專利名稱：電力線配網自動化通信系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電力線配網自動化通信系統，特別是利用配電網的配電線路作為傳輸鏈路，為配網自動化系統提供傳輸通道，實現配電網自動化的通信系統。
電力工業是國民經濟發展中重要的基礎產業，電力工業的發展取決于發電能力、各類用戶對電能源的需求、安全可靠的送變電網絡三個方面。國內電力行業的現狀是送變電環節的發展制約了用戶需求的增長，主要表現在配網供電干線徑容量小，保護設備陳舊，自動化管理程度低等，滿足不了用戶的用電要求，并直接影響了其他產業的發展。中國政府從擴大內需，促進國民經濟均衡發展的戰略考慮，制定了大規模改造城市電網和建設農村電網的計劃。在配電網改造和建設中的一個主題就是實現配電網自動化管理，即對配電網絡中所有變壓器、開關及其他控制設備實現實時控制。實現配電網自動化系統是為了擴大內需，促進國民經濟均衡發展，提高供電可靠性。它是城市配電網自動化改造和農村電網新建的重要組成部分。
配電網是輸供電網絡的末端，指從110KV電壓等級送至各級用戶的10KV輸電網絡。在配電網中，利用各種通信介質，各種通信方式及多種接口技術，綜合集成配電通信網絡，為配電網自動化管理提供基礎條件。在配電網自動化系統中，每一監控節點均需通信設備的配套。目前實現配電網自動化的技術瓶頸之一就是通信通道問題。利用配電輸電線路作為通信媒介是建立配電網自動化系統通信通道的最快捷、最經濟的方法。由于配電網絡是最接近用戶的輸電線路，線路特性由于用電負載的不斷改變而不太穩定，線路上存在各種噪聲、脈沖干擾、多徑等，因而常規的窄帶載波傳輸方式不能適應配電網絡的通信環境。
本發明的目的就是為了解決以上問題，提供一種電力線配網自動化通信系統，克服由于上述原因造成的對通信的干擾，實現有效的通信。
本發明實現上述目的的方案是一種電力線配網自動化通信系統，包括多個通信設備，每個通信設備一端與配網自動化設備的通信終端或通信前置機相連，另一端與高壓電力線相連，其特征是系統的每個通信設備包括電力線數字擴頻通信模塊、CPU控制模塊、功放模塊、結合設備及電源模塊；所述配網自動化設備的通信終端或通信前置機與CPU控制模塊相連，CPU控制模塊還與電力線數字擴頻通信模塊相連，電力線數字擴頻通信模塊還依次通過功放模塊、結合設備與高壓電力線相連，電源模塊負責為系統進行供電。
所述電力線數字擴頻通信模塊實現對數據的擴頻調制、解調、糾錯編碼、解碼、均衡、同步和收發信功能，管理數據鏈路，實現鏈路層協議；所述CPU控制模塊實現對通信終端或通信前置機的數據接口，完成用戶的數據格式轉換、打包，對電力線數字擴頻通信模塊進行控制、實現數據交換，實現對系統硬件的管理，并提供用戶對系統設置的人機接口；所述功放模塊完成寬頻擴頻信號的功率放大，濾波，將放大后的信號耦合到結合設備，并完成對接收信號的濾波及電平控制；所述結合設備包括結合濾波器和耦合電容，實現將高頻通信信號耦合到10KV的配電線路上，它同時是隔離10KV高壓的關鍵設備。
由于采用了以上的方案，本通信系統可采用擴頻通信方式，可以有效地克服由于上述原因造成的對通信的干擾。擴頻信號可占用電力線傳輸頻帶(40-500KHz)的大部分頻率范圍，以實現最高達4.8Kbps，19.2Kbps，100Kbps的上限速率。同時本發明中的通信設備可遵循OSI七層網絡模型，實現電力線上高速數據傳輸的物理層與數據鏈路層的功能。本方案使得在配電網自動化系統可以利用基于配電線路本身的通信通道實現可靠的數據傳輸，以經濟和方便的途徑實現了電力系統配電網的通信，有利于實現自動化。
圖1是本發明配網節點擴頻設備連接示意圖。
圖2是本發明配網中心擴頻設備連接示意圖。
圖3是本發明通信系統的示意圖。
圖4是最高速率為100Kbps的電力線數字擴頻通信模塊示意圖。
圖5是最高速率為19.2Kbps的電力線數字擴頻通信模塊示意圖。
圖6是最高速率為4.8Kbps的電力線數字擴頻通信模塊示意圖。
圖7是實施例中CPU控制模塊示意圖。
圖8是實施例中功放模塊示意圖。
圖9是實施例中結合設備示意圖。
下面通過具體的實施例并結合附圖對本發明作進一步詳細的描述。
實施例一見圖3，整個所述通信系統包括一個配網中心100內的通信設備10及通信前端機40、多個主節點(中心節點)Em1，Em2，Em3，......和多個從節點Es1，Es2，Es3，......；每個通信節點Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......可以設定為一個唯一的通信地址。
其中需要進行自動化控制的配網自動化設備20的各個通信終端30通過標準的RS-232口與通信設備10相接，通過該RS-232接口進行數據的交換，通信設備10通過結合設備4(結合濾波器和高頻耦合電容)接入到電力線線路，所有的通信設備10通過電力線50形成一個總線型的通信系統，各個自動化終端控制設備20通過通信系統進行數據通信；整個通信系統中的通信節點Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......間的通信協議為輪詢方式或令牌傳遞方式或廣播方式。
如圖1、圖2，電力線通信設備10包括電力線數字擴頻通信模塊1、CPU控制模塊2、功放模塊3、電源模塊5、結合設備4(濾波器及耦合電容)。
電力線數字擴頻通信模塊1實現對數據的擴頻調制、解調、糾錯編碼、解碼、均衡、同步和收發信功能，管理數據鏈路，實現鏈路層協議，以上處理可以保證利用電力線50的數據傳輸達到10-9的誤碼率。圖4、5、6分別為最高速率為100Kbps、19.2Kbps、4.8Kbps的電力線數字擴頻通信模塊1的三個實施例示意圖。
CPU控制模塊2實現對通信終端30或通信前置機40的數據接口，完成用戶的數據格式轉換、打包，對電力線數字擴頻通信模塊1進行控制、實現數據交換，實現對系統硬件的管理，并提供用戶對系統設置的人機接口。圖7是CPU控制模塊2的一個實施例示意圖。
功放模塊3完成寬頻擴頻信號的功率放大，濾波，將放大后的信號耦合到結合設備4，并完成對接收信號的濾波及電平控制。圖8是功放模塊3的一個實施例示意圖。
電源模塊5負責對上述所有模塊進行供電。根據需要提供220V交流電源或110VAC交流電源輸入。同時提供24V直流后備輸入。
結合設備4(包括結合濾波器和耦合電容)實現將高頻通信信號耦合到10KV的配電線路上，它同時是隔離10KV高壓的關鍵設備。圖9是結合設備4的一個實施例示意圖。
在一個配網自動化系統中，所有需要進行自動化控制的配網自動化設備20的各個通信終端30通過標準的RS-232口與通信設備10相接，通過該RS-232接口進行數據的交換，通信設備10通過結合設備4(結合濾波器和高頻耦合電容)接入到電力線線路，所有的通信設備10通過電力線50形成一個總線型的通信系統，各個自動化終端控制設備20通過通信系統進行數據通信。
本發明的每個通信節點Em/Es可以設定一個唯一的通信地址，系統所能容納的通信節點Em/Es為65,534個。
本發明中所有系統中的通信節點Em/Es可以采用多種通信協議完成對數據的采集及傳輸。具體有以下幾種輪詢(POLLING)方式、令牌傳遞方式(TOKEN PASSING)、廣播(BROADCASTING)方式，可以根據需要靈活設定。
輪詢方式適合于網絡中只有一個中心節點Em的情況，結構比較簡單，適用于線路較簡潔的配網線路，配網中心100通過中心節點Em實現對其他從節點Es的訪問與控制；令牌傳遞方式適用于存在多個中心節點Em的情況，其系統結構比較復雜，但系統中的各個中心節點Em可以平等地對系統進行接入和控制。這在大規模的配網系統中可以靈活地根據線路結構實現對配電網絡的控制與管理。
廣播方式適用于需要提供透明通道的應用環境，此時通信設備10不需要管理系統鏈路層，所有的差錯控制及鏈路控制由配網中心100的高層應用軟件來實現。
電力線數字擴頻通信設備10可以提供多種接口方式實現與通信終端30的接口，包括同步RS232或異步RS232或RS485等。
本發明利用最新的擴頻通信技術，克服了電力線傳輸環境的各種干擾和噪聲，使得在配電網自動化系統可以利用基于配電線路本身的通信通道實現可靠的數據傳輸，是實現電力系統配電網自動化的最經濟和最方便的途徑。
權利要求
1.一種電力線配網自動化通信系統，包括多個通信設備(10)，每個通信設備(10)一端與配網自動化設備(20)的通信終端(30)或通信前置機(40)相連，另一端與高壓電力線(50)相連，其特征是系統的每個通信設備(10)包括電力線數字擴頻通信模塊(1)、CPU控制模塊(2)、功放模塊(3)、結合設備(4)及電源模塊(5)；所述配網自動化設備(20)的通信終端(30)或通信前置機(40)與CPU控制模塊(2)相連，CPU控制模塊(2)還與電力線數字擴頻通信模塊(1)相連，電力線數字擴頻通信模塊(1)還依次通過功放模塊(3)、結合設備(4)與高壓電力線(50)相連，電源模塊(5)負責為系統進行供電。
2.根據權利要求1所述通信系統，其特征在于所述電力線數字擴頻通信模塊(1)實現對數據的擴頻調制、解調、糾錯編碼、解碼、均衡、同步和收發信功能，管理數據鏈路，實現鏈路層協議；所述CPU控制模塊(2)實現對通信終端(30)或通信前置機(40)的數據接口，完成用戶的數據格式轉換、打包，對電力線數字擴頻通信模塊(1)進行控制、實現數據交換，實現對系統硬件的管理，并提供用戶對系統設置的人機接口；所述功放模塊(3)完成寬頻擴頻信號的功率放大，濾波，將放大后的信號耦合到結合設備(4)，并完成對接收信號的濾波及電平控制；所述結合設備(4)包括結合濾波器和耦合電容，實現將高頻通信信號耦合到10KV的配電線路上，它同時是隔離10KV高壓的關鍵設備。
3.根據權利要求1或2所述通信系統，其特征在于所述通信設備(10)與通信終端(30)或通信前置機(40)的接口為同步RS232或異步RS232或RS485。
4.根據權利要求1或2所述通信系統，其特征在于整個所述通信系統包括一個配網中心(100)內的通信設備(10)及通信前端機(40)、多個主節點(Em1，Em2，Em3，......)和多個從節點(Es1，Es2，Es3，......)；每個通信節點(Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......)可以設定一個唯一的通信地址。
5.根據權利要求3所述通信系統，其特征在于整個所述通信系統包括一個配網中心(100)內的通信設備(10)及通信前端機(40)、多個主節點(Em1，Em2，Em3，......)和多個從節點(Es1，Es2，Es3，......)；每個通信節點(Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......)可以設定一個唯一的通信地址。
6.根據權利要求1或2所述通信系統，其特征在于其中需要進行自動化控制的配網自動化設備(20)的各個通信終端(30)通過標準的RS-232口與通信設備(10)相接，通過該RS-232接口進行數據的交換，通信設備(10)通過結合設備(4)接入到電力線線路，所有的通信設備(10)通過電力線(50)形成一個總線型的通信系統，各個自動化終端控制設備(20)通過通信系統進行數據通信；整個通信系統中的通信節點(Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......)間的通信協議為輪詢方式或令牌傳遞方式或廣播方式。
7.根據權利要求3所述通信系統，其特征在于其中需要進行自動化控制的配網自動化設備(20)的各個通信終端(30)通過標準的RS-232口與通信設備(10)相接，通過該RS-232接口進行數據的交換，通信設備(10)通過結合設備(4)接入到電力線線路，所有的通信設備(10)通過電力線(50)形成一個總線型的通信系統，各個自動化終端控制設備(20)通過通信系統進行數據通信；整個通信系統中的通信節點(Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......)間的通信協議為輪詢方式或令牌傳遞方式或廣播方式。
8.根據權利要求4所述通信系統，其特征在于其中需要進行自動化控制的配網自動化設備(20)的各個通信終端(30)通過標準的RS-232口與通信設備(10)相接，通過該RS-232接口進行數據的交換，通信設備(10)通過結合設備(4)接入到電力線線路，所有的通信設備(10)通過電力線(50)形成一個總線型的通信系統，各個自動化終端控制設備(20)通過通信系統進行數據通信；整個通信系統中的通信節點(Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......)間的通信協議為輪詢方式或令牌傳遞方式或廣播方式。
9.根據權利要求5所述通信系統，其特征在于其中需要進行自動化控制的配網自動化設備(20)的各個通信終端(30)通過標準的RS-232口與通信設備(10)相接，通過該RS-232接口進行數據的交換，通信設備(10)通過結合設備(4)接入到電力線線路，所有的通信設備(10)通過電力線(50)形成一個總線型的通信系統，各個自動化終端控制設備(20)通過通信系統進行數據通信；整個通信系統中的通信節點(Em1，Em2，Em3，....../Es1，Es2，Es3，......)間的通信協議為輪詢方式或令牌傳遞方式或廣播方式。
全文摘要
本發明公開一種電力線配網自動化通信系統,包括多個通信設備,通信設備一端與配網自動化設備的通信終端或通信前置機相連,另一端與高壓電力線相連,它包括電力線數字擴頻通信模塊、CPU控制模塊、功放模塊、結合設備;配網自動化設備的通信終端或通信前置機與CPU控制模塊相連,后者還與電力線數字擴頻通信模塊相連,電力線數字擴頻通信模塊還依次通過功放模塊、結合設備與高壓電力線相連。克服了電力線傳輸環境的各種干擾和噪聲。
文檔編號H04B3/54GK1267140SQ99117299
公開日2000年9月20日 申請日期1999年12月17日 優先權日1999年12月17日
發明者周衛紅, 熊力 申請人:深圳市路通達通訊設備有限公司