电力线载波通信详解.ppt

第三章 电力线载波通信,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)是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。电力线路是为输送50Hz强电设计的，线路衰减小，机械强度高，传输可靠，电力线载波通信复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。电力线载波通信是电力系统特有的通信方式。,一、电力线载波通信的特点,1.独特的耦合设备 电力线路上有工频大电流通过，载波通信设备必须通过高效、安全的耦合设备才能与电力线路相连。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电压、大电流对载波通信设备的损坏，确保安全。,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40500KHz。,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。由于能使用频谱的限制、通信方向的分散以及组网灵活性的考虑，电力线通信大量采用单路载波设备。,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谐波的强烈干扰，使得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、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，电力线载波通信仍然是地区网、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；从理论研究，到运行实践，都取得了可喜的成效。,二、我国电力线载波通信的现状（续）,(1)电力线载波无论是在所具有的规模范围、装机数量还是在从事人员数量上，都是空前的。(2)电力线载波通信综合业务能力有了很大的发展。(3)载波技术装备水平有了很大提高。(4)理论研究成果卓著。,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。,图3-1,各构成部分的作用,电力载波机：是电力线载波通信系统的主要组成部分，主要实现调制和解调，即在发端将音频搬移到高频段电力线载波通信频率，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。,各构成部分的作用（续）,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”，加工设备的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等电力设备，以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。结合设备连接载波机与输电线，它包括高频电缆，作用是提供高频信号通路。输电线既传输电能又传输高频信号。,1、电力线载波通信系统的构成,高压线,变电站 B,变电站 A,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,耦合设备,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,2、电力载波机,ZDD-2000D4,ETL500系列,载波机典型应用图解,电力载波机方框图,3、电力载波通道设备介绍,耦合电容器连接在结合设备和电力线之间，具有承受高电压的性能 CC-耦合电容器 专用于电力线载波通信。,用于继电保护的二次测量回路和电力线载通信的信号耦合回路,CVT-电 容 分 压 器,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,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400。相相耦合为600；分裂导线：相地耦合为300，相相耦合为500。电缆侧（载波侧）一般为75。,线路阻波器,线路阻波器串接在电力线路和变电站母线之间，阻塞高频信号，减少变电站一次设备对高频信号的分流。由强流线圈、调谐元件和保护元件组成，强流线圈通过全部线路电流，电感值为0.22mH，分流损失不应超过2.6dB。,阻塞阻抗：电阻分量,线路阻波器,高频电缆,接在结合设备的次级端子和载波机之间，由内、外导体组成，两个导体同轴布置，传输信号完全限制在外导体内，外导体接地作为屏蔽层传输线，从而保证其屏蔽性能好、传输损耗低小、抗干扰性强、使用频带宽。,单元护套 外导体 外绝缘 内绝缘 内导体,分类代号：S同轴射频 绝缘介质材料：Y聚乙烯护套材料代号：V聚氯乙稀特性阻抗：75欧姆绝缘介质芯线外径整数值：以毫米为单位1、2、3、4、5.屏蔽层：一般屏蔽层有一层、两层、三层及四层。,常用型号SYV75（72）,电话远动远方保护信号 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),4、电力载波传输的业务,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。,（二）调制方式,电力线载波机采用的调制方式主要有双边带幅度调制、单边带幅度调制和频率调制三种，其中单边带幅度调制方式应用最为普遍，本节主要介绍这种调制方式。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。它有以下优点：（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。,国际电工委员会(IEC)在出版物495号单边带电力线载波机输入输出特性的推荐值1）载波频率范围 由国家电信主管部门批准供电力线载波使用的全部频带，我国规定为40500kHz。电力线载波传输频率范围的下限由耦合装置的下限及其费用确定。上限由电力线衰减以及无线电干扰确定。绝缘地线载波传输频率范围约为5500kHz。2）基本载波频带 在载波频率范围内划分的基本单元，供给一路单方向电力线载波通路传输的频带宽度。基本载波频带的具体选择，主要由不同国家所采用的实际分配方法确定，通常为4kHz，有的国家选用2.5kHz或3kHz。3）标称载波频带 一台实际电力线载波机单方向载波通路所占用的频带宽度，它等于基本载波频带宽度或其整数倍。,4）话音有效传输频带 指音频频带中话音信号所占用的频率范围(不包括呼叫通路)。电力线载波常用的话音有效传输频带有两种。一种话音频带是0.32.4kHz,通常应用于在4kHz标称载波频带内复用话音及信号的情况。另一种话音频带是0.32.0kHz，可用于在4kHz或2.5kHz标称载波频带内复用话音及信号的情况，这时通话质量会有所降低，但还能满足实用要求。5）信号有效传输频带 音频频带中用以传输电力系统操作所需信号（包括数据传输、保护信号及其他信号）的频率范围，可以包括呼叫通路。6）标称阻抗 指设计输入、输出电路所选取的，以及在使用条件下所适用的阻抗值。在载波机外线侧载波输出端的标称阻抗应为75(不平衡式)或150(平衡式)，要求在标称载波频带内发送方向的回波衰减应不小于10dB。在话音及信号输入、输出端，应采用平衡式电路，标称阻抗为600，且有效传输频带内的回波衰减应不小于14dB。,7）乱真发射 乱真发射指在标称载波频带以外的一个或多个频率处的功率发射，它的电平可以减低而不影响信息的传输。乱真发射包括谐波、寄生信号和交调产物。,带阴影的倒漏斗线代表在标称载波频带以外的各个频率处所允许的乱真发射的最高电平值。BN表示标称载波频带，B表示距离标称载波频带的间隔。纵坐标尺A1适用于标称载波功率小于或等于40W的电力线载波机，它的坐标刻度值代表实测乱真发射电平Lsp。纵坐标尺A2适用于标称载波功率大于40W的电力线载波机。A2纵坐标尺的刻度值为相对电平值，它表示实测乱真发射电平Lsp，与电力线载波机标称载波功率电平Ln 之差。对于某一台具体载波机，当将其实测得到的乱真发射电平值(或其相对值)标注在图中时，若其值于倒漏斗线以下时则为合格，否则其乱真发射指标不合格。例如，对于标称载波功率大于40W的载波机，应选用A2纵坐标尺，并由此可确定在紧邻频率(OB)处所允许的最高乱真发射电平为-56dB，而在间隔1B处为-68dB，而在问隔2B处为-80dB。,8）峰值包络功率 指在规定的工作条件下，在调制包络最高峰值处载波一周期内送到规定负载上的平均功率。9）标称载波功率 电力线载波机的标称载波功率是指在满足乱真发射要求，并在载波机输出端终接以等于标称阻抗值的电阻负载的情况下，设计该设备时所取的峰值包络功率。,10）自动增益控制 当接收载波信号电平在自动增益控制调节范围内变化30dB时，话音及信号的音频接收电平的变化应小于1dB。11）机内杂音 在一对不用压扩器的电力线载波机的话音输出端，测得的电话加权杂音电平应不超过-60dBmOP以上。12）近端及远端串音 在一对不用压扩器的电力线载波机中，由一个或几个信号通路引起的近端及远端串音，不应使话音通路的加权杂音功率增加到-60dBmOP以上。,（三）典型电力线载波机的组成,单边带电力线载波机由音频汇接电路、发信支路、收信支路、自动电平调节系统、呼叫系统等部分组成。,典型电力线载波机的组成框图,（1）音频汇接电路,电力线载波机为实现电话通信，不仅要传输话音信号，同时还应传输呼叫信号，尤其是为电力系统专用通信网服务的电力线载波机，除电话通信外，还同时要传输远动信号和远方保护信号。这些信号均在（0-4）kHz的音频段中传输，通常话音信号采用或的窄带传输，其2.4kHz或2.6kHz以上的音频段用于传输远动信号。呼叫信号插在其中，如2.220kHz30Hz，或插在二者之上3.660kHz30Hz。远方保护信号一般采用与话音、远动信号在时间上交替传输的办法。所有这些信号均在音频部分汇集后再送入发信支路，相应地在收信支路要将其分离后分别输出。电力线载波机的音频汇接电路就是实现汇集/分离的接口电路。,（2）发信支路 从用户来的话音信号首先进入自动交换系统(亦称自动盘)。自动盘的作用是提高载波通路利用率，并保证电力调度通信的迅速可靠完成振铃呼叫、自动交换接续任务。电话信号从自动盘出来送至二/四线转换盘的音频二线端。一般称音频二线端为载波通路的始端。通路始端电平为0dB/600，通常定义为通路传输电平的参考点，或称为“零电平点”。在测试中，常用800Hz,OdBm/600的单频信号作为测试信号来代表始端话音信号电平。话音信号进入二/四线转换盘，盘中的混合线圈将二线转换为四线，使收信支路与发信支路隔离，防止收后重发。混合线圈左右两侧为二个3.5dB的衰减器，对混合线圈起到改善阻抗匹配的作用。下侧为匹配变量器，将阻抗300变换为600。从混合网络上侧输出，经调节电平用的2dB衰减器，使信号在二/四转换线盘“发送”塞孔处的电平达到-9dB/600。这里的几对塞孔除了用来测量电平外，还可以用作音频四线转接。当进行自动音频转接时，由自动盘送来的信号,控制K1继电器动作，其K1触点将话音通路由二线制转变为四线制。话音信号经四线发塞孔(OdB/600)送入。,在压缩器输出端与发送低通盘输入端之间的连接线上，跨接有1.8kHz优先强拆信号，如图所示。,话音信号进入压缩器盘，盘内压缩器电路的作用是将话音动态范围按照2:1比例进行压缩，并提供了13dB的增益，以改善通路信杂比。当中间转接站载波机需要自动音频转接时，由自动盘送来的信号通过盘内继电器K将压缩器退出，此时压缩器盘变成了固定增益为13dB的放大器。压缩后的话音信号，由限幅器抑制话音信号的瞬时过幅，防止发信支路线路放大器过载而产生非线性失真。本盘中入口处的衰减器可以通过调节其衰减量，保证本盘出口电平为-13dB/600。,平时优先强拆信号输出线处于开路状态。当优先用户摘机时，通过自动交换系统优先盘控制，接通1.8kHz优先强拆信号至话音通路，从而强拆对方还在通话的普通用户。发送低通盘中的低通滤波器用来选出2kHz以下的话音信号，阻止2kHz以上的话音信号，以免干扰远动和频移呼叫信号。呼叫信号由呼叫发送盘产生，呼叫频率由自动交换系统控制。当用户摘机时，发送2190Hz启动信号；用户挂机时发送2250Hz复原信号；用户拨号时发送2220士 30Hz交替变换的移频呼叫信号。话音、远动和呼叫信号由中频调辐盘入口处的有源低阻汇接网络汇接后，再与要复用的远方保护信号汇接在一起送至300Hz的高通滤波器，组成一个频谱为0.33.7kHz的复合信号。复合信号经中频调制和中频带通滤波器取出上边带，得到12.315.7kHz的中频信号。12kHz中频振荡器既提供中频载频，又提供导频信号。12kHz的导频信号在高频调幅盘的输入端与中频信号汇接并加以放大，然后进行高频调制。调制输出经放大后送入高频带通盘，取出下边带作高频信号。在电力线高频通道40500kHz的载波频率范围内，规定每4kHz为一个基本载波频带，共有115个载波信道，因此总共需要115种高频带通滤波器。每一台载波机根据其工作频带，选择相应通带的高频带通滤波器。,高频信号从高频带通输出，送入线路放大器提高电平。最后通过方向发送滤波器，经外线端输出到高频通道。（3）收信支路 从高频电缆送来的高频信号经外线侧塞孔首先进入方向接收盘。该盘中装有访问接收滤波器，其作用是选择接收对方送来的有用信号，抑制并机和本机发送功率对收信支路的干扰.辅助提高收信支路的选择性。该盘中的两个可变衰减器主要用来调整收信支路的接收电平，使收信支路各部件的标称工作电平不随高频通道长短不同而变化。经电平调整后的高频信号进入高频带通盘，高频带通滤波器进一步抑制收信频带4kHz之外的高频干扰，从而保证收信支路的高频选择性。但对频率间隔在4kHz(1B)以内的紧邻频带干扰则不能有效抑制。,（高频信号在高频反调盘中实现解调，经辅助带通滤波器滤除解调后的无用产物和载漏，输出12.315.7kHz的中频信号。辅助带通滤波器还与后面的中频带通滤波器配合，提高对紧邻干扰的抑制作用，改善收信支路对紧邻干扰的选择性。解调后的中频信号送入导频调节盘。通过自动电平调节系统的作用，放大、整流，并产生相应的控制信号，控制调节放大器的增益，使导频调节盘输出一个电平恒定的中频信号。电平恒定的中频信号进入中频带通盘。该盘的中频带通滤波器具有很好的中频选择性，对高频紧邻干扰有足够的抑制，从而保证了收信支路的选择性指标。中频信号进入中频反调盘，经过解调，从3.7kHz低通滤波器输出端得到0.33.7kHz的音频复合信号。中频解调用的载频有两个来源，在正常工作时，把对方送来的12kHz导频信号提取出来，作为中频解调载频，并由此取得接收信号的“最终同步”。在进行单机测量和调整时，则由本机中频振荡器供给。中频解调器下面的限幅器用于稳定中频解调载频的幅值.以防止载频电平突升时损坏解调器元件。,中频反调盘输出的0.33.7kHz的音频信号进入低频放大盘。该盘一方面给音频信号提供增益，另一方面还能提供均衡频率特性，以补偿载波机多次音频转接时频率特性的累积。低频放大器输出端采用有源低阻汇接电路，把0.33.7kHz的音频复合信号差分到呼叫、远动话音信号通路和远方保护信号输出通路。接收低通盘内的低通滤波器，选出2kHz以下的话音信号，再由可变衰减器调节电平，保证扩张器内的入口电平为-17.4dB/600。扩张器按1:2关系恢复话音信号的动态范围。在自动音频转接时，同压缩器一样，扩张器也受继电器控制而退出，此时扩张器变成了固定增益为21.4dB的放大器。扩张器输出有两路，一路通往二/四线转换盘收信支路，另一路通往1.8kHz强拆信号接收盘。1.8kHz 接收盘高阻跨接在收信支路上，随时准备接收对方优先用户摘机时发来的强拆信号。,话音信号进入二/四线转换盘收信支路。收信支路中的K2继电器触点为接收闭塞触点，它受自动盘控制。在本地用户摘机时，K2继电器动作，其触点闭合，打开收信支路闭塞。话音经过K2接点，衰减器、混合线圈由音频二线端送往自动盘。进行四线转接时，话音信号由K1继电器动合触点经013dB衰减器，从“四线收”输出。调整此衰减器的衰减值，可调整输出接口电平，以与不同的通信设备进行转接。由低频放大盘输出的呼叫信号进入呼叫接收盘。该盘将对方送来的移频呼叫信号转换为直流拨号脉冲，送至自动盘完成对被叫方用户的选择与振铃呼叫任务。由低频放大盘输出的远动信号则进入远动高通盘，并经过远动接收盘放大输出。,（4）自动电平调节系统,电力线载波所用的高频通道的传输特性非常不稳定，它的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。为保证通信质量，在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。自动电平调节的过程是，在发送端发送一个导频信号（为了简单，采用中频载波作为导频信号）。在对方收信支路，用窄带滤波器滤出导频信号，经放大、整流后作为控制信号，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,电力线载波机在传输语音信号之前，首先应呼出对方用户。因此在发信支路中要发送一个称为呼叫信号的音频。在对方收信支路中接入呼叫接收电路（即收铃器）这样才能沟通双方用户。电力线载波机采用自动呼叫方式，通常机内附设有自动交换系统（国产载波机一般设四门用户交换系统，实现通过自动拨号选叫所需用户，但几个用户分时占用同一条载波通路。进口载波机一般不设交换系统，而是连接小交换机），以提高通路的利用率和实现组网功能。如在电力线载波机图中，主叫用户摘机、拨号，呼叫对方用户，则本侧自动交换系统控制呼叫系统，发出相应的音频脉冲。对方收信支路的收铃器选出呼叫信号，取出音频脉冲，去控制其自动交换系统工作，选中用户并对其振铃，沟通双方用户，实现通话。,电力线载波机结构上有以下几个特点:,为实现话音信号的频率搬移、发送和接收，以及为二次复用信号（远动、保护等)提供公共传输通道，电力线载波机设有话音信号传输系统。该系统包括发信和收信支路，由载波机中话音信号所要经过的全部分盘电路组成。除传输电话信号外，电力线载波机还常传输远动信号、数据等多种信息。因此，从结构上还设有远动信号复用系统和保护信号复用接口。运动信号复用系统由远动发送支路和远动接收支路组成。其主要作用是一方面把远动装置送来的音频远动信号电平调整到载波机规定的标称值，并汇接到载波机的发信支路；另一方面则是将远动信号从载波机收信支路中提取出来，并按规定电平发送给远动装置。除此之外，该系统还应防止远动装置与载波机之间相互影响。,保护信号复用接口是用来复用、高频保护信号的。它主要由输入接口和输出接口组成。同时在电力线载波机中往往还需采取某些技术措施，以提高复用保护信号的可靠性。为补偿电力线高频通道传输特性的变化，保证通信质量，电力线载波机设置了自动电平调节系统(也称导频调节系统)。自动电平调节系统主要由导频窄带滤波器、导频接收器、导频控制和导频调节电路组成。单边带电力线载波机的变频方案大都采用两级变频，因此，调制系统的构成比较简单。从双向的通信方式来看，电力线载波机属于双频带二线制的通信方式。国产电力线载波机通常有自动交换系统，它是为了提高载波通路利用率，保证电力调度通信的迅速可靠，完成自动交换接续而设置的。国外电力线载波机通常不带自动盘，而采用专用程控交换机，以组成灵活可靠的通信网。,另外，为保证电力调度通信的优先权，载波机还设有强拆信号系统。当自动盘的普通用户正占用载波通道而调度员(即优先用户)要求通话时，优先用户首先强拆本方普通用户，并送出直流强拆信号到载波机强拆信号系统的发送支路，后者将自动盘送来的直流强拆控制信号变换成音频强拆信号，并送到载波机发信支路。强拆系统的接收支路则随时准备接收对方(优先方)送来的音频强拆信号，并将其变换成直流强拆控制信号。送往自动盘完成对非优先方普通用户的强拆。除此之外，电力线载波机还设有同邮电载波机功能相同的呼叫信号系统(或称振铃系统)、电源供给系统和告警系统等。,电力线高频通道耦合方式电力线高频通道的衰耗电力线高频通道衰耗计算电力线高频通道衰耗测试,三、电力线高频通道,1、电力线高频通道的耦合方式,相一地耦合 将载波机连接在一根相导线和大地之间，其特点是只需一个耦合电容器和一个阻波器,相一相耦合,将载波机连接在两根根相导线和大地之间，需要两个耦合电容器和两个阻波器,相一地耦合比较经济，但引人的衰耗比相-相耦合大，在线路发生线路故障时高频衰减增加很多 相一相耦合高频衰减小，单相故障时，还可按相-地方式通信，可靠性高由于80%的线路故障是单相故障这种耦合方式在实际应用中具有重要意义,相地耦合与相一相耦合比较,相一地耦合在线路发生单相线路故障时，传输通道高频衰减增加很多，极端情况下高频通道中断,相一相耦合在线路发生单相线路故障时（如图中A相），故障相线中断，但另一回相线（如图中B相）正常，可传输高频信号，相一相耦合方式变成相一地耦合方式传输高频信号,单相故障时相-地和相-相方式比较,电力线载波通道的衰减包括线路衰减、耦合损失和桥路损失三部分线路衰减耦合损失桥路损失,2、电力线高频通道的衰耗,3、电力线高频通道衰耗计算,对称分量法 信号以相间波和地行波的形式传输,A B C,相间波传输,A B C,地行波传输,A B C,相间波传输,工程计算法1A总=A+7.0N1+3.5N2+0.9N3+Ac+At(dB)式中：N1 高频桥路数量N2 中间载波机和无阻波器分支线数量N3 两端并联载波机数量Ac 高频电缆的衰减At 终端衰耗，取5.7 dBA 线路衰耗,式中 k与线路电压有关的衰减系数 l线路长度 km f工作频率 kHz,系数k与线路电压的关系,线路衰耗A,A B C,模1传输（最低衰耗模式）,A B C,模0传输（最大衰耗模式）,A B C,模2传输,模式分析,自然模式的数目等于传输导线的数目，单回三相线路有3 个模式,工程计算法2(模式计算）A=1l+2Ac+Aadd式中：A-线路衰减,dB1-最低损失模式的衰减系数dB/kml-线路长度kmAc-模式转换损失即全部模式的总输入功率电平与最低衰减模式以外的其他模式的输入功率电平的差值dB。Aadd-由于耦合电路换位等不连续性引起的附加损失dB,最低损失模式（1）衰减系数a1 的近似式为：,式中：f-频率，kHzdc-相导线的直径mmn-分裂导线束的分导体数,线路结冰时，通道的传输衰减可增加到不能允许的程度，设计人员必须考虑线路结冰时，衰减的增加与以下因素有关：a.电力线的排列；b.导线冰层的厚度；c.环境温度；d.载波频率。,不良天气情况下的线路衰减,导线冰层厚度为0.5mm时，对于300kHz以上频率，衰减系数增加到1.52.0倍。频率愈高，衰减愈大。结冰极端情况下，受影响线段的衰减系数可增加到好天气的6倍以上。分裂导线增加的倍数较少。因此对于会结冰的线路，建议选用较低频率。雨、雾增加不了多少衰减，一般可以不计。有时，在工厂区或海边，下一次雨可能将电力线绝缘子表面冲洗干净，衰减反会减少。,发信侧振荡器用0（或最小阻抗）不平衡输出，收信侧选频表在75电阻上用高阻跨测,4、电力线高频通道衰耗测试,A=P0-P1-6(dBu),四、电力线载波通信方式与转接方式,（一）电力线载波通信方式电力线载波通信的方式主要由电网结构、调度关系和话务量多少等因素决定，一般有定频通信方式、中央通信方式、变频通信方式三种。目前我国主要采用定频通信方式和中央通信方式两种。,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。,图3-8,3.变频通信方式,为克服中央通信方式的不足，使各站间都能通话，仍只使用一对频率，可以采用变频通信方式(图3-9)。平时A、B、C三机不发信号，发送频率都为f2，接收频率为f1。任一站拿起话机要通话时，该机就发信号并将发送频率改为f1，接收频率改为f2，其他站频率仍不改变，在被叫站被选择呼通后，拿起话机与主叫站通话。,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中频转接,指转接的信号为中频信号，即不通过中频调制与解调来实现转接，如图3-10所示,图3-10,2低频转接,低频转接也属于话音和远动通路同时转接的方式，如图3-11所示，两台中转载波机在在中频调制前的“低转发”与中频解调后的“低转收”端彼此相互连接，即可实现低频转接。这种方式可实现最终同步，传输电平稳定。,图3-11,3音频转接,图3-12给出了音频转接示意图，音频转接是对同时传输远动信号的载波机为了单独转接话音信号而设置的，具有低频转接的全部优点，且仅转接音频信号，可构成灵活的电话通信网。所以，目前电力线载波机大量采用音频转接。,图3-12,第三节 数字式电力线载波机,一、数字电力载波通信的优点 电力线载波通信在电力通信网中占有重要地位，而数字通信技术的发展给电力线载波通信开辟了广阔前景，随着各种通信系统向数字化演进，电力线载波也不例外地开始了数字化进程。融合计算机技术和数字信号处理技术、采用数字电力线载波通信DPLC(Digital Power Line Carrier)系统对电力线载波通信网进行扩展和改进，无论在经济上还是技术上都是最佳选择方案。,与APLC相比较，DPLC优点：,(1)在相同信道带宽（24kHz条件下，能传输的电话路数增多，数据容量大，频带利用率提高。(2)数字方式抗干扰能力强，通信质量得到提高。(3)话音、远动和呼叫信号都变为数字形式，可不必再考虑发信功率的分配，以全功率发出即可。(4)提供的数字接口能适应综合业务数字网（ISDN）的发展趋势，便于灵活组网。(5)便于用外部计算机实时修改设备参数及工作状态，实现自动监测与控制。,二、对数字电力线载波机的要求,考虑到现有APLC的应用情况及将来电力数字通信网的发展，DPLC应满足以下要求：（1）提供现有APLC的各种业务（调度电话、远动、远方保护）及新增数据通信业务。（2）通道容量应比APLC至少大三倍以上。（3）占用与APLC相同的带宽，且不改变原有的频谱分配。（4）在线路侧与APLC兼容，原有的耦合装置不变，可与APLC共同组网。（5）具有良好的可扩充性能。（6）投资少、功能强、性能价格比高。,三、数字电力线载波机的关键技术,目前的DPLC大致有两种类型，一种是模拟体制的DPLC，这种设备类似于模拟电视接收机的电路数字化，在局部采用了一些先进的数字技术，如数字信号处理技术（DSP），在音频部分和其它一些功能实现了数字化，但体制还是模拟的，仍采用传统的单边带（SSB）方式，收发频带仍各为4kHz，但由于数字技术的采用，设备性能得以提高，接口灵活，便于计算机直接监测和控制，如德国西门子的ESB2000、瑞士ABB的ETL；另一种则是全数字化的载波机，它将音频信号变为数字编码，传输上采用多电平数字调制技术，如多电平正交调幅（MQAM）、网格编码调制（TCM）等，采用回波抵消（EC）技术实现双向通信，信息速率可达到32kb/s,实现了体制的彻底转变，容量得到很大提高，如挪威Nera公司的。,局部采用数字技术的DPLC涉及以下工作：（1）供系统采用锁相频率合成技术实现数字化。（2）音频通道复用滤波器DSP进行数字化。（3）调制、解调部分采用DSP进行数字化等。全数字化的载波机是真正意义上的数字载波机，它采用语音压缩编码、数字时分复用、纠错编码、数字调制、自适应均衡、回波抵消等多种数字通信技术,将数字信号(数据、数字化语音、传真等)调制到电力线载波频段(40一500 kHz)，通过高压电力线传送，其传输速率及系统容量取决于采用的数字调制方式、占用频带宽度、线路信噪比、模拟信号数字化方法等因素，一般为l 0一100 kbit/s，可容纳几路至几十路低速数据或压缩语音信号。,DPLC所采用的数字技术主要有：,1DSP 技术 2 高效的多进制数字调制技术 3语音压缩编码技术,图3-13 数字式载波机的发送和接收过程,四、数字电力线载波设备构成,（一）DPLC基本结构 DPLC设备发送部分的基本结构如图 3-14 所示，主要由时分复用、数字调制和高频设备三个功能模块组成。,（二）数字载波机实例分析,是挪威Nera公司推出的数字式电力线载波机，是目前比较先进的数字载波机。它以8kHz频带（两个相邻的4kHz）建立一条全双工电路，传输32 Kb/s的数据信息（含语音和数据）及远方保护信号。电话和数据的传输容量灵活可变，最多可有三条话路或9条数据通路，输出功率40-80W，适合于220kV以上电压等级线路上使用。载波机的结构框图如图3-15所示，图中串行数据控制器SDC是的核心模块控制电话和分时数据的动态复接，在TEL/SDI模块和ALT模块间传送串行数据。TEL电话通路及编译码器，其语音编码采用低滞后线性预测编码（LASVQ），最多可配置三条话路。SDI是串行数据输入模块，总共可配置9条数据通路。,ALT是线路传输转换部分，经SDC复接的数字流在ALT中进行数字调制，将要传输的信号转换到电力线载波频段，而接收的载波信号则在这里被解调成基带信号，再由SDC分解为不同业务的信号。远方保护输入TPI和远方保护模块TPS对远方保护命令进行处理。ALT I/O部分包括线路滤波、差分汇接、功率放大等，最终与高频电缆（HFC）相连。整个载波由微机实现实时监督控制（SCC）.,第四节 电力线载波通信新技术,一、中/低压电力载波通信技术的开发及应用1.10kV以上的高压电力线载波技术已经进入了数字化时代，随着电力线载波技术的不断发展和社会的需要，中/低压电力载波通信的技术开发及应用亦出现了方兴未艾的局面，电力线载波通信这座被国外传媒喻为“未被挖掘的金山”正逐渐成为一门电力通信领域乃至关系到千家万户的热门专业。中低压电力线载波的应用目前主要在10kV电力线作为配电网自动化系统的数据传输通道，以及在380/220V用户电网作为集中远方自动抄表系统的数据传输通道，还有正在开发并取得阶段性成果的电力线上网（PLC,又称电力线接入,其工作原理在第九章第九节介绍）。在这些方面，10kV上的应用已达到了实用化，作为自动抄表系统通道的载波应用目前已能够形成组网通信，完成数据抄收功能，关于电力线上网的电力载波技术应用目前已在北京等地开通了实验小区，取得了大量的第一手工程资料，这是一个非常好的开端，至于何时能够进入商业化生产和运营还需综合考虑技术性能、成本核算和符合国家有关环境政策等方面的问题。,二、中/低压电力载波通信的关键技术,我国大规模地开展用户配电网载波应用技术的研究是在2000年左右，目前在自动集抄系统中采用的载波通信方式有扩频、窄带调频或调相。在使用的设备中，以窄带调制类型的设备为多数，其主要原因可能是其成本低廉。电力线上网的应用由于要求的速率至少需要达到512kbit/s10Mbit/s，所以无一例外地采用扩频通信方式。在各种扩频调制方式中，由于采用正交频分多路复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)调制具有突发模式的多信道传输、较高的传输速率、更有效的频谱利用率和较强的抗突发干扰噪声的能力，再加上前向纠错、交叉纠错、自动重发和信道编码等技术来保证信息传输的稳定可靠，因而成为电力线上网应用的主导通信方式。,本章要点,由于滤波器技术性能的限制及分路、转换的要求，一般载波机中都采用多级变频。电力线载波通信与一般明线载波系统相比有很多独特的地方，如线路耦合、频谱安排、抗干扰等。根据电力通信的具体情况，电力线载波以单路载波为主，其信号复用体现在远动、远方保护信号与话音信号的复用上。电力线载波机由发信支路、收信支路、自动电平调节、呼叫系统、自动变换系统等部分组成。收/发双方利用导频信号(中频载频)实现最终同步。,作业,1.画出相-地耦合方式的电力线载波通信系统的结构示意图，说明各个功能部件的作用。2.电力线载波通信系统有哪三种通信方式？各有何特点？,