CN101048669B - 检测未知相电压相对于基准相电压的相配线的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于在具有单相或多相电力线(L)的配电系统中检测远程位置(200)处的未知相电压相对于基准位置(100)处的基准相电压(R)的配线相的系统，包括：用于将信号(C1)从基准位置(100)传送到所述远程位置(200)的电路(1、3、32)，所述信号包括特征信号模式(DEL)。此外，提供了用于在所述远程位置处检测信号(C1)的特征信号模式(DEL)、并用于确定特征信号模式和未知相电压中的基准点(S+)的出现之间的第一时间间隔(T1)的电路。提供了用于在所述基准位置(100)处确定特征信号模式和基准相电压(R)中的基准点(R+)的出现之间的第二时间间隔(T2)的电路(2、5至9)。该系统根据第一时间间隔T1和第二时间间隔T2确定未知相电压的配线相(S)。

Description

检测未知相电压相对于基准相电压的相配线的方法和系统 
技术领域
本发明涉及一种用于在具有多相电力线(poly phase power line)的配电系统中检测未知相电压相对于基准相电压的配线相(wiring phase)的方法和设备。 
背景技术
现代配电系统使用多相电力线来配送电力。多相电力线包括多条(典型为3条)导线(conductor)，每个导线传送指定的相电压。如众所周知的那样，多相电力线可以有或者可以没有中性导线，如果中性导线存在，则其构成多相电力线的附加导线。此外，除了典型的多相电力线的这些导线之外，还可以有或者可以没有传送地电势的其它导线。 
尽管多相电力线提供了针对例如采用旋转磁场的电动机的某些类型的负载的优势，但是存在不连接到在给定多相电力线中可用的所有相的很多耗电设备。对于很多类型的负载来说，将该负载连接在所述相中的两个之间(或者更典型地连接在可用相之一和中性导线之间)便足够了。特别是在用于在家庭范围内向耗电设备提供电力的低压网络中，此配线方案被广泛地普及。在欧洲，低压配电网络具有三个配线相，每个处于相对于中性的220伏至240伏的电压，这三相被以120°的角度隔开。 
特别是在家庭范围内，大多数电负载连接在三个配线相R、S、T之一和中性导线N之间，对于大多数类型的单相应用和负载来说，负载实际连接到的特定相R或S或T无关紧要，因此通常是未知的。必须注意，对于三相电力线的三个配线相来说，存在各种不同的命名习惯。这里使用的命名习惯R、S、T不应当导致一般性的任何丧失。 
在一些情况下，期望检测到给定负载所连接的配线相。例如，在为了远程通信的目的而使用现有配电网络的电力线通信系统中，发射器知道接收器所连接的配线相可能是非常理想的，因为可以预见：与发射器和接收器通过配线相之间的电容性或电感性串扰、跨越不同的配线相而互相通信的情况相 比，如果发射器和接收器连接到相同的配线相，则经由电力线进行的发射器和接收器之间的通信更好。如果仪表通过电力线通信而与远程计量系统中的其它节点通信，则对于在整体上优化远程计量系统的通信性能来说，在耗电建筑物(consumer premise)处的相应远程仪表所连接的相的知识是有价值的信息。 
在用于计量多个耗电设备消耗的电能的电计量系统中，存在检测位于耗电建筑物之内或之外的电表的配线相的其它充分原因。例如，单相或多相电表可能已经通过将其接地端连接到用于向耗电设备供电的配线相而被重新配线。对于所述仪表的配线相是否已被反转(invert)的检测允许判断该电表是否已被非法或无意地重新配线使得该仪表未正确地测量所消耗的能量。 
从US 4626622可知，通过将未知相与多相网络的已知基准相进行比较来识别多相网络内的未知的配线相。该系统包括在第一位置连接到基准相的第一装置以及在远程位置连接到未知相的第二装置。第一和第二装置各自包括用于在这两个装置之间建立电话连接的调制解调器。第一装置包括用来产生代表基准相的交变电压的相位的数字交变信号的电路。通过这两个调制解调器和电话连接，将此代表信号从第一装置传送到第二装置。第二装置包括用于通过检测基准相的交变电压和未知相的交变电压之间的相角来识别未知相的相检测电路。尽管这个已知系统允许相对于基准位置处的基准相检测远程位置处的配线相，但它对于很多应用来说是不实用的，因为它假定在这两个位置之间存在电话线。 
IEC 61334-5-2规定了一种通过在基准相电压中出现第一基准点(例如，过零点)时将短时间戳信号注入到多相网络中而识别多相网络内的未知相的方法。多相网络自身用来将该短信号传递到要识别未知相的位置。在未知相的位置处，从多相电力线提取所述短信号，并且测量在未知相电压中出现所述短信号和基准点(例如，过零点)之间的时间间隔。因此，该时间间隔指示基准相和未知相之间的相角。这样确定的相角允许识别未知配线相。 
已知方法具有以下共同点，即：从已知相的位置(这里也被称为基准位置)将基准相同步信号传送到未知相的位置(这里也被称为远程位置)。远程位置将所接收的信号相位和它所连接的未知相进行比较，以便检测其配线相。如果由于噪声或其它干扰而破坏了相位信息，则正确的相检测可能变得难以实现。连接到电力线的很多类型的电负载易于与它们所连接的相同步地生成噪声或 干扰。因而，在已知方法中，相同步噪声信号可能与用于相检测的短基准相同步信号干扰，使得可能阻碍基准相同步信号的检测。对于基准位置和远程位置之间的更长的距离来说，这可能变得更严重。 
发明内容
本发明的目的是提供一种用于在电单相或多相配电系统中检测未知相电压相对于基准相电压的配线相(wiring phase)的方法和系统，其不需要与基准相同步地传送短时间戳信号。 
根据在独立权利要求中限定的本发明而实现了此目的。 
在从属权利要求中给出了本发明的有利实施例。 
根据本发明实施例的、用于在具有单相或多相电力线的配电系统中检测未知相电压相对于基准相电压的配线相的系统包括用于将信号从第一位置传送到第二位置的电路，所述信号包括特征信号模式。提供用于在所述第一位置上测量在特征信号模式和所述第一位置处的第一相电压中的基准点的出现之间的第一时间间隔的电路。此外，该系统包括用于在所述第二位置处检测所述信号的特征信号模式以及测量在所述特征信号模式和所述第二位置处的第二相电压中的基准点的出现之间的第二时间间隔的电路。该系统还包括用于从所述第一时间间隔和所述第二时间间隔确定第一和第二相电压中的未知相电压相对于第一和第二相电压中用作基准相电压的另一相电压的配线相的电路。 
可以将从其传送所述信号的第一位置处的第一相电压取为基准相电压，而第二位置处的相电压可以是要检测其相对于第一相电压的配线相的未知相电压。可替换地，可以将接收所述信号的所述第二位置处的第二相电压取为基准电压，而所述第一位置处的第一相电压是要检测的未知相电压。下面，将把具有基准相电压的位置称为基准位置，而将把检测未知相电压的位置称为远程位置。将认识到：第一位置或第二位置可以是基准位置，相应地，第二位置或第一位置可以是远程位置。 
在基准位置是传送所述信号的第一位置的配置(constellation)中，用于确定配线相的电路可位于所述基准位置。根据此实施例，所述系统有利地包括用于将指示所述第二时间间隔的信息从所述远程位置传送到所述基准位置的部件。可替换地，用于确定配线相的电路当然可以位于接收所述信号的所述 远程位置，并且，提供用于将指示所述第一时间间隔的信息从所述基准位置传送到所述远程位置的部件。在从基准位置传送的信息中附加地包括在基准位置处作为基准相而使用的相的标识可以是有利的。即使在远程位置处没有在基准位置处使用哪个相作为基准相的先验知识，这也允许远程位置识别未知相。 
在基准位置是第二位置的另一配置中，用于确定未知配线相的电路仍可位于基准位置。根据此实施例，所述系统有利地包括用于将指示所述第一时间间隔的信息从所述远程位置传送到所述基准位置的部件。可替换地，用于确定配线相的电路当然可以位于传送所述信号的所述远程位置，并且，提供用于将指示所述第二时间间隔的信息从所述基准位置传送到所述远程位置的部件。在从基准位置传送的信息中附加地包括在基准位置处作为基准相而使用的相的标识可以是有利的。即使在远程位置处没有在基准位置处使用哪个相作为基准相的先验知识，这也允许远程位置识别未知相。 
可以通过计算所述第二时间间隔和所述第一时间间隔之间的差而从所述第一时间间隔和所述第二时间间隔确定未知相电压的配线相。随后，例如，可使用这个差来查阅将各个差值与给定数目的可能的相角中的一个相关联的表。 
由于特征信号模式不需要用作与基准相中的基准点同步的时间戳，因此特征信号模式不需要较短。所传送的信号中的特征信号模式甚至可具有与电力线上的交变电压的周期一样长或者比电力线上的交变电压的周期更长的持续时间。这允许获得具有高信号能量的特征信号模式，其可被更容易地与连接到电力线的负载所引起的噪声和干扰区分开。有利地，可通过模拟或数字相关技术或使用匹配滤波器来检测特征信号模式。特征信号模式可被纠错编码并且使用纠错解码技术来检测。当然，其它检测技术同样适用于本发明。 
根据本发明的实施例，所传送的信号不是用于相检测的专用信号，而是用于沿电力线传送其它信息。特征信号模式可以是在该信号中随机出现的预定码元序列或比特序列，或者特征信号模式可以是唯一码字，例如多个传送的比特或码元的唯一序列，所述序列在信号中可以是连续的或非连续的，并且根据希望可以在信号的开头或在信号中的任何其它位置提供所述序列。有利的是，可以使用纠错编码技术和/或将特征信号模式的一些部分与所述信号传送的信息的其它部分交织，以便保护特征信号模式不受电力线上的噪声或 其它干扰影响并且增大其检测可靠性。可在信号中提供在特征信号模式之前的首标部分，以便例如便利特征信号模式检测电路的码元同步。所述首标部分也可以是将其它信息从基准位置传送到远程位置的信号部分。 
优选地，在第一位置和第二位置处均提供用于检测特征信号部分的检测电路。优选地，两个位置处的检测电路相似或以相似的方式操作。这允许在两个位置处检测特征信号部分的出现时容易地实现同步，而不管检测过程实际上耗费了多久。 
包括特征信号部分的信号可以是具有预定码元频率的码元(例如比特)的序列，并且分别用于确定第一时间间隔和第二时间间隔的电路可采用该码元频率来分别对在所检测的特征信号模式与所述未知相电压中的基准点以及所述基准相电压中的基准点的出现之间的码元数目进行计数。可替换地，可以以预定时钟频率来对自由运行计数器计时(clock)。在检测到所述特征信号模式时计数器启动，并且，在出现了所述基准点时，读取由所述计数器所计的值。当然，可采用用于检测特征信号部分和基准点之间的时间间隔的任何其它手段。 
优选地，传送所述信号，使得特征信号模式不与在所述多相电力线的所述相电压中重复出现的基准点中的任一个具有规律的定时关系。例如，在随机或伪随机定时上传送特征信号模式。 
优选地，随机地或在确定的定时、以及/或者在频谱和/或利用不同的扩展码调制的扩展频谱的不同部分中重复地传送多个所述特征信号模式，以实现特征信号模式的冗余传送，并且，对于所述多个所传送的特征信号模式中的每个，在所述第一位置处确定信号的特征信号模式和所述第一相电压中的基准点的出现之间的第一时间间隔，并在所述第二位置处确定特征信号模式和所述第二相电压中的基准点的出现之间的第二时间间隔，从而获得多个第一时间间隔和相关联的第二时间间隔。这允许例如通过从由此获得的所述多个第一时间间隔和相关联的第二时间间隔中选择具有优势(majority)的配线相，来增加配线相检测的可靠性。所述优势可以是M/(M+1)优势，其中，M为等于或大于2的整数，使得在检测第一时间间隔和相关联的第二时间间隔时的M个错误中的一个不会影响所检测的配线相的正确性。 
优选地，为了降低特征信号模式的出现和电力线上的相位同步干扰之间的任何相关性，传送所述信号，使得两个连续的特征信号模式之间的时间间 隔大于或小于所述多相电力线的交变电压周期、并且不等于所述交变电压周期的整数倍。 
优选地，未知相电压和基准相电压中的基准点分别是通过它们的电压和/或斜率指定的各个相电压的每个周期中的唯一点，例如具有指定符号的斜率的各个相电压的过零点或指定极性的峰值电压。第一时间间隔和所述第二时间间隔分别以跟随在特征信号模式之后的第N基准点结束，N为等于或最好大于1的预定正整数。N的特别合适的值为1或2。 
优选地，所述信号为：在各个相和中性导线之间或在所述相中的两个之间，在所述第一位置处注入到多相电力线(L)的至少一个相或者最好为所有相的频移键控(FSK)调制信号。可替换地，可通过无线电通信信道或电话网络来传送所述信号。有利地，可将所述信号实现为双音多频(DTMF)信号，以增大其对谐波噪声的抗扰性。 
附图说明
下面，将通过参照附图来描述本发明的优选实施例。应注意，下面的描述仅用于说明可以如何实施本发明的例子的目的。不应以任何方式将所述实施例理解为限制本发明的范围。 
图1示出本发明实施例的基本概要； 
图2a示出用来图解图1示出的实施例的基本操作原理的时序图； 
图2b示出在图1示出的实施例中使用的信号的例子； 
图3示出用于执行相检测操作的电力线通信系统中的网络节点的实施例的框图； 
图4a示出用来图解图3示出的特征信号模式检测器2的内部结构的框图； 
图4b示出用来图解信号模式检测器电路的操作的时序图；以及 
图5示出用来图解图3示出的电路的相检测操作的时序图。 
具体实施方式
图1示出了本发明实施例的基本概要。在图1中，L表示三相电力线。电力线L包括三条导线R、S和T，每条传送相对于电力线L的中性导线N的指定相电压。电力线L还可包括未在图1的图中示出的接地导线。在这三条导线R、S和T上分别传送的相电压可以是如在欧洲在家庭范围内频繁使 用的220伏至240伏、或者在美国常用的110伏。然而，必须注意，本发明可同等地应用于传送例如20千伏的中压配电网络或者甚至以380千伏或甚至更高的电压电平而远距离传送电力的高压配电网络中的电力线L。如在三相配电网络中公知的，在三相R、S和T上传送的电压以120°的相角而彼此不同。 
图1中的附图标记100表示连接到电力线L的三相配线R、S和T中的每一条以及电力线L的中性导线N的第一位置处的装置。在此实施例中，将第一位置取为基准位置，其中使用R作为基准相。当然，可将三相中的任一个取为基准相。基准位置处的装置100可以是使用电力线作为物理信息传送介质的电力线通信网络中的通信节点。例如，装置100可被布置为接近用于将配电网络的20千伏的中压变换为220至240伏的低压的二级变电站变压器，或者被布置在沿电力线L的任何其它位置上，其中三相R、S和T中的一个可用于选择作为基准相。在变电站变压器处，三相R、S和T的命名只是定义的问题。只要观察到这三相的输出(outlet)处的电压的相位顺序，便可将这三相中的任一个命名为R。随后，将传送具有相电压R之后的120°相角的电压的配线相命名为S，并且将在电压R之后240°的相电压命名为T。当然，可以替换使用用来区分这三相的任何其它命名习惯。在图1的实施例中，装置100连接到三相R、S和T中的每个，以便能够将电力线通信信号注入到这三相中的每一个以通过电力线L传送，使得可在远程位置处，在三相R、S和T中的任一个上接收到电力线通信信号。然而，仅将电力线通信信号注入到这三相中的一个、并在从这三相中的另一个接收电力线通信信号时采用这三相之间的电感性和电容性交叉耦合(cross coupling)便足够了。 
附图标记200表示第二位置处的其它装置，其可以是电力线L上的电力线通信网络中的其它节点。在此实施例中，第二位置是配线相未知的远程位置。装置200可包括负载，或者可以是用于测量耗电设备的电力消耗的远程仪表、专用于相检测的测试装置、或任何其它合适的装置。它在远离基准位置的位置处连接到电力线L。在所示出的实施例中，装置200连接在电力线L的所述相之一和中性导线N之间。在装置200的远程位置处，当仅查看电力线L的相导线时，不能得到装置200连接到二级变电站处的三个输出R、S和T中的哪一个的信息。这在图1中通过圆圈X而示意性地绘出。此圆圈表示：在很多情况下，不能容易地跟踪三相R、S和T如何确切地沿着从装置 100的基准位置到装置200的远程位置的路线而配线。例如，电力线L的部分X可能被掩埋或以任何其它方式而不能接近，或者它可能只是太长以至于不能跟踪三相R、S和T的确切配线。 
为了查明远程位置处的装置200的配线相，换句话说，为了检测远程位置处的装置200连接到三相R、S和T中的哪个，所述两个装置100和200以图2a中示出的方式互相通信。 
在图2a中，R、S和T分别表示三相电压，其中相电压S在R之后120°，而相电压T在S之后120°，R+、S+和T+表示具有正斜率的各个相电压R、S和T的过零点。R-、S-和T-表示具有负斜率的各个相电压R、S和T中的过零点。 
图2a中的C1表示图1的装置100注入到电力线L的三条导线R、S和T中的至少一个的信号。图1示出了将信号C1注入到电力线的所有相导线的实施例。然而，由于沿着电力线的相导线R、S和T之间的交叉耦合效应，仅将信号C1注入到一条相导线可能就足够了。将信号C1以试错(trial and error)的方式逐一依次注入到三条相导线中的每一条、并将所注入的信号功率集中在相应的导线上以由此沿着电力线扩展信号C1的范围也可以是有利的。信号C1可以是用于在电力线通信网络上传送任何种类的信息的任何通信信号。信号C1可以是并非具体专用于远程位置处的装置200的配线相的检测的通信信号。信号C1包括在图2a中被表示为DEL的特征信号模式。在可以但不需要与三相R、S和T的过零点中的任一个同步的定时，装置100将信号C1注入到电力线中。信号C1可在与电力线L上的50Hz周期不相关的任何时刻开始，并且，例如可通过在两个装置100和200之间或在装置100和连接到电力线L的任何其它装置之间的通信需要来确定信号C1。 
在图2a中，T2表示：在信号C1中的特征信号模式DEL与远程位置处的装置200所连接的未知配线相中的具有正斜率的第N过零点的随后出现之间的时间间隔。已将N选择为2，以避免时间间隔T2变得非常短，尽管包括N＝1的N的其它值也当然是有可能的。在图1示出的例子中，为了说明的目的而指出：远程位置处的装置200连接到相S。如图2a所示，时间间隔T2在由基准位置处的装置100沿电力线L传送到远程位置的特征信号模式DEL之后的第二过零点S+处结束。远程位置处的装置200检测此时间间隔T2。 
图2a中的T1表示：在信号C1中的特征信号模式DEL的出现与基准相 的具有正斜率的第N过零点之间的时间间隔。在所示出的例子中，已将R选择为基准相。与针对测量时间间隔T2的装置200而已经描述的内容相似，基准位置处的装置100测量时间间隔T1。 
时间间隔T3表示时间间隔T1和时间间隔T2之间的差。此差指示相对于所示出的例子中的基准相R的未知相(在该例子中为S)。一旦可得到信息T3，便可识别未知相。为了获得时间差T3，在此实施例中，装置200将关于由装置200检测的持续时间T2的信息传送到基准位置处的装置100，使得装置100可获得差T2-T1，并由此识别远程位置处的未知相S。根据替换实施例，基准位置处的装置100将关于时间间隔T1的持续时间的信息传送到远程位置处的装置200，并且随后装置200从T2和T1之间的差获得T3，以便识别其相对于基准相R的配线相。这些替换实施例中的哪个是优选的取决于在远程位置处还是在基准位置处需要相检测信息。 
可以以任何适当的方式将分别关于各个时间间隔T2和T1的持续时间的信息从一个位置传送到另一位置。例如，可以使用电力线作为传送介质，作为网络通信消息而以数字编码的格式传送此信息。在将此信息从一个位置传送到另一位置时，不必遵守特定的定时约束。一旦传送了该信息从而可在同一位置处得到持续时间T1和T2，便可计算差T3，并且可检测未知相配线。 
图2b示出了由基准位置处的装置100传送的信号C1的结构的例子。根据图2b中示出的例子，如众所周知的那样，信号C1是例如通过对适合于电力线通信的载波进行频率调制(FSK)而传送的数字网络通信信号。信号C1在电力线上延续一个或多个AC周期，并且包括前同步码PRB，在所述前同步码PRB之后是用来将信号C1的后续信息部分与前同步码部分定界的起始帧定界符DEL。此起始帧定界符是信号C1中的特征信号模式，其可用于确定参照图2a描述的时间间隔T1和T2。可以以任何适当的方式，例如根据适当的电力线通信网络协议，来构造跟随在起始帧定界符DEL之后的信息部分。在所示出的例子中，LT表示信号C1的帧长度，其后跟随有MAC地址IND、控制字段CTL、用于信号C1在电力线通信网络中的冗余传送的重复参数PR，其后跟随有实际信息字段，例如MAC服务数据单元，随后，所述实际信息字段之后跟随有CRC校验字段以及结束帧定界符EFD。可在信号C1内的适当位置上，例如在信息字段INF或专用字段(未示出)中包括关于由传送该信号的装置检测到的时间间隔T1的信息，所述位置在信号C1中到来得足够晚， 以便时间间隔T1能够结束从而可以获得。例如，它可位于PR字段之前或在PR字段和INF字段之间。然而，必须注意，图2b示出的信号格式是从可在电力线通信网络中使用的大量不同信号格式和协议中取的一个例子。可使用诸如起始帧定界符DEL或结束帧定界符EFD的任何特征信号模式来测量图2a示出的时间间隔T1和T2。当然，代替使用帧定界符，可以将专用特征信号模式包括在例如信息字段INF或控制字段CTL中或者在信号帧C1内的任何其它位置上。特征信号模式可以是信号C1中的唯一码字或比特序列。此外，特征信号模式可在进行或不进行纠错编码的情况下出现在所述信号中。如果特征信号模式以纠错编码的形式出现在信号C1中，则可进一步增大特征信号模式的检测的可靠性。 
图3示出了在基准位置处的用于传送信号C1的图1示出的装置100中的组件的框图。优选地，在远程位置处的装置200中也提供类似的组件，以便检测特征信号模式并且测量时间间隔T1。 
在图3中，附图标记1表示数字通信电路，其包括执行用于在电力线通信网络中传送、接收、生成和处理网络消息的程序的微处理器。这种通信电路的内部结构对于所示出的实施例来说并不重要。它们取决于电力线通信网络的各自的目的以及功能，并且同样是众所周知的。该数字通信电路具有诸如微处理器的输出端口的部件，用于生成包括特征信号模式的信号C1以便通过电力线L传送。如将在下面参照图4a而更详细地说明的那样，2表示用于检测信号C1中的特征信号模式的出现的电路。C2表示特征信号模式检测器1的输出信号，其中信号C2指示信号C1中的特征信号模式的出现。附图标记3表示收发器电路，其具有发射器放大器32和接收器电路31，所述发射器放大器32和接收器电路31经由耦合电容器4、或者用于在不阻断电力线和收发器电路3之间的通信信号的传送的情况下将收发器电路3与电力线隔离开的任何其它适当部件而连接到电力线。发射器放大器32从通信电路1取得数字信号C1，并将此信号调制在适当的载波上以便传送。接收器31通过适当的滤波器部件接收电力线通信信号，执行适当的解调操作，并将数据信号提供给通信电路1以进行进一步处理。在基准位置处的装置100中，如上所述，收发器3最好连接到三条导线R、S和T中的至少一条，以便使得能够在这三相上获得电路100所传送的电力线通信信号。20表示过零点检测器，其连接到基准相R。可通过将输入相信号与0`相比较以便与其输入上的相信 号同步地输出矩形信号的比较器来简单地实现此检测器。 
附图标记5表示可预设的计数器，其根据计数器5的输入CK1上的时钟信号而执行倒计数操作。PST表示用来对用于倒计数的计数器5的起始值进行编程的倒计数器5的输入。根据计数器5的输入PE上的预设使能信号，将存在于预设输入PST上的采用二进制表示的起始值加载到计数器中。20和21 表示计数器5的输出的两个最低有效位。附图标记6表示执行施加到计数器6的输入CK2的时钟脉冲的计数操作的另一计数器。BT1表示作为时间间隔T1的持续时间的二进制表示的计数器6的输出。附图标记7和9表示与(AND)门，而附图标记8表示或(OR)门。与门7的第一输入从过零点检测器20接收信号ZC。与门7的另一输入连接到或门8的输出以接收信号C3。与门7的输出与计数器5的时钟输入CK1连接。或门8的两个输入与计数器5的输出的两个最低有效位20和21连接。与门9接收由通信电路1中的时钟恢复电路(未示出)以同样众所周知的传统方式而从信号C1生成的位时钟信号BCK。与门9的另一输入接收或门8的输出信号C3。与门9的输出与计数器6的时钟输入连接。BT2表示有关由装置200检测的时间间隔T2的持续时间的信息。在此实施例中，通过接收器31，经由电力线通信网络而从远程位置处的装置200接收此信息。 
在未在图3中示出的电路中适当地处理信息BT1和BT2，以便将此信息映射到相对于基准相的相位值上，所述相位值指示装置200所连接的未知相，或者将此信息直接映射到三相R、S和T之一。可以以各种不同方式来实施此操作。优选地，计算BT1和BT2之间的差，并根据BT1和BT2之间的差，使用查找表来查找配线相。在所示出的实施例中，已将位时钟频率选择为每20ms AC周期48位。那么，查找表包含以下条目： 
  条目   BT1-BT2   远程节点200的配线相
  1   0±3；48±3；-48±3   与基准相相同
  2   8±3；-40±3   比基准相超前60°
  3   16±3；-32±3   比基准相超前120°
  4   24±3；-24±3   比基准相超前180°
  5   32±3；-16±3   比基准相超前240°
  6   40±3；-8±3   比基准相超前300°
在此表中，条目1、3和5表示：远程装置200连接到电力线的三个配线 相之一。条目2、4和6表示远程单元200的反转配线相，其中，远程装置200的相端子已连接到中性导线，而远程装置200的中性端子已连接到电力线的配线相之一。用于执行此查找表操作以便将BT1-BT2映射到条目号1至6之一的处理电路可被包括在通信电路1中。当然可以采用用于获得装置200的未知配线相的其它实现方式。 
图4a示出了特征信号模式检测器2的实施例。在图4a中，在所示出的例子中，附图标记19表示具有8个抽头的移位寄存器。当然，根据形成要检测的特征信号模式的位的数目，例如12个抽头的其它数目的抽头也同样适合。根据位时钟BCK，如由箭头指示的那样，数据在移位寄存器19中从图4a的顶部移动到底部。移位寄存器19在8个抽头位置上保持在信号C1中传送的8个最近的位的历史，在所示出的最上面的位置上保持当前位。在图4a中，为了说明的目的，示出了移位寄存器19的特定状态。在所示出的状态中，最老的位以及当前位为“0”，而中间的6位为“1”。此位模式是也可被用作特征信号模式的在信号C1中使用的起始帧定界符DEL。因而，为了说明的目的，图4a示出了检测特征信号模式的状态。当然，此状态将随着下一位时钟脉冲BCK而改变。附图标记10至17表示异或(EXOR)门，每个具有两个输入。EXOR门10至17中的每一个的两个输入之一与移位寄存器19的8个输出抽头中相关联的一个连接。将其输入之一连接到保存当前位的移位寄存器的最上面的抽头的EXOR门10将其另一输入连接到具有逻辑电平“1”的信号。这同样适用于EXOR门17，所述EXOR门17将其输入之一连接到移位寄存器19中保存8位中的最老的一位的抽头。不与移位寄存器连接的其它EXOR门11至16的输入连接到具有逻辑电平“0”的信号。这样，特征信号模式检测器2已被编程为能够检测特定的预定特征信号模式01111110。EXOR门10至17的输出连接到与门18的相应输入。与门18的输出具有附图标记C2。此输出指示信号C1中的特征信号模式的出现。当然，特征信号模式01111110只是一个例子。关于特征信号模式的长度和关于其位序列二者的特征信号模式的其它实现方式当然是有可能的。 
在操作中，图4a中示出的特征信号模式检测器通过移位寄存器19而连续地移动信号C1的输入位的序列。EXOR门10至17的链对于存储在移位寄存器19中的位模式检查此位模式是否与存在于EXOR门10至17的相应另一输入上的位模式的反转形式(inverse)匹配。仅在给出完全匹配时，所有 EXOR门10至17的输入对才具有不同的逻辑电平，并且EXOR门10至17的所有输出相应地具有逻辑信号电平“1”，使得与门18的输出C2取逻辑“1”值。图4b示出了用来图解信号C1、位时钟BCK和图4a的特征信号模式检测器的输出信号C2的时序图。 
图5示出了用来图解图3示出的电路的操作的时序图。如图5所示，在电路2检测到信号C1中的特征信号模式的出现时，在信号C2中出现脉冲。此脉冲C2出现在计数器5的预设使能输入上，并将计数器预设为值N，所述值N定义特征信号模式的出现和时间间隔T1的结束之间的基准点的数目。此基准点的数目N可以是1或大于1，例如N＝2，以便确保即使特征信号模式出现在图3中的电路所检测的基准点附近，图3中的电路所测量的时间间隔T1也具有某个长度。 
图5中的信号ZC是过零点检测器的输出信号，其指示基准相R中的过零点的出现。只要倒计数器5在依靠信号C2的脉冲而被预设之后尚未到达值0，图3的电路中的或门8便将信号C3保持在逻辑“1”电平。由于图3示出的实施例使用值N＝2，所以简单的或门足以生成取逻辑1电平的这一信号C3，所述逻辑1电平以特征信号模式的出现开始，并且以倒计数器5到达0结束。只要C3处于逻辑1电平，来自过零点检测器20的脉冲便通过与门7而出现在倒计数器5的时钟输入CK1上。图5示出的两个输出信号20和21指示：响应于在预设的使能输入PE上的信号C2而在倒计数器5的输出上发生了什么。只要信号C3处于逻辑1电平，与门9就在其输出上提供来自位时钟恢复电路的选通(gated)的位时钟BCK，其使计数器6执行计数操作，使得计数器6执行在特征信号模式的出现和基准相电压中的第二基准点的随后出现之间的时间间隔T1的测量。如图5所示，在测量时间间隔T1的持续时间的操作期间，两个时钟边沿出现在倒计数器5的时钟输入CK1上。由于响应于第二时钟边沿而进行的输出20中的从“1”到“0”的转变使信号C3取逻辑0电平、使得与门7的输出也转到逻辑“0”这一事实，在第二时钟边沿之后的信号CK1中的逻辑1状态的持续时间非常短。 
在图1示出的装置100中，提供了参照图3、4a、4b、5描述的电路及其操作。在图1的装置200中提供了类似的电路，其中如所示出的那样，过零点检测器20的输入连接到未知相而不是基准相R。装置200中的计数器6所计的时间间隔为T2。装置200与图3示出的装置100中的电路不同之处还在 于：将计数器6获得的关于时间间隔T2的持续时间的信息提供给通信节点1，以便以显式消息的形式传送到装置100。不需要在装置200中提供用于计算T1和T2之间的差的部件。针对装置200而进行的图3所示的电路的这些改变是从对实施例的结构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电力线通信系统(例如用于远程计量电力消耗的电力线通信系统)中的节点。这样的系统可包括多个远程电表、以及充当与所述多个远程电表通信的控制者(master)的集中器(concentrator)。当远程仪表从集中器接收到信号C1时，它对从特征信号模式到它所连接的相电压的下一(或者更一般地，第N)过零点有多少位进行计数。该仪表向集中器返回应答消息，所述集中器传送此消息。随后，集中器可确定所述远程仪表所计并且传递的位数和集中器所计的从特征信号模式到下一(或第N)过零点的位数之间的差，以查明所述远程仪表连接到哪一相。如果所述远程仪表在来自集中器的消息中接收到关于集中器所计的位数的信息，则该仪表可根据此数目以及它所计的位数而确定其配线相。该仪表可将结果(例如，上面的表中的编号1至6之一)传递到集中器，以向其通知所述远程仪表检测的该远程仪表的配线相。 
必须注意，可以各种方式修改所述实施例。例如，已将特征信号模式检测电路2示出为执行预编程的位模式和移位寄存器19中的位序列之间的匹配操作。然而，可能有利的是，使用用于保护特征位模式的纠错码，并且将评估移位寄存器19的内容的电路实施为用于将纠错编码的特征信号模式解码的解码器，以便增大特征信号模式检测器电路2的抗噪性。适当的纠错编码技术同样是众所周知的，并且，对关于纠错码及其应用的任何教科书作出引用。此外，必须注意，图3示出的分别用于测量信号C1中的特征信号模式的出现与基准相和未知相中的第N基准点的出现之间的时间间隔的电路是可用来执行此时间间隔测量的大量不同电路中的一个例子。尽管图3示出的实施例使用信号C1中的位时钟来分别测量时间间隔T1和T2，但是作为替代，可以使用自由运行时钟信号生成器来生成计数器6所计数的时钟信号。 

Claims (28)

1.一种用于在具有单相或多相电力线(L)的配电系统中检测未知(x)相电压(S)相对于基准相电压(R)的配线相(R；S；T)的系统，包括：
-用于将信号(C1)从第一位置(100)传送到第二位置(200)的电路(1、3、32)，所述信号包括特征信号模式(DEL)；
-用于在所述第一位置(100)处测量特征信号模式(DEL)和所述第一位置(100)处的相电压(R)中的基准点的出现之间的第一时间间隔(T1)的电路(2、5至9)；
-用于在所述第二位置处检测所述信号(C1)的特征信号模式、并且用于测量所述特征信号模式(DEL)和所述第二位置(200)处的第二相电压中的基准点的出现之间的第二时间间隔(T2)的电路(2、5至9)；以及
-用于从所述第一(T1)和所述第二(T2)时间间隔确定第一和第二相电压中未知的相电压相对于第一和第二相电压中充当基准相电压的另一相电压的配线相(S)的电路(1)。
2.如权利要求1所述的系统，
-其中，所述用于确定配线相(S)的电路(1)位于所述第一位置(100)；该系统包括：
-用于将指示所述第二时间间隔(T2)的信息从所述第二位置(200)传送到所述第一位置(100)的部件(7、16)。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述用于确定配线相的电路位于所述第二位置(200)；并且
-所述系统包括用于将指示所述第一时间间隔(T1)的信息从所述第一位置传送到所述第二位置的部件。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述用于从所述第一和所述第二时间间隔(T1、T2)确定未知相电压的配线相的电路(1)包括：用于计算所述第二时间间隔和所述第一时间间隔之间的差的部件、以及用于基于所述差而确定所述配线相的部件。
5.如权利要求1所述的系统，其中
-所述特征信号模式(DEL)包括唯一的码字。
6.如权利要求5所述的系统，其中，所述信号(C1)包括在特征信号模式之前的首标部分(PRB)。
7.如权利要求1所述的系统，其中
-要检测的所述特征信号模式是所述信号的开头。
8.如权利要求1所述的系统，其中
-所述信号(C1)是具有预定码元频率的码元序列；以及
-所述分别用于确定第一时间间隔(T1)和第二时间间隔(T2)的电路包括计数器(6)，用于分别对在所述特征信号模式与所述未知相电压(S)中的所述基准点和所述基准相电压(R)中的所述基准点的出现之间的所述码元的数目进行计数。
9.如权利要求1所述的系统，其中
-所述用于检测所述第一时间间隔(T1)的电路包括：
在预定时钟频率上的自由运行计数器；
用于在检测到所述特征信号模式(DEL)时启动自由运行计数器的部件；以及
用于在出现了所述基准点时读取所述计数器所计的值的部件。
10.如权利要求1所述的系统，其中
-所述用于传送信号的电路(1、3、32)被适配为传送所述信号，使得特征信号模式与在所述多相电力线的所述相电压中重复出现的基准点中的任何一个都不一致。
11.如权利要求1所述的系统，其中，所述用于传送信号的电路被适配为传送所述信号，使得特征信号模式具有随机或伪随机定时。
12.如权利要求1所述的系统，其中，
-在不同的定时传送多个所述特征信号模式(DEL)，以及/或者在频谱和/或利用不同扩展码调制的扩展频谱的不同部分中传送多个所述特征信号模式(DEL)；以及
-对于所述多个所传送的特征信号模式中的每一个：
--在所述第二位置(200)处确定所述信号的特征信号模式和所述第
二相电压中的基准点的出现之间的第二时间间隔(T2)；
--在所述第一位置(100)处确定特征信号模式(DEL)和所述第一相电
压(R)中的基准点的出现之间的第一时间间隔(T1)；
--使得获得多个第一时间间隔(T1)和相关联的第二时间间隔(T2)；
-所述用于确定配线相的电路(1)被适配为从所述多个第一和第二时间间隔(T1、T2)确定配线相。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述用于从所述多个第一和第二时间间隔确定配线相的电路(1)包括：
-用于计算每个第一时间间隔和其相关联的第二时间间隔之间的差的部件；
-用于从由此获得的每个差确定初步配线相的部件；以及
-用于在由此确定的所述初步配线相中选择具有优势的配线相的部件。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述优势为M/(M+1)优势，M为等于或大于2的整数，使得在检测第一时间间隔和相关联的第二时间间隔时的M个错误中的一个不会影响所检测的配线相的正确性。
15.如权利要求12所述的系统，其中，连续地传送所述信号，使得在两个连续的特征信号模式(DEL)之间的时间间隔大于或小于所述多相电力线的交变电压周期，并且不等于所述交变电压周期的整数倍。
16.如权利要求13所述的系统，其中，连续地传送所述信号，使得在两个连续的特征信号模式(DEL)之间的时间间隔大于或小于所述多相电力线的交变电压周期，并且不等于所述交变电压周期的整数倍。
17.如权利要求14所述的系统，其中，连续地传送所述信号，使得在两个连续的特征信号模式(DEL)之间的时间间隔大于或小于所述多相电力线的交变电压周期，并且不等于所述交变电压周期的整数倍。
18.如权利要求1所述的系统，其中，所述基准相电压(R)中的基准点和所述未知相电压(S)中的基准点是通过它们的电压和/或斜率指定的相应相电压的每个周期中的唯一点。
19.如权利要求14所述的系统，其中，所述基准相电压(R)中的基准点和所述未知相电压(S)中的基准点是具有指定符号的斜率的各个相电压的过零点。
20.如权利要求18所述的系统，其中，所述第一时间间隔(T1)以在特征信号模式之后所述第一相电压中的第N个基准点结束，和所述第二时间间隔(T2)以在特征信号模式之后所述第二相电压中的第N个基准点结束，N是等于或大于1的预定正整数。
21.如权利要求19所述的系统，其中，所述第一时间间隔(T1)以在特征信号模式之后所述第一相电压中的第N个基准点结束，和所述第二时间间隔(T2)以在特征信号模式之后所述第二相电压中的第N个基准点结束，N是等于或大于1的预定正整数。
22.如权利要求20所述的系统，其中，N＝2。
23.如权利要求21所述的系统，其中，N＝2。
24.如前述权利要求中的任一个所述的系统，其中，所述用于传送信号的电路包括：用于将所述信号注入到所述多相电力线(L)的至少一相的部件(4)。
25.如权利要求1至23中的任一个所述的系统，其中，所述用于传送信号(C1)的电路包括：用于通过无线电通信信道传送该信号的发射器电路。
26.如权利要求1至23中的任一个所述的系统，其中，通过电话网络传送所述信号。
27.如权利要求1至23中的任一个所述的系统，其中，所述信号为双音多频(DTMF)信号。
28.一种用于在具有单相或多相电力线的配电系统中确定未知相电压相对于基准相电压的配线相的方法，包括以下步骤：
-将信号(C1)从第一位置(100)传送到第二位置(200)，所述信号包括特征信号模式(DEL)；
-在所述第一位置(100)处测量在所述特征信号模式(C1)和第一相电压(R)中的基准点的出现之间的第一时间间隔(T1)；
-在所述第二位置(200)处检测特征信号模式，并且测量在特征信号模式(C1)和第二相电压(S)中的基准点的出现之间的第二时间间隔(T2)；
-从所述第一(T1)和所述第二(T2)时间间隔确定第一和第二相电压中的未知相电压相对于第一和第二相电压中充当基准相电压的另一相电压的配线相(S)。
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