电力线载波通信
电力线载波通信概述(ppt 75页)
载波通信基本原理
双向通信的实现 载波通信的基本过程可归纳为：“一变二分三还原”。
“变”是用调制器把话音频带变换到高频频带，“分” 就是频率分割，在收信端用滤波器把各路信号从群信 号中分割出来，“还原”就是利用解调器把高频频带 还原成话音频带。 按照频率搬移、频率分割原理实现传输线路频分多路 复用的设备叫做载波机载波机。
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电力线载波通信系统的组成
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电力线载波机
差分/汇接系统 压缩扩展器 调制器 载供系统 呼叫系统 自动电平调节系统
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电力线载波机
差分/汇接系统
定义：把一个传输通路分成两个及以上的传输通路称 为差分，而把两个及以上的传输通路合并为一个传输 通路称为汇接。在各种类型的载波机中，凡是多个通 道（或多个信号）需要分开或汇接的地方，均广泛使 用差分网络或汇接网络。有的电路网络能同时实现差 分和汇接作用，故称为差分汇接网络，简称差接网络。
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载波通信基本原理
双带二线制
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载波通信基本原理
单带四线制 所谓单带四线制指的是在线路上收、发两个传输方向
上采用相同的传输频带，而用两对导线（四根导线） 来各自传输一个方向的信号，防止“自发自收”，实 现双向通信。 应用：这种方法主要用在对称电缆和同轴电缆载波通 信系统。
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载波通信基本原理
过高效、安全的耦合设备才能与电力线路相联。这些 耦合设备既要使载波信号有效传送，又要不影响工频 电流的传输，还要能方便地分离载波信号与工频电流。 此外，耦合设备还必须防止工频高压、大电流对载波 通信设备的损坏，确保安全。
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电力线载波通信的特点
线路频谱安排的特殊性 电力线载波通信能使用的频谱，是由3个因素决定的： 1）电力线路本身的高频特性； 2）避免50Hz工频谐波的干扰； 3）考虑载波信号的辐射对无线电广播及无线通信的
电力系统中的电力线载波通信技术
电力系统中的电力线载波通信技术引言电力通信被普遍应用在电力系统中，其主要目的是实现电力信息传输、监测和控制。
而电力线载波通信技术作为其中一种重要的通信手段，具有广泛的应用前景。
本文将探讨电力线载波通信技术在电力系统中的原理、应用和发展趋势，为读者提供更深入的了解。
一、电力线载波通信技术的原理电力线载波通信技术利用电力线作为传输介质，通过将高频信号耦合到输电线路上，实现信息传输的目的。
其原理基于电力线的双重工作特性，即输电和通信，并通过频分复用技术使其同时进行。
首先，信号的耦合。
在电力线输电过程中，由于电力系统的特性，存在着一定的电压和电流波动。
电力线载波通信技术利用这种波动作为信号传输的载体，通过改变电流和电压的幅度和频率来传递信息。
这种耦合不仅能提高信息传输的可靠性，还能减少系统对外部环境的干扰。
其次，频分复用技术。
电力线系统中，除了电力信号外，还有其他频率的干扰信号存在。
为了有效地区分不同信号，电力线载波通信技术引入了频分复用技术。
通过将不同频段的信号分配给不同的用户或功能，实现数据的同时传输和分离。
二、电力线载波通信技术的应用1. 电力数据传输电力线载波通信技术在电力系统中最常见的应用就是实现电力数据的传输。
通过将监测仪器、数据采集设备等连接到电力线上，可以将实时电力数据传输到中央控制中心，实现对电力系统的远程监测和管理。
这种应用不仅提高了电力系统的运行效率，还能预防和处理电力故障。
2. 智能电网随着电力系统的现代化发展，智能电网的建设成为当今的热点。
电力线载波通信技术在智能电网中起到了重要的作用。
通过将智能设备与电力线相连，可以实现对电力负荷、电能质量和安全等参数的实时监测和管理。
并且通过数据的传输和处理，可以实现电力系统的智能化运营和优化调度。
3. 家庭电力信息管理电力线载波通信技术还可以应用于家庭电力信息管理。
通过在家庭电力表中集成通信模块，可以实现对电力用量、功率因数等信息的实时监测和统计。
第3章__电力线载波通信..
第二节 电力线载波通信系统
一、电力线载波通信系统构成
电力线载波通信系统主要由电力线载波机、电力线路和耦合设 备构成，如图3-1 。其中耦合装置包括线路阻波器GZ、耦合电容 器C、结合滤波器JL（又称结合设备）和高频电缆HFC，与电力线 路一起组成电力线高频通道。
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
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。 （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。 我国统一规定电力线载波通信使用的频率范围为 40—500KHz。
一、电力线载波通信的特点（续）
图3-9
（二）电力线载波通信的转接方式
电力线载波通信中，为了组成以调度所为中心 的通信网，经常需要进行电路转接。常用的转 接方式有两种：话音、远动通路同时转接和话 音通路单独转接方式。当话音、远动同时转接 时，可采用中频转接或低频转接；当话音通路 单独转接时，应采用音频转接。各种转接的原 理及特点如下。
1．定频通信方式
定频通信方式如图3-7 所示，这种方式应用最普遍。一 对一的定频通信方式又是定点通信，传输稳定，电路 工作比较可靠。
图3-7
2．中央通信方式
为实现图3-7中A站与B、C两站通话需要，也可采用中 央通信方式(见图3-8)。采用这种方式，在A、B、C三 站或更多站间通信可只使用一对频率，节约了载波频 谱也节约了设备数量。但这种方式只限A站与B、C两 站或更多外围站分别通话。各外围站之间不能通话。 因此，这种方式只宜在通话量少的简单通信网中使用， 如集中控制站对无人值守变电所的通信。
电力线载波通信详解..
1、电力线载波通信系统的构成
高压电力线、阻波器、耦合电容器、结合滤波器、载波机 和高频电缆组成
变电站 A
阻波器
变电站 B 高压线
阻波器
CC/CVT
结合滤波器 电力线载波机 结合滤波器
CC/CVT
电力线载波机
传输数据、电话和护信号
耦合设备
2、电力载波机 载波机发送功率较大（1-100W） 为集中利用发送功率，一般使用单路载波机 具备有较好的自动电平调节系统，接收信号电平 变化在30dB变化范围内时，音频信号输出电平 变化＜1dB 主要传输调度电话、自动化信息、电力线路保护 信号
结合滤波器与耦合电容器一起组成结合设备，在电力线和 高频电缆之间传输载波信号，实现线路侧和载波侧的阻抗匹配
结合滤波器样例： MCD80
结合滤波器原理图
设计耦合系统采用的线路阻抗值一般是： 单根导线：相地耦合为400Ω。相相耦合为600Ω； 分裂导线：相地耦合为300Ω，相相耦合为500Ω。 电缆侧（载波侧）一般为75Ω。
允许传送和判别的时间很短，发送信号的次数极少(每年 仅数次)，没有预定的发送时间，而且要求保护装置正确 动作的概率很高(安全性很高)和丢失命令的概很低(可依 靠性很高) 与话音交替复用 (AMP)
二、电力线载波机的体系结构
（一）电力线载波机的特点与技术要求
(1)电力线高频通道杂音大，线路直通距离长，衰减大，为保证收 信端有足够的信噪比，要求电力线载波机的发信功率较大。 (2)电力线载波机确保在电力线路故障或系统操作，造成高频通道 衰减突然增大很多时，仍能维持通畅。因此，要求电力线载波机 要有较快调节速度和较大调节范围的自动电平调节系统 (3)为便于灵活组织通信和频率分配，并避免因发信功率太大引起 制造困难，电力线载波机大多是单路机。 (4)现代电力线载波机大多为多功能、标准化、系列化、通用化的 载波通信设备，能适应在110-500kV各种不同电压等级的电力线 上传送电话与非电话业务的需要。 (5)为了提高电力线高频通道和载波设备的利用率，国产电力线载 波机本身常带有自动交换系统，并可为重要用户提供优先权。
电力线载波通信原理
电力线载波通信原理
电力线载波通信是一种利用电力线传输数据的通信技术，它基于载波通信原理。
载波通信是指在传送高频信号的载波上叠加低频信号进行通信的一种方式。
在电力线载波通信中，采用电力线作为传输媒介，将数据信号转化为高频载波信号，通过改变载波信号的某些属性来传输数据。
电力线载波通信一般采用频分多址技术，即将不同用户的数据信号编码成不同的频带，并将其叠加在电力线上传输。
接收端通过解调和解码将载波信号转换成原始的数据信号。
电力线载波通信的优点在于利用现有的电力线进行通信，无需额外的布线，降低了成本。
同时，电力线覆盖范围广泛，能够在室内和室外实现通信。
然而，电力线作为传输媒介也存在一些问题，如传输距离受限、传输速率较低、干扰较多等。
因此，电力线载波通信一般用于短距离的低速数据传输，如智能家居、智能电网等领域。
电力线路载波通讯
电力线路载波通讯随着社会的进步和科技的发展，电力供应已经成为人们生活中不可或缺的部分。
为了提高电力系统的安全性和可靠性，电力线路的通讯系统也逐渐发展起来。
其中，电力线路载波通讯技术因其高效、可靠的特点而备受关注。
本文将从电力线路载波通讯的基本原理、应用领域以及未来发展趋势等方面进行探讨。
一、基本原理电力线路载波通讯是一种将电力线路作为传输介质的通信方式，利用电力线路本身的特性进行数据传输。
其基本原理是利用频率高于电力系统运行频率的载波信号，通过调制、解调等技术手段，在电力线路中传输通信信号。
通过在电力线路上布设载波通信设备，可以实现在电力线路上双向传输数据。
在电力线路载波通讯中，主要采用的载波信号频段有低频载波和高频载波两种。
低频载波一般选择在2kHz到150kHz的频段，适用于远程距离传输；高频载波则选择在5MHz到150MHz的频段，适用于局域网和近距离传输。
通过合理的选择载波信号频段，可以满足不同距离、不同应用场景下的通讯需求。
二、应用领域电力线路载波通讯广泛应用于电力系统中的各个环节，为电力系统的运行提供了重要的支持。
1.远程监控和控制电力线路载波通讯可实现对电力设备的远程监控和控制。
通过在电力线路上部署载波通信终端设备，可以对电力系统中的关键设备进行实时监测，并实现对其进行远程控制。
这种方式不仅提高了电力系统的运行效率，还减少了维护人员的工作量。
2.电力信息采集电力线路载波通讯广泛应用于电力信息采集系统中。
通过在电力线路上安装载波通信设备，可以实现对电量、功率因数等关键数据的采集。
这些数据可以帮助电力公司实时监测电力负荷，满足用户不同需求，并进行合理的电网调度。
3.智能电网随着智能电网的发展，电力线路载波通讯也越来越重要。
通过在电力线路上布设载波通信设备，可以实现对电力系统中各个环节的智能化管理。
智能电表、智能变电站等智能设备的使用，大大提高了电力系统的安全性和稳定性。
三、未来发展趋势电力线路载波通讯技术在未来还有很大的发展空间。
电力线载波通信1
在长时间的语音信号中有相当多的无信号区间，即所谓 的语音寂静区间。
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频率特性：
带宽有限 一般为20~3400Hz ,有限的带宽特性决定了可以用有限 的奈奎斯特取样速率，把语音信号离散化
功率谱密度
语音中不同频谱分量的平均概率可以用长时平均谱密度来表 示。
频带平移 ： 上边带话音三角形与调制器输入调制信号
的话音三角形方向一致 频带倒置 ：
下边带的话音三角形的方向与输入调制信 号话音三角形的方向相反
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频谱三角形
变频器（三）
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载波通信传输方式
双边带调幅传输方式：载频F和上、下边带F 士ƒ一起送到线路上传送
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3 传输媒质
明线：由电杆支持架于地面上的裸导线通信 线路
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架空地线：对导线屏蔽，与之有藕合作用，从而 可以减少雷电直接击于导线的机会
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裂相导线：将每相导线由几根直径较小的分导线组 成，各分导线间隔一定距离并按对称多角形排列
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线路传输频带
语音波形高频分量对语音总能量的贡献很小，但是高频分量 带有重要的语音信息，平均功率谱约在250-500Hz处最大， 而高于此频率的功率谱约以每倍频呈6~10dB下降。
语音信号的短时频谱并不总是低通特性。辅音有较高的频谱 分量，显噪声特性；元音从总体上看是低通的，显示明显的 局部特性。
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各路话音信号分别调制后，经各路带通滤波器取 下边带，即分别选出4.6～7.7kHz, 8.6～11.7kHz和 12.6～15.7kHz。变频后的频谱三角形被倒置，并在三 个带通滤波器并联输出端上合并成4.6～15.7kHz的三路 群信号，再经过一个公用的线路放大器放大后送到传输 线路上。由于各路信号在线路上所占用的频带不同，因 此可沿同一线路互不干扰地传送到收信端。
电力线载波通信技术在电力系统中的应用现状
电力线载波通信技术在电力系统中的应用现状引言：电力线载波通信技术是一种基于电力线路的通信方式，通过利用电力线路传输数据和信息，为电力系统的监控、控制、通信等提供了一种有效的途径。
电力线载波通信技术不仅可以降低通信成本，提高通信效率，还能够实现对电力系统的远程监控和智能化控制。
本文将探讨电力线载波通信技术在电力系统中的应用现状。
一、电力线载波通信技术的原理电力线载波通信技术是利用电力线路作为传输介质，通过在电力线上叠加或注入高频（20kHz-500kHz）的载波信号来实现通信的一种技术。
其原理是将数据和信息转换为模拟载波信号，通过电力线路传输到目标位置，再解调得到原始数据和信息。
电力线载波通信技术可以在不干扰电力供电的同时，实现电力系统内部各个终端之间的通信。
二、电力线载波通信技术在电力系统监控中的应用1. 数据采集与监测：电力线载波通信技术可以实时采集和传输电力系统中各种数据，如电压、电流、功率、频率等，为电力系统的监测和分析提供有力支持。
通过电力线载波通信技术，可以实现对配电变压器、电能表等设备的远程监控，大大提高了电力系统监测的效率和准确性。
2. 故障检测与定位：电力线载波通信技术能够实时监测电力系统中的故障和异常，如短路、过载等，并通过传输的载波信号进行定位。
利用电力线载波通信技术，可以准确判断故障位置，快速采取必要的措施，提高电力系统的可靠性和安全性。
3. 负荷控制与管理：电力线载波通信技术可以对电力系统中的负荷进行控制和管理。
通过传输载波信号，可以实现分布式电力控制，对负荷进行精确控制，提高电力系统的供电质量和效率。
此外，基于电力线载波通信技术，还可以实现对电力负荷进行智能调度和优化，提高电力系统的能源利用率。
三、电力线载波通信技术在电力系统通信中的应用1. 电力系统间通信：电力线载波通信技术可以实现不同电力系统之间的通信。
例如，通过在输电线路上注入载波信号，可以实现电力系统之间的远程通信。
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❖ 介绍 ❖ 应用领域 ❖ 实现方法 ❖ 载波模块产品及组网
介绍
❖ 电力线载波（Power Line Carrier PLC）是 一种利用电力线路作为 高频信号传输通道的通 信方式。最大优点：高 频弱电信号同低频大电 流共同传输，无需专门 铺设供电线路。
应用领域
❖ 因特网接入Internet access
100bps 三相150bps、300 bps
物理层芯片；同时提供MAC层和 网络层通信协议，应用层由电表
厂家自己开发
芯片使用单片机，通过软件完成物 理层、MAC层、网络层和应用层
国外电力载波通信
❖ 美国Intellon公司7400--智能家居和宽带接入 ❖ 以色列Yitran公司IT700—窄带电力载波通信 ❖ 美国ECHELON公司PL3150—抄表、智能楼宇
波特率 芯片技术
青岛东软
1993年 约占市场60％
ES16T /PLCi36F SSC16/ES16U
PLCi36C/PLCi36M PLCi36D /ES16W ES16WH /ES16UH PLCi36CE ES16UH-III/ES1631
/ES1630
FSK 63 位 直序扩频
270kHz
330bps
DPSK，15 位直序列扩频通信 120kHz
500bps/250bps 可选 提供简单的网络层通信协议
QPSK扩频调相、过零同步、分时 传输
二进制连续相位移频FSK 过零同步、分时传输
57．6kHz，76.8kHz，115.2kHz 可 选
421.1 kHz
200，400，800，1600bps可变
芯片使用单片机，通过软件完成 物理层、MAC层、网络层；应用
层由电表厂家自己开发
福星晓程 2000年 约占市场30％
弥亚微
2004 约占市场5％
青岛鼎信 2008年 无规模应用
PL2102 PL3105 PL3201 PL3106
MI200E MI210 MI211 MI500
TCM081 TCC081 TCS081
电力载波通信干扰抑制
电力载波通信干扰软件抑制
载波调制技术： ❖ 正交幅度调制（QAM，
Quadrature Amplitude Modulation) ❖ 多音频调制（DMT）
电力载波通信实现-最小系统
电力载波通信实现—光伏电站监控
国内电力线载波通信
品牌 成立时间
规模
芯片 型号
调制类型 中心频率
电力载波通信干扰软件抑制
❖ 载波调制技术：
❖ FSK（Frequency-shift keying）频移键控是利用载波的频率变化 来传递数字信息。它是利用基带 数字信号离散取值特点去键控载 波频率以传递信息的一种数字调 制技术。FSK是信息传输中使用 得较早的一种调制方式,它的主要 优点是: 实现起来较容易,抗噪声 与抗衰减的性能较好。在中低速 数据传输中得到了广泛的应用。
电力载波通信干扰软件抑制
❖ BPSK: 二进制移相键控 调制。以二进制调相为 例，取码元为“1”时， 调制后载波与未调载波 同相；取码元为“0”时， 调制后载波与未调载波 反相；“1”和“0”时调 制后载波相位差180。
电力载波通信干扰软件抑制
❖ 正交频分复用技术 （OFDM）：OFDM技术是 一种正交多载波调制技术方 式。它的基本思想是把输入 信息转换成多路并行信号， 利用快速傅里叶变换对相互 完全正交的一组载波进行调 制形成子载波信号，同时将 可用的频谱划分为许多窄带， 分别传输这些子载波信号。
以色列Yitran公司IT700
❖ 专利调制算法DCSK （ Differential Code Shift Keying ）
❖ 三种工作模式 ❖ 集成8051内核， ❖ 256K Flash ROM and 16K
dynamic RAM
DCSK Modulation
❖ DCSK6(SM-Standard Mode)Primitive rotated value is 800/64usec.Make 64patterns different waveforms.Each waveform can indicate different 6bits value.Speed：1000msec / 0.8msec x 6bits = 7500bits
❖ 家庭网络Home Networking
❖ 市场信息广播 Marketing information broadcasting
❖ 自动抄表系统AMR
❖ 智能家居
❖ 安防应用Security Application
❖ 智能大楼系统Intelligent Building System
❖ 电力系统监控Power monitoring and control
❖ 增大发射功率（EMI问 题）
电力载波通信干扰软件抑制
电力载波通信干扰软件抑制
物理层通信技术：
❖ 多载波调制：首先，数据帧进行多载波调制。要发 送的数据流，经过串/并转换器，它将串行输入的比 特流转换成多个（比如n 个）并行的比特流，即一 个符号包含n 个比特，这n 个比特构成n 阶的向量； 接着，将这n 阶的向量通过正交序列单元（M 单元） 映射到高阶（比如m 阶，m>n）完备成为正交集的 一个向量；然后，通过序列调制（比如FHT），将 多个载波相加。
电力载波通信干扰软件抑制
❖ 扩频通信技术： ❖ 理论基础：根据香农定律，在一
定的差错概率情况下，可以用更 大的带宽来换取信噪比的下降。 ❖ 在扩频通信系统中，需要发送的 信号被伪随机扩频码扩频后，发 送信号的能量被分布在一个很宽 的频带上，而信号在传输过程中 所叠加的窄带脉冲干扰在接收端 对信息进行相关解扩时，其频谱 将被展宽，幅度下降若干倍；相 反，信息的频谱被压缩，幅度上 升若干倍。因此，扩频通信技术 具有很强的抵抗各种脉冲干扰的 能力。
电力线载波技术面临的挑战
❖ 衰减 ❖ 电力线阻抗变花噪声，静电
噪声（脉冲和尖峰） ❖ 低压电路拓扑结构的不确定
性
电力载波通信的干扰硬件抑制
❖ 采用低衰减耦合线圈
❖ 采用高磁导率磁环降低 电磁电转换环节的信号 衰减
❖ 选择通信通道改变解耦 位置尽量避免线路分叉 和衰减元件