本发明涉及一种低压电力线载波性能的实验室测试装置及方法。适用于用电信息采集的低压电力线载波的技术测试领域。
背景技术：
随着全球对用电信息集中采集的需要越来越强烈，所以需要一种稳定、可靠的通讯技术，来支撑电力公司对用户电表数据的用电信息的采集、负荷控制、数据监控、线损分析等AMI/AMR需求。现阶段，低压电力线载波是应用于集中器/网关到电表端的主流的通讯方式，被广泛用于解决AMI/AMR的最后1公里的通讯问题。
由于电力线受到居民用户和工业用户负载的巨大影响，负载的接入量不同，产生的噪声不同，会导致一天不同时段的负载阻抗、噪声干扰等都可能不尽相同。研究统计，电力线负载阻抗在0.1Ω～100Ω之间变化，对低压电力线载波的通讯效果是一个极大的考验。
为了提高低压电力线载波对可变负载的适应能力，增加低压电力线载波对噪声的抗干扰能力，我们需要一种低压电力线载波网络和性能的实验室模拟现场环境的测试方法，来对低压电力线载波的网络和性能进行量化性的测试，予以逐步改善载波通讯网络的健壮性并提高载波的通信性能，解决由于负载变化、噪声干扰等对低压电力线载波通讯效果的影响问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种可模拟现场环境因素的低压电力线载波性能的实验室测试装置及方法。
本发明所采用的技术方案是：一种低压电力线载波性能的实验室测试装置，其特征在于：具有交流电源、计算机、载波测试治具和载波待测治具；
其中交流电源经四路断路器接可调变压器输入端，可调变压器输出端经隔离单元后经电源线连接计算机，可调变压器输出端还经人工电源网络A电连接载波测试治具；所述可调变压器输出端还经隔离单元和人工电源网络B连接载波待测治具；
所述人工电源网络A的RF经可调衰减器和功率分配器连接人工电源网络B的RF；
所述功率分配器上接有频谱分析仪和信号发生器；所述功率分配器与人工电源网络B连接点接示波器；
所述可调变压器输出端经隔离单元和电源线分别连接所述频谱分析仪、所述信号发生器和所述示波器；
所述计算机通过通讯线与载波测试治具、示波器、频谱分析仪和信号发生器通讯。
所述载波测试治具包含测试工装和测试载波模块。
所述载波待测治具包含电表和待测载波模块。
所述隔离单元由隔离变压器和滤波器组成。
应用所述低压电力线载波性能的实验室测试装置进行测试的方法，其特征在于：
A、测试单向载波模块的接收灵敏度、工作频率和发送功率；
A1、断开四路断路器；
A2、调节可调变压器到指示220V；
A3、闭合四路断路器；
A4、调节可调衰减器到10dB；
A5、启动计算机上的载波性能测试软件，使载波测试治具发送数据；
A6、频谱分析仪捕捉相应的频谱，示波器捕捉相应的波形，分析载波测试治具发射的幅度和波形是否符合测试条件，如果符合，则撤掉示波器；如果不符合，检查相关设备，直到符合为止；
A7、启动载波性能测试软件，使载波测试治具进入抄读数据模式；
A8、调节可调衰减器，直到载波性能测试软件无法收到载波待测治具回复的数据；
A9、记录此时的可调衰减器的数值，此值经过添加功率分配器的衰减，则为该载波模块的接收灵敏度；
A10、频谱分析仪捕捉载波待测治具的发送载波频谱，可得到载波模块的工作频率和发送功率；
B、计算信号和噪声的比值；
B1、断开四路断路器；
B2、调节可调变压器到指示220V；
B3、闭合四路断路器；
B4、调节可调衰减器到10dB；
B5、启动计算机上的载波性能测试软件，使载波测试治具发送数据；
B6、频谱分析仪捕捉相应的频谱，示波器捕捉相应的波形，分析载波测试治具发射的幅度和波形是否符合测试条件，如果符合，则撤掉示波器，记录相应的载波发送幅度；如果不符合，检查相关设备，直到符合为止；
B7、启动载波性能测试软件，使载波测试治具进入抄读数据模式；
B8、调节可调衰减器为20dB；
B9、开启信号发生器，将噪声通过计算机导入到信号发生器，通过信号发生器注入到功率分配器中；调节相应的噪声幅度，直到载波性能测试软件的误包率稳定在<10％内，记录现在的噪声幅度，计算相应的信噪比。
所述人工电源网络A为50Ω负载阻抗，人工电源网络B为50Ω负载阻抗。
所述人工电源网络A为50Ω负载阻抗，人工电源网络B为2Ω负载阻抗。
所述载波待测治具为单相供电。
所述载波待测治具为三相供电。
所述噪声为高斯白噪声、正弦波、脉冲噪声或示波器现场录制噪声。
本发明的有益效果是：本发明提供一种能够模拟现场负载阻抗、现场噪声等外界因素的实验室测试方法，完成低压电力载波通讯性能的模拟现场环境的测试，从而快速的定位载波的通讯能力的薄弱技术环节，并予以改善。
附图说明
图1为实施例中低压电力载波通讯的性能测试装置整体结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例中低压电力线载波性能的实验室测试装置具有四路断路器1个、可调变压器1个、计算机1个、载波测试治具1个、人工电源网络2个(人工电源网络A和B)、隔离单元3个、可调衰减器1个、功率分配器1个、信号发生器1个、频谱分析仪1个、示波器1个、载波待测治具1个。
交流电源经四路断路开关连接可调变压器输入端，输出端与每一隔离单元相连，为系统提供交流电源。人工电源网络A和B均分别通过一隔离单元供电，人工电源网络A的RF与可调衰减器相连，人工电源网络B的RF与功率分配器相连，并且可调衰减器与功率分配器相连，其中功率分配器上接有频谱分析仪和信号发生器，功率分配器与人工电源网络B连接点处接示波器。人工电源网络A和B分别连接载波测试治具和载波待测治具。计算机通过通讯线与载波测试治具、示波器、信号发生器、频谱分析仪通讯。频谱分析仪、信号发生器和示波器经电源线连接隔离单元，由隔离单元处供电。
本实施例中载波测试治具包含1个测试工装和1个测试载波模块；人工电源网络A为50Ω阻抗、人工电源网络B为50Ω或2Ω阻抗；隔离单元包含1个隔离变压器和1个滤波器；的载波待测治具包含1个电表和1个待测载波模块。
本例中四路断路器用于系统的保护和开关电，保证在系统出现电流过大的故障时起到断电保护作用。可调变压器用于调整系统的供电电压，可以支持测试系统在220V或者120V的工作电压下稳定工作，由于国外有120V的工作电压，所以需要模拟120V供电系统来测试载波通讯性能。计算机工作电压在AC110V～AC240V，用于安装载波性能测试系统的PC软件，通过PC软件控制载波测试治具、控制性能测试项目的实施、统计性能测试项目的相关数据、导出相关性能分析报表等；还完成对示波器、信号发生器、频谱分析仪的控制、数据导出、波形导入/导出等。载波测试治具用于完成与载波的数据交互，其中包含的载波模块为系统的主节点，用于和待测载波模块进行数据交互。隔离单元由隔离变压器和滤波器组成，起到隔离作用，并滤除电网中的高频信号，避免引入电网的干扰而导致系统定量测试不确定性。可调衰减器用于调整载波测试治具和载波待测治具间的信号衰减倍数。功率分配器可以将输入信号能量平均分配到多个端口，端口间并保持高度的隔离，该系统中用到了一出二的功率分配器和一出三的功率分配器。示波器用于低压电力线现场噪声的录制，并可对载波信号的幅度、波形等进行捕获用于分析。信号发生器用于输出录制或者模拟现场的噪声干扰，测试载波的抗干扰性性能。噪声分为录制低压电力线载波运行现场的波形和信号发生器模拟的高斯白噪声、正弦波、脉冲等噪声。频谱分析仪用于捕捉载波通讯时的频谱，分析其相应的幅度，频率等。载波待测治具包含电表和载波待测模块，用于载波的性能测试。
本实施例的具体测试方法如下：
S1、在50Ω负载阻抗模拟环境下的，单相载波模块的接收灵敏度；
S2、在模拟环境下的，单相载波模块的工作频率；
S3、在50Ω负载阻抗模拟环境下的，单相载波模块的发送功率：
1)、断开四路断路器；
2)、其中人工电源网络A和人工电源网络B均为50Ω负载阻抗，待测治具为单相供电；
3)、调节可调变压器到指示220V；
4)、闭合四路断路器；
5)、调节可调衰减到10dB；
6)、启动载波性能测试软件，使载波测试治具发送数据；
7)、频谱分析仪捕捉相应的频谱，示波器捕捉相应的波形，分析载波测试治具发射的幅度和波形是否符合测试条件，如果符合，则撤掉示波器；如果不符合，检查相关设备，直到符合为止；
8)、启动载波性能测试软件，使载波测试治具进入抄读数据模式；
9)、调节可调衰减器，直到载波性能测试软件无法收到载波待测治具回复的数据；
10)、记录此时的可调衰减器的数值，此值经过添加功率分配的衰减，则为该载波模块的接收灵敏度；
11)、频谱分析仪捕捉载波待测治具的发送载波频谱，便可得到载波模块的工作频率和发送功率；
12)、调节可调变压器到输出电压为120V，重复上述步骤。
S4、在2Ω负载阻抗模拟环境下的，单相载波模块的接收灵敏度；
S5、在2Ω负载阻抗模拟环境下的，单相载波模块的发送功率：
1)、断开四路断路器；
2)、其中人工电源网络A为50Ω负载阻抗，人工电源网络B为2Ω负载阻抗，待测治具为单相供电；
3)、调节可调变压器到指示220V；
4)、闭合四路断路器；
5)、调节可调衰减到10dB；
6)、启动载波性能测试软件，使载波测试治具发送数据；
7)、频谱分析仪捕捉相应的频谱，示波器捕捉相应的波形，分析载波测试治具发射的幅度和波形是否符合测试条件，如果符合，则撤掉示波器；如果不符合，检查相关设备，直到符合为止；
8)、启动载波性能测试软件，使载波测试治具进入抄读数据模式；
9)、调节可调衰减器，直到载波性能测试软件无法收到载波待测治具回复的数据；
10)、记录此时的可调衰减器的数值，此值经过添加功率分配的衰减，则为该载波模块的接收灵敏度；
11)、频谱分析仪捕捉载波待测治具的发送载波频谱，便可得到载波模块的工作频率和发送功率；
12)、调节可调变压器到输出电压为120V，重复上述步骤。
S6、在50Ω负载阻抗、并加入现场录制噪声情况下模拟环境下的，单相载波模块的信噪比：该值为误包率<10％的情况下的，信号和噪声的比值；
S7、在50Ω负载阻抗、并加入高斯白噪声情况下模拟环境下的，单相载波模块的信噪比：该值为误包率<10％的情况下的，信号和噪声的比值；
S8、在50Ω负载阻抗、并加入正弦波情况下模拟环境下的，单相载波模块的信噪比：该值为误包率<10％的情况下的，信号和噪声的比值；
S9、在50Ω负载阻抗、并加入脉冲噪声情况下模拟环境下的，单相载波模块的信噪比：该值为误包率<10％的情况下的，信号和噪声的比值：
1)、断开四路断路器；
2)、其中人工电源网络A和人工电源网络B均为50Ω负载阻抗，待测治具为单相供电；
3)、调节可调变压器到指示220V；
4)、闭合四路断路器；
5)、调节可调衰减到10dB；
6)、启动载波性能测试软件，使载波测试治具发送数据；
7)、频谱分析仪捕捉相应的频谱，示波器捕捉相应的波形，分析载波测试治具发射的幅度和波形是否符合测试条件，如果符合，则撤掉示波器，记录相应的载波发送幅度；如果不符合，检查相关设备，直到符合为止；
8)、启动载波性能测试软件，使载波测试治具进入抄读数据模式；
9)、调节可调衰减器为20dB；
10)、开启信号发生器，将示波器现场录制噪声通过电脑导入到信号发生器，通过信号发生器注入到功率分配器中；调节相应的噪声幅度，直到载波性能测试软件的误包率稳定在<10％内，记录现在的噪声幅度，计算相应的信噪比；
11)、按照以上步骤，将噪声依次更改为高斯白噪声、正弦波、脉冲噪声，并记录相应的噪声幅度，计算相应的信噪比；
12)、调节可调变压器到输出电压为120V，重复上述步骤。
S10、在2Ω负载阻抗、并加入现场录制噪声情况下模拟环境下的，单相载波模块的信噪比：该值为误包率<10％的情况下的，信号和噪声的比值；
S11、在2Ω负载阻抗、并加入高斯白噪声情况下模拟环境下的，单相载波模块的信噪比：该值为误包率<10％的情况下的，信号和噪声的比值；
S12、在2Ω负载阻抗、并加入现正弦波情况下模拟环境下的，单相载波模块的信噪比：该值为误包率<10％的情况下的，信号和噪声的比值；
S13、在2Ω负载阻抗、并加入脉冲噪声情况下模拟环境下的，单相载波模块的信噪比：该值为误包率<10％的情况下的，信号和噪声的比值；
1)、断开四路断路器；
2)、其中人工电源网络A为50Ω负载阻抗，人工电源网络B为2Ω负载阻抗，待测治具为单相供电；
3)、调节可调变压器到指示220V；
4)、闭合四路断路器；
5)、调节可调衰减到10dB；
6)、启动载波性能测试软件，使载波测试治具发送数据；
7)、频谱分析仪捕捉相应的频谱，示波器捕捉相应的波形，分析载波测试治具发射的幅度和波形是否符合测试条件，如果符合，则撤掉示波器，记录相应的载波发送幅度；如果不符合，检查相关设备，直到符合为止；
8)、启动载波性能测试软件，使载波测试治具进入抄读数据模式；
9)、调节可调衰减器为20dB；
10)、开启信号发生器，将示波器现场录制噪声通过电脑导入到信号发生器，通过信号发生器注入到功率分配器中；调节相应的噪声幅度，直到载波性能测试软件的误包率稳定在<10％内，记录现在的噪声幅度，计算相应的信噪比；
11)、按照以上步骤，将噪声依次更改为高斯白噪声、正弦波、脉冲噪声，并记录相应的噪声幅度，计算相应的信噪比；
12)、调节可调变压器到输出电压为120V，重复上述步骤。
S14、在50Ω负载阻抗模拟环境下的，三相载波模块的接收灵敏度；
S15、在模拟环境下的，三相载波模块的工作频率；
S16、在50Ω负载阻抗模拟环境下的，三相载波模块的发送功率：
1)、断开四路断路器；
2)、其中人工电源网络A和人工电源网络B均为50Ω负载阻抗，待测治具为三相供电；
3)、调节可调变压器到指示220V；
4)、闭合四路断路器；
5)、调节可调衰减到10dB；
6)、启动载波性能测试软件，使载波测试治具发送数据；
7)、频谱分析仪捕捉相应的频谱，示波器捕捉相应的波形，分析载波测试治具发射的幅度和波形是否符合测试条件，如果符合，则撤掉示波器；如果不符合，检查相关设备，直到符合为止；
8)、启动载波性能测试软件，使载波测试治具进入抄读数据模式；
9)、调节可调衰减器，直到载波性能测试软件无法收到载波待测治具回复的数据；
10)、记录此时的可调衰减器的数值，此值经过添加功率分配的衰减，则为该载波模块的接收灵敏度；
11)、频谱分析仪捕捉载波待测治具的发送载波频谱，便可得到载波模块的工作频率和发送功率；
12)、调节可调变压器到输出电压为120V，重复上述步骤。
S17、在2Ω负载阻抗模拟环境下的，三相载波模块的接收灵敏度；
S18、在2Ω负载阻抗模拟环境下的，三相载波模块的发送功率；
1)、断开四路断路器；
2)、其中人工电源网络A为50Ω负载阻抗，人工电源网络B为2Ω负载阻抗，待测治具为三相供电；
3)、调节可调变压器到指示220V；
4)、闭合四路断路器；
5)、调节可调衰减到10dB；
6)、启动载波性能测试软件，使载波测试治具发送数据；
7)、频谱分析仪捕捉相应的频谱，示波器捕捉相应的波形，分析载波测试治具发射的幅度和波形是否符合测试条件，如果符合，则撤掉示波器；如果不符合，检查相关设备，直到符合为止；
8)、启动载波性能测试软件，使载波测试治具进入抄读数据模式；
9)、调节可调衰减器，直到载波性能测试软件无法收到载波待测治具回复的数据；
10)、记录此时的可调衰减器的数值，此值经过添加功率分配的衰减，则为该载波模块的接收灵敏度；
11)、频谱分析仪捕捉载波待测治具的发送载波频谱，便可得到载波模块的工作频率和发送功率；
12)、调节可调变压器到输出电压为120V，重复上述步骤。
S19、在50Ω负载阻抗、并加入现场录制噪声情况下模拟环境下的，三相载波模块的信噪比：该值为误包率<10％的情况下的，信号和噪声的比值；
S20、在50Ω负载阻抗、并加入高斯白噪声情况下模拟环境下的，三相载波模块的信噪比：该值为误包率<10％的情况下的，信号和噪声的比值；
S21、在2Ω负载阻抗、并加入现场录制噪声情况下模拟环境下的，三相载波模块的信噪比：该值为误包率<10％的情况下的，信号和噪声的比值；
S22、在50Ω负载阻抗、并加入正弦波情况下模拟环境下的，三相载波模块的信噪比：该值为误包率<10％的情况下的，信号和噪声的比值；
S23、在50Ω负载阻抗、并加入脉冲噪声情况下模拟环境下的，三相载波模块的信噪比：该值为误包率<10％的情况下的，信号和噪声的比值：
1)、断开四路断路器；
2)、其中人工电源网络A和人工电源网络B均为50Ω负载阻抗，待测治具为三相供电；
3)、调节可调变压器到指示220V；
4)、闭合四路断路器；
5)、调节可调衰减到10dB；
6)、启动载波性能测试软件，使载波测试治具发送数据；
7)、频谱分析仪捕捉相应的频谱，示波器捕捉相应的波形，分析载波测试治具发射的幅度和波形是否符合测试条件，如果符合，则撤掉示波器，记录相应的载波发送幅度；如果不符合，检查相关设备，直到符合为止；
8)、启动载波性能测试软件，使载波测试治具进入抄读数据模式；
9)、调节可调衰减器为20dB；
10)、开启信号发生器，将示波器现场录制噪声通过电脑导入到信号发生器，通过信号发生器注入到功率分配器中；调节相应的噪声幅度，直到载波性能测试软件的误包率稳定在<10％内，记录现在的噪声幅度，计算相应的信噪比；
11)、按照以上步骤，将噪声依次更改为高斯白噪声、正弦波、脉冲噪声，并记录相应的噪声幅度，计算相应的信噪比。
S24、在2Ω负载阻抗、并加入高斯白噪声情况下模拟环境下的，三相载波模块的信噪比：该值为误包率<10％的情况下的，信号和噪声的比值；
S25、在2Ω负载阻抗、并加入现正弦波情况下模拟环境下的，三相载波模块的信噪比：该值为误包率<10％的情况下的，信号和噪声的比值；
S26、在2Ω负载阻抗、并加入脉冲噪声情况下模拟环境下的，三相载波模块的信噪比：该值为误包率<10％的情况下的，信号和噪声的比值：
1)、断开四路断路器；
2)、其中人工电源网络A为50Ω负载阻抗，人工电源网络B为2Ω负载阻抗，待测治具为三相供电；
3)、调节可调变压器到指示220V；
4)、闭合四路断路器；
5)、调节可调衰减到10dB；
6)、启动载波性能测试软件，使载波测试治具发送数据；
7)、频谱分析仪捕捉相应的频谱，示波器捕捉相应的波形，分析载波测试治具发射的幅度和波形是否符合测试条件，如果符合，则撤掉示波器，记录相应的载波发送幅度；如果不符合，检查相关设备，直到符合为止；
8)、启动载波性能测试软件，使载波测试治具进入抄读数据模式；
9)、调节可调衰减器为20dB；
10)、开启信号发生器，将示波器现场录制噪声通过电脑导入到信号发生器，通过信号发生器注入到功率分配器中；调节相应的噪声幅度，直到载波性能测试软件的误包率稳定在<10％内，记录现在的噪声幅度，计算相应的信噪比；
11)、按照以上步骤，将噪声依次更改为高斯白噪声、正弦波、脉冲噪声，并记录相应的噪声幅度，计算相应的信噪比；
12)、调节可调变压器到输出电压为120V，重复上述步骤。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的范围内，做出的变化、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。