专利名称：一种基于电力线的调制信号可穿越变压器的通信系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力通信领域，具体而言，涉及一种基于电力线的调制信号可穿越变压器的通信系统。
背景技术：
目前，以配电网电力线为载体实现的通信，都属于电力线载波通信(PLC)，其含义是通过将信息“载”到电力线上达到传输信息(通信)的就是电力线载波通信。电力线载波通信是一种相当成熟的通信技术，其实现过程都是将“调制信号”(在某一时段往往是连续的)加载到电力线上，调制波的频率大约是几十到几百KHZ，也有的是几MHZ，这个频率的调制信号严格讲是加载到电力线的“分布参数上”，其信息并不是在电力线上传播，而是在电力线与邻近物体之间的分布电容上传播的。以上都是传统的电力线载波通信。然而，由于电力线及配电网上的有关设备都是以传递交流电能(50HZ)设计的，并不适合传输频率远远高于工频的普通PLC信号，以此为传输媒介的通信，频率越高，信号衰减越严重，传输可靠性越低。因此，若使用传统的电力线载波通信来实现远程通信，必须经过多次中继才能实现远程通信，多路由多次中继必然大大降低信号传输的可靠性。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容本实用新型的主要目的在于提供一种基于电力线的调制信号可穿越变压器的通信系统，以解决上述问题。根据本实用新型的一方面，提供了一种基于电力线的调制信号可穿越变压器的通信系统，其包括主站集中数据采集控制装置，与电力局数据中心连接；广域电力线载波通信WPLC信号下行调制处理装置，通过传输下行采集控制信号的通信电缆与上述主站集中数据采集控制装置连接；采集终端，通过依次相连的低压电力线、位于上述采集终端侧的用户变压器、和传输WPLC调制信号的高压电力线与上述WPLC信号下行调制处理装置连接，并与用户终端连接。进一步地，上述WPLC信号下行调制处理装置包括户外调制装置，通过上述通信电缆与上述主站集中数据采集控制装置连接；调制变压器，通过传输与上述下行采集控制信号对应的WPLC信号调制指令的低压电力线与上述户外调制装置连接，并通过依次相连的传输与上述WPLC信号调制指令对应的上述WPLC调制信号的高压电力线、变电站高压母线、上述用户变压器、低压电力线与上述采集终端连接。进一步地，上述户外调制装置包括触发单元，通过传输上述下行采集控制信号的通信电缆连接至上述主站集中数据采集控制装置；控制单元，通过传输与上述下行采集控制信号对应的触发信号的导线连接至上述触发单元，并通过传输与上述触发信号对应的上述WPLC信号调制指令的低压电力线与上述调制变压器连接。进一步地，上述控制单元为可控硅组，其中，上述可控硅组的动作根据上述触发信号而改变。进一步地，还包括WPLC信号上行调制处理装置，通过依次相连的高压电力线、上述用户变压器、以及传输了与用户终端数据对应的上行数据控制信号的低压电力线与上述采集终端连接，并通过传输与上述上行数据控制信号对应的WPLC信号调制工频电压波形畸变控制信号的通信电缆与上述主站集中数据采集控制装置连接。进一步地，上述WPLC信号上行调制处理装置包括可控硅组，其中，上述可控硅组的动作根据上述上行数据控制信号改变。进一步地，上述主站集中数据采集控制装置包括上行信号并行接收与解调单元， 通过变电站出线与上述WPLC信号上行调制处理装置连接。进一步地，上述主站集中数据采集控制装置通过网络和/或光纤与上述电力局数据中心连接。进一步地，上述用户终端为电表或路灯。进一步地，上述用户终端通过传输上述下行采集控制信号的接口与上述采集终端连接，其中，上述接口包括以下至少之一 485并口、485串口或无线传输接口。在本实用新型中，采集终端通过依次相连的低压电力线、位于所述采集终端侧的用户变压器、传输由所述WPLC信号下行调制处理装置调制的与所述下行采集控制信号对应的WPLC调制信号的高压电力线与所述WPLC信号调制处理装置连接，从而利用了 WPLC调制信号穿越了变压器，解决了现有技术中需要经过多个中继转发而导致的传输可靠性下降的问题，实现了传输距离远，信号可穿越变压器，通信可靠性高。
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分， 本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中图1是根据本实用新型实施例的基于WPLC的下行信号的示意图；图2是根据本实用新型实施例的基于WPLC的上行信号的示意图；图3是根据本实用新型实施例的基于电力线的调制信号可穿越变压器的通信系统的一种优选结构示意图；图4是根据本实用新型实施例的用于远程抄表的基于电力线的调制信号可穿越变压器的通信系统的一种优选结构示意图；图5是根据本实用新型实施例的用于远程抄表的基于电力线的调制信号可穿越变压器的通信系统的另一种优选结构示意图；图6是根据本实用新型实施例的电力局与配电变电站的连接示意图；图7是根据本实用新型实施例的采集模块与用户电能表的连接示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。[0027]首先结合附图来描述WPLC的概念。工频畸变通信技术是配电网工频双向通信的简称，或称WPLC(广域电力线载波通信)，从使用的“通信介质”分，它属于电力线载波通信，同理利用空间无线电波做介质实现的通信叫“无线通信”(如微波通信、短波通信、超短波通信、微波通信等)；利用光导纤维做介质实现的通信叫“光纤通信”；利用电力线做介质实现的通信叫“电力线载波通信”。在使用同一种通讯介质的通信方式中，又可以根据不同的调制解调方式继续详细划分，此处不再累述。广域电力线载波通信属于电力线载波通信，但是它与传统的电力线载波通信的调制方式存在着本质的区别，传统的电力线载波通信是将调制信号“加载”到电力线上，以携带信息，如窄带电力线载波通信、宽带电力线载波通信；而广域电力线载波通信是通过独特的调制技术，使电力线的电压和电流波形在过零点附近产生微小的变形(畸变)，并通过工频正弦波形的微小畸变携带信息。即以配电网络(10KV和380V线路)为通讯介质，通过工频正弦电压波形的过零点处的微小畸变携带信实现数字双向通讯。工频畸变是借助配电网的数字半双工通讯，其基本理念是把电压或电流信号的微小畸变定义成“0”或“1”，多个不同的畸变相当于“0”和“1”的延续，即把电压或电流信号的微小畸变来代表二进制数字“0”或“1”，并以此方式在380V和IOKV线路中实现双向传递
fn息ο一般把从变电站向用户传递地址或命令的信号称为下行信号，而把用户信息传给变电站的信号称为上行信号。一般下行信号采用电压调制信号，上行信号采用电流调制信号。“0”和“1”有多种定义，例如图1为下行信号的“1”与“0”的一种基本定义，图2为上行信号“1”的基本定义中的一种。不同的“0”和“1”的定义及编码方式， 对于电力系统干扰的敏感性不同。图1下行和图2上行，都是调制电压，不同的是下行调制在配电线路的电源端，调制信号传递到负载端时还是电压波形的畸变；上行调制在配电线路的负载端，调制信号传递到电源端时反映出来的是电流波形的畸变。WPLC(广域电力线载波通信)，也属于电力线载波通信，但从调制方式上与传统的电力线载波通信有着本质的区别，不是向电力线载波上加载调制信号，而是在电力线电压波形通过零点附近短路与否分别代表“ 1”与“0” (数字通信)的方式达到通信的目的，如前所述。WPLC(广域电力线载波通信)调制信号的频谱是200 400HZ ；而传统的窄带电力线载波调制信号的频率是100KHZ 120KHZ，宽带电力线载波调制信号的频率是几 几十 MHZ。这也是截然不同的调制方式决定了如此大的差别。与现有技术相比，WPLC(广域电力线载波通信)的频率低于工频交流电的7次谐波，所以在信号在电力线中传播衰减比传统的电力线载波小的多，实现了传输距离远，信号可穿越变压器，通信可靠性高，实现了以整个配电网为介质的通信，从根本上解决了传统电力线载波传输距离近，不能穿越变压器，通信可靠性低的问题。利用工频调制技术在现有配电网实现无中继和桥接设备就可穿越变压器，在不同电压等级的线路之间实现了双向数据通信与数据交换，这种配网通讯的调制信号频带在 200 600Hz间，调制信号的功率密度谱最大点集中在315Hz附近(在工频电压的5次谐波和7次谐波中间)，这个频段的信号在工频变压器中虽有衰减，但还能较顺利通过工频变压器，因此信号可穿越用户变压器，沿配电线路(把整个380V和IOKV线路都当作通讯介质)在变电站和低压用户间进行数据的半双工交换，从而成功的把分散在各处的配网通讯都汇总到配网变电站，解决了通讯节点多、节点分散的问题。实施例1图3是根据本实用新型实施例的基于电力线的调制信号可穿越变压器的通信系统的一种优选结构示意图，其包括1)主站集中数据采集控制装置202，与电力局数据中心连接。^WPLC信号下行调制处理装置204，通过通信电缆与所述主站集中数据采集控制装置202连接。优选的，上述通信电缆用于传输下行采集控制信号。优选地，WPLC信号下行调制处理装置204用于生成与所述下行采集控制信号对应的WPLC调制信号。3)采集终端206，通过依次相连的低压电力线、位于所述采集终端侧的用户变压器、和高压电力线与所述WPLC信号下行调制处理装置204连接，并与用户终端连接。优选的，上述高压电力线用于传输上述WPLC调制信号。在本实用新型中，采集终端通过依次相连的低压电力线、位于所述采集终端侧的用户变压器、传输由所述WPLC信号下行调制处理装置生成的与所述下行采集控制信号对应的WPLC调制信号的高压电力线与所述WPLC信号调制处理装置连接，从而利用了 WPLC调制信号穿越了变压器，解决了现有技术中需要经过多个中继转发而导致的传输可靠性下降的问题，实现了传输距离远，信号可穿越变压器，通信可靠性高。优选的，如图5所示，所述WPLC信号下行调制处理装置204包括户外调制装置， 通过所述通信电缆与所述主站集中数据采集控制装置连接；调制变压器，通过低压电力线与所述户外调制装置连接，并通过依次相连的高压电力线、变电站高压母线、上述用户变压器、低压电力线与所述采集终端连接。优选的，与调制变压器连接的上述低压电力线用于传输与所述下行采集控制信号对应的WPLC信号调制指令，与调制变压器连接的上述高压电力线用于传输与所述WPLC信号调制指令对应的所述WPLC调制信号。优选的，所述户外调制装置包括触发单元，通过上述通信电缆(该通信电缆用于传输上述下行采集控制信号)连接至所述主站集中数据采集控制装置；控制单元，通过导线连接至所述触发单元，并通过低压电力线与所述调制变压器连接。优选的，上述导线用于传输与所述下行采集控制信号对应的触发信号，上述与调制变压器连接的低压电力线用于传输与所述触发信号对应的WPLC信号调制指令。优选的，所述控制单元为可控硅组，其中，所述可控硅组的动作根据所述触发信号而改变。优选的，根据本实用新型实施例的系统还包括WPLC信号上行调制处理装置，通过依次相连的高压电力线、位于所述采集终端侧的上述用户变压器、以及低压电力线与所述采集终端连接，并通过通信电缆与所述主站集中数据采集控制装置连接。优选的，上述与采集终端连接的低压电力线用于传输与用户终端数据对应的上行数据控制信号，上述与主站集中数据采集控制装置连接的通信电缆用于传输与所述上行数据控制信号对应的WPLC 信号调制工频电压波形畸变控制信号。优选的，所述WPLC信号上行调制处理装置包括可控硅组，其中，所述可控硅组的动作根据所述上行数据控制信号改变。优选的，所述主站集中数据采集控制装置202包括上行信号并行接收与解调单元，通过变电站出线与所述WPLC信号上行调制处理装置连接。优选的，如图6所示，所述主站集中数据采集控制装置(主站控制屏)通过网络和 /或光纤与所述电力局数据中心(电力局营销中心)连接。优选的，所述用户终端为电表，如图4和图7所示。当然，这只是一种示例，本实用新型不仅限于此，例如，所述用户终端还可以为路灯等。优选的，所述电表或路灯通过485并口与所述采集终端连接，如图4和图7所示。 优选的，485并口用于传输上述下行采集控制信号。当然，这只是一种示例，本实用新型不仅限于此，例如，所述电表或路灯还可以通过485串口或无线传输接口与采集终端连接。优选的，在本实用新型中所提到的低压电力线和高压电力线可以采用现有电力系统中的标准来界定，例如，低压为380V，高压为10KV。实施例2以下将用于远程抄表的基于电力线的调制信号可穿越变压器的通信系统为例来描述本实用新型，当然，本实用新型不仅限于此，还可以应用在其他领域，例如，运程采集或控制路灯。如图4-7所示，根据本优选实施例的跨台区远程抄表系统包括主站控制屏、采集终端和用户电能表。其中，跨台区远程抄表系统的通信过程有如下3个部分(1)主站控制屏与电力局营销中心的通信，无论是大系统的主站控制屏还是小系统的主站控制屏都具备与电力局营销中心的通信的能力(电力专网、电力MODEN或光纤)， 保证配电变电站能接收到电力局营销中心的指令和控制；亦能保证采集终端采集到的数据能传输到电力局营销中心。(2)采集终端与用户电能表之间的通信，这是采集终端从用户电能表的基础保证， 也是整个跨台区远程抄表系统最终主要实现的抄表功能。(3)主站控制屏与采集终端之间的通信，这是以配电网为介质实现的双向通信，下行的是数据采集指令，上行的是传输的采集数据。以下基于图5具体描述根据本优选实施例的跨台区远程抄表系统中的各个部件的工作流程如图5所示，下行通信过程包括主站控制屏的主控单元按照约定的数据采集时间或根据电力局营销中心的指令，将下行调制控制信号发到户外调制箱，户外调制箱的触发单元根据调制控制信号，发出触发信号控制可控硅的动作，可控硅是连接到调制变压器 (3相)的380V侧，通过调制变压器在IOKV侧产生工频电压波形畸变，调制变压器的IOKV 侧是连接到变电站的IOKV母线上的，所以变电站的所有IOKV出线上的工频电压波形产生了畸变。每一条IOKV出线上的工频电压波形畸变信息穿越用户变压器后，传递到此变压器连接的所有低压(380V)用户侧的采集终端。相当于以广播的方式完成了下行通信的过程。 下行通信信号包含了地址信息和指令信息。(下行通信指主站控制屏到采集终端的通信)。如图5所示，上行通信过程包括在下行通信过程中所有用户侧的采集终端都收到了主站控制屏发来的地址信息和指令信息，每个采集终端都有主控单元并预设的IP地址，采集终端只执行对应本终端IP地址的指令信息，并根据指令内容通过连接到用户电能表的485 口读取电能表的数据，采集终端的主控单元负责将读取的数据上传到主站控制屏，这就是上行通信过程，其具体的执行过程是采集终端的主控单元发出上行调制控制信号，控制可控硅在低压侧(380V)产生工频电压波形畸变信息，电压波形畸变包含了上传的数据，与下行通信不同的是在负荷侧调制电压波形反映到电力线上是电流波形的畸变，此电流波形的畸变信号跨越用户变压器传递到IOKV侧，并经过IOKV电力线直达配电变电站， 在每条IOKV出线上都有CT，反应到CT上的电流波形畸变被主站控制屏的上行信号并行接收解调单元接收，处理并解调出采集终端的主控单元上传的数据信号，主站控制屏将此数据上传到电力局营销中心的数据库，完成了上行通信过程。主站控制屏的上行信号并行接收解调单元对上行信号的提取、处理和解调，是WPLC(广域电力线载波通信)技术的核心。从以上的描述中，可以看出，本实用新型的实施例实现了如下技术效果基于WPLC(广域电力线载波通信)通信技术的“远程抄表系统”克服了传统电力线载波不适应农电系统远程抄表距离远、用户分散、通信可靠性低的问题。显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本实用新型的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本实用新型不限制于任何特定的硬件和软件结合。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种基于电力线的调制信号可穿越变压器的通信系统，其特征在于，包括主站集中数据采集控制装置，与电力局数据中心连接；广域电力线载波通信WPLC信号下行调制处理装置，通过传输下行采集控制信号的通信电缆与所述主站集中数据采集控制装置连接；采集终端，通过依次相连的低压电力线、位于所述采集终端侧的用户变压器、和传输 WPLC调制信号的高压电力线与所述WPLC信号下行调制处理装置连接，并与用户终端连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述WPLC信号下行调制处理装置包括户外调制装置，通过所述通信电缆与所述主站集中数据采集控制装置连接；调制变压器，通过传输与所述下行采集控制信号对应的WPLC信号调制指令的低压电力线与所述户外调制装置连接，并通过依次相连的传输与所述WPLC信号调制指令对应的所述WPLC调制信号的高压电力线、变电站高压母线、所述用户变压器、低压电力线与所述采集终端连接。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述户外调制装置包括触发单元，通过传输所述下行采集控制信号的通信电缆连接至所述主站集中数据采集控制装置；控制单元，通过传输与所述下行采集控制信号对应的触发信号的导线连接至所述触发单元，并通过传输与所述触发信号对应的所述WPLC信号调制指令的低压电力线与所述调制变压器连接。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制单元为可控硅组，其中，所述可控硅组的动作根据所述触发信号而改变。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括WPLC信号上行调制处理装置，通过依次相连的高压电力线、所述用户变压器、以及传输了与用户终端数据对应的上行数据控制信号的低压电力线与所述采集终端连接，并通过传输与所述上行数据控制信号对应的WPLC信号调制工频电压波形畸变控制信号的通信电缆与所述主站集中数据采集控制装置连接。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述WPLC信号上行调制处理装置包括可控硅组，其中，所述可控硅组的动作根据所述上行数据控制信号改变。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述主站集中数据采集控制装置包括上行信号并行接收与解调单元，通过变电站出线与所述WPLC信号上行调制处理装置连接。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述主站集中数据采集控制装置通过网络和/或光纤与所述电力局数据中心连接。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用户终端为电表或路灯。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述用户终端通过传输所述下行采集控制信号的接口与所述采集终端连接，其中，所述接口包括以下至少之一 485并口、485串口或无线传输接口。
专利摘要本实用新型提供了一种基于电力线的调制信号可穿越变压器的通信系统，其包括主站集中数据采集控制装置，与电力局数据中心连接；广域电力线载波通信WPLC信号下行调制处理装置，通过传输下行采集控制信号的通信电缆与上述主站集中数据采集控制装置连接；采集终端，通过依次相连的低压电力线、位于上述采集终端侧的用户变压器、和传输WPLC调制信号的高压电力线与上述WPLC信号下行调制处理装置连接，并与用户终端连接。本实用新型解决了现有技术中需要经过多个中继转发而导致的传输可靠性下降的问题，实现了传输距离远，信号可穿越变压器，通信可靠性高。
文档编号H04B3/54GK201994935SQ20102066151
公开日2011年9月28日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者包仁山, 李抗英, 李雪伟 申请人:北京华电微网能源技术研究院有限公司