[发明专利]一种利用电力线进行载波通讯的智能电表及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用电力线载波通信技术来进行用户端和主站之间数据交换的智能 电表的电路及其工作方法。

背景技术

低压载波信道具有实施简单、覆盖面广、维护容易、线路零成本以及电源与通信介 质统一等特点，充分提高了电力线路与频率的资源利用率等优点，使得低压电力线载波 通信技术获得了广泛的关注，利用低压电力线通信是智能电网信息交换的理想途径。然 而，电力线是给用电设备传送电能的，而不是用来传送数据的，所以电力线对数据传输 有许多限制。具体地说有以下几个方面：

一是配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变 压器区域内传送；

二是不同信号耦合方式对电力线载波信号损失不同，耦合方式有线-地耦合和线- 中耦合，线-地耦合和线-中耦合相比，电力线载波信号损失要少10dB以上。

三是低压载波信道存在信号衰减大的特点。当电力线上负荷很重时，电力线上阻抗 可达几十欧姆，造成对载波信号的高削减。实际应用中，当电力线空载时，载波信号可 以传输到几公里以上。但当电力线上负荷很重时，载波信号只能传输几十米。所以只有 进一步提高载波信号的功率才能满足数据传输的要求，但提高载波信号功率会增加产品 成本和体积，而且单一提高载波信号功率往往不是最有效的方法。

四是电力线上存在高噪声、线路阻抗变化大(时变性)、噪声源繁多且干扰强等诸多 不利因素。电力线上接有各种各样的用电设备，阻性的，感性的，容性的，大功率的， 小功率的。各种用电设备经常频繁开闭，就会给电力线上带来各种干扰，而且幅度都比 较大。用耦合电感耦合下来的噪声幅度甚至可能达到信号幅度的10倍左右。

五是电力线引起数据信号变形。电力线是一个分布参数的网络，不同点对数据信号 的影响不一样，同时电力线是时刻动态变化的，不同时间对数据信号的影响也不一样， 这就使发出的规则数据信号经过电力线后，接收到的信号是严重变形的信号，所以必须 加以特殊处理。

综上所述，电力线上的高衰减，高噪声，高变形，使电力线成为一个不理想的通讯 媒体，是一个通信环境非常恶劣的通信信道，在低压电力线上进行可靠的数据通信，至 今仍然是国内外学术界和技术界非常关注的一个课题。但由于现代化通讯技术的发展， 使电力线载波通讯成为可能，其中数据信号的信噪比决定信号传输的远近。目前也出现 了一些改进技术，如扩频通信、跳频、多载波调制等技术措施，以进一步提高电力线载 波通信的实时抄收率和可靠性。

现有的电力线载波技术一般只选用一个载波频点，且信号接收和信号发送通过同一 个耦合电路实现，电能表的网络ID在出厂时设定，电能表安装完成后由人工在主站将其 加入网络，国家电网公司目前正在进行的2级单相远程预付费载波智能电表也属于这一 类。但由于耦合电路没有自适应性，因此当负载阻抗发生变化，接收信号的频率、幅度 等发生变化时，有用信号可能被大幅度衰减，使通信失败或造成误码。现有技术如图1 所示，电容C1和变压器初级电感组成一个高通滤波器，它的作用是阻止50Hz或60Hz 的工频信号通过。电容的容抗与信号频率成反比，频率越高容抗越小，电感的感抗与信 号频率成正比，频率越高感抗越大。载波信号的频率一般为几百KHz，远远高于工频信 号频率，而滤波器参数正是为此而设计，因此，当50Hz或60Hz的工频信号通过时，变 压器初级基本没有电压，当载波信号通过时，电容两端基本没有电压。此电路的不足在 于几十KHz以上的信号都能通过，从而使各种干扰信号都进入接收通道。同时，若由于 接入很大的容性致使载波信号的频率和幅度严重偏离和降低时，载波信号又严重衰减乃 至不能通过，从而导致误码率的增大乃至通信失败。R5、L2、C4、L3、C5组成带通滤 波器，其中心频率即载波通信频率，带宽比载波通信信号带宽要宽一些。因此，当干扰 信号通过时不能很好的进行滤除，造成误码率的提高。当载波信号的频率和幅度严重偏 离和降低时，由于其中心频率是按理想的载波信号频率设定的，因此本已严重衰减的信 号又再一次进行衰减，造成抄收数据不准确或抄收失败。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种进入的频率范围小，能有效去除干扰信号，且能 精确判断识别有用信号的利用电力线进行载波通讯的智能电表。