[发明专利]低压电网数据传输系统的输入耦合级

说明书

本发明涉及一种用于把高频有用信号输入耦合到低压电网中以进行双向数据传输的装置。

由于能源市场的放开以及与此相联系的能源多值服务，在能源供应企业与不同末端用户之间的直接数据传输将具有越来越大的意义。为此所需的双向数据传输可以有利地通过低压电网自身来实现。这种数据传输称为电力线通信(英语：PLC)。在此，数据传输系统可以用星形布置来简略地表示。在星形的节点上具有智能控制单元，即所谓的智能网络控制器(INC)。在末端点上，双向数据传输的信号均由发送/接收单元来生成和处理。这种发送/接收单元也称为收发器(TR)。实际上，星点通常对应于50Hz的变配电站，而末端点通常处于末端用户的房屋接线端的附近。

为了能够利用低压电网作为传输介质，在INC以及每个TR中都使用了调制/解调器(＝Modem)，在那儿给通信信道合适地提供数字有用数据。调制/解调器基本上由进行调制/解调的信号处理部分和电网输入耦合级组成，其中借助输入耦合级把模拟输出信号施加到低压电网上去，并且还进行接收。

根据“Deutsches Institut für Normung(德国标准研究所)：DINEN50065-1：Signalübertragung auf elektrischenNiederspannungsnetzen im Frequenzbereich 3kHz bis 148.5kHz，VDE-Verlag，Berlin(在3kHz至148.5kHz的频率范围中的低压电网上的信号传输，VDE出版社，柏林)”，允许能源供应企业在低压配电网上进行通信所使用的整个频带达到了从9至95kHz。同样，如同“Arzberger，M.：Datenkommunikation auf elektrischenVerteilnetzen für erweiterte Energiedienstleistungen(用于扩展能源业务的配电网上的数据通信)，Karlsruhe大学的论文，1997”中所述，根据通信信道的特定特性而在40至80kHz的频率范围内借助比如4个离散频率来使用所谓的跳频调制方法(FH调制)。由INC定期检查是否可以达到单个的TR，并且在需要时展开数据通信(＝轮询方法)。

原则上有两种不同的方案来在低压电网上进行信号输入和输出耦合，也即串行和并行的输入和输出耦合。在40至80kHz频率范围内的双向数据传输可以用并行的输入和输出耦合来便宜地实现，原因是用于信号输出耦合的输出级是简单地通过具有足够耐压的电容(以使230V/50Hz的电网电压与调制解调器远离)，并在必要时通过电位隔离变压器并联到供电电网上。输入和输出耦合或者在相线与中性线之间进行，或者在无中性线的电网中比如是在两个相线之间进行。根据实际的原因而通常优先在相线与中性线之间进行输入和输出耦合，其原因在于，从传输技术的出发点来看，干扰的50Hz电网电压只有230V，而在两相之间的输入输出耦合有400V。

在低压电网上进行信号输入耦合要比信号输出耦合的情况明显需要更加复杂的电路技术耗费。从而信号的输入耦合必须更加给予重视，因为在同时改善特性的情况下，为进一步节省费用而必须考虑较高的电位。从而下文仅重视和讨论信号的输入耦合。只有在本发明的说明需要时，才提及原本已经存在的信号输出耦合级。

从变配电站到末端用户的房屋接线端处的导线有一部分被实施为地下电缆，一部分被实施为为架空线，其中从变配电站至末端用户的路径上可能有很多的地下电缆至架空线的联接点和架空线至电缆的联接点。从而出现了分支点，其原因在于，并不是每个末端用户都通过一个单独的电缆联接来与变配电站相联接。地下电缆与架空线相比具有较大的电容值和较小的电感值，从而导致地下电缆具有明显较小的波阻抗。因此在架空线与地下电缆的联接点上产生电压分配，该值对于非常大的整个衰减值来说占很大的比重。这些结合处也是如下方面的原因，即作为通信信道的配电网不是相互的，而是其特性与通信方向有关。信道的衰减特性在一天的过程中也在变化，其依据是低压电网以多大程度和以什么方式承载着所联接的用户(尤其是具有输入侧EMV滤波的设备，比如电视设备的初级脉冲式电源等)。为了降低这些特性对消息传输系统的可靠性所造成的负面影响，希望在电网馈入点上在整个有效频率范围内一直具有最大允许的信号幅度，而与现有的负载状态无关。