基於智能電網應用的電力線載波技術仿真系統的製作方法
2023-10-06 10:50:54
基於智能電網應用的電力線載波技術仿真系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於智能電網應用的電力線載波技術仿真系統，涉及電力線載波仿真系統【技術領域】，包括電源、載波發送模塊、淨化電源、模擬電網拓撲結構、負載網絡、噪聲發生器、耦合器和載波接收模塊，所述電源與淨化電源連接，所述淨化電源與模擬電網拓撲結構連接，所述模擬電網拓撲結構分別與負載網絡和耦合器連接，所述耦合器分別與噪聲發生器、載波發送模塊和載波接收模塊連接。本發明採用上述技術方案的系統，能較好的反映低壓電力線載波信道的基本特性，為低壓電力線載波通信的研究提供一種方便快捷的仿真環境。
【專利說明】基於智能電網應用的電力線載波技術仿真系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力線載波仿真系統【技術領域】，特別是一種基於智能電網應用的電力線載波技術仿真系統。
【背景技術】
[0002]現在及以後較長的一段時間內，人們關注的焦點都集中在可持續發展、節能減排和綠色能源等方面。而智能電網技術被認為可以很好的解決這些問題，其本身也是經濟和技術發展的必然結果，智能電網具體是指利用先進的技術提高電力系統在能源轉換效率、電能利用率、供電質量和可靠性等方面的性能。
[0003]與當前的電網相比，智能電網具有的特點為:用戶可以更多的參與電網的生產和消費；可以容納所有的分布式發電和分布式儲能裝置；具有自愈和自適應功能，能正確響應系統中的人為的或者自然幹擾；可以提高供電可靠性和保證電能質量。智能電網的主要技術包括先進的計量設施、電壓控制、電容控制、停電檢測、需求響應和控制、配電站SCADA、分布式發電接入和停電管理系統等，此外還可以整合地理信息系統。而這些技術的實現，幾乎都需要實現整個電力系統信息的實時、雙向、高速的傳輸和處理，因此智能通訊網的建設是實現智能電網的關鍵技術之一，而在智能通訊網的建設中，電力載波通信將有很大的用武之地。
[0004]電力載波通信(PLC)是電力系統特有的、基本的通信方式，它是指利用現有的電力線，通過載波方式將模擬或數位訊號進行高速傳輸的技術。用電力線作為網絡接口方案，可有效利用已有的電力配電網絡進行通信，不需要重新布線，且電力線網絡分布廣泛、接入方便，使用戶能夠共享寬帶。在低壓220V領域，PLC技術在負荷控制、遠程抄表和家居自動化，家居防範、家用電器控制和多表集中抄送方面，具有方面、快捷、節省人力物力等得天獨厚的優勢。低壓電力線載波通信以其投資少、傳輸速率高、使用方便、便於組建家庭區域網和永遠在線等優點越來越受到人們的重視，但也因其信道條件十分惡劣和電網環境的汙染嚴重，給可靠通信帶來若干特殊困難。目前，缺少基礎理論的科學研究和全面的試驗測試環境是影響低壓電力線載波通信快速發展的最主要原因。因此，研製低壓電力線載波通信負載模擬實驗系統，為廣大電力線通信研究者提供了方便快捷的實驗平臺。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種基於智能電網應用的電力線載波技術仿真系統，其為低壓電力線載波通信提供基礎理論的科學研究和全面的試驗測試環境，為廣大電力線通信研究者提供了方便快捷的實驗平臺。
[0006]本發明解決其技術問題是採取以下技術方案實現的:
一種基於智能電網應用的電力線載波技術仿真系統，包括電源、載波發送模塊、淨化電源、模擬電網拓撲結構、負載網絡、噪聲發生器、耦合器和載波接收模塊，所述電源與淨化電源連接，所述淨化電源與模擬電網拓撲結構連接，所述模擬電網拓撲結構分別與負載網絡和耦合器連接，所述耦合器分別與噪聲發生器、載波發送模塊和載波接收模塊連接。
[0007]而且，所述的模擬電網拓撲結構採用分解後的簡單電力網，分別為單迴路放射式、幹線式和鏈式網路、雙迴路放射式以及環式和兩端供電網絡。
[0008]而且，所述的負載網絡採用單片機。
[0009]而且，所述的淨化電源選用測量設備的人工電源網絡。
[0010]而且，所述的人工電源網絡和電源之間插入附加的射頻低通濾波器。
[0011 ] 本發明的優點和積極效果是:
1、本發明中採用上述技術方案的系統，能較好的反映低壓電力線載波信道的基本特性，為低壓電力線載波通信的研究提供一種方便快捷的仿真環境。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]以下結合附圖對本發明實施例做進一步詳述:
一種基於智能電網應用的電力線載波技術仿真系統，如圖1所示，包括電源、載波發送模塊、淨化電源、模擬電網拓撲結構、負載網絡、噪聲發生器、耦合器和載波接收模塊，所述電源與淨化電源連接，所述淨化電源與模擬電網拓撲結構連接，所述模擬電網拓撲結構分別與負載網絡和耦合器連接，所述耦合器分別與噪聲發生器、載波發送模塊和載波接收模塊連接。所述的模擬電網拓撲結構採用分解後的簡單電力網，分別為單迴路放射式、幹線式和鏈式網路、雙迴路放射式以及環式和兩端供電網絡；所述的負載網絡採用單片機；所述的淨化電源選用測量設備的人工電源網絡；所述的人工電源網絡和電源之間插入附加的射頻低通濾波器。
[0014]結合附圖，闡述本發明的工作原理:
低壓電力線通信仿真系統的工作原理與性能:由於電力線傳輸環境很複雜，存在變化的負載，不同的電網拓撲結構，隨機的噪聲幹擾等影響因素。即將各影響因素單獨的作為一個模塊，分別考慮各模塊的變化情況並搭建硬體電路實現。再將各模塊注入到淨化的模擬電網中，從而實現對低壓電力線載波通信系統的模擬。
[0015]該仿真系統的工作過程為:載波發送模塊發送載波信號；信號在淨化電網環境內傳輸；在傳輸過程中，根據實驗需要，人為的選擇噪聲信號(由噪聲發生器發生)，選擇不同電網拓撲結構(由電力傳輸線模擬實現)，不同阻抗值的負載，最後通過載波接收模塊來檢測載波信號的變化情況。其中，載波信號頻帶:100KHZ、2MHZ ;噪聲信號頻帶:10MHZ以下；系統額定功率:1鼎。
[0016]負載網絡設計與實現:
1、模擬電網拓撲結構:低壓電力網絡的拓撲結構相當複雜，因此任意兩點間的通信效果存在較大差異。由於不同路徑的傳輸特性的差別，極易造成信號的反射和碰撞。模擬多種拓撲結構，採取相應措施以實現全網絡的任何時間、任何兩點的可靠通信。電力網的接線雖然比較複雜，但它們可分解為若干個簡單接線的組合。分解後的簡單電力網，大致為單迴路放射式、幹線式和鏈式網路、雙迴路放射式以及環式和兩端供電網絡。[0017]2、模擬接入電力系統的負載:電力線負載的類型繁多，歸納起來主要由阻性負載、感性負載、容性負載、非線性負載等。在試驗所測的頻率範圍內，輸入阻抗隨頻率的變化並不符合一般想像中的隨頻率的增大為減小的變化規律，甚至與之相反，阻抗總體上隨頻率升高而增加，為了解釋這一問題，可以將電力線看成是一根傳輸線，上面連結由各種複雜的負載。這些負載以及電力線本身組合成許多共振電路，在共振頻率及其附近頻率上形成低阻抗區。因而給電路設計帶來很大的困難。負載值的確定由SPICE模擬仿真與具體實測調整。原則:總功率為IKW ;頻帶30K，IMHZ使負載值能典型反應家用電器典型阻抗類型，使諧振頻率點儘量均勻分布在考察頻帶內。
[0018]3、負載網絡的轉換:採用單片機控制繼電器實現電力網不同拓撲結構的變換。為提供工作環境下的可靠性工作，採用為最新的PIC16C65單片機，通過RS232/RS485與上位機進行串口通信，系統擴展IK串行EEPROM作為擴展數據存儲器，並為了控制12個負載的任意阻抗值，拓撲結構組合，引用78個繼電器，相應I/O 口用3片並行擴展I/O 口晶片82C55A實現。軟體編程採用精簡指令集彙編語言編寫，其基本指令只有31條，利於軟體開發與修改。
[0019]具體的工作過程如下:異步通信數據中斷接收，其中一組代碼為一至十三個字節，以OEffi結束，然後從緩衝區RXBUFF中取出數據，存入2401，從2401中取出數據並進行解碼後控制繼電器動作後，發動作完畢碼OFF給上位機，上位機發復位碼(0EHO，跳入復位。
[0020]負載模擬實驗系統注入方式:淨化電源選用測量設備的人工電源網絡。人工電源網絡有兩種基本類型，對於耦合不對稱電壓的V型和分別用於耦合對稱電壓和非對稱電壓的Λ型。對於每根電源線人工電源網絡都配有三個端，連接設備的電源端，連接受試設備的設備端和連接測試設備的幹擾輸出端。人工電源網絡的阻抗是指幹擾輸出端接50 Ω負載阻抗時在設備端測得的相對於參考地的阻抗的模。人工電源網絡設備的阻抗定義為受試設備呈現的終端阻抗。因此，當幹擾輸出端沒有與測量接收機相連時，該輸出端應接50 Ω負載阻抗。對於其他任意大小的阻抗值，包括短路或連接在電源和參考地之間的濾波器均起到隔離的作用。這是為了確保所有測試頻率上存在於電源上的無用信號不影響測量，因此在人工電源網絡和電源之間插入附加的射頻低通濾波器。
[0021]系統能過較好的反映低壓電力線載波信道的基本特性，為低壓電力線載波通信的研究提供一種方便快捷的仿真環境。
[0022]需要強調的是，本發明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發明並不限於【具體實施方式】中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本發明的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬於本發明保護的範圍。
【權利要求】
1.一種基於智能電網應用的電力線載波技術仿真系統，其特徵在於:包括電源、載波發送模塊、淨化電源、模擬電網拓撲結構、負載網絡、噪聲發生器、耦合器和載波接收模塊，所述電源與淨化電源連接，所述淨化電源與模擬電網拓撲結構連接，所述模擬電網拓撲結構分別與負載網絡和耦合器連接，所述耦合器分別與噪聲發生器、載波發送模塊和載波接收模塊連接。
2.根據權利要求1所述的基於智能電網應用的電力線載波技術仿真系統，其特徵在於:所述的模擬電網拓撲結構採用分解後的簡單電力網，分別為單迴路放射式、幹線式和鏈式網路、雙迴路放射式以及環式和兩端供電網絡。
3.根據權利要求1所述的基於智能電網應用的電力線載波技術仿真系統，其特徵在於:所述的負載網絡採用單片機。
4.根據權利要求1所述的基於智能電網應用的電力線載波技術仿真系統，其特徵在於:所述的淨化電源選用測量設備的人工電源網絡。
5.根據權利要求4所述的基於智能電網應用的電力線載波技術仿真系統，其特徵在於:所述的人工電源網絡和電源之間插入附加的射頻低通濾波器。
【文檔編號】H04B3/46GK103475389SQ201310355706
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月15日 優先權日:2013年8月15日
【發明者】毛振剛, 毛佳琳, 毛佳瑋 申請人:毛振剛