CN103166679B - 用于电力线通信的闭塞滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于PLC的闭塞滤波器，该闭塞滤波器包括：低通滤波器单元，其包括电容和多个电感；多个磁饱和防止电路，其中每一个磁饱和防止电路并联连接到电感从而防止电感的磁饱和，并且响应于从外部输入的中断控制信号而工作；以及第一开关，响应于中断控制信号而连接或断开第一开关，并且第一开关在低通滤波器单元和中性线之间互连。

Description

用于电力线通信的闭塞滤波器

技术领域

本公开涉及一种闭塞滤波器，并且更特别地，涉及一种用于电力线通信的闭塞滤波器。

背景技术

在背景技术这一节中公开的信息仅仅用于增进对本公开的一般背景的理解，并且不应该被视作是对这一信息构成本领域技术人员已经知晓的现有技术的承认或任何形式的暗示。

通常，PLC（电力线通信）是通过将作为信息信号的具有高频的PLC信号（2到30MHz）叠加到具有工频（50到60Hz）的被传送到室内或室外高压或低压电力线的信号之上来传送数据（例如，语音声、数据信号）的方法。

PLC（网络）能够有利地利用已有的电力线，无需额外安装通信线路，从而减少投资成本以及使用插头的简单连接来易化计算机组网（或其它器械的组网，例如，音频/视频装置）。除了上述优点之外，伴随着智能地控制消费设施的期望和信息设备的发展，PLC被迅速应用到诸如AMR（自动抄表）系统、家庭网络系统、AMI（高级计量体系）系统和工厂自动化的领域。

在PLC系统中，诸多支路（装置）存在于PLC上，从而不利地引起信号损失和噪声进入。为了克服这一限制，可能需要闭塞滤波器以防止PLC频带中不需要的信号流的产生，例如，PLC通信信号流入PLC分支中、防止由异常电力设施引起的噪声的产生、防止由于相邻装置产生的噪声的流入而造成的不需要的信号流，或者需要闭塞滤波器以使得使用各自不同的PLC技术的单独网络中的PLC信号的相互干扰最小化。

例如，推荐使用闭塞滤波器以便防止AMR系统中的较高的室内噪声和低阻抗影响室外PLC环境，并且需要使用闭塞滤波器以在家庭网络系统中相邻网络之间造成物理差异。

同时，在考虑闭塞滤波器的一般安装位置时，通常将上述闭塞滤波器安装在用户的电表之后，并且因为AMI系统使用从集中器到用户的电表和ESI（能源服务界面）的PLC，由于将室内ESI置于闭塞滤波器之后，所以PLC信号可能到不达ESI。

如上所述，由于闭塞滤波器的适用性或安装位置根据使用PLC的系统的类型而变化，所以会由于PLC服务的变化而必须重复安装或拆除闭塞滤波器，从而增加电力用户或电力供应商的不便。

发明内容

这一节提供了本公开的一般概述，并且不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

本公开的示例性方案是为了基本上解决至少以上问题和/或缺点，并且提供至少以下优点。相应的，本公开的方面提供了一种用于PLC的闭塞滤波器，其被配置成根据PLC系统的类型来选择性地闭塞/传递电力线中流动的通信信号。

然而，应当强调的是，如上所述，本公开不限于特定的公开。应当理解的是，本领域技术人员可以领会到这里没有提及的其它技术主题。

在本公开的一个总体方案中，提供了一种用于PLC的闭塞滤波器，该闭塞滤波器包括：低通滤波器单元，其包括电容和多个电感；多个磁饱和防止电路，每一个所述磁饱和防止电路并联连接到所述电感从而防止所述电感的磁饱和，并且响应于外部输入的中断控制信号而工作；以及第一开关，响应于所述中断控制信号而连接或断开所述第一开关，并且所述第一开关在所述低通滤波器单元和中性线之间互连。

在一些示例性实施例中，低通滤波器单元可以包括串联连接到电力线的第一电感和第二电感，以及在所述第一电感和所述第二电感的接触点与所述第一开关之间互连的电容。

在一些示例性实施例中，当所述中断控制信号打开时，连接所述第一开关并且所述磁饱和防止电路可以工作以防止所述电感的磁饱和。

在一些示例性实施例中，当所述中断控制信号关闭时，断开所述第一开关并且所述磁饱和防止电路可以不工作。

在一些示例性实施例中，所述磁饱和防止电路可以包括：电流互感器，安装所述电流互感器以包裹所述电力线的外围并且以检测与所述电力线中流动的电流成比例的输入电流；低通滤波器，其过滤所述输入电流中高于预定信号的频率信号；相位校正电路，其校正所述低通滤波器的输出信号的相位差；以及放大电路，其放大所述相位校正电路的输出信号并且将放大后的输出信号提供给所述电感。

在一些示例性实施例中，所述磁饱和防止电路可以进一步包括第二开关，响应于所述中断控制信号而连接或断开所述第二开关，并且所述第二开关在所述低通滤波器和所述相位校正电路之间互连。

在一些示例性实施例中，所述相位校正电路可以校正所述低通滤波器的所述输出信号的相位差，从而允许所述输出信号与由所述电流互感器检测到的所述输入电流形成180度相位差。

在一些示例性实施例中，所述低通滤波器单元的中断频率可以由所述第一电感和所述第二电感以及所述电容的大小来确定。

在一些示例性实施例中，所述第一电感和所述第二电感中的每一个可以具有比塑壳断路器的额定电流的水平更低水平的饱和电流。

根据本公开的用于PLC的闭塞滤波器具有的有益效果在于：能够响应于从外部输入的中断控制信号而中断或传递室外PLC信号和室内PLC信号，从而无需通过重复安装/拆除处理而能够应用于各种PLC系统。

通过以下结合附图公开了发明的示例性实施例的具体描述，本公开的其它示例性方案、优点、以及显著的特征对于本领域普通技术人员将变得更加显而易见。

下文讨论发明的以上和其它特征。

附图说明

现在将参照在附图中图示的其特定示例性实施例来详细描述本发明的以上和其他特征，以下附图仅仅以说明性的方式给出，因此并不是对本发明的限制，并且附图中：

图1是图示出根据本公开的示例性实施例的使用PLC的AMR系统的示意图；

图2是图示出根据本公开的示例性实施例的用于PLC的闭塞滤波器的示意图；

图3是图示出根据本公开的示例性实施例的安装在用于PLC的闭塞滤波器上的磁饱和防止电路的示意图。

具体实施方式

本公开另外的优势、方案和特征，部分将在下面的描述中阐述，部分经考查下面的说明将对本领域普通技术人员显而易见，或者可以从本公开的实施中学习到。本公开的目的和其它优点可以从书面说明、其权利要求以及附图中特别指出的结构来理解、获得。

应理解的是，本公开的上述一般描述和下面的具体描述都是示例性的和说明性的，并且意在提供与权利要求一致的对本公开的进一步的说明。

下文中，将参照附图具体描述本公开的示例性实施例。

在描述本公开时，可能省略对现有技术中已知的结构或过程的详细描述，以避免关于这样的已知结构和功能的不必要的细节使得本领域技术人员对本发明的理解变得模糊。相应地，在说明书和权利要求中使用的特定术语或词语的含义不限于字面的或通常使用的含义，而是应根据本发明的使用者或操作者的意图以及习惯用法进行解释，或者可能与本发明的使用者或操作者的意图以及习惯用法不同。因此，特定术语或词语的定义应当建立在整个说明书的内容的基础上。

为了方便本公开，后缀“模块”、“单元”和“部”可以用于表示元件。不应赋予这些后缀本身以重要的含义或作用，并且应当理解的是，“模块”、“单元”和“部”可以一起使用或互换使用。即，在说明书中描述的术语“器（-er）”、“者（-or）”、“部”和“模块”意味着用于处理至少一种功能和操作的装置单元，并且可以通过硬件部件或软件部件及其组合来实现。

如此处所使用的，“示例性”仅仅意味着表示示例，而不是最好的。还应该理解的是，出于简化和容易理解的目的，这里描述的特征、层次和/或元件图示了相对于彼此的具体尺寸和/或方向，而实际的尺寸和/或方向与图示的可以基本上不同。即，在附图中，为了清晰起见，可以放大或缩小层次、区域和/或其他元件的尺寸和相对尺寸。全文中相似的数字表示相似的元件，并且将省略彼此重复的解释。

这里使用的术语仅仅是为了描述特定的实施例的目的，而无意作为对总的发明构思的限制。如此处所使用的，单数形式的“一（a）”、“一（an）”以及“该（the）”旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确地指出。

除非另外明确地指出，如从以下讨论中显而易见地，应当理解的是，整个说明书的讨论使用诸如“处理”、“计算”、“运算”、“判定”的术语等，指的是计算机或计算系统、或类似的电子计算设备的动作和/或处理，即将在计算系统的寄存器和/或存储器中表示为物理（诸如电的）量的数据操控和/或变换为在计算系统的存储器、寄存器或其他这样的信息存储器、传输或显示设备中类似地表示为物理量的其它数据。

应当理解的是，当表示元件“连接”或“联接”到另一元件时，其可以直接连接或直接联接到另一元件，或者可以存在中间元件。相反地，当表示元件“直接连接”或“直接联接”到另一元件时，则不存在中间元件。

图1是图示出根据本公开的示例性实施例的使用PLC的AMR系统的示意图。

参见图1，AMR系统包括电力供应商服务器、通过数据通信网络执行与电力供应商服务器的高速双向通信的集中器、以及多个用户10、20、30。

电力供应商服务器通过数据通信网络从集中器接收每一个用户10、20、30的各种读数信息。读数信息指示每一个用户10、20、30的按月、按周、按天和按时间的功率消耗、瞬时功率消耗、功率消耗的总和。

集中器通过室外电力线L执行与各个用户10、20、30的PLC，其中，室外电力线指通过从杆式变压器的输出端延伸出来从而安装在集中器和每一个用户10、20、30之间的低压配电线路。集中器从各个用户10、20、30接收读数信息并且通过数据通信网络将读数信息提供给电力供应商服务器。

每个用户10、20、30可以安装有电度表11、21、31，闭塞滤波器12、22、32，ESI或家庭服务器13、23、33以及终端14、24、34。经由室内电力线15、25、35来互连电度表11、21、31，闭塞滤波器12、22、32，ESI或家庭服务器13、23、33以及终端14、24、34从而激活PLC。

同时，可以根据使用PLC的系统的类型或种类来选择性地安装图1的闭塞滤波器12、22、32。例如，因为电度表11、21、31和ESI 13、23、33通过室内电力线15、25、35执行PLC，使得如果安装闭塞滤波器11、22、32，则不可能实现电度表11、21、31和ESI 13、23、33之间的数据传输，所以，对于AMI系统，不安装闭塞滤波器12、22、32。

在另一示例中，在家庭网络系统中必须安装闭塞滤波器12、22、32，从而防止各种室内噪声信号释放到外部并且从而中断诸如相邻用户的PLC信号的噪声信号流入室内。此外，在没有实现双向通信的AMR系统中安装闭塞滤波器12、22、32是必要的，其将防止各种室内噪声信号释放到外部。

如上所述，根据PLC系统的类型，闭塞滤波器的安装/拆除可能是不必要的重复。因而，下面将描述不论PLC系统的类型或种类都可以应用的闭塞滤波器。

图2是图示出根据本公开的示例性实施例的用于PLC的闭塞滤波器的示意图。

参见图2，根据本公开的示例性实施例的用于PLC的闭塞滤波器包括低通滤波器单元100、磁饱和防止电路210、220和开关300。

低通滤波器单元100包括串联连接到电力线L的第一电感L1和第二电感L2，以及一个末端连接到在第一电感L1和第二电感L2之间的接触点并且另一末端连接到开关300的电容C。

磁饱和防止电路210、220分别并联连接到第一电感L1和第二电感L2从而防止第一电感L1和第二电感L2的磁饱和。优选地，通过从外部输入的中断控制信号来决定磁饱和防止电路210、220的操作；并且磁饱和防止电路210、220可以包括响应于中断控制信号而连接或断开的开关。

由于通过中断控制信号来决定磁饱和防止电路210、220的操作，所以第一电感L1和第二电感L2的饱和/不饱和也通过中断控制信号来决定，由此，低通滤波器单元100的滤波/不滤波也通过中断控制信号来决定，将在后面描述其细节。

因此，如此配置的根据本公开的示例性实施例的用于PLC的闭塞滤波器能够根据从外部输入的中断控制信号来过滤或传递PLC信号。可以在房屋用户处由电力用户手动输入中断控制信号，或者可以通过由电力供应商服务器根据使用PLC的系统的种类预先决定中断控制信号来将中断控制信号传送给用户。

下文中，打开中断控制信号表示闭塞滤波器过滤输入信号，并且可以应用到使用PLC的家庭网络系统和AMR系统。此外，关闭中断控制信号表示闭塞滤波器按原样传递（传送）输入信号，并且可以应用到AMI系统。

打开中断控制信号允许连接开关300并且允许磁饱和防止电路210、220工作，由此，闭塞滤波器能够过滤输入信号。即，开关300的连接允许在第一电感L1和第二电感L2之间的接触点和中性线L之间互连电容C。

此外，磁饱和防止电路210、220的工作使得第一电感L1和第二电感L2无法饱和。

因此，为“打开”的中断控制信号允许根据本公开的示例性实施例的用于PLC的闭塞滤波器成为低通滤波器，该低通滤波器由在连接到电力线的两个电感L1、L2之间的接触点和中性线之间并联连接的电容形成，由此，能够基于中断频率来过滤高通信号。由第一电感L1和第二电感L2以及电容C的大小来决定中断信号，这对本领域技术人员是众所周知的，因此将不对此作进一步的解释。

同时，中断控制信号OFF（关闭）允许断开开关300并且允许磁饱和防止电路210、220不工作，由此，闭塞滤波器按原样传递输入信号。即，由于开关300是断开的，所以由电容C连接的并联支路是断开的，并且磁饱和防止电路210、220不工作，由此，第一电感L1和第二电感L2是饱和的从而允许串联支路的阻抗基本上为零（“0”，即，电短路）。因而，在中断控制信号为“关闭”的情况下，根据本公开的示例性实施例的用于PLC的闭塞滤波器中的串联支路的阻抗为“0”，并且并联支路是断开的，由此，在电力线中流动的信号按原样传递和传送。

如上所述，因为根据从外部输入的中断控制信号，能够在没有任何过滤地传送PLC信号或者作为能够过滤预定频带的低通滤波器工作，所以可以将根据本公开的示例性实施例的用于PLC的闭塞滤波器有利地应用到使用PLC的各种系统。

图3是图示出根据本公开的示例性实施例的安装在用于PLC的闭塞滤波器上的磁饱和防止电路的示意图。

参见图3，磁饱和防止电路包括电流互感器CT 211、低通滤波器LPF 212、相位校正电路214、放大电路215和响应于从外部输入的中断控制信号而断开或连接的开关213。

图2中所图示的分别并联连接到第一电感L1和第二电感L2的磁饱和防止电路210、220可以基本上与图3中的等同，并且由此，图3已经图示了第一电感L1和连接到第一电感L1的磁饱和防止电路210。

电流互感器211与第一电感L1分开预定的距离从而包裹电力线L的外围。电流互感器211提供输入电流以允许负相位电流在第一电感L1中流动，并且获得与电力线L中流动的电流成比例的输入电流。

低通滤波器212的作用为过滤从电流互感器212输入的输入电流的预定频率，例如，高于电信号频率（60Hz）的频率信号。相位校正电路214校正经低通滤波器212过滤的信号的相位差，从而产生与输入电流具有180度相位差的输出电流，该输出电流具有与输入电流相反的相位。

放大电路215可以按照预定增益来放大由相位校正电路214产生的输出电流并且将放大后的输出电流提供给第一电感L1。可以响应于从外部输入以决定是否使磁饱和防止电路210工作的中断控制信号而断开或连接开关215。即，如图2所示，中断控制信号OFF（关闭）可以允许开关断开并且允许磁饱和防止电路210不工作，以及中断控制信号ON（打开）可以允许连接开关并且允许磁饱和防止电路210工作。

同时，尽管图3已经图示了在低通滤波器212和相位校正电路214之间插入开关213，但是，可以将开关213安装在能够中断磁饱和防止电路210的信号流的各种位置处。

磁饱和防止电路210通过允许负相位电流在第一电感L1中流动以抵消磁通量来防止由在电力线L中流动的大电流产生第一电感L1的磁饱和。即，第一电感L1能够根据电磁感应原理通过在一次侧电力线上引起大于预定大小的阻抗来中断PLC信号流，其中，可以使用铁芯以在PLC的频带中获得极佳的阻尼特性。

在此磁性物质中，随着电力线中流动的电流大小增加，磁场会增加，并且随着磁场增加，磁通量密度会增加从而产生磁饱和。特别地，铁芯的最大饱和磁通量密度非常低，并且由此倾向于容易由电力线中流动的大电流产生磁饱和，使得如上所述，有必要安装磁饱和防止电路用于适当中断PLC信号。

同时，根据本公开的示例性实施例的用于PLC的闭塞滤波器中的第一电感L1和第二电感L2可以具有比MCCB（塑壳断路器）的额定电流的水平更低水平的饱和电流。

因而，在闭塞滤波器不工作（即，中断控制信号为“OFF”）的情况下，第一电感L1和第二电感L2可以是饱和的，并且在闭塞滤波器工作（即，中断控制信号为“ON”）的情况下，第一电感L1和第二电感L2可以是不饱和的。因而，使用具有低饱和电流的电感能够实现低成本的闭塞滤波器。

然而，上述根据本公开的用于PLC的闭塞滤波器可以以多种不同的形式实施，并且不应被解释为限于此处所列举的实施例。因此，意图使本公开的实施例可以覆盖本公开的改进和变型，只要这些改进和变型进入所附权利要求及其等同方式的范围内。

当可能已使用数个实施例公开特定的特征或方案时，这些特征或方案可以随意与其他实施例的一个以上其他特征和/或方案有选择地结合。

上述根据本公开的用于PLC的闭塞滤波器具有的工业实用性在于：能够响应于从外部输入的中断控制信号而中断或传送室外PLC信号和室内PLC信号，从而不通过重复安装/拆除处理而能够应用于各种PLC系统。

Claims (8)

1.一种用于电力线通信的闭塞滤波器，其根据从外部输入的中断控制信号来选择性地中断或传递电力线通信信号，所述闭塞滤波器的特征在于包括：

低通滤波器单元(100)，其包括电容和多个电感；

多个磁饱和防止电路(210，220)，每一个所述磁饱和防止电路并联连接到所述电感从而防止所述电感的磁饱和，并且响应于从外部输入的中断控制信号而工作；以及

第一开关(300)，响应于所述中断控制信号而连接或断开所述第一开关，并且所述第一开关在所述低通滤波器单元和中性线之间互连，并且

其中，所述磁饱和防止电路(210，220)包括：

电流互感器(211)，安装所述电流互感器以包裹所述电力线的外围并且以检测与所述电力线中流动的电流成比例的输入电流；

低通滤波器(212)，其过滤所述输入电流中高于预定信号的频率信号；

相位校正电路(214)，其校正所述低通滤波器的输出信号的相位差；以及

放大电路(215)，其放大所述相位校正电路的输出信号并且将放大后的输出信号提供给所述电感。

2.如权利要求1的滤波器，其特征在于，所述低通滤波器单元(100)包括串联连接到电力线的第一电感和第二电感，以及在所述第一电感和所述第二电感的接触点与所述第一开关之间互连的电容。

3.如权利要求1的滤波器，其特征在于，当所述中断控制信号打开时，连接所述第一开关，并且所述磁饱和防止电路(210，220)工作以防止所述电感的磁饱和。

4.如权利要求1的滤波器，其特征在于，当中断控制信号关闭时，断开所述第一开关，并且所述磁饱和防止电路(210，220)不工作。

5.如权利要求1的滤波器，其特征在于，所述磁饱和防止电路(210，220)进一步包括第二开关(213)，响应于所述中断控制信号而连接或断开所述第二开关，并且所述第二开关在所述低通滤波器(212)和所述相位校正电路(214)之间互连。

6.如权利要求1的滤波器，其特征在于，所述相位校正电路(214)校正所述低通滤波器(212)的所述输出信号的相位差从而允许所述输出信号与由所述电流互感器(212)检测到的所述输入电流形成180度的相位差。

7.如权利要求2的滤波器，其特征在于，所述低通滤波器单元(100)的中断频率由所述第一电感和所述第二电感以及所述电容的大小确定。

8.如权利要求2的滤波器，其特征在于，所述第一电感和所述第二电感中的每一个具有比塑壳断路器的额定电流的水平更低水平的饱和电流。