电力设备论文篇1

关键词风电发电设备；优化；设计

中图分类号TM62文献标识码A文章编号1674-6708（2012）69-0033-02

0引言

随着经济的发展和社会的不断进步，人们的生活水平逐渐提高，居民的用电需求增加，那么电力的供给成为一个重大问题，如何做好居民用电的正常供给，保证居民生活质量是目前关注的焦点问题。风力发电设备的出现不仅提高了发电的效率，而且无污染、促进节能社会的发展，因此，对风力发电设备的优化设计研究更显得具有现实意义。

1风轮机的不同等级

因为风轮机的功率和风速成正比，所以对风轮机进行合理设计，首当其冲考虑因素就是风力发电设备的具体场址、考虑地域特色，包括当地的地理环境和风情、当地的气候变化和风速等。根据相关规定，我国的风轮机分为五个不同的等级，前四个风轮机的风速规定分别是50m/s、42m/s、37m/s、30m/s。第五个等级的风轮机比较特殊，高于第一等级，风轮机的强度大、耐久性高、对第五个等级风轮机的界定根据不同的风速和风的变化情况而定[1]。

2风轮机的效率问题

风轮机的功率计算是风速、旋转圆的面积、空气的密度和功率，四者相乘的积。近些年来，高效率叶片不断开发和应用，旋转装置的消耗和损害逐渐减小，风电机的效率达到0.45左右。输出功率取决于风轮机的周速比。当T值不断接近数值6的时候，C值大约是0.6，这个数值是风轮机理论上应该达到的效率。但是实际中的风轮机效率呈曲线状分布。只有是大容量、大规格的发电设备才会采用规模化的风场，这时候的设备台数就很多。在评价某台发电设备效率时要充分考虑风轮机的风流问题，因为风的流速对风轮机的效率有很大影响。另外还要考虑到电网系统的输电效率等[2]。

3风轮机的风速限制

很多风力发电设备在还没有投入使用之前，就被强风或者是其他因素损失不好。因此要设备的设计阶段就要考虑设备机组的零件能够承受的最大压力和风速问题，不至于在投入使用前遭到损坏。一般的做法是通过气象台的报告数据和风情风向来决定设备的设计，也可以向气象机构咨询情况，一定要根据具体的自然环境设计发电机，否则制造出来的设备无法使用，浪费了资源。选择发电机承受的风速压力时，要充分考虑设备的安全余量，因为风力和风速成正比，如果风速过高，设备的承受能力就增强，带来的成本投入就比较高。反之，如果设备的性能和承受的风速压力较低，就会影响安全运行。因此要进行综合考虑，折中方式进行设计。根据相关规定，风力设备能够承受的最大风速是由五个风速标准决定的。现代化的不断发展，使得风电机组的设计完全采用自动化完成，如果台风来临，设备受到感应，根据风情的变化，设备会将情况反映到电脑上自动做出回应。这样减少了台风来临时对设备造成的损失。[3]即使如此详细的考虑，也不可避免的由于强风强降雨的原因导致树木等物品的飞落砸到发电设备，对设备造成损害，所以要尽量保持设备的设计完整。

4发电设备的造价和电价问题

风力发电设备的具体建设费用和运输的道路、操作中使用的配电线路以及其他设备相关。如果对其他因素进行有效地控制，只是单纯的增加设备的容量或者是设备的数量，那么风场的总容量就会扩大，从而降低了投入成本，减少了建设费用。大量的实践表明：如果设备的容量达到250kW，那么建设的费用为4万元/kW；如果容量增加到3000kW，建设的价格就会降到1.6万元/kW，如果容量更大，建设费用会降到更少。因此，风力发电设备的发展方向是朝着大容量进行的。一般而言：发电设备的建设费用主要包括这几项：一是发电机组的费用，占到百分之七八十；二是电气设备购买费用，这个占到10%左右；三是建设的土建工程费用找到5%左右，另外还有电力的消费花费，工程的管理费用等。从上述可以看出，发电机组的费用占据重要的位置，因此要减少投入成本就要想法设法减少发电机组的消费，通过降低建设费用，最终达到降低售点的价格费用，有利于电力行业的竞争。

5发电设备的机型对比

从发电设备的结构上看，风轮机分为水平轴、垂直轴。从结构型式上看，风轮机主要有和2种。水平轴又分为螺旋桨型、船帆翼型和多翼型；垂直轴分为宽翼型、灯笼型和半圆筒型。老式的风轮机构造是4个叶片，价格在一万元左右。灯笼型的发电设备叶片是圆括号，在美国和中国普遍使用，陀螺翼型的风轮机主要用在中国市场。大型的风轮机组采用的是螺旋桨型号，水平轴式的风轮机比垂直轴多。从动力学理论来分析，垂直轴式风轮机具有这样的优点：机子的性能和风向的变化没有多大的关系。机组的各种配置不受到高空高度的影响，这样的好处便于设备的优化设计，缺点也比较明显，需要增加材料的使用，需要比较大的开支。水平轴型号的风轮机应用也比较广泛，但是随着风向和风速的变化对设备的直径影响很大。

6发电设备的叶片数目

多数的风电设备是2到3个叶片式的风轮机。从本质上来说，两者没有太大的区别，但是三叶片的风轮机的周转速度比较低，2片风轮机的周转速度比较高。因此实际的操作和使用中要采用适当的方式处理，随机应变、因地制宜。同时在保证质量的同时降低设备的成本投入和资源的节省，实现电力行业的节能化、高效化发展，走可持续发展道路。

7结论

现实经验告诉我们，实用的电力设备开发和设计要重视实际需要，根据实际情况的不同量体裁衣，不仅要考虑成本的投入，更要注重质量的提升，保证电力设备的设计符合发电的要求，确保设备的安全可靠，风力发电设备的生产要能够满足居民的供电需要，保证社会的平稳发展。只有如此，才能保证风力发电行业在市场中立于不败之地。

参考文献

[1张登峰，郝伟，郝旺身，董辛文.模糊理论在风力发电设备状态评价中的应用[J].机械设计与制造，2011(11)：75-76.

电力设备论文篇2

分布式的电力设备监控系统是指，把电力线路监控仪采用网络化的组合形式进行整合，主机采用的是IBMPC586工业控制机。分布式电力设备监控系统的主要设备有：若干台线路监控仪、IBMPC586工业控制机、网络通信接口和调制解调器。此分布式电力设备监控系统维护起来比较简单，充分的利用了主机软、硬件等资源，并可与调度中心取得联系。

2线路监控仪---监控功能的实现机理

电力设备监控系统具有遥控和遥测的功能，完成了对电力设备的监测控制任务，可以将电力设备的关于地理分布、运行控制和性能状态等内容的数据集合到一处，然后经过远程网络传输到电力系统的控制中心，并建立起相应的实时数据库，还可以连接到互联网上任意一台计算机，实时地监控电力设备的运行状况。电力设备远程监控系统的硬件组成。由一个上位机和若干个下位机组成，且他们之间的数据通信采用GPRS进行。

各构件的安置位置：上位机在监控系统的管理中心，下位机则在电力设备的现场，且各个下位机构成一个独立的远程控制终端。下位机内有与电表进行RS-485数据传输通信的网络接口，以及各种传感器和输入-输出开关的接口等，以便配合电力设备自身带有的二次仪表。

下位机与上位机组成了两级的分布式电力设备控制系统，上位机具有工程师操作站的功能，完成遥控、遥测、故障分析、以及数据检索等任务。下位机是实时控制和在线控制的，它实现了远程数据的通信和电力设备的开关控制等功能，还对电力设备的电流等参数进行实时的检测。

3电力设备的远程图像采集终端

电力设备的远程图像监控系统包括：远程图像采集终端、CDMA数据网络、Internet互联网通信和网络中心四部份，它们为实时传输控制命令和图像等数据提供了必需的传输通道。首先，网络中心发出相应的控制命令，然后，远程控制采用某些方式进行电力设备图像的获取，也就是在终端拍摄到的关于电力设备的相应图片和视频等信息，借来来，再经由CDMA数据网络传输给Internet互联网，最后，原本IP地址已经固定好的网络终端接收到相应的数据信息，从而形成了实际意义上的电力设备的远程监控系统。

远程图像采集终端的组成包括：图像获取设备、电路、单片机和CDMA通信网络模块四部分，硬件连接如图1所示。它的功能主要包括下面几点：实现了自动报警和定时控制方式下的照片拍摄功能；利用USB数据接口进行硬件连接，再获取有用的图像信息，并对其进行必要的信息分解，依次按，首先UDP，其次IP，再次PPP网络协议的顺序对已经切分好的信息打包；CDMA通信模块与CDMA网络无线连接，完成了图像数据等的接收和发送，然后存取数据中的IP物理地址。

4结语

这里介绍的电力设备远程监测控制系统是基于网络通信技术的，实现了对电力设备的远程控制，避免了繁杂的人工巡检，数据传输的可靠性和准确性很高，且具有造价低、传输信道比较可靠，安装和使用比较方便等优点，可以对现场电力设备进行遥测和遥控，提高了电力设备的运行管理水平，可以快速、及时的找出电力设备潜在的、不易发现的严重故障，从而提高了电力设备故障的抢修率。

参考文献：

[1]宋宇澄.电力监控和数据采集系统[J].电子技术,1996,(11):10-12.

[2]孟昭勇.一种高性能电力监控仪[J].电力系统自动化,1998,(1):65-66.

[3]杨建华.分布式变电站电力监控系统[J].华北电力技术,1998,(11):53-56.

[4]伍爱莲.电力监控系统绘图软件包的设计[J].计算机工程与应用,1998(12):61-62.

[5]廖毅,陈文瑛,蒋燕.基于CAN总线的电力设备远程监控系统设计[J].机电产品开发与创新.2009,(22):152-156.

电力设备论文篇3

经过半个多世纪的不懈努力，辽宁大学已经成为一所具备文、史、哲、经、法、理、工、管、艺等多学科的辽宁省惟一的综合性大学。学校现有三个校区，即沈阳崇山校区、沈阳蒲河校区和辽阳武圣校区，教学区占地面积2196亩，建筑面积64.45万平方米，是国家“211工程”重点建设院校之一。

辽宁大学初创于1948年11月东北人民政府在沈阳建立的商业专门学校，建校之初即招收四年制本科生。1958年9月15日，东北财经学院、沈阳师范学院和沈阳俄文专科学校合并，组建成辽宁大学，朱德同志亲笔题写了校名。

学校现有专任教师1255人，其中教授281人、副教授476人，博士生导师99人，享受国务院政府特殊津贴专家83人，长江学者特聘教授2人，双聘院士1人。

学校现有本科专业69个;一级学科硕士学位授权点26个，二级学科硕士学位授权点158个，其中设有EMBA(高级管理人员工商管理硕士)、MBA(工商管理硕士)、MPA(公共管理硕士)、JM(法律硕士)、MTCSOL(汉语国际教育硕士)、MFA(艺术硕士)等21个专业学位授权点;现有理论经济学、应用经济学、工商管理、中国语言文学、哲学、法学、化学和统计学等8个一级学科博士学位授权点，具有二级学科博士学位授权点66个，有6个博士后流动站;设有世界经济、国民经济学和金融学3个国家重点学科、6个省重点一级学科;设有国家经济学基础人才培养基地、高校辅导员培训与研修基地和教育部人文社会科学重点研究基地——转型国家经济政治研究中心、辽宁大学—澳门城市大学澳门社会经济发展研究中心。学校有2个实验教学示范中心、6个省级人文社科重点研究基地、8个省级重点实验室、3个省级工程技术研究中心、1个省级工程实验室、6个省级实验教学示范中心、6个中央与地方共建高校特色优势学科实验室、12个中央财政支持地方高校教学实验平台、6个省高等学校创新团队。截止2014年4月，学校有全日制在校学生2.8万余人，其中本科生近2万人，研究生7000余人，外国留学生1000余人。

学校现有校舍建筑面积64.45万平方米，各类实验教学中心(室)28个，实习基地125个，教学科研仪器设备总值22564万元。公共服务体系建设较为完善，图书馆总面积达4.2万平方米，馆藏文献277.5万册，其中珍本、善本书300余种，被联合国出版部指定为联合国文献收藏图书馆，是国务院批准的“全国古籍重点保护单位”。学校设有历史博物馆、自然博物馆，珍藏2000余件文物和1.6万多号生物标本。校园网是中国教育和科研网的组成部分，已成为沈阳北部大学区域节点。

自建校以来，辽宁大学已为国家培养各类学生15万余人，为美国、日本、俄罗斯、韩国、意大利、英国、法国等94个国家培养长期留学生8000余人，短期留学生3000余人。学校分别与俄罗斯伊尔库茨克国立大学、立陶宛维尔纽斯大学、塞内加尔达喀尔大学共建孔子学院，精心打造的孔子学院品牌跨越亚、欧、非三大洲，国际化办学步入全新的发展阶段。

面对21世纪社会发展、时代进步的要求，辽宁大学秉承“明德精学、笃行致强”的校训精神，力争经过全体辽大人的扎实工作，早日把辽宁大学建设成为人才培养质量上乘、学科建设特色鲜明，整体办学实力国内先进、具有重要国际影响的高水平大学。

二、艺术类专业介绍

2015年我校艺术类共有艺术设计学、广播电视编导、广播电视编导(数码影视制作方向)、播音与主持艺术、摄影、表演、表演(民间艺术表演方向)、表演(民间器乐方向)、戏剧影视导演、戏剧影视文学10个专业(含方向)招生。

艺术设计学

本专业以传统造型艺术为基础。能够掌握艺术设计的基础理论与基本技能，懂得一定的管理知识，具备为企事业进行整体策划、创意与设计的能力。主要课程：设计管理学、设计概论、展示设计、计算机平面与三维设计、标志设计、创意广告、CI设计、多媒体动画设计、艺术概论、艺术鉴赏、表现技法等。

广播电视编导

本专业培养具备广播电视节目策划、创作、制作等方面的专业知识与能力，适合在广播电影电视系统和文化部门从事广播及电视节目编导、制作等方面工作的高级人才。主要课程：传播学、艺术学概论、电视艺术概论、影视作品分析、视听语言、电视节目制作、摄像技术、照明技术、电视节目策划、电视纪录片创作、广播电视节目主持等。

广播电视编导(数码影视制作方向)

本专业培养具备数码影视制作领域基本理论和专业技术，具备丰富的文化艺术知识，适合在电视台、广告公司、影视制作公司以及其它视频制作领域从事动画设计与制作、影视特效与包装、网页设计等工作的高级人才。主要课程：传播学、艺术学概论、动画创意与制作、影视策划与制作、电视摄像、剪辑技术、影视特效、影视照明、导演基础、编剧理论、电视广告等。

播音与主持艺术

本专业培养具备广播电视新闻传播、语言文学、播音学以及艺术、美学等多学科知识与能力，适合在广播电台、电视台及其它单位从事广播电视播音与节目主持工作的复合型高级人才。主要课程：播音发声、播音创作基础、广播播音主持、电视播音主持、文艺作品演播、播音学概论、新闻学概论、新闻采编、广播电视节目制作等。

摄影

本专业培养具备系统的图片摄影、电视摄像基本理论和知识，掌握具有专业水准的摄影、摄像技巧与技能，适合从事专业图片摄影、电视摄像等方面工作的复合型人才。主要课程：艺术学概论、摄影光学、色彩与构图、暗房技术、摄像技术、数码技术、人像摄影、新闻摄影、广告摄影、影像编辑艺术等。

表演

本专业培养具备丰富的文学和表演理论知识、塑造人物形象的表演技能和具有个性化创作意识的影视、戏剧表演方面的艺术人才。主要课程：表演基础、表演技巧、台词、形体、声乐、经典戏剧赏析、表演理论、艺术概论等。

表演(民间艺术表演方向)

本专业培养具备丰富的文学和表演理论知识，在表演上力求艺术性与生活性相结合、地域性与民族性相统一，具有浓厚地域特色的民间艺术表演及非物质文化遗产传承方面的艺术人才。主要课程：表演基础、台词、民族舞、民间舞与技巧、唱腔、乐理、声乐、剧目等。

表演(民间器乐方向)(类别：弦乐、管乐、弹拨乐、打击乐)

本专业培养具备丰富的文学、音乐表演理论知识，专业的独奏、重奏、合奏能力，适应“新民乐”等现代演奏需要的艺术人才。专业课程：独奏、重奏、合奏、乐曲改编。专业基础课：中外音乐史、民族民间音乐、音乐赏析、艺术概论、乐理、视唱练耳、和声、形体、声乐。

戏剧影视导演

本专业培养具备丰富的文学、导演理论知识和导演、创作技能的影视导演方面的艺术人才。主要课程：表演基础、英语、舞台导演元素、台词、导演理论、舞台美术、经典作品赏析、影视剧作、艺术概论、视听语言、影视导演创作等。

戏剧影视文学

电力设备论文篇4

【论文摘要】汽车电气设备构造与维修课程是汽车专业的一门主干课程。随着汽车机电一体化程度的不断加深,推行实践教学成为该课程关键。如何培养优秀人才,促进汽车专业特色建设,培养学生实战能力,成为教师专业素质的重要衡量标准。教师要在课程的实践教学中注重学生实战能力的培养。

汽车电气设备构造与维修课程是汽车运用与维修专业的一门重要课程,是从事汽车修理行业,特别是现代汽车修理的必备知识。其课程主要包括汽车电气设备的构造、原理、特性、使用、维修、故障检测判断与排除等内容,需要电工学、电子学、物理及电工学等知识,兼具理论性和实践性。

一、汽车电气设备构造与维修课程实践教学存在的问题

实验设备不足。实践教学主要方式为以班级为整体的演示性教学。演示性教学不仅要求教师正确讲解,更重视学生的动手操作。实验室设备台套数不足,学生很难有操作机会,不能实际操作,教师也不能预计学生操作过程中可能出现的状况,无法进行针对性讲解,完全不能发挥学生的能动性和教师的指导作用。

学生主导地位不突出。教学过程中,教师通常根据生产实际设置故障,然后带领学生进行分析、诊断和排除,不能培养学生的独立判断能力。

实践指导教师队伍教学脱节。实践指导队伍有理论课和实践课。理论课教师不注重实践训练,实践课老师不注重理论学习,造成理论和实践的脱节,重复教学但是效果不佳。教学队伍的“断层”不利于高素质应用型人才的培养,尤其是汽车这种实践性较强的学科。

反馈信息无法测评。教师的教学效果,学生是否在实践过程中掌握了理论知识,并能独立操作,都无法进行测评。学生的反馈信息无法传达到教师那里,造成单向教学,教学效果势必受影响。

二、汽车电气设备构造与维修课程实践的教学方向

设计教学模块,明确目标。

鉴于汽修专业学生的就业岗位主要集中在汽修、售后或相关部门,该专业学生首先必须掌握构造原理特性等基础知识;其次必须具有独立的故障判断、排除等修理技能。此外,还应了解汽车电气设备的型号、性能特点以及相关设备使用等技能。根据以上情况,可以将教学工作分为如下几个模块:第一模块:种类型号模块。该模块主要就汽车电气的种类、型号、型号特性等进行分析讲授。第二模块:原理特性模块。该模块为基础模块,通过原理和特性掌握,为下一步学习故障判断和排除打下基础。第三模块:构造、拆装、检修模块。第三模块和第二模块结合,理论和实践相结合,通过实物演示和操作,便于进一步理解和掌握理论。第四模块:识图、接线、故障判断和排除模块。该模块是教学工作的关键,是汽修专业必备的专业技能。第五模块:仪器设备使用模块。该模块要求学生认识使用仪器设备,学会用才能会修。以上模块的划分,是为了使教学知识点更为集中,方便教学工作开展和学生学习。

一体化教学。

所谓一体化教学,就是指课堂教学为主线,辅助教学设备为载体,理论和实践相结合,视觉、听觉和行动为一体,听课、提问、实践操作相贯通,全方位教学。一体化教学的出发点,是使学生的能力得到最大化的培养,不仅要注意理论与实践的相互结合,更要注意各个模块的相互渗透,以能力为主线,全方位实施。严格遵循教学规律,结合学生实习,充分利用课堂和校外场所等教学资源,逐步深入、循序渐进;注重师生互动,以教师为主导,以学生为主体,使学生获得实实在在的能力。

需要注意的是,实行一体化教学,需要把握以下几个环节:合理设计教学模块,教学模块是一体化教学的依据,教学模块的设计,但一定要考虑本专业就业岗位的需要,在遵循课程教学体系的基础上进行设计;以循序渐进为原则,注意模块之间的相互关系,由浅到深,从基础到专业,避免“断层”;处理好理论教学和实践教学的比例关系,不能过分注重理论学习,更不能盲目增加实践学习时间,造成理论和实践比例失当,可以将理论学习放在实践教学中;突出学生的主体地位,切忌“满堂灌”,加强师生互动,活跃课堂氛围。

三、汽车电气设备构造与维修课程实践教学的具体措施

实行“三位一体”的教学方法。即汽车电气设备构造与维修课程的现场教学、技能训练、模拟故障三者结合,以学生为主体,以教师为主导,教学工作围绕学生实际操作技能开展。通过现场教学进行实践,通过学生实际操作进行理论学习,提高学生学习积极性。

实行“协作学习”的组织模式。协作教学的组织模式是基于汽车电气设备构造与维修课程自身的特点而定。该课程的教学计划中,包括蓄电池的结构与工作原理的认知、充电系统和故障诊断、汽车空调系统的故障判断和排除等,都有大量实践环节,加上教学设备、实践导师缺乏和学生自身兴趣等原因,引入“协作学习”模式很有必要。协作学习指以学生为中心、培养学生与学生之间的团结协作能力精神为宗旨,根据学生成绩、技能水平和学生兴趣,随机分成不同档次,组成协作小组。协作学习不仅培养了学生之间的团结协作精神,对促进学习效果,提高学生学习积极性,提高教学质量都有很大的作业。

实行“理论加实践”的考核模式。传统考核模式侧重于理论(理论成绩70%,实践成绩20%,平时成绩10%),忽视实践成绩,不利于学生综合能力的提高和教学质量的总体上升。“理论加实践”的考核模式,就是给予理论成绩和实践成绩对等的地位,提高实践所占比重,促使学生加强实践能力的训练,加强理论和实践的结合,提高自身的综合能力。同时增加实践成绩的比重,也避免了学生在考核过程中滥竽充数、相互抄袭的现象,保证了考核的真实性。

结语:

汽车电气设备构造与维修课程实践教学本身就是理论教学和实践教学相结合,突出实践教学的地位,将理论教学融入实践教学,避免脱节。本文从汽车电气设备构造与维修课程实践教学存在的问题出发,从教学方法和具体实施方面进行分析,提出一体化教学,三位一体和协作学习等模式。笔者希望以上模式能对汽车电气设备构造与维修课程实践教学提供参考价值,促进教学质量的提高,为汽修行业培养更多专业化人才。

参考文献:

[1]冯崇毅.汽车电子控制技术[M]北京:机械工业出版社,2004.

郭斌峰.汽车电气设备的构造与维修课程实践教学新法[J]企业技术开发,2010,22.

电力设备论文篇5

随着社会的进步和技术的发展，多媒体业务不断增长，人们对网络带宽的要求也随之增长。

通信网正向着IP化、宽带化方向发展。通信网由传输网、交换网和接入网三部分组成。目前，我国传输网已经基本实现数字化和光纤化；交换网也实现了程控化和数字化；而接入网仍然是通过双绞线与局端相连，只能达到56kb／s的传输速率，不能满足人们对多媒体信息的迫切需求。对接入网进行大规模改造，以升级到FTTC(光纤到路边)甚至FTTH(光纤到户)，需要高昂的成本，短期内难以实现。XDSL技术实现了电话线上数据的高速传输，但是大多数家庭电话线路不多，限制了可连接上网的电脑数，而且在各房间铺设传输电缆极为不便。最为经济有效而且方便的基础设备就是电源线，把电源线作为传输介质，在家庭内部不必进行新的线路施工，成本低。电力线作为通信信道，几乎不需要维护或维护量极小，而且可以灵活地实现即插即用。此外，由于不必交电话费，月租费便宜。

电力线高速数据传输使电力线做为通信媒介已成为可能。铺设有电力线的地方，通过电力线路传输各种互联网的数据，就可以实现数据通信，连成局域网或接入互联网。通过电源线路传输各种互联网数据，可以大大推进互联网的普及。此项技术还可以使家用电脑及电器结合为可以互相沟通的网络，形成新型的智能化家电网，用户在任何地方通过Internet实现家用电器的监控和管理；可以直接实现电力抄表及电网自动化中遥信、遥测、遥控、遥调的各项功能，而不必另外铺设通信信道。因此，研究电力

线通信是十分必要的。

1OFDM基本原理

正交频分复用OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)是一种正交多载波调制MCM方式。在传统的数字通信系统中，符号序列调制在一个载波上进行串行传输，每个符号的频率可以占有信道的全部可用带宽。OFDM是一种并行数据传输系统，采用频率上等间隔的N个子载波构成。它们分别调制一路独立的数据信息，调制之后N个子载波的信号相加同时发送。因此，每个符号的频谱只占用信道全部带宽的一部分。在OFDM系统中，通过选择载波间隔，使这些子载波在整个符号周期上保持频谱的正交特性，各子载波上的信号在频谱上互相重叠，而接收端利用载波之间的正交特性，可以无失真地恢复发送信息，从而提高系统的频谱利用率。图1给出了正交频分复用OFDM的基本原理。考虑一个周期内传送的符号序列(do，d1，…，dn-1)每个符号di是经过基带调制后复信号di=ai+jbi，串行符号序列的间隔为t=l／fs，其中fs是系统的符号传输速率。串并转换之后，它们分别调制N个子载波(fo，f1，…，fn-1)，这N个子载波频分复用整个信道带宽，相邻子载波之间的频率间隔为1／T，符号周期T从t增加到Nt。合成的传输信号D(t)可以用其低通复包络D(t)表示。

其中ωi=-2π·f·i，f=1／T=1／Nt。在符号周期[O，T]内，传输的信号为D(t)=Re{D(t)exp(j2πfot)}，0≤t≤T。

若以符号传输速率fs为采样速率对D(t)进行采样，在一个周期之内，共有N个采样值。令t=mt，采样序列D(m)可以用符号序列(do，d1，…，dn-1)的离散付氏逆变换表示。即

因此，OFDM系统的调制和解调过程等效于离散付氏逆变换和离散付氏变换处理。其核心技术是离散付氏变换，若采用数字信号处理(DSP)技术和FFT快速算法，无需束状滤波器组，实现比较简单。

2电力线数传设备硬件构成

电力线数据传输设备的硬件框图如图2所示。

2.1数字信号处理单元TMS320VC5402

用数字信号处理的手段实现MODEM需要极高的运算能力和极高的运算速度，在高速DSP出现之前，数字信号处理只能采用普通的微处理器。由于速度的限制，所实现的MODEM最高速度一般在2400b／s。自20世纪70年代末，Intel公司推出第一代DSP芯片Intel2920以来，近20年来涌现出一大批高速DSP芯片，从而使话带高速DSPMCODEM的实现成为可能。

TMS320系列性价比高，国内现有开发手段齐全，自TI公司20世纪80年代初第一代产品TMS32010问世以来，正以每2年更新一代的速度，相继推出TMS32023、TMS320C25、TMS320C30、TMS320C40以及第五代产品TMS320C54X。

根据OFDM调制解调器实现所需要的信号处理能力，本文选择以TMS320VC5402作为数据泵完成FFT等各种算法，充分利用其软件、硬件资源，实现具有高性价比的OFDM高速电力线数传设备。

TMS320C54X是TI公司针对通信应用推出的中高档16位定点DSP系列器件。该系列器件功能强大、灵活，较之前几代DSP，具有以下突出优点：

速度更快(40～100MIPS)；

指令集更为丰富；

更多的寻址方式选择；

2个40位的累加器；

硬件堆栈指针；

支持块重复和环型缓冲区管理。

2.2高频信号处理单元

主要实现对高频信号的放大、高频开关和线路滤波等功能，并最终经小型加工结合设备送往配电线路。信号的放大包括发送方向的可控增益放大(前向功率控制)，接收方向AGC的低噪声放大部分。其中高频开关完成收发高频信号的转换，实现双工通信。同时使收发共用一个线路滤波器，这样可以节省系统成本。2．3RS一232接口单元

用户数据接口采用RS一232标准串行口。串口的数据中断采用边沿触发中断，串口中断程序完成用户数据的发送与接收。将接收到的用户数据暂存到CPU的发送缓冲区中，等到满一个突发包时就发送到DSP进行处理。

3参数设计

3．1保护时间的选择

根据OFDM信号设计准则，首先选择适当的保护时间，=20μs，这能够充分满足在电力系统环境下，OFDM信号消除多径时延扩展的目的。

3．2符号周期的选择

T200μs，相应子信道间隔，f<5kHz，这样在25kHz带宽内至少要划分出5个子信道。另外子信道数不能太多，增加子信道数虽然可以提高频谱传输效率，但是DSP器件的复杂度也将增加，成本上升，同时还将受到信道时间选择性衰落的严重影响。因此，考虑在25kHz的带宽内采用7个子信道。

3.3子信道数的计算

子信道间隔：

各子信道的符号周期：T=250μs

考虑保护时间：=20μs，则有Ts=T+=270μs

各子信道实际的符号率：

总的比特率：3.71kbps×25子信道×2b／symbol=185.5kb／s

系统的频谱效率：β=185.5kbps／100kHz=1.855bps／Hz<2bps／Hz

可以看出，这时系统已经具有较高的频谱效率。25路话音信号总的速率与经串并变换和4PSK映射后的各子信道上有用信息的符号率相比，每个子信道还可以插入冗余信息用于同步、载波参数、帧保护和用户信息等。需要指出的是：

①由于OFDM信号时频正交性的限制条件，在此设计中尽管采用了25个子载波并行传输也只能传25路语音。如果要传8路语音，经串并转换和16QAM映射后，各个子信道上有用信息的符号率为1.855bps／Hz，最多还可以插入的冗余信息为O.145bps／Hz，在实际传输中这是很难保证的传输质量的，因此该设计相对于M-16QAM采用4个子载波传输6路话音并不矛盾。

②在此设计中，为冗余信息预留了较多的位，其冗余信息与有用信息的比值为0.59，大于iDEN系统的0.44。这是考虑到OFDM信号对于载波相位偏差和定时偏差都较为敏感，这样就可以插入较多的参考信号以快速实现载波相位的锁定、跟踪及位同步；另一方面对引导符号间隔的选择也较为灵活，在设计中选择引导符号间隔L=10。

③OFDM信号调制解调的核心是DFT／IDFT算法。目前，普遍采用DSP芯片完成DFT／IDFT，因此有必要对设计所需的DSP性能进行估计。根据设计要求，至少要能在250μs内完成32个复数点的FFT运算。我们知道，N个复数点的FFT共需要2Nlog2N次实数乘法和3Nl0g2N次实数加法。假设实数乘法和实数加法都是单周期指令，以32个复数点为例，这样共需要800个指令周期，即20μs，因此采用TMS320VC5402能够满足设计要求(TMS320VC5402的单指令周期为10ns)。

4.1调制部分的软件设计

此程序作为子程序被调用之前，要发送的数据已经被装入数据存储器，并将数据区的首地址及长度作为入口参数传递给子程序。程序执行时，首先清发送存储器，然后配置AD9708的采样速率，之后允许串行口发送中断产生，使中断服务程序自动依次读取发送存储器中的内容，送入AD9708变换成模拟信号。之后程序从数据存储器读取一帧数据，经编码，并行放入IFFT工作区的相应位置，插入导频符号并将不用的点补零。随后进行IFFT，IFFT算法采用常用的时域抽点算法DIT，蝶形运算所需的WN可查N=512字的定点三角函数表得到。由于TMS320VC5402的数值计算为16位字长定点运算方式，所以IFFT采用成组定点法，既提高了运算精度又保证了运算速度。然后对IFFT变换后的结果扩展加窗，并将本帧信号的前扩展部分同上帧信号的后扩展部分相加，加窗所需窗函数可查表得到。窗函数存放在窗函数表中，是事先利用C语言浮点运算并将结果转换为定点数存放在表中的。

经实测，从读取串行数据到加窗工作完成最多占用75个抽样周期(75×125μs)的时间，而发送一帧信号需512+32=544个抽样周期(544×125μs)。这说明C5402的运算速度足够满足需要。

当上一帧信号发送完毕，程序立即将以处理好的本帧信号送入发送存储器继续发送，并通过入口参数判断数据是否发送完毕。

4.2解调部分的软件设计

用TMS320VC5402实现的流程分同步捕捉及解调两个阶段。同步捕捉阶段执行时，首先清接收存储器，配置AD9057的采样速率，然后开串行口接收中断，使接收中断服务程序接收来自AD9057的采样数据并依次自动存入接收存储器。

每得到一个新的样点，程序先用DFT的递推算法解调出25路导频符号，并对导频均衡。之后分别同参考导频符号矢量600h+j600h进行点积，这里用导频符号矢量的实部与虚部的和代替点积，即可反映相关函数的规律，以简化运算。求得25路导频与参考导频的相关值后暂时保存，并分别与前一个样点所保存的各导频相关值比较(相减)，用一个字节保存比较结果的正负号(每路导频占1bit)。在处理前一个样点的过程中，也用一个字节保存它同其前一样点的导频相关值比较的正负号。对这两个字节进行简单的逻辑运算，即可判断出各导频是否在前一个样点处出现峰值。倘若25路导频中有20个以上的导频同时出现峰值，则认为该样点以前的N=512个样点即为捕捉到的一帧信号，程序进入解调阶段；否则等待接收新的采样点继续进行同步捕捉。

解调阶段首先对捕捉到的帧信号进行实信号的FFT变换，仍然采用成组定点法，之后进行均衡。然后利用导频算出本地抽样时钟的延迟τ，在计算中应尽量避免出现除法，可将常数分母取倒数后提前算出，作为乘法的系数。为了保证其后二维AGC的精度，计算中τ精确到O.1μs。接下来根据τ调整抽样时钟，程序将调整量通知串行口发送中断服务程序后，继续执行二维AGC，而由中断服务程序在每次中断响应时间命令，每次可以调整下一采样时刻提前(或落后)1μs。

二维AGC分两步进行。首先根据τ对均衡后的调制矢量进行相位校正，这里需要利用FFT变换所使用的512字的三角函数表，用一个指针指向三角函数表的表头，根据τ及三角函数表角度间隔算出多少路子信道才需要将指针下移一格，通过这种查表的方法可以简洁地确定各子信道的校正量。经相位校正后，即可利用导频进行幅度校正。

接下来经判决，并／串变换及解码即可解调出本帧数据。然后对均衡器的权值采用LMS算法进行调节。程序通过对这部分信号进行简单的幅值门限分析，很容易判断出是否收到了信号。若有则继续接收；否则结束返回。