电力载波通信电路文献综述

电力载波通信电路 1 课题研究的意义 1.1 电力载波通信的意义 电力线载波通信是电力系统通信专网特有的一种通信方式。它以电力线为信道，以变电站，发电厂为终端，特别适合于电力调度通信的需要，而且电力线载波通信系统具有投资少，施工期短，设备简单，通信安全，实时性好，无中继，距离长等一系列优点。目前我国 110KV 以上电力线载波通信电路已超过 65 万话路公里 4。 1.2 电力载波通信的发展前景 在以数字微波通信、卫星通信为主干线的覆盖全国的电力通信网络已初步形成、多种通信手段竟相发展的今天，电力线载波通信仍然是 地区网、省网乃至网局网的主要通信手段之一，仍是电力系统应用区域最广泛的通信方式，仍是电力通信网的重要的基本通信手段 。 从理论研究，到运行实践，我们都取得了可喜的成效。 (1) 电力线载波无论是在所具有的规模范围、装机数量还是在从事人员数量上，都是空前的。在应用上，上至 500KV 线路，下至 35KV 乃至 10KV 线路，都开通了电力线载波机。到 “ 八五 ” 初期，全国 110KV 及以上电力线载波话路公里数目前已达 65 万。电力线载波名附其实地成为电力系统应用最为广泛的通信手段。 (2) 电力线载波通信综合业务能力有 了很大的发展，由过去单独的调度电话业务发展到为开放电话、远动、传真、保护、计算机信息等综合业务。如葛沪 500KV 直流输电系统中，两换流站的运行数据的控制信息通过长达 1053Km 的载波电路传送，实现了两站间的相互自动控制。 (3) 载波技术装备水平有了很大提高，从五六十年代双边带电子管 ZDD-I/2、 ZS-3等发展到今天的 ESB500、 ZDD-27/36 等全集成化单边带载波机，并推出了数字式载波机。在一些重大工程中还陆续引进了一些具有国际先进水平的载波设备，解决了实际应用中一些国产机暂时无法解决的问题 ，也为国产机的改进和提高提供了可贵的借鉴。 (4) 理论研究成果卓著。如在频谱管理上，采用了图论、地图色理论和计算机技术，提出了分段设计、频谱分组、电网分段或分区、频率重复使用等，并开发出了软件包，可实现用计算机进行设备管理、频率管理、新通道设计和旧通道改造、插空安排设备等。为适应现代通信技术的发展，数字式电力线载波机的开发研制也取得了实质性的进展。此外，传输理论、组网技术等方面的研究也不断有新的进展 1。 2 课题设计的主题 这次设计的主要目的是设计相应的电力线发送，接收耦合电路，滤波器以及自动增益控制电路系统。电力线载波通信系统分为接收通道和发送通道两部分。接收通道通过耦合电路，接收来自电力线的载波信号。信号经滤波、放大后，被送到芯片进行解扩频。发送通道则把调相信号（扩频信号）经过驱动放大，送入耦合电路，耦合到电力线上。 2.1 载波频率分配使用中的问题 我国电力线载波频率使用范围为 40 500KHZ，载波频带带宽为 4KHZ，所以在整个载波频率范围内只能不重复安排 57 套载波机；而我们要使用的载波机要远大于这个数目。实际上，即使在这个频段内的频率，要完全利用也非常困难。在低频段，存在着阻波器制作上的困 难；高频段，易受广播信号的干扰，而且还要考虑线路对信号衰减的不均匀性等因素。而我们在对这有限的频率安排使用上，可以说不少地方做得并不好，造成了一方面是频谱紧张，一方面又浪费频率资源。 (1) 在频率的安排上 ,有些地区安排频率带有很大的随意性 ， 没有长远的计划，以致于干扰严重，不断改频；有些则只注意本地区频率规划，结果即影响了别人，又影响了自己。甚至一些上级频率主管部门，对频率的管理也不够重视，在分配频率时也没有严肃认真的科学态度和科学的方法。 (2) 没有全局观念、统筹意识，往往就事论事，就频率考虑频 率。如现在比较普遍的情况是高频保护占据单独一相 (A 相 )；如果改为与载波复用，则可节省下保护占用的频带。再有，现在的通信网络结构一般是点对点结构，通道占用多，利用率低，如改组成调度程控交换网，也可节省通道，并能达到灵活、可靠的效果 6、 7。 随着通信技术的不断发展，国内外开始考虑使用基于 FSK 的窄带电力线载波通信方式，并开发了一个在此原理上的双机串行演示系统。 FSK 的抗干扰性和抗衰减性，使通信能顺利进行。这次设计主要针对电力线模型中的干扰特性和衰减特性，讨论电力线衰减特性的测试方法，寻求克服衰减和干扰的 几种途径 3。 2.2 耦合电路的设计 耦合电路的设计目的是 为了利用电力线实现可靠的载波通信， 其 分析与设计是问题的关键。其难点在于：一方面，要求载波信号的加载效率高；另一方面，要求电力网 50Hz的工频信号不能给载波通信系统带来太大的干扰。设计了一个能有效减小低压电力线的低阻抗影响的功率匹配和增益平衡电路，用来将信号耦合到电力线上，其传输频带为0.1MHz-30.0MHz。该设计的首要目的是实现网络信号的最大功率传输。 该电路在设计须考虑 220V 线路侧的阻抗特性， T100 为信号耦合变压器， 220V 线路侧阻抗一 般取 30 欧左右。然后确定线圈初级的匝数比或阻抗比。最后设计功率放大器的输出匹配电阻。 输入通道应接一个浪涌保护二极管 5KP18C，经电阻隔离后接二极管箝位电路输出给前级滤波电路。由于电力线上负载发生变化时，电力线会产生较大噪声甚至幅值很大的尖峰脉冲，该脉冲经耦合后，会给后级电路带来较大危害。因此加入一个浪涌保护二极管后，可以很好的滤除这种噪声，保护后级电路 5。 滤波器的功能是将耦合电路送来的载波信号做滤波处理，在滤除带外杂波信号的同时，保证前后级的阻抗匹配，以达到顺利传递本级信号的目的。由于主晶振的工作 频率不同，载频也不同；调制的周波数不同时，带宽也不同。因此设计滤波器的时候，必须考虑系统工作的实际参数 7。 2.3 AGC 的设计 自动增益控制电路习惯上称为 AGC.对于接收机来说 ,收到的外来信号场强并非恒定不变 ,为了保证接收机终端得到相同的电压 ,通常采用改变放大器增益来实现 .AGC 电路就能够在信号场强变化情况下 ,保证接收机的输出电压基本不变。 AGC 电路的作用是 ,当输出信号电压变化很大时 ,保持接收机输出电压几乎不变。高频放大器和中频放大器是直接受控的增益可控的放大器 .高频放大器和中频放大器是 AGC 控制环路 的对象 .检波器 ,低通滤波器和直流放大器组成反馈控制器。 为了将滤波器输出的 mV 级信号放大 40dB 左右，需要特别注意的是小信号的不失真放大。由于系统输出的信号问 DPSK 调制信号，因此前后码元的相对相位信息不能出错。因此需保证放大器不会因饱和失真导致前后码元相对相位错位。 AGC 主要完成小信号的放大，需额外注意电路本身的噪声干扰不能过大。同时为了保证输入信号幅值过大时，放大器不会饱和失真，此级应该具有自动增益控制能力 3。 3 EWB 的使用介绍 EWB 的使用， Electronics Work bench(简称 EWB)，中文又称电子工程师仿真工作室。该软件是加拿大交换图像技术有限公司在 90 年代初推出的 EDA 软件。而在国内应用 EWB软件，却是近几年的事。目前应用较普遍的 EWB 软件是在 Windows95/98 环境下工作的Electronics Work bench5.12(简称 EWB5.12)，该公司近期又推出了最新电子电路设计仿真软件 EWB6.0 版本。 在众多的应用于计算机上的电路模拟 EDA 软件中， EWB5.12 软件就像一个方便的实验室。相对其它 EDA 软件而言，它是一个只有几兆的小巧 EDA 软件。而且功能也较单一、似乎 不太可能成为主流的 EDA 软件形象，也就是用于进行模拟电路和数字电路的混合仿真。 电子工作平台的设计试验工作区好像一块 面包板 ，在上面可建立各种电路进行仿真实验。电子工作平台的器件库可为用户提供 350 多种常用模拟和数字器件， 设计和试验时可任意调用。虚拟器件在仿真时可设定为理想模式和实模式，有的虚拟器件还可直观显示，如发光二极管可以发出红绿蓝光，逻辑探头像逻辑笔那样可直接显示电路节点的高低电平，继电器和开关的触点可以分合动作，熔断器可以烧断，灯泡可以烧毁，蜂鸣器可以发出不同音调的声音，电位器的触点可以按比例 移动改变阻值。电子工作平台的虚拟仪器库存放着数字电流表、数字电压表、数字万用表、双通道 1000MHz 数字存储示波器、 999MHz数字函数发生器、可直接显示电路频率响应的波特图仪、 16 路数字信号逻辑分析仪、 16位数字信号发生器等，这些虚拟仪器随时可以拖放到工作区对电路进行测试，并直接显示有关数据或波形。电子工作平台还具有强大的分析功能， 可进行直流工作点分析， 暂态和稳态分析，高版本的 EWB 还可以进行傅立叶变换分析、噪声及失真度分析、零极点和蒙特卡罗等多项分析 12。 4 总结 综上所述 ，这次设计主要设 计相应的电力线发送、接收耦合电路及自动增益放大电路。利用 EDA 仿真工具测试验证设计方案。以上的文献综述也是基于此而论述的，对于这次设计的完成有具体的参考作用。 5 参考文献 1 王赞基，郭静波，等 .电力线扩频载波通信技术及其应用 .哈尔滨工业出版社， 2000 年 4 月 2 陆春荣 .通信原理与技术 .上海大学出版社， 1989 年八月 3 赵云峰 .低压电力线噪声分析与建模 .中国人民出版社， 2005 4 曹宁，胡宏莽，等 .电网通信技术 .中国水利水电出版社， 2003 5 陈淑荣 .电力通信网计算机监测系统 .中国电力出版社， 1995 6 卢武彬 .电力系统通信网信号系统和接口技术 .中国电力出版社， 1997 年十月 7 王金保，王治平，等 .电力线载波机及电力线载波通道测试技术 .中国电力出版社， 1995 8 陈维纤 .电力线载波通信 .水利电力出版社， 1989 9 谢飞，熊力翔，等 .低压电力网载波通信 .电子技术应用， 1998 10 马学文 ， 朱名日 ，等 .X10 在智能家居应用中干扰问题的研究 .今日电子，