（广西电网有限责任公司北海供电局 536000）
摘要：为解决电表故障维护过程中因更换芯片而导致载波模块不匹配、集抄系统稳定性降低的问题，本文在分析传统单频电力载波技术特点的基础上，阐述了双模多频载波模块的原理及其实现过程，同时提出具体的典型设计方案，并在现场应用中取得非常好的效果。实际应用表明，双模电力载波模块可避免不同厂商不同频率载波模块的匹配性问题，提高了低压集抄系统传输的成功率及可靠性。
关键词：电力载波通信 双频载波模块 集抄系统
ABSTRACT: Measure to solve the problem that the stability of low-voltage meter reading system reduced because of in the meter malfunction. A implementing method of a concentrated data collection system of electricity meter based on single-frequency is specified. The principle of two-mode power carrier is expounded, also proposed specific design. This technology has gotten better result in field application. Practical application shows that through this method different modules and different frequencies can freely communicate with each other and important points on improving quality of meter reading system.
KEY WORDS: power line communication, two-mode power carrier module, meter reading system
0 引言
用电信息采集系统是坚强智能电网建设的重要内容，采集系统下行通信方案包括电力载波通信、485通信、微功率无线通信等。其中，电力线载波通信（Power Line Communication, PLC）应用较多，为大部分省网用电信息采集系统的主要抄表方式，是通信系统中新的研究热点。
电力线载波是电力系统特有的通信方式，是指利用现有的电力线通过载波方式将模拟数字信号进行高速传输技术，其不需要重新架设网络，通过电线就能进行数据传输，它被看成一种未来重要的现场设备通信技术[1]。然而，低压配电网电力线载波通信由于具有时变性、频率选择性等固有特点，随着电力载波技术在低压配网中应用的推广和扩大，影响因素日趋增多，采集数据不稳定、不同厂家的载波芯片不兼容等系列问题也开始浮出水面，使其在具体应用中还存在很多待解决问题，低压配电网电力线载波通信的实用化面临着考验。
1 低压配电网中电力载波通信现状分析
就低压配电网而言，电力线载波通信一般具有以下特点：
（1）通信信道的时变性。低压电力线对于载波信号而言，是一根均匀分布的传输线，各种不同性质的电力负载在低压配电网的任意位置随机投入和撕开，因此信号表现出很强的时变性。
（2）通信信道的频率选择性。低压配电网中存在的负荷情况具有情形复杂、噪声种类多且强、负载变化幅度大的特点，各节点阻抗不匹配，信号发散易引起驻波、谐振等现象，使信号的衰减情况更加复杂，造成电力载波通信信道具有很强的频率选择性。
（3）噪声干扰强而信号衰减大。影响电力通信的噪声主要有以下三种，即背景噪声、周期性噪声和突发性噪声。背景噪声主要分布在整个通信频带，突发性噪声一般随用电设备的随机投入或断开而产生[2]。
在实际应用中，由于电力载波通信信道具有很强的频率选择性而引发的问题给集抄系统带来的影响非常明显。低压配电网负载复杂，具有时变性，以广西电网北海网区为例，网区共有3万混装集抄用户，其中大部分采用D品牌载波芯片，部分采用B品牌载波芯片。在电表故障维护过程中，由于缺少备品备件等原因，换表过程中所更换电表采用的是其他品牌的芯片，出现了不同厂家的载波芯片不兼容，甚至同一厂家不同型号的芯片也不兼容的问题。电表对集中器的抄表信号不做回应，两个不同的单频率系统无法互联互通导致自动抄表、远程停送电、实时监控等工作不能顺利完成。
针对以上问题，如果将载波芯片全部更换为统一可兼容的芯片，需耗费大量人力物力，因此，如何精确地建立有效的电力载波通信信道传输新模式，进而解决由于电表更换导致新加入低压集抄组网芯片与原有芯片不兼容的问题，对电力载波通信技术的发展和应用支持具有重大理论意义和实用价值。
2 双频电力载波技术原理及设计方案
低压电力线载波通信基本原理如图2-1所示，由信号处理器、调制解调器、信号放大电路等几部分组成。其中，调制调节器通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上[3]，从而将调制信号转换成合适于信道传输或便于信道多路复用的已调信号。
2.1传统单频电力载波技术
传统的电力线载波技术使用单一的频率进行通讯，中心频率选定后滤波电路即以此为中心来设计。此类单频率系统的缺点是无法处理同频干扰，以及电力线上常见的选频衰减。因为电力线分布复杂，其寄生的电感和电容会构成选频衰减网络，单频载波在这时容易被吸收，造成所谓“黑洞”。当干扰频率接近载波频率时，载波信号的提取变得非常困难，任何单频点系统都很难从根本上解决同频段干扰问题。
2.2双模多频电力载波技术
2.2.1技术原理
双模多频技术的核心是同时支持两种不同频率的时钟系统，分别作为两种模式的参考时钟，做到两个频率、两种制式的独立性，频点和带宽都是不同的。双模调制解调器是一种多频的调制解调器，具有BFSK和BPSK两种模式的调制和解调方式，包括BFSK调制解调单元和BPSK调制解调单元，具有独立的时钟信号源。采用专用微控制器MCU对两个独立的时钟系统和调制解调单元进行软件分时切换，从而实现两个完全独立的BFSK和 BPSK信道，设置了软件仲裁机制，防止一个信道占用时间过长影响到另一个信道的工作。同时，实现桥接机制， 可以将一个信道上的数据转换到另一个信道上，实现类似网桥的功能。
2.2.2双模多频电力载波模块技术方案
基于双模多频载波模块的技术原理，制造一款高集成度、低功耗的 BBFSK/BBPSK双模式多频率扩频电力线载波芯片DM630。DM630支持两套独立的时钟系统，可建立两个完全独立的BBFSK和BBPSK 信道，支持多频率载波，最大可设置3个不同频率的信道，同时支持BFSK和BPSK两种不同制式，并带有两套独立的时钟，其载波调制解调可以任选一种制式和一个时钟频率，配合高效率的软件切换可达到等同于两套系统同时工作的效果。
3 实例分析
双模多频电力载波技术应用于北海网区2个载波通信台区试点安装使用，具有组建灵活的特点，新产品在原有系统中可以混合安装，仅需将集中器中原有单频载波模块更换为双模多频率扩频电力线载波芯片DM630，即有效解决两个不同的单频率系统无法互联互通导致抄表失败的难题。
实际应用表明，双模电力载波模块可避免因不同厂商不同频率载波模块混合安装带来的匹配性问题。与单频电力载波模块相比，双模多频电力载波模块具有高速、抗干扰、安装管理便捷等诸多优点，关键可有效的兼容国内现有的主流载波产品，其具备的互联互通能力使新产品能够在原有系统中混合安装，方便实现从单频率到多频率的平滑过渡，节约大量人力物力的同时，提高了电力信息传输的成功率及可靠性。
4 总结
本文阐述了双模多频载波模块的原理及其实现过程，同时提出具体的典型设计方案，完成了兼容主流厂商270kHz和421kHz的双模电力载波模块的电力线载波通信系统的物理层设计和软件设计，解决集抄系统通信设备频率不统一、品牌不一致时，设备无法互联互通的技术问题，优化提升了低压集抄系统的性能指标，实现用电信息采集设备与电表间数据的高效、可靠传输。
参考文献
[1]赵东亚,张建华. 低压电力线载波通讯技术在中国智能电网中的应用现状及发展方向[J].数字技术与应用 ,2012(3):25-28.
[2]虞华艳. 低压电力线用于高速数据通信的研究[D].大连理工大学,2005.
[3]金凌英. 电力线载波通信系统中信号干扰和扩频技术的研究[D].上海交通大学,2008.
论文作者:陈敬春
论文发表刊物:《电力设备》2015年第11期供稿
论文发表时间:2016/4/29
标签：载波论文; 电力线论文; 频率论文; 信道论文; 电力论文; 通信论文; 低压论文; 《电力设备》2015年第11期供稿论文;