本發明涉及一種低壓電力線載波性能的實驗室測試裝置及方法。適用于用電信息采集的低壓電力線載波的技術測試領域。
背景技術：
隨著全球對用電信息集中采集的需要越來越強烈，所以需要一種穩定、可靠的通訊技術，來支撐電力公司對用戶電表數據的用電信息的采集、負荷控制、數據監控、線損分析等AMI/AMR需求。現階段，低壓電力線載波是應用于集中器/網關到電表端的主流的通訊方式，被廣泛用于解決AMI/AMR的最后1公里的通訊問題。
由于電力線受到居民用戶和工業用戶負載的巨大影響，負載的接入量不同，產生的噪聲不同，會導致一天不同時段的負載阻抗、噪聲干擾等都可能不盡相同。研究統計，電力線負載阻抗在0.1Ω～100Ω之間變化，對低壓電力線載波的通訊效果是一個極大的考驗。
為了提高低壓電力線載波對可變負載的適應能力，增加低壓電力線載波對噪聲的抗干擾能力，我們需要一種低壓電力線載波網絡和性能的實驗室模擬現場環境的測試方法，來對低壓電力線載波的網絡和性能進行量化性的測試，予以逐步改善載波通訊網絡的健壯性并提高載波的通信性能，解決由于負載變化、噪聲干擾等對低壓電力線載波通訊效果的影響問題。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供一種可模擬現場環境因素的低壓電力線載波性能的實驗室測試裝置及方法。
本發明所采用的技術方案是：一種低壓電力線載波性能的實驗室測試裝置，其特征在于：具有交流電源、計算機、載波測試治具和載波待測治具；
其中交流電源經四路斷路器接可調變壓器輸入端，可調變壓器輸出端經隔離單元后經電源線連接計算機，可調變壓器輸出端還經人工電源網絡A電連接載波測試治具；所述可調變壓器輸出端還經隔離單元和人工電源網絡B連接載波待測治具；
所述人工電源網絡A的RF經可調衰減器和功率分配器連接人工電源網絡B的RF；
所述功率分配器上接有頻譜分析儀和信號發生器；所述功率分配器與人工電源網絡B連接點接示波器；
所述可調變壓器輸出端經隔離單元和電源線分別連接所述頻譜分析儀、所述信號發生器和所述示波器；
所述計算機通過通訊線與載波測試治具、示波器、頻譜分析儀和信號發生器通訊。
所述載波測試治具包含測試工裝和測試載波模塊。
所述載波待測治具包含電表和待測載波模塊。
所述隔離單元由隔離變壓器和濾波器組成。
應用所述低壓電力線載波性能的實驗室測試裝置進行測試的方法，其特征在于：
A、測試單向載波模塊的接收靈敏度、工作頻率和發送功率；
A1、斷開四路斷路器；
A2、調節可調變壓器到指示220V；
A3、閉合四路斷路器；
A4、調節可調衰減器到10dB；
A5、啟動計算機上的載波性能測試軟件，使載波測試治具發送數據；
A6、頻譜分析儀捕捉相應的頻譜，示波器捕捉相應的波形，分析載波測試治具發射的幅度和波形是否符合測試條件，如果符合，則撤掉示波器；如果不符合，檢查相關設備，直到符合為止；
A7、啟動載波性能測試軟件，使載波測試治具進入抄讀數據模式；
A8、調節可調衰減器，直到載波性能測試軟件無法收到載波待測治具回復的數據；
A9、記錄此時的可調衰減器的數值，此值經過添加功率分配器的衰減，則為該載波模塊的接收靈敏度；
A10、頻譜分析儀捕捉載波待測治具的發送載波頻譜，可得到載波模塊的工作頻率和發送功率；
B、計算信號和噪聲的比值；
B1、斷開四路斷路器；
B2、調節可調變壓器到指示220V；
B3、閉合四路斷路器；
B4、調節可調衰減器到10dB；
B5、啟動計算機上的載波性能測試軟件，使載波測試治具發送數據；
B6、頻譜分析儀捕捉相應的頻譜，示波器捕捉相應的波形，分析載波測試治具發射的幅度和波形是否符合測試條件，如果符合，則撤掉示波器，記錄相應的載波發送幅度；如果不符合，檢查相關設備，直到符合為止；
B7、啟動載波性能測試軟件，使載波測試治具進入抄讀數據模式；
B8、調節可調衰減器為20dB；
B9、開啟信號發生器，將噪聲通過計算機導入到信號發生器，通過信號發生器注入到功率分配器中；調節相應的噪聲幅度，直到載波性能測試軟件的誤包率穩定在<10％內，記錄現在的噪聲幅度，計算相應的信噪比。
所述人工電源網絡A為50Ω負載阻抗，人工電源網絡B為50Ω負載阻抗。
所述人工電源網絡A為50Ω負載阻抗，人工電源網絡B為2Ω負載阻抗。
所述載波待測治具為單相供電。
所述載波待測治具為三相供電。
所述噪聲為高斯白噪聲、正弦波、脈沖噪聲或示波器現場錄制噪聲。
本發明的有益效果是：本發明提供一種能夠模擬現場負載阻抗、現場噪聲等外界因素的實驗室測試方法，完成低壓電力載波通訊性能的模擬現場環境的測試，從而快速的定位載波的通訊能力的薄弱技術環節，并予以改善。
附圖說明
圖1為實施例中低壓電力載波通訊的性能測試裝置整體結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實施例中低壓電力線載波性能的實驗室測試裝置具有四路斷路器1個、可調變壓器1個、計算機1個、載波測試治具1個、人工電源網絡2個(人工電源網絡A和B)、隔離單元3個、可調衰減器1個、功率分配器1個、信號發生器1個、頻譜分析儀1個、示波器1個、載波待測治具1個。
交流電源經四路斷路開關連接可調變壓器輸入端，輸出端與每一隔離單元相連，為系統提供交流電源。人工電源網絡A和B均分別通過一隔離單元供電，人工電源網絡A的RF與可調衰減器相連，人工電源網絡B的RF與功率分配器相連，并且可調衰減器與功率分配器相連，其中功率分配器上接有頻譜分析儀和信號發生器，功率分配器與人工電源網絡B連接點處接示波器。人工電源網絡A和B分別連接載波測試治具和載波待測治具。計算機通過通訊線與載波測試治具、示波器、信號發生器、頻譜分析儀通訊。頻譜分析儀、信號發生器和示波器經電源線連接隔離單元，由隔離單元處供電。
本實施例中載波測試治具包含1個測試工裝和1個測試載波模塊；人工電源網絡A為50Ω阻抗、人工電源網絡B為50Ω或2Ω阻抗；隔離單元包含1個隔離變壓器和1個濾波器；的載波待測治具包含1個電表和1個待測載波模塊。
本例中四路斷路器用于系統的保護和開關電，保證在系統出現電流過大的故障時起到斷電保護作用。可調變壓器用于調整系統的供電電壓，可以支持測試系統在220V或者120V的工作電壓下穩定工作，由于國外有120V的工作電壓，所以需要模擬120V供電系統來測試載波通訊性能。計算機工作電壓在AC110V～AC240V，用于安裝載波性能測試系統的PC軟件，通過PC軟件控制載波測試治具、控制性能測試項目的實施、統計性能測試項目的相關數據、導出相關性能分析報表等；還完成對示波器、信號發生器、頻譜分析儀的控制、數據導出、波形導入/導出等。載波測試治具用于完成與載波的數據交互，其中包含的載波模塊為系統的主節點，用于和待測載波模塊進行數據交互。隔離單元由隔離變壓器和濾波器組成，起到隔離作用，并濾除電網中的高頻信號，避免引入電網的干擾而導致系統定量測試不確定性。可調衰減器用于調整載波測試治具和載波待測治具間的信號衰減倍數。功率分配器可以將輸入信號能量平均分配到多個端口，端口間并保持高度的隔離，該系統中用到了一出二的功率分配器和一出三的功率分配器。示波器用于低壓電力線現場噪聲的錄制，并可對載波信號的幅度、波形等進行捕獲用于分析。信號發生器用于輸出錄制或者模擬現場的噪聲干擾，測試載波的抗干擾性性能。噪聲分為錄制低壓電力線載波運行現場的波形和信號發生器模擬的高斯白噪聲、正弦波、脈沖等噪聲。頻譜分析儀用于捕捉載波通訊時的頻譜，分析其相應的幅度，頻率等。載波待測治具包含電表和載波待測模塊，用于載波的性能測試。
本實施例的具體測試方法如下：
S1、在50Ω負載阻抗模擬環境下的，單相載波模塊的接收靈敏度；
S2、在模擬環境下的，單相載波模塊的工作頻率；
S3、在50Ω負載阻抗模擬環境下的，單相載波模塊的發送功率：
1)、斷開四路斷路器；
2)、其中人工電源網絡A和人工電源網絡B均為50Ω負載阻抗，待測治具為單相供電；
3)、調節可調變壓器到指示220V；
4)、閉合四路斷路器；
5)、調節可調衰減到10dB；
6)、啟動載波性能測試軟件，使載波測試治具發送數據；
7)、頻譜分析儀捕捉相應的頻譜，示波器捕捉相應的波形，分析載波測試治具發射的幅度和波形是否符合測試條件，如果符合，則撤掉示波器；如果不符合，檢查相關設備，直到符合為止；
8)、啟動載波性能測試軟件，使載波測試治具進入抄讀數據模式；
9)、調節可調衰減器，直到載波性能測試軟件無法收到載波待測治具回復的數據；
10)、記錄此時的可調衰減器的數值，此值經過添加功率分配的衰減，則為該載波模塊的接收靈敏度；
11)、頻譜分析儀捕捉載波待測治具的發送載波頻譜，便可得到載波模塊的工作頻率和發送功率；
12)、調節可調變壓器到輸出電壓為120V，重復上述步驟。
S4、在2Ω負載阻抗模擬環境下的，單相載波模塊的接收靈敏度；
S5、在2Ω負載阻抗模擬環境下的，單相載波模塊的發送功率：
1)、斷開四路斷路器；
2)、其中人工電源網絡A為50Ω負載阻抗，人工電源網絡B為2Ω負載阻抗，待測治具為單相供電；
3)、調節可調變壓器到指示220V；
4)、閉合四路斷路器；
5)、調節可調衰減到10dB；
6)、啟動載波性能測試軟件，使載波測試治具發送數據；
7)、頻譜分析儀捕捉相應的頻譜，示波器捕捉相應的波形，分析載波測試治具發射的幅度和波形是否符合測試條件，如果符合，則撤掉示波器；如果不符合，檢查相關設備，直到符合為止；
8)、啟動載波性能測試軟件，使載波測試治具進入抄讀數據模式；
9)、調節可調衰減器，直到載波性能測試軟件無法收到載波待測治具回復的數據；
10)、記錄此時的可調衰減器的數值，此值經過添加功率分配的衰減，則為該載波模塊的接收靈敏度；
11)、頻譜分析儀捕捉載波待測治具的發送載波頻譜，便可得到載波模塊的工作頻率和發送功率；
12)、調節可調變壓器到輸出電壓為120V，重復上述步驟。
S6、在50Ω負載阻抗、并加入現場錄制噪聲情況下模擬環境下的，單相載波模塊的信噪比：該值為誤包率<10％的情況下的，信號和噪聲的比值；
S7、在50Ω負載阻抗、并加入高斯白噪聲情況下模擬環境下的，單相載波模塊的信噪比：該值為誤包率<10％的情況下的，信號和噪聲的比值；
S8、在50Ω負載阻抗、并加入正弦波情況下模擬環境下的，單相載波模塊的信噪比：該值為誤包率<10％的情況下的，信號和噪聲的比值；
S9、在50Ω負載阻抗、并加入脈沖噪聲情況下模擬環境下的，單相載波模塊的信噪比：該值為誤包率<10％的情況下的，信號和噪聲的比值：
1)、斷開四路斷路器；
2)、其中人工電源網絡A和人工電源網絡B均為50Ω負載阻抗，待測治具為單相供電；
3)、調節可調變壓器到指示220V；
4)、閉合四路斷路器；
5)、調節可調衰減到10dB；
6)、啟動載波性能測試軟件，使載波測試治具發送數據；
7)、頻譜分析儀捕捉相應的頻譜，示波器捕捉相應的波形，分析載波測試治具發射的幅度和波形是否符合測試條件，如果符合，則撤掉示波器，記錄相應的載波發送幅度；如果不符合，檢查相關設備，直到符合為止；
8)、啟動載波性能測試軟件，使載波測試治具進入抄讀數據模式；
9)、調節可調衰減器為20dB；
10)、開啟信號發生器，將示波器現場錄制噪聲通過電腦導入到信號發生器，通過信號發生器注入到功率分配器中；調節相應的噪聲幅度，直到載波性能測試軟件的誤包率穩定在<10％內，記錄現在的噪聲幅度，計算相應的信噪比；
11)、按照以上步驟，將噪聲依次更改為高斯白噪聲、正弦波、脈沖噪聲，并記錄相應的噪聲幅度，計算相應的信噪比；
12)、調節可調變壓器到輸出電壓為120V，重復上述步驟。
S10、在2Ω負載阻抗、并加入現場錄制噪聲情況下模擬環境下的，單相載波模塊的信噪比：該值為誤包率<10％的情況下的，信號和噪聲的比值；
S11、在2Ω負載阻抗、并加入高斯白噪聲情況下模擬環境下的，單相載波模塊的信噪比：該值為誤包率<10％的情況下的，信號和噪聲的比值；
S12、在2Ω負載阻抗、并加入現正弦波情況下模擬環境下的，單相載波模塊的信噪比：該值為誤包率<10％的情況下的，信號和噪聲的比值；
S13、在2Ω負載阻抗、并加入脈沖噪聲情況下模擬環境下的，單相載波模塊的信噪比：該值為誤包率<10％的情況下的，信號和噪聲的比值；
1)、斷開四路斷路器；
2)、其中人工電源網絡A為50Ω負載阻抗，人工電源網絡B為2Ω負載阻抗，待測治具為單相供電；
3)、調節可調變壓器到指示220V；
4)、閉合四路斷路器；
5)、調節可調衰減到10dB；
6)、啟動載波性能測試軟件，使載波測試治具發送數據；
7)、頻譜分析儀捕捉相應的頻譜，示波器捕捉相應的波形，分析載波測試治具發射的幅度和波形是否符合測試條件，如果符合，則撤掉示波器，記錄相應的載波發送幅度；如果不符合，檢查相關設備，直到符合為止；
8)、啟動載波性能測試軟件，使載波測試治具進入抄讀數據模式；
9)、調節可調衰減器為20dB；
10)、開啟信號發生器，將示波器現場錄制噪聲通過電腦導入到信號發生器，通過信號發生器注入到功率分配器中；調節相應的噪聲幅度，直到載波性能測試軟件的誤包率穩定在<10％內，記錄現在的噪聲幅度，計算相應的信噪比；
11)、按照以上步驟，將噪聲依次更改為高斯白噪聲、正弦波、脈沖噪聲，并記錄相應的噪聲幅度，計算相應的信噪比；
12)、調節可調變壓器到輸出電壓為120V，重復上述步驟。
S14、在50Ω負載阻抗模擬環境下的，三相載波模塊的接收靈敏度；
S15、在模擬環境下的，三相載波模塊的工作頻率；
S16、在50Ω負載阻抗模擬環境下的，三相載波模塊的發送功率：
1)、斷開四路斷路器；
2)、其中人工電源網絡A和人工電源網絡B均為50Ω負載阻抗，待測治具為三相供電；
3)、調節可調變壓器到指示220V；
4)、閉合四路斷路器；
5)、調節可調衰減到10dB；
6)、啟動載波性能測試軟件，使載波測試治具發送數據；
7)、頻譜分析儀捕捉相應的頻譜，示波器捕捉相應的波形，分析載波測試治具發射的幅度和波形是否符合測試條件，如果符合，則撤掉示波器；如果不符合，檢查相關設備，直到符合為止；
8)、啟動載波性能測試軟件，使載波測試治具進入抄讀數據模式；
9)、調節可調衰減器，直到載波性能測試軟件無法收到載波待測治具回復的數據；
10)、記錄此時的可調衰減器的數值，此值經過添加功率分配的衰減，則為該載波模塊的接收靈敏度；
11)、頻譜分析儀捕捉載波待測治具的發送載波頻譜，便可得到載波模塊的工作頻率和發送功率；
12)、調節可調變壓器到輸出電壓為120V，重復上述步驟。
S17、在2Ω負載阻抗模擬環境下的，三相載波模塊的接收靈敏度；
S18、在2Ω負載阻抗模擬環境下的，三相載波模塊的發送功率；
1)、斷開四路斷路器；
2)、其中人工電源網絡A為50Ω負載阻抗，人工電源網絡B為2Ω負載阻抗，待測治具為三相供電；
3)、調節可調變壓器到指示220V；
4)、閉合四路斷路器；
5)、調節可調衰減到10dB；
6)、啟動載波性能測試軟件，使載波測試治具發送數據；
7)、頻譜分析儀捕捉相應的頻譜，示波器捕捉相應的波形，分析載波測試治具發射的幅度和波形是否符合測試條件，如果符合，則撤掉示波器；如果不符合，檢查相關設備，直到符合為止；
8)、啟動載波性能測試軟件，使載波測試治具進入抄讀數據模式；
9)、調節可調衰減器，直到載波性能測試軟件無法收到載波待測治具回復的數據；
10)、記錄此時的可調衰減器的數值，此值經過添加功率分配的衰減，則為該載波模塊的接收靈敏度；
11)、頻譜分析儀捕捉載波待測治具的發送載波頻譜，便可得到載波模塊的工作頻率和發送功率；
12)、調節可調變壓器到輸出電壓為120V，重復上述步驟。
S19、在50Ω負載阻抗、并加入現場錄制噪聲情況下模擬環境下的，三相載波模塊的信噪比：該值為誤包率<10％的情況下的，信號和噪聲的比值；
S20、在50Ω負載阻抗、并加入高斯白噪聲情況下模擬環境下的，三相載波模塊的信噪比：該值為誤包率<10％的情況下的，信號和噪聲的比值；
S21、在2Ω負載阻抗、并加入現場錄制噪聲情況下模擬環境下的，三相載波模塊的信噪比：該值為誤包率<10％的情況下的，信號和噪聲的比值；
S22、在50Ω負載阻抗、并加入正弦波情況下模擬環境下的，三相載波模塊的信噪比：該值為誤包率<10％的情況下的，信號和噪聲的比值；
S23、在50Ω負載阻抗、并加入脈沖噪聲情況下模擬環境下的，三相載波模塊的信噪比：該值為誤包率<10％的情況下的，信號和噪聲的比值：
1)、斷開四路斷路器；
2)、其中人工電源網絡A和人工電源網絡B均為50Ω負載阻抗，待測治具為三相供電；
3)、調節可調變壓器到指示220V；
4)、閉合四路斷路器；
5)、調節可調衰減到10dB；
6)、啟動載波性能測試軟件，使載波測試治具發送數據；
7)、頻譜分析儀捕捉相應的頻譜，示波器捕捉相應的波形，分析載波測試治具發射的幅度和波形是否符合測試條件，如果符合，則撤掉示波器，記錄相應的載波發送幅度；如果不符合，檢查相關設備，直到符合為止；
8)、啟動載波性能測試軟件，使載波測試治具進入抄讀數據模式；
9)、調節可調衰減器為20dB；
10)、開啟信號發生器，將示波器現場錄制噪聲通過電腦導入到信號發生器，通過信號發生器注入到功率分配器中；調節相應的噪聲幅度，直到載波性能測試軟件的誤包率穩定在<10％內，記錄現在的噪聲幅度，計算相應的信噪比；
11)、按照以上步驟，將噪聲依次更改為高斯白噪聲、正弦波、脈沖噪聲，并記錄相應的噪聲幅度，計算相應的信噪比。
S24、在2Ω負載阻抗、并加入高斯白噪聲情況下模擬環境下的，三相載波模塊的信噪比：該值為誤包率<10％的情況下的，信號和噪聲的比值；
S25、在2Ω負載阻抗、并加入現正弦波情況下模擬環境下的，三相載波模塊的信噪比：該值為誤包率<10％的情況下的，信號和噪聲的比值；
S26、在2Ω負載阻抗、并加入脈沖噪聲情況下模擬環境下的，三相載波模塊的信噪比：該值為誤包率<10％的情況下的，信號和噪聲的比值：
1)、斷開四路斷路器；
2)、其中人工電源網絡A為50Ω負載阻抗，人工電源網絡B為2Ω負載阻抗，待測治具為三相供電；
3)、調節可調變壓器到指示220V；
4)、閉合四路斷路器；
5)、調節可調衰減到10dB；
6)、啟動載波性能測試軟件，使載波測試治具發送數據；
7)、頻譜分析儀捕捉相應的頻譜，示波器捕捉相應的波形，分析載波測試治具發射的幅度和波形是否符合測試條件，如果符合，則撤掉示波器，記錄相應的載波發送幅度；如果不符合，檢查相關設備，直到符合為止；
8)、啟動載波性能測試軟件，使載波測試治具進入抄讀數據模式；
9)、調節可調衰減器為20dB；
10)、開啟信號發生器，將示波器現場錄制噪聲通過電腦導入到信號發生器，通過信號發生器注入到功率分配器中；調節相應的噪聲幅度，直到載波性能測試軟件的誤包率穩定在<10％內，記錄現在的噪聲幅度，計算相應的信噪比；
11)、按照以上步驟，將噪聲依次更改為高斯白噪聲、正弦波、脈沖噪聲，并記錄相應的噪聲幅度，計算相應的信噪比；
12)、調節可調變壓器到輸出電壓為120V，重復上述步驟。
當然，上述說明并非對本發明的限制，本發明也并不限于上述舉例，本技術領域的普通技術人員，在本發明的范圍內，做出的變化、添加或替換，都應屬于本發明的保護范圍。