專利名稱：電力線配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力線配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)，特別是利用配電網(wǎng)的配電線路作為傳輸鏈路，為配網(wǎng)自動化系統(tǒng)提供傳輸通道，實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化的通信系統(tǒng)。
電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，電力工業(yè)的發(fā)展取決于發(fā)電能力、各類用戶對電能源的需求、安全可靠的送變電網(wǎng)絡(luò)三個方面。國內(nèi)電力行業(yè)的現(xiàn)狀是送變電環(huán)節(jié)的發(fā)展制約了用戶需求的增長，主要表現(xiàn)在配網(wǎng)供電干線徑容量小，保護(hù)設(shè)備陳舊，自動化管理程度低等，滿足不了用戶的用電要求，并直接影響了其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。中國政府從擴(kuò)大內(nèi)需，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)均衡發(fā)展的戰(zhàn)略考慮，制定了大規(guī)模改造城市電網(wǎng)和建設(shè)農(nóng)村電網(wǎng)的計劃。在配電網(wǎng)改造和建設(shè)中的一個主題就是實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化管理，即對配電網(wǎng)絡(luò)中所有變壓器、開關(guān)及其他控制設(shè)備實現(xiàn)實時控制。實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)是為了擴(kuò)大內(nèi)需，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)均衡發(fā)展，提高供電可靠性。它是城市配電網(wǎng)自動化改造和農(nóng)村電網(wǎng)新建的重要組成部分。
配電網(wǎng)是輸供電網(wǎng)絡(luò)的末端，指從110KV電壓等級送至各級用戶的10KV輸電網(wǎng)絡(luò)。在配電網(wǎng)中，利用各種通信介質(zhì)，各種通信方式及多種接口技術(shù)，綜合集成配電通信網(wǎng)絡(luò)，為配電網(wǎng)自動化管理提供基礎(chǔ)條件。在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，每一監(jiān)控節(jié)點均需通信設(shè)備的配套。目前實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化的技術(shù)瓶頸之一就是通信通道問題。利用配電輸電線路作為通信媒介是建立配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)通信通道的最快捷、最經(jīng)濟(jì)的方法。由于配電網(wǎng)絡(luò)是最接近用戶的輸電線路，線路特性由于用電負(fù)載的不斷改變而不太穩(wěn)定，線路上存在各種噪聲、脈沖干擾、多徑等，因而常規(guī)的窄帶載波傳輸方式不能適應(yīng)配電網(wǎng)絡(luò)的通信環(huán)境。
本發(fā)明的目的就是為了解決以上問題，提供一種電力線配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)，克服由于上述原因造成的對通信的干擾，實現(xiàn)有效的通信。
本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的方案是一種電力線配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)，包括多個通信設(shè)備，每個通信設(shè)備一端與配網(wǎng)自動化設(shè)備的通信終端或通信前置機(jī)相連，另一端與高壓電力線相連，其特征是系統(tǒng)的每個通信設(shè)備包括電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊、CPU控制模塊、功放模塊、結(jié)合設(shè)備及電源模塊；所述配網(wǎng)自動化設(shè)備的通信終端或通信前置機(jī)與CPU控制模塊相連，CPU控制模塊還與電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊相連，電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊還依次通過功放模塊、結(jié)合設(shè)備與高壓電力線相連，電源模塊負(fù)責(zé)為系統(tǒng)進(jìn)行供電。
所述電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的擴(kuò)頻調(diào)制、解調(diào)、糾錯編碼、解碼、均衡、同步和收發(fā)信功能，管理數(shù)據(jù)鏈路，實現(xiàn)鏈路層協(xié)議；所述CPU控制模塊實現(xiàn)對通信終端或通信前置機(jī)的數(shù)據(jù)接口，完成用戶的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、打包，對電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊進(jìn)行控制、實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的管理，并提供用戶對系統(tǒng)設(shè)置的人機(jī)接口；所述功放模塊完成寬頻擴(kuò)頻信號的功率放大，濾波，將放大后的信號耦合到結(jié)合設(shè)備，并完成對接收信號的濾波及電平控制；所述結(jié)合設(shè)備包括結(jié)合濾波器和耦合電容，實現(xiàn)將高頻通信信號耦合到10KV的配電線路上，它同時是隔離10KV高壓的關(guān)鍵設(shè)備。
由于采用了以上的方案，本通信系統(tǒng)可采用擴(kuò)頻通信方式，可以有效地克服由于上述原因造成的對通信的干擾。擴(kuò)頻信號可占用電力線傳輸頻帶(40-500KHz)的大部分頻率范圍，以實現(xiàn)最高達(dá)4.8Kbps，19.2Kbps，100Kbps的上限速率。同時本發(fā)明中的通信設(shè)備可遵循OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型，實現(xiàn)電力線上高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢韺优c數(shù)據(jù)鏈路層的功能。本方案使得在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)可以利用基于配電線路本身的通信通道實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸，以經(jīng)濟(jì)和方便的途徑實現(xiàn)了電力系統(tǒng)配電網(wǎng)的通信，有利于實現(xiàn)自動化。


圖1是本發(fā)明配網(wǎng)節(jié)點擴(kuò)頻設(shè)備連接示意圖。
圖2是本發(fā)明配網(wǎng)中心擴(kuò)頻設(shè)備連接示意圖。
圖3是本發(fā)明通信系統(tǒng)的示意圖。
圖4是最高速率為100Kbps的電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊示意圖。
圖5是最高速率為19.2Kbps的電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊示意圖。
圖6是最高速率為4.8Kbps的電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊示意圖。
圖7是實施例中CPU控制模塊示意圖。
圖8是實施例中功放模塊示意圖。
圖9是實施例中結(jié)合設(shè)備示意圖。
下面通過具體的實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
實施例一見圖3，整個所述通信系統(tǒng)包括一個配網(wǎng)中心100內(nèi)的通信設(shè)備10及通信前端機(jī)40、多個主節(jié)點(中心節(jié)點)Em1，Em2，Em3，......和多個從節(jié)點Es1，Es2，Es3，......；每個通信節(jié)點Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......可以設(shè)定為一個唯一的通信地址。
其中需要進(jìn)行自動化控制的配網(wǎng)自動化設(shè)備20的各個通信終端30通過標(biāo)準(zhǔn)的RS-232口與通信設(shè)備10相接，通過該RS-232接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，通信設(shè)備10通過結(jié)合設(shè)備4(結(jié)合濾波器和高頻耦合電容)接入到電力線線路，所有的通信設(shè)備10通過電力線50形成一個總線型的通信系統(tǒng)，各個自動化終端控制設(shè)備20通過通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；整個通信系統(tǒng)中的通信節(jié)點Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......間的通信協(xié)議為輪詢方式或令牌傳遞方式或廣播方式。
如圖1、圖2，電力線通信設(shè)備10包括電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊1、CPU控制模塊2、功放模塊3、電源模塊5、結(jié)合設(shè)備4(濾波器及耦合電容)。
電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊1實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的擴(kuò)頻調(diào)制、解調(diào)、糾錯編碼、解碼、均衡、同步和收發(fā)信功能，管理數(shù)據(jù)鏈路，實現(xiàn)鏈路層協(xié)議，以上處理可以保證利用電力線50的數(shù)據(jù)傳輸達(dá)到10-9的誤碼率。圖4、5、6分別為最高速率為100Kbps、19.2Kbps、4.8Kbps的電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊1的三個實施例示意圖。
CPU控制模塊2實現(xiàn)對通信終端30或通信前置機(jī)40的數(shù)據(jù)接口，完成用戶的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、打包，對電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊1進(jìn)行控制、實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的管理，并提供用戶對系統(tǒng)設(shè)置的人機(jī)接口。圖7是CPU控制模塊2的一個實施例示意圖。
功放模塊3完成寬頻擴(kuò)頻信號的功率放大，濾波，將放大后的信號耦合到結(jié)合設(shè)備4，并完成對接收信號的濾波及電平控制。圖8是功放模塊3的一個實施例示意圖。
電源模塊5負(fù)責(zé)對上述所有模塊進(jìn)行供電。根據(jù)需要提供220V交流電源或110VAC交流電源輸入。同時提供24V直流后備輸入。
結(jié)合設(shè)備4(包括結(jié)合濾波器和耦合電容)實現(xiàn)將高頻通信信號耦合到10KV的配電線路上，它同時是隔離10KV高壓的關(guān)鍵設(shè)備。圖9是結(jié)合設(shè)備4的一個實施例示意圖。
在一個配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，所有需要進(jìn)行自動化控制的配網(wǎng)自動化設(shè)備20的各個通信終端30通過標(biāo)準(zhǔn)的RS-232口與通信設(shè)備10相接，通過該RS-232接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，通信設(shè)備10通過結(jié)合設(shè)備4(結(jié)合濾波器和高頻耦合電容)接入到電力線線路，所有的通信設(shè)備10通過電力線50形成一個總線型的通信系統(tǒng)，各個自動化終端控制設(shè)備20通過通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
本發(fā)明的每個通信節(jié)點Em/Es可以設(shè)定一個唯一的通信地址，系統(tǒng)所能容納的通信節(jié)點Em/Es為65,534個。
本發(fā)明中所有系統(tǒng)中的通信節(jié)點Em/Es可以采用多種通信協(xié)議完成對數(shù)據(jù)的采集及傳輸。具體有以下幾種輪詢(POLLING)方式、令牌傳遞方式(TOKEN PASSING)、廣播(BROADCASTING)方式，可以根據(jù)需要靈活設(shè)定。
輪詢方式適合于網(wǎng)絡(luò)中只有一個中心節(jié)點Em的情況，結(jié)構(gòu)比較簡單，適用于線路較簡潔的配網(wǎng)線路，配網(wǎng)中心100通過中心節(jié)點Em實現(xiàn)對其他從節(jié)點Es的訪問與控制；令牌傳遞方式適用于存在多個中心節(jié)點Em的情況，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但系統(tǒng)中的各個中心節(jié)點Em可以平等地對系統(tǒng)進(jìn)行接入和控制。這在大規(guī)模的配網(wǎng)系統(tǒng)中可以靈活地根據(jù)線路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對配電網(wǎng)絡(luò)的控制與管理。
廣播方式適用于需要提供透明通道的應(yīng)用環(huán)境，此時通信設(shè)備10不需要管理系統(tǒng)鏈路層，所有的差錯控制及鏈路控制由配網(wǎng)中心100的高層應(yīng)用軟件來實現(xiàn)。
電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信設(shè)備10可以提供多種接口方式實現(xiàn)與通信終端30的接口，包括同步RS232或異步RS232或RS485等。
本發(fā)明利用最新的擴(kuò)頻通信技術(shù)，克服了電力線傳輸環(huán)境的各種干擾和噪聲，使得在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)可以利用基于配電線路本身的通信通道實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸，是實現(xiàn)電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動化的最經(jīng)濟(jì)和最方便的途徑。
權(quán)利要求
1.一種電力線配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)，包括多個通信設(shè)備(10)，每個通信設(shè)備(10)一端與配網(wǎng)自動化設(shè)備(20)的通信終端(30)或通信前置機(jī)(40)相連，另一端與高壓電力線(50)相連，其特征是系統(tǒng)的每個通信設(shè)備(10)包括電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊(1)、CPU控制模塊(2)、功放模塊(3)、結(jié)合設(shè)備(4)及電源模塊(5)；所述配網(wǎng)自動化設(shè)備(20)的通信終端(30)或通信前置機(jī)(40)與CPU控制模塊(2)相連，CPU控制模塊(2)還與電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊(1)相連，電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊(1)還依次通過功放模塊(3)、結(jié)合設(shè)備(4)與高壓電力線(50)相連，電源模塊(5)負(fù)責(zé)為系統(tǒng)進(jìn)行供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述通信系統(tǒng)，其特征在于所述電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊(1)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的擴(kuò)頻調(diào)制、解調(diào)、糾錯編碼、解碼、均衡、同步和收發(fā)信功能，管理數(shù)據(jù)鏈路，實現(xiàn)鏈路層協(xié)議；所述CPU控制模塊(2)實現(xiàn)對通信終端(30)或通信前置機(jī)(40)的數(shù)據(jù)接口，完成用戶的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、打包，對電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊(1)進(jìn)行控制、實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的管理，并提供用戶對系統(tǒng)設(shè)置的人機(jī)接口；所述功放模塊(3)完成寬頻擴(kuò)頻信號的功率放大，濾波，將放大后的信號耦合到結(jié)合設(shè)備(4)，并完成對接收信號的濾波及電平控制；所述結(jié)合設(shè)備(4)包括結(jié)合濾波器和耦合電容，實現(xiàn)將高頻通信信號耦合到10KV的配電線路上，它同時是隔離10KV高壓的關(guān)鍵設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述通信系統(tǒng)，其特征在于所述通信設(shè)備(10)與通信終端(30)或通信前置機(jī)(40)的接口為同步RS232或異步RS232或RS485。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述通信系統(tǒng)，其特征在于整個所述通信系統(tǒng)包括一個配網(wǎng)中心(100)內(nèi)的通信設(shè)備(10)及通信前端機(jī)(40)、多個主節(jié)點(Em1，Em2，Em3，......)和多個從節(jié)點(Es1，Es2，Es3，......)；每個通信節(jié)點(Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......)可以設(shè)定一個唯一的通信地址。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述通信系統(tǒng)，其特征在于整個所述通信系統(tǒng)包括一個配網(wǎng)中心(100)內(nèi)的通信設(shè)備(10)及通信前端機(jī)(40)、多個主節(jié)點(Em1，Em2，Em3，......)和多個從節(jié)點(Es1，Es2，Es3，......)；每個通信節(jié)點(Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......)可以設(shè)定一個唯一的通信地址。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述通信系統(tǒng)，其特征在于其中需要進(jìn)行自動化控制的配網(wǎng)自動化設(shè)備(20)的各個通信終端(30)通過標(biāo)準(zhǔn)的RS-232口與通信設(shè)備(10)相接，通過該RS-232接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，通信設(shè)備(10)通過結(jié)合設(shè)備(4)接入到電力線線路，所有的通信設(shè)備(10)通過電力線(50)形成一個總線型的通信系統(tǒng)，各個自動化終端控制設(shè)備(20)通過通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；整個通信系統(tǒng)中的通信節(jié)點(Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......)間的通信協(xié)議為輪詢方式或令牌傳遞方式或廣播方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述通信系統(tǒng)，其特征在于其中需要進(jìn)行自動化控制的配網(wǎng)自動化設(shè)備(20)的各個通信終端(30)通過標(biāo)準(zhǔn)的RS-232口與通信設(shè)備(10)相接，通過該RS-232接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，通信設(shè)備(10)通過結(jié)合設(shè)備(4)接入到電力線線路，所有的通信設(shè)備(10)通過電力線(50)形成一個總線型的通信系統(tǒng)，各個自動化終端控制設(shè)備(20)通過通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；整個通信系統(tǒng)中的通信節(jié)點(Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......)間的通信協(xié)議為輪詢方式或令牌傳遞方式或廣播方式。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述通信系統(tǒng)，其特征在于其中需要進(jìn)行自動化控制的配網(wǎng)自動化設(shè)備(20)的各個通信終端(30)通過標(biāo)準(zhǔn)的RS-232口與通信設(shè)備(10)相接，通過該RS-232接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，通信設(shè)備(10)通過結(jié)合設(shè)備(4)接入到電力線線路，所有的通信設(shè)備(10)通過電力線(50)形成一個總線型的通信系統(tǒng)，各個自動化終端控制設(shè)備(20)通過通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；整個通信系統(tǒng)中的通信節(jié)點(Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......)間的通信協(xié)議為輪詢方式或令牌傳遞方式或廣播方式。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述通信系統(tǒng)，其特征在于其中需要進(jìn)行自動化控制的配網(wǎng)自動化設(shè)備(20)的各個通信終端(30)通過標(biāo)準(zhǔn)的RS-232口與通信設(shè)備(10)相接，通過該RS-232接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，通信設(shè)備(10)通過結(jié)合設(shè)備(4)接入到電力線線路，所有的通信設(shè)備(10)通過電力線(50)形成一個總線型的通信系統(tǒng)，各個自動化終端控制設(shè)備(20)通過通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；整個通信系統(tǒng)中的通信節(jié)點(Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......)間的通信協(xié)議為輪詢方式或令牌傳遞方式或廣播方式。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電力線配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng),包括多個通信設(shè)備,通信設(shè)備一端與配網(wǎng)自動化設(shè)備的通信終端或通信前置機(jī)相連,另一端與高壓電力線相連,它包括電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊、CPU控制模塊、功放模塊、結(jié)合設(shè)備;配網(wǎng)自動化設(shè)備的通信終端或通信前置機(jī)與CPU控制模塊相連,后者還與電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊相連,電力線數(shù)字?jǐn)U頻通信模塊還依次通過功放模塊、結(jié)合設(shè)備與高壓電力線相連?？朔穗娏€傳輸環(huán)境的各種干擾和噪聲。
文檔編號H04B3/54GK1267140SQ99117299
公開日2000年9月20日 申請日期1999年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月17日
發(fā)明者周衛(wèi)紅, 熊力 申請人:深圳市路通達(dá)通訊設(shè)備有限公司