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基于OFDM调制技术的配电自动化通信系统

发布时间:2020-07-21 18:28:33 阅读: 来源:耐拉纤维厂家

摘 要:本文提出了一种基于OFDM技术的配电自动化通信系统。关键词:OFDM;配电自动化通信系统;INT51X1;W90N740

引言配电线载波通信(DLC)不同于原有的高压系统输电线载波通信(PLC)方式。PLC一般是两点之间通过阻波器并结合滤波器上送和下载高频信号,传输目标明确,结构简单。而DLC则是一对多的通信方式,不设阻波器,通信信号在10kV及380kV配电网中传输,任何一个通信节点都可以作为信号源和接收器,而变压器(配变和变电站变压器)则是信号的天然壁垒。正交频分复用(OFDM)是一种高效调制技术,应用于电力线高速数字通信具有以下优越性:⑴频带利用率高;⑵抗ISI干扰能力强;⑶抗信道衰落;⑷抗噪声干扰。

系统组成及工作原理本通信系统以10kV配电线为传输媒质,网络拓扑以“总线+树”为主,不同总线段可以互联为开环的环网。系统由通信子站系统和主站系统两部分组成。主站系统设置于110kV变电站,收集各10kV线路上全部子站的遥测遥控信息,根据确定的算法和控制策略,实现对整个配电网的安全监视、自动控制和保护。通信子站与FTU、TTU等配套使用,分布于配电网各处。通信子站系统子站系统主要由INT51X1芯片、W90N740微处理器、电平转换芯片MAX3232、模拟前端(AFE)和耦合器组成。子站系统的原理如图1所示。INT51X1芯片INT51X1是一个集成的MAC/PHY电力线收发器。INT51X1可以在恶劣的电力线通信环境下达到14Mbps的数据传输速度。能够根据信道上的信噪比选择可用频率,抵制深度衰减槽、噪声和多径衰落。在低SNR的信道中,不使用导频就能够实现同步。 在INT51X1中,MAC采用具有避免冲突的载波侦听多路存取(CSMA/CA)方案,并有优先权设置和自动重复请求(ARQ),通过包封装,支持以太包的可靠传输。INT51X1提供三种接口,即MII/GPSI、USB1.1和以太网口。三种模式分别为USB模式、PHY模式和Host/DTE模式。本系统选择PHY模式,分别与W90N740和AFE接口,完成以太包和电力包之间的相互转换。 W90N740微控制器W90N740采用精简指令系统,是基于ARM7TDMI的32位微控制器。内建有两个以太网MAC控制器0和1,8K的指令缓存和2K的数据缓存。通过外部总线接口(EBI)可以与外挂的SDRAM、ROM/SRAM、flash存储器或I/O互连。通过片内以太网MAC控制器0与INT51X1接口,完成RS-232和IEEE 802.3标准数据的相互转换。通过片内串口UART外接一片MAX3232电平转换芯片,即可实现标准的RS-232通信功能,与FTU、TTU等自动化设备相连。INT51X1与W90N740的硬件连接由于本系统选用PHY模式,通过MII(媒介独立接口)接口与微控制器相连(见图2)。MII是一个工业标准接口,提供PowerPacket MAC与IEEE 802.3 以太网MAC控制器之间的互连。MII接口的帧结构如表1所示。软件设计INT51X1的初始化是通过配置EEPROM(AT93C46)完成的,应写入自己的MAC地址(这个MAC地址是唯一的)。因为ARM7TDMI是W90N740的内核,所以使用ARM7汇编语言编程。实现功能:从RS-232口接收FTU/TTU数据,转换为802.3协议IP包,经MAC发送给INT51X1;经MAC接收INT51X1数据、解包;通过RS-232口送FTU/TTU。W90N740本身上电初始化,之后,发送特殊的呼叫信息给主站(64字节全5);握手过程完成后即进入通信运行。握手过程如下:首先子站对主站广播(发送呼叫信息64字节全5),收到回复自己的响应信息(64字节全3)后,填写本子站通信的目的地址(即发来回复的主站地址),进入正常通信。若收不到响应信息,则每隔1分钟重复发送呼叫信息。任何子站收到其它子站的广播呼叫信息(由地址辨认),均不予理会。此策略可保证电力线正常运行条件下,各子站与本总线网上主站的通信。当因故障断电后重新供电时,各子站与本网主站或临时联络的其它主站沟通通信,也便于工程安装。若子站收到某主站呼叫,应将呼叫主站地址写入本子站目的地址,然后发出响应信息,此后进入与该主站的正常通信。此策略能使临时加入其它主站管理范畴的子站回到本网,或断电后与原主站恢复联系。

主站系统主站系统由若干台通信终端,8/16口HUB和PC机构成。其中通信终端包括RJ-45、RTL8201、W90N740、INT51X1、AFE和耦合器,如图3所示。INT51X1也选用PHY模式,组成ETH-PLC路由器。主机侧MII接口与W90N740以太网MAC控制器0连接,W90N740再经以太网MAC控制器1接ETH PHY(RTL8201),从RTL8201引出RJ-45接口,与网络交换机连接;电力线侧则与子站系统类似。每台通信终端具有电力网上唯一的MAC地址,同时又具有局域网上唯一的IP地址。每个通信终端都作为本网络(总线+树型)的通信主机,与最多63个子站进行1:N的通信,并对本网子站进行管理。在本网内,记录和存储所有子站的地址,作为发送数据的目的地址。当收到来自某子站的广播呼叫(64字节全5)时,则记录该子站地址,并发回响应(64字节全3);此后,与该子站正常通信(这种情况,该子站也可能不属于本网)。若失去本站管辖的某个子站,即长期(如5分钟)收不到它的消息,则需要每隔1分钟呼叫这些子站一次,直到收到相应子站的响应信息,进入正常通信为止。24小时后仍无响应则放弃呼叫。IP机接收来自各通信终端的IP包,定位IP包的来源。记录全部子站地址,并明确各子站各处于哪台通信主机所在的网络。这样能保证下发数据时,能准确地找到相应的通信主机,再转发到其下的目的子站。

结语本文介绍了一种基于OFDM技术的配电自动化通信系统。描述了其通信子站、主站部分以及相应的硬件电路和软件方案。通过应用INT51X1芯片,可以发现OFDM技术应用到电力线通信具有很强的优越性。■

参考文献1 DM Communication Primer.1999,32 51X1 Reference Manual Revision 33 Winbond.W90N740 Reference Manual. 2003,3

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