RU2735950C1 - Method and system for targeted transmission of information over alternating current power supply lines - Google Patents
Method and system for targeted transmission of information over alternating current power supply lines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2735950C1 RU2735950C1 RU2020119554A RU2020119554A RU2735950C1 RU 2735950 C1 RU2735950 C1 RU 2735950C1 RU 2020119554 A RU2020119554 A RU 2020119554A RU 2020119554 A RU2020119554 A RU 2020119554A RU 2735950 C1 RU2735950 C1 RU 2735950C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- supply voltage
- packet
- power supply
- waves
- Prior art date
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 28
- 239000003550 marker Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B3/00—Line transmission systems
- H04B3/54—Systems for transmission via power distribution lines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
- Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
- Y04S40/00—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them
- Y04S40/12—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment
- Y04S40/121—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment using the power network as support for the transmission
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
- Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам передачи информации по линиям энергоснабжения, в частности для дистанционного управления потребителями электроэнергии.The invention relates to systems for transmitting information through power supply lines, in particular for remote control of electricity consumers.
Известны системы дистанционного управления потребителями электроэнергии по линиям энергоснабжения путем передачи информации, в том числе системами управления уличным освещением, бытовыми электроприборами, промышленным оборудованием путем передачи информации по линиям электроснабжения.Known systems for remote control of electricity consumers through power supply lines by transmitting information, including control systems for street lighting, household appliances, industrial equipment by transmitting information through power lines.
Задача передачи информации, в частности с целью управления потребителями электроэнергии, по линиям электроснабжения является особо актуальной. В большинстве систем передачи информации по линиям энергоснабжения традиционно используются электросетевые модемы. Сигнал передается по электросети с помощью наложения на основную гармонику питающего напряжения одной или нескольких несущих частот с амплитудным, частотным, фазовым способом модуляции сигнала либо их комбинацией. Но при проектировании и эксплуатации таких модемов имеется ряд проблем и ограничений.The task of transmitting information, in particular for the purpose of managing electricity consumers, through power supply lines is particularly relevant. Most systems for transmitting information over power lines traditionally use grid modems. The signal is transmitted over the power grid by superimposing one or more carrier frequencies on the fundamental harmonic of the supply voltage with amplitude, frequency, phase modulation of the signal, or a combination thereof. However, there are a number of problems and limitations in the design and operation of such modems.
Во-первых, требования международных и государственных стандартов по электромагнитной совместимости устройств, передающих информацию по распределительным электрическим сетям энергоснабжения, ограничивают энергетический уровень и гармонический состав передаваемых сигналов.Firstly, the requirements of international and state standards for electromagnetic compatibility of devices transmitting information through power distribution networks limit the energy level and harmonic composition of the transmitted signals.
Во-вторых, специфические параметры распределительных сетей энергоснабжения обуславливают значительный уровень затухания передаваемых по сети сигналов, а также высокий уровень помех, генерируемых подключенным к сети оборудованием, что приводит к снижению надежности и дальности передачи информации.Secondly, the specific parameters of distribution networks of power supply cause a significant level of attenuation of signals transmitted over the network, as well as a high level of interference generated by equipment connected to the network, which leads to a decrease in the reliability and range of information transmission.
В-третьих, требования к минимизации стоимости системы передачи информации и эксплуатационных расходов.Third, the requirements for minimizing the cost of the information transmission system and operating costs.
Известен способ контроля балласта флуоресцентных ламп с использованием прерываний питания (патент US 5107184, 21.04.1992, МПК H02J 13/00). Для управления включением/отключением ламп используются управляемые прерывания подачи питающего напряжения в течение полупериода основной гармоники, причем длительность временного интервала между прерываниями питания используется для управления яркостью ламп.There is a known method for controlling the ballast of fluorescent lamps using power interruptions (US patent 5107184, 04.21.1992, IPC H02J 13/00). To control the on / off of the lamps, controlled interruptions of the supply voltage during the half-period of the fundamental harmonic are used, and the duration of the time interval between the interruptions of the supply is used to control the brightness of the lamps.
Существенным признаком, характеризующим изобретение, является то, что для передачи сигналов управления используется прерывание напряжения питания, и длительность временного интервала между ними используется как управляющий сигнал.An essential feature characterizing the invention is that an interruption of the supply voltage is used to transmit control signals, and the duration of the time interval between them is used as a control signal.
Недостатки данного способа заключаются в следующем.The disadvantages of this method are as follows.
Отсутствие адресной передачи сигнала управления ограничивает возможности реализуемой на его основе системы управления. Можно реализовать только групповой вариант управления, когда одна команда предназначена для выполнения ее всеми подчиненными устройствами.The lack of address transmission of the control signal limits the capabilities of the control system implemented on its basis. It is possible to implement only the group control option, when one command is intended to be executed by all slave devices.
Вторым недостатком является невозможность структурирования информации из-за отсутствия полей в команде.The second drawback is the impossibility of structuring information due to the lack of fields in the command.
Известен способ, система и устройство для передачи информации в электрической цепи между двумя аппаратами (заявка РФ № 2003106189 от 03.04.2001, опубл. 10.10.2004, МПК H02J 13/00), причем данные или информацию кодируют посредством регулируемых прерываний подачи сетевого электропитания, последовательности битов, образующей передаваемые двоичные данные, предшествует сигнал (старт) начала передачи данных, в частности, представленный одним из указанных регулируемых прерываний, имеющих длительность, которая больше длительности, ассоциируемой с битом реальных данных, технические средства для кодирования содержат твердотельный прерыватель или реле, например, симметричный триодный тиристор, который управляется посредством микроконтроллера и синхронизируется сигналом, детектирующим переход нуля напряжения электросети, отличающийся ассоциацией одного бита (или нескольких бит) с каждой полуволной напряжения электросети, где логика "1" соответствует наличию одного из указанных регулируемых прерываний (или поглощений мощности), а логика "0" соответствует отсутствию прерываний (поглощений мощности).There is a known method, system and device for transmitting information in an electrical circuit between two devices (RF application No. 2003106189 dated 03.04.2001, publ. 10.10.2004, IPC H02J 13/00), and the data or information is encoded by means of adjustable interruptions in the supply of mains power, the sequence of bits forming the transmitted binary data is preceded by a signal (start) of data transmission, in particular represented by one of the specified adjustable interrupts having a duration that is longer than the duration associated with a bit of real data, the encoding technology comprises a solid-state breaker or relay, for example, a symmetrical triode thyristor, which is controlled by a microcontroller and is synchronized by a signal that detects a zero crossing of the mains voltage, characterized by the association of one bit (or several bits) with each half-wave of the mains voltage, where logic "1" corresponds to the presence of one of the specified adjustable interruption (or power absorption), and logic "0" corresponds to no interruptions (power absorption).
Недостаток этой системы заключается в том, что двоичное представление передаваемых данных и способ их кодирования путем комбинаций прерываний питающего напряжения приводит к тому, что количество и частота прерываний питающего напряжения будет зависеть от значения передаваемых двоичных данных и оказывать значительное влияние на качество питающего напряжения сети. Использование такого способа передачи может вывести параметры сети электропитания за пределы, регламентируемые международными и государственными стандартами, а также отрицательно сказаться на работе электросети. The disadvantage of this system is that the binary representation of the transmitted data and the way they are encoded by combinations of supply voltage interruptions leads to the fact that the number and frequency of supply voltage interruptions will depend on the value of the transmitted binary data and have a significant effect on the quality of the supply voltage of the network. Using this method of transmission can bring the parameters of the power supply network beyond the limits regulated by international and national standards, as well as adversely affect the operation of the power supply network.
Известен способ адресной передачи информации по линиям электроснабжения переменного тока (заявка РФ № 2016114220 от 12.04.2016, опубл. 17.10.2017, МПК H04B 3/54), заключающийся в том, что в начале линии размещают передатчик, состоящий из микропроцессорного блока, датчика моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения и управляемого устройства коммутации, которое может прерывать подачу питающего напряжения в линию на время, равное половине периода основной гармоники питающего напряжения, с началом в точке перехода основной гармоники через ноль, вдоль линии размещают множество приемников, каждый из которых состоит из микроконтроллера, к которому подключен датчик моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения, каждый приемник имеет свой порядковый номер (уникальный идентификатор приемника), передаваемую информацию кодируют последовательностью символов из заранее заданного алфавита, причем каждому символу соответствует его порядковый номер в алфавите (код символа), затем полученную последовательность символов формируют в пакеты фиксированной длины, каждый пакет состоит из поля идентификатора приемника и фиксированного количества числовых полей, в каждое числовое поле записывают соответствующий код символа передаваемой последовательности, затем пакет передают по линии электроснабжения, отличающийся тем, что в начале пакета выполняют первое прерывание питающего напряжения (маркер начала), затем значение поля идентификатора приемника кодируют подачей в линию соответствующего ему количества полуволн питающего напряжения, затем выполняют второе прерывание питающего напряжения (разделитель полей), после которого значение второго поля пакета кодируют подачей в линию соответствующего коду символа количества полуволн питающего напряжения, после которого выполняют следующее прерывание - разделитель полей и далее аналогично передают все остальные поля пакета, в каждом приемнике определяют моменты прерываний питающего напряжения по отсутствию импульсов, поступающих от датчика моментов перехода через ноль, с помощью микропроцессора приемника подсчитывают количество полуволн основной гармоники напряжения, прошедших между прерываниями, затем подсчитанному в каждом поле пакета количеству полуволн ставят в соответствие по значению кода символ заданного алфавита и таким образом восстанавливают переданный пакет, если принятый идентификатор не равен собственному идентификатору приемника, пакет игнорируют, по окончании приема пакета все приемники переводят в состояние ожидания маркера начала следующего пакета. Особенностью способа является то, что в процессе создания электродвижущей силы в электричество вводят идентификатор по крайней мере одного из источников электричества, или одного из потребителей электричества, или одной из линий электропередачи, или одного из распределителей электричества.There is a known method of address transmission of information along AC power lines (RF application No. 2016114220 dated 04/12/2016, publ. 10/17/2017, IPC
Недостатком данного способа и системы для его реализации является отсутствие возможности предоставления информации о запаздывании/опережении тока в линии, что вызывает погрешности в передаче информации.The disadvantage of this method and the system for its implementation is the lack of the ability to provide information about the lag / lead of the current in the line, which causes errors in the transmission of information.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «Способ адресной передачи информации по линиям электроснабжения переменного тока» по патенту РФ № 2390933 (заявка РФ № 2008138801/09 от 29.09.2008 на изобретение, МПК Н04В 3/54, опубл. 27.05.2010), который заключается в том, что в начале линии размещают передатчик, состоящий из микропроцессорного блока, датчика моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения и управляемого устройства коммутации, которое может прерывать подачу питающего напряжения в линию на время, равное половине периода основной гармоники питающего напряжения, с началом в точке перехода основной гармоники через ноль, вдоль линии размещают множество приемников, каждый из которых состоит из микроконтроллера, к которому подключен датчик моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения, каждый приемник имеет свой порядковый номер (уникальный идентификатор приемника), передаваемую информацию кодируют последовательностью символов из заранее заданного алфавита, причем каждому символу соответствует его порядковый номер в алфавите (код символа), затем полученную последовательность символов формируют в пакеты фиксированной длины, каждый пакет состоит из поля идентификатора приемника и фиксированного количества числовых полей, в каждое числовое поле записывают соответствующий код символа передаваемой последовательности, затем пакет передают по линии электроснабжения, отличающийся тем, что в начале пакета выполняют первое прерывание питающего напряжения (маркер начала), затем значение поля идентификатора приемника кодируют подачей в линию соответствующего ему количества полуволн питающего напряжения, затем выполняют второе прерывание питающего напряжения (разделитель полей), после которого значение второго поля пакета кодируют подачей в линию соответствующего коду символа количества полуволн питающего напряжения, после которого выполняют следующее прерывание - разделитель полей и далее аналогично передают все остальные поля пакета, в каждом приемнике определяют моменты прерываний питающего напряжения по отсутствию импульсов, поступающих от датчика моментов перехода через ноль, с помощью микропроцессора приемника подсчитывают количество полуволн основной гармоники напряжения, прошедших между прерываниями, затем подсчитанному в каждом поле пакета количеству полуволн ставят в соответствие по значению кода символ заданного алфавита и таким образом восстанавливают переданный пакет, если принятый идентификатор не равен собственному идентификатору приемника, пакет игнорируют, по окончании приема пакета все приемники переводят в состояние ожидания маркера начала следующего пакета. Отключение нагрузки происходит следующим образом. Оптосимистор выполняет прерывание напряжения в нагрузке при переходе тока нагрузки через ноль. Оптосимистор выполняет восстановление напряжения в нагрузке при переходе напряжения питания через ноль. Это обусловлено физическими свойствами коммутатора (оптосимистора, твердотельного реле).The closest to the claimed technical solution is "Method of address transmission of information through AC power lines" according to RF patent No. 2390933 (RF application No. 2008138801/09 dated 09/29/2008 for an invention, IPC
Коммутация активной нагрузки (cos φ=0) выполняется при переходе напряжения через ноль, т.к. фазы напряжения и тока резистивной нагрузки совпадают.Active load switching (cos φ = 0) is performed when the voltage crosses zero, because the voltage and current phases of the resistive load are the same.
Микропроцессорный блок передатчика 2 формирует управляющий сигнал Uупр, коммутатор (оптосимистор, твердотельное реле) выполняет прерывание и восстановление напряжения в нагрузке при переходе напряжения через ноль, детектор правильно считает количество полуволн (Uдет).
На практике фазовый сдвиг между током и напряжением в линии электропитания равный нулю не встречается, т.к. осветительные приборы с импульсными источниками питания всегда вносят сдвиг фаз между током и напряжением в линии, т.е. всегда cos φ≠0. Коммутация реактивной нагрузки (cos φ≠0) может не совпадать с фазами напряжения. Восстановление напряжения в реактивной нагрузке выполняется при переходе напряжения через ноль ввиду отсутствия тока до коммутации. Прерывание напряжения в реактивной нагрузке выполняется только при переходе тока через ноль.In practice, a zero phase shift between current and voltage in the power line does not occur, because lighting fixtures with switching power supplies always introduce a phase shift between the current and voltage in the line, i.e. always cos φ ≠ 0. Reactive load switching (cos φ ≠ 0) may not coincide with the voltage phases. The voltage recovery in the reactive load is performed when the voltage crosses zero due to the lack of current before switching. Voltage interruption in reactive load is performed only at current zero crossing.
Микропроцессорный блок передатчика формирует управляющий сигнал Uупр, коммутатор (оптосимистор, твердотельное реле) выполняет восстановление напряжения в нагрузке при переходе напряжения через ноль. Прерывание напряжения в реактивной нагрузке выполняется при переходе тока через ноль, в это время напряжение на нагрузке присутствует и детектируется как лишний импульс (Uдет). Из Фиг. 8 видно, что передатчик передает числа 3 и 7, а приемники информации воспринимают искаженную информацию как числа 4 и 8.Microprocessor transmitter unit generates the control signal U exercise, the switch (optosimistor, solid state relay) executes a recovery voltage load when the voltage through zero. The voltage interruption in the reactive load is performed when the current crosses zero, at this time the voltage on the load is present and is detected as an extra pulse (U det ). From FIG. 8 it can be seen that the transmitter transmits the
Недостатком данного способа и системы для его реализации является наличие погрешности в передаче информации, обусловленной отсутствием возможности предоставления информации о запаздывании/опережении тока в линии. Предложенный способ и устройство для его реализации не позволяют учитывать сдвиг фаз между напряжением и током в питающей сети, в результате приемник получает искаженную информацию. Указанные способ и устройство для его реализации позволяют контролировать только напряжение в сети, и работоспособны лишь при отсутствии сдвига между напряжением и током в линии электроснабжения. Однако на практике в линии электроснабжения всегда имеется сдвиг между напряжением и током, особенно в режиме понижения мощности осветительных приборов, что в конечном итоге вызывает погрешность и предоставление искаженной передаваемой информации.The disadvantage of this method and the system for its implementation is the presence of an error in the transmission of information due to the lack of the possibility of providing information about the delay / lead of the current in the line. The proposed method and device for its implementation do not allow taking into account the phase shift between voltage and current in the supply network, as a result, the receiver receives distorted information. The specified method and device for its implementation allow you to control only the voltage in the network, and are operational only in the absence of a shift between voltage and current in the power supply line. However, in practice, there is always a shift between voltage and current in the power supply line, especially in the mode of lowering the power of lighting devices, which ultimately causes an error and the provision of distorted transmitted information.
Этот недостаток способа и устройства по прототипу обусловлен использованием в качестве управляемого устройства коммутации питающего напряжения – твердотельного прерывателя, например симметричного триодного тиристора. Датчик переходов основной гармоники питающего напряжения через ноль срабатывает только по напряжению и не может предоставить информации о запаздывании/опережении тока в линии. This disadvantage of the method and device according to the prototype is due to the use as a controlled switching device of the supply voltage - a solid-state breaker, for example, a symmetrical triode thyristor. The sensor of transitions of the fundamental harmonic of the supply voltage through zero is triggered only by voltage and cannot provide information about the lag / lead of the current in the line.
Особенностью твердотельных прерывателей, например симметричных триодных тиристоров, является их способность изменить свою проводимость, а именно прерывать ток, только в моменты перехода тока через ноль, независимо от момента времени приложения управляющего напряжения к управляющему электроду.A feature of solid-state interrupters, for example, symmetric triode thyristors, is their ability to change their conductivity, namely to interrupt the current, only at the moments of current crossing through zero, regardless of the time when the control voltage is applied to the control electrode.
В результате при наличии существенных сдвигов между напряжением и током в линии искажается временная диаграмма, приведенная в описании прототипа, вплоть до искажения передаваемой информации как в адресном поле, так и в поле данных. Например, передатчик хочет отправить число 10, а приемник воспринимает это как число 9, т.е. описанный в прототипе способ на практике не позволяет обеспечить точность и качество передаваемой по линиям электроснабжения электрического тока адресной информации.As a result, in the presence of significant shifts between the voltage and current in the line, the timing diagram given in the description of the prototype is distorted, up to the distortion of the transmitted information both in the address field and in the data field. For example, the transmitter wants to send the number 10, and the receiver perceives this as the
Понятия и определения, используемые в описании изобретенияConcepts and definitions used in the description of the invention
Коммутация электрических цепей – разнообразные переключения, производимые во всевозможных электрических соединениях, а также в кабелях, проводах, трансформаторах, машинах, различных приборах и аппаратах, которые, так или иначе генерируют, распределяют и потребляют электроэнергию. Как правило, коммутацию сопровождают переходные процессы, возникающие в результате того, что токи и напряжение очень быстро перераспределяются в ветвях электрических цепей.
Источник: https://electric-220.ru/news/kommutacija_ehlektricheskikh_cepej/2013-04-26-375. Switching electrical circuits - a variety of switching performed in all kinds of electrical connections, as well as in cables, wires, transformers, machines, various devices and devices that, in one way or another, generate, distribute and consume electricity. As a rule, switching is accompanied by transients arising from the fact that currents and voltages are very quickly redistributed in the branches of electrical circuits.
Source: https://electric-220.ru/news/kommutacija_ehlektricheskikh_cepej/2013-04-26-375 .
Пакет – определенное количество информации, образованной последовательностью чисел, каждому из которых соответствует свое количество полуволн основной гармоники питающего напряжения. A packet is a certain amount of information formed by a sequence of numbers, each of which corresponds to its own number of half-waves of the main harmonic of the supply voltage.
Поле – понимается временной интервал, ограниченный прерываниями питающего тока и напряжения, в течение которого выполняется счет полуволн основной гармоники питающего напряжения приемником. Field is a time interval limited by interruptions of the supply current and voltage, during which half-waves of the fundamental harmonic of the supply voltage are counted by the receiver.
Микроконтро́ллер – (англ. Micro Controller Unit, MCU) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять относительно простые задачи. Отличается от микропроцессора интегрированными в микросхему устройствами ввода-вывода, таймерами и другими периферийными устройствами. Microcontroller-(English Micro Controller Unit, MCU) is a microcircuit designed to control electronic devices. A typical microcontroller combines the functions of a processor and peripheral devices on a single chip, contains RAM and / or ROM. Basically, it is a single-chip computer capable of performing relatively simple tasks. It differs from the microprocessor in the integrated I / O devices, timers and other peripheral devices.
Целью заявленного изобретения является повышение достоверности адресной передачи и приема информации по линиям электроснабжения переменного тока, в частности для обеспечения качественного дистанционного управления потребителями электроэнергии.The aim of the claimed invention is to improve the reliability of targeted transmission and reception of information via AC power supply lines, in particular to ensure high-quality remote control of electricity consumers.
Технический результат заключается в повышении качества дистанционного приема и передачи информации по линиям электроснабжения переменного тока и достоверности передаваемой информации.The technical result consists in improving the quality of remote reception and transmission of information via AC power lines and the reliability of the transmitted information.
Отличием заявленного технического решения от прототипа, обеспечивающим достижение указанного технического результата, является обеспечение возможности управления коммутацией с учетом величины сдвига между током и напряжением в линии электропитания, что повышает достоверность передаваемой информации.The difference between the claimed technical solution and the prototype, ensuring the achievement of the specified technical result, is to ensure the possibility of switching control taking into account the magnitude of the shift between the current and voltage in the power line, which increases the reliability of the transmitted information.
Одним из существенных отличий от прототипа, обуславливающих достижение указанного технического результата, является выполнение каждого прерывания питающего напряжения и тока с учетом заранее (перед подачей пакета) измеренного угла сдвига между напряжением и током в линии электроснабжения (разделитель полей), после которого значение поля пакета передают подачей в линию электроснабжения соответствующего количества полуволн питающего напряжения, а также то, что после последнего разделителя полей в линию электроснабжения передают признак окончания передачи по линии электропитания передачей количества полуволн основной гармоники питающего напряжения, превышающего максимальное количество полуволн для полей.One of the significant differences from the prototype, which determines the achievement of the specified technical result, is the execution of each interruption of the supply voltage and current, taking into account the previously (before the supply of the packet) the measured angle of shift between the voltage and current in the power supply line (field separator), after which the value of the packet field is transmitted by supplying an appropriate number of half-waves of the supply voltage to the power supply line, as well as the fact that after the last separator of the fields, the sign of the end of transmission along the power supply line is transmitted to the power line by transmitting the number of half-waves of the fundamental harmonic of the supply voltage exceeding the maximum number of half-waves for the fields.
Заявленный способ позволяет устранить погрешности в передаче информации путем использования информации о запаздывании/опережении тока в линии относительно напряжения.The claimed method makes it possible to eliminate errors in the transmission of information by using information about the lag / lead of the current in the line relative to the voltage.
Технический результат достигается тем, что для реализации способа адресной передачи информации по линии электроснабжения переменного тока:The technical result is achieved by the fact that for the implementation of the method of address transmission of information through the AC power supply line:
в начале линии размещают передатчик, состоящий из микропроцессорного блока, датчика моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения и управляемого устройства коммутации, которое может прерывать подачу питающего напряжения в линию электроснабжения на время, равное половине периода основной гармоники питающего напряжения, с началом в точке перехода основной гармоники через ноль; at the beginning of the line, a transmitter is placed, consisting of a microprocessor unit, a sensor of the moments of zero crossing of the fundamental harmonic of the supply voltage and a controlled switching device, which can interrupt the supply of the supply voltage to the power supply line for a time equal to half the period of the fundamental harmonic of the supply voltage, starting at the transition point fundamental harmonic through zero;
вдоль линии электроснабжения размещают множество приемников, каждый из которых состоит из микроконтроллера, к которому подключен датчик моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения, каждый приемник имеет свой уникальный порядковый номер;a plurality of receivers are placed along the power supply line, each of which consists of a microcontroller to which a sensor of the moments of zero crossing of the fundamental harmonic of the supply voltage is connected, each receiver has its own unique serial number;
информацию передают последовательностью чисел. Каждому числу соответствует свое количество полуволн основной гармоники питающего напряжения. Определенное количество информации образует пакет. Количество чисел в пакете фиксировано;information is transmitted as a sequence of numbers. Each number corresponds to its own number of half-waves of the main harmonic of the supply voltage. A certain amount of information forms a package. The number of numbers in the packet is fixed;
из полученной последовательности чисел формируют пакеты установленной длины, каждый пакет состоит из поля уникального порядкового номера приемника и установленного количества числовых полей, определяют максимальное количество полуволн для всех полей, в каждое числовое поле записывают количество полуволн основной гармоники питающего напряжения передаваемой последовательности; packets of a set length are formed from the obtained sequence of numbers, each packet consists of a field of a unique serial number of the receiver and a set number of numerical fields, the maximum number of half-waves for all fields is determined, the number of half-waves of the fundamental harmonic of the supply voltage of the transmitted sequence is recorded in each numerical field;
затем пакет передают по линии электроснабжения, при этом измеряют угол сдвига между напряжением и током в линии электроснабжения;then the packet is transmitted over the power line, while measuring the angle of shift between the voltage and current in the power line;
в начале пакета выполняют первое прерывание питающего напряжения и тока (маркер начала пакета) с учетом измеренного угла сдвига между напряжением и током в линии электроснабжения; at the beginning of the packet, the first interruption of the supply voltage and current is performed (marker of the beginning of the packet), taking into account the measured angle of shift between the voltage and current in the power supply line;
затем значение поля уникального порядкового номера приемника передают подачей в линию электроснабжения соответствующего ему количества полуволн питающего напряжения, затем выполняют второе прерывание питающего напряжения и тока (разделитель полей) с учетом измеренного угла сдвига между напряжением и током в линии электроснабжения;then the value of the field of the unique serial number of the receiver is transmitted by supplying the corresponding number of half-waves of the supply voltage to the power supply line, then a second interruption of the supply voltage and current (field separator) is performed taking into account the measured shift angle between the voltage and current in the power supply line;
после которого значение второго поля пакета передают подачей в линию электроснабжения соответствующего количества полуволн питающего напряжения, после которого выполняют следующее прерывание питающего напряжения и тока с учетом измеренного угла сдвига между напряжением и током в линии электроснабжения (разделитель полей) after which the value of the second field of the packet is transmitted by applying the corresponding number of half-waves of the supply voltage to the power supply line, after which the next interruption of the supply voltage and current is performed, taking into account the measured angle of shift between the voltage and current in the power supply line (field separator)
и далее аналогично передают все остальные поля пакета;and then all other fields of the packet are similarly transmitted;
после последнего разделителя полей в линию электроснабжения передают признак окончания передачи по линии электропитания передачей количества полуволн основной гармоники питающего напряжения, превышающего максимальное количество полуволн для полей;after the last field separator, the sign of the end of transmission through the power supply line is transmitted to the power supply line by transmitting the number of half-waves of the fundamental harmonic of the supply voltage, which exceeds the maximum number of half-waves for the fields;
в каждом приемнике определяют моменты прерываний питающего напряжения по отсутствию импульсов, поступающих от датчика моментов перехода через ноль; in each receiver, the moments of interruptions of the supply voltage are determined by the absence of pulses coming from the sensor of the moments of crossing zero;
с помощью микропроцессора приемника подсчитывают количество полуволн основной гармоники напряжения, прошедших между прерываниями; using the microprocessor of the receiver, the number of half-waves of the fundamental voltage harmonic that have passed between interruptions is counted;
затем подсчитанному в каждом поле пакета количеству полуволн присваивается уникальный порядковый номер и номер команды и, таким образом, восстанавливают переданный пакет; если принятый уникальный порядковый номер не равен собственному уникальному порядковому номеру приемника, пакет игнорируют; then the number of half-waves counted in each field of the packet is assigned a unique sequence number and command number, and thus the transmitted packet is restored; if the received unique sequence number is not equal to the receiver's own unique sequence number, the packet is ignored;
после приема признака окончания передачи все приемники переводят в состояние ожидания маркера начала следующего пакета.after receiving the sign of the end of transmission, all receivers switch to the state of waiting for the marker of the beginning of the next packet.
Максимальное количество полуволн для любых полей любых пакетов – это константа, она известна заранее. Угол фаз между напряжением и током измеряется один раз перед отправлением пакета, затем выполняется первое прерывание, отсчитывается количество полуволн, затем второе прерывание, следующее количество полуволн, следующее прерывание и т.д. Пакет формируется еще до измерения угла.The maximum number of half-waves for any field of any packet is a constant, it is known in advance. The phase angle between voltage and current is measured once before sending the packet, then the first interrupt is performed, the number of half-waves is counted, then the second interrupt, the next number of half-waves, the next interrupt, etc. The package is formed even before measuring the angle.
Заранее известно, какому приемнику (уникальный порядковый номер) и что (команда) необходимо передать. Далее данные собирают в пакет, при этом известно, сколько полуволн должно быть в каждом поле между прерываниями. Далее измеряют угол между напряжением и током в линии электропитания и вычисляют необходимый сдвиг по времени момента прерывания напряжения. Все прерывания в пакете производят с учетом один раз измеренного угла. После пакета отправляют количество полуволн, которое максимально для полей пакетов (это известно изначально).It is known in advance which receiver (unique sequence number) and what (command) needs to be transmitted. Further, the data is collected in a packet, while it is known how many half-waves should be in each field between interrupts. Next, measure the angle between voltage and current in the power line and calculate the required time shift of the moment of voltage interruption. All interrupts in the packet are performed taking into account the angle measured once. After the packet, the number of half-waves is sent, which is the maximum for the packet fields (this is known initially).
После этого можно готовить следующий пакет, измерять угол и передавать пакет.Then you can prepare the next packet, measure the angle and transmit the packet.
Система, позволяющая реализовать заявленный способ, обеспечивающий устранение искажения принимаемой информации за счет предварительного измерения сдвига фаз (например, счетчиком электроэнергии) и вычисления необходимого сдвига по времени момента прерывания напряжения, включает: передатчик, включающий микропроцессор, соединенный с датчиком моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения, измерителем угла фаз между током и напряжением и управляемым устройством коммутации, выполненным с возможностью прерывания подачи питающего напряжения в линию электроснабжения; приемники, размещенные вдоль линии электроснабжения, каждый из которых включает микроконтроллер, соединенный с датчиком моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения. Каждый приемник имеет свой уникальный порядковый номер.A system that allows you to implement the claimed method, which ensures the elimination of the distortion of the received information by preliminary measurement of the phase shift (for example, with an electricity meter) and calculating the required time shift of the voltage interruption instant, includes: a transmitter including a microprocessor connected to a fundamental harmonic zero crossing point supply voltage, a phase angle meter between current and voltage and a controlled switching device configured to interrupt the supply of supply voltage to the power supply line; receivers located along the power supply line, each of which includes a microcontroller connected to a zero-crossing sensor of the fundamental harmonic of the supply voltage. Each receiver has its own unique serial number.
В качестве измерителя углов фаз напряжения и тока может использоваться, например, счетчик электроэнергии с функцией измерения косинуса φ (фи). Микропроцессор считывает значение косинуса фи со счетчика, вычисляет необходимый сдвиг по времени перед подачей каждого прерывания в линию. As a meter for the phase angles of voltage and current, for example, an electricity meter with the function of measuring the cosine φ (phi) can be used. The microprocessor reads the value of the cosine phi from the counter, calculates the required time offset before applying each interrupt to the line.
Сдвиг по времени (∆t) вычисляется из угла фазы между током и напряжением (φ). Угол фазы между током и напряжением (φ) измеряется в явном виде или вычисляется из параметра косинуса фи. Если известен косинус фи, то из него вычисляется угол фи по формуле ϕ=arccos(cos(ϕ)). Далее из угла фи вычисляется сдвиг по времени
Тогда микропроцессорный блок передатчика будет иметь информацию о текущих фазах тока и напряжения в линии и сможет управлять управляемым устройством коммутации питающего напряжения таким образом, что приемники информации смогут принимать переданную информацию без искажений. При этом сдвиги фаз не устраняются, но устраняются искажения принимаемой информации приемниками за счет предварительного измерения сдвига фаз (косинуса фи) счетчиком электроэнергии и вычисления микропроцессором необходимого сдвига (смещения) по времени момента каждого прерывания в линию относительно сигналов с датчика перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения.Then the microprocessor unit of the transmitter will have information about the current phases of the current and voltage in the line and will be able to control the controlled switching device of the supply voltage in such a way that the information receivers can receive the transmitted information without distortion. In this case, the phase shifts are not eliminated, but the distortions of the received information by the receivers are eliminated due to the preliminary measurement of the phase shift (cosine phi) by the electricity meter and the calculation by the microprocessor of the necessary time shift (shift) of the moment of each interruption to the line relative to the signals from the zero-crossing sensor of the fundamental harmonic of the supply voltage.
Данный способ позволяет устранить погрешности в передаче информации путем использования информации о запаздывании/опережении тока в линии относительно напряжения.This method allows you to eliminate errors in the transmission of information by using information about the lag / advance of the current in the line relative to the voltage.
Система адресной передачи информации по линиям электроснабжения переменного тока включает передатчик, состоящий из микропроцессорного блока и измерителя углов фаз межу напряжением и током, например счетчика электроэнергии с функцией измерения косинуса φ(фи); датчик моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения и управляемого устройства коммутации, которое может прерывать подачу питающего напряжения в линию электроснабжения; вдоль линии электроснабжения размещают множество приемников, каждый из которых состоит из микроконтроллера, к которому подключен датчик моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения, при этом каждый приемник имеет свой уникальный порядковый номер.The system of addressable transmission of information via AC power supply lines includes a transmitter consisting of a microprocessor unit and a phase angle meter between voltage and current, for example, an electricity meter with the function of measuring cosine φ (phi); sensor of the moments of zero crossing of the fundamental harmonic of the supply voltage and a controlled switching device, which can interrupt the supply of the supply voltage to the power supply line; a plurality of receivers are placed along the power supply line, each of which consists of a microcontroller, to which a sensor of the moments of zero crossing of the fundamental harmonic of the supply voltage is connected, with each receiver having its own unique serial number.
Заявленные изобретения наглядно иллюстрируются на прилагаемых рисунках.The claimed inventions are clearly illustrated in the accompanying drawings.
На фигурах 1–9 приведены временные диаграммы – эпюры питающего напряжения сети и импульсов, выдаваемых датчиком переходов основной гармоники через ноль.Figures 1-9 show time diagrams - diagrams of the mains supply voltage and pulses issued by the sensor of the fundamental harmonic transitions through zero.
На фиг 1. Временная диаграмма отключения идеальной резистивной нагрузки на 1 полупериод.In Fig 1. Timing diagram of switching off the ideal resistive load for 1 half cycle.
На фиг. 2. Временная диаграмма отключения емкостной нагрузки на 1 полупериод.FIG. 2. Timing diagram of capacitive load disconnection for 1 half-cycle.
На фиг. 3. Временная диаграмма отключения индуктивной нагрузки на 1 полупериод. FIG. 3. Timing diagram of switching off inductive load for 1 half-cycle.
На фиг 4. Временная диаграмма отключения идеальной резистивной нагрузки на 2 полупериода.In Fig 4. Timing diagram of the disconnection of the ideal resistive load for 2 half periods.
На фиг 5. Временная диаграмма отключения емкостной нагрузки на 2 полупериода.In Fig. 5. Timing diagram of disconnecting the capacitive load for 2 half periods.
На фиг 6. Временная диаграмма отключения индуктивной нагрузки на 2 полупериода.In Fig 6. Timing diagram of switching off the inductive load for 2 half periods.
На фиг. 7. Временная диаграмма коммутации активной нагрузки.FIG. 7. Timing diagram of active load switching.
На фиг. 8. Временная диаграмма коммутации реактивной нагрузки.FIG. 8. Timing diagram of reactive load switching.
На фиг. 9. Временная диаграмма коммутации реактивной нагрузки с компенсацией разности фаз между током и напряжением.FIG. 9. Timing diagram of reactive load commutation with compensation of phase difference between current and voltage.
На фиг. 10. Система адресной передачи информации по линиям электроснабжения переменного тока.FIG. 10. System of address transmission of information via AC power supply lines.
На фиг. 11. Пример выполнения схемы датчика переходов основной гармоники питающего напряжения через ноль.FIG. 11. An example of the implementation of the sensor circuit for the transitions of the fundamental harmonic of the supply voltage through zero.
Система адресной передачи информации по линиям электроснабжения переменного тока, приведенная на фиг. 10, включает:The system of address transmission of information over AC power supply lines, shown in FIG. 10 includes:
1. Передатчик1. Transmitter
2. Микропроцессорный блок передатчика.2. Microprocessor unit of the transmitter.
3. Датчик моментов перехода основной гармоники питающего напряжения через ноль.3. Sensor of moments of transition of the fundamental harmonic of the supply voltage through zero.
4. Управляемое устройство коммутации питающего напряжения.4. Controlled device for switching the supply voltage.
5. Приемники информации.5. Receivers of information.
6. Микропроцессорный блок приемника.6. Microprocessor unit of the receiver.
7. Линию электроснабжения.7. Power line.
8. Источник питающего переменного напряжения;8. Power supply alternating voltage;
9. Измеритель угла фаз между током и напряжением.9. Phase angle meter between current and voltage.
Передатчик состоит из микропроцессорного блока передатчика 2, датчика переходов основной гармоники питающего напряжения через ноль 3, управляемого устройства коммутации питающего напряжения 4 и измерителя фаз между током и напряжением 9.The transmitter consists of a
Способ адресной передачи информации по линиям электроснабжения переменного тока осуществляется следующим образом.The method of address transmission of information through AC power lines is as follows.
Датчик переходов основной гармоники питающего напряжения через ноль 3 непрерывно выдает импульсы напряжения с провалами в моменты перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения.The sensor for the transitions of the fundamental harmonic of the supply voltage through zero 3 continuously produces voltage pulses with dips at the moments of the transition through zero of the fundamental harmonic of the supply voltage.
Управляемое устройство коммутации питающего напряжения 4 может прерывать подачу питающего напряжения в линию по сигналу, поступающему на его управляющий вход.The controlled switching device of the
Микропроцессорный блок передатчика 2 получает на свой вход импульсы синхронизации от датчика 3 в моменты переходов основной гармоники питающего напряжения через ноль. При этом измеритель фаз между током и напряжением измеряет значение косинуса φ (фи), это значение считывает микропроцессорный блок передатчика 2, вычисляет необходимое (для устранения искажений передаваемой информации) значение сдвига по времени момента подачи сигнала управления устройством коммутации.The microprocessor unit of the
Микропроцессорный блок передатчика 6 выдает сигналы управления устройством коммутации 4 для прерывания подачи питающего напряжения в линию электроснабжения 7.The microprocessor unit of the
Каждый приемник информации 5 включает датчик 3 переходов через ноль основной гармоники питающего напряжения и микропроцессорного блока приемника 6.Each
Микропроцессорный блок приемника 6 получает на свой вход импульсы с выхода датчика переходов основной гармоники питающего напряжения через ноль 3, которые соответствуют переходам через ноль основной гармоники напряжения.The microprocessor unit of the
Каждый приемник информации 5 имеет свой уникальный порядковый номер. Each receiver of
Процесс передачи информации происходит следующим образом. The information transfer process is as follows.
Информацию передают количеством полуволн основной гармоники питающего напряжения. Адрес обозначается положительным целым числом, в качестве адреса можно, например, использовать порядковый номер приемника в системе.Information is transmitted by the number of half-waves of the main harmonic of the supply voltage. The address is indicated by a positive integer; for example, the serial number of the receiver in the system can be used as the address.
Информация, которую нужно передать, должна быть записана целыми положительными числами в пакете фиксированной длины. Каждое число соответствует своему количеству полуволн питающего напряжения и именуется в дальнейшем термином «код символа». Затем из полученной последовательности кодов формируют пакеты установленной длины.The information to be transmitted must be written in positive integers in a fixed-length packet. Each number corresponds to its own number of half-waves of the supply voltage and is hereinafter referred to as "symbol code". Then, packets of fixed length are formed from the received sequence of codes.
Для того чтобы указать, какому приемнику предназначена информация, в начало каждого пакета добавляется идентификатор (адрес) приемника, также записанный положительным целым числом.In order to indicate which receiver the information is intended for, the receiver identifier (address) is added to the beginning of each packet, also written as a positive integer.
Передача пакета заключается в модуляции основной гармоники питающего напряжения. Модуляция осуществляется путем прерывания питающего напряжения на время, равное от половины периода основной гармоники до одного периода основной гармоники, с началом в точке перехода основной гармоники питающего тока через ноль и концом в точке перехода основной гармоники питающего напряжения через ноль. В дальнейшем для обозначения такого прерывания будет использоваться термин "маркер". Процесс кодирования символов информации заключается в такой расстановке маркеров, что количество переходов основной гармоники через ноль (равное количеству полуволн питающего напряжения), происходящих между двумя маркерами, должно быть равно передаваемому коду символа.The packet transmission consists in modulating the fundamental harmonic of the supply voltage. Modulation is carried out by interrupting the supply voltage for a time equal to from half of the fundamental harmonic period to one fundamental harmonic period, with the beginning at the point of transition of the fundamental harmonic of the supply current through zero and the end at the point of transition of the fundamental harmonic of the supply voltage through zero. In the following, the term "marker" will be used to denote such an interruption. The process of encoding information symbols consists in such an arrangement of markers that the number of transitions of the fundamental harmonic through zero (equal to the number of half-waves of the supply voltage) occurring between two markers should be equal to the transmitted symbol code.
Таким образом, максимальное количество полуволн, которое может быть между двумя маркерами, будет равно максимальному значению кода символа кодированной информации, а минимальное будет равно одной полуволне. В случаях, когда требуется увеличить минимальное расстояние между маркерами, например, для соблюдения качества питающего напряжения, ко всем кодам символов добавляется фиксированное положительное целое число (смещение).Thus, the maximum number of half-waves that can be between two markers will be equal to the maximum code value of the coded information symbol, and the minimum will be equal to one half-wave. In cases where it is required to increase the minimum distance between the markers, for example, to maintain the quality of the supply voltage, a fixed positive integer (offset) is added to all character codes.
Процессом расстановки маркеров управляет микропроцессорный блок, который подает сигнал на отключение или включение устройству коммутации. Синхронизация управляющих сигналов осуществляется по импульсам, поступающим с датчика переходов через ноль.The process of placing markers is controlled by a microprocessor unit, which gives a signal to turn off or turn on the switching device. Synchronization of control signals is carried out by pulses from the zero-crossing sensor.
В начале передачи пакета передают маркер начала, после которого в линию пропускают необходимое количество полуволн основной гармоники, равное коду адреса (идентификатора) приемника. Затем передают маркер-разделитель символов, после которого в линию пропускают количество полуволн, равное коду первого символа в пакете. Затем передают второй маркер-разделитель, и процесс повторяют до тех пор, пока не будет передан последний символ пакета и маркер окончания.At the beginning of the packet transmission, a start marker is transmitted, after which the required number of half-waves of the fundamental harmonic, equal to the address (identifier) code of the receiver, is passed into the line. Then a character separator marker is transmitted, after which the number of half-waves equal to the code of the first character in the packet is passed into the line. A second delimiter marker is then transmitted, and the process is repeated until the last packet character and an end marker are transmitted.
По окончании передачи пакета выдерживают гарантированную паузу, прежде чем начать передачу следующего пакета.At the end of the packet transmission, a guaranteed pause is maintained before starting the transmission of the next packet.
Эпюры питающего напряжения сети и импульсов, выдаваемых датчиком переходов основной гармоники через ноль, приведены на фиг. 1–9.Diagrams of the mains supply voltage and pulses issued by the sensor of fundamental harmonic zero crossings are shown in Fig. 1-9.
На практике фазовый сдвиг между током и напряжением в линии электропитания равный нулю не встречается, так как осветительные приборы с импульсными источниками питания всегда вносят сдвиг фаз между током и напряжением в линии, т.е. всегда cos φ≠0.In practice, a zero phase shift between current and voltage in the power line does not occur, since lighting fixtures with switching power supplies always introduce a phase shift between the current and voltage in the line, i.e. always cos φ ≠ 0.
Коммутация реактивной нагрузки (cos φ≠0) может не совпадать с фазами напряжения. Восстановление напряжения в реактивной нагрузке выполняется при переходе напряжения через ноль ввиду отсутствия тока до коммутации. Прерывание напряжения в реактивной нагрузке выполняется только при переходе тока через ноль.Reactive load switching (cos φ ≠ 0) may not coincide with the voltage phases. The voltage recovery in the reactive load is performed when the voltage crosses zero due to the lack of current before switching. Voltage interruption in reactive load is performed only at current zero crossing.
Блок передатчика формирует управляющий сигнал Uупр, коммутатор (оптосимистор, твердотельное реле) выполняет восстановление напряжения в нагрузке при переходе напряжения через ноль. Прерывание напряжения в реактивной нагрузке выполняется при переходе тока через ноль, в это время напряжение на нагрузке присутствует и детектируется как лишний импульс (Uдет) и проиллюстрировано на фиг. 8.The transmitter unit generates a control signal Ucont, the switch (opto-simistor, solid-state relay) restores the voltage in the load when the voltage crosses zero. The voltage interruption in the reactive load is performed at the current zero crossing, at which time the load voltage is present and is detected as an extra pulse (Udep) and is illustrated in FIG. eight.
Из фиг. 8 видно, что передатчик передает числа 3 и 7, а приемники информации воспринимают искаженную информацию как числа 4 и 8.From FIG. 8 it can be seen that the transmitter transmits the
Искажений принимаемой информации можно избежать, если управлять коммутатором линии с учетом величины сдвига между током и напряжением в линии электропитания.Distortion of the received information can be avoided by controlling the line switch taking into account the magnitude of the offset between the current and the voltage in the power line.
Предлагаемый способ и устройство его реализации исключают искажение принимаемой информации благодаря возможности управления коммутатором линии с учетом величины сдвига между током и напряжением в линии электропитания.The proposed method and device for its implementation eliminate the distortion of the received information due to the ability to control the line switch, taking into account the magnitude of the shift between the current and voltage in the power line.
В заявленном способе коммутация выполняется со смещением по времени, которое рассчитывается исходя из разности фаз между током и напряжением (cos φ). In the claimed method, the switching is performed with a time offset, which is calculated based on the phase difference between current and voltage (cos φ).
При активной нагрузке опережение равно нулю.With active load, the lead is zero.
При реактивной нагрузке смещение рассчитывается таким образом, чтобы прерывание напряжения в нагрузке выполнялось в момент максимума тока.With reactive load, the bias is calculated so that voltage interruption in the load occurs at the moment of maximum current.
Блок передатчика формирует управляющий сигнал Uупр с учетом необходимых опережений, далее так же коммутатор (оптосимистор, твердотельное реле) выполняет прерывание и восстановление напряжения в нагрузке. Смещение компенсирует появление лишнего импульса, в результате чего датчик переходов через ноль правильно вырабатывает счетные импульсы и микропроцессорный блок приемника правильно считает количество полуволн (Uдет).The transmitter unit generates a control signal Ucont, taking into account the necessary advances, and then the switch (optosimistor, solid-state relay) interrupts and restores the voltage in the load. The offset compensates for the appearance of an extra pulse, as a result of which the zero-crossing sensor correctly generates counting pulses and the microprocessor unit of the receiver correctly counts the number of half-waves (Udet).
Управление коммутации линии в заявленном изобретении осуществляется с учетом величины сдвига между током и напряжением в линии электропитания, для чего выполняют отключение нагрузки с учетом сдвига по времени Δt, что позволяет устранить искажение принимаемой информации.The line commutation control in the claimed invention is carried out taking into account the magnitude of the shift between the current and the voltage in the power supply line, for which the load is disconnected taking into account the time shift Δt , which makes it possible to eliminate the distortion of the received information.
Предлагаемый способ и система для его реализации позволяют обеспечить передачу информации по линиям энергоснабжения, в частности для дистанционного управления потребителями электроэнергии без искажений направляемых данных.The proposed method and system for its implementation allow the transmission of information through power supply lines, in particular for remote control of electricity consumers without distortion of the sent data.
Коммутация реактивной нагрузки с компенсацией разности фаз между током и напряжением представлена на фиг. 9.The switching of a reactive load with phase difference compensation between current and voltage is shown in FIG. nine.
Система передачи данных, представленная на фиг. 10, выполнена следующим образом. Передатчик 1 включает микропроцессорный блок передатчика 2, соединенный с датчиком переходов основной гармоники питающего напряжения через ноль 3, измерителем фаз между током и напряжением 9 и управляемым устройством коммутации питающего напряжения 4.The data transmission system shown in FIG. 10 is made as follows. The
Приемники информации 5 содержат датчики переходов основной гармоники питающего напряжения через ноль 3, связанные с микропроцессорными блоками приемника 6. Датчики переходов основной гармоники питающего напряжения через ноль 3 соединены с линией электроснабжения 7, соединенной с источником питающего переменного напряжения 8.The receivers of
Датчик переходов основной гармоники питающего напряжения через ноль 3 может быть реализован в соответствии со схемой, представленной на фиг. 11. В микропроцессорном блоке передатчика 2 и в микропроцессорном блоке приемника 6 могут быть использованы микропроцессоры серий STM32, STM8 производства компании STMicro, AVR производства компании Atmel, PIC производства компании Microchip. На фиг. 11 представлен датчик переходов через ноль, не содержащий микропроцессора.The sensor for transitions of the fundamental harmonic of the supply voltage through zero 3 can be implemented in accordance with the circuit shown in FIG. 11. In the microprocessor unit of the
В качестве управляемого устройства коммутации питающего напряжения 4 может быть использован оптосимистор или твердотельное реле, например SSR-40, SSR-100, производимые компанией Crydom, HD-4044.ZD3, производимые компанией KIPPRIBOR, или подобные.An optosimistor or solid-state relay, for example SSR-40, SSR-100, manufactured by Crydom, HD-4044.ZD3, manufactured by KIPPRIBOR, or the like, can be used as a controlled switching device of the
В качестве измерителя фаз между током и напряжением 9 может быть использован счетчик электроэнергии с функцией измерения cos φ и возможностью считывания этой информации через цифровой интерфейс, например производимый компанией Инкотекс электросчетчик «Меркурий 234» или «Меркурий 236» или аналогичный.As a phase meter between current and
В качестве микропроцессорного блока передатчика 2 или приемника 6 можно использовать любой из серийно выпускаемых современных микропроцессоров, например микроконтроллеры фирмы Atmel (http://www.atmel.com).Any of the commercially available modern microprocessors, for example, microcontrollers from Atmel (http://www.atmel.com), can be used as the microprocessor unit of the
Вариант схемы выполнения датчика переходов через ноль основной гармоники питающего напряжения приведен на фиг. 11. A variant of the circuit of the sensor of transitions through zero of the fundamental harmonic of the supply voltage is shown in Fig. eleven.
В схеме используются следующие элементы: The scheme uses the following elements:
R1 – резистор 3 кОм;R1 - 3 kΩ resistor;
R2 – резистор 220 кОм;R2 - 220 kΩ resistor;
R3 – резистор 10 кОм;R3 - resistor 10 kOhm;
DA1 – оптрон IDL207;DA1 - optocoupler IDL207;
~220 В – линия подвода питающего напряжения сети;~ 220 V - mains supply voltage supply line;
Ucpu – напряжение питания микроконтроллера;Ucpu - microcontroller supply voltage;
Uдет – сигнал датчика перехода через ноль.Uyet - zero crossing sensor signal.
Стоимость используемых комплектующих невысока, поэтому затраты на создание системы передачи информации по линии электроснабжения будут невелики. Система проста, практически не требует обслуживания, что позволит минимизировать эксплуатационные расходы.The cost of the components used is low, so the cost of creating a system for transmitting information through the power supply line will be low. The system is simple, practically maintenance-free, which will minimize operating costs.
Таким образом, достигнут технический результат, на который направлены данные изобретения, что в итоге позволит существенно сократить расходы, направленные на создание и эксплуатацию систем передачи информации по линиям электроснабжения.Thus, a technical result has been achieved, at which these inventions are directed, which ultimately will significantly reduce the costs aimed at creating and operating systems for transmitting information through power supply lines.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020119554A RU2735950C1 (en) | 2020-06-11 | 2020-06-11 | Method and system for targeted transmission of information over alternating current power supply lines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020119554A RU2735950C1 (en) | 2020-06-11 | 2020-06-11 | Method and system for targeted transmission of information over alternating current power supply lines |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2735950C1 true RU2735950C1 (en) | 2020-11-11 |
Family
ID=73460720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020119554A RU2735950C1 (en) | 2020-06-11 | 2020-06-11 | Method and system for targeted transmission of information over alternating current power supply lines |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2735950C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2762306C1 (en) * | 2020-10-22 | 2021-12-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") | Method and apparatus for receiving information via alternate current power supply lines |
| RU2782238C1 (en) * | 2021-12-20 | 2022-10-25 | Общество с ограниченной ответственностью МЕЖДУНАРОДНАЯ СВЕТОТЕХНИЧЕСКАЯ КОРПОРАЦИЯ "БООС ЛАЙТИНГ ГРУПП" | Lamp condition monitoring system in adaptive lighting control system |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5107184A (en) * | 1990-08-13 | 1992-04-21 | Electronic Ballast Technology, Inc. | Remote control of fluorescent lamp ballast using power flow interruption coding with means to maintain filament voltage substantially constant as the lamp voltage decreases |
| RU2265955C2 (en) * | 2000-09-05 | 2005-12-10 | ВРЭП С.п.А. | Method, system and devices for transferring data in electric circuit |
| EP1938467A1 (en) * | 2005-10-17 | 2008-07-02 | Indesit Company S.p.A. | Method, devices and system for transmitting information on power supply electric line |
| RU2390933C1 (en) * | 2008-09-29 | 2010-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Электронные информационные системы" | Method of address transmission of information via ac power lines |
-
2020
- 2020-06-11 RU RU2020119554A patent/RU2735950C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5107184A (en) * | 1990-08-13 | 1992-04-21 | Electronic Ballast Technology, Inc. | Remote control of fluorescent lamp ballast using power flow interruption coding with means to maintain filament voltage substantially constant as the lamp voltage decreases |
| RU2265955C2 (en) * | 2000-09-05 | 2005-12-10 | ВРЭП С.п.А. | Method, system and devices for transferring data in electric circuit |
| EP1938467A1 (en) * | 2005-10-17 | 2008-07-02 | Indesit Company S.p.A. | Method, devices and system for transmitting information on power supply electric line |
| RU2390933C1 (en) * | 2008-09-29 | 2010-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Электронные информационные системы" | Method of address transmission of information via ac power lines |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2762306C1 (en) * | 2020-10-22 | 2021-12-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") | Method and apparatus for receiving information via alternate current power supply lines |
| RU2782238C1 (en) * | 2021-12-20 | 2022-10-25 | Общество с ограниченной ответственностью МЕЖДУНАРОДНАЯ СВЕТОТЕХНИЧЕСКАЯ КОРПОРАЦИЯ "БООС ЛАЙТИНГ ГРУПП" | Lamp condition monitoring system in adaptive lighting control system |
| RU2811562C1 (en) * | 2023-08-29 | 2024-01-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Оптимум" | Method of address transmission of information via ac power supply line |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI297778B (en) | Method and system for detecting the phase wiring of an arbitrary unknown phase voltage relative to a reference phase voltage | |
| RU2390933C1 (en) | Method of address transmission of information via ac power lines | |
| CN1312850C (en) | Method and devices for controlling loads connected to powr line | |
| US8013592B2 (en) | Method and apparatus for detecting the phase wiring of an arbitrary unknown phase voltage relative to a reference phase voltage | |
| MX2008002628A (en) | A relay-to-relay direct communication system and method in a electric power system. | |
| CN104320160A (en) | Data receiving and dispatching method, device and system | |
| RU2735950C1 (en) | Method and system for targeted transmission of information over alternating current power supply lines | |
| CN104218975A (en) | Power line carrier communication method and information transmitting device | |
| CN101588673B (en) | Method and device for controlling dimming of online integral-type gas discharge lamp | |
| CN103763822B (en) | Control information transmitting system and control information sending and receiving method and device | |
| JPWO2017056359A1 (en) | Code modulator, code demodulator, and controller | |
| CN212341358U (en) | Multifunctional power frequency synchronous signal generator for partial discharge detection | |
| RU2479092C1 (en) | Method of address transfer of information along lines of ac power supply | |
| CN101090282A (en) | Power carrier communication circuit capable of overcome compensating capacitor | |
| CN101854063B (en) | Device and method for detecting power phase in energy feedback device | |
| CN204177858U (en) | A kind of three-phase electricity testing circuit | |
| Mombauer | Flicker caused by phase jumps | |
| CN106451500A (en) | Inter-phase load transfer terminal device based on transient waveform fitting | |
| CN103763838B (en) | Lighting control method for sending information, equipment and Lighting Control Assembly | |
| CN110333386A (en) | A zero-crossing detection circuit | |
| KR101187729B1 (en) | Power line communication apparatus using phase of alternating current | |
| RU2510853C1 (en) | Method for receipt and transmission of information via ac power lines | |
| CN103116068A (en) | Control circuit and control method for detecting electricity consumption of washing machine | |
| CN209927990U (en) | Residual current generating device and residual current action protector tester | |
| CN102315689A (en) | Medium-voltage switch controller based on power line broadband carrier communication |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |