專利名稱：電力電網(wǎng)載波控制和管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輸電供應及管理的方法及裝置，尤其是涉及采用計算機對電力輸送網(wǎng)進行控制與管理的方法與裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及一種采用數(shù)字計算機控制技術(shù)并借助于通過在現(xiàn)有輸電網(wǎng)上進行與具備通訊智能終端的電量表進行載波數(shù)字通訊的電網(wǎng)控制及管理系統(tǒng)。
在以往的電網(wǎng)控制及管理系統(tǒng)中，中心控制站為了對各級用戶的供電及用電的狀態(tài)進行管理而采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(wǎng)所需設置的線路龐大而復雜。在近年，人們在將載波通訊技術(shù)運用于供電網(wǎng)的通信與管理方面已獲得了很大的成功。計算機技術(shù)對電網(wǎng)的參量進行管理、測試與控制也趨成熟。隨之出現(xiàn)了一些智能化的電度表(如廣西工學院電子技術(shù)研究所研制的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。采用載波控制和管理系統(tǒng)對電力網(wǎng)進行管理與控制的實質(zhì)點可以規(guī)納為以下幾個方面1.針對電力電網(wǎng)的輸供電;2.使用載波在電力網(wǎng)上傳送二進制數(shù)字信號;3.使用計算機技術(shù)實現(xiàn)控制與管理輸電網(wǎng);4.是對整個電網(wǎng)進行系統(tǒng)管理與控制的獨立系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的在于改進目前的電力電網(wǎng)的控制和管理，提供新的電網(wǎng)載波控制和管理系統(tǒng)并為最優(yōu)控制提供新的技術(shù)手段。本發(fā)明的進一步目的還在于采用新式的終端智能式電量表，結(jié)合新的載波通訊方案，使整個電網(wǎng)的控制與管理水平有實質(zhì)性的進步。


圖1給出的是現(xiàn)行電力電網(wǎng)供電基本結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2給出的是本發(fā)明的電力電網(wǎng)載波控制和管理系統(tǒng)的示意圖;
圖3是根據(jù)本發(fā)明的中心控制機構(gòu)的示意圖;
圖4是根據(jù)本發(fā)明的中繼站的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5是根據(jù)本發(fā)明的用戶儀表的示意圖。
在圖1所示的已有技術(shù)方案中，(1)是變電站，(2)是變電所，(3)是用戶變電所，(4)是用戶配電柜，(5)是用戶。從圖1可以看出，現(xiàn)存的已有技術(shù)方案的輸配電系統(tǒng)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(jīng)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并不是直接送給用戶使用，而是針對各支路的，經(jīng)過逐步分級、分路地送到用戶，即采用對輸電支路分級控制及管理。具體地說，經(jīng)變電站而輸出來自高壓輸電線上的電能，變壓后分送到各供電支路，供電支路將電能輸送到下級變電所，變電所變壓后又將電能經(jīng)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(jīng)各條供電支路將電能送到各個用戶的配電柜。用戶的配電柜再為各個不同的具體用戶及用電器經(jīng)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(shù)的電網(wǎng)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(wǎng)線路的支路數(shù)目增多。為了將各個用戶區(qū)別開，就必須設置專用供電線。其次，為調(diào)整供電負荷的需要，同一支路上的用戶數(shù)量和負荷就要有所限止，而新電網(wǎng)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(wǎng)系統(tǒng)難以實現(xiàn)負荷的平衡。這是由于供電負荷是按支路來調(diào)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(xiàn)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(jiān)測控制不靈便。在此種情況下，供電部門只能監(jiān)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，更無法直接干預、控制具體的某一用戶。對輸電線路上所發(fā)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(wǎng)分析(如負荷分析、接地分析、質(zhì)量分析等)，由于無法直接地對用戶的數(shù)據(jù)進行采集、匯總、分析，因而現(xiàn)行的控制系統(tǒng)只能采用逐級查詢、逐級上報的匯集分析方法，因而反應速度慢，效率低。
根據(jù)上面提到各個關(guān)于現(xiàn)行分級式輸電網(wǎng)的不足方面，本發(fā)明公開了一種新的用于電力電網(wǎng)的載波控制和管理系統(tǒng)。這種系統(tǒng)是以中心變電站對各用戶直接控制為基礎的，從而使得采用線路大幅度下降，方便、敏捷地對各用戶的用電狀況予以監(jiān)測與控制，同時對所有直接得到的數(shù)據(jù)分析處理，并根據(jù)所期方案對整個供電網(wǎng)進行控制與管理。
下面參考圖2來說明本發(fā)明的構(gòu)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(gòu)成了本發(fā)明的電力電網(wǎng)載波控制和管理系統(tǒng)。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(tǒng)，它可以置于各個不同級別的變電站、變電所及配電室內(nèi)，作為該級別網(wǎng)絡的區(qū)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，并將這些用戶儀表的工作情況、供電狀況等各種電參數(shù)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(xiàn)中心控制機(7)對用戶用電狀態(tài)的直接控制。每個中繼站都有獨立的地址編碼，以實現(xiàn)中心控制機對各中繼站的單獨查詢與控制。
本發(fā)明的關(guān)鍵要點之一是為本系統(tǒng)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并顯示其所測讀數(shù)，并接收中心控制機的指令而產(chǎn)生出相應的控制信號，并按指令要求將所測試數(shù)據(jù)用載波信號發(fā)送到中繼站(8)。為了實現(xiàn)中心控制機對每一用戶智能儀表的單獨的直接控制，本發(fā)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(xiàn)所期望的中心控制機(7)經(jīng)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(wǎng)的輸電線路，利用現(xiàn)行的輸電線網(wǎng)傳送指令及數(shù)據(jù)，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(fā)明的工作過程。利用輸電網(wǎng)作為載波通訊線路時，其載波通訊采用的是調(diào)頻的方法。利用兩個不同頻率代表二進制數(shù)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)之間另外采用一套載頻。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(tǒng)一制定標準。
在本發(fā)明中，一幀數(shù)據(jù)碼由11位代碼構(gòu)成，在這11位代碼中，包括有1位起始位，9位數(shù)據(jù)位(其中第9位是地址和數(shù)據(jù)區(qū)別位)和1位停止位。在指令傳送方式上采用異步串行通訊。載波頻率不超過200KHz。載波輸出電壓低于所連接的輸電線路電壓1%。調(diào)制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(shù)目要適當，以保證在一秒鐘之內(nèi)，中繼站要能夠?qū)ζ渌茌牭娜恐悄苡脩魞x表至少查詢掃描一遍。在頻段的具體劃分上，本發(fā)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。
由于是采用現(xiàn)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，例如采用一相線與零線，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(fā)明的中心控制機的結(jié)構(gòu)圖。它是一個擴展了的微機系統(tǒng)，其中包括載波收發(fā)電路(11)，光電耦合電路(12)，顯示電路(13)，單板機處理系統(tǒng)(14)，UPS電源(15)，微機系統(tǒng)(16)。載波收發(fā)電路(11)用來對載波信號進行調(diào)制和解調(diào)、發(fā)送與接收。這種發(fā)送與接收是經(jīng)過光電耦合電路(12)和單板機處理系統(tǒng)(14)的串行輸入接口相連接而實現(xiàn)的。顯示電路(13)用來顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)和重要的參數(shù)值。單板機處理系統(tǒng)(14)對于中心控制機系統(tǒng)的主要設備和接收的數(shù)據(jù)進行管理并對數(shù)據(jù)進行預處理，并且預處理的數(shù)據(jù)送往微機系統(tǒng)(16)，以便在那里對這些數(shù)據(jù)進行進一步的分析與計算。微機系統(tǒng)(16)對數(shù)據(jù)進行分析及處理，從而獲得對電網(wǎng)整體狀態(tài)的數(shù)據(jù)，根據(jù)這些分析獲得的數(shù)據(jù)，微機系統(tǒng)(16)及對輸出相應的圖形及表格，并將圖形、表格在顯示器上顯示出來，發(fā)出控制指令。UPS電源(15)用來對整個系統(tǒng)提供不間斷供電。
在圖4中示出了本發(fā)明系統(tǒng)中的中繼站的結(jié)構(gòu)圖。其中包括有測量電路(18)，單板機系統(tǒng)(19)，避雷裝置(20)以及在構(gòu)成及功能與圖3示出的中心控制機相同的載波收發(fā)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(shù)、功率因數(shù)、周波數(shù)以及功率等參數(shù)進行測量。由測量電路(18)所測出的數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換量程后，經(jīng)光電耦合器(12)后送入單板機系統(tǒng)(19)。圖中單板機系統(tǒng)(19)的作用在于將測量所得的各種數(shù)據(jù)進行存貯并采集、存貯用戶儀表的參數(shù)。此外，該單板機系統(tǒng)還要經(jīng)過載波收發(fā)電路(11)及光電耦合器(12)接收中心控制機的命令并執(zhí)行該命令，并依照控制邏輯對用戶儀表發(fā)出指令、輸出控制信號以及對相關(guān)的電器設備(諸如斷路器、繼電保護器、報警裝置等)發(fā)出控制信號及進行相應的操作。
如前所述，為了實現(xiàn)本發(fā)明的全部構(gòu)思而專門構(gòu)成了用于實現(xiàn)本發(fā)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(gòu)成的框圖。在此，申請人僅對于此圖并聯(lián)系本發(fā)明的系統(tǒng)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(zhuǎn)換芯片電路，(23)是單片機系統(tǒng)，(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(wǎng)測得的數(shù)據(jù)參量，經(jīng)過光電耦合電路(12)將所測的參量送入A/D轉(zhuǎn)換電路(22)轉(zhuǎn)換成數(shù)字參量，并將此數(shù)據(jù)輸入到單片機系統(tǒng)(23)。單片機系統(tǒng)(23)對數(shù)據(jù)進行計算、存貯并將其轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)碼送到顯示電路(13)進行顯示。單片機系統(tǒng)(23)還擔負著通訊與數(shù)據(jù)交互的任務，由載波收發(fā)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(tǒng)或從該單片機系統(tǒng)輸出到作為載波通訊之用的輸電線路。單片機系統(tǒng)(23)還對收到的指令信號和數(shù)據(jù)信號進行處理，根據(jù)所收到的信號的種類的不同，單片機系統(tǒng)執(zhí)行不同的功能，這些功能包括執(zhí)行指令、數(shù)據(jù)計算、輸出令指以報警等等。單片機系統(tǒng)(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(zhí)行。存貯器(24)為EPROM芯片。用于存貯用戶儀表的工作程序、數(shù)據(jù)表格、通訊程序及本地址編碼等。顯示選定電路(25)由單脈沖發(fā)生器構(gòu)成。該電路接于單片機系統(tǒng)(23)的外中斷輸入端。每按一下變換按鈕發(fā)出一個脈沖信號，單片機則依次轉(zhuǎn)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(tǒng)部分的闡述可以看出，由于本發(fā)明的電力電網(wǎng)載波控制和管理系統(tǒng)采用了中心控制機對已編址的終端智能電量表的直接數(shù)據(jù)交互式的控制與管理，從而實現(xiàn)了控制端對用戶終端的直接通訊，與已有技術(shù)的分級式輸電網(wǎng)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(wǎng)進行系統(tǒng)分析，為電網(wǎng)的經(jīng)濟運行、事故檢測和處理、改善供電質(zhì)量提供了快捷的決策依據(jù)。使供電的管理及電力的分配更加科學化。
權(quán)利要求
1.電力電網(wǎng)載波控制和管理系統(tǒng)，它包括由作為載波通訊線路的輸電線路而連接成控制網(wǎng)的中心控制機(7)，中繼站(8)和用戶儀表(9)。其特征在于所說的中心控制站是一個擴展的微機系統(tǒng)，它包括有載波收發(fā)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(tǒng)(16)；所說的中繼站包括有測量電路(18)，單板機系統(tǒng)(19)，以及相應的載波收發(fā)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(zhuǎn)換電路(22)，單片機系統(tǒng)(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(quán)利要求1所說的電力電網(wǎng)載波控制和管理系統(tǒng)，其特征在于，所說的中繼站(8)和用戶電量表(9)都是統(tǒng)一編址的。
3.如權(quán)利要求1所說的電力電網(wǎng)載波控制和管理系統(tǒng)，其特征在于，所說的通信數(shù)據(jù)和指令每幀是一個十一位的二進制數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所說的電力電網(wǎng)載波控制和管理系統(tǒng)，其特征在于，所說的載波通訊是指在一對指定的現(xiàn)有電網(wǎng)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制指令與數(shù)據(jù)的交互。
5.如權(quán)利要求1所說的電力電網(wǎng)載波控制和管理系統(tǒng)，其特征在于，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(wǎng)載波控制和管理系統(tǒng)，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(gòu)成的控制及通訊網(wǎng)；利用輸電線路進行載波通訊；中心控制站包括有載波收發(fā)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(fā)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(zhuǎn)換電路，單片機系統(tǒng)，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(yōu)先權(quán)日1992年11月10日
發(fā)明者劉偉強 申請人:劉偉強