專利名稱：檢測未知相電壓相對于基準相電壓的相配線的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在具有多相電力線(poly phase power line)的配電系統(tǒng)中檢測未知相電壓相對于基準相電壓的配線相(wiring phase)的方法和設備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代配電系統(tǒng)使用多相電力線來配送電力。多相電力線包括多條(典型為3條)導線(conductor)，每個導線傳送指定的相電壓。如眾所周知的那樣，多相電力線可以有或者可以沒有中性導線，如果中性導線存在，則其構(gòu)成多相電力線的附加導線。此外，除了典型的多相電力線的這些導線之外，還可以有或者可以沒有傳送地電勢的其它導線。
盡管多相電力線提供了針對例如采用旋轉(zhuǎn)磁場的電動機的某些類型的負載的優(yōu)勢，但是存在不連接到在給定多相電力線中可用的所有相的很多耗電設備。對于很多類型的負載來說，將該負載連接在所述相中的兩個之間(或者更典型地連接在可用相之一和中性導線之間)便足夠了。特別是在用于在家庭范圍內(nèi)向耗電設備提供電力的低壓網(wǎng)絡中，此配線方案被廣泛地普及。在歐洲，低壓配電網(wǎng)絡具有三個配線相，每個處于相對于中性的220伏至240伏的電壓，這三相被以120°的角度隔開。
特別是在家庭范圍內(nèi)，大多數(shù)電負載連接在三個配線相R、S、T之一和中性導線N之間，對于大多數(shù)類型的單相應用和負載來說，負載實際連接到的特定相R或S或T無關(guān)緊要，因此通常是未知的。必須注意，對于三相電力線的三個配線相來說，存在各種不同的命名習慣。這里使用的命名習慣R、S、T不應當導致一般性的任何喪失。
在一些情況下，期望檢測到給定負載所連接的配線相。例如，在為了遠程通信的目的而使用現(xiàn)有配電網(wǎng)絡的電力線通信系統(tǒng)中，發(fā)射器知道接收器所連接的配線相可能是非常理想的，因為可以預見與發(fā)射器和接收器通過配線相之間的電容性或電感性串擾、跨越不同的配線相而互相通信的情況相比，如果發(fā)射器和接收器連接到相同的配線相，則經(jīng)由電力線進行的發(fā)射器和接收器之間的通信更好。如果儀表通過電力線通信而與遠程計量系統(tǒng)中的其它節(jié)點通信，則對于在整體上優(yōu)化遠程計量系統(tǒng)的通信性能來說，在耗電建筑物(consumer premise)處的相應遠程儀表所連接的相的知識是有價值的信息。
在用于計量多個耗電設備消耗的電能的電計量系統(tǒng)中，存在檢測位于耗電建筑物之內(nèi)或之外的電表的配線相的其它充分原因。例如，單相或多相電表可能已經(jīng)通過將其接地端連接到用于向耗電設備供電的配線相而被重新配線。對于所述儀表的配線相是否已被反轉(zhuǎn)(invert)的檢測允許判斷該電表是否已被非法或無意地重新配線使得該儀表未正確地測量所消耗的能量。
從US 4626622可知，通過將未知相與多相網(wǎng)絡的已知基準相進行比較來識別多相網(wǎng)絡內(nèi)的未知的配線相。該系統(tǒng)包括在第一位置連接到基準相的第一裝置以及在遠程位置連接到未知相的第二裝置。第一和第二裝置各自包括用于在這兩個裝置之間建立電話連接的調(diào)制解調(diào)器。第一裝置包括用來產(chǎn)生代表基準相的交變電壓的相位的數(shù)字交變信號的電路。通過這兩個調(diào)制解調(diào)器和電話連接，將此代表信號從第一裝置傳送到第二裝置。第二裝置包括用于通過檢測基準相的交變電壓和未知相的交變電壓之間的相角來識別未知相的相檢測電路。盡管這個已知系統(tǒng)允許相對于基準位置處的基準相檢測遠程位置處的配線相，但它對于很多應用來說是不實用的，因為它假定在這兩個位置之間存在電話線。
IEC 61334-5-2規(guī)定了一種通過在基準相電壓中出現(xiàn)第一基準點(例如，過零點)時將短時間戳信號注入到多相網(wǎng)絡中而識別多相網(wǎng)絡內(nèi)的未知相的方法。多相網(wǎng)絡自身用來將該短信號傳遞到要識別未知相的位置。在未知相的位置處，從多相電力線提取所述短信號，并且測量在未知相電壓中出現(xiàn)所述短信號和基準點(例如，過零點)之間的時間間隔。因此，該時間間隔指示基準相和未知相之間的相角。這樣確定的相角允許識別未知配線相。
已知方法具有以下共同點，即從已知相的位置(這里也被稱為基準位置)將基準相同步信號傳送到未知相的位置(這里也被稱為遠程位置)。遠程位置將所接收的信號相位和它所連接的未知相進行比較，以便檢測其配線相。如果由于噪聲或其它干擾而破壞了相位信息，則正確的相檢測可能變得難以實現(xiàn)。連接到電力線的很多類型的電負載易于與它們所連接的相同步地生成噪聲或干擾。因而，在已知方法中，相同步噪聲信號可能與用于相檢測的短基準相同步信號干擾，使得可能阻礙基準相同步信號的檢測。對于基準位置和遠程位置之間的更長的距離來說，這可能變得更嚴重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于在電單相或多相配電系統(tǒng)中檢測未知相電壓相對于基準相電壓的配線相(wiring phase)的方法和系統(tǒng)，其不需要與基準相同步地傳送短時間戳信號。
根據(jù)在獨立權(quán)利要求中限定的本發(fā)明而實現(xiàn)了此目的。
在從屬權(quán)利要求中給出了本發(fā)明的有利實施例。
根據(jù)本發(fā)明實施例的、用于在具有單相或多相電力線的配電系統(tǒng)中檢測未知相電壓相對于基準相電壓的配線相的系統(tǒng)包括用于將信號從第一位置傳送到第二位置的電路，所述信號包括特征信號模式。提供用于在所述第一位置上確定在特征信號模式和所述第一位置處的第一相電壓中的基準點的出現(xiàn)之間的第一時間間隔的電路。此外，該系統(tǒng)包括用于在所述第二位置處檢測所述信號的特征信號模式以及確定在所述特征信號模式和所述第二位置處的第二相電壓中的基準點的出現(xiàn)之間的第二時間間隔的電路。該系統(tǒng)還包括用于從所述第一時間間隔和所述第二時間間隔確定第一和第二相電壓中的未知相電壓相對于第一和第二相電壓中用作基準相電壓的另一相電壓的配線相的電路。
可以將從其傳送所述信號的第一位置處的第一相電壓取為基準相電壓，而第二位置處的相電壓可以是要檢測其相對于第一相電壓的配線相的未知相電壓?？商鎿Q地，可以將接收所述信號的所述第二位置處的第二相電壓取為基準電壓，而所述第一位置處的第一相電壓是要檢測的未知相電壓。下面，將把具有基準相電壓的位置稱為基準位置，而將把檢測未知相電壓的位置稱為遠程位置。將認識到第一位置或第二位置可以是基準位置，相應地，第二位置或第一位置可以是遠程位置。
在基準位置是傳送所述信號的第一位置的配置(constellation)中，用于確定配線相的電路可位于所述基準位置。根據(jù)此實施例，所述系統(tǒng)有利地包括用于將指示所述第二時間間隔的信息從所述遠程位置傳送到所述基準位置的部件?？商鎿Q地，用于確定配線相的電路當然可以位于接收所述信號的所述遠程位置，并且，提供用于將指示所述第一時間間隔的信息從所述基準位置傳送到所述遠程位置的部件。在從基準位置傳送的信息中附加地包括在基準位置處作為基準相而使用的相的標識可以是有利的。即使在遠程位置處沒有在基準位置處使用哪個相作為基準相的先驗知識，這也允許遠程位置識別未知相。
在基準位置是第二位置的另一配置中，用于確定未知配線相的電路仍可位于基準位置。根據(jù)此實施例，所述系統(tǒng)有利地包括用于將指示所述第一時間間隔的信息從所述遠程位置傳送到所述基準位置的部件。可替換地，用于確定配線相的電路當然可以位于傳送所述信號的所述遠程位置，并且，提供用于將指示所述第二時間間隔的信息從所述基準位置傳送到所述遠程位置的部件。在從基準位置傳送的信息中附加地包括在基準位置處作為基準相而使用的相的標識可以是有利的。即使在遠程位置處沒有在基準位置處使用哪個相作為基準相的先驗知識，這也允許遠程位置識別未知相。
可以通過計算所述第二時間間隔和所述第一時間間隔之間的差而從所述第一時間間隔和所述第二時間間隔確定未知相電壓的配線相。隨后，例如，可使用這個差來查閱將各個差值與給定數(shù)目的可能的相角中的一個相關(guān)聯(lián)的表。
由于特征信號模式不需要用作與基準相中的基準點同步的時間戳，因此特征信號模式不需要較短。所傳送的信號中的特征信號模式甚至可具有與電力線上的交變電壓的周期一樣長或者比電力線上的交變電壓的周期更長的持續(xù)時間。這允許獲得具有高信號能量的特征信號模式，其可被更容易地與連接到電力線的負載所引起的噪聲和干擾區(qū)分開。有利地，可通過模擬或數(shù)字相關(guān)技術(shù)或使用匹配濾波器來檢測特征信號模式。特征信號模式可被糾錯編碼并且使用糾錯解碼技術(shù)來檢測。當然，其它檢測技術(shù)同樣適用于本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所傳送的信號不是用于相檢測的專用信號，而是用于沿電力線傳送其它信息。特征信號模式可以是在該信號中隨機出現(xiàn)的預定碼元序列或比特序列，或者特征信號模式可以是唯一碼字，例如多個傳送的比特或碼元的唯一序列，所述序列在信號中可以是連續(xù)的或非連續(xù)的，并且根據(jù)希望可以在信號的開頭或在信號中的任何其它位置提供所述序列。有利的是，可以使用糾錯編碼技術(shù)和/或?qū)⑻卣餍盘柲Ｊ降囊恍┎糠峙c所述信號傳送的信息的其它部分交織，以便保護特征信號模式不受電力線上的噪聲或其它干擾影響并且增大其檢測可靠性?？稍谛盘栔刑峁┰谔卣餍盘柲Ｊ街暗氖讟瞬糠?，以便例如便利特征信號模式檢測電路的碼元同步。所述首標部分也可以是將其它信息從基準位置傳送到遠程位置的信號部分。
優(yōu)選地，在第一位置和第二位置處均提供用于檢測特征信號部分的檢測電路。優(yōu)選地，兩個位置處的檢測電路相似或以相似的方式操作。這允許在兩個位置處檢測特征信號部分的出現(xiàn)時容易地實現(xiàn)同步，而不管檢測過程實際上耗費了多久。
包括特征信號部分的信號可以是具有預定碼元頻率的碼元(例如比特)的序列，并且分別用于確定第一時間間隔和第二時間間隔的電路可采用該碼元頻率來分別對在所檢測的特征信號模式與所述未知相電壓中的基準點以及所述基準相電壓中的基準點的出現(xiàn)之間的碼元數(shù)目進行計數(shù)?？商鎿Q地，可以以預定時鐘頻率來對自由運行計數(shù)器計時(clock)。在檢測到所述特征信號模式時計數(shù)器啟動，并且，在出現(xiàn)了所述基準點時，讀取由所述計數(shù)器所計的值。當然，可采用用于檢測特征信號部分和基準點之間的時間間隔的任何其它手段。
優(yōu)選地，傳送所述信號，使得特征信號模式不與在所述多相電力線的所述相電壓中重復出現(xiàn)的基準點中的任一個具有規(guī)律的定時關(guān)系。例如，在隨機或偽隨機定時上傳送特征信號模式。
優(yōu)選地，隨機地或在確定的定時、以及/或者在頻譜和/或利用不同的擴展碼調(diào)制的擴展頻譜的不同部分中重復地傳送多個所述特征信號模式，以實現(xiàn)特征信號模式的冗余傳送，并且，對于所述多個所傳送的特征信號模式中的每個，在所述第一位置處確定信號的特征信號模式和所述第一相電壓中的基準點的出現(xiàn)之間的第一時間間隔，并在所述第二位置處確定特征信號模式和所述第二相電壓中的基準點的出現(xiàn)之間的第二時間間隔，從而獲得多個第一時間間隔和相關(guān)聯(lián)的第二時間間隔。這允許例如通過從由此獲得的所述多個第一時間間隔和相關(guān)聯(lián)的第二時間間隔中選擇具有優(yōu)勢(majority)的配線相，來增加配線相檢測的可靠性。所述優(yōu)勢可以是M/(M+1)優(yōu)勢，其中，M為等于或大于2的整數(shù)，使得在檢測第一時間間隔和相關(guān)聯(lián)的第二時間間隔時的M個錯誤中的一個不會影響所檢測的配線相的正確性。
優(yōu)選地，為了降低特征信號模式的出現(xiàn)和電力線上的相位同步干擾之間的任何相關(guān)性，傳送所述信號，使得兩個連續(xù)的特征信號模式之間的時間間隔大于或小于所述多相電力線的交變電壓周期、并且不等于所述交變電壓周期的整數(shù)倍。
優(yōu)選地，未知相電壓和基準相電壓中的基準點分別是通過它們的電壓和/或斜率指定的各個相電壓的每個周期中的唯一點，例如具有指定符號的斜率的各個相電壓的過零點或指定極性的峰值電壓。第一時間間隔和所述第二時間間隔分別以跟隨在特征信號模式之后的第N基準點結(jié)束，N為等于或最好大于1的預定正整數(shù)。N的特別合適的值為1或2。
優(yōu)選地，所述信號為在各個相和中性導線之間或在所述相中的兩個之間，在所述第一位置處注入到多相電力線(L)的至少一個相或者最好為所有相的頻移鍵控(FSK)調(diào)制信號?？商鎿Q地，可通過無線電通信信道或電話網(wǎng)絡來傳送所述信號。有利地，可將所述信號實現(xiàn)為雙音多頻(DTMF)信號，以增大其對諧波噪聲的抗擾性。


下面，將通過參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應注意，下面的描述僅用于說明可以如何實施本發(fā)明的例子的目的。不應以任何方式將所述實施例理解為限制本發(fā)明的范圍。
圖1示出本發(fā)明實施例的基本概要；圖2a示出用來圖解圖1示出的實施例的基本操作原理的時序圖；圖2b示出在圖1示出的實施例中使用的信號的例子；圖3示出用于執(zhí)行相檢測操作的電力線通信系統(tǒng)中的網(wǎng)絡節(jié)點的實施例的框圖；圖4a示出用來圖解圖3示出的特征信號模式檢測器2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖；圖4b示出用來圖解信號模式檢測器電路的操作的時序圖；以及圖5示出用來圖解圖3示出的電路的相檢測操作的時序圖。
具體實施例方式
圖1示出了本發(fā)明實施例的基本概要。在圖1中，L表示三相電力線。電力線L包括三條導線R、S和T，每條傳送相對于電力線L的中性導線N的指定相電壓。電力線L還可包括未在圖1的圖中示出的接地導線。在這三條導線R、S和T上分別傳送的相電壓可以是如在歐洲在家庭范圍內(nèi)頻繁使用的220伏至240伏、或者在美國常用的110伏。然而，必須注意，本發(fā)明可同等地應用于傳送例如20千伏的中壓配電網(wǎng)絡或者甚至以380千伏或甚至更高的電壓電平而遠距離傳送電力的高壓配電網(wǎng)絡中的電力線L。如在三相配電網(wǎng)絡中公知的，在三相R、S和T上傳送的電壓以120°的相角而彼此不同。
圖1中的附圖標記100表示連接到電力線L的三相配線R、S和T中的每一條以及電力線L的中性導線N的第一位置處的裝置。在此實施例中，將第一位置取為基準位置，其中使用R作為基準相。當然，可將三相中的任一個取為基準相?；鶞饰恢锰幍难b置100可以是使用電力線作為物理信息傳送介質(zhì)的電力線通信網(wǎng)絡中的通信節(jié)點。例如，裝置100可被布置為接近用于將配電網(wǎng)絡的20千伏的中壓變換為220至240伏的低壓的二級變電站變壓器，或者被布置在沿電力線L的任何其它位置上，其中三相R、S和T中的一個可用于選擇作為基準相。在變電站變壓器處，三相R、S和T的命名只是定義的問題。只要觀察到這三相的輸出(outlet)處的電壓的相位順序，便可將這三相中的任一個命名為R。隨后，將傳送具有相電壓R之后的120°相角的電壓的配線相命名為S，并且將在電壓R之后240°的相電壓命名為T。當然，可以替換使用用來區(qū)分這三相的任何其它命名習慣。在圖1的實施例中，裝置100連接到三相R、S和T中的每個，以便能夠?qū)㈦娏€通信信號注入到這三相中的每一個以通過電力線L傳送，使得可在遠程位置處，在三相R、S和T中的任一個上接收到電力線通信信號。然而，僅將電力線通信信號注入到這三相中的一個、并在從這三相中的另一個接收電力線通信信號時采用這三相之間的電感性和電容性交叉耦合(cross coupling)便足夠了。
附圖標記200表示第二位置處的其它裝置，其可以是電力線L上的電力線通信網(wǎng)絡中的其它節(jié)點。在此實施例中，第二位置是配線相未知的遠程位置。裝置200可包括負載，或者可以是用于測量耗電設備的電力消耗的遠程儀表、專用于相檢測的測試裝置、或任何其它合適的裝置。它在遠離基準位置的位置處連接到電力線L。在所示出的實施例中，裝置200連接在電力線L的所述相之一和中性導線N之間。在裝置200的遠程位置處，當僅查看電力線L的相導線時，不能得到裝置200連接到二級變電站處的三個輸出R、S和T中的哪一個的信息。這在圖1中通過圓圈X而示意性地繪出。此圓圈表示在很多情況下，不能容易地跟蹤三相R、S和T如何確切地沿著從裝置100的基準位置到裝置200的遠程位置的路線而配線。例如，電力線L的部分X可能被掩埋或以任何其它方式而不能接近，或者它可能只是太長以至于不能跟蹤三相R、S和T的確切配線。
為了查明遠程位置處的裝置200的配線相，換句話說，為了檢測遠程位置處的裝置200連接到三相R、S和T中的哪個，所述兩個裝置100和200以圖2a中示出的方式互相通信。
在圖2a中，R、S和T分別表示三相電壓，其中相電壓S在R之后120°，而相電壓T在S之后120°，R+、S+和T+表示具有正斜率的各個相電壓R、S和T的過零點。R-、S-和T-表示具有負斜率的各個相電壓R、S和T中的過零點。
圖2a中的C1表示圖1的裝置100注入到電力線L的三條導線R、S和T中的至少一個的信號。圖1示出了將信號C1注入到電力線的所有相導線的實施例。然而，由于沿著電力線的相導線R、S和T之間的交叉耦合效應，僅將信號C1注入到一條相導線可能就足夠了。將信號C1以試錯(trial and error)的方式逐一依次注入到三條相導線中的每一條、并將所注入的信號功率集中在相應的導線上以由此沿著電力線擴展信號C1的范圍也可以是有利的。信號C1可以是用于在電力線通信網(wǎng)絡上傳送任何種類的信息的任何通信信號。信號C1可以是并非具體專用于遠程位置處的裝置200的配線相的檢測的通信信號。信號C1包括在圖2a中被表示為DEL的特征信號模式。在可以但不需要與三相R、S和T的過零點中的任一個同步的定時，裝置100將信號C1注入到電力線中。信號C1可在與電力線L上的50Hz周期不相關(guān)的任何時刻開始，并且，例如可通過在兩個裝置100和200之間或在裝置100和連接到電力線L的任何其它裝置之間的通信需要來確定信號C1。
在圖2a中，T2表示在信號C1中的特征信號模式DEL與遠程位置處的裝置200所連接的未知配線相中的具有正斜率的第N過零點的隨后出現(xiàn)之間的時間間隔。已將N選擇為2，以避免時間間隔T2變得非常短，盡管包括N＝1的N的其它值也當然是有可能的。在圖1示出的例子中，為了說明的目的而指出遠程位置處的裝置200連接到相S。如圖2a所示，時間間隔T2在由基準位置處的裝置100沿電力線L傳送到遠程位置的特征信號模式DEL之后的第二過零點S+處結(jié)束。遠程位置處的裝置200檢測此時間間隔T2。
圖2a中的T1表示在信號C1中的特征信號模式DEL的出現(xiàn)與基準相的具有正斜率的第N過零點之間的時間間隔。在所示出的例子中，已將R選擇為基準相。與針對測量時間間隔T2的裝置200而已經(jīng)描述的內(nèi)容相似，基準位置處的裝置100測量時間間隔T1。
時間間隔T3表示時間間隔T1和時間間隔T2之間的差。此差指示相對于所示出的例子中的基準相R的未知相(在該例子中為S)。一旦可得到信息T3，便可識別未知相。為了獲得時間差T3，在此實施例中，裝置200將關(guān)于由裝置200檢測的持續(xù)時間T2的信息傳送到基準位置處的裝置100，使得裝置100可獲得差T2-T1，并由此識別遠程位置處的未知相S。根據(jù)替換實施例，基準位置處的裝置100將關(guān)于時間間隔T1的持續(xù)時間的信息傳送到遠程位置處的裝置200，并且隨后裝置200從T2和T1之間的差獲得T3，以便識別其相對于基準相R的配線相。這些替換實施例中的哪個是優(yōu)選的取決于在遠程位置處還是在基準位置處需要相檢測信息。
可以以任何適當?shù)姆绞綄⒎謩e關(guān)于各個時間間隔T2和T1的持續(xù)時間的信息從一個位置傳送到另一位置。例如，可以使用電力線作為傳送介質(zhì)，作為網(wǎng)絡通信消息而以數(shù)字編碼的格式傳送此信息。在將此信息從一個位置傳送到另一位置時，不必遵守特定的定時約束。一旦傳送了該信息從而可在同一位置處得到持續(xù)時間T1和T2，便可計算差T3，并且可檢測未知相配線。
圖2b示出了由基準位置處的裝置100傳送的信號C1的結(jié)構(gòu)的例子。根據(jù)圖2b中示出的例子，如眾所周知的那樣，信號C1是例如通過對適合于電力線通信的載波進行頻率調(diào)制(FSK)而傳送的數(shù)字網(wǎng)絡通信信號。信號C1在電力線上延續(xù)一個或多個AC周期，并且包括前同步碼PRB，在所述前同步碼PRB之后是用來將信號C1的后續(xù)信息部分與前同步碼部分定界的起始幀定界符DEL。此起始幀定界符是信號C1中的特征信號模式，其可用于確定參照圖2a描述的時間間隔T1和T2。可以以任何適當?shù)姆绞?，例如根?jù)適當?shù)碾娏€通信網(wǎng)絡協(xié)議，來構(gòu)造跟隨在起始幀定界符DEL之后的信息部分。在所示出的例子中，LT表示信號C1的幀長度，其后跟隨有MAC地址IND、控制字段CTL、用于信號C1在電力線通信網(wǎng)絡中的冗余傳送的重復參數(shù)PR，其后跟隨有實際信息字段，例如MAC服務數(shù)據(jù)單元，隨后，所述實際信息字段之后跟隨有CRC校驗字段以及結(jié)束幀定界符EFD。可在信號C1內(nèi)的適當位置上，例如在信息字段INF或?qū)Ｓ米侄?未示出)中包括關(guān)于由傳送該信號的裝置檢測到的時間間隔T1的信息，所述位置在信號C1中到來得足夠晚，以便時間間隔T1能夠結(jié)束從而可以獲得。例如，它可位于PR字段之前或在PR字段和INF字段之間。然而，必須注意，圖2b示出的信號格式是從可在電力線通信網(wǎng)絡中使用的大量不同信號格式和協(xié)議中取的一個例子。可使用諸如起始幀定界符DEL或結(jié)束幀定界符EFD的任何特征信號模式來測量圖2a示出的時間間隔T1和T2。當然，代替使用幀定界符，可以將專用特征信號模式包括在例如信息字段INF或控制字段CTL中或者在信號幀C1內(nèi)的任何其它位置上。特征信號模式可以是信號C1中的唯一碼字或比特序列。此外，特征信號模式可在進行或不進行糾錯編碼的情況下出現(xiàn)在所述信號中。如果特征信號模式以糾錯編碼的形式出現(xiàn)在信號C1中，則可進一步增大特征信號模式的檢測的可靠性。
圖3示出了在基準位置處的用于傳送信號C1的圖1示出的裝置100中的組件的框圖。優(yōu)選地，在遠程位置處的裝置200中也提供類似的組件，以便檢測特征信號模式并且測量時間間隔T1。
在圖3中，附圖標記1表示數(shù)字通信電路，其包括執(zhí)行用于在電力線通信網(wǎng)絡中傳送、接收、生成和處理網(wǎng)絡消息的程序的微處理器。這種通信電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對于所示出的實施例來說并不重要。它們?nèi)Q于電力線通信網(wǎng)絡的各自的目的以及功能，并且同樣是眾所周知的。該數(shù)字通信電路具有諸如微處理器的輸出端口的部件，用于生成包括特征信號模式的信號C1以便通過電力線L傳送。如將在下面參照圖4a而更詳細地說明的那樣，2表示用于檢測信號C1中的特征信號模式的出現(xiàn)的電路。C2表示特征信號模式檢測器1的輸出信號，其中信號C2指示信號C1中的特征信號模式的出現(xiàn)。附圖標記3表示收發(fā)器電路，其具有發(fā)射器放大器32和接收器電路31，所述發(fā)射器放大器32和接收器電路31經(jīng)由耦合電容器4、或者用于在不阻斷電力線和收發(fā)器電路3之間的通信信號的傳送的情況下將收發(fā)器電路3與電力線隔離開的任何其它適當部件而連接到電力線。發(fā)射器放大器32從通信電路1取得數(shù)字信號C1，并將此信號調(diào)制在適當?shù)妮d波上以便傳送。接收器31通過適當?shù)臑V波器部件接收電力線通信信號，執(zhí)行適當?shù)慕庹{(diào)操作，并將數(shù)據(jù)信號提供給通信電路1以進行進一步處理。在基準位置處的裝置100中，如上所述，收發(fā)器3最好連接到三條導線R、S和T中的至少一條，以便使得能夠在這三相上獲得電路100所傳送的電力線通信信號。20表示過零點檢測器，其連接到基準相R。可通過將輸入相信號與0`相比較以便與其輸入上的相信號同步地輸出矩形信號的比較器來簡單地實現(xiàn)此檢測器。
附圖標記5表示可預設的計數(shù)器，其根據(jù)計數(shù)器5的輸入CK1上的時鐘信號而執(zhí)行倒計數(shù)操作。PST表示用來對用于倒計數(shù)的計數(shù)器5的起始值進行編程的倒計數(shù)器5的輸入。根據(jù)計數(shù)器5的輸入PE上的預設使能信號，將存在于預設輸入PST上的采用二進制表示的起始值加載到計數(shù)器中。20和21表示計數(shù)器5的輸出的兩個最低有效位。附圖標記6表示執(zhí)行施加到計數(shù)器6的輸入CK2的時鐘脈沖的計數(shù)操作的另一計數(shù)器。BT1表示作為時間間隔T1的持續(xù)時間的二進制表示的計數(shù)器6的輸出。附圖標記7和9表示與(AND)門，而附圖標記8表示或(OR)門。與門7的第一輸入從過零點檢測器20接收信號ZC。與門7的另一輸入連接到或門8的輸出以接收信號C3。與門7的輸出與計數(shù)器5的時鐘輸入CK1連接?；蜷T8的兩個輸入與計數(shù)器5的輸出的兩個最低有效位20和21連接。與門9接收由通信電路1中的時鐘恢復電路(未示出)以同樣眾所周知的傳統(tǒng)方式而從信號C1生成的位時鐘信號BCK。與門9的另一輸入接收或門8的輸出信號C3。與門9的輸出與計數(shù)器6的時鐘輸入連接。BT2表示有關(guān)由裝置200檢測的時間間隔T2的持續(xù)時間的信息。在此實施例中，通過接收器31，經(jīng)由電力線通信網(wǎng)絡而從遠程位置處的裝置200接收此信息。
在未在圖3中示出的電路中適當?shù)靥幚硇畔T1和BT2，以便將此信息映射到相對于基準相的相位值上，所述相位值指示裝置200所連接的未知相，或者將此信息直接映射到三相R、S和T之一?？梢砸愿鞣N不同方式來實施此操作。優(yōu)選地，計算BT1和BT2之間的差，并根據(jù)BT1和BT2之間的差，使用查找表來查找配線相。在所示出的實施例中，已將位時鐘頻率選擇為每20ms AC周期48位。那么，查找表包含以下條目

在此表中，條目1、3和5表示遠程裝置200連接到電力線的三個配線相之一。條目2、4和6表示遠程單元200的反轉(zhuǎn)配線相，其中，遠程裝置200的相端子已連接到中性導線，而遠程裝置200的中性端子已連接到電力線的配線相之一。用于執(zhí)行此查找表操作以便將BT1-BT2映射到條目號1至6之一的處理電路可被包括在通信電路1中。當然可以采用用于獲得裝置200的未知配線相的其它實現(xiàn)方式。
圖4a示出了特征信號模式檢測器2的實施例。在圖4a中，在所示出的例子中，附圖標記19表示具有8個抽頭的移位寄存器。當然，根據(jù)形成要檢測的特征信號模式的位的數(shù)目，例如12個抽頭的其它數(shù)目的抽頭也同樣適合。根據(jù)位時鐘BCK，如由箭頭指示的那樣，數(shù)據(jù)在移位寄存器19中從圖4a的頂部移動到底部。移位寄存器19在8個抽頭位置上保持在信號C1中傳送的8個最近的位的歷史，在所示出的最上面的位置上保持當前位。在圖4a中，為了說明的目的，示出了移位寄存器19的特定狀態(tài)。在所示出的狀態(tài)中，最老的位以及當前位為“0”，而中間的6位為“1”。此位模式是也可被用作特征信號模式的在信號C1中使用的起始幀定界符DEL。因而，為了說明的目的，圖4a示出了檢測特征信號模式的狀態(tài)。當然，此狀態(tài)將隨著下一位時鐘脈沖BCK而改變。附圖標記10至17表示異或(EXOR)門，每個具有兩個輸入。EXOR門10至17中的每一個的兩個輸入之一與移位寄存器19的8個輸出抽頭中相關(guān)聯(lián)的一個連接。將其輸入之一連接到保存當前位的移位寄存器的最上面的抽頭的EXOR門10將其另一輸入連接到具有邏輯電平“1”的信號。這同樣適用于EXOR門17，所述EXOR門17將其輸入之一連接到移位寄存器19中保存8位中的最老的一位的抽頭。不與移位寄存器連接的其它EXOR門11至16的輸入連接到具有邏輯電平“0”的信號。這樣，特征信號模式檢測器2已被編程為能夠檢測特定的預定特征信號模式01111110。EXOR門10至17的輸出連接到與門18的相應輸入。與門18的輸出具有附圖標記C2。此輸出指示信號C1中的特征信號模式的出現(xiàn)。當然，特征信號模式01111110只是一個例子。關(guān)于特征信號模式的長度和關(guān)于其位序列二者的特征信號模式的其它實現(xiàn)方式當然是有可能的。
在操作中，圖4a中示出的特征信號模式檢測器通過移位寄存器19而連續(xù)地移動信號C1的輸入位的序列。EXOR門10至17的鏈對于存儲在移位寄存器19中的位模式檢查此位模式是否與存在于EXOR門10至17的相應另一輸入上的位模式的反轉(zhuǎn)形式(inverse)匹配。僅在給出完全匹配時，所有EXOR門10至17的輸入對才具有不同的邏輯電平，并且EXOR門10至17的所有輸出相應地具有邏輯信號電平“1”，使得與門18的輸出C2取邏輯“1”值。圖4b示出了用來圖解信號C1、位時鐘BCK和圖4a的特征信號模式檢測器的輸出信號C2的時序圖。
圖5示出了用來圖解圖3示出的電路的操作的時序圖。如圖5所示，在電路2檢測到信號C1中的特征信號模式的出現(xiàn)時，在信號C2中出現(xiàn)脈沖。此脈沖C2出現(xiàn)在計數(shù)器5的預設使能輸入上，并將計數(shù)器預設為值N，所述值N定義特征信號模式的出現(xiàn)和時間間隔T1的結(jié)束之間的基準點的數(shù)目。此基準點的數(shù)目N可以是1或大于1，例如N＝2，以便確保即使特征信號模式出現(xiàn)在圖3中的電路所檢測的基準點附近，圖3中的電路所測量的時間間隔T1也具有某個長度。
圖5中的信號ZC是過零點檢測器的輸出信號，其指示基準相R中的過零點的出現(xiàn)。只要倒計數(shù)器5在依靠信號C2的脈沖而被預設之后尚未到達值0，圖3的電路中的或門8便將信號C3保持在邏輯“1”電平。由于圖3示出的實施例使用值N＝2，所以簡單的或門足以生成取邏輯1電平的這一信號C3，所述邏輯1電平以特征信號模式的出現(xiàn)開始，并且以倒計數(shù)器5到達0結(jié)束。只要C3處于邏輯1電平，來自過零點檢測器20的脈沖便通過與門7而出現(xiàn)在倒計數(shù)器5的時鐘輸入CK1上。圖5示出的兩個輸出信號20和21指示響應于在預設的使能輸入PE上的信號C2而在倒計數(shù)器5的輸出上發(fā)生了什么。只要信號C3處于邏輯1電平，與門9就在其輸出上提供來自位時鐘恢復電路的選通(gated)的位時鐘BCK，其使計數(shù)器6執(zhí)行計數(shù)操作，使得計數(shù)器6執(zhí)行在特征信號模式的出現(xiàn)和基準相電壓中的第二基準點的隨后出現(xiàn)之間的時間間隔T1的測量。如圖5所示，在測量時間間隔T1的持續(xù)時間的操作期間，兩個時鐘邊沿出現(xiàn)在倒計數(shù)器5的時鐘輸入CK1上。由于響應于第二時鐘邊沿而進行的輸出20中的從“1”到“0”的轉(zhuǎn)變使信號C3取邏輯0電平、使得與門7的輸出也轉(zhuǎn)到邏輯“0”這一事實，在第二時鐘邊沿之后的信號CK1中的邏輯1狀態(tài)的持續(xù)時間非常短。
在圖1示出的裝置100中，提供了參照圖3、4a、4b、5描述的電路及其操作。在圖1的裝置200中提供了類似的電路，其中如所示出的那樣，過零點檢測器20的輸入連接到未知相而不是基準相R。裝置200中的計數(shù)器6所計的時間間隔為T2。裝置200與圖3示出的裝置100中的電路不同之處還在于將計數(shù)器6獲得的關(guān)于時間間隔T2的持續(xù)時間的信息提供給通信節(jié)點1，以便以顯式消息的形式傳送到裝置100。不需要在裝置200中提供用于計算T1和T2之間的差的部件。針對裝置200而進行的圖3所示的電路的這些改變是從對實施例的結(jié)構(gòu)和功能的以上描述直接看出的微小修改。
第一位置和第二位置可以是電力線通信系統(tǒng)(例如用于遠程計量電力消耗的電力線通信系統(tǒng))中的節(jié)點。這樣的系統(tǒng)可包括多個遠程電表、以及充當與所述多個遠程電表通信的控制者(master)的集中器(concentrator)。當遠程儀表從集中器接收到信號C1時，它對從特征信號模式到它所連接的相電壓的下一(或者更一般地，第N)過零點有多少位進行計數(shù)。該儀表向集中器返回應答消息，所述集中器傳送此消息。隨后，集中器可確定所述遠程儀表所計并且傳遞的位數(shù)和集中器所計的從特征信號模式到下一(或第N)過零點的位數(shù)之間的差，以查明所述遠程儀表連接到哪一相。如果所述遠程儀表在來自集中器的消息中接收到關(guān)于集中器所計的位數(shù)的信息，則該儀表可根據(jù)此數(shù)目以及它所計的位數(shù)而確定其配線相。該儀表可將結(jié)果(例如，上面的表中的編號1至6之一)傳遞到集中器，以向其通知所述遠程儀表檢測的該遠程儀表的配線相。
必須注意，可以各種方式修改所述實施例。例如，已將特征信號模式檢測電路2示出為執(zhí)行預編程的位模式和移位寄存器19中的位序列之間的匹配操作。然而，可能有利的是，使用用于保護特征位模式的糾錯碼，并且將評估移位寄存器19的內(nèi)容的電路實施為用于將糾錯編碼的特征信號模式解碼的解碼器，以便增大特征信號模式檢測器電路2的抗噪性。適當?shù)募m錯編碼技術(shù)同樣是眾所周知的，并且，對關(guān)于糾錯碼及其應用的任何教科書作出引用。此外，必須注意，圖3示出的分別用于測量信號C1中的特征信號模式的出現(xiàn)與基準相和未知相中的第N基準點的出現(xiàn)之間的時間間隔的電路是可用來執(zhí)行此時間間隔測量的大量不同電路中的一個例子。盡管圖3示出的實施例使用信號C1中的位時鐘來分別測量時間間隔T1和T2，但是作為替代，可以使用自由運行時鐘信號生成器來生成計數(shù)器6所計數(shù)的時鐘信號。
權(quán)利要求
1.一種用于在具有單相或多相電力線(L)的配電系統(tǒng)中檢測未知(x)相電壓(S)相對于基準相電壓(R)的配線相(R；S；T)的系統(tǒng)，包括-用于將信號(C1)從第一位置(100)傳送到第二位置(200)的電路(1、3、32)，所述信號包括特征信號模式(DEL)；-用于在所述第一位置(100)處確定特征信號模式(DEL)和所述第一位置(100)處的相電壓(R)中的基準點(R+)的出現(xiàn)之間的第一時間間隔(T1)的電路(2、5至9)；-用于在所述第二位置處檢測所述信號(C1)的特征信號模式、并且用于確定所述特征信號模式(DEL)和所述第二位置(200)處的第二相電壓中的基準點(S+)的出現(xiàn)之間的第二時間間隔(T2)的電路(2、5至9)；以及-用于從所述第一(T1)和所述第二(T2)時間間隔確定第一和第二相電壓中未知的相電壓相對于第一和第二相電壓中充當基準相電壓的另一相電壓的配線相(S)的電路(1)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，-其中，所述用于確定配線相(S)的電路(1)位于所述第一位置(100)；該系統(tǒng)包括-用于將指示所述第二時間間隔(T1)的信息從所述第二位置(200)傳送到所述基準位置(100)的部件(7、16)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述用于確定配線相的電路位于所述第二位置(200)；并且-所述系統(tǒng)包括用于將指示所述第一時間間隔(T2)的信息從所述第一位置傳送到所述第二位置的部件。
4.如前述權(quán)利要求中的任一個所述的系統(tǒng)，其中，所述用于從所述第一和所述第二時間間隔(T1、T2)確定未知相電壓的配線相的電路(1)包括用于計算所述第二時間間隔和所述第一時間間隔之間的差的部件、以及用于基于所述差而確定所述配線相的部件。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一個所述的系統(tǒng)，其中-所述特征信號模式(DEL)包括唯一的碼字。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述信號(C1)包括在特征信號模式之前的首標部分(PRB)。
7.如權(quán)利要求1至4中的任一個所述的系統(tǒng)，其中-要檢測的所述特征信號模式是所述信號的開頭。
8.如前述權(quán)利要求中的任一個所述的系統(tǒng)，其中-所述信號(C1)是具有預定碼元頻率的碼元序列；以及-所述分別用于確定第一時間間隔(T1)和第二時間間隔(T2)的電路包括計數(shù)器(6)，用于分別對在所述特征信號模式與所述未知相電壓(S)中的所述基準點(S+)和所述基準相電壓(R)中的所述基準點(R+)的出現(xiàn)之間的所述碼元的數(shù)目進行計數(shù)。
9.如權(quán)利要求1至7中的任一個所述的系統(tǒng)，其中-所述用于檢測所述第一時間間隔(T1)的電路包括在預定時鐘頻率上的自由運行計數(shù)器；用于在檢測到所述特征信號模式(DEL)時啟動自由運行計數(shù)器的部件；以及用于在出現(xiàn)了所述基準點時讀取所述計數(shù)器所計的值的部件。
10.如前述權(quán)利要求中的任一個所述的系統(tǒng)，其中-所述用于傳送信號的電路(1、3、32)被適配為傳送所述信號，使得特征信號模式與在所述多相電力線的所述相電壓中重復出現(xiàn)的基準點中的任何一個都不一致。
11.如前述權(quán)利要求中的任一個所述的系統(tǒng)，其中，所述用于傳送信號的電路被適配為傳送所述信號，使得特征信號模式具有隨機或偽隨機定時。
12.如前述權(quán)利要求中的任一個所述的系統(tǒng)，包括部件(1)，用于-在不同的定時以及/或者在頻譜和/或利用不同擴展碼調(diào)制的擴展頻譜的不同部分中傳送多個所述特征信號模式(DEL)；以及-對于所述多個所傳送的信號模式中的每一個--在所述第二位置(200)處確定所述信號的特征信號模式和所述第二相電壓中的基準點(S+)的出現(xiàn)之間的第一時間間隔(T2)；--在所述第一位置(100)處確定特征信號模式(DEL)和所述第一相電壓(R)中的基準點(R+)的出現(xiàn)之間的第一時間間隔(T1)；--使得獲得多個第一時間間隔(T1)和相關(guān)聯(lián)的第二時間間隔(T2)；-所述用于確定配線相的電路(1)被適配為從所述多個第一和第二時間間隔(T1、T2)確定配線相。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述用于從所述多個第一和第二時間間隔確定配線相的電路(1)包括-用于計算每個第一時間間隔和其相關(guān)聯(lián)的第二時間間隔之間的差的部件；-用于從由此獲得的每個差確定初步配線相的部件；以及-用于在由此確定的所述初步配線相中選擇具有優(yōu)勢的配線相的部件。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述優(yōu)勢為M/(M+1)優(yōu)勢，M為等于或大于2的整數(shù)。
15.如權(quán)利要求12至14中的任一個所述的系統(tǒng)，其中，連續(xù)地傳送所述信號，使得在兩個連續(xù)的特征信號模式(DEL)之間的時間間隔大于或小于所述多相電力線的交變電壓周期，并且不等于所述交變電壓周期的整數(shù)倍。
16.如前述權(quán)利要求中的任一個所述的系統(tǒng)，其中，所述基準點(R+；S+)是通過它們的電壓和/或斜率指定的相應相電壓的每個周期中的唯一點。
17.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述基準點是具有指定符號的斜率的各個相電壓的過零點。
18.如權(quán)利要求16或17所述的系統(tǒng)，其中，所述第一時間間隔(T1)和所述第二時間間隔(T2)分別以在特征信號模式之后的第N基準點結(jié)束，N是等于或大于1的預定正整數(shù)。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，N＝2。
20.如前述權(quán)利要求中的任一個所述的系統(tǒng)，其中，所述用于傳送信號的電路包括用于將所述信號注入到所述多相電力線(L)的至少一相的部件(4)。
21.如權(quán)利要求1至19中的任一個所述的系統(tǒng)，其中，所述用于傳送信號(C1)的電路包括用于通過無線電通信信道傳送該信號的發(fā)射器電路。
22.如權(quán)利要求1至19中的任一個所述的系統(tǒng)，其中，通過電話網(wǎng)絡傳送所述信號。
23.如前述權(quán)利要求中的任一個所述的系統(tǒng)，其中，所述信號為雙音多頻(DTMF)信號。
24.一種用于在具有單相或多相電力線的配電系統(tǒng)中確定未知相電壓相對于基準相電壓的配線相的方法，包括以下步驟-將信號(C1)從第一位置(100)傳送到第二位置(200)，所述信號包括特征信號模式(DEL)；-在所述第一位置(100)處確定在所述特征信號模式(C1)和第一相電壓(R)中的基準點(R+)的出現(xiàn)之間的第一時間間隔(T1)；-在所述第二位置(200)處檢測特征信號模式，并且確定在特征信號模式(C1)和第二相電壓(S)中的基準點(S+)的出現(xiàn)之間的第二時間間隔(T2)；-從所述第一(T1)和所述第二(T2)時間間隔確定第一和第二相電壓中的未知相電壓相對于第一和第二相電壓中充當基準相電壓的另一相電壓的配線相(S)。
全文摘要
一種用于在具有單相或多相電力線(L)的配電系統(tǒng)中檢測遠程位置(200)處的未知相電壓相對于基準位置(100)處的基準相電壓(R)的配線相的系統(tǒng)，包括用于將信號(C1)從基準位置(100)傳送到所述遠程位置(200)的電路(1、3、32)，所述信號包括特征信號模式(DEL)。此外，提供了用于在所述遠程位置處檢測信號(C1)的特征信號模式(DEL)、并用于確定特征信號模式和未知相電壓中的基準點(S+)的出現(xiàn)之間的第一時間間隔(T1)的電路。提供了用于在所述基準位置(100)處確定特征信號模式和基準相電壓(R)中的基準點(R+)的出現(xiàn)之間的第二時間間隔(T2)的電路(2、5至9)。該系統(tǒng)根據(jù)第一時間間隔T1和第二時間間隔T2確定未知相電壓的配線相(S)。
文檔編號G01R29/18GK101048669SQ200480044205
公開日2007年10月3日 申請日期2004年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月16日
發(fā)明者法比奧·韋羅妮, 保羅·朱比尼 申請人:埃內(nèi)爾迪斯特里布齊恩公司