第三章电力线载波通信上课讲义

（2）变频基本原理
信号频谱的搬移是利用半导体二极管、 三极管等非线性元件对信号进行变频调 制的结果。
二极管的伏安特性表达式如下： ia 0a 1 ua 2 u2a 3 u 3 ... （3-1）
为方便工程分析，只取前三项：
ia0a1ua2u2a3u3 （3-2）
二极管伏安特性曲线
（a）电路
（b）输入、输出频谱 非线性元件的变频作用
G
发电机
变压器
耦合装置
GZ C
电力线路
耦合装置
GZ C
变压器
G
发电机
JL
HFC
载 波 机 A
JL
HFC
载 波 机 B
图3-1 电力线载波通信系统构成方框图
各构成部分的作用：
电力载波机：主要实现调制和解调。其性能好坏直接 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组成一个带通滤波器，其作 用是通过高频载波信号，并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。
当将两个不同频率的正弦信号uFUFsint 和 ufc Ufcsinct同时加到二极管上时，二极 管的端电压uU Fsin tU fcsinct。
代入（3-2）得：
i a 0 a 1 ( U F s i n t U f c s i n c t ) a 2 ( U F s i n t U f c s i n c t ) 2
利用三角函数公式
sin21cos2 2
2
2 s i n s i n c o s ( ) c o s ( )
源自文库 展开整理得：
i
a0
a2 2
(UF2
Ufc2)a1UF
sint
a1Ufc
sinct
a2UF2 2
cos2t
a2Ufc2 2
cos2ct
a2UFUfc cos(c )t a2UFUfc cos(c )t
▪ 中、小变电站及农网自动化的主要通信方式为全数字载波
机。
3
一、电力线载波通信的特点
1、独特的耦合设备。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，还必须防止工频电压、大电流对 载波通信设备的损坏，确保安全。
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。 我国规定电力线载波通信使用的频率范围为40-500KHz。
第三章电力线载波通信
高压输电网络通信系统
变电站 500kv以上
变电站
220kv
220kv
升压
发电
220kv
变电站 110kv
110kv 110kv 110kv 110kv
110kv
配电网络通信
10kv
220v市电
变电站 35kv
35kv 35kv 35kv 35kv 35kv 35kv
10kv 10kv 10kv 10kv
网络及监控系统的信息； ➢ 对通信容量、接口功能、信息采集、网
管性能和质量水平提出了更高要求。
课外作业：通过网络等方式收集电力线载波通信现状、发展趋势和 应用案例，并制作ppt。
第二节 电力线载波通信系统
一、电力线载波通信系统构成
➢ 主要由电力线载波机、电力线路和耦合设备构成。
➢ 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。
1、按照电力线电压等级划分。分为高压、中压、 低压电力线载波通信。
➢ 高压：35kV及以上，载波线路良好，传输调 度电话、远动、高频保护及其他监控系统的 信息。
➢ 中压：10kV，载波线路较差，传输配电网自 动化、小水电和大用户抄表信息。
➢ 低压：380V及以下，载波线路极差，传输电 力线上网、用户抄表及家庭自动化的信息和 数据。
变电站
220v市电
低
10kv
压
电
10kv
力
10kv
线
接
10kv
入
系
统
10kv
输电线是电力系统特有的、巨大的资源。除局端外，管理路径与输电线路径 一致.
2
电力通信发展历程及趋势
全数字载波机将进入高速发展阶段
未来的电力通信将以光纤和全数字载波机为主要通信方式
▪ 大变电站、环网的通信方式是以为光纤主，载波备用；
（3-3）
由式（3-3）可见，输出信号中包含了多 个频率成分。有输入信号频率，倍频， 差频、和频。
通常差频称为下边频，和频称为上边频。
输入信号 频率
和频
差频 倍频
（3）调制原理
话音信号频率为0.3~3.4kHz，用fc载频， 则输出中将含有原始信号0.3~3.4kHz、fc， 倍频2X（0.3~3.4）kHz、2fc，和频(上边 频)fc+ (0.3~3.4)kHz，差频（下边频） fc- (0.3~3.4)kHz。
线路阻波器GZ串在电力线和母线间，其作用是通过电 力电流，阻止高频载波信号漏到变压器和电力线分支 线路，以减小线路对高频信号的介入损耗和衰耗。
结合设备：连接载波机和输电线，提供高频信号通路。
输电线：传输电能和高频信号。
载波通信原理
载波通信所采用的是频分多路复用。
频分多路复用：在发送端运用频谱搬移 技术，将多路信号的频谱搬移到互不重 叠的频段上，从而构成一个群频信号， 经信道发送出去。
2、从使用的带宽角度划分。分为宽带、窄带电 力线载波通信。
➢ 宽带：带宽2M-30MHz之间，通信速率 1Mbit/s以上，实现高速数据传输。
➢ 窄带：带宽3-500kHz，通信速率小于1Mbit/s。
三、我国电力线载波通信的现状
从80年代鼎盛时期到现在，其主要表现为： ➢ 由模拟发展到数字，由单通道到多通道； ➢ 地位由基本通信方式到备用通信方式； ➢ 传输信息由话音和远动信号到计算机、
群频信号所占据的频带范围，必须在传 输信道的有效通带内。
（1）频分多路复用
频分多路复用
三路独立信号f1(t)、 f2(t)、 f3(t)， 不同频率的载波分别进 行单边带调制，已调信号频谱 F1(ω)、 F2(ω)、 F3(ω)。
三路信号汇集后，得群频信号 的频谱F (ω)。
群频信号在同一条信道上传输， 在接收端用带通滤波器滤出各 信号。
3、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谐波的强烈干扰，使得0.33.4KHz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。
二、电力线载波通信方式分类