RO130027B1 - Transmiţător şi metodă pentru comunicaţia prin linia pentru transportul energiei electrice - Google Patents

Description

Prezenta invenție se referă la un transmițător și la o metodă pentru comunicația prin linia pentru transportul energiei electrice.

Prezenta cerere de brevet de invenție revendică prioritatea cererii de brevet US 13/334502, depusă la data de 22.12.2011, al cărei conținut este inclus în totalitate prin referință.

Furnizorii de servicii întrebuințează rețelele distribuite pentru a furniza servicii clienților de pe largi suprafețe geografice. De exemplu, companiile de energie întrebuințează liniile pentru distribuirea energiei pentru a transporta energie de la una sau de la mai multe centrale generatoare (centrale electrice) către amplasamentele de client și comerciale deopotrivă. Centralele generatoare întrebuințează curent alternativ (c.a.) pentru a transmite energia electrică pe distanțe lungi prin intermediul liniilor pentru distribuția energiei electrice. Transmisia pe distanțe lungi poate să fie efectuată cu folosirea de tensiuni relativ ridicate. Substațiile poziționate în apropierea amplasamentelor de consumator asigură o coborâre a tensiunii de la tensiuni înalte la tensiuni mai joase (de exemplu, folosind transformatoare). Liniile pentru distribuția energiei electrice transportă această tensiune c.a. mai coborâtă de la substații la amplasamentele de consumator cu dispozitive de punct final.

Furnizorii de comunicații pot să utilizeze o rețea de comunicații distribuită pentru a furniza servicii de comunicații către abonații lor. În mod similar, companiile de energie electrică întrebuințează o rețea de linii pentru transportul energiei electrice, aparate de măsură și alte elemente de rețea pentru a furniza energie electrică consumatorilor dintr-o regiune geografică și pentru a primi date de la amplasamentele de consumator (de exemplu, inclusiv, dar fără a se limita la acestea, date privind consumul măsurat de energie electrică). Un sistem poate să asigure aceste funcții de raportare folosind un set de dispozitive colectoare de date (colectoare) care sunt proiectate pentru a comunica cu dispozitivele de punct final apropiate. Cu toate acestea, comunicarea de date între un centru de comandă, colectoare și mai multe mii de dispozitive de punct final prin intermediul liniilor pentru transportul energiei electrice poate să fie o chestiune deosebit de provocatoare. Numărul total de dispozitive de punct final contribuie la o mulțime de probleme care includ, fără a se limita la acestea, sincronizarea, lățimea de bandă de comunicare, preocupările pentru costuri cum ar fi eficiența energetică a dispozitivelor. Eficiența energetică poate să fie o preocupare deosebită pentru dispozitivele de punct final configurate pentru a continua comunicarea datelor ca răspuns la întreruperile curentului.

Prezenta dezvăluire are în vedere sisteme și metode pentru pentru utilizarea cu comunicații coordonate între dispositive și prin intermediul liniilor pentru transportul energiei electrice. Aceste aspecte cât și altele ale prezentei dezvăluiri sunt exemplificate printr-un număr de implementări și aplicații ilustrate, unele dintre acestea fiind prezentate în figuri și caracterizate în cadrul secțiunii de revendicări care urmează.

In cazul unei modalități de realizare, un circuit transmițător furnizează transmisia de date de la dispositive de punct final către dispozitivele colectoare prin intermediul liniilor pentru distribuția energiei electrice. Transmițătorul include un circuit de amplificator configurat pentru a primi și transforma un prim semnal de date într-un semnal codat în modulație de densitate de impuls (PDM) care folosește impulsuri de frecvență înaltă care introduc componente de înaltă frecvență. Un filtru frece jos al transmițătorului este configurat pentru a filtra componentele de frecvență înaltă ale semnalului codat PDM pentru a produce un al doilea semnal de date, care este o amplificare a primului semnal de date. Este configurat un circuit de cuplare a transmițătorului pentru a cupla comunicativ cel de-al doilea semnal de date de la filtrul frece jos la liniile pentru distribuția energiei electrice. Circuitul de cuplare filtrează frecvența c.a. a liniilor pentru distribuția energiei electrice și împiedică ca tensiunea ridicată a liniilor pentru distribuția energiei electrice să deterioreze circuitul transmițător.

În cazul unei alte modalități de realizare, este pusă la dispoziție o metodă pentru 1 comunicarea de date prin intermediul liniilor pentru distribuția energiei electrice întrebuințând c.a.. Un prim semnal de date este amplificat prin intermediul unui circuit de procesare prin 3 transformarea primului semnal de date într-un semnal codat PDM și filtrarea componentelor de frecvență înaltă ale semnalului codat PDM pentru a produce un al doilea semnal de date 5 amplificat. Semnalul de date amplificat este comunicat de la circuitul de prelucrare către liniile pentru distribuția energiei electrice, în timp ce se filtrează frecvența liniei pentru trans- 7 portul energiei electrice și este împiedicată deteriorarea circuitului de prelucrare de către tensiunea ridicată a liniilor pentru distribuția energiei electrice. 9

Descrierea pe scurt de mai sus nu are în intenție să descrie fiecare modalitate de realizare ilustrată sau fiecare implementare a prezentei dezvăluiri. Figurile și descrierea 11 detaliată care urmează, inclusiv cea descrisă în revendicările anexate, descriu în special câteva dintre aceste modalități de realizare. 13

Diversele exemple de modalități de realizare pot să fie înțelese în întregime luând în considerare descrierea detaliată care urmează, în legătură cu desenele însoțitoare, în care: 15 - fig. 1A este o diagramă bloc a unui mediu rețea care are puncte finale configurate pentru transmisia de date prin intermediul unei rețele pentru distribuția energiei electrice, 17 compatibilă cu una sau cu mai multe modalități de realizare a prezentei dezvăluiri;

- fig. 1B este o diagramă bloc a unui circuit transmițător inclus în mediul rețea19 prezentat în fig. 1A, compatibil cu una sau cu mai multe modalități de realizare a prezentei dezvăluiri;21

- fig. 2 este o diagramă bloc a unui circuit transmițător de punct final, compatibil cu una sau cu mai multe modalități de realizare a prezentei dezvăluiri;23

- fig. 3 este o diagramă bloc a circuitului transmițător de punct final prezentat în fig. 2 adaptat pentru configurarea automată a amplificării, compatibilă cu una sau cu mai multe 25 modalități de realizare a prezentei dezvăluiri; și

- fig. 4 prezintă o schemă logică a unei metode pentru transmiterea de date prin 27 intermediul liniilor pentru distribuția energiei electrice, compatibilă cu una sau cu mai multe modalități de realizare a prezentei dezvăluiri. 29

Dat fiind faptul că dezvăluirea poate să fie supusă la diverse modificări și forme alternative, exemple ale acesteia au fost prezentate cu titlu de exemplu în desene și vor fi 31 descrise în detaliu. Trebuie să fie înțeles, totuși, că intenția nu este aceea de limita dezvăluirea la modalități de realizare particulare prezentate și/sau descrise. Dimpotrivă, intenția 33 este aceea de a acopri toate modificările, echivalențele și alternativele care cad în spiritul și domeniul dezvăluirii. 35

Aspecte ale prezentei dezvăluiri sunt presupuse a fi aplicabile unei diversități de diferite tipuri de dispozitive, sisteme și aranjamente pentru coordonarea comunicațiilor dintre 37 mai multe niveluri de dispozitive care utilizează liniile pentru distribuția energiei electrice în calitate de purtătoare de comunicații. Dat fiind faptul că prezenta dezvăluire nu este în mod 39 necesar limitabilă la astfel de aplicații, diverse aspecte ale dezvăluirii pot să fie înțelese prin intermediul unei discutări a diverselor exemple care întrebuințează acest context. Modalități 41 de realizare cu caracter de exemplificare ale acestei dezvăluiri includ diferite metode și circuite pentru procesarea și transmiterea de semnale de date. Compatibile cu prezenta 43 dezvăluire, anumite modalități de realizare au în vedere circuite de transmițător care pot să fie întrebuințate în dispozitivele de punct final pentru comunicarea prin intermediul liniilor 45 pentru distribuția de energie electrică.

Una sau mai multe modalități de realizare pun la dispoziție un transmițător de energie eficient. Un circuit de amplificator al transmițătorului transformă un prim semnal de date întrun semnal codat în modulație de densitate de impuls (PDM). PDM este o formă de modulație întrebuințată pentru a reprezenta un semnal analog sub o formă digital binară. În cazul unei codări PDM. valorile de amplitudine specifice ale semnalului analog sunt reprezentate prin densitatea relativă a impulsurilor de date binare. Modularea lățimii de impuls (PWM) este un tip de codare PDM, în care impulsurile sunt distanțate egal în timp cu o distanță care corespunde cu o rată de eșantionare sau o frecvență de codare. Amplitudinea fiecărui eșantion este reprezentată de către lățimea impulsului corespondent. Codarea PDM permite semnalului să fie ușor amplificat în forma binară. În unele dintre modalitățile de realizare, semnalul PDM codat poate să fie amplificat pe durata procesului de codare PDM.

Un filtru trece jos al transmițătorului este întrebuințat în continuare pentru a filtra componentele de înaltă frecvență ale semnalului codat PDM pentru a produce o versiune amplificată a primului semnal de date inițial. Un circuit de cuplare al transmițătorului este configurat pentru a cupla comunicativ semnalul de date amplificat de la filtrul trece jos la liniile pentru distribuția de energie electrică. Circuitul de cuplare filtrează frecvența c.a. a liniilor pentru distribuție de energie electrică și împiedică deteriorarea transmițătorului de către tensiunile ridicate din liniile pentru distribuția de energie electrică.

În unele dintre modalitățile de realizare, codarea PDM este realizată prin utilizarea unui amplificator de Clasa D. Un amplificator de clasa D este un amplificator de comutare, în care semnalul de ieșire este fie în întregime admis, fie în întregime oprit. Această caracteristică este folositoare în codarea semnalelor binare, cum ar fi codarea PDM, și reduce în mod semnificativ consumul de putere în comparație cu un amplificator liniar, care este întrebuințat pentru amplificarea semnalelor analoge.

Codarea PDM întrebuințează o frecvență de rată de impuls care este mai mare decât o frecvență a primului semnal de date, ceea ce permite filtrului trece jos să îndepărteze componentele de frecvență ridicată ale semnalului codat PDM să producă o versiune amplificată a semnalului de date inițial. În același fel, rata de impuls poate de asemenea să fie setată ca să fie mai mare decât frecvența c.a. a liniilor pentru distribuția de energie electrică astfel încât filtrarea trece sus poate să fie întrebuințată pentru a comunica semnalul de date amplificat către liniile pentru distribuția energiei electrice în timp ce se filtrează frecvențele c.a. de la transmițător.

În unele dintre implementări, transmițătorul poate să fie configurabil pentru a întrebuința frecvențe purtătoare diferite dintre mai multe frecvențe purtătoare. În unele dintre modalitățile de realizare, transmițătorul este configurat pentru a ajusta amplificarea transmițătorului la un nivel corespunzător pentru o frecvență selectată dintre mai multe frecvențe purtătoare. Transmițătorul include un circuit pentru a selecta una dintre mai multe frecvențe purtătoare și pentru a modula semnalul purtător pentru a coda biți de date în scopul producerii primului semnal de date. Un circuit al transmițătorului pentru detectarea curentului este configurat în sensul detectării curentului furnizat către liniile pentru distribuția de energie electric de la circuitul de cuplare. Un circuit de reacție inversă ajustează amplificarea circuitului amplificator ca o funcție de curentul detectat și de frecvența selectată dintre mai multele frecvențe purtătoare.

În concordanță cu diverse modalități de realizare a prezentei dezvăluiri, liniile pentru distribuția energiei electrică pot să transporte energie electrică care este furnizată de una sau de mai multe centrale generatoare (centrale electrice) către amplasamentele consumatorilor rezidențiali și comerciali deopotrivă. Centralele generatoare întrebuințează curentul alternativ c.a. pentru a transmite energia pe distanțe lungi prin intermediul liniilor pentru 1 distribuția energiei electrice. Transmiterea la distanță poate să fie realizată cu folosirea unei tensiuni relativ ridicate. Substațiile localizate în apropierea consumatorilor asigură o coborâre 3 de la tensiunea înaltă la o tensiune mai joasă (de exemplu, folosind transformatoare). Liniile pentru distribuția energiei electrice transportă această tensiune mai coborâtă de c.a. de la 5 substații către amplasamentele consumatorilor. Funcție de rețeaua de distribuție, tensiunile și frecvențele c.a. exacte pot să varieze. De exemplu, tensiunile pot să se găsească, în 7 general, în intervalul 100-480 V (exprimate ca tensiune rădăcină medie pătratică) cu două frecvențe întrebuințate în mod obișnuit de 50 Hz și de 60 Hz. În Statele Unite, de exemplu, 9 o rețea de distribuție poate să furnizeze consumatorului 120 V și/sau 480 V la 60 Hz.

Fig. 1A este o diagramă bloc a mediului de rețea pentru comunicarea prin linia pentru 11 transportul energiei electrice (PLC) 100 în care transmițătoarele de punct final 103 comunică date cu unitățile colectoare, în concordanță cu modalitățile de realizare a prezentei dezvă- 13 luiri. Mediul rețea 100 include o rețea de serviciu 101 în care sunt cuplate mai multe dispositive de punct final 102a-102f (de exemplu, cuplate comunicativ) cu unitățile colectoare 15

104a, 104b. În concordanță cu modalitățile de realizare a prezentei dezvăluiri, punctele finale 102 pot să furnizeze date de la aparatura de măsurare. De exemplu, pot să fie furnizate date 17 de la contoarele de energie electrică, de la contoarele de gaze și/sau de la contoarele de apă, care sunt instalate în rețelele respective pentru distribuția gazelor și a apei. Pentru 19 ușurința descrierii, modalitățile de realizare și exemplele sunt descrise în principal cu referire la punctele finale 102 ca furnizoare de măsurarea datelor de utilități (de exemplu, energia 21 electrică) prin intermediul unei rețele pentru distribuția energiei electrice. Cu toate acestea, modalitățile de realizare nu sunt astfel limitate și este de înțeles că și alte date pot de 23 asemenea să fie commumcate de asemenea de către dispozitivele de punct final.

Comunicarea datelor prin intermediul rețelelor pentru distribuirea utilităților este 25 dificilă din cauza mediilor de transmitere și a numărului total de dispozitive de punct final, ceea ce contribuie la mai multe probleme printre care sincronizarea, lățimea de bandă pentru 27 comunicare și costurile implicate. De exemplu, transmițătoarele de date pentru liniile de distribuție trebuie să aibă posibilitatea de a lucra cu tensiunile ridicate care sunt inerent pre- 29 zente pe liniile pentru transportul energiei electrice. De asemenea, este adesea disponibilă pentru transmisie o lățime de bandă de frecvență mai joasă. In cazul uneia sau al mai multor 31 modalități de realizare, transmițătoarele de punct final 103 sunt configurate pentru a folosi avantajul transmisiei în benzile de frecvență joasă, disponibile pentru multe medii de 33 transmitere de utilități, pentru a pune la dispoziție o transmisie eficientă energetic a semnalelor de date dintr-o astfel de rețea. După cum este explicat cu referire la fig. 1B de mai 35 jos, transmițătoarele de punct final pot coda semnalele de date de frecvență joasă folosind codarea PDM, cea ce dă posibilitatea ca semnalele să fie cu ușurință decodate PDM folosind 37 filtrarea trece jos la un moment ulterior.

Rețeaua pentru distribuția energiei electrice 100 prezentată în fig. 1A poate să 39 prezinte de asemenea schimbări dinamice de impedanță care pot să facă dificilă comunicarea din cauza adăugării și scoaterii altor dispozitive de punct final 102, reconfigurării rețelei 41 pentru a echilibra sarcinile de energie (prin comutatorul 105), reconfigurarea benzilor de frecvență alocate transmițătoarelor, factorilor de mediu (de exemplu, gheață de liniile pentru 43 transmiterea energiei electrice), etc. Drept rezultat al schimbărilor de impedanță a rețelei, transmițătoarele de punct final 103 pot să necesite să ajusteze amplitudinea semnalelor 45 transmise către colectoarele 104. După cum s-a discutat cu referire la fig. 3 de mai jos, în cazul uneia sau al mai multor modalități de realizare, transmițătorul de punct final 103 poate 47 să fie de asemenea configurat pentru a detecta și pentru a regla amplificarea transmițătorului 103 ca răspuns la schimbările de impedanță. 49

Punctele finale 102 pot să fie implementate pentru a monitoriza și pentru a raporta diverse caracteristici de funcționare ale rețelei de serviciu 101. De exemplu, în cadrul unei rețele pentru distribuția energiei electrice, aparatele de măsură pot să monitorizeze caracteristicile legate de consumul de energie electrică din rețea, inclusiv, de exemplu, consumul mediu sau total de energie electrică, supratensiunile energiei electrice, căderile de energie electrică și schimbările de sarcină, printre alte caracteristici. În cadrul rețelelor pentru distribuția gazelor și apei, aparatele de măsură pot măsura caracteristicile similare care sunt legate de consumul de gaze și apă (de exemplu, debitul total și presiunea).

Atunci când punctele finale 102 sunt implementate ca aparate de măsurare a energiei electrice într-o rețea pentru distribuția energiei electrice, contoarele pentru energia electrică transmit date de raportare care specifică informația de măsurare actualizată care poate să includă măsurări ale consumului total de energie electrică, consumul de energie electrică pentru o perioară de timp specificată , consumul de vârf de energie electrică, tensiunea instantanee, tensiunea de vârf, tensiunea minimă și alte mărimi măsurate legate de consumul de energie electrică și de administrarea energiei electrice (de exemplu, informația de sarcină). Fiecare dintre contoarele de energie electrică poate să transmit de asemenea alte date, cum ar fi date de stare (de exemplu, operarea într-un anumit mod de funcționare, modul de urgență pentru energie electrică, sau alte date de stare cum ar fi o stare de revenire după o întrerupere a energiei electrice).

În fig. 1, punctele finale 102a-102c și 102d-102f transmit date prin intermediul liniilor pentru distribuția de energie electrică către unitățile de colectare, respectiv 104a, 104b. Unitățile de colectare 104 pot să includă circuite (de exemplu, inclusiv unul sau mai multe procesoare de date) care sunt configurate și aranjate pentru a comunica cu punctele finale prin intermediul liniilor pentru distribuția energiei electrice. Unitățile colectoare 104 pot să includă de asemenea circuite pentru interfațarea cu un centru de comandă 112 la un centru de utilități local sau într-o altă locație. Interfața cu central de comandă 112 poate să fie implementată folosind o varietate de rețele de comunicații, inclusiv, dar fără a se limita la aceasta, o rețea generală de date (WAN) cu folosirea Ethemet-ului.

În conformitate cu anumite modalități de realizare a prezentei dezvăluiri, colectoarele pot să fie instalate în centralele electrice, în substațiile electrice, transformatoare, etc., pentru a controla comunicația bidirecțională dintre central de comandă 112 (de exemplu, amplasat la un centru pentru utilități) și punctele finale (de exemplu, amplasate în locațiile supuse contorizării de la amplasamentele de consumator). Această trimitere și primire de mesaje poate să fie în legătură cu un singur punct final, sau poate să fie difuzată simultan la un grup de puncte finale sau chiar poate să fie trimisă la toate punctele finale conectate la colectoarele 104. În concordanță cu anumite modalități de realizare, colectoarele 104 sunt construite în conformitate cu specificațiile unui calculator din categoria calculatoarelor industriale, în scopul de a rezista în mediul aspru al unei substații.

În anumite modalități de realizare a prezentei dezvăluiri, un colector 104 poate să primească date de la multe puncte finale diferite 102 în timp ce stochează datele într-o bază de date locală. În unele dintre modalitățile de realizare, un colector poate acționeze pe baza datelor care au fost primate de la punctele finale și să transmit datele primate de la punctele finale la un centru de comandă 112. De exemplu, într-o rețea PLC, centrul de comandă 112 poate să primească date care indică faptul că consumul de energie electric este semnificativ mai ridicat într-o anumită porțiune a rețelei decât în alte porțiuni ale rețelei de energie electrică. Pe baza acestor date, centrul de comandă 112 poate să aloce resurse suplimentare către acea anumită porțiune a rețelei (adică, echilibrare de sarcină) sau să furnizeze date care specifică faptul că există un consum de energie electrică crescut într-o anumită porțiune, specificată, a rețelei de energie electrică.

În concordanță cu anumite modalități de realizare, centrul de comandă 112 fur- 1 nizează o interfață care permite dispozitivelor de utilizator 118 să acceseze datele primite de către centrul de comandă 112 prin intermediul rețelei de date 110. De exemplu, dispo- 3 zitivele de utilizator 118 ar putea să fie deținute de către operatorul furnizor de utilități, de către personalul de întreținere și/sau de către clienții furnizorului de utilități. De exemplu, 5 datele care identifică consumul crescut de energie electrică descrise în cele de mai sus pot să fie furnizate la un dispozitiv de utilizator 118, care poate, la rândul său, să determine o 7 acțiune corespunzătoare care privește consumul crescut. În mod suplimentar, datele care identifică o măsurare a timpului de utilizare și/sau o măsurare cerută a vârfului pot să fie de 9 asemenea furnizate către dispozitivul de utilizator 118. În mod similar, în cazul în care a avut loc o întrerupere a energiei electrice, centrul de comandă 112 poate să furnizeze date către 11 dispozitivele de utilizator 118 care sunt accesibile consumatorilor pentru a furniza informație care se referă la existența întreruperii și să furnizeze în mod potențial informația care 13 estimează durata întreruperii.

Rețeaua de date 110 poate să fie o rețea de arie largă (WAN), o rețea de arie locală15 (LAN), intemetul, sau orice altă rețea de comunicație. Rețeaua de date 110 poate să fie implementată ca o rețea prin cablu sau fără fir. Rețelele prin cablu pot să includă orice rețele17 impuse de către mediu, inclusiv, dar fără a se limita la acestea, rețele implementate cu folosirea conductorilor cu sârmă metalică, cu material de fibră optică, sau ghiduri de undă.19

Rețelele fără fir includ toate rețelele de propagare liberă în spațiu inclusiv, dar fără a se limita la acestea, rețele implementate întrebuințând unde radio și rețele optice în spațiu liber. 21 Transmițătoarele de punct final 103 pot să fie configurate pentru a transmite date către colectoarele 104 folosind un număr diferit de tehnici pentru modularea datelor, inclusiv 23 manipulare prin deplasarea frecvenței (FSK), manipularea prin defazare (PSK, de exemplu, cuadratura PSK sau 8PAK), manipularea multiplă prin deplasarea frecvenței (MFSK, de 25 exemplu, 2 din 9, sau 2 din 46 MFSK), modulația de amplitudine în cuadratură (QAM, de exemplu 16 sau 256 QAM), etc. Simbolurile de date codate de la un anumit punct final pot 27 să fie transmise printr-unul dintre miile de canale de comunicație într-un system PLC. Canalele de comunicație pot să fie alocate din diverse porțiuni ale spectrului peste care sunt 29 transmise datele. Frecvența centrală și lățimea de bandă ale fiecărui canal de comunicații pot să depindă de sistemul de comunicații în care sunt implementate. În unele dintre 31 implementări, mai multe canale de comunicație pot să întrebuințeze fante de timp pentru a opera în una sau în mai multe benzi de frecvență partajate. De exemplu, fiecărui punct final 33 îi poate fi alocat un anumit canal în conformitate cu o tehnică de alocare prin multiplexarea ortogonală cu diviziune de frecvență (OFDMA) sau cu o altă tehnică pentru alocarea cana- 35 lului. Alocările de canal pentru punctele finale 102a-102c și 102d-102f care comunică cu anumite colectoare 104a, 104b pot să fie stocate, de exemplu, la centrul de comandă 112 37 și/sau colectoarele 104a, 104b.

În concordanță cu modalități de realizare a prezentei dezvăluiri, fiecare colector 104 39 poate să fie configurat pentru a se găsi în comunicare cu mii de puncte finale 102 și mii de colectoare 104 pot să fie în conexiune cu centrul de comandă 112. De exemplu, un singur 41 colector poate să fie configurat pentru a comunica cu peste 100.000 de puncte finale și un centru de comandă poate să fie configurat pentru a comunica cu peste 1.000 de colectoare. 43 În felul acesta, pot să fie milioane de puncte finale totale și multe mii de puncte finale pot să comunice cu același colector prin intermediul unei linii pentru distribuția energiei electrice 45 partajată. În consecință, modalități de realizare a prezenzei dezvăljuiri sunt direcționate către comunicații de coordonare, întrebuințând cu grijă protocoalele și considerațiile proiectate pe 47 bază de timp.

Fig. 1B este o diagramă bloc a unui circuit de transmițător aranjat într-un mediu rețea prezentat în cadrul fig. 1A. După cum a fost descris în cele de mai sus, transmițătoarele 103a și 103b comunică date de la respectivele puncte finale 102a și 102b, către un circuit colector 104a, întrebuințând liniile pentru distribuția energiei electrice c.a. 120. Fiecare transmițător include un amplificator 160 configurat pentru a primi un semnal de date și pentru a coda semnalul de date primit folosind codarea PDM. Semnalele 124 codate PDM sunt filtrate de un filtru trece jos configurat pentru a filtra componente de înaltă frecvență funcție de frecvența de eșantionare a codorului PDM. Atunci când componentele de înaltă frecvență ale semnalelor codate PDM sunt îndepărtate, este produsă o versiune amplificată 126 a semnalului de date inițial 122.

Semnalul de date amplificat 126 este comunicat către liniile pentru distribuția de energie electrică 120 pentru transmiterea de către un circuit de cuplare 164. Circuitul de cuplare 164 filtrează frecvența energiei electrice c.a. de pe liniile de distribuție 120 și împiedică tensiunile ridicate ale liniilor pentru distribuția energiei electrice 120 să deterioreze filtrul trece jos 162 sau circuitele codorului PDM 160.

Circuitul de cuplare poate să fie implementat, de exemplu, folosind un transformator pentru a izola liniile pentru distribuția energiei electrice de filtrul trece jos și/sau de amplificator. Circuitul de cuplare include un condensator în serie care este implementat pe partea primarului unui transformator și un condensator în serie pe partea secundarului transformatorului. Circuitul transformator-condensator resultant al circuitului de cuplare poate să fie configurat pentru a pune la dispoziție, de exemplu, o cale de semnal trece banda. Filtrul trece banda poate să fie configurat pentru a trece semnalele într-un domeniu de frecvență utilizat pentru comunicație, blocând în același timp frecvența liniei pentru transportul energiei electrice c.a. de la a afecta ieșirea amplificatorului. Pentru calea de semnal trece banda poate să fie întrebuințat un număr de diferite domenii de frecvență. De exemplu, frecvențele de semnal de 500 Hz - 100 KHz pot să fie întrebuințate în anumite modalități de realizare nelimitative. S-a descoperit că un domeniu de 2 KHz - 20 KHz asigură în mod surprinzător canale de comunicație de calitate pe distanțe lungi. Fig. 2 este o diagramă bloc a unui circuit de emițător-receptor de punct final 200 care poate să fie întrebuințat pentru a implementa transmițătoarele prezentate în fig. 1A și 1B. În această implementare cu caracter de exemplu, codarea PDM este realizată folosind un amplificator 210 de Clasa D. După cum a fost descris în cele de mai sus, un amplificator audio de Clasa D este un amplificator cu comutare care are o ieșire care este complet deschisă sau complet închisă. Atunci când este implementat cu utilizarea de tranzistor CMOS, consumul de energie electrică al amplificării este redus în mod semnificativ în comparație cu amplificatorul liniar al aceluiași nivel de ieșire dat fiind faptul că energia electrică nu este consumată atunci când amplificatorul comutator este în starea complet deschis sau în starea complet închis, ci este consumată atunci când se comută între cele două. În plus, amplificatorul de Clasă D nu generează atâta căldură ca un amplificator de linie.

Această implemetare cu caracter de exemplificare este de asemenea destinată către transmiterea semnalelor diferențiale. Circuitul amplificator este configurat pentru a transforma un semnal de date 220 în primul și cel de-al doilea semnal codat PDM 222 și 224. Filtrele trece jos 212 și 214 sunt configurate pentru a filtra componentele de înaltă frecvență ale primului și celui de-al doilea semnal codat PDM 222 și 224 pentru a produce prima și a doua component diferențială 226 și 228 ale semnalului de date amplificat, care este transmis prin circuitul de cuplare 218 prin intermediul liniilor pentru distribuția energiei electrice 230 și 232.

Ca un exemplu ilustrativ, o undă sinusoidală cu date codate care are un domeniu de 1 frecvență (de exemplu, de la 2 KHz la 20 KHz) poate să fie introdusă la amplificatorul 210 de Clasa D care este întrebuințat pentru a efectua codarea PDM a simbolurilor de date. 3 Amplificatorul de clasă D transformă unda sinusoidală de date codate în două fluxuri de impuls 222 și 224, de exemplu, într-o configurație în punte H. Fluxurile de impuls PDM au 5 o rată de eșantionare care este mai mare decât frecvența semnalului de date codat. De exemplu, fiecare dintre cele două fluxuri de impuls PDM 222 și 224 poate să fie un semnal 7 de 200 KHz. Fiecare semnal PDM este trecut printr-un filtru trece jos pentru a îndepărta componenta de 200 KHz și pentru a produce semnalul diferențial 226 și 228, care este 9 versiunea amplificată a undei sinusoidale de intrare 220. După cum a fost descris cu referire la fig. 1A, semnalul de undă sinusoidală amplificat este cuplat la linia pentru transportul 11 energiei electrice prin intermediul unei rețele de cuplare care include, de exemplu, un condensator în serie pe partea primarului unui transformator și un condensator în serie pe 13 partea de secundar (de linie) a transformatorului. Rețeaua transformator-condensator a circuitului de cuplare 218 furnizează o cale de semnal pentru semnalul de 2 KHZ - 20 KHZ, 15 blocând în același timp posibilitatea ca frecvența liniei pentru transportul energiei electrice de 60 Hz să deterioreze filtrele trece jos 212 și 214 sau amplificatorul 210. 17

Fig. 3 este o diagramă bloc a unui circuit emițător-receptor de punct final prezentat în fig. 2, adaptat pentru configurația cu amplificare automată în conformitate cu una sau cu 19 mai multe dintre modalitățile de realizare. În unele dintre implementări, transmițătorul poate să fie configurabil pentru a întrebuința diferite benzi de frecvențe pentru diferite canale de 21 date ale punctelor finale. Cu toate acestea, caracteristicile de impedanță ale transmițătorului și sarcina pot să varieze pentru diferite frecvențe. Această schimbare a impedanței poate 23 avea ca rezultat o creștere/descreștere neintenționată a amplitudinii semnalelor transmise. În cazul în care amplitudinea la care sunt transmise datele de către punctele finale este prea 25 coborâtă, colectorul s-ar putea să nu primească datele care sunt transmise de către dispozitivele de punct final. Cu toate acestea, în cazul în care amplitudinea semnalului este 27 prea ridicată, transmisia de date poate să interfereze cu transmisia de date de la alte puncte finale de pe canalele de comunicație învecinate. Una sau mai multe dintre modalitățile de 29 realizare poate să configureze setările de intensitate a semnalului transmițătorului configurabil 300 pentru a contracara schimbările de amplitudine atunci când se comută benzile 31 de frecvență întrebuințate pentru transmisie. In una sau în mai multe modalități de realizare, intensitatea semnalului unui semnal poate să fie ajustată, după cum este arătat aici, prin 33 ajustarea setării intensității semnalului (de exemplu, o amplificare) a transmițătorului de punct final 304. În unele dintre modalitățile de realizare, generatorul de semnal de date 302 poate 35 să fie configurat de asemenea la intensitatea semnalului 314, ca răspuns la circuitul de control al nivelului semnalului 308, care poate să fie utilizat de asemenea pentru a ajusta 37 intensitatea semnalului transmițătorului configurabil. De exemplu, în cazul unei implementări, circuitul pentru controlul nivelului semnalului 308 poate să fie configurat pentru a realiza 39 ajustarea fină a intensității semnalului folosind generatorul de semnal de date și pentru a realiza ajustarea grosieră a intensității semnalului utilizând transmițătorul de punct final 304. 41

Transmițătorul configurabil 300 include un circuit generator de semnal de date 302 configurat pentru a selecta o bandă de frecvență purtătoare indicată 310 și pentru a coda 43 date de intrare 312 folosind frecvența purtătoare selectată, pentru a produce semnal codat de date 314. Semnalul de date codat este amplificat și transmis întrebuințând un transmițător 45

304, care poate să fie implementat în mod similar pentru transmițătorul prezentat în fig. 2.

Un circuit pentru detectarea curentului 306 măsoară o ieșire de curent de la transmițătorul 304 către liniile pentru distribuția energiei electrice 316 și 318. Un circuit 308 pentru controlul nivelului semnalului ajustează creșterea intensității semnalului transmițătorului 304 ca pe o funcție de frecvența purtătoare și curentul ieșit detectat.

Fig. 4 prezintă o schemă logică a unei metode pentru transmiterea datelor prin intermediul liniilor pentru distribuția energiei electrice cu una sau mai multe modalități de realizare. Un semnal de date de frecvență scăzută de la un dispozitiv de punct final este primit de către un transmițător la blocul 402. O densitate de impuls este determinată pentru semnalul de date la blocul 404 întrebuințând o rată de eșantionare/de impuls înaltă. În cazul în care densitatea de impuls determinată nu este egală cu setarea densității de impuls de curent a amplificatorului la blocul de decizie 406, setarea densității de impuls a amplificatorului de Clasă D este ajustată la blocul 408 la densitatea de impuls determinată. Forme de undă binare ale setării densității de impuls sunt generate folosind amplificatorul de Clasă D la blocul 410. Determinarea densității de impuls poate, de exemplu, să fie determinată prin compararea semalului de date cu o undă triunghiulară care are o frecvență egală cu rata de eșantionare/de impuls pentru a determina dacă semnalul este mai mare decât sau mai mic decât unda triunghiulară. Ieșirea binară generată de comparație poate apoi să fie întrebuințată pentru a comanda un amplificator de Clasa D care poate să crească în mod eficient amplitudinea ieșirii binare.

Componentele de înaltă frecvență ale semnalului codat PDM sunt filtrate la blocul 412, după cum a fost descris în cele de mai sus, pentru a produce o versiune amplificată a semnalului de date. Semnalul de date amplificat este comunicat unui set de linii pentru distribuția energiei electrice folosind o cale de semnal la blocul 414 pentru transmiterea semnalului de date amplificat prin intermediul liniilor pentru distribuția energiei electrice. După cum a fost descris în cele de mai sus, calea de semnal este configurată pentru a filtra frecvența de semnalele c.a. ale liniilor pentru distribuția energiei electrice și pentru a împiedica deteriorarea circuitului de transmițător, folosit pentru a efectua etapele din blocurile de la 402 la 412, de tensiunile înalte prezente pe liniile pentru distribuția energiei electrice.

Semnalele, logica și funcționalitatea asociate, descrise în legătură cu figurile, pot să fie implementate în numeroase diferite modalități. În afară de cazul în care se indică altfel, diverse sisteme de uz general și/sau circuite logice pot să fie întrebuințate cu programe în conformitate cu cunoștiințele din cele de față, sau se pot dovedi folositoare pentru a construi un aparat și mai specializat care să efectueze metoda indicată. De exemplu, în conformitate cu prezenta dezvăluire, una sau mai multe dintre metode pot să fie implementate într-un circuit cablat, prin programarea unui procesor de uz general, sau alte circuite logice programabile sau semi-programabile și/sau prin combinarea unui astfel de hardware cu un procesor de uz general, configurat software. În consecință, diversele componente și procese prezentate în figuri pot să fie implementate într-o mare varietate de forme, bazate pe circuit, ca de exemplu utilizând module de circuit de procesare date.

Este recunoscut faptul că aspecte ale dezvăluirii pot să fie aplicate în practică cu configurații de sistem pe bază de calculator/procesor, altele decât cele care au fost descrise în mod expres în cele de față. Structura cerută pentru o varietate de astfel de sisteme și circuite va fi evidentă din solicitare și din descrierea de mai sus.

Diverșii termeni și tehnici sunt întrebuințați de specialiștii în tehnica din domeniu pentru a descrie aspect legate de una sau mai multe dintre comunicații, protocoale, aplicații, implementări și mecanisme. O astfel de tehnică este descrierea unei implementări a unei tehnici exprimată în termenii unui algoritm sau expresie matematică. În timp ce astfel de tehnici pot să fie implementate, de exemplu, prin executarea codului pe un calculator, 1 exprimarea acelei tehnici poate să fie purtată și comunicată ca o formulă, algoritm, sau expresie matematică. 3

De exemplu, un bloc care desemnează “C=A+B” ca o funcție aditivă implementată în hardware și/sau software ar lua două intrări (A și B) și ar produce o ieșire însumată (C) 5 ca și în circuitele logice combinatoriale. Astfel, întrebuințarea formulei, algoritmului, sau a expresiei matematice ca descrieri trebuie să fie înțeleasă ca având o întrupare fizică cel puțin 7 în hardware (cum ar fi un procesor în care tehnicile prezentei dezvăluiri pot să fie puse în practică și, de asemenea, implementate ca modalitate de realizare). 9

În anumite modalități, instrucțiunile executabile de către calculator sunt stocate pentru executare într-o manieră în concordanță cu una sau cu mai multe dintre metodele prezentei 11 dezvăluiri. Instrucțiunile pot să fie folosite pentru a face ca un processor de uz general sau specializat, care este programat prin instrucțiuni, să realizeze pașii metodei. Pașii pot să fie 13 realizați de către componente de hardware specifice care au în componență logic nemodificabil pentru efectuarea pașilor, sau prin orice combinație de componente de calculator 15 programate și de component hardware obișnuite.

În cazul unora dintre modalitățile de realizare, aspecte ale prezentei dezvăluiri pot să 17 fie furnizate ca un produs program de calculator, care poate să includă un mediu citibil de către calculator, care are stocate în interior instrucțiuni, care pot să fie utilizate pentru a 19 programa un calculator (sau alte dispozitive electronice) ca să efectueze un proces în conformitate cu prezenta dezvăluire. În consecință, mediul citibil pe calculator include orice 21 tip de medii/mediu citibil de către calculator corespunzător pentru stocarea instrucțiunilor electronice. 23

Diversele modalități de realizare descrise în cele de mai sus sunt puse la dispoiziție ca modalitate de ilustrare și nu trebuie avute în vedere ca limitând dezvăluirea. Pe baza 25 discuției de mai sus și a ilustrațiilor, specialiștii în tehnica din domeniu vor recunoaște cu ușurință faptul că modalitățile de realizare pot să fie aplicabile unui număr de aplicații care 27 implică transmisia de date prin intermediul liniilor pentru distribuția de energie.

Pot să dfie făcute diverse modificări și schimbări fără a urma cu strictețe modalitățile 29 de realizare cu caracter de exemplificare ilustrate și descrise în cele de față. De exemplu, astfel de schimbări pot să includă variante ale mecanismelor pentru sincronizarea (și/sau 31 urmărirea) frecvenței liniei c.a.. Astfel de modificări și schimbări nu se depărtează de la spiritul și domeniul prezentei dezvăluiri, inclusiv aspectele expuse în revendicările care 33 urmează.

Claims (17)

Revendicări

1. Transmițător pentru comunicația prin linia pentru transportul energiei electrice ca cuprinde un circuit transmițător (103) configurat și dispus în scopul de a comunica prin intermediul liniilor (120) de distribuție a energiei electrice care transportă energie electrică folosind c.a., circuit transmițător (103) care operează la o frecvență a liniei pentru transportul energiei electrice caracterizat prin aceea că circuitul transmițător (103) cuprinde:

- un circuit amplificator (210) configurat și dispus în scopul de a primi un prim semnal de date în forma unei unde purtătoare care este modulată pentru a reprezenta biți de date, precum și de a transforma primul semnal de date într-un semnal codat (PDM) în modulație cu densitate de impuls folosind impulsurile de înaltă frecvență care introduc componente de frecvență înaltă;

- un filtru trece jos (212, 214) configurat și dispus în scopul de a filtra componentele de frecvență înaltă ale unui semnal codat PDM pentru a produce un al doilea semnal de date, astfel încât cel de-al doilea semnal de date este o amplificare a primului semnal de date; și

- un circuit de cuplare (210) configurat și dispus în scopul de a cupla, din punct de vedere al asigurării comunicației, cel de-al doilea semnal de date de la filtrul trece jos (212, 214) la liniile (120) de distribuție a energiei electrice și pentru a filtra frecvența liniei pentru transportul energiei electrice.

2. Transmițător, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că cel de-al doilea semnal de date este un semnal diferențial care are o primă componentă diferențială și o a doua componentă diferențială, în care transmițător,

- circuitul amplificator (210) este configurat pentru a transforma primul semnal într-un prim semnal codat PDM și un al doilea semnal codat PDM; iar

- filtrul trece jos (212, 214) este configurat și dispus în scopul de a filtra componentele de înaltă frecvență ale primului semnal codat PDM și ale celui de-al doilea semnal PDM, pentru a produce respectivele prima și a doua componentă diferențială ale celui de-al doilea semnal de date.

3. Transmițător, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că cel de-al doilea semnal de date are o frecvență și o fază care sunt aceleași cu frecvența și faza primului semnal de date, având o amplitudine mai mare decât a primului semnal de date.

4. Transmițător, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că semnalul codat PDM este codat folosind o frecvență a ratei impulsurilor care este mai mare decât o frecvență a primului semnal de date.

5. Transmițător, conform revendicării 4, caracterizat prin aceea că frecvența ratei impulsurilor este mai mare sau egală cu 300 kHz; și primul semnal de date are o frecvență mai mică sau egală cu 20 kHz.

6. Transmițător, conform revendicării 5, caracterizat prin aceea că în care primul semnal de date are o frecvență mai mare de 2 KHz.

7 semnal de date în semnalul codat PDM include procesarea primului semnal de date, folosind amplificatorul de clasă D.

7. Transmițător, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că circuitul amplificator (210) este un amplificator de clasă D.

8. Transmițător, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că circuitul de cuplare (210) include:

- un transformator;

- un prim condensator cuplat în serie la înfășurarea primară a transformatorului; și

- un al doilea condensator cuplat în serie la înfășurarea secundarului transformatorului.

9 20. Metodă, conform revendicării 14, caracterizată prin aceea că metoda cuprinde următoarele etape:

9. Transmițător, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că primul semnal 1 de date este un semnal de date codat cu decalaj de fază.

10. Transmițător, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că în care 3 semnalul codat PDM este codat folosind modulația în lățime a pulsurilor.

11 - selectarea unei frecvențe din multitudinea de frecvențe purtătoare; și

- modularea unui semnal purtător, având frecvența selectată din multitudinea de

11. Transmițător, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că mai cuprinde: 5 - un circuit pentru generarea semnalului de date configurat și dispus în scopul de a selecta una dintre mai multele frecvențe purtătoare; și de a modula un semnal purtător, care 7 are una dintre multiplele frecvențe purtătoare, pentru a coda biții de date pentru producerea primului semnal de date; 9

- un circuit pentru detectarea curentului configurat și dispus în scopul de a detecta curentul furnizat către liniile pentru distribuția energiei electrice de către circuitul de cuplare; 11 și

- un circuit de reație configurat și dispus în scopul de a ajusta o amplificare a circuitu- 13 lui amplificator în funcție de curentul detectat și de frecvența purtătoare selectată dintre multitudinea de frecvențe purtătoare. 15

12. Transmițător, conform revendicării 11, caracterizat prin aceea că circuitul de reacție este configurat și dispus în scopul de a ajusta amplificarea circuitului amplificator 17 (210) prin setarea amplificării circuitului amplificator (210) la o setare de amplificare mai joasă a circuitului amplificator (210); iar ca răspuns la curentul detectat ca fiind mai mic decât 19 un curent de referință, prin creșterea amplificării circuitului amplificator (210).

13 frecvențe purtătoare, pentru a coda biți de date în scopul de a produce un prim semnal de date;

13. Transmițător, conform revendicării 11, caracterizat prin aceea că setarea 21 amplificării circuitului de amplificare (210) la amplificarea țintă determinată circuitul de reacție este configurat și dispus în scopul de a ajusta amplificarea circuitului amplificator (210), ca 23 răspuns la modificarea impedanței de sarcină.

14. Metodă pentru comunicația prin linia pentru transportul energiei electrice în scopul 25 comunicării de date prin intermediul liniilor (120) de distribuție a energiei electrice care transportă energie electrică de c.a., comunicare de date care operează la o frecvență egală 27 cu frecvența liniei electrice, caracterizată prin aceea că, utilizând un circuit de procesare configurat și dispus în scopul amplificării unui prim semnal de date, metoda cuprinde 29 următoarele etape:

- conversia primului semnal de date într-un semnal codat, prin modularea densității 31 imulsurilor (PDM);

- filtrarea componentelor de înaltă frecvență ale semnalului codat PDM pentru a 33 produce un al doilea semnal de date, ce este o amplificare a primului semnal de date;

- comunicarea, de la circuitul de procesare, la liniile (120) de distribuție a energiei 35 electrice, a celui de-al doilea semnal de date; și

- filtrarea frecvenței liniei electrice dintre liniile (120) de distribuție a energiei electrice 37 și circuitul de procesare.

15 - detectarea curentului furnizat de către liniile (120) de distribuție a energiei electrice, de către cel de-al doilea semnal de date;

15. Metodă, conform revendicării 14, caracterizată prin aceea că cel de-al doilea 39 semnal de date este un semnal diferențial care are o primă și o a doua componentă diferențială, și în care metodă circuitul de procesare este configurat în scopul de a realiza 41 convertirea primului semnal într-un prim semnal codat PDM și un al doilea semnal codat PDM, precum și de a realiza filtrarea componentelor de înaltă frecvență ale primului și celui 43 de-al doilea semnal codat PDM, pentru a produce respectivele prima și a doua componentă diferențială ale celui de-al doilea semnal de date. 45

16. Metodă, conform revendicării 14, caracterizată prin aceea că semnalul codat PDM este codat utilizând o frecvență a ratei impulsului care este mai mare decât o frecvență 47 a primului semnal de date.

1

17. Metodă, conform revendicării 16, caracterizată prin aceea că frecvența ratei impulsurilor este mai mare sau egală cu 20 kHz, iar primul semnal de date are o frecvență 3 mai mică sau egală cu 20 kHz.

18. Metodă, conform revendicării 17, caracterizată prin aceea că primul semnal de 5 date are o frecvență mai mare de 2 kHz.

19. Metodă, conform revendicării 14, caracterizată prin aceea că conversia primului

17 - ajustarea câștigului amplificării primului semnal de date, în funcție de curentul detectat și de frecvența selectată din multitudinea de frecvențe purtătoare.