智能电表载波通信模块测试模拟器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及电力线载波通信领域，具体涉及一种智能电表载波通信模块测试模拟器，包括电源净化单元、电能表基表接口单元、载波模块接口单元、低压电力线载波信道模拟单元、检测单元和集中控制计算机，所述电源净化单元和所述低压电力线载波信道模拟单元、载波模块接口单元分别连接，所述集中控制计算机和所述低压电力线载波信道模拟单元、载波模块接口单元、电能表基表接口单元分别连接，所述载波模块接口单元还和低压电力线载波信道模拟单元、检测单元分别连接。本实用新型全面而有效的模拟智能电表载波通信模块在实际通信环境的各项基本特征，可以有效的测试载波模块在不同电力线环境中的性能参数，实现成本低，操作方便。
【专利说明】智能电表载波通信模块测试模拟器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力线载波通信领域，具体涉及一种智能电表载波通信模块测试模拟器。
【背景技术】
[0002]智能电表载波通信模块主要应用于电力用户用电信息采集系统。目前电力集中抄表系统一般由主站、集中器、级联终端、采集器和电能表共同组成，系统架构可以分为3个通信信道:主站与集中器的上行通信信道；集中器与采集器及电能表的下行通信信道；集中器与级联终端的级联通信信道。在下行通信信道方面现阶段大都采用PLC技术。随着国内外PLC技术的逐渐发展，信号调制方式也越来越多，低压电力线载波通信芯片常用的调制方式有:窄带通信技术、扩频载波技术、正交频分复用(OFDM)技术、正交多载波技术、链码自适应技术等。
[0003]随着智能电网的发展，智能电表应用越来越广泛。市场上生产智能电表的厂家增多的同时，使得各自使用的载波通信模块及其调制方式千差万别。面对我国庞大复杂的电力线通信环境，各个载波通信模块厂家的产品在实际电力线环境中表现出的性能各不相同，这就为载波通信模块在实际应用中的互换性带来了困难，严重制约了智能电网的发展，提高了电网的建设成本。为了能够评判不同厂家所生产的低压电力线载波通信模块的通信性能，为之后对载波通信模块互换性研究提供数据支持，现阶段非常需要一种载波通信模块测试模拟器，以实现对载波通信模块参数的测试和评估，而这一测试模拟器的关键技术就在于能否对低压电力线通信环境进行有效模拟。
[0004]智能电表载波通信模块位于电能表基表与电力线之间，其通信环境较为复杂，在实际环境中对载波通信模块参数的测量难度大、成本高、特定环境中不具有普适性。测试模拟器能够有效地模拟载波通信模块的通信环境，方便对载波通信模块参数进行测量。目前低压电力线通信环境的模拟系统主要涉及集中器与电表载波模块之间的通信，并没有考虑电能表基表对载波通信模块参数产生的影响，具有结构复杂、针对性不强、成本高的缺陷。对于载波通信模块的测试来说集中器只起到了发送通信指令的作用，并没必要针对载波通信模块的测试而加入，导致功能指标的浪费。
[0005]综上所述，现有的低压电力线载波通信模拟技术并不针对载波通信模块测试而设计，不能全面准确的反映智能电表载波通信模块两侧的通信环境，具有结构复杂、针对性不强、成本高的缺陷，无法满足智能电表载波通信模块互换性研究的需要。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于提供一种智能电表载波通信模块测试模拟器，解决了现有模拟技术对智能电表载波通信模块两侧的通信环境反映不够准确全面，并且结构复杂成本高的问题。
[0007]为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案:一种智能电表载波通信模块测试模拟器，包括电源净化单元、电能表基表接口单元、载波模块接口单元、低压电力线载波信道模拟单元、检测单元和集中控制计算机，所述电源净化单元和所述低压电力线载波信道模拟单元、载波模块接口单元分别连接，所述集中控制计算机和所述低压电力线载波信道模拟单元、载波模块接口单元、电能表基表接口单元分别连接，所述载波模块接口单元还和低压电力线载波信道模拟单元、检测单元分别连接；
[0008]所述电源净化单元用于为本模拟器内部提供电能、隔离干扰噪声、以及消除所述的低压电力线载波信道模拟单元产生的载波信号和噪声对所述的载波模块接口单元的影响；所述低压电力线载波信道模拟单元用于对所述的电源净化单元输出的信号进行包括集中器信号、电力线噪声、传输损耗衰减、电力线阻抗、以及电力线负载等通信环境特征的模拟；所述载波模块接口单元用于为与所述的载波模块接口单元连接的载波模块提供电能，以及实现从所述的低压电力线载波信道模拟单元到所述的电能表基表接口单元的通信链路；所述电能表基表接口单元用于为与所述的电能表基表接口单元连接的电能表提供通信连接；所述检测单元用于测试所述的载波通信模块输入和输出信号参数；所述集中控制计算机用于对所述的低压电力线载波信道单元内各个信道特征模拟的控制、与载波通信单元进行通信以测试所述的通信设备、以及与所述的电能表基表接口单元进行通信以检测和控制电能表状态参数。
[0009]更进一步的技术方案是，所述电源净化单元包括从市电依次连接的第一级滤波电路和第二级滤波电路，第二级滤波电路连接至所述载波模块接口单元，所述低压电力线载波信道模拟单元通过载波分离电路连接至第一级滤波电路和第二级滤波电路之间；
[0010]所述第一级滤波电路用于为本模拟器提供电源，以及通过阻抗匹配消除外部电源给通信信道带来的干扰噪声；所述第二级滤波电路用于为所述的载波模块接口单元提供电源，以及消除所述的低压电力线载波信道模拟单元产生的载波信号和噪声对所述的载波模块接口单元的影响；所述载波分离电路用于分离第一级滤波电路输出的工频信号和高频载波通信信号。
[0011]更进一步的技术方案是，所述低压电力线载波信道模拟单元包括均和集中控制计算机连接并从载波分离电路依次连接的集中器信号加载模块、噪声加载模块、信道衰减模块、电力线传输模块和电力线负载模块，所述电力线负载模块分别连接至电能表基表接口单元、载波模块接口单元和检测单元；
[0012]所述集中器信号加载模块用于将由所述的集中控制计算机产生的模拟集中器指令加载到从所述的电源净化单元的第一级滤波电路输出的电能信号中，完成集中器对智能电表发出控制指令的模拟；所述噪声加载模块用于向所述的集中器信号加载模块输出的载波通信信号加载噪声；所述信道衰减模块用于对所述的噪声加载模块输出的信号进行衰减阻抗模拟；所述电力线传输模块用于对所述的信道衰减模块的输出信号进行传输阻抗模拟；所述电力线负载模块用于对所述电力线传输模块输出的信号进行负载阻抗模拟。
[0013]更进一步的技术方案是，所述集中器信号加载模块包括依次连接串行通信接口、存储芯片、D/A转换芯片和功放电路，其中所述串行通信接口通过RS232接口连接至集中控制计算机，所述功放电路连接至噪声加载模块，所述电源净化单元连接在D/A转换芯片和功放电路之间。
[0014]更进一步的技术方案是，所述载波模块接口模拟单元包括从电源净化单元依次连接的电源噪声注入电路、保护电路单元和载波模块插座，所述载波模块插座连接低压电力线载波信道模拟单元和电能表基表接口单元，所述电源噪声注入电路和集中控制计算机相连；
[0015]所述电源噪声注入电路用于向载波模块提供的电源加入噪声，以模拟实际电路中电能表为载波模块提供的电源中的电源杂音噪声和电源纹波噪声等特性；所述保护电路单元用于为电能表基表提供给所述的载波模块接口单元的电源提供过压、过流和静电保护；所述载波模块插座用于传递低压电力线载波信道模拟单元和电能表基表接口单元之间的载波调制信号。
[0016]更进一步的技术方案是，所述电能表接口模块包括从集中控制计算机依次连接的电器负载模块和电能表基表插座，所述电能表基表插座连接至载波模块接口单兀；
[0017]所述电器负载模块用于对实际中用户接入电表的电器负载特征模拟；所述电能表基表插座用于传递电器负载特征模拟和载波模块接口单元之间的电表信息。
[0018]更进一步的技术方案是，所述检测单元为示波器或频谱仪。
[0019]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0020]本实用新型通过电源单元滤除了外部电源噪声对载波通信信道和载波模块电源噪声测试的干扰，为整个模拟器提供了良好的测试环境；通过集中控制计算机对低压电力线载波通信单元和载波模块接口单元的控制，实现了对载波模块的电力线接口和电能表基表接口这两侧通信环境的模拟；通过载波模块接口单元中的载波模块插座和电能表基表接口单元中的电能表基表插座的配合，解决了实际情况中遇到的不同厂商生产的电能表基表与不同载波模块之间的适配测试问题。相比于现有的技术，本实用新型实例可以满足各种不同载波模块测试的要求，全面而有效的模拟智能电表载波通信模块在实际通信环境的各项基本特征，可以有效的测试载波模块在不同电力线环境中的性能参数，实现成本低，操作方便，有利于推动智能电表载波通信模块互换性研究。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型智能电表载波通信模块测试模拟器一个实施例的结构框图。
[0022]图2是基于图1的测试模拟器的详细结构框图。
[0023]图3是根据本实用新型实例的集中器信号加载模块的结构框图。
[0024]图4是根据本实用新型实例的载波模块接口单元的结构框图。
[0025]图5是根据本实用新型实例的电能表基表接口单元的结构框图。
【具体实施方式】
[0026]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0027]图1示出了本实用新型智能电表载波通信模块测试模拟器的一个实施例:一种智能电表载波通信模块测试模拟器，其特征在于:包括电源净化单元、电能表基表接口单元、载波模块接口单元、低压电力线载波信道模拟单元、检测单元和集中控制计算机，所述电源净化单元和所述低压电力线载波信道模拟单元、载波模块接口单元分别连接，所述集中控制计算机和所述低压电力线载波信道模拟单元、载波模块接口单元、电能表基表接口单元分别连接，所述载波模块接口单元还和低压电力线载波信道模拟单元、检测单元分别连接；
[0028]所述电源净化单元用于为本模拟器内部提供电能、隔离干扰噪声、以及消除所述的低压电力线载波信道模拟单元产生的载波信号和噪声对所述的载波模块接口单元的影响；所述低压电力线载波信道模拟单元用于对所述的电源净化单元输出的信号进行包括集中器信号、电力线噪声、传输损耗衰减、电力线阻抗、以及电力线负载等通信环境特征的模拟；所述载波模块接口单元用于为与所述的载波模块接口单元连接的载波模块提供电能，以及实现从所述的低压电力线载波信道模拟单元到所述的电能表基表接口单元的通信链路；所述电能表基表接口单元用于为与所述的电能表基表接口单元连接的电能表提供通信连接；所述检测单元用于测试所述的载波通信模块输入和输出信号参数；所述集中控制计算机用于对所述的低压电力线载波信道单元内各个信道特征模拟的控制、与载波通信单元进行通信以测试所述的通信设备、以及与所述的电能表基表接口单元进行通信以检测和控制电能表状态参数。
[0029]在上述实施例中，将所述载波模块直接用于低压电力线载波信道模拟单元的供电电源，减少了载波信号对模拟器电源的影响，同时节省了低压电力线载波信道模拟单元的供电电路；将载波模块与电能表基表分离，实现不同类型载波模块和电能表间的自由匹配，有助于载波通信模块互换性研究。
[0030]图2示出了本实用新型智能电表载波通信模块测试模拟器的一个优选实施例，所述电源净化单元包括从市电依次连接的第一级滤波电路和第二级滤波电路，第二级滤波电路连接至所述载波模块接口单元，所述低压电力线载波信道模拟单元通过载波分离电路连接至第一级滤波电路和第二级滤波电路之间；
[0031]所述第一级滤波电路用于为本模拟器提供电源，以及通过阻抗匹配消除外部电源给通信信道带来的干扰噪声；所述第二级滤波电路用于为所述的载波模块接口单元提供电源，以及消除所述的低压电力线载波信道模拟单元产生的载波信号和噪声对所述的载波模块接口单元的影响；所述载波分离电路用于分离第一级滤波电路输出的工频信号和高频载波通信信号。
[0032]作为优选，载波分离电路采用V型人工电源网络，供电电源输入端与第一级滤波电路连接，电源输出端为所述低压电力线载波信道模拟单元提供220V工频信号，干扰输出端与所述集中器信号加载模块连接以输出高频载波通信信号。
[0033]图2还示出了本实用新型智能电表载波通信模块测试模拟器的另一个优选实施例，所述低压电力线载波信道模拟单元包括均和集中控制计算机连接并从载波分离电路依次连接的集中器信号加载模块、噪声加载模块、信道衰减模块、电力线传输模块和电力线负载模块，所述电力线负载模块分别连接至电能表基表接口单元、载波模块接口单元和检测单元；
[0034]所述集中器信号加载模块用于将由所述的集中控制计算机产生的模拟集中器指令加载到从所述的电源净化单元的第一级滤波电路输出的电能信号中，完成集中器对智能电表发出控制指令的模拟；所述噪声加载模块用于向所述的集中器信号加载模块输出的载波通信信号加载噪声；所述信道衰减模块用于对所述的噪声加载模块输出的信号进行衰减阻抗模拟；所述电力线传输模块用于对所述的信道衰减模块的输出信号进行传输阻抗模拟；所述电力线负载模块用于对所述电力线传输模块输出的信号进行负载阻抗模拟。
[0035]上述是实力中，所述噪声加载模块，实测环境下形成噪声文件库，实现对电源杂音噪声和电源纹波噪声特征的有效模拟；所述集中器信号加载模块，对不同类型集中器指令信号采集形成指令库文件，通过集中控制计算机实现多种集中器指令模拟，降低了测试成本。
[0036]图3示出了本实用新型智能电表载波通信模块测试模拟器的另一个优选实施例，所述集中器信号加载模块包括依次连接串行通信接口、存储芯片、D/A转换芯片和功放电路，其中所述串行通信接口通过RS232接口连接至集中控制计算机，所述功放电路连接至噪声加载模块，所述电源净化单元连接在D/A转换芯片和功放电路之间。
[0037]所述集中器信号加载模块采集集中器不同指令信号形成指令信号库文件，在对载波模块测试时通过集中控制计算机将相应的集中器指令信号通过RS232接口传入集中器信号加载模块的所述串行通信接口，所述存储芯片对集中器指令信号进行缓冲存储，所述D/A转换芯片用于将集中器指令信号转换为模拟信号，以实现与载波信号的叠加，所述功放电路将叠加后的信号进行功率放大，从而实现集中器信号的加载。
[0038]图4示出了本实用新型智能电表载波通信模块测试模拟器的另一个优选实施例，所述载波模块接口模拟单元包括从电源净化单元依次连接的电源噪声注入电路、保护电路单元和载波模块插座，所述载波模块插座连接低压电力线载波信道模拟单元和电能表基表接口单元，所述电源噪声注入电路和集中控制计算机相连；
[0039]所述电源噪声注入电路用于向载波模块提供的电源加入噪声，以模拟实际电路中电能表为载波模块提供的电源中的电源杂音噪声和电源纹波噪声等特性；所述保护电路单元用于为电能表基表提供给所述的载波模块接口单元的电源提供过压、过流和静电保护；所述载波模块插座用于传递低压电力线载波信道模拟单元和电能表基表接口单元之间的载波调制信号。
[0040]所述噪声加载模块与所述集中控制计算机连接，由于噪声的复杂性，实测采集不同环境中的噪声形成噪声文件库，通过所述集中控制计算机提供噪声文件，经过所述噪声加载模块的D/A转换、噪声放大,加载到载波信号中，完成对电力线噪声特征的模拟。作为优选，所述信号衰减单元采用可调衰减器，以实现模拟电力线环境中不同程度的衰减，完成不同衰减下载波通信模块性参数测试。
[0041]图5示出了本实用新型智能电表载波通信模块测试模拟器的另一个优选实施例，所述电能表接口模块包括从集中控制计算机依次连接的电器负载模块和电能表基表插座，所述电能表基表插座连接至载波模块接口单元；
[0042]所述电器负载模块用于对实际中用户接入电表的电器负载特征模拟；所述电能表基表插座用于传递电器负载特征模拟和载波模块接口单元之间的电表信息。
[0043]根据本实用新型智能电表载波通信模块测试模拟器的另一个优选实施例，所述检测单元为示波器或频谱仪。
[0044]综上所述，本实用新型实施例提供的接口模拟器可以实现以下有益效果:
[0045](I)本接口模拟器针对载波通信模块全面模拟了对载波模块的工作产生影响的电力线信道环境特征、电源噪声特征、电能表基表通信特征；
[0046](2)通过集中控制计算机连接，实现对载波通信中电力线噪声、电力线信道衰减、电力线传输阻抗、电力线负载、载波模块电源噪声和电器负载等信道参数的调节控制，以实现在不同通信环境下载波通信模块参数的测试；
[0047](3)对不同类型集中器的指令信号进行采集形成指令库文件，通过集中器信号加载模块可以实现对智能电表端载波通信模块输入输出载波信号的控制，实现对多种集中器是模拟，降低了集中器是使用成本；
[0048](4)噪声文件库由实测环境噪声产生，电源噪声注入模块实现对电源杂音噪声和电源纹波噪声特征的有效模拟，通过集中控制计算机的调节噪声，实现对载波通信模块电源适应性测试；
[0049](5)载波模块插座和电能表基表插座分别符合载波模块和电能表基表的通信接口规范，实现满足不同电能表基表对不同载波模块的匹配性测试。
[0050]尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
【权利要求】
1.一种智能电表载波通信模块测试模拟器，其特征在于:包括电源净化单元、电能表基表接口单元、载波模块接口单元、低压电力线载波信道模拟单元、检测单元和集中控制计算机，所述电源净化单元和所述低压电力线载波信道模拟单元、载波模块接口单元分别连接，所述集中控制计算机和所述低压电力线载波信道模拟单元、载波模块接口单元、电能表基表接口单元分别连接，所述载波模块接口单元还和低压电力线载波信道模拟单元、检测单元分别连接； 所述电源净化单元用于为本模拟器内部提供电能、隔离干扰噪声、以及消除所述的低压电力线载波信道模拟单元产生的载波信号和噪声对所述的载波模块接口单元的影响；所述低压电力线载波信道模拟单元用于对所述的电源净化单元输出的信号进行通信环境特征的模拟；所述载波模块接口单元用于为与所述的载波模块接口单元连接的载波模块提供电能，以及实现从所述的低压电力线载波信道模拟单元到所述的电能表基表接口单元的通信链路；所述电能表基表接口单元用于为与所述的电能表基表接口单元连接的电能表提供通信连接；所述检测单元用于测试所述的载波通信模块输入和输出信号参数；所述集中控制计算机用于对所述的低压电力线载波信道单元内各个信道特征模拟的控制、与载波通信单元进行通信以测试所述的通信设备、以及与所述的电能表基表接口单元进行通信以检测和控制电能表状态参数。
2.根据权利要求1所述的智能电表载波通信模块测试模拟器，其特征在于:所述电源净化单元包括从市电依次连接的第一级滤波电路和第二级滤波电路，第二级滤波电路连接至所述载波模块接口单元，所述低压电力线载波信道模拟单元通过载波分离电路连接至第一级滤波电路和第二级滤波电路之间； 所述第一级滤波电路用于为本模拟器提供电源，以及通过阻抗匹配消除外部电源给通信信道带来的干扰噪声；所述第二级滤波电路用于为所述的载波模块接口单元提供电源，以及消除所述的低压电力线载波信道模拟单元产生的载波信号和噪声对所述的载波模块接口单元的影响；所述载波分离电路用于分离第一级滤波电路输出的工频信号和高频载波通信信号。
3.根据权利要求2所述的智能电表载波通信模块测试模拟器，其特征在于:所述低压电力线载波信道模拟单元包括均和集中控制计算机连接并从载波分离电路依次连接的集中器信号加载模块、噪声加载模块、信道衰减模块、电力线传输模块和电力线负载模块，所述电力线负载模块分别连接至电能表基表接口单元、载波模块接口单元和检测单元； 所述集中器信号加载模块用于将由所述的集中控制计算机产生的模拟集中器指令加载到从所述的电源净化单元的第一级滤波电路输出的电能信号中，完成集中器对智能电表发出控制指令的模拟；所述噪声加载模块用于向所述的集中器信号加载模块输出的载波通信信号加载噪声；所述信道衰减模块用于对所述的噪声加载模块输出的信号进行衰减阻抗模拟；所述电力线传输模块用于对所述的信道衰减模块的输出信号进行传输阻抗模拟；所述电力线负载模块用于对所述电力线传输模块输出的信号进行负载阻抗模拟。
4.根据权利要求1所述的智能电表载波通信模块测试模拟器，其特征在于:所述集中器信号加载模块包括依次连接串行通信接口、存储芯片、D/A转换芯片和功放电路，其中所述串行通信接口通过RS232接口连接至集中控制计算机，所述功放电路连接至噪声加载模块，所述电源净化单元连接在D/A转换芯片和功放电路之间。
5.根据权利要求1所述的智能电表载波通信模块测试模拟器，其特征在于:所述载波模块接口模拟单元包括从电源净化单元依次连接的电源噪声注入电路、保护电路单元和载波模块插座，所述载波模块插座连接低压电力线载波信道模拟单元和电能表基表接口单元，所述电源噪声注入电路和集中控制计算机相连； 所述电源噪声注入电路用于向载波模块提供的电源加入噪声，以模拟实际电路中电能表为载波模块提供的电源中的电源杂音噪声和电源纹波噪声等特性；所述保护电路单元用于为电能表基表提供给所述的载波模块接口单元的电源提供过压、过流和静电保护；所述载波模块插座用于传递低压电力线载波信道模拟单元和电能表基表接口单元之间的载波调制信号。
6.根据权利要求1所述的智能电表载波通信模块测试模拟器，其特征在于:所述电能表接口模块包括从集中控制计算机依次连接的电器负载模块和电能表基表插座，所述电能表基表插座连接至载波模块接口单元； 所述电器负载模块用于对实际中用户接入电表的电器负载特征模拟；所述电能表基表插座用于传递电器负载特征模拟和载波模块接口单元之间的电表信息。
7.根据权利要求1所述的智能电表载波通信模块测试模拟器，其特征在于:所述检测单元为示波器或频谱仪。
【文档编号】H04B3/46GK204119227SQ201420556212
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】李琪林, 万群, 覃剑, 李晓, 向景睿, 黄际彦, 李方硕, 吴维德, 龙海莲 申请人:国家电网公司, 国网四川省电力公司电力科学研究院