Способ приема сигналов в трехфазной линии электропередачи и устройство для его осуществления

 

Использование: в электронике, а именно в системах телемеханики, где в качестве канала связи используются линии (0,38-10-35) кВ без обработки. Сущность изобретения: для уплотнения частотного диапазона, выделенного для канала связи в трехфазной линии электропередачи, в способе приема используется синхронное детектирование сигналов. Устройство, реализующее способ, содержит трансформатор 1, два фильтра напряжения симметричных составляющих 2, 3, два узкополосных фильтра 4, 5, балансный фазовый детектор 6, смеситель 7, фильтр низких частот 8, диодный мост 9, фильтр разностной частоты 10, фазовращатель 11. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение при организации каналов связи по линиям 0,38-35 кВ без высокочастотной обработки заградителями.

Известен способ приема сигналов в трехфазной линии электропередачи, который реализован в "Системе передачи и приема сигналов по проводам трехфазной линии электропередачи" (а.с. N 1737481, 1992), который принят за прототип. В данном способе выделяют из трехфазной линии электропередачи сигналы обратной и прямой последовательностей первой и второй частот, отфильтровывают данные частоты и производят обработку сигналов известным способом.

Недостатком данного способа приема сигналов является низкая помехозащищенность. "Системе передачи и приема сигналов по проводам трехфазной линии электропередачи", в которой реализован известный способ, присущ тот же недостаток.

Предложенный способ приема сигналов в трехфазной линии электропередачи и устройство для его осуществления решает задачу повышения помехозащищенности.

Устройство приема сигналов в трехфазной линии электропередачи (см. чертеж) содержит трансформатор 1, два фильтра напряжения симметричных составляющих 2, 3, два узкополосных фильтра 4, 5, балансный фазовый детектор 6, смеситель 7, фильтр нижних частот 8, диодный мост 9, фильтр разностной частоты 10, фазовращатель 11.

Устройство приема сигналов в трехфазной линии электропередачи работает следующим образом.

На низковольтных обмотках сетевого трансформатора 1 образуются напряжение и сигналы обратной последовательности U₂(f₁) на частоте F₁ и напряжение прямой последовательности U₁(f₂) на частоте f₂, причем f₂- f₁= 2F Гц. Первый фильтр 2 напряжения симметричных составляющих обратной последовательности настроен на частоту f₁, второй фильтр 3 напряжения симметричных составляющих прямой последовательности настроен на частоту F₂. С выходов первого и второго фильтров 2 и 3 напряжения поступают на входы первого и второго узкополосных фильтров 4 и 5. С выходов первого и второго узкополосных фильтров 4 и 5 напряжения частот f₁ и f₂ подаются на входы первого балансного фазового детектора 6.

Пусть с выхода первого узкополосного фильтра 4 имеем напряжение сигнала U₁(t) = U_m1cos(ω₁t+ϕ₁) (1) .

С выхода второго узкополосного фильтра 5 имеем напряжение сигнала U₂(t) = U_m2cos(ω₂t+ϕ₂) (2) , где .

Это следует из принципа работы передатчика пассивно-активного типа.

В связи с тем, что источником питания таких передатчиков является трехфазная электрическая сеть, напряжение которой равно F, в линии образуются напряжения сигналов двух частот f₁ и f₂, разнесенных между собой на величину Ω = 2π2F Гц , т.е. образуются биения. Фазное напряжение (например, фазы A) равно где U_m - амплитудное значение напряжения биений.

При t= 0 передатчик в пункте передачи (на чертеже не показан) не работает. В пункте приема отсутствуют напряжения сигналов U₁(t) и U₂(t), описываемые выражениями (1) и (2).

При t > 0 передатчик в пункте передачи начинает работать. В пункте приема появляются напряжения U₁(t) и U₂(t), которые подаются на первый и второй входы балансного фазового детектора 6, с выхода которого напряжение сигнала U_c(t) подается на первый вход смесителя 7, причем , где
U_m1 и U_m2 - амплитудные значения напряжений сигнала на входах первого балансного фазового детектора 6;
K_g - коэффициент передачи амплитудного детектора;
ϕ_c= (ω₁-ω₂)t+ϕ₁-ϕ₂ (5) ,
где
ω₁= 2πf₁ ω₂= 2πf₂ (6)
Причем выполняется условие:
f₁=f_c-F, f₂=f_c+F
где
f_c - частота коммутации ключа передатчика, установленного в пункте передачи (на чертеже не показан):
F - частота промышленного напряжения.

С учетом выражений (5) и (6) выражение (5) имеет вид:
U_c= -Ωt (8) .

С учетом (7) выражение (4) имеет вид:
U_c(t) = A_mcCosΩt (9) ,
где
.

Напряжение U_c(t) поступает на первый вход смесителя 7.

Напряжение на выходе диодного моста 9 U(t)₉ описывается выражением
,
где
U_mF - амплитудное значение фазного напряжения промышленной частоты.

Полезным сигналом является напряжение второй гармоники частоты F, которое является напряжением разностной частоты.

Напряжение на выходе фильтра разностной частоты 10 U(t)₁₀ описывается выражением:
,
где

K - коэффициент затухания в фильтре 10;
ϕ - начальный сдвиг фазы.

Напряжение на выходе фазовращателя 11 является напряжением гетеродина U(t)_r, которое описывается выражением:
U(t)_г= A_mгcosΩt (12) ,
где
A_mr - амплитудное значение.

Из (12) следует, что частота и фаза напряжения гетеродина совпадает с частотой и фазой напряжения разностной частоты согласно (9).

Напряжение U(t)_r поступает на второй вход смесителя 7.

Напряжение на выходе смесителя U(t)_см умножителя будет равно:
,
где
m < 1 - постоянный коэффициент:
S₀ - крутизна характеристики нелинейного элемента смесителя 7.

Анализ выражения (13) показывает, что первый и второй члены являются напряжениями, имеющими частоты Ω и 2Ω. Последний член является постоянным напряжением:
. (14)
Для выделения постоянного напряжения U₀ напряжение с выхода смесителя 7 поступает на фильтр 8 нижних частот, который отфильтровывает напряжение с частотами Ω и 2Ω.
Использование данного способа обработки сигналов является синхронным детектированием. Анализ работы синхронного детектора показывает, что выполненное им преобразование сигналов соответствует одной из операций оптимальной обработки сигналов.

Достижение технического результата - повышение помехозащищенности осуществляется за счет повышения отношения сигнал/помеха в 2 раза при данной обработке сигнала.

Формула изобретения

1. Способ приема сигналов в трехфазной линии электропередачи, заключающийся в том, что выделяют из трехфазной линии электропередачи сигналы обратной и прямой последовательностей соответственно первой f₁ и второй f₂ частот, при этом выполняется условие f₂-f₁=2F, где F - частота питающего напряжения, отличающийся тем, что смешивают сигналы первой f₁ и второй f₂ частот, выделяют разностную частоту f₂-f₁, выпрямляют фазное напряжение трехфазной линии электропередачи, отфильтровывают вторую гаромонику выпрямленного фазного напряжения 2F, компенсируют фазовый сдвиг второй гармоники выпрямленного фазного напряжения, которое синхронно детектируют с напряжением разностной частоты.

2. Устройство приема сигналов в трехфазной линии электропередачи, содержащее сетевой трансформатор, первый и второй фильтры напряжения симметричных составляющих, входы каждого из которых подключены к соответствующим низковольтным обмоткам сетевого трансформатора, а выходы первого и второго фильтров напряжения симметричных составляющих подключены к входам соответственно первого и второго узкополосных фильтров, отличающееся тем, что в него введены балансный фазовый детектор, смеситель, фильтр нижних частот, выпрямительный диодный мост, фильтр разностной частоты, фазовращатель, выходы первого и второго узкополосных фильтров соответственно соединены с первым и вторым входами балансного фазового детектора, выход которого соединен с первым входом смесителя, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, входная диагональ выпрямительного диодного моста включена любой фазой и "землей", выходная диагональ которого подключена к входу фильтра разностной частоты, выход которого соединен с входом фазовращателя, выход которого соединен с вторым входом смесителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1