。供电所坚持每月一次的线损分析制度。并认真做好分析记录。
3、指标管理
每年年底由营销科营业管理人员负责分解各供电所计划指标，经局相关领导审核后，随经济责任制下发。线损管理指标：
1）高损台区率（线损率超出10%）；
2）报表差错率；
3）电量差错率；
4）电费差错率；
5）电能表实抄率。
4、线损统计
配电台区损耗：以配电变压器台区表电量和该变压器所带低压用户计费表电量作为线损计算和考核的依据。
5、低压线损管理工作流程
5.1线损理论计算
供电所配合营销科做好低压线路的线损理论计算。每年进行一次低压线损理论计算工作。
5.2台区线损指标确定：
供电所台区线损指标确定一般以理论计算为基础，结合历史完成情况，综合各种因素确定。
5.3对低压线损率进行统计、分析。
6、低压线损管理
6.1每年要制定降低线损措施和线损目标，每月要审查抄表实抄率及配变台区营业月报，清理临时用电，统一考核，奖惩兑现，每季要召开一次线损分析会。
6.2各供电所的公用变低压线损统计分析由各供电所全面负责，营销科对其进行监督考核；供电所根据营销科下达的低压线损指标，将指标分解至各低压台区（按照一台区一指标的原则）。公用变台区总表由各供电所负责安装、更换，营销科对其安装、更换进行中间过程检查。
6.3为保证抄表的同时率，在抄录配电变压台区表及台区低压客户供、售电量必须严格按照抄表顺序表固定进行抄表，不得随意变更。每月抄表到位率必须达到100%。
6.4重视设备维护和技术改造，推广使用节能用电设备和无功补偿装置，减少损耗。
6.5用电户计量装置必须用国家认可的合格产品，并经校验合格，保证计量准确，并能够按使用周期校验和检修，供电营业所任何人员不得私自查处违章窃电。
6.6加大用电检查的力度，经常性开展营业大普查，杜绝“三电”行为及无表用电，查微机漏报户，严厉打击窃电。
6.7各供电所至少每季度应对所辖公用配变进行一次低压负荷的测试，并做好相应记录；测试时应尽可能做到既测试变压器出线侧负荷，同时测量各分支主线负荷情况；测试时应分别测量A、B、C相及零线电流。
6.8台区部表抄表卡片应保持数字，记录清晰、整洁、不得涂改或随意乱划。如果误笔或记录错误必须更正时，应另写更正后的数字并加盖经办人员印章。
6.9各供电所确定专人于每月的20日之前汇出总公用变台区线损的完成情况并上报营销科线损专责，线损专责作出线损分析，并根据线损的完成情况考核各所，各所再考核到具体的责任人。对完成线损指标的，按照考核办法给予奖励；对于未完成指标的，给予处罚。
6.10监督与检查。从上至下，建立奖惩分明的线损考核制度，线损率指标层层分解，落实到人，有考核记录台帐；建立每月线损分析会制度，及时发现问题，制定降损措施。营销科线损专责每月或每季度定期检查上述内容，对不符合要求的，限期整改。
6.11发挥稽查作用，对抄表质量、表计管理、用电检查进行监督与检查。对玩忽职守、工作不负责任者，造成线损增高，按照线损考核办法进行处罚。
6.12各供电所依据此办法制定出本单位切实可行的公用变台区线损考核办法，责任到人，有办法、有考核、有记录、有分析。
7、考核范围和考核办法
7.1范围
0.4kv及以下低压电力线路上的电能损失。
7.2考核办法
7.2.1 线损考核按月进行统计考核，并与年终评比、年终奖金挂钩。
7.2.2台区线损率按照《台区线损考核实施细则》执行。
7.2.3供电所每年、每月线损率对照、月度计划指标进行考核，每升高一个百分点，考核当月奖2%。
低压电力线 第6篇
【关键词】民用低压电力电缆；电缆故障查找；测试定位系统
引言
随着电网事业的不断进步，电力电缆的应用逐渐增多，与架空线路不同，电缆多埋于地下。其优势在于节省空间、绝缘性好，受自然环境影响较小，不足之处在于检修困难，一旦发生故障，不易查找原因，常因此而耽误处理时机。35KV以下的为低压电力电缆，多为民用，在某些城乡地区，为迅速弄清楚故障原因，必须掌握科学的方法。大面积开挖这种方式不太现实，如何运用现代高科技及时找出故障原因，并采取相应的解决对策是当前考虑的重点。
1、民用低压电力电缆故障及其形成原因分析
1.1分类
从实践中可知，高压电缆故障主要是高阻故障，包括闪络、泄露两种。而低压电缆仅有短路、断路和开路三种，电缆在运行中一旦开路，测量中可能会出现高阻现象；短路故障较为常见，当某处的实际测量阻抗低于10Ω时发生故障，即为短路，数字万用表可直接测量。以开路故障为例，可如此判断：高阻时利用低压脉冲测量电缆长度，如果小于实际长度或其中有一相长度比其他相小，则可能是开路故障。
1.2原因分析
引起低压电力电缆故障的原因有很多，如电缆自身质量问题，与以往相比，出厂制造工艺越来越高，通常不会引起故障。绝缘老化是主要原因，长期工作，加上周围环境电压或温度过高，很容易引起电缆局部放电，逐渐老化直至发生故障。有些塑料绝缘电缆埋于地下，可能被地下水浸泡，以至于绝缘击穿；安装缺陷，在埋设电缆时如果达不到标准要求，极易出现事故。如某地10KV电缆埋设工作，现场条件较差，施工人员忽视了很多细节，如清洁不彻底、附件质量不合格、安装尺寸错误、导体连接不符标准等；施工中的机械损伤，在土建工程中，机械开挖时很容易破坏电缆，致使多半故障都不能引起保护动作，最终被地下潮气侵入发生故障。
2、如何检测查找定位低压电缆故障
2.1常用的几种检查方法
当电力电缆发生故障后，常遵循3个步骤查找原因：一是诊断故障的性质，即在了解故障电缆的运行情况后，用兆欧表和万用表判断其性质；二是故障初测，即根据性质选择适宜的方法进行初测；三是故障定点，根据前面所得的信息，进一步确定故障具体点。以下介绍两种常用的故障检查方法：①低压脉冲法。即雷达法，将低压脉冲讯号注入到所查电缆中，脉冲在内部传播的过程中，遇到断线点或短路点时或产生一定的反射，仪器会自动记录。通过反脉冲的极性可初步确定故障性质，当故障性质和发射脉冲极性相反时是短路，相同时是断路。该方法在查找低阻故障中颇为适用，可有效检测出两相短路并接地、单相低阻接地等故障。无需太多的设备，接线简单且安全性有所保障。②电桥法。操作简单，有很高的精确度，特别是用于检测一些低阻、低压脉冲反射不明显的故障，能起到较好的效果。但其多在重点故障中使用，且只适合单相或两相的接地故障，另外还需明确故障电缆的长度等信息。电阻电桥法是其中较为常用的一种，因为电缆越长，电阻越大，在检查故障相电缆时，利用此原理可得出端部和故障点间的电阻。然后与无故障相作比较，以确定其间距离。在断路故障下，直流电桥测量臂难以形成直流通路，电阻电桥法也就不能测出故障距离，需改用其他方法。
2.2实例分析
2014年5月22日晚，某工地一工民建筑楼局部停电，严重影响了人们生活。检修人员接到通知后，利用电缆故障测试仪对故障点进行测寻。因为没有稳定波显示，很难得出有用的结果。于是检测人员采取高压放电的方法进行精测，1h后在电缆A处找到故障点。经进一步分析，确定为某条电缆因出现接地故障导致周围6条电缆出现短路现象。
3、低压电缆故障的解决方法
3.1电缆故障测试仪
采用“冲闪法”的原理进行测试，先测量距离，然后查找路徑，接着精确定位。该方法在过去查找电缆故障中起了很大的作用，但多用于检测绝缘材料为油浸纸的电缆。近些年来，电缆的绝缘材料不断更新，如聚乙烯、交联材料等。加上当前的低压电缆长度有限，埋设比较随意且深度较浅，在外力的作用下很容易被破坏，电缆故障测试仪逐渐不能适应新的要求。所以有必要研究一种新的故障测试工具，在此介绍一种DW型低压电缆故障测试定位系统。
3.2DW型低压电缆故障测试定位系统
①简介。该系统主要由测距仪和定位仪组成，实现了自动化、智能化，不需要测试人员对故障波形进行分析，测距仪能够自动对故障点展开测试，并将结果报出。其质量轻、体积小，方便携带，在野外也能测试；定位仪通过跨步电压原理和电磁感应原理，能够实现电缆埋设路径、深度和故障点的同步定位。②优势。该系统的优势主要体现在：不需要使用其他辅助设备，操作简单，个人就可完成；能够使用多种测试方法，以提高测试的精确度；可将测试信息直接显示在仪器上；受地下情况影响较小，测试现场的安全性较高，不会伤害到测试人员；价格适中，用户容易接受。③低压电缆故障特征。整条电缆被烧断或某一相被烧断，此类故障造成配电柜上的电流继电器动作，电缆在故障处损坏相当严重；电缆各相都短路。对于这两种情况，只需手持接收机沿路径（路径可边走边测）走上一遍，即可确定故障点。如果电缆只有一相断路，电流继电器动作，故障点损伤较轻但表露较明显。此时发射机发出的信号在此泄漏较少，用定位仪故障定位时，指示范围较窄，这时可先用测距仪测出故障点大概距离，再用定位仪定位也很方便。④系统应用。目前，广大的电力电缆故障测试仪的用户所使用的以“冲闪法”为基础的电缆故障测试仪，在解决低压电缆的低阻故障和死接地故障时，一般都能用测距仪较方便地粗测出故障点的距离，但故障点定位还是要用打火、放电、听声音这一方法，同时该类仪器的路径仪和定点仪是分开的，这就造成了找准路径时无法同步定点，而定点时又往往走偏路径，所以应用有限。DW型电缆故障定位仪从实用性出发，恰好弥补了上述使用缺陷，它可对电缆的“故障点定位、埋深、路径”同步进行测试。仪器对故障、路径、埋深的指示非常直观，不需要做技术分析，也完全不依赖操作者的经验。使本来繁琐的故障测试工作变成一件轻松有趣的事，所以广大的“冲闪法”电缆仪用户，如果再拥有一台DW型电缆故障定位仪，加上原有的测距仪，就可组成一套较完美的低压电缆故障测试仪。同时对高压电缆的低阻、断路故障也可快速定点，提高工效数倍。
4、结束语
电力电缆具有诸多优势，在实际中应用越来越广，但随着用电量的增加，电力系统运行难度增加。而且还有其他人为、环境因素影响，电缆极易出现故障。民用低压电缆一旦发生故障，必将影响到正常生活，所以应及时查找出故障点和故障原因，并采取措施解决。
参考文献
[1]李升.电力电缆故障种类及故障判断与查找[J].经济师，2010，20（7）：109-110.
[2]赵贵平.低压电缆故障的解决方法[J].中国科技纵横，2013，24（19）：180-182.
低压电力线载波通信信道特性分析 第7篇
1 低压电力线信道特性
低压电力线信道噪声对通信系统的影响主要来自2 个方面:输入阻抗特性和噪声特性[5]。
1.1 输入阻抗特性
利用信号发生器和耦合器测量低压配电网的等效输入阻抗。通过耦合器测出低压电力网的电压V2, 而测量电阻的阻值R和电压V1很容易得到, 可以用示波器读取V1, V2值, 通过式 (2.1) 得出低压配电网的等效输入阻抗。则低压配电网的输入阻抗为:
1.2 信号噪声及干扰特性
低压电力线通信信道噪声的产生于分布主要受时间、地点、温度和负载等影响。目前, 低压电力线通信信道噪声比较公认的可以分为稳态背景噪声, 窄带干扰噪声, 突发性噪声和周期脉冲噪声。在特定时段内, 背景噪声在低压电网上可达22d B以上。脉冲干扰的强度最大可达40d B, 对通信质量有很大影响。干扰基本上可以分为人为的和非人为的。人为干扰是指各种负载, 如电机、照明。家用电器等, 人为的随时随地接入电力网络。这种干扰不可预测, 毫无规律, 一般表现为突发性、随机性。非人为干扰是指暴雨、大风等自然现象造成的。这种干扰受外界干扰影响较大, 与周围环境有一定关系。所以, 低压电力线通信信道噪声成因及影响非常复杂, 只能对几种主要噪声定性分析。
通过耦合电路测出噪声波形, 存储在示波器中, 将测量数据通过计算机进行分析。测量噪声的原理如图1 所示。
(1) 背景噪声:因为背景噪声是一个平稳随机过程, 所以可以用一组白噪声经过自回归来模拟背景噪声。背景噪声模型如图2 所示。
利用该方法得到与实际相近的模拟背景噪声, 得到结论:采用奇异值分解法所得到的参数模型虽然花费时间较长, 但其误差控制在合理范围内, 比较适用于背景噪声离线分析;而LD递推法尽管计算速度很快, 但准确度不高, 误差较大, 比较适用于背景噪声快速生成。
所采用的滤波函数为:
需要指出的是, 自回归模型虽然适用于逼近平稳过程, 但对于非线性时间序列的脉冲噪声并不适用。只有分析考虑脉冲噪声符号、宽度、间隔和幅值之间的内在相互联系才能准确模拟脉冲噪声, 才能得到与实际比较接近的噪声模型, 实现建模的真实性和完整性。
(2) 窄带噪声:可以叠加若干个正弦信号来模拟窄带噪声。
(3) 脉冲噪声:一般为衰减的正弦波或多个衰减正弦波的相互叠加, 但没有规律性, 它对数据传输的影响主要由脉冲的宽度、幅值和间隔时间造成的。绝大多数脉冲噪声可以利用三角形包络的多个正弦波叠加来模拟单个脉冲噪声, 并且将该脉冲叠加在随机噪声中即可。
2 结语
由于低压电力线载波与高压相比较而言, 信道环境区别较大, 主要表现为低压电力线信道干扰特性十分复杂, 同时低压配电网负荷随机性和时变性大, 其信道特性难以用现有的任一数学模型来描述, 增大了通信系统的复杂性。因此, 对电力线信道特性的分析还受到许多的限制, 建立的信道模型应用范围距离实际还有很大的差距。在保证低压电力线通信的传输质量和速率的前提下, 需要对低压电力线的信道特性有十分详细和合理的分析。
参考文献
[1]郭禧斌, 陈富安, 黄留欣.城市配电网容性无功补偿研究[J].电力电容器与无功补偿, 2014, 35 (01) :6-11
[2]黄留欣, 黄磊, 郭禧斌, 等.电力系统容性无功及补偿[J].电力电容器与无功补偿, 2013, 34 (03) :1-5
[3]孙丽君, 郭禧斌.低压电力线OFDM载波通信系统定时同步新方法[J].科学技术与工程, 2014, 14 (7) :186-190
[4]郭禧斌, 左明鑫, 吴伯彪.OFDM技术在低压电力线载波通信中的应用现状[J].信息通信, 2015, (8) :194-195
低压电力线载波远程抄表系统设计 第8篇
1 系统设计
低压电力线载波远程抄表系统由上位机管理系统、集中器、载波电表三部分组成。
1.1 上位机管理系统
上位机管理系统是由一台计算机、主站软件和一个Modem构成，利用拨号通信完成自动抄表功能。上位机管理软件包括数据库管理模块、连接络模块、远程设置模块、远程集抄模块、实时监控模块、无人值守模块等。后台管理员可以通过后台操作的交互命令，实现以下功能：(1)远程抄读集中器的数据;(2)启动无人值守抄读方式，定时自动抄读集中器;(3)自动提取用户用电特征并进行综合行析，报出可疑现象;(4)启动实时监控电表功能，实时抄读可疑用户电表，从而弥补了非现场抄表的不足。
1.2 集中器
集中器起着总线隔离和信息定时存储、中转传送的作用，它负责管理中心PC机和载波电表之间的联系。它的主要任务有两项：一是完成与电表的数据通信工作，向电表下达电量数据冻结命令，定时循环接收电表的电量数据，或根据系统要求接收某个电表或某组电表的数据;二是根据系统要求完成与上位机的通信，将用户用电数据等信息传送到上位机数据库中。集中器的组成结构如图1所示。
本系统中，集中器采用AT89C52单片机作为主控制器，外部扩展存储器E2PROM和实时时钟。E2PROM主要用于存储集中器自身的参数和所负责电表的参数。其中集中器自身的参数主要包括集中器自身的地址、所负责电表的总数、抄表状态的标志等;电表的参数主要包括表号、表读数是否成功标志、当月该表读数、上月该表读数等。
时钟模块的引入使得系统自动工作成为可能。我们选用美国Xicor公司的X1203时钟芯片，它具有定时中断请求输出。例如，当需要每月的20日抄取各表的数据时，可以将X1203的报警 (中断输出) 时间设置于每月的20日，这样每当到20日时，X1203就向MCU发出一个中断请求信号，这时MCU就启动抄表的中断程序，进行抄表。
集中器有两个通信信道，分别为：(1)上行通道，即集中器与上位机之间的通信线路，是采用电话线作为通信介质;(2)下行通道，即集中器与载波电表之间的通信线路，主要采用电力线载波作为通信介质，通过PL2101A专用调制解调器进行双向通信，包括：(1)载波电表上传至集中器：由220V低压电力线传递过来的载波信号为扩频后的正弦信号，经AC接口 (交流电路接口) 到载波调制解调器，解调后以方波形式传给MCU及存储器进行脉冲计数，然后通过HayesModem经电话线至上位机;(2)由集中器下发命令至载波电表：集中器下发的命令信号为方波信号，经过调制后以正弦波形式通过低压电力线传递给载波电表，从而对其进行控制。
1.3 载波电表
载波电表作为系统的终端设备，是具有数据记录、存储、控制以及通过电力线进行数据交换能力的电力仪表。载波电表主要负责实时记录用户用电量脉冲，并转换成相应的计费单位，存储于相应的E2PROM中。当接到相应集中器读取数据的命令后，将相应的电表数据从E2PROM中取，通过电力载波模块向上传送。载波电表的组成结构如图2所示。
本设计中，载波电表采用AT89C2051单片机作为主控制器，主要是处理计量电路的数据，并控制数据的存储、显示等操作。电能转换电路采用AD7755转换芯片，将用户所用的电能转化为数字脉冲，可供MCU直接处理。数据存储单元主要是用来存储用电数据，由于日常生活中，经常出现停电现象，MCU里面很多重要数据需要及时存储，当掉电检测电路检测到MCU的电源低于正常工作电压时，MCU会在很短的时间内，将重要的数据存入外部数据存储单元。显示单元主要是显示用户的用电量数据、时间以及峰、平、谷时段指示等。继电器接收来自MCU的控制信号，如用户欠费时，可以输出相应的控制信号来实现断电控制。载波模块主要采用PL2101A调制解调芯片，从而实现了载波电表和集中器之间通过电力线进行数据传输。
2 低压电力载波通信
电力线载波通信采用电力线作为通信介质，具有充分利用现有资源、易施工、综合成本低、不受环境条件限制等优点。但是由于电力线上的高削减、高噪声、高变形，必须采用专用的电力线载波Modem芯片，才能保证数据通信的准确可靠。
PL2101A是特别针对中国电力网恶劣的环境所研制开发的低压电力线载波通信芯片，为半双工异步调制解调器，由于采用了直接序列扩频、数字信号处理、直接数字频率合成等新技术，并引入了大规模数字/模拟混合0.5μm CMOS制作工艺，所以在抗干扰、抗衰落性能以及国内外同类产品性能价格比等方面有着出众的表现。它由单一的+5V电源供电，以及一个外部的接口电路与电力线耦合。PL2101A除具备基本的通讯控制功能外，还内置了五种常用的功能电路：实时时钟电路、32 bytes SRAM、电压监测、看门狗定时器及复位电路，它们通过标准的I2C接口与外部的微处理器相连。
3 中继算法
通信距离是电力线载波抄表系统的另一个关键问题。在不考虑电表模块参与中继的情况下，数据一般能传500m以上，如果用户与集中器间的距离较远时，必须加上中继功能，才能满足要求。最好的解决办法是自动中继方式，即当集中器抄收不到某用户电表的数据时，可以通过其它某一电表进行数据的转发。具体做法：建立一个树状的查询结构，集中器为树的根结点，下面第一层的m个电表结点是和集中器直接通信的;第二层的n个电表结点是通过第一层的部分结点和集中器间接通信;第三层的电表结点通过第一、二层的部分结点向集中器转发数据。集中器对每个载波电表的抄收过程相当于树的根结点对其子结点的遍历过程。本系统采用半自动中继方式，中继路径由调试人员根据现场的抄收状况决定，这样中继路径比较有针对性，就大大提高了中继效率，缩短了中继程序运行时间，保证了系统的稳定性和灵活性。
结束语
电力载波抄表系统兴起时间虽然不长，但其发展势头很猛。它的主要意义不仅在于减小了抄表人员的劳动强度，提高了工作效率，更重要的是使用电管理真正实现了规范化、自动化，使以往无法进行的准确、实时管理成为现实。
摘要：针对低压电力线载波远程抄表系统的各部分组成部件的设计原理与实现、低压电力载波通信及中继算法进行论述。
低压电力线 第9篇
随着电子技术和网络技术的发展, 运用电力线作为载体传输信号得到了越来越多的应用。目前, 低压电力线通信多采用OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 正交频分复用) 通信技术和扩频通信技术[1]。煤矿井下用电设备种类繁多, 低压电力线信道的多径效应明显, 扩频通信技术难以在这种环境中得到有效的应用。另外试验表明, 传统的基于DFT (Discrete Fourier Transform, 离散傅里叶变换) 的OFDM通信技术在信道上存在严重的ISI (Inter-Symbol Interference, 符号间干扰) 和ICI (Inter-Carrier Interference, 信道间干扰) , 使得接收端具有很高的误码率[2]。为了实现煤矿井下低压电力线高速通信, 本文采用Daubechies小波基, 建立了基于小波变换的OFDM算法。仿真结果表明, 该算法对减小ISI和ICI, 提高井下低压电力线的通信性能具有积极意义。
1基于DFT的OFDM算法
OFDM通信技术是一种多载波调制技术, 可以在抗多径干扰、信号衰减的同时保持较高的数据传输速率[3]。传统的OFDM系统的工作原理是将串行的高速数据流转换成若干个并行的低速数据流, 经过IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform, 离散傅里叶反变换) 将数据调制在相互正交的子通道上分别进行传输。在接收端, 对采样信号进行离散傅里叶变换实现原始数据的解调, 再经并串转换恢复原始数据。传统的OFDM电力线通信系统结构如图1所示。
传统的OFDM电力线通信系统采用的是基于DFT的OFDM算法, 其调制方式多为PSK (Phase Shift Keying, 相移键控) 或QAM (Quadrature Amplitude Modulation, 正交振幅调制) [4]。设N为子载波数目, T为OFDM符号的有效持续时间, di为第i个子信道上的数据信号, fc为第0个子载波的载波频率, rect (t) =1, |t|
由于:
所以各个子载波之间是正交的[3-4]。
可用式 (3) 对式 (1) 中第k个子载波进行解调:
式中:dk为对第k个子载波解调恢复的数据, 而其他的子载波在积分区间中包含了差频的整数倍周期, 直接积分为零, 使得预期数据的解调恢复没有干扰[5]。
目前基于DFT的OFDM算法已经得到较为广泛的应用, 但是依然存在2个问题:其一, 煤矿井下的低压电力线信道并非理想的信道, 具有较强的噪声干扰和明显的多径效应, 在这种信道上传输数字信号必会影响各子信道的正交性, 影响信号的正常接收;其二, 对信号进行DFT变换时, 实质上对信号有一个截断过程, 这一截断过程相当于信号与一个时长为Ts的矩形脉冲相乘, 因而具有sin x/x函数形状的频谱, 前后2个数据帧会有比较大的频谱重叠, 容易产生较大的ISI和ICI[7]。
2基于小波变换的OFDM算法
针对基于DFT的OFDM算法存在的问题, 提出将基于DWT (Discrete Wavelet Transform, 小波变换) 的OFDM算法用于煤矿井下低压电力线通信, 并选用在时域和频域都具有紧支撑特性的Daubechies小波函数作为OFDM算法的正交基。
小波是一种特殊的长度有限、平均值为0的波形。设 Ψ (t) 平方可积, 即 Ψ (t) ∈L2 (R) , 若 Ψ (t) 的傅里叶变换满足条件 :
则称 Ψ (t) 为一个基小波。每一个基小波 Ψ (t) 在L2 (R) 上的积分小波变换定义为
式中:a, b∈L2 (R) , 分别为尺度参数和位移参数, 且a≠0 , 为 Ψ 的共轭 。
实际应用中需要将a, b离散化。离散小波变换可定义为
式中:m为频率范围指数;n为时间步长变化指数。
离散小波变换能同时提供时间轴上函数本身的正交性和正交子空间中各函数基的相互正交性, 且能更好地对抗窄带干扰。
通常采用MALLAT算法来实现信号的离散小波变换。MALLAT算法即快速二进小波变换算法, 这一算法在小波分析中的地位很重要, 它是将函数按照不同频率通道的成分分解, 每一频率通道又按照相位分解, 频率越高相位划分越细, 频率越低相位划分越粗[8]。如果选定了空间Vm和尺度函数φ, 且满足φm是规范正交的, 则{Ψmn;m, n∈Z}也是规范正交的。MALLAT小波分解算法如图2所示。
实际应用中, 将对信号f的采样定义为Ck0= (f, Φ0，k) , 用dj表示信号在尺度j下的各级离散细节信号, 用cj表示信号在第j级分辨率下对信号的各级平滑逼近。引入系数h, g可得
离散重构信号在第j-1分辨率下的离散近似MALLAT算法如图3所示。
本文选用Daubechies小波基来设计OFDM算法。Daubechies小波基对应的多尺度函数和小波函数可表示为
式中:φ (t) 为尺度函数;Ψ (t) 为小波函数;hk, gk分别为低通和高通滤波器的冲击响应。
由MALLAT算法和滤波器组理论可知, 所选定的小波函数可以看成高通滤波器, 尺度函数可以看成低通滤波器。因此, 在发送端, 各子载波信号的合成相当于小波的重构;在接收端, 各子载波信号的提取相当于小波的分解。图4为基于小波变换的OFDM系统框图。
采用基于小波矩阵扩展的方法, 得到信道传输函数的冲击响应为
式中:τ为通道的超量延迟, 是正整数;c1, c2为冲击函数δ (n) 的系数。
信号经过煤矿井下低压电力线后的输出r (n) 表示为
式中:y (n) 为发送端各子载波信号合成的数据; hj (n) 为发送端的各子载波信号经多速率转换和滤波器的级联运算后得到的等效滤波器;n为各子载波的采样系数;η (n) 为加性噪声。
根据图4和式 (10) , 可将系统接收端的输出x′i (n) 表示为
式 (11) 的最后2项分别为ISI、ICI干扰信号。
3 2种OFDM算法的性能仿真分析
假设在信道上传输的信号频率为15 MHz, 则根据香农采样定律可知最低采样速率为30 MHz, 则标幺化的超量延迟为 τ=4。 根据式 (10) 及式 (11) , 可得到ISI和ICI的功率计算公式:
根据式 (12) 在选取的信道上进行了仿真试验, 测试传统的OFDM算法和基于小波变换的OFDM算法的性能并进行比较。图5给出了2种OFDM算法在不同子载波 (或通道) 数下各自抗干扰的能力比较。 图5中, D4, D6, D8, D10分别表示Daubechies小波族的2—5阶小波, 其离散小波的滤波器长度分别为4, 6, 8, 10。
由图5可以看出, 基于小波变换的OFDM算法的综合干扰明显低于传统的OFDM算法。
传统OFDM算法的功率谱密度频谱如图6所示。
从图6可以看出, 在传统的OFDM算法中, 旁瓣泄漏只比主瓣低13dB左右。在这种情况下, 传统OFDM算法一般通过加窗技术和增加滤波器 (陷波功能) 来获得更大的旁瓣泄漏差。但加窗会增加计算量和复杂度, 增加滤波器则会增加硬件规模和成本, 同时降低传输效率。
在与图6相同信道条件下, 基于小波变换的OFDM算法的功率谱密度频谱如图7所示。
从图7可看出, 基于小波变换的OFDM算法的凹陷可以接近-35dB, 实现了各个子信道之间频段互不干扰, 频谱隔离度更高, 具有更好的抗ISI性能和对抗窄带干扰能力, 同时也保证了较好的传送效率。
4结语
利用电力线进行高速数据传输是通信技术发展的一个方向, 也是通信技术多样化的要求。在煤矿井下, 传统的OFDM算法各子信道的正交性易被破坏, 且容易产生较大的ISI与ICI干扰。本文基于小波变换的基本理论, 提出在井下采用基于小波变换的OFDM算法。从抗多径效应和功率谱密度频谱方面研究了该算法的调制性能。仿真结果表明, 在煤矿井下, 对抗多径效应干扰方面, 基于小波变换的OFDM算法远远优于传统OFDM算法。
参考文献
[1]魏绍亮, 程奉玉, 陈一民, 等.煤矿井下高速数字通信技术难题及实现方法研究[J].矿山机械, 2009, 37 (6) :31-35.
[2]高建波, 吴炯星, 赵尔沅, 等.基于小波提升算法的OFDM系统及其峰均比特性分析[J].电子测量技术, 2007, 30 (1) :72-75.
[3]王文星, 王文华, 杨公训, 等.基于OFDM的低压电力线衰落信道的研究及应用[J].煤炭科学技术, 2006, 34 (7) :43-45.
[4]佟学俭, 罗涛.OFDM移动通信技术原理应用[M].北京:人民邮电出版社, 2003.
[5]曲国庆, 苏晓庆.时间序列小波相干分析[J].煤炭学报, 2010, 35 (3) :463-466.
[6]林卉, 杜培军, 张莲蓬.基于小波变换的遥感影像融合与评价[J].煤炭学报, 2005, 30 (3) :332-336.
[7]孙继平.煤矿安全生产监控与通信技术[J].煤炭学报, 2010, 35 (11) :1925-1929.
低压电力线载波通信技术研究进展 第10篇
一、电力线通信问题及解决方案
与高压电力线相比, 低压电力线具有信号损失大、易受噪声干扰、输入阻抗特性难分析, 及其随机性和时变性的特点, 在很大程度上影响着低压电力线载波通信的安全性和可靠性。围绕着电力线通信问题, 采取有效的解决方案。目前, 低压电力线载波通信技术的研究正围绕着物理层、链路层展开, 以提升低压电力线载波通信的安全性和可靠性为目的, 通过提高点对点通信正确接发概率和使用网络层组网路由来实现。根据电网阻抗匹配特性, 通过降低信道衰减, 减小电网噪声, 避免低压电力线载波通信受到影响。基于快速信道估算与建模, 采用科学、先进的信号调制办法, 基于信道编码和介质访问控制来进行链路层的设计, 实现更为安全可靠的电力线通信。
电力线通信问题的具体解决方案主要以应用型问题、网络层问题、数据链路层问题以及物理层问题构成参考模型, 其解决途径和研究热点包括通信业务及网络管理模型、电力线通信组网算法以及信道编码及媒体接入控制, 分析电力线信道的噪声特性、衰减特性、输入阻抗特性, 进而采用电力线信道建模方法、电力线通信调制算法以及新报道频谱分配以及功率控制, 进而全面提升电力线通信的可靠性[1]。
二、电力线通信问题解决方案的具体内容
2.1电力线输入阻抗特性和信道衰减
在电力线载波通信收发模块和当中, 其输出阻抗与配电网电力线输入阻抗的匹配程度越高, 则信号耦合的效率越高。电力线输入阻抗在很大程度上决定着低压电力传输的质量和效率。电网阻抗值越稳定, 则信号传输效率越高。目前, 欧洲低压商业电网阻抗是电力线载波通信模块的阻抗匹配设计的重要参考。低压配电网结构十分复杂, 加上时变性的负载, 在低压电力线传输的过程中, 其高频信号会发生衰减, 目前对于高频信号的衰减特性尚不明确。为了保证信号传输的稳定性, 需要有效降低传输线效应, 进而控制电抗性负载, 在频率低于100k Hz且距离在400m内的条件下能够有效实现, 降低传输信号的衰减, 提升信号传输效率[2]。
2.2电力线信道噪声特性研究与分析
低压电力线上的噪声强度具有时变性, 难以直接定量。在电力线信道噪声特性研究与分析当中, 掌握和了解噪声的规律和特性, 并予以合理的分类。平滑频谱噪声、周期噪声、窄带噪声以及单事件脉冲噪声。平滑频谱噪声属于有色背景噪声, 而周期噪声和单事件脉冲噪声时变的过程中, 产生很高的功率谱, 同时产生突发性噪声, 导致信号传输的过程中出现错误。构建信道噪声模型, 应用于外围电路设计中, 设计滤波电路, 可以有效抑制谐波干扰, 进而保证电力线通信信号的稳定传输[3]。
2.3电力线通信调制/解调技术的应用
正交频分复用 (OFDM) 是电力线通信中主要应用的通信调制/解调技术。OFDM对于抗多径传播、频率衰落以及噪声干扰有着显著的优势作用, 同时利用调制解调算法、频谱优化等方法, 应用于电力线信道估计当中。信道估计算法、导频辅助调制 (PSAM) 信道估计以及盲或半盲信道估计是主要的几种OFDM信道估计方法, 利用同步技术和频谱资源分配进行通信调制/解调, 采用符号定时和频偏估计和延迟相关算法, 使信号传输更加稳定、可靠和精准, 有效降低误差。实现电力线多用户频谱优化, 利用低压电力线载波通信信道的特性, 进而提升通信系统的整体性能。目前, 低压电力线通信组网技术、电力线载波调制芯片应用技术开始应用于低压电力线载波通信当中, 随着低压宽带电力线通信标准的发展, 低压电力线载波通信技术也在更加深入的进行中, 电力线通信问题将会更为完善的解决, 其应用领域将会进一步拓展。
结论:电力线通信网络安全、平稳的运行, 离不开的稳定可靠的低压电力线载波通信技术。在电力线载波通信的研究中, 分析电力线输入阻抗特性、信道衰减以及电力线信道噪声特性, 应用电力线通信调制/解调技术, 同时开发更为先进新技术, 以有效改进低压电力线载波通信技术的缺陷, 进而提升电力线通信的整体水平。
参考文献
[1]程万胜, 张洁, 张玉忠.低压电力线载波通信技术探讨[J].现代建筑电气, 2015, 03:17-21.
[2]李文瑞.低压电力线载波通信技术探讨[J].电子制作, 2015, 12:160.
浅谈高低压电力电缆线路的运行维护 第11篇
【关键词】高低压；电力电缆；线路；故障；运行维护
高低压电力电缆线路在实际运行期间可能会发生接地、短路、断线、雷电闪络等故障，导致线路运行安全受损，不仅无法保证输电质量，还会给电力企业造成经济损失。因此在高低压电力电缆线路运行中，一定要采取相关措施做好线路的维护管理，通过故障检测、故障判断和故障治理方式，尽可能的减少，乃至避免线路故障发生。下面结合电力电缆运行实际，对电缆线路运行过程中可采用的维护措施作详细分析。
一、高低压电力电缆线路运行维护的意义
电力电缆线路和架空线路一样，二者都属于电网线路，负责输送和分配电力资源。只是相对来说，高低压电力电缆的造价成本比较高，它的使用可能会消耗掉大量投资，但是，在一些复杂、危险环境，电力电缆线路的供电可靠性比普通线路要高得多，除了成本较高这一缺点之外，电力电缆线路具有安全性高、适用性强、维护投入量小等多种优点。
高低压电力电缆线路尽管具有较高的供电可靠性，但它在实际使用过程中仍然会出现故障或质量问题，如断线、短路、接地故障、雷电闪络故障等。这些故障一旦发生，电缆线路的运行质量将受到严重影响。所以必须在线路运行期间做好相应的线路维护，对故障发生原因进行判断，然后科学编制线路抢修方案，排除故障，恢复线路运行。从这一点来看，电力电缆线路运行为维护的意义在于排除线路故障，确保线路运行的安全、稳定和可靠。
二、电力电缆线路安全运行的技术要求
电力电缆线路要实现安全、稳定运行，就必须保证电缆电压符合设计电压要求，电缆温度处于允许范围，线路阻抗满足标准规范。以上所提到的均是电力电缆线路的运行技术要求，是电力电缆线路运行过程中必须满足的要求，如果不能满足，线路运行质量势必发生变化。
1、电缆运行电压要符合设计电压要求，一般不得超过额定电压的1.5倍
比如某电力系统的额定电压为6KV，运行过程中意外发生单项接地短路故障，之后故障线路并没有自动掉闸，但是增大了该电力系统的相电压，增大倍数大约在1-1.73倍左右。这样一来，线路电压便超过了额定电压的1.5倍，线路安全运行时间只能维持在2h，超过2h，线路会发生绝缘击穿现象。
2、电缆温度不能超过线路允许温度
高低压电力电缆的线芯温度一般不得超过线路的允许温度。对电力电缆线路来说，线路内部线芯的温度很难得到精确测量，只有线路外皮温度测量要简单一点。一般情况下，线路线芯温度和线路外皮温度相差15℃—20℃，只要测得了线路的外皮温度，就可推算出线路线芯温度。电力电缆线路运行中，如果电缆温度过高，则绝缘性会降低，包裹线芯的绝缘材料会随之老化、脱落，导致线芯外露，影响供电。所以在电力电缆线路运行中，一定要控制好电缆温度，避免电缆温度过高。
3、电缆线路的阻抗要得到有效控制
电缆线路的运行存在阻抗，并且容性分量相对较大，所以，电缆线路在运行中发生跳闸现象之后，一般不允许线路进行试送电。原因在于：其一，大多数电缆线路的故障都属于永久性故障，如果线路跳闸后继续试送电，则事故范围会随之扩大，事态会变得更加严重；其二，电路跳闸停止运行之后，如果立即实施试送电，突然接通的电压会击穿线路的绝缘薄弱环节，引发线路运行故障。
三、电力电缆线路维护的措施
电力电缆线路维护是保证线路安全运行的重要措施，具体实践时可从以下几个方面入手，切实做好电力电缆线路的维护。
1、建立定期巡查制度，做好电力电缆线路的定期巡查
定期巡查是必不可少的电缆线路维护方法，想要及时发现电缆线路的运行故障，就必须做好线路定期巡查。巡查时应当注意以下几个问题：
a.井内垂直敷设的电缆至少每年要巡视检查1次。
b.地下、隧道、沟道中及沿桥架设的电缆每3个月巡视检查1次。
c.户外电缆终端头每3个月巡查1次，每年应有不少于1次的夜间巡查，而且最好选择在空气湿度大的时候进行。
d.户内电缆头可与高低压配电装置的巡查一起进行。
2、电力电缆线路及线段的巡查方法
2.1直埋电缆的巡查
依照巡查的周期，对电缆路径附近的情况进行认真的检查，主要包括地面是否正常；有无挖掘现象；有无堆放垃圾、杂物、易燃、易爆物品；有无倾倒酸、碱、盐等有害化学物品；电缆线路的路标是否完整无缺；露出地面的电缆保护钢管是否锈蚀、移位，固定是否牢固、可靠等。
2.2户内外电缆及终端头、接线盒的巡查
对于户外终端头，要检查瓷套管有无破损、闪络现象；盒内有无积水、空隙或裂缝；户内终端检查有无渗漏油；检查接头有无烧伤、过热痕迹；电缆支架是否松动锈蚀；电缆钢带是否完好，麻被外护层脱落是否超过40%；电缆标示是否清晰，有没有下沉；接地电阻是否合格，接地引线是否完好；绝缘电阻是否合格；电缆有没有外伤等。
2.3电缆沟的检查
检查电缆沟是否完整，盖板是否齐全完好；电缆沟是否进水；电缆沟内有无积水、淤泥、杂物；电缆沟有没有下沉、裂缝、漏水；沟内支架是否牢固、有无锈蚀；有无鼠害等。对检查的内容，尤其是存在的隐患和问题，都应详实记录、及时汇报，以便进行维护。
2.4电力电缆的日常维护
a.为防止在电缆线路上面挖掘，以致损伤电缆，挖掘时必须有电缆专业人员在现场守护，并告知施工人员有关注意事项，特别在机械化作业时，更要小心谨慎。b.要定期清扫电缆沟、终端头及瓷套管，如果终端盒内有积水、有空隙，要及时补充同质的绝缘剂；接线头如果接触不良，要及时进行处理；要用摇表测量电缆绝缘电阻、接地电阻，如果不合格就要及时进行检修。c.电缆的防腐。在巡查时，如果发现局部地段电缆外皮腐蚀严重，就应该考虑土质、环境污染问题，如果确因客观原因导致，就应该将线段穿于管内，并用中性土壤补垫、覆盖；如果发现局部外皮炭化，应考虑是否有外伤，要进行线路载流方面的分析。
四、结束语
综上所述，高低压电力电缆线路在正式运行期间难免会发生运行故障，进而破坏电缆线路供电安全，影响线路供电质量。为了解决该问题，本文提出对电缆线路进行运行维护的建议，指出运行维护是确保电力电缆线路正常、安全运行的重要手段，值得引起业内人士的高度关注与重视。
参考文献
[1]孙庆飞，张全生.高压输电线路运行故障防治探讨[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2011（08）
[2]曾理.浅谈高低压电力电缆线路的运行维护[J].科技信息（科学教研），2009（23）
低压电力线载波通信结合滤波器设计 第12篇
电力线载波通信技术是利用电力系统的广泛线路资源,通过FSK、OFDM等技术实现在同一电力线不同带宽的信道上传输数据,不仅可以节约信道敷设、维护费用,而且接入灵活、应用广泛。但由于电力线传输的无屏蔽性,电网的稳定性比传统的电话、电视等通信网差得多,特别是在我国存在电网结构复杂,线路老化等问题,使得电力线通信线路的电磁环境极其复杂[1]。一方面,需要让有用的载波信号耦合到电力线中去,实现通信信号在电力线上的传输,另一方,需要防止电网中的其他无用杂波信号对有用信号传输与接收的影响,本文主要是针对低压电力线载波通信系统中如何实现载波信号的耦合与滤波进行分析与设计。
1 结合滤波器实现
低压电力线结合滤波器主要由耦合电路与滤波电路组成。耦合电路,即耦合高频载波信号,又起到高压工频隔离的作用,阻止50 Hz工频电流,并尽可能地减少衰减低频噪声及干扰信号,而对高频载波信号,提供尽可能小的衰减及线性幅频、相频特性。滤波器电路部分所起的作用是,当其作为发送端时,是将载波机发出的信号进行滤波,允许中心频率为N,带宽为M的载波信号通过,同时滤除其他杂波,将载波信号输入到耦合电路;当其作为接收端时,是将耦合器分离的信号进行滤波,允许有用载波信号发送到载波机上。
2 耦合器的实现
2.1 耦合器的设计原则
耦合器的主要原则是:能够适应低压配电网开放式的网络结构及复杂多样的网络特性,满足高频宽带信号的传输要求,提供足够的带宽,带内具有良好的频率、相位特性及阻抗特性,以及较小的工作衰减等;同时克服不利的电网网络特性及电力线信道特性;还要考虑到实际应用的方便性与经济性[2]。
2.2 耦合器分析选择
在低压电力线载波通信系统中常用电容耦合和电感耦合两种方式。
2.2.1 电容耦合
电容耦合属于一种直接耦合装置,采用耦合电容器为主要元件的耦合方式,用一高频电容来连接高频载波信号的输入、输出端与电力线接入点,将高频载波信号直接注入到电网,同时从电力线上接收高频载波信号。高频电容一端连接电力线,另一端与耦合变压器相连[2]。
聚酯(涤纶)电容(CL)小体积、大容量、耐热耐湿、稳定性差。陶瓷电容器又分为高频瓷介电容器和低频瓷介电容器两种。高频瓷介电容器具有较高稳定性温度系数,用于高稳定振荡电路中,作为回路电容器。低频瓷介电容器用在对稳定性和损耗要求不高的场合或工作频率较低的回路中,起旁路或隔直流作用,它易被脉冲电压击穿,故不能使用在脉冲电路中。安规电容包括了X电容和Y电容。 X电容是跨接在电力线两线(L-N)之间的电容,一般选用金属薄膜电容;Y电容是分别跨接在电力线两线和地之间(L-E,N-E)的电容,一般是成对出现。X电容抑制差模干扰,Y电容抑制共模干扰。
由于耦合电路直接与电力线连接,要求耐压值较高,通过分析各类电容的优缺点和适用场合,选择安规电容比较合适,其耐压值为250 V。
2.2.2 电感耦合
电感耦合基于变压器耦合的原理,属于一种非接触式耦合,将电力线导线作为副边线圈,而将高频载波信号线作为原边线圈,通过一个高导磁率的磁芯或磁环构成了一个信号传输变压器。这里两个线圈回路信号耦合的程度与所选磁芯关系很大。因此,设计中主要考虑其对高频载波信号的耦合能力及效率,无需其他信号电路和元器件。
3 滤波器设计
3.1 滤波器的选择
常用的滤波电路有有源滤波和无源滤波两大类。若滤波电路由无源元件组成,则称为无源滤波电路。若滤波电路不仅由无源元件还由有源元件组成,则称为有源滤波电路[3]。
根据幅频特性所表示的通过或阻止信号频率范围的不同,滤波器可分为低通滤波器(LPF)、高通滤波器(HPF)、带通滤波器(BPF)、带阻滤波器(BEF)四种。
低压电力线载波通信中的载波信号是以某一频率N为中心频率,M为带宽的通信有用信号。根据低压电力线载波通信运用的场合和载波信号对信道的要求,不难看出需要设计的结合滤波器是一种无源的带通滤波器。
在载波通信中常用的滤波器有LC滤波器、陶瓷滤波器、机械滤波器、RC有源滤波器、开关滤波器等。根据各种滤波器的特性,可以选择具有中心频率、带宽、衰耗特性和群时延特性的设计自由度,容易实现低通、高通、带通、带阻特性的LC滤波器。
3.2 带通滤波器设计
3.2.1 带通滤波器的设计思路
当要设计一款BPF时,BPF的技术指标是给定的,一般不直接根据技术指标设计BPF,而是先找到与之对应的原型低通滤波器(LPF),即将BPF的技术指标变换为原型LPF的技术指标,然后根据LPF的设计方法设计一个LPF,即找到原型LPF的传递函数,再通过频率变换,将原型LPF的传递函数转换为BPF的函数,这样,BPF就设计完成[4,5]。
设计步骤如下:
(1) 将带通滤波器设计指标变换为归一化低通滤波器性能指标;
(2) 根据归一化频率响应曲线选择一个满意的低通滤波器;
(3) 将归一化低通滤波器参数变换为所求的带通滤波器。
3.2.2 LC带通滤波器的技术指标与设计
LC中心频率定义为:
式中:fL是带通的下限频率;fH是带通的上限频率,它们通常是3 dB处的衰减频率。
阻带带宽是指满足阻带衰减要求所对应的高低2个频率f1,f2之差。
滤波器的选择系数Q为:
BW是带通滤波器通带带宽或fH-fL。
Q≥10时,中心频率的定义可以改写为通带边界频率的算术平均值:
带通滤波器的陡度系数为:
上下限频率的计算方法为:
当已知中心频率及带宽为f0=N,BW=M时,可由式(2),式(5)得到滤波器的选择系数Q和上下限频率。
由于通带宽度与阻带宽度的差大约为10%～20%和衰减为30～40 dB,在此取带差为10%和衰减为35 dB则:
由f1′得到:
由f2″得到:
两对频率对比:
对比f′与f″的大小,选择其中较小的差频率的陡度系数:
根据计算得到的陡度系数,由频率响应曲线选择出归一化低通滤波器,使得通带过渡到阻带的频率比小于陡度系数。
将LC低通滤波器变化为具有等效带宽的带通滤波器,为了进行低通到带通的变换,每个电容并联一个电感使之谐振,每个电感串联一个电容使之谐振。
3.3 设计实例
以中心频率为270 kHz,带宽为30 kHz为例:
由式(5)可知上下限频率:
由式(6)～式(10)可知陡度系数:
因此由归一化曲线中选择合适的归一化低通滤波器,因为通带边界点为3 dB处,故在2.9 rad/s,即截止频率1 rad/s的2.9倍处,归一化必须有大于35 dB的衰减。根据0.25 dB的切比雪夫低通滤波器频率响应曲线,选择阶数为n=3的滤波器,它在2.9 rad/s处可提供大于等于35 dB的衰减,得到对应的低通滤波器参数及电路模型,如图2所示。
为了得到带通滤波器,需进行低通滤波器到带通滤波器的变换,每个电容并联一个电感使之谐振,每个电感串联一个电容使之谐振,如图3所示。
LC带通滤波器的时延是相同归一化低通滤波器的2倍。
在基于EWB512界面下进行仿真,以输入电压5 V,频率270 kHz为输入端信号,仿真电路界面如图4(a)所示,结果如图4(b)所示。
经过仿真可以得出结论:此设计方案是满足中心频率为270 kHz、带宽为30 kHz的带通滤波器,可以起到滤除50 Hz工频及其他杂波的作用。
经过对耦合与滤波的分析与研究,通过合理的设计和参数选择,最终能够得到一个满足设计要求的耦合滤波器。
电感式耦合滤波器电路如图5所示,耦合电路是载波信号的输入和输出的通路,并起隔离220 V /50 Hz工频的作用,信号耦合电路采用高通滤波器形式。
滤波器采用带通滤波器,中心频率为270 kHz,带宽为30 kHz。这部分电路所起的作用是,当其作为发送端时,是将载波机发出的信号进行滤波,允许270 kHz的载波信号通过,同时滤除其他杂波,将载波信号输入到耦合电路;当其作为接收端时,是将耦合器分离的信号进行滤波,允许有用载波信号发送到载波机上。
电容式耦合滤波器电路如图6所示,高频电容一端连接电力线,另一端与耦合变压器相连。该电容为高压电容(耐压值大于等于275 V) ,既耦合高频载波信号,又起到高压工频隔离的作用,由于要求耐压值较高因此选择安规电容比较合适,其耐压值为250 V。
由耦合电容C1和耦合变压器T1的初级线圈组成高通滤波电路,阻止了50 Hz工频电流,并尽可能地减少衰减低频噪声及干扰信号,而对高频载波信号,提供尽可能小的衰减及线性幅频、相频特性。
滤波电路部分的作用与电感式耦合滤波器中滤波电路所起作用相同。
4 结 语
耦合滤波器在解决低压电力线载波通信抗干扰问题中,有不可替代的作用,它不仅能够将需要的载波信号耦合到低压电力线中传输通信信息,而且能够有效地隔离电网中干扰杂波对载波机等设备提取载波信号的干扰。
LC型耦合带通滤波器设计自由,具有较好的稳定性、体积小等特点,所以非常适应于低压电力线载波通信使用。
摘要：低压电力线作为载波通信信道时,其通信特性并不理想,各种负载、用电设备及外界都将引起大量的噪声,给电力线载波通信带来了严重的干扰问题,从而影响电力线通信系统的性能。为了保证载波通信信号和数据的有效传输,通过电路分析并设计一种低压电力线载波通信结合滤波器,经仿真与实验该滤波器能有效过滤低压电力线载波通信信道中的各种干扰信号,从而达到了保证载波通信信号和数据的有效传输的作用。
关键词：低压电力线,载波通信,结合器,低通滤波器,带通滤波器
参考文献
[1]赵志鹏,罗映红.电力线载波通信EMI滤波电路研究[J].电子技术,2008(11):170-171.
[2]李建岐,胡岚,米硕.低压电力线载波通信宽带耦合技术及其装置[J].电力系统通信,2004(4):7-10.
[3]李建岐,常蕾.LC带通滤波器在低压电力线载波通信中的应用[J].电测与仪表,2003(12):33-36.
[4]WILLIAMS Arther B,TAYLOR Fread J.The electronicfilter design handbook[M].4th ed.New York:McGraw-Hill,2006.
[5]郭旻.新型电力线阻波器、滤波器测试装置的研究与设计[D].武汉:华中科技大学,2006.
[6]黄进文.RLC串/并联谐振回路的谐振特性与典型参数分析[J].保定师专学报,2004(5):78-82.
[7]金亦明.利用铁氧体磁环设计交流静噪滤波器[J].江苏电器,1989(1):28-30.
[8]白同云,吕晓德.电磁兼容性设计[M].北京:北京邮电大学出版社,2002.
[9]国家技术监督局.GB/T14430-1993单边带电力线载波系统设计导则[S].北京:中国标准出版社,1993.
【低压电力线】相关文章：
低压电力用户安装05-28
低压远程电力论文05-07
低压远程电力论文提纲08-19
低压电力电缆范文06-13
通信技术低压电力论文04-25
通信技术低压电力论文提纲09-26
低压远程电力论文参考文献09-10
电力系统中低压配电线路设计研究09-11
通信技术低压电力论文参考文献08-29
油田采油中的低压电力线路问题探讨10-08