CN205304399U - 基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统由于采用远端传感器数据采集单元和近端主控单元的布设方式，二者分别通过采集端载波电路和主控端载波电路耦合到电力线，通过电力线连接。单片机处理器控制所述传感器单元采集数据，采集端载波电路对采集的数据进行编码后耦合到电力线中，并通过电力线传输至所述主控端载波电路，所述主控端载波电路对从电力线接收的数据进行解码，并将解码后的数据传输至所述调压器控制器，所述调压器控制器根据解码后的数据生成控制指令，所述电力电子开关控制电路根据所述控制指令控制电力电子有载调压变压器，能够使调压控制更加准确。

Description

基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统

技术领域

本实用新型涉及电力电子有载调压变压器测控系统的技术领域，特别涉及一种基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统。

背景技术

作为电压控制的一种方法，有载调压变压器的使用超过了60年。然而绝大多数的分接开关仍采用放置在油箱中的机械开关方式。这种方法主要存在调节速度慢、机械触头间产生电弧使变压器绝缘油极化、在切空载变压器时会产生较高的过电压等缺陷。

20世纪80年代开始在一些发达国家使用的无弧有载调压装置，全部采用晶闸管作开关器件代替主电路中的交流机械分接开关的无触点开关，采用微电脑逻辑控制进行调压。晶闸管和微机组成的无触点开关，可以使电路的通/断控制达到毫秒级，因此调节速度快，如果控制方式得当，可消除电弧。

一种电力电子有载调压变压器的结构如图1所示。在图1中，自耦变压器的每一个抽头都被连接到无载开关(A、B、C、D、E)，并且通过另一个无载开关与间隔的抽头交替连接在一起。这些连在一起的抽头连接到由10个串联的IGBT开关模块(BS1-1、…、BS1-10，BS2-1、…、BS2-10)组成的电子开关(BS1，BS2)上，每一个IGBT开关模块由两个反串联的IGBT组成，每一个IGBT上并联一个二极管。通过无载开关、开关模块和过渡开关M之间的配合，实现相邻两个抽头之间的无缝衔接。以开关触头从A点调到B点为例子，以下为具体实施步骤：

1、开关触头A闭合，电流信号从M-1线路流通。

2、开关触头B闭合，此时IGBT的控制电路发出给BS1触发脉冲，使BS1-1，…，BS1-10这10个开关模块导通，此时由于M-1线路无阻抗，所以电流信号仍然从M-1线路流通。

3、开关M从1调整到0，此时电流从BS1流过。

4、BS1关断，BS2开通，为防止出现死区状态，加装电感线圈L作续流作用，此时电流通路经开关触头B-BS2流通。

5、触头M从0投切到2，此时线路M-2无阻抗，因此电流通路经M-2流通，不在流经BS2。

6、IGBT的控制电路发出关断信号，BS2关断。

7、开关触头A断开，有载调压分接开关完成从A到B触头的投切。

具体抽头投切策略如下表所示，1表示闭合，0表示断开。

	A	B	BS1	M	BS2
						0	1	0	0	1	0
1	1	1	0	1	0
						2	1	1	1	1	0
3	1	1	1	0	0
						4	1	1	0	0	1
5	1	1	0	2	1
						6	1	1	0	2	0
7	0	1	0	2	0

对于将IGBT模块和微机组成的无触点开关，要想实现较好的调压性能，就要求控制方式得当，在分接开关切换时相应各开关协调工作。而有载调压变压器在进行分接头转换来调整电压的过程中，常常因为远在线路末端的负荷处的电压情况变化导致调压控制不准确。

实用新型内容

基于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统，其不仅参考接入点的电压情况，更获取了远在线路末端的负荷处的电压情况，将远处的信号进行采集和输送到调压器控制端进行处理，因此能够使调压控制更加准确。

一种基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统，包括：

传感器数据采集单元、主控单元、采集端载波电路和主控端载波电路；所述感器数据采集单元依次经过所述采集端载波电路、电力线以及所述主控端载波电路与所述主控单元连接；

所述传感器数据采集单元包括：传感器单元和单片机处理器，所述单片机处理器分别与所述传感器单元和所述采集端载波电路连接；

所述主控单元包括调压器控制器和电力电子开关控制电路，所述调压器控制器分别与所述主控端载波电路和所述电力电子开关控制电路连接；

所述单片机处理器控制所述传感器单元采集数据，并将采集的数据传输至所述采集端载波电路，所述采集端载波电路对采集的数据进行编码后耦合到电力线中，并传输至所述主控端载波电路，所述主控端载波电路对接收的数据进行解码，并将解码后的数据传输至所述调压器控制器，所述调压器控制器根据解码后的数据生成控制指令并传输给所述电力电子开关控制电路，所述电力电子开关控制电路根据所述控制指令控制电力电子有载调压变压器。

本实用新型实施例的基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统由于采用远端传感器数据采集单元和近端主控单元的布设方式，二者分别通过采集端载波电路和主控端载波电路耦合到电力线，通过电力线连接。单片机处理器控制所述传感器单元采集数据，采集端载波电路对采集的数据进行编码后耦合到电力线中，并通过电力线传输至所述主控端载波电路，所述主控端载波电路对从电力线接收的数据进行解码，并将解码后的数据传输至所述调压器控制器，所述调压器控制器根据解码后的数据生成控制指令，所述电力电子开关控制电路根据所述控制指令控制电力电子有载调压变压器。因此不仅参考接入点的电压情况，更获取了远在线路末端的负荷处的电压情况，将远处的信号进行采集和输送到调压器控制端进行处理，因此能够使调压控制更加准确。

在一个实施例中，所述采集端载波电路包括顺次连接的第一电力载波芯片和第一信号耦合单元，所述第一电力载波芯片连接所述单片机处理器，对所述采集的数据进行编码调制，然后通过所述第一信号耦合单元耦合到电力线中传输。

通过所述第一电力载波芯片对采集的数据进行编码调制，使其能够更好地在电力线中传输，不需要另外建立传输采集数据的通信数据线，节省了成本。

在一个实施例中，所述主控端载波电路包括顺次连接的第二信号耦合单元和第二电力载波芯片，所述第二电力载波芯片与所述调压器控制器连接，对所述第二信号耦合单元从电力线中接收的数据进行解码，并将解码后的数据传输至所述调压器控制器。

通过所述第二电力载波芯片对采集的数据进行解码调制，使在电力线中传输的信号可以准确还原成原始数据，保证了获取的远端数据的准确性。

在一个实施例中，所述传感器单元包括顺次连接的传感器和模数转换器，所述模数转换器连接所述采集端载波电路，将所述传感器采集的模拟数据转换成数字数据并输出至所述采集端载波电路。

因为传感器大多为模拟传感器，通过所述模数转换器，可以将模拟信号转换成数字信号，更适合进行编码发送，处理也更加方便。

在一个实施例中，所述主控单元还包括与所述调压器控制器通过串行数据通信接口连接的计算机，以及与所述计算机连接的显示装置。

通过串行数据通信接口连接的计算机可以对数据进行一般性的分析处理，也可以安装其他软件对数据进行更有针对性分析处理，通过显示装置可以对分析数据进行显示，提高了系统的实用性。

在一个实施例中，所述采集端载波电路还包括第一接收滤波电路和第一发送滤波电路，所述第一接收滤波电路和第一发送滤波电路分别连接在所述第一电力载波芯片和第一信号耦合单元之间。

通过所述第一接收滤波电路和第一发送滤波电路，分别对接收和发送的数据进行滤波操作，可以过滤大部分的噪音信号，提高系统信噪比，使主控单元的调压控制更加准确。

在一个实施例中，所述主控端载波电路还包括第二接收滤波电路和第二发送滤波电路，所述第二接收滤波电路和第二发送滤波电路分别连接在所述第二信号耦合单元和第二电力载波芯片之间。

通过所述第二接收滤波电路和第二发送滤波电路，分别对接收和发送的数据进行滤波操作，可以过滤大部分的噪音信号，提高系统信噪比，使主控单元的调压控制更加准确。

附图说明

图1为一种电力电子有载调压变压器的结构示意图；

图2为一个实施例的基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统的结构示意图；

图3中为一个实施例的基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统的具体结构示意图；

图4为一个实施例的基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统中的调压器控制器的结构示意图；

图5为一个实施例的基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统的整体连接方式示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型的保护范围。

图2中示出了一个实施例中的本实用新型的基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统。

所述基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统，包括：

传感器数据采集单元11、采集端载波电路12和主控端载波电路13、主控单元14；所述感器数据采集单元11依次经过所述采集端载波电路12、电力线以及所述主控端载波电路13与所述主控单元14连接；

所述传感器数据采集单元11包括：传感器单元111和单片机处理器112，所述单片机处理器112分别与所述传感器单元111和所述采集端载波电路12连接；

所述主控单元14包括调压器控制器141和电力电子开关控制电路142，所述调压器控制器141分别与所述主控端载波电路13和所述电力电子开关控制电路142连接；

所述单片机处理器112控制所述传感器单元111采集数据，并将采集的数据传输至所述采集端载波电路12，所述采集端载波电路12对采集的数据进行编码后耦合到电力线中，并传输至所述主控端载波电路13，所述主控端载波电路13对接收的数据进行解码，并将解码后的数据传输至所述调压器控制器141，所述调压器控制器141根据解码后的数据生成控制指令并传输给所述电力电子开关控制电路142，所述电力电子开关控制电路142根据所述控制指令控制电力电子有载调压变压器。

本实用新型实施例的基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统由于采用远端传感器数据采集单元和近端主控单元的布设方式，二者分别通过采集端载波电路和主控端载波电路耦合到电力线，通过电力线连接。单片机处理器控制所述传感器单元采集数据，采集端载波电路对采集的数据进行编码后耦合到电力线中，并通过电力线传输至所述主控端载波电路，所述主控端载波电路对从电力线接收的数据进行解码，并将解码后的数据传输至所述调压器控制器，所述调压器控制器根据解码后的数据生成控制指令，所述电力电子开关控制电路根据所述控制指令控制电力电子有载调压变压器。因此不仅参考接入点的电压情况，更获取了远在线路末端的负荷处的电压情况，将远处的信号进行采集和输送到调压器控制端进行处理，因此能够使调压控制更加准确。

请参阅图3，图3是一个实施例中的本实用新型的基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统的具体结构示意图。

在一个实施例中，所述传感器单元111包括顺次连接的传感器101和模数转换器102，所述模数转换器102连接所述采集端载波电路12，将所述传感器101采集的模拟数据转换成数字数据并输出至所述采集端载波电路12。

因为传感器大多为模拟传感器，通过所述模数转换器，可以将模拟信号转换成数字信号，更适合进行编码发送，处理也更加方便。

所述传感器单元101主要由传感器和A/D转换组成，一般来讲，传感器输出的信号都是模拟信号，若想利用电力线对传感器的信号进行传输，则必须对传感器输出信号进行模数转换，然后经过电力线载波芯片进行调制、再耦合到电力线上进行传输。所述模数转换器102可采用美国ADI公司生产的16位模数转换器AD7715。它具有0.0015％的非线性、片内可编程增益放大器、差动输入、三线串行接口、缓冲输入、输出更新速度可编程等特点。AD7715以其优良的性能价格比和较高的分辨率,在小信号的采样中得到很好的应用。

单片机处理器112实现对传感器信号的采集和对电力线载波数据发送功能的控制，它使整个传感器数据采集系统成为一个智能化的有机整体。单片机处理器112可采用STC89C516RD+，STC89C516RD+是STC公司推出的一款性价比很高的单片机。

在一个实施例中，所述采集端载波电路12包括顺次连接的第一电力载波芯片121和第一信号耦合单元122，所述第一电力载波芯片121连接所述单片机处理器112，对所述采集的数据进行编码调制，然后通过所述第一信号耦合单元122耦合到电力线中传输。

通过所述第一电力载波芯片对采集的数据进行编码调制，使其能够更好地在电力线中传输，不需要另外建立传输采集数据的通信数据线，节省了成本。

实现电力线载波通信的关键问题是如何根据电力线的特性选择合适的第一电力载波芯片(MODEM芯片)及设计可靠的接口电路。因为电力线上的用电设备种类繁多，对载波信号传输过程所产生的干扰大部分是低频调幅性干扰，所以电力MODEM芯片的调制方式应该采用抗脉冲干扰强的调频方式，同时应适当提升载波信号功率以加大传输距离。在本系统中可选择电力线载波芯片RISE3401。

在一个实施例中，所述采集端载波电路12还包括第一接收滤波电路和第一发送滤波电路124，所述第一接收滤波电路123和第一发送滤波电路124分别连接在所述第一电力载波芯片121和第一信号耦合单元122之间。

通过所述第一接收滤波电路和第一发送滤波电路，分别对接收和发送的数据进行滤波操作，可以过滤大部分的噪音信号，提高系统信噪比，使主控单元的调压控制更加准确。

载波信号经过放大电路后，通过藕合电路直接被发送到电力线上RISE3401要发送载波信号时需使能外围的载波发送电路，使RISE3401经放大的载波信号通过耦合电路入口发送到电力线上。

进一步地，所述采集端载波电路12还可以包括一个电源电路125，用于对采集端载波电路12进行供电。

在一个实施例中，所述主控端载波电路13包括顺次连接的第二信号耦合单元131和第二电力载波芯片132，所述第二电力载波芯片132与所述调压器控制器141连接，对所述第二信号耦合单元131从电力线中接收的数据进行解码，并将解码后的数据传输至所述调压器控制器141。

通过所述第二电力载波芯片对采集的数据进行解码调制，使在电力线中传输的信号可以准确还原成原始数据，保证了获取的远端数据的准确性。

在一个实施例中，所述主控端载波电路还包括第二接收滤波电路133和第二发送滤波电路134，所述第二接收滤波电路133和第二发送滤波电路134分别连接在所述第二信号耦合单元131和第二电力载波芯片132之间。

通过所述第二接收滤波电路和第二发送滤波电路，分别对接收和发送的数据进行滤波操作，可以过滤大部分的噪音信号，提高系统信噪比，使主控单元的调压控制更加准确。

进一步地，所述主控端载波电路13还可以包括一个电源电路135，用于对主控端载波电路13进行供电。

主控端载波电路中，载波信号经过第二信号耦合单元从电力线上分离出来，从第二信号耦合单元入口进入，通过第二接收滤波电路(优选为三阶带通(BPF)滤波器和衰减控制电路)进入第二电力载波芯片(RISE3401)的21引脚接口，该引脚是载波接收信号输入端。

考虑到滤波器的技术参数，实现的复杂度，实际的成本控制诸多限制条件，可采用无源方案。

本实施例中的调压器控制器141优选采用80C196单片机为核心器件，其结构如图4所示。80C196为16位高性能单片机，特别适用于复杂的、实时性要求较高的自动控制系统、数据采集系统、信号处理系统和高级智能仪器等。80C196带有A/D转换端口，简化了系统的硬件设计。80C196的输出控制线经过光耦器件隔离后，对IGBT模块的控制电路进行控制，从而实现控制IGBT通/断的目的。由于需要控制的IGBT数目比较多，对这些IGBT模块的控制则采用了“一控多”及“选控”的方式。即多个IGBT模块共用一个触发电路，在需要对某一IGBT模块控制时，通过选控电路把触发脉冲加到该模块的控制端。数据处理用半波傅里叶变换，在前半个周期内采样6个点，每个点采样3次，取中间值为采样值，在后半个周期计算。一次A/D转换的时间仅需要十几微秒，采集速度可以满足要求。根据香农采样定理，采样频率600Hz(半个周期6个点)大于信号最高频率的2倍(100Hz)。因此，采样精度能满足要求。

系统通过检测电路和触发电路实现对电力电子开关控制的晶闸管发出开通信号。

所述检测电路由三部分组成：检测一次侧电压和电流电路、检测过渡电阻上的电压和电流电路、检测电压和电流过零电路。

上述检测信号通过工频同步输入和信号调理器输入到80C196单片机。

触发电路采用光电耦合传输触发信号，脉冲变压器隔离技术。

触发电路采用单片机外围芯片连接光耦的方式实现，增加显示、译码及键盘电路实现编码。

在一个实施例中，所述主控单元14还包括与所述调压器控制器141通过串行数据通信接口连接的计算机143，以及与所述计算机连接的显示装置144。

通过串行数据通信接口连接的计算机可以对数据进行一般性的分析处理，也可以安装其他软件对数据进行更有针对性分析处理，通过显示装置可以对分析数据进行显示，提高了系统的实用性。

本实施例的基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统的整体连接方式如图5所示，在采集点处，传感器采集电压电流信号，并经过A/D转换将模拟信号转换为数字信号，对转换后的信号采用BPSK调制技术进行调制，调制后经过载波发送电路把信号耦合到低压电力线网络，经过低压电网传输到指定接收端，再通过解调、信号耦合电路,载波接收电路把电压电流信号分离出来。

而对于分离出来的电压电流信号，传送到调压器的控制器处进行分析，采用微机作为中心控制单元，实时采样被测控的电压、电流信号，经微机计算处理，与设定值相比较，一旦电压偏离预先设定的范围，控制器就产生一个升或降的命令控制相关的调压分接头(IGBT模块)导通。控制器系统主要由信号调理及采样保持电路，单片机控制系统，电压过零检测电路，触发电路等部分组成。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统，其特征在于，包括：

传感器数据采集单元、主控单元、采集端载波电路和主控端载波电路；所述感器数据采集单元依次经过所述采集端载波电路、电力线以及所述主控端载波电路与所述主控单元连接；

所述传感器数据采集单元包括：传感器单元和单片机处理器，所述单片机处理器分别与所述传感器单元和所述采集端载波电路连接；

所述主控单元包括调压器控制器和电力电子开关控制电路，所述调压器控制器分别与所述主控端载波电路和所述电力电子开关控制电路连接；

所述单片机处理器控制所述传感器单元采集数据，并将采集的数据传输至所述采集端载波电路，所述采集端载波电路对采集的数据进行编码后耦合到电力线中，并传输至所述主控端载波电路，所述主控端载波电路对接收的数据进行解码，并将解码后的数据传输至所述调压器控制器，所述调压器控制器根据解码后的数据生成控制指令并传输给所述电力电子开关控制电路，所述电力电子开关控制电路根据所述控制指令控制电力电子有载调压变压器。

2.根据权利要求1所述的基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统，其特征在于，所述采集端载波电路包括顺次连接的第一电力载波芯片和第一信号耦合单元，所述第一电力载波芯片连接所述单片机处理器，对所述采集的数据进行编码调制，然后通过所述第一信号耦合单元耦合到电力线中传输。

3.根据权利要求2所述的基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统，其特征在于，所述采集端载波电路还包括第一接收滤波电路和第一发送滤波电路，所述第一接收滤波电路和第一发送滤波电路分别连接在所述第一电力载波芯片和第一信号耦合单元之间。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统，其特征在于，所述主控端载波电路包括顺次连接的第二信号耦合单元和第二电力载波芯片，所述第二电力载波芯片与所述调压器控制器连接，对所述第二信号耦合单元从电力线中接收的数据进行解码，并将解码后的数据传输至所述调压器控制器。

5.根据权利要求4所述的基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统，其特征在于，所述主控端载波电路还包括第二接收滤波电路和第二发送滤波电路，所述第二接收滤波电路和第二发送滤波电路分别连接在所述第二信号耦合单元和第二电力载波芯片之间。

6.根据权利要求1所述的基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统，其特征在于，所述传感器单元包括顺次连接的传感器和模数转换器，所述模数转换器连接所述采集端载波电路，将所述传感器采集的模拟数据转换成数字数据并输出至所述采集端载波电路。

7.根据权利要求1所述的基于电力载波通信的电力电子有载调压变压器的测控系统，其特征在于，所述主控单元还包括与所述调压器控制器通过串行数据通信接口连接的计算机，以及与所述计算机连接的显示装置。