СПОСОБ ГУТИНА К.И. ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2007 года по МПК H04B3/54 

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазных линий электропередачи (0,4-35) кВ без обработки их высокочастотными заградителями. Достигаемый технический результат - получение одноканального приема сигналов на одной частоте f_c при увеличении отношения сигнал/помеха.

Известен способ передачи и приема сигналов в трехфазной линии электропередачи, который принят за аналог и реализован в устройстве: К.И.Гутин, диссертация на соискание ученой степени к.т.н. «Повышение эффективности передачи информации в сельских электрических сетях напряжением 10 кВ» М., 1987 г., ВНЭСХ, стр.145 [1]. В этом способе в пункте передачи вводят поочередно токи сигналов в фазы АВ, ВС, СА, ВА, СВ, АС и т.д. в соответствии с открытием диодов трехфазного двухполупериодного моста передатчика. Интервал времени Δt, когда токи вводят в фазы АВ, ВС, СА и т.д., равен:

где: период частоты промышленного напряжения, где F=50 Гц, при этом в трехфазной сети образуют токи симметричных составляющих

где: - токи сигналов симметричных составляющих обратной последовательности АСВ на частоте f₁; - токи симметричных составляющих прямой последовательности АВС на частоте f₂; - действующее значение токов в фазах;

где: f₁=f₀-F, f₂=f₀+F

Токи и передают в пункт приема сигналов, который гальванически связан с пунктом передачи.

Токи и в пункте приема сигналов образуют напряжения симметричных составляющих

,

которые соответственно принимают на фильтры напряжения сигналов симметричных составляющих обратной последовательности (ФНССОП), который настроен на частоту f₁, и прямой последовательности (ФНССПП), который настроен на частоту f₂. Напряжения с выходов ФНССОП и ФНССПП соответственно подают на входы узкополосных фильтров (УПФ), которые соответственно настроены на частоты f₁ и f₂. Дальнейшую обработку сигналов производят одним из известных способов, где: - действующее значение напряжения сигналов между фазами В и С. Известно, что двухканальный прием дает выигрыш отношения сигнал/помеха в √2 раз, чем прием сигналов в одном канале [1, стр.83]. Недостатком данного способа является низкое отношение сигнал/помеха и наличие двухканального приема.

Известен способ и устройство передачи и приема сигналов в трехфазной линии электропередачи, который принят за прототип. Этот способ соответствует работе аналога, при вводе токов сигналов в две фазы линии 0,4 кВ [1, стр.68-69].

При вводе токов сигналов в прототипе в две фазы, например В и С, линии 0,4 кВ в пункте передачи образуют четыре тока сигналов симметричных составляющих [1, стр.69].

На частоте f₁=f₀-F

На частоте

f₂=f₀+F

Эти токи в пункте приема сигналов образуют четыре напряжения симметричных составляющих на частотах f₁ и f₂

На частоте f₁

На частоте f₂=f₀+F

Напряжения и соответственно принимают на ФНССОП и ФНССПП, которые соответственно настроены на частоты f₁, с выходов которых напряжения подают на входы узкополосных фильтров (УПФ), которые настроены соответственно на частоты f₁ и f₂. Дальнейшую обработку сигналов производят одним из известных способов. В первом канале принимают напряжение сигнала

Во втором канале принимают напряжение сигнала

Сравнивая величины принимаемых напряжений в аналоге (3) с и , делаем вывод, что в прототипе принимаемые напряжения и (6) и (7) меньше в √3 раз, чем в аналоге. Это объясняется тем, что в прототипе напряжения и не могут быть приняты и являются паразитными, на создание которых расходуют энергию передатчика. В прототипе как и в аналоге производят двухканальный прием, что повышает отношение сигнал/помеха в √2 раз. Недостатком данного способа является низкое отношение сигнал/помеха и наличие двухканального приема, что экономически нецелесообразно, а также снижает вероятность отказа приема сигналов, так как при выходе из работы одного из двух каналов приема выходит из строя весь приемный тракт.

Целью изобретения является повышение отношения сигнал/помеха при одноканальном приеме сигналов.

На чертеже приведена схема передачи и приема сигналов в трехфазной линии электропередачи, которая реализует заявленное техническое предложение.

1 - Линия среднего напряжения (10 кВ);

2 - Трансформатор 10/0,4 кВ в пункте передачи;

3 - Линия низкого напряжения (0,4 кВ) в пункте передачи;

4 - Передатчик;

5 - Трансформатор 10/0,4 кВ в пункте приема;

6 - Линия 0,4 кВ в пункте приема;

7 - ФНССПП, который настроен на частоту f₂;

8 - ФНССОП, который настроен на частоту f₁;

9 - Фазовращатель;

10 - Сумматор;

11 - УПФ, который настроен на частоту f₀.

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СХЕМЫ ЗАЯВЛЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ

В качестве передатчика в заявленном техническом предложении используют генератор, который применен в "Способе Гутина К.И. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи". В пункте передачи токи сигналов как в прототипе вводят в две фазы В и С линии 0,4 кВ - 3, но не на двух частотах f₁ и f₂, а на одной частоте f_о. [Патент RU 2224365 С2 от 20.04.04 г., Бюл. №2].

На информационный вход передатчика 4 подают последовательность кодированных видеоимпульсов, которая содержит информацию параметров контролируемого и управляемого объекта в виде сигналов телеуправления (ТУ), телесигнализации (ТС), телеизмерений (ТИ). С выхода передатчика 4 сигналы в виде радиоимпульсов, которые заполнены высокой частотой f₀, вводят в фазы линии 0,4 кВ В и С - 3, трансформатора 10/0,4 кВ - 2, при этом в трех фазах 0,4 кВ получают четыре тока симметричных составляющих как в прототипе

В заявленном техническом предложении имеем:

Заменим в (6) и (7) частоты f₁ и f₂ на частоту f₀:

Сгруппируем в (12) токи одинаковых последовательностей:

Обозначим токи в (13):

Токи (14) из сети 0,4 кВ - 3 трансформируют из пункта передачи в пункт приема через трансформаторы 10/0,4 кВ 2 и 5 в сеть 0,4 кВ - 6, где они образуют напряжения:

На выходе ФНССПП - 7 получают напряжение, пропорциональное напряжению симметричных составляющих прямой последовательности

На выходе ФНССОП - 8 получают напряжение, пропорциональное напряжению симметричных составляющих обратной последовательности

Напряжение (16) подают на вход фазовращателя 9, где производят сдвиг фазы ϕ₁ значения

На выходе фазовращателя 9 получают напряжение:

Напряжение (19) подают на первый вход сумматора 10, напряжение (17) подают на второй вход сумматора 10, с выхода которого получают напряжение с двойной амплитудой:

Напряжение (20) подают на вход УПФ - 11, который настроен на частоту f_c. На выходе УПФ - 11, который является информационным, получают последовательность кодированных видеоимпульсов сигналов ТУ, ТС, ТИ, которая соответствует последовательности видеоимпульсов на информационном входе передатчика 4. Далее сигналы обрабатывают одним из известных способов.

СРАВНЕНИЕ ВЕЛИЧИН ОТНОШЕНИЙ СИГНАЛ/ПОМЕХА В АНАЛОГЕ, ПРОТОТИПЕ И ЗАЯВЛЕННОМ ТЕХНИЧЕСКОМ ПРЕДЛОЖЕНИИ.

АНАЛОГ

Напряжения сигналов в канале 1 и канале 2 согласно (3) равны:

С учетом увеличения в √2 раз напряжения сигнала за счет двухканального приема напряжение сигнала равно:

ПРОТОТИП

Напряжение сигналов в канале 1 и канале 2 согласно (4) и (5) с учетом того, что принимают в канале 1 напряжение а в канале 2 напряжение а также с учетом увеличения в √2 раз напряжения сигнала за счет двухканального приема, который осуществлен в прототипе, напряжение сигнала равно:

ЗАЯВЛЕННОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ

Напряжения сигналов прямой и обратной последовательностей на частоте f_о согласно (15) равны:

С учетом того, что на выходе сумматора 10 имеют увеличение напряжения сигнала в 2 раза, согласно (20) напряжение сигнала равно:

Примем напряжение помехи в аналоге, прототипе и заявленном техническом решении одинаковым и равным:

где: К<1.

Определим отношение сигнал/помеха - h:

В аналоге в соответствии с (21) и (25):

В прототипе в соответствии с (22) и (25):

В заявленном техническом предложении в соответствии с (24) и (25):

Таким образом отношение сигнал/помеха h в заявленном техническом предложении больше по сравнению с аналогом с учетом (26) и (28) в:

по сравнению с прототипом с учетом (27) и (28) в:

Мы доказали, что цель, поставленная изобретением, достигнута.

Получен одноканальный прием сигналов на частоте f₀ при одновременном повышении сигнал/помеха по сравнению с аналогом в 1,63 раза и прототипом в 2,8 раза.

ПРИМЕЧАНИЕ: при описании работы схемы (чертеж) были приняты следующие допущения:

1. Коэффициент тракта передачи токов сигналов от передатчика - 4 до приемных фильтров 7 и 8 принимают равным единице.

2. Коэффициенты передачи элементов 7, 8, 9, 10, 11 принимают равными единице.

Обозначение в тексте описания изобретения: индексы при токах и напряжениях обозначают:

1 - прямое чередование фаз АВС;

2 - обратное чередование фаз АСВ;

1 Σ - суммарный ток прямой последовательности;

2 ∑ - суммарный ток обратной последавательности;

ан - токи и напряжения в аналоге;

пр - токи и напряжения в прототипе;

3 - токи и напряжения в заявленном техническом предложении;

f₀ - частота сигнала (частота заполнения видеоимпульсов)

F=50 Гц - частота промышленного напряжения;

f₁=f₀-50; f₂=f₀+50; ω₀=2πf₀.

U_m - амплитуда напряжений соответственно с выходов ФНССПП 7 и ФНССОП 8;

U(t)₁ - напряжение на выходе ФНССПП 7;

U(t)₂ - напряжение на выходе ФНССОП 8;

U(t)_фаз - напряжение на выходе фазовращателя 9;

U(t)_сум - напряжение на выходе сумматора - 10.

h_аналог - отношение сигнал/помеха в аналоге.

h_{прототип} - отношение сигнал/помеха в прототипе.

h_заявл. - отношение сигнал/помеха в заявленном техническом предложении.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазных электрических сетей (0,4-35) кВ без обработки их высокочастотными заградителями. Достигаемый технический результат - получение одноканального приема сигналов на одной частоте f₀, при увеличении сигнал/помеха в 2,8 раза по сравнению с прототипом. Устройство, реализующее заявленный способ, содержит: линию среднего напряжения 10 кВ; трансформаторы 10/0,4 кВ в пунктах передачи и приема; линии 0,4 кВ в пунктах передачи и приема; фильтры напряжения симметричных составляющих прямой и обратной последовательности в пункте приема; фазовращатель, сумматор, узкополосный фильтр в пункте приема; передатчик в пункте передачи. 1 ил.

Способ передачи и приема сигналов в трехфазной линии электропередачи, в соответствии с которым в пункте передачи на информационный вход передатчика подают последовательность кодированных видеоимпульсов, которая содержит информацию о параметрах контролируемого и управляемого объекта в виде сигналов телеуправления (ТУ), телесигнализации (ТС), телеизмерения (ТИ), в передатчике указанные видеоимпульсы заполняют токами сигналов высокой частоты f₀, при этом получают радиоимпульсы, отличающийся тем, что радиоимпульсы с выхода передатчика вводят в две фазы В и С напряжения 0,4 кВ трансформатора 10/0,4 кВ, установленного в пункте передачи токов сигналов, при этом получают токи сигналов симметричных составляющих прямой последовательности на частоте f₀ и токи сигналов симметричных составляющих обратной последовательности на частоте f₀, токи сигналов и передают в пункт приема по цепи трехфазная линия напряжением 0,4 кВ - трансформатор 10/0,4 кВ в пункте передачи - трехфазная линия напряжением 10 кВ - трансформатор 10/0,4 кВ в пункте приема - трехфазная линия напряжением 0,4 кВ в пункте приема, где они образуют напряжение симметричных составляющих прямой последовательности на частоте f₀ и напряжение симметричных составляющих обратной последовательности на частоте f₀ напряжение принимают фильтром напряжения симметричных составляющих прямой последовательности (ФНССПП), который настроен на частоту f₀, напряжение принимают фильтром напряжения симметричных составляющих обратной последовательности (ФНССОП), который настроен на частоту f₀, на выходе ФНССПП получают напряжение U(t)₁, пропорциональное напряжению

U(t)₁=U_m(cos ω₀t+ϕ₁),

на выходе ФНССОП получают напряжение U(t)₂, пропорциональное напряжению

U(t)₂=U_m(cos ω₀t+ϕ₂),

напряжение U(t)₁ подают на вход фазовращателя, где производят сдвиг фазы ϕ₁ до значения ϕ₁=ϕ₂,

на выходе фазовращателя получают напряжение

U(t)_фаз=U_m(cos ω₀t+ϕ₂),

напряжение U(t)_фаз подают на первый вход сумматора, на второй вход которого подают напряжение U(t)₂, на выходе сумматора получают напряжение с двойной амплитудой:

U(t)_сумм.=2U_m(cos ω₀t+ϕ₂),

которое подают на вход узкополосного фильтра (УПФ), который настроен на частоту f₀, на выходе УПФ, который является информационным, получают последовательность кодированных видеоимпульсов, которая соответствует последовательности кодированных видеоимпульсов на информационном входе передатчика, далее сигналы обрабатывают одним из известных способов, где индексы при токах сигналов и напряжениях сигналов обозначают: 1 - прямое чередование фаз АВС; 2 - обратное чередование фаз АСВ; ω₀=2πf₀; ϕ₁ и ϕ₂ фазовые сдвиги соответственно в напряжениях U(t)₁ и U(t)₂; U_m - амплитуда напряжений U(t)₁ и U(t)₂.