国内外低压电力线载波通信应用现状分析1.概述 电力线载波通信（PLC）是电力系统特有的、基本的通信方式。早在20世纪20年代，电力载波通信就开始应用到10KV配电网络线路通信中，并形成了相关的国际标准和国家标准。对于低压配电网来说，许多新兴的数字技术，例如扩频通信技术，数字信号处理技术和计算机控制技术等，大大提高和改善了低压配电网电力载波通信的可用性和可靠性，使得电力载波通信技术具有更加诱人的应用前景。为此，美国联邦通信委员会FCC规定了电力线频带宽度为100~450kHZ；欧洲电气标准委员会的EN50065-1规定电力载波频带为3~148.5kHZ。这些标准的建立为电力载波技术的发展做出了显著的贡献。利用低压电力线来传输用户用电数据，实现及时有效收集和统计，是目前国内外公认的一个最佳方案。低压电力线是最为广泛的一种通讯媒介网络，采用合适的技术充分用好这一现成的媒介，所产生的经济效益和生产效率是显而易见的。 在20世纪90年代，一些欧洲公司进行涉及电力线数据传输的试验，虽然最初实验效果好坏参半，通信技术的不断进步与互联网业务的蓬勃发展带动了电力线通信的显著增长。在美国，弗吉尼亚州马纳萨斯市首次开始大范围部署PLC的服务，提供抄表、上网等业务，速率达到了10Mbps，费用为30美元/每月，在该地区已覆盖3.5万城市居民用户。目前，摩托罗拉公司正在进行Powerline MU计划，该技术提高到一个新系统，摩托罗拉的系统只使用居民住宅方面的低压电力线传输，以减少天线效应。摩托罗拉公司邀请美国无线电中继联盟参加与这些测试，甚至摩托罗拉在其总部安装了系统，初步结果非常乐观的展示了抗干扰特性。该PLC技术仅用于最后电网分支向室内的一段进行数据传输，而信号通过无线电获取传到配电网节点，这就限制了从最后这一段到室内的信号对周围地区的干扰，实现了居民用户的电能数据采集。在埃及，综合项目工程办公室（EOIP）部署了广泛的PLC技术应用在亚历山德里亚、法耶德和坦塔。立足于本土开发的系统，该公司提供了为
摘要 电力线载波通信是以输电线路为载波信号的传输媒介的电力系统通信。由于输电线路具备十分牢固的支撑结构，并架设3条以上的导体(一般有三相良导体及一或两根架空地线)，所以输电线输送工频电流的同时，用之传送载波信号，既经济又十分可靠。这种综合利用早已成为世界上所有电力部门优先采用的特有通信手段。这次的课程设计通过电力线在波芯片设计一个电力线载波通信系统。 电力线载波通信具有广阔的应用前景但由于电力线的噪声和干扰对信道的污染很大，严重影响了低压电线载波通信的质量。本文就电力线载波通信的优点缺点及发展现状进行了讨论，并分析了电力信道的噪声分类，特性及对我们信号的影响。以及我们对噪声的滤波耦合等。并且详细的介绍了电力线载波通信的具体实现形式方法和步骤最终形成一个系统达到我们的要求。 课程设计选用青岛东软的SSC1641的电力线载波芯片该芯片具有调制解条，a/d，d/a通信的功能，该芯片直接对信号数字信号处理，极大地提高了通信的可靠性。文中包括了他的外围电路，信号放大，耦合，滤波等最终实现功能。 实现了接收电力线的含有噪声的信号，然后对这个信号滤波模数转换等处理后通过串行通信的方式发送到过单片机，单片机经过数据处理后通过LCD1602显示出来，并且也通过串行通信发送到PC机显示出来。PC机或开关电路输入信号经过SSC1641处理后通过电力线发送。这样一个系统阶完成了接收与发送信号，形成了一个通信系统。 关键字：电力线载波通信系统SSC1641 调制解调 1、绪论 1.1设计任务及要求 电力线载波通信系统设计基本要求：下图一个电力线载波通信模块的结构组成，请看懂，并查阅资料了解电力线载波通信的原理和电力线载波芯片的技术资料。根据系统结构，完成载波芯片外的其他器件选型、配套硬件电路设计（包括原理图、PCB图）、软件设计和仿真调试。系统至少具备以下特性： 1）开关量输入和输出各5路； 2）系统24V供电； 3）具有通信状态指示功能； 4）有232、485或USB有线通信接口； 5）断电继续工作能力； 6）其他自己发挥的功能。
通信领域中电力线载波通信的应用及其原理 Power Line Carrier 电力线载波Power Line Carrier - PLC通信是利用高压电力线在电力载波领域通常指35kV及以上电压等级中压电力线指10kV电压等级或低压配电线380/220V用户线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。 近年来高压电力线载波技术突破了仅限于单片机应用的限制，已经进入了数字化时代，并且随着电力线载波技术的不断发展和社会的需要中/低压电力载波通信的技术开发及应用亦出现了方兴未艾的局面。电力线载波通信这座被国外传媒喻为未被挖掘的金山正逐渐成为一门电力通信领域乃至关系到千家万户的热门专业。在这种形势下，本文旨在通过对电力线载波通信技术的发展及所涉及的一些技术问题的讨论，阐明电力线载波通信的发展历程特点及技术关键。 电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行而应运而生的，它同电力系统的安全稳定控制系统，调度自动化系统，被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。目前，它更是电网调度自动化网络运营市场化和管理现代化的基础，是确保电网安全稳定经济运行的重要手段，是电力系统的重要基础设施。由于电力通信网对通信的可靠性保护控制信息传送的快速性和准确性具有及严格的要求，并且电力部门拥有发展通信的特殊资源优势，因此世界上大多数国家的电力公司都以自建为主的方式建立了电力系统专用通信网[1]。长期以来，电力线载波通信网一直是电力通信网的基础网络。目前，在长达670000km的35kV以上电压等级的输电线路上，多数已开通电力线载波通道[1]。形成了庞大的电力线载波通信网，该网络主要用于地市级或以下供电部门构成面向终端变电站及大用户的调度通信远动及综合自动化通道使用。 近年来，随着光纤通信的发展，电力线载波通信已从主导的电力通信方式改变为辅助通信方式，但是由于我国电力通信发展水平的不平衡，由于电力通信规程要求主要变电站必须具有两条
低压电力线载波通信技术及应用 摘要：低压电力线在实际应用的过程中有很多优良的特性，并且在多个领域中 都有着广泛的应用。低压电力线载波通信技术经历了很长时间的发展过程，在技 术的应用上已经趋于成熟。本文先对低压电力线载波通信技术的系统设计进行了 分析，并介绍了它的工作原理和具体的应用，希望可以为相关领域提供一些参考 意见。 关键词：低压电力线；载波通信技术；应用 低压电力线载波通信技术可以应用于很多不同的领域，并且具有覆盖规模广、操作简单等优势。基于此，该技术逐渐发展成为我国现阶段完成高速数据传播的 主重要技术之一。但是由于受到各种因素的限制，该技术存在的潜能难以进行有 效的挖掘，所以该技术还有丰富的可开发利用空间。在此情况下，我国有关部门 不断提高了对该技术的重视程度并且对其加以改进和完善，从而保障我国的通信 技术向着更加优化的方向发展。 1.低压电力线载波通信系统设计概述 该技术发展的关键性因素在于其进行信号传输时的质量，而信号传输有着抗 阻和不断衰减的特点，并且会对信号的质量产生直接的影响。另外，利用低压电 力线载波通信技术进行传输时，信号的质量还会受到不同噪音的干扰，使得信号 质量被消弱，最终对通信效果产生不良影响。而且信号传输时的抗阻和不断衰减 这两种特性对信号传输的实际距离起着决定性的影响，对噪音的抗干扰能力在很 大程度上影响着信号在传输过程中的质量。因此，在应用该技术时必须要对多方 面的因素进行综合考虑，从而有效的促进信号传输距离不断扩大，信号质量得以 提高，最终实现良好的传输效果。 在对电力线进行设计时，必须要将其抗阻能力考虑在内。正常情况下，电力 线都具备良好的抗阻性，所以在对通信系统进行设计时一般只需要保证信号输出 和接收两端具有良好的的抗阻性即可，尽可能的对信号接收和传输时的能量消耗 进行有效的控制。在电力线上进行信号传输的过程中，高频传输信号会出现大幅 度的衰减，并且无法避免噪音干扰。为了确保信号在传输过程中的强度，电力线 需要具备良好的抗干扰能力。在此通信技术中，为了实现信号强化一般可以应用 扩频以及正交频复用这两种技术手段。应用扩频技术一般多应用于信噪微弱的环 境下，用于接收信噪比较为强烈的信号。此外，在选取宽带和载波频率的时候应 该注意以下内容：尽量按照噪音干扰程度最小和信号衰减速度最低的要求进行选取。在不同频域中，结合信号的实际衰减情况和噪音出现的密度来确定最适宜的 载波频率。按照信号干扰强度的实际情况，在频谱中如果信号衰减会比噪音干扰 对信号产生更大的影响，首先需要对不同频谱中出现的信号衰减情况进行考虑， 然后再结合噪音频谱的实际密度进行分析，一般会选取处于低频段的载波频谱。 反之如果噪音干扰所带来的影响更大，则应该先对噪音频谱的实际密度进行分， 这种情况下一般回选取高频率频段。 2.低压电力线载波通信技术原理分析 该技术一般包括三个部分，分别为低压电力线、终端设备以及系统管理中心。在通信系统中，低压电力线担任信号传输过程中的媒介。因为信号在进行传输期 间会受到很大程度的衰减，所以该技术进行信号传输的距离会被限制。为了处理 这个问题，系统管理中心有负责进行信号接收的设备，接收完成后再对信号进行 解调，然后再经过其他一系列的处理之后，应用串口的方法或GPRS技术将经过
广西电网公司 低压电力用户集中抄表系统基于北京福星晓程载波通讯技术的数据链路层通信协议 （送审稿） 2007年月日发布 2007 年月日实施 广西电网公司发布
目录 1 范围 (1) 2 引用标准 (1) 3 术语、定义和缩略语 (2) 3.1 术语和定义 (2) 3.2 缩略语 (2) 4 概述 (3) 4.1 LLC子层 (3) 4.2介质访问层 (3) 4.3规范方法 (3) 5 逻辑链路子层 (4) 5.1 LLC子层的作用 (4) 5.2 LLC子层的服务规范 (4) 6 LLC子层的协议规范 (7) 7 MAC子层 (8) 7.1 MAC子层的服务规范 (8) 7.2 数据通讯 (8) 7.3 MAC子层所用的物理层服务 (11) 7.4 MAC子层协议规范 (12) 附录A (17) 附录B (19)
基于北京福星晓程载波通讯技术的 数据链路层通信协议 1 范围 本部分应用范围是通过配电网进行电力线载波通信。 为保证面向连接和无连接两种操作方式具有一致的数据链路层服务规范，将数据链路层分成两个子层：逻辑链路控制子层（LLC sub-layer）和介质访问控制子层（MAC sub-layer）。 本部分支持下面的通信环境： ?非平衡点对多点或点对点链路结构； ?支持无连接的确认响应操作模式； ?半双工交替数据传输； ?同步通讯方式传输，6个FFH为帧起始，09H AFH同步帧头，数据位为8bit。 2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成本标准的条文。 IEC 62056-46:2002 电表-抄表、费率和负荷控制数据交换第46部分：使用HDLC协议的数据链路层 IEC 62056-51: 2002 电表-抄表、费率和负荷控制数据交换第51 部分：应用层协议 IEC 62056-53: 2002 电表-抄表、费率和负荷控制数据交换第53 部分：COSEM 应用层 IEC 62056-61: 2002 电表-抄表、费率和负荷控制数据交换第61 部分：OBIS 对象识别系统DL/Z 790.432:2004采用配电线载波的配电自动化第4-32部分：数据通信协议，数据链路层－逻辑链路控制 DL/Z 790.433:2005 采用配电线载波的配电自动化第4-33部分：数据通信协议，数据链路层－面向连接协议 DL/Z 790.41:2002采用配电线载波的配电自动化第4部分：数据通信协议，第1篇：通信系统参考模型 DL/Z 790.442:2004采用配电线载波的配电自动化第4-42部分：数据通信协议，应用协议－应用层
PL2102--功能特征 PL2000A/B 是专为电力线通讯网络设计的半双工异步调制解调器，是PL2000 的升级产品。它仅由单一的 +5V 电源供电，以及一个外部的接口电路与电力线耦合。PL2000A/B 除具备原有系统基本的通讯控制功能外，还内置了四种常用的功能电路：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联。PL2000B内建高灵敏度放大器及四象限模拟乘法器，进一步提高了集成度（无需外部模拟混频器）。 PL2000A/B 是特别针对中国电力网恶劣的信道环境所研制开发的低压电力线载波通信芯片，低信噪比数据传输性能比 PL2000 有了大幅度的提高，同时将数据传输速率提升一倍。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，以及大规模数字 /模拟混合 0.5um CMOS 工艺制作，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更加出众的表现。
■0.35um CMOS 数摸混合集成电路 ■直序扩频半双工异步调制解调器 ■二相相移键控，120KHz载频，带宽15KHz，传输速率500 bps ■接收灵敏度：100μVRMS ■15位伪码长度,可编程同步捕获门限 ■I2C串行通信接口 ■32Bytes SRAM (电池维护) ■可编程实时钟(秒/分/时/日/月/星期/年) (电池维护),支持数字频率校正 ■上电复位/电压监测电路及看门狗定时器 ■单+5V供电，I/O 口带 2500V ESD 保护 ■工业级温度标准: -40oC ~ +85oC ■SOP20 / SOP24 / SOP28 封装 典型应用图： 基于PL2101的单片机低压电力线载波通信接口扩展 发布:2011-09-05 | 作者: | 来源: menglongfei | 查看:328次 | 用户关注： 本文介绍了低压电力线通信接口芯片PL2101与MSP430F149的接口。早期的低压电力线载波通信芯片的接口电路相对复杂、抗干扰能力差，且多为国外产品，性价比低，因此，单片机系统较少采用低压电力线载波通信。随着通信技术的发展，新型低压电力线载波通信接口芯片解决了以上缺点，使得单片机系统采用低压电
系统安装工艺流程图 (2) 一、总则 (3) 二、现场勘察、工程设计方案及安装计划的制定 (4) 三、采集终端的安装 (4) 四、集中器的安装 (9) 五、电源线的驳接 (12) 六、工程完工检查、补遗 (13) 七、集中器试上电 (14) 八、安装资料整理移交 (14)
系统安装工艺流程图 现场勘察 工程总体设计、规划 检查设备和线材的合格证件 安装采集终端和集中器 安装电话线和交换机 完工检查和修正遗留缺陷 数据初始化 系统抄表复查 竣工 验收 资料移交用户
1.1为保证集中抄表工程的施工安装质量，促进安装技术的进步，确保相关用电设备的安全运行和人身安全，制定本规范。 1.2本规范适用于低压载波抄表系统相关装置：相关电表、采集终端、集中器、电源线、信号线、电话交换机安装工程的施工。 1.3采用的上述设备和材料应有合格证件，装置应有名牌。 1.4施工中使用的安全用具、工具、器械必须符合安装规程要求，且使用方法正确。 1.5施工中的安全技术措施，应符合本规范和现行有关安全技术标准及产品的规定，对重要的工序，应事先制定施工方案及安全技术措施。 1.6与安装有关的其他电气工程应符合下列要求： 1.6.1电表箱安装完好且用户出线敷设完毕。 1.6.2涉及高、低电压房内施工的工程，其电气设备（盘、柜）应已排列到位且基本安装完毕。 1.7安装应符合设计要求，设备外观完整，固定可靠，密封良好，线路排列整齐、美观。 1.8集中抄表系统工程按工序分如下几个环节： 1.8.1现场勘察，工程总体设计方案和安装计划的制定； 1.8.2采集终端和集中器的安装； 1.8.3集中器电源线的敷设； 1.8.4电话线和交换机的安装； 1.8.5工程完工检查及修正遗留缺陷； 1.8.6装置系统试送电； 1.8.7安装资料整理、移交； 1.8.8安装质量检查； 1.8.9现场安装初始化 1.8.10复查和验收 1.8.11资料移交使用部门。
ＳＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｆｏｒｍａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ＷＡＮＧＲｕｔｉａｎ，ＷＡＮＧＪｉａｎｚｅ，ＪＩＹａｎｃｈａｏ，ＺＥＮＧＦａｎｐｅｎｇ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｏｎ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄＳＰＷＭ（ＳｉｎｅＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）ａｒｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒａｎｄｖｉｒｔｕａｌｉｎｖｅｒｔｅｒｏｆｍａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒｅｑｕｉｖａｌｅｎｔＡＣ／ＤＣ／ＡＣｍｏｄｅｌｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＶｉｒｔｕａｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒｇｅｎｅｒａｔｅｓｆｌｕｃｔｕａｎｔＤＣｖｏｌｔａｇｅｗｈｅｎｓｙｍｍｅｔｒｉｃｏｒｕｎｓｙｍｍｅｔｒｉｃｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｖｏｌｔａｇｅｓａｒｅｓｕｐｐｌｉｅｄ．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｆｌｕｃｔｕａｎｔＤＣｖｏｌｔａｇｅｏｎｔｈｅＳＰＷＭｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｏｆｖｉｒｔｕａｌｉｎｖｅｒｔｅｒ，ｔｈｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓｄｅｄｕｃｅｄｆｏｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｗａｖｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｓｗｉｔｃｈｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓｔｈａｔ，ａｓｉｎｅｗａｖｅ，ｗｈｉｃｈｆｏｌｌｏｗｓｔｈｅｆｌｕｃｔｕａｎｔＤＣｖｏｌｔａｇｅｗｉｔｈｒｅｖｅｒｓｅｄｐｏｌａｒｉｔｙ，ｉｓｉｎｊｅｃｔｅｄｔｏｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｗａｖｅｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｌｏｗｈａｒｍｏｎｉｃｓｏｆｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓａｌｓｏａｐｐｌｉｃａｂｌｅｔｏｕｎｓｙｍｍｅｔｒｉｃｉｎｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｉｓｖｅｒｙｓｉｍｐｌｅ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｗｉｔｈＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋｓｈｏｗｔｈａｔ，ｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｕｎｄｅｒｂｏｔｈｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｎｄｕｎｓｙｍｍｅｔｒｉｃｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｉｎｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈｖｅｒｉｆｉｅｓｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｉｎｄｉｒｅｃｔｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎ；ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ ０引言 低压配电网电力线通信是一个日益看好的数字 通信网络，逐步在工业和民用系统中得到应用。但是，低压配电网电力线通信稳定性有待于进一步提高。电力线信道特性的分析是当前电力线载波通信研究的一个重要内容，也是作为提高稳定性研究的非常重要的组成部分。国内外一些专家学者在信道估计与选择、信道编码、滤波设计、功率分配等方面作了 较为深入的研究［１－１２］。在进行信道估算时的一个主要问题在于低压配电网负载复杂，存在输入阻抗不匹配问题，信号衰减严重。所以，有必要对电力线通信传输线的阻抗特性参数进行理论分析、总结和实际测试。在文献［２］中对在４０ｋＨｚ￣１．５ＭＨｚ频率范围内的１０ｋＶ中压电力线信道传输特性进行了测试，并根据测量结果，结合传输线的基本模型，对信道的传输特性作了深入分析。该文对于中压电力线通信的传输特性研究具有研究方法上的指导意义，同样，对于研究低压电力线的传输特性也有参考意义。现从传输线阻抗特性出发，分别对基于理想均匀传输线理论、集肤效应传输线理论条件下的电力线传输特 低压电力线载波通信传输线 参数测试与分析 黄文焕１，戚佳金２，黄南天３，李 琰２ （１．吉林化工学院化工与材料工程学院，吉林吉林１３２０２２； ２．哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江哈尔滨１５０００１； ３．吉林化工学院信息与控制工程学院，吉林吉林１３２０２２） 摘要：为给低压配电网电力线载波通信信道估算提供参考依据，有必要对电力线通信传输线的阻抗特性参数进行理论分析和实际测试研究。在简述配电网电力线载波通信传输线理论和传输线方程的基础上，总结了理想均匀传输线理论下和考虑集肤效应的电力线参数模型。使用ＨＰ４１９４阻抗相位增益分析仪对３＋１芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套钢带铠装电力电缆线进行实际测试，并根据测试结果使用Ｍａｔｌａｂ计算出单位长度导线的电阻、电感以及两导线间的电容和电导，验证了电力线物理参数模型公式的准确性和其实际可使用性。同时，这些实测参数也为电力线通信信道特性分析和估算提供了一定的参考依据。 关键词：电力线通信；传输线方程；阻抗特性中图分类号：ＴＮ９１３．６；ＴＭ９３４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－６０４７（２００８）０４－００４１－０４收稿日期：２００７－０７－１６；修回日期：２００７－０９－１３基金项目：黑龙江省自然科学基金资助（Ｆ２００５０８） 电力自动化设备 ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．４Ａｐｒ．２００８ 第２８卷第４期２００８年４月 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ４１
电力线载波自动抄表系统设计与研究 王振朝，郭伟东，王伊瑾 (河北大学电信学院,河北保定071002） 摘要：本文设计实现了一种基于电力线载波通信技术的自动抄表系统。首先介绍该系统的整体结构及技术特点。然后通过对系统中载波信息电表的软、硬件设计方案介绍说明电力线载波通信功能的实现。最后对系统通信性能进行测试，对提高载波通信可靠性的技术措施进行了探讨。 关键词：电力线载波通信；自动抄表；载波信息电表 中图分类号：TP18文献标识码：A ·计算技术与自动化· The Design and Resear ch on Power Line Communicat ion Aut omat ic Reading Met er Syst em WANG Zhen-chao，GUO Wei-dong，WANG Yi-jin (College of Electronic and Information Engineering,Hebei University,Hebei Baoding071002) Key words:power line Carrier communication;AMR;Carrier information meter 近年来，随着我国住宅产业和电力事业的高速发展，供电部 门仅依靠传统的人工抄表，在实时性和准确性等方面都存在着 严重的不足。建立一种新型的自动抄表系统已成为电力企业的 重要课题。自动抄表系统简称AMRS(Automatic Meter Read－ ing System)，是一种采用传感、通讯、计算机网络技术完成抄读 和处理用户消耗能源的智能化管理系统[1]。它集计量、数据采 集、处理、通讯、管理于一体，并对城市居民户用耗能信息加以综 合处理的系统。近年来，这一技术在国内外应运而生，而且发展 非常迅速。 1自动抄表系统现状 近年来，自动抄表系统在国内外发展迅速，并已步入实用阶 段。系统中最关键的研究在于通信方式的选择，它占据了投资的 相当大的部分。选择一种合适的通信方式，可以在很大程度上提高系统的可靠性和实用性，从而使系统得到广泛的推广。目前国内外研究中常见的自动抄表系统数据传输方式主要可以分为两种： （1）独立总线通信方式。包括RS485总线等通信方式。此方式需另外铺设专用的通信信道，耗资较大，还给住户带来不便，难以在实际中推广[2]。 （2）无线通信方式。包括无线电通信和红外通信等方式。此方案技术成熟，通信成功率高，传输频带宽，通信容量较大，安装调试方便。但其设备及安装成本较高，且易产生信道相互干扰。所以这种通信方式的使用场合有一定的限制，在自动抄表系统中多作为上层通信方案而不用于底层通信通道[3]。 （3）低压电力线载波通信方式。低压电力载波通信（Low-Power Line Carrier Communication，L-PLC）是利用现有的低压配电线路（220V或380V交流供电线路）作为通信介质，实现数据、话音、图像等综合业务传输的通信技术。PLC技术充分利用现有的电力线资源实现数据的传输，建设速度快，投资少，连接方便，覆盖范围大。基于低压电力线载波通信技术的自动抄表系统，无需线路投资，自动化程度高，易于与用电管理系统连接，其独特的优势给实际推广带来了极大的方便，应用日益广泛。是目前主要的发展方向[4]。 2电力线载波自动抄表系统结构 低压电力线载波自动抄表系统是集电表数据采集、载波传输、数据存储、数据通信、数据处理及通断电控制等功能于一体的自动化系统。系统具有三层结构，即抄表管理中心、载波集中器、载波信息电表和多路采集终端。系统结构如图1所示： 图1载波自动抄表系统结构图 2.1抄表管理中心 抄表管理中心由抄表管理计算机和上位机抄表管理系统软 件组成，是抄表管理人员与本系统直接交流的部分。管理中心负 责将数据集中器传输上来的用户电量信息汇总、整理后加以处 理，提供给收费系统、用电管理系统使用。并通过上位机管理系 统对辖区各载波集中器和载波电表进行管理，定期抄取集中器 的数据。最后，还可以通过与银行建立合作关系，把管理中心的 数据库和银行联网，由银行从用户在该行的存款账户上扣取电 费，实现收费方式的全自动化。 2.2载波集中器 载波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，是整个系统的中心层。它向上通过公用电话线或 GSM数据通道与抄表管理中心通讯，接收抄表管理中心的指令， 自动完成电表数据抄录。向下通过低压电力线载波通信方式汇 集该配变下所有载波信息电表和采集终端的数据，定时或不定 时抄录载波信息电表和采集终端采集到的用户电量数据，并根 据设置将数据保存。此外还需根据抄表管理中心的指令向载波 表或采集终端发送用户供、断电分合指令，完成对用户的远程 供、断电控制工作。 2.3载波信息电表 本方案中设计的是单相电子式载波信息电表。其位于用户 端，直接采集用户电量数据，通过电力线载波通信方式向上传输 给数据集中器。载波表集计量、显示、通讯功能于一体，具有外围 元器件少、结构简单、可靠性高、载波通信能力强等优点。更适合 用户比较分散台区的自动抄表，既规范又有一定的价格优势。 2.4 多路采集终端 ４３
电力线载波集中抄表系统方案 一、系统介绍 随着两网改造工作的不断深入进行，供电质量有了很大提高。同时，“一户一表”工程的实施也有效增加了用电透明度，提高了顾客满意率；但抄表及催费的工作量却大量增加。只有实现自动抄表才能提高工作效率，节省人力、财力达到省公司要求的“减员增效”的目标要求；而且可以方便地实现电费结算，正确计算台区线损，有效防止窃电，使供电管理向电子化、信息化方向迈进。 我公司研制生产的低压电力载波集中抄表系统采用了窄带直序扩频技术，产品具有抗干扰能力强，抄到率高的显著特点。自动中继技术的应用，使产品更加适应我国目前电力质量差的实际情况。 系统利用低压电力线载波方式将同一配变台区内的所有用户的实际用电量（电能表读数）集中抄收到数据集中器，各配变台区的数据集中器再通过电话线/无线通讯将数据传送到管理主站。整个系统自动化程度高、运行可靠，是实现用电管理自动化、加强用电安全监察理想的技术手段。 集中器最多可管理1024个电力载波终端，足以管辖一个居民小区或一片商业区。集中器利用电力线载波通信方式，可定时或实时抄取所辖所有载波表数据，并保存在内部数据存储器中，以备中心站计算机随时调用。 管理中心可以是仅以单台计算机构建的简单系统，也可以是大型的计算机网络系统，中心站计算机可实时自动抄取所辖集中器内的数据。本系统可管理小到一个居民小区，大到一个地区、一个城市。 二、系统构成 系统内的各类脉冲输出电表，通过传感器把电表走度转换为电脉冲方式，传输给载波表的采集模块, 采集模块接收到脉冲后进行处理，并将结果存储；载波表和集中器之间通过电力载波通信，载波表平时处于接收状态，当接收到集中器的操作指令时，则按照指令内容操作，可将本载波表有关数据通过电力线传送至集中器。 （一）、系统组成 载波表抄表系统主要包括两个部分： a）新竹电力载波集中器、新竹载波表系统。 载波表与集中器通过电力线载波方式进行通讯，载波表为一户一表，集中器为一个台区一个集中器，每个台区视情况需要安装一套至多套三相载波表做为台区总表。 b）管理主站系统。 各配变台区的数据集中器通过电话线（MODEM）或GSM等通讯方式将数据传送到管理主站，管理主站只需一个，以单台计算机构建的简单系统，也可以是大型的计算机网络系统，一个管理主站配套申请一个独立电话帐户或SIM卡帐户用来与集中器通讯，管理主站可实时自动抄取所辖集中器内的数据。 （二）、系统图 三、系统方案 （一）上行通讯方案（主台—集中器通讯采用Q／GDW 376.2）
低压电力载波通信发展方向 深圳市傲立信息技术有限公司吴斌 摘要：文中介绍了电力系统低压载波的需求及低压电力配电网的传输特性，通过对比国内外各种电力载波芯片指出低压电力载波发展方向是高性能PLC加上高性能MCU实现载波自动组网及路由。文中论述了研发基于OFDM技术的PLC的必要性、关键技术及可能困难。 关键词：电力载波自动组网 OFDM 1 研究意义 目前，电力系统对低压电力载波系统的需求极其旺盛，这种需求来源于电力系统管理的变化。如今，原先的电力部已经分为3大电网公司，分别是国家电网公司（华北），南方电网公司（华南）、西北电网公司（西北），各个电网公司下面还管辖多个省的电力公司，省电力公司下面管辖着各个市电力局。从电力部、局到电网公司、电力公司的体制变化，使电力企业的效益最大化成为各电力部门的头等大事。同时，信息化已经成为这个时代的特点，电力企业生产信息MIS 系统、营业MIS系统，用配电GIS系统、调度自动化系统均是各电力公司每年要重点投入的现代化系统。电力系统信息化要求电力系统配用电信息基础数据的及时获取，然而，大量的营业MIS所需要的基础数据即电表数据，如今却主要通过人工抄表完成，通过现代化的手段及时进行抄表成为当务之急。 通过电力载波技术进行电力抄表及电力系统电流、电压等生产信息的监测无疑是最便捷的事情，这是因为，电力线路属于电力企业的现有资源。 电力企业需要自动抄表的另一原因是线损管理。如今，中国电网的电厂与输配电网分开，电力局的最大职能是买电、卖电，即从输电网买电，通过配电网将电卖到千家万户，电力公司的利润主要体现在一买一卖的差价上。电能在输送、分配过程中存在损失，电力系统称之为线损，线损分中压线损、变损及低压线损，中压线损指的是10KV损失，这个损失发生在二次变电所与10KV/400V用户变压器之间，变损指的是变压器的损耗，低压线损指的是从用户变压器到用户电表之间的损失。线损计算的前提是各级电表数据的同时准确抄读，然而，目前电力企业主要通过人工进行电表抄收，抄表时间长达半月，通过这样的数据计算的线损误差之大可想而知。电力系统又将线损分为物理线损和管理线损，物理线损是线路中确实发生的损耗，而管理线损是因为抄表的不及时甚至人为因素造成，比如，抄表员故意少抄、露抄以牟取个人利益，下面的供电分局故意扩大管理线损以获取更多的分局利益等。据统计，低压线路的物理线损约为3％左右，而管理线损高达5％左右。通过自动抄表，可以将这部分损失降下来，从而提高供电公司的经济效益。举例说明，深圳供电公司每年的售电量约400亿度左右，5％的管理线损则以亿计算。
I C S17.220.20 N22 中华人民共和国国家标准 G B/T19882.214 2012 自动抄表系统 第214部分:低压电力线载波抄表系统静止式载波电能表特殊要求 A u t o m a t i cm e t e r r e a d i n g s y s t e m P a r t214:D i s t r i b u t i o n l i n e c a r r i e rm e t e r r e a d i n g s y s t e m P a r t i c u l a r r e q u i r e m e n t s f o r s t a t i cD L Cm e t e r s 2012-12-31发布2013-06-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布
目 次 前言Ⅲ…………………………………………………………………………………………………………引言Ⅳ…………………………………………………………………………………………………………1 范围1………………………………………………………………………………………………………2 规范性引用文件1…………………………………………………………………………………………3 术语和定义1………………………………………………………………………………………………4 分类1……………………………………………………………………………………………………… 4.1 按照接入线路方式和测量电能量的类别1………………………………………………………… 4.2 按测量电能的准确度等级2………………………………………………………………………… 4.3 按测量电能的方向2………………………………………………………………………………… 4.4 按计费率类型2………………………………………………………………………………………5 标准电量值2………………………………………………………………………………………………6 要求2……………………………………………………………………………………………………… 6.1 功能要求2…………………………………………………………………………………………… 6.2 机械要求3…………………………………………………………………………………………… 6.3 气候条件3…………………………………………………………………………………………… 6.4 电气要求3…………………………………………………………………………………………… 6.5 通信性能要求4……………………………………………………………………………………… 6.6 数据安全性要求5…………………………………………………………………………………… 6.7 电磁兼容性(E M C )5………………………………………………………………………………… 6.8 准确度要求5 …………………………………………………………………………………………7 试验方法5………………………………………………………………………………………………… 7.1 功能符合性试验6…………………………………………………………………………………… 7.2 机械性能试验6……………………………………………………………………………………… 7.3 气候影响试验6……………………………………………………………………………………… 7.4 电气性能试验6……………………………………………………………………………………… 7.5 电磁兼容试验7……………………………………………………………………………………… 7.6 数据安全性试验7…………………………………………………………………………………… 7.7 准确度试验7………………………………………………………………………………………… 7.8 输出装置试验7………………………………………………………………………………………8 检验规则8………………………………………………………………………………………………… 8.1 出厂检验8…………………………………………………………………………………………… 8.2 型式检验8…………………………………………………………………………………………… 8.3 周期检验( 过程稳定性检验)8……………………………………………………………………… 8.4 监督检验9……………………………………………………………………………………………9 标志二 说明书二包装及贮存9.......................................................................................... 9.1 标志9 (Ⅰ) G B /T 19882.214 2012
单相智能电表之电力线载波通信 1、研究设计背景 1.1综述 低压电力线载波PLC(Power Line Carrier)通信是以低压配电线(380 V／220 V电力线)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。电力线网络是目前覆盖范围最广的网络，有着巨大的潜在利用价值。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。我国电力网比较独特，直接利用国外先进技术和产品并不能取得令人满意的效果。目前国内参与低压电力载波通信研究的公司、高校及研究机构日益增多，已经在通信信道的特性分析和建模、关键的调制技术的研究、通信芯片及相应产品的研制和应用、市场化运营及相关法规制定等方面取得了一定的成果。 1.2发展历程及现状 1.2.1 国外发展情况 电力线是最普及、覆盖范围最为广阔的一种物理介质，因此，电力线载波通信作为上一世纪20年代的产物，现在利用电力线高速数据通信技术仍然是国内外许多大公司的热点。 97年英国的Norweb通讯公司和加拿大Nortel(北电网络)利用丌发的数字电力线载波技术，实现了在低压配电网上进行的1Mbit／s的速率数据传输的远程通信，并进行了该技术市场推广。 随后，许多国家研究机构纷纷开展了高速电力线通信技术的研究和开发，产品的传输速率也从1Mbit／s发展到2、14、24Mbit／s甚至更高。 国际各大公司纷纷推出PLC调制解调芯片，其中主要有美国Intellon公司的14、54、85和200Mbit／s芯片，西班牙DS2公司45和200Mbit／s芯片等等。其中以美国Intellon公司的14 Mbit／s芯片应用最为普遍，大部分电力线载波系统都是基于该芯片开发的。 目前，电力线载波通信在欧洲发展比较快，欧盟为促进电力线载波技术发展，在2004年启动了OPERA(Open PLC European Research Alliance)的计划，致力于制定欧洲统一的PLC技术标准，推动大规模的商业化应用，并将PLC作为实现信息化欧洲的重要技术手段。 美国也不甘示弱，在它倡导下成立了“家庭插电联盟”，致力于标准研究，
低压集抄系统工作原理 1.系统工作原理 集中抄表系统是指利用微电脑技术，通信技术和数字信号处理技术，通过通信介质自动实现电能量数据采集、存储、传输和处理的系统。根据采用通讯载体的不同，目前主要有专线通信技术、无线通信技术和电力线载波通信技术。 利用电力线作为通信介质实现电力线载波集中抄表系统是完成电力行业自动抄表的最佳解决方案。如图1所示，安装在用户电能表侧的采集器模块（采集器）或直接使用的载波电能表，采集并存储电能表数据，并与采集终端或集中器进行双向通讯，集中器再通过GPRS/PSTN/GSM/RJ45等方式的传输媒介将电能数据发送至系统主站。同时，也可实现手持抄表器对现场电能表、采集器、集中器的数据抄读和参数设置。 图1 系统工作原理 2.系统示意图 根据现场实际运行环境不同，集抄系统也有不同的运行模式。对于电表集中表箱的情况，可采用采集器配置485表的模式（我们通常称之为：半载波模式），集中安装的抄表系统如图2所示。 对于分散与集中安装电能表进行集中抄表的情况，可以在单个电能表处加装采集模块或直接使用载波电能表，将数据经低压电力线加入载波信号灯多种方式上送到本地采集终端或集中器中去，如图3所示。 当然，现场最方便、经济、有效的方式，还是采用全部载波表方式（我们通常称之为：全载波模式）。
图2 集中安装的抄表系统 图3 分散与集中安装电能表的抄表系统示意图
3. 常见系统组网方案 3.1. RS485总线组网方案 3.1.1. 系统结构图 主站 集中器 采集终端 采集终端 485电表1......... 总线（RS-485） 方案2（总线方案） GPRS/CDMA/ PSTN/网络 485通讯线 485电表n 485通讯线 485电表1485 电表n ......... 方案1（载波方案） 采集终端 采集终端 485电表1......... 485通讯线 485 电表 n 485通讯线 485电表1485 电表n 载波 电表1载波电表n (485) 电表1485电表n ...... 3.1.2. 方案说明 1) 主站和集中器之间可以通过公用电话线/GSM/GPRS/CDMA/无线电台/光纤等方式通 信； 2) 集中器通过RS485总线方式和采集终端、485电表进行通信； 3) 采集终端通过RS485总线方式和485电表进行通信； 4) 另外集中器还可以通过级联485端口，和附近的配变监测计量终端或其它集中器进 行通信信道的共享。 3.1.3. 方案特点 1) 优点：通信实时性强，可实现可靠的远程断复电控制； 2) 缺点：布线施工难度大、成本高。 3.1. 4. 适用范围 由于系统需要敷设RS485通讯线路，所以适用于那些电表集中安装、容易或允许敷设通讯线缆的新建或规范的住宅小区。
低压电力线载波通信面临的挑战与对策 摘要：低压电力线载波通信主要是通过使用低压配电线作为通信的媒介来实现 通信的一种通信方式。低压电力线网络是现今覆盖范围最广的网络，相较于采用 专用通信线路来实现的通信，使用低压电力线来作为载波通信的网络具有取材方便，建造成本较低的特点，具有十分高的开发潜力。本文主要针对低压电力线载 波通信方面的内容进行分析探讨，以供参阅。 关键词：低压；电力线载波通信；挑战；对策 引言 电力线载波通信（PLC）是电力系统特有的、基本的通信方式。早在20世纪 20年代，电力载波通信就开始应用到10kV配电网络线路通信中，并形成了相关 的国际标准和国家标准。对于低压配电网来说，利用电力线来传输用户用电数据，实现及时有效收集和统计，是国内外公认的最佳方案。但在早期的实际应用中， 由于我国电网环境恶劣，电力线信道高衰减、强干扰和波动范围大等特点，导致 数据采集的成功率和实时性不能完全满足实际通信的需求。近年来，随着许多新 兴的数字技术，例如扩频通信、数字信号处理和网络中继拓扑等技术的大力发展，提高和改善低压配电网电力载波通信的可用性和可靠性成为可能，电力载波通信 技术的应用前景变得更为广阔。 1低压电力线载波通信的发展历程 使用低压电力线来构建载波通信网络这一构想已经发展多年了。国外在多年 以前已经开展了相关的研究。经过多年的研究与发展，在使用低压电力线进行载 波通信的研究上国外研究结构已将低压电力线载波通信的原理和低压电力线载波 通信信道特性分析和建模、电力载波调制技术以及相关通信芯片的研制等完成了 初步探索和完善，并就低压电力线载波通信的相关标准及商业化的运用进行了构建。相较于国外对于低压电力线载波通信相关技术所投入的时间和资金，我国在 低压电力线载波通信的相关研究起步较晚，但是研究发展速度极为迅速并取得了 一定的成果。在对低压电力线载波通信的前期的研究中主要集中在利用国外已有 的固化的低压电力线载波通信调制技术和芯片进行相关的扩展开发，近些年来对 于低压电力线载波通信的研究则集中于对国内配电网的信道特性进行调制技术的 研究和低压电力线载波通信载波芯片的研制。但是目前国内在低压电力线载波通 信应用中的相关法律法规政策的制定还不完善，需要制定完善。 2低压电力线载波通信的特点 2.1噪声干扰强 已有的研究结果表明，噪声的大量存在是实现数据在低压电力线上优质传输 的主要障碍之一。一般来说，影响电力通信质量的噪声主要有以下3种：背景噪声—分布在整个通信频带；周期性噪声—包括周期性的连续干扰和周期性的脉冲 干扰；突发性噪声—用电设备的随机接入或断开而产生。研究表明，脉冲干扰对 低压电力线载波通信的质量影响最大。有文献统计出，脉冲干扰的强度最大可达40dBm，如此强的干扰将给通信带来致命的伤害，以致于在接收端根本无法识别 出发送的信号。 2.2信号衰减大 信号在电力线上传输过程中的衰减是低压载波通信遇到的另一难点。同时， 由于低压配电网直接面向用户，负荷情况复杂，各节点阻抗不匹配，所以信号会 产生反射、谐振等现象，使得信号的衰减变得极其复杂。总的说来，信号的衰减