專利名稱：電力電氣信息遠(yuǎn)程傳輸?shù)恼{(diào)制解調(diào)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種對遠(yuǎn)程信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)的電路，尤其涉及 遠(yuǎn)程獲取電力二次回路的電氣信息的調(diào)制解調(diào)電路。
背景技術(shù)：
供電系統(tǒng)在電力運行過程中，其中央控制室需要及時掌握外圍電 網(wǎng)的電力電氣信息，通過對二次回路的測量，獲得電網(wǎng)實時運行的數(shù) 據(jù)，以便實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。目前，獲取這些信息是將各節(jié)點的電力二次 回路的電氣量信息通過連接電纜傳輸至中央控制室，再將模擬量轉(zhuǎn)換
為數(shù)字信號，以便即時掌握電網(wǎng)的運行動態(tài)；實現(xiàn)上述工作，需要耗 費大量的電氣連接電纜，工程投資浩大；同時，通過電氣電纜傳輸中 的信號，易受電磁、雷電干擾，尤其在雷電時，過電壓、過電流極易 損壞中央控制室的設(shè)備；再者，電纜連接的電氣量設(shè)備，極易發(fā)生開 路、短路事件，影響電網(wǎng)設(shè)備的運行安全。
實用新型內(nèi)容
本實用新型針對以上問題，提供了一種采用占空比差分方式轉(zhuǎn)換 信號的技術(shù)，從而能實現(xiàn)光纖高精度傳輸，其傳輸方式的關(guān)鍵是模擬 量信息和數(shù)字量信息同步傳輸，且具有極強抗干擾能力的電力電氣信 息遠(yuǎn)程傳輸?shù)恼{(diào)制解調(diào)電路。
本實用新型的技術(shù)方案是它包括解調(diào)電路和調(diào)制電路，調(diào)制電路與解調(diào)電路之間通過光纖發(fā)送、傳輸、接收裝置相連，所述的調(diào)制 電路包括信號輸入疊加電路、RC振蕩信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生電
路和光纖發(fā)送電路；信號輸入疊加電路包括相互連接的標(biāo)準(zhǔn)源和被測 信號輸入接口； RC振蕩信號發(fā)生器包括電容、電阻和與電容并聯(lián)的 積分單元；脈沖信號發(fā)生電路包括比較單元和對應(yīng)于每個工頻周期能 產(chǎn)生64~256個標(biāo)準(zhǔn)脈沖的閾值反饋電路，閾值反饋電路連接在比較 單元的正接口與輸出口之間；信號輸入疊加電路連接閾值反饋電路和 被測信號源，將被測信號和受閾值反饋電路控制的標(biāo)準(zhǔn)源形成疊加信 號，再與RC振蕩信號發(fā)生器相連；RC振蕩信號發(fā)生器連接比較單 元的負(fù)接口，閾值反饋電路連接比較單元的正接口；比較單元將RC 振蕩信號發(fā)生器發(fā)出的疊加調(diào)制信號與閾值反饋電路發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)電 平進(jìn)行比較，調(diào)制轉(zhuǎn)換成脈沖信號，再由比較單元的輸出口傳輸給光 纖發(fā)送電路；
所述的解調(diào)電路包括與脈沖信號輸入電路連接的模擬量解調(diào)電 路；模擬量解調(diào)電路包括相互連接的標(biāo)準(zhǔn)源、積分驅(qū)動電路、相位補 差電路和模擬量輸出端口；標(biāo)準(zhǔn)源與脈沖信號輸入電路相連，受輸入 脈沖控制的標(biāo)準(zhǔn)源傳輸給積分電路，經(jīng)相位補差電路連接到輸出驅(qū)動 電路。
所述的解調(diào)電路中還包括數(shù)字量解調(diào)電路；數(shù)字量解調(diào)電路包括 相互連接的脈沖源、邏輯整合計數(shù)電路、運算電路、輸出總線；運算 電路中包括記載有根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)脈沖源、邏輯整合計數(shù)電路傳來的連續(xù)數(shù) 據(jù)量，以滿足奈奎斯特法則對電氣量信息高精度計算的條件，通過傅里葉計算得出最大值、有效值、頻率值、各次諧波幅度值的程序的處 理器；運算電路中的處理器通過輸出總線與外部電路連接。
本實用新型的電路采用了縱向占控比差分調(diào)制解調(diào)技術(shù)應(yīng)用于
電力系統(tǒng)二次回路。以50Hz工頻信息(如圖3所示)為例的調(diào)制與 傳輸波形，為50Hz工頻信息光纖調(diào)制傳輸圖，是依照工頻周期1/128 為脈沖周期的轉(zhuǎn)換展開示意圖。在實際應(yīng)用中，對應(yīng)每個工頻周期約 為64個至256個左右的調(diào)制脈沖(如圖4所示)。能達(dá)到有效傳輸電 力系統(tǒng)的高次諧波和暫態(tài)分量的基本條件。對應(yīng)于每個工頻周期的調(diào) 制脈沖個數(shù)越多，其傳輸高次諧波和暫態(tài)分量的能力越強。對于現(xiàn)有 的電力系統(tǒng)二次回路的所有設(shè)備， 一個50Hz工頻周期對應(yīng)128個左 右的調(diào)制脈沖，可滿足所有的高檔應(yīng)用。調(diào)制的信號通過光纖以模擬 份量和數(shù)字份量同步的方式傳輸，使得調(diào)制與解調(diào)穩(wěn)定可靠，具有極 強的抗干擾能力。而且，能避免過流、過壓對中央控制室內(nèi)設(shè)備的影 響。
調(diào)制電路獲得的與被測信號對應(yīng)的脈沖序列，其中包含了被測信 號的模擬份量和數(shù)字份量；解調(diào)電路中，模擬解調(diào)電路包括遠(yuǎn)端信號 的輸入接口、解調(diào)信號標(biāo)準(zhǔn)源、積分電路、運算電路，以還原成與遠(yuǎn) 方信號相對應(yīng)的模擬量；數(shù)字解調(diào)電路是將調(diào)制的光信號還原成電脈 沖信號輸入接到數(shù)字邏輯電路，解調(diào)出連續(xù)的數(shù)據(jù)量，與微處理器連 接，通過傅里葉變換，計算得出最大值、有效值、頻率值、各次諧波 幅度等，滿足以奈奎斯特法則對電氣量信息高精度計算的條件。

圖1是本實用新型中調(diào)制電路的工作原理圖
圖中1是被測信號輸入接口， 2是信號疊加電路，3是RC振蕩 信號發(fā)生器，4是調(diào)制信號輸出，5是光纖發(fā)送電路，6是脈沖信號 發(fā)生電路；A點信號為三角波，B點信號為占空比不同的方波；
圖2是本實用新型中解調(diào)電路的工作原理圖
圖中7是模擬量解調(diào)電路，8是數(shù)字量解調(diào)電路；
圖3是50Hz工頻信息的示意圖
圖中T為工頻周期；
圖4是本實用新型閾值反饋電路發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)脈沖的波形示意圖
圖中t為脈沖周期，t=T/128， t+=t-;
圖5是本實用新型調(diào)制電路調(diào)制出的信號波形示意圖
圖中，tl+為第一個脈沖周期中"占"的周期，tl-為第一個脈沖 周期中"空"的周期，t2+為第二個脈沖周期中"占"的周期，t2-為 第二個脈沖周期中"空"的周期。
具體實施方式
本實用新型它包括解調(diào)電路和調(diào)制電路，調(diào)制電路與解調(diào)電路之 間通過光纖發(fā)送、傳輸、接收裝置相連。
調(diào)制電路如圖1所示，包括信號輸入疊加電路2、 RC振蕩信號 發(fā)生器3、脈沖信號發(fā)生電路6和光纖發(fā)送電路5;信號輸入疊加電 路2包括相互連接的標(biāo)準(zhǔn)源和被測信號輸入接口 1; RC振蕩信號發(fā) 生器3包括電容、電阻和與電容并聯(lián)的積分單元；脈沖信號發(fā)生電路 6包括比較單元和對應(yīng)于每個工頻周期能產(chǎn)生64 256個標(biāo)準(zhǔn)脈沖的閾值反饋電路，閾值反饋電路連接在比較單元的正接口與輸出口之
間；信號輸入疊加電路2連接閾值反饋電路和被測信號源，將被測信 號和受閾值反饋電路控制的標(biāo)準(zhǔn)源形成疊加信號，再與RC振蕩信號 發(fā)生器3相連；RC振蕩信號發(fā)生器3連接比較單元的負(fù)接口，閾值 反饋電路連接比較單元的正接口；比較單元將RC振蕩信號發(fā)生器發(fā) 出的疊加調(diào)制信號與閾值反饋電路發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)電平進(jìn)行比較，調(diào)制轉(zhuǎn) 換成脈沖信號，再由比較單元的輸出口傳輸給光纖發(fā)送電路5;形成 如圖5所示的調(diào)制信號輸出4。
解調(diào)電路如圖2所示，包括與脈沖信號輸入電路連接的模擬量解 調(diào)電路7。模擬量解調(diào)電路7包括相互連接的標(biāo)準(zhǔn)源、積分驅(qū)動電路、 相位補差電路和模擬量輸出端口；標(biāo)準(zhǔn)源與脈沖信號輸入電路相連， 受輸入脈沖控制的標(biāo)準(zhǔn)源傳輸給積分電路，經(jīng)相位補差電路連接到輸 出驅(qū)動電路。
解調(diào)電路中還包括數(shù)字量解調(diào)電路8;數(shù)字量解調(diào)電路8包括相 互連接的脈沖源、邏輯整合計數(shù)電路、運算電路、輸出總線；運算電 路中包括記載有根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)脈沖源、邏輯整合計數(shù)電路傳來的連續(xù)數(shù)據(jù) 量，以滿足奈奎斯特法則對電氣量信息高精度計算的條件，通過傅里 葉計算得出最大值、有效值、頻率值、各次諧波幅度值的程序的處理 器；運算電路中的處理器通過輸出總線與外部電路連接。 本實用新型電路詳細(xì)的工作原理是 一、信息的調(diào)制的方案(以50Hz工頻信息為例) 本實用新型采用了縱向占控比差分調(diào)制解調(diào)技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)二次回路。以50Hz工頻信息為例的調(diào)制與傳輸波形如圖3、 4所 示，其中的圖5為轉(zhuǎn)換展開示意圖，在實際應(yīng)用中，對應(yīng)每個工頻周 期約為64個至256個左右的調(diào)制脈沖。這也是為有效傳輸電力系統(tǒng) 的高次諧波和暫態(tài)分量的基本條件。對應(yīng)于每個工頻周期的調(diào)制脈沖 個數(shù)越多，其傳輸高次諧波和暫態(tài)分量的能力越強。對于現(xiàn)有的電力 系統(tǒng)二次回路的所有設(shè)備， 一個50Hz工頻周期對應(yīng)128個左右的調(diào) 制脈沖，可滿足所有的高檔應(yīng)用。
從圖中可以看出，工頻信息的大小只對應(yīng)于光纖傳輸脈沖的寬窄， 與其它份量無關(guān)。
本實用新型方案的特點是1、傳輸與信息本體完全對應(yīng)，不會產(chǎn)生 相位差異；2、采用兩狀態(tài)傳輸，有極強的抗干擾能力；3、調(diào)制信息 的方式最適合光纖為介質(zhì)的傳輸(高質(zhì)量、高精度)；4、與被調(diào)制信 息(傳輸信息)的幅度、頻率、相位的最佳相關(guān)性。
二、調(diào)制技術(shù)與方法
1、調(diào)制技術(shù)
以一個連續(xù)的、周期相等的、占空比為50%的脈沖信號源作為被 調(diào)制對象，如圖4所示，為被調(diào)制信號(載體)原形。將需要進(jìn)行發(fā) 送、傳輸?shù)男盘?，如圖3所示的50Hz工頻信息等輸入對其進(jìn)行占控 比調(diào)制，以輸入信息的大小決定占空比的大小，如圖5為調(diào)制結(jié)果的 傳輸波形。在圖3、 4、 5中所示，輸入信號為正時的占控比〉50%; 輸入信號為負(fù)時的占控比<50%，或反之亦然，效果一樣。這樣，被 調(diào)制的信息中既保留了原信息的大小，又保留了原信息中的相位、方向。
從圖4可以看出，調(diào)制前與調(diào)制后的載體信號的周期t是不變的， 在應(yīng)用光纖作信息傳輸介時，完全免除了直流分量的干預(yù)，確保信息 傳輸?shù)目煽啃?。另外，在傳輸過程中使用兩狀態(tài)法，無任何中間狀態(tài) 來表達(dá)信息內(nèi)容，具有極高的抗干擾能力和傳輸可靠性。 2、調(diào)制方法的實現(xiàn)
由圖1中可以看出，是一個RC震蕩信號發(fā)生器，其信號的周期 不變，流進(jìn)充放電電容器C1的電流，就是流經(jīng)電阻R1的電流，在 輸入信號為零時，由于電壓源+Ul和-Ul的絕對值相等，電容器的充 電和放電時間相等，通過比較器和閥值反饋回路的作用，輸出B點 的波形是一個正負(fù)對稱的方波(也就是占控比為50%脈沖)。圖1中 的脈沖信號發(fā)生電路6是一個可控方波信號發(fā)生器。其中"閥值反饋" 回路控制脈沖的頻率(或周期)，信號疊加電路2控制占空比(充/放 電的時間比例)。
在固有震蕩頻率>輸入信號的頻率，且輸入信號幅度〈U1的條
件下，由于B點輸出的脈沖是"閥值反饋"回路和輸入回路+U1、 -U1
的交替作用下產(chǎn)生的，當(dāng)輸入信號不為零時，電容C1的充電時間與
放電時間兩者之間發(fā)生了變化。在+Ul的作用時(設(shè)為電容C1的充
+ U1 + AU
電時間)，流進(jìn)電容C1的電流1= Rl ，在-Ul作用時(設(shè)為電容
-U1 + AU
Cl的放電時間)，流進(jìn)電容Cl的電流I-~"^^，由于U1的幅度 〉輸入信號AU，所以C1的充放電電流的主體仍為U1的作用，只是在輸入信號AU的作用下，充電與放電的電流大小不同。由于在"閥 值反饋"回路的作用下及震蕩的基本條件決定，電容C1的充電電壓 和放電電壓兩者之間必須相等，也就是說，在輸入回路電流I的作用 下，充電電荷等于放電電荷，由于充電電流與放電電流的不同，電容 Cl所需的充電時間于放電時間也就不同，這樣、就產(chǎn)生了B點輸出 方波的占空比的不同，達(dá)到了在輸入信號AU的作用下，對脈沖信號 的占空比進(jìn)行調(diào)制的目的。必須注意由于在C1的同一充/放電周期 中，電流的正偏差與負(fù)偏差相等，也就是說，時間的正偏差與負(fù)偏差 相等，所以，總的充/放電周期不變，如圖5所示T4l+t2，這一特點 在以后的實際應(yīng)用中很重要。
特點之一調(diào)制度與溫度無關(guān)
圖1中，在震蕩的一個周期中，電容器C1兩端平均電壓的總和 為零，也就是說，充/放電的正負(fù)電荷量的總和為零，有如下表達(dá)方
式
iU1 + AU」，(Ul + AU)tl dtl -、
Rl
Rl
，Qc-U1 + AU^。
^jUl + AU)t2
Rl
「U1 + AU、
Qc + L ~^"~
tl
Qc一
Uc (充電)=Cl = Cl ， Uc (放電)=Cl
Rl
,-U1 + AU
Cl
t2
、Ul + AU)tl (-Ul + AU)t2、
Uc (平均)=
Rl
Cl
Rl
Cl
+T=0
有-
U1 + AU Cl +
廣-U1 + AU
丄t2 Cl =0
11U1 + AU
ti
+
一U1 + AU
t2
=0
(Ul+AU)tl+(-Ul+AU)t2=0
Ul(t2-tl)_ Ul(tl-t2) 有Au= tl + t2 — —~tl + t2 (i)
從式(1)中看出，當(dāng)輸入AU與U1同向時，T2>T1 (放電時間 大于充電時間)。
式(1)很有用處，在以后的實際應(yīng)用中的信息解調(diào)也要用到，從式 (1)中可以看出，在整個調(diào)制過程中，電阻R1與電容C1在表達(dá)式 中已不存在，只有tl與t2間的比例關(guān)系。實際上，由于溫度關(guān)系所 引起的R1、 Cl的變化量在一個充/放電周期中被相互抵消了，所以， 由于溫度所引起的調(diào)制元件參數(shù)的緩慢變化不會影響調(diào)制精度。
特點2:最適合于光纖傳輸，有極高的抗干擾能力
在式(1)中，最主要的是將信息的載體tl和t2傳輸?shù)浇邮斩耍?傳輸?shù)牧糠戎挥?1"和"0"兩狀態(tài)，無任何中間狀態(tài)，所以，有 極高的抗干擾能力，而以光纖作為傳輸介質(zhì)本身就有很高的抗干擾能 力。傳輸?shù)姆直媛适潜ＷC精度的關(guān)鍵所在，而光纖介質(zhì)具有極高的分 辨率，對于象50Hz工頻類似的信息，完全可以忽略其傳輸誤差。
三、信息的解調(diào)
1、信息的模擬解調(diào)
模擬解調(diào)，也就是通過一定的解調(diào)手段，獲得調(diào)制前原始信息的 模擬量，是調(diào)制的逆轉(zhuǎn)換，如圖2所示，解調(diào)模型中，仍要相同于調(diào)制時的基準(zhǔn)份量+Ul和-Ul—同參與，+U1
和-Ul的大小可根據(jù)需要而定，但絕對值必須相等。由于輸入是兩狀
態(tài)信息，只要對應(yīng)于不同的狀態(tài)，用不同的電壓基準(zhǔn)進(jìn)行積分即可，
如"1"狀態(tài)時用+Ul參與積分，"0"狀態(tài)時用-Ul參與積分(反之 亦然)。由于采用積分電路會對解調(diào)后的50Hz信息產(chǎn)生一個小的相 移，這在解調(diào)輸出電路中進(jìn)行反移過來，以達(dá)到同步傳輸?shù)哪康?。?過，在實際應(yīng)用中，對于50Hz的電力系統(tǒng)來說，所有相序都同時以 相同方向移相同的相移，其結(jié)果是由于沒有產(chǎn)生相對相移，等于沒 有產(chǎn)生相移。對測量、計算不會產(chǎn)生任何影響。 2、信息的數(shù)字量解調(diào)
信息的數(shù)字量解調(diào)是基于算式(1)產(chǎn)生的，首先要得到tl、 t2 時間(寬度)大小的數(shù)據(jù)，即邏輯為"1"的時間及邏輯為"0"的時 間，這在使用數(shù)字/邏輯電路中很容易解決。
設(shè)邏輯"1"的寬度為Dtl;邏輯"0"的寬度為Dt2;最大值調(diào)制 tl一t2
度M:
tl + t2
K(Dtl-Dt2)
一個周期的解調(diào)數(shù)字量Dn=M(Dtl + Dt2)，其中K為標(biāo)度值(也稱比例 系數(shù))，對應(yīng)于最大值，如50Hz工頻電壓的有效值是100V，則最大 值I^100Vxl.414-141.4V。對于50Hz工頻信息，每周期取樣64次 (對應(yīng)于64個調(diào)制周期)，己是足夠的采樣量了，與等間隔抽樣A/D 轉(zhuǎn)換是同樣的效果，因為在調(diào)制時也同樣采用的等間隔的調(diào)制法。 將解調(diào)的連續(xù)的數(shù)據(jù)量，通過傅里葉計算，可以得出最大值、有效值、頻率值、各次諧波的幅值等等。按照奈奎斯特法則，對應(yīng)于工
頻每周期64個取樣點，可計算出31次諧波的分量，已足夠電力系統(tǒng)
進(jìn)行各類精確測量了。
權(quán)利要求1、電力電氣信息遠(yuǎn)程傳輸?shù)恼{(diào)制解調(diào)電路，它包括解調(diào)電路和調(diào)制電路，調(diào)制電路與解調(diào)電路之間通過光纖發(fā)送、傳輸、接收裝置相連，其特征在于所述的調(diào)制電路包括信號輸入疊加電路、RC振蕩信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生電路和光纖發(fā)送電路；信號輸入疊加電路包括相互連接的標(biāo)準(zhǔn)源和被測信號輸入接口；RC振蕩信號發(fā)生器包括電容、電阻和與電容并聯(lián)的積分單元；脈沖信號發(fā)生電路包括比較單元和對應(yīng)于每個工頻周期能產(chǎn)生64～256個標(biāo)準(zhǔn)脈沖的閾值反饋電路，閾值反饋電路連接在比較單元的正接口與輸出口之間；信號輸入疊加電路連接閾值反饋電路和被測信號源，將被測信號和受閾值反饋電路控制的標(biāo)準(zhǔn)源形成疊加信號，再與RC振蕩信號發(fā)生器相連；RC振蕩信號發(fā)生器連接比較單元的負(fù)接口，閾值反饋電路連接比較單元的正接口；比較單元將RC振蕩信號發(fā)生器發(fā)出的疊加調(diào)制信號與閾值反饋電路發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)電平進(jìn)行比較，調(diào)制轉(zhuǎn)換成脈沖信號，再由比較單元的輸出口傳輸給光纖發(fā)送電路；所述的解調(diào)電路包括與脈沖信號輸入電路連接的模擬量解調(diào)電路；模擬量解調(diào)電路包括相互連接的標(biāo)準(zhǔn)源、積分驅(qū)動電路、相位補差電路和模擬量輸出端口；標(biāo)準(zhǔn)源與脈沖信號輸入電路相連，受輸入脈沖控制的標(biāo)準(zhǔn)源傳輸給積分電路，經(jīng)相位補差電路連接到輸出驅(qū)動電路。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電氣信息遠(yuǎn)程傳輸?shù)恼{(diào)制解調(diào)電路，其特征在于，所述的解調(diào)電路中還包括數(shù)字量解調(diào)電路；數(shù)字量 解調(diào)電路包括相互連接的脈沖源、邏輯整合計數(shù)電路、運算電路、輸 出總線；運算電路中包括處理器；運算電路中的處理器通過輸出總線 與外部電路連接。
專利摘要電力電氣信息遠(yuǎn)程傳輸?shù)恼{(diào)制解調(diào)電路。涉及遠(yuǎn)程獲取電力二次回路的電氣信息的調(diào)制解調(diào)電路。采用占空比差分方式轉(zhuǎn)換信號的技術(shù)，從而能實現(xiàn)光纖高精度傳輸，其傳輸方式的關(guān)鍵是模擬量信息和數(shù)字量信息同步傳輸，且具有極強抗干擾能力。本實用新型的電路是包括解調(diào)電路和調(diào)制電路，調(diào)制電路與解調(diào)電路之間通過光纖發(fā)送、傳輸、接收裝置相連，調(diào)制電路在被測信號上疊加一標(biāo)準(zhǔn)脈沖，然后調(diào)制成占空比不同的方波信號，通過光纖傳輸系統(tǒng)傳輸至解調(diào)電路，解調(diào)電路將該信號，解調(diào)為與被測信號一致的信號，從而遠(yuǎn)程獲取被測信號的信息。本實用新型的電路采用了縱向占控比差分調(diào)制解調(diào)技術(shù)適用于電力系統(tǒng)二次回路的遠(yuǎn)程檢測。
文檔編號H02J13/00GK201331833SQ20082021514
公開日2009年10月21日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者卞龍珠 申請人:江蘇省電力公司揚州供電公司