專利名稱：超低頻超窄帶配電網(wǎng)通訊系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種利用超低頻超窄帶技術(shù)的配電網(wǎng)通訊系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中，由于電力配電網(wǎng)絡(luò)中線路分布的廣泛性，使得利用電力配電網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸成為測量水、電、氣數(shù)據(jù)和控制負載最有效的途徑之一，也是一種最經(jīng)濟方便的方法。圖4就是一個配電網(wǎng)絡(luò)的簡單示意圖，在此系統(tǒng)中，高壓線路是指10KV以上的線路，中壓線路和低壓線路是指10KV和0.4KV線路。電力系統(tǒng)目前普遍應用的高頻載波通信是在高壓線路段。也可應用在低壓線路段。其通信方法廣泛采用高頻載波(50K-500KHz)通信法，該方法主要應用在電力傳輸網(wǎng)絡(luò)上。其原理是在電力線路上利用中高頻載波調(diào)頻或調(diào)相等方法傳輸信息。通道兩端由發(fā)射機和接收機分別進行調(diào)制和解調(diào)，在傳輸通道上要設(shè)置阻波器和濾波器等設(shè)備及中繼設(shè)施。在此頻段，線路具有較高的阻抗。載波信號以電壓的方式傳播，在長線上有較多的損耗，由于頻率較高，各相之間交叉干擾嚴重，頻率不能在各相復用。在電力傳輸線路(高壓線路)上由于阻抗容易匹配、特性差異不大，雖說可以較可靠傳輸，但在通過變壓器時，由于高頻信號衰減很大，因此必須增設(shè)轉(zhuǎn)接設(shè)備才能通過。由于在電力配電網(wǎng)絡(luò)上，電力線路的高頻通道特性差異很大，而且對于同一條線路來說，其特性亦呈現(xiàn)時變性，即不同的時段，特性差異很大。因此，電力配電網(wǎng)絡(luò)對于高頻載波信號來說是一種非常惡劣的信道。由于其節(jié)點眾多、負載多、干擾源分布隨機性大，使得高頻載波信號很難有效地傳輸。盡管利用擴頻技術(shù)可以提高其信噪比和抗衰落性，但還是達不到較好的水平。一般來說，比較好的技術(shù)如果能在電力配電網(wǎng)絡(luò)上能傳輸500米左右的距離就已經(jīng)很不錯了。要想使傳輸距離再加大就得設(shè)置中繼點，而且不能穿越變壓器，必須在臺區(qū)內(nèi)設(shè)置采集集中器?？梢?，利用中高頻載波通信法在配電網(wǎng)絡(luò)上通信只能適應短距離和可靠性要求不高的場所。而不能對眾多的、分布廣泛的數(shù)據(jù)源進行遠程、高可靠的、低成本的采集與傳輸。
本發(fā)明的目的是提出一個利用超低頻超窄帶技術(shù)的配電網(wǎng)通訊系統(tǒng)，以達到可以遠程傳輸，抗于擾能力強，信號可穿越變壓器，且同時發(fā)送、接收幾千路信號的效果。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案之一是采用通信頻段在100Hz以下的超低頻段。這是一個其他技術(shù)未涉及的區(qū)域。由于電力配電網(wǎng)是基于50Hz工頻交流電的傳輸而設(shè)計的，因此，信號在這一頻段上可順利通過配電變壓器，而無需中繼設(shè)施，線路的長度和功率因數(shù)補償電容幾乎對信號傳輸沒有影響。且各相之間交叉干擾極小，一個頻率可以多相復用。在超低頻段，噪聲以各種方式出現(xiàn)。通常高頻噪聲由開關(guān)、電刷等引起，低頻噪聲則主要由感應電機或非平衡負荷電機產(chǎn)生。這些噪聲可以通過特殊的濾波和調(diào)制解調(diào)方法使之最小。由于數(shù)據(jù)通信的速率隨帶寬的增大而加快，故在中高頻段信號可以占用較大的帶寬來提高速率，但又由于，電力傳輸線上電磁干擾的噪聲功率也隨帶寬的增大而線性地增大，因而，寬帶信號在傳輸時就需要比窄帶信號更大的功率來克服這一噪聲的影響。當信號在一個極窄的帶寬內(nèi)傳遞時，就可以以一個極小的功率獲得大的信噪比。本發(fā)明技術(shù)方案之二是采用帶寬在0.01Hz以下的超窄帶技術(shù)來進行數(shù)據(jù)通信。在一個幾赫茲的窄頻帶內(nèi)可以同時傳送幾千路的信號。每路信號經(jīng)同一載波調(diào)制后發(fā)送到電力線上，由接收部件解調(diào)并分離出各路信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息。整個配電網(wǎng)通訊系統(tǒng)，主要由電力配電網(wǎng)，接收器，發(fā)送器組成。電力配電網(wǎng)是一個恒壓供電網(wǎng)絡(luò)，它作為本系統(tǒng)的通信媒介。發(fā)送器設(shè)置為若干個，分別安裝在配電網(wǎng)絡(luò)的任一終端節(jié)點處，由于信號穿越配電變壓器，接收器可安裝在變電站一級，接收數(shù)千多臺發(fā)送器所發(fā)送的數(shù)據(jù)；多路發(fā)送器可同時發(fā)送數(shù)據(jù)，每一路發(fā)送器通過電力線耦合器與電力線接合，并聯(lián)在回路中，既給自身的工作提供電源又向回路以發(fā)送調(diào)制電流信號的方式向上游發(fā)送信息。
該系統(tǒng)的通訊方法特征在于，通信頻段選用在100Hz以下的超低頻段，進行電力線數(shù)據(jù)通信，該數(shù)據(jù)通信的帶寬選用0.01Hz以下的超窄帶技術(shù)進行，發(fā)送信息采用由電力配電網(wǎng)的下游向上游發(fā)送電流信號的方式，在發(fā)送器中采用以50Hz工頻交流電為基準的公共載波，將50Hz工頻交流電采樣分頻而得到副載波，發(fā)送調(diào)制采用先用數(shù)據(jù)信號調(diào)制副載波再由副載波調(diào)制載波的方式，并在一個幾赫茲的窄頻帶內(nèi)同時傳送幾千路的信號，每路信號經(jīng)同一載波調(diào)制后發(fā)送到電力線上，再由接收機以分層解調(diào)的方法來恢復數(shù)據(jù)，即先用模擬解調(diào)的方法從載波中恢復副載波，再使用DSP從副載波中解調(diào)數(shù)據(jù)，并以50Hz工頻交流電作為參考信號，使用數(shù)字信號處理器DSP對副載波信號進行頻譜分析、數(shù)字濾波和相關(guān)解調(diào)，分離出各路信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息。
本發(fā)明由于利用超低頻、超窄帶技術(shù)，因而與現(xiàn)有的高頻載波通信法相比，具有如下優(yōu)點1.傳輸距離不受線路長度和配電變壓器的限制，可在配電網(wǎng)絡(luò)上順利進行遠程傳輸。
2.抗干擾能力極強。
3.發(fā)射功率極低，可限定在幾個mW之內(nèi)。
4.可同時發(fā)送、接收幾千路的信號。
以下結(jié)合付圖詳細說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2是本發(fā)明的發(fā)送器原理3是本發(fā)明的接收器原理框4是配電網(wǎng)絡(luò)示意圖參照圖1，本發(fā)明的系統(tǒng)主要由電力配電網(wǎng)，接收器，發(fā)送器組成。其中，電力配電網(wǎng)是一個恒壓供電網(wǎng)絡(luò)，即配電變壓器，發(fā)送器設(shè)置為若干個，分別安裝在配電網(wǎng)絡(luò)的任一終端節(jié)點處，接收器設(shè)置為一臺，安裝在變電站一級，該接收器可以接收其下游所配置的幾千臺發(fā)送器所發(fā)送的數(shù)據(jù)。
參照圖2，本發(fā)明的發(fā)送器主要由電力線耦合器，PM調(diào)制器，以50HZ為基準的分頻器，F(xiàn)SK調(diào)制器，原始數(shù)據(jù)信號發(fā)生器組成該發(fā)送器采用分層調(diào)制的方法，即由原始數(shù)據(jù)信號發(fā)生器和FSK調(diào)制器先調(diào)制一個超低頻的副載波，頻率范圍是1～12.5Hz，每一路發(fā)送器都在此副載波頻段內(nèi)定義了一個特定的頻率帶寬只有0.01Hz以下的頻道。該副載波再進入PM調(diào)制器，以模擬相位調(diào)制法調(diào)制一個低頻的載波，為了實現(xiàn)統(tǒng)一的頻率基準，以利于超窄帶信號的解調(diào)，采用以50HZ為基準的分頻器，其載波使用以50Hz工頻交流電為基準的公共載波，副載波使用50Hz工頻交流電，經(jīng)過采樣分頻得到帶寬小于0.01Hz的超窄帶信號，即副載波是頻分復用的。這樣就可以在一個1～12.5Hz的帶寬內(nèi)，同時傳送幾千路信號，而互不干擾。發(fā)送器采用兩級調(diào)制，其中，第一級調(diào)制是數(shù)字信號調(diào)制模擬信號，采用FSK或ASK的方式，第二級調(diào)制是模擬信號調(diào)制模擬信號，可采用調(diào)相PM、調(diào)頻FM或調(diào)幅AM的方式來實現(xiàn)。經(jīng)過第二級調(diào)制的信號送入電力耦合器發(fā)送到電力線路上。該發(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù)的速率很低，一個數(shù)據(jù)位需要30分鐘以上。多路發(fā)送器可同時發(fā)送數(shù)據(jù)。每一路發(fā)送器通過電力線耦合器與電力線接合，并聯(lián)在回路中，既給自身的工作提供電源又向回路發(fā)送調(diào)制電流信號。
參照圖3，本發(fā)明的接收器由帶通濾波器(1)濾去邊帶以外的噪聲，充分抑制電力線上的負載擾動和電磁干擾，然后經(jīng)模擬的相位解調(diào)器(2)恢復出副載波信號而將載波信號充分地抑制。再經(jīng)緩沖放大器(3)調(diào)整到適當?shù)碾娖?，送入A/D變換器(4)，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)字信號處理器(5)是本接收器的關(guān)鍵，對超窄帶信號的處理，無法用普通的模擬方法來實現(xiàn)，只能用數(shù)字信號處理器在高精度頻譜分析的基礎(chǔ)上，進行數(shù)字濾波和相關(guān)能調(diào)的方法來實現(xiàn)。由于每一路發(fā)送器都確定了唯一的頻率，而該頻率是由50Hz分頻得到的，因此信號具有良好的相關(guān)性，在接收器中同時將50Hz頻率經(jīng)過采樣送入DSP分頻后作為參考信號與所處理的信號進行相關(guān)。它需要對副載波信號進行長時間采集、處理、運算，才能完成對帶寬只有0.01Hz以下的信號的分辯。經(jīng)它解調(diào)后的數(shù)據(jù)送入專用微處理器進行存儲、顯示、打印或與其他計算機進行的通信。從而完成整個的超窄帶信號接收處理過程。
權(quán)利要求
1.一種利用超低頻超窄帶技術(shù)的配電網(wǎng)通訊系統(tǒng)，主要由變電站，電力配電網(wǎng)，接收器，發(fā)送器組成，電力配電網(wǎng)是一個恒壓供電網(wǎng)絡(luò)，即配電變壓器，發(fā)送器設(shè)置為若干個，分別安裝在配電網(wǎng)絡(luò)的任一終端節(jié)點處，其特征在于(1)接收器安裝在變電站一級，接收數(shù)千臺發(fā)送器所發(fā)送的數(shù)據(jù)；(2)多路發(fā)送器設(shè)置在電力配電網(wǎng)的下游，以調(diào)制電流信號的方式向上游同時發(fā)送數(shù)據(jù)信號，該信號可穿越配電變壓器傳輸?shù)阶冸娬尽?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通訊系統(tǒng)，其特征在于發(fā)送器主要由電力線耦合器，PM調(diào)制器，以50HZ為基準的分頻器，F(xiàn)SK調(diào)制器，原始數(shù)據(jù)信號發(fā)生器組成，通過對50Hz工頻交流電采樣分頻得到超窄帶副載波信號，由原始數(shù)據(jù)信號對該負載波進行FSK調(diào)制，經(jīng)過調(diào)制的副載波信號再進入PM調(diào)制器，對載波進行模擬調(diào)制，PM調(diào)制器輸出的信號送入電力線耦合器發(fā)送到電力線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通訊系統(tǒng)，其特征在于接收器由帶通濾波器，經(jīng)模擬的相位解調(diào)器，副載波緩沖放大器，A/D變換器，數(shù)字信號處理器DSP組成，由帶通濾波器濾去邊帶以外的噪聲，抑制電力線上的負載擾動和電磁干擾，然后經(jīng)模擬的相位解調(diào)器恢復出副載波信號，再經(jīng)副載波緩沖放大器調(diào)整電平，送入A/D變換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后送入數(shù)字信號處理器DSP，對副載波信號進行頻譜分析、數(shù)字濾波和相關(guān)解調(diào)。
4.利用超低頻超窄帶技術(shù)的配電網(wǎng)通訊方法，其特征在于通信頻段選用在100Hz以下的超低頻段，進行電力線數(shù)據(jù)通信，該數(shù)據(jù)通信的帶寬選用0.01Hz以下的超窄帶技術(shù)進行，發(fā)送信息采用由電力配電網(wǎng)的下游向上游發(fā)送的方式，在發(fā)送器中采用以50Hz工頻交流電為基準的公共載波，將50Hz工頻交流電采樣分頻而得到副載波，發(fā)送調(diào)制采用先用數(shù)據(jù)信號調(diào)制副載波再由副載波調(diào)制載波的方式，并在一個幾赫茲的窄頻帶內(nèi)同時傳送幾千路的信號，每路信號經(jīng)同一載波調(diào)制后發(fā)送到電力線上，再由接收機以分層解調(diào)的方法來恢復數(shù)據(jù)，即先用模擬解調(diào)的方法從載波中恢復副載波，再使用DSP從副載波中解調(diào)數(shù)據(jù)，并以50Hz工頻交流電作為參考信號，使用數(shù)字信號處理器DSP對副載波信號進行頻譜分析、數(shù)字濾波和相關(guān)解調(diào)，分離出各路信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超低頻超窄帶配電網(wǎng)通訊系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要解決同類技術(shù)通訊距離短,抗干擾能力弱,發(fā)射功率大,信號不能穿越配電變壓器的不足。采用在變電站一級安裝一臺接收器,在配電變壓器的用戶終端處安裝若干路發(fā)送器的結(jié)構(gòu),在電力配電網(wǎng)的下游以調(diào)制電流信號的方式向上游發(fā)送信息。通信頻段采用在100Hz以下的超低頻段,信號帶寬采用0.01Hz以下的超窄帶技術(shù),在發(fā)送器中以50Hz工頻交流電為基準公共載波,將50Hz工頻交流電采樣分頻得到副載波,用數(shù)據(jù)信號調(diào)制副載波,由副載波調(diào)制載波。具有抗干擾能力強,發(fā)射功率低,可同時發(fā)送、接收幾千路信號之優(yōu)點。
文檔編號H04B3/54GK1276654SQ0011386
公開日2000年12月13日 申請日期2000年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月7日
發(fā)明者郭永林, 陳洪波, 張化冰 申請人:西安旌旗電子有限公司