宽带载波通信技术培训--供电公司内部培训ppt课件

1、低压电力线载波通信,1,目 录,用电信息采集系统介绍,1,3,鼎信载波通信技术,2,低压电力线载波技术介绍,现场台区应用,4,5,厂家之间的配合,用电信息采集系统介绍,1,智能电网,-当今社会，人们的生活、工作时时离不开电网，需要一个安全可靠的电力系统，用电信息采集系统为电网的管理提供了详细、准确的数据支持; -一户一表制正在逐步推行，同时城市高层建筑的增多，都给目前人工抄表工作带来了困难，所以用电信息采集系统的建设迫切需要可靠的、低维护的智能抄表方式来提高用电管理水平。,用电信息采集系统框架,“建设坚强的智能电网” -远程自动抄表 -保证抄表数据准确性 -远程断、送点及预购电控制 -用电数据

2、统计 -个性化服务,主要通信技术方案,目前用电信息采集系统本地通信技术方案以低压电力线载波、微功率无线、RS485总线和光纤为代表，各自都具备优缺点。,低压电力线载波发展历程,1883年，爱德华戴维提出用遥控电表来监测伦敦无人点的电压等级,1930年，西门子公司在德国波兹坦建立了低压配电网和传输媒介的波纹载波系统,20世纪20年代，国外开始对低压电力线载波通信技术进行研究,1958年至1959年间，美国德克萨斯元件公司的Robert Noyce最早发明了电力线载波通信集成电路,1971年，Intel公司的Ted Hoffl发明了电力线载波通信集成电路,至今,20世纪90年代,国内外都开始重点研

3、究：低压电力线载波通信原理、低压电力线通信信道特性、低压电力线载波调制技术、通信协议的研究和创新、电力载波通信芯片的研制、现场测试和验证等,1997年，中国电力科学研究院开始对我国低压配电网传输特性和参数进行测试和分析,2000年左右，国家电力总公司颁布了关于电力线载波集中抄表技术的若干技术条件,2003年开始，电力线载波抄表的应用进入快速增长的阶段，多家企业载波芯片进入市场,20世纪80年代，多家企业开始研发可现场运行的低压电力线载波芯片,2,低压电力线载波技术介绍,低压电力线载波通信,“要设计一个能在预定环境下良好工作的通信系统，首先必须对系统的通信 环境即信道有全面细致的了解。” -低压

4、电力线本身是为用电设备传送电能设计的，并不是为通信设计，因此其 信道特性在很多方面难以直接满足载波通信的要求； -研究表明低压电力线信道虽然环境恶劣，存在阻抗匹配性差、噪声干扰不可 预测、信号衰减强烈、信道特性时变性高等特点，但仍存在一定的规律性； -低压电力线信道特性主要需考察“噪声、阻抗、衰减”这三个基本参数，三 者将直接决定低压电力线载波通信方案的通信性能； -使用三维和二维相结合的分析方法更加直观的了解 上述三个基本参数的不同频率分量随时间变化的变化 关系； -大量收集现场数据，总结出上述三个基本参数的一 般规律。,噪声分析,黑色为过零点时刻,红色为峰值时刻,黑色为421kHz,绿色为

5、280kHz,红色为130kHz,蓝色为80kHz,-低压电力线噪声主要由于低压电力线上连接着众多的用电设备，每种用电设备都对低压电力线有不同程度的噪声污染，特别是一些开关电源设备、非线性用电设备和大功率变频设备等；,此处有变频水泵在工作,现场噪声谱,此处有电动车充电器在工作,黑色为过零点时刻,红色为峰值时刻,黑色为421kHz,绿色为280kHz,红色为130kHz,蓝色为80kHz,噪声分析结论,-目前很多用电器都有周期性切入电网的规律，并且 在交流市电过零时刻左右切出电网； -交流市电过零时刻噪声强度一般小于非过零时刻 噪声强度； -中频噪声强度相对于低频噪声强度一般较弱。,低压电网中的

6、噪声几乎完全来源于用电器，部分来源于空间噪声串扰。其中噪声的类型由用电器的功能电路决定，而什么时候会对低压电网产生影响则与用电器的接口电路密切相关。,阻抗分析,黑色为过零点时刻,红色为峰值时刻,黑色为421kHz,绿色为280kHz,红色为130kHz,蓝色为80kHz,-低压电力线上负载众多，而且负载是随机的接入和切出，各家家用电器的使用类别不同，电动机类型的启动和停用不同等，都会使得低压电力线阻抗不是静态的；,现场表端阻抗情况,阻抗分析结论,低压电网中的阻抗完全取决于用电器，其中阻抗的类型由用电器的功能电路决定，而变化规律则由用电器的接口电路所决定。,-同样由于用电器有周期性切入电网的规律

7、，阻抗也随之 周期性变化； -没有严格随频率增加/减小，阻抗就增加/减小的规律； -变化范围大，最小时会小于1欧姆；目前现场只发现感 性阻抗。,衰减分析,黑色为过零点时刻,红色为峰值时刻,黑色为421kHz,绿色为280kHz,红色为130kHz,蓝色为80kHz,-低压电力线上并联的许多负载对信号衰减影响很大，例如用于调整电网功率因数的大电容，对于几百kHz的载波信号相当于短路；,10m距离,衰减分析结论,低压电网中的衰减由用电器、距离和线路布线共同决定。,-衰减影响主要取决于线路布线，分支越多衰减越大； -没有严格随频率增加/减小，衰减就增加/减小的规律； -存在反射、驻波等复杂现象，使信

8、号衰减存在突然跌 落或增加。,低压电力线载波通信技术,低压电力线载波通信是利用传输工频电能的低压电力线作为传输信道的通信 方式，是电力线特有的通信方式。,发送时，利用调制技术将数据进行调制，然后在低压电力线上传输； 接收时，先经滤波将带外噪声滤除，再解调，即可得到原始数据。 目前主流采用以下调制方式： -PSK 指通过改变载波信号的相位值来表示数字信号1/0 ； -FSK 指通过改变载波信号的频率值来表示数字信号1/0 ； -扩频指将已调制信号的频谱带宽扩展的更宽； -OFDM指正交频分复用技术，多子载波调制的一种。,调制方式对比,根据载波带宽，低压电力线载波通信(PLC)技术可以分为宽带PL

9、C和窄带PLC。 -窄带PLC目前主要包括三种调制方式：PSK+扩频调制方式；FSK+扩频调制方式；OFDM调制。,根据载波通信时间，低压电力线载波通信(PLC)技术可以分为持续发送PLC和过零发送PLC。 -持续发送PLC是指载波信号持续发送； -过零发送PLC是指载波信号只在交流电电压过零前后时间段内发送。,通信时间分类,三相电,载波信号,通信时间对比,对漏电保护器影响,载波通信,漏电流影响 -漏电流超出额定漏电动作电流； -施加超出额定漏电动作电流的漏电流时间超过极限不动作时间； 电磁干扰影响 -漏保本身是由电子元器件组成，所以都需通过低压电器基本实验方法GB998-82规定的抗电磁干扰

10、性能标准； -低压电力线上的噪声干扰复杂多变，连接在低压电力线上的众多用电设备，都会对电网有不同程度的噪声污染，尤其脉冲噪声干扰。,针对漏电流影响,-载波通信在交流电电压过零的微分时间段内进行，在非过零时间段内载波信号不发送，载波信号由对地寄生电容泄漏入地的漏电流将无法持续出现。,针对电磁干扰影响,-载波信号发送时长为交流电电压过零的这段时间，即载波信号对漏保干扰的时长也等于这段时间，再结合路由的合理调用，则可完全避免漏保连续收到10ms以上的载波信号干扰 。,路由模式对比,根据路由工作模式，低压电力线载波通信(PLC)技术可以分为集中式路由和分布式路由。 -集中式路由是主从式通信方式； -分

11、布式路由是对等式或准对等式通信方式。,国内载波技术应用现状,各网省公司根据自己的实际情况，形成了两种主要形式的低压集抄系统 全载波模式(载波表模式) -系统组成为集中器、载波表；集中器和载波载波表间使用低压电力线作为通 信媒介； -建设规模较大的有黑龙江、华北、湖南和天 津等网省公司； -方便施工队台区改造； 半载波模式(采集器模式) -系统组成为集中器、采集器和485表；集中器和采集器间使用低压电力线作 为通信媒介，采集器和485表间使用 485线作为通信媒介； -主要在浙江、上海、江苏、云南和 安徽等网省公司； -方便兼容过去存在的485表。、。,主要载波系统方案,在低压电力线载波技术发展

12、的这么多年里，较早有美国的Intellon和国家半导体公司都曾推出专用芯片，但在经过国内环境的试运行后很多都已经销声匿迹了。目前国内主流的低压电力载波系统方案厂家大致有北京福星晓程、 深圳瑞斯康、青岛东软和青岛鼎信，同时小量应用的有上海弥亚微和深圳力合微。,目 录,3,鼎信载波通信技术,鼎信载波通信技术,青岛鼎信通讯有限公司在充分结合低压电力线信道特性和行业需求下选择了调频BFSK、扩频和跳时这三种调制方式相结合的组合调制方式。 -载波中心频点421kHz，连续相位调制 -工频同步过零点前后共3.3ms微分时间段内传输载波信号 -扩频技术+小波变换等技术，高效去除解调后的噪声分量,应对噪声的性

13、能,载波信号,-避开噪声大的时间段，即交流市电电压峰值时刻 -避开噪声大的频率段，即低频段 -优秀的调制解调技术，使很小的载波信号依然能从噪声中解析出来,应对阻抗的性能,输入阻抗高：有效阻隔了低频分量的干扰和能量冲击 输出阻抗低：应对低压电力线可能出现低阻抗的情况，保证载波信号正常发送 安全隔离性：将电路板的强电部分与弱电部分完全隔离，保证系统的安全性 无功损耗低：前端电容设计的大，降低整个通信模块的无功损耗,鼎信低压电力线载波通信技术在完成电能信息采集功能的同时，还衍伸出各种技术应用 三相并发 -避免三相交流市电物理信道资源和过零通信时间资源的浪费； 相位识别 -准确识别电能表自身供电相位是

14、交流电的A相、B相还是C相； 节点侦听 -记录其他节点的通信信息； 信号强度 -准确判断载波信号的强度等级； 主动注册 -主动将电能表信息提供给集中器； 网络拓扑 -根据采集信息可绘制出台区网络拓扑图。,鼎信载波技术应用,三相发送,台区A,传统载波信号发送方式 -一般是交流市电三相轮流发送载波信号； -交流市电三个物理信道每次通信必然有两个信道处于空闲状态； -三相轮流发送造成总通信时间必然很长。 三相并发的载波信号发送方式 -利用过零同步技术，通信过程无限时间同步，一个台区的低压电力线载波通信系统具备相同的同步基准； -三相交流市电每个物理信道上的时间基准相隔3.3ms，三相交流市电按照各自

15、的时间基准并发载波信号； -交流市电三个物理信道可同时 处于通信状态； -三相并发能将整个台区按相位 划分成三个部分分别进行用电 信息采集，总通信时间缩短。,相位识别,电能表载波通信模块根据集中器载波通信模块下发命令的相位，以及自身供 电情况对比，即可准确区分自身供电相位是交流电的A相、B相还是C相 -采用过零发送载波信号方式的低压电力线载波通信方式即可以根据命令过零 时间与自身供电过零时间进行比对，由此准确区分供电相位； -有利于供电局统计交流电各相用电情况，有效管理三相用电平衡； -可告知路由当前通信相位是否不同，优化路由路径，提高载波通信速度。,相位识别,台区A,C相表,A相表,B相表,

16、节点侦听,-任何载波节点都可以记录各相电上的其他节点(子节点、兄弟节点、父节点、主节点) 的通信信息，包括侦听到的次数、信号强度值、中继级别和侦听到的主/从节点地址; -自身中继级别由主节点对本节点的直接通信获得; -主节点能读取节点的侦听数据，根据侦听数据所有内容，建立节点相对物理位置信息，路由算法根据通信成败情况，将优化更新路由，选择最合理的路径进行通信。,信号强度,强度0,强度15,强度0,强度15,-各从节点侦听周围各节点发送的载波信号，由硬件电路获取信号准确的强度等级，强度等级按对数共分15级； -硬件电路对极大信号和极小信号区分处理，避免同一分级标准对相差很大的信号产生判断失准；

17、-信号强度将随时间推移不断更新，以提高信号强度值与节点距离的相关度。,主动注册,根据注册机制电能表载波模块主动将电能表信息提供给集中器 -电能表主动注册可作为路由学习使用，能有效缩短路由学习时间； -电能表信号包括电能表地址、电能表规约等信息； -直接注册，集中器发起注册命令； -中继注册，载波表发起注册命令； -解决供电部门漏抄电能表问题。,台区拓扑图,树状结构图,-根据电网树型结构的特点，读取路由存储的各电能表相对物理位置信息，由软件自动绘制出台区网络拓扑图。 -路由也可根据这张网络拓扑图避免不稳定的网络形成不确定的路径。,新型采集方式,线路,N,线路,1,线路,2,线路,3,由于现场情况

18、无法预知，总会存在难以抄到的表，新系统设计的新型采集方式就是为了适应恶劣通信情况 -新型采集方式无需组织路径，由收到命令的从节点根据指示自动传递命令/响应； -不需要了解实时的网络情况； -转发级别和转发模块是可控的； -命令和响应都是一级级的转发，但从节点接收到的命令所转发的级数和主节点接收到的响应所转发的级数并不一定一样； 采用新型采集方式，结合主节点的控制，系统通信能力大大提高。,鼎信采集器在发挥鼎信载波技术优势的同时还具备一些新特点 支持一对多通信 -最多可管理32个485表； 无需额外设置采集器地址 -采集器本身没有载波通信地址，集中器与采集器下所接485电能表直接用485表的表地址

19、即可完成通信，操作方式等同于载波电能表； 无需额外增加数据管理流程 -当命令经过采集器与485表完成通信后，采集器自动记录本次通信成功485表的表地址； -载波芯片和采集器MCU之间采用9600bps波特率进行通信，通信 规约支持DL/T645-1997和DL/T645-2007，具体协议由集中器根 据实际安装的485表选择； -台区归属记录功能 24小时没有接收到本台区通信命令，采集器将自动清除台区归属信 息。,鼎信采集器新特点,自动搜表功能,鼎信采集器支持自动获取表号功能 -上电或复位后自动通过DL/T645通配符（AAH）缩位读取485表的表地址，此命令自适应波特率和通信规约； -自动搜

20、表过程具备排除多表同时回复冲突机制，并且不影响正常抄表过程； -为电能量采集与管理自动化主动登录电能表提供有力支持，新增和撤销电能表简单，无需人工干预。,自动聚类功能,鼎信采集器可完成在集中器路由档案中自动聚类的功能 -无需额外设置采集器管理的485表档案； -集中器抄读过程中获知是某从节点是采集器后，可直接读取采集器下其他所有485表的表地址，从而实现采集器下485表在集中器路由档案中的自动“聚类”； -方便优化中继路由，有效缩短路由学习时间； -为营销管理提供一致性的可靠依据。,目 录,4,现场台区应用,4,现场台区应用(一),台区类型：农村 台区特点：一般为单相供电，台区半径大，线路较为

21、陈旧，且台区噪声干扰较小 应用概述：馈网性能好的载波方案应用效果 更好，其中鼎信载波方案通信距离可达2km。,台区类型：城乡结合部 台区特点：一般用电较为混乱且布线分支较多，载波通信衰减较大，用电设备类型陈旧 应用概述：用电设备无滤波电路使噪声一般集中在交流电峰值时刻且过零时刻阻抗较稳定，所以应用过零通信的载波方案应用效果更好。,现场台区应用(二),台区类型：旧居民小区 台区特点：用电类型多且复杂，以架空线布线居多且电能表布置较为集中 应用概述：电能表集中则有较好阻抗匹配设计的载波方案通信能力更好，避开噪声干扰的载波方案通信能力更好。,台区类型：高层居民小区 台区特点：用电类型多但一般有滤波保

22、护电路，以地缆布线居多，台区半径小但一般有大型变频设备(如变频水泵) 应用概述：变频水泵工作时间一般在交流电非过零时间段，且工作频率一般为低频(30300kHz)，所以应用过零通信且载波频点频率较高的载波方案应用效果更好。,现场台区应用(三),由于以上台区环境因素和现有载波方案应用情况，对已建设的地市485电能表多采用半载波模式，对新改造、新建设的地市直接采用全载波模式，而且严格要求“日抄读成功率在99%以上；一次采集成功率在95%以上”。,台区类型：孤立小型定居点 台区特点：单相交流电布线两点距离较远 应用概述：馈网性能好的载波方案应用效果 更好，且由于两点之间可能有其他相交流电供电电能表，

23、所以具备主动应用跨相抄读和识别相位功能的载波方案应用效果更好。,集抄系统改造流程(一),载波表的安装 -与普通电能表的安装方式相同，额外注意的是不管是否切断用户用电，载波电能表必须带电，因为这是采集能够成功的必要条件，所以在日常的维护中请注意避免切断电能表进线电源。如果有必须断电的情况，可以断表后电，保证载波表可以正常通信。,单相载波表1,3为进线，2,4为出线,三相载波表1,3,5,7为进线，2,4,6,8为出线,集抄系统改造流程(二),采集器的安装 -采集器连接的电源线为单相电连接； -485接口有A、B之分，连接时应将采集器的485接口的A口与485电能表的485接口的A口连接、采集器的

24、485接口的B口与485电能表的485接口的B口连接； -采集器与电能表之间的485通信线的连接。首先应该分清楚485的A、B口，最好用不同颜色（一般红线为A，黑线为B）的单芯线加以区分接线，其次在接线的过程中每一个接线点都要保证接线牢固，485线接好后用万用表逐个接点测量，或用485接在避免短接、断接、虚接的情况出现； 作为采集器与485表的“半载波”通信方式的抄表系统，调试和维护最大的工作量就是排查现场485线是否接线正确，所以在施工的时候要特别注意。,集抄系统改造流程(三),集中器的安装 -集中器位置尽量在台区线路的中心位置，不要装在线路末端； -保证有稳定的手机信号，否则当召测数据的时

25、候有可能会导致集中器掉线； -单相台区要特别注意给各相供电。,不具备交采功能的集中器,具备交采功能的集中器,集抄系统改造流程(四),载波系统运行设置 -台区内集中器、载波电能表(或者采集器+485电能表)按要求安装完毕且通电运行； -将没有欠费的SIM卡装入集中器GPRS模块，保证天线接收信号良好； -按要求设置集中器的各项配置参数，如IP地址、端口、APN、心跳周期、重登次 数、重登间隔时间等； -反复核查台区内电能表用户档案资料，由主站采集系统录入集中器； -电能表档案需要电能表的各种参数，如表通信地址，端口号， 规约类型等； -集中器地址，电能表信息与台区的对应关系要一致； -设置集中器

26、工作时段、抄表端口、抄表日等抄表相 关参数。 所有设置完成后就可观察台区抄表情况 “主站召测得到的抄表成功率达不到100% 的台区，都属于问题台区“。,台区问题排查(一),集中器相关问题 -信号问题(现象：不在线) 观察集中器显示屏上的信号强度指示，检查是否天线接触不良或者天线本身损坏；如果是集中器地点信号问题，需考虑是否可更换集中器安装位置 -SIM卡问题(现象：不在线) 集中器内未插SIM卡或者SIM卡已经欠费 -通信参数问题(现象：不在线) 通信参数(IP地址、端口、APN、心跳周期、重登次数、重登间隔时间等)是否按本地供电部门要求设置 -GPRS模块问题(现象：不在线) GPRS模块本

27、身已经无法正常工作，需及时更换新的GPRS模块 -抄表参数问题(现象：不抄表) 集中器未设置工作时段或者集中器时间不准确，使得集中器不能正常启动抄表工作 -供电问题(现象：不上线或不抄表) 集中器未供电或者集中器A相未接电压（在单相台区要格外注意这个问题），零线虚接,台区问题排查(二),载波电能表相关问题 -档案问题(现象：抄表效果差) 由于表号格式、表端口号、数据标识和表类型不正确、台区划分和台区动迁等情况造成营销系统和采集平台档案不一致、档案不全或者档案重复的情况造成，需重新整理电能表档案 -载波模块问题(现象：抄表效果差) 载波模块烧坏或者模块通信能力差，已经无法正常工作，需及时更换新的载波模块 -电能表问题(现象：抄表效果差) 部分抄不到的电能表本身有问题 1.电能表的通信地址错误 电能表档案中的电能表通信地址与实际安装位置的电能表通信地址不一致，需 要更新电能表档案信息；有些表出厂时表通信地址错，不符合当地通信地址规范 2.电能表未上