[实用新型]电力载波通信耦合装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于电力载波通信的信号耦合电路，更具体的说，是用于电力载波的调制解调器中，可广泛用于电力系统的自动抄表和自动化控制。

背景技术

电力系统的自动控制、自动抄表、需求侧精细化管理是近年来兴起的技术，其中最关键的环节是各种计量装置、监控设备的自动化抄读。这就需要一个信道，将各种自动化的监控/计量/抄表装置连接起来。目前主要通过电力载波通信实现。

传统的电力载波通信都采取窄带调频或者窄带扩频的方式进行通信，这些技术方案的耦合线圈都是耦合电力线上的电压信号，例如专利CN99230366.4中公开了一种电力载波的通信控制箱，使用一个变压器配合几个电容耦合电压信号；专利CN99230554.3和00224432.2分别采用两个变压器，一个耦合发送信号电压，一个耦合接收信号电压；中国专利00245285.5中的电力载波通信在三相四线上采用了三个变压器耦合电压信号。在实际应用中，这种只耦合电压信号的方式下，在某些位置的调制解调器总是无法正常通信，影响了抄读的成功率。其原因如下：

供电网络的线路比较复杂，以一个居民小区为例，一根总线上并联着很多用户，这些用户接通或者断开用电器的行为是随机的，当电网负荷很轻时，用户侧相当于开路，开路的传输线上会出现驻波现象。即：波节和波腹在四分之一波长的间距上交替出现，如附图1所示，波腹的位置上，载波电压幅度最大；在波节的位置上，载波电压幅度为零。当用电负荷很大时，例如一栋居民楼总负荷达到40KW，此时等效于220V的入户线上仅有1欧姆电阻，用户侧相当于短路，也会出现驻波现象，波腹和波节的位置和前述正好相反。对于50Hz的工频来说，波长达6000公里，对于一个供电区域来说，驻波效应可忽略不计；但是对于通信所使用的载波来说，一般频率120KHz--500KHz，波长600m-2500m，在一个供电区域内，就不得不考虑驻波效应的不利影响了。

当然，实际的驻波分布是比较复杂的，因为电力线上的负载轻重是动态变化的，此外电力线上的桥接点很多，分布参数比较复杂，这些都导致驻波分布并非严格的遵循“四分之一波长上交替出现波节和波腹”。位于波节位置的节点，因为载波电压幅度为零，因此总是无法接收到正常的信号，自然通信的成功率就很低。

在专利CN85109644中，提出了在三相四线制的线路上采取复合电压信号和中线的H场耦合器进行信号耦合，选择幅度较大信号进行通信。该发明不能完全解决驻波问题：1、三个相线的负载往往不均衡，因此三个相线的驻波状态不一致，把三个信号耦合到一点可能存在相互抵消的情况，导致信噪比下降；2、在输电线路中，往往不存在中线，那么复合电压信号就没有了参考点，H场耦合器也无从安装。

发明内容

为了克服上述现有电力载波通信的缺陷，本实用新型目的是的提供一种信号耦合装置，在一对电力线电缆上不仅耦合电压信号，同时耦合电流信号，提高通信成功率。

为了达到上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种电力载波通信耦合装置，其包含有电压耦合变压器T1、电流耦合线圈T2、电压信号收发电路P1、电流信号收发电路P2和切换开关K。电压耦合变压器通过电容C1跨接在电力线的一对电缆之间，用于耦合电压信号，线圈次级连接到电压信号收发电路P1上；电力线的其中一根电缆穿过电流耦合线圈T2的中心孔，电流耦合线圈的端子连接到电流信号收发电路P2，因此具有了电流信号耦合能力；一个切换开关K用于选择两个耦合电路的信号并送到后面的调制解调器中。

上述的电力载波通信耦合装置的电压耦合变压器最好通过电容跨接在电力线的两根电缆之间。电流耦合线圈则可以安装在两根电缆中的任意一根上。这样，本实用新型只依赖于两根电缆即可实现通信，避开三根相线的负载不均衡引起的不利影响。

电流耦合线圈虽然解决了电流耦合的问题，但考虑到现场施工的条件下，让承载很大电流的导线穿过耦合变压器的中心孔是比较难以操作的。因此，上述电流耦合线圈的磁芯采用两个半圆形磁芯扣合而成，线圈绕组缠绕在磁芯上。这样施工过程中比较方便，如图3所示。两个半环上都有一个绕组，两个绕组的同名端相同，一个绕组的同名端和另一个绕组的异名端连接在一起并接到信号地上，另外两个端子就构成了差分的信号输出，这种结构具有很高的共模抑制比，能够提高系统的信噪比。同时，这等效于一个1∶N的变压器，发射机输出的较小电流经过变压器之后产生N倍的电流，从而具有阻抗匹配的作用，使得发射机较高的输出阻抗适应了波节位置较低的阻抗。