輸電線載波通信技術及其應用畢業論文-wenkub

　

【正文】 投入較低的PLC設備費用，就可以迅速進入通信和網絡市場，為其創造新的利潤。這就使得PLC作為最后一公里解決方案成為可能。由于數字技術和中央處理機的應用，準數字電力載波機提高了整機的性能，同時增加了許多控制功能，如：技術人員可以使用微機通過串口對DSP和中央處理機進行編程，對系統參數進行設置和更改。只提供單工傳輸，載波工作頻率為40～500kHz，外加專用的調制解調器實現數據通信。在這種形勢下，本文描述了輸電線載波通信技術的發展歷程、國內外現狀、發展趨勢、特點、優點、實現的技術難點及其關鍵技術和規范，對PLC技術在互聯網接入、電力配網自動化及遠程自動抄表中的實際應用進行了一定的探索，并將PLC接入方式與其它的一些互聯網接方式進行了比較，為實施配網自動化及用戶遠程抄表作相關準備。同時，由于輸電線載波通信環境惡劣，許多技術問題一直困撓人們。盡管隨著互聯網技術的飛速發展，上網的人數越來越多。它所創造出巨大的經濟和社會效益正日益引起人們的關注。輸電線通信技術，已經有幾十年的發展歷史，在中高壓電力網(35 kV以上)上通過輸電線載波機利用較低的頻率(9～490 kHz)以較低速率傳送遠動數據或話音，就是輸電線通信技術應用的主要形式之一。輸電線載波通信技術及其應用畢業論文目 錄摘 要 ......................................................................iAbstract ...................................................................ii1 引言 ......................................................................12 國內外技術發展現狀及發展趨勢 ..............................................3 輸電線載波通信發展的歷程 ...............................................3 輸電線載波通信發展的背景 ...............................................4 輸電線載波通信技術的發展方向 ...........................................63 輸電線載波通信可行性分析 ..................................................7 低壓輸電線載波信道分析 .................................................7 輸電線的輸入阻抗也會發生較大幅度的改變 .................................7 輸電線載波通信的特點 ..................................................11 高壓載波路由合理，通道建設投資相對較低 ..........................11 傳輸頻帶受限，傳輸容量相對較小 ..................................11 可靠性要求高 ....................................................11 線路噪聲大 ......................................................11 線路阻抗變化大高壓 ..............................................12 線路衰減大且具有時變性 ..........................................12 對外界的干擾 ....................................................13 網絡應用要求更高 ................................................134 輸電線載波通信的特點及主要技術和規范 .....................................14 輸電線通信特點 ........................................................14 輸電線通信的相關技術規范 ..............................................155 基于輸電線載波通信的自動抄表系統設計 .....................................18 基于輸電線載波通信的自動抄表系統設計的必要性、可行性 ..................18 系統優點 ..............................................................20 系統結構 ..............................................................21 自動抄表系統設計中的注意事項 ..........................................22 硬件設計 ..............................................................246 輸電線載波技術存在的問題及發展展望 .......................................39結 論 .....................................................................40結束語 .....................................................................41致 謝 .....................................................................42參考文獻 ...................................................................43 1 引言輸電線載波通信技術(Power Line CommunICation Technology)簡稱PLC，是指利用遍布城鄉的各級高、中、低壓，輸電線作為信息傳輸媒介，在其上構筑高速數據通道，為用戶提供進行高速互聯網訪問、視頻點播、IP電話、遠程數據傳輸等服務，從而形成集數據、語音、視頻及電力在內于一體的“四網合一”的一種通信方式。在低壓(220 V)領域，PLC技術首先用于負荷控制、遠程抄表、配網自動化系統和家居自動化，其傳輸速率一般為1200 bps或更低，稱為低速PLC。利用該技術，不僅可以組成小區配電變壓器供電范圍內的寬帶接入網，而且可以利用遍布家庭各個房間的電源插座組成家庭局域網，作為其他寬帶接入方式的延伸和補充。由于網絡的網速是由帶寬最窄的一段網絡決定最終的速度。其中，最主要的問題在于噪音和信號衰減。2 國內外技術發展現狀及發展趨勢 輸電線載波通信發展的歷程 PLC作為電力系統傳輸信息的一種基本手段，在電力系統通信和遠動控制中得到廣泛應用，經歷了從分立到集成，從功能單一到微機自動控制，從模擬到數字的發展歷程，PLC中的核心——輸電線載波機歷經了模擬輸電線載波機、準數字輸電線載波機、全數字輸電線載波機三個階段。早期的模擬輸電線載波機解決了利用輸電線進行通信的問題，但是它具有模擬通信固有的通信質量差、通信容量小、傳輸速率低等缺點。 目前PLC已經發展到第三代全數字PLC。下表是模擬、數字化(數字式)和全數字輸電線載波機的性能對比：，數字化(數字式)和全數字輸電線載波機的性能對比 輸電線載波通信發展的背景 為適應電力系統內部管理的需要，電力系統內部已經建成以IP技術及ATM技術相結合的管理管理信息網絡。 此外，利用高速PLC提供的電力增值服務為電力公司節省了大筆的費用，這些服務包括遠方自動抄表、需求側管理、負荷控制、實時計費及實現配網自動化系統的接入等。 在最后一公里的解決方案中，PLC能夠充分利用現有的低壓配電網絡，無需任何布線，是一種“No NowWircs”技術，和其他接入方式相比有很多優勢。 4)輸電線入戶率高，覆蓋范圍大，是目前世界上最大的有線數據傳輸網，具有取代目前所有局域通信、光纖網的巨大潛力。 8)遠程自動讀出水、電、氣表數據，為公用事業公司節省大量的抄表費用，也方便了用戶。 11)實現數據、話音、視頻、電力“四網合一” ，創造巨大的經濟和社會效益。包括自動照明控制、消防報警、自動抄表以及數據監控等系統。這樣才能選擇用何種調制解調方式及采用何種通信協議。 由于10KV以上中高壓輸電線信道環境較好，利用10 kV以上中高壓輸電線為信號傳輸通道的輸電線載波電話已經獲得了廣泛使用，對高壓輸電線進行高頻信號傳輸的研究已經非常深入和成熟。研究輸入阻抗，對于提高發送機的效率，增加網絡的輸入功率有重要意義。在理想情況下，當沒有負載時，輸電線相當于一根均勻分布的傳輸線。3. 2 輸入電線的輸入阻抗也會發生較大幅度的改變 由于低壓輸電線輸入阻抗的劇烈變化，使發送機功率放大器的輸出阻抗和接收機的輸入阻抗難以與之保持匹配，因而給電路設計帶來很大的困難。人為干擾則是由連接在輸電線上的用電設備產生的，并對數據通信有更嚴重的影響。在以前的研究中發現，諧波噪聲以交流電頻率(fk)的整數倍出現，因此我們有理由相信干擾也會存在周期性的傾向。由于通常使用的輸電線載波通信設備的工作頻率都在10KHz以上；所以這種干擾必然會對它們的正常工作產生很大的影響。這些高次諧波只存在于工頻的整數倍的頻率內，但是能量較大；且頻率有可能延伸到幾萬赫茲。這種干擾表現為平均功率較小，但是頻譜很寬而且持續存在。這種隨機干擾通常是由于高壓開關的操作、雷電、較大的負荷變化、輸電線路上的短路故障等引起的，往往是能量很大的脈沖干擾或脈沖群干擾，持續時間較短，但是能量很集中，頻譜也很寬。這樣的雷擊過電壓在低壓網絡內傳播時，遇阻抗不同的節點時將發生反射，產生振蕩波，其頻率和傳播速度與電路內的各種參數有關。 上述這些干擾的持續時間較短，從幾十微秒到幾秒不等，強度大小也不等，出現時間也是隨機的，具有限大的不可預測性。出于與信號衰減多變性同樣的原因；低壓輸電線上的干擾也存在多變性。對于一般的用戶，我國采用的是220V交流兩線電。后者是因為干擾在輸電線上的傳播也要遵循高頻信號在輸電線上的傳播特性，會受到輸電線上衰減特性的影響，因而對距離、負載分布等也很敏感。因此高頻信號在低壓輸電線上的傳輸必然存在衰減。這些復雜現象的組合，使信號的衰減隨距離的變化關系變得非常復雜，有可能出現近距離點的衰減比遠距離點還大的現象。有時高頻信號在工頻電源的某個相位范圍內會發生較大的衰減變化。除此之外；開關電源會向輸電線上施放大量高頻干擾，從而影響通信系統的工作。同時，信號傳輸距離對信號衰減程度也起著決定性的影響，隨著距離的增加；衰減會迅速地增加。 輸電線載波通信的特點 高壓載波路由合理，通道建設投資相對較低 高壓輸電線路的路由走向沿著終端站到樞紐站，再到調度所，正是電力調度通信所要求的合理路由，并且載波通道建設只需結合加工設備的投入而無須考慮線路投資，因此當之無愧成為電力通信的基本通信方式，尤其在邊遠地區更是這樣。，傳輸容量相對較小 在高壓電網中，一般考慮到工頻諧波及無線電發射干擾，輸電線載波的通信頻帶限制于40～500kHz之內，按照單方向占用4kHz帶寬計算，理想情況下一條線路可安排115條高頻載波通道。在10kV中壓配電網和低壓用戶配電網中，除了新上的載波信號之外，不存在其它高頻信號，并且一般為多址傳輸，因此通道容量問題并不突出。 線路噪聲大 輸電線路作為通信媒介帶來的噪聲干擾遠比電信線路大得多，在高壓輸電線路上，游離放電電暈、開關操作等產生的噪聲比較大，尤其是突發噪聲具有較高的電平。低壓電力載波通道的噪聲有背景噪聲、脈沖噪聲、同步和非同步噪聲及無線電廣播的干擾等構成。 線路阻抗變化大高壓 輸電線阻抗一般為300～400Q，在線路上呈波動狀態，現場實測表明，在波動幅度達到l/2左右時，對載波通道衰減將產生嚴重的影響。工頻運行方式的改變、線路換位、其它載波機帶外亂真發射、載波通道間的串擾、線路分支線的長短以及絕緣子污穢、刮強風、下小雨、線路冰凌及阻波器調諧線圈性能等多種因素會對載波通道的衰減產生影響。 對外界的干擾 由于高壓輸電線載波頻段限制在40～500kHz，只要控制載波機的諧波和交調亂真發射功率足夠小，即可避免對外界的干擾。以往的輸電線載波機主要靠自動盤和音轉接口實現小范圍的聯網，而將載波機與調度機協同考慮，實現載波機協同變電站調度機的組網應用以及適當設置能夠與通信網監測系統連接的數據采集變送器應當是我們近幾年考慮的問題。 早在1992年國際標準化組織ISO就對輸電線數據系統作過說明。數據包均由啟始頭文件引導。低速率數據傳輸一般用于范圍小、數據采集量少的場合，如電表、水表的抄表系統。傳輸信號的零到零帶寬從140kHz到400kHz。在全數字PLC中，可以采用當前流行的語音壓縮編碼技術，對語音信號經過壓縮編碼，降低輸入信號的冗余，提高了頻帶利用率；