青岛鼎信低压电力线载波通信系统介绍

青岛鼎信通讯有限公司在充分结合低压电力线信道特性和行业需求下选择了调频 FSK、扩频和跳时这三种调制方式相结合的组合调制方式。 -载波中心频点421kHz，连续相位调制 -工频同步过零点前后共3.3ms微分时间段内传输载波信号 -扩频技术+小波变换等技术，高效去除解调后的噪声分量
载波信号
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技术需求背景
能源危机
环境污染
电能信息采集系统
提高电网的可靠性和电能的 使用效率已成为电力系统发 展的重要课题。
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电能信息采集系统意义
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电能信息采集系统框架
建设坚强智能电网
-用电信息采集 -高效共享 -实时监控
树状结构图
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双向通讯
-在传统载波通信中，普遍是单向通讯。即集中器永远是主动方，发出命令； 电能表是被动方，在接到命令后做出响应 命令
响应
问题：表端出现的突发事件不能及时反馈给集中器以及主站，从而得不到及时处
理。
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条中继路径，并将多条中继路径记忆在集中器中。在通信的过程中根据成功概率 对其优化。
分布式组网：核心是网络中的节点自动寻找最佳的通讯路径群，进行数据包的
转发，用动态的路由去适应动态的电网。在抄收机制上相当于数据库的检索查 询，主要的组网功能由各个智能化的节点来完成。
鼎信组网：融合集中式组网和分布式组网的优势自主研发的自组网技术。
线路n
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现场衰减图
黑色为过零点时刻 红色为峰值时刻
黑色为420kHz 红色为250kHz 蓝色为80kHz
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现场衰减图
黑色为过零点时刻 红色为峰值时刻
黑色为420kHz 红色为250kHz 蓝色为80kHz
速率支持
-支持四种载波速率：50bps/100bps/600bps/1200bps；
速率兼容
-利用过零同步技术，结合对过零后完成锁相的数据编码的分析，并行分析不同速 率数据编码，有效地解决了高速通讯与低速通讯的兼容问题；
现场环境自适应
-保证了噪声高、通讯效果差的通讯点选用低速进行可靠传输，噪声较低、通讯效 果较好的通讯点则选用较高的速率进行通讯 -满足了应用过程中对通讯速度的不同要求； -速率选择过程完全由路由算法自身控制，无需额外设置任何条件；
国家专利：200810171972.1
低压电力线 载波通信系统
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目
1 2 3 4 5 6
录
电能信息采集系统概述 载波通信技术 低压电力线信道特性 鼎信载波通信技术 鼎信能耗管理技术 鼎信技术体系
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低压电力线
低压电力线信道特性 低压电力线信道特性
衰 减
噪 声
阻 抗
时域 趋势
频域 趋势
幅度 趋势
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噪声分析
10ms噪声
20ms噪声
60ms噪声
100ms噪声
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电网噪声三维频谱图
三维频谱分析方法
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载波发送时序
主时隙
辅时隙1
辅时隙2
主时隙、辅时隙1
主时隙、辅时隙2
辅时隙1、辅时隙2
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信号传输方式
采用时分复用信道传输方式，信道模型如下
跳时通讯的实现
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现场阻抗图
黑色为过零点时刻 红色为峰值时刻
黑色为420kHz 红色为250kHz 蓝色为80kHz
某现场表端阻抗情况
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现场阻抗图
黑色为过零点时刻 红色为峰值时刻
黑色为420kHz 红色为250kHz 蓝色为80kHz
某现场表端阻抗情况
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衰减最大一般出现 在250kHz左右， 但在其他频点由于 负载产生的共振现 象和传输线效应影 响，也会使衰减出 现突然地迅速增加。
衰减也存在100Hz 周期性趋势的变化。 过零点时刻与非过 零点时刻存在差 异，但在一段时间 内，衰减变化比较 恒定。
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节点侦听
-任何载波节点都可以记录各相电上的其他节点(子节点、兄弟节点、父节点、 主节点) 的通信信息，包括侦听到的次数、信号强度值、中继级别和侦听到 的主/从节点地址。 -自身中继级别由主节点对本节点的直接通信获得。 -主节点能读取节点的侦听数据，根据侦听数据所有内容，建立节点相对物理 位置信息，路由算法根据通信成败情况，将优化更新路由，选择最合理的路 径进行通信。
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噪声分析结论
时域 趋势
频域 趋势
中频噪声相对 于低频噪声普 遍较弱，从 60KHz至 500KHz一般 有20dbuV的 减小
幅度 趋势
过零点噪声一 般较弱，Biblioteka Baidu过 零点噪声变化 更加丰富，峰 值噪声一般比 过零点噪声大 15dbuV
噪声本身是随 机时变，但电 网周波是50Hz ，噪声也具备 100Hz/50Hz 周期性趋势
鼎信载波通信技术
载波通信能力
-通信距离远，点对点能力强
台区区分
-准确分辨出电能表当前所属台区
自组网能力
-快速组建健康稳定的路由网络，通信速率自适应
台区拓扑图
-根据路由信息绘制出整个台区的网络拓扑图
双向通讯
-支持集中器与电能表之间双向通讯机制
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载波通信技术
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应对噪声的性能
载波信号 -避开噪声大的时间段，即工频同步峰值时刻 -避开噪声大的频率段，即低频段 -优秀的调制解调技术，使很小的载波信号依然能从噪声中解析出来
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应对阻抗的性能
输入阻抗高：有效阻隔了低频分量的干扰和能量冲击 输出阻抗低：应对低压电力线可能出现低阻抗的情况，保证载波信号正常发送 安全隔离性：将电路板的强电部分与弱电部分完全隔离，保证系统的安全性 无功损耗低：前端电容设计的大，降低整个通信模块的无功损耗
注：波形是随机的，时间不同 ，地点不同，波形都会有差异 性，目的则是为了找出规律
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现场噪声频谱图
黑色为过零点时刻 红色为峰值时刻
黑色为421kHz 红色为130kHz 蓝色为80kHz
普遍现场噪声情况
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现场通信方式
RS-485 总线
无线 通信
通信方式
光纤 通信
低压电力 载波 充分利用了电力线现有资源，无需网络铺设的再投资和电力线无所不在等优势， 低压电力载波已逐渐成为电力系统应用中的主流通信方式
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鼎信双向通讯
-在集中器与电表之间正常数据交互的同时，电表也能作为主动方，向集中器 发起事件上报。 命令 响应
上报 确认
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自动登录功能：
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信号强度
-各从节点侦听周围各节 点发送的载波信号，由 硬件电路获取信号准确 的强度等级，强度等级 按对数共分15级。 -硬件电路对极大信号和 极小信号区分处理，避 免同一分级标准对相差 很大的信号产生判断失 准 -信号强度将随时间推移 不断更新，以提高信号 强度值与节点距离的相 关度
-设计登录机制完成对周边节点的自动召回 -硬件获取信号强度以判断通信节点间的距离 -所有节点自动侦听其它节点的通信信息并记录 -主机控制避免通信碰撞的发生 -载波通信速率自适应
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自动登录
主节点发起登录命令
直接登录
从节点发起登录命令
中继登录
-从节点自动登录可作为路由学习使用，能 大大缩短路由学习时间。 -解决供电部门漏抄电能表问题。
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现场衰减图
黑色为过零点时刻 红色为峰值时刻
黑色为420kHz 红色为250kHz 蓝色为80kHz
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衰减分析结论
幅度趋势 幅度趋势
频率趋势 频率趋势
时间趋势 时间趋势
低压电力线是非均 匀不平衡的传输 线，存在反射、驻 波等复杂现象，使 得信号衰减幅度不 仅仅是传输的距离 越远，信号衰减越 厉害的关系。
载波通信技术
频带传输技术
幅移键控 ASK 相移键控 PSK
宽带 线性调制
跳频 跳时
直接序列 扩频
正交 频分复用
频移键控 FSK
不同方式结合起来的优点对于需要同时 解决诸如抗干扰、多址组网定时定位、 抗多径和传输距离问题比起只用单一方 式将得到更好的效果。
扩频通信技术
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随时间变化呈现100Hz/50Hz周期性变化趋 势;过零点时刻与非过零点时刻存在差异;在一 段时间内，阻抗变化较恒定
随频率增加阻抗值有增大也有减小，因地而 异，但整体趋势有明显峰与谷; 在相同地点，各频点变化趋势较恒定
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衰减分析
线路1
线路2 变电箱
精准对位控制
-优秀对位模式完成高噪声干扰下码元信号的精确对位功能，避免需要多从节点同 时通信时信号之间产生干扰
通信模式控制
-产用鼎信专用事件上报机制，具有事件的多个从节点不同 时发起上报的情况下也能保证一个从节点能上报通知主节 点
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载波速率自适应
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现场阻抗图
黑色为过零点时刻 红色为峰值时刻
黑色为420kHz 红色为250kHz 蓝色为80kHz
此处有无功补偿电容
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阻抗分析结论 幅度 趋势 时域 趋势 频域 趋势
变化范围大，最小时会小于1欧姆; 对于不同的布线和电器类型，应该是有感性 也有容性，目前只发现感性
现场噪声频谱图
黑色为过零点时刻 红色为峰值时刻
黑色为421kHz 红色为130kHz 蓝色为80kHz
此处有变频水泵在工作
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现场噪声频谱图
黑色为过零点时刻 红色为峰值时刻
黑色为421kHz 红色为130kHz 蓝色为80kHz
此处有电动车充电器在工作
选择依据
-硬件提供的带内信号强度与带外信号强度，为速率的选择提供了有利依据。
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台区拓扑图
-根据电网树型结构的特点，读取路由存储的各电能表相对物理位置信息，由 软件自动绘制出台区网络拓扑图。 -路由也可根据这张网络拓扑图避免不稳定的网络形成不确定的路径。
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阻抗分析
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标准测试
47纳法电容测试
阻抗逐渐减小，从47欧姆左右 变化至5欧姆左右
0.5欧姆电阻测试
阻抗逐渐增加，从0.7欧姆左右 变化至2欧姆左右
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避撞机制
路由控制
-路由算法控制调用三相分时通信，避免两相通信时信号耦合带来的干扰 -路由算法控制同一从节点同时不会参与多条路径工作 -载波电能表准确识别自身所属交流电相位，并告知路由当前通信相位是否不同
工频同步控制
-工频同步通信本身具有分时隙避撞机制 -系统以工频同步过零通信本身就具备准确的同步机制
三相分时处理流程
A相 B相 C相
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抄读能力
农村
城乡结合部
旧居民小区
适应各种现场台区情况 抄读成功率均可保证在 99%以上
高层居民小区 孤立小型定居点
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自组网技术
集中式组网：集中器是组网的主体，通过专有的算法选出网络节点的一条或多