電力電網載波控制和管理系統的製作方法

2023-05-05 08:27:41

專利名稱：電力電網載波控制和管理系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及輸電供應及管理的方法及裝置，尤其是涉及採用計算機對電力輸送網進行控制與管理的方法與裝置。更具體地說，本發明涉及一種採用數字計算機控制技術並藉助於通過在現有輸電網上進行與具備通訊智能終端的電量表進行載波數字通訊的電網控制及管理系統。
在以往的電網控制及管理系統中，中心控制站為了對各級用戶的供電及用電的狀態進行管理而採用專用的供通訊使用的線路。很明顯，這種方式使整個供電網所需設置的線路龐大而複雜。在近年，人們在將載波通訊技術運用於供電網的通信與管理方面已獲得了很大的成功。計算機技術對電網的參量進行管理、測試與控制也趨成熟。隨之出現了一些智能化的電度表(如廣西工學院電子技術研究所研製的GD-I型智能電度表)，它可以對用戶的用電負荷的各類參量進行測量、顯示、記錄和控制。採用載波控制和管理系統對電力網進行管理與控制的實質點可以規納為以下幾個方面1.針對電力電網的輸供電;2.使用載波在電力網上傳送二進位數位訊號;3.使用計算機技術實現控制與管理輸電網;4.是對整個電網進行系統管理與控制的獨立系統。
本發明的目的在於改進目前的電力電網的控制和管理，提供新的電網載波控制和管理系統並為最優控制提供新的技術手段。本發明的進一步目的還在於採用新式的終端智能式電量表，結合新的載波通訊方案，使整個電網的控制與管理水平有實質性的進步。


圖1給出的是現行電力電網供電基本結構示意圖;
圖2給出的是本發明的電力電網載波控制和管理系統的示意圖;
圖3是根據本發明的中心控制機構的示意圖;
圖4是根據本發明的中繼站的結構示意圖;
圖5是根據本發明的用戶儀表的示意圖。
在圖1所示的已有技術方案中，(1)是變電站，(2)是變電所，(3)是用戶變電所，(4)是用戶配電櫃，(5)是用戶。從圖1可以看出，現存的已有技術方案的輸配電系統中最明顯的特點是從原始輸電線路(如高壓線)到用戶用電器之間要經歷若干級電壓變換，按輸電支路輸送電能。換句話說，以變電站輸出的電能並不是直接送給用戶使用，而是針對各支路的，經過逐步分級、分路地送到用戶，即採用對輸電支路分級控制及管理。具體地說，經變電站而輸出來自高壓輸電線上的電能，變壓後分送到各供電支路，供電支路將電能輸送到下級變電所，變電所變壓後又將電能經各條供電支路分送到再下一級的用戶變電所。用戶變電所再經各條供電支路將電能送到各個用戶的配電櫃。用戶的配電櫃再為各個不同的具體用戶及用電器經各自的支路提供所需的電力。
這種由圖1所示的分級式的已有技術的電網輸電方案在控制及管理上存有明顯的缺陷。
首先，因為用戶是按照用電級別而供電的因此，供電網線路的支路數目增多。為了將各個用戶區別開，就必須設置專用供電線。其次，為調整供電負荷的需要，同一支路上的用戶數量和負荷就要有所限止，而新電網用戶只能另立輸電支路供電。支路的增加勢必使輸電設施投資增加。
此外，這種分級式的供電電網系統難以實現負荷的平衡。這是由於供電負荷是按支路來調整的。高峰時只好將整條某支路切斷，而使該條支路的全部用戶均受影響。時常會出現切斷一條支路尚不足，而切斷兩條路又顯過多的矛盾。
再之，這種分級式輸電方式的監測控制不靈便。在此種情況下，供電部門只能監測所管轄的各支路的總的輸電狀況，而對支路上各種用戶的用電情況無法詳細掌握，更無法直接幹預、控制具體的某一用戶。對輸電線路上所發生的故障反應速度慢，因為對支路各點情況不明。
再之，這種分級式輸電方式不能有效地、快速地進行電網分析(如負荷分析、接地分析、質量分析等)，由於無法直接地對用戶的數據進行採集、匯總、分析，因而現行的控制系統只能採用逐級查詢、逐級上報的匯集分析方法，因而反應速度慢，效率低。
根據上面提到各個關於現行分級式輸電網的不足方面，本發明公開了一種新的用於電力電網的載波控制和管理系統。這種系統是以中心變電站對各用戶直接控制為基礎的，從而使得採用線路大幅度下降，方便、敏捷地對各用戶的用電狀況予以監測與控制，同時對所有直接得到的數據分析處理，並根據所期方案對整個供電網進行控制與管理。
下面參考圖2來說明本發明的構成和工作過程。在圖2中，(7)是中心控制機，(8)是中繼站，(9)是用戶儀表。這三部分連同作為載波通道的輸電線一起，構成了本發明的電力電網載波控制和管理系統。其中，(7)的中心控制機是一個專用的提高擴展的計算機系統，它可以置於各個不同級別的變電站、變電所及配電室內，作為該級別網絡的區域控制和管理中心。中繼站(8)接在輸電線路上，擔負著就近管理一群用戶儀表的任務，並將這些用戶儀表的工作情況、供電狀況等各種電參數饋送到中心控制機(7)，同時還將中心控制機(7)的下行指令傳送到指定的受控用戶儀表，從而實現中心控制機(7)對用戶用電狀態的直接控制。每個中繼站都有獨立的地址編碼，以實現中心控制機對各中繼站的單獨查詢與控制。
本發明的關鍵要點之一是為本系統專門設計的載波智能電量表(9)。它可以測出用戶的各類電參量並顯示其所測讀數，並接收中心控制機的指令而產生出相應的控制信號，並按指令要求將所測試數據用載波信號發送到中繼站(8)。為了實現中心控制機對每一用戶智能儀表的單獨的直接控制，本發明的載波智能電量表都是可以具備獨立的地址編碼的，從而實現所期望的中心控制機(7)經過中繼站(8)對用戶(終端)智能電量表的載波控制。這些載波指令的傳送線路和即為電網的輸電線路，利用現行的輸電線網傳送指令及數據，從而省略了繁瑣高價的專用通訊線路。
下面通過舉例，進一步闡述本發明的工作過程。利用輸電網作為載波通訊線路時，其載波通訊採用的是調頻的方法。利用兩個不同頻率代表二進位數的「0」和「1」。中繼站(8)與用戶智能儀表(9)之間可以制定一套載頻，中繼站(8)與中心控制機(7)之間另外採用一套載頻。不同的中心控制機之間以及各個不同的中繼站及所轄的用戶智能儀表之間都可以使用特定的載頻。但一般為了標準化可以統一制定標準。
在本發明中，一幀數據碼由11位代碼構成，在這11位代碼中，包括有1位起始位，9位數據位(其中第9位是地址和數據區別位)和1位停止位。在指令傳送方式上採用異步串行通訊。載波頻率不超過200KHz。載波輸出電壓低於所連接的輸電線路電壓1%。調製信號的頻率不超過載頻的三分之一。每一個中繼站所管轄的用戶智能儀表數目要適當，以保證在一秒鐘之內，中繼站要能夠對其所管轄的全部智能用戶儀表至少查詢掃描一遍。在頻段的具體劃分上，本發明將50KHz以下的載波頻段分配給中心控制機(7)和中繼站(8)間的通訊使用，而將50KHz以上至200KHz的頻段作為中繼站與用戶智能終端儀表之間的通訊使用。
由於是採用現有的輸電線作為載波通訊的傳輸線，固而，應當事先約定是由哪兩條線作為載波傳送之用，例如採用一相線與零線，或兩條相線。為了安全起見，整個輸電線路應有良好的避雷裝置。
在圖3中給出了本發明的中心控制機的結構圖。它是一個擴展了的微機系統，其中包括載波收發電路(11)，光電耦合電路(12)，顯示電路(13)，單板機處理系統(14)，UPS電源(15)，微機系統(16)。載波收發電路(11)用來對載波信號進行調製和解調、發送與接收。這種發送與接收是經過光電耦合電路(12)和單板機處理系統(14)的串行輸入接口相連接而實現的。顯示電路(13)用來顯示系統工作狀態和重要的參數值。單板機處理系統(14)對於中心控制機系統的主要設備和接收的數據進行管理並對數據進行預處理，並且預處理的數據送往微機系統(16)，以便在那裡對這些數據進行進一步的分析與計算。微機系統(16)對數據進行分析及處理，從而獲得對電網整體狀態的數據，根據這些分析獲得的數據，微機系統(16)及對輸出相應的圖形及表格，並將圖形、表格在顯示器上顯示出來，發出控制指令。UPS電源(15)用來對整個系統提供不間斷供電。
在圖4中示出了本發明系統中的中繼站的結構圖。其中包括有測量電路(18)，單板機系統(19)，避雷裝置(20)以及在構成及功能與圖3示出的中心控制機相同的載波收發電路(11)，光電耦合電路(12)顯示電路(13)及UPS電源(15)。
測量電路(18)用來對輸電線路的電壓、電流、電度數、功率因數、周波數以及功率等參數進行測量。由測量電路(18)所測出的數據經轉換量程後，經光電耦合器(12)後送入單板機系統(19)。圖中單板機系統(19)的作用在於將測量所得的各種數據進行存貯並採集、存貯用戶儀表的參數。此外，該單板機系統還要經過載波收發電路(11)及光電耦合器(12)接收中心控制機的命令並執行該命令，並依照控制邏輯對用戶儀表發出指令、輸出控制信號以及對相關的電器設備(諸如斷路器、繼電保護器、報警裝置等)發出控制信號及進行相應的操作。
如前所述，為了實現本發明的全部構思而專門構成了用於實現本發明的載波通訊智能電量表。在圖5中，給出了這種智能儀表構成的框圖。在此，申請人僅對於此圖並聯繫本發明的系統作一初步的說明，而更多的詳盡涉及本智能儀表的介紹，請參見與本申請同時提交的題為「載波智能電量表」的專利申請。
在圖5中，(22)是A/D轉換晶片電路，(23)是單片機系統，(24)為程序存儲器(EPROM)，(25)是顯示選定電路，(26)是直流工作電源。圖中標號(11)、(12)、(13)及(18)的功圖已在圖3及圖4中作了介紹。
在圖中，測量電路從電網測得的數據參量，經過光電耦合電路(12)將所測的參量送入A/D轉換電路(22)轉換成數字參量，並將此數據輸入到單片機系統(23)。單片機系統(23)對數據進行計算、存貯並將其轉換成十進位數碼送到顯示電路(13)進行顯示。單片機系統(23)還擔負著通訊與數據交互的任務，由載波收發電路(11)和光電耦合器(12)來的載波信號串行輸入到單片機系統或從該單片機系統輸出到作為載波通訊之用的輸電線路。單片機系統(23)還對收到的指令信號和數據信號進行處理，根據所收到的信號的種類的不同，單片機系統執行不同的功能，這些功能包括執行指令、數據計算、輸出令指以報警等等。單片機系統(23)在接受信號時，首先要進行地址判別，若非本儀表所屬的地址則不接受執行。存貯器(24)為EPROM晶片。用於存貯用戶儀表的工作程序、數據表格、通訊程序及本地址編碼等。顯示選定電路(25)由單脈衝發生器構成。該電路接於單片機系統(23)的外中斷輸入端。每按一下變換按鈕發出一個脈衝信號，單片機則依次轉換一次顯示值的類型。直流電流(26)則為整個儀表提供所需的電能。
綜合上述的對各個系統部分的闡述可以看出，由於本發明的電力電網載波控制和管理系統採用了中心控制機對已編址的終端智能電量表的直接數據交互式的控制與管理，從而實現了控制端對用戶終端的直接通訊，與已有技術的分級式輸電網的管理控制方式相比，這種直接通訊與控制的方式要明顯地迅速、準確和高效。它可以及時地對供電網進行系統分析，為電網的經濟運行、事故檢測和處理、改善供電質量提供了快捷的決策依據。使供電的管理及電力的分配更加科學化。
權利要求
1.電力電網載波控制和管理系統，它包括由作為載波通訊線路的輸電線路而連接成控制網的中心控制機(7)，中繼站(8)和用戶儀表(9)。其特徵在於所說的中心控制站是一個擴展的微機系統，它包括有載波收發電路(11)，光電耦合電路(12)，顯示電路(13)、單板機處理器(14)、UPS電源(15)和微機系統(16)；所說的中繼站包括有測量電路(18)，單板機系統(19)，以及相應的載波收發電路、光電耦合電路及顯示電路和電源；所說的用戶電儀表是一個智能化終端式載波通訊電量表，它包括有A/D轉換電路(22)，單片機系統(23)，程序存貯器(24)，顯示選定電路(25)和直流電源及顯示電路(13)。
2.如權利要求1所說的電力電網載波控制和管理系統，其特徵在於，所說的中繼站(8)和用戶電量表(9)都是統一編址的。
3.如權利要求1所說的電力電網載波控制和管理系統，其特徵在於，所說的通信數據和指令每幀是一個十一位的二進位數。
4.如權利要求1所說的電力電網載波控制和管理系統，其特徵在於，所說的載波通訊是指在一對指定的現有電網輸電線上進行的中心控制站與終端用戶儀表間的載波傳送二進位指令與數據的交互。
5.如權利要求1所說的電力電網載波控制和管理系統，其特徵在於，所說的載波頻率是200KHz以下的頻率。輸出載波電壓值為所連接的輸電線路電壓值的1%以下。
全文摘要
一種電力電網載波控制和管理系統，它包括有中心控制機(7)、中繼站(8)和用戶載波智能電量表(9)構成的控制及通訊網；利用輸電線路進行載波通訊；中心控制站包括有載波收發器、光電耦合器、顯示電路、單板機、微機和電源、中繼站包括有測量電路、單板機以及相應的載波收發電路、光電耦合電路及顯示電路；載波智能電量表包括有A/D轉換電路，單片機系統，程序存貯器、顯示和顯示選定電路及電源。
文檔編號H02J13/00GK1072539SQ9211273
公開日1993年5月26日 申請日期1992年11月10日 優先權日1992年11月10日
發明者劉偉強 申請人:劉偉強