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1、分目 录第一章 绪 论11.1 论文的背景11.2 本课题的意义和主要工作2第二章 电力线载波通信的研究42.1 电力线载波通信技术42.1.1 窄带通信技术42.1.2 扩频通信技术42.2 配电网主要的通信方式82.3 低压电力线通道特性分析112.3.1 阻抗特性122.3.2 干扰142.3.3 信号的衰减及其变化152.4 电力线传输理论172.4.1 均匀传输线的基本方程172.4.2 载波信号在电力线上的反射192.5 线路测量222.5.1 测试线路情况222.5.2 测量数据23第三章 LONWORKS 技术253.1 现场总线技术253.2 LonWorks技术263.2.
2、1 LonTalk协议273.2.2 Neuron Chip273.3 PLT22电力线收发器273.3.1 PLT22的内部结构283.3.2 PLT-22的特点29第四章 耦合技术314.1 电感耦合314.1.1 小功率变压器314.1.2 LC200耦合器384.1.3 MCC耦合器434.1.4 两种耦合器的比较444.2 电缆屏蔽层载波传输特性分析45第五章 电力线载波通信中的自适应方案505.1中压配电网的特点5052 电力线载波自适应中继方案5153 典型自适应方案的实现52第六章 结 论55致 谢56参考文献57第一章 绪 论1.1 论文的背景配电网的发展及可靠性的提高对整个
3、国民经济的发展和人民生活起着十分重要的作用。长期以来,我国电力行业重发、轻供、不管用的现象突出，配电设备落后，自动化水平低。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高、电力供应从卖方市场走向买方市场,电力用户对电能质量和供电可靠性的要求愈来愈高。对用户电能质量的评价主要有以下几个指标：一是电压质量，它包括电压偏差、电压波动和电压闪变3个方面的要求；二是频率；三是供电可靠率，它是配电网对用户持续供电能力的量度，有多至11项的评价指标，其中主要是年平均供电可靠率，即用户年平均供电时间的百分数；四是谐波含量，应不高于规定的含量。国家电力公司为了规范公司的运作，真正体现“人民电业为人民”的宗旨，对电能质量
4、也提出了较高的要求，尤其对供电可靠性作出了明文规定：一般城市地区为99.96%，使每户平均停电时间不大于3.5h；重要城市中心区应达99.99%，每户平均停电时间不大于53min。而要实现这一目标，对配网自动化提出了更高的要求。配电网自动化是利用现代电子、计算机、通信及网络技术, 对配电网上各种设备进行远方实时监视、保护与控制及优化运行的一种自动化系统。配电自动化要求一次设备的技术性能提高，不检修周期长，可靠性高，无污染爆炸及火灾危险；能利用先进的电子技术，对配电设备进行自动化控制，以实现机电一体化；一次设备与被控制设备有机结合，以提高配电网供电可靠性；快速定位故障点并进行故障处理，恢复正常供
5、电，采用智能化设备，对故障线路自动判断和隔离，由重合器恢复送电。加强配电设备数据库管理和负荷管理，在调度中心对负荷潮流进行控制和调整。当前各国都在致力于提高配电网自动化水平，扩展各种功能。我国配电网自90年代开始逐步实现了一批功能独立的孤岛自动化，今后的发展趋势必然走向基于先进通信技术的网络自动化。与传统的孤岛自动化相比，基于信息技术的配电网自动化的关键在于以下三点：大量的智能终端、通信技术和丰富的后台软件。通信技术系统是其中的三大关键技术之一，配电网自动化系统需要有效可靠的通信环节将后台控制中心的命令传递到为数众多的智能终端,同时将智能终端的实时数据回送到后台控制中心。 配电网自动化关键技术
6、之一就是选择和建设一个可靠、经济、易于运行和维护的数据通信网。配电网通信有以下特点：点数多，配电网中的数据采集点可达上千个；点分布极其分散；单个点数据量小；只传数据，不传话音。这就需要拥有有效的通信网来传递主控中心至大量远端装置（RTU）之间的控制信号和数据，能完成此任务的通信技术有着广泛的选择余地，但是目前还没有一种单一的通信技术可以适应所有的配电网自动化的要求。 每种通信技术都有自己的优点，具体采用那种技术要视具体情况而定，但综合考虑，结合我国的电力系统和通信发展水平，电力线载波通信是一种很有发展潜力的通信方式。1.2 本课题的意义和主要工作电力线载波是利用高压输电线路作为高频信号传输通道
7、的一种通信方式，实现电力线和通信线的复用，是电力系统特有的一种通信形式。电力线通信有很多优点，比方说，（1）投资少。电力线用于电力线传输，遍布城市、乡村，用于通信不要花钱铺设电话线、电缆线、光缆等传输线路，这种电力线复用方式投资少、成本低。（2）传输速率高。从理论上分析，输电线作为通信线路的传输速率，根据是使用频率不同，可达到310Mbit/s。德国电信以做过数据传输（上网）试验，用ADSL每秒传76.8万字节，而用输电线每秒可传120万字节。（3）使用方便。从理论上讲，只要有公用电网的地方，就可以直接连通互联网以及家用电器。（4）使用费低。电力线上网是根据下载的数据量收费，而不是安上网时间收
8、费，这样对用户来说，使用费用极低。（5）进行数据收/集传。如利用PLC技术远程自动读出水、电、煤的数据。（6）永远在线。 总之，在配电网中利用电力线通信，可以加速自动化的进程、充分利用电力系统自身的资源、为保护提供通信、有利于形成开放式计算机通信网络、带来经济效益。本文的主要工作有：（1） 对电力线载波通道进行全面了的分析。针对低压、中压载波通道进行了比较深入的研究，对影响通信的通道上的各种衰耗和干扰进行分析，了解了电力线路对载波信号的传输能力，并在中压电缆上做了试验，测量电缆通道的衰耗，将理论和实际数值比较，使电力载波通信能更广泛的使用在配电网中。 （2）对载波耦合技术进行深入的研究。对耦合
9、器进行研究、试验，分析了电感耦合器对载波信的影响程度，对影响耦合效果的主要因素做了仔细分析，提高了耦合效果，对比了两种耦合器的性能。 （3）针对电力线载波通道时变性的特点，设计出可以自适应通道衰耗变化的软件流程。（4）对载波信号在电缆屏蔽层上的传输作分析。针对不同的耦合方式，不同的敷设方式，不同型号的电缆等进行研究。第二章 电力线载波通信的研究2.1 电力线载波通信技术要利用电力线进行载波通信，则要克服电力线的衰减和噪声等问题。选择合适的调制方式，是通信可靠性的重要前提。目前几种载波方式以抗噪声的FSK（窄带调制）调制和扩频调制为主要代表。2.1.1 窄带通信技术载波可以表示为 Acos（t）
10、 （21）可见载波有三个参量：幅度A，角频率和相位。因此，分别对A，调制可以实现幅度调制，频率调制和相位调制三种方式。数字频率调制（FM）是利用载波的频率传输信息的，是最常用的一种数字调制方式。FM的最简单的一种方式是二进制移频键控（2FSK）。由于它的抗噪声，抗衰减特性比较好，设备实现并不复杂，所以在一直在很多场合应用。此外，还有MFSK(多进制移频键控)、MSK（最小移频键控）、SFSK（正弦移频键控）。电力线一般采用FSK调制，它是一种非线性调制。它是将数字信号编码分成两个分立的频率。高频对应二进制的“1”，低频对应二进制的“0”。 图212.1.2 扩频通信技术扩展频普通信（Sprea
11、d Spectrum Communication）简称扩频通信，可简单表述如下：它是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信的最小带宽；频带的展宽是通过编码和调制的方法来实现的，并与所传信息数据无关；在接收端则通过相同的扩频码进行相干解调来扩频，恢复所传输的信息数据。扩频通信的理论依据实信息论和抗干扰理论。仙农（Shannon）在其信息论中得到如下有关信道容量的公式：C=Wlog (1 +P/ N) (2-2)。即在信道容量 C和差错率不变的条件下 ,信道带宽 W和信噪比 P/ N是可以互换的 。科捷尔尼科夫在其潜在抗干扰理论中得到如下关于信息传输差错概率为:Pf(P/N)*(W/
12、)。 (2-3)从式 (2-3)可知 :差错概率P 是输入信号与噪声功率比 P/N和信号带宽与信息带宽比W/二者乘积的函数,也就是说,对于传输一定带宽的信息来说信噪比与传输信号带宽是可以互授的。也就是说,增加带宽就可以在较低信噪比的情况下,以相同的质量来可靠地传输信息。换言之,如噪声固定,扩频可降低信号发送功率。扩展到一定程度,信号可在低信噪比条件下传输。在信号被噪声淹没的情况下,只要相应的增加信号带宽,仍然能保持可靠的通信,也就是可以用扩频方法以宽带传输信息来换取信噪比,这就是扩频通信的基本原理。 图22用于军事通信的基本扩频方式主要有直接序列(DSDirect Sequence)、跳频(F
13、HFrequency Hopping)、跳时(THTime Hopping)、线性调频(Chirp),用于电力线通信中的扩频通信方式主要有DS和Chirp两种。(1)直接序列扩频由信源输出的信号是码元持续时间为a的信息流 。伪随机码发生器产生伪随机码(),每一伪随机码的切普 (Chirp)宽度为c .将信息码()与()进行模二相加 ,产生一速率与伪随机码速率相同的扩频序列 ,然后用扩频序列去调制载波 ,这样得到已扩频调制射频信号 ()=()*(),在接收端用与发端同步的伪随机码对接收扩频信号进行相关解扩 ,解扩后进行解调 ,恢复出所传的信息 ,完成对信息的传输。用本地伪随机码()对接收信号进行
14、相关处理，即()与接收信号() ()相乘，当()=()相关器输出()=(),再解调,恢复出传输的信号,相关解扩相当于进行了一次扩频，将干扰信号和噪声的频谱扩展，降低了噪声功率谱密度，使解调器的输入信噪比提高，从而提高了系统的抗干扰能力。直扩系统组成框图见图 23。S ( t )fS ( t )C( t )信源扩频调制PN码振荡器V( t )()解扩解调信宿PN码同步V1( t )图 23直扩系统组成框图直扩系统的主要特点：1）可靠性极高。2）抗干扰能力强。3）抗多经干扰 。直扩技术使用较广 ,有文章分析在基于直扩载波的基础上 ,同时采用短突发帧结构，可克服电力载波通道的脉冲干扰影响；采用自适应均衡技术克服电力载波通道衰减的时变性影响；采用分集接收技术克服电力载波通道的阻抗不稳定的影响。这种直扩系统考虑到电力载波通道的使用情况和可能性 ,信息传送速率设计在 2.4kb/s。但由于该系统设计要求 PN码严格同步 ,且采用了一系列新技术，因此系统比较复杂，成本高。图24（2）跳频载波 (FH)：扩频信号在某一频率通过延续一段时间来代表数据的一位、几位或是一位的一部分。当信号在某一频率上受到干扰时 ，信号就可切换到扩频带宽的其他频率上去，而大大降低了受干扰的程度。 图25（3）Chirp调制：这种方式多用于类似于以太网的 CSMA网络,即其组网采用载波冲突检
