基于低压电力线的高速载波模块设计

基于低压电力线宽带载波的停电上报技术研究发布时间：2021-04-01T06:15:20.139Z 来源：《中国科技人才》2021年第5期作者：余郁彬1 姚欣逸2 宋晓雯2 [导读] 长期以来低压台区停电故障抢修主要依靠客户在停电时打电话告知的方式来获取停电信息，但对停电规模，停电台区等信息的获取还是要依据后续停电用户打入电话来进行研判并作出抢修计划和人员安排，这不仅影响了停电恢复的效率，一些安全隐患得不到及时解决，而且较差的用电体验必然带来客户投诉，使供电部门处于被动状态。

深圳供电局有限公司广东省深圳市 518000摘要：本文提出了一种基于低压电力线宽带载波模块的停电事件主动上报技术，若台区内某一区域电表停电，停电电表模块会立即对外发送停电信息，进行停电事件上报，同时为了减少信道冲突，将整个停电上报过程分为信息汇集和信息上报两个阶段，减少网络风暴的产生，提高了上报的可靠性和时效性，使电力故障能得到及时有效的处理，降低了安全隐患，提高了用电质量。

关键词：电能表载波模块；停电上报；STA节点；CCO节点Research on outage report technology based on low voltage power line broadband carrier Yu yubin，Yao xinyi，song xiaowen（Shenzhen Power Supply Bureau Co.，Ltd.，Shenzhen 518000，Guangdong Province）Absrtact：This paper proposes an active reporting technology of blackout events based on low-voltage power line broadband carrier module. If the meter in a certain area of the station is blackout，the blackout meter module will immediately send the blackout information to report the blackout events. At the same time，in order to reduce the channel conflict，the whole blackout reporting process is divided into two stages：information collection and information reporting to reduce the network wind The emergence of the emergency，improve the reliability and timeliness of the report，so that the power failure can be timely and effective treatment，reduce the security risks，improve the quality of electricity. Key words：watt hour meter carrier module，outage report，sta node，CCO node引言长期以来低压台区停电故障抢修主要依靠客户在停电时打电话告知的方式来获取停电信息，但对停电规模，停电台区等信息的获取还是要依据后续停电用户打入电话来进行研判并作出抢修计划和人员安排，这不仅影响了停电恢复的效率，一些安全隐患得不到及时解决，而且较差的用电体验必然带来客户投诉，使供电部门处于被动状态。

基于OFDM的低压电⼒线窄带载波通信技术及其应⽤基于固定频点的传统窄带调制技术在实际应⽤中存在通信速率低、抗窄带⼲扰和多径衰落能⼒差、可靠性不⾼等局限。

结合基于OFDM 的PRIME 和G3-PLC 标准，对国内外OFDM 技术研究现状进⾏了介绍。

通过分析OFDM 基本原理和同步、信道估计、峰均功率⽐等关键技术，验证了基于OFDM 的低压窄带载波具有通信速率⾼、抗多径延时﹑频率选择性衰落和突发性⼲扰能⼒强、通信可靠性⾼等优点，在远程⾃动抄表、家居智能化以及新型智能化⼩区等⽅⾯具有⼴阔的应⽤前景。

关键词电⼒线通信；正交频分复⽤；窄带载波基于OFDM 的低压电⼒线窄带载波通信技术及其应⽤王智慧，李建歧，渠晓峰，赵涛（中国电⼒科学研究院北京100192）摘要1引⾔低压电⼒线载波（power line carrier ，PLC ）通信技术利⽤⼰有的380V/220V 低压配电线作为传输媒介，⽆需另外敷设专⽤通道即可实现⼏乎所有点之间的数据传递和信息交换，被⼴泛认为是楼宇⾃动化、远程抄表、安防监控等领域替代专⽤⽹络的⼀种重要的数字通信⽅式[1~3]。

从使⽤带宽的⾓度来说，PLC 通信分为窄带电⼒线载波通信和宽带电⼒线载波通信。

窄带电⼒线通信技术是指带宽限定在3～500kHz 、通信速率⼩于1Mbit/s 的电⼒线载波通信技术，多采⽤普通的频率键控（FSK ）、相位键控（PSK ）等频带传输技术；宽带电⼒线(broadband over power line ，BPL)通信技术是指带宽限定在2～30MHz 、通信速率通常在1Mbit/s 以上的电⼒线载波通信技术，多采⽤直接序列扩频（DSSS ）、线性调频（Chirp ）和正交频分复⽤（OFDM ）等扩频通信技术[4~6]。

低压电⼒线载波信道信号衰减、噪声及输⼊阻抗的频率选择性、时变性和随机性使得基于固定频点的传统窄带调制技术在实际应⽤中存在⼀系列局限性[7]。

在低压电力用户用电信息采集系统中，主要采用电力线载波和短距离(微功率)无线通信方式，并以低压电力线窄带载波通信方式为主。

然而受低压配电网信道环境中传输衰减、噪声干扰和阻抗变化等因素的影响，电力线载波通信的可靠性难以得到保证，严重影响系统的稳定运行。

也就是说，电力线载波通信设备的通信性能将直接影响到用电信息采集系统的整体性能。

目前，载波通信技术有多种实现方案，载波信号调制方式、中心频点、路由协议和信号祸合方式等各不相同。

尽管每种技术都有其独特的优越性，但也有其不利因素。

就国内产品而言，已进入多元化时代，主要应用的就有鼎信、东软、晓程、力合微、瑞斯康、盛吉高科和弥亚微等厂家。

各厂家的载波通信模块的性能均有所差异，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，致使产品性能的检验与应用需求脱节，所以有必要进行相关的测试和评估，为选用合适的载波设备提供技术支持和依据。

鉴于以上原因，国内外相关机构正在从测试方法、测试设备、测试平台以及评价机制等方面对载波设备的通信性能测试进行积极地研究和探索。

本文介绍了一种信道参数可控的载波通信测试设备，并就进一步的性能测试应用中存在的问题进行一些探讨。

一、一种载波通信性能测试设备的研制1、总体研制思路电力线载波通信性能测试设备的研制，主要考虑3个方面的因素作为设计指导原则。

一是实验室环境下模拟低压配电网电力线传输信道特点；二是参考电力行业以及国家相关标准要求的测试项目；三是以测试主机为交互中心，以传输信道参数可程控调节为手段，建立自动化的载波通信性能测试装置。

近年来，针对电能采集标准相关的政策法规相继出台，并在测试项目和可操作性方面不断完善。

诸如DL/T698-2010《电能信息采集与管理系统标准》、Q/GDW1373-2013《电力用户用电信息采集系统功能规范》、Q/GDW1374-2013《电力用户用电信息采集系统技术规范》和Q/GDW1379-2013《电力用户用电信息采集系统检验技术规范》等。

第1篇一、引言随着我国经济的快速发展，电力行业作为国民经济的基础产业，其重要性日益凸显。

然而，随着电力系统的不断扩展和升级，传统的电力传输方式已无法满足日益增长的电力需求。

为了提高电力传输的效率和可靠性，电力线载波技术应运而生。

本文将详细介绍电力线载波解决方案，包括其原理、应用、优势以及面临的挑战。

二、电力线载波技术原理电力线载波技术是一种利用电力线作为传输媒介，将信息信号叠加到电力线上的通信技术。

其基本原理是将要传输的信息信号通过调制器转换为适合在电力线上传输的载波信号，然后通过电力线传输，在接收端再通过解调器将载波信号还原为原始信息信号。

电力线载波技术主要包括以下三个过程：1. 调制：将信息信号转换为适合在电力线上传输的载波信号。

2. 传输：将载波信号通过电力线传输。

3. 解调：将接收到的载波信号还原为原始信息信号。

三、电力线载波技术应用电力线载波技术在电力系统中的应用十分广泛，主要包括以下几个方面：1. 电力线通信：利用电力线作为通信媒介，实现电力系统内各设备之间的数据传输。

2. 远程抄表：通过电力线将用户的用电信息传输至电力公司，实现远程抄表。

3. 配电网自动化：利用电力线载波技术实现配电网的自动化控制，提高电力系统的运行效率和可靠性。

4. 智能家居：通过电力线将家庭电器与互联网连接，实现智能家居控制。

5. 电力系统保护：利用电力线载波技术实现电力系统保护的远程通信。

四、电力线载波技术优势1. 成本低：电力线载波技术利用现有电力线作为传输媒介，无需额外铺设通信线路，降低了通信成本。

2. 可靠性强：电力线作为传输媒介，具有较好的抗干扰能力，保证了通信的可靠性。

3. 传输速率高：随着电力线载波技术的不断发展，传输速率已达到Mbps级别，满足了现代通信的需求。

4. 应用广泛：电力线载波技术可应用于电力系统、智能家居、远程抄表等领域，具有广泛的应用前景。

五、电力线载波技术面临的挑战1. 信道干扰：电力线信道受到多种干扰因素的影响，如电磁干扰、噪声等，对通信质量造成一定影响。

基于低压电力线的通信技术与实现刘 侃 肖 鑫 刘 扬（武汉纺织大学 湖北 武汉 430200）程PL3201芯片采用的就是CDMA技术，其在单相多功能数字电能0 引言表芯片产品中有优异表现。

低压电力线载波通信（Power Line Communication）是3）正交频分复用技术OFDM是将信道分成若干正交子信利用现有的低压电线网络作为载体，进行信息传输。

近年来，道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个随着电力系统的发展，利用现有的电力线网络系统能提供低成子信道上进行传输。

OFDM有很强的抗波间干扰和码间干扰的能本高效益的网络服务。

然而我国电力线组网复杂，干扰强、负力。

同时也有易受载波频偏的影响，峰值平均功率比过大，带荷情况复杂、信号衰减大等因素，严重的影响通信的质量。

因宽利用率不高的缺点。

采用OFDM技术的是深圳力合微电子此，对于低压电力线载波有必要进一步具体分析。

LME2980芯片。

LME2980的瞬时速率可达36kbps，工频过零传输1 国内外发展历程及现状平均速率超过10kbps。

国外对电力线载波的研究已有一百多年。

目前已有多个国4）多载波码分复用技术MC-CDMA。

MC-CDMA是OFDM和际研究机构对高速电力线载波技术进行研究和开发，并取得了CDMA相结合的技术，信息先通过一个扩频码扩频，然后将扩频优秀的成果，产品的传输速率也从初期的1Mbps提高到后的数据分别调制到子载波上进行传输，最后在接收端进行解24Mbps，48Mbps，甚至85Mbps。

与国外相比，国内对电力载波调和解扩，还原出原始信号。

MC-CDMA具有二者的特点，能有通信的研究起步较晚，但发展迅速。

国内研究正由早期利用国效地避免时延扩展所带来的影响，具有抗多径、码间和波间干外的电力载波调制技术和芯片进行研发，向适合我国电网复杂扰能力强、容量大、有效地克服子载波受深衰落的影响和极高的信道特性的调制技术和载波芯片研制转变，并已经取得了一的频带利用率，非常适宜于PLC高速数据传输。

０　引言　窄带载波经过多年的建设与运维，通信缺陷逐渐突显，其组网性能、网络拓扑适应能力是宽带载波通信运行的关键，对电网环境的适应能力关系着整个电网系统能否正常运行。

目前国内已经加快低压电力线宽带载波通信技术的研究和市场布局，并发布低压电线宽带载波HPLC 的技术标准和检测标准[1-2]。

2020年3月，国家电网发布HPLC 深化应用功能升级改造要求，主要体现在通信性能检测和网络优化功能。

由于HPLC 通信缺乏严格的性能检测设备，现有的检测系统较少考虑HPLC 高频特征带来的空间辐射影响，辐射信号串扰影响设备的准确度量和检测，不适用于对宽带载波通信进行定量分析检测。

文献[3-4]只是基于RS485 通信研究了用电信息采集系统的通信检测方法。

文献[5] 研制了一种便携式低压电力线载波通信信道测试装置，只对单个设备进行的检测，效率不高。

文献[6]是对现场采集成功率提升措施研究。

文献[7]仅基于多节点的低压宽带电力线信道建模方法研究。

文献[8-10]研究载波的信道特性并进行模拟通信测试，以上研究仅针对电能表或采集终端进行检测及仿真。

基于此，该文从用电信息采集系统层面对现场干扰因素进行仿真试验，采用真实表计和全模块测试验证研究，实现用电信息采集通信过程中的故障定位及复现。

对HPLC 模块系统组网通信及抗干扰能力进行检测，设计能够针对不同厂家设备在仿真环境下对HPLC 组网性能进行测试与分析。

１　组网检测仿真系统设计与实现宽带载波通信组网检测系统框图如图1所示，整套系统主要由3个挂表测试装置、测控平台软件、宽带载波信道仿低压电力线宽带载波HPLC组网通信测试系统设计燕伯峰1 刘宇鹏2 黄 欣1 董永乐2 余 佳2 李 轩2（1.内蒙古电力（集团）有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010020；2.内蒙古电力科学研究院，内蒙古 呼和浩特 010020）摘 要：低压电力线宽带载波HPLC 通信作为下一代载波通信的新技术成为主流，但是针对技术的广泛应用缺少严格的检验技术支撑。

2mhz~12mhz低压电力线高速载波通信系统检验方法如下：•中继功能测试。

将被测载波通信设备的信号通过载波分离器实现与供电电源的分离和耦合，通过程控衰减器衰减量的变化实现对分离出的载波信号的调节，从而使相邻的被测载波通信设备的通信能够刚好进行，而不相邻的则不能实现直接通信。

•不同Un下的抄收成功率测试。

将载波通信设备的工作电源电压的变化利用调压器实现，在1.2Un、0.8Un、和0.7Un三种状态下检验载波通信设备能否进行正常通信。

•功耗测试。

在载波信号发送时进行功耗的测量就是功耗测试中动态和静态的区别，电参量测量模块是主要的测量工具，其可利用电磁感应的原理实现对载波设备的电流采集，并可利用电参量测量模块实现对载波通信设备的电压采集，在此基础上就可以实现对载波设备功耗的测试。

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i深圳智微电子科技有限公司前言概述本文档主要介绍了集中器、单相表/I 型采集器、三相表载波通信模块的使用和调试方法，以及如何使用载波模块进行上层应用开发。

产品版本与本文档相关的产品版本如下所示。

约定符号约定在本文中可能出现下列标志，它们所代表的含义如下。

通用格式约定格式仿宋黑体楷体Times Newii深圳智微电子科技有限公司修订记录文档版本-1-深圳智微电子科技有限公司目录1概述 (1)1.1引言..................................................................................................................................................11.2规范性文件......................................................................................................................................11.3术语..................................................................................................................................................21.4性能特点..........................................................................................................................................22ZW20系列模块产品说明 (4)2.1集中器本地载波通信模块CCO (4)2.1.1外观与结构...........................................................................................................................42.1.2接口.......................................................................................................................................42.1.3指示灯...................................................................................................................................62.1.4使用与调试...........................................................................................................................72.2单相表/I 型采集器载波通信模块STA. (8)2.2.1外观及结果...........................................................................................................................82.2.2接口.......................................................................................................................................92.2.3指示灯.................................................................................................................................102.2.4使用与调试.........................................................................................................................102.3三相表载波通信模块STA (12)2.3.1外观及结果.........................................................................................................................122.3.2接口.....................................................................................................................................122.3.3指示灯.................................................................................................................................142.3.4使用与调试. (14)3集中器本地载波通信模块应用功能说明 (16)3.1功能码支持....................................................................................................................................163.2通信参数配置................................................................................................................................173.3应用功能的流程和使用. (17)3.3.1上电识别流程.....................................................................................................................173.3.2电表档案管理.....................................................................................................................183.3.3定时抄表.............................................................................................................................183.3.4点抄功能.............................................................................................................................193.3.5高频数据采集.....................................................................................................................193.3.6停电主动上报.....................................................................................................................203.3.7时钟精准管理......................................................................................................................213.3.8相位拓扑识别.....................................................................................................................213.3.9台区自动识别.....................................................................................................................213.3.10ID 标识管理.......................................................................................................................223.3.11档案自动同步. (23)4电能表载波通信模块应用功能说明 (23)4.1基本说明 (23)4.1.1通信参数配置.....................................................................................................................234.1.2帧格式支持.........................................................................................................................234.2应用功能的流程和使用. (24)4.2.1模块上电通信流程 (24)-2-Q/GDW137X.X-20134.2.2模块正常工作通信流程.....................................................................................................254.2.3时钟精准管理.....................................................................................................................254.2.4事件上报.............................................................................................................................254.2.5停电主动上报.....................................................................................................................264.2.6台区自动识别 (26)1深圳智微电子科技有限公司1概述1.1引言随着电力载波通信技术的使用范围日益广泛，其具有了极大的经济效益和推广价值。

基于低压供电网通讯的软件设计摘要：电力线高速数据通信技术(PLC)在电力系统通信中占有重要位置。

文章首先对该项技术在国内外的研究和应用现状进行了回顾，介绍了我国PLC方面的主要工作成果和国内外PLC关键技术发展情况(包括信道模型、噪声特性、信道容量、调制技术及MAC层协议等)、标准的进展情况以及尚存在的主要问题。

本文还简要介绍了低压供电网通讯的特点和研究价值。

归纳了噪声、多径干扰、信道阻抗变化对通讯的影响，提出了基于低压供电网通讯的系统模型。

关键词：电力线高速数据通信；供电网；通讯Abstract:Power Line high-speed data communications technology (PLC) in the power system occupies an important position in communications. The article first of the technology at home and abroad in the research and application of a recall, on China's PLC of the main results of the work at home and abroad PLC and the development of key technologies (including channel model, the noise characteristics, channel capacity, modulation and MAC Layer protocol, etc.), standards of progress and remaining in the main problems. It also gave a briefing on low-voltage power network communications for the characteristics and research value. Summed up the noise, multipath interference, channel impedance changes on the impact of communications, based on the proposed low-voltage power network for the communication system model.Key words:power line high-speed data communication for the network; communications目录第一章前言 (3)1.1电力线高速数据通信技术的国外发展现状及趋势 (4)1.1.1机理研究及产品开发 (4)1.1.2应用情况 (5)1.1.3技术标准 (6)1.1.4发展趋势 (6)第二章PLC的关键技术 (7)2.1信道模型、噪声特性以及信道容量 (7)2.2调制技术 (7)2.3 MAC层协议 (8)第三章我国低压供电网数据通信技术的研究及应用 (9)3.1 基本情况 (9)3.2机理研究及产品开发 (9)3.3实际应用 (10)3.4技术标准的进展 (11)3.5 基本评价 (11)3.6存在的问题及进一步的工作 (12)第三章供电网通讯系统模型 (13)3. 1噪声和干扰 (13)3.2信道阻抗 (13)3.3信号衰减 (13)3.4多径干扰 (14)3.5通讯系统模型 (15)3.5.1通讯系统及解决方案 (15)3.5.2模拟系统 (15)3.5.3数字系统(ASK,FSK,PSK) (16)3.5.4扩频通信 (16)3.5.5其他方法 (18)3.6各种通讯系统的比较 (18)第四章数据通讯系统的实现 (19)4.1 基于滤波器组的多载波传输系统 (19)4.1.1 传统OFDM的滤波器组表示方式 (19)4.1.2基于小波滤波器组的多载波传输系统 (21)4.2多径信道下的多载波系统性能分析 (22)4.3 系统结果 (24)参考文献: (26)致谢 (27)第一章前言随着科学技术的发展，生活水平的日益提高，人们对家庭环境的要求越来越高。