CN107911144B - 一种电力线载波通信抗干扰装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力线载波通信抗干扰装置，包括分别连接于电力线的检测单元和执行单元，所述检测单元包括连接于电力线的电压隔离互感器以及主控制器，所述电压隔离互感器的输出信号分为两路，其中一路经过零比较器连接主控制器，另一路依次经信号放大器和A/D转换器连接主控制器；所述执行单元包括由多个连接于电力线的阻容器件组成的阻容器件组，所述阻容器件组由投切控制单元进行投切控制，所述投切控制单元的控制端连接于主控制器。主控制器在电力线电压过零时启动信号采集，对采集的数字信号处理后获得谐波分量，根据谐波分量在基波中的占比，获得电力线载波通信干扰参数，依据干扰参数实时投切阻容器件以减少干扰。

Description

一种电力线载波通信抗干扰装置
技术领域
本发明涉及电力线载波通信技术领域，具体涉及一种电力线载波通信抗干扰装置。
背景技术
电力线载波是电力系统特有的、基本的通信方式，谐波干扰对电力线载波通信可靠性具有决定作用，目前，家用电器中的电视机、音响、计算机、空调、电冰箱、微波炉、电磁炉、充电器等都是小区电网谐波的主要来源，虽然这些设备单个容量不大，但在某一小区里数量很多，导致谐波叠加干扰增大到不可忽视的地步，对小区用电安全、可靠供电、电力线抄表网络产生了严重威胁。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电力线载波通信抗干扰装置，具备谐波含量检测及相应预防治理功能的电力线载波抗干扰装置，对改善小区供电质量和确保电力系统安全可靠运行，提高电力抄表成功率有着重要的实际意义。
本发明通过以下技术方案实现：
一种电力线载波通信抗干扰装置，包括分别连接于电力线的检测单元和执行单元，所述检测单元包括连接于电力线的电压隔离互感器以及主控制器，所述电压隔离互感器的输出信号分为两路，其中一路经过零比较器连接主控制器，另一路依次经信号放大器和A/D转换器连接主控制器；所述执行单元包括由多个连接于电力线的阻容器件组成的阻容器件组，所述阻容器件组由投切控制单元进行投切控制，所述投切控制单元的控制端连接于主控制器；所述主控制器对采用信号进行计算得到总奇数次谐波分量在基波中的占比THD，投切阻容器件，使THD降低到预设的阈值以下。
本发明的进一步方案是，所述过零比较器采用的是施密特触发器。
本发明的进一步方案是，所述投切控制单元采用的是多个与阻容器件一一对应的继电器组成的投切控制继电器组。
本发明与现有技术相比的优点在于：
主控制器在电力线电压过零时启动信号采集，对采集的数字信号处理后获得谐波分量，根据谐波分量在基波中的占比，获得电力线载波通信干扰参数，依据干扰参数实时投切阻容器件以减少干扰。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为实施例中的主控制器电路图。
图3为实施例中的A/D转换器电路图。
图4为实施例中为各器件提供3.3伏电压的稳压器电路图。
图5为实施例中为运算放大器提供-3.3伏电压的电源极性转换器电路图。
图6为实施例中的基准电压源电路。
图7为实施例中的电压隔离互感器与过零比较器、信号放大器的连接电路图。
图8为实施例中的执行器电路。
图9为实施例中的采样频率最低采样点数表。
具体实施方式
如图1所示的一种电力线载波通信抗干扰装置，包括分别连接于电力线的检测单元和执行单元，电力线载波通信抄表网络也连接该电力线；所述检测单元包括连接于电力线的电压隔离互感器以及主控制器，所述电压隔离互感器的输出信号分为两路，其中一路经过零比较器连接主控制器，另一路依次经信号放大器和A/D转换器连接主控制器；所述执行单元包括由多个连接于电力线的阻容器件组成的阻容器件组，所述阻容器件组由投切控制单元进行投切控制，所述投切控制单元的控制端连接于主控制器。
在本实施例中，主控制器采用的是LPC1768型ARM芯片，过零比较器采用的是由LM158型运算放大器构成的施密特触发器，信号放大器采用的是LM158型运算放大器，A/D转换器采用的是芯片AD7193，阻容器件组包括电容C41和电容C43，投切控制单元包括对应于电容C41的继电器RELAY1，对应于电容C43的继电器RELAY2；另外还有为各器件提供3.3伏电压的LT1117型稳压器，为运算放大器提供-3.3伏电压的ICL7660型电源极性转换器，为AD7193芯片提供2.5伏基准电压的ADR381型基准电压源，由于AD7193芯片无法采集负电压，需对采集信号进行电压转换，因此以将ADR381型基准电压源的一路输出通过TLV2211型运算放大器改变为-1.25伏基准电压提供给信号放大器。
主控制器的电路如图2所示，该ARM芯片的第10引脚接3.3V电压源；第11、15、31、41、55、72、83、97引脚接地；第12引脚接3.3V电压源；第17引脚连接电阻R38的一端和电容C21的一端，电阻R38的另一端接3.3V电压源，电容C21另一端接地；第22引脚连接晶体振荡器Y1的一端和电容C24的一端, 电容C24的另一端接地；第23引脚连接电容C25的一端和晶体振荡器Y1的另一端，电容C25的另一端接地；第28引脚接3.3V电压源；第42引脚接电容C16的一端和3.3V电压源，电容C16的另一端接地；第46引脚连接芯片AD7193的第27引脚；第47引脚连接芯片AD7193的第4引脚；第54引脚接电容C16的一端和3.3V电压源，电容C16的另一端接地；第71引脚接电容C16的一端和3.3V电压源，电容C16的另一端接地；第77引脚接电阻R16的一端；第78引脚接电阻R15的一端；第80引脚接作为过零比较器的LM158型运算放大器的第1引脚和电阻R14的一端；第84引脚接电容C16的一端和3.3V电压源，电容C16的另一端接地；第96引脚接电容C16的一端和3.3V电压源，电容C16的另一端接地；第98引脚接芯片AD7193的第3引脚；第99引脚接芯片AD7193的第28引脚；其余引脚悬空。
电压隔离互感器与过零比较器、信号放大器的连接电路如图7所示。过零比较器的第1引脚接ARM芯片的第80引脚和电阻R14的一端，电阻R14的另一端接过第3引脚和电阻R13的一端，电阻R13的另一端接地，第2引脚接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接电压互感器T2的第1引脚和电阻R7的一端，电阻R7的另一端接地，第3引脚接电阻R13的一端和电阻R14的一端，电阻R13的另一端接地，第4引脚接地，第8引脚接3.3V电压源；信号放大器的第5引脚接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接电阻R8的一端和电阻R6的一端，电阻R8的另一端接地，电阻R6的另一端接电压互感器T2的第2引脚，第6引脚接电阻R10的一端和电阻R11的一端，电阻R10的另一端接-1.25V基准电压源，第7引脚接电阻R11的另一端和芯片A/D转换器的第15引脚；电压互感器T2的第2引脚接电阻R6的一端，第3引脚接电力线的零线，第4引脚接电阻R01的一端，电阻R01的另一端接电力线的火线。
A/D转换器的电路如图3所示，芯片AD7193的第3引脚连接ARM芯片的第98引脚；第4引脚连接ARM芯片的第47引脚；第7引脚接2.5V基准电压源；第8、10、17、18、20、22、23引脚接地；第15引脚连接作为信号放大器的LM158型运算放大器的第7引脚和电阻R11的一端；第16引脚悬空；第19引脚接3.3V电压源和电解电容C37的正极，电解电容C37的负极接地；第24引脚接3.3V电压源和电解电容C37的正极，电解电容C37的负极接地；第25引脚接3.3V电压源和电容C35的一端，电容C35的另一端接地；第27引脚连接芯片LPC1768的第46引脚；第28引脚连接ARM芯片的第99引脚；其余引脚悬空。
LT1117型稳压器的电路如图4所示，其第1引脚接地；第2引脚连接电解电容C5的正极、电容C6的一端和3.3V电压源，电解电容C5的负极和电容C6的另一端接地；第3引脚连接电解电容C3的正极、电容C4的一端和5V电压源，电解电容C3的负极和电容C4的另一端接地。
ICL7660型电源极性转换器的电路如图5所示，其第1、3、6引脚接地；第2引脚接电解电容C8的正极第4引脚接电解电容C8的负极；第5引脚接电解电容C7的负极和-3.3V电压源，电解电容C7的正极接地；第7引脚悬空；第8引脚接3.3V电压源。
ADR381型基准电压源及TLV2211型运算放大器的电路如图6所示，ADR381型基准电压源的第1引脚连接3.3V电压源和电容C31的一端，电容C31的另一端接地；第2引脚输出2.5V基准电压源、电容C32的一端和电阻R2的一端，电容C32的另一端接地，电阻R2的另一端接电阻R3的一端、电容C33的一端和电阻R4的一端，电阻R3的另一端和电容C33的另一端接地，R4的另一端接电阻R5的一端和TLV2211型运算放大器的第3引脚；TLV2211型运算放大器的第1引脚接地；第2引脚接-3.3V电压源；第3引脚接电阻R4的一端和电阻R5的一端；第4引脚接电阻R5的另一端、电容C34的一端和-1.25V电压源，电容C34的另一端接地；第5引脚接3.3V电压源。
执行器电路如图8所示，电阻R16的另一端接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极接继电器RELAY2的4脚和二极管D6的一端，继电器RELAY2的5脚和二极管D6的另一端接5V电压源，继电器RELAY2的2脚接电容C43的一端，电容C43的另一端接电力线的零线，继电器RELAY2的1脚接电力线的火线，继电器RELAY2有3脚悬空；电阻R15的另一端接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q2的集电极接继电器RELAY1的4脚和二极管D5的一端，继电器RELAY1的5脚和二极管D5的另一端接5V电压源，继电器RELAY1的2脚接电容C41的一端，电容C41的另一端接电力线的零线，继电器RELAY1的1脚接电力线的火线，继电器RELAY1有3脚悬空。
AD采集从电力线的电网电压过零点开始，过零信号由过零比较器获得，电压隔离互感器产生的4V左右交流电压，通过电阻网络分压，送入由LM158型运算放大器组成施密特触发器，获得电网电压过零信号，主控制器利用过零信号边沿触发中断，进行过零采样；在电网的一个周波内，采集N个整数点，根据奈奎斯特采样定理，采样频率要大于信号频率的2倍，采样得到的数字信号经离散傅里叶变换(DFT)，N个采样点经过DFT之后得到N个点的频率信号，从而获得各次谐波分量。
目前，家用电器中诸如电视机、音响、计算机、空调、电冰箱、微波炉、电磁炉、充电器等都是3、5次谐波的主要谐波源，根据奈奎斯特采样定理，实现50Hz的分辨率，采样频率最低采样点数如图9的表所示。
对频率点进行转移计算各次谐波分量，获得3、5、7、9、11等奇数次谐波分量，计算总奇数次谐波分量，根据总奇数次谐波分量在基波中的占比THD，投切阻容器件，使THD降低到预设的阈值以下，如：15%以下，可以有效降低电网谐波对抄表网络的干扰，提高抄表成功率；电网谐波干扰降低后，阻容器件将实时退出投切，避免影响电网供电。

Claims (3)

1.一种电力线载波通信抗干扰装置，包括分别连接于电力线的检测单元和执行单元，其特征在于：所述检测单元包括连接于电力线的电压隔离互感器以及主控制器，所述电压隔离互感器的输出信号分为两路，其中一路经过零比较器连接主控制器，另一路依次经信号放大器和A/D转换器连接主控制器；所述执行单元包括由多个连接于电力线的阻容器件组成的阻容器件组，所述阻容器件组由投切控制单元进行投切控制，所述投切控制单元的控制端连接于主控制器；所述主控制器对采用信号进行计算得到总奇数次谐波分量在基波中的占比THD，投切阻容器件，使THD降低到预设的阈值以下。
2.如权利要求1所述的一种电力线载波通信抗干扰装置，其特征在于：所述过零比较器采用的是施密特触发器。
3.如权利要求1所述的一种电力线载波通信抗干扰装置，其特征在于：所述投切控制单元采用的是多个与阻容器件一一对应的继电器组成的投切控制继电器组。
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