基于电力载波的监控系统的实现.docx

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基于电力载波的监控系统的实现

姓名：

李京伟

学号：

07010006

班级：

07自动化1

专业：

自动化

所在系：

自动化工程系

指导老师：

郭丹

毕业设计

基于电力载波的监控系统的实现

基于电力载波的监控系统的实现

摘要

近年来，通过配电网实现通信，又称低压电力线载波通信（PLC）越来越引起人们的广泛关注。

电力线载波通信的许多优点为电力市场以及相关业务的发展提供了广阔的应用前景。

特别是，这种通信方式可以利用现有的深入到千家万户的供电网络，而成为一种易于接入、方便使用且成本低廉的理想选择，因此，利用电力线通信技术构建针对家庭或楼宇的智能监控系统，是一种很有潜力的方案。

然而，电力线网络总是处于强噪声环境下工作，电力线的低通特性、频率选择性衰减、网络阻抗的不匹配、信号的反射和折射以及严重的噪声干扰导致的小信噪比（SNR）等都会给电力线通信带来困难。

本文研究了低压电力线通信技术在监控系统中应用的可行性。

概要介绍了低压电力线通信技术的理论研究和工业应用现状。

结合实测数据，分析了低压电力线信道的低输入阻抗、高噪声、强衰减特性。

设计了一个基于单片机和电力载波芯片的电力线通信系统的硬件平台。

从而实现了基于电力线通信的远程监控系统。

关键词：

低压电力线载波通信单片机耦合电路

MonitoringSystemBasedOnThePowerLineCommunications

ABSTRACT

Theusageofelectricalpowerdistributionnetworksasamediaforcommunications,calledPowerlineCommunications（PLC）,hasbecomemoreandmoreattractiveinrecentyears.Ithasanumberofadvantagesthatattractgreatinterestforthedevelopmentofelectricalmarketandbusinessopportunities.Themainattractivefeatureofthiskindofmediaisduetoitsubiquity.Indeednowadaysallurban,suburbanandruralareasarefullycoveredbytransmissionanddistributionelectricitygridfordevliveringenergyservices.Itsubiquitymakesitanidealmediaforsurveillanceandcontrolapplications.However,powerlinecommunicationchanneliswellknownbyexpertsasoneofthemostcomplextocharacterize.Itisoftensaidthatpowerlineactsashostileenvironment.Besidesthelowpasscharacteristicofthechannelandthefrequencyselectivefading,theimpedancemismatching,thesignalreflectionandtheimpulsenoisescruciallyaffacttheSignaltoNoiseRatio（SNR）.

Inthisthesis,wepresentthepossibilitiesofapplyingPLCinthecommunicationaccessnetworks.AconcisesummaryofthestateoftheartofthetheoryandpracticeofPowerlineCommunicationispresented.Thepowerlinechannelcharacteristicsisanalyzedbasedonmeasurementdata.SometipsaregivenforPLCmodemdevelopmenttoutilizingthecharacteristics.Finaly,aremotesurveillanceandcontrolsystemisconstructedbasedonnarrowbandpowerlinecommunication.

KeyWords:

PowerLineCommunicationMCUCouplingCircuit

第一章绪论

1.1本次设计的研究背景

电力线通信，简称PLC（PowerLineCommunications），是指利用中、低压电力线作为通信介质，实现数据、语音和图像等综合业务传输的通信技术。

相比各种有线通信技术，它具有不需重新布线的优点，不仅可以节约资源、安装使用方便，而且不影响建筑物的美观；相比各种近距离无线通信技术，比如蓝牙、ZigBee等，它又有不受建筑物阻隔、容易组建网络的优点。

正是这些优点，使它的应用领域广泛。

电力载波通信技术，过去仅仅用于远程抄表、家居自动化，传输速率很低，不适合高速信息传输。

随着技术的不断发展，电力线通信技术将不仅仅只用于电力系统生产调度，它可以作为一种宽带技术，向社会用户提供商业化运营服务。

电力线通信技术与以太网、ADSL、无线通信等技术相比，有其独特的特点，该技术不需要在建筑物内重新布线，只需利用建筑物内已有的电线，在进行电力传输的同时，可以实现对数据、语言和视频等多项业务的承载，做到“四网合一”。

终端用户设备只需要插入电源头，就可以进行因特网浏览、接收网络电视节目、打公用电话或者可视电话、组建家庭网络、实现家庭自动化等，同时利用电力线通信技术，还可以提供电力系统远程监控、远程抄表等业务。

电力线通信对我国具有特别的意义。

近年来，我国的通信事业发展迅速，但尚不能满足人们的需求，专门的通信网络的覆盖范围还太小。

这些网络的构建需要大量的人力物力。

而同时我国拥有全世界长度排名第二的电力输电线路，若利用现成的电力线网络进行通信，为用户提供数据和语音、视频等信息服务，则可节省大量资金，将会对中国电信市场改革和互联网的发展带来极大的空间。

另外，电力线通信技术组网简单、成本低、可靠性高、易于实现受到越来越多的人的关注。

特别是“十一五”规划中把电力线载波通信列入大力研究项目，其中低压电力线载波的发展对策明确把研究电线上网的技术原理和应用技术，探讨电线上网的政策和运营方式，努力为实现全面电线上网打好基础作为发展重点。

1.2电力载波通讯技术的现状

电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行而应运而生的,它同安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。

目前,它更是电网调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础;是电力系统的重要基础设施。

由于电力通信网对通信的可靠性、保护控制信息传送的快速性和准确性具有严格的要求,并且电力部门拥有发展通信的特殊资源优势,因此,世界上大多数国家的电力公司都以自建为主的方式建立了电力系统专用通信网。

长期以来,电力线载波通信网一直是电力通信网的基础网络,目前在长达670000km的35kV以上电压等级的输电线路上多数已开通电力线载波通道,形成了庞大的电力线载波通信网。

该网络主要用于地、市级或以下供电部门构成面向终端变电站及大用户的调度通信、远动及综合自动化通道使用。

近年来,随着光纤通信的发展,电力线载波通信已从主导的电力通信方式改变为辅助通信方式。

但是,由于我国电力通信发展水平的不平衡,由于电力通信规程要求主要变电站必须具有两条以上不同通信方式的互为备用的通信信道,由于电力线载波技术革新带来的新的载波功能以及由于昔日数量庞大的电力线载波机的更新换代,都导致了电力线载波机虽然作为电力通信的辅助通信方式,但是在全国仍然存在较大的市场需求,全国共有约20家企业从事高压电力线载波机的开发和生产。

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和在380/220V用户电网作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高速Modem的应用。

在这些方面,10kV上的应用已达到了实用化,成都一家公司开发的扩频载波数据传输装置（已通过质量检验）在四川罗江县供电局已可靠运行达一年之久。

从事这类产品开发生产的企业全国约有几十家。

作为自动集抄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。

但是由于用户电网的某些时变特性和突发噪声对数据传输的影响在技术上并未得到根本解决,因此还存在着抄表“盲区”的问题。

这一问题目前一直阻碍电力线载波通信技术在该系统的应用。

从事这类产品生产的企业全国有200家以上,并大多数都存在技术开发和工程并行的状况,真正取得良好经济效益的只是少数。

事实上人们运用电力线通信己有几十年的历史了，以前的电力线载波机是在中高压输电网上以较低速率传送远动数据或话音，仅用于电力部门线路控制、继电保护等方面，后来PLC技术逐渐运用在低压配电网络中，被广泛用于负荷控制、远程抄表，但传输速率仍然很低，称为低速PLC。

近年来随着通信技术的发展，世界上许多公司在研究高速电力线通信技术方面取得了重大的突破，研制出了许多实用的芯片并开始推广应用。

关于电力线上网的电力线载波技术应用目前以中电飞华公司为代表,已在北京开通了5个以上的实验小区,取得了大量的第一手资料,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。

1.2.1国内发展状况

我国研究低压电力线载波技术起步较晚，但发展速度较快。

由于我国低压配电网的负荷特性、网络结构、供电方式和国外有很大的不同，国外已有的理论研究成果和开发的系统不能完全适应我国的实际。

我国科技工作者在中国低压配电网高频信号传播特性、电力线高速数据通信机理、应用产品开发等方面进行了大量的研究工作。

中国电科院1997年开始承担国家电力公司第一个电力线高速数据通信技术项目的研究工作，对电力线信道特性、电力线数据通信机理进行了系统的理论研究和大量测试，2000年研制出国内第一套传输速率为2Mbps的PLC产品，2001年和2003年分别研制出传输速率为14Mbps和45Mbps的产品。

国电通信中心于2001年9月1日正式组建了PLC办公室，正式启动国电PLC计划，并由其控股的中电飞华负责PLC的接入业务，作为国家电力公司进军电信市场的主导产业，据悉，北京已有100多个电力系统的住宅小区使用PLC技术上网。

在高压电网方面，技术已经比较成熟，已经形成了庞大的电力线载波通信网，目前在长达67万千米的输电线路上多数已开通电力线载波通道，主要用于地、市级或以下供电部门面向终端变电站及大用户的调度通信、远动及综合自动化通道的使用。

在中压电网方面，电力线载波目前主要应用是在10kV电力线作为配电网自动化系统的数据传输通道。

在380/220V低压配电网方面，电力线载波主要用于远方自动抄表系统的数据传输，从事这类产品开发生产的企业全国至少有200家以上，并且大多数都存在技术开发和工程并行的状况，还有正在开发并取得