电力线载波通信抗干扰电路的制作方法

本发明设计涉及到电力电子领域，具体的，涉及电力电子设备的电力线载波通信抗干扰电路。

背景技术：

电力载波是电力系统特有的通信方式，它将信号送到电力线上进行传输。该技术主要应用于水、煤气、电表等的自动抄表系统、智能小区家居系统、配电网自动化、互联网接入等方面。由于通信所使用的频率一般在几百千赫兹以上，因此可以避开50赫兹工频电流的干扰。具有投资少、施工期短、设备简单、通信安全、实时性好、无中继和通信距离长等一系列优点。不需要重新架设网络等设备，可直接利用电网输配电线路进行远程通信，即只要有电线，就能进行数据传递。因此，电力线载波通信是地区网、省网乃至网局网的主要通信手段之一，是电力系统应用区域最广泛的通信方式，是电力通信网的重要的基本通信手段。

然而电力系统是个复杂的庞然大物，在电网下存在各种各样的逆变、整流、变频、滤波及大负载等设备，尤其是含有高频开关mosfet、晶闸管、igbt等器件的电力电子设备，如svg、apf、光伏逆变器等。

这些电力电子设备主要从两方面影响着电力载波通信：一方面，这些设备在工作的时候，电力电子开关管工作在一个高速开通关断的过程中，必然会产生与开关频率成倍数关系的谐波成分，由于不同电力电子设备的开关频率不一致，所以产生的谐波更是复杂多样的，低至几千赫兹，高则甚至为兆级频率，如果不采取有效的手段及保护措施，这些复杂的谐波直接通过输配电输网络进入电网中，由于这些高次谐波从几千赫兹到几百千赫兹不等，而我国电力线载波频率使用范围为40～500khz，载波频带带宽为4khz，当频率相同的谐波成分和通信信号相遇时，势必互相削弱和抵消，还有可能将谐波信号误当通信信号处理，造成数据异常等结果，所以，当我们所使用的通信频率固定以后，不可避免的会在特定通信频率点遇到同频率或者临近频率的谐波干扰，这对电力载波通信而言，极大影响了正常的数据传送，甚至造成根本无法通讯；另一方面，这些电力电子设备输出端往往存在较大的滤波电容，当设备接在电网上，这些电容相当于直接接在电网上，当高频的通信信号流过时，信号就会被直接滤掉。

而目前根据传输信道特性干扰及异常情况的分析，在电力电子行业内一般采用以下措施来降低干扰对通信的影响：

1、在电力电子设备的输出端串电感，比如某电力电子设备的输出为三相四线制，则可在三相线和中性线上串联合适电感。这种方式主要是利用电感的高频阻抗特性(z＝2πfl)来削弱设备和电网之间高频信号的来往，从而达到抑制干扰的目的。这种方式虽然可以一定程度上削弱干扰，但是理论上讲，单靠电感所产生的阻抗并不是无穷大的，所以抑制干扰的能力是有限的，事实也证明这样做的效果也不是很理想。再者，我们知道电力电子设备的输出相线上一般都会有交大的工频电流，所以在选择串联的电感时，必然得考虑电感的载流能力，就得增加电感的制造成本，一套设备至少使用四个电感，因此，无论是考虑到抑制效果还是考虑到经济效益，这种方式都不理想。

2、在设备输出端接滤波器，这种方式可以滤掉部分的干扰信号，但是解决不了电力电子设备输出电容对信号的吸收问题，由于电力电子设备的投入切出具有随机性，造成并接在电网上的电容容值不确定，所以可能当前情况可以正常通信，待其他设备投入之后就严重干扰到了通信，采用这样的抑制方式不仅成本高而且还是会产生通信不稳定的情况。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种结构简单、维护方便的电力线载波通信抗干扰电路。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电力线载波通信抗干扰电路，包括：谐振组件，所述谐振组件的一端与电源电连接，所述谐振组件的另一端与负载电连接；

接地电感，所述接地电感的一端与电源地电连接，所述接地电感的另一端与负载地电连接。

优选地，还包括第一滤波电容，所述第一滤波电容的一端与所述谐振组件的一端电连接，所述第一滤波电容的另一端与所述接地电感的一端电连接。

优选地，还包括第二滤波电容，所述第二滤波电容的一端与所述谐振组件的另一端电连接，所述第二滤波电容的另一端与所述接地电感的另一端电连接。

优选地，还包括第二滤波电容，所述第二滤波电容的一端与所述谐振组件的另一端电连接，所述第二滤波电容的另一端与所述接地电感的一端电连接。

优选地，所述谐振组件包括：

电感单元，所述电感单元的一端与电源电连接，所述电感单元的另一端与负载电连接；

电容单元，所述电容单元的一端与电源电连接，所述电容单元的另一端与负载电连接。

优选地，所述电感单元包括多个并联或者串联的谐振电感。

优选地，所述电容单元包括多个并联的谐振电容。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：采用在谐振频率附近，并联谐振组件的阻抗都远大于电感本身阻抗的原理，以高阻抗的形式从谐波源头阻隔谐波，可以通过改变谐振元件的参数，使电力电子器件所产生的谐波中与载波通信频率相同的谐波不能扩散至电网或一定程度上被削弱，或是与电网隔断或是旁路至大地，以至不足以威胁到电子载波通信，从而达到抑制干扰的目的。本发明能抑制电力载波通信中，各种谐波对通信的影响，保证通信质量，具有抗干扰效果显著、成本低、使用方便等特点，并具备一定的载流能力，能应用于大功率场合。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征.目的和优点将会变得更明显。

图1为谐振频率附近，并联谐振电路的阻抗与电感本身阻抗关系；

图2为本发明在实际使用时的位置示意图；

图3为本发明硬件电路图一；

图4为本发明硬件电路图二；

图5为本发明实际的第一种接法示意图；

图6为本发明实际的第二种接法示意图；

图7为多个本发明在实际使用的一种变形接法示意图；

图8为本发明接多个设备示意图；

图9为仅使用本发明部分电路的第一种接法示意图；

图10为仅使用本发明部分电路的第二种接法示意图；

图11为将本发明嵌入到电力电子设备内部的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改。

本发明的目的是提供一种基于lc谐振原理的电力线载波通信抗干扰设备。设备主要由lc谐振组件、第一滤波电容c1、第二滤波电容c2、接地电感l，组成。

lc谐振组件主要由电容单元和电感单元组成，理论上，当电容单元和电感单元发生并联谐振时，对谐振频率的信号阻抗无穷大，电容单元主要配合电感单元产生谐振，电感单元的作用除了发生谐振以为，还作为连接设备和电网的桥梁，故需要承受一定的工频电流，有一定的载流能力。

滤波电路主要由滤波电容(y电容)组成。很多时候地线和中线常常在变压器那边连在一起。而装置的中线和地线之间存在共模电压，这样共模电压会通过地线构成干扰回路，滤波电容(y电容)用于在装置侧滤掉共模电压的干扰。

接地电感l，主要用于隔断地线上信号的回路。防止信号通过地线流进设备被吸收掉，也可阻止部分未虑净的信号通过地线再次进入电网。

在实际使用中，各电表分别接于三相和中性线之间，直接通过输配电网络与集中器通信，因此，中性线和地线成为了构成回路的必要条件，同时也构成了干扰信号回路的条件，故只要减弱或旁路掉中性线和地线上的干扰信号，就能达到抑制干扰的目的。

本发明所涉及的电路采用在谐振频率附近，并联谐振组件的阻抗都远大于电感本身阻抗的原理(参见附图1)，以高阻抗的形式从谐波源头阻隔谐波，可以通过改变谐振元件的参数，使电力电子器件所产生的谐波中与载波通信频率相同的谐波不能扩散至电网或一定程度上被削弱，或是与电网隔断或是旁路至大地，以至不足以威胁到电子载波通信，从而达到抑制干扰的目的。

相比以上两种方式，本发明能较为彻底的解决干扰问题，技术难度不高，经济实用且效果非常显著。

谐振频率设置方法：

a)谐振原理

由电感单元(本实施例采用电感l)和电容单元(本实施例采用电容c)组成的并联谐振电路，电路导纳为y：

ω0＝2πf0

其中，

g为电容和电感的寄生电导；

为电感的感纳；

ω0c为电容的容纳；

f0为频率；

i为虚数。

当谐振组件外部输入电压的正弦频率达到某一特定频率f0(即该电路的谐振频率)时，谐振组件的导纳和感纳相等，此时y＝g，而g非常之小，由物理知识我们可以知道，此时电路阻抗r几乎无穷大，故谐振组件对外呈断路状态，此时即为并联谐振。

电路的谐振频率也称为电路的固有频率。由于谐振时电路的导纳和感纳相等，即

所以谐振角频率

由于ω0＝2πf0，所以谐振频率

它只由电路本身固有的参数电感量l和电容量c所决定。

b)选择lc参数

假设通信频率为ahz，谐振电感l与谐振电容c应满足如下公式：

其中l单位h，c单位为f。

一般来说，电感电容参数并不是很精确，所以上述计算过程只能粗略计算，为了更精确的调节至谐振点，可通过调整电路上贴片电容进行微调最终可使参数非常精确。

实际情况下，要提高谐振点阻抗，l不能太小，并且需要尽量减小电感和电容的等效串联电阻。电容需要选esr特别小的电容，一般可以选择耐压较高的llc电路用的电容，或者igbt的吸收电容。电感需要选用高频损耗小的磁芯，比如铁硅铝或者铁硅磁芯，优先选铁硅磁芯，因为它的磁导率随电流的增大下降的较慢。

实际使用时，电网、干扰源装置以及抗干扰设备三者如附图2所示，电力负载设备的n与电网n之间接入抗干扰设备，同时，抗干扰设备与负载大地相连并通过一个电感连接至电网大地。

系统参数根据需要可进行设置，将谐振频率准确的调节到通信频率，可以大大减小装置对通信频率电力载波信号的旁路和吸收。

滤波电路的作用：

仅仅在装置的输出n线上串联lc并联谐振组件可以解决载波信号被装置旁路吸收的问题，但并不能解决装置对抄表设备的干扰，电表中仍然能够检测到比较大的干扰，这说明还有其它干扰回路。实际上，很多时候地线和中线常常在变压器那边连在一起。而装置的中线和地线之间存在共模电压，这样共模电压会通过地线构成干扰回路，所以，在我们的电路中内置了一个中性线对地的滤波电容(y电容)，实际使用的时候，还需要再在电力负载设备地线输出上串联电感。

如图1～图11所示，本发明电力线载波通信抗干扰电路是基于谐振和滤波原理的电路的滤波装置，包含硬件及自定义接线方式。

本发明为单个设备使用，可将多个本发明集中做成多个设备公用的抗干扰设备，这也是采用本发明的设计构思，参见附图6。

本发明的lc谐振系数可根据需要更改，可以满足不同通信频率的抗干扰。采样本发明设计电路无论什么频段抗干扰的设计构思是一样的。

在干扰比较小的时候，为了减小成本，可仅仅使用谐振组件，参见附图8，或者仅使用滤波电容和接地电感l，，参见附图9。

本发明所诉的每个元件并不一定是单个的独立元件，可以是多个同类元件通过串并联的方式组合使用，例如谐振电容可以是多个电容并联组成，谐振电感可以是多个电感并联或者串联构成等等。这些变化并没有改变本发明的设计构思。

为了方便使用，本发明的外置接口可以做成能够同时容纳多台设备的多路接口，即使增加或者减少接口数，参见附图5。这也没改变本发明的设计构思。

根据实际使用情况，谐振组件的电容和电感的耐压值可选，谐振电容和电感的值可选，只要满足谐振参数即可，在大功率电力电子设备上使用时，要在选择载流量较高的电感作为谐振电感，本发明所设计电路适用于各种不同功率的场合，通过更改不同额定电流的电感，可进行匹配。

本发明所在使用时安装在靠近电力电子设备或者可以安装在电力电子设备内部，参见附图10，直接抑制干扰信号流进电网。

灵活选择输入输出接口时，需在电力电子设备接线一端安装电容，电容安装位置已经在本发明内部预留。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。