СИМПЛЕКСНЫЙ СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ ГУТИНА К.И. ПО ТРЕХФАЗНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЕТЯМ Российский патент 2004 года по МПК H04B3/54 

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазных электрических сетей (0,4-35) кВ (сеть) без обработки их высокочастотными заградителями.

Известен дуплексный способ передачи приема сигналов по трехфазным электрическим сетям, который реализован в "канале связи на тональных частотах по линии 10 кВ". (К.И.Гутин, С.А.Цагарейшвили. Канал связи на тональных частотах по линии 10 кВ. Научно-технический бюллетень по электрификации сельского хозяйства. Вып. 2 (54), ВИЭСХ, М., 1985 г., стр.11-17). Недостатками такого канала при передаче с контролируемых пунктов (КП) только сигналов телесигнализации (ТС) и телеизмерений (ТИ) является наличие на КП приемных устройств, а на диспетчерском пункте (ДП) наличие передатчика, а также низкая, до 10 Бод, скорость передачи сигналов.

Известен также "Способ передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети" RU 2161370 С1, 7 Н 04 В 3/54, 27.12.2000, бюл. 36, который принят за ПРОТОТИП. В "Системе передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети" (Система), реализующей известный способ, повышена скорость передачи сигналов до 50 Бод, но остались недостатки, присущие АНАЛОГУ.

В системе, которая реализует заявленный способ, на КП имеют только передатчики, на ДП - только приемник. Следует отметить, что стоимость приемника в 2,5-3,5 раза выше, чем стоимость передатчика. Таким образом, устранив приемник на КП, каналообразующая аппаратура станет значительно дешевле.

На фиг.1 приведена блок-схема "Системы передачи и приема сигналов", которая реализует заявленное техническое решение, где 1 - трехфазная электрическая сеть (сеть),
2 - диспетчерский пункт (ДП),
3 - приемник ДП,
4 - контролируемый пункт 1 (КП 1),
5 - формирователь периодов следования сигналов КП 1 (формирователь КП 1),
6 - передатчик КП 1,
7 - контролируемый пункт N (КП N),
8 - формирователь периодов следования сигналов КП N (формирователь КП N),
9 - передатчик КП N.

Работает Система передачи и приема сигналов следующим образом:
на каждом КП на входы блоков формирователей поступает питающее напряжение промышленной частоты общей электрической сети
U(t)=UmcosΩt, (1)
где Um - амплитуда питающего напряжения;
Ω = 2πF - круговая частота;
F=50 Гц.

Сигналы с каждого КП передают на ДП с периодами следования T₁, Т₂, Т₃,.. ...... T_N, соответственно с 1-го, 2-го, 3-го,.....N-го контролируемых пунктов, причем периоды следования сигналов являются простыми числами, которые выбирают из следующих условий:
T₁=n₁•T₅₀, T₂=n₂T₅₀, .......T_N=n_NT₅₀.........(1),
где n₁, n₂,.......n_N - целое число периодов Т₅₀, напряжения промышленной частоты F=50 Гц, укладывающихся соответственно в периодах следования сигналов T₁, T₂, Т₃,........ T_N

Для создания равномерного потока сигналов с КП на ДП требуют выполнение
T_N≈2T₁, (2)
где T1 - минимальный период следования сигналов с 1-го КП;
T_N - максимальный период следования сигналов с N-го КП.

Рассмотрим разности между соседними периодами следования сигналов:

Потребуем, чтобы при выборе периодов следования сигналов с КП выполнялось условие:
(τ₁, τ₂, ... ... τ_N-1)>τ_max, (3)
где τ_max - максимальный промежуток времени, выделенный для передачи сигналов с 1-го, 2-го, 3-го,... N-го контролируемых пунктов.

1. РЕАЛИЗАЦИЯ ЗАЯВЛЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Дано:
1. Количество КП - 12, т.е. N=12
2. Максимальный промежуток времени, выделенный для передачи сигналов τ_max = 5 c.
3. Т_N≈2T₁.

РЕШЕНИЕ
1. По таблице простых чисел выбирают значения периодов следования сигналов с 1-го, 2-го, 3-го,...., 12-го КП, при выполнении условий (1), (2), (3).

T₁= 101 с, Т₂=107 с, Т₃=113 с, Т₄=127 с, Т₅=137 с, Т₆=149 с, Т₇=157 с, T₈=163 с, Т₉=173 с, Т₁₀=179 с, Т₁₁=191 с, T₁₂=197 с.

2. Определяют из (1) целое число периодов Т50 напряжения промышленной частоты F= 50 Гц, укладывающихся соответственно в периодах следования сигналов T₁, T₂, Т₃,... T₁₂:
n₁=T₁/T₅₀=101/0,02 5050 периодов
n₂=T₂/T₅₀=107/0,02 5350 периодов
n₃=T₃/T₅₀=113/0,02 5650 периодов
n₄=T₄/T₅₀=127/0,02 6350 периодов
n₅=T₅/T₅₀=137/0,02 6850 периодов
n₆=T₆/T₅₀=149/0,02 7450 периодов
n₇=T₇/T₅₀=157/0,02 7850 периодов
n₈=T₈/T₅₀=163/0,02 8150 периодов
n₉=T₉/T₅₀=173/0,02 8650 периодов
n₁₀=T₁₀/T₅₀=179/0,02 8950 периодов
n₁₁=T₁₁/T₅₀=191/0,02 9550 периодов
n₁₂=T₁₂/T₅₀=197/0,02 9550 периодов
3. Определяют разности между периодами следования сигналов
T₂-T₁=107-101=6 с τ₁ = 6 c
Т₃-Т₂=113-107=6 с τ₂ = 6 c
Т₄-Т₃=127-113=14 с τ₃ = 14 c
Т₅-Т₄=137-127=10 с τ₄ = 10 c
Т₆-Т₅=149-137=12 с τ₅ = 12 c
Т₇-Т₆=157-149=8 с τ₆ = 8 c
Т₈-Т₇=163-157=6 с τ₇ = 6 c
Т₉-Т₈=173-163=10 с τ₈ = 10 c
Т₁₀-Т₉=179-173=6 с τ₉ = 6 c
T₁₁-T₁₀=191-179=12 с τ₁₀ = 12 c
T₁₂-T₁₁=197-191=6 с τ₁₁ = 6 c
Проверяют выполнение условия (3) (6, 6, 14, 10, 12, 8, 6, 10, 6, 12, 6)> τ_max=5 с - соответствует поставленному требованию. Проверяют выполнение условия (2)
4. 197≈202 соответствует поставленному требованию
Возникает вопрос, может ли быть такая ситуация, когда на вход приемника ДП пришли одновременно два сигнала с разных КП.В этом случае, приемник ДП различить сигналы с разных КП не сможет. Такая ситуация может иметь место в момент включения КП в работу. Пусть для нашего случая одиннадцать КП работают а КП₁₂ выключен, т.к. на нем производят, например, профилактические работы. После окончания этих работ КП₁₂ включают в работу. Для конкретного случая определим вероятность наступления события совпадения двух сигналов с различных КП на входе приемника ДП.В связи с тем, что все КП включают в случайные моменты времени, т.е. без синхронизации, то поток сигналов со всех КП подчиняется вероятному закону Пуассона. Вероятность наступления события совпадения двух сигналов на ДП равна:

где N=12 - количество КП;
τ_max= 5 с - максимальный промежуток времени, выделенный для передачи сигналов. В нашем случае это промежуток времени, где может произойти наступление события совпадения двух сигналов от разных КП:

где T_cp - средний период потока сигналов с КП на ДП;
T₁₂ - период следования сигналов с 12-го КП;
T₁ - период следования сигналов с 1-го КП.

Из выражения (5) следует, что вероятность наступления события совпадения двух сигналов с различных КП достаточно велика.

По установленным правилам, после любых работ на КП, Прежде чем ввести его в работу, старший бригады связывается с диспетчером и после его разрешения включает КП. После включения КП старший бригады вторично связывается с диспетчером и докладывает ему, что КП находится под напряжением. Эти операции требуют 5-10 мин. После этого на ДП начинают снимать показания информации ТИ, ТС с 12 КП. Для нашего случая период следования T₁₂=197 с. Даже если произошло совпадение двух сигналов в момент включения КП, в следующем цикле передачи сигналов они разойдутся, т.к. периоды следования сигналов есть простые числа, т. е. они делятся на 1 и на себя. Доказательство, что сигналы от двух КП разойдутся и больше не совпадут, очень простое. Предположим, что через временной интервал Тх в момент времени tх эти сигналы вновь совпали. Учитывая, что периоды следования сигналов с КП есть простые числа, например для нашего случая Т₁₂=197 с и T₁=101 с должно быть справедливо:
Tx/T₁₂= K₁, Tx/T₁=К₂, где K₁ и К₂ - целые числа. Но, т.к. T₁₂ и T₁ простые числа, такого быть не может, чтобы одно и то же число делилось на два простых числа.

Как правило, при приеме сигналов на ДП и после их обработки, одним из известных способов необходимо принять решение с заданной вероятностью о достоверности принимаемых сигналов. Одним из способов повышения этой вероятности служит повторение передачи сигналов с КП, т.к. кроме возможного единичного совпадения двух сигналов в приемнике ДП, в канале связи существуют помехи, которые искажают принимаемые сигналы.

Итак, согласно (1), на входы блоков формирования (см. чертеж), поступает питающее напряжение промышленной частоты F.

Из (4) следует, что блоки формирования, являются счетчиками периодов питающего напряжения частоты F. Каждому периоду следования сигналов соответствует свое целое число периодов частоты F. На информационные входы передатчиков КП поступает информация ТС, ТИ в двоичном коде в виде видеоимпульсов. Время, отпущенное для передачи этой информации, должно быть меньше τ_max. Видеоимпульсы заполняют высокой частотой в трехфазных передатчиках пассивно-активного типа (См. , например, RU 2103820 С1 6 Н 04 3/54 27.01.98 г. Бюл. 3).

Радиоимпульсы поступают в трехфазную электрическую сеть 1, по которой сигналы передают на вход приемника 3. В приемнике 3 сигналы обрабатывают известными способами и, в конечном счете, принимают решение о достоверности принятой информации.

Требование, чтобы все КП были установлены в общей электрической сети, вызвано тем, что частота F непостоянна во времени и имеет по ГОСТу допускаемые отклонения частоты от 50 Гц. Таким образом, если частота F изменится, например, на 1-ом КП, она изменится на всех КП и периоды следования сигналов останутся простыми числами.

Периоды следования сигналов с 1-го, 2-го, 3-го контролируемых пунктов кратны τ_max и равны:

при этом выполняется условие:

где Т₁, Т₂, Т₃....... T_N - простые числа;
K₁, K₂, К₃,.........K_N - целые числа периодов частоты F=50 Гц, укладывающихся в периодах следования сигналов T_1*, T_2*, Т_3*,.... T_N*.

Пример: T₁=123 с, τ_max = 3 c;
T_1* = T₁•τ_max = 123•3 = 369 c;
K₁=369•50=18450 периодов.

Таким образом, мы доказали, что цель, поставленная изобретением, реализована, т.е. на КП установлены только передатчики, а на ДП установлен только приемник, что в конечном счете резко снизит стоимость каналообразующей системы.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазных электрических сетей. Достигаемый технический результат на контролируемом пункте устанавливают только передатчики, а на диспетчерском пункте - только приемник, что удешевляет каналообразующую аппаратуру. Симплексный способ передачи и приема сигналов по трехфазным электрическим сетям характеризуется тем, что с 1-го, 2-го, 3-го, ...N-го контролируемых пунктов (КП) передают сигналы на диспетчерский пункт, периоды следования сигналов Т₁, Т₂,...Т_N соответственно с 1-го, 2-го,...N-го КП являются простыми числами, которые выбирают из следующих условий: Т₁=n₁•T₅₀, T₂=n₂•T₅₀...T_N=n_N•T₅₀, T_N=2T₁, T₂-T₁ = τ₁, T₃-T₂ = τ₂,....T_N-T_N-1 = τ_N-1, где n₁, n₂,...,n_N - целое число периодов Т₅₀ напряжения промышленной частоты F= 50 Гц, укладывающихся соответственно в периодах следования сигналов Т₁, Т₂,...T_N, а (τ₁,τ₂,....τ_N-1)>τ_max, где τ_max - максимальный промежуток времени, выделенный для передачи сигналов с 1-го, 2-го,...N-го КП. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Симплексный способ передачи сигналов по трехфазным электрическим сетям, в соответствии с которым с 1-го, 2-го, 3-го...N-го контролируемых пунктов передают сигналы на диспетчерский пункт, отличающийся тем, что периоды следования сигналов Т₁, Т₂, Т₃,...Т_N соответственно с 1-го, 2-го, 3-го...N-го контролируемых пунктов являются простыми числами, которые выбирают из следующих условий:

где n₁, n₂, n₃,......n_N - целое число периодов Т₅₀ напряжения промышленной частоты F=50 Гц, укладывающихся соответственно в периодах следования сигналов Т₁, Т₂, Т₃,...T_N,

при этом выполняется условие

где τ_max - максимальный промежуток времени, выделенный для передачи сигналов с 1-го, 2-го, 3-го,...N-го контролируемых пунктов, которые получают электропитание от общей электрической сети.

Т₁*=T₁ × τ max

T₂*=T₂ × τ max

T₃*=T₃ × τ max

.....................

T_N*=T_N × τ max,

при этом выполняется условие:

К₁=Т₁ × τ max × F

К₂=Т₂ × τ max × F

К₃=Т₃ × τ max × F

......................

К_N=Т_N × τ max × F,

где Т₁, Т₂, Т₃,.........T_N - простые числа,

К₁, К₂, К₃,.........K_N - целые числа периодов частоты F=50 Гц, укладывающихся в периодах следования сигналов Т₁*, Т₂*, Т₃*,......T_N*.