CN102308180B - 用于电力线长度测量的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于确定电力传输线长度量的方法，其中电力传输线连接第一位置与第二位置，其中该方法包括：在第一位置提供具有第一载波频率(f₁)的第一信号；经由电力传输线从第一位置向第二位置传送第一信号；在第二位置提供具有第二频率(f₁′)的第二信号；在第二位置测量第一信号与第二信号之间的第一相位差；根据测量的相位差计算长度量。另外，本发明涉及用于确定第一位置(110)与第二位置(120)之间的电力传输线(130)的长度的系统，其中在第二位置的第二接收器适合于从第一位置接收具有第一载波频率(f₁)的第一信号，其中该系统包括用于在第二位置产生具有第二频率(f₁′)的第二信号的频率发生器(122)；其中该接收器还包括适合于在第二位置检测第二频率与第一载波频率之间的第一相位差的相位检测装置(126)。

Description

用于电力线长度测量的方法和系统

本发明涉及用于确定电力传输线长度量的方法和系统，其中电力传输线连接第一位置与第二位置。

电力传输线由于热负荷而使它们的长度膨胀。所造成的架空线的松弛是不希望有的。因此，可监测长度或长度改变。架空电力传输线的长度增加可导致松弛。高压线的线路松弛是危险的，因为它可导致由于闪络接近物体、诸如树而引起的线路故障。

在AC电力传输网的广域监测(WAM)系统中，相量测量单元(PMU)执行电压和电流相量的测量。在US 2007/0038396中，在电力传输线的两端测量的电压和电流相量用于确定线路阻抗并且特别是线路电阻。电阻是线路温度的函数，使得该方法提供平均线路温度的测量，温度又影响线路长度及其松弛。该方法需要同步PMU。

另外，存在基于各种原理的直接电力线松弛测量方法，诸如光学摄像机、机械张力或斜度测量(US5,235,861、US6,523,424、US6,205,867)、使用光纤的热测量(US6,776,522)或红外摄像机。这些方法只执行本地测量。

本发明的目的是提供用于测量电力传输线长度量的简单而有效的方法和系统。

根据第一方面，一种用于确定电力传输线的长度量的方法，其中所述电力传输线连接第一位置与第二位置，其中所述方法包括：在第一位置提供具有第一载波频率的第一信号；经由所述电力传输线从第一位置向第二位置传送第一信号；在第二位置提供具有第二频率的第二信号；在第二位置测量第一信号与第二信号之间的第一相位差；根据测量的相位差计算所述长度量。

在典型的实施例中，具有第一载波频率的第一信号可以是正弦波。可以远程地应用以上方法，其中从第一位置向第二位置传送第一信号，并且在第二位置将第一信号与第二信号相比较。因此，可以避免在架空传输线情况下的本地松弛测量。在典型实施例中，第一位置和/或第二位置可以是电力传输线上的任何位置，尤其是网络节点。

在典型实施例中，电力传输线是架空电力传输线。

在可与本文公开的其它实施例组合的另一个实施例中，第一信号是电力线通信信号。由此，来自电力线通信链路的现有信号可用于长度测量。

不过，在典型实施例中，可以补偿或消除调制的用户数据。

不过，该补偿或消除可包括将从正交解调器获得的相位信号低通滤波，方形化接收的信号，之后解调并提取或带通滤波频率为2f_i的分量，和/或使用数据检测器重新调制和减除数据相关相位成分。f_i可以是第一信号的载波频率或第二信号的频率。

在可与本文公开的其它实施例组合的典型实施例中，第二频率等于第一载波频率，其中用于在第一位置生成第一载波频率的频率发生器和用于在第二位置生成第二频率的频率发生器同步。不过，关于相位差变化，可以测量电力传输线的长度变化。

不过，频率发生器可与导航卫星系统同步，具体来说与全球定位系统(GPS)、Gallileo、IRNSS、GLONASS等等同步。

在可与本文公开的其它实施例组合的另一个实施例中，长度量是总长度。

在一个实施例中，第二频率等于第一载波频率，其中用于在第一位置生成第一载波频率和在第二位置生成第二频率的频率发生器的相位和频率同步。不过，可以测量总长度。

使用N的合理值可以从中计算总长度，其中ψ是相位差，并且λ是第一载波频率的波长，并且b是长度。在典型实施例中，可以通过直接延迟测量，尤其是通过分别测量第一位置与第二位置之间以及第二位置与第一位置之间的消息延迟，来估计N的值。

在可与本文公开的其它实施例组合的另一个实施例中，该方法可包括给第三信号提供第三载波频率；从第二位置向第一位置传送第三信号；在第二位置提供具有第四频率的第四信号；在第二位置测量第三信号与第四信号之间的第二相位差。在典型的实施例中，这个方法可能不需要外部同步。

不过，通过使用第一相位差和第二相位差的相位差变化，可以测量电力传输线的长度变化。

在典型的实施例中，第三载波频率基本上等于第一载波频率。

在另一实施例中，第三载波频率不同于第一载波频率。

在可与本文公开的其它实施例组合的另一实施例中，从具有第一基本频率的相同本振频率源在第一位置生成第一载波频率和第四频率，并且其中从具有第二基本频率的相同本振频率源生成第三载波频率和第二频率。通常，频率源可以是频率发生器、振荡器等。

不过，第一载波频率和/或第四频率可以分别是第一基本频率的倍数或分数，和/或第三载波频率和/或第二频率可以分别是第二基本频率的倍数或分数。

在另一个实施例中，该方法还可包括：在第一位置提供具有第三载波频率的第三信号；经由电力传输线从第一位置向第二位置传送第三信号；在第二位置提供具有第四频率的第四信号；在第二位置测量第三信号与第四信号之间的相位差，其中第三载波频率不同于第一载波频率。这个实施例可用在具有第一载波频率的信号的传播速度和具有第三载波频率的信号的传播速度实质上不同的情况。

在可与本文公开的其它实施例组合的一个实施例中，第一载波频率和/或第三载波频率在10kHz到2000kHz的范围内，尤其在20kHz到1000kHz的范围内，尤其在40kHz到500kHz的范围内。

在典型实施例中，该方法还可包括基于测量的第一相位差和/或第二相位差计算电力传输线的长度。

在可与其它实施例组合的典型实施例中，长度量是长度的相对改变。

在典型实施例中，该方法包括根据电力传输线长度的相对改变和电力传输线绝对长度的估计计算电力传输线的绝对长度。

在可与本文公开的其它实施例组合的另一实施例中，通过分别测量第一位置与第二位置之间以及第二位置与第一位置之间的消息延迟来执行电力传输线绝对长度的估计。

根据另一方面，提供一种用于确定第一位置与第二位置之间的电力传输线的温度的方法，其中该方法包括：根据本文公开的其它实施例确定电力传输线的长度，基于第一位置与第二位置之间的电力传输线的长度计算电力传输线的温度。

根据另一个方面，提供一种用于确定第一位置与第二位置之间的电力传输线的长度的系统，其中在第二位置的第二接收器适合于从第一位置接收具有第一载波频率的第一信号，其中该系统包括用于在第二位置产生具有第二频率的第二信号的频率发生器；其中该接收器还包括适合于在第二位置检测第二频率与第一载波频率之间的第一相位差的相位检测装置。

在典型实施例中，系统适合于执行根据本文公开的实施例的方法。

在可与本文公开的其它实施例组合的另一实施例中，该系统还包括具有用于产生第三信号的第三载波频率的频率发生器的、在第二位置的第二传送器，其中第二传送器适合于经由电力传输线向第一位置发送第三信号。

不过，在典型实施例中，在第二位置的第二接收器和第二传送器适合于使用公共频率源产生第三信号的第三载波频率并产生第二信号，其中公共频率源具有第二基本频率，其中尤其是第三信号的第三载波频率是第二基本频率的倍数或分数，和/或第二频率是第二基本频率的倍数或分数。

在可与其它实施例组合的另一实施例中，该系统，其中该系统在第一位置包括适合于从第二位置接收第三信号的第一接收器，其中该系统包括在第一位置用于产生具有第四频率的第四信号的频率发生器；其中该系统还包括适合于检测第四频率与第三载波频率之间的第二相位差的相位检测装置。

不过，在典型实施例中，该系统还包括具有用于产生第一信号的第一载波频率的频率发生器、在第一位置的第一传送器，其中在第一位置的第一接收器和第一传送器适合于使用公共频率源产生第一信号的第一载波频率并产生第四信号，其中公共频率源具有第一基本频率，其中尤其是第一信号的第一载波频率是第一基本频率的倍数或分数，和/或第四频率是第一基本频率的倍数或分数。

在可与本文公开的其它实施例组合的另一个实施例中，该系统适合于基于测量的第一相位差和/或第二相位差计算电力传输线的长度。

实施例还针对用于执行所公开方法并且包含用于执行所描述方法步骤的设备部件的设备。而且，实施例还针对所描述的设备操作或制造所描述的设备所用的方法。它可包含用于执行设备功能或制造设备部件的方法步骤。这些方法步骤可通过硬件组件、固件、软件、由适当软件编程的计算机、通过其任何组合或以任何其它方式执行。

要认识到，一个实施例的要素可有利地用在其它实施例中，无需另外的阐述。

在下文，一般地描述用于测量长度量的方法。

根据电报方程，沿方向d在均质传输线上传播的频率为ω的正弦波的复幅度是：

e^-γd＝e^-αd·e^-jβd  (1)

其中

在(2)中，R’、G’、C’和L’是传输线每单位长度的电阻、电导、电容和电感，并且该近似对于在R’＜＜ωL’且G’＜＜ωC’情况下的低损耗线路是有效的。这个实施例建议使用要从第一位置向第二位置、在典型实施例中是从第一网络节点向第二网络节点传送的信号，来测量关键线路参数，即线路长度和线路温度。在典型的实施例中，使用电力线载波通信(PLC)链路的载波频率。

为了确定电力传输线的温度，可以建立电力线长度与温度之间的关系。线路电阻R’由此还有α相对温度大致线性增大，其又转化为所接收信号、尤其是电力线通信(PC)信号的幅度下降e^-αd。由于趋肤效应，对于高频信号(例如PLC信号)比对于50/60Hz AC电力，R’大很多。然而，对于给定的传输线，温度相关性很可能是相同的。给定所传送信号的幅度，接收器可测量衰减并由此确定电阻R’。可通过温度与电阻之间的关系根据欧姆电阻R′确定平均线路温度T₁。该关系可以是线性的，例如R′＝R₂+k₁(T₁-T₂)，或者二次的R′＝R₂+k₁(T₁-T₂)+k₂(T₁-T₂)²，其中R₂和T₂是取决于线路构造的已知参考和温度值，并且k₁和k₂是电力线线缆的材料常数。由此，可以从这个测量的平均线路电阻推导出平均线路温度。例如，铝的热阻系数是4·10^-3K^-1，使得电阻R’增加12％暗示温度增加30℃。在另一实施例中，在通过参考结合在本文中的US 2007/0038396中，讨论了给定尤其是G’的天气相关性的情况下从测量的电气参数、诸如R’到平均线路温度的映射。线路温度又确定线路长度，如由热膨胀系数所给出的一样。

存在由于热膨胀引起的线路长度d的增加。例如钢的线性热膨胀系数是17.3·10^-6K^-1，并且因此在等式(2)中项R’·d中长度d的热增加相对R’的热增加是可忽略不计的。可使用在电力传输线上传送的信号直接测量长度增加。

在下文，描述用于测量线路长度d的方法。根据等式(2)中的最后一项，正弦波的复幅度旋转了e^-jβd＝e^-jψ，即，在位置d频率为f＝ω/2π的正弦波的相位ψ是：

$\mathrm{\ψ}=\mathrm{\ω}\sqrt{L^{\′}{C}^{\′}}d=\mathrm{\ω}\frac{d}{c}=2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}---\left(3\right)$

其中是传输线上的传播速度，并且λ＝c/f是正弦波的波长。因此，传输线端点之间的相对相位的改变指示线路长度的改变。根据一个实施例，测量载波频率的相位，例如电力线通信信号的载波相位，以便确定线路长度。在高压传输线上采用的电力线通信(PLC)信号通常具有在f＝100kHz到500kHz范围内的载波频率，即波长λ＝c/f≈400m到2000m。Δψ＝1°的相位测量分辨率实现了5.5m或更好的长度分辨率。对于d＝100km的钢线路长度，给定17.3·10^-6K^-1的钢热系数，这对应于3℃的温度分辨率。

通过将接收的信号的相位与本地生成的信号的相位相比较来进行在给定接收器位置的相位测量。一般而言，难以区分线路长度的期望效应与传送器和接收器频率源(振荡器)之间的未知相位偏移效应。

为了可详细理解本发明的以上所述特征的方式，可以参考实施例对上面简要概述的本发明进行更具体描述。然而，要注意的是，附图仅例证了本发明的典型实施例，并且因此不视为限制其范围，因为本发明可容许其它同样有效的实施例。附图涉及本发明实施例并且在下面描述：

图1示出了示意性电力传输线；

图2示出了用于检测电力传输线长度的系统的第一实施例的示意性绘图；

图3示出了相位检测器的示意性绘图；

图4示出了用于检测电力传输线长度的系统的另一实施例的示意性绘图；

图5示出了正交解调器的示意性绘图；以及

图6示出了用于估计电力传输线长度的示意性方法。

图1示出了具有三相的电力传输线1。电力传输线1是具有三相的架空电力传输线。由于电力传输线1温度的增加，松弛可增加。如果高压线的松弛太大，则可发生靠近物体、如树20的闪络10。这可导致电力传输线故障。当电力传输线长度增加时松弛增加。电力传输线长度又取决于电力传输线1的温度。因此，重要的是电力网络运营商监测电力传输线的长度。

一般而言，在下文，ω用于角频率，而f用于正常频率，其中ω＝2πf。

图1示出了用于测量电力传输线1长度的系统100的第一实施例。第一网络节点110用电力传输线130连接到第二网络节点120。在第一网络节点110中，使用第一频率发生器或振荡器112生成具有第一载波频率f₁的第一信号并在调制器114中调制输入的数据。然后经由电力传输线130向第二网络节点120传送调制数据或第一信号。第一信号因此具有第一载波频率。在另一个实施例中，不调制数据，使得通过电力传输线130向第二网络节点120传送具有第一频率发生器112的载波频率f₁的简单正弦波。在一个实施例中，频率发生器112可替代为振荡器。在可与本文公开的其它实施例组合的另一个实施例中，可以使用频率乘法器或除法器乘或除由频率发生器或振荡器生成的频率f₀以便生成频率f₁，之后用那个频率f₁调制要传送的数据。通过电力传输线130传送的第一信号以延迟τ到达第二网络节点120。在第二网络节点120可以根据具有频率f₁的本地生成的第二信号与具有第一载波频率f₁的所接收第一信号之间的相位差计算延迟d。可以从相位差中推导出电力传输线130的长度。第二网络节点120包含用于提供等于在解调器124的第一载波频率f₁的第二频率f₁的第二振荡器或频率发生器122。

在第二网络节点120中的解调器124可包含如图3所示的相位检测器126。相位检测器可包含频率混合器或模拟乘法器电路以及用于生成表示第一信号与第二信号之间相位差的电压信号的低通滤波器。

在一个实施例中，第一网络节点和第二网络节点110、120中的频率发生器112、122同步。这可通过诸如来自GPS卫星300的卫星信号进行。因此，第一网络节点和第二网络节点110、120可分别包含GPS接收器118、128。在另外的实施例中，可使用其它方法提供第一网络节点和第二网络节点中频率发生器112、122的同步。

由此，第一网络节点110中用于向第二网络节点230传送具有载波频率f₁的第一信号的振荡器的时钟与第二网络节点120中的振荡器或频率发生器的时钟同步。即，在第一网络节点和第二网络节点中用于调制和解调的频率同步并且通常相等。由此，可以测量绝对相位(高达N·2π的多值性，其中N是自然数)，并且可以使用等式(3)直接计算电力传输线的长度d。通常，如果第一网络节点和第二网络节点中的频率发生器的相位也同步或锁定，则可以测量第一信号在第一网络节点和在第二网络节点的绝对相位差。通常，为了估计N的值，可以使用直接延迟测量方法估计电力载波线的长度。下面描述这种直接延迟测量方法的一个示例。

在典型实施例中，其中第一网络节点和第二网络节点中的频率发生器的相位不同步，但是第一网络节点和第二网络节点中的频率发生器的频率同步，通常经由相位差变化只可测量电力传输线的长度变化。

在将在下一部分相对于图4进行描述的另外的实施例中，同时估计不同步系统中的频率差，因此还有电力传输线的期望长度d。在典型实施例中，这可使用电力线通信(PLC)系统实现。通常，PLC系统使用连续频率双工传输。双工传输是双向传输，即，从第一网络节点向第二网络的第一传输和从第二网络节点向第一网络节点的第二传输同时发生。图4示出了第一网络节点110和第二网络节点120。

第一网络节点110向第二网络节点120传送频率ω₁＝2πf₁上的第一信号，如图4的上半部分所示的。频率ω₁因此是第一信号的载波频率。省略该时刻的任何PLC数据调制，传送的信号是正弦波：

其中

对于所描述的方法，不一定从第一网络节点110向第二网络节点120发送数据。电力传输线的长度测量在一个实施例中可以使用没有传送数据的信号。那意味着，从第一网络节点120发送第一信号x₁(t)，并在传播延迟τ之后在第二网络节点120接收第一信号x₁(t)。传播延迟τ导致-ω₁·τ＝-ω₁·d/c₁的相位改变，其中c₁是频率ω₁的已知传播速度，并且d是要确定的距离(电力传输线长度)。通常，传播速度c近似2·10⁸m/s，并且仅微弱地取决于要从第一网络节点110传送到第二网络节点120的信号的频率，尤其是对于没有损耗的或低损耗的线路。在第二网络节点120的解调器用具有第二频率ω₁’＝2πf₁’的本地生成的第二信号“向下混合”(例如相乘和滤波)或解调接收的第一信号，以便将高频的第一信号移到基带，这将在下面更详细描述。通常，在第二网络节点120的振荡器或频率发生器122生成与在第一网络节点110生成频率ω₁的振荡器或频率发生器112相同的频率ω₁’。然而，实际上ω₁’＝ω₁+y·ω₁，其中y是小相对频率误差，通常y≈10^-6(1ppm)。

在复数表示法中，用第二信号解调的第一信号对应于：

其中z₁(t)＝x₁(t-τ)。在等式(5)中，忽略了噪声和失真效应。可以看到，由于用第二信号解调或频率混合所接收的第一信号而从接收的相位减去(ω₁’·t+ψ₁ ⁰)。ψ₁ ⁰说明传送器振荡器与接收器振荡器之间的未知相对相位。解调器之后的相位由此是：

除了期望参数d、即电力传输线长度之外，接收的相位ψ₁(t)含有由于来自第一网络节点中频率发生器和第二网络节点中频率发生器的频率和相位偏移引起的未知的多余参数(ω₁’-ω₁)和因为存在引起相位偏移的许多未知原因，因此实际上不可能在(6)中从测量的相位恢复传输电力线的绝对长度d。然而，如果能补偿频率偏移(ω₁’-ω₁)，则有可能根据ψ₁(t)测量传输电力线的长度d的相对改变。下面描述估计d或d的相对改变的方法，同时将任何频率偏移考虑进去。

在典型实施例中，可以在相反方向上和/或在不同频率上执行相位差的第二测量。例如，在同一电力传输线上使用从第二网络节点120发送到第一网络节点110的第三信号执行相位差的第二测量。这在图4的下半部分示出了。

用第三载波频率ω₂’从第二网络节点120传送连续PLC信号或另一第三信号。所传送相位的相位由此是：

使用与上面相同的推导，第一网络节点110中解调的第三信号的相位或相位差是：

在第一网络节点110以及在第二网络节点120中，用于调制第三信号的频率(第三信号的载波频率ω₂)或用于解调第一信号的频率(即第二信号的频率ω₁’)或用于调制第一信号的频率(第一信号的载波频率ω₁)和用于解调第三信号的频率(即第四信号的频率ω₂)都可源自同一频率源或者源自同步的或相同的频率发生器。由此，有可能使用频率误差将(ω₁-ω₁’)与(ω₂’-ω₂)相关。在两个节点中，频率f_i＝ω_i/2π和f_i’分别源自在第一网络节点110和第二网络节点120中生成参考或基本频率f₀和f₀’的本地振荡器。

f₁＝k₁f₀， $f_1^{\′}=k_1{f}_0^{\′}---\left(8\right)$

f₂＝k₂f₀， $f_2^{\′}=k_2{f}_0^{\′}$

在典型实施例中，可以在第一网络节点110和第二网络节点120中实现频率乘法器或除法器k₁和k₂。因此，它们是已知常数，并且在两个节点中相同。由此，所有频率误差都与差f₀’-f₀成比例：

$f_0^{\′}-f_0=f_0(1+y)-f_0=y{f}_0---\left(9\right)$

其中y表示f₀’相对于f₀的相对频率偏移。因此(ω₁-ω₁’)＝-yω₁并且(ω₂’-ω₂)＝yω₂。

将这个插入等式(6)和等式(7)中得出：

ψ₁(t)和ψ₂(t)是在第二网络节点110接收的第一信号与第二信号之间的相位差(ψ₁(t))和在第一网络节点120接收的第三信号与第四信号之间的相位差(ψ₂(t))。这两个测量允许消除未知的频率偏移y：求解d(t)的等式(10)和(11)，同时利用频率偏移小(|y|＜＜1)的事实，使得ω₂’≈ω₂，得出：

在其中例如通过全球定位系统(GPS)信号同步第一网络节点110和第二网络节点120中的频率发生器的一个实施例中也可以获得这个。等式(12)右手边的第二项在时间上并且由于绝对相位而是常数。它仅可以用准确同步的时钟测量。然而，实际上，仅测量长度d(t)的相对改变就足够了，如在等式(12)中第一项所给出的，即：

$\hat{d}\left(t\right)=-\frac{\frac{{\mathrm{\ψ}}_1\left(t\right)}{{\mathrm{\ω}}_1}+\frac{{\mathrm{\ω}}_2\left(t\right)}{{\mathrm{\ω}}_2}}{\frac{1}{c_1}+\frac{1}{c_2}}.---\left(13\right)$

在意味着对于第一信号和第三信号使用同一载波频率的ω₁＝ω₂＝ω的例证性特殊情况下：

$\hat{d}=-\frac{c}{\mathrm{\ω}}\frac{{\mathrm{\ψ}}_1+{\mathrm{\ψ}}_2}{2},---\left(14\right)$

即，从两个测量的平均值中获得d，作为等式(3)的一般化。

在典型实施例中，可使用正交解调器例如使用例如正交幅度调制(QAM)实现以上方法。QAM是通过改变载波幅度传递数据的调制方案。通常是正弦的这两个波彼此相位相差90°，并由此称为正交载波。两个波通常具有相同的频率。给定接收的信号z_i(t)，可以通过正交解调器实现分别在第一网络节点和第二网络节点测量第一相位和第二相位，ψ_i(t)，i＝1，2。图5中示出了正交解调器的示例。用正交信号和乘(或解调)接收的信号z_i(t)(例如在第二网络节点120接收的第一信号或在第一网络节点110接收的第三信号)，并对其进行低通滤波。所得到的信号是：

$u_i^I\left(t\right)=\frac{1}{2}\cos \left({\mathrm{\ψ}}_i\left(t\right)\right)---\left(15\right)$

$u_i^Q\left(t\right)=\frac{1}{2}\sin \left({\mathrm{\ψ}}_i\left(t\right)\right),---\left(16\right)$

由此发现相位ψ_i(t)作为复数u_i(t)， $u_i\left(t\right)=u_i^I\left(t\right)+j{u}_i^Q\left(t\right)=1/2e^{j{\mathrm{\ψ}}_i\left(t\right)}$ 的角度。从形式上：

${\mathrm{\ψ}}_i\left(t\right)=\arctan \left(\frac{u_i^Q\left(t\right)}{u_i^I\left(t\right)}\right).---\left(17\right)$

组合在不同节点执行的相位差ψ₁(t)和ψ₂(t)的测量以得出d(t)的估计，例如见等式(14)。这暗示测量值以适当速率发送到计算单元。这个单元可位于第一网络节点110或第二网络节点120，在此情况下，可使用PLC通信链路本身传送这些值。备选地，这些值可通过单独装置发送到某一第三单元进行处理。

以上描述是按照未调制载波给出的。实际上，PLC信号是通过要传送的用户数据调制的。对于准确的相位测量，可以补偿或消除这个数据调制。

在一个实施例中，对从正交解调器获得的相位信号进行低通滤波以便排除数据引起的相位变化。

在另一个实施例中，解调并提取(带通滤波)在频率2ω_i的分量之前对信号z_i(t)求平方。所得到的信号的正交解调得出2ψ_i(t)，其中大多数数据相关成分都移除了。

在另一实施例中，可以使用判定反馈，即，使用数据检测器重新调制并减去数据相关相位成分。

这些方案可引入取决于数据统计的测量误差。

在下文，为了测量电力传输线长度，给出数字示例。

假设，由于增大30℃的热负荷d在一分钟内从例如100km增大到100.05km。因此其中f₁＝100kHz并且f₂＝200kHz，并且相对频率误差y＝10^-6(1ppm可由低成本的温控石英振荡器实现)，通过从等式(10)和等式(11)得出在ψ₁(t)和ψ₂(t)测量的频率是：

$\frac{{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_1}{2\mathrm{\π}}=-y{f}_1-f_1\frac{\stackrel{\·}{d}}{c}=-104.2\mathrm{mHz},$ $f_1\frac{\stackrel{\·}{d}}{c}=0.42\mathrm{mHz}$

$\frac{{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_2}{2\mathrm{\π}}=+y{f}_2-f_2\frac{\stackrel{\·}{d}}{c}=+191.7\mathrm{mHz},$ $f_2\frac{\stackrel{\·}{d}}{c}=0.83\mathrm{mHz}$

(其中c＝2·10⁸m/s)。看到，由于振荡器频率偏移引起的成分可比由于电力线长度改变引起的频率大很多。由此相位的精确测量对于从等式(13)获得准确的长度估计是至关重要的。

在另一实施例中，代替使用上面描述的双向测量，通过使用不同频率f₁≠f₂，还有可能使用从第一网络节点110到第二网络节点120的两个同向链路。在这种情况下，在频率f₁和f₂测量的频率偏移的符号相同，并且与上面类似的推导得出：

$\hat{d}=-\frac{\frac{{\mathrm{\ψ}}_1}{{\mathrm{\ω}}_1}-\frac{{\mathrm{\ψ}}_2}{{\mathrm{\ω}}_2}}{\frac{1}{c_1}-\frac{1}{c_2}}.---\left(18\right)$

然而，如果两个频率的传播速度c₁和c₂相等，则这个方法失效，这对于无损耗线路是如此。因此，这个方法可能对于测量误差是敏感的。

在可与其它实施例组合的另一实施例中，可单独直接测量电力传输线长度以提供电力传输线的近似长度。如所说明的，估计未给出绝对长度。例如，可以使用直接延迟测量。在执行用于获得电力线长度粗略估计的这个直接延迟测量之后，然后采用上面描述的载波相位测量方法提供更高准确性和分辨率的相对长度测量。延迟测量方法依赖于第一网络节点110与第二网络节点120之间的消息延迟的“双路测量”。

在时间T1(如节点1上的时钟所测量的)，节点1向节点2发送消息。节点2测量其到达时间作为T2(由节点2上的时钟所测量的)。然后在时间T3(由节点2上的时钟所测量的)，节点2又向节点1发送消息，节点1测量其到达时间作为T4(由节点1上的时钟所测量的)。假设，消息延迟τ在两个方向上相同，

$d=\frac{\mathrm{\τ}}{c}=\frac{1}{c}\frac{(T4-T1)-(T3-T2)}{2}.---\left(19\right)$

这是通过节点2中的处理时间(T3-T2)校正的往返程延迟测量(T4-T1)的变型。由于处理时间抖动和承载消息的数据信号的较低频含量，这种消息延迟测量相比上面描述的载波相位方法准确性差很多，并且具有更低的分辨率。例如，10μs的(低)消息延迟测量抖动转变为2km的长度误差，要与对应于大约5m长度分辨率的相位测量的1°分辨率相比较。

图6示出了可用于执行第一位置与第二位置之间电力传输线长度量测量的方法的实施例。在第一步骤中，在第一网络节点第一信号具有第一载波频率。在另一步骤中，经由电力传输线从第一位置向第二位置传送第一信号。在另一步骤中，在第二网络节点提供具有第二频率的第二信号。在另一步骤中，在第二网络节点测量第一信号与第二信号之间的第一相位差。最后，根据测量的相位差计算长度量。

所写的说明书使用示例公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员都能够进行和使用本发明。虽然已经按照各种具体实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将认识到，可以在权利要求书的精神和范围内用修改实施本发明。特别是，可以彼此组合上面描述的实施例的相互非排他性特征。本发明的可专利范围由权利要求书定义，并且可包括本领域技术人员可想到的其它示例。这种其它示例意图在权利要求书的范围内。

Claims (18)

1.一种用于确定电力传输线的长度量的方法，其中所述电力传输线连接第一位置与第二位置，其中所述方法包括：

在所述第一位置提供具有第一载波频率(f₁)的第一信号；

经由所述电力传输线从所述第一位置向所述第二位置传送所述第一信号；

在所述第二位置提供具有第二频率(f₁')的第二信号；

在所述第二位置测量所述第一信号与所述第二信号之间的第一相位差；

根据测量的相位差计算所述长度量。

2.如权利要求1所述的方法，其中

所述第一信号是电力线通信信号。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述第一信号是电力线通信信号，且其中补偿或消除调制的用户数据。

4.如权利要求1所述的方法，其中

所述第二频率(f₁')等于所述第一载波频率(f₁)，其中用于在所述第一位置生成所述第一载波频率的频率发生器和用于在所述第二位置生成所述第二频率的频率发生器同步。

5.如权利要求2所述的方法，其中

所述第二频率(f₁')等于所述第一载波频率(f₁)，其中用于在所述第一位置生成所述第一载波频率的频率发生器和用于在所述第二位置生成所述第二频率的频率发生器的相位和频率同步。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：

向第三信号提供第三载波频率(f₂')；

从所述第二位置向所述第一位置传送所述第三信号；

在所述第一位置提供具有第四频率(f₂)的第四信号；

在所述第一位置测量所述第三信号与所述第四信号之间的第二相位差。

7.如权利要求6所述的方法，其中从具有第一基本频率(f₀)的相同本振频率源生成在所述第一位置的所述第一载波频率和所述第四频率，并且其中从具有第二基本频率(f₀')的相同本振频率源生成所述第三载波频率和所述第二频率。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述第一载波频率和/或所述第四频率是所述第一基本频率的倍数或分数，和/或所述第三载波频率和/或所述第二频率是所述第二基本频率的倍数或分数。

9.如权利要求6至8中任一项所述的方法，其中所述第一载波频率和/或所述第三载波频率在10 kHz到2000kHz的范围内。

10.如权利要求6至8中任一项所述的方法，包括基于测量的第一相位差和/或第二相位差计算所述电力传输线的长度。

11.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述长度量是长度的相对改变。

12.一种用于确定第一位置(110)与第二位置(120)之间的电力传输线(130)的长度的系统，其中在所述第二位置的第二接收器适合于从所述第一位置接收具有第一载波频率(f₁)的第一信号，其中所述系统包括用于在所述第二位置产生具有第二频率(f₁')的第二信号的频率发生器(122)；其中所述接收器还包括适合于在所述第二位置检测所述第二频率与所述第一载波频率之间的第一相位差的相位检测装置(126)，所述系统还适于执行权利要求11所述的方法。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述系统还包括具有用于产生第三信号的第三载波频率(f₂')的频率发生器(122,k₂)、在所述第二位置的第二传送器，其中所述第二传送器适合于经由所述电力传输线向所述第一位置发送所述第三信号。

14.如权利要求13所述的系统，其中在所述第二位置的所述第二接收器和所述第二传送器适合于使用相同本振频率源(122)产生所述第三信号的所述第三载波频率并产生所述第二信号，其中所述相同本振频率源(122)具有第二基本频率(f₀')。

15.如权利要求14所述的系统，其中所述第三信号的所述第三载波频率是所述第二基本频率的倍数或分数，和/或所述第二频率是所述第二基本频率的倍数或分数。

16.如权利要求13、14或15中任一项所述的系统，其中所述系统在所述第一位置包括适合于从所述第二位置接收所述第三信号的第一接收器，其中所述系统包括在所述第一位置用于产生具有第四频率(f₂)的第四信号的频率发生器(112,k₂)；其中所述系统还包括适合于检测所述第四频率与所述第三载波频率之间的第二相位差的相位检测装置。

17.如权利要求16所述的系统，其中所述系统还包括具有用于产生第一信号的所述第一载波频率的频率发生器(112,k₁)的、在所述第一位置的第一传送器，其中在所述第一位置的所述第一接收器和所述第一传送器适合于使用相同本振频率源(112)产生所述第一信号的所述第一载波频率并产生所述第四信号，其中所述相同本振频率源(112)具有第一基本频率(f₀)。

18.如权利要求17所述的系统，其中所述第一信号的所述第一载波频率是所述第一基本频率的倍数或分数，和/或所述第四频率是所述第一基本频率的倍数或分数。