CN1545825A - 利用供电电流交换对照明灯的控制信息的照明电网 - Google Patents

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CN1545825A CNA028163508A CN02816350A CN1545825A CN 1545825 A CN1545825 A CN 1545825A CN A028163508 A CNA028163508 A CN A028163508A CN 02816350 A CN02816350 A CN 02816350A CN 1545825 A CN1545825 A CN 1545825A
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雷蒙德·格林奈瑟
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Abstract

本发明涉及一种照明电网，其包括高压配电线(12)，多个低压电网(16，18，20)通过低频变压器(20，22，24)连接到所述高压配电线。每个所述低压电网由低压配电线(42)构成，其上通过灯控制模块(50，52，54)连接有照明灯(44，46，48)。收发装置(34，36)用来利用在所述线路中流动的低频供电电流作为载波电流与所述灯控制模块交换信息。一个耦合单元(28，30或32)连接在每个低频变压器的输入/输出端子之间。所述耦合单元包括能够以最小的衰减发送控制消息的电压变换装置，以及用来在耦合单元的两侧阻隔低频电流的装置。

Description

利用供电电流交换对照明灯的控制信息的照明电网
                      技术领域
本发明涉及照明电网，其中每一个灯由一个灯控制模块控制，本发明尤其涉及一种改良的照明电网，其中，利用照明灯的供电电流作为在中央控制站和每一个控制模块之间交换信息的载波电流。
                      背景技术
低压照明电网，也就是照明灯的供电电流为230V的电网电流的电网，实践中越来越多地利用供电电流作为进行灯的遥控和操作的载波电流。
利用载波电流的遥控系统可以是用于家庭电网的系统，其中，灯控制消息的通信限于位于本地电表的下游的私人电路上。这属于住宅自动化管理技术领域，其中，电网的负载基本上是电阻性的，只有少量的电感性，例如在取暖设备、照明和小马达的情况下。
当涉及用于公共电网的遥控系统时，灯控制消息的通信需要在更远的距离上进行，比如在城市公共照明的情况下，在这种情况下，负载比较复杂，主要由放电管及其供电装置(安装板)构成。这也属于道路及公路照明领域。在这种情况下，可以低压配电。
在这种低压公共照明电网中，每一个照明灯通过一个控制模块连接到低压配电线。这种低压公共照明电网当电网扩展得太厉害时存在局限：此时，配电线中产生的电压下降变得很大。只要配电线的长度超过若干公里，为获得可接受的电压下降而必须使用的电缆截面面积就会迅速变得不切实际。
为了解决上述问题，应当减小电压下降和所使用的电缆的截面积。为此，需要使用更高的电压，也就是说高于1000V的电压，例如三相电源的每一相为3200V，相间电压为5500V。这种电源或者可以通过将低压升高到所谓的HTI(中间高压，haute tension intermédiaire)水平而获得，或者可以通过降低从送电站获得的电压HTA(例如20kV)而获得。这样，送电就在更远的距离上用更小截面的电缆进行。然后，在本地对电压重新变压，以对其中安装照明灯或者路灯的若干百米内的BT子网供电。这种送电模式可以实现公路全部路段、停车场或者任何1到100km的电网基础设施的照明经济性。
可惜，所述HTI电网在向与每一个灯相连的控制模块传输的控制消息的传输方面不能恰当的工作。事实上，对于根据目前有效的规范构成控制消息的信号的频率(在3到148kHz频段，根据EN50065-1标准)，用于将每一个BT子网连接到HTI配电线的变压器具有相当高的阻抗。所选用的频率在大多数时候接近上限例如130kHz，以便在传送消息时利用较大的通带。另外，与变压器负载有关的由屏蔽及铠装电缆构成的HTI电网具有与BT电网非常不同的特征阻抗。针对低压设计的包括在灯控制模块中的传输部件因此完全不适用于HTI。
                      发明内容
因此，本发明的目的是设计一种公共照明电网，其利用HTI电源为BT子网供电，其中，可以向每一个所述BT子网以最小的衰减发送灯控制消息。
本发明的另一个目的是设计一种上述类型的照明电网，其中，在所述HTI配电线和每一个BT电网中的灯控制模块之间，阻抗是匹配的。
因此，本发明的目的是一种照明电网，包括：连接到高压配电线的低频高压电流源，多个各自通过一个低频变压器连接到所述高压配电线的低压电网，以及收发装置，每个所述低压电网由低压配电线上通过灯控制模块连接照明灯构成，所述收发装置利用所述线路中流动的低频供电电流作为载波电流，通过所述高压和低压配电线向所述灯控制模块发送消息，并从所述灯控制模块接收消息。在每个低频变压器的输入/输出端子之间连接一个耦合模块，该耦合模块包括适合于以最小的衰减传送消息的电压变换装置，以及用于在所述耦合模块的两侧阻隔所述低频供电电流的隔离装置。
                      附图说明
本发明的上述及其它目的和特征会从下文参照附图对优选实施例的描述中变得更加清楚。附图中：
图1是本发明的照明电网的框图；
图2是在单相HTI电源的情况下，本发明的耦合模块的示意图；
图3是在三相HTI电源的情况下，本发明的耦合模块的第一种实施方式的示意图；
图4是在三相HTI电源的情况下，本发明的耦合模块的第二种实施方式的示意图；
图5是本发明的耦合模块的第一种变型的示意图；
图6是示于图5的变型还包括双向放大装置的示意图。
                    具体实施方式
见图1，本发明的照明电网包括一个送电电压源V，其可以是BT低压(230V)，或者是HTA高压(20KV)。在这两种情况下，一个变压器10可以获得至少1000V的HTI电压，例如3200或者5000V。该电压通过一个或者多个电分段部件或者测量部件被送往高压配电线12。
在可以在较远距离上延伸的高压配电线12上，通过低频变压器，分别是变压器22、24和26，连接有低压电网16、18或者20。根据本发明，耦合模块连接在每个所述低频变压器的输入和输出端子之间。这样，耦合模块28连接在变压器22的端子之间，耦合模块30连接在变压器24的端子之间，耦合模块32连接在变压器26的端子之间。注意，BT电网的操作和遥控是由中央控制站34通过连接到高压配电线12的控制单元36进行的，该控制单元通过一个低频变压器38连接到所述高压配电线12，所述低频变压器38也在其输入和输出端子之间具有一个耦合模块。
每一个BT电网比如电网16包括低压配电线42，其上分别通过灯控制模块50、52和54连接照明灯比如灯44、46和48，所述灯控制模块用于从所述中央控制站34接收消息，并向其发送消息。这些消息的发送频率根据现有标准为3到148kHz，但最好使用较高的频率，例如130kHz，以便以尽可能快的速度传送消息。
根据耦合模块的输入电源是单相的或是三相的，在三相的情况下根据输入电源是三相和地之间的电压还是其中两相与第三相之间的电压，所述耦合模块28、30、32或者40可以不同，但具有共同的特性。
当高压配电线12供给的HTI电源是单相时，如图2所示，耦合模块60包括一个变压器62，其初级线圈连接在配电线12和地之间，次级线圈连接到BT电网。该变压器用于将HTI电压(例如3200V)变换到BT电压(230V)，但还包括环形、杆形或者罐形铁氧体形式的磁心(不同于磁板式低频变压器的磁心)，以便在发送控制消息的频率例如130kHz下具有最小的衰减。由于这种线圈匝数不多(初级线圈中为2或3匝，次级线圈中为十几匝)的变压器难以支持向其施加低频(50Hz)电压，所述耦合模块有必要包括一个电容64，将变压器62的初级线圈连接到所述高压配电线12，以及一个电容66，将所述次级线圈的输出连接到BT电网。
所述电容64和66的目的是阻隔低频(50Hz)，其值最好选择为至少近似地构成一个与变压器62的线圈导致的电感串联的谐振电路。电容与配电线(分别地，对于电容64来说是HT配电线，对于电容66来说是BT配电线)的电感一起，连接到所述线圈。这样，电容64的值可以是1到10nF，最好是5nF，电容66的值可以是100nF到1μF，最好是0.5μF。
如果高压配电线12供给的HTI电源是三相的，则耦合模块有两种不同的方式。在第一种实施方式中，如图3所示，耦合模块69的变压器62的初级线圈的一端通过相应的电容70、72、74并联到所述配电线的三相，所述各电容具有基本上等于电容64(图2)的值，所述初级线圈的另一端如前所述一样连接到地。次级线圈如同图2的情况一样通过一个电容66连接到BT电网。
在图4所示的第二种实施方式中，所述耦合模块79的变压器62的初级线圈的一端通过相应的电容80和82并联到所述高压配电线的两相，所述电容具有基本上等于电容64的值，该变压器的另一端直接连接到所述配电线的第三相。与前面两种情况一样，次级线圈通过一个电容66连接到BT电网。需要注意，这种方案的好处是与接地电路无关。
根据本发明的一种变型，如图5所示，耦合模块85可以另外包括一些附加的部件。可以在每一侧添加一个电感，以对阻抗进行更好的匹配。这样，与电容64串联的电感86的目的是使耦合模块在高压一侧的输入阻抗与高压配电线的特征阻抗匹配。同样，电感88的目的是使耦合模块在低压一侧的阻抗与低压配电线的特征阻抗匹配。
根据本发明的又一个变型，如图5所示，可以增加与变压器62的每一个线圈并联的调谐电容，目的是对于发送控制信息的频率(例如130kHz)，构成一个与相应的线圈并联的谐振电路。这样，所述电容90构成一个与HT一侧的线圈并联的谐振电路，而电容92构成一个与BT一侧的线圈并联的谐振电路。
根据图6所示的变型，可以通过向前述实施方式的变型中添加放大器来使所述耦合模块91成为有源的，因为我们知道所述放大器同样可以合并到图2所示的实施方式中。除了已经描述的无源器件之外，所述耦合模块包括双向放大装置，后者由BT到HT方向的放大器94和HT到BT方向的放大器96构成。由一个转换开关98选择这两个放大器中的任何一个。这两个放大器的电源是由电源100实现的。需要注意，在放大器的添加改变了耦合模块的特性的意义上说，最好添加一个由电容102和电感104构成的并联谐振电路，以针对发送控制信息的频率(130kHz)提供一个并联谐振电路。
需要注意，上面参照附图5和6描述了本发明的实施方式的变型，其中电源是单相的。这些变型同样适用于三相电源的情况。对于三相电源，已经结合图3和图4描述了其优选实施方式。

Claims (9)

1.高压照明电网，包括：连接到高压配电线(12)、高于1000伏特、低频例如50Hz的高压电源，多个通过低频变压器(20，22，24)连接到所述高压配电线的低压电网(16，18，20)，以及收发装置(34，36)，每个所述低压电网由低压配电线(42)上通过灯控制模块(50，52，54)连接照明灯(44，46，48)构成，所述收发装置利用所述线路中流动的低频供电电流作为载波电流，通过所述高压和低压配电线向所述灯控制模块发送频率高于3kHz的消息，并从所述灯控制模块接收消息，所述电网的特征在于：在每个低频变压器的输入/输出端子之间连接一个耦合模块(28，30，32)，所述耦合模块包括在传送所述消息的频率具有最小衰减的变压器(62)，所述变压器具有环形、杆形或者罐形铁氧体形式的磁心，并具有在所述耦合模块的两侧阻隔所述低频的隔离电容(64，66)。
2.如权利要求1所述的照明电网，其中，所述高压配电线(12)是单相线路，所述隔离电容包括串联在所述变压器(62)的与所述高压配电线相连的线圈的一端的隔离电容(64)，以及串联在所述变压器的与所述低压配电线(42)相连的线圈的一端的隔离电容(66)。
3.如权利要求2所述的照明电网，其中，所述连接在所述高压配电线(12)一侧的隔离电容(64)的值为1到10nF，所述连接在所述低压配电线(42)一侧的隔离电容(66)的值为100nF到1μF。
4.如权利要求1或2所述的照明电网，其中，所述高压配电线(12)为三相线路，所述隔离电容包括分别连接到所述高压配电线的三相、每一个都连接到所述变压器(62)的与所述高压配电线相连的线圈的一端的三个隔离电容(70，72，74)，以及一个串联到所述变压器的与所述低压配电线相连的线圈的一端的隔离电容(66)。
5.如权利要求1或2所述的照明电网，其中，所述高压配电线(12)为三相线路，所述隔离电容包括分别连接到所述高压配电线的两相、每一个都连接到所述变压器(62)的与所述高压配电线相连的线圈的一端的两个隔离电容(80、82)，以及一个串联到所述变压器的与所述低压配电线相连的线圈的一端的隔离电容(66)，而与所述高压配电线相连的所述变压器线圈的另一端直接与所述高压配电线的第三相相连。
6.如权利要求1到5之一所述的照明电网，其中，一个电感(86)与所述连接在所述高压配电线(12)一侧的隔离电容(64)串联，以便使所述耦合模块在高压一侧的输入阻抗与所述高压配电线的特征阻抗匹配，一个电感(88)与连接在所述低压配电线(42)一侧的所述隔离电容(66)串联，以便使所述耦合模块在低压一侧的输入阻抗与所述低压配电线的特征阻抗匹配。
7.如权利要求1到6之一所述的照明电网，其中，一调谐电容(90)并联到所述变压器(62)的与所述高压配电线(12)相连的线圈的端子上，以便对于发送消息的频率构成一个与所述线圈并联的谐振电路，一个调谐电容(92)并联到所述变压器(62)的与所述低压配电线(42)相连的线圈的端子上，以便对于发送消息的频率构成一个与所述线圈并联的谐振电路。
8.如前述权利要求之一所述的照明电网，其中，每一个耦合模块还包括双向放大装置(94，96，98)，后者串联到所述变压器(62)的与所述低压配电线(42)相连的线圈的一端。
9.如权利要求8所述的照明电网，其中，一个针对发送消息的频率的并联谐振电路(102，104)在所述低压配电线一侧与所述双向放大装置(94，96，98)串联。
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