基于PRIME标准的低压电力线载波通信组网方案
发布时间：2021-10-19 09:06
在阐述低压配电网电力线载波通信网络拓扑和特征的基础上,结合PRIME标准中媒体访问控制（MAC）层的帧结构、类型,深入归纳、分析和总结了PRIME标准中的电力线载波通信组网初始化算法、网络维护与重构算法。通过采用电力线载波芯片ST7590T,应用PRIME标准协议,在某一厂区搭建96节点的现场测试环境,实例分析该组网方案的初始化和网络重构过程,并针对现场可能出现的状况,验证了该组网方案的灵活性、抗毁性和现场可应用性。
【文章来源】：电力系统自动化. 2014,38(24)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１ＰＲＩＭＥ标准采用的树形逻辑拓扑图Ｆｉｇ．１Ｔｒｅｅ?ｔｏｐｏｌｏｇｙｎｅｔｗｏｒｋｓｉｎＰＲＩＭＥ
铮簦椋铮?过程升级为中继节点Ｓｗｉｔｃｈ，位于树形结构的分支节点处；除了末端的电表节点，其他电表节点均为Ｓｗｉｔｃｈ，保存其下游所有ＳＮ的地址信息（ＬＳＩＤ）组成的路由表，具有中继转发载波信号的功能。直接与ＢＮ相连的ＳＮ可直接接收到ＢＮ发射的载波信号，而其他的ＳＮ可通过一个或多个Ｓｗｉｔｃｈ与ＢＮ交互。具体过程可参考文献［１５］。图１ＰＲＩＭＥ标准采用的树形逻辑拓扑图Ｆｉｇ．１Ｔｒｅｅ?ｔｏｐｏｌｏｇｙｎｅｔｗｏｒｋｓｉｎＰＲＩＭＥ图２ＳＮ状态转换图Ｆｉｇ．２ＳｔａｔｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆＳＮ为了能够接收来自Ａ，Ｂ，Ｃ三相的电表（包括单相和三相电表）发出的载波信号，也让集中器发射的载波信号能够被各相线上的电表所探知，集中器采用三相载波模块，其发射和接收模块同时耦合到Ａ，Ｂ，Ｃ三相。而单相电表只需采用单相载波模块即可。１．２低压电力线通信网络的特点由于低压电力线原本是用来传递工频电能量，而不是专用的通信介质，其上存在严重的噪声、干扰、衰减，并且易受到负载特性的影响而造成信道环境的时变性。要克服这些严峻的问题，在设计组网方案的时候就应该充分考虑低压电力线通信网络的下列特点。１）在一个配电台区的供电范围内，节点之间的链接强度会随着低压配电网的负载和干扰而具有时变性。比如：当前时刻，某一ＳＮ可通过其直接中继Ｓｗｉｔｃｈ而与ＢＮ通信，但下一时刻，同样的Ｓｗｉｔｃｈ可能就接收不到来自相同ＳＮ的载波信号。２）在现场应用中，会出现增减电表的情况，再加上信道的时变性，造成路由的可变性，甚至可能出现因程序升级而造
其升级为Ｓｗｉｔｃｈ时分配的（在本文中Ｓｗｉｔｃｈ发射Ｂｅａｃｏｎ的频率均为每３２个ＭＡＣ帧发射一次）。每个ＭＡＣ帧在电力线上的持续时间为定值６１８ｍｓ，即ＢＮ每隔６１８ｍｓ在Ｂｅａｃｏｎ０时隙处发射一个Ｂｅａｃｏｎ；Ｓｗｉｔｃｈ每隔３０９０ｍｓ在ＢＮ分配的时隙处发射Ｂｅａｃｏｎ。Ｂｅａｃｏｎ中含有该Ｓｗｉｔｃｈ与ＢＮ之间链路的质量参数（ＢＣＮ．ＱＬＴＹ）以及所在树形结构的层次深度参数（ＢＣＮ．ＬＥＶＥＬ）。图３ＭＡＣ帧结构Ｆｉｇ．３ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａＭＡＣｆｒａｍｅ在ＰＲＩＭＥ标准的ＭＡＣ层中，共有３种帧类型：通用ＭＡＣ帧，又可分为数据包和控制包（以下列出的ＲＥＧ，ＰＲＯ，ＡＬＶ属于控制包），在ＳＣＰ或ＣＦＰ时期发送；ＰｒｏｍｏｔｉｏｎＮｅｅｄｅｄＰＤＵ（ＰＮＰＤＵ）在ＭＡＣ帧结构的任一时期可发送；Ｂｅａｃｏｎ可在Ｂｅａｃｏｎ０至Ｂｅａｃｏｎ５时期发送。在组网过程中使用到的帧类型及其部分功能说明如下。１）ＰＮＰＤＵ：处于Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄ状态的ＳＮ，在超过ｍａｃＭｉｎＳｗｉｔｃｈＳｅａｒｃｈＴｉｍｅ（１６～３２ｓ）时间内，未接收到任何Ｓｗｉｔｃｈ发射的Ｂｅａｃｏｎ时，由其发出用以主动搜寻可直接通信范围内的Ｔｅｒｍｉｎａｌ，并触发该Ｔｅｒｍｉｎａｌ升级。２）ＲＥＧ：由处于Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄ状态的ＳＮ在接收到来自可直接通信范围内的Ｓｗｉｔｃｈ或ＢＮ发出的Ｂｅａｃｏｎ时发起，实现注册管理的功能，并由ＢＮ给其分配
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能电网承载第三次工业革命[J]. 刘振亚. 国家电网. 2014(01)
[2]浅谈低压电力载波抄表系统静、动态组网优劣[J]. 王刚. 新疆电力技术. 2012(04)
[3]低压电力线载波通信新型组网模型性能分析[J]. 刘晓胜,张良,周岩,戚佳金,黄南天. 电工技术学报. 2012(11)
[4]欧洲电力线智能计量发展标准简介[J]. 朱满军,王斌,陶维青,汪丽丽. 电测与仪表. 2011(08)
[5]低压电力线载波通信网络自动组网方法研究[J]. 冉庆华,吴玉成,祁美娟. 电力系统保护与控制. 2011(10)
[6]低压电力线载波通信技术在用电信息采集系统中的应用[J]. 徐伟,王斌,姜元建. 电测与仪表. 2010(S2)
[7]影响低压电力线载波通信的主要因素分析[J]. 王立波,王珏昕,孟宇,张洪明,唐悦,张密. 供用电. 2010(03)
[8]低压电力线载波通信组网方法[J]. 刘柱,汪晓岩,蔡世龙. 电力系统通信. 2009(12)
[9]构建中国智能电网技术思考[J]. 肖世杰. 电力系统自动化. 2009(09)
[10]基于蚁群算法的低压配电网电力线通信组网方法[J]. 刘晓胜,戚佳金,宋其涛,李琰,徐殿国. 中国电机工程学报. 2008(01)
博士论文
[1]低压配电网电力线载波通信动态组网方法研究[D]. 戚佳金.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3444575
【文章来源】：电力系统自动化. 2014,38(24)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１ＰＲＩＭＥ标准采用的树形逻辑拓扑图Ｆｉｇ．１Ｔｒｅｅ?ｔｏｐｏｌｏｇｙｎｅｔｗｏｒｋｓｉｎＰＲＩＭＥ
铮簦椋铮?过程升级为中继节点Ｓｗｉｔｃｈ，位于树形结构的分支节点处；除了末端的电表节点，其他电表节点均为Ｓｗｉｔｃｈ，保存其下游所有ＳＮ的地址信息（ＬＳＩＤ）组成的路由表，具有中继转发载波信号的功能。直接与ＢＮ相连的ＳＮ可直接接收到ＢＮ发射的载波信号，而其他的ＳＮ可通过一个或多个Ｓｗｉｔｃｈ与ＢＮ交互。具体过程可参考文献［１５］。图１ＰＲＩＭＥ标准采用的树形逻辑拓扑图Ｆｉｇ．１Ｔｒｅｅ?ｔｏｐｏｌｏｇｙｎｅｔｗｏｒｋｓｉｎＰＲＩＭＥ图２ＳＮ状态转换图Ｆｉｇ．２ＳｔａｔｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆＳＮ为了能够接收来自Ａ，Ｂ，Ｃ三相的电表（包括单相和三相电表）发出的载波信号，也让集中器发射的载波信号能够被各相线上的电表所探知，集中器采用三相载波模块，其发射和接收模块同时耦合到Ａ，Ｂ，Ｃ三相。而单相电表只需采用单相载波模块即可。１．２低压电力线通信网络的特点由于低压电力线原本是用来传递工频电能量，而不是专用的通信介质，其上存在严重的噪声、干扰、衰减，并且易受到负载特性的影响而造成信道环境的时变性。要克服这些严峻的问题，在设计组网方案的时候就应该充分考虑低压电力线通信网络的下列特点。１）在一个配电台区的供电范围内，节点之间的链接强度会随着低压配电网的负载和干扰而具有时变性。比如：当前时刻，某一ＳＮ可通过其直接中继Ｓｗｉｔｃｈ而与ＢＮ通信，但下一时刻，同样的Ｓｗｉｔｃｈ可能就接收不到来自相同ＳＮ的载波信号。２）在现场应用中，会出现增减电表的情况，再加上信道的时变性，造成路由的可变性，甚至可能出现因程序升级而造
其升级为Ｓｗｉｔｃｈ时分配的（在本文中Ｓｗｉｔｃｈ发射Ｂｅａｃｏｎ的频率均为每３２个ＭＡＣ帧发射一次）。每个ＭＡＣ帧在电力线上的持续时间为定值６１８ｍｓ，即ＢＮ每隔６１８ｍｓ在Ｂｅａｃｏｎ０时隙处发射一个Ｂｅａｃｏｎ；Ｓｗｉｔｃｈ每隔３０９０ｍｓ在ＢＮ分配的时隙处发射Ｂｅａｃｏｎ。Ｂｅａｃｏｎ中含有该Ｓｗｉｔｃｈ与ＢＮ之间链路的质量参数（ＢＣＮ．ＱＬＴＹ）以及所在树形结构的层次深度参数（ＢＣＮ．ＬＥＶＥＬ）。图３ＭＡＣ帧结构Ｆｉｇ．３ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａＭＡＣｆｒａｍｅ在ＰＲＩＭＥ标准的ＭＡＣ层中，共有３种帧类型：通用ＭＡＣ帧，又可分为数据包和控制包（以下列出的ＲＥＧ，ＰＲＯ，ＡＬＶ属于控制包），在ＳＣＰ或ＣＦＰ时期发送；ＰｒｏｍｏｔｉｏｎＮｅｅｄｅｄＰＤＵ（ＰＮＰＤＵ）在ＭＡＣ帧结构的任一时期可发送；Ｂｅａｃｏｎ可在Ｂｅａｃｏｎ０至Ｂｅａｃｏｎ５时期发送。在组网过程中使用到的帧类型及其部分功能说明如下。１）ＰＮＰＤＵ：处于Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄ状态的ＳＮ，在超过ｍａｃＭｉｎＳｗｉｔｃｈＳｅａｒｃｈＴｉｍｅ（１６～３２ｓ）时间内，未接收到任何Ｓｗｉｔｃｈ发射的Ｂｅａｃｏｎ时，由其发出用以主动搜寻可直接通信范围内的Ｔｅｒｍｉｎａｌ，并触发该Ｔｅｒｍｉｎａｌ升级。２）ＲＥＧ：由处于Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄ状态的ＳＮ在接收到来自可直接通信范围内的Ｓｗｉｔｃｈ或ＢＮ发出的Ｂｅａｃｏｎ时发起，实现注册管理的功能，并由ＢＮ给其分配
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能电网承载第三次工业革命[J]. 刘振亚. 国家电网. 2014(01)
[2]浅谈低压电力载波抄表系统静、动态组网优劣[J]. 王刚. 新疆电力技术. 2012(04)
[3]低压电力线载波通信新型组网模型性能分析[J]. 刘晓胜,张良,周岩,戚佳金,黄南天. 电工技术学报. 2012(11)
[4]欧洲电力线智能计量发展标准简介[J]. 朱满军,王斌,陶维青,汪丽丽. 电测与仪表. 2011(08)
[5]低压电力线载波通信网络自动组网方法研究[J]. 冉庆华,吴玉成,祁美娟. 电力系统保护与控制. 2011(10)
[6]低压电力线载波通信技术在用电信息采集系统中的应用[J]. 徐伟,王斌,姜元建. 电测与仪表. 2010(S2)
[7]影响低压电力线载波通信的主要因素分析[J]. 王立波,王珏昕,孟宇,张洪明,唐悦,张密. 供用电. 2010(03)
[8]低压电力线载波通信组网方法[J]. 刘柱,汪晓岩,蔡世龙. 电力系统通信. 2009(12)
[9]构建中国智能电网技术思考[J]. 肖世杰. 电力系统自动化. 2009(09)
[10]基于蚁群算法的低压配电网电力线通信组网方法[J]. 刘晓胜,戚佳金,宋其涛,李琰,徐殿国. 中国电机工程学报. 2008(01)
博士论文
[1]低压配电网电力线载波通信动态组网方法研究[D]. 戚佳金.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3444575
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