專利名稱：一種配電網(wǎng)工頻通訊系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種通訊系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種利用中低壓配電網(wǎng)來傳輸數(shù)據(jù) 的配電網(wǎng)工頻通訊系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
配電網(wǎng)是電力網(wǎng)的重要組成部分，位于電網(wǎng)的末端，主要完成電能的輸送與分
配，具有分布的廣泛性。如圖1所示，在此電力配電網(wǎng)系統(tǒng)中，高壓線路是指10kV 以上的電力線路，中壓線路我國典型的是10kV線路，低壓線路是指單相220V線路。 利用已有的配電網(wǎng)在配送電能的同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)信息，如水、電、氣抄表數(shù)據(jù)和電力 負(fù)荷控制，無疑是非常方便、經(jīng)濟(jì)的方式。對(duì)輸電網(wǎng)而言，電力線載波通信的應(yīng)用 已經(jīng)較為成熟。與輸電網(wǎng)不同，配電網(wǎng)存在分支多、負(fù)荷類型復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 多變、噪聲干擾大的因素，所以并不是一個(gè)理想的通訊環(huán)境。國內(nèi)外現(xiàn)有的中、低 壓配電網(wǎng)載波通訊普遍存在可靠性較差、有效傳輸距離短的困難，主要原因是載波 信號(hào)的頻率處于高頻段(40kHz 500kHz)，電網(wǎng)對(duì)載波信號(hào)傳輸衰減大，傳輸距離 近，遠(yuǎn)距離傳輸需要中間裝置，如中繼器；另一方面，配電網(wǎng)中的配電變壓器對(duì)高 頻載波信號(hào)是一個(gè)天然的阻波器，信號(hào)不能穿透變壓器傳輸，只能在同一個(gè)電壓等 級(jí)范圍內(nèi)傳輸?，F(xiàn)有的能夠穿過配電變壓器傳輸?shù)囊纛l脈動(dòng)載波和超窄帶載波，載 波信號(hào)頻譜在2kHz以下的低頻頻段，這兩種技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)下行和上行的單向傳輸， 不能夠雙向通訊，攜帶信息的載體仍然是疊加在電力線上的低頻或甚低頻載波信 號(hào)。因此研制一種信號(hào)可以穿透配電變壓器，能夠遠(yuǎn)距離且雙向傳輸?shù)耐ㄓ嵪到y(tǒng)成 為具有現(xiàn)實(shí)意義的需求。

實(shí)用新型內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的目的是提出一種利用已有的配電網(wǎng)電力線路資 源，通過工頻電壓過零點(diǎn)附近電壓和電流波形的微小畸變來傳輸信息的配電網(wǎng)工頻 通訊系統(tǒng)，以達(dá)到信號(hào)可以穿透配電變壓器、遠(yuǎn)距離、雙向、可靠傳輸信息的效果。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案 一種配電網(wǎng)工頻通訊系統(tǒng)， 它包括變電站，所述變電站二次側(cè)的母線以輻射狀引出多條饋線，所述饋線通過配 電變壓器連接低壓電力線路，其特征在于在所述變電站內(nèi)安裝主站裝置，在所述 低壓電力線路的任一終端節(jié)點(diǎn)處安裝若干個(gè)用戶端收發(fā)裝置；所述主站裝置包括主 控制器、接收電路、發(fā)送電路、調(diào)制變壓器四部分，所述主控制器連接所述發(fā)送電
路，所述發(fā)送電路連接所述調(diào)制變壓器，所述調(diào)制變壓器接入到所述變電站的母線， 所述接收電路通過安裝在饋線出口處的電流互感器接入所述變電站的饋線，所述接 收電路連接所述主控制器；所述用戶端收發(fā)裝置包括接收電路和發(fā)送電路，所述接 收電路和發(fā)送電路直接并接在所述低壓電力線路的火線和零線之間。
在所述主站裝置的發(fā)送電路中設(shè)置有一調(diào)制電路，所述調(diào)制電路并接在所述調(diào) 制變壓器低壓側(cè)的相線與零線之間。
在所述用戶端收發(fā)裝置的發(fā)送電路中設(shè)置有一調(diào)制電路，所述調(diào)制電路并接在 低壓電力線路的火線與零線之間。
所述調(diào)制電路由發(fā)送調(diào)制元件和Rc、 Lc參數(shù)調(diào)節(jié)元件串聯(lián)組成。
所述發(fā)送調(diào)制元件為晶閘管開關(guān)，所述Rc參數(shù)調(diào)節(jié)元件為限流電阻器，所述 Lc參數(shù)調(diào)節(jié)元件為電感線圈。
本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新 型的信號(hào)利用電網(wǎng)電壓和電流波形的微小畸變來攜帶信息實(shí)現(xiàn)的一種獨(dú)特的電力 線通信技術(shù)，也稱之為工頻波畸變通信技術(shù)。工頻電壓、電流波傳輸過程信號(hào)無泄 漏和旁路，衰減小，并且信號(hào)可穿透配電變壓器實(shí)現(xiàn)跨臺(tái)區(qū)通信，減少了地域性的 限制。2、本實(shí)用新型的主站裝置設(shè)計(jì)了發(fā)送電路和接收電路，因此實(shí)現(xiàn)完全直接 的雙向通信。3、本實(shí)用新型的信號(hào)在過零點(diǎn)附近調(diào)制，對(duì)電網(wǎng)本身的頻率和幅值 變化不敏感，因此抗干擾能力強(qiáng)，且所需的調(diào)制功率小，易于實(shí)現(xiàn)。4、本實(shí)用新 型利用現(xiàn)有的中、低壓配電網(wǎng)為傳輸載體，無需額外通信線路，成本低廉。本實(shí)用 新型可以廣泛用于水、電、氣三表數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程抄表和電力負(fù)荷控制及電能量遠(yuǎn)程采集 等領(lǐng)域。

圖l是電力配電網(wǎng)示意圖
圖2是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是本實(shí)用新型的工頻畸變波調(diào)制電路示意圖
圖4是經(jīng)本實(shí)用新型調(diào)制后的工頻畸變波示意圖具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的通訊方法具有兩個(gè)特征1、利用電力工頻50Hz波形本身作為信
息傳輸?shù)妮d體，而不同于常規(guī)的電力線載波通訊，是利用疊加在電力線工頻波之上 的中高頻或低頻載波信號(hào)作為信息的載體，所以本通訊系統(tǒng)稱之為工頻通訊，主要
應(yīng)用在中低壓電力配電網(wǎng)。2、通訊信號(hào)是以工頻電壓過零點(diǎn)附近人為產(chǎn)生的工頻 電壓和電流波形的微小畸變來表示信息，發(fā)生了微弱畸變的波形是工頻50Hz波形4頁
的一部分，信號(hào)頻率低(200Hz 500Hz)，配電網(wǎng)對(duì)信號(hào)衰減很小，信號(hào)可直接穿 透配電變壓器傳輸。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖2所示，本實(shí)用新型的通訊系統(tǒng)是由一臺(tái)主站裝置1和若干個(gè)用戶端收發(fā) 裝置2通過電力配電網(wǎng)組成的配電網(wǎng)工頻通訊系統(tǒng)，它采用一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的主從式通 訊系統(tǒng)，以半雙工的方式進(jìn)行通訊。通訊信號(hào)分為下行信號(hào)和上行信號(hào)，從主站裝 置1到用戶端收發(fā)裝置2傳輸?shù)男盘?hào)定義為下行信號(hào)，從用戶端收發(fā)裝置2到主站 裝置1方向的信號(hào)定義為上行信號(hào)。由于本實(shí)用新型的信號(hào)可以穿透10kV/380v配 電變壓器3，這樣整個(gè)變電站4范圍只需一臺(tái)主站裝置1，主站裝置1主要包括主 控制器11、接收電路12、發(fā)送電路13和調(diào)制變壓器14四部分，主站裝置1 一般 安裝在變電站4內(nèi)，從各條饋線出口的電流互感器CT上提取電流信號(hào)，接收該變 電站4范圍內(nèi)低壓配電網(wǎng)上所有用戶端收發(fā)裝置2發(fā)送的上行調(diào)制電流信號(hào)。
電力配電網(wǎng)是一個(gè)恒壓供電網(wǎng)絡(luò)，由中壓(在我國典型的是10kV)電力線路、 10kV/380v配電變壓器3、 220V低壓電力線路構(gòu)成，它作為本實(shí)用新型的通訊媒介。 用戶端收發(fā)裝置2主要包括接收電路和發(fā)送電路，可以是多個(gè)，分別安裝在低壓電 力線路的任一終端節(jié)點(diǎn)處，接收電路和發(fā)送電路直接并接在低壓電力線路的火線 (L)和零線(N)之間，同樣所有的用戶端收發(fā)裝置2都可以接收主站裝置1發(fā)出
的下行調(diào)制電壓信號(hào)。
在變電站4，主變壓器將電網(wǎng)輸送來的高壓降為10kV中壓，通過二次側(cè)10kV 母線以輻射狀向多條10kV饋線供電，在10kV饋線的出口安裝有保護(hù)、計(jì)量或測(cè)量 用的電流互感器CT。每條饋線包含A、 B、 C三條相線，出變電站4向中壓用戶配送 電能。每條饋線上一般接有多臺(tái)10kV/380v配電變壓器3，將10kV中壓降為單相 220V電壓向低壓用戶供電。
下面分下行和上行信號(hào)的傳輸來說明本實(shí)用新型的通訊過程。 主站裝置1與用戶端收發(fā)裝置2之間下行通訊主站裝置1中的主控制器11 負(fù)責(zé)通訊的控制和處理，主控制器ll發(fā)出的下行數(shù)據(jù)，由發(fā)送電路13根據(jù)編碼規(guī) 則在工頻電壓過零點(diǎn)附近產(chǎn)生瞬間的脈沖調(diào)制大電流i。(峰值300 400A，持續(xù)時(shí)間 1 3ms)，該瞬間調(diào)制大電流i。通過調(diào)制變壓器14注入到變電站10kV母線，調(diào)制 變壓器14同時(shí)起到了將主站裝置1與10kV高壓隔離的作用。注入到10kV母線上 的瞬間調(diào)制大電流i。由于主變壓器線圈漏感的作用產(chǎn)生一個(gè)電壓降疊加在工頻電 壓上，使得工頻電壓波形在過零點(diǎn)附近產(chǎn)生微弱的畸變。這樣攜帶著調(diào)制信息的工 頻電壓畸變波向整個(gè)中低壓配電網(wǎng)廣播，穿過10kV/380v配電變壓器3傳輸?shù)降蛪?br> 線路，用戶端收發(fā)裝置2的接收電路檢測(cè)微弱的畸變波形，識(shí)別并恢復(fù)出主站裝置 1發(fā)出的數(shù)據(jù)信息，完成主站裝置1到用戶端收發(fā)裝置2的下行通訊。
用戶端收發(fā)裝置2與主站裝置1之間上行通訊用戶端收發(fā)裝置2發(fā)出的上行 數(shù)據(jù)，由發(fā)送電路根據(jù)編碼規(guī)則在工頻電壓過零點(diǎn)附近產(chǎn)生瞬間的脈沖調(diào)制電流i。 (峰值20 40A，持續(xù)時(shí)間1 3ms)，該調(diào)制電流L疊加在負(fù)荷電流波形上，并隨負(fù) 荷電流波傳輸?shù)阶冸娬?0kV饋線上，安裝在10kV饋線出口的電流互感器CT變換 負(fù)荷電流為小電流信號(hào)，同時(shí)起到隔離高壓的作用。主站裝置1中的接收電路12 從電流互感器CT 二次側(cè)采集電流信號(hào)，在電壓過零點(diǎn)時(shí)刻檢測(cè)出用戶端收發(fā)裝置2 發(fā)出的微弱畸變了的調(diào)制電流i。，根據(jù)編碼規(guī)則識(shí)別并恢復(fù)用戶端收發(fā)裝置2發(fā)出 的數(shù)據(jù)信息，完成用戶端收發(fā)裝置2到主站裝置1的上行通訊過程。
工頻波畸變的產(chǎn)生是本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，選擇在工頻電壓過零點(diǎn)附近 產(chǎn)生波形畸變而不是在波峰，是因?yàn)樵谶^零點(diǎn)附近(前后30°內(nèi))，改變波形進(jìn)行 信號(hào)調(diào)制能量最?。涣硪环矫?，信號(hào)的接收檢測(cè)，可以以過零點(diǎn)作為同步，有利于 信號(hào)的檢測(cè)識(shí)別，同時(shí)在工頻電壓過零點(diǎn)時(shí)刻，電網(wǎng)的負(fù)荷及各種干擾噪聲最少。
如圖3、圖4所示，下面簡述工頻波畸變產(chǎn)生的原理。在上行通訊過程中，發(fā) 送調(diào)制元件為晶閘管開關(guān)SCR，串連Rc、 Lc參數(shù)調(diào)節(jié)元件并接在220V低壓電力線 路上，Rc參數(shù)調(diào)節(jié)元件為限流電阻器，Lc參數(shù)調(diào)節(jié)元件為電感線圈。當(dāng)晶閘管開 關(guān)SCR受控制極S在工頻電壓過零點(diǎn)前AT/2時(shí)刻閉合時(shí)，產(chǎn)生的調(diào)制電流i。將引 起一個(gè)電壓降落，當(dāng)調(diào)制電流i。到達(dá)零點(diǎn)時(shí)晶閘管自動(dòng)斷開，此時(shí)降落了的電壓疊 加于工頻電流波形Ic上，在過零點(diǎn)附近形成一個(gè)調(diào)制了的工頻畸變電流波，通過 調(diào)整Rc、 Lc的參數(shù)可以得到所要求的調(diào)制信號(hào)強(qiáng)度。經(jīng)過調(diào)制產(chǎn)生的工頻畸變電 流波和調(diào)制電流ic在電力線路上低損耗地傳播，并可以穿透配電變壓器傳輸3，最 終被接收電路12檢測(cè)和識(shí)別。
在主站裝置1的發(fā)送電路13中也設(shè)置有一相同的調(diào)制電路，工頻畸變電流波 產(chǎn)生的原理也與上述原理相同，不同在于該調(diào)制電路并接在子站調(diào)制變壓器低壓側(cè) 的相線和零線之間，并且產(chǎn)生的調(diào)制電流要比用戶端調(diào)制電流大的多；另外該調(diào)制 電流i。由于主變壓器線圈漏感的作用，產(chǎn)生的電壓降疊加在工頻電壓波形上，使工 頻電壓波形在過零點(diǎn)附近發(fā)生畸變，因而下行信號(hào)是以電壓波傳播為主，而上行信 號(hào)傳播是以電流波為主。
以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，任何基于本實(shí)用新型的等效變換，均不應(yīng) 排除在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求1.一種配電網(wǎng)工頻通訊系統(tǒng)，它包括變電站，所述變電站二次側(cè)的母線以輻射狀引出多條饋線，所述饋線通過配電變壓器連接低壓電力線路，其特征在于在所述變電站內(nèi)安裝主站裝置，在所述低壓電力線路的任一終端節(jié)點(diǎn)處安裝若干個(gè)用戶端收發(fā)裝置；所述主站裝置包括主控制器、接收電路、發(fā)送電路、調(diào)制變壓器四部分，所述主控制器連接所述發(fā)送電路，所述發(fā)送電路連接所述調(diào)制變壓器，所述調(diào)制變壓器接入到所述變電站的母線，所述接收電路通過安裝在饋線出口處的電流互感器接入所述變電站的饋線，所述接收電路連接所述主控制器；所述用戶端收發(fā)裝置包括接收電路和發(fā)送電路，所述接收電路和發(fā)送電路直接并接在所述低壓電力線路的火線和零線之間。
2、 如權(quán)利要求1所述一種配電網(wǎng)工頻通訊系統(tǒng)，其特征在于在所述主站裝 置的發(fā)送電路中設(shè)置有一調(diào)制電路，所述調(diào)制電路并接在子站調(diào)制變壓器低壓側(cè)的 相線和零線之間。
3、 如權(quán)利要求1所述一種配電網(wǎng)工頻通訊系統(tǒng)，其特征在于在所述用戶端 收發(fā)裝置的發(fā)送電路中設(shè)置有一調(diào)制電路，所述調(diào)制電路并接在低壓電力線路的火 線與零線之間。
4、 如權(quán)利要求2或3所述一種配電網(wǎng)工頻通訊系統(tǒng)，其特征在于所述調(diào)制 電路由發(fā)送調(diào)制元件和Rc、 Lc參數(shù)調(diào)節(jié)元件串聯(lián)組成。
5、 如權(quán)利要求4所述一種配電網(wǎng)工頻通訊系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)送調(diào)制 元件為晶閘管開關(guān)，所述Rc參數(shù)調(diào)節(jié)元件為限流電阻器，所述Lc參數(shù)調(diào)節(jié)元件為 電感線圈。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種配電網(wǎng)工頻通訊系統(tǒng)，它是一個(gè)包括一臺(tái)主站裝置、電力配電網(wǎng)和若干個(gè)用戶端收發(fā)裝置的主從式通訊系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用工頻電壓過零點(diǎn)附近電壓和電流波形的微弱畸變來攜帶調(diào)制信息，并將調(diào)制信息作為交流電正弦波的一部分，以中低壓配電網(wǎng)做為信息傳輸?shù)慕橘|(zhì)，并以半雙工的方式進(jìn)行雙向通訊，故能隨工頻波一起低損耗的穿透變壓器實(shí)現(xiàn)跨變壓器臺(tái)區(qū)的通訊而無需中繼，具有傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，設(shè)備簡單投資小的特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)的電力線載波通訊信號(hào)難以穿透配電變壓器跨臺(tái)區(qū)傳輸?shù)碾y題。本實(shí)用新型可以廣泛用于水、電、氣三表數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程抄表和電力負(fù)荷控制及電能量遠(yuǎn)程采集等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G08C19/04GK201196834SQ20082007977
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者劉國軍, 楠 權(quán), 李建岐, 洋 汪, 王智慧, 希 陳, 黃畢堯 申請(qǐng)人:中國電力科學(xué)研究院