Система передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети

 

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием линий (0,38-10-35-110)кВ без обработки их высокочастотными заградителями. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости и скорости передачи сигналов до 50 или 100 Бод. В предложенной системе используют синхронное детектирование сигналов с применением интегрирования, начало и конец которого определяют характерными точками, которыми являются моменты времени перехода общего питающего напряжения через ноль в пунктах передачи и приема. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазной электрической сети /0,38-10-35-110/кВ без ее обработки высокочастотными заградителями, при этом передачу и прием сигналов производят на стороне 0,38 кВ.

Известно устройство передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети - а.с. СССР N 1819025 кл. 6 G 08 G 19/12, 1988 г. Недостатками известного устройства является низкая помехозащищенность при приеме сигналов и низкая, не более 10 Бод скорость передачи сигналов.

Наиболее близким к заявленной системе является устройство передачи и приема сигналов по проводам трехфазной линии электропередачи, патент на изобретение N 2061256, кл. 6 G 08 G 19/12, 1996 г. /прототип/. Данному устройству присущи те же недостатки.

Заявленная система решает задачу повышения помехоустойчивости приема сигналов при достижении нового технического результата - повышение скорости передачи сигналов до 50 или 100 Бод.

Система передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети, фиг. 1, содержит в пункте передачи первый синхронизатор 1, передатчик 2, электрическую сеть 3, в пункте приема трехфазный выпрямительный мост 4, резистор 5, конденсатор 6, первый трансформатор 7, первый узкополосный фильтр /УПФ/ 8, первый умножитель 9, второй УПФ 10, второй трансформатор 11, первый фазовращатель /ФВ/ 12, преобразователь 13, третий УПФ 14, второй ФВ 15, второй синхронизатор 16, второй умножитель 17, четвертый УПФ 18, третий умножитель 19, фильтр нижних частот /ФНЧ/ 20, интегратор 21, при этом фазные провода ABC электрической сети 3 соединены с входами моста 4, выход которого соединен с резистором 5 и последовательной цепью, состоящей из конденсатора 6 и первичной обмотки первого трансформатора 7, вторичная обмотка которого соединена с входом первого УПФ 8, выход которого соединен с первым входом первого умножителя 9, выход которого соединен с входом второго УПФ 10, выход которого соединен с первым входом третьего умножителя 19, выход которого соединен с первым входом интегратора 21, первичная обмотка второго трансформатора 11 подключена соответственно к фазе A - "Земля", вторичная обмотка которого соответственно подключена к входам первого 12 и второго 15 ФВ, выход которого соединен с входом второго синхронизатора 16, выход которого соединен со вторым входом интегратора 21, выход первого ФВ 12 соединен с входом преобразователя 13, выход которого соединен с третьим УПФ 14, выход которого соответственно соединен со вторым входом первого умножителя 9 и первым, вторым входами второго умножителя 17, выход которого соединен с выходом четвертого УПФ 18, выход которого соединен со вторым входом третьего умножителя 19, входы первого синхронизатора 1 подключены соответственно к фазе A и "Земля", выход которого соединен с входом передатчика 2, выходы которого подключены к фазным проводам сети A, B, C.

Повышение помехозащищенности при приеме сигналов в заявленной системе осуществляют за счет применения синхронного детектирования с последующим интегрированием однополярного напряжения, при этом можно осуществить прием сигналов при отношении сигнал/помеха меньше единицы. Это объясняется тем, что в заявленной системе отсутствует подавление слабого сигнала более сильным /помехой/. Поэтому качество канала связи системы практически не зависит от отношения сигнал-помеха /А.П. Мановцев. Введение в цифровую радиотелеметрию. Энергия. М.с. 242/.

Достижение технического результата - повышение скорости передачи до 50 или 100 Бод осуществляют за счет наличия информации на приемном пункте о начале и конце передачи сигналов, что позволяет правильно выбрать начало и конец интервала интегрирования OtT в характерных точках, соответствующим единым моментам времени перехода и питающего напряжения через ноль в пунктах передачи и приема.

Система работает следующим образом: Синхронизатор 1 формирует в пункте передачи импульсы в моменты перехода питающего напряжения U(t) /для частного случая фаза A - "Земля"/ через ноль. Импульсы следуют с периодом T=0,01 c при скорости передачи сигналов 100 Бод и T=0,02 с - 50 Бод.

Начало и конец передачи сигналов совпадают с моментами перехода питающего напряжения через ноль. При работе передатчика пассивно-активного типа 2 в его фазных проводах A, B, C образуют следующие токи сигнала Примечание: Если раскрыть /1/, то следует, что в сеть вводят, как и у прототипа, ток сигнала обратной последовательности (f₁) на частоте f₁, и ток прямой последовательности (f₂) на частоте f₂, где индексы 1, 2 соответственно определяют ток прямой и обратной последовательностей f₁=f₀-F; f₂=f₀+F; ₁= (₀-); ₂= (₀+). n>>1 - натуральное число, 2I_m - амплитуда тока биения колебаний.

В связи с тем, что обработку сигналов в пункте приема осуществляют другим способом, чем в способе, принятым за прототип, более удобной формой для анализа реализации заявленного способа является запись токов сигналов, согласно /1/.

Токи /1/ передают по сети 3 в пункт приема, которые поступают на входы трехфазного выпрямительного моста 4. Токи во вторичной обмотке трансформатора 7 - i₇(t), который служит для гальванической развязки от напряжения сети U(t) и с учетом того, что диоды моста 4 открывают питающим напряжениям сети U(t), частоты F, имеют вид

где I_m=0,5 амплитуды токов биения колебаний согласно /1/ /Л.А. Бессонов Теоретические основы электротехники. - М. Энергия 1978 г. 305 с./.

Для заявленного способа представляет интерес только ток с частотой сигнала ₀, т.е. согласно /2/ ток сигнала равен:

В дальнейшем токи с комбинационными частотами


и т. д. будут отфильтрованы фильтром частоты ₀-8. Элементы трехфазного выпрямительного моста 4 выполняют следующие функции: через резистор 5 протекает постоянная составляющая выпрямленного тока частоты F. Конденсатор 6 и индуктивности обмоток трансформатора 7 образуют последовательный L, C контур, который настраивают в резонанс на частоту ₀. Напряжение сигнала U₀(t) на выходе фильтра частоты ₀-8 с учетом /3/ и значений коэффициентов передачи элементов устройства равно:

Напряжение сигнала /4/ подают на первый вход умножителя 9. Элементы системы /фиг. 1/ 3 - 8 образуют приемный тракт сигнала.

Рассмотрим тракт формирования напряжения гетеродина U_r(t) на приемном пункте. Напряжение сети /для частного случая Фаза A - "земля"/ поступает на понижающий трансформатор 11. С его вторичной обмотки получают напряжение:

Напряжение /5/ подают через ФВ - 12 на вход преобразователя 13, с выхода которого / для частного случая, когда n является нечетным числом/, образуют напряжение типа "меандр", которое можно математически выразить в координатах: ось Y - U₁₃(t); ось X - t.

где: T_F=0,02 с - период частоты F.

Разложив в ряд Фурье /6/, имеют:

Таким образом, напряжение /7/ имеет напряжение постоянной составляющей и набор напряжений с нечетными гармониками частоты -3,5...n. Фильтром частоты ₀-14 выделяют напряжение с заданной нечетной гармоникой n частоты , т.е. ₀= n.
На выходе фильтра частоты ₀-14 имеют напряжение гетеродина
Фазовые набеги в устройстве устраняют ФВ - 12. Напряжение первого гетеродина /8/ подают на второй вход умножителя 9. Известно, что при подаче на входы умножителя двух напряжений с одинаковыми частотами и фазами на его выходе имеют напряжение

где K₁ и K₂ - коэффициенты преобразования умножителя 9.

амплитудное значение.

Следует отметить, что выбор значения n>>1 имеет ограничение, которое определяет длина трехфазной электрической сети - L. Для того, чтобы в линии не возникали волновые процессы /в этом случае необходимо устанавливать заградители/, следует выполнить условие:
L > /4, (10)
где - длина волны.

Для передачи сигналов по линиям 10/35/110 кВ обычно принимают следующий диапазон частот:
500 Гцf₀2000 Гц, (11)
при этом 10n40.

С другой стороны, для оптимальной обработки сигнала с использованием интегрирования, необходимо выполнить условие:
T>>1/f₀, (12)
т. е. чем больше частота обработки, тем выше качество обработки сигнала. Условие /12/ невыполнимо при малых значениях n. Так, при скорости передачи сигналов 100 Бод, т.е. T=0,01 с и f₀=500 Гц /n=10/ неравенство /12/ не будет выполняться. Примем частоту обработки сигнала 2f₀ ( = 2). При этом, неравенство /12/ будет иметь вид:
0,01>>0,001 (13)
что вполне допустимо.

Второй член выражения /9/ имеет частоту 2₀. С помощью УПФ 10 выделяют напряжение U₂(t) этой частоты:

Это напряжение подают на первый вход умножителя 19.

Напряжение подают также на два входа умножителя 17.

На его выходе, по аналогии с /9/, имеют напряжение:

где K₃ и K₄ - коэффициенты преобразования умножителя 17.

С помощью УПФ 18 выделяют напряжение второго гетеродина с частотой 2₀.

Это напряжение подают на второй вход умножителя 19. Напряжение на его выходе имеет вид:

где K₅ и K₆ - коэффициенты преобразования умножителя 19.

С помощью фильтра нижних частот 20 выделяют напряжение постоянной составляющей

Это напряжение подают на первый вход интегратора 21. На его второй вход подают импульсы синхронизатора 16, причем с помощью ФВ 15 получают одновременное следование этих импульсов с импульсами синхронизатора 1. Частоту ₀ для запуска передатчика пассивно-активного типа 2 формируют из частоты = 2F аналогично с формированием частоты ₀= n в тракте первого гетеродина.

Повышение помехозащищенности при приеме сигналов обеспечивают следующим образом:
1. Напряжение U_n на входе интегратора 21 является однополярным на интервале времени интегрирования OtT.

2. Напряжение помех U_помех(t) на интервале времени интегрирования OtT имеет переменную /флуктуирующую около нуля/ составляющую с математическим ожиданием:
M[U_помех(t)]=O.

3. Выполняют условие T>>1/2f₀.

Возможность приема сигналов при отношении сигнал/помеха меньше, чем в прототипе, доказывает достижение поставленной цели - повышение помехозащищенности приема сигналов.

Получен новый технический результат - повышена скорость передачи сигналов до 50 или 100 Бод.

Формула изобретения

Система передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети, содержащая в пункте передачи передатчик, соединенный через фазные провода A, B, C электрической сети с пунктом приема, первый узкополосный фильтр (УПФ), первый и второй фазовращатели (ФВ), отличающаяся тем, что введены в пункте передачи первый синхронизатор, в пункте приема трехфазный выпрямительный мост, резистор, конденсатор, первый и второй трансформаторы, второй, третий и четвертый УПФ, первый, второй и третий умножители, преобразователь, второй синхронизатор, фильтр нижних частот, интегратор, при этом фазные провода A, B, C электрической сети соединены с входами моста, выход которого соединен с резистором и последовательной цепью, состоящей из конденсатора и первичной обмотки первого трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с входом первого УПФ, выход которого соединен с первым входом первого умножителя, выход которого соединен с входом второго УПФ, выход которого соединен с первым входом третьего умножителя, выход которого соединен с фильтром нижних частот, выход которого соединен с первым входом интегратора, первичная обмотка второго трансформатора подключена соответственно к фазе A - "Земля", вторичная обмотка соответственно подключена к входам первого и второго ФВ, выход которого соединен с входом второго синхронизатора, выход которого соединен с вторым входом интегратора, выход первого ФВ соединен с входом преобразователя, выход которого соединен с третьим УПФ, выход которого соответственно соединен
с вторым входом первого умножителя и первым и вторым входами второго умножителя, выход которого соединен с входом четвертого УПФ, выход которого соединен с вторым входом третьего умножителя, входы первого синхронизатора подключены соответственно к фазе A и "Земля", выход которого соединен с входом передатчика.

РИСУНКИ

Рисунок 1