鼎信低压电力线载波通信技术在完成电能信息采集功能的同时，还衍伸出各 种技术应用 三相并发 - 避免三相交流市电物理信道资源和过零通信时间资源的浪费； 相位识别 - 准确识别电能表自身供电相位是交流电的 A 相、 B 相还是 C 相； 节点侦听 - 记录其他节点的通信信息； 信号强度 - 准确判断载波信号的强度等级； 主动注册 - 主动将电能表信息提供给集中器； 网络拓扑 - 根据采集信息可绘制出台区网络拓扑图。 鼎信载波技术应用 三相发送 台区 A 传统载波信号发送方式 - 一般是交流市电三相轮流发送载波信号； - 交流市电三个物理信道每次通信必然有两个信道处于空闲 状态； - 三相轮流发送造成总通信时间必然很长。 三相并发的载波信号发送方式 - 利用过零同步技术，通信过程无限时间同步，一个台区的 低压电力线载波通信系统具备相同的同步基准； - 三相交流市电每个物理信道上的时间基准相隔 3.3ms ，三 相交流市电按照各自的时间基准并发载波信号； - 交流市电三个物理信道可同时 处于通信状态； - 三相并发能将整个台区按相位 划分成三个部分分别进行用电 信息采集，总通信时间缩短。 相位识别 电能表载波通信模块根据集中器载波通信模块下发命令的相位，以及自身供 电情况对比，即可准确区分自身供电相位是交流电的 A 相、 B 相还是 C 相 - 采用过零发送载波信号方式的低压电力线载波通信方式即可以根据命令过零 时间与自身供电过零时间进行比对，由此准确区分供电相位； - 有利于供电局统计交流电各相用电情况，有效管理三相用电平衡； - 可告知路由当前通信相位是否不同，优化路由路径，提高载波通信速度。 相位识别 台区 A C 相表 A 相表 B 相表 节点侦听 - 任何载波节点都可以记录各相电上的其他节点 ( 子节点、兄弟节点、父节点、主节 点 ) 的通信信息，包括侦听到的次数、信号强度值、中继级别和侦听到的主 / 从节点 地址 ; - 自身中继级别由主节点对本节点的直接通信获得 ; - 主节点能读取节点的侦听数据，根据侦听数据所有内容，建立节点相对物理位置 信息，路由算法根据通信成败情况，将优化更新路由，选择最合理的路径进行通信。 信号强度 强度 0 强度 15 强度 0 强度 15 - 各从节点侦听周围各节点发送的载波信号，由硬件电路获取信号准确的强度 等级，强度等级按对数共分 15 级； - 硬件电路对极大信号和极小信号区分处理，避免同一分级标准对相差很大的 信号产生判断失准； - 信号强度将随时间推移不断更新，以提高信号强度值与节点距离的相关度。 主动注册 根据注册机制电能表载波模块主动将电能表信息提供给集中器 - 电能表主动注册可作为路由学习使用，能有效缩短路由学习时间； - 电能表信号包括电能表地址、电能表规约等信息； - 直接注册，集中器发起注册命令； - 中继注册，载波表发起注册命令； - 解决供电部门漏抄电能表问题。 A 相 B 相 C 相 零线 直接注册 中继注册 台区拓扑图 …… 线 线 …… …… 树状结构图 - 根据电网树型结构的特点，读取路由存储的各电能表相对物理位置信息，由 软件自动绘制出台区网络拓扑图。 - 路由也可根据这张网络拓扑图避免不稳定的网络形成不确定的路径。 新型采集方式 …… 线 线 …… …… 转发级别 1 级 2 级 3 级 4 级 5 级 6 级 7 级 8 级 9 级 10 级 由于现场情况无法预知，总会存 在难以抄到的表，新系统设计的 新型采集方式就是为了适应恶劣 通信情况 - 新型采集方式无需组织路径，由 收到命令的从节点根据指示自动 传递命令 / 响应； - 不需要了解实时的网络情况； - 转发级别和转发模块是可控的； - 命令和响应都是一级级的转发， 但从节点接收到的命令所转发的 级数和主节点接收到的响应所转 发的级数并不一定一样； 采用新型采集方式，结合主节点 的控制，系统通信能力大大提高。 鼎信采集器在发挥鼎信载波技术优势的同时还具备一些新特点 支持一对多通信 - 最多可管理 32 个 485 表； 无需额外设置采集器地址 - 采集器本身没有载波通信地址，集中器与采集器下所接 485 电能表直接用 485 表 的表地址即可完成通信，操作方式等同于载波电能表； 无需额外增加数据管理流程 - 当命令经过采集器与 485 表完成通信后，采集器自动记录本次通信成功 485 表的 表地址； - 载波芯片和采集器 MCU 之间采用 9600bps 波特率进行通信，通信 规约支持 DL/T645-1997 和 DL/T645-2007 ，具体协议由集中器根 据实际安装的 485 表选择； - 台区归属记录功能 24 小时没有接收到本台区通信命令，采集器将自动清除台区归属信 息。 鼎信采集器新特点 自动搜表功能 鼎信采集器支持自动获取表号功能 - 上电或复位后自动通过 DL/T645 通配符（ AAH ）缩位读取 485 表的表地址，此命 令自适应波特率和通信规约； - 自动搜表过程具备排除多表同时回复冲突机制，并且不影响正常抄表过程； - 为电能量采集与管理自动化主动登录电能表提供有力支持，新增和撤销电能表简 单，无需人工干预。 485 线 线 低压电力线 目 录 用电信息采集系统介绍 1 3 鼎信载波通信技术 2 低压电力线载波技术介绍 现场台区应用 4 5 厂家之间的配合 用电信息采集系统介绍 1 智能电网 - 当今社会，人们的生活、工作时时离不开电网，需要一个安全可靠的电力系 统，用电信息采集系统为电网的管理提供了详细、准确的数据支持 ; - 一户一表制正在逐步推行，同时城市高层建筑的增多，都给目前人工抄表工作 带来了困难，所以用电信息采集系统的建设迫切需要可靠的、低维护的智能抄 表方式来提高用电管理水平。 用电信息采集系统框架 “建设坚强的智能电网” - 远程自动抄表 - 保证抄表数据准确性 - 远程断、送点及预购电控制 - 用电数据统计 - 个性化服务 主要通信技术方案 优点 缺点 PLC 电力线复用、易施工、后 期运行费用低、综合成本 低 低压电力线组网结构复杂，线路干 扰噪声强、阻抗变化大、信号衰减 大 无线 通信回路独立，传输距离 远 易产生相互干扰，建筑物屏蔽作用 明显，容易出现通信死角，天线易 受破坏，易干扰公共事业设备的使 用 ( 如有线 抗干扰能力强 终端数量有限，易受雷电损坏及人 为破坏，现场施工困难，布线接线 故障点多 光纤 容量大，抗干扰能力强， 中继距离长 现场施工困难，需重新铺设，且铺 设成本和维护费用昂贵，易受人为 破坏 目前用电信息采集系统本地通信技术方案以低压电力线载波、微功率无线 总线和光纤为代表，各自都具备优缺点。 低压电力线 年，爱德 华戴维提出用 遥控电表来监 测伦敦无人点 的电压等级 1930 年，西门 子公司在德国 波兹坦建立了 低压配电网和 传输媒介的波 纹载波系统 20 世纪 20 年代， 国外开始对低 压电力线载波 通信技术进行 研究 1958 年至 1959 年间，美国德 克萨斯元件公 司的 Robert Noyce 最早发 明了电力线载 波通信集成电 路 1971 年， Intel 公 司的 Ted Hoffl 发 明了电力线载波 通信集成电路 至今 20 世纪 90 年代 国内外都开始重点研究：低压电力线载波通信原理、低压电力线通信信道特性、低压电力线载波调制 技术、通信协议的研究和创新、电力载波通信芯片的研制、现场测试和验证等 1997 年，中国电力科学研究院开始对 我国低压配电网传输特性和参数进行 测试和分析 2000 年左右，国家电力总公司颁 布了关于电力线载波集中抄表技术 的若干技术条件 2003 年开始，电力线载波抄表的应用 进入快速增长的阶段，多家企业载波 芯片进入市场 20 世纪 80 年代， 多家企业开始 研发可现场运 行的低压电力 线 低压电力线载波技术介绍 低压电力线载波通信 “要设计一个能在预定环境下良好工作的通信系统，首先必须对系统的通信 环境即信道有全面细致的了解。” - 低压电力线本身是为用电设备传送电能设计的，并不是为通信设计，因此其 信道特性在很多方面难以直接满足载波通信的要求； - 研究表明低压电力线信道虽然环境恶劣，存在阻抗匹配性差、噪声干扰不可 预测、信号衰减强烈、信道特性时变性高等特点，但仍存在一定的规律性； - 低压电力线信道特性主要需考察“ 噪声、阻抗、衰减 ”这三个基本参数，三 者将直接决定低压电力线载波通信方案的通信性能； - 使用三维和二维相结合的分析方法更加直观的了解 上述三个基本参数的不同频率分量随时间变化的变化 关系； - 大量收集现场数据，总结出上述三个基本参数的一 般规律。 噪声分析 黑色为过零点时刻 红色为峰值时刻 黑色为 421kHz 绿色为 280kHz 红色为 130kHz 蓝色为 80kHz - 低压电力线噪声主要由于低压电力线上连 接着众多的用电设备，每种用电设备都对低 压电力线有不同程度的噪声污染，特别是一 些开关电源设备、非线性用电设备和大功率 变频设备等； 此处有变频水泵在工作 现场噪声谱 此处有电动车充电器在工作 黑色为过零点时刻 红色为峰值时刻 黑色为 421kHz 绿色为 280kHz 红色为 130kHz 蓝色为 80kHz 智能家居 热水器 电冰箱 洗衣机 空调 电视机 其他家庭用电设备 空间噪声 交流电 220V 噪声分析结论 - 目前很多用电器都有周期性切入电网的规律，并且 在交流市电过零时刻左右切出电网； - 交流市电过零时刻噪声强度一般小于非过零时刻 噪声强度； - 中频噪声强度相对于低频噪声强度一般较弱。 低压电网中的噪声几乎完全来源于用电器，部分来源于空间噪声串扰。其中噪 声的类型由用电器的功能电路决定，而什么时候会对低压电网产生影响则与用 电器的接口电路密切相关。 阻抗分析 黑色为过零点时刻 红色为峰值时刻 黑色为 421kHz 绿色为 280kHz 红色为 130kHz 蓝色为 80kHz - 低压电力线上负载众多，而且负载是随机 的接入和切出，各家家用电器的使用类别不 同，电动机类型的启动和停用不同等，都会 使得低压电力线阻抗不是静态的； 现场表端阻抗情况 阻抗分析结论 R Z r 0 t 低压电网中的阻抗完全取决于用电器，其中阻抗的类型由用电器的功能电路决 定，而变化规律则由用电器的接口电路所决定。 Z r/2 0 t r R - 同样由于用电器有周期性切入电网的规律，阻抗也随之 周期性变化； - 没有严格随频率增加 / 减小，阻抗就增加 / 减小的规律； - 变化范围大，最小时会小于 1 欧姆；目前现场只发现感 性阻抗。 衰减分析 黑色为过零点时刻 红色为峰值时刻 黑色为 421kHz 绿色为 280kHz 红色为 130kHz 蓝色为 80kHz - 低压电力线上并联的许多负载对信号衰减 影响很大，例如用于调整电网功率因数的大 电容，对于几百 kHz 的载波信号相当于短路 ； 10m 距离 衰减分析结论 低压电网中的衰减由用电器、距离和线路布线共同决定。 - 衰减影响主要取决于线路布线，分支越多衰减越大； - 没有严格随频率增加 / 减小，衰减就增加 / 减小的规律； - 存在反射、驻波等复杂现象，使信号衰减存在突然跌 落或增加。 低压电力线载波通信技术 信道编码 调制 带通滤波 耦合电路 信源 配 电 网 络 信道解码 解调 带通滤波 耦合电路 信宿 低压电力线载波通信是利用传输工频电能的低压电力线作为传输信道的通信 方式，是电力线特有的通信方式。 发送时 ，利用调制技术将数据进行调制，然后在低压电力线上传输； 接收时 ，先经滤波将带外噪声滤除，再解调，即可得到原始数据。 目前主流采用以下调制方式： -PSK 指通过改变载波信号的相位值来表示数字信号 1/0 ； -FSK 指通过改变载波信号的频率值来表示数字信号 1/0 ； - 扩频指将已调制信号的频谱带宽扩展的更宽； -OFDM 指正交频分复用技术，多子载波调制的一种。 调制方式对比 调制方式 通信速 率 通信能 力 抗干扰 性 实现难 度 实现成 本 功耗 同步要 求 PSK+ 扩频 高 中 差 适中 低 低 低 FSK+ 扩频 适中 强 强 适中 低 低 低 OFDM 高 中 中 难 中 高 极高 根据载波带宽，低压电力线载波通信 (PLC) 技术可以分为宽带 PLC 和窄带 PLC 。 - 窄带 PLC 目前主要包括三种调制方式： PSK+ 扩频调制方式； FSK+ 扩频调制方 式； OFDM 调制。 根据载波通信时间，低压电力线载波通信 (PLC) 技术可以分为持续发送 PLC 和过 零发送 PLC 。 - 持续发送 PLC 是指载波信号持续发送； - 过零发送 PLC 是指载波信号只在交流电电压过零前后时间段内发送。 通信时间分类 三相电 载波信号 50Hz 交流电 t T b A 相载波时隙 B 相载波时隙 C 相载波时隙 通信时间对比 优点 缺点 持续发 送 PLC 1. 电路设计简单 2. 发送端和接收端同步控制易于实现 1. 易受低压电力线. 对电网冲击较大 过零发 送 PLC 1. 避开低压电力线. 选择低压电力线. 有效避开大部分工频同步噪声 4. 系统具备天然的过零同步基准 5. 对电网冲击较小 1. 电路设计需增加过零检测 2. 跳时接收需要较复杂的程序控 制 对漏电保护器影响 载波通信 漏电流影响 - 漏电流超出额定漏电动作电流； - 施加超出额定漏电动作电流的漏电流时间超过极限不动作时间； 电磁干扰影响 - 漏保本身是由电子元器件组成，所以都需通过《低压电器基本实验方法 GB998-82 》规定的抗电磁干扰性能标准； - 低压电力线上的噪声干扰复杂多变，连接在低压电力线上的众多用电设备， 都会对电网有不同程度的噪声污染 ， 尤其脉冲噪声干扰。 针对漏电流影响 0 20 t/ms 10 U/V 30 40 0 t/ms I/mA 30 60 50 70 80 1.66ms 3.3ms 持续发送载波方案 过零发送载波方案 漏电流超标 漏电流超标 漏电保护器动作 - 载波通信在交流电电压过零的微分时间段内进行，在非过零时间段内载 波信号不发送，载波信号由对地寄生电容泄漏入地的漏电流将无法持续 出现。 针对电磁干扰影响 漏电保护器动作 0 20 t/ms 10 U/V 30 40 t/ms U/V 60 50 70 80 1.66ms 3.3ms 持续发送载波方案 0 电磁干扰超标 过零发送载波方案 0 电磁干扰超标 - 载波信号发送时长为交流电电压过零的这段时间，即载波信号对漏保干 扰的时长也等于这段时间，再结合路由的合理调用，则可完全避免漏保 连续收到 10ms 以上的载波信号干扰 。 路由模式对比 根据路由工作模式，低压电力线载波通信 (PLC) 技术可以分为集中式路由和分布 式路由。 - 集中式路由是主从式通信方式； - 分布式路由是对等式或准对等式通信方式。 优点 缺点 集中式路由 从节点简单，风险点少，成熟 度高，系统可控性强 路由复杂 分布式路由 路由简单，应用方便 从节点复杂，风险点多，系统 可控性差 国内载波技术应用现状 各网省公司根据自己的实际情况，形成了两种主要形式的低压集抄系统 全载波模式 ( 载波表模式 ) - 系统组成为集中器、载波表；集中器和载波载波表间使用低压电力线作为通 信媒介； - 建设规模较大的有黑龙江、华北、湖南和天 津等网省公司； - 方便施工队台区改造； 半载波模式 ( 采集器模式 ) - 系统组成为集中器、采集器和 485 表；集中器和采集器间使用低压电力线作 为通信媒介，采集器和 485 表间使用 485 线作为通信媒介； - 主要在浙江、上海、江苏、云南和 安徽等网省公司； - 方便兼容过去存在的 485 表。 、。 低压电力线 集中器 载波表 集中器 低压电力线 线 主要载波系统方案 弥亚微 福星晓程 瑞斯康 青岛东软 力合微 青岛鼎信 中心频率 76.8kHz 120kHz 132kHz 270kHz 390kHz 421kHz 调制方式 CDMA BPSK QPSK + DS-SS BPSK BFSK + DS-SS OFDM BFSK + DS-SS 通信时间 过零发送 持续发送 持续发送 持续发送 过零发送 过零发送 通信速率 200bps~ 1.92kbps 自适应 500bps 5.4kbps 码元速率 330bps 20kbps 三相各 50bps ~ 1.2kbps 自适应 在低压电力线载波技术发展的这么多年里，较早有美国的 Intellon 和国家半导 体公司都曾推出专用芯片，但在经过国内环境的试运行后很多都已经销声匿迹 了。目前国内主流的低压电力载波系统方案厂家大致有北京福星晓程、 深圳瑞 斯康、青岛东软和青岛鼎信，同时小量应用的有上海弥亚微和深圳力合微。 目 录 3 鼎信载波通信技术 鼎信载波通信技术 426kHz 416kHz … … 青岛鼎信通讯有限公司在充分结合低压电力线信道特性和行业需求下选择了调频 BFSK 、扩频和跳时这三种调制方式相结合的组合调制方式。 - 载波中心频点 421kHz ，连续相位调制 - 工频同步 过零 点前后共 3.3ms 微分时间段内传输载波信号 - 扩频技术 + 小波变换等技术，高效去除解调后的噪声分量 应对噪声的性能 载波信号 - 避开噪声大的时间段，即交流市电电压峰值时刻 - 避开噪声大的频率段，即低频段 - 优秀的调制解调技术，使很小的载波信号依然能从噪声中解析出来 应对阻抗的性能 发送滤波 MCU MC3361 解调 TXA TXB +12V RTX CPU SSCOUT 基表单元 LED SET RXD TXD SSCINA - + + - 接收滤波 功率放大 信号耦合 低压电力线 输入阻抗高： 有效阻隔了低频分量的干扰和能量冲击 输出阻抗低： 应对低压电力线可能出现低阻抗的情况，保证载波信号正常发送 安全隔离性： 将电路板的强电部分与弱电部分完全隔离，保证系统的安全性 无功损耗低： 前端电容设计的大，降低整个通信模块的无功损耗

　　GB T 32610-2016_日常防护型口罩技术规范_高清版_可检索.pdf