电力通信培训方案设计

电力通信培训方案设计（精选11篇）

电力通信培训方案设计 第1篇

1 培训目标

电力通信培训班培训方案设计旨在提升从事通信相关专业的通信人员的培训效果, 让从事电力通信的人员熟悉并能在工作中应用电力通信相关条例规程、熟悉并了解通信岗位相关理论知识、熟悉通信系统工作原理、通信规约等专业理论知识。

2 培训内容

2.1 微波通信

电磁波按照频率的大小 (波长的长短) 来分类, 有长、中、短、超短波和微波。微波又分为:分米波、厘米波、毫米波、微米波等等。C=3×108m/s, C=λ×f各个频段的无线电波均可用于无线通信[2]。无线电波的工作频率在微波范围内的通信是微波通信, 也叫微波接力 (中继) 通信。除了我们常见的微波中继通信外, 还应该包括: (利用大气层不均匀性作为“反射板”) 微波散射通信、 (利用地面上空36000公里的同步卫星作微波接力站) 卫星通信、还有近几年推出的以设备小、功率低为主要特征的扩频通信。微波通信就是利用无线电通信的一种, 它是利用电磁波在空气中自由传播的特性来实现远距离通信。少则几公里, 多则几十公里甚至上百、上千公里。如果微波通信调制的信号是数字信号, 那么这种通信方式就是数字微波通信。

微波通信系统应该案发信和收信系统来分, 他们各自具有一些重要的部件, 学习这些部件应该从功能、结构、基本工作原理开始。发信端的主要部件有:中频调制器、本振、混频器、功率放大器、滤波器等等。对应的收信端的主要部件有:耦合器、滤波器、混频器、本振、中频滤波放大器、中频解调器、等等。公共单元是天馈线系统, 含有天线、馈线 (波导) 等。

2.2 行政交换

从通信网的基本结构可以看出, 构成通信网的基本要素是终端设备、传输链路、转接交换设备。终端设备是通信网中的源点和终点, 它除对应于模型中的信源和信宿之外, 还包括了一部分变换和反变换装置。终端设备的主要功能是把待传送的信息和在信道上传送的信号之间互相转换。这就需要发送传感器来感受信息, 将信息转换为能传送的信号, 接收传感器将信号恢复成能被信息接收者接收的信息。终端设备的第二种功能, 是要求有一定的信号处理能力, 使之能与信道匹配。第三种功能, 是产生和识别网内所需的信令信号或规约, 以便相互联系和应答。对应不同通信业务, 有不同的信源和信宿, 也就有不同的变换和反变换装置。因此, 对应不同通信业务, 也就有不同的终端设备。如电话业务的终端设备就是话机终端;对传真业务的终端就是传真终端;对数据业务的终端就是数据终端等等。

传输链路是网络节点的连接媒介, 是信息和信号的传输通路。它除主要对应于通信系统模型中的信道部分之外, 也还包括一部分变换和反变换装置。传输链路的实现方式很多, 最简单的传输链路就是简单的线路, 如明线, 电缆等, 它们一般用于市内电话网用户端链路和局间中继链路。其次, 如载波传输系统, PCM传输系统, 数字微波传输系统, 光纤传输系统及卫星传输系统等, 都可作为通信网传输链路的实现方式。转接交换设备是现代通信网的核心。它的基本功能是完成接入交换节点链路的汇集、转接接续和分配。对不同通信业务网路的转接交换设备的性能要求也是不同的, 例如, 对电话业务网的转接交换节点的要求, 不允许对通话电流的传输产生时延。因此, 目前主要是采用直接接续通话电路的电路交换方式, 也正在研究用于话音交换的分组交换方式。对于主要用于计算机通信的数据通信网, 由于计算机终端和数据终端可能有各种不同的速率, 同时为了提高传输链路利用率, 可将流入信息流进行存储, 然后再转发到所需要的链路上去。这种方式叫做存储转发方式。

2.3 电力载波通信

电力载波技术, 经历电子管、晶体管、集成电路、部分数字化、全数字载波机五个发展历程。有投资少、施工期短、设备简单、无中继距离长等优点, 缺点是带宽窄 (40-500KHz) 、传输容量很小、使用的频谱受到限制、容易受到电力线上的各种噪声干扰、发信功率大等[3]。电力载波是利用高压电力线作为传输线路的载波通信。根据调制方式:模拟电力载波、数字式 (数字化) 电力载波和全数字电力载波。

2.3.1 模拟电力载波的主要特点

音频部分采用频分技术;信道部分采用单边带调幅方式 (即SSB调制) ;利用频分技术可提供1话路 (0.3-2.0KHz) 和1数据电路 (速率≤600bps) 。

2.3.2 数字电力载波的主要特点

音频部分采用TDM (时分调制) 加TCM (网格编码调制) ;信道部分仍采用单边带调幅方式 (即SSB调制) ;可提供多路语音和多路异步数据 (理论可行, 实际达不到) 。

2.3.3 全数字电力载波的主要特点

音频部分采用TDM加TCM;信道部分采用OPQSK (偏移四相相移键控) ;可提供多路语音和多路高速异步数据 (市场上最多有6通道) 。

2.4 电力调度通信

电网发展到今天已经形成一个庞大而又复杂的系统, 系统的安全与各个环节运行密切相关。在科学技术深入广泛应用于电力系统同时, 电网调度人员仍然是保障电网安全的重要力量, 调度通信是保证电力系统安全、稳定、经济运行的重要技术手段。

调度通信原理简介是呼出过程:当调度员提起电话手柄, 按下某一调度用户热键时, 调度台立即储存的号码发送给向交换机, 由交换机对该号码进行分析后, 将向本交换机的某一分机或某一交换机的某一分机发出呼叫信息, 被叫的调度用户取机后即可进行通话。呼入过程:当调度呼叫调度台组时, 每个成员台均发出振铃声并显示主叫用户的来电号码和中文名称, 当某一成员台取机后即可进行通话, 若来电事宜需要其他成员台处理时, 其他成员台可插入进行三方通话或接走电话。当来电用户的主叫号码与调度台储存的号码匹配时, 调度台显示出中文名称, 否则只能显示来电号码。

2.5 光纤通信

光纤通信是以光波为载频, 以光导纤维为传输媒质的一种通信方式。最基本的光纤通信系统由光发射机、光接收机、光纤线路、中继器以及无源器件组成[4]。由于光纤通信具有频带宽、容量大、衰耗小、尺寸小。重量轻等优点, 因此光纤通信近年来发展速度之快, 应用面之广是通信史上罕见的。可以说这种新兴技术, 是世界新技术革命的重要标志, 又是未来信息社会中各种信息网的主要传输工具。

3 结束语

随着电力通信的快速发展, 快速掌握电力通信的新技术、新设备、新工艺, 成为员工提高工作效率, 适应形式发展, 是解决实际工作问题的迫切需要。目前从事电力通信的人员众多、专业水平参差不齐, 缺乏专业的技能、标准化行为等, 直接影响电网安全、稳定、经济运行。

参考文献

[1]林洁平.电力通信网运行方式优化研究[D].华南理工大学, 2010.

[2]缪承恩.微波技术基础[D].西安电子科技大学出版社, 1994.

[3]陈兰英, 孔媛媛.电力线载波通信技术的发展与应用前景[J].江苏电机工程, 2007 (6) .

电力通信：解决小区宽带接入的方案 第2篇

一、电力线通信行业背景及遇到的问题

随着4月1日，由国家两部委共同编制的两项关于“光纤入户”的国家标准正式实施，宣布了我国正式开始迈入后光纤的时代，然而在各运营商争相喊出“宽带提速，去铜换光”的口号用于抢占市场的时也遇到居多现实的问题，具体问题如下：

1、光纤铺设成本高，铜线资源丰富成关键

在宽带提速大背景下，国内的各大电信运营商开始逐步推进光进铜退，转向FTTH的光纤接入方式。但同时，运营商也面临着光纤入户的部署施工的难题和成本的压力。对于运营商而言，如何去利用现有的资源发挥更大的价值是一项重要课题。从根据国内宽带用户及运营商现状的实际情况出发，昆山网电科技有限公司根据自身的电力线通信技术优势，为各大运营商提供了一套完整的铜线（电力线）入户的解决方案。因市场的需要，能与FTTH的速率相媲美的PLC技术，作为充分利用短距离铜缆高速传输的有效技术，再次受到了运营商的高度关注。据了解，相比较于FTTH,PLC的理论速率可达170Mbps。同时，PLC可以充分利用现有的铜缆资源，无须进行现有线路改造施工，毫不费力地就能跨过了最后100米接入难的鸿沟，且其建设成本远低于FTTH。

2、国内市场巨大，光铜并肩发展

由于端到端较高的投资成本拉长了FTTH的回报周期，而且关键器件等维护也牵涉到今后的运营成本。FTTH建网成本是PLC 的4倍。在宽带普及提速的现实需求下，对于光纤布放困难、宽带渗透率低的区域有着不可替代的成本优势和先天的施工优势。

对于宽入户问题，南方电信和北方联通都可以借助先天的优势来解决丰富的电话线网络资源ADSL，而虎视眈眈的广电总局找到了它的一个杀手钳CATV 的同轴线缆（即称 HFC 混合光纤同轴网）。

各大运营商宽带接入业务首先想到了就是住户家里面固话电话线，或者是电视的有线电视线（同轴线），却忽视了遍布家庭最广泛的线电力线，电力线是家里面最基础的线，但它的覆盖面之广却是其他网络所无法比拟的。

二、电力线通信行业发展标准

电力线通信技术简称PLC(PowerLine Communication)，是指利用电力线传输数据、话音，视频信号的一种通信方式。迄今，PLC技术已经有几十年的发展历史，在技术发展的各个阶段，电力系统已经得到了不同的应用：高压输电网（35kV以上）、中压输电网（10kV35kV）以及低压(10kV以下)等领域，数据传输的通讯速率也在不断的提高。现阶段，在低压配电网上传输速率已由1Mbps发展到2Mbps、14Mbps、24Mbps、45Mbps、85Mbps、200Mbps和500Mbps的高速率，传输距离可达500米，被业界认为是最有前景的宽带接入技术。

2005年7月，电气和电子工程师协会IEEE成立P1901工作组，致力于统一电力线宽带通信的技术标准。WLAN无线宽带入户PLC创新解决方案包括电力线宽带通信的室内联网和室外宽带接入，以及两者的互操作性。2010年2月，IEEE已经完成最初草案并发布，将HomePlug电力线联盟的HomePlugAV技术、基于松下电子的HDPLC技术定义为物理层可选的标准，放弃了对G.hn的兼容努力，10月份发布了规范P1901的正式版。

三、PLC将WLAN 与 PLC、EPON 技术完美融合的解决方案（昆山网电）

1、方案背景

于WLAN，目前定位是：以承载高速数据业务为主，覆盖重要公共热点区域，分流3G网络的热点数据流量，降低网络建设成本，改善用户体验。而目前的WLAN建设则主要以室内覆盖为主，基于802.11a/b/g/n标准，使用2.4G/5.8G频段；覆盖方法主要使用传统的室分系统对目标区域进行覆盖，802.11使用的是2.4G/5.8G的高频，相对于使用800/900MHz的GSM网络，WLAN信号线路传输的损耗及空气中传播的损耗较大，穿透力较弱。

在某些场所，如宾馆酒店的豪华套房、高档小区、别墅群、跃层式住宅等，由于装修及美观等原因，线路难以布设至目标覆盖区域，若采用传统的室内分布系统在房间外布放天线进行覆盖常常很难达到理想的覆盖效果，尤其对于普通的家庭用户来说，那是难上加难。

2、方案组成

昆山网电科技的WLAN（宽带）入户解决方案创新性的将WLAN与PLC技术相融合，完美解决了WLAN入户问题。通信系统主要由局端电力网桥、无线电力猫和电感耦合单元三大部分组成，下文将对局端电力网桥、无线电力猫和电感耦合单元三部分做详细介绍。（1）、局端电力网桥

局端电力网桥是电力线宽带接入系统的接入汇聚设备, 通过AC100V-240V电力线传输和接收以太网信号，可以使原有的电力线网络以很低的投资升级成为一个电信级的可运营、可管理的宽带接入网络。局端电力网桥将ONU（或光电转换器/交换机）输出的标准的以太网信号调制成可以在电力线上传输的射频信号，通过采用OFDM技术使其能够在复杂的网络环境中进行可靠的数据传输。局端电力网桥安装在小区机房、小区弱电井（靠近电表房）、小区

光节点或者楼道内.图1：昆山网电WLAN入户解决方案系统组成图

（2）、无线电力猫

无线电力猫，即无线电力型AP，顾名思义，是电力调制解调模块（Modem）和无线接入点AP的融合。AP单元完美支持目前802.11g/n协议。无线电力猫终端使用在用户家庭中，连接至不同电源插座，即插即用。

（3）、电感耦合单元

电感耦合单元采用电感式耦合器，实现PLC高频信号与电力线的耦合，每个型号的耦合器都有特定的参数，各型号耦合器不能混用和替代使用。耦合器的应用环境在小区机房或者弱电井房耦合电力线的地方。局端电力网桥将以太网上联接口接收过来的数据进行D/A转换变成模拟信号，用正交频分复技术（OFDM）调制到2M-30M频宽的多个载波上，由模拟前端对信号进行滤波和自适应功率放大，再从PLC信号接口耦合到电力线进行传输；无线电力猫终端将电力线上PLC信号提取出来，进行滤波和自适应功率放大后解调、A/D转换、最后还原为以太网数据并且通过AP模块广播无线信号，从而实现借助电力线解决WLAN入户覆盖。

3、PLC系统通信机制

PLC系统的局端电力网桥和无线电力猫终端采用点对多的拓扑结构，采用MASTERSLAVE模式适应电力线接入网络模式，局端电力网桥定义为MASTER模式，无线电力猫终端定义为SLAVE模式，相互之间是主从关系。PLC系统的上下行数据采用了不同的传输方式，专为适应电力线共享网络媒介的特性而设计。

当无线电力猫终端联通电源后，系统会自动搜寻局端电力网桥，并且在局端电力网桥上注册自己的MAC地址，同时，局端电力网桥给每一个电力猫终端分配一个唯一的终端设备标识（TEI）。数据从局端电力网桥以时分复用技术(TDM)广播到每个电力猫终端，当数据信道到达电力猫终端时，会根据TEI在物理层上做出判断，接收给它自己的数据帧，摒弃那些给其他无线电力猫终端设备的数据帧。昆山网电的PLC设备采用了十分高效的MAC层处理技术，支持工频周期同步机制，综合使用具有QoS保证的TDMA时分多址有序接入和CSMA竞争接入2种方式，并通过快速自动重发请求ARQ可靠传送。其中，TDMA面向连接，提供QoS保障，确保带宽预留、高可靠性和严格的时延抖动控制；CSMA面向优先级，提供四级优先级。局端电力网桥控制所在的电力线网络其他同等设备的活动，并协调同相邻电力线网络的共存，以支持电力线宽带接入、多电力线网络运行和隐藏节点服务。局端电力网桥除了提供无线电力猫终端网络集中与接入外，还采用VLAN和QOS技术，能够对用户的数据、语音和视频业务进行精细化管理，可以针对用户的不同业务需求进行带宽分配和管理配置，并且采用黑白名单的方式对终端用户进行管理。所有电力猫终端的上行数据都传递给局端电力网桥，无线电力猫终端之间不能相互通讯，也就是各个用户之间是隔离的，这可以有效避免用户之间的影响。

4、WLAN入户PLC解决方案影响因素简析（昆山网电）电力线最初设计是给用电设备传送电能的，而不是用来传送数据的，利用电力线作为通信传输媒介，自然会引起众多的疑问，其主要分为政策层面和技术层面。

（1）.政策层面：关于电力线宽带的接入仍然需要依靠骨干网络，解决的是大楼到桌面的这一段接入。因此，要做电力线宽带接入的运营，要么由城域网运营商与PLC驻地运营商合作，要么就由传统的运营商利用PLC技术自建驻地网。要获得宽带经营资质许可，提供宽带接入业务，就必须获得信息产业部的驻地网许可证，无线宽带WLAN亦是如此。在三大运营商大规模推广无线宽带以前，关于电力线上网的推广和应用，都是由国电通信中心牵头来做的，信息产业部没有叫停，没有许可，也没有相关的“电通”牌照的问世。但是，我们在WLAN无线宽带入户的解决方案中，所有涉及到的电力线通信介质均在低压段，而室内的电力线产权上属于业主或者物业所有，上海电信亦在2010年下半年借助PLC电力线通信介质在上百个小区实现了IPTV的数据传输，因此，电信级运营商凭借大量的物业资源使用电力线解决WLAN无线宽带入户，是否会受到国家电网的干涉暂时还不会有定论。

（2）.技术层面：国电通信中心几年前曾经牵头在北京、深圳等地进行过大规模的电力线宽带运营，结果我们是知道的失败，包括现在都可以看到网上对当时电力线宽带业务的很多否定评价，我们暂且不讨论其运营模式，就从技术层面对当时的失败进行一个简单的分析。“上网就不能用电吹风，电压不稳会掉线”这个就是当时电力线通信的真实写照，现在还可以在网上随处搜索到，所有用户对这样的服务投诉不断。当时的电力线上网诟病多，主要集中在稳定性、信号衰减、信息安全、电磁干扰等问题上，用户的投诉更是集中在上网时性能不稳定、受外界电源状况影响过多等情况。常言道，科技改变人类生活，科技处于时时刻刻的高速变化中。电力线通信技术同样如此，纵观其发展的十几年历程，从低速率的几十Kbps到目前的500Mbps，从无标准无序状态到IEEE和ITU等竞相发布PLC通信的标准，我们暂且不讨论以往技术的缺陷或者说以往技术的不完美。目前昆山网电的PLC设备在物理层采用具有高级前向纠错、通道预估和自适应能力的OFDM调制解调技术，通过工频周期同步机制确保良好的抗工频周期同步噪声的信道适应能力，如调光灯、充电器等产生的谐波，并且采用了先进的MAC层处理技术保证高质量的电力线通信。至于安全性，昆山网电的PLC系统中数据通信完全支持128位的AES数据加密，并且可以保证各个终端的数据隔离来确保终端用户的隐私。另外，昆山网电创新性的将PLC设备同目前的WLAN系统的无线接入点AP相融合，实现WLAN数据的干线传输，并且完全借用各运营商已经建设的有线侧网元、WLAN认证计费等系统，实现了PLC电力线通信系统与现在WLAN系统的完美融合。

四、案例分享（昆山网电WLAN入户 PLC 解决方案经典案例）

背景：2011年，中国移动某城市分公司PLC无线宽带项目是昆山网电WLAN入户PLC解决方案第一个大规模应用的缩影。此项目起始于2011年的4月份，并且是以联合研究课题的形式开展基于PLC技术的无线宽带覆盖模式联合研究项目，该课题的目的是开展基于PLC（电力线上网技术，Power Line Communication，简称PLC）技术的无线宽带覆盖模式的初步技术验证测试，在技术验证测试过程，发现该模式的设备及技术特点存在的问题，并且解决问题，为该模式的大规模推广铺平道路。昆山网电通过敏锐的市场嗅觉，牢牢把握住了此次机会，并且成为了该课题的主要参与厂家，并为后续7月份的大规模招标和部署打下了坚实的基础。

1.中国移动分公司基于PLC技术的无线覆盖项目系统架构

中国移动分公司完全借用现有已建设的WLAN系统，联合中国铁通某分公司，同时借助中国铁通已有的物业资源，通过昆山网电的PLC解决方案实现小区的WLAN无线宽带覆盖，系统的架构如下图2所示。

图2某某移动WLAN入户PLC解决方案系统架构

小区楼宇配电间的PLC局端电力网桥的RJ45接口连接交换机/ONU、光收发器通过光缆到中国移动某分公司的通信机房接入网络口。PLC局端电力网桥射频信号输出经过耦合器，将信号耦合到电力线上，住户家里面，再连接到每个用户端的PLC Modem（无线电力猫）。用户的无线电力猫默认广播中国移动某分公司的CMCC信号，从而实现基于PLC系统的WLAN无线宽带入户覆盖。

2.中国移动某分公司的WLAN入户PLC解决方案优劣对比

相比WLAN室分覆盖，PLC解决方案的优势显而易见，即便与传统有线宽带通信而言，亦有不可比拟的优势：

（1)成本低：对运营商而言，利用电力线上网，直接使用现有的电力网就可以实现通信，而不需要另外铺设电话线、光电缆等，大大减少了在基础网络上的投资；对用户而言，通过电力线上网，无需通过电话线，相对减少了通话费用，且享受到价格优惠的互联网接入服务。

（2)覆盖广：无所不在的电力线网络是此方案的优势，电力线是最基础的网络，它的规模之大是其他网络所无法比拟的，运营商可以轻松地将网络接入服务渗透到每个家庭。此方案将会促进电信级运营商市场的发展，并为WLAN普及带来极大的发展空间。

（3)传输速率高：利用电力线上网能够为用户提供高速的数据传输速率，信息传送速度可达到200Mbit/s，甚至后续平滑升级到500Mbit/s，满足普通家庭的WLAN无线宽带入户。

（4)适用性强：能够通过电力线将整个家庭的电器与网络联为一体，在室内的设备之间构筑起可自由交换信息的局域网，使人们能够通过网络来控制自己家里的电器设备。当今，随着物联网时代的来临，以及各种支持上网的电视机和冰箱等数字家电的普及，需要大幅度地增加接入端口，通过电力线路，无线高速接入互联网就能解决这个问题。

（5)施工快捷：采用PLC解决方案，一线两用，成本低，在网络传输资源到位的情况下，全网覆盖小区的一栋住宅楼，只需要几个小时的时间。无论在施工时间上，还是施工难度上，其他的解决方案都与此方案无法比拟。（6)售后压力小：无线电力猫终端属于家庭里的终端产品，虽然产品需求数量巨大，但是因为其资产属性属于用户端，用户也即插即用，运营商不必时刻支付高昂的设备运维费用。运营模式类似中国电信的Modem，终端用户可以根据产品的质量情况和使用时间，根据业务协议进行退换或者购买，售后压力非常小。

3.WLAN无线宽带入户PLC解决方案发展前景

紧接中国移动某分公司采用昆山网电WLAN无线宽带入户PLC解决方案大规模商用之后，该省的其他地市也陆续开启相似的项目对住宅小区等家庭用户进行WLAN无线覆盖，都已进行较大规模的设备招标，比如某城市的移动分公司也因受到无法进行室分解决WLAN无线覆盖问题的困扰而采用昆山网电的PLC解决方案，进行了多个五星级酒店的工程试点。与此同时，其他省份，也纷纷表示对该方案的兴趣，并对方案和产品进行了初步了解，并且部分地区进行了VIP区域的试点。

浅谈电力通信设计 第3篇

关键词：电力通信；电力通信设计

中图分类号：TM74 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）35-0073-01

电力通信主要是解决电网的商业化运营、自动化控制和实现现代化管理三方面的问题。而电力通信网是一种功能较多，拥有众多用户的综合性通信网，其主干线由卫星电路、光纤及微波构成，各支路除了采取特种光缆、电力线载波等多种电力系统所特有的通信方式，还结合电缆、明线、无线的通信手段，充分利用了调度总机、程控交换机等众多设备，因其功能齐备，备受大众喜爱。

1 当代电力通信网的特点

①必须灵活且安全可靠。由于生产电力的过程不能间断，其运行中状态易发生突发性状况，所以就要求电力通信必须极度的灵活并且安全可靠。

②所传输的信息实时性高、种类复杂、信息量不大。电力系统所传输的信息虽然信息量不多，但是都对信息的实时性要求颇高，这是因为该系统所传输的信息都是与生活息息相关，并需要及时更新的。主要包括图像信息、话音信号、计算机信息及其他数字信息、远动信号、电力负荷监测信息、继电保护信号等。

③不易发生“冲击”，当人们遭受比较严重的自然灾害时，各种备用的、应急的通信设备及方法应当尽其所用。在电力系统发生故障或意外时，在意外发生比较严重甚至波及发电厂连累发电站时，通信业务量会剧增，这就要求电力通信的传输通道、网络结构配置过硬，能抵抗这样的冲击。

④网络结构庞杂。电力系统的网络结构由多种不同功用的设备、以及不同的机型和种类繁杂的通信方法通过各异的转接方式和接口方式（如光纤和电力线载波设备、微波等设备的转接和其他相同类别类、或者不相同类别设备的转接、用户线延伸、中继线传输等）构成。

⑤通信服务对象多，范围广。不仅仅是供电局和发电厂这类通信较为集中的地方，电力通信还给供电区内所有的电管所、变电站提供服务，甚至有些变电站因离发电站较远，通信设备维护半径超过了上百公里。

⑥很多机房无人当值看守。由于电力通信业务量不多、通信地点较为分散，除了中心枢纽通信站外，大多数站点都没有设置值班点无人看守。有利也有弊，虽然在设备的维修维护上造成很多的麻烦，但也为电力企业节约了不少经费。

2 电力通信设计应该满足的条件

2.1 对外开放

当下科学技术的迅速发展，计算机在人们的生活中已经扮演着不可或缺的角色，企业必须做到信息共享，在企业与企业之间能互相学习“取精”，还能树立企业在大众心里的形象，因此电力企业在电力通信设计中应该要做到与外界同等不同种类的机器互相关联，这就要求该系统必须兼容性好，所采用的设备与规范都不来源于厂商。

2.2 可扩充

科学技术扶摇直上要求企业信息技术不断发展，通信的联网设备和采用的方案必须与不断进步的网络规划同步发展，电力设备可扩充，利于电力通信技术更好的发展。

2.3 较为实用

电力通信设计必须在考虑现实需求的基础上结合客户原本的设备投资，充分利用网络设备和计算机，使做成的系统极具性价比，并且安全、适用、可靠、便于维护、治理和扩展。

2.4 安全可靠

一个成功的系统除了拥有高端的机器设备，同时针对在系统运行的过程中出现的各种问题要能及时处理，①在技术方面，要充分考虑各种可能出现的差错可以采用冗余、容错技术等等。②在系统安全方面，在进行网络操作系统设计时应该考虑网络用户级的安危，在进行网络传输设计时应考虑数据传输的过程中出现的可能会出现的各种问题，使得系统更加安全可靠。

2.5 走在科技最前沿

当代社会，弱肉强食，适者生存，科技的日新月异要求企业在系统规划的过程中不仅坚持实用，还采用较为先进的网络设备以及成熟的网络技术，走在科学技术最前沿，才不至于在市场经济跌宕起伏的大潮中被淘汰。

3 电力通信采用的各种通道技术

3.1 光纤技术

总体来说性价比比较高，当代受大众认可的一种组网通信方式。该技术是根据不同用户的需要，利用各种光端机（国内流行的光端机有UMC系列光端机、OMUX系列光端机、OTN系列光端机。）提供各种接口，如：E1口、话务口、RS422/485口、以太网口、标准图像接口、RS232口），以使该技术具有传播的距离长；运行速度快，一般可提供133 Mbps～1 Gbps以上的带宽；通信较为安全可靠的特点。

3.2 扩频技术

原起源于二战的一种利用无线电的军事通信技术，因此在保密性，可靠性方面占据优势，到了1985年正式在民用商业中启用。

3.3 综合业务数字网（Integrated Services Digital Net-

work）

简称ISDN。这种技术的雏形是提供点-点的数字连接服务的综合数字电话网，故用来提供话音或者非话音的服务。

3.4 帧中继

在进行LAN互连时使用较多。是一种在X.25分组交换技术的基础上形成的用以衡量宽带数据业务的技术，另外由公用帧中继业务、帧中继交换设备和FRAD（帧中继接入设备）结合而成帧中继网，采用了国际标准，使得各个厂家生产的商品能够互相兼容，还在网络功能方面简化，使得网络性能得以提高，网络互连成本也大大降低，同时网络传播速度快，时延小，通信费用不高。

3.5 音频技术

对比光纤技术，音频技术存在通信容量较小，易被雷击中、不能长距离通信等缺陷，但它的优点是：便于理解，设备成本较低、更方便维护。

3.6 数字数据网（Digital Data Network）

简称DDN，这种数字电路的核心是光缆，可利用DDN设备构成数字数据分配、治理网。

3.7 载波技术

目前国内比较常见的载波设备有SNC系列、CZ系列程控、ZDD系列的电力线载波机，这种通信方式以电力线为负载，终端是变电站，电力线的两端装有载波机是电力系统所特有的，不像数字通信那样对性价比和宽频带要求较高，所以工程施工不那么复杂、设备距离用户很近、通信距离比较长，同时也比较安全可靠。

4 总 结

总之，要使得电网调度自动化系统和安全稳定控制系统完美运行，实现电力系统的现代化经营管理就必须做好电力通信，这不仅仅能使得电力市场更加商业化，还是非电力企业经营多样化的保障。

参考文献：

[1] 池远帆.浅谈电力通信设计[J].数字技术与应用，2011，（5）.

[2] 柴红瑞.浅谈电力通信网络管理系统结构[J].中国新技术新产品，2011，（9）.

[3] 陈宝澍.浅谈电力通信线路线杆施工的要点[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（19）.

电力通信培训方案设计 第4篇

电力通信传输网作为“坚强智能电网”的重要组成部分,是电网各种管理和控制信息的传输平台,承载着远动、继电保护、调度自动化、电能计量、电话、多媒体等重要业务[1,2]。同步数字体系(Synchronous Digital Hiearchy,SDH)和基于SDH的多业务传送平台(Multi-service Transfer Platform,MSTP)作为目前电力通信中使用最为广泛的光传输技术[3],可提供可靠的传输质量和良好的传输性能[4,5,6]。但其在技术原理、设备操作和故障处理等方面的复杂性,对运维人员提出了更高的技能要求。因此需要加强运维人员的技能培训,提高设备操作维护能力和故障分析处理[7]能力。

由于搭建专门用于培训的传输网机房成本较高,而直接在现网网络上进行培训存在影响既有业务的风险[8],因此急需一套成本较低、灵活可变、形象逼真的培训仿真系统。现有的传输网仿真系统主要仿真光传输设备对SDH和准同步数字体系(Plesiochronous Digital Hierarchy,PDH)数据帧的接收、处理和发送,以及仿真传输网管界面,不能仿真设备对以太网数据的处理,无法呈现通信机房的实际环境和传输网络设备真实外观[9,10,11],不支持对光传输设备的物理操作[12],不支持测试仪表的使用,不能实时呈现异常情况下设备硬件的状态信息[13],脱离实际工作场景,培训效果差。因此,研究并开发能同时模拟传输网中各种设备的三维外观和处理逻辑,全面呈现培训案例相关的硬件状态信息和网管信息的综合培训仿真系统,为传输网运维人员提供高效灵活的培训工具,对提高运维人员技术能力有重要意义。

基于组件化开发、3ds Max、Unity3D[14,15,16]等技术和方法,本文设计了层次化的电力通信传输网综合培训仿真系统总体架构,提出了同时仿真物理特性和功能特性的传输设备仿真模型,并对三维建模、逻辑建模、网络场景动态生成、网络故障仿真等关键技术及其实现方法进行了研究。实现的培训仿真系统功能丰富、呈现现象全面真实、操作方式与现场一致,可以满足电力通信传输网运维人员技术培训、技能考核的需要。

1系统架构

电力通信传输网综合培训仿真系统采用层次化的体系结构,自下而上分为4层:平台层、模型层、功能层和应用层各层之间相对独立,便于系统的扩展和修改系统总体架构如图1所示

(1)平台层由电力通信仿真支撑平台构成,它存储并管理上层各个模块中的核心资源,为各个模块提供透明、高效的虚拟运行环境,并为模块之间的交互提供通用服务,如数据库访问接口、消息总线等。数据库访问接口提供实时数据库和关系数据库的统一访问接口,实现对逻辑模型参数、三维模型属性、告警信息、操作记录等数据的更新和查询功能。消息总线基于订阅/发布(sub/pub)机制,为上层模块间的实时数据传送提供可靠服务。

(2)模型层建立与电力通信传输网中各个设备相对应的、同时包含物理特性和功能特性的模型,包括光传输设备、通信机房和屏柜、纤缆、配线架、测试仪表的模型。每种模型与被仿真的设备具备相同的三维外观,支持对设备的三维操作,同时实现被仿真设备的处理逻辑。模型层同时建立故障模型库,包含每类故障的因果关系信息。原因信息包括故障类型、故障点类型和故障触发的外部条件,结果信息包括故障引发的逻辑变化和参数变化。

(3)功能层包括3个功能:网络场景动态生成功能、故障仿真功能和传输网管仿真功能。网络场景动态生成功能分析培训案例脚本文件,调用相关模型,动态生成三维网络场景,并启动逻辑功能实现数据处理和业务交互故障仿真功能分析故障触发数据,检索故障模型库中的故障因果信息,通知相关模型产生故障现象故障仿真功能同时判断学员对故障的处理动作是否正确传输网管仿真功能模拟光传输设备的网管系统,实现配置管理、性能管理、故障管理、安全管理功能其中故障管理功能支持告警信息的实时显示,配置管理功能支持对相关参数(如交叉连接数据、保护数据等)的配置和查看

(4)应用层为用户提供系统监视、管理和交互操作的界面,包括教员系统和学员系统。教员系统制作和下发培训案例脚本文件,并监控、管理学员系统和操作记录。学员系统根据来自教员系统的培训案例脚本文件,生成三维场景、启动设备间数据交互、触发故障。学员系统同时执行来自教员系统的控制命令,并收集学员的操作记录上传到教员系统。

2 关键技术和实现方法

2.1光传输设备模型的原理和建立

本系统中,光传输设备、通信机房和屏柜、纤缆、配线架、测试仪表的模型原理和建模方法类。由于光传输设备的硬件结构和逻辑功能的复杂度最高,本文基于光传输设备介绍仿真模型原理和建模方法。

光传输设备模型是对传输网中光传输设备的物理特性和功能特性的仿真,既实现光传输设备的三维呈现和操作功能,又实现对传输网业务的发送、接收和处理功能。光传输设备模型仿真的原理如图2所示,本系统将位于物理空间的真实光传输设备分解为物理特性和功能特性,分别抽象成三维仿真空间的三维模型和逻辑模型,通过状态属性和状态参数,2个模型形成统一的光传输设备模型。

各个厂商、各个型号的光传输设备的物理特性差异较大,但都可以抽象为一个由若干三维组件按一定规则拼装而成的三维模型。根据物理包含关系,三维组件分为3个层次:机框层、板卡层和部件层(包括端口、开关和指示灯等)。每个组件有各自对应的属性,包括空间属性(位置、尺寸、姿态等)、特征属性(类型、支持的操作等)、状态属性(板卡在位状态、指示灯颜色等)

各种光传输设备的功能特性可以抽象为5种处理模块组成的逻辑模型。每个处理模块与三维模型中某一板卡类型对应,实现该板卡的数据处理逻辑。根据业务参数,模块间进行数据交互,更新状态参数,实现完整的光传输设备功能特性。

真实光传输设备中,功能特性和物理特性是同一设备中相互联系的2个部分,具有实时同步变化的特性。一种特性的变化(如线路板程序产生告警)会实时引起另一种特性的变化(如线路板硬件状态指示灯变为红色)。在本系统中,将状态属性和状态参数存放于实时数据库,并对相关数据进行关联,如三维模型中的线路板状态属性SR V＿Color和逻辑模型中的线路板状态参数Alarm关联。通过对状态属性和状态参数的实时读取与更新,三维模型和逻辑模型实现实时同步变化。例如逻辑模型在运行过程中,检测出线路板工作异常,产生告警,更新状态参数(Alarm=ON),三维模型读取到状态参数变化,更新关联的状态参数(如SRV＿Color=RED),在三维场景中进行状态呈现(线路板上SRV灯变为红色)。

光传输设备模型分为2部分,其建模工作相应分为2个部分:三维建模和逻辑建模。

2.1.1三维建模

如图3所示,光传输设备三维件模型建立的过程为:对设备进行物理特性测量和动作信息采集,通过3ds Max建模工具按照机柜、板卡、部件3个层级创建和实物外观特性完全一致的各种组件,同时创建操作动画。在Unity3D中根据拼装规则将组件拼装为设备三维模型,并进行效果渲染和属性设置。利用C#语言开发三维组件各种动作对应的操作程序。最后对三维模型进行调试、优化和发布,存放到模型库中。

2.1.2逻辑建模

为了灵活、准确地再现传输设备在各种正常、异常情况下的数据处理逻辑、告警产生和传播逻辑,本系统采用和真实设备一致的、基于ITU-T规范的数据处理和交互算法来建立逻辑模型SDH和MSTP规范把传输设备的主要内部功能组成划分为18种基本的逻辑功能单元,每个功能单元单独完成2MPDH、SDH、以太网信号的某种处理过程。本系统分别对每个逻辑功能单元进行数学建模,如图4所示。根据华为、中兴、烽火、上海贝尔等厂商主流传输设备的逻辑功能单元组合,将逻辑功能单元归纳组合为5种模块:线路板、支路板、以太网板、交叉时钟板和主控板5种模块和三维模型中5类板卡层组件形成对应关系通过模块间的数据(业务数据和管理数据)交互,5种模块有机组成传输设备逻辑模型,实现真实设备的信号接收和发送机制、数据复用和映射机制、开销分析和告警产生机制、业务传输和交叉连接机制

2.2网络场景动态生成

仿真网络场景由通信机房、屏柜、光传输设备、配线架、纤缆、仿真测试仪表等的模型组成,不同的培训案例中,设备数目、设备类型、连接方式、业务数据不同,相应的仿真网络场景不同。如果完全通过人工的方式在Unity3D系统中调取各个模型的三维模型部分进行三维场景搭建,并对各个模型的逻辑模型部分进行业务参数配置,工作量大、效率低、扩展不灵活。本文提出一种网络场景的动态生成方法:由网络场景仿真功能读取并解释培训案例脚本文件,自动载入各种模型,生成网络场景。通过修改培训案例脚本文件,可以灵活、动态生成各种仿真网络场景。

培训案例脚本文件是自定义的xml格式文件,内容包括3类信息:网络场景数据、业务配置数据、故障触发数据网络场景数据分层次定义了网络场景相关的机房信息、屏柜信息、设备信息和连接信息,其结构如图5所示。第一层定义了机房名称、机房类型、屏柜数目。第二层定义了屏柜名称、屏柜类型、屏柜坐标、设备数目以及工具箱名称、测试仪表数目。不同类型的设备,第三层定义的内容不同:对于光传输设备,第三层定义了设备型号、设备位置和板卡配置;对于光纤配线架(Optical Distribution Frame,ODF)和数字配线架(Digital Frame,DDF)设备,第三层定义了设备型号、设备位置和端口数目;对于测试仪表,第三层数据定义了仪表型号。第四层定义了纤缆类型、纤缆号、连接位置。

网络场景仿真功能采用从上而下的顺序按层次扫描网络场景数据:根据第一层数据载入对应通信机房模型,生成三维通信机房;根据第二层数据载入对应屏柜模型,根据位置坐标信息将其三维模型部分放置在三维机房中;根据第三层数据载入对应光传输设备模型、配线架模型,根据位置坐标信息将三维模型部分其放置在相应屏柜中,载入对应测试仪表模型并放置在工具箱;根据第四层数据载入对应光纤模型、2 M线模型和以太网线模型,根据连接信息将其三维模型部分连接至光传输设备或者配线架三维模型的对应端口。模型加载成功后读取培训案例脚本文件中的业务配置数据,启动各自的逻辑模型部分,进行仿真业务数据的接收、发送和处理。

2.3网络故障仿真

基于动态生成的网络场景,故障仿真功能与故障模型库、设备模型相互配合,实现网络故障仿真。故障仿真功能首先读取并解释故障触发数据。故障触发数据是培训案例脚本文件的一部分,其内容包括故障数目、每个故障的类型和故障点。针对每个故障的类型,故障仿真功能查询故障模型库,获取该故障引发的处理逻辑变化和参数变化数据然后根据故障点信息查询出故障所在的具体设备和具体模块,通知该模块基于新的参数运行改变后的逻辑程序,经过各模块间仿真业务数据中开销字段的处理,故障相关的告警信息自动产生并发送给传输网管程序,同时设备逻辑模型中的状态参数进行改变通过各模型间仿真业务数据的交互和开销字节分析,故障信息在网络中进行传播和衍生。

三维模型和传输网管程序联合实现故障的呈现。三维模型读取逻辑模型中状态参数的变化,在三维场景中进行硬件故障状态呈现,如板卡指示灯颜色变化、蜂鸣器开启等。传输网管仿真功能监测到告警信息的产生,在“浏览当前告警”界面中显示相应的告警信息,如告警级别、告警名称、告警源、定位信息、告警发生时间、清除状态等。

3 系统部署和应用

本系统已在国网河北电力公司培训中心成功运用。系统运行在普通硬件配置的计算机上,支持Windows XP/Win7操作系统。学员在培训仿真系统中演练设备操作、硬件维护、业务配置、故障处理相关的培训案例。培训案例真实再现省调、地调、厂站三级通信机房场景,支持1-100个仿真设备的同时加载,支持各种网络拓扑(链状、环状、环带链、相切环等),并支持光纤中断、光纤劣化、风扇故障、线路板故障、支路板故障、保护故障、数据配置错误等16类传输网络故障的触发和处理。

一个典型培训案例是在4个华为光传输设备组成的网络中,某一设备所连的光纤发生断纤故障。当学员系统收到来自教员系统的培训案例脚本文件后,动态生成如图6所示的三维网络场景,自动触发故障并显示故障现象。该场景中,故障设备产生蜂鸣音,同时其第11槽位的线路板上SRV灯显示为红色。仿真网管界面中显示此线路板有R＿LOS告警产生。学员调取仿真光功率计,测试该线路板所接光纤的光功率,测试结果显示为-60dBm,可以初步判定光纤发生断纤故障。学员进行更换光纤操作后,故障现象自动消除。

4 结语

本文基于三维模型与逻辑模型相结合的仿真原理,利用独特的建模技术、网络场景动态生成技术和故障仿真技术,设计并实现了综合型电力通信传输网仿真培训系统,解决了传统仿真系统不能同时仿真三维场景与设备逻辑、不能同时呈现硬件状态和网管信息的问题。该系统既解决了搭建专用传输网培训机房成本高的问题,又弥补了传统仿真系统在三维场景呈现和设备逻辑仿真结合方面的缺陷,同时支持各种网络故障的灵活触发。通过仿真系统的使用,学员能更快掌握传输网操作维护技能,提高故障处理能力,缩短培训周期,降低培训成本。同时本系统的架构设计方案和技术实现方法也为类似通信仿真培训系统的开发提供了参考。

摘要：针对现有电力通信传输网的培训工具功能单一、不能全面有效支持传输网培训的问题,设计并实现了电力通信传输网综合培训仿真系统。首先介绍了系统的总体架构和各部分功能,然后以光传输设备为例描述了仿真模型的原理,并重点介绍了三维建模、逻辑建模、动态生成网络场景、网络故障仿真等关键技术,最后简介了系统的工程应用情况。现场应用表明,该系统建立了全方位、全过程、全场景的高逼真度培训平台,可以满足电力通信传输网相关技术人员在培训、考核等多方面的需求。

电力通信培训方案设计 第5篇

采用多业务传送平台优化电力SCADA系统通信组网方案

着重讨论如何利用多业务传送平台(MSTP)的二层交换功能实现电力SCADA系统传输带宽的.统计复用,通过对各种可能的解决方案进行深入比较分析,特别是从原理上深入分析MSTP和二层交换机在二层交换实现方式上的区别,提出一个经济简单、安全可靠、完全满足电力SCADA系统QoS要求的全新解决方案.

作 者：赵晟 Zhao Sheng 作者单位：中铁二院工程集团有限责任公司,成都,610031刊 名：铁路通信信号工程技术英文刊名：RAILWAY SIGNALLING & COMMUNICATION ENGINEERING年，卷(期)：20107(1)分类号：U2关键词：MSTP 二层交换 带宽 电力SCADA 统计复用

电力线载波通信电路设计 第6篇

关键词：电力线载波通信RS-232/RS485接口电路设计

电力线载波电路整个通信系统的核心。笔者拟采用SSC P300作为电力线载波专用调制解调芯片来开展通信电路设计的研究。从SSCP300输出的信号幅度小、驱动能力弱，而且有各种谐波，因此要放大滤波，然后通过耦合电路将信号调制到电力线上。电力线传来的载波信号由SSCP300接收，需一个带通滤波器，经过预放大再送到SSCP300的接收端，再送给单片机进行处理，单片机中存储的数据经过现有的电话网传送给控制计算机，控制计算机根据数据对供配电进行控制。

1 低压电力线载波通信原理

低压扩频载波模块主要由SSCP300低压电力线扩频载波网络控制器、前置功放和电力线藕合电路构成，其工作任务是对从单片机获取的数据信息实施线性扫频调制，经滤波放大后使其与电力线藕合，对通过电力线送来的载波信号进行扫频解调后送给单片机。这种数据通信采用了收发分时控制的半双工通讯。该模块与配变集中器的设计通信距离为1000米。在信道特性最恶劣的情况下，也要保证不小于600米。

低压电力线载波通信的原理结构框图如图1所示。

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2 电力线载波通信原理

电力线载波通信是电力线载波抄表集中器的核心任务，采用载波调制原理，充分利用电子技术和微处理器技术，开发通用的电力线载波通信设备则是电力线载波抄表的重要基础工作。

2.1 载波通信芯片SSCP300的发送与接收原理 SSCP300提供数据链路功能和物理层的协议LinkLa服务。由SI脚进入SSCP300的电力模拟通过信号，经缓存放大器(Amp)放大并通过A/D转化后形成数字信号，再经过扩频处理，借助DSP电路传输至数据链路层微处理器进行分组解码。欲发送的分组被主处理器传输至微处理器后继而传至DSP功能块。DSP将三态信号置为高层状态时，缓存后这个波形就由SO脚输出，通过功率放大模块和变压器耦合到电力线上。电力线传来的载波信号则由SSCP300接收，需一个带通滤波器，经过预放大再送到SSCP300的接收端，再送给单片机进行处理，单片机中存储的数据经过现有的电话网传送给控制计算机，控制计算机根据数据对供配电进行控制。

2.2 单片机与SSCP300通信的控制工作过程 单片机W77E58是整个模块工作的控制核心。它对载波通信的控制是通过和SSC P300的交互来完成的。电力线媒介的实时网络通信是由SSC P300管理的，SSC P300提供的由主制器通过SPI端口管理的功能使得主处理器获得最佳的网络应用层的实现。SSC P300内部供多个数据结构设定其运行方式和表征其运行状态。单片机通过发送命令读取这些数据结来判断发生的事件及当前状态，并通过发送相应的命令做出相应的处理操作。命令和数据结在主控制器和SSC P300之间的传送是通过SPI接口实现的。主处理器W77E58作为控制核心，控制通过5线的串行外围接口(SPI)把即将发送的分组先传输到SSC P300内部的DLL处理器，再传至DSP。SSC P300从电力线上耦合并解调出来产生解调后的信号。主处理器通过5线的串行外围接口SP2将从S2输入的解调后信号经过信号转换得到的数据分组接收进来。我们选择使用计算机和嵌入式设备的标准接口RS-232作为集中器和上位机的通讯方式。

2.3 RS-232/RS485接口标准 MODEM的通信接口采用的是RS-232标准。RS-232适用于短距离传输，长距离数据通信通常采用RS-485标准。本文中的电平转换采用MAXIM公司的MAX485芯片完成。MAX-485芯片的1脚R0为接收器的输出，接TTL电平RXD信号；4脚DI为发送器输入，接TTL电平TXD信号；3脚DE为发送使能端，接+5V；2脚RE/为接受使能端，接地。因为MAX-485一端接计算机，如果直接与单片机连接会引入干扰信号，所以在MAX-485和单片机连接时，需要加光电隔离器，防止干扰信号进入单片机系统，影响系统正常工作。

3 主控器与MODEM通信接口

MODEM通信适用于信息交互不频繁、数据传输量小的公用电话网数据传输。这是因为公用电话网为模拟电话线路，数字信号不能直接进入这样的信道，必须通过一个中间设备MODEM，它用来实现数字信号到模拟信号和模拟信号到数字信号的相互转换，是一个重要的数据通信备。

4 结束语

电力线载波通信技术是低压集中抄表技术实现的重要通信手段。笔者基于电力线载波通信技术，深入探究电力线载波通信电路设计原理，并详细介绍了该电路及其控制软件的设计，为通信工程的改进提供参考依据。

参考文献：

[1]郭飞，方猛.基于PLC与计算机RS-232通信的扩展应用[J].价值工程，2010(08).

[2]俞庆.低压电力线载波通信技术的研究及应用[J].电力系统通信，2002(01).

[3]许永康.RS-232转RS-485网络的通信[J].微计算机信息，2007(10).

电力线载波通信仿真系统设计 第7篇

电力线通信 (Power Line Communication) 技术简称PLC, 是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。在低压 (220V) 领域, PLC技术在负荷控制、远程抄表和家居自动化, 家居防范、家用电器控制和多表集中抄送方面, 具有方便、快捷、节省人力物力等得天独厚的优势。目前, 缺少全面的试验测试环境是影响低压电力线载波通信快速发展的最主要原因。因此, 研制低压电力线载波通信负载模拟实验系统, 为广大电力线通信研究者提供了方便快捷的实验平台。

1 低压电力线通信仿真系统原理与性能

由于电力线传输环境很复杂, 存在变化的负载, 不同的电网拓扑结构, 随机的噪声干扰等影响因素。本设计考虑到以上各因素的相对独立性, 提出了模块化的设计思想。即将各影响因素单独的作为一个模块, 分别考虑各模块的变化情况并搭建硬件电路实现。再将各模块注入到净化的模拟电网中, 从而实现对低压电力线载波通信系统的模拟。实验系统结构包括:载波发送模块、净化电源、电网拓扑结构、负载网络、噪声干扰源、耦合器和载波接收模块等设备。基本结构如图1所示。

该系统的工作过程为:

(1) 载波发送模块发送载波信号。

(2) 信号在净化电网环境内传输。

在传输过程中, 根据实验需要, 人为的选择噪声信号 (由噪声发生器产生) , 选择不同电网拓扑结构 (由电力传输线模型实现) , 不同阻抗值的负载, 最后通过载波接收模块来检测载波信号的变化情况。其中, 载波信号频带:100kHz-2MHz;噪声信号频带:10MHz以下;系统额定功率:1kW。

2 负载网络设计与实现

(1) 模拟电网的拓扑结构

低压电力网络的拓扑结构相当复杂, 因此任意两点间的通信效果存在较大差异。由于不同路径的传输特性的差别, 极易造成信号的反射和碰撞。模拟多种拓扑结构, 采取相应措施以实现全网络的任何时间、任何两点的可靠通信[1]。电力网的接线虽然比较复杂, 但它们可分解为若干个简单接线的组合。分解后的简单电力网, 大致单回路放射式、干线式和链式网络、双回路放射式以及环式和两端供电网络。

(2) 模拟接入电力系统的负载

电力线负载的类型繁多, 归纳起来主要有阻性负载、感性负载、容性负载、非线性负载等。在实验所测的频率范围内, 输入阻抗随频率的变化并不符合一般想象中的随频率的增大而减小的变化规律, 甚至与之相反, 阻抗总体上随频率升高而增加, 为了解释这一问题, 可以将电力线看成是一根传输线, 上面连接有各种复杂的负载。这些负载以及电力线本身组合成许多共振电路, 在共振频率及其附近频率上形成低阻抗区。因而给电路设计带来很大的困难[2,3]。负载值的确定由SPICE模拟仿真与具体实测调整。原则:总功率为1kW;频带30k-1MHz使负载值能典型反应家用电器典型阻抗类型, 使谐振频率点尽量均匀分布在考查频带内。

(3) 负载网络的转换

采用单片机控制继电器实现电力网不同拓扑结构的变换。为提高工业环境下的可靠性工作, 采用微芯公司的PIC16C65单片机, 通过RS232/RS485与上位机进行串行通信[4], 系统扩展1k串行EEPROM作为扩展数据存储器, 并为了控制12个负载的任意阻抗值, 拓扑结构组合, 引用78个继电器, 相应I/O口用3片并行扩展I/O口芯片82C55A实现。软件编程采用精简指令集汇编语言编写, 其基本指令只有31条, 利于软件开发及修改。

具体的工作过程如下:异步通信数据中断接收, 其中一组代码为一至十三个字节, 以0EEH结束, 然后从缓冲区RXBUFF中取出数据, 存入2401, 从2401中取出数据并进行解码后控制继电器动作后, 发动作完毕码0FF给上位机, 上位机发复位码 (0DDH) , 跳入复位。

3 负载模拟实验系统注入方式

净化电源选用测量设备的人工电源网络。人工电源网络有两种基本类型, 对于耦合不对称电压的V型和分别用于耦合对称电压和非对称电压的Δ型。对于每根电源线人工电源网络都配有三个端, 连接设备的电源端, 连接受试设备的设备端和连接测试设备的干扰输出端。人工电源网络的阻抗是指干扰输出端接50Ω负载阻抗时在设备端测得的相对于参考地的阻抗的模。人工电源网络设备的阻抗定义为受试设备呈现的终端阻抗。因此, 当干扰输出端没有与测量接收机相连时, 该输出端应接50Ω负载阻抗。对于其他任意大小的阻抗值, 包括短路或连接在电源和参考地之间的滤波器均起到隔离的作用。这是为了确保在所有测试频率上存在于电源上的无用信号不影响测量, 因此在人工电源网络和电源之间插入附加的射频低通滤波器。本文参考GB/T.6113-1995, 适用于0.15-3.00MHz。允许有±20%的偏差[5]。

4 结束语

低压电力线载波通信的信道特性主要为输入阻抗特性、传输衰减特性和噪声特性, 其最终表现为信号的频率响应。通过对模拟试验系统进行输入阻抗、传输衰减的频率响应测试, 实际通信环境测试数据与模拟实验系统的测试数据相比, 谐振点的频率值非常接近;在指定频率点, 模拟实验系统的衰减特性与实际电力线通信的衰减特性相似, 一般只差5dB。结果表明系统能够较好的反映低压电力线载波信道的基本特性, 为低压电力线载波通信的研究提供一种方便快捷的仿真环境。

参考文献

[1]张志科.电源技术的发展与现状[J].忻州师范学院学报, 2004, 20 (2) :82-84.

[2]刘锐.交流宽带净化电源电路及其它[J].电声技术, 2003 (2) :74-75.

[3]魏永静.电力线扩频载波技术在抄表中的应用[J].自动化与仪器仪表, 2005 (6) :50-51.

[4]程菊花.基于单片机的电力线载波通信系统[J].浙江树人大学学报, 2005, 5 (4) :98.

电力通信培训方案设计 第8篇

通信业是最古老的产业之一, 在新技术革命的推动下, 在全球网络化发展和信息高速公路建设浪潮推动下, 通信技术正在向数字化、智能化、宽带化飞速发展。信息的数字转换处理技术走向成熟, 为大规模、多领域的信息化发展应用创造了条件, 各个行业采用的通信手段也在随之不断进步, 国家电网顺应形势发展也逐步形成了自身的电力调度通信网络。近年来, 国家电网对下游用电企业的调度计量监控越来越严格, 且出台了相关的电力调度规定, 中石油企业作为国家电网的重要用电企业之一, 不可避免地需将相关数据纳入当地电力调度通信网络中。

二、电力调度通信系统设计

1. 概述

油气管道沿线工艺站场设备用电均引自当地国家电网供电公司的变电所, 这就势必要考虑工艺站场 (泵站) 变电所与供电公司 (电网) 上游变电所的电力调度通信系统设计。电力调度通信系统设计一般情况下分为上游变电所及调度中心通信设备扩容, 外部通信线路和工艺站场通信系统三部分内容。调度通信系统组网方式根据外电线路引接方案主要分为链形组网和环形组网, 而泵站变电所内的调度通信方案需根据当地供电公司调度网要求进行设计, 各地区略有差异。下面简要叙述一下油气管道建设中电力调度通信系统方案设计。

2. 链形组网

当泵站变电所两回线外电线路均引自同一上游电网变电所时, 通信光缆随其中一回线杆路架设, 电力调度通信系统采用链形组网方式。上游电网变电所和下游泵站变电所的光传输系统采用1+1线性保护方式。链形组网结构示意图如下:

链形组网优点是结构简单, 投资较低, 缺点是当通信线路损坏时, 所有通信业务中断。

3. 环形组网

当泵站变电所两回线外电线路引自两个不同的上游电网变电所时, 通信光缆分别随两回线杆路架设, 电力调度通信系统采用环形组网方式。环形组网结构示意图如下:

环形组网优点是当一侧通信线路损坏时, 所有业务可以通过另一侧通信线路传输而不会中断。缺点是组网结构较复杂, 投资比较高。

根据油气管道泵站的电力负荷分级, 一级负荷泵站变电所两回线外电线路通常引自两个不同的上游电网变电所;二级负荷泵站变电所两回线外电线路可引自同一上游电网变电所。因此, 光传输系统组网方案应根据通信光缆的敷设方案和地方供电公司的要求确定。

4. 变电所内通信系统设计

泵站变电所内通信系统包括通信传输、数据网及调度语音三部分, 通信传输指SDH光传输设备及其以上部分;数据网设备指光传输设备与电气终端之间的部分 (包含实时信息和电量信息) ;调度语音一般情况下根据当地供电公司语音设备组网情况, 选用程控交换或软交换语音设备。

各地区供电公司根据当地电力调度数据传输需求略有所差异, 一般情况下分为两种传输方案, 组网图如下:

上述两种组网结构均能有效实现电气数据的上传。图3中地调中心对泵站变电所内电气数据的传输要求较高, 在具备将电量、能耗等数据上传的同时, 还应具备实时数据传输功能, 即双通道电气数据传输;图4中地调中心对泵站变电所内电气数据传输的要求相对较低, 变电所内所有相关电气数据均纳入远动管理机统一管理, 地调中心只需通过TCP/IP数据网读取远动管理机即可。

三、系统设计中应注意的问题

1) 在油气管道工程建设中通常外电线路及上游变电所扩容由地方电力设计院负责设计, 而外电线路进入工艺站场门型架, 门型架以后变电所设计由泵站电气专业设计, 电力调度通信系统的设计界面往往容易被忽略, 设计时应着重注意两方密切配合, 保证系统的完整性。

2) 电力调度通信组网与当地国家电网通信组网结构密切相关, 一般情况下泵站变电所内的光通信设备容量及选型、数据网设备和语音设备选型均需与地方通信组网保持一致, 设计时应注意与当地供电公司良好沟通, 确保通信组网的准确性、可行性。

3) 长输油气管道工程中涉及到多个供电公司管辖内的泵站变电所设计时, 由于电力调度通信设备选型受当地电网通信组网的限制, 容易造成一个工程中同类设备不同厂家供货的局面, 设备采购时建议分类分批次采购。

结束语

随着国家电网对下游用电企业的调度计量监控要求不断提高, 电力调度通信系统在油气管道站场设计与建设中受到关注逐渐增多, 重视程度不断加深, 已成为油气管道按时、顺利投产的必要条件。本文简要叙述了泵站电力调度通信系统设计中的几种常见组网结构, 同时提出了设计中应注意的一些问题, 对今后油气管道工程电力调度通信系统设计具有一定的参考价值。

电力数据通信网的规划与设计 第9篇

关键词：电力数据通信网,光网络,可靠性

电力是我们日常生活和工作中必不可少的一部分, 因此, 我们必须加强对于电力系统的管理和控制, 确保电力系统能够有效安全的运行, 避免故障的发生造成人们生活和工作的困难, 为了有效确保电力系统的稳定运行, 电力数据通信网的建立功不可没, 电力数据通信网能够有效的确保整个电力系统安全有效的运行, 所以我们也应该加强对于电力数据通信网的研究和管理, 提高电力数据通信网的可靠性, 使其能够更好地为我国的电力系统服务。

1电力数据通信网中智能光网络的应用

当前我国电力系统中光缆已经得到了广泛的普及, 尤其是随着光缆技术的不断成熟, 光缆在电力系统中发挥的作用越来越突出了, 当前我国电力系统中对于光缆使用较多的主要是OPGW光缆, 这种光纤的使用极大地提高了电力系统数据通信网的传输效率, 并且有效的提高了传输的安全性, 当然这也和智能光网络的应用存在密不可分的关系。

1.1智能光网络的概念。智能光网络是当前电力系统中较为先进的一种网络系统, 和传统的网络系统相比智能光网络具备独立的控制平台, 因此, 采用智能光网络能够针对不同传递速率的信号进行传递, 并且还能够传递一些带有特性信号的信息, 在当前电力数据通信网中发挥着重要的作用。具体而言, 智能光网络的优势主要体现在三个方面: (1) 动态分布式的重路由结构, 在这种结构中可以有效的保障重点部位网络的正常运行, 因为即使这一部位出现一定的故障影响了正常的传输也会因为这种动态化的设定使得空闲的一些网络资源自动的应用到这方面来确保重点部位的正常运行, 因此, 这种设置能够有效确保网络运行的稳定性, 并且还能够在很大程度上提高了网络资源的利用率; (2) 智能化的端到端配置, 在智能光网络内部, 端到端之间的配置全部实现了智能化, 利用智能化技术来提升网络运行的效率; (3) 动态分配网络资源, 这种动态化的资源配置设定能够在很大程度上满足用户的不同需求, 提高用户对于网络资源的利用率。

1.2智能光网络的关键技术。智能光网络的主要技术包括以下5个: (1) 路由技术, 智能光网络的路由技术是最为关键的一项技术, 其具体分为了域内路由和域间路由两种协议类型, 在不同的状况下可以采取不同的路由类型来使用; (2) 信令技术, 智能光网络中的信令技术改变了原有传统网络对于信令重视不足的现状, 充分利用信令来完善整个的网络系统; (3) 自动发现技术, 该技术主要是指智能光网络能够自动化的识别一些不同种类的信号以提高网络的运行效率; (4) 链路管理技术, 该技术主要是用来加强对于点对点之间的链接进行信息传输的控制和管理, 提高信息传递的效率; (5) 生存技术, 该技术的运用能够在极大程度上缩短网络系统发生故障后到网络系统重新运行之间的时间, 快速使网络恢复运行, 避免更大故障的发生。

1.3智能光网络在电力数据通信网中的应用。智能光网络的优势十分明显, 我们理应把这种优势合理的利用到电力数据通信网中来, 在当前我国的电力数据通信网中对于智能光网络的应用主要体现在以下两个方面: (1) 首先在集中控制系统当中智能光网络的运用可以有效地为电力数据通信网提供一个动态的、灵活的智能芯层, 进而提高电力数据通信网的运行效率, 并且这种动态化的配置还能够有效的提高电力数据通信网中的资源利用率, 使得数据服务层之间的连接实现真正的自动化; (2) 智能光网络在电力数据通信网中的运用还体现在信号机制的建立上, 尤其是对于信令的使用更是进一步提升了电力数据通信网的质量, 实现了整个电力系统的平稳安全运行。

2提高电力数据通信网络的可靠性

当前随着我国电力应用的逐步增多, 电力系统所面临的压力也正在逐步增大, 这也就给电力数据通信网提出了更高的要求和挑战, 面对这种压力, 电力数据通信网必须提高自身的可靠性才能够满足当前人们对于电力系统不断提高的各种要求。

2.1电力数据通信网可靠性指标。电力数据通信网的可靠性指标我们可以参照安全性指标进行分析, 具体来看, 可以分为应用层、业务层和设施层三个不同的层级对电力数据通信网的可靠性进行评价。

2.2做好网络管理系统。网络管理系统是整个电力数据通信网的重要组成部分, 网络管理系统的有效运行能够在很大程度上确保电力数据通信网的安全, 提高电力数据通信网的可靠性, 尤其是网络管理系统中的故障管理功能能够及时有效地发现并且处理电力数据通信网中发生的各种故障, 即使处理不了的也能够及时的进行报警交由专业人员进行处理, 有效避免了长时间发生故障的可能性。

2.3加强维护运行管理。网络的维护对于整个的电力数据通信网来说具有重要意义, 电力数据通信网维护到位就能够有效地避免很多事故的发生, 有效提高电力数据通信网的可靠性, 因此, 我们应该加强对于电力数据通信网维护运行的管理, 尤其是要提高网络维护运行管理部门的办事效率, 明确每一个员工的具体职责, 加强对于整个电力数据通信网的维护和管理, 确保电力数据通信网的正常运行。

2.4加强对于网络运行环境的管理。我们都知道电力数据通信网络的有效运行必须依靠一定的环境, 而网络运行周围环境对于电力数据通信网可靠性也存在着较大的影响, 尤其是电力数据通信网络中机房的环境和光缆铺设周围的环境对于电力数据通信网的影响最为重要, 此外, 周围环境中自然条件的变化也会对电力数据通信网的运行产生影响, 甚至会导致电力数据通信网运行故障的发生, 所以, 我们应该加强对于网络运行环境的管理和控制, 有效避免周围环境对于电力数据通信网的不良影响。

结语

综上所述, 在电力系统中电力数据通信网的运用确实能够在很大程度上提高电力系统运行的稳定性和安全性, 尤其是随着智能光网络在电力系统网络中的使用, 这种优势更为突出了, 但是随着当前用户要求的提高以及电力系统压力的增大, 这无形中就对当前的电力数据通信网提出了新的挑战, 我们必须加强对于电力数据通信网的管理和研究以提高电力数据通信网的可靠性来应对这些挑战, 使其能够更好地为电力系统服务。

参考文献

电力系统远程监控的安全通信方案 第10篇

电力系统需要进行远程监控的对象已经构成了一个复杂的网络,通信过程中传输的消息通常是明文形式,监控命令和数据可能会遭到窃听、篡改和恶意伪造等攻击,存在许多安全隐患,有必要采取措施保障通信的安全。

目前大部分智能装置未进行加密处理,它们能够适应的远程监控通信速度约为20Kbps～30Kbps,可供升级利用的冗余资源不多。为尽可能的利用现有投资,安全通信方案应尽量降低升级或附加设备所需的成本,这就要求安全通信所需的额外数据传输开销和运算量要尽可能地小。此外,由于远程监控对象的数量众多且分布广泛,单个对象的功能较为单一,因此在实际应用中,安全通信方案应当进行一定的简化。

这方面已经有许多研究,文献[1]提出一时一密的非对称算法,但是终端需要向主站端请求密钥,存在被窃听的可能。文献[2]提出对104规约进行加密的对称算法,而安全通信要求密钥能经常修改。文献[3,4]分析了应用日趋广泛的GPRS的加密方案,需要认证服务器,投资较大,应用也较为复杂。文献[5]提出用于变电站的加密模块的实现方案,主要用于以太网通信,对于线路上的智能设备和低速通信,可以进行一定的简化。

本文提出一种非对称和对称式结合的安全通信方案,可解决当前电力系统远程监控通信中常见的安全问题。本方案可在8～16位微控制器上实现,且不更改现有系统的基本结构,具有成本较低和易于升级的特点。

1 系统结构

在现有的电力系统远程监控方案中,一般由主站对各个远程设备进行状态查询,采集遥测量和遥信量,进行分析后向远程设备发送必要的控制命令。改进的系统结构如图1所示,改进的系统尽量保持了现有的系统结构,附加了少量的软硬件资源,用来解决实际应用中常见的若干通信安全隐患。

改进的系统在主站端增加了安全服务器,负责处理一些复杂工作,包括消息的加密和解密、消息认证、以及密钥管理和分发等。远程设备端则附加了安全模块,其性能有限,完成的工作包括消息的加密和解密、消息认证和密钥接收等。主站端的安全服务器和远程端的安全模块之间的通信信道传输的是加密后的信息,其它设备仍保持原有的工作方式,因此对于上层用户来说,安全通信过程是透明的。通信密钥的传输可以通过其它安全信道,如GSM网络、互联网等。考虑到远程监控通信规约中存在许多冗余信息,也可以将通信密钥隐藏在冗余信道中传输。在具体的实现上,本安全通信方案在实现重要功能的前提下,进行了一定的简化。

远程端附加的安全模块硬件性能有限,不能进行高强度的计算,存储容量也较小。为提高运算速度,本方案对监控数据采用对称加密方案,该对称加密方案中的私钥经过非对称加密后进行传输和更换,通信的保密性依赖于非对称方案中的私钥。远程监控端所需的“公钥私钥”对则由主站系统产生和管理。由于其更换并不频繁,为降低系统的复杂性,非对称方案中私钥可以通过其它安全通信信道发送,或者采取信息隐藏技术利用现有的冗余信道进行传输。

为防止未授权用户的非法操作,远程监控端可对主站所发出的重要指令进行认证。考虑到安全问题的危害性,为降低实现的复杂度,只针对主站发送的消息进行认证。在主站端的安全服务器上设置密钥分发中心,认证过程使用Feige-FiatShamir协议加速认证过程。

为保证数据的完整性,采用数据校验方法检测错误和篡改的发生,对加密数据附加循环冗余码CRC。对于较短的数据帧,将数据和CRC码同时分为多个部分再进行合并。

另外,在主站系统中设计相应的监控记录软件,记录重要的通信数据,并制定一定的操作规范来记录和管理主站的历史操作。

2 加密

本方案中,采用对称加密方案加密监控数据,对称加密采用3DES 64位分组密码算法降低运算量。由于远程监控数据对安全性的要求不十分高,在实际应用中使用2个64位的密钥,密钥的有效长度为112位。3DES密码算法的运算速度快,能够适应监控数据的传输速度。3DES密码算法中所使用的密钥由非对称椭圆曲线密码体制进行加密,并通过主站系统发送给远程监控端,该密钥可随加密的监控数据一起传输,密钥更换可以相对频繁。椭圆曲线密码方案中的“公钥私钥”密钥对的计算量大,更新周期较长。椭圆曲线密码的计算虽然需要消耗较长时间,但是它的发生频率低,可以将其安排在数据监控的间隙。此加密方案已能够满足实际的保密需求,而且适合低性能低成本的微控制器实现。

通信的保密性依赖于椭圆曲线密码方案中的私钥。定义在有限素整数域GF(p)(p≠2,3)上的椭圆曲线E,其方程描述为:E:y2=x3+ax+b(mod p)

其中4a3+27b2(mod p)≠0。伴随一个附加的点О,称为无穷远点,点集合E可以构成一个有限交换群,而О为该群加法单位元。GF(p)上椭圆曲线点群加法规则可利用“正切与弦”规则给出。

设P=(x1,y1)∈GF(p),是椭圆曲线E上一个点,则-P=(x1,-y1)。

设Q=(x2,y2)∈G F(p)且Q≠-P,则点加R=P+Q=(x3,y3)的计算公式为:

乘法则定义为重复相加。

ECC建立在基于椭圆曲线离散对数的问题:给定一条定义在有限域GF(p)上椭圆曲线E,一个阶为n的点P∈E及一个点Q=kP,其中0kn-1,确定k。

椭圆曲线密码涉及到的主要算法归结为两类:1)椭圆曲线上点运算,主要为点加、倍点和点积运算;2)有限域上算术运算,主要为模乘与模逆运算。

为有效计算点加,可以利用仿射坐标映射与射影坐标的不同映射关系给出其改进[6]。设xi=IiXi-2及yi=yiIi-3(i=1,2),将它们代入点加的计算式进行计算,则可得新的射影坐标点加公式。

1)当P≠±Q时,点加公式为:

2)当P=±Q时,倍点公式为:

计算k P的有效方法是减少k的二进制表示中非零个数。可以将k转换成一个带符号、规范(NAF)的没有任何二相邻接数字是1的二进制形式。然后再将其转换成2w进制形式,称为窗口宽为w的NAF方法,进一步减少整数k中非零系数数量。对于1..2w-1之间的点乘运算,可以事先计算并存贮,以提高点乘运算速度。根据不同终端内存情况,可选取适当的w值。一个窗口宽度为w的整数k,其表示形式为

其中,n是k的二进制表示的位数,。通过这种方法,k中非零系数数量可减少约n/(w+1)。

3 认证

考虑到实现的复杂性和安全问题导致的后果作了简化,只针对主站发送的信息进行身份认证,远程监控端可对主站发送的重要指令进行身份认证。在安全服务器端设置密钥分发中心,使用Feige-Fiat-Shamir协议加速认证过程。安全服务器担当两个角色,它包含了可信授权方和将被认证的主站信息方两套软件,软件的操作由不同的权限设置限制。

令I为一个包含了主站信息方身份信息的数据,采用公开的散列函数SHA生成消息摘要。授权方选取两个大素数的乘积n=pq,然后取5个小的j值附加在I后面计算SHA(I:j)。于是授权方利用它所知道的p和q可以确定SHA(I:j)中哪些数有模n的平方根,然后计算出这些数的平方根,这就得到了数v1=SHA(I:j1),,v5=SHA(I:j5)和它们各自的平方根s1,,s5。I,n,j1,,j5这些数是公开的。授权方把s1,,s5交给主站信息方,主站信息方将它们保密。授权方在计算出平方根和移交了s1,,s5后,便可以将素数p,q和s1,,s5废弃。

当远程监控端接收到了一条重要指令,需要对发送方进行身份认证时,它先从授权方获取n,j1,,j5,然后等待主站信息方发来的身份信息I,收到后计算所有vi=SHA(I:ji),1i5。接着主站信息方和远程监控端按照Feige-Fiat-Shamir协议的过程迭代4次,以证实主站信息方知道s1,,s5。当远程监控方证实了发送方的身份后才开始执行之前收到的重要指令。

相对于远程监控端安全模块的有限计算资源,这个身份认证过程将消耗较多的时间,因此本安全通信方案中远程监控端只对一些重要的指令进行身份认证。

4 密钥分发

本安全通信方案的保密性依赖于椭圆曲线密码方案中的私钥,3DES密码算法中的私钥经过椭圆曲线密码方案加密后进行传输和更换。远程监控端所需的“公钥私钥”对由主站系统产生和管理。由于其更换并不频繁,为降低系统的复杂性,椭圆曲线密码方案中的私钥可以通过其它安全通信信道发送,如GSM、互联网等。或者采取信息隐藏技术利用现有信道进行传输,如利用通信规约中的冗余信息进行隐蔽传输;

如有以下三种隐藏途径:

1)各种规约(DNP,101)都有链路复位命令,类似握手信号,一般无数据或命令传输时就定期进行链路复位,周期约为10sec～5min。握手验证数据可以设计为一串随机数,平时也是随机数,密钥传输时这个随机数就是密钥;

2)设置定值,如:电流、时间、几种定值同时设置等,因为每次定值设置的数据长度不确定,所以定值长度无规律,信息隐藏存在可能。如:设置几个定值:电流、电压、时间,并附加密钥;

3)对时信息。可将ms域作为密钥传输字节,对于大多数智能设备,一般秒级时间精度可以满足要求,而且密钥传输不是经常进行,大部分时间的对时还是有ms的,对设备运行的影响不大。但是ms最多只能占用16bits,可能不够。这时可将这16bits作为密钥修改的增量,这样保密性有所降低,通信双方的程序也会复杂一些。

以上三种途径可以结合使用,这些冗余信息构成了一个逻辑上的隐蔽信道。

关于密钥的分发过程,远程监控端的初始“公钥私钥”密钥对由主站通过其它安全信道发送,之后可以利用信息隐藏方式传输新的密钥对。主站先向隐蔽信道发送同步序列,接着发送远程监控端所需的新的密钥对,该密钥对信息使用远程监控端最近一次所使用的公钥加密。然后等待远程监控端的响应,若主站未收到远程监控端的响应,则再重复一次以上过程,若仍不成功则不更改远程监控端当前使用的密钥对,等待下次密钥对更新周期的到来,同时主站端记录此次密钥对更新失败事件。

另一方面,远程监控端则持续检测同步序列,检测到同步序列后,利用最近一次所使用的私钥进行解密获得新的“公钥私钥”密钥对。接着向主站发送两次响应信息,该响应信息使用当前主站端公钥加密,并且在其之前先发送同步序列。

5 实现

本方案将涉及复杂计算和管理的功能分配到主站端的安全服务器集中完成,安全服务器的资源容易根据系统规模得到扩充。鉴于成本和复杂性上的考虑,远程监控设备只涉及相对较少的处理。整个安全通信系统易于实现和安装调试。

远程监控设备的安全模块的硬件设计基于8位高性能低成本的XC886微控制器,兼容标准8051处理器,开发成本低,器件可工作于工业级和汽车级温度范围。其计算能力可达到12MIPS,可以满足本方案的需求。对XC886经过一般优化的3DES算法处理速度可适应超过20kbps的数据速率,满足实时数据传输的需求。在实现中为获得较好的性能,对关键步骤采用了汇编语言编程。在对算法进行高级优化后,XC886尚有足够的余量用来处理遥控监测帧的分析和格式转换。

由于XC886性能上的限制,身份认证、椭圆曲线的加密、解密等过程耗时较长,随不同的工作条件在约2s～10s的范围内变动。实际应用中可以利用遥控监测间隙来降低这些方面的影响。在对响应时间要求较高的场合,可在安全模块中采用性能更好的16位微控制器。

另外,此安全模块可附加在已有的智能设备上实现透明的数据传输,最大节省了现有设备的投资。

6 结束语

针对电力系统远程监控通信中常见的安全问题,本文在现有系统的主站端附加了安全服务器,在远程监控端附加了安全模块。采用非对称和对称式加密相结合的安全通信方案,并结合实际需求进行了简化,能够实现安全通信的透明化。本方案可适用于8～16位微控制器,成本较低,易于升级。

摘要：本文安全通信方案采用非对称(ECC)和对称式(3DES)加密相结合的方式。针对电力系统远程监控通信中常见的安全问题,在主站端增加安全服务器,在每个远程设备上附加一个安全模块,整个安全通信过程对普通用户透明。主站负责产生和管理所有的密钥,远程设备可认证主站发送的消息。非对称加密中的私钥传输可利用信息隐藏技术。安全模块的硬件设计基于增强型8051微控制器XC886,实际测试显示其具有较好的性能。

关键词：远程监控,安全通信,安全服务器,安全模块,信息隐藏

参考文献

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[2]孙晨.对GPRS在电力系统应用的分析[J].电力系统通信,2003,24(11):38-41.

[3]宋磊,罗其亮,罗毅,等.电力系统实时数据通信加密方案[J].电力系统自动化,2004,28(14):76-81.

[4]李惠宇,罗小莉,于盛林.一种基于GPRS的配电自动化系统方案[J].电力系统自动化,2003,27(24):63-65,77.

[5]FRTU P100 User's Guide,P&C Technologies Co.,Ltd.,Korea,2005.

电力通信培训方案设计 第11篇

电力载波通信(power line carrier communication)是指利用电力线,通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术,是电力系统特有的通信方式[1]。众所周知电力线网络是目前覆盖范围最广的网络,而电力载波通信最大的特点就是不需要架设新的网络,只需利用现有的电力线就可以实现数据的传递,所以利用电力载波的方式进行通信可以充分挖掘出电力线网络潜在的价值[2]。根据以上特点电力载波通信应用于局部数据通信具有独特优势,如抄表系统、路灯监控系统、智能家居数据传输等。电力载波通信最早出现在二十世纪二十年代,经过多年的发展已经形成了相对成熟的理论和技术。但是要充分利用电力载波的优势实现大范围的数据通信需要解决以下关键技术问题[3]:1)配电变压器对电力载波信号有阻隔作用,所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送;2)三相电力线间有很大信号损失(10d B-30d B);3)电力线存在本身固有的脉冲干扰;4)当电力线上负荷很大时电力线对载波信号造成高削减,对数据传输距离产生影响。针对以上问题,为了提高通信的可靠性和有效性现在最为普遍的解决方案是利用专门的电力载波modem(调制/解调)芯片和外围电路组成电力载波模块实现电力载波通信。本文基于四川科强电子KQ-130电力载波模块设计并实现了一个完整的电力载波通信系统。

2硬件设计

系统由两部分组成,一是由单片机、KQ-130电力载波模块所组成的数据发送部分,二是由KQ-130电力载波模块、USB转TTL电平转换模块、和PC组成的数据接收部分。电力线作为连接这两部分的桥梁和纽带,从而实现数据通讯的功能。系统的整体框图如图1所示:

2.1发送部分

以单片机的串口作为数据的发送源,单片机选用S TC89C52,此单片机为STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K可编程Flash存储器[4]。具有成本低、低功耗等特点。由于单片机只实现数据的发送所以不需要复杂的外部电路,并且KQ130载波模块支持TTL电平也省去了电平转换的电路。单片机部分电路如图2所示:

电力载波模块KQ-130是为专门为220V交流上,强干扰、强衰减远距离的环境下,可靠地传输数据而设计的一款电力载波模块[5]。KQ-130内部集成了KQ-330F模块和外围电路,可直接连接220V交流电使用。KQ-130引脚图如图3所示。其主要参数如下:

1.工作频率120~135KHZ,接口波特率9600b ps。实际波特率100bps。

2.一帧连续发送最大长度≤252个字节,一帧连续发送长度从1到252由用户定义,模块不会发送多余的数据。

3.接收灵敏度≤1m V。

4.带外抑制能力≥60d B。

5.带宽≤10 KHZ。

6.绝缘电阻500V≥500MΩ。

7.供电电源:DC+5V接收时:≤11m A发送时:≤230m A。

如图1右半部分所示,将KQ-130的TX和RX引脚与单片机的TXD和RXD交叉相接,GND直接相连。模块有两个电源接口分别为接收电源和发送电源,接收电源为5V,发送电源范围为5-12V,发送电源越大其数据信号越强。AC引脚为交流信号端,直接接入220V电力线即可。

2.2接收部分

接收部分如图1左半部分所示,由KQ-130、USB转TTL电平模块和PC组成,作为接收模块此KQ-130可不接5V-12V的发送电源以降低功耗[6]。加入USB转TTL电平模块的目的是将载波模块的TTL电平信号转换为USB电平,从而输入到PC中。选用PL2303作为电平转换芯片,如图4所示:

3软件设计

串行接口(Serial Interface)是指数据一位一位地顺序传送,其特点是通信线路简单,通信使用3根线完成:地线,发送,接收,从而大大降低了成本。本设计利用单片机将数据通过串行通讯接口输出到电力载波模块中,其中串口通信时需要设置波特率等必要的参数。含义如下,波特率:每秒钟传送的bit的个数。数据位:衡量通信中实际数据位的参数。停止位:用于表示单个包的最后一位。奇偶校验位:在串口通信中一种简单的检错方式。

KQ-130模块采用标准串行接口,波特率9600bps,单片机与模块通讯请采用9600bps异步方式,格式为1个起始位,8个数据位1个停止位格式。模块可以通过MODE脚控制模块使用透明工作方式(高电平),还是自定义工作模式(低电平)。MODE高电平或者悬空时为透明工作模式,低电平时为自定义工作模式。在透明工作模式时:在编程时毋需对模块初始化,通讯时和普通RS-232方式类同。但是,由于电力线上负载比较多,电器所产生的谐波也就无法避免地耦合到电力线上,K Q-130模块是高灵敏度的载波模块,在所有载波模块都处于接收状态时,电力线上就会全部被电器所产生的谐波所覆盖,这时,模块将解调出噪声数据从TX端输出。所以发送和接收数据应该引入同步码以区分真正的传送数据。在模块发送缓存器(253字节)满后不再接收新的数据。也就是一帧发送字节小于253个字节[7]。一帧数据需要连续不间断的发送到模块,如果停顿时间超过模块已发送完所有的数据时间,即缓存器空,最后一个字节已完全发送,接收方的模块可能会插入噪声数据。

为了降低传输中的噪声,选用自定义模式传输数据,将MODE引脚接地。KQ130模块工作在自定义模式时的数据格式为:第一个字节:要传送一帧的字节数0-250(不含第一个字节)第二个字节到第n+1个字节:需传送的字节数据。例如传输“12 34 56”三组数据时需要在前面加上“03”来告诉模块即将传输数据的长度。

在KEIL编程环境下编写单片机程序,使串口反复发送“03 12 34 56”,设置波特率为9600bps,程序流程图如图5所示。

4系统运行调试

结合硬件设计和软件编程,完成基于KQ-130的电力载波通信系统设计。实物图如图6所示;实验结果如图7所示;单片机反复发送数据“03 12 34 56”,利用串口调试助手接收到了相同的数据,证明本电力载波通讯系统可靠准确。

5结束语

电力载波通讯以其低成本无需架设单独线缆等优势得到了广泛应用。基于KQ-130模块的的电力载波通讯系统,与传统电力载波系统相比,加入自定义通讯模式,大幅度提高了通讯的可靠性降低了电力线上的高频干扰,可应用电力抄表等系统中,有很大的实际应用价值。对电力载波通讯系统的研究也有一定的借鉴意义。

摘要：电力载波通信作为电力通信网重要的通信手段,广泛的应用于远程抄表系统、路灯远程监控系统等。本文设计并实现了一种基于KQ-130电力载波模块的低压电力载波通信系统。系统以单片机作为数据发送端,PC机作为数据接收端,利用电力载波模块实现数据在电力线传输的目的。详细介绍了电力载波通信的原理以及软硬件设计。实验表明本系统达到了很好的数据通信效果,具有抗干扰能力强、成本低、传输距离长等特点。

关键词：电力载波,通信,单片机,串口

参考文献

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