今天小编为大家推荐《电力线通信滤波电路设计论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!【摘要】低压电力线载波通信是应用于智能电网中的主要通信技術，对于智能电网的发展有着积极影响。低压电力线载波通信技术存在的一定的不足，还需要在应用实践中不断予以改进和开发，进而提升低压电力线载波通信技术水平。文章围绕低压电力线载波通信技术进行研究，探讨科学、合理的优化方法，为电力线通信问题提出有效的解决方案。
电力线通信滤波电路设计论文 篇1：
智能电能表并行载波通讯测试方法的研究
摘 要：针对智能电能表检测装置中串行载波通信的不足，提出了一种并行载波通讯的方法。该方法将智能电能表和抄控器串行连接，组成串联抄表电路，各个表位之间抄表电路为多路并行电路，并引入两级衰减电路，使其组成能够衰减电路中的载波信号的隔离滤波器，从而有效地避免载波信号对其他表位形成串扰。通过实验，本方法可以同时实现多个电能表的载波通信，从而节约了读表时间，提高了读表效率。
关键词：载波通讯;智能电能表;隔离滤波器;衰减
Research on Test Method of Parallel Carrier
Communication for Smart Electricity Meter
BU Zhi-wen1?，LI Juan-juan2
（1. State Grid Beijing Electric Power Company，Beijing 100032，China;
2. State Grid Beijing Fengtai Electric Power Supply Company，Beijing 100071，China）
Key words：carrier communication;smart electricity meter;isolation filter;attenuation
随着科技的进步，国家电网日益重视电能计量工作的开展[1-3]，电能计量产品、电力载波通信产品在市场需求和国家政策的双重驱动下快速进入市场，集中器、电能表、采集器等产品已层出不穷[4-6]，这些计量产品的精确度以及计量工具的检测对国民生产发挥着举足轻重的作用[7-8]。同时在进行大批量产品测试时，以及在生产、开发、测试、应用的过程中缺乏有效地测试、验证手段，造成集中器、电能表、采集器等计量工具在实际电网运行中以及在计量检测过程中，面临着受电力线通信环境中的动态阻抗、随机噪音、时变衰减以及电压波动等因素的影响[9-11]，对分析和验证计量工具的产品性能、可靠性、适应性、准确性存在巨大的挑战[12-13]。在错综复杂的不稳定的电网测试环境中，不论采集器还是载波电能表的测试，各表位之间容易产生串扰，这对被测对象将产生严重的干扰，致使测试数据不准确[14-15]。
引用一种并行载波通信测试方法，能有效地解决相邻表位在测试过程中的信号串扰问题。能使各工位之间独立测试，不影响其它表位信号。对电网环境中的现场噪音、时变阻抗、动态衰减等干扰信号也起到隔离、阻止作用，为被测对象提供干净、纯净的测试环境，保证了测试数据的准确、可靠。
1 技术方案设计
设计中，硬件部分主要包括电源、滤波网络电路、衰减器、滤波器，除此，还有测试平台。在本方法中，电源可为程控电源，也可以使用其它电源，主要为被测试的载波设备提供工作电源。载波抄控器能够发射不同频率的载波信号，用与单三相电能表上的载波模块进行通信，能够抄读电能表地址、电能表用电量等信息。滤波网络电路是采用电感和电容组成的LC滤波网络电路，采用单相、三相四线或者三相三线的接线方式，一端与电源相连，另一端与被检对象的输入相连。滤波电路能有有效地滤除电网杂波，使被测试端不受周围测试信号的影响，保证了测试数据的准确、可靠。LC滤波网络电路实质是由衰减器、滤波器组成，其中衰减器主要用于将高能量的载波信号进行衰减，测试载波模块的载波信号接收能力。滤波器主要用于滤除载波信号，防止抄控器发出的载波信号串扰到其他表位的载波通信。
图1为并行载波通信的工作原理，通常在载波通信中，只需两条电压线即可实现载波通信功能，利用电压线将电能表和抄控器连接在一起，工控机将所有载波箱的串行通信端口连接在一起。在进行并行载波通信设计时，首先工控机通过串口总线给载波箱发送指令如抄读表地址指令，载波箱抄控器在收到指令后，N个抄控器同时发出读表地址的载波命令，载波信号通过载波箱中电压线经衰减器、表位侧电压线到电能表载波模块，电能表载波模块收到信號后将表地址通过载波信号返回至抄控器，至此一个载波通讯结束。当N个抄控器同时发送载波信号时，为了避免载波信号通过电源侧电压线传送至其他电能表，因此，设计了两级衰减电路组成的隔离滤波器，将载波信号衰减掉，从而避免信号对其他表位形成串扰。
在本系统设计中，其更具体地为单相电能表并行载波通讯系统结构框图，三相电能表并行载波通讯与单相电能表并行载波通讯类似，但载波箱中的切换功能不同，可以将载波信号分别切换至A、B、C相中实现通信，原理与单相并行载波相同。通过滤波网络电路实现临位集中器的独立测试，不受各自工位测试的干扰，进行独立测试，为整个测试系统提供干净、无干扰的测试环境。满足现场对集中器或则其它被测对象载波通信功能的测试要求，操作简单，易携带。
2 滤波器电路图设计及衰减数据模型
2.1 滤波器电路图设计
图2为隔离滤波器中的滤波电路，在对电路的具体设计中，载波通讯采用两根电压线，在读三相电能表时，只可一相一相的通讯，下面将结合图2进行具体的说明。
以三相载波滤波电路为例，如图2所示，如果进行A相载波通信，继电器4为双刀双掷继电器，可将继电器4的JK4A触点3掷向触点4，同时继电器JK4B触点6掷向触点5，载波信号从ZB_UA和ZB_UN两路线进来，通过UA_OUT和N_OUT进入三相电能表，同时载波信号经过L7、L8、L1、L4、C8、C9、C2组成的两级衰减电路衰减后，避免载波信号通过UA_IN和N_IN两条线进入其他表位电能表，从而起到了隔离载波信号的作用。
本电路的设计用于隔离电能表通讯过程中的载波信号，避免电能表表位间载波信号的串扰，其原理类似于电力载波衰减器的电路原理，但载波衰减比例不同。在本设计的滤波电路中，其载波衰减比例相对较大，该比例的衰减几乎将载波信号衰减殆尽，通过滤波网络电路实现临位集中器的独立测试，不受各自工位测试的干扰，进行独立测试，为整个测试系统提供干净、无干扰的测试环境。
2.2 衰减器的数学模型及衰减计算方法
在衰减电路设计中，引入了衰减器的计算数学模型，其衰减模型如图3所示。
当选择L = 500 μH，C = 150 nF，衰减器的衰减倍数为52.68 dB;
当选择L = 500 μH，C = 100 nF，衰减器的衰减倍数为49.15 dB;
在本文设计中，按照L = 500 μH，C = 150 nF设计固定衰减值的衰减器，这样的电容在这里既起到衰减载波通信信号的作用，还起到给载波通信产品提供外界负载的作用。
在选择L和C设计固定衰减值的衰减器时，也有优化方法来确定这些参数。比如通过改变衰减器的电阻值，通过改变输入信息的幅值、相位、纹波等。由于滤波器电路是一个复杂的系统的电路（参见图2），每个元素的改变都可能改变衰减电路的特性。在本文设计中，重点以上述数学模型作为示例说明。
3 实验分析与验证
在试验过程时，被测对象可为集中器、采集器、电能表等，在本试验中，选用单相智能电能表作为测试对象进行实验。首先，将单相电能表放置于测试平台上，测试平台可根据现场或则实验室需设置，规格、大小、型号根据实际情况调整、不限，放置位置也是根据实际情况放置，不固定测试平台位置。测试工具为载波信号转换工具。
测试平台为国网北京市电力公司提供的DZ603三相电能表校验装置，主要设备为载波箱、三相电能表载波模块以及示波器等设备。其中载波箱中有东软、鼎信及力合微等厂家载波抄控器，用于与三相电能表中载波模块通信，示波器為100 MHz带宽，2.5GS/S的采样率的泰克3012。通过测试，衰减前的载波通信波形信号图如图4所示。
测试方法为：将示波器插至DZ603三相表校验装置表位1电能表载波模块的UA和UN中，利用软件控制东软抄控器向表位1电能表的载波模块发送载波信号，提取示波器中的载波信号，然后将示波器插至表位2电能表载波模块的同样位置中，看是否有载波信号，并与表位1提取的载波信号进行对比。如图4为表位1中的载波信号，如图5为表位2中的载波信号。在进行衰减计算时，利用上述应用到的衰减原理进行计算。即公式（1）：
将计算后的结果通过波形显示出来，则通过波形图可以得出，经过滤波电路对载波信号的衰减，可以将载波信号滤除，从而避免对其他表位的载波信号造成干扰，实现了载波信号隔离的作用。
通过测试，采用本技术方案的载波通讯能够大大衰减电能表检定装置的测试数据，大大提高通讯线路中的纯洁度，从而提高电能表检定数据的准确度。
4 结 论
针对智能电能表并行载波通讯的方法进行了研究。通过设计出并行载波通信电路实现多路并行通信，在多路通信电路中引入一种新颖的载波滤波电路，可以实现多只电能表同时进行载波通信，节约了读表时间，但同时也需要有对应于多个电能表的载波箱才能实现并行载波通讯。电路简单，便于安装、维修、携带。通过试验，测试工位之间无串扰、无干扰，测试环境纯洁。有效地解决了前期测试单一、效率低下的测试弊端，为整个测试系统提供干净、无干扰的测试环境。满足现场对集中器或则其它被测对象载波通信功能的测试要求，为计量行业中的表计通讯做出贡献。
参 考 文 献
[1] 张海龙，刘宣，李然，等. 基于TTCN-3的宽带载波通信一致性测试系统设计[J]. 计算机测量与控制，2018，26（4）：50-54.
[2] 张思建. 低压集抄设备载波通信批量检测方法研究[J]. 广东电力，2015，（11）：55-57.
[3] 潘明明，田世明，吴博，等. 基于智能电表数据的台区识别与窃电检测方法研究[J]. 智慧电力，2017，45（12）：86-90.
[4] 张保增，陈新春，张敬伟，等. 智能电能表的通信端口设置研究[J]. 自动化仪表，2017，38（2）：65-68.
[5] 李铜川，张冠兵，郇黎明，等. 基于LXI的机载制导弹药并行测试方法研究[J]. 计算机测量与控制，2016，24（7）：144-146.
[6] 范书义，姜会霞，魏保华，等. AT ML测试资源与测试需求自动匹配方法研究[J]. 计算机测量与控制，2016，24（6）：18-21.
[7] 瞿古月，徐中伟. 基于网格协同工作的CBTC仿真测试平台研究[J]. 机电一体化，2016，22（11）：15-18.
[8] 张玉杰，冯春倩. 基于电力载波通信的DALI系统应用研究[J]. 电子器件，2017，40（4）：135-139.
[9] 张国强，林永峰. 智能电表检测系统通信协议栈设计与实现[J]. 现代电子技术，2016，39（11）：34-37.
[10] 吴文丽，刘馨卉，宋贵杰. 智能用电信息采集终端检测装置研究[J]. 自动化与仪表，2015，30（10）：71-75.
[11] 張泰，顾晓峰，张大维，等. 基于电力线载波通信的智能用电管理系统设计[J]. 现代电子技术，2016，39（4）：149-152.
[12] 杨涛，冯兴乐，刁瑞朋，等. 单相智能电能表可靠性预计方法研究与实践[J]. 工业仪表与自动化装置，2018，（2）：73-78.
[13] 宋晓林，王正杰，等. 基于LabVIEW和Matlab综合平台的高精度多功能虚拟数字电能表的研究[J]. 陕西电力，2015，43（8）：24-26.
[14] 曹黎波，曹天杰. 基于动态测试的 XSS漏洞检测方法研究[J].计算机应用与软件，2015，（8）：272-275.
[15] 郭婧，徐中伟，李丽梅. 基于TCSP的实时并发系统测试方法[J]. 高技术通讯，2015，25（4）：350-356.
作者：步志文 李娟娟
电力线通信滤波电路设计论文 篇2：
低压电力线载波通信技术研究进展
【摘要】 低压电力线载波通信是应用于智能电网中的主要通信技術，对于智能电网的发展有着积极影响。低压电力线载波通信技术存在的一定的不足，还需要在应用实践中不断予以改进和开发，进而提升低压电力线载波通信技术水平。文章围绕低压电力线载波通信技术进行研究，探讨科学、合理的优化方法，为电力线通信问题提出有效的解决方案。
【关键词】 低压电力线 载波通信技术 研究
前言：低压电力线载波通信技术的应用，充分发挥通信技术的优势，主要用于提升电网运行的稳定性和提高工作效率。针对低压电力线载波通信问题，采取有效的解决方案，解决信号损失、噪声干扰等难题，降低传输信号衰减，提升信号传输效率，保证电力线通信的安全性和可靠性。
一、电力线通信问题及解决方案
与高压电力线相比，低压电力线具有信号损失大、易受噪声干扰、输入阻抗特性难分析，及其随机性和时变性的特点，在很大程度上影响着低压电力线载波通信的安全性和可靠性。围绕着电力线通信问题，采取有效的解决方案。目前，低压电力线载波通信技术的研究正围绕着物理层、链路层展开，以提升低压电力线载波通信的安全性和可靠性为目的，通过提高点对点通信正确接发概率和使用网络层组网路由来实现。根据电网阻抗匹配特性，通过降低信道衰减，减小电网噪声，避免低压电力线载波通信受到影响。基于快速信道估算与建模，采用科学、先进的信号调制办法，基于信道编码和介质访问控制来进行链路层的设计，实现更为安全可靠的电力线通信。
电力线通信问题的具体解决方案主要以应用型问题、网络层问题、数据链路层问题以及物理层问题构成参考模型，其解决途径和研究热点包括通信业务及网络管理模型、电力线通信组网算法以及信道编码及媒体接入控制，分析电力线信道的噪声特性、衰减特性、输入阻抗特性，进而采用电力线信道建模方法、电力线通信调制算法以及新报道频谱分配以及功率控制，进而全面提升电力线通信的可靠性[1]。
二、电力线通信问题解决方案的具体内容
2.1电力线输入阻抗特性和信道衰减
在电力线载波通信收发模块和当中，其输出阻抗与配电网电力线输入阻抗的匹配程度越高，则信号耦合的效率越高。电力线输入阻抗在很大程度上决定着低压电力传输的质量和效率。电网阻抗值越稳定，则信号传输效率越高。目前，欧洲低压商业电网阻抗是电力线载波通信模块的阻抗匹配设计的重要参考。低压配电網结构十分复杂，加上时变性的负载，在低压电力线传输的过程中，其高频信号会发生衰减，目前对于高频信号的衰减特性尚不明确。为了保证信号传输的稳定性，需要有效降低传输线效应，进而控制电抗性负载，在频率低于100kHz且距离在400m内的条件下能够有效实现，降低传输信号的衰减，提升信号传输效率[2]。
2.2电力线信道噪声特性研究与分析
低压电力线上的噪声强度具有时变性，难以直接定量。在电力线信道噪声特性研究与分析当中，掌握和了解噪声的规律和特性，并予以合理的分类。平滑频谱噪声、周期噪声、窄带噪声以及单事件脉冲噪声。平滑频谱噪声属于有色背景噪声，而周期噪声和单事件脉冲噪声时变的过程中，产生很高的功率谱，同时产生突发性噪声，导致信号传输的过程中出现错误。构建信道噪声模型，应用于外围电路设计中，设计滤波电路，可以有效抑制谐波干扰，进而保证电力线通信信号的稳定传输[3]。
2.3电力线通信调制/解调技术的应用
正交频分复用（OFDM）是电力线通信中主要应用的通信调制/解调技术。OFDM对于抗多径传播、频率衰落以及噪声干扰有着显著的优势作用，同时利用调制解调算法、频谱优化等方法，应用于电力线信道估计当中。信道估计算法、导频辅助调制（PSAM）信道估计以及盲或半盲信道估计是主要的几种OFDM信道估计方法，利用同步技术和频谱资源分配进行通信调制/解调，采用符号定时和频偏估计和延迟相关算法，使信号传输更加稳定、可靠和精准，有效降低误差。实现电力线多用户频谱优化，利用低压电力线载波通信信道的特性，进而提升通信系统的整体性能。目前，低压电力线通信组网技术、电力线载波调制芯片应用技术开始应用于低压电力线载波通信当中，随着低压宽带电力线通信标准的发展，低压电力线载波通信技术也在更加深入的进行中，电力线通信问题将会更为完善的解决，其应用领域将会进一步拓展。
结论：电力线通信网络安全、平稳的运行，离不开的稳定可靠的低压电力线载波通信技术。在电力线载波通信的研究中，分析电力线输入阻抗特性、信道衰减以及电力线信道噪声特性，应用电力线通信调制/解调技术，同时开发更为先进新技术，以有效改进低压电力线载波通信技术的缺陷，进而提升电力线通信的整体水平。
参 考 文 献
[1]程万胜，张洁，张玉忠. 低压电力线载波通信技术探讨[J]. 现代建筑电气，2015，03：17-21.
[2]李文瑞. 低压电力线载波通信技术探讨[J]. 电子制作，2015，12：160.
[3]马晓奇. 电力线载波通信技术发展现状及其应用前景[J]. 机电设备，2014，03：36-40.
作者：彭尚坤 孙军国
电力线通信滤波电路设计论文 篇3：
中压配电网电力线载波通信实验教学系统
摘要：为培养电力系统高层次复合应用型人才，教学团队研发了一套既适合实验教学，又结合实际电力系统通信网络的中压配电网电力线载波通信实验教学系统。简介了电力线载波通信技术，给出了载波通信装置的硬件结构及电路设计，构建了一个中压配电网PLC通信实验仿真教学系统。学生可根据中压配电网实际拓扑搭建载波通信信道模型，设置通信参数，测试通信性能指标等，以促进其理论知识的学习，提升实践动手能力，实现教学目标。
关键词：配电网；电力线载波通信；硬件电路设计；实验教学系统
随着社会经济的发展，应用型专业人才的培养已经成为各高校发展的必然选择。华北电力大学（保定）电力工程系从高等教育大众化及社会经济发展的现状出发，同时结合电力系统特色，把大力培养社会发展所需要的高层次复合应用型电力人才作为教学目标之一，注重培养学生知识复合、能力复合、思维复合以及适应社会需要的能力。网络与通信技术以其资源共享，高效可靠的特点广泛应用在电力行业中，成为电力系统通信的重要组成部分，在电网继电保护、监控及调度自动化等方面扮演着越来越重要的角色。随着电力系统中对通信技术人才要求逐步提高，华北电力大学（保定）电力工程系将网络与通信技术设定为电气工程专业学生的必修课。网络与通信技术作为一门综合性的科学，与电路基础、电子技术、通讯技术、计算机技术等有着密切的关系，是一门理论性、实践性和应用性很强的课程。该课程专业术语抽象、内容枯燥、基本概念多、协议多，学生普遍反映有些知识比较难学、难懂，加上缺乏对工程实践的感性认识，易出现弃学的心理。故本教学团队老师根据电力系统实际通信网络的应用，结合配电网架构特点，研发了一套基于OFDM技术的中压配电网电力线载波通信实验系统。该实验系统设计既适合实验教学，又结合实际应用。如载波通信模块的硬件是按照现场应用来进行设计的，载波通信模块中的软件不但实现必需的通信功能还增加了学生实验测试和设置功能，同时配电网信道模型学生可根据实际网络拓扑去自己搭建。这样的实验系统不仅使学生增强了实验兴趣，还提高了动手能力，同时使学生更多地了解电力系统通信网络中基于电力线载波技术的通信网的实际电路和系统构成。
一、电力线载波通信技术
电力载波通信PLC（Power line Communication）技术是电力系统特有的通信方式，是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。其最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。电力线载波通信由于其成本低，灵活性高，可以适应各种网络结构，同时运行维护方便简单等优点，受到了中低压配电网的极大青睐。随着新的正交频分复用（OFDM）调制技术的快速发展，PRIME规范、G3-PLC规范、ITU-T G.hn规范及IEEE 1901.2标准的颁布，为PLC技术的实用化提供了依据。目前基于多载波调制方法的电力线载波通信技术已成为当前智能配电网通信技术的研究热点。
二、电力线载波通信装置的研发
1.电力线载波通信装置原理框图。设备硬件系统整体原理框图如上图1所示，主要由电源电路、滤波放大电路、调制解调芯片、MCU控制单元、网口、调试接口、RS232/485接口电路组成。DTU、RTU设备、PC机通过网口、调试接口、RS232/485接口将需要传送的信息发送到MCU控制单元，MCU将需要传送的信息进行协议处理发送给调制解调芯片，调制解调芯片将传送的信息调制成载波信号，并经滤波放大后发送到耦合设备，注入到电力线上进行传输。同时，电力线上传输的载波信号经耦合设备后传输到载波设备上，滤波放大电路滤除线路上的信号噪声，调制解调芯片对信号进行解调，发送给MCU控制单元，MCU控制单元对数据进行协议解析处理后通过网口、调试接口、RS232/485接口发送到DTU、RTU设备、PC机。以此完成信息的双向通信。
2.电力线载波通信装置。图2为本教学团队实际研发的载波通信设备照片。设备在物理层采用成熟的OFDM技术和先进的编码调制技术构建稳健的物理层，利用多个正交的子通道抵抗中压电力线路中的各种干扰，保证通信的可靠性。
三、中压配网电力线载波通信实验教学系统的设计
中压配网电力线载波通信实验教学系统由电力线载波通信装置主、子模块和耦合器组成。各通信模块的硬件构成原理相同，可以工作在主从方式下。每个通信模块均可作为主站或子站。载波信号通信信道的搭建：参考河北省保定市10kV城市配电网线路型号及参数，分别计算不同线路型号下长度为50m的线路参数，将每50m线路等效焊接成一个集中参数的RLC电路型模型，利用多个RLC电路型模型的级联来等效一条10kV分布参数的输电线路。学生可根据实际中压配电网拓扑结构自行搭建载波信道模型。子载波频点的选择：本载波通信装置的通信带宽为10kHz-500kHz，共设有101个可选子频点，通信通道数目为18个。在通信带宽上，学生可手动选择固定的18个子载波频点进行载波通信，也可自动轮询测试所有通信频点，择优选择18个最佳子载波信道。通信性能指标测试：在主—从通信模式下，学生可对载波通信装置的通信性能进行测试，包括：数据包被正确接收到的个数、丢失的个数、重发次数以及信号误码率、通信速率等都可以在主站的人机界面上显示出来。通信参数的设置：可设置的参数包括通信速率、数据内容、数据包长度、重发次数以及通信模式等。
四、结束语
根据电力系统实际通信网络的应用，结合配电网架构特点，教学团队研发了一套基于OFDM技术的中压配电网电力线载波通信实验系统。介绍了电力线载波通信装置的原理框图、硬件电路以及系统设计。该实验系统设计既适合实验教学，又结合实际应用。通过实验，使学生对中压配电网电力线通信的信道模型、装置的内部构成、电路原理有了深刻的理解，不仅促进了学生理论知识的学习，还提升了实践动手能力。既深化了教学内容，又拓宽了学生的视野，提高了教学质量。由于本实验教學系统是结合实际进行开发的，通过适当的修改就可应用于实际中压配电网中。
作者：王艳 赵洪山 宋玮