专利名称：一种跨台区多路并行工频通信子站发送装置的制作方法
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发送装置。
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发送装置的实现原理。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发送装置的实现原理。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发送， 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发送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发送装置。
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发送装置。本实用新型的发送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发送装置，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、信号调制电路和中央处理器，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
4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第一 I/O 端口相连，所述信号调制电路与中央处理器的第二 I/O端口相连、并且中央处理器将驱动信号传至信号调制电路进行调制后输出驱动电平。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变换电路和第一低通滤波器，所述I/V变换电路接收输入电流信号，并将电流信号转换为电压信号，该电压信号经过第一低通滤波器处理后送至中央处理器的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变换电路和第一低通滤波器均采用有源模拟电路。其中，所述第一低通滤波器的截止频率为4kHz。其中，所述电压信号处理回路包括V/V变换电路和第二低通滤波器，所述V/V变换电路接收输入电压信号，该电压信号经过第二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变换电路将该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变换电路和第二低通滤波器为有源模拟电路。其中，所述第二低通滤波器的截止频率为5kHz。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，并将该电压信号经过90度移相和过零比较后，传至中央处理器的第一 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。其中，所述信号调制电路包括三极管，光偶，电阻和电容，驱动信号通过三极管的输入端进行输入，所述三极管的输出端、电阻和电容分别与光耦相连。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，在50Hz电网应用时，其下行信号发送速率从单路通信的提高到多路并行通信的75bps，在60Hz电网应用时，其下行信号发送速率从单路通信的30bps提高到多路并行通信的90bps，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。
图1是本实用新型发送装置的结构原理图；图2是90度移相电路原理图；图3是信号调制电路原理图。
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发送装置做进一步详细的说明。如图1所示，该发送装置主要包括I/V变换电路1、第一低通滤波器2、V/V变换电路3、第二低通滤波器4、90度移相电路5、过零比较器6、信号调制电路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12、且CPU上设有两个端口 第一 I/O端口 9 和第二 I/O端口 10。I/V变换电路1与第一低通滤波器2相连，I/V变换电路1接收三路输入电流信号，并将三路电流信号转换为三路电压信号，该电压信号经过第一低通滤波器2 处理后送至CPU 8的A/D转换单元12进行模数转换，转换后的信号用于CPU识别，并可据此判断该发送装置中信号调制电流的幅值。V/V变换电路3与第二低通滤波器4相连，V/V 变换电路3接收三路输入电压信号，该电压信号经过第二低通滤波器4处理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12进行模数转换，转换后的该路信号作为CPU识别判断电压过零点的辅助基准，提高信号调制的可靠性，确保不产生短路等异常现象；另一条三路电压信号输出经由90度移相电路5与过零比较器6输入相连接，过零比较器输出与CPU 8的第一 I/O端口 9相连，当该路电压信号方波出现下降沿时，CPU便进行中断处理，中断处理中CPU经过3 ^is的延时，与信号调制电路7输入相连的CPU的第二 I/O端口 10产生三路驱动信号传至信号调制电路进行调制后进行相应的驱动电平输出。CPU上具有通信接口 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和第一低通滤波器2I/V变换电路和第一低通滤波器组成电流信号处理回路，该回路的功能是实现跨台区多路并行工频通信子站发送装置下行发送信号的信号强度检测，并以此控制信号发送功率。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，再传给第一低通滤波器2进行滤波处理，第一低通滤波器的截止频率设定为4kHz。I/V变换电路和第一低通滤波器均采用现有技术中本领域技术人员公知的有源模拟电路。2) V/V变换电路3和第二低通滤波器4V/V变换电路和第二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；该回路的功能主要是完成对电压波形的强弱信号变换和滤波，通过控制单元A/D模块对信号采样处理，识别判断调制时刻是否出于电压波形由正到负的过零点前。本例中，V/V变换电路3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，再传给第二低通滤波器4进行滤波处理，第二低通滤波器的截止频率设定为5kHz。V/V变换电路和第二低通滤波器均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5和过零比较器690度移相电路和过零比较器组成方波变换电路，该电路的功能是对电压信号处理回路发出的一路电压信号进行波形变换，由于要完成三相同时调制，所以需要90度移相电路先进行90度移相处理。该方波变换电路的输出接入到CPU 8的第一 I/O端口 9，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的波峰重合。如图2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)信号调制电路7信号调制电路的输入端与CPU 8的第二 I/O端口 10相连，当CPU出现中断响应时，CPU便产生3路晶间管驱动信号发给信号调制电路，信号调制电路对信号进行调制后输出驱动电平。如图3所示，信号调制电路7主要由三极管Q1，光偶Ml,电阻R71、R72、R73、R74、 R75和电容C76、C77组成。驱动信号通过三极管的输入端进行输入，三极管的一个输出端与光耦Ml的引脚2相连、三极管的另一输出端接地；电阻R71的一端接电源、另一端连接光耦Ml的引脚1 ；光耦的引脚3为空脚，不作处理，光耦Ml的引脚6上依次连接有电阻R72和 R73，光耦Ml的引脚4上连接有电阻R74、并且通过该引脚4进行驱动电平输出；电阻R72和 R74的输出端之间并联有电容C76，电阻R73和R74的输出端之间并联有相互串联的R75和 C77。光耦Ml的引脚5为空脚，不作处理，光耦Ml采用M0C3052芯片，R71为120欧姆、R72 和R73均为470欧姆、R74为IK欧姆、R75为33欧姆，电容C76为0. 1微法、C77为0. 01微法。5) CPU 8CPU内部设有A/D转换单元12，CPU上还设有用于连接电压信号处理回路的第一 I/O端口 9，用于连接信号调制电路的第二 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所接收的外部数据用来对CPU识别基准进行参数调整和设置。该装置可以提高工频通信系统的速率，例如在50Hz电网应用时，其下行信号发送速率从单路通信的25bps提高到多路并行通信的75bps，在60Hz电网应用时，其下行信号发送速率从单路通信的30bps提高到多路并行通信的90bps，完全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。本实用新型的多路并行工频通信子站发送装置安装在IlOkV或者35kV变电站、 IOkV开闭站等地方，用于发送站点所辖范围的多路工频下行信号。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发送装置相比，该装置在通信速率、通信效率和通信可靠性方面均取得了较大进展，具有很好的应用前景。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发送装置，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、信号调制电路(7)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(1 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(1 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)的第一 I/O端口(9)相连，所述信号调制电路(7)与中央处理器(8)的第二 I/O端口(10)相连、并且中央处理器将驱动信号传至信号调制电路进行调制后输出驱动电平。
2.如权利要求1所述的跨台区多路并行工频通信子站发送装置，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发送装置，其特征在于所述电流信号处理回路包括I/V变换电路(1)和第一低通滤波器0)，所述I/V变换电路接收输入电流信号，并将电流信号转换为电压信号，该电压信号经过第一低通滤波器处理后送至中央处理器(8)的A/D转换单元(1 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发送装置，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)和第一低通滤波器( 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发送装置，其特征在于所述第一低通滤波器O)的截止频率为4kHz。
6.如权利要求1或2所述的跨台区多路并行工频通信子站发送装置，其特征在于所述电压信号处理回路包括V/V变换电路C3)和第二低通滤波器G)，所述V/V变换电路接收输入电压信号，该电压信号经过第二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(12)进行模数转换；另一条输出至方波变换回路。
7.如权利要求6所述的跨台区多路并行工频通信子站发送装置，其特征在于所述V/ V变换电路C3)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变换电路将该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(3)和第二低通滤波器(4)为有源模拟电路。
8.如权利要求7所述的跨台区多路并行工频通信子站发送装置，其特征在于所述第二低通滤波器的截止频率为5kHz。
9.如权利要求1或2所述的跨台区多路并行工频通信子站发送装置，其特征在于所述方波变换回路包括90度移相电路( 和过零比较器(6)，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，并将该电压信号经过90度移相和过零比较后，传至中央处理器(8)的第一 I/O端口(9)。
10.如权利要求9所述的跨台区多路并行工频通信子站发送装置，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。
11.如权利要求1所述的跨台区多路并行工频通信子站发送装置，其特征在于所述信号调制电路(7)包括三极管，光偶，电阻和电容，驱动信号通过三极管的输入端进行输入，所述三极管的输出端、电阻和电容分别与光耦相连。
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发送装置，包括电流信号处理回路、电压信号处理回路、方波变换回路、信号调制电路和中央处理器，电流信号处理回路与中央处理器相连，电压信号处理回路分别与中央处理器和方波变换回路的输入端相连，方波变换回路的输出端与中央处理器的第一I/O端口相连，信号调制电路与中央处理器的第二I/O端口相连、并且中央处理器将驱动信号传至信号调制电路调制后输出驱动电平。与传统单路工频通信子站发送装置相比，该装置在通信速率、通信效率和通信可靠性方面均取得较大进展，应用前景极佳；用于发送站点所辖范围的多路工频下行信号，对各种电能信息采集终端或配电自动化终端提供远程通信信号。
文档编号H02J13/00GK202183764SQ20112025989
公开日2012年4月4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, 徐剑, 李建岐, 杨健, 汪洋, 渠晓峰, 王佳, 王媚, 王智慧, 赵涛, 陈希, 黄毕尧 申请人:上海中区节电科技有限公司, 上海市电力公司, 中国电力科学研究院