一種配電網(wǎng)絡的設備通信系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種配電網(wǎng)絡的設備通信系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括：配電監(jiān)控平臺、單相或三相配電線路、配電控制器和至少一個用電設備控制器及其相連的電器設備；所述用電設備控制器控制相連的電器設備的開關(guān)分合、電壓等調(diào)節(jié)參數(shù)以及上傳電器設備工作狀態(tài)信息；各個電器設備經(jīng)由獨立的用電設備控制器和一臺公共的配電控制器通過市電來供電，同時在配電線路上利用工頻電源通過控制電源電壓幅值和電流幅值（或電流相位角）的方法來實現(xiàn)配電控制器和用電設備控制器之間的通信，并由配電監(jiān)控平臺統(tǒng)一進行管理。該方法利用電力系統(tǒng)的電壓幅值和電流幅值（或電流相位角），同時利用電力半導體器件的非線性特征和快速開關(guān)特性實現(xiàn)，具有抗干擾強，實時性好等優(yōu)點。
【專利說明】一種配電網(wǎng)絡的設備通信系統(tǒng)和方法
[0001]

【技術(shù)領域】
本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)絡的設備通信系統(tǒng)和方法，屬電力線通信【技術(shù)領域】。
[0002]

【背景技術(shù)】
當前配電設備和用電設備之間一般沒有通信功能，如:在禮堂、車站和教學樓等大型公共建筑中的照明等電器設備，以及家庭用戶的照明等電器設備的控制，可以使用如下方法來控制:(I)采用斷路器在配電箱處集中控制；(2)采用獨立面板開關(guān)+額外電源線路控制。其中第一種采用斷路器集中控制雖然簡單，但是不能實現(xiàn)單個電器設備獨立控制，不節(jié)能，沒有遠程控制功能；第二種采用獨立面板開關(guān)+額外電源線路控制，需要增加額外電源線路，而且只能在當?shù)赝ㄟ^面板開關(guān)控制，沒有遠程控制功能。
[0003]隨著配電智能化、物聯(lián)網(wǎng)和智能家居的發(fā)展，在智能供配電系統(tǒng)中需要配電設備和用電設備之間具有通信功能，當增加通信功能后，可以使用如下方法來控制:(I)采用電力線載波方法控制；(2)、增加獨立的弱電通信線路控制，如:RS485、CAN、以太網(wǎng)等；(3)采用無線通信方式進行控制，如:紅外、WIF1、Zigbee等。第一種采用電力線載波方法控制，在較長和較復雜的配電網(wǎng)絡下，如:禮堂、車站和教學樓的照明設備，一方面由于較長電力線使載波信號大大衰減，另一方面由于過多電力線分支會產(chǎn)生復雜的載波信號反射，增加信號噪聲，導致嚴重影響了電力線載波通信的距離和可靠性，不同場所或者同一場所增加照明等電器設備后，載波信號噪聲可能完全不同，因此工程實踐性不好；第二種增加獨立的弱電通信線路控制，通信距離和可靠性有保障，但是需要在每個照明等電器設備位置增加鋪設獨立的弱電通信線路，工程改造量大；第三種采用無線通信方式進行控制，在空間結(jié)構(gòu)復雜的建筑環(huán)境下，或者空間環(huán)境易發(fā)生變化時，由于遮擋導致無線信號反射或阻隔，使通信信號大大衰減，嚴重影響通信距離。
[0004]


【發(fā)明內(nèi)容】

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種配電網(wǎng)絡的設備通信系統(tǒng)。相比有線通信，不需要布設額外的弱電通信線路；相比無線通信，與建筑環(huán)境的空間結(jié)構(gòu)無關(guān)；相比電力線載波通信，與配電線路的長度無關(guān)，與配電線路網(wǎng)絡的復雜分支無關(guān)。通信信號與電源波形合二為一，實現(xiàn)電源所到之處就能實現(xiàn)通信功能，而且通信可靠性極高。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明提供一種配電網(wǎng)絡的設備通信系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括:配電監(jiān)控平臺、單相或三相配電線路、配電控制器和至少一個用電設備控制器及其相連的電器設備。
[0006]所述配電監(jiān)控平臺，用于配電網(wǎng)絡的管理，具有以太網(wǎng)等通信能力和獨立的監(jiān)控界面；
所述配電控制器，作為通信主機，轉(zhuǎn)換通信報文數(shù)據(jù)為配電網(wǎng)電壓幅值編碼，同時監(jiān)控所有相連的用電設備控制器；
所述用電設備控制器，用于解析配電網(wǎng)電壓幅值編碼為報文數(shù)據(jù)，同時控制相連的電器設備；
所述配電控制器和用電設備控制器不僅構(gòu)成一組電能傳輸?shù)耐ǖ?，而且作為信息傳遞的主從設備；市電通過單相或三相配電線路經(jīng)由配電控制器和用電設備控制器向電器設備提供電能和通信數(shù)據(jù)；配電監(jiān)控平臺與配電控制器相連，通過配電控制器來控制與監(jiān)測各個用電設備控制器和電器設備。
[0007]所述用電設備控制器控制相連的電器設備的開關(guān)分合、電壓等調(diào)節(jié)參數(shù)以及上傳電器設備工作狀態(tài)信息；各個電器設備經(jīng)由獨立的用電設備控制器和一臺公共的配電控制器通過市電來供電，同時在配電線路上利用工頻電源通過控制電源電壓幅值和電流幅值(或電流相位角)的方法來實現(xiàn)配電控制器和用電設備控制器之間的通信，并由配電監(jiān)控平臺統(tǒng)一進行管理。
[0008]所述配電控制器由微控制器、電源模塊、存儲模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、壓降模塊、編碼開關(guān)、旁路開關(guān)、驅(qū)動器、電流傳感器、兩路過零比較器和網(wǎng)絡控制器組成；旁路開關(guān)和電流傳感器串聯(lián)在單相線路上；壓降模塊和編碼開關(guān)并聯(lián)在旁路開關(guān)兩側(cè)；第一路過零比較器的輸入端的一端連接在旁路開關(guān)與電流傳感器之間的單相線上，另一端接零線；第一路過零比較器的輸出端接微控制器；電流傳感器的付邊線圈分別接第二路過零比較器和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，并通過它們接微控制器；微控制器通過驅(qū)動器控制旁路開關(guān)和編碼開關(guān)；微控制器還通過網(wǎng)絡控制器連接以太網(wǎng)；電源模塊直接采用AC220V供電，存儲模塊設置在微控制器，用于存儲模擬電路的校正參數(shù)。
[0009]所述用電設備控制器由微控制器、電源模塊、存儲模塊、輸出開關(guān)、電壓傳感器模塊、三路模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、兩路8位撥碼開關(guān)和電阻編碼網(wǎng)絡、編碼開關(guān)、隔離開關(guān)、電子負載和驅(qū)動器組成；高8位撥碼開關(guān)和電阻編碼網(wǎng)絡、低8位撥碼開關(guān)和電阻編碼網(wǎng)絡以及電壓傳感器模塊分別連接三路模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；三路模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與微控制器相連并由其控制；電壓過零比較器一端連接微控制器，另兩端分別連接單相線和零線；電壓傳感器模塊的輸入端分別連接在單相線和零線兩端；輸出開關(guān)串聯(lián)在單相線路中；隔離開關(guān)、編碼開關(guān)和電子負載串聯(lián)連接在單相線和零線兩端；微控制器通過驅(qū)動器控制隔離開關(guān)、編碼開關(guān)和輸出開關(guān)。
[0010]所述電器設備包括照明設備和分配電箱。當為分配電箱時，配電系統(tǒng)和通信系統(tǒng)都是樹型級聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0011]所述配電控制器中至少包含一個壓降模塊、一個編碼開關(guān)、一個旁路開關(guān)、一個電流傳感器、一路模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、兩路過零比較器、兩個驅(qū)動器、一個網(wǎng)絡接口和一個微控制器。
[0012]所述配電控制器中壓降模塊選用整流二極管的串并聯(lián)組合，旁路開關(guān)選擇大功率磁保持繼電器，編碼開關(guān)選擇快速的雙向可控硅。
[0013]所述用電設備控制器中至少包含一個輸出開關(guān)、一路電壓傳感器、三路模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、兩路8位撥碼開關(guān)和電阻編碼網(wǎng)絡、一個編碼開關(guān)、一個隔離開關(guān)、一個電子負載、兩個驅(qū)動器、和一個微控制器。
[0014]電子負載選用功率電感，通過檢測電流相位角的方法實現(xiàn)，或者選用功率電阻，通過檢測電流幅值的方法實現(xiàn)，以完成用電設備控制器向配電控制器傳輸數(shù)據(jù)。
[0015]微控制器選用內(nèi)置12位ADC、帶捕獲功能的ARM Cortex-M3微控制器，并提供RS232接口、RS485接口、CAN接口、以太網(wǎng)接口。
[0016]一種配電網(wǎng)絡的設備通信方法，所述方法直接利用電力配電系統(tǒng)的電壓幅值和電流幅值來實現(xiàn)信息傳遞，避免電力線載波在復雜配電網(wǎng)絡和長距離情況下的通信不可靠性，同時也避免了有線通信中額外布線的難度和成本，另外也避免了無線通信系統(tǒng)在復雜建筑環(huán)境中的衰減與阻隔現(xiàn)象；
所述配電控制器通過控制電力線路的電源電壓幅值的方法來實現(xiàn)向用電設備控制器發(fā)送命令，用電設備控制器通過監(jiān)測電源電壓幅值的方法來接收命令；用電設備控制器通過控制電流幅值或相位角的方法向配電控制器傳遞狀態(tài)信息，配電控制器通過監(jiān)測電流幅值或相位角的方法來接收狀態(tài)信息。
[0017]配電控制器在滿負荷情況下通信時，即普通電力用戶約100A時，通過開關(guān)控制用戶電源電壓減少約2V，即在市電為220V時，用戶負載電源電壓約為218V，此電源電壓降對負載使用基本沒有影響，但用電設備控制器完全可以識別突然的約0.9%的電壓降，配電控制器通過對此電源電壓降進行編碼，用電設備控制器通過識別此編碼來實現(xiàn)通信命令數(shù)據(jù)的下傳。此通信命令數(shù)據(jù)完全可以在I秒內(nèi)完成，因此配電控制器增加的額外電壓降產(chǎn)生的功耗可以忽略。
[0018]配電控制器在很小負荷情況下通信時，即普通電力用戶約幾十毫安時，用戶電源電壓減少應接近0.5V，以方便用電設備控制器正確識別。
[0019]用電設備控制器通過開關(guān)控制約0.5A的電子負載，在滿負荷情況下通信時，即普通電力用戶約100A時，改變總電流幅值約0.5% (或電流相位角20分)，配電控制器完全可以識別負載電流突然的約0.5% (或20分)的變化，用電設備控制器通過對開關(guān)分合的編碼來實現(xiàn)數(shù)據(jù)向配電控制器傳輸。此通信數(shù)據(jù)完全可以在I秒內(nèi)完成，因此用電設備控制器增加的額外電流產(chǎn)生的功耗可以忽略。
[0020]在很小負荷情況下通信時，該方法更能實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。
[0021]本發(fā)明在配電控制器中，使用一種非線性元件或可變參數(shù)元件，來實現(xiàn)在大范圍負載變化范圍內(nèi)(幾千到上萬倍)有較穩(wěn)定的電源電壓降；這種非線性元件，即整流二極管的串并聯(lián)組合能夠滿足要求，實驗證明效果良好。
[0022]使用一種快速負荷開關(guān)來實現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的快速編碼，以實現(xiàn)在I秒左右的時間內(nèi)完成一次通信過程。找到一種開關(guān)，即過零動作的雙向可控硅開關(guān)。
[0023]在配電控制器中，該開關(guān)和整流二極管的串并聯(lián)組合的并聯(lián)來實現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的快速編碼。在非通信時間，通過普通繼電器開關(guān)旁路上述并聯(lián)組合，以降低整體功耗和提高半導體元件的壽命。
[0024]在用電設備控制器中，該開關(guān)和電子負載串聯(lián)來實現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的快速編碼。在非通信時間，通過普通繼電器開關(guān)完全斷開串聯(lián)組合，以降低整體功耗和提高半導體元件的壽命。
[0025]配電網(wǎng)絡的設備通信系統(tǒng)和方法在應用時包括以下步驟:
(I)配電監(jiān)控平臺要監(jiān)控某個電氣設備時，首先通過以太網(wǎng)等通信網(wǎng)絡向配電控制器發(fā)送命令數(shù)據(jù)，其中命令數(shù)據(jù)分為需要應答命令和不需要應答命令，所有命令格式中均包含要監(jiān)控的那個電氣設備的地址、命令和幀校驗碼，命令格式中數(shù)據(jù)值為可選項。
[0026]命令數(shù)據(jù)也可以直接在配電控制器的操作面板上輸入。
[0027](2)配電控制器收到以太網(wǎng)等通信網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)后，轉(zhuǎn)換命令數(shù)據(jù)為雙向可控硅開關(guān)分合編碼，此時在與該配電控制器相連的電源線路上均會出現(xiàn)電壓幅值略微波動的市電信號。
[0028](3)所有相連的用電設備控制器均實時監(jiān)測電源線路上的電壓幅值波動，并把電壓波動解碼出命令數(shù)據(jù)，再比較數(shù)據(jù)格式中的地址值，地址不同的忽略后面的命令，地址相同的執(zhí)行后面的命令，最終控制相連的電氣設備分合閘或者調(diào)壓等其他控制信息。
[0029]不需要應答的命令到此結(jié)束，需要應答的命令繼續(xù)后面的步驟:
(4)用電設備控制器執(zhí)行命令后，組織自身監(jiān)測到的監(jiān)測數(shù)據(jù)形成報文幀，對該報文幀轉(zhuǎn)換成雙向可控硅開關(guān)分合編碼，在電源線路中形成新的電流向量。
[0030](5)配電控制器在執(zhí)行需要應答的命令后，開始實時監(jiān)測電源線路中的電流，根據(jù)電流幅值波動(或相位波動)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)幀，再把給數(shù)據(jù)幀通過以太網(wǎng)等通信網(wǎng)絡上傳給配電監(jiān)控平臺。
[0031](6)配電監(jiān)控平臺存儲并顯示該數(shù)據(jù)幀中的相關(guān)信息。
[0032]在配電控制器與用電設備控制器之間通過電壓幅值和電流幅值(或電流相位)傳遞數(shù)據(jù)的編碼采用一種短幀格式，以實現(xiàn)一次數(shù)據(jù)傳輸在I秒內(nèi)完成。
[0033]一種簡單且可靠的編碼和幀格式，編碼選用NRZ編碼，波特率等于電源的頻率，幀格式自定義如下:
定義控制命令幀編碼格式，定義位邏輯:通信空閑時電壓幅值為1，略小的幅值為O ;定義控制命令幀編碼格式'2位起始位(01) +16位地址位+8位命令位+8位數(shù)據(jù)位(可選)+8位校驗和(或16位CRC)。
[0034]定義監(jiān)測數(shù)據(jù)幀格式，定義位邏輯:通信空閑時電流幅值(或相位)為1，略大的幅值(或相位)為O。定義監(jiān)測數(shù)據(jù)幀格式:2位起始位(01) +16位地址位+8位數(shù)據(jù)類型+8位數(shù)據(jù)位(可選)+8位校驗和(或16位CRC)。
[0035]本發(fā)明的有益效果如下:
本發(fā)明方法利用電力系統(tǒng)的電壓幅值和電流幅值(或電流相位角)，同時利用電力半導體器件的非線性特征和快速開關(guān)特性實現(xiàn)，具有抗干擾強，實時性好等優(yōu)點。本發(fā)明提供的一種配電網(wǎng)絡的設備的通信系統(tǒng)和方法，非常適應于禮堂、車站、教學樓和商業(yè)大樓等大型公共建筑中的照明等電器設備。實現(xiàn)長距離和多分支電力網(wǎng)絡下、復雜多變建筑空間中單獨控制每個照明設備，避免了大量布線的問題，具有控制的安全性好、抗干擾能力強、可靠性高和成本低的優(yōu)點。
[0036]

【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為本發(fā)明一種配電網(wǎng)絡的設備通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明配電控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明用電設備控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0037]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的一種配電網(wǎng)絡的設備的通信系統(tǒng)和方法進行詳細介紹:
如圖1所示，本發(fā)明提供一種配電網(wǎng)絡的設備通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:配電監(jiān)控平臺、單相或三相配電線路、配電控制器和至少一個用電設備控制器及其相連的電器設備；所述用電設備控制器控制相連的電器設備的開關(guān)分合、電壓等調(diào)節(jié)參數(shù)以及上傳電器設備工作狀態(tài)信息；各個電器設備經(jīng)由獨立的用電設備控制器和一臺公共的配電控制器通過市電來供電，同時在配電線路上利用工頻電源通過控制電源電壓幅值和電流幅值(或電流相位角)的方法來實現(xiàn)配電控制器和用電設備控制器之間的通信，并由配電監(jiān)控平臺統(tǒng)一進行管理。所述電器設備包括但不限于照明設備和分配電箱。此種配電系統(tǒng)和通信系統(tǒng)可以構(gòu)成樹型級聯(lián)結(jié)構(gòu)。配電控制器把以太網(wǎng)等網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電力線工頻電壓幅值編碼數(shù)據(jù)，把電力線工頻電流幅值(或電流相位角)編碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)等網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)?？刂泼羁梢酝ㄟ^配電監(jiān)控平臺下達也可以直接在配電控制器的操作面板上實現(xiàn)。通信中所使用的單相或三相配電線路長度由電力供電要求決定。
[0038]如圖2所示，所述配電控制器包括:微控制器、電源模塊、存儲模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、至少一個壓降模塊、至少一個編碼開關(guān)、至少一個旁路開關(guān)、至少兩個驅(qū)動器、一個電流傳感器、兩路過零比較器和一個網(wǎng)絡接口。所述微控制器為具有12位片內(nèi)ADC和捕獲功能的ARM Cortex-M3微控制器，所述電源模塊為數(shù)字電源模塊或模擬電源模塊，具體為直接采用AC220V供電，使用開關(guān)電源模塊，輸出DC12V，供給模擬電路使用，DC12V通過7809轉(zhuǎn)換成DC9V供給磁保持繼電器和雙向可控硅使用，在通過LM2576提供3.3V電壓供數(shù)字電路和微處理器使用。所述存儲模塊為EEPROM存儲器，用于存儲模擬電路的校正參數(shù)，EEPROM存儲器通過I2C總線與微控制器直接相連；電壓過零比較器使用光耦來實現(xiàn)，電流傳感器使用穿芯的電流互感器和電壓平移電路來實現(xiàn)雙邊電流波形到O?3V的轉(zhuǎn)換，以滿足片內(nèi)ADC的要求，電流過零比較器使用LM393芯片實現(xiàn)；電壓和電流比較器輸出接微控制器的捕獲中斷引腳；所述驅(qū)動器使用晶體管電路來實現(xiàn)。如圖3所示，用電設備控制器包括:微控制器、電源模塊、存儲模塊、至少一個輸出開關(guān)、至少一路電壓傳感器模塊、至少三路模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、兩路8位撥碼開關(guān)和電阻編碼網(wǎng)絡、至少一個編碼開關(guān)、至少一個隔離開關(guān)、至少一個電子負載和至少兩個驅(qū)動器。所述微控制器、驅(qū)動器、編碼開關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、存儲模塊、電源模塊和電壓過零比較器與配電控制器所用相同；輸出開關(guān)為小功率磁保持繼電器；隔離開關(guān)為滿足0.5A/AC220V的信號繼電器；電子負載為1W的功率電阻或者10VAR的電感；電壓傳感器模塊選用互感器和運放電路來實現(xiàn)電壓信號的平移和比例變換，以滿足片內(nèi)ADC的要求；兩路8位撥碼開關(guān)和電阻編碼網(wǎng)絡分別組成兩個開關(guān)電阻網(wǎng)絡，再分別同一個運放0P07，把8個撥碼開關(guān)編碼成O?3V等間隔的電壓值，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行識別開關(guān)值，最終形成一個16位的用電設備控制器的通信地址，以滿足整個配電網(wǎng)絡中大量設備的需要。
[0039]本發(fā)明提供的配電網(wǎng)絡的設備通信系統(tǒng)分為三層結(jié)構(gòu)，第一層配電監(jiān)控平臺具有以太網(wǎng)等通信能力，作為配電網(wǎng)絡的管理者，具有獨立的監(jiān)控界面；第二層配電控制器作為通信主機，轉(zhuǎn)換通信報文數(shù)據(jù)為配電網(wǎng)電壓幅值編碼，同時監(jiān)控所有相連的用電設備控制器；第三層用電設備控制器解析配電網(wǎng)電壓幅值編碼為報文數(shù)據(jù)，同時控制相連的電器設備。
[0040]綜上所述，本發(fā)明提供的一種配電網(wǎng)絡的設備的通信系統(tǒng)和方法，非常適合于禮堂、車站、教學樓和商業(yè)大樓等大型公共建筑中的照明等電器設備。實現(xiàn)長距離和多分支電力網(wǎng)絡下、復雜多變建筑空間中單獨控制每個照明設備，避免了大量布線的問題，具有控制的安全性好、抗干擾能力強、可靠性高和成本低的優(yōu)點。
[0041]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術(shù)領域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種配電網(wǎng)絡的設備通信系統(tǒng)，包括單相或三相配電線路，其特征在于，還包括: 配電監(jiān)控平臺，用于配電網(wǎng)絡的管理，具有以太網(wǎng)等通信能力和獨立的監(jiān)控界面； 配電控制器，作為通信主機，轉(zhuǎn)換通信報文數(shù)據(jù)為配電網(wǎng)電壓幅值編碼，同時監(jiān)控所有相連的用電設備控制器； 用電設備控制器，用于解析配電網(wǎng)電壓幅值編碼為報文數(shù)據(jù)，同時控制相連的電器設備; 所述配電控制器和用電設備控制器不僅構(gòu)成一組電能傳輸?shù)耐ǖ?，而且作為信息傳遞的主從設備；市電通過單相或三相配電線路經(jīng)由配電控制器和用電設備控制器向電器設備提供電能和通信數(shù)據(jù)；配電監(jiān)控平臺與配電控制器相連，通過配電控制器來控制與監(jiān)測各個用電設備控制器和電器設備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種配電網(wǎng)絡的設備通信系統(tǒng)，其特征在于，所述配電控制器包括微控制器、電源模塊、存儲模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，還包括至少一個壓降模塊、第一編碼開關(guān)、旁路開關(guān)、驅(qū)動器、電流傳感器、兩路過零比較器和網(wǎng)絡控制器；旁路開關(guān)和電流傳感器串聯(lián)在單相線路上；壓降模塊和第一編碼開關(guān)并聯(lián)在旁路開關(guān)兩側(cè)；第一路過零比較器的輸入端的一端連接在旁路開關(guān)與電流傳感器之間的單相線上，另一端接零線；第一路過零比較器的輸出端接微控制器；電流傳感器的付邊線圈分別接第二路過零比較器和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，并通過它們接微控制器；微控制器通過驅(qū)動器控制旁路開關(guān)和第一編碼開關(guān)；微控制器還通過網(wǎng)絡控制器連接以太網(wǎng)；電源模塊直接采用AC220V供電，存儲模塊設置在微控制器，用于存儲模擬電路的校正參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種配電網(wǎng)絡的設備通信系統(tǒng)，其特征在于，所述用電設備控制器包括微控制器、電源模塊、存儲模塊，還包括至少一個輸出開關(guān)、電壓傳感器模塊、三路模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、兩路8位撥碼開關(guān)和電阻編碼網(wǎng)絡、第二編碼開關(guān)、隔離開關(guān)、電子負載和驅(qū)動器；高8位撥碼開關(guān)和電阻編碼網(wǎng)絡、低8位撥碼開關(guān)和電阻編碼網(wǎng)絡以及電壓傳感器模塊分別連接三路模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；三路模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與微控制器相連并由其控制；電壓過零比較器一端連接微控制器，另兩端分別連接單相線和零線；電壓傳感器模塊的輸入端分別連接在單相線和零線兩端；輸出開關(guān)串聯(lián)在單相線路中；隔離開關(guān)、第二編碼開關(guān)和電子負載串聯(lián)連接在單相線和零線兩端；微控制器通過驅(qū)動器控制隔離開關(guān)、第二編碼開關(guān)和輸出開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種配電網(wǎng)絡的設備通信系統(tǒng)，其特征在于，所述用電設備控制器控制相連的電器設備的開關(guān)分合、電壓等調(diào)節(jié)參數(shù)以及上傳電器設備工作狀態(tài)信息；各個電器設備經(jīng)由獨立的用電設備控制器和一臺公共的配電控制器通過市電來供電，同時在配電線路上利用工頻電源通過控制電源電壓幅值和電流幅值或相位的方法來實現(xiàn)配電控制器和用電設備控制器之間的通信，并由配電監(jiān)控平臺統(tǒng)一進行管理。
5.一種配電網(wǎng)絡的設備通信方法，其特征在于，所述方法直接利用電力配電系統(tǒng)的電壓幅值和電流幅值或相位來實現(xiàn)信息傳遞，避免電力線載波在復雜配電網(wǎng)絡和長距離情況下的通信不可靠性，同時也避免了有線通信中額外布線的難度和成本，另外也避免了無線通信系統(tǒng)在復雜建筑環(huán)境中的衰減與阻隔現(xiàn)象； 所述配電控制器通過控制電力線路的電源電壓幅值的方法來實現(xiàn)向用電設備控制器發(fā)送命令，用電設備控制器通過監(jiān)測電源電壓幅值的方法來接收命令；用電設備控制器通過控制電流幅值或相位角的方法向配電控制器傳遞狀態(tài)信息，配電控制器通過監(jiān)測電流幅值或相位角的方法來接收狀態(tài)信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種配電網(wǎng)絡的設備通信方法，其特征在于，所述配電控制器在滿負荷情況下通信時，即普通電力用戶約10A時，通過開關(guān)控制用戶電源電壓減少約2V，即在市電為220V時，用戶負載電源電壓約為218V，此電源電壓降對負載使用基本沒有影響，但用電設備控制器完全可以識別突然的約0.9%的電壓降，配電控制器通過對此電源電壓降進行編碼，用電設備控制器通過識別此編碼來實現(xiàn)通信命令數(shù)據(jù)的下傳；此通信命令數(shù)據(jù)完全可以在I秒內(nèi)完成，因此配電控制器增加的額外電壓降產(chǎn)生的功耗可以忽略； 配電控制器在很小負荷情況下通信時，即普通電力用戶約幾十毫安時，用戶電源電壓減少應接近0.5V,方便用電設備控制器正確識別。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種配電網(wǎng)絡的設備通信方法，其特征在于，所述用電設備控制器通過開關(guān)控制約0.5A的電子負載，在滿負荷情況下通信時，即普通電力用戶約100A時，改變總電流幅值約0.5%，配電控制器完全可以識別負載電流突然的約0.5%的變化，用電設備控制器通過對開關(guān)分合的編碼來實現(xiàn)數(shù)據(jù)向配電控制器傳輸；此通信數(shù)據(jù)完全可以在I秒內(nèi)完成，因此用電設備控制器增加的額外電流產(chǎn)生的功耗可以忽略；在很小負荷情況下通信時，能很好實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種配電網(wǎng)絡的設備通信方法，其特征在于，所述配電控制器和用電設備控制器使用的編碼開關(guān)是一種過零動作的雙向可控硅開關(guān)，實現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的快速編碼，在I秒左右的時間內(nèi)完成一次通信過程； 在配電控制器中，所述第一編碼開關(guān)和整流二極管的串并聯(lián)組合的并聯(lián)電路來實現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的快速編碼；在非通信時間，通過普通繼電器開關(guān)旁路上述并聯(lián)組合，以降低整體功耗和提聞半導體兀件的壽命； 在用電設備控制器中，所述第二編碼開關(guān)和電子負載串聯(lián)電路來實現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的快速編碼；在非通信時間，通過普通繼電器開關(guān)完全斷開串聯(lián)組合，以降低整體功耗和提高半導體元件的壽命。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種配電網(wǎng)絡的設備通信方法，其特征在于，所述方法應用包括以下步驟: (1)配電監(jiān)控平臺要監(jiān)控某個電氣設備時，首先通過以太網(wǎng)等通信網(wǎng)絡向配電控制器發(fā)送命令數(shù)據(jù)，其中命令數(shù)據(jù)分為需要應答命令和不需要應答命令，所有命令格式中均包含要監(jiān)控的那個電氣設備的地址、命令和幀校驗碼，命令格式中數(shù)據(jù)值為可選項；命令數(shù)據(jù)直接在配電控制器的操作面板上輸入； (2)配電控制器收到以太網(wǎng)等通信網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)后，轉(zhuǎn)換命令數(shù)據(jù)為雙向可控硅開關(guān)分合編碼，此時在與該配電控制器相連的電源線路上均會出現(xiàn)電壓幅值略微波動的市電信號; (3)所有相連的用電設備控制器均實時監(jiān)測電源線路上的電壓幅值波動，并把電壓波動解碼出命令數(shù)據(jù)，再比較數(shù)據(jù)格式中的地址值，地址不同的忽略后面的命令，地址相同的執(zhí)行后面的命令，最終控制相連的電氣設備分合閘或者調(diào)壓等其他控制信息；不需要應答的命令到此結(jié)束，需要應答的命令繼續(xù)后面的步驟； (4)用電設備控制器執(zhí)行命令后，組織自身監(jiān)測到的監(jiān)測數(shù)據(jù)形成報文幀，對該報文幀轉(zhuǎn)換成雙向可控硅開關(guān)分合編碼，在電源線路中形成新的電流向量； (5)配電控制器在執(zhí)行需要應答的命令后，開始實時監(jiān)測電源線路中的電流，根據(jù)電流幅值或相位波動轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)幀，再把該數(shù)據(jù)幀通過以太網(wǎng)等通信網(wǎng)絡上傳給配電監(jiān)控平臺； (6)配電監(jiān)控平臺存儲并顯示該數(shù)據(jù)幀中的相關(guān)信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種配電網(wǎng)絡的設備通信方法，其特征在于，在配電控制器與用電設備控制器之間通過電壓幅值和電流幅值傳遞數(shù)據(jù)的編碼采用一種短幀格式，以實現(xiàn)一次數(shù)據(jù)傳輸在I秒內(nèi)完成； 所述短幀格式，編碼選用NRZ編碼，波特率等于電源的頻率，幀格式自定義如下: 定義控制命令幀編碼格式，定義位邏輯:通信空閑時電壓幅值為1，略小的幅值為O ;定義控制命令幀編碼格式:2位起始位(01) +16位地址位+8位命令位+8位數(shù)據(jù)位(可選)+8位校驗和(或16位CRC)； 定義監(jiān)測數(shù)據(jù)幀格式，定義位邏輯:通信空閑時電流幅值(或相位)為1，略大的幅值(或相位)為O ;定義監(jiān)測數(shù)據(jù)幀格式:2位起始位(01) +16位地址位+8位數(shù)據(jù)類型+8位數(shù)據(jù)位(可選)+8位校驗和(或16位CRC)。
【文檔編號】G08C19/02GK104183111SQ201410454510
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】馬書研, 傅軍棟, 康水華 申請人:華東交通大學