PLC（電力線載波通訊）性能仿真檢測(cè)

楊艷 劉于超 高陽

摘 要：通過對(duì)用電信息采集設(shè)備采集方式、檢測(cè)流程和方法進(jìn)行分析研究，模擬采集系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工況，搭建采集設(shè)備載波芯片性能試驗(yàn)裝置，對(duì)入網(wǎng)采集設(shè)備載波芯片性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。通過文章的分析，希望對(duì)相關(guān)工作起到借鑒的作用。

關(guān)鍵詞：電力線；載波；采集設(shè)備；性能測(cè)試

引言

低壓電力線載波抄表系統(tǒng)是低壓電網(wǎng)通訊的一種重要應(yīng)用。由于低壓電網(wǎng)線路的阻抗變化和噪聲干擾十分復(fù)雜，常常使得抄表系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的抄收成功率很低。因此，通過對(duì)用電信息采集設(shè)備采集方式、檢測(cè)流程和方法進(jìn)行研究，在相對(duì)理想的檢測(cè)環(huán)境下對(duì)入網(wǎng)采集設(shè)備載波性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1 總體設(shè)計(jì)方案

1.1 采集系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)分析

目前，全國(guó)范圍內(nèi)的居民客戶用電信息采集主要采用集中器實(shí)現(xiàn)，集中器通過上行信道與抄表主站通信，通過下行信道抄讀下面掛載的各種表計(jì)。目前集中器的上行傳輸方式主要選用光纖專網(wǎng)、GPRS/CDMA/3G無線公網(wǎng)；下行傳輸方式主要采用RS485通信、電力線載波、微功率無線網(wǎng)絡(luò)等方式。

1.2 總體設(shè)計(jì)方案

為模擬采集系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行工況，項(xiàng)目組對(duì)以上所采用的方案進(jìn)行分析，簡(jiǎn)化得出采集系統(tǒng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，按照此結(jié)構(gòu)進(jìn)行電力線載波通訊性能仿真模塊設(shè)計(jì)。電力線載波通訊性能仿真模塊總體采用模塊化設(shè)計(jì)，總體設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)如圖1總體設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)圖所示。

圖1 總體設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)圖

2 PLC（電力線載波通訊）性能仿真檢測(cè)

載波信號(hào)的傳輸介質(zhì)是低壓電力線，電力線中存在載波信號(hào)干擾、噪聲干擾、衰減、阻抗變化、信號(hào)畸變等影響，造成電力線載波通信難以實(shí)現(xiàn)100%的通訊成功率。為了衡量不同廠商集中器載波通訊的質(zhì)量，文章分析了低壓電力線的仿真模型，提出采用模塊化設(shè)計(jì)仿真模擬各種現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況，在同一測(cè)試平臺(tái)下對(duì)集中器的載波通訊性能進(jìn)行綜合評(píng)判，具體設(shè)計(jì)思路及方案如下：

2.1 電力線長(zhǎng)度仿真模塊

2.1.1 線路長(zhǎng)度電路模型

低壓電力線是一種分布參數(shù)電路，電流在導(dǎo)線的電阻中引起了沿線的電壓降，同時(shí)又在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生了變動(dòng)的磁場(chǎng)，這個(gè)變動(dòng)的磁場(chǎng)沿著全線產(chǎn)生感應(yīng)電壓。導(dǎo)線間的電壓是沿線連續(xù)改變的，同時(shí)由于這對(duì)導(dǎo)線構(gòu)成了電容，兩線間就存在位移電流，頻率較高時(shí)不可忽略；同時(shí)電壓變化時(shí)，漏電流也不容忽視。這樣在沿線不同的地方，電流不同，在此所做的模型是把傳輸線看作一系列集總元件所構(gòu)成的一種極限。電路的參數(shù)則認(rèn)為是沿線分布的。

2.1.2 線路長(zhǎng)度仿真模塊

一般情況下，一個(gè)臺(tái)變下的電力線長(zhǎng)度大約在1公里至2公里之間，根據(jù)線路長(zhǎng)度電路模型得到的低壓電力均勻傳輸線方程以及實(shí)際線路的測(cè)試，設(shè)計(jì)了低壓電力線長(zhǎng)度仿真模塊，該模塊可以在實(shí)驗(yàn)室條件實(shí)現(xiàn)電力線長(zhǎng)度的仿真。仿真模塊分為1米，500米，1000米，1500米，2000米基本模塊，配合自動(dòng)切換設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)低壓電力線長(zhǎng)度的仿真檢測(cè)。

2.2 載波衰減仿真模塊

載波衰減主要由線路分支、線路介質(zhì)、線路年限、線路長(zhǎng)度等對(duì)載波信號(hào)的消弱和反射。衰減特性主要表現(xiàn)在線路長(zhǎng)度、線路正反向傳輸、載波信號(hào)過零點(diǎn)與峰點(diǎn)傳輸衰減、變壓器相間傳輸?shù)葞讉€(gè)方面。為了模擬衰減量，本設(shè)計(jì)采用載波衰減器來仿真線路對(duì)載波信號(hào)的衰減，衰減器在電力線載波固定的頻率范圍內(nèi)，引入一預(yù)定衰減的電路，以所引入衰減的dB值及其特性阻抗來標(biāo)識(shí)。衰減器原理如下圖所示：

圖2 衰減器原理圖

根據(jù)此簡(jiǎn)化原理圖，載波輸出輸入電壓比為：

換算為分貝值為：

，其中？棕=2？仔f。如果載波頻率一定，選用不同的電感或電容，就可確定此時(shí)衰減器的基本設(shè)計(jì)參數(shù)，從而得出衰減的分貝值。

本衰減載波模塊設(shè)計(jì)中采用額定衰減dB+0dB、25dB、50dB、75dB和100dB可調(diào)設(shè)計(jì)，在不同載波芯片額定衰減值下，通過調(diào)整以上四種衰減值對(duì)載波通訊效果、載波模塊的帶載能力進(jìn)行評(píng)判。

2.3 電源電壓影響模塊

根據(jù)集中器技術(shù)規(guī)范要求，集中器工作電源允許偏差-20%～+20%。本設(shè)計(jì)主要測(cè)試在不同工作電源下集中器的載波抄表成功率。同時(shí)借助調(diào)壓器將實(shí)驗(yàn)設(shè)備電源與外部電源隔離，防止測(cè)試過程中受外界干擾。電壓變化范圍為AC220V±20%，即評(píng)價(jià)AC176～AC264V范圍內(nèi)的載波抄表成功率。

2.4 電力線干擾仿真模塊

2.4.1 電力線干擾源分析

電力線上存在的復(fù)雜干擾可分為自然干擾和人為干擾。自然干擾如雷電引起的干擾，這種干擾將影響瞬間的電力線數(shù)據(jù)通訊。但可通過數(shù)據(jù)自動(dòng)重發(fā)機(jī)制和糾錯(cuò)機(jī)制有效地避免此類干擾對(duì)數(shù)據(jù)通訊的影響。人為干擾則是由連接在電力線上的用電設(shè)備產(chǎn)生的，對(duì)PLC數(shù)據(jù)通訊有嚴(yán)重的影響，不僅會(huì)造成信號(hào)誤碼率高，使得接受裝置無法正確接受；另外，它還有可能使接收設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生自干擾，嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。

2.4.2 電力線干擾仿真實(shí)現(xiàn)。根據(jù)對(duì)電力線干擾源的分析，采用信號(hào)發(fā)射器仿真各種家用電器產(chǎn)生的周期性的干擾、時(shí)不變的連續(xù)干擾和隨機(jī)產(chǎn)生的突發(fā)性干擾，再通過信號(hào)耦合裝置將產(chǎn)生的仿真干擾波形耦合到測(cè)試的電力線信道中，達(dá)到仿真測(cè)試不同干擾環(huán)境下載波抄表成功率。也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況，繪制各種干擾波形耦合到測(cè)試線路中，在室內(nèi)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)干擾情況進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，分析數(shù)據(jù)抄讀不成功的原因，為下步地治理提供參考。

3 結(jié)束語

采集設(shè)備載波性能檢測(cè)裝置對(duì)于采集設(shè)備的質(zhì)量有著舉足輕重的作用，PLC（電力線載波通訊）性能仿真檢測(cè)為采集設(shè)備的采購(gòu)、載波芯片的確定、供貨采集設(shè)備規(guī)約一致性的評(píng)判提供了參考依據(jù)，提高了新購(gòu)采集設(shè)備的質(zhì)量和檢測(cè)效率。

參考文獻(xiàn)

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