基于电力载波通信的供电锁相测控系统

0 引 言

随着信息技术的发展，供电测控设备的种类越来越多，其中支持测控系统传输信息的手段也越来越多样化。作为分布最广泛的网络，电力线网络是一个动力能源传输网络，除了输送电能以外，还可以进行数据传输。

电力线载波通信(Power Line Carrier Communica—tion，PLCC)是指以电力线为信息传输媒介，信号经过载波调制技术，实现在电网各个节点之间传递的一种通信方式。但是，电力线通信信道存在噪声干扰强，阻抗随负载变化大，信号衰减大等缺点，严重制约了它的有效利用。常规的载波技术显然不能满足实际需求，必须采用具有高抗干扰能力的载波调制措施改善通信质量。目前，低压电力线载波通信技术已从传统的频带传输(ASK、FSK、PSK)发展到了扩频通信(SSC)技术、多载波正交频分多址(OFDM)技术以及光波分复用(WDM)技术等。就扩展频谱方式的不同，扩频通信系统可以分为：直接序列(Direct Sequence，DS)扩频，跳频(Frequency Hopping，FH)，跳时(Time Hopping，TH)，线性调频(Chirp)以及上述各种基本方式的组合，如：FH／DS，DH／TS等。

现设计了一种用户供电测控系统，系统利用电力载波通信完成用电信息的传输控制。采用了直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum Communication，DS—SSC)技术，该系统优势是用户不必重新架设线路，而是利用原来的电力线网络完成用电信息的传输，而且电力线传输不占用现有的频谱资源，同时，该系统还可以通过局域网实现远程监控。电力线载波通信还具有现有物理链路、易维护、易推广、易使用等优点。

1 DS—SSC技术原理

根据信息论中著名的香农定理：

C=Blog2(1+S／N)b／s (1)

信道容量C给定后，信道带宽B与信噪比S／N可以互换。由此可以推得，在信息速率C不变的情况下，只要增加信道带宽B，就可以降低对信噪比S／N的要求。

扩频通信(SSC)技术的基础是香农定理，利用与被传输信息无关的码对信息进行频谱扩展，使扩展后的频带远远超过被传送信息所必需的最小带宽(即增大B的值)，在接收机中利用同一码进行相关接收和恢复信息。

直接序列扩频(DS—SSC)技术是指用远远大于信息速率的伪随机序列(PN)与信号相乘，来达到扩展信号的带宽B。在发送端先对信号进行扩频再进行DPSK调制，扩频载波信号经过功率放大之后耦合到电力线上进行传输。在接收端DPSK解调后用于发送端同步的本地PN序列解扩即可恢复信号。

2 系统构成

基于电力线载波通信的供电测控系统是集数据采集、载波通信、网络传输、数据存储、功率计算、数据显示、计算机控制等功能于一体的自动化系统。系统由三部分构成，实现框图如图1所示。

各个电能表把用电信息通过电力线以载波的方式传送到数据集中器，数据集中器经局域网将信息发送到用电管理中心，管理中心的上位机完成用电数据的处理，并利用载波通信方式给数据集中器以及电能表下达命令。

2．1 电子式电能表

用户电子式电能表能够同步地采集一路用户用电的电压电流、时钟校准、精确计算、存储数据，并具有载波收发及收发成功显示功能。其硬件结构框图如图2所示。

2．1．1 PL3105微处理器

为有效实现系统供电测控功能，电能表的核心处理器采用FXXC公司PL3000系列具有DS—SSC功能的专用芯片PL3105。

PL3105内嵌一个高速CPU，其指令周期为1T，串口、定时器等是严格的12T。外部时钟(主时钟)在经过时钟模块后一分为二，其中一路经过2分频后得到的fosc提供给CPU和相应的资源模块，另一路直接供给载波和ISP模块，这里采用外部9．6 MHz的主频晶振。

PL3105采用了8／16位微处理器8051兼容内核，它内部集成了2路16位的A／D，3个16位定时器，2路多功能串口，LED／LCD显示控制模块，采用8个中断源两级中断。PL3105内置了16 kB的E2PROM程序存储器和1 KB的SRAM，其内部的256 B SRAM和实时钟在主电源掉电的情况下可由备用电池继续供电维持。PL3105采用直序扩频，DPSK调制／解调，半双工电力载波通信单元，500／250 b／s通信速率可选。