CN104348521B - 低压电力载波阻抗调节器 - Google Patents

Abstract

一种低压电力载波阻抗调节器，由高频阻波器和阻抗调节单元构成。在100kHz～500kHz载波频率范围内，高频阻波器采用新型非对称电路结构，解决了大功率工频负载接入磁通饱和问题和用户端工频负载阻抗大范围变化影响载波阻抗匹配的问题；采用低压电力载波负载端阻抗调节单元，实现了调节载波负载端阻抗为1～50Ω；采用远程通信方式，实现远程控制调节低压电力线载波负载端阻抗的功能。本发明装置适用于连接220V/380V低压电网与用电负荷，实现负载端低压电力线载波阻抗调节，解决了低压电力线负载端阻抗调节匹配问题，提高了低压电力线载波通信质量，在低压电力载波通信系统和载波通信测试系统中有广泛的用途。

Description

低压电力载波阻抗调节器

技术领域

本发明涉及一种负载端低压电力载波阻抗调节器，尤其涉及一种用于连接220V/380V低压电网与用电负载端阻抗调节匹配的方法及设备。

背景技术

目前，公知的低压电网分支多，电力网接入负载具有多样性、复杂性和时变性，低压电网的载波负载端阻抗不匹配现象严重，无法保证电力线载波通信的实时可靠传输，影响低压电力线载波通信质量。但是，目前常用的改变负载端低压电力载波阻抗的方法是采用电容和电感组成的并联谐振电路，增加载波阻抗值。其存在的问题如下：（1）只能针对在单一载波频率点增加阻抗，无法完成阻抗调节，谐振的电感在连接工频负载情况下存在磁饱和问题，使电感量急剧下降，改变了谐振状态，减小了载波阻抗，无法实现阻抗匹配；（2）无法对用电负载阻抗大范围变化起到隔离的作用。本发明涉及的低压电力载波阻抗调节器很好的解决了上述问题，做到了对100kHz～500kHz载波频率范围内，可调节低压电力线载波负载端阻抗为1～50Ω，解决了大功率工频负载接入磁通饱和问题和用户端工频负载阻抗大范围变化影响载波阻抗匹配的问题，实现远程控制调节低压电力线载波阻抗的功能。

发明内容

本发明的目的是为了解决220V/380V低压电网连接用电负荷状态下，现有改变低压电力载波负载端阻抗方法的不足，而发明一种低压电力载波阻抗调节器。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种低压电力载波阻抗调节器，其特征在于由高频阻波器（9）和阻抗调节单元（11）构成，高频阻波器（9）与阻抗调节单元（11）并联连接，220V/380V低压电力线的火线与高频阻波器（9）一个输入端相连，220V/380V低压电力线的零线与高频阻波器（9）另一个输入端相连。

本发明的高频阻波器（9）是由绕有线圈的高频铁芯制作而成，在高频铁芯上分别绕制两个绕组，可通过0～30A的工频电流，承受大功率工频负载的接入，并避免铁芯工频磁通饱和。高频阻波器（9），在100kHz～500kHz载波频率范围内，采用一种非对称电路结构，在端子1和4或端子2和3之间连接电容，端子3和4之间连接LC回路，补偿载波阻抗特性，端子3和4连接用户负载，可以减少用户负载对高频阻波器（9）输入端的端子1和端子2之间的噪声干扰和工频负载阻抗大范围变化的影响。

阻抗调节单元（11）由阻抗调节主控单元（1）、以太网转串口单元（2）、电源模块（3）、时钟计数模块（4）、信息存储模块（5）、硬件复位模块（6）、光耦隔离模块（7）、继电器阵列模块（8）及其接口部分（10）构成，阻抗调节主控单元（1）分别与以太网转串口单元（2）输入输出端、电源模块（3）输出端、时钟计数模块（4）输入输出端、信息存储模块（5）输入输出端和硬件复位模块（6）输入输出端相连，阻抗调节主控单元（1）的输出端与光耦隔离模块（7）的输入端相连，光耦隔离模块（7）的输出端和继电器阵列模块（8）相连，阻抗调节单元（11）通过继电器阵列（8）的接口部分（10）实现与高频阻波器（9）的并联连接。

采用阻抗调节单元（11）和高频阻波器（9）并联的方法，调节载波负载端阻抗，在高频阻波器（9）端子3和4之间连接用户负载状态下，在100kHz～500kHz载波频率范围内，可调节低压电力线载波负载端阻抗为1～50Ω。本发明采用远程通信方式，具备以太网和/或RS232、RS485通信接口，可实现远程控制调节低压电力线载波负载端阻抗的功能，并且可设置系统时间、设置自检重启周期和设置系统设备号。

本发明的有益效果是：本发明装置在100kHz～500kHz载波频率范围内，实现1～50Ω范围内调节载波负载端阻抗，可承受大功率工频负载接入，解决了用户端工频负载阻抗大范围变化影响载波阻抗匹配的问题，采用远程通信方式，远程控制调节低压电力线载波负载端阻抗，可设置系统时间、设置自检重启周期、设置系统设备号。本发明装置小型化，操作简单，性能优越，适合220V/380V低压电网连接用电负荷状态下，实现低压电力线载波负载端载波阻抗的调节和匹配，可用于提高了低压电力线载波通信质量。

附图说明

图1是本发明低压电力载波阻抗调节器各部分的构成图。

图中：1-阻抗调节主控单元，2-以太网转串口单元，3-电源模块，4-时钟计数模块，5-信息存储模块，6-硬件复位模块，7-光耦隔离模块，8-继电器阵列模块，9-高频阻波器，10-接口部分，11-阻抗调节单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1所示的本发明低压电力载波阻抗调节器各部分构成图，本发明由高频阻波器（9）和阻抗调节单元（11）构成，阻抗调节单元（11）包括阻抗调节主控单元（1）、以太网转串口单元（2）、电源模块（3）、时钟计数模块（4）、信息存储模块（5）、硬件复位模块（6）、光耦隔离模块（7）、继电器阵列模块（8）及其接口部分（10）。阻抗调节主控单元（1）分别与以太网转串口单元（2）的输入输出端、电源模块（3）的输出端、时钟计数模块（4）的输入输出端、信息存储模块（5）的输入输出端、硬件复位模块（6）的输入输出端相连，阻抗调节主控单元（1）的输出端与光耦隔离模块（7）的输入端相连，光耦隔离模块（7）的输出端和继电器阵列模块（8）相连，阻抗调节单元（11）通过继电器阵列（8）的接口部分（10）实现与高频阻波器（9）的并联，220V/380V电力线的火线和零线分别与高频阻波器（9）的端子1和端子2相连。高频阻波器（9）的端子3和端子4之间连接低压电力线载波用户端负载。

本发明装置在使用时电源模块（3）完成220V交流电到系统所用的+5V和+12V直流电的转换及滤波处理，设备上电后完成自检、数据初始化等一系列操作，开始等待与上位机通信。上位机发送阻抗调节命令，命令通过以太网转串口单元（2）进入阻抗调节主控单元（1），阻抗调节主控单元（1）进行指令解析操作。针对不同的调节命令执行其相应的调节程序，经过光耦隔离模块（7）实现光电隔离，消除干扰对继电器开关误操作的影响。通过调节程序对继电器阵列模块（8）做出不同的切换，从而控制继电器阵列模块中的不同阻抗接入线路，与高频阻波器（9）并联得到需要调节的阻抗，最终在100kHz～500kHz的频率范围内，完成调节低压电力线载波负载端阻抗为1～50Ω。信息存储模块（5）提供系统的数据存储，包括本发明装置的ID号码、上次断电前切换的阻抗值、当前系统时间和定时断电复位周期参数。时钟计数模块（4）为整个系统提供统一的时钟。硬件复位模块（6）完成实时监控、系统复位功能。

本发明装置的高频阻波器（9）采用在高频铁芯上分别绕制两个绕组，可通过0～30A的工频电流，利用抵消磁通的方法解决大电流情况下高频铁芯的磁通饱和技术问题；在100kHz～500kHz载波频率范围内，采用一种非对称电路结构减少用户负载对高频阻波器输入端的端子1和端子2之间的噪声干扰和工频负载阻抗大范围变化的影响。图1中高频阻波器（9）的接线端子1与220V/380V电力线零线连接，接线端子2与220V/380V电力线火线连接，高频阻波器（9）的接线端子3与用户负载端的零线连接，接线端子4与用户负载端的火线连接。端子1和端子4之间连接电容C1，端子3和端子4之间连接LC回路，补偿载波阻抗特性，提高高频阻波器的载波阻抗模值。高频阻波器使用户端负载对电网呈现的载波阻抗近似等于高频阻波器的阻抗，与用户的用电状态和用电器性质无关，有效削弱用户端载波阻抗大范围变化对低压电网的载波阻抗的影响。所设计的高频阻波器可以滤除用户端产生的大部分高频噪声，通过高频阻波器（9）和阻抗调节单元（11）并联，得到总体的期望阻抗。实际应用时高频阻波器（9）采用在端子1和端子4之间连接电容C1或端子2和端子3之间连接电容C1的方法。

Claims (5)

1.一种低压电力载波阻抗调节器，其特征在于由高频阻波器(9)和阻抗调节单元(11)构成，高频阻波器(9)与阻抗调节单元(11)并联连接，220V/380V低压电力线的火线与高频阻波器(9)一个输入端相连，220V/380V低压电力线的零线与高频阻波器(9)另一个输入端相连；

所述阻抗调节单元(11)由阻抗调节主控单元(1)、以太网转串口单元(2)、电源模块(3)、时钟计数模块(4)、信息存储模块(5)、硬件复位模块(6)、光耦隔离模块(7)、继电器阵列模块(8)及其接口部分(10)构成，阻抗调节主控单元(1)分别与以太网转串口单元(2)输入输出端、电源模块(3)输出端、时钟计数模块(4)输入输出端、信息存储模块(5)输入输出端和硬件复位模块(6)输入输出端相连，阻抗调节主控单元(1)的输出端与光耦隔离模块(7)的输入端相连，光耦隔离模块(7)的输出端和继电器阵列模块(8)相连，阻抗调节单元(11)通过继电器阵列(8)的接口部分(10)实现与高频阻波器(9)的并联连接。

2.根据权利要求1所述的低压电力载波阻抗调节器，其特征在于高频阻波器(9)是由绕有线圈的高频铁芯制作而成，在高频铁芯上分别绕制两个绕组，通过0～30A的工频电流，承受大功率工频负载的接入，并避免铁芯工频磁通饱和。

3.根据权利要求1所述的低压电力载波阻抗调节器，其特征在于采用的高频阻波器(9)，在100kHz～500kHz载波频率范围内，采用一种非对称电路结构，在端子1和4或端子2和3之间连接电容，端子3和4之间连接LC回路，补偿载波阻抗特性，端子3和4连接用户负载，减少用户负载对高频阻波器(9)输入端的端子1和端子2之间的噪声干扰和工频负载阻抗大范围变化的影响。

4.根据权利要求1所述的低压电力载波阻抗调节器，其特征在于采用阻抗调节单元(11)和高频阻波器(9)并联的方法，调节载波负载端阻抗，在高频阻波器(9)端子3和4之间连接用户负载状态下，在100kHz～500kHz载波频率范围内，调节低压电力线载波负载端阻抗为1～50Ω。

5.根据权利要求1所述的低压电力载波阻抗调节器，其特征在于采用远程通信方式，具备以太网和/或RS232、RS485通信接口，实现远程控制调节低压电力线载波负载端阻抗的功能，并且设置系统时间、设置自检重启周期和设置系统设备号。