專利名稱：小功率音頻信號的傳輸方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在電力系統(tǒng)中傳輸信號的領(lǐng)域。是關(guān)于在音頻控制系統(tǒng)中傳輸音頻信號以對電力負(fù)荷或工業(yè)、交通系統(tǒng)的控制對象進(jìn)行控制、調(diào)整的發(fā)明。
目前我國制造和使用的音頻負(fù)荷控制系統(tǒng)和德國西門子公司、瑞士的茲爾維格[Zellweger]公司、法國的斯倫貝謝公司等，所制造的音頻負(fù)荷控制系統(tǒng)是由中央機(jī)、地方機(jī)、三相調(diào)制機(jī)、注入設(shè)備及接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)五部分組成的。由于它的信號發(fā)送端(三相調(diào)制機(jī)、注入設(shè)備)是采用三相功率音頻信號注入的方案，即在高壓網(wǎng)的A、B、C三相上各裝一套由電容、電感組成諧振槽路的注入設(shè)備，而且接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)接在低壓線的相線和零線上以取得音頻信號，所以三相音頻信號在線路及低壓側(cè)的消耗很大。因此注入容量大為主變?nèi)萘康那Х种蛔笥遥蛔⑷朐O(shè)備龐大，引起了基建費(fèi)用的膨脹。例如一個(gè)50000kVA的變電站的注入容量達(dá)40kVA；用在三相調(diào)制機(jī)、注入設(shè)備及其基建方面的費(fèi)用就高達(dá)40萬元，其中三相調(diào)制機(jī)和注入設(shè)備占25萬元左右，這是我國目前經(jīng)濟(jì)上難以承擔(dān)的。因而一個(gè)很好的音頻負(fù)荷控制系統(tǒng)很難在國內(nèi)推廣使用。
本發(fā)明的目的是提供一種大幅度降低現(xiàn)有的音頻信號傳輸系統(tǒng)中的調(diào)制機(jī)、注入設(shè)備及其基建費(fèi)用和節(jié)能的在電力系統(tǒng)中傳輸音頻信號的系統(tǒng)，以便推廣音頻負(fù)荷控制系統(tǒng)在我國的應(yīng)用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是為了給工業(yè)、交通控制系統(tǒng)的控制對象提供一個(gè)通過在電力系統(tǒng)中傳輸音頻信號的系統(tǒng)以達(dá)到集中控制、調(diào)整的途徑。
本發(fā)明提出的小功率單相音頻信號(單相音頻信號，以下稱信號)串聯(lián)注入的信號傳輸方法(以下稱信號傳輸方法)是在電力系統(tǒng)中高壓網(wǎng)的最多兩條相線上串聯(lián)注入信號，在低壓側(cè)傳輸信號相應(yīng)的兩線上接入接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)以取得信號，執(zhí)行中央機(jī)或地方機(jī)(中央機(jī)或地方機(jī)以下稱控制器)發(fā)出的指令。對于要求低壓側(cè)相線對零線有信號的場合，采用二次電壓注入的方法。因此大大降低了系統(tǒng)對信號能量的要求；大大降低了信號傳輸系統(tǒng)和基本建設(shè)的費(fèi)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。
目前已在制造、運(yùn)行的音頻信號傳輸系統(tǒng)中的接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)是接在相線和零線上并取得信號的，將它改接在低壓側(cè)線電壓的兩線上取得信號，亦可達(dá)到降低注入容量的目的。
本發(fā)明提出的小功率單相音頻信號串聯(lián)注入的信號傳輸系統(tǒng)(以下稱信號傳輸系統(tǒng))是由發(fā)送端、接收發(fā)送端和接收端構(gòu)成的(其中視系統(tǒng)需要裝設(shè)接收發(fā)送端)。電力系統(tǒng)中可以同時(shí)存在若干個(gè)這樣的信號傳輸系統(tǒng)。
本發(fā)明可以從某一級電網(wǎng)的任意不多于兩條相線上串聯(lián)注入信號及在低壓側(cè)二次電壓注入到至少一條相線上。為了闡述方便，下面以把信號串聯(lián)注入到某一級高壓網(wǎng)的A、C兩線上，在低壓線傳輸信號相應(yīng)的a、c兩線上取得信號及將信號二次電壓注入到三相四線低壓線的三相上，在低壓側(cè)a、c兩線上以及在各相線和零線上取信號為例，通過附圖進(jìn)一步說明。這些附圖是

圖1.1所示為信號傳輸方法及信號傳輸系統(tǒng)圖。圖中同時(shí)給出了接收發(fā)送端的二次注入設(shè)備的連接方案之一。
圖1.2所示為接收發(fā)送端的二次電壓注入設(shè)備的連接方案之二。
圖1.3a所示為控制器發(fā)出的代碼電平圖。
圖1.3b所示為經(jīng)單相調(diào)制機(jī)調(diào)制后的信號圖。
本發(fā)明的信號傳輸方法(圖1.1)，是在電力系統(tǒng)中通過單相調(diào)制機(jī)[102]將控制器發(fā)出指令中代碼的“1”電平(圖1.3a)調(diào)制成某一選定頻率的信號(圖1.3b)。經(jīng)單相注入變壓器[104](圖1.1)、不多于兩個(gè)注入電流互感器組成的偶合電路[117]，串聯(lián)注入到某一級高壓網(wǎng)的任意不多于兩條相線上。在注入電流互感器的二次出線端并聯(lián)接入一套由電容器、電感器組成的諧振在電網(wǎng)頻率上的串聯(lián)諧振回路[116]，以便通過注入電流互感器二次側(cè)的電網(wǎng)頻率的電流。為了進(jìn)一步減少注入功率和抑制信號向上一級電網(wǎng)擴(kuò)散，在偶合電路[117]一次側(cè)進(jìn)線端前的兩線上，連接由電容器和電感器組成的一套諧振在某一選定頻率的串聯(lián)諧振槽路的信號通道[118]。接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)接在傳輸信號相應(yīng)的低壓線上以取得信號，執(zhí)行控制器發(fā)出的指令。對于要求低壓側(cè)相線對零線有信號的場合，采用二次電壓注入的方法用接收發(fā)送端[115]的二次單相調(diào)制機(jī)[103]將低壓線相應(yīng)兩線上的信號復(fù)制并調(diào)制成另一選定頻率的信號，經(jīng)包含有串聯(lián)諧振槽路的二次注入設(shè)備[107]，注入到變壓器中性點(diǎn)串有匹配線圈[106]后接地的三相四線低壓線的至少一條相線和零線上，零線從接地端引出。接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)接在傳輸信號的相線和零線上，以取得信號。只在低壓側(cè)傳輸信號時(shí)，由相應(yīng)的控制器發(fā)出指令控制二次單相調(diào)制機(jī)[103.2]，將代碼中的“1”電平調(diào)制成某一選定頻率的信號。通過二次注入設(shè)備[107]將信號注入到變壓器中性點(diǎn)串有匹配線圈[106]后接地的三相四線低壓線的至少一條相線與零線上，零線從接地端引出。接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)接在低壓線傳輸信號的相線與零線上，以取得信號。
本發(fā)明的信號傳輸系統(tǒng)(圖1.1)由發(fā)送端[112]、接收發(fā)送端[115]和接收端[113]構(gòu)成(其中視系統(tǒng)需要裝設(shè)接收發(fā)送端[115])。它們分別與高壓網(wǎng)[110]、低壓線[111]有電偶合。
發(fā)送端[112](圖1.1)由信號通道[118]、諧振回路[116]、偶合電路[117]、單相注入變壓器[104]和單相調(diào)制機(jī)[102]構(gòu)成。另一種發(fā)送端[112]的構(gòu)成，不裝設(shè)信號通道[118]。接收發(fā)送端[115]由二次單相調(diào)制機(jī)[103]、二次注入設(shè)備[107]和電感量＜50mH的匹配線圈[106]構(gòu)成。在低壓側(cè)容量較小的場合，接收發(fā)送端[115]由二次單相調(diào)制機(jī)[103.1]、二次注入設(shè)備[107]和匹配線圈[106]構(gòu)成。其中，二次單相調(diào)制機(jī)[103.1]將低壓線相應(yīng)兩線上的信號簡單復(fù)制并調(diào)制成另一選定頻率的信號。接收端[113]由接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)108.1、108.2......和接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)109.1、109.2、109.3......構(gòu)成。信號通道[118]由電容器[C7]、電感器[L7]組成串聯(lián)諧振槽路。諧振回路[116]由電容器[C6]、電感器[L6]組成串聯(lián)諧振槽路。偶合電路[117]由注入電流互感器[T1]或[T1]、[T2]組成。二次注入設(shè)備[107]需由電容器[C2]、[C3]、[C4]及電感器[L2]、[L3]、[L4]組成。
各部分的接線方案是單相調(diào)制機(jī)[102]的輸出端與單相注入變壓器[104]的原邊對應(yīng)相接。單相注入變壓器[104]輸出的兩端分別和注入電流互感器[T1]二次側(cè)的兩端相接。諧振回路[116]的電容器[C6]和電感器[L6]串聯(lián)后，并聯(lián)接在注入電流互感器[T1]二次側(cè)的兩端。偶合電路[117]中的注入電流互感器[T1]一次側(cè)的首、尾端和注入電流互感器[T2]一次側(cè)的首、尾端以同名端在同一側(cè)，分別串聯(lián)接在高壓網(wǎng)[110]的A、C兩條相線上。注入電流互感器[T1]二次側(cè)的首、尾端和注入電流互感器[T2]二次側(cè)的尾、首端分別相接，并且一端接地。信號通道[118]中的電容器[C7]、電感器[L7]相串聯(lián)后，兩端分別接在高壓網(wǎng)[110]A、C兩線的y、r兩點(diǎn)上。偶合電路[117]中只使用注入電流互感器[T1]時(shí)，則[T1]的一次側(cè)串聯(lián)接在高壓網(wǎng)[110]的C相線上(或A相線上)。注入電流互感器[T1]二次側(cè)的一端接地。二次單相調(diào)制機(jī)[103]的信號輸入端分別接在低壓線[111]傳輸信號相應(yīng)的a、c線電壓的兩線上。二次單相調(diào)制機(jī)[103]輸出的一端與匹配線圈[106]的接地點(diǎn)相接，低壓線[111]的零線也由此接地點(diǎn)引出，匹配線圈[106]的另一端與變壓器[114]的中性點(diǎn)相接。二次注入設(shè)備[107]由三只電容器[C2]、[C3]、[C4]分別與三只電感器[L2]、[L3]、[L4]串聯(lián)組成三個(gè)諧振槽路并接成星形后，星點(diǎn)與二次單相調(diào)制機(jī)[103]的另一輸出端相接，另外三端分別接在低壓線[111]的各相線上。接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)108.1、108.2......接在低壓線[111]傳輸信號相應(yīng)的a、c兩線上。接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)109.1、109.2、109.3......接在低壓線[111]傳輸信號的各相線與零線上。
只在低壓側(cè)傳輸小功率單相音頻信號時(shí)，接收發(fā)送端[115]由二次單相調(diào)制機(jī)[103.2]、二次注入設(shè)備[107]、匹配線圈[106]組成低壓側(cè)二次發(fā)送端。此時(shí)，接收端[113]由接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)109.1、109.2、109.3......構(gòu)成。二次單相調(diào)制機(jī)[103.2]受控于相應(yīng)的控制器。并且二次單相調(diào)制機(jī)[103.2]的信號輸入端和相應(yīng)控制器的輸出端對應(yīng)相接。二次單相調(diào)制機(jī)[103.2]輸出的一端與匹配線圈[106]的接地端相接，低壓線[111]的零線也由此接地端引出。匹配線圈[106]的另一端與變壓器[114]的中性點(diǎn)相接。二次注入設(shè)備[107]由三只電容器[C2]、[C3]、[C4]分別與三只電感器[L2]、[L3]、[L4]串聯(lián)組成三個(gè)諧振槽路并接成星形后，星點(diǎn)與二次單相調(diào)制機(jī)[103.2]的另一輸出端相接，另外三端分別接在低壓線[111]的各相線上。接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)109.1、109.2、109.3......接在低壓線[111]傳輸信號的相線與零線上。
單相注入變壓器[104]的作用是使諧振回路[116]、偶合電路[117]對單相調(diào)制機(jī)[102]進(jìn)行電氣隔離；并配合信號傳輸系統(tǒng)的注入信號參數(shù)。
信號通道[118]由電容器[C7]串接電感器[L7]組成串聯(lián)諧振槽路以便某一選定頻率的信號通過，抑制信號向上一級電網(wǎng)擴(kuò)散，進(jìn)一步降低信號注入功率。電容器[C7]可使用電力電容器。
諧振回路[116]由電容器[C6]串聯(lián)電感器[L6]組成串聯(lián)諧振槽路，用以通過注入電流互感器[T1]或[T1]、[T2]二次側(cè)的電網(wǎng)頻率的電流。電容器[C6]可使用電力電容器。
偶合電路[117]的作用是將信號按信號傳輸系統(tǒng)的要求偶合到某級高壓網(wǎng)[110]上，并進(jìn)行電氣隔離。
二次注入設(shè)備[107]是由電容器[C2]、[C3]、[C4]及電感器[L2]、[L3]、[L4]構(gòu)成的三個(gè)諧振槽路，以便另一個(gè)選定頻率的信號通過(圖1.1)。二次注入設(shè)備[107]的等效形式是電容器[C2]、[C3]、[C4]及電感器[L2]、[L3]、[L4]的等效電感器[L5]構(gòu)成的諧振槽路，以便以便另一個(gè)選定頻率的信號通過(圖1.2)。電容器[C2]、[C3]、[C4]可使用無極性電容器或交流電容器。
匹配線圈[106]的作用是配合變壓器[114]的零序阻抗，以減少二次電壓注入的信號通過零線。
接收端[113](圖1.1)由接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)108.1、108.2......和接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)109.1、109.2、109.3......構(gòu)成，用以分別接收注入的信號與二次電壓注入的信號，以便對電力負(fù)荷、工業(yè)交通系統(tǒng)的控制對象進(jìn)行控制、調(diào)整。
本發(fā)明的效果是由于結(jié)構(gòu)簡單，所以提高了信號發(fā)送的可靠性；由于在高壓側(cè)使用單相串聯(lián)注入信號，及低壓側(cè)使用二次電壓注入信號，在低壓線上傳輸信號的兩線上以及相線和零線間取得信號，因此大大降低了系統(tǒng)對信號能量的要求，也就大大降低了信號傳輸系統(tǒng)和基本建設(shè)的費(fèi)用，因而推動了音頻負(fù)荷控制系統(tǒng)這樣一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)在電力系統(tǒng)和工業(yè)、交通系統(tǒng)中的應(yīng)用，為國家節(jié)約了大量資金。
權(quán)利要求
1.一種在電力系統(tǒng)中的小功率單相音頻信號串聯(lián)注入的信號傳輸方法，是在電力系統(tǒng)中通過調(diào)制機(jī)將中央機(jī)(或地方機(jī))發(fā)出指令中代碼的“1”電平調(diào)制成2000Hz以下的某一選定頻率的單相音頻信號，經(jīng)注入變壓器、注入設(shè)備，注入到高壓網(wǎng)上，經(jīng)高壓網(wǎng)導(dǎo)線、變壓器、低壓線的傳輸，接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)接在低壓線的相線上以取得單相音頻信號，執(zhí)行中央機(jī)(或地方機(jī))發(fā)出的指令，其特征是在電力系統(tǒng)中通過單相調(diào)制機(jī)[102]將控制器發(fā)出指令中代碼的“1”電平調(diào)制成某一選定頻率的單相音頻信號，經(jīng)單相注入變壓器[104]、不多于兩個(gè)注入電流互感器組成的偶合電路[117]，串聯(lián)注入到某一級高壓網(wǎng)的任意不多于兩條的相線上；在注入電流互感器的二次出線端并聯(lián)接入一套由電容器、電感器組成的諧振在電網(wǎng)頻率上的串聯(lián)諧振回路[116]，以便通過注入電流互感器二次側(cè)的電網(wǎng)頻率的電流；為了進(jìn)一步減少注入功率和抑制單相音頻信號向上一級電網(wǎng)擴(kuò)散，在偶合電路[117]一次側(cè)進(jìn)線端前的兩線上連接由電容器和電感器組成的一套諧振在某一選定頻率的串聯(lián)諧振槽路的信號通道[118]；接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)接在傳輸單相音頻信號相應(yīng)的低壓線的兩線上以取得單相音頻信號，執(zhí)行控制器發(fā)出的指令；對于要求低壓側(cè)相線對零線有單相音頻信號的場合，采用二次電壓注入的方法用接收發(fā)送端[115]的二次單相調(diào)制機(jī)[103]將低壓線相應(yīng)兩線上的單相音頻信號復(fù)制并調(diào)制成另一選定頻率的單相音頻信號，經(jīng)包含有串聯(lián)諧振槽路的二次注入設(shè)備[107]，注入到變壓器中性點(diǎn)串有電感量＜50mH的匹配線圈[106]后接地的三相四線低壓線的至少一條相線和零線上，零線從接地端引出；只在低壓側(cè)傳輸單相音頻信號時(shí)，由相應(yīng)的控制器發(fā)出指令控制二次單相調(diào)制機(jī)[103.2]，將代碼中的“1”電平調(diào)制成某一選定頻率的單相音頻信號，通過二次注入設(shè)備[107]將單相音頻信號注入到變壓器中性點(diǎn)串有電感量＜50mH的匹配線圈[106]后接地的三相四線低壓線的至少一條相線與零線上，零線從接地端引出；接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)接在低壓線傳輸單相音頻信號的相線與零線上，以取得單相音頻信號。
2.一種在電力系統(tǒng)中的小功率單相音頻信號串聯(lián)注入的信號傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)由發(fā)送端[112]、接收端[113]構(gòu)成，它們分別和高壓網(wǎng)[110]、低壓線[111]有電偶合，接收端[113]由接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)108.1、108.2......和接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)109.1、109.2、109.3......構(gòu)成；其特征是發(fā)送端[112]由信號通道[118]、諧振回路[116]、偶合電路[117]、單相注入變壓器[104]和單相調(diào)制機(jī)[102]構(gòu)成；信號通道[118]由電容器[C7]、電感器[L7]組成串聯(lián)諧振槽路；諧振回路[116]由電容器[C6]、電感器[L6]組成串聯(lián)諧振槽路；偶合電路[117]由注入電流互感器[T1]、[T2]組成；由不少于一只電容器和不少于一只電感器，分別串聯(lián)成不多于三套串聯(lián)諧振槽路，以組成二次注入設(shè)備[107]，并且各個(gè)諧振槽路的兩個(gè)同名端的同一個(gè)同名端連接成一個(gè)結(jié)點(diǎn)；各部分的接線方案是單相調(diào)制機(jī)[102]的輸出端與單相注入變壓器[104]的原邊對應(yīng)相接；單相注入變壓器[104]輸出的兩端分別和注入電流互感器[T1]二次側(cè)的兩端相接；諧振回路[116]的兩端并聯(lián)接在注入電流互感器[T1]二次側(cè)的兩端，并且其中一端接地；偶合電路[117]中的注入電流互感器[T1]一次側(cè)的首、尾端和注入電流互感器[T2]一次側(cè)的首、尾端以同名端在同一側(cè)，分別串聯(lián)接在高壓網(wǎng)[110]的兩條相線上；注入電流互感器[T1]二次側(cè)的首、尾端和注入電流互感器[T2]二次側(cè)的尾、首端分別相接，并且一端接地，偶合電路[117]中兩注入電流互感器[T1]、[T2]一次側(cè)進(jìn)線端前的兩線上連接信號通道[118]的兩端；在電力系統(tǒng)中的小功率單相音頻信號串聯(lián)注入的信號傳輸系統(tǒng)中還有接收發(fā)送端[115]；接收發(fā)送端[115]由二次單相調(diào)制機(jī)[103]、二次注入設(shè)備[107]和電感量＜50mH的匹配線圈[106]構(gòu)成，接收端[113]由接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)108.1、108.2......和接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)109.1、109.2、109.3......構(gòu)成；只在低壓側(cè)傳輸小功率單相音頻信號時(shí)，接收發(fā)送端[115]由二次單相調(diào)制機(jī)[103.2]、二次注入設(shè)備[107]、匹配線圈[106]組成低壓側(cè)二次發(fā)送端，此時(shí)，接收端[113]由接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)109.1、109.2、109.3......構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在電力系統(tǒng)中的小功率單相音頻信號串聯(lián)注入的信號傳輸系統(tǒng)，其特征是發(fā)送端[112]還可由諧振回路[116]、偶合電路[117]、單相注入變壓器[104]和單相調(diào)制機(jī)[102]構(gòu)成；接收發(fā)送端[115]由二次單相調(diào)制機(jī)[103]、二次注入設(shè)備[107]和電感量＜50mH的匹配線圈[106]構(gòu)成；。
4.根據(jù)權(quán)利要求2、3所述的在電力系統(tǒng)中的小功率單相音頻信號串聯(lián)注入的信號傳輸系統(tǒng)，其特征是在偶合電路[117]中只使用注入電流互感器[T1]，則一次側(cè)串聯(lián)接在高壓網(wǎng)[110]的一條相線上；注入電流互感器[T1]二次側(cè)的一端接地，偶合電路[117]中的注入電流互感器[T1]的一次側(cè)進(jìn)線端前和另一相線上連接信號通道[118]的兩端；。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在電力系統(tǒng)中的小功率單相音頻信號串聯(lián)注入的信號傳輸系統(tǒng)，其特征是在低壓側(cè)容量較小的場合，接收發(fā)送端[115]由二次單相調(diào)制機(jī)[103.1]、二次注入設(shè)備[107]和匹配線圈[106]構(gòu)成，接收執(zhí)行機(jī)構(gòu)接在傳輸單相音頻信號的相線和零線上，以取得單相音頻信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在電力系統(tǒng)中的小功率單相音頻信號串聯(lián)注入的信號傳輸系統(tǒng)，其特征是二次注入設(shè)備[107]的等效形式是由不少于一只電容器和一只電感器，串聯(lián)成不多于三套串聯(lián)諧振槽路，并且不少于一只電容器的同一端與電感器的一端連接在一起。
全文摘要
已知的音頻負(fù)荷控制系統(tǒng)是采用三相功率音頻信號注入的方案，注入容量大、費(fèi)用昂貴。本發(fā)明提出了串聯(lián)式注入單相小功率音頻信號的傳輸方法及其系統(tǒng)。根據(jù)傳輸方法該系統(tǒng)由一個(gè)發(fā)送端[112]、接收端[113]及接收發(fā)送端[115]構(gòu)成(其中視系統(tǒng)需要裝設(shè)接收發(fā)送端[115])它是一種注入容量小、設(shè)備簡單、費(fèi)用低而又節(jié)能的小功率音頻信號的傳輸系統(tǒng)。
文檔編號H04B3/54GK1085702SQ92111229
公開日1994年4月20日 申請日期1992年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月9日
發(fā)明者楊中孚 申請人:楊中孚