專利名稱：電力線載波通訊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及到電力線載波通訊裝置，具體是一種基于低壓、中壓、高壓、超高 壓、特高壓等交直流輸電線路的電力線載波通訊裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，低壓、中壓、高壓、超高壓、特高壓等交直流電力線(所述電力線包括 傳輸電力的電纜線和架空導(dǎo)線)載波通訊裝置，無一例外采用在兩根電力線上，或者是高 壓線路中的一根輸電線和大地之間，并聯(lián)載波信號的方式進行載波通訊，隨著電壓等級的 提高，實現(xiàn)電力載波通訊的硬件設(shè)備價格成幾何數(shù)量級增加。所述載波信號指頻率遠高于 工頻信號的信息載體。因現(xiàn)有技術(shù)中耦合到電力線上的為電壓信號，所以成為載波電壓信 號。電力線因電壓等級不同，干擾信號含量不同(所述干擾信號指所述電力線本身所含除 工頻信號以外的各種信號的統(tǒng)稱)。一般情況是35KV中壓及35KV以上電力線為配電線 路，沒有用戶負荷，所述電力線自身諧波產(chǎn)生的干擾信號含量低，因此35KV及35KV以上電 壓等級線路，采用現(xiàn)有技術(shù)中并聯(lián)所述載波電壓信號的方式通訊是可靠的。但IOKV及IOKV 以下電壓等級的電力線為用電線路，所述電力線上存在用戶負荷，所述電力線上用戶負荷 產(chǎn)生諧波干擾信號含量高，干擾非常嚴重。所述傳統(tǒng)載波通訊裝置存在以下問題1、傳統(tǒng)載波通訊裝置，當用電負荷增加，即用電量增大時，負荷阻抗減小，工頻電 流增大，分擔在電力線上的工頻電壓和載波電壓增大，用戶負荷上的工頻電壓和載波電壓 減小，在噪聲不變的情況下，用戶負荷上的信噪比(指信號電壓與噪聲電壓的比值，信噪比 越高，載波信號越強，載波通訊距離越遠)減小，所述載波通訊裝置的靈敏度下降，接收載 波信號的能力下降；當用電負荷增大到一定程度時，傳統(tǒng)載波通訊裝置的通訊距離減小，甚 至無法實現(xiàn)載波通訊。所述通訊距離指所述載波信號能實現(xiàn)正常載波通信的電力線距離。2、因用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波干擾信號嚴重超標(指當諧波干擾信號超過工頻信號 的10-30% )，載波信噪比大大降低，通訊距離明顯減小，甚至根本無法通訊；3、電力電子設(shè)備因其自身具有電容，電容對載波信號形成短路，致使載波信號無 法到達用戶負荷處的載波通訊裝置，使通訊距離縮短。傳統(tǒng)的電力線載波通訊中，載波信號和工頻信號是相與的數(shù)學(xué)關(guān)系然后再與噪聲 信號相加，然后與線路阻抗、用戶負荷阻抗組成電路回路，當用戶負荷增大時，負荷阻抗減 小，用戶側(cè)所分擔的載波電壓信號也減小，造成通訊距離變短；當用戶大量采用電力電子設(shè) 備時，其所述電力電子設(shè)備包含有電容設(shè)備，所述電容設(shè)備對高頻載波電流信號的阻抗很 小，其與負荷阻抗并聯(lián)后總阻抗更小，用戶側(cè)的載波電壓信號減小，造成通訊距離變短。所 有這些問題的出現(xiàn)，都是由傳統(tǒng)載波通訊裝置并聯(lián)在電力線上的通訊方式造成的。

實用新型內(nèi)容為此，本實用新型所要解決的是在現(xiàn)有中低壓電力線上安裝現(xiàn)有技術(shù)中的載波通 訊設(shè)備造成的通訊不可靠的技術(shù)問題，提供一種在任何電壓等級的電力線上都能實現(xiàn)可靠載波通訊的電力線載波通訊裝置。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案如下提供一種電力線載波通訊裝置，包括，電流互感器，用于將載波電流信號耦合到電力線上，實現(xiàn)所述載波電流信號與工 頻電流信號的串聯(lián)耦合，或者/和用于提取所述載波電流信號；信號調(diào)理電路，其輸入端與所述信號調(diào)理電路的輸出端相連，包括帶通濾波器，所 述帶通濾波器用于提取所述載波電流信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其輸入端與所述信號調(diào)理電路的輸出端相連，用于將載波電流信號 進行轉(zhuǎn)換，得到所述載波電流信號的數(shù)據(jù)量，然后再通過算法得到通訊數(shù)據(jù)；通訊接口，與載波處理器和外部智能設(shè)備相連，實現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；載波處理器，實現(xiàn)對所述電力線載波通訊裝置的管理；電源模塊，向所述電力線載波通訊裝置提供電源。所述電流互感器的數(shù)量為兩個。所述電流互感器的數(shù)量為一個。用于高壓電力線的所述載波通訊裝置的所述通訊接口為光電接口或無線接口。本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點由于電力線載波通訊裝置中的載波電流信號是耦合在一根電力線上的，即使這根 電力線上存在任意大的干擾信號，耦合的載波電流信號也是疊加在噪聲電流信號上，即載 波電流信號、工頻電流信號和噪聲電流信號直接疊加，它們是向量相加的關(guān)系，而不是傳統(tǒng) 電力線載波通訊中載波電壓信號和工頻電壓信號的疊加關(guān)系。由克希荷夫(即基爾霍夫) 電壓定律和克希荷夫(即基爾霍夫)電流定律得知，耦合的載波電流信號其幅值不受工頻 電流信號幅值影響，電力線上能提取到所述載波電流信號。傳統(tǒng)載波通訊裝置中，耦合的載 波電壓信號其幅值受工頻電壓信號幅值影響而變小，電力線上提取的只能是衰減后的載波 電壓信號。以下分三種情況具體說明本實用新型所述載波通訊的優(yōu)點當電力線上噪聲信號增大，比如用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波干擾信號嚴重超標、用戶負 荷沒有發(fā)生變化時，用戶側(cè)的噪聲信號增加，載波電流信號沒有發(fā)生變化，經(jīng)過信號調(diào)理電 路將噪聲信號濾除，提取的所述載波電流信號沒有發(fā)生變化，載波通訊距離不受影響；當用戶負荷增大，比如當用戶側(cè)大量使用電力電子設(shè)備時，用戶側(cè)載波阻抗相應(yīng) 減小，載波電壓不變，電力線回路中的總電流增加，安裝于用戶側(cè)的所述載波通訊裝置的所 述電流互感器感受的載波電流增加，相應(yīng)的載波電流信號增強，載波通訊距離增加，載波通 訊更可靠。采用在一根電力線上耦合載波電流信號進行載波通訊，徹底解決了目前在兩根電 力線上耦合載波電壓信號帶來的諸多問題。

為了使本實用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本實用新型的具體實施 例并結(jié)合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中圖1為本實用新型一個實施例的功能結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型另一個實施例的功能結(jié)構(gòu)示意圖；[0027]圖3為本實用新型一個實施例的電力線載波通訊裝置安裝示意圖；圖4為現(xiàn)有技術(shù)中的載波通訊裝置安裝示意圖。圖中附圖標記表示為11-第一電流互感器，12-第二電流互感器，2-電流互感器， 3-信號調(diào)理電路，4-模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，5-通訊接口，6-載波處理器，7-載波電源。
具體實施方式
參見圖1所示，作為本實用新型的一個實施例，電力線載波通訊裝置由第一電流 互感器11、第二電流互感器12、信號調(diào)理電路3、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4、通訊接口 5、載波處理器6 和載波電源7組成。所述電流互感器11安裝于一根電力線上，用于將載波處理器6發(fā)出的 載波電流信號耦合到電力線上，實現(xiàn)載波電流信號與工頻電流信號的串聯(lián)耦合；所述第二 電流互感器12安裝于同一根電力線上，用于提取電力線上的所述載波電流信號，所述第二 電流互感器12的輸出端與所述信號調(diào)理電路3的輸入端相連；所述信號調(diào)理電路3包括帶 通濾波器，所述帶通濾波器用于解調(diào)出所述載波電流信號，其輸出端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4 的輸入端相連，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4轉(zhuǎn)換得到所述載波電流信號的數(shù)據(jù)并送往所述載波處 理器6，由所述載波處理器6對接收到的數(shù)據(jù)處理得到載波通訊的通訊數(shù)據(jù)；所述載波處理 器6的輸出端與所述通訊接口 5的輸入端相連，所述載波處理器6處理得到的載波通訊數(shù) 據(jù)通過所述通訊接口 5傳送出去。所述載波電源7用于向各單元提供電源，從而實現(xiàn)采用 電力線作為傳輸介質(zhì)的有線載波通訊。參見圖2所示，作為本實用新型的第二個實施例，所述電力線載波通訊裝置由電 流互感器2、信號調(diào)理電路3、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4、通訊接口 5、載波處理器6和載波電源7組成。 與第一個實施例不同的是，本實施例中所述載波電流信號的耦合和提取都由所述電流互感 器2完成，當需要耦合所述載波電流信號時，所述載波處理器6控制所述電流互感器2將所 述載波電流信號耦合到電力線上；當需要提取所述載波電流信號時，所述載波處理器6控 制所述電流互感器2提取電力線上的所述載波電流信號，并將所述載波電流信號傳送給所 述信號調(diào)理電路3 ；所述信號調(diào)理電路3解調(diào)出所述載波電流信號，其輸出端與所述模數(shù) 轉(zhuǎn)換電路4的輸入端相連，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4轉(zhuǎn)換得到所述載波電流信號的數(shù)據(jù)并送往 所述載波處理器6，由所述載波處理器6對接收到的數(shù)據(jù)處理，得到載波電流信號的通訊數(shù) 據(jù)5 ；所述通訊接口 5與載波處理器6和外部智能設(shè)備相連，實現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收； 所述載波電源7用于向各單元提供電源，從而實現(xiàn)采用電力線作為傳輸介質(zhì)的有線載波通 訊。相對于第一個實施例，本實施例的所述載波電流信號的耦合和提取都有一個電流互感 器2完成，通過增加一個控制步驟，減少了使用的電流互感器的數(shù)量。同樣參見圖2所示，作為本實用新型的第三個實施例，所述電力線載波通訊裝置 由電流互感器2、信號調(diào)理電路3、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4、通訊接口 5、載波處理器6和載波電源7 組成。與第二個實施例不同的是，所述電流互感器始終都只具有一個功能，或者將所述載波 電流信號耦合到電力線上，或者從所述電力線上提取所述載波電流信號。上述不同實施例中不同結(jié)構(gòu)的所述電力線載波通訊裝置在不同通訊機制中的具 體工作過程如下參見圖3所示，以低壓380V三相輸電線路為例，兩個所述電力線載波通訊裝置配 合使用，一個所述電力線載波通訊裝置安裝于電源(指變壓器)的后端，下稱載波通訊裝置Α;另一個所述電力線載波通訊裝置安裝于同一根電力線上負載(指用戶負荷，如圖中R所 示)的前端，下稱載波通訊裝置B。按照不同的通訊機制將所述電力線載波通訊裝置工作的 完整過程詳述如下在問答式通訊機制中，所述載波通訊裝置A和所述載波通訊裝置B的結(jié)構(gòu)同實施 例一中所述電力線載波通訊裝置的結(jié)構(gòu)，所述載波通訊裝置A和所述載波通訊裝置B都同 時具有耦合和提取所述載波電流信號的功能，具體過程如下首先，在所述載波處理器6的控制下，所述載波通訊裝置A通過所述第一電流互 感器11將載波電流信號耦合到所述A相電力線上，所述載波電流信號沿著所述A相電力 線傳輸。由克希荷夫電流定律得知，耦合的所述載波電流信號其幅值不受工頻電流信號幅 值的影響，在所述A相電力線上變壓器和負載之間的任何位置均可提取到所述載波電流信 號。當電力線上噪聲信號增大，比如用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波干擾信號嚴重超標(大于5%)， 用戶負荷沒有發(fā)生變化時，用戶側(cè)的噪聲信號增加，所述載波電流信號沒有發(fā)生變化，經(jīng)過 信號調(diào)理電路將噪聲信號濾除，提取的所述載波電流信號沒有發(fā)生變化，載波通訊距離不 受影響；當用戶負荷增大，或者當用戶側(cè)大量使用電力電子設(shè)備時，用戶側(cè)載波阻抗相應(yīng)減 小，載波電壓不變，安裝于用戶側(cè)的所述載波通訊裝置的所述電流互感器接收的載波電流 增加，相應(yīng)的載波電流信號增強，載波通訊距離增加，載波通訊更可靠。本實用新型的所述 載波通訊裝置在現(xiàn)有中低壓電力線上實現(xiàn)可靠通訊。接著，所述A相電力線上的所述載波通訊裝置B通過所述第二電流互感器12從所 述A相電力線上提取所述載波電流信號，之后所述第二電流互感器12將提取得到的所述載 波電流信號依次傳送給所述信號調(diào)理電路3、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4和載波處理器6，所述載波處 理器6計算得到所述載波電流信號的通訊數(shù)據(jù)，以所述通訊數(shù)據(jù)為讀取智能電能表上的電 量為例，所述載波處理器6通過所述通訊接口 5從所述智能電能表上讀取電量值，并將該電 量值通過所述載波處理器6處理好生成載波驅(qū)動信號，并通過所述第一電流互感器11耦合 至IJ所述A相電力線上，經(jīng)由零線傳輸。最后，所述載波通訊裝置A的所述第二電流互感器12從A相電力線上提取所述載 波電流信號，并依次傳送給所述信號調(diào)理電路3、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4和載波處理器6，所述載波 處理器6計算得到所述負載的電量值，經(jīng)由所述通訊接口 5將所述電量值上報。作為本實用新型的再一個實施例，在問答式通訊機制中，所述載波通訊裝置A和 所述載波通訊裝置B的結(jié)構(gòu)同實施例二中的所述載波通訊裝置的結(jié)構(gòu)，其所述載波電流信 號的耦合和提取均由所述電流互感器2完成，其工作具體過程參見上文，在此不再贅述。在主動上報式通訊機制中，所述載波通訊裝置A和所述載波通訊裝置B的結(jié)構(gòu)如 實施例三中的所述電力線載波通訊裝置的結(jié)構(gòu)，其中所述載波通訊裝置A中的所述電流互 感器只用于提取所述電力線上的所述載波電流信號，所述載波通訊裝置B中的所述電流互 感器只用于將所述載波電流信號耦合到所述電力線上。工作過程如下首先，所述載波通訊裝置B中的所述電流互感器2將載波電流信號耦合到所述A 相電力線上，并經(jīng)由所述零線回傳，所述載波電流信號含有所述負載的電量值信息；接著， 所述載波通訊裝置A中的所述電流互感器從所述A相電力線上提取所述載波電流信號，然 后依次傳輸給所述信號調(diào)理電路3、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4和載波處理器6，得到所述載波電流信 號的通訊數(shù)據(jù)，再經(jīng)由所述通訊接口 5傳輸。[0042]在偵聽主動上報式通訊機制中，所述載波通訊裝置A結(jié)構(gòu)同實施例三中的所述電力線載波通訊裝置的結(jié)構(gòu)，所述載波通訊裝置B的結(jié)構(gòu)同實施例一中的所述電力線載波通 訊裝置的結(jié)構(gòu)。工作過程如下首先，所述載波通訊裝置B從所述A相電力線上提取所述載波電流信號，并依次傳 送給所述信號調(diào)理電路3、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4和所述載波處理器6，判斷本相電力線上是 否正進行載波通訊，如果有，一直偵聽，否則自動延遲一段時間再將需上報的所述載波電流 信號耦合到所述A相電力線上；接著所述載波通訊裝置A通過所述電流互感器2從所述A相電力線上提取所述載 波電流信號，并以此傳送給所述信號調(diào)理電路3、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4和載波處理器6，得到上報 數(shù)據(jù)。本實用新型中，所述電力線載波通訊裝置中的所述載波電流信號都耦合在一根 電力線上，即使這根電力線上存在任意大的干擾信號，耦合的所述載波電流信號也是疊加 在噪聲電流信號上，即所述載波電流信號和所述工頻電流信號和所述噪聲電流信號直接疊 力口，它們是向量相加的關(guān)系，而不是傳統(tǒng)電方線載波通訊中載波電壓信號和工頻電壓信號 的疊加關(guān)系。由克希荷夫電壓定律和克希荷夫電流定律得知，耦合的載波電流信號其幅值 不受工頻電流信號幅值影響，在安裝有兩個所述電力線載波通訊裝置的兩個電力設(shè)備之間 的電力線上的任何位置均能提取到所述載波電流信號，所述兩個電力設(shè)備指所述電力線載 波通訊裝置實現(xiàn)載波通訊的兩個設(shè)備，可以是兩個電源，或者兩個負載，或者一個電源和一 個負載，使得載波通訊距離不受影響，解決傳統(tǒng)載波通訊中在中低壓電力線上載波通訊不 可靠的技術(shù)問題。圖4所示為現(xiàn)有技術(shù)中的載波通訊裝置，所述載波通訊裝置并聯(lián)于A相電力線和 零線兩根電力線之間，其耦合的載波信號相當于一個新的載波電源，與所述A相電力線的 電源并聯(lián)，根據(jù)克希荷夫電壓定律，耦合的載波電壓信號其幅值受工頻電壓信號幅值影響 而變小，電力線上提取的只能是衰減后的載波電壓信號。上述是以實現(xiàn)變壓器到一個用戶負載通訊為例，為了實現(xiàn)同多個用戶負載的載波 通訊，需要在電力線上每個用戶負載前端的位置串聯(lián)一個所述電力線載波通訊裝置，即在 任何用電單位的任一根電力線上安裝所述電力線載波通訊裝置，在變壓器處同一根電力線 上安裝所述電力線載波通訊裝置，可以實現(xiàn)變壓器到各用戶的電力線載波通訊，或者不同 用戶之間的電力線載波通訊。對于IOKV中壓輸電線路，同樣的安裝方式，均可以實現(xiàn)變壓器到用戶的載波通 訊，或者是中壓用戶之間的電力線載波通訊。對于高壓電力線，在需要實現(xiàn)載波通訊的電力設(shè)備之間安裝所述載波通訊裝置， 即可實現(xiàn)不同電力設(shè)備之間的電力線載波通訊。作為優(yōu)選，所述通訊接口 5為光電接口(即 光纖接口)或無線接口，實現(xiàn)跨電壓等級的電力線載波通訊。對于在變壓器兩端的IOKV和380V電壓等級上分別安裝所述電力線載波通訊裝 置，可以實現(xiàn)以變壓器為傳輸介質(zhì)的載波通訊。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對 于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或 變動，比如將信號耦合器和電流互感器合二為一，但達到相同的效果等。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的 保護范圍之中 。
權(quán)利要求一種電力線載波通訊裝置，其特征在于包括，電流互感器，用于將載波處理器發(fā)出的載波電流信號耦合到電力線上，實現(xiàn)所述載波電流信號與工頻電流信號的串聯(lián)耦合，或者/和用于提取所述載波電流信號；信號調(diào)理電路，其輸入端與所述電流互感器的輸出端相連，包括帶通濾波器，所述帶通濾波器用于提取所述載波電流信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其輸入端與所述信號調(diào)理電路的輸出端相連，用于將載波電流信號進行轉(zhuǎn)換，得到所述載波電流信號的數(shù)據(jù)量，然后再通過算法得到通訊數(shù)據(jù)；通訊接口，與載波處理器和外部智能設(shè)備相連，實現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；載波處理器，實現(xiàn)對所述電力載波通訊裝置的管理；電源模塊，向所述電力線載波通訊裝置提供電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述電流互感器的數(shù)量為兩個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述電流互感器的數(shù)量為一個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項所述的裝置，其特征在于用于高壓電力線的所述載波 通訊裝置的所述通訊接口為光電接口或無線接口。
專利摘要本實用新型的電力線載波通訊裝置，包括電流互感器，用于將載波電流信號耦合到電力線上或者/和用于從電力線上取出載波電流信號和工頻信號；信號調(diào)理電路，其輸入端與所述信號調(diào)理電路的輸出端相連；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其輸入端與所述信號調(diào)理電路的輸出端相連，用于將載波電流信號進行轉(zhuǎn)換；通訊接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；載波處理器，實現(xiàn)對所述電力線載波通訊裝置的管理；電源模塊，向所述電力線載波通訊裝置提供電源。由于所述載波電流信號通過信號耦合器，僅通過一跟電力線即可進行電力線載波通訊，可以徹底解決現(xiàn)有技術(shù)中的載波通訊裝置在中低壓電力線上通訊不可靠的技術(shù)問題。
文檔編號H04B3/56GK201594823SQ20092016697
公開日2010年9月29日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者馮漢春, 馮越 申請人:馮漢春