低压电力线传输

低压电力线传输（精选8篇）

低压电力线传输 第1篇

低压电力线通信通过低压配电网通信, 不需要另外铺设通信线路, 任何有电的地方都可以通信, 广泛应用于远程抄表、智能家居、保安监控等领域[1,2,3]。煤矿井下环境恶劣, 影响煤矿井下低压电力线信号传输的因素与地面大不相同, 其中信号衰减是影响煤矿井下低压电力线信号传输的一个重要因素。本文主要研究在1~30 MHz通频带内的煤矿井下低压电力线信道的传输衰减特性, 并建立煤矿井下低压电力线信号传输衰减模型。

1 信号传输衰减的定义

信号传输衰减是指信号在发送端通过耦合电路传输到低压电力线网络后, 在接收端所得到的信号电压与信号输入电压的比值[4]:

式中:Gattenuation为衰减幅度, dB;Uo为接收端信号的电压, V;Ui为发送端信号的电压, V。

2 煤矿井下低压电力线信道传输特性测试

在煤矿井下选取长度为5、20、30m的3条路径作为测试对象, 分别记为路径A、路径B、路径C, 测试平台结构如图1所示。

信号发生器产生的输入信号为10V, 频率为从1~30 MHz均匀分布的30个离散点, 接收端用示波器测得输出信号, 并存储于PC中。输入、输出信号经式 (1) 运算, 再通过Matlab函数拟合, 得到如图2所示的衰减特性曲线。

从图2可看出, 信号的衰减随着传输距离的增加而增加, 随着频率的改变而改变, 并且伴随着一定的选择性衰落。

3 串联谐振电路模型

低压电力线网络的分支较多, 信号在低压电力线网络中传输存在严重的多径效应。在地面环境下, 大多都是以多径传输模型作为研究对象[5]。但煤矿井下低压电力线网络拓扑结构相当复杂, 使得多径传输模型的构建需要很大的计算量及很强的优化算法, 难以准确预测整个网络的传输函数, 而且随着采煤工作面的加深, 低压电力线网络的拓扑结构也会不断变化。因此, 多径传输模型已难以适用于井下低压电力线的信道建模[6]。

由图2可知, 信号衰减特性曲线由一条条凹线连接而成, 可以将每一条凹线看成是信道阻抗频率出现谐振现象形成的。而信道阻抗可以看成是由电阻R、电容C、电感L组成的谐振电路构成的。在现实应用中, 很多用电设备的输入部分存在抗干扰电容, 而且每个设备占用一条进线, 使得线路负载之间相互隔离、互不影响, 所以低压电力线信道可以看成是串联谐振电路 (Series Resonant Circuit, SRC) [7]。

图3为与低压电力线相连的串联谐振电路, 其中Z为低压电力线阻抗。

由图3可得到随频率f变化的串联谐振电路的阻抗ZS为

则传输函数H (f) 为

谐振频率fres为

图4为传输函数H (f) 的幅频特性曲线, 低频和高频时的幅值为1, 凹点是谐振频率点, 凹陷的深度取决于电阻R和电力线阻抗Z。Δf为截止频率与谐振频率差的绝对值。

串联谐振电路的品质因数Q用公式表示为

因此, 低压电力线串联谐振电路模型可以表示成N个串联的谐振电路的级联, 如图5所示。

用Hi (f) 表示第i个串联谐振电路的传输函数, 则整个模型的传输函数H (f) 可表示为

低压电力线阻抗对模型传输函数的宽度起作用, 在此取Z=50Ω。

4 串联谐振电路模型仿真

以路径B的测试结果为例, 对串联谐振电路模型进行仿真。由路径B的传输特性曲线可看出, 凹点所在的频率值分别为6、13、19、25 MHz, 那么求得的串联谐振电路参数见表1。

对4阶串联谐振电路进行仿真, 得到如图6所示的曲线。

根据图6可求出4阶串联谐振电路模型的相关系数r=0.90, 均方根误差RMSE=1.75, 模型仿真曲线与实测曲线重合度较高。为了更好地评估模型阶数对相关系数和均方根误差的影响, 图7给出了从2阶模型到12阶模型两者的变化情况。

从图7可看出, 随着阶数的增加, 相关系数逐渐增大, 均方根误差逐渐减小, 说明路径越多, 建模仿真曲线与实际曲线重合的越好。可见, 串联谐振电路模型可以很好地反映煤矿井下低压电力线信道传输特性。

5 结语

鉴于煤矿井下特殊的通信环境, 对井下低压电力线信道进行了测量, 并采用串联谐振电路进行建模仿真。仿真结果与实际测量的信号衰减曲线大体一致, 随着信道路径的增多, 仿真曲线愈加逼近实际曲线。

参考文献

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[5]张辉敏, 吴青, 宋健, 等.利用多径模型对中压电力线传输特性建模[J].电力系统通信, 2008, 29 (190) :22-25.

[6]张旭辉, 张礼勇, 梁宵.基于改进粒子群优化算法的电力线通信多径传输模型参数辨识[J].电网技术, 2008, 33 (1) :75-79.

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：

低压电力线载波模块测试研究 第3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

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[9]杨林耀.信号与系统[M].北京:中国人民大学出版社, 2000.

居民电力线低压载波抄表的应用 第4篇

关键词：低压,载波抄表,电力系统

1 前言

该区域在改造的时候, 由于是老楼, 其表箱无法设置卡式表。通过多方的分析以及技术性的比对, 最终使用了一项有着较久远的使用时间的技术, 即机械表加远方载波抄表的技术方案, 此时面对的困难得以有效的处理好, 而且获取了非常优秀的效果。为了便于更为优秀的为使用人贡献效益, 减少费用, 该区域开展了每户都设置一个电表的革新, 当地的供电单位供应优秀的电表, 而且实现到户抄表活动。经由很多方面的分析比对, 该区域的这个体系自安装到如今获取了非常优秀的利润, 而且其效益很是不错。

2 关于该抄表体系的分析

2.1 关于体系的具体定义

这个体系使用的是窄带扩频技术, 其有效的处理了信息繁琐的低压线面对的传递方面的不利现象, 有着非常显著的应对干扰的水平, 而且体系很是稳定。所谓的扩频, 具体的说是用以传递内容的信息带较之于信息自身的要宽的一项通信体系。它的调解步骤是由接受信号与一个发端扩频码同步的信号进行相关处理来完成的。结合相关的理论我们可以知道, 它的优势有如下的一些。能够通过较为宽广的带宽来获取非常低的信噪。此时, 体系具有很优秀的应对干扰的水平, 进而能够确保噪声氛围中的通信品质得以完善。这种“用带宽换功率”的措施特别适合电力线载波通信。同时该体系还有着优秀的应对衰减的水平, 因为频带非常宽, 如有因为一些缘由导致变弱的话, 此时仅仅的会导致一些较小的频谱变弱, 并不会干扰到总体。其核心器件载波 (扩频) 调制/解调芯片-PL2000的出现, 能够避免较差状态中的不利现象。

低压载波抄表系统是通过电力线汇集配变下所有终端电表的数据, 与每一终端电表进行数据通讯, 并对这些数据进行分析处理, 同时可以使用相应通讯设备将所抄录的数据发送到供用电管理部门的数据服务器中。中心控制软件分析处理存储在数据服务器中的数据将结果以各种统计报表、图示报告给用电管理部门。并能自动计算电费, 生成报表, 如与银行微机系统联网可方便实现电费银行自动划拨。低压配电网载波抄表系统是集电表数据采集、载波传输、数据存储、数据通信、数据处理及断电控制等功能于一体的自动化系统;低压载波通信设备能够确保供电机构积极的分析用电模式, 分析有没有偷电现象;根据需要进行供电控制;通过远程抄表, 节省抄表的人力物力。

低压载波抄表系统由上位系统管理软件、台区载波集中器、电表端载波RU、载波测试设备组成。

集中器是载波通信的中央设备, 安装在低压配电变压器的低压侧, 通过电力线汇集该配变下所有终端电表的数据。集中器负责主动与每一终端电表进行数据通信并存储数据。这些定时或实时数据可通过电话线、中压载波485总线或红外手持抄表器直接传回到供用电管理部门的数据服务器中, 并对这些数据分析处理。将结果以各种统计报表、图示等形式报告给用电管理部门。可以自行的运算费用, 得到表计。

断电控制器与多路脉冲采集载波终端配合使用, 可接收多路主控模块的继电器控制指令, 实现对用户断电、送电控制。

载波电能表是低压电网载波集中抄表系统的智能终端, 它具有计量、记录、控制和载波通信功能, 与载波集中器、上位机软件构成集抄系统, 可实现“一户一表、集中抄表、银行联网”。

2.2 载波抄表系统功能特点

(1) 核心器件采用PL2000系列电力线载波扩频通信芯片。 (2) 电力线载波表与集中器及管理中心计算机管理软件构成自动抄表系统。 (3) 只需要将模块设置在表中就可以了, 所有的通信经由电线来设置, 不用对其外在的线路变化, 安装很是便捷。 (4) 稳定性优秀, 其规模不是很宽, 而且抄表很是精准。 (5) 所有模块都有自己单独的CPU, 可以自行的对数值分析并且保留。 (6) 结合相关的管控体系, 能够监测使用人的用电状态, 能够更为合理的进行用电方面的管控工作。 (7) 如果有使用人欠费了, 其就能够对他进行断电处理。 (8) 不通电之后信息能够留存大约九年的时间。 (9) 抄表率非常好。 (10) 有着优秀的兼容性。

2.3 软件功能

(1) 实时监控电表状态。 (2) 定时抄表:集中器每隔1、2、小时抄一个轮回。 (3) 冻结抄表 (每月抄表日) 。 (4) 零点抄表和实时点抄。 (5) 电表数据的统计, 如计算线损, 报表生成。 (6) 设置集中器的自动抄表周期和系统校时。 (7) 用户负荷监控和电量异常报警。 (8) 可提供公共数据库接口, 供电费核算、用电管理等信息系统取用。

2.4 方案说明

2.4.1 设备是分散的设置的。

2.4.2 数据集中器:按照配变的不同, 同一变台下每1024块单表配置1台电话型数据集中器。

下行与本台区内的单表通讯并进行控制, 上行通过公共电话网与集中抄表中心通讯。

2.4.3 采集终端:

假如使用人的电表不是综合设置的, 就使用单表集抄终端方式, 也就是说在所有的表上独自的和对应的集中设备联系。它的优点:结构非常优秀, 而且能够有效的扩充, 稳定性好。单表利用表中的载波通讯芯片通过电力线与数据集中器通讯。

2.4.4 控制功能:

(1) 加装在电子表尾的载波模块采用一体化设计, 模块可包含控制继电器, 可通过集抄中心或现场测试仪器实现控制功能; (2) 机械表改装模块中可包含控制继电器, 可通过集抄中心或现场测试议器实现控制功能。

3 结束语

该体系是当前用电营业体系中的一个分支, 它和供电单位的管控工作者的管控措施以及综合素养和群众的文化性以及获取新事物的能力有着很大的关联, 而且和群众使用的电表的类型等有着一些关联。使用预付模式的电表能够尽量的降低欠费的发生几率。不过也面对一些不利现象, 像是买电并不是很便捷, 当买到的电快要用完, 设备提醒的时候, 很多人都不会非常的关注, 进而导致了停电问题, 假如是在夜晚的话因为不能够去买电, 因此就会干扰到正常的生活。除此之外, 还会受到不法人员的干扰, 导致供电单位受到很大的亏损。同时还无法对所有线路的分路线损精准性分析。其问题很多, 导致供电单位的运作费用变多。使用一般的设备, 面对着抄表以及收费等有很大难度的问题, 同时还会引发欠费问题。

在新的住宅区域之中设置上述讲到的使用时间非常久的机械表加上具备远方断电功能的远方载波抄表系统, 或是采用加继电功能的全电子载波表, 将设备用专门的物质封闭好, 此时就能够防止不利现象发生。体系自行的将获取的用电信息传递到营销机构中, 分析好之后和所在区域的银行机构进行信息传递, 此时群众能够在银行提前的预存费用, 在规定的时间中对其拨付就可以了。或是在规定的时间中到专门的网店续交。比如较之于之前设定的时间要晚的话, 就能够通过远程将相关的设备断开, 当费用续交之后, 再对其开启运行。

低压电力线载波通信信道特性分析 第5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

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低压电力线载波通信调制技术的研究 第6篇

在电力线通信 (PLC) 技术中, 为了达到电力线数据通信的目的, 通常是使用高频信号作为原始信号的载波, 并将载波与原始信号相乘后的信号加载到电力线上。本文通过对PLC通信信道的分析, 分析了FSK和BFSK调制技术的抗干扰性能, 采用BPSK调制技术的低压电力线载波通信系统具有较强的抗干扰能力, 为提高PLC通信能力, 降低误码率提供了新的发展。

2 低压电力线信道特性分析

在低压电力线技术中, 信道所具有的特性主要有三个:输入阻抗特性、噪声干扰特性和信号衰减特性, 在下文中, 我们将通过这三个方面对迪亚店里信号传输特性的影响做详细分析与研究。

2.1 输入阻抗特性

在低压电力线信道中, 输入阻抗这一特性对于载波信号的传输速率有着巨大的影响, 它是一个等效阻抗, 具体是指电力线载波信号发送电路和电力线接触的驱动点向低压配电网方向看的等效阻抗。

大量实践研究表明, 不同频率下, 阻抗随时间的变化是不同的, 在某些特性频率下, 阻抗随时间的变化比较大。根据上文的分析以及查阅的大量资料, 在低压电力线信道中, 阻抗特性的变化规律是十分复杂的, 由于用电器的随机性切入电网的规律, 阻抗也随之随机性变化, 并且没有严格随频率增加/减小, 阻抗就增加/减小的规律, 变化范围也比较大, 最小是会小于1欧姆, 目前现场只发现感性阻抗。

2.2 噪声干扰特性

在低压电力线上, 连接的用电设备是繁杂多样的, 不同用电设备对电力线造成的噪声污染程度也是不一样的, 一些非线性用电设备、大功率变频设备、开关电源设备等对电力线产生的噪声污染是最大的。根据划分方法不同, 噪声可以有多种分类, 根据不同的噪声性质将其分为五类:窄带噪声;与工频同步的周期性噪声;与工频异步的周期性噪声;突发性噪声;有色背景噪声。

当然, 用另一种方法划分, 分类将会不同, 比如通过整体来看的话, 前文的五类噪声可以归纳为两类:脉冲噪声和背景噪声。在前文中, 如果按噪声性质划分的五类噪声来看, 前三种随着时间的流逝, 其只会有很小的变化, 所以可以称之为背景噪声;后两种随着时间变化, 噪声的变化也非常大, 可以称为脉冲噪声。从资料以及分析中, 我们可以得到关于低压电力线信道噪声的部分基本特点:存在随机成分、存在连续性的背景噪声、具有多变性、存在周期性成分等显著特点。

2.3 信号衰减特性

在理论上, 电力线不是一个很好地传输介质, 在低压电力线上传输的高频信号必然存在一定的衰减。

在实际使用中, 许多的研究已经表明, 对于不同频率的信号, 在电力线上传输造成的衰减是不同的, 在特定的频率上, 衰减的变化时非常明显的。许多的研究以及资料都显示, 信号的衰减主要取决于线路布线, 分支越多衰减越大, 并且没有严格的随频率增加/减小, 衰减就增加/减小的规律, 由于存在反射、驻波等复杂现象, 使得信号衰减存在突然跌落或增加。

3 低压电力信道模型

在研究中, 被学界所认同的信道模型基本只有多径信道传输模型。多径信道传输模型的主要理论是在线路阻抗的不连续的情况下, 信号会产生多径传输, 模型的一些参数是需要从信道中随时提取的。多径信道传输模型主要体现的是由于阻抗不匹配, 其产生的反射在各路径上会引起衰减。

实际情况中, 对于多径信道模型所需要的参数不容易取得, 所以研究时会将信道简化。

4 载波调制技术分析

前文已经讲过, 在理论上, 电力线不是一个理想的信号传输信道, 其上存在很多干扰, 这就对信号的抗干扰能力提出了很高的要求, 目前比较常用的是载波调制技术。从字面上就可以理解, 调制技术重在调制, 即对于载波的一个或几个参数, 让其根据调制信号的规律变化。当前调制技术是非常多的, 在实际使用中, 需要考虑的方面很多, 主要从硬件成本、传输速率以及技术原理复杂度上考虑, 本文选用的是FSK和BPSK技术分析。下面对这两种调制技术的原理和抗干扰能力作详细研究和分析。

4.1 FSK和BPSK调制技术

FSK的原理相对比较简单, 即通过载波的频率变化实现数字信息的传递。使用时, 载波的频率会随二进制基带信号在某两个特定的频率点之间发生变化。FSK可以简单的当做是两个不同频率信号叠加在一起。

FSK信号的解调方法有同步检测法和包络检波法两种。以同步检测法为例, 其FSK系统的总误码率在大信噪比 (r>>1) 时为

式中的, 为解调器输入端的信噪比, a为信号成分, σn2为方差。

BPSK的原理相对复杂一点, 它是通过载波相位的变化实现数字信息的传递的, 同时, 载波的振幅和频率是不会发生变化的。BPSK信号相干解调时系统的总误码率在大信噪比时 (r>>1) 时为

式中, 为解调器输入端的信噪比, a为信号成分, σn2为方差。

4.2 FSK和BPSK抗干扰仿真实验

为了能够更为真实的比较两种调制技术在多干扰环境下抗干扰性能的优劣, 本文将会模拟真实的低压电力线信道, 我们将会使用System View作为仿真软件, 其版本号是5.0。

首先, 我们要做的是建立信道的仿真框图, 它的前提是前文中对实际电力线信道的分析与结论。

5 结果分析

从图2中可以看出, 信噪比的增加会使得BPSK调制技术的误码率下降速度变得更加快。这表明, 也即从图上可以直观的看到, 信噪比相同的情况下, FSK的误码率是要高于BPSK的误码率的。

低压电力线传输 第7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25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

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低压电力线载波通信技术及应用探讨 第8篇

低压电力线载波通讯的质量在实际操作中受到很多方面因素的影响, 其中最重要的两个方面包括通讯信道的阻抗特性和衰减性, 以及噪声干扰, 抗阻性将直接制约信号的传输距离, 而噪声干扰则严重影响通讯的质量。可以说这两个因素直接决定通信系统的成败。只有将这两方面进行有针对性的分析和研究才能对低压电力通讯系统进行较为周全的设计, 而针对这些特征, 对通信系统的设计要对如下方面充分考虑:

1) 由于电力线的抗阻的设计和材料的应用决定了其抗阻一般比较小, 所以通信系统发送端和接收端抗阻要尽可能的控制, 不能因抗阻的不匹配导致能量在传输过程中有过大的损失;

2) 高频信号在室内电力线上进行传输时会有较大程度的衰减。并且具有时变性的干扰和噪声在信号通过电力线进行传输的时候普遍存在。因此要求室内电力线作为通信信道的时候必须具备较强的抗干扰能力, 才能实现通信系统的小信噪比, 在电力线载波通信系统中较为常用的技术有扩频技术和正交频复用技术, 扩频技术能够在小信噪比的情况下获得较高的接收信噪比, 而正交频复用技术除了具备上述优点, 还具备抗频率选择性衰落以及多径干扰的优势;

3) 进行通信在波频率和带宽的选择时要有足够的合理性, 要依据现实情况根据信号在频域上的衰减状况以及噪声频谱密度进行分析。以此来进行考虑的话应该选择较低的频段, 相反如果首先考虑噪声因素的话则应该选择较高的频段, 因此在现实中要对两方面进行比对考虑, 进行综合性比较;

4) 一般家庭电网都有较多的分支, 同时由于抗阻的不匹配, 驻波, 反射等现象普遍存在, 信号经由不同的枯井最终到达接收端时可能会产生较强的多径干扰, 而rake接收机的采用不仅可以有效抵制多径衰落, 还能起到分集信号能量, 降低误码率的作用。

5) 因为噪声源的远近对通信质量的影响最大, 在无法改变距离的情况下要在通信接收处加装隔离作用较好的阻波器;

6) 采用码长适当的卷积码能够进一步降低误码率;

7) 因为时变性在低压电力线通信信号衰减方面表现的非常强, 因此自适应能力在通信系统的设计工作中要给予足够的强调, 使其能够根据衰减的实际情况对发射机功率以及接收机的灵敏度进行自动调节, 从而使通信质量得到保证;

8) 在进行低压电力线载波通信系统的设计时要尽量避免较长的数据分组, 如需使用可将其进行重新分组打包, 缩短数据分组的长度, 因脉冲干扰的存在, 数据分组越短越有优势这样被脉冲干扰的数据量就能得到相应降低, 保障了数据的传输速度。

2 在国内的具体应用

发达的供电网络线路为低压电力线载波通信技术的发展提供了广阔的平台, 这种技术具有不占用无线频道资源、节约布线、减少工程量、维护简单等无可比拟的优势。同时伴随科技的发展和我国电力网络的逐步开放, 低压电力载波通信技术在国内的应用范围越来越广。较为典型的包括家居智能化和自动抄表以及新型智能化小区领域等。

2.1 家居智能化

智能化家居网络, 是指把分布在住宅各中各种微控制器与PC连接成一个家庭网络, 通过这种方式来实现对设备的智能化管理, 同时还可以达到只要有插座的地方就可以无限制的接入因特网。由于无需进行布设信号线的工作, 组网工程具有不破换原有家具环境的优势。同时还能保障系统的稳定性, 其工程造价也比较容易控制。

通常电力宽带上网系统由电力调制解调器、PLC设备、PC机、交换机及路由等设备等组成, 使用低压电力线进行网络连接时, 先通过电力调制解调器, 将PC机信号转换为特殊的电力信号, 再将电力信号经由电力线路传送到PLC设备中, 同时该设备将电力信号转换为原来的数据信号, 之后通过交换机以及路由器等设备进入互联网, 从而达到电力线路入网的目的。

2.2 自动抄表系统

我国的自动抄表行业兴起于上世纪80年代, 只是发展相对缓慢。直到2003年后才逐渐进入推广, 从2006年开始进入迅速增长期, 当下正处于电力载波抄表发展的黄金阶段。低压电力线载波通信的自动抄表技术正逐步走向实际应用阶段, 使得抄表工作不受时间和空间的限制, 居民用户也将随时可以查询自己的用电情况, 电力管理部门也可以随时准确的得到电能数据。

3 电力载波通信网络组网研究

低压配电线路具有物理拓扑和一定的时变性, 同时逻辑拓扑的变化与信道质量有很大联系, 这就使低压电力线载波通信的可靠性受到严重影响。已经有学者提出以高速电力线通信的组网方式、网络模型等角度进行探索和研究, 从而找到合适的算法对电力线通信网络路由进行优化, 以此提高电力通信的可靠性。已经有研究对低压配电网窄带电力线通信数据逻辑链路的选择、建立和自动路由等做了研究和探讨, 并提出了一种基于非交叠分簇的动态路由算法和网络重构算法, 来保证通信网络的有效性。有些学者提出在低压配电网电力线载波通信中采用网络自组与重构技术, 可以自动侦测可通信逻辑节点和最佳中继节点、动态调整路由和配置中继信息以及自动识别节点的投入或切除, 从而实现低压配电网中点到点、点到多点的可靠通信。

4 结论

低压电力载波通信技术由于其特有的优势逐渐成为通信领域技术研究的热点, 可以说低压电力载波通信技术具有很广阔的应用前景和可利用价值。但我国低压电力网的特殊性, 决定了通信信道的分析和建模的困难较大, 无法直接利用国外成熟的技术与产品。但随着国内研究机构和相关公司的重视, 我国低压电力载波通信也正在逐步发展。具有自主知识产权的电力载波芯片的研制标志着我国在这一技术领域有了实质性的突破。但与国外重量级研究机构和公司仍存在较大的差距。我们应当逐步加强对这项技术的研究和应用推广, 低压电力载波通信技术应用的具体方向除了远程自动抄表领域、家居智能化和新型智能化小区外, 还可以在农业节水灌溉监测与控制与农产品流通过程信息化等方面获得广阔的发展空间。

摘要：低压电力线载波通信是以低压配电线作为信息传输媒介进行数据或语音等传输的一种特殊通信方式, 电力线网络覆盖范围的广泛决定了其具有相当大的潜在利用价值。国外对此研究已有近百年的历史, 在理论和技术上有着绝对的优势。我国外对其进行的研究起步很早, 到目前为止也取得了相当大的成绩, 而我国电力网络比较独特, 同时对这项技术的研究也直到近些年才开始, 这些都决定了我们积极进行这项技术研究的迫切性。本文将重点讨论低压电力载波通信的基本原理、通信信道特性和建模、低压电力载波通信系统的网络组网, 对各种关键技术和各类载波芯片及模块进行比对分析。

关键词：低压电力线,载波通信,技术应用

参考文献

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