一種基于tplc的電力線工頻通信系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力線傳輸領(lǐng)域，具體涉及一種電力線工頻通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]TPLC是基于TWACS技術(shù)的電力線通信技術(shù)；TffACS為雙向工頻自動(dòng)通信系統(tǒng)(Two-Way Automated Communicat1ns System)，是利用工頻電壓基波過零調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)。然而，傳統(tǒng)的TWACS通信主節(jié)點(diǎn)是安裝在變電站配電變壓器的中壓端，采用電壓調(diào)制的形式發(fā)送信號(hào)給從節(jié)點(diǎn)；從節(jié)點(diǎn)安裝在低壓用戶側(cè)，采用電流調(diào)制的形式發(fā)送信號(hào)給主節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)通過CT (電流互感器)將信號(hào)提取出來。信號(hào)的傳輸都需要跨越臺(tái)區(qū)變壓器，而目前中國電網(wǎng)的抄表系統(tǒng)都是以臺(tái)區(qū)為單位的低壓集抄系統(tǒng)，也沒有附加專用的CT，因此不能使用電流調(diào)制發(fā)送信號(hào)，傳統(tǒng)的TWACS無法滿足中國電網(wǎng)抄表系統(tǒng)的要求。
[0003]如何實(shí)現(xiàn)電力線通信的遠(yuǎn)距離傳輸，提高通信可靠性和抗干擾能力一直是科研人員研宄的重點(diǎn)。專利號(hào)201020661514.9的中國專利介紹了一種基于電力線的調(diào)制信號(hào)可穿越變壓器的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:主站集中數(shù)據(jù)采集控制裝置，與電力局?jǐn)?shù)據(jù)中心連接；廣域電力線載波通信WPLC信號(hào)下行調(diào)制處理裝置，通過傳輸下行采集控制信號(hào)的通信電纜與上述主站集中數(shù)據(jù)采集控制裝置連接；采集終端，通過依次相連的低壓電力線、位于上述采集終端側(cè)的用戶變壓器、和傳輸WPLC調(diào)制信號(hào)的高壓電力線與上述WPLC信號(hào)下行調(diào)制處理裝置連接，并與用戶終端連接。該專利技術(shù)確實(shí)使傳輸距離更遠(yuǎn)，通信可靠性也得到提高，但是該技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難，采集終端與用戶終端采用傳統(tǒng)的RS-485接口連接，抗干擾能力較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種通信距離遠(yuǎn)、抗擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、滿足中國電網(wǎng)抄表系統(tǒng)要求的基于TPLC的電力線工頻通信系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明提供的一種基于TPLC的電力線工頻通信系統(tǒng)，安裝在每個(gè)變壓器臺(tái)區(qū)下，在集中器節(jié)點(diǎn)處安裝一個(gè)主模塊，在各終端表計(jì)節(jié)點(diǎn)處分別安裝一個(gè)從模塊；所述主模塊具有入站信號(hào)檢測(cè)電路、出站信號(hào)調(diào)制電路及處理器，入站信號(hào)檢測(cè)電路與處理器連接，處理器與集中器通信同時(shí)該處理器與出站信號(hào)調(diào)制電路連接；所述從模塊具有入站信號(hào)調(diào)制電路、出站信號(hào)解調(diào)電路及處理器，出站信號(hào)解調(diào)電路與處理器連接，處理器與終端表計(jì)通信同時(shí)該處理器與入站信號(hào)調(diào)制電路連接；集中器通過主模塊發(fā)送出站信號(hào)給從模塊并檢測(cè)從模塊發(fā)出的入站信號(hào)，終端表計(jì)通過從模塊發(fā)送入站信號(hào)給主模塊并檢測(cè)主模塊發(fā)出的出站信號(hào)，用于實(shí)現(xiàn)低頻傳輸，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。
[0006]所述主模塊連接電力線的每相還有分壓濾波電路、帶通濾波電路、相位檢測(cè)電路，這些電路順次連接，所述入站信號(hào)檢測(cè)電路的輸入端連在分壓濾波電路的輸出端。
[0007]所述從模塊連接電力線的每相還有分壓濾波電路、相位檢測(cè)電路，所述出站信號(hào)解調(diào)電路的輸入端與分壓濾波電路的輸出端連接。
[0008]所述主模塊和從模塊均帶有電流檢測(cè)電路，當(dāng)檢測(cè)到電流過大時(shí)處理器立即關(guān)斷可控娃的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0009]所述主模塊的出站信號(hào)調(diào)制電路包括三個(gè)開關(guān)管、三個(gè)開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路、和一個(gè)出站信號(hào)調(diào)整電感；開關(guān)管分別串聯(lián)在三相電系統(tǒng)的電力線和中性線之間，開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路連接開關(guān)管的控制端，開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制開關(guān)管的開通和關(guān)斷，出站信號(hào)調(diào)整電感串聯(lián)在三相電系統(tǒng)的中性線上。
[0010]所述從模塊的入站信號(hào)調(diào)制電路包括兩個(gè)開關(guān)管、兩個(gè)開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)入站信號(hào)調(diào)制電阻；兩個(gè)開關(guān)管并聯(lián)在電力線ACl和AC2之間，開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路連接開關(guān)管的控制端，開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制開關(guān)管的開通和關(guān)斷，入站信號(hào)調(diào)制電阻串聯(lián)在電力線ACl上。
[0011]所述從模塊的相角檢測(cè)和出站信號(hào)解調(diào)電路包括一比較器芯片、兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容；電力線上的信號(hào)經(jīng)過分壓和濾波處理后與比較器芯片的反相輸入端連接，比較器芯片的同相輸入端與處理器輸出引腳連接，同時(shí)通過電容I接地，比較器芯片的輸出端通過上拉電阻與電源連接，通過電容與地連接，同時(shí)與處理器輸入引腳連接，比較器芯片的同相輸入端和輸出端之間還需連接一個(gè)電阻。
[0012]所述主模塊的出站信號(hào)調(diào)制電路中的開關(guān)管可以采用可控硅或IGBT (InsulatedGate Bipolar Transistor絕緣柵雙極型晶體管)，相應(yīng)的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路可以采用可控硅專用驅(qū)動(dòng)光耦或IGBT驅(qū)動(dòng)電路；采用可控硅作為開關(guān)管，采用可控硅專用驅(qū)動(dòng)光耦作為開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，可控硅專用驅(qū)動(dòng)光耦的I腳、2腳與處理器連接，4腳與可控硅的控制端連接，同時(shí)4腳通過電阻、信號(hào)調(diào)整電感與三相電系統(tǒng)的中性線N連接，6腳通過另一電阻與三相電系統(tǒng)中的一相電力線連接。
[0013]所述主模塊的出站信號(hào)調(diào)制電路還包括六個(gè)保護(hù)電阻和一個(gè)保險(xiǎn)；三個(gè)保護(hù)電阻分別并聯(lián)在三個(gè)開關(guān)管兩端，剩余三個(gè)保護(hù)電阻分別連接在三個(gè)開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)調(diào)整電感之間，六個(gè)保護(hù)電阻組成的高壓防護(hù)電路可以更好的保護(hù)電路不受電網(wǎng)浪涌沖擊電壓的影響，保險(xiǎn)串聯(lián)在三相電系統(tǒng)的中性線上，，當(dāng)有器件短路或是開關(guān)管誤觸發(fā)時(shí)能夠迅速動(dòng)作切斷電路。
[0014]所述從模塊的入站信號(hào)調(diào)制電路中的開關(guān)管可以采用可控硅或IGBT (InsulatedGate Bipolar Transistor絕緣柵雙極型晶體管)，相應(yīng)的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路采用可控娃專用驅(qū)動(dòng)光耦或IGBT驅(qū)動(dòng)電路；采用可控硅作為開關(guān)管，采用可控硅專用驅(qū)動(dòng)光耦作為開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，二可控硅以相反方向并聯(lián)，一端連接于從模塊的輸入線AC2，另一端通過入站信號(hào)調(diào)制電阻Rl連接于從模塊的輸入線ACl ;信號(hào)調(diào)整電阻R2串聯(lián)于入站信號(hào)調(diào)制電阻Rl和可控硅SCRl的控制端；信號(hào)調(diào)整電阻R4串聯(lián)于從模塊輸入線AC2和可控硅SCR2的控制端；信號(hào)調(diào)整電阻R3串聯(lián)于可控硅SCR2的控制端和可控硅專用驅(qū)動(dòng)光耦Ul的引腳6之間；從模塊可控硅驅(qū)動(dòng)電路由可控硅專用驅(qū)動(dòng)光耦組成；可控硅專用驅(qū)動(dòng)光耦的I腳、2腳與處理器連接，4腳與可控硅SCRl的控制端連接，同時(shí)4腳通過電阻、信號(hào)調(diào)整電感和保險(xiǎn)與三相電系統(tǒng)的中性線N連接，6腳通過電阻與三相電系統(tǒng)中的一相電力線連接。
[0015]所述從模塊的入站信號(hào)調(diào)制電路還包括一個(gè)保護(hù)電阻和一個(gè)保險(xiǎn)，保護(hù)電阻并聯(lián)在開關(guān)管兩端，保護(hù)電阻組成的高壓防護(hù)電路可以更好的保護(hù)電路不受電網(wǎng)浪涌沖擊電壓的影響，保險(xiǎn)串聯(lián)在電力線上，當(dāng)有器件短路或是開關(guān)管誤觸發(fā)時(shí)能夠迅速動(dòng)作切斷電路。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用電壓調(diào)制的方式調(diào)制信號(hào)，無需電流互感器，能夠滿足中國電網(wǎng)抄表系統(tǒng)的要求，調(diào)制的脈沖信號(hào)的頻率為200~700Hz，遠(yuǎn)低于常規(guī)的電力載波信號(hào)頻率，不易受配電網(wǎng)的阻抗影響而產(chǎn)生駐波，低頻信號(hào)也不會(huì)出現(xiàn)衰減，傳輸距離大大增加，對(duì)應(yīng)頻帶內(nèi)電網(wǎng)噪聲能量小，通信成功率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)載波，可直接使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，無需組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?jiǎn)單。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)框圖。
[0018]圖2是本發(fā)明實(shí)施方式中主模塊框圖。
[0019]圖3是本發(fā)明實(shí)施方式中從模塊框圖。
[0020]圖4是本發(fā)明實(shí)施方式中主模塊出站信號(hào)調(diào)制電路原理框圖。
[0021]圖5是本發(fā)明實(shí)施方式中主模塊出站信號(hào)調(diào)制電路的一種具體實(shí)施例電路原理圖。
[0022]圖6是本發(fā)明實(shí)施方式中從模塊的分壓濾波、相角檢測(cè)和出站信號(hào)解調(diào)電路的一種具體實(shí)施例電路原理圖。
[0023]圖7是本發(fā)明實(shí)施方式中從模塊入站信號(hào)調(diào)制電路原理框圖。
[0024]圖8是本發(fā)明實(shí)施方式中從模塊入站信號(hào)調(diào)制電路的一種具體實(shí)施例電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]圖1反映了本發(fā)明的系統(tǒng)架構(gòu)，在每個(gè)變壓器臺(tái)區(qū)下應(yīng)安裝TPLC的電力線工頻通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括集中器、單相表、三相表、主模塊和從模塊；主模塊安裝于集中器端，與集中器通過通訊接口通訊，主模塊和集中器均與電力線直接連接，從模塊安裝于單相電能表或三相電能表端，與相應(yīng)的單相表或三相表通過通訊接口通訊，從模塊、單相表和三相表均與電力線直接連接。
[0027]圖2示出了主模塊及主模塊與集中器的連接關(guān)系，主模塊包括分壓濾波電路、帶通濾波電路、相位檢測(cè)電路、入站信號(hào)監(jiān)測(cè)電路、處理器、電流檢測(cè)電路和出站信號(hào)調(diào)制電路；從模塊發(fā)出的入站信號(hào)，通過分壓濾波電路后分為兩路，一路依次通過帶通濾波電路和相位檢測(cè)電路后送入處理器，另一路直接通過入站信號(hào)檢測(cè)電路后送入主模塊的處理器；主模塊發(fā)送出站信號(hào)時(shí)，處理器控制出站信號(hào)調(diào)制電路，將出站信號(hào)調(diào)制到電力線上；主模塊的電流檢測(cè)電路，當(dāng)檢測(cè)到電流過大時(shí)處理器立即關(guān)斷可控硅的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，保證電網(wǎng)設(shè)備的安全；主模塊內(nèi)的處理器為帶有UART接口的處理器，處理器的UART接口和集中器內(nèi)的處理器的UART接口通過光耦隔離并連接。
[0028]圖3反映了從模塊及從模塊與終端表計(jì)的連接關(guān)系，圖中可以看出從模塊包括分壓濾波電路、相位檢測(cè)&出站信號(hào)解調(diào)電路、處理器、入站信號(hào)調(diào)制電路和電流檢測(cè)電路；從模塊接收主模塊發(fā)出的出站信號(hào)，由分壓濾波電路進(jìn)行分壓和信號(hào)濾波后，由相位檢測(cè)&出站信號(hào)解調(diào)電路送入處理器；從模塊發(fā)送入站信號(hào)時(shí)，處理器控制入站信號(hào)調(diào)制電路，將入站信號(hào)調(diào)制到電力線上；從模塊的電流檢測(cè)電路，當(dāng)檢測(cè)到電流過大時(shí)處理器立即關(guān)斷可控硅的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，保證電網(wǎng)設(shè)備的安全；從模塊內(nèi)的處理器為帶有UART接口的處理器，處理器的UART接口和表計(jì)內(nèi)的處理器的UART接口通過光耦隔離并連接。
[0029]如圖4~圖5所示，為本發(fā)明實(shí)施例的主模塊出站信號(hào)調(diào)制電路原理框圖及一種具體實(shí)施例電路原理圖；三個(gè)開關(guān)管分別串聯(lián)在三相電系統(tǒng)中的電力線和零線之間，開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路與相應(yīng)開關(guān)管的控制端連接，控制開