第3章 第二版 电力线载波通信

12
24
调制器 84k 调制器 96k
BPF 60 BPF 72 BPF 84 BPF 96
72
84
60
108
三路 复用
三路 复用
调制器 108k
调制器 120k
12路载波通信
96
108
3．收信支路

相干解调， 这就要求收信端的高频与中频载频与发送端完全相 等——载波同步方法： 最终同步法控制载频偏差。
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耦合装置
电力线路
耦合装置
G
发电机 变压器 GZ C C JL HFC 载 波 机 A 载 波 机 B JL HFC GZ 变压器
G
发电机
各构成部分的作用

线路阻波器GZ：串接在电力线路和母线之间，是对电 力系统一次设备的“加工”，故又称“加工设备”。 作用：通过电力电流、阻止高频载波信号 减小变电站和分支线路对高频信号的介入损耗及同 一母线不同电力线路上高频通道。 输电线: 既传输电能又传输高频信号。
G
发电机
C
载 波 机 B
耦合装置（又称结合设备）
耦合装置
电力线路
耦合装置
G
发电机 变压器 GZ C C JL HFC 载 波 机 A 载 波 机 B JL HFC GZ 变压器
G
发电机
各构成部分的作用

电力载波机：核心 主要实现调制和解调，完成频率搬移， 载波机性能好坏直接影响电力线载波通信系统的质量。 耦合电容C和结合滤波器JL组成：高频带通滤波器， 其作用： 通过高频载波信号， 阻止电力线上的工频高压和工频电流进入载波设备， 确保人身、设备安全。
保护信号传输的工作方式
音频保护信号设备与电力载波机配合的三 种方式： 专用 同时复用 交替复用
保护信号传输的工作方式1

专用：单路载波机专用来传输保护信号。 采样这种方式，传输距离远，信号延时 最小（<=10ms)。
保护信号传输的工作方式2
保护信号传输的工作方式3
交替复用4频率的FSK分配

电力线载波通信是电力系统特有的通信方式。
电力线路是为输送50/60Hz强电设计的，线路衰减小， 机械强度高，传输可靠。 电力线载波通信合用电力线路进行通信不需要通信线 路建设的基建投资和日常维护费用，在电力系统中占 有重要地位。


一、电力线载波通信的特点
1. 独特的耦合设备
耦合装置 电力线路 耦合装置

电力线载波通道的干扰计算

载波机A 对载波机B的 信号干扰比：
PS/I＝PB一(PA一bT一bI一bS) （3-1） PS/I为信号干扰比，dB PB为被干扰载波机接收信号电平，dB； PA为干扰载波机A发送电平，dB； bT 为干扰信号路径中的跨越衰减，dB； bI 为干扰信号路径的传输衰减，dB； bS 为干扰载波机选择性衰减，dB；。 可懂串音防卫度大于55dB，对不可懂串音防卫度大于 47dB，表示通道间的干扰在允许范围内可正常运行。
第三章 电力线载波通信
（Power Line Carrier-PLC)

概述 电力线载波通信系统 数字电力线载波机 电力线载波通信新技术
第一节 概述
电力线载波通信(也称PLC-Power Line Carrier) ——利用高压输电线作为传输通路的载波通信方式。 用于电力系统的调度通信、远动、保护、生产指挥、 行政业务通信及各种信息传输。
一、电力线载波通信的特点（续）
4. 线路存在强大的电磁干扰

由于电力线路上存在强大的电晕等干扰噪声，要求 电力线载波设备具有较高的发信功率，以获得必需 的输出信噪比。 另外，由于50Hz基波和低次谐波的强烈干扰，使得 0.3-3.4KHz的话音信号不能直接在电力线上传输，只 能将信号频谱搬移到40KHz以上，进行载波通信。

设备内固有的杂音：
导体电阻、电气元器件的热噪音和电源滤波不良产生 的纹波电压所引起的杂音等。

制际串音形成的杂音：
其它通信设备传输信号时串入设备的不可懂杂音。 路际串音形成的杂音： 是指在同一设备中，各通路间的不可懂串音。主要由线 路放大器等部件的非线性所造成的。

2．对电力线载波通路杂音的要求

单边带幅度调制(SSB)也称单边带调幅，一般采用两次调 制及滤波的方法，将双边带调幅产生的两个边带除去一 个，载频也被抑制。 优点：
（1）接收频带减为一半，噪声及干扰影响减小。 （2）提高了电力线载波频谱的利用率。 （3）发送功率集中在一个边带中，利用率高。
（三）典型电力线载波机的组成
音频汇接电路、发信支路、收信支路、自动电平调节系 统、呼叫系统等

二、我国电力线载波通信的现状

在以数字微波通信、卫星通信为主干线的覆盖全国的
电力通信网络已初步形成、多种通信手段竟相发展的 今天，电力线载波通信仍是地区网、省网乃至网局网
的通信手段之一，仍是电力系统应用区域最广泛的通
信方式，仍是电力通信网重要的基本通信手段；

定位：电力线载波对小容量、长距离的电力通信

二、电力线载波机
（一）特点
（1）电力线上噪声电平很高，为保证接收端信噪比符合要求，载波机发
送功率较大(约为1—100w)。 （2）为集中利用发送功率，一台载波机的路数较少，一般为单路机。
（3）接收机应具有较好的自动电平调节系统，在接收信号电平变化较大
的情况下，仍使音频输出电平变动很小。 （4）复用机：传送电力调度及安全运行所需的电话、远动、远方保护信


传输高频信号，阻隔工频电流， 在电气上与结合设备中的调谐元件配合，形成高通滤波器或 带通滤波器， 容量一般为3000-10000pF； 主要由强流线圈、保护元件及电感、电容与电阻等调谐元件 组成， 串联在输电线路上。通过工频电流，阻止高频信号 线路阻波器的电感量一般为0.1-2mH；对高频信号呈现高阻抗 （几千欧姆以上）
衡量杂音对通信质量的影响： 杂音电平的大小， 信号电平的大小以及信号电平与杂音电平的差值。 信号与杂音电平的差值称为信杂比，又称为杂音防卫 度，用SNR表示。
（三）电力线载波通道的频率分配

1．必要性
防止通道间相互干扰，保证通信系统正常运行。 ZJA(通道A):fA， ZJB(通道B):fB， 路径干扰: 相线间电磁耦合， fA信号-A相-ZJB
我国统一规定电力线载波通信使用的频率范围为40— 500KHz(实际能使用的频谱更窄）。
一、电力线载波通信的特点（续）
3. 以单路载波为主
电力系统从调度通信的需要出发，往往要依靠发电 厂、变电所同母线上不同走向的电力线开设载波来 组织各方向的通信。 电力线通信大量采用单路载波设备（上世纪八十年代） 多路载波机 （上世纪九十年代末）

传输信号电平、通路净衰耗频率特性、通路振幅特性、
通路稳定度、通路杂音、通路串音、载波同步、回音 与群时延和振铃边际等

电力线载波机的技术指标满足国家和国际的有关标准 或建议，即国标GB/T7255-95《单边带电力线载波终
端机》、IEC495《单边带电力线载波终端机》及ITU-T
有关建议。
三、电力线高频通道
G
发电机 变压器 GZ C JL GL JL GL C GZ 变压器
G
发电机
载 波 机 A
载 波 机 B
载波信号和工频电流的各自传输和分离
一、电力线载波通信的特点（续）
2. 线路频谱安排的特殊性 电力线载波通信能使用的频谱由三个因素决定： （1）电力线路本身的高频特性（< 500KHz）。 （2）避免50Hz工频的干扰。 （3）考虑载波信号的辐射对无线电广播及无线通信的影 响。（300K~3M)Hz
1．杂音的类型

杂音： 对语音的较弱部分掩盖，使人耳对有用信号的听觉灵 敏度降低，从而降低了语音的清晰度。

串音：

可懂串音 不可懂串音，对于通路的影响与杂音相同
通路的杂音


通路杂音：线路杂音、设备内的固有杂音、制际串音 形成的杂音和路际串音形成的杂音。 线路杂音：高压电力线上，由导线发生电晕和绝缘子 表面局部放电所造成的杂音——主要杂音来源。 不同电压等级的电力线路杂音电平数值如表。
号。
专用机： 专门传送其中一种信号。

为了满足不同电压等级的线路上开设电力线载 波通信的需求，目前国产电力线载波机已形成 系列机，通过对系列机的选择和组合，可以实 现调度所、发电厂和变电站之间的各种通信。
（二）调制方式
主要：双边带幅度调制、单边带幅度调制和频率调制三种， 单边带幅度调制——最为普遍

电力线高频通道组成：


耦合装置：结合滤波器JL（又称结合设备）、耦合 电容器C、阻波器GZ（又称加工设备） 电力线路。
耦合装置 电力线路 耦合装置
G
发电机 变压器 GZ C JL HFC 载 波 机 A 载 波 机 B JL HFC C GZ 变压器
G
发电机
（一）耦合装置与耦合方式
1．耦合装置 耦合电容C：
（2）相—相耦合方式
需要至少两个耦合电容器和 两个阻波器， 特点： 耦合设备费用约为相—地耦合方式的两~三倍， 高频衰减小，而且当电力线路故障时，由于 80%的故障属于单相故障，所以具有较高的安 全性， 目前国内外在一些可靠性要求较高的电力线高 频通道中已采用了相—相耦合方式。
（二）电力线载波通路上的杂音干扰

线路阻波器GZ


耦合电容C：

线路阻波器GZ
结合滤波器JL（又称结合设备） 与耦合电容器组成高通或带通滤波器。 构成：排流线圈、接地刀闸、匹配变压器、 调谐装置。 分频滤波器 载波机与高频保护收发信机的并机运行。 提供防卫度和并机阻抗特性。

2．耦合方式
三种：相—地、相—相 和相—地、相—相混合方式。 （1）相—地耦合方式。 载波设备在一根相导线和大地之间， 特点：只需一个耦合电容器和一个阻波器，设备使用经济， 因而得到了广泛应用。 不足：衰减比相—相耦合方式大；在相导线发生接地故障 时高频衰减增加很多。
2．发信支路
一般采用二次调制， 第一次调制：音频 -> 中频，故称为中频调制 中频载波的一般取12kHz，调制后取上边带。 第二次调制:中频 ->高频, 故称为高频调制 高频频带（40-500）kHz，调制后取下边带。
信号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
三路 复用 三路 复用
来说，是一种经济可靠的通信方式
二、我国电力线载波通信的现状（续）

出现于上个世纪二十年代初期 上个世纪七十年代时期，我国模拟电力线载波机技术已趋成熟 （先进调制技术）

八十年代中期，电力线载波通信的应用达到了史无前例的高峰
（载波频谱日趋紧张）

九十年代，数字多路载波机问世

2000 年左右，我国大规模地开展低压电力线载波应用技术的研究 “未被挖掘的金山”之势PLC (Power line communication，而不 是Power line carrier)。 未来主要应用领域:使用窄带的电度表自动集抄系统、家居自动化 和使用宽带的电线上网 ，配网自动化等
讨论：为什么有导频信号？
讨论：为什么有压缩扩展器？
1．音频汇接电路
音频段（0-4）kHz ：

0.3-2.0kHz —— 话音信号 2.220kHz±30Hz——呼叫信号（FSK) 2.4-3.4 kHz ——远动信号（FSK) 3.660kHz±30Hz ——呼叫信号（FSK)




保护信号——时间短，优先级高（全功 率）展开
4．自动电平调节系统

原因：电力线载波通道传输特性：非常不稳定
线路衰减随气候条件、电力设备的操作和线路故障 有很大变化。

目的：收信端设有自动电平调节系统，用于补偿高频
通道在运行过程中的衰减变化，保证收信端传输电平 的稳定。 过程：将导频信号（中频载波信号）为参考，来控制 收信支路中可调放大器的增益或可调衰减器的衰减，

实现自动调节。
5．呼叫系统、自动交换系统
在传输语音信号之前，首先应呼出对方用户。 因此，发信支路中发送呼叫信号的音频 在对方收信支路中接入呼叫接收电路

电力线载波机采用自动呼叫方式，自动交换系统 国产载波机一般设四门用户交换系统， 进口载波机一般不设交换系统，而是连接小交换机。
（五）电力线载波机的主要技术指标

第二节 电力线载波通信系统
一、电力线载波通信系统构成
电力线载波机、电力线路和耦合设备构成。 耦合装置（又称结合设备）包括: 线路高频阻波器GZ、耦合电容器 C、结合滤波器JL和高频电缆GL /HFC. 作用 提供高频信号通路 电力线高频通道 , 工频通道
耦合装置 电力线路 耦合装置
G
发电机 变压器 GZ C JL HFC 载 波 机 A JL HFC GZ 变压器