CN102004190A - 低压电力载波信道阻抗测试装置 - Google Patents
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Abstract
低压电力载波信道阻抗测试装置，属于电网载波通信领域，本发明为解决目前测量载波信道阻抗的方法存在高频变压器和谐振电路的频率特性影响载波测量值的准确度，载波测量频率点有限，只能测量阻抗模值，不能测量阻抗相位的问题。本发明的嵌入式信号采集处理***的启动载波控制端与DDS载波信号源的信号控制端相连，嵌入式信号采集处理***的测试输入输出端与自由坐标轴矢量测试单元的测试输入输出端相连，DDS载波信号源、高频功率放大器与高频变压器的原边依次相连，负载电阻R串联在高频功率放大器和高频变压器的原边之间，高频变压器的副边输出端与失谐电路耦合单元的输入端相连，失谐电路耦合单元的输出端连接被测的两条低压电力线。
Description
技术领域
本发明涉及低压电力载波信道阻抗测试装置，属于电网载波通信领域。
背景技术
输入阻抗是表征低压电力线传输特性的重要参数，低压电力线上的输入阻抗与所传输的电力载波信号频率密切相关。理论上，在没有负载的理想情况下，电力线是一条阻抗均匀分布的传输线，在分布电感和分布电容的影响下，输入阻抗应该随着频率的增大而减小到一定值；而当电力线上有负载时，所有频率的输入阻抗都会减小。但是，由于负载类型的不同，使不同频率的阻抗变化也不同，所以实际情况非常复杂。因为电网上负载类型不同、负载随机的接入、切出，电动机的停运、启动，家用电器的开、关，功率因数补偿电容的接入、撤除等原因，导致电力线上的输入阻抗随着频率的变化而剧烈变化，变化范围超过了1000倍，而且输入阻抗随频率的变化并不符合一般想象下的随频率的增大而减小的变化规律，甚至与之相反。由于这些负载会在电力线上随机地连上或断开，所以输入阻抗还是时间的函数，在不同时间，电力线的输入阻抗会发生较大幅度的改变。
因此，由于低压电力线输入阻抗随着地点、时间、载波频率而剧烈随机变化，在设计载波发送机时，无法保证功率放大器的输出阻抗和接收机的输入阻抗相匹配，给电路设计带来很大的困难。
目前，公知的低压电网的分支多，电力网接入负载具有多样性、复杂性和时变性，低压电网的载波信道阻抗不匹配严重，影响电力线载波的实时可靠传输。因此，在电网工作状态下，需要对电力网的载波信道阻抗进行测量来获取相应的数据，以便优化电力载波信号传输和保证电力载波通信与抄表的质量，目前载波信道阻抗测量方法是采用高频变压器和谐振电路与低压电力线耦合，比例电压测量阻抗模值，它们存在以下几个主要问题：高频变压器和谐振电路的频率特性影响载波测量值的准确度，载波测量频率点有限，只能测量阻抗模值，不能测量阻抗相位。
发明内容
本发明目的是为了解决目前测量载波信道阻抗的方法存在高频变压器和谐振电路的频率特性影响载波测量值的准确度，载波测量频率点有限，只能测量阻抗模值，不能测量阻抗相位的问题，提供了一种低压电力载波信道阻抗测试装置。
本发明包括DDS载波信号源、高频功率放大器、高频变压器、失谐电路耦合单元、嵌入式信号采集处理***和自由坐标轴矢量测试单元，
嵌入式信号采集处理***的启动载波控制端与DDS载波信号源的信号控制端相连，嵌入式信号采集处理***的测试输入输出端与自由坐标轴矢量测试单元的测试输入输出端相连，
DDS载波信号源的输出端与高频功率放大器的输入端相连，高频功率放大器的输出端与高频变压器的原边相连，负载电阻R串联在高频功率放大器和高频变压器的原边之间，高频变压器的副边输出端与失谐电路耦合单元的输入端相连，失谐电路耦合单元的输出端连接被测的两条低压电力线，
自由坐标轴矢量测试单元测量高频变压器的原边电压及流过高频变压器的原边设置的负载电阻R的电流。
本发明的优点：采用高频变压器和失谐电路耦合单元解决80kHz-500kHz载波频段覆盖范围，采用校正单元消除高频变压器和谐振电路的频率特性影响，采用自由坐标轴矢量测试与校正单元结合的方法解决了阻抗的模值与相位的分别测量。在80kHz-500kHz频率范围内可以任意设定多个载波阻抗测量频率点，可以完成设定时间点、频率点的载波复阻抗测量，亦可实时进行载波复阻抗测量，自动记录和存储每天设定时间点、频率点的复阻抗测量值，记录时间可达到到8天。仪器采用嵌入式***设计，软件完成信号采集、处理、测量算法和远程通信，采用GPRS通信方式，实现远程阻抗测量的设置与控制，以及阻抗测量数据的远程传输。
附图说明
图1是本发明的阻抗测试装置的测试原理示意图；
图2是本发明的电路原理结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式包括DDS载波信号源1、高频功率放大器2、高频变压器3、失谐电路耦合单元4、嵌入式信号采集处理***5和自由坐标轴矢量测试单元6，
嵌入式信号采集处理***5的启动载波控制端与DDS载波信号源1的信号控制端相连，嵌入式信号采集处理***5的测试输入输出端与自由坐标轴矢量测试单元6的测试输入输出端相连，
DDS载波信号源1的输出端与高频功率放大器2的输入端相连，高频功率放大器2的输出端与高频变压器3的原边相连，负载电阻R串联在高频功率放大器2和高频变压器3的原边之间，高频变压器3的副边输出端与失谐电路耦合单元4的输入端相连，失谐电路耦合单元4的输出端连接被测的两条低压电力线，
自由坐标轴矢量测试单元6测量高频变压器3的原边电压及流过高频变压器3的原边设置的负载电阻R的电流。
本发明装置测量的工作原理：嵌入式信号采集处理***控制DDS载波信号源产生频率可变的载波测试信号，通过高频功率放大器的放大产生高频载波功率源信号并输出到高频变压器，再通过失谐电路耦合和校正单元送入到被测阻抗的低压电力线。嵌入式信号采集处理***控制校正单元，在每个载波频率点下对高频变压器和失谐电路耦合单元的频率特性校正并记录，嵌入式信号采集处理***同时控制自由坐标轴矢量测试单元启动工作，由载波阻抗实部测试单元与载波阻抗虚部测试单元分别采集电力线载波复阻抗的实部与虚部值，通过程序计算阻抗模值与相位值，并且软件程序根据记录的频率特性校正值修正阻抗模值和相位值，完成复阻抗的准确测量。
自由坐标轴矢量测试单元6包括载波阻抗实部测试单元61和载波阻抗虚部测试单元62，载波阻抗实部测试单元61用于根据检测到的电信号获得被测低压电力线的阻抗的实部，并输出给嵌入式信号采集处理***5，载波阻抗虚部测试单元62用于根据检测到的电信号获得被测低压电力线的阻抗的虚部，并输出给嵌入式信号采集处理***5。
嵌入式信号采集处理***5控制自由坐标轴矢量测试单元6的测量任务，由载波阻抗实部测试单元61与载波阻抗虚部测试单元62分别采集电力线载波复阻抗的实部与虚部值，通过程序计算、修正得到阻抗模与相位的测量值。
它还可以进一步包括校正单元7，失谐电路耦合单元4的输出端连接校正单元7的输入端，校正单元7的两个输出端分别接测的低压电力线。校正单元7用于将失谐电路耦合单元4的输出值进行校正，其校正系数的获取方法为：
校正单元7内置标准阻抗，标准阻抗的实际阻抗值为已知，由自由坐标轴矢量测试单元6测量获得内置标准阻抗的测量值，根据内置标准阻抗的测量值与内置标准阻抗的实际阻抗值的误差量来完成对被测低压电力线的阻抗校正，进而得到准确的被测低压电力线阻抗实际值。
重点考虑了80kHz-500kHz载波频段范围内对高频变压器3和失谐电路耦合单元4的校正处理，校正单元7连接到失谐电路耦合单元4，同时也连接到被测阻抗的低压电力线。
嵌入式信号采集处理***5控制校正单元7，在每个载波频率点下对高频变压器3和失谐电路耦合单元4的频率特性校正并记录，通过软件程序修正减小高频变压器3和失谐电路耦合单元4的频率特性的测量影响，可进行小于2Ω小阻抗的测量。
它还可以进一步包括嵌入式通信单元8和GPRS模块9，嵌入式通信单元8的通信输入输出端与嵌入式信号采集处理***5的通信输入输出端相连，嵌入式通信单元8的控制信号通过GPRS模块9发射出去。嵌入式信号采集处理***与嵌入式通信单元通过RS232C接口进行数据传输，由GPRS模块完成远程通信，可以实现远程控制载波阻抗测试频率点的设定、测试时间间隔的设定、实时阻抗测量等功能。
本发明仪器可以在电网供电、负荷工作状态下，同时测量220V/380V电力线A、B、C、三相载波复阻抗，载波阻抗频率范围为80kHz-500kHz，A、B、C三相电力线通过电缆接入载波阻抗测试仪器。可连接单相电力线，也可连接三相电力线。
本发明仪器做到了每天设定多个测量时间点，在设定时间点进行载波复阻抗测量，可自动记录和存储每天设定时间点的复阻抗测量值。每天设定时间点的个数可以调整，同时可进行实时的载波复阻抗测量。记录时间可达到8天。
发明仪器采用嵌入式***设计，软件完成信号采集、处理、测量算法和远程通信，采用GPRS通信方式，实现远程阻抗测量的设置与控制，以及阻抗测量数据的远程传输。
Claims (4)
1.低压电力载波信道阻抗测试装置，其特征在于：它包括DDS载波信号源(1)、高频功率放大器(2)、高频变压器(3)、失谐电路耦合单元(4)、嵌入式信号采集处理***(5)和自由坐标轴矢量测试单元(6)，
嵌入式信号采集处理***(5)的启动载波控制端与DDS载波信号源(1)的信号控制端相连，嵌入式信号采集处理***(5)的测试输入输出端与自由坐标轴矢量测试单元(6)的测试输入输出端相连，
DDS载波信号源(1)的输出端与高频功率放大器(2)的输入端相连，高频功率放大器(2)的输出端与高频变压器(3)的原边相连，负载电阻R串联在高频功率放大器(2)和高频变压器(3)的原边之间，高频变压器(3)的副边输出端与失谐电路耦合单元(4)的输入端相连，失谐电路耦合单元(4)的输出端连接被测的两条低压电力线，
自由坐标轴矢量测试单元(6)测量高频变压器(3)的原边电压及流过高频变压器(3)的原边设置的负载电阻R的电流。
2.根据权利要求1所述的低压电力载波信道阻抗测试装置，其特征在于：自由坐标轴矢量测试单元(6)包括载波阻抗实部测试单元(61)和载波阻抗虚部测试单元(62)，载波阻抗实部测试单元(61)用于根据检测到的电信号获得被测低压电力线的阻抗的实部，并输出给嵌入式信号采集处理***(5)，载波阻抗虚部测试单元(62)用于根据检测到的电信号获得被测低压电力线的阻抗的虚部，并输出给嵌入式信号采集处理***(5)。
3.根据权利要求1所述的低压电力载波信道阻抗测试装置，其特征在于：它还包括校正单元(7)，失谐电路耦合单元(4)的输出端连接校正单元(7)的输入端，校正单元(7)的两个输出端分别接待测的低压电力线，校正单元(7)内置标准阻抗，标准阻抗的实际阻抗值为已知，由自由坐标轴矢量测试单元(6)测量获得内置标准阻抗的测量值，根据内置标准阻抗的测量值与内置标准阻抗的实际阻抗值的误差量来完成对被测低压电力线的阻抗校正，进而得到准确的被测低压电力线阻抗实际值。
4.根据权利要求1所述的低压电力载波信道阻抗测试装置，其特征在于：它还包括嵌入式通信单元(8)和GPRS模块(9)，嵌入式通信单元(8)的通信输入输出端与嵌入式信号采集处理***(5)的通信输入输出端相连，嵌入式通信单元(8)的控制信号通过GPRS模块(9)发射出去。
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY STATE EL Free format text: FORMER OWNER: BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY Effective date: 20121017 |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20121017 Address after: 150030 Xiangjiang Road, Xiangfang District, Heilongjiang, No. 7, No. Applicant after: HEILONGJIANG ELECTRIC POWER Research Institute Applicant after: BEIJING University OF CHEMICAL TECHNOLOGY Applicant after: State Grid Corporation of China Address before: 150030 Xiangjiang Road, Xiangfang District, Heilongjiang, No. 7, No. Applicant before: Heilongjiang Electric Power Research Institute Applicant before: Beijing University of Chemical Technology |
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Granted publication date: 20121128 |
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