專利名稱:配電零序網絡雙向載波通信系統的制作方法
本發明是一個通過電力線傳輸的通信系統，更具體地說是一個配電網傳輸音頻載波信號的通信系統。即用音頻將脈沖指令或信息進行調制，通過配電網在變電站與電力用戶之間傳遞，作為負荷管理配電操作等自動化設施的信號通道。
對用電負荷進行控制和管理，使電力消費在一定程度上適應已有的發供電能力，是一項節約能源和投資的措施。目前國外技術比較成熟應用較廣的是利用三相電網進行單向傳遞的音頻控制，(水利電力消息-電力，NO 11·12·1978)即由控制中心或變電站對被控制對象進行下行操作而無信號返回及上行通信。隨著負荷管理系統的發展，以及電網自動化水平的提高，對上行通信的要求將日趨迫切。近年來一些工業化國家如瑞士蘭特斯·吉爾公司、美國威斯康星電力公司和紐英格蘭電力公司及日本東京電力公司等對雙向工作的音頻傳輸方式和控制系統進行了研究和應用，但存在所需注入的功率大和影響電壓質量等一些問題。由于上述國家的商業和居民用電占有全部用電量的較大比重，要求音頻控制信號傳送到配電網低壓側的所有控制點，因此往往采用三相注入或單相注入，造成電網負荷對信號能量的吸收影響，信號向上一級電網的滲漏也造成能量損失和干擾鄰近電網的音頻控制系統，采用三相注入或單向注入所需的注入功率一般為電網負荷最大需要量的千分之一，這給音頻控制系統的經濟性和雙向系統的實施帶來影響。此外，利用無線電傳輸的雙向系統，也因干擾等因素使實際應用受到限制，美國專利U.S.P 3，967，264和U.S.P4，065，763也分別介紹了利用配電網進行通信的系統。
對于非工業用電比例較小的國家和地區，因主要控制對象為高壓用戶和配電裝置，將音頻信號傳輸到配電網的低壓側是不必要的。
本發明的目的在于降低配電網傳輸音頻信號的注入功率，實施雙向音頻控制和電網自動化管理。
配電網絡通常采用中性點不接地或經消弧線卷接地的方式，其零序通路對上一級電網和下一級電網來說被變壓器的三角形或不接地星形繞組所隔離，在該零序網絡施加音頻電壓，只能作用于本級電網，并且不受系統和負荷的影響。
本發明的技術特征在于利用星形連接的耦合設備的中性點注入信號，由配電零序網絡進行傳輸。
雙向音頻通信采用的零序耦合電路如圖-1所示。所說的雙向通信系統由設在變電站或用戶的控制單元A-1、A-2、……、A-n和配電網構成，其控制單元n的多少由這些單元對電網的正常運行造成的影響所限定。每個控制單元都是類似的。以控制單元A-1為例，其中1、2、3是星形連接的阻抗元件，4為阻抗元件或導線，5為提供和接收信號的通信裝置。任一控制單元的注入信號可以被其他所有控制單元接收。配電網的正常運行允許這些設備在其線路的任意處接入或退出。設在變電站的通信裝置可通過電纜或運動通道聯到電網調度中心，用戶處的通信裝置可通過邏輯部件接到指定的計量表計或執行機構。
該音頻通信系統的設計因素主要有以下幾點
1.音頻頻率的選擇主要考慮配電網的傳輸特性和避開電網諧波的影響。分析和測試表明，配電零序網絡具有帶通濾波特性，通頻帶的截止點主要由電網的電感和對地電容所決定，在音頻范圍內存在最佳傳輸頻率。
2.注入功率主要由本系統阻抗、電網情況以及該通道的衰減所決定，測試表明，小于6～50瓦的注入功率可保證一般配電網全部控制區域的信號噪聲比具有足夠的水平。
3.工頻影響，這種音頻傳輸方式對電網的運行方式沒有特定的限制，例如中性點消弧線卷的投切等等，星形連接的耦合設備可使工頻電壓對通信裝置的影響最小，發送和接收信號的頻帶具有一定的寬度，星形連接的阻抗元件的參數和控制單元的數目n由對電網的正常運行造成的影響所限定。
4.推薦的控制單元可參照下述方法設計阻抗元件1、2、3選擇為等值電容器，4為電感，三個電容并聯值與電感值對信號頻率產生諧振。
本發明與已有技術相比具有以下特點
1.零序耦合方式使注入功率不受電網負荷的影響，比三相和單相注入的功率大為降低。
2.采用星形連接的耦合設備使信號注入點的選擇不受限制，為雙向音頻傳輸提供了技術條件。
3.注入到配電網的信號對其運行和負荷及鄰近電網沒有影響和干擾。
4.利用配電零序網絡具有的帶通濾波特性，可使信號傳輸效果最佳，并且具有一定的頻帶寬度。
電網調度中心與各被控用戶之間的雙向通信是負荷管理和配電控制以及電網自動化的重要基礎。負荷管理包括對負荷的監視和控制，以及對多種電價表，定量器和需量表等的控制記錄和調整。配電操作包括對可控的電容器組和線路開關的監視和控制，以及電壓分頭的調整等。電網自動化包括自動秒表、故障尋找與排除及其它自動控制和操作。上述控制和管理是目前單向通信系統不能勝任或無法實現的，實現經濟而可靠的雙向通信具有重要意義和實際效益。
在一個供電半徑為10公里的10KV配電網上進行了實際測試，證實了該方案的可行性。采用一臺中心頻率為2630赫輸出功率為5瓦的注入設備和每相容量為3000PF的耦合電容器可將其信號傳送到全網，接收信號電平為-1奈，頻帶寬度為700赫。
設計制作上述參數的通信裝置在技術上是顯而易見的，在此不再敘述。
權利要求
1、一個配電網載波通信系統，它是由提供和接收載波信號的通信裝置、配電線路以及連接它們的耦合設備所組成，本發明的特征在于利用配電線路與大地構成的零序網絡傳輸載波信號，可以在配電線路的任意處接入電網的星形連接的耦合設備，通過其中性點注入的載波信號可以沿配電線路傳輸到所有類似連接設備的星形中性點處。配電網的所有星形中性點均可以注入或接收載波信號。
2、如權利要求
1所規定的系統，其特征在于利用具有帶通濾波特性的配電零序網絡傳輸載波信號，載波信號的頻率應選擇在音頻范圍內的通頻帶上。
3、如權利要求
1所規定的系統，其特征在于星形連接的耦合設備至少由三個阻抗元件組成，三個獨立的端點分別接到配電線路的三相導線上，而三個相互連接的中性點經過第四個阻抗元件接到通信裝置上，通信裝置的另一端接入大地。
4、如權利要求
3所規定的系統，其特征在于所說的星形連接的三個阻抗元件是數值上相等或接近的同一電抗性質的元件。
5、如權利要求
4所規定的系統，其特征在于所說的第四個元件是與前三個元件的電抗性質相反的阻抗元件，其數值對信號頻率來說與前三個元件的并聯數值相等或接近。
6、如權利要求
5所規定的系統，其特征在于所說的星形連接的三個阻抗元件均是電容器，第四個阻抗元件是一個電感。
7、如權利要求
4所規定的系統，其特征在于所說的第四個阻抗元件可以用導線代替。
8、如權利要求
1、2、3、4、5或6所規定的系統，其特征在于所說的星形連接的三個電容器與其連接的電感對信號頻率諧振。
專利摘要
本發明是一個配電網載波通信系統，利用配電零序網絡傳輸音頻載波信號，不受電網負荷的影響。星形連接的耦合設備可以在配電線路的任意處接入電網，載波信號可以在該電網所有星形中性點注入或接收，以建立一個1:n的雙向通信系統。載波頻率選在配電零序網絡傳輸的通帶內時，每個注入點的功率可以小于6～50瓦。該雙向載波通信系統可以為電網負荷的監控和自動抄表，以及配電操作和電網自動化設施等經濟地提供通信。
文檔編號H04B3/54GK85100755SQ85100755
公開日1986年10月8日 申請日期1985年4月1日
發明者溫健 申請人:溫健導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan