专利名称：电力电网载波控制和管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及输电供应及管理的方法及装置，尤其是涉及采用计算机对电力输送网进行控制与管理的方法与装置。更具体地说，本发明涉及一种采用数字计算机控制技术并借助于通过在现有输电网上进行与具备通讯智能终端的电量表进行载波数字通讯的电网控制及管理系统。
在以往的电网控制及管理系统中，中心控制站为了对各级用户的供电及用电的状态进行管理而采用专用的供通讯使用的线路。很明显，这种方式使整个供电网所需设置的线路庞大而复杂。在近年，人们在将载波通讯技术运用于供电网的通信与管理方面已获得了很大的成功。计算机技术对电网的参量进行管理、测试与控制也趋成熟。随之出现了一些智能化的电度表(如广西工学院电子技术研究所研制的GD-I型智能电度表)，它可以对用户的用电负荷的各类参量进行测量、显示、记录和控制。采用载波控制和管理系统对电力网进行管理与控制的实质点可以规纳为以下几个方面1.针对电力电网的输供电;2.使用载波在电力网上传送二进制数字信号;3.使用计算机技术实现控制与管理输电网;4.是对整个电网进行系统管理与控制的独立系统。
本发明的目的在于改进目前的电力电网的控制和管理，提供新的电网载波控制和管理系统并为最优控制提供新的技术手段。本发明的进一步目的还在于采用新式的终端智能式电量表，结合新的载波通讯方案，使整个电网的控制与管理水平有实质性的进步。
图1给出的是现行电力电网供电基本结构示意图;
图2给出的是本发明的电力电网载波控制和管理系统的示意图;
图3是根据本发明的中心控制机构的示意图;
图4是根据本发明的中继站的结构示意图;
图5是根据本发明的用户仪表的示意图。
在图1所示的已有技术方案中，(1)是变电站，(2)是变电所，(3)是用户变电所，(4)是用户配电柜，(5)是用户。从图1可以看出，现存的已有技术方案的输配电系统中最明显的特点是从原始输电线路(如高压线)到用户用电器之间要经历若干级电压变换，按输电支路输送电能。换句话说，以变电站输出的电能并不是直接送给用户使用，而是针对各支路的，经过逐步分级、分路地送到用户，即采用对输电支路分级控制及管理。具体地说，经变电站而输出来自高压输电线上的电能，变压后分送到各供电支路，供电支路将电能输送到下级变电所，变电所变压后又将电能经各条供电支路分送到再下一级的用户变电所。用户变电所再经各条供电支路将电能送到各个用户的配电柜。用户的配电柜再为各个不同的具体用户及用电器经各自的支路提供所需的电力。
这种由图1所示的分级式的已有技术的电网输电方案在控制及管理上存有明显的缺陷。
首先，因为用户是按照用电级别而供电的因此，供电网线路的支路数目增多。为了将各个用户区别开，就必须设置专用供电线。其次，为调整供电负荷的需要，同一支路上的用户数量和负荷就要有所限止，而新电网用户只能另立输电支路供电。支路的增加势必使输电设施投资增加。
此外，这种分级式的供电电网系统难以实现负荷的平衡。这是由于供电负荷是按支路来调整的。高峰时只好将整条某支路切断，而使该条支路的全部用户均受影响。时常会出现切断一条支路尚不足，而切断两条路又显过多的矛盾。
再之，这种分级式输电方式的监测控制不灵便。在此种情况下，供电部门只能监测所管辖的各支路的总的输电状况，而对支路上各种用户的用电情况无法详细掌握，更无法直接干预、控制具体的某一用户。对输电线路上所发生的故障反应速度慢，因为对支路各点情况不明。
再之，这种分级式输电方式不能有效地、快速地进行电网分析(如负荷分析、接地分析、质量分析等)，由于无法直接地对用户的数据进行采集、汇总、分析，因而现行的控制系统只能采用逐级查询、逐级上报的汇集分析方法，因而反应速度慢，效率低。
根据上面提到各个关于现行分级式输电网的不足方面，本发明公开了一种新的用于电力电网的载波控制和管理系统。这种系统是以中心变电站对各用户直接控制为基础的，从而使得采用线路大幅度下降，方便、敏捷地对各用户的用电状况予以监测与控制，同时对所有直接得到的数据分析处理，并根据所期方案对整个供电网进行控制与管理。
下面参考图2来说明本发明的构成和工作过程。在图2中，(7)是中心控制机，(8)是中继站，(9)是用户仪表。这三部分连同作为载波通道的输电线一起，构成了本发明的电力电网载波控制和管理系统。其中，(7)的中心控制机是一个专用的提高扩展的计算机系统，它可以置于各个不同级别的变电站、变电所及配电室内，作为该级别网络的区域控制和管理中心。中继站(8)接在输电线路上，担负着就近管理一群用户仪表的任务，并将这些用户仪表的工作情况、供电状况等各种电参数馈送到中心控制机(7)，同时还将中心控制机(7)的下行指令传送到指定的受控用户仪表，从而实现中心控制机(7)对用户用电状态的直接控制。每个中继站都有独立的地址编码，以实现中心控制机对各中继站的单独查询与控制。
本发明的关键要点之一是为本系统专门设计的载波智能电量表(9)。它可以测出用户的各类电参量并显示其所测读数，并接收中心控制机的指令而产生出相应的控制信号，并按指令要求将所测试数据用载波信号发送到中继站(8)。为了实现中心控制机对每一用户智能仪表的单独的直接控制，本发明的载波智能电量表都是可以具备独立的地址编码的，从而实现所期望的中心控制机(7)经过中继站(8)对用户(终端)智能电量表的载波控制。这些载波指令的传送线路和即为电网的输电线路，利用现行的输电线网传送指令及数据，从而省略了繁琐高价的专用通讯线路。
下面通过举例，进一步阐述本发明的工作过程。利用输电网作为载波通讯线路时，其载波通讯采用的是调频的方法。利用两个不同频率代表二进制数的“0”和“1”。中继站(8)与用户智能仪表(9)之间可以制定一套载频，中继站(8)与中心控制机(7)之间另外采用一套载频。不同的中心控制机之间以及各个不同的中继站及所辖的用户智能仪表之间都可以使用特定的载频。但一般为了标准化可以统一制定标准。
在本发明中，一帧数据码由11位代码构成，在这11位代码中，包括有1位起始位，9位数据位(其中第9位是地址和数据区别位)和1位停止位。在指令传送方式上采用异步串行通讯。载波频率不超过200KHz。载波输出电压低于所连接的输电线路电压1%。调制信号的频率不超过载频的三分之一。每一个中继站所管辖的用户智能仪表数目要适当，以保证在一秒钟之内，中继站要能够对其所管辖的全部智能用户仪表至少查询扫描一遍。在频段的具体划分上，本发明将50KHz以下的载波频段分配给中心控制机(7)和中继站(8)间的通讯使用，而将50KHz以上至200KHz的频段作为中继站与用户智能终端仪表之间的通讯使用。
由于是采用现有的输电线作为载波通讯的传输线，固而，应当事先约定是由哪两条线作为载波传送之用，例如采用一相线与零线，或两条相线。为了安全起见，整个输电线路应有良好的避雷装置。
在图3中给出了本发明的中心控制机的结构图。它是一个扩展了的微机系统，其中包括载波收发电路(11)，光电耦合电路(12)，显示电路(13)，单板机处理系统(14)，UPS电源(15)，微机系统(16)。载波收发电路(11)用来对载波信号进行调制和解调、发送与接收。这种发送与接收是经过光电耦合电路(12)和单板机处理系统(14)的串行输入接口相连接而实现的。显示电路(13)用来显示系统工作状态和重要的参数值。单板机处理系统(14)对于中心控制机系统的主要设备和接收的数据进行管理并对数据进行预处理，并且预处理的数据送往微机系统(16)，以便在那里对这些数据进行进一步的分析与计算。微机系统(16)对数据进行分析及处理，从而获得对电网整体状态的数据，根据这些分析获得的数据，微机系统(16)及对输出相应的图形及表格，并将图形、表格在显示器上显示出来，发出控制指令。UPS电源(15)用来对整个系统提供不间断供电。
在图4中示出了本发明系统中的中继站的结构图。其中包括有测量电路(18)，单板机系统(19)，避雷装置(20)以及在构成及功能与图3示出的中心控制机相同的载波收发电路(11)，光电耦合电路(12)显示电路(13)及UPS电源(15)。
测量电路(18)用来对输电线路的电压、电流、电度数、功率因数、周波数以及功率等参数进行测量。由测量电路(18)所测出的数据经转换量程后，经光电耦合器(12)后送入单板机系统(19)。图中单板机系统(19)的作用在于将测量所得的各种数据进行存贮并采集、存贮用户仪表的参数。此外，该单板机系统还要经过载波收发电路(11)及光电耦合器(12)接收中心控制机的命令并执行该命令，并依照控制逻辑对用户仪表发出指令、输出控制信号以及对相关的电器设备(诸如断路器、继电保护器、报警装置等)发出控制信号及进行相应的操作。
如前所述，为了实现本发明的全部构思而专门构成了用于实现本发明的载波通讯智能电量表。在图5中，给出了这种智能仪表构成的框图。在此，申请人仅对于此图并联系本发明的系统作一初步的说明，而更多的详尽涉及本智能仪表的介绍，请参见与本申请同时提交的题为“载波智能电量表”的专利申请。
在图5中，(22)是A/D转换芯片电路，(23)是单片机系统，(24)为程序存储器(EPROM)，(25)是显示选定电路，(26)是直流工作电源。图中标号(11)、(12)、(13)及(18)的功图已在图3及图4中作了介绍。
在图中，测量电路从电网测得的数据参量，经过光电耦合电路(12)将所测的参量送入A/D转换电路(22)转换成数字参量，并将此数据输入到单片机系统(23)。单片机系统(23)对数据进行计算、存贮并将其转换成十进制数码送到显示电路(13)进行显示。单片机系统(23)还担负着通讯与数据交互的任务，由载波收发电路(11)和光电耦合器(12)来的载波信号串行输入到单片机系统或从该单片机系统输出到作为载波通讯之用的输电线路。单片机系统(23)还对收到的指令信号和数据信号进行处理，根据所收到的信号的种类的不同，单片机系统执行不同的功能，这些功能包括执行指令、数据计算、输出令指以报警等等。单片机系统(23)在接受信号时，首先要进行地址判别，若非本仪表所属的地址则不接受执行。存贮器(24)为EPROM芯片。用于存贮用户仪表的工作程序、数据表格、通讯程序及本地址编码等。显示选定电路(25)由单脉冲发生器构成。该电路接于单片机系统(23)的外中断输入端。每按一下变换按钮发出一个脉冲信号，单片机则依次转换一次显示值的类型。直流电流(26)则为整个仪表提供所需的电能。
综合上述的对各个系统部分的阐述可以看出，由于本发明的电力电网载波控制和管理系统采用了中心控制机对已编址的终端智能电量表的直接数据交互式的控制与管理，从而实现了控制端对用户终端的直接通讯，与已有技术的分级式输电网的管理控制方式相比，这种直接通讯与控制的方式要明显地迅速、准确和高效。它可以及时地对供电网进行系统分析，为电网的经济运行、事故检测和处理、改善供电质量提供了快捷的决策依据。使供电的管理及电力的分配更加科学化。
权利要求
1.电力电网载波控制和管理系统，它包括由作为载波通讯线路的输电线路而连接成控制网的中心控制机(7)，中继站(8)和用户仪表(9)。其特征在于所说的中心控制站是一个扩展的微机系统，它包括有载波收发电路(11)，光电耦合电路(12)，显示电路(13)、单板机处理器(14)、UPS电源(15)和微机系统(16)；所说的中继站包括有测量电路(18)，单板机系统(19)，以及相应的载波收发电路、光电耦合电路及显示电路和电源；所说的用户电仪表是一个智能化终端式载波通讯电量表，它包括有A/D转换电路(22)，单片机系统(23)，程序存贮器(24)，显示选定电路(25)和直流电源及显示电路(13)。
2.如权利要求1所说的电力电网载波控制和管理系统，其特征在于，所说的中继站(8)和用户电量表(9)都是统一编址的。
3.如权利要求1所说的电力电网载波控制和管理系统，其特征在于，所说的通信数据和指令每帧是一个十一位的二进制数。
4.如权利要求1所说的电力电网载波控制和管理系统，其特征在于，所说的载波通讯是指在一对指定的现有电网输电线上进行的中心控制站与终端用户仪表间的载波传送二进制指令与数据的交互。
5.如权利要求1所说的电力电网载波控制和管理系统，其特征在于，所说的载波频率是200KHz以下的频率。输出载波电压值为所连接的输电线路电压值的1%以下。
全文摘要
一种电力电网载波控制和管理系统，它包括有中心控制机(7)、中继站(8)和用户载波智能电量表(9)构成的控制及通讯网；利用输电线路进行载波通讯；中心控制站包括有载波收发器、光电耦合器、显示电路、单板机、微机和电源、中继站包括有测量电路、单板机以及相应的载波收发电路、光电耦合电路及显示电路；载波智能电量表包括有A/D转换电路，单片机系统，程序存贮器、显示和显示选定电路及电源。
文档编号H02J13/00GK1072539SQ9211273
公开日1993年5月26日 申请日期1992年11月10日 优先权日1992年11月10日
发明者刘伟强 申请人:刘伟强