專利名稱：用于工業(yè)電網(wǎng)的工頻通信同步檢測方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于工業(yè)電網(wǎng)的工頻通信同步檢測方法及裝置。
背景技術(shù)：
在工業(yè)電網(wǎng)中，大功率電動機需要進行有效的管理，電力線工頻通信方式的特 點是能夠?qū)崿F(xiàn)跨變壓器臺區(qū)的長距離傳輸，由于無須在高壓線路附加設(shè)備，系統(tǒng)設(shè)備成 本低，而且沒有通信服務(wù)費用，如果能夠適應(yīng)工業(yè)電網(wǎng)的信道環(huán)境，非常適合作為大功 率電動機遠程監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸信道。在工業(yè)電網(wǎng)中，如圖1所示，在變電所的高壓輸電線路上連接主站設(shè)備、抽油 電機D和配電變壓器端的遠程通信終端。主站設(shè)備中的下行驅(qū)動設(shè)備在發(fā)送下行數(shù)據(jù)信 息前，先發(fā)送基于M序列編碼的同步信息，通信終端在接收信號時，根據(jù)調(diào)制編碼形成 合成信號，通過短窗Moriet復(fù)小波變換對合成信號進行能量參數(shù)計算再結(jié)合M序列編碼 的特性來實現(xiàn)同步檢測，同步檢測成功后，通信終端就能夠進行數(shù)據(jù)解調(diào)；由于同步信 息能夠得到增強而且無須判決門限，由于現(xiàn)場條件及運行管理的限制，在變電所安裝專 門的工頻通信調(diào)制變壓器很困難，只能通過變電所用的電壓產(chǎn)生下行電壓畸變；由于所 用變?nèi)萘康南拗?，電壓畸變信號弱，同時抽油電機等設(shè)備產(chǎn)生的電網(wǎng)干擾又很強，應(yīng)用 于民用電網(wǎng)居民的工頻通信方式難以在工業(yè)電網(wǎng)保證通信性能；工頻通信終端難以區(qū)別 來自變電所的電壓畸變信號與電網(wǎng)干擾，同步檢測無法實現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信也就無法進行。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于工業(yè)電網(wǎng)的工頻通信同步檢測方法及裝置，其特 征在于，所述工業(yè)電網(wǎng)的工頻通信同步檢測裝置由主站裝置和配電變壓器(pbyq)端的遠 程通信終端連接在變電所的高壓輸電線路上組成；所述主站裝置以工控機為核心，工控機通過RS485接口連接下行信號驅(qū)動裝 置，下行信號驅(qū)動裝置通過變電所內(nèi)所用變壓器(syb)連接在高壓輸電線路上；工控機 內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器連接信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路通過電壓互感器PT和電流互感器CT 連接輸電線路；所述下行信號驅(qū)動裝置由微處理器分別連接雙向可控硅(vs)的觸發(fā)電路、正負 比較電路和Max485;雙向可控硅通過保護電路和電感L連接，正負比較電路連接信號調(diào) 理電路構(gòu)成；所述下行信號驅(qū)動裝置分別由電感L通過相線選擇、信號調(diào)理電路通過電 壓互感器PT連接至所用變壓器的副邊；所述遠程通信終端通過電壓互感器PT、配電變壓器連接在高壓輸電線路上。所述遠程通信終端有1-10組并聯(lián)在高壓輸電線路上。所述遠程通信終端包括由DSP處理器、16位A/D轉(zhuǎn)換器和信號調(diào)理電路組成中 央處理模塊，DSP處理器連接雙向可控硅的觸發(fā)電路，雙向可控硅的漏極通過電感L接地，源極連接配電變壓器380V端；中央處理模塊的信號調(diào)理電路通過信號傳感器模塊連 接配電變壓器380V端。所述工業(yè)電網(wǎng)的工頻通信同步檢測方法，具體包括1)主站裝置以工控機為核心，包括上行解調(diào)裝置和下行信號驅(qū)動裝置；通過電 壓互感器PT和工控機進行工頻通信系統(tǒng)管理，當主站裝置需要獲取遠程通信終端的數(shù)據(jù) 時，工控機通過RS485接口向下行信號驅(qū)動裝置發(fā)送控制指令，下行信號驅(qū)動裝置通過 所用變壓器產(chǎn)生調(diào)制電流，然后通過變電所內(nèi)主電變壓器的漏感產(chǎn)生下行畸變電壓，包 括出站同步信息和數(shù)據(jù)；在下行電壓畸變信號的調(diào)制中，采用基于偽噪聲編碼進行同步 信息的調(diào)制；2)下行信號的接收由配電變壓器低壓側(cè)的工頻通信終端完成，由于工頻通信終 端處于被動接收狀態(tài)，因此首先要進行同步檢測，判斷是否出現(xiàn)電壓調(diào)制信號、同步及 數(shù)據(jù)信息的起始周期，然后才能進行數(shù)據(jù)解調(diào)，即判斷調(diào)制信息的起始周期，然后根據(jù) 數(shù)據(jù)信息的編碼進行數(shù)據(jù)解調(diào)，工頻通信終端在每個電壓周期都進行信號合成運算，將 相鄰周期的N個電壓差分信號通過與發(fā)送端一致的M序列編碼產(chǎn)生合成信號，然后計 算合成信號中符合下行電壓畸變信號特征的頻域能量參數(shù)，同時判斷其中調(diào)制信號的方 向；頻域能量參數(shù)由短窗Morlet復(fù)小波進行分析完成，調(diào)制信號的方向通過互相關(guān)方法 完成；當前工頻周期與同步信息起始周期一致時，合成信號的頻域能量參數(shù)最大且調(diào)制 方向為正，由于同步信息能夠得到增強而且無須判決門限，當同步檢測成功后，通過互 相關(guān)方式判斷調(diào)制信號的方向就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)解調(diào)。所述每個數(shù)據(jù)信息由2個電壓周期內(nèi)的1個畸變信號代表，而每個同步信息由 2N個電壓周期內(nèi)的N個畸變信號代表；同步檢測實際上就是接收端判斷出每個同步信息 的起始周期；當同步檢測成功后，接收端就能夠在同步信息結(jié)束后通過判斷調(diào)制信號方 向來進行數(shù)據(jù)解調(diào)。所述下行電壓信號傳輸方向是從變電所到終端，代表命令信息，以電壓過零點 附近電壓的微弱畸變來實現(xiàn)信息的表示；所用變的低壓輸出經(jīng)電壓互感器PT和信號調(diào)理 電路、正負比較電路后形成方波，下行信號驅(qū)動裝置內(nèi)的微處理器通過方波就能夠判斷 電壓過零點時刻，從而能夠在電壓過零前25°至30°進行調(diào)制，調(diào)制角度越小所需所用 變功率就越小，為了工程安裝方便，采用驅(qū)動器件固定，以調(diào)整調(diào)制角度的方法來適應(yīng) 工業(yè)電網(wǎng)所用變的不同容量。 本發(fā)明的有益效果是根據(jù)工業(yè)電網(wǎng)供電線路的特點，在變電所的下行信號驅(qū)動 裝置用M序列編碼進工頻通信出站信號的同步信息調(diào)制，工頻通信終端通過電壓采樣， 根據(jù)編碼形成合成信號，結(jié)合小波分析與相關(guān)運算進行同步檢測，抗干擾能力大太提 高，即便在電壓畸變信號較弱的條件下也能夠成功實現(xiàn)工頻信號的同步檢測；當同步檢 測成功后，由于能夠確知調(diào)制信號的起始工頻周期，工頻通信的數(shù)據(jù)解調(diào)就能夠容易地 實現(xiàn)；與傳統(tǒng)工頻通信方式比較，本方法在同步檢測時無需設(shè)置判決門限，能夠適應(yīng)各 種不同的工況，雖然同步信息量開銷比傳統(tǒng)工頻通信方式大，但工業(yè)電網(wǎng)中每臺變壓器 供電的大功率電機數(shù)量少，所需要傳輸?shù)男畔⒘勘让裼秒娋W(wǎng)的抄表系統(tǒng)少得多，能夠被 生產(chǎn)單位接受?；谠摲桨傅墓ゎl通信系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)電網(wǎng)現(xiàn)場試驗運行，應(yīng)用于電機 遠程監(jiān)測，同步檢測效果良好。
圖1為工頻通信系統(tǒng)同步檢測裝置示意圖。圖2為工頻通信系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為下行驅(qū)動裝置示意圖。圖4為出站信號編碼示意圖。圖5為遠程通信終端結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明是一種用于工業(yè)電網(wǎng)的工頻通信同步檢測方法及裝置。如圖2所示，工 頻通信同步檢測裝置由主站裝置和配電變壓器端的遠程通信終端連接在變電所的高壓輸 電線路上組成。主站裝置以工控機為核心，工控機通過RS485接口連接下行信號驅(qū)動裝 置，下行信號驅(qū)動裝置通過所用變壓器連接在高壓輸電線路上；工控機內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器 連接信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路通過電壓互感器PT和電流互感器CT連接輸電線路。 遠程通信終端通過電壓互感器PT、配電變壓器連接在高壓輸電線路上。在高壓輸電線路 上有1-10組遠程通信終端并聯(lián)。如圖3所示下行驅(qū)動裝置由微處理器分別連接雙向可控硅的觸發(fā)電路、正負比 較電路和Max485;可控硅通過保護電路和電感L連接，正負比較電路連接信號調(diào)理電路 構(gòu)成；所述下行驅(qū)動裝置分別由電感L通過相線選擇、信號調(diào)理電路通過電壓互感器PT 連接至所用變壓器的副邊。從變電所傳輸至配電變壓器端的信號是出站信號，又稱下行信號，通過電壓畸 變實現(xiàn)，從配電變壓器傳輸至變電所的信號是入站信號，又稱上行信號，通過電流畸變 實現(xiàn)；工頻通信采用輪詢方式工作，數(shù)據(jù)信息采用多工頻周期編碼調(diào)制，遠程通信終端 需要確定數(shù)據(jù)信息的起始周期，所以必需同步檢測成功后才能進行數(shù)據(jù)解調(diào)，而上行數(shù) 據(jù)可以通過協(xié)議事先確定起始時間，無須同步檢測；出站信號的同步檢測是在電網(wǎng)噪聲 環(huán)境中判斷調(diào)制信號是否存在，其難度大大高于數(shù)據(jù)解調(diào)，是工頻通信的關(guān)鍵。在下行信號驅(qū)動過程中，微處理器適合工業(yè)電網(wǎng)的編碼方式將下行指令形成控 制編碼進行驅(qū)動。工頻通信下行信號又稱為出站信號，其編碼方式如圖4所示，包括同步信息和 數(shù)據(jù)兩部分；數(shù)據(jù)部分采用曼切斯特編碼方式，每兩個工頻周期攜帶一個編碼信息，通 過調(diào)制位置的前后來代表，同步信息采用基于偽噪聲M序列進行的調(diào)制，設(shè)M序列為雙 級性碼p(k)，其特點是1)序列長度Ν = 2··-1，2)周期性3)具有尖銳的自相關(guān)特性，
權(quán)利要求
1.一種用于工業(yè)電網(wǎng)的工頻通信同步檢測裝置，其特征在于，所述工業(yè)電網(wǎng)的工頻 通信同步檢測裝置由主站裝置和配電變壓器端的遠程通信終端連接在變電所的高壓輸電 線路上組成；所述主站裝置以工控機為核心，工控機通過RS485接口連接下行信號驅(qū)動裝置，下 行信號驅(qū)動裝置通過變電所變壓器連接在高壓輸電線路上；工控機內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器連接 信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路通過電壓互感器PT和電流互感器CT連接至輸電線路；所述遠程通信終端通過電壓互感器PT、配電變壓器連接在高壓輸電線路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于工業(yè)電網(wǎng)的工頻通信同步檢測裝置，其特征在于，所述下 行信號驅(qū)動裝置由微處理器分別連接雙向可控硅的觸發(fā)電路、正負比較電路和Max485 ； 雙向可控硅通過保護電路和電感L連接，正負比較電路連接信號調(diào)理電路構(gòu)成；所述下 行信號驅(qū)動裝置分別由電感L通過相線選擇、信號調(diào)理電路通過電壓互感器PT連接至變 電所變壓器的副邊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于工業(yè)電網(wǎng)的工頻通信同步檢測裝置，其特征在于，所述遠 程通信終端有1-10組并聯(lián)在高壓輸電線路上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于工業(yè)電網(wǎng)的工頻通信同步檢測裝置，其特征在于，所述遠 程通信終端包括由DSP處理器、16位A/D轉(zhuǎn)換器和信號調(diào)理電路組成中央處理模塊， DSP處理器連接雙向可控硅的觸發(fā)電路，雙向可控硅的漏極通過電感L接地，源極連接 配電變壓器380V端；中央處理模塊的信號調(diào)理電路通過信號傳感器模塊連接配電變壓器 380V 端。
5.—種用于工業(yè)電網(wǎng)的工頻通信同步檢測方法，其特征在于，所述工業(yè)電網(wǎng)的工頻 通信同步檢測方法，具體包括1)主站裝置以工控機為核心，包括上行解調(diào)裝置和下行信號驅(qū)動裝置；通過電壓互 感器PT和工控機進行工頻通信系統(tǒng)管理，當主站裝置需要獲取遠程通信終端的數(shù)據(jù)時， 工控機通過RS485接口向下行信號驅(qū)動裝置發(fā)送控制指令，下行信號驅(qū)動裝置通過變電 所變壓器產(chǎn)生調(diào)制電流，然后通過變電所主變壓器的漏感產(chǎn)生下行畸變電壓，包括出站 同步信息和數(shù)據(jù)；在下行電壓畸變信號的調(diào)制中，采用基于偽噪聲編碼進行同步信息的 調(diào)制；2)下行信號的接收由配電變壓器低壓側(cè)的工頻通信終端完成，由于工頻通信終端處 于被動接收狀態(tài)，因此首先要進行同步檢測，判斷是否出現(xiàn)電壓調(diào)制信號、同步及數(shù)據(jù) 信息的起始周期，然后才能進行數(shù)據(jù)解調(diào)，即判斷調(diào)制信息的起始周期，然后根據(jù)數(shù)據(jù) 信息的編碼進行數(shù)據(jù)解調(diào)，工頻通信終端在每個電壓周期都進行信號合成運算，將相鄰 周期的N個電壓差分信號通過與發(fā)送端一致的M序列編碼產(chǎn)生合成信號，然后計算合成 信號中符合下行電壓畸變信號特征的頻域能量參數(shù)，同時判斷其中調(diào)制信號的方向；頻 域能量參數(shù)由短窗Moriet復(fù)小波進行分析完成，調(diào)制信號的方向通過互相關(guān)方法完成； 當前工頻周期與同步信息起始周期一致時，合成信號的頻域能量參數(shù)最大且調(diào)制方向為 正，由于同步信息能夠得到增強而且無須判決門限，當同步檢測成功后，通過互相關(guān)方 式判斷調(diào)制信號的方向就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)解調(diào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述用于工業(yè)電網(wǎng)的工頻通信同步檢測方法，其特征在于，所述每 個數(shù)據(jù)信息由2個電壓周期內(nèi)的1個畸變信號代表，而每個同步信息由2N個電壓周期內(nèi)的N個畸變信號代表；同步檢測實際上就是接收端判斷出每個同步信息的起始周期；當 同步檢測成功后，接收端就能夠在同步信息結(jié)束后通過判斷調(diào)制信號方向來進行數(shù)據(jù)解調(diào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述用于工業(yè)電網(wǎng)的工頻通信同步檢測裝置，其特征在于，所述 下行電壓信號傳輸方向是從變電所到終端，代表命令信息，以電壓過零點附近電壓的微 弱畸變來實現(xiàn)信息的表示；所用變的低壓輸出經(jīng)電壓互感器PT和信號調(diào)理電路、正負比 較電路后形成方波，下行驅(qū)動裝置內(nèi)的微處理器通過方波就能夠判斷電壓過零點時刻， 從而能夠在電壓過零前25°至30°進行調(diào)制，調(diào)制角度越小所需所用變功率就越小，為 了工程安裝方便，采用驅(qū)動器件固定，以調(diào)整調(diào)制角度的方法來適應(yīng)工業(yè)電網(wǎng)所用變的 不同容量。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于電力系統(tǒng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及通信技術(shù)領(lǐng)域的一種用于工業(yè)電網(wǎng)的工頻通信同步檢測方法及裝置。其工業(yè)電網(wǎng)的工頻通信同步檢測裝置由主站裝置和配電變壓器端的遠程通信終端連接在變電所的高壓輸電線路上組成；主站裝置中的下行驅(qū)動設(shè)備在發(fā)送下行數(shù)據(jù)信息下行數(shù)據(jù)信息前，先發(fā)送基于M序列編碼的同步信息，通信終端在接收信號時，調(diào)根據(jù)制編碼形成合成信號，通過短窗Morlet復(fù)小波變換對合成信號實現(xiàn)同步檢測，同步檢測成功后，通信終端就能夠進行數(shù)據(jù)解調(diào)；由于同步信息能夠得到增強而且無須判決門限，本發(fā)明適應(yīng)工業(yè)電網(wǎng)惡劣的信道環(huán)境，可利用變電所的所用變壓器作為信號調(diào)制變壓器，大大方便工頻通信在工業(yè)電網(wǎng)的應(yīng)用。
文檔編號H02J13/00GK102025194SQ20101050624
公開日2011年4月20日 申請日期2010年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月9日
發(fā)明者盧文冰, 李衛(wèi)國, 王義龍, 羅應(yīng)立, 胡賓, 閆迎 申請人:華北電力大學(xué)