低压电力载波模块模拟检测装置的制作方法

本发明涉及低压电力线载波通信抄表涉及的载波芯片、通信模块、计量表计、集中抄表等的检测装置，具体为低压电力载波模块模拟检测装置。

背景技术：

在智能电网抄控领域，国内外电力企业先后对低压用电户开展了大规模的自动化集中抄表和远程控制建设，我国南方电网和国家电网两大电网公司也建设了规模庞大的低压集中抄表网络。低压电力线载波通信由于其可以直接利用电力线网络无须额外增加人工和物料成本等优点，在低压集抄表建设中得到广泛的应用。然而由于载波通信抄表涉及的载波芯片、通信模块、计量表计、集成抄表等设备供应厂商众多，技术水平不一，加之国内用电网络复杂性对载波通信质量的影响，综合上述因素，各地电力企业集中抄表的实际抄表效果理想程度具有极大的差异，抄表效果难以考核。

为了严格控制这些抄表通信设备的质量，部分省级电力企业也建设了载波通信实验室，对相关模块进行入网检测。但这些检测还只是针对模块进行了结构尺寸的互换性、功率损耗、功能等检验测试，通常以单体模块为测试对象，未能从整个载波通信网络整体上进行测试，因此不能对组网后的实际整体使用效果进行考察。

技术实现要素：

本发明针对现有技术以单体模块为测试对象，未能从整个载波通信网络整体上进行测试，因此不能对组网后的实际整体使用效果进行考察的问题，建立一种低压电力线载波通信仿真检测网络系统——低压电力载波模块模拟检测装置，以整个载波通信网络系统为总体对象，仿真模拟载波通信抄表的应用过程，以实际应用结果为依据，对不同厂商的载波通信模块及其抄表网络功能性能进行比较和效果判定，为电力企业建设集中抄表过程中甄别选用优质高效的通信产品提供有效的依据。

本发明是采用如下技术方案实现的：低压电力载波模块模拟检测装置，包括三相配电柜，一个集中器通信柜，七个结构相同且依次排列的载波表通信柜，与集中器通信柜通信的且安装有抄表检测软件的主站（图1中未显示主站），用于控制集中器通信柜和各载波表通信柜的控制计算机，三相配电柜为集中器通信柜和各载波表通信柜提供主供电，220v电源为集中器通信柜和各载波表通信柜提供测量和专用设备使用电源。

载波表通信柜包括延时开关、电源隔离模块、人工电源网络模块、五路合成器、程控衰减器、频谱仪、多表位的载波表架；三相配电柜连接延时开关，延时开关连接电源隔离模块，电源隔离模块连接人工电源网络模块，人工电源网络模块连接多表位的载波表架及五路合成器的第一路（五路合成器的每一路的功用是本领域技术人员公知的，为区分五路，按描述的顺序将其定义成第一路，第二路，……第五路），五路合成器的第二路连接程控衰减器，五路合成器的第三路（网线）连接频谱仪，五路合成器的第四路连接相邻的下一个载波表通信柜内的程控衰减器。

集中器通信柜包括延时开关、电源隔离模块、人工电源网络模块、三路合成器、噪声源模块、频谱仪、集中器架；三相配电柜连接延时开关，延时开关连接电源隔离模块，电源隔离模块连接人工电源网络模块，人工电源网络模块连接集中器架及三路合成器的第一路，三路合成器的第二路连接第一个载波表通信柜的程控衰减器，三路合成器的第三路（网线）连接频谱仪，噪声源模块分别连接各载波表通信柜的五路合成器的第五路。

控制计算机通过rs485总线与各载波表通信柜的程控衰减器连接，控制计算机通过网线与集中器通信柜的噪声源模块及频谱仪连接，控制计算机通过网线分别与各载波表通信柜的频谱仪连接。

使用时，被测设备集中器和载波电能表分别连接到集中器架和多表位的载波表架上。该低压电力载波模块模拟检测装置的信号传输路径如下：集中器发出的信号经集中器通信柜的人工电源网络模块，进入三路合成器后，再分别送入集中器通信柜的频谱仪（进行显示）和第一个载波表通信柜的程控衰减器，信号经第一个载波表通信柜的程控衰减器后再送入第一个载波表通信柜的五路合成器，送入第一个载波表通信柜的五路合成器的信号再分成三路：一路进入第一个载波表通信柜的人工电源网络模块，进而进入第一个载波表通信柜的多表位的载波表架，另一路进入第一个载波表通信柜的频谱仪进行显示，再一路进入相邻的下一个载波表通信柜的程控衰减器；信号在相邻的下一个载波表通信柜中的传输路径与第一个载波表通信柜的相同，以此类推，直至最后一个载波表通信柜；同时集中器通信柜的噪声源模块分别向各载波表通信柜的五路合成器发出噪声信号。控制计算机通过rs485总线控制各载波表通信柜内的程控衰减器，同时控制计算机控制集中器通信柜内的噪声源模块及集中器通信柜和各载波表通信柜内的频谱仪，并与集中器通信柜和各载波表通信柜内的频谱仪进行数据传输。上述信号传输路径是可逆的，从而实现从多表位的载波表架到集中器架的信号传输。

人工电源网络模块将载波信号从低压抄表集中器和电能表间的供电电源去偶分离；程控衰减器对分离后的通信信号施加一定幅度的衰减，噪声源模块施加窄带、宽带噪声干扰，以模拟实际通信线路中电力线和用电设备产生的阻抗及各种干扰信号，最后再通过人过电源网络模块将通信信号耦合至供电电源，经主供电线路输入至被测设备，完成低压抄表集中器与电能表间的通信。

电源隔离模块来抑制电源中含有的高、低频干扰信号，消弱环境噪声对测试电路的影响，同时也提高了输入、输出电源之间的电气隔离性能，保护后续的控制回路。

10khz~30mhz传导带宽的人工电源网络为检测网络提供统一稳定的50ω阻抗，将来自电网的干扰信号与测试电路进一步的隔离，并将被测设备（低压集中器及载波电能表）的载波信号去偶到测试线路，或将施加了衰减和干扰后的载波信号由测试线路耦合至被测设备。

程控衰减器可在不中断电路的情况下以1db步进形式调节测量线路的信号电平，以调节测试系统中的功率电平。

该低压电力载波模块模拟检测装置可实现如下的检测功能：

①抄表效率检测，在主站的抄表检测软件的支持下，可分别在背景环境下、逐级增加衰减情况下以及注入噪声信号情况下，分别考察不同环境下抄表成功率，平均抄表次数，抄表数据响应时间等参数，以检验整个仿真台区抄表效率。

②信号接收灵敏度检测,在通信过程中逐次增加信号衰减幅度，寻找最大可抄表衰减的临界值，设置频谱仪最大峰值保持，由集中器向电表发送无返回帧的广播对时命令，记录频谱仪信号幅度，记为载波接收灵敏度，为避免载波通信的时变偶然性，可以多次监测灵敏度，取数学平均值。

③路由组网时间检测，清除集中器内既有路由信息。重新设置集中器内测量点参数，并将下发完成时间记为路由组网开始时间，周期持续的抄读电表数据，当抄读数据成功率达到90%以上后，记为组网结束时间。计算结束时间与开始时间的时间差，记为路由组网时间。

④路由中继深度检测，在集中器和各级电表之间逐次增加衰减幅度，寻找最大衰减的临界值，并将该最大衰减临界值设置于各级衰减器上，通过对上一级电表的启停及下一级是否可以成功抄见电表数据，来验证路由中继关系的存在及其深度。

⑤跳频通信检测，载波通讯中心频点采用固定频点，容易受电网环境干扰的影响，因此一些载波厂商把载波通讯中心频点频率变成两个，甚至多个。在主频率受到噪声干扰的情况下，可自动跳入副频点，以避开噪声，提高通讯成功率。通过带通衰减及带通放大噪声等技术，可验证载波模块的跳频通信能力。

⑥路由路径选择的检测，为适应电网环境的复杂性和时变性，载波通信网络一般设计具有复杂的路由路径算法。为检验载波通信路由路径适应能力，通过在原有路径之间施加干扰和衰减，使得原有路径方向无法达到，考验载波组网可否通过其他路由路径方向达到目标节点。如图2所示，在原有路径之间，施加一定量的干扰和衰减，使得节点对节点通路阻断无法到达，检测通信能否通过或者其他路径而完成抄表通信，并考察其路径变换所需时间。

路由节点变化检测方案在既有载波网络中，增加新的电表节点，检测新增节点可否自动加入既有载波网络通信中，并考察新增节点加入网络的时间，同理，通过节点的删除检验路由信息中节点信息可否剔除及其剔除时间，相关影响节点路由路径的变换能力。

检验测试过程采用多次测试，测试结果值取平均值。

本发明在于建立一种低压电力线载波通信仿真检测模拟网络系统，以整个载波通信网络为总体对象，仿真模拟载波通信抄表的应用过程，以实际应用结果为依据，实现对不同型号载波模块网内模拟检测分析，检验各模块抄表网络在不同的信号干扰和衰减水平情况下实际抄表效果，通过横向比较各型号载波通信模块各项性能指标实现对载波模块检测，从而实现对不同厂商的载波通信模块及其抄表性能进行比较和效果判定，为电力企业建设集中抄表系统过程中甄别选用优质高效的通信产品提供有效依据。本发明结构设计新颖独特。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为路由路径选择的检测示意图。

具体实施方式

低压电力载波模块模拟检测装置，包括三相配电柜，一个集中器通信柜m1，七个结构相同且依次排列的载波表通信柜s1-s7，与集中器通信柜通信的且安装有抄表检测软件的主站（图1中未显示主站），用于控制集中器通信柜和各载波表通信柜的控制计算机，三相配电柜为集中器通信柜和各载波表通信柜提供主供电，220v电源为集中器通信柜和各载波表通信柜提供测量和专用设备使用电源。

载波表通信柜包括延时开关、电源隔离模块、人工电源网络模块、五路合成器、程控衰减器、频谱仪、多表位的载波表架；三相配电柜连接延时开关，延时开关连接电源隔离模块，电源隔离模块连接人工电源网络模块，人工电源网络模块连接多表位的载波表架及五路合成器的第一路（五路合成器的每一路的功用是本领域技术人员公知的，为区分五路以方便描述，按描述的顺序将其定义成第一路，第二路，……第五路），五路合成器的第二路连接程控衰减器，五路合成器的第三路（网线）连接频谱仪，五路合成器的第四路连接相邻的下一个载波表通信柜内的程控衰减器。

集中器通信柜包括延时开关、电源隔离模块、人工电源网络模块、三路合成器、噪声源模块、频谱仪、集中器架；三相配电柜连接延时开关，延时开关连接电源隔离模块，电源隔离模块连接人工电源网络模块，人工电源网络模块连接集中器架及三路合成器的第一路（三路合成器的各路的定义与前述的五路合成器相同），三路合成器的第二路连接第一个载波表通信柜的程控衰减器，三路合成器的第三路（网线）连接频谱仪，噪声源模块分别连接各载波表通信柜的五路合成器的第五路。

控制计算机通过rs485总线与各载波表通信柜的程控衰减器连接，控制计算机通过网线与集中器通信柜的噪声源模块及频谱仪连接，控制计算机通过网线分别与各载波表通信柜的频谱仪连接。

集中器通信柜的噪声源模块由白噪声发生器、可调衰减器和多路耦合器构成。其中白噪声发生器由窄带白噪声发生器和宽带白噪声发生器构成，窄带白噪声发生器可以产生20hz~100khz白噪声，宽带白噪声发生器可产生100khz~30mhz的白噪声，覆盖了目前我国用于低压抄表载波芯片厂商所采用的通信频段，对目标测试信号可以产生有效的干扰。多表位的载波表架为72表位的载波表架。

集中器通信柜和载波表通信柜的各构成模块或器件都是公知的现有产品或现有技术。其三路合成器和五路合成器是北京大泽科技有限公司生产的市售产品。