专利名称：一种跨台区多路并行工频通信子站接收装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力系统自动化技术领域，具体涉及一种跨台区多路并行工频通信子站接收装置。
背景技术：
工频通信系统下行信号使用电压畸变，上行信号使用电流畸变。以电网工频基波过零点为基准点传输信号。其在20世纪80年代初由美国学者Sioe T. Mak提出并不断技术改进，在负荷控制和远程抄表系统中获得应用并扩展了应用范围。目前，国外基于工频通信技术的高级量测(AMI)系统已建有大量工程应用案例。国内也从90年代后期开始研究工频通信技术，并已在一些远程抄表系统中投入使用。例如，申请号为200420041993. 9的实用新型专利公开了一种电力工频通信系统总站装置，该装置包括变压器，变压器二次侧与电压信号前期处理电路单元连接，电压信号前期处理电路单元与过零脉冲电路单元连接，由中央处理器分别与过零脉冲电路单元、开关电路单元、移相过零中断电路单元、信号处理电路单元连接，下行信号的调制电路单元一端与开关电路单元连接，另一端连接在变压器的一次侧上，信号处理电路单元依次分别与采样电路单元、放大电路单元、上行信号前期处理电路单元连接。该装置可以完全利用现有的工频电压网络进行通讯，具有成本第，通讯可靠性高的优点。但是该专利没有涉及到多路并行工频通信子站接收装置的实现原理。又如，申请号为201020627161. 0的实用新型专利公开了一种多路并行工频通信设备，该设备包括母线、馈线、连接于馈线上的配电变压器、以及通过配电变压器与馈线相连的用户终端；还包括子站装置、以及调制变压器；所述子站装置包括发送电路、接收电路、以及主控制器。但是该专利没有涉及到多路并行工频通信子站接收装置的实现原理。虽然上述两件专利所提出的技术方案具有一定的效果，但其实现的仅是最基本的电力网络工频通信，ZL200420041993. 9号实用新型专利不能实现多路工频并行信号接收， ZL201020627161. 0号实用新型专利只给出系统的连接方式，没有涉及多路并行工频通信子站接收装置电路的硬件实现。随着科技的不断更新，现有工频通信装置的通信速率和有限的应用范围已不能满足工程需求。因此，迫切的需要本领域技术人员开发出一款具有多路并行工频通信能力的接收装置。
实用新型内容为了克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提出一种可以提高工频通信速率、扩展工频通信应用范围的跨台区多路并行工频通信子站接收装置。本实用新型的接收装置是通过如下技术方案实现的一种跨台区多路并行工频通信子站接收装置，该装置包括电流信号处理回路、电压信号处理回路、方波变换回路和中央处理器，所述电流信号处理回路与中央处理器的A/D 转换单元相连接，所述电压信号处理回路分别与中央处理器的A/D转换单元和方波变换回路的输入端相连接，所述方波变换回路的输出端与中央处理器的I/O端口相连。其中，所述中央处理器上设有用于与外部进行数据交换的通信接口。其中，所述电流信号处理回路包括I/V变换电路、背景电流抵消电路和带通滤波器，所述背景电流抵消电路分别与I/V变换电路和带通滤波器相连接；所述I/V变换电路接收从电流互感器副边输入的电流信号，并将电流信号转换为电压信号，该电压信号依次经过背景电流抵消电路处理、带通滤波器滤波后传至中央处理器的A/D转换单元进行模数转换。其中，所述I/V变换电路共接收三路输入电流信号，I/V变换电路将三路电流信号变换为幅值为士3. 3V的电压信号；所述I/V变换电路、背景电流抵消电路和带通滤波器均采用有源模拟电路。其中，所述背景电流抵消电路包括四个运算放大器U2A U2D，电阻和电容，所述运算放大器U2A、U2B和U2D的外围设有电阻，所述运算放大器U2C的外围设有电阻和电容。其中，所述带通滤波器的通频带为200Hz-1000Hz。其中，所述电压信号处理回路包括V/V变换电路和低通滤波器，所述V/V变换电路接收输入电压信号，该电压信号经过低通滤波器处理后分成两条线路其中一条输出至中央处理器的A/D转换单元进行模数转换；另一条输出至方波变换回路。其中，所述V/V变换电路接收的输入电压信号为三路有效值为220V的交流强电压信号，V/ν变换电路将三路强电压信号变换为三路幅值在士3. 3V的弱电压信号；所述V/V 变换电路和低通滤波器均采用有源模拟电路。其中，所述低通滤波器的截止频率为4. SkHz0其中，所述方波变换回路包括90度移相电路和过零比较器，所述90度移相电路接收电压信号处理回路传来的电压信号，该电压信号经过90度移相和过零比较后，传至中央处理器的I/O端口。其中，所述90度移相电路包括运算放大器U1B，电容Cl和四个电阻R1、R2、R3、R4， 电压信号通过两个电阻R1、R2分别连接到运算放大器输入端的负极和正极；电容Cl的一端与运算放大器输入端的正极相连、电容的另一端接地；电阻R3的一端与运算放大器输入端的负极相连、另一端与运算放大器输出端相连；运算大器输出端还连接有一电阻R4。与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果本实用新型的装置提高了工频通信系统的速率，能够满足电能信息采集及配电自动化对高速通信技术的需求，为电力系统自动化、智能配用电发展解决一些关键的技术问题。具体地是在50Hz电网应用时，对于一路IOkV馈线，其上行信号接收速率为225bps， 在60Hz电网应用时，其上行信号接收速率为270bps ；在50Hz电网应用时，对于η路IOkV馈线，其上行信号接收速率为225*n bps，在60Hz电网应用时，其上行信号接收速率为270*n
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图1是本实用新型发送装置的结构原理图；图2是背景电流抵消电路的电路原理图；图3是90度移相电路的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的跨台区多路并行工频通信子站接收装置做进一步详细的说明。如图1所示，该接收装置主要包括I/V变换电路1、背景电流抵消电路2、带通滤波器3、V/V变换电路4、低通滤波器5、90度移相电路6、过零比较器7和中央处理器(以下简称CPU) 8，CPU 8内部设有A/D转换单元9、且CPU上设有一个I/O端口 10。背景电流抵消电路2分别与I/V变换电路1和带通滤波器3相连接，I/V变换电路接收从电流互感器副边输入的三路电流信号，并将三路电流信号转换为三路电压信号，该三路电压信号经过背景电流抵消电路2进行处理后送至带通滤波器3进行滤波，滤波后送至中央处理器8的A/ D转换单元9进行模数转换，转换后的电压信号用于CPU识别多路并行工频通信上行信号。 V/V变换电路4接收输入的三路强电压信号，将该三路强电压信号变换为三路弱电压信号、 并传给低通滤波器5进行滤波后分为两条线路其中一条三路电压信号送至CPU 8的A/D 转换单元9进行模数转换，转换后的该路信号作为CPU识别电压过零点的辅助基准，提高硬件可靠性；另一条三路电压信号经过90度移相电路6进行90度移相和过零比较器7进行过零比较后，送至CPU 8的I/O端口 10，当该条线路的电压信号的方波出现下降沿时，CPU 便进行中断处理，实现上行信号检测的同步检测。CPU上还可安装有通信接口 11，用于与其它外部装置进行数据交换。下面对上述各部份的结构和原理进行如下详细说明1)I/V变换电路1、背景电流抵消电路2和带通滤波器3I/V变换电路、背景电流抵消电路和带通滤波器组成电流信号处理回路，该回路的主要功能是实现跨台区多路并行工频通信上行信号的处理和接收。本例中，I/V变换电路1共接收三路输入电流信号，并将三路电流信号变换为幅值在士3. 3V的电压信号，再通过背景电流抵消电路2实现三相交流背景电流的抵消，最后传给带通滤波器3进行滤波处理，带通滤波器的通频带为200Ηζ-1000Ηζ。I/V变换电路、背景电流抵消电路和带通滤波器均可采用现有技术中本领域技术人员公知的有源模拟电路。如图2所示，背景电流抵消电路2包括四个运算放大器U2A U2D，13个电阻 R21 R33以及一个电容C21。其中，运算放大器U2A的外围电阻包括R21、R22、R23和R24， 这4个电阻的阻值均为IOk欧姆，功能是实现两路输入信号求差；运算放大器U2B的外围电阻包括R25和R26，R25阻值为IOk欧姆，似6阻值为7. 32k欧姆，功能是实现输入信号放大 1. 73倍；运算放大器U2C的外围电阻包括R27、R28、I^9和一个外围电容C21，R27和似9阻值均为IOk欧姆，R28阻值为3. 18k欧姆，C21为1微法，其功能是90度移相；运算放大器 U2D的外围电阻包括R30、R3UR32和R33，这4个电阻的阻值均为IOk欧姆，其功能是实现两路输入信号相加。背景电流抵消电路的总体功能是实现交流三相背景电流抵消，同时不影响多路并行工频通信上行信号。Ia输入Ub输入和Ic输入接收三路电压信号，该三路电压信号是I/V变换电路从三路电流信号变换而得的。 2) V/V变换电路4和低通滤波器5 V/V变换电路和低通滤波器组成电压信号处理回路，由于工频调制信号是过零点调制，对于调制可靠性要其极高，如果对过零点判断失误，容易引起短路事故；该回路的主要功能是完成对电压波形的强弱信号变换和滤波，采样电压波形，软件判断电压过零点。本例中，V/V变换电路4共接收三路低压电网输入的有效值为220V的交流强电压信号，并将三路强电压信号变换为三路幅值在士3. 3V的交流弱电压信号，再传给低通滤波器5进行滤波处理，低通滤波器的截止频率设定为4. SkHz0 V/V变换电路和第二低通滤波器可采用现有技术中本领域技术人员公知的有源模拟电路，V/V变换电路可采用现有技术中的AC-AC变换电路。3) 90度移相电路6和过零比较器790度移相电路和过零比较器组成方波变换回路，该回路的主要功能是实现用硬件实现电压过零点判断。由于信号在过零点附近，90度移相电路的的目的是实现对上行信号连续均勻采样，实现信号处理不偏移。该方波变换回路的输出接入到CPU 8的I/O端口 10， 且方波频率和电网交流电压频率一致，均为50Hz，方波下降沿与交流电压波峰重合。如图3所示，90度移相电路5主要由运算放大器U1B，电容Cl和四个电阻R1、R2、 R3、R4组成。电压信号处理回路传来的那条三路电压信号通过两个电阻Rl、R2分别连接到运算放大器输入端的正、负极；电容Cl的一端与运算放大器输入端的正极相连、电容的另一端接地；电阻R3的一端与运算放大器输入端负极相连、另一端与运算放大器输出端相连；运算放大器输出端还连接有一电阻R4。电阻R1、R3、R4大小为IOk欧姆，R2大小为3k 欧姆，电容Cl为1微法。过零比较器6采用现有技术中的公知技术，可通过电阻、比较器等零部件实现。4) CPU 8CPU内部设有A/D转换单元9，CPU上还设有用于连接方波变换回路的I/O端口 10 和用于连接外部设备、并与其进行数据交换的通信接口 8，该通信接口 8所接收的外部数据也用来作为CPU的识别基准。该接收装置能够提高工频通信系统的速率，例如在50Hz电网应用时，对于一路 IOkV馈线，其上行信号接收速率为225bps，在60Hz电网应用时，其上行信号接收速率为 270bps。对于η路IOkV馈线，在50Hz电网应用时，其上行信号接收速率为225*n bps，在 60Hz电网应用时，其上行信号接收速率为270*n bps ；此外，该接收装置还能够满足电能信息采集及配电自动化对高速通信技术的需求，为电力系统自动化、智能配用电发展解决一些关键的技术问题。本实用新型中的多路并行工频通信子站接收装置安装在IlOkV或者35kV变电站、 IOkV开闭站等地方，用于接收站点所辖范围的多路工频上行信号。可对各种电能信息采集终端或者配电自动化终端提供远程通信信号。本实用新型与传统单路工频通信子站接收装置相比，在通信速率、通信效率和通信可靠性方面均取得了较大进展，具有很大的应用前
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O最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本实用新型的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种跨台区多路并行工频通信子站接收装置，其特征在于该装置包括电流信号处理回路、电压信号处理回路、方波变换回路和中央处理器(8)，所述电流信号处理回路与中央处理器(8)的A/D转换单元(9)相连接，所述电压信号处理回路分别与中央处理器(8) 的A/D转换单元(9)和方波变换回路的输入端相连接，所述方波变换回路的输出端与中央处理器(8)的I/O端口 (10)相连。
2.如权利要求1所述的跨台区多路并行工频通信子站接收装置，其特征在于所述中央处理器(8)上设有用于与外部进行数据交换的通信接口(11)。
3.如权利要求1或2所述的跨台区多路并行工频通信子站接收装置，其特征在于所述电流信号处理回路包括I/V变换电路(1)、背景电流抵消电路(2)和带通滤波器(3)，所述背景电流抵消电路分别与ΙΛ变换电路和带通滤波器相连接；所述I/V变换电路接收从电流互感器副边输入的电流信号，并将电流信号转换为电压信号，该电压信号依次经过背景电流抵消电路处理、带通滤波器滤波后传至中央处理器(8)的A/D转换单元(9)进行模数转换。
4.如权利要求3所述的跨台区多路并行工频通信子站接收装置，其特征在于所述 I/V变换电路(1)共接收三路输入电流信号，ΙΛ变换电路将三路电流信号变换为幅值为士3. 3V的电压信号；所述I/V变换电路(1)、背景电流抵消电路( 和带通滤波器C3)均采用有源模拟电路。
5.如权利要求4所述的跨台区多路并行工频通信子站接收装置，其特征在于所述背景电流抵消电路( 包括四个运算放大器U2A U2D，电阻和电容，所述运算放大器U2A、 U2B和U2D的外围设有电阻，所述运算放大器U2C的外围设有电阻和电容。
6.如权利要求5所述的跨台区多路并行工频通信子站接收装置，其特征在于所述带通滤波器(3)的通频带为200Hz-1000Hz。
7.如权利要求1或2所述的跨台区多路并行工频通信子站接收装置，其特征在于所述电压信号处理回路包括V/V变换电路(4)和低通滤波器(5)，所述V/V变换电路接收输入电压信号，该电压信号经过低通滤波器处理后分成两条线路其中一条输出至中央处理器 (8)的A/D转换单元(9)进行模数转换；另一条输出至方波变换回路。
8.如权利要求7所述的跨台区多路并行工频通信子站接收装置，其特征在于所述V/ V变换电路(4)接收的输入电压信号为三路有效值为220V的交流强电压信号，V/V变换电路将三路强电压信号变换为三路幅值在士3. 3V的弱电压信号；所述V/V变换电路(4)和低通滤波器( 均采用有源模拟电路。
9.如权利要求8所述的跨台区多路并行工频通信子站接收装置，其特征在于所述低通滤波器(5)的截止频率为4. SkHz0
10.如权利要求1或2所述的跨台区多路并行工频通信子站接收装置，其特征在于所述方波变换回路包括90度移相电路(6)和过零比较器(7)，所述90度移相电路接收电压信号处理回路传来的电压信号，该电压信号经过90度移相和过零比较后，传至中央处理器 (8)的 I/O 端口(10)。
11.如权利要求10所述的跨台区多路并行工频通信子站接收装置，其特征在于所述 90度移相电路(5)包括运算放大器U1B，电容Cl和四个电阻Rl、R2、R3、R4，电压信号通过两个电阻R1、R2分别连接到运算放大器输入端的负极和正极；电容Cl的一端与运算放大器输入端的正极相连、电容的另一端接地；电阻R3的一端与运算放大器输入端的负极相连、 另一端与运算放大器输出端相连；运算放大器输出端还连接有一电阻R4。
专利摘要本实用新型提出一种跨台区多路并行工频通信子站接收装置，其包括电流信号处理回路、电压信号处理回路、方波变换回路和中央处理器，电流信号处理回路与中央处理器的A/D转换单元相连接，电压信号处理回路分别与中央处理器的A/D转换单元和方波变换回路的输入端相连接，方波变换回路的输出端与中央处理器的I/O端口相连。该接收装置安装在110kV或者35kV变电站、10kV开闭站等地方，用于接收站点所辖范围的多路工频上行信号，可对各种电能信息采集终端或者配电自动化终端提供远程通信信号。与传统单路工频通信子站接收装置相比，该接收装置在通信速率、通信效率和通信可靠性方面均取得了较大进展，应用前景极佳。
文档编号H04B3/54GK202178761SQ20112025925
公开日2012年3月28日 申请日期2011年7月21日 优先权日2011年7月21日
发明者刘国军, 李建岐, 渠晓峰, 王智慧, 赵涛, 黄毕尧 申请人:中国电力科学研究院