CN201340652Y

CN201340652Y - 一种用于低压电力线载波抄表的装置

Info

Publication number: CN201340652Y
Application number: CNU200920038139XU
Authority: CN
Inventors: 高恭娴; 孙刚
Original assignee: Nanjing College of Information Technology
Current assignee: Nanjing College of Information Technology
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2019-01-22

Abstract

一种用于低压电力线载波抄表的装置，包括两个低压电力线载波模块；它们与电力线之间分别通过耦合器进行耦合。其中一个设在变压器内的集中器上，它包括集中器CPU、电力载波调制解调器和零相鉴别器；另一个设在单/三相电度表上，它包括电度表数据采集和传输CPU、电力载波调制解调器和零相鉴别器；所述集中器CPU和电度表数据采集和传输CPU连接各自的电力载波调制解调器，通过电力线进行载波通信；所述设在两个载波模块上的零相鉴别器的输入端分别通过耦合器连接电力线，对电力线上的电压波形进行零相鉴别；两个零相鉴别器的输出端分别连接集中器CPU和电度表数据采集和传输CPU的输出端。本装置提高了低压电力线载波通信信号传输的可靠性。

Description

一种用于低压电力线载波抄表的装置

一、技术领域

本实用新型属于低压电力线载波数据传输的通信系统的应用，具体是一种用于低压电力线载波抄表的装置。

二、技术背景

随着国家推广电力系统的一户一表工作的推广，以及供用电管理现代化的需要，传统的手工抄表、手持终端抄表、车载无线电抄表方式已不适应，而越来越多的自动集中抄表系统进入了实用阶段。这些抄表系统工作效率高，电量计量准确，而且还能提供许多用电的监视和管理功能。

自动集中抄表系统的抄表方式有485总线抄表、载波抄表、GPRS抄表等，而最简单的方式是载波抄表，它几乎不需要增加网络改造和后续费用。但是电力线是为传输50Hz的工频电能，而不是为通信而铺设的，故其特性往往较难直接满足载波通信的要求。这直接体现在两个方面：①电力网络的阻抗特性及其衰减，制约了信号的传输距离。②电力线上的噪音干扰，制约了信号的传输质量。可以看出，由于在低压电力线上存在诸多使载波信号的信噪比急剧下降的因素，使得载波信号难以在一个供电区域内较好地传输，就必须采用多种技术措施，才能构造出满足实际需要的载波系统。

三、实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种用于低压电力线载波抄表的装置，具体技术方案如下：

一种用于低压电力线载波抄表的装置，其特征是包括设在同一个变压器的集中器上的低压电力线载波模块和设在单/三相电度表上的低压电力线载波模块；所述两个载波模块与电力线之间分别通过耦合器进行耦合。

设在同一个变压器的集中器上的低压电力线载波模块包括集中器CPU、电力载波调制解调器和零相鉴别器；设在单/三相电度表上的低压电力线载波模块包括电度表数据采集和传输CPU、电力载波调制解调器和零相鉴别器；所述集中器CPU和电度表数据采集和传输CPU通过各自载波模块的电力载波调制解调器，通过电力线进行载波通信；

所述电度表数据采集和传输CPU与单/三相电度表通信；两个零相鉴别器的输入端分别连接电力线，对电力线上的电压波形进行零相鉴别；两个零相鉴别器的输出端分别连接集中器CPU和电度表数据采集和传输CPU的输出端。

所述设在两个载波模块的电力载波调制解调器的调制输出端都还依次连接有缓冲器、低通滤波器和功率放大器，所述功率放大器的输出端连接耦合器。

所述两个电力线载波模块的零相鉴别器与耦合器之间还连接低通滤波器。

所述电度表CPU和单/三相电度表的接口是标准TTL电平或RS485的半双工串行通信口。

所述两个电力载波调制解调器是半双工、同步FSK调制解调器。

所述与集中器CPU连接的电力载波调制解调器的解调输入端还连接放大器。

(数字调频又称移频键控，简记为FSK，它是载波频率随数字信号而变化的一种调制方式。)

本实用新型原理如下：

低压电力线上的负载情况是多变的，各个用户在不同的时间段用电电器开启的情况不一样，带来的是电网上的电流会发生急剧的变化，从电路阻抗计算的方法欧姆定律V＝IR可知：如果电压恒定，电流越大电阻就会越小，那么通过电力线耦合上去的载波信号的负载就很越重，信号就会在很短的距离内衰减下来，载波信号就不能传送到同一个变压器内的数据采集器。即使采用数据传输中继，虽然增加了成本，但有的时候还是不能达到设计要求。在这样的系统中最关键的问题就是如何降低低压载波信道中的负载，即不可能要求用户尽量少用家用电器，也不可能测量出哪个时段内用户用电最少，唯一的方法就是使用零相位数据传输——即在交流电压相位为零时传输数据。在数据传输接口上增加相位检测电路，用测量和预估法测得低压电力线载波信道的相位，在电压信号过零点附近(如果低压电力线载波信道上的电压电流相位是同相)耦合载波信号，此时由于电压很小并趋于“零”，电流也很小同样趋于“零”，低压电力线载波信道上的负载相对比较轻也很稳定，即使由于用电感性负载的影响，电压电流有一定的相位差，在电压零相位附近电流还是在很低的水平。由于电压信号过零点附近这个区域的时间比较短，在一次电压信号过零点附近用于数据传输的时间就更短，因此在电路设计时采用电压过零预测方法，在电压信号接近零点和过零点以后的两个相同的时间间隔内发送载波数据信号。由于电力线抄表对数据的实时性要求不高，而且低压电力线信道质量的限制也不可能传输很高波特率的数据信号，尽管这种方法降低了信号的传输速率，但由于数据传输距离的延长能满足电力系统自动抄表的技术要求。

本实用新型的特点是：在低压电力线载波信道上寻找负载较轻的时间段发送载波数据，使信号衰减降到尽可能的低，延长载波信号的传输距离以提高低压电力线载波通信信号传输的可靠性。

四、附图说明

图1是实施例中安装在集中器上的低压电力线载波模块框图

图2是安装在单(三)相电度表上的低压电力线载波模块框图，

图3零相鉴别器框图

五、具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

本装置由两部分组成，一部分是作为安装在同一个变压器的集中器上的低压电力线载波模块，另一部分是安装在单(三)相电度表上的低压电力线载波模块，其硬件设计基本相同而软件设计略有不同。所述两个载波模块与电力线之间分别通过耦合器进行耦合。

设在同一个变压器的集中器上的低压电力线载波模块包括集中器CPU、电力载波调制解调器和零相鉴别器；设在单/三相电度表上的低压电力线载波模块包括电度表数据采集和传输CPU、电力载波调制解调器和零相鉴别器；所述集中器CPU和电度表数据采集和传输CPU连接各自的电力载波调制解调器，通过电力线进行载波通信。所述电度表数据采和传输CPU与单/三相电度表通信；两个零相鉴别器的输入端分别通过耦合器连接电力线，对电力线上的电压波形进行相位鉴别；两个零相鉴别器的输出端分别连接集中器CPU和电度表数据采集和传输CPU的输入端。所述设在两个电力载波调制解调器的调制输出端都还依次连接有缓冲器、低通滤波器和功率放大器，所述功率放大器的输出端连接耦合器。所述两个电力线载波模块的零相鉴别器与耦合器之间还连接低通滤波器。所述电度表数据采集和传输CPU和单/三相电度表的接口是标准TTL电平或RS485的半双工串行通信口。所述两个电力载波调制解调器是半双工、同步FSK调制解调器。所述与集中器CPU连接的电力载波调制解调器的解调输入端还连接放大器。

本例中，

1、安装在集中器上的低压电力线载波模块，如图1。是由集中器CPU、电力载波调制解调器、缓冲器、低通滤波器、变压器和零相鉴别器组成。

集中器CPU的功能是接受来自主站的参数设置：包括抄表时间、本集中器CPU管理的电度表个数、表号、表内数据的原始值等，集中器CPU根据这些参数和零相鉴别器的信号状态定时控制电力载波调制解调器发送命令信号和接受单(三)相表发来的数据信号，并存储这些数据，再根据主站的要求及时将数据传送的信息中心用于用户用电量决算和负荷预测。

电力载波调制解调器采用欧洲ST公司的ST7536是一个半双工、同步FSK调制解调器芯片。它专为低压电力线传输而设计，较好地克服了低压电力线载波传输中的技术问题。在发送模式下，电力线接口把来自ST7536芯片的发送信号进行放大和滤波。缓冲器的作用是保护ST7536，并且驱动电力线接口中的低通滤波器。低通滤波器(LPF)的作用是抑制谐波。滤波后的信号被送入功率放大器，这个功率放大器通过耦合器来驱动阻抗为1～100Ω的电力线。此外，放大器也进行频段滤波，来抑制发送信号的二次谐波。在接收模式下，耦合器从电力线上取得信号，在预放大器中进行放大，再送给ST7536的接收输入端。这种模式下，为了避免功率放大器的低输出阻抗所造成接收信号的衰减，关闭缓冲器和功率放大器。

2、安装在单(三)相电度表上的低压电力线载波模块，如图2

由数据采和传输CPU单片机、电力载波调制解调器、缓冲器、低通滤波器、变压器和零相鉴别器组成。他和集中器上的低压电力线载波模块不同的有两点：一是数据采和传输CPU单片机和单(三)相电度表的接口是标准TTL电平或RS485半双工串行通信口，其接口协议满足执行标准：GB/T17215-2002；DL/T614-1997。二是数据采和传输CPU单片机正常情况下根据零相鉴别器的信号状态工作在接受状态，一旦接受到抄本表的命令立即转换电力载波调制解调器的工作状态到发送，在电力线上电压接近零点附近将本表数据发送到集中器。

参考图3，零相鉴别器对电压信号的零相位进行检测，一旦电力线上的电压波形低于设定的电压预定值，数据采和传输CPU控制电力载波调制解调制处于接受或发送状态，同时根据数据采和传输CPU的指令发送数据信号或检测电力线上的电压信号并进行调制解调，再根据通信协议进行数据通信。电力线上的信号经过低通滤波器滤掉电网上的高频信号后得到50Hz的低频信号，用两个电压比较器，设定了两个正负ΔV电压，一旦电压跌落到两个正负ΔV电压之间，两个比较器的输出电压会发生变化，数据采和传输CPU只要判别零相鉴别器的电平就能判定电网上的电压值是不是接近零点，并控制电力载波调制解调制的工作在发送或接受状态。

在本例的系统中，除了基于成本和实现的考虑，使用了数字FSK窄带载波技术；选取了合适的电力载波调制解调器芯片；采用了适当加大发射功率，提高软件容错能力等措施来提高系统的性能外。特别采用了零相数据传输的新技术，使电力线载波的数据通信的传输距离有了很大的提高。本例中，缓冲器采用的简单运算放大器组成的射极跟随器，起到信号隔离的作用。耦合器的作用是对低压电力线载波接受和发送的信号进行耦合并高、低压隔离，用双绕组变压器和0.22u/250VAC的交流电容组成(由于双绕组变压器和交流电容组合连接来实现上述耦合作用的电路在现有技术中比较多见，在此就不作进一步限制了)，耦合变压器的两个绕组分别接入载波输入和载波输出端。

Claims

1、一种用于低压电力线载波抄表的装置，其特征是包括设在同一个变压器内的集中器上的低压电力线载波模块和设在单/三相电度表上的低压电力线载波模块；

所述两个载波模块与电力线之间分别通过耦合器进行耦合；

设在同一个变压器内的集中器上的低压电力线载波模块包括集中器CPU、电力载波调制解调器和零相鉴别器；设在单/三相电度表上的低压电力线载波模块包括电度表数据采集和传输CPU、电力载波调制解调器和零相鉴别器；所述集中器CPU和电度表数据采集和传输CPU连接各自的电力载波调制解调器，通过电力线进行载波通信；

所述设在两个载波模块上的零相鉴别器的输入端分别通过耦合器连接电力线，对电力线上的电压波形进行零相鉴别；两个零相鉴别器的输出端分别连接集中器CPU和电度表数据采集和传输CPU的输出端。

所述电度表数据采集和传输CPU与单/三相电度表进行数据通信。

2、根据权利要求1所述的用于低压电力线载波抄表的装置，其特征是所述设在两个载波模块的电力载波调制解调器的调制输出端都还依次连接有缓冲器、低通滤波器和功率放大器，所述功率放大器的输出端连接耦合器。

3、根据权利要求1所述的用于低压电力线载波抄表的装置，其特征是所述两个电力线载波模块的零相鉴别器与耦合器之间还连接低通滤波器。

4、根据权利要求1或2或3所述的用于低压电力线载波抄表的装置，其特征是所述电度表数据采集和传输CPU和单/三相电度表的接口是标准TTL电平或RS485的半双工串行通信口。

5、根据权利要求1或2或3所述的用于低压电力线载波抄表的装置，其特征是所述两个电力载波调制解调器是半双工、同步FSK调制解调器。

6、根据权利要求1或2或3所述的用于低压电力线载波抄表的装置，其特征是所述与集中器CPU和数据采集和传输CPU连接的电力载波调制解调器的解调输入端还连接放大器。