一种低压电力线噪声录制及注入系统
阅读：34发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种低压电力线噪声录制及注入系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种低压电 力 线噪声录制及注入系统，包括电力线 接口 、电源模 块 、电力线耦合 滤波器 、功率 放大器 、任意 波形 发生器以及电力线通信 信号 检测和分析器。本系统通过录制并储存现场噪音，在实验室通过任意信号发生器还原现场噪音信号，以此验证电力线载波通信模块在现场噪音环境下的工作特性；通过电力线耦合滤波器隔离高压市电，使测量仪器与强 电隔离 ，保证测量设备的安全，对测试频带外的噪声进行滤波，减少无用信号干扰，该系统为低压载波通讯模块的抗干扰测试提供了依据。，下面是一种低压电力线噪声录制及注入系统专利的具体信息内容。
1.一种低压电力线噪声录制及注入系统，包括电力线接口、电源模块、电力线耦合滤波器、功率放大器、任意波形发生器以及电力线通信信号检测和分析器，所述的任意波形发生器输出连接至功率放大器，功率放大器输出连接至电力线耦合滤波器，电源模块分别与电力线接口、任意波形发生器及功率放大器相连，所述电力线通信信号检测和分析器与任意波形发生器相连；
所述电源模块从电力线接口获得电能，将工频市电转换为低压直流电，为功率放大器供电；
所述电力线接口提供与电力线的接口通过耦合信号隔离装置，将噪音干扰信号注入电力线。
所述电力线耦合滤波器完成强电和弱电的隔离、过电压和过电流保护、干扰输出通频带的高通或带通滤波以及将功率放大器输出的噪音信号耦合到电力线，实现电力线传输信道与干扰输出端的阻抗匹配；
所述任意波形发生器，用于产生所需的噪音干扰信号；
所述功率放大器完成噪音干扰信号的功率放大；
所述电力线通信信号检测和分析器采用电力线通信信号频带频谱检测器实现，电力线通信信号频带频谱检测器接收电力线通信信号频带内的信号，并对其进行功率谱检测，并将检测结果反馈到测试人员。
一种低压电力线噪声录制及注入系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电力线载波通信技术领域，特别是一种低压电力线噪声录制及注入系统。
背景技术
[0002] 电力线载波是电力系统特有的、基本的通信方式，谐波干扰对电力线载波通信可靠性具有决定作用，许多家用电器因为具有调压整流装置，都是电网谐波的主要来源。例如：电视机、调光灯具、调温炊具、录像机、计算机等。虽然这些设备单个容量不大，但在某一小区里数量很多，导致谐波叠加干扰增大到不可忽视的地步，对用电安全、可靠供电、电力线抄表网络产生了严重威胁。电力线载波通信是一种采用电力线传输通信信号实现信息传输的技术。电力线载波通信由于在电力线上进行通信，又因为现场环境下电力线通信环境恶劣、时变性大、干扰严重等特点，并且信号很容易在电力线上产生驻波、谐振等现象，是载波信号在电力线上传输时衰减严重。电力线载波通信信号衰减易受负载影响，不同地区的负载差异较大，电力线信号衰减特性也相应的变化。
[0003] 现有的研究大多停留在利用通用录波设备进行现场干扰噪音录制，后期实验室回放。更侧重于长时间录波，提高采样率等方面，或者是进行噪音分布研究，研究干扰噪声同用电设备的相关性。
[0004] 目前载波通信方案中大量使用了过零点发送技术，充分利用干扰噪声的分布规律，减少不利影响，通信的技术方案具有工频的时域相关特性。现有的设备难以还原现场真实的干扰环境，无法对低压电力线的特征进行全面有效的采集和分析。因此亟需发明一种电力线噪音信号录制与回放注入装置。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低压电力线噪声录制及注入系统。
[0006] 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0007] 一种低压电力线噪声录制及注入系统，包括电力线接口、电源模块、电力线耦合滤波器、功率放大器、任意波形发生器以及电力线通信信号检测和分析器，所述的任意波形发生器输出连接至功率放大器，功率放大器输出连接至电力线耦合滤波器，电源模块分别与电力线接口、任意波形发生器及功率放大器相连，所述电力线通信信号检测和分析器与任意波形发生器相连；
[0008] 所述电源模块从电力线接口获得电能，将工频市电转换为低压直流电，为功率放大器供电；
[0009] 所述电力线接口提供与电力线的接口通过耦合信号隔离装置，将噪音干扰信号注入电力线。
[0011] 所述任意波形发生器，用于产生所需的噪音干扰信号；
[0012] 所述功率放大器完成噪音干扰信号的功率放大；
[0014] 本发明的优点和积极效果是：
[0015] 本低压电力线噪声录制及注入系统，通过对现场电力线上的噪音进行录制并进行存储，通过任意波形发生器对储存的现场噪声信号进行回放，通过增益调整，高频耦合输出单元将噪音信号注入测试低压电源系统，以此模拟重现现场环境下的噪声以及测试所需的噪声环境，实现对电力线载波通信设备进行通信性能的测试。附图说明
[0016] 图1是本发明的原理方框图；
[0017] 图2为本发明低压电力线噪声录制的原理图；
[0018] 图3为本发明低压电力线噪声注入的原理图；
[0019] 图4为本发明EMI滤波器原理图；
[0020] 图5为本发明电力线耦合滤波器的原理图。
具体实施方式
[0021] 以下结合附图对本发明的实施例做进一步详述：
[0022] 一种低压电力线噪声录制及注入系统，能够实现在现场环境下对电力线上的噪音信号进行录制，在实验室环境下对其进行还原，以在实验室模拟现场环境，实现现场环境的还原，以对电力网中的载波通信设备通信成功率进行测试，其创新之处在于：
[0023] 如图1所示，系统对现场电力线上的噪音进行录制并进行存储，通过任意波形发生器对噪声信号进行回放，以此模拟重现现场环境下的噪声以及测试所需的噪声环境，实现对电力线载波通信设备进行通信性能的测试。
[0024] 该系统包括高频耦合输入单元、电平调节模块、A/D采样模块、任意波形发生器、增益调整单元以及高频耦合输出单元。通过此套系统能够实现现场电力线环境下对噪音的采集、存储、还原、注入，以在实验室环境下对现场环境的电力线噪声进行还原、注入以及产生所需的测试噪声信号。高频耦合单元实现噪声信号的分离与高压市电的隔离，对于50Hz的市电其衰减可以达到160dB以上，高频信号其衰减小于0.25dB。电平调节模块是对分离的噪声信号进行幅度调整，保证其不超过采样模块的调整范围。通过对采样信号的存储，通过任意波形发生器可以还原恢复模拟信号，再通过增益调整单元对噪声信号进行电平调整，通过高频耦合输出单元注入到实验环境下的电力线。
[0025] 如图2所示，电力线载波通信的噪声录制通过单机系统实现对现场环境下电力线噪声的采集以及储存，在采集电力线噪声信号时，高频耦合输入单元将电力线噪声信号分离，通过电平调节模块对噪音幅值进行调节后进行A/D采样。主控制芯片为STM32，STM32芯片对采集的现场电力线噪声信号进行分析处理，并对采集后的数字信号进行储存。此系统中所使用的ADC模块由信号输入接口、电平调整电路和AD9280芯片组成。
[0026] 如图3所示，电力线通信的噪音干扰注入，包括电力线接口、电源模块、功率放大器、电力线耦合滤波器和任意信号发生器。其中电源模块为噪声信号发生器以及功率放大模块供电。通过电力线耦合滤波器隔离高压市电，完成现场噪音信号到实验环境下电力线的耦合，以及通频带内电力线通信信号到信号分析仪的耦合，实现电力线与产生干扰信号的各个模块的强电隔离，完成过压和过流保护，并完成干扰信号发送到电力线的阻抗匹配。
[0027] 如图4所示，电力线耦合滤波器为EMI滤波装置，通过EMI滤波装置实现对电力线上无用噪声的滤除，以创造较为纯净的实验环境。差模电感LDM和差模电容CX1、CX2构成Π型滤波器，实现对差模噪声的抑制消除。共模电感LCM和两个共模电容CY1、CY2构成一对LC低通滤波器，实现对共模噪声的抑制消除。共模电感是在特定的磁芯上绕制的电感，两个线圈的匝数相同，缠绕方向相反，在共模信号通过线圈时，产生很大感抗，以此实现对共模噪声的抑制。差模电感由共模电感的漏感提供。由于市电中含有各种高频噪声的存在，影响对与噪音注入结果的观测，采用EMI滤波器滤除高频噪声，为实验提供较为纯净的电源环境，EMI滤波器滤除市电中的干扰信号，保留50Hz的纯净市电为实验设备供电。
[0028] 作为一个实施例，采用图5所示的电磁阻容结合的电力线耦合滤波器。该高频耦合滤波器可高频噪音信号耦合到电力线上，并且隔离高压市电，以保证实验设备的安全。使用电磁耦合电力线耦合滤波器，选取合适的电感和电容值，以减少因电阻引起的发热，使滤波器具有通过噪音信号而隔离50Hz市电的功能。使用电磁耦合滤波器，避免了使用电阻导致的发热，可减小额外的功率消耗，有利于提高噪音发生装置的功率使用效率。任意信号发生器可以产生40kHz，50kHz，70kHz等不同频率单频信号，经过功率放大模块送入到电力线耦合滤波器，然后注入实验环境下的电力线。由于3个单频信号都在电力线耦合滤波器的通频带内，这些单频干扰噪音信号可以注入到电力线，对连在电力线上的载波通信设备进行噪音干扰。任意信号波形发生器还可以复现存入其中的现场噪音信号，或者随机突发干扰，通过调节电力线耦合器的参数，调节其通频带范围，实现不同频率噪音信号的注入。
[0029] 信号分析仪用于检测上述中电力线信道上各类噪声注入情况以及通信信号，用于分析不同的噪音注入环境对宽带电力线载波通信综合测试的影响。单频信号的功率足够大时，可使连接在电力线上的通信接收机饱和，无法正确接收通信信号。当需要对电力线注入噪声信号时，将存储的现场噪声信号通过任意波形信号发生器以及高频耦合滤波器注入电力线。通过这种方法进行噪音的录制与注入，能有效验证载波通信设备对噪音的敏感程度，为载波设备现场使用提供了理论依据。
[0030] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0031] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0032] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0033] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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