CN110400450B - 通过无线通信技术实现相位判别的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过无线通信技术实现相位判别的方法和设备，所述方法包括：测量装置向待测相位装置发送“固定长度过零检测帧”，并开始记录参考相线工频过零点时刻；待测相位装置等待其相位过零点事件发生；待测相位装置端发生过零点事件后，回发“固定长度应答帧”；测量装置接收到“固定长度应答帧”后，记录接收完成“固定长度应答帧”的时刻；测量装置将接收完成“固定长度应答帧”的时刻，与参考相线工频过零点时刻进行比较，根据三相交流电信号的正向过零点或反向过零点相差6.67ms，或根据三相交流电信号的周期T为20ms，计算得到待测相位装置所处的相位。本发明的技术方案，无需对现有用电信息采集系统进行改造，即可进行相位判别。

Description

通过无线通信技术实现相位判别的方法和设备

技术领域

本发明涉及相位识别技术，尤其涉及一种通过无线通信技术实现相位判别的方法和设备。

背景技术

经分析目前电力系统发现，针对线路故障类型、故障停电范围、保险跌落或开关跳闸位置等，缺少行之有效的监测和预判手段。由于对现场情况的不了解，误判情况时有发生，造成抢修方案不合理、抢修力量配置失当，延长了故障排除时间，影响供电质量，造成了较大的经济损失和社会影响。实现对停电故障的有效监控，可极大地提升配电运维管理水平。为了实现停电故障的准确定位，则需要对线路相位进行准确判断。

目前有下面几种相位识别方法：

1.采取停电的方式进行电表相位识别。但这种方式会影响居民正常生活，且每个低压台区都需要人工来进行处理，一旦台区内用户数量或者用户位置发生变化，都需要重新更新。

2.将台区电表和采集器所读取的相位信息存储在路由模块中，然后由集中器读取路由模块中存储的节点相位信息，并存储相位信息。这种相位识别方法需要集中器、路由模块及电表协同支持，推广成本较高。

3.以台区总表的A、B、C三相作为参照，将智能电表监测单元端几个时刻的电压值与台区总表相对应时刻的电压值进行相关性计算，选择相关度最高的来确定相位。此种方法中的相关性计算，对数据质量要求较高且计算的准确性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种通过无线通信技术实现相位判别的方法，包括：测量装置向待测相位装置发送“固定长度过零检测帧”，并开始记录参考相线工频过零点时刻；待测相位装置接收到“固定长度过零检测帧”后，等待其相位过零点事件发生；待测相位装置端发生过零点事件后，回发“固定长度应答帧”；测量装置接收到“固定长度应答帧”后，记录接收完成“固定长度应答帧”的时刻；测量装置将接收完成“固定长度应答帧”的时刻，视为待测相位装置端的过零点时刻，且与参考相线工频过零点时刻进行比较，根据三相交流电信号的正向过零点或反向过零点相差6.67ms，或根据三相交流电信号的周期T为20ms，计算得到待测相位装置所处的相位。

根据本发明另一方面，提供一种通过无线通信技术实现相位判别的设备，包括：第一通信模块，设于测量装置中，包括：第一无线模块，用于以上测量装置完成的发送、接收帧的功能；第一中央处理单元，用于处理第一无线模块接收的数据；第二通信模块，设于待测相位装置中，包括：第二无线模块，用于以上待测相位装置完成的发送、接收帧的功能；第二中央处理单元，用于处理第二无线模块接收的数据。

根据本发明的技术方案，无需对现有的用电信息采集系统进行改造，即可识别相位，成本较低，容易推广，且不影响用电信息采集系统的正常运行，对现有用电信息采集本地通信信道无干扰。

附图说明

图1示出了我国工频三相电力供电系统的三相过零时序图。

图2示出了根据本发明实施方式的通过无线通信确定电表相位的方法的流程图。

图3示出了用于计算智能电表监测单元所处相位的三相过零时序图。

图4示出了在台区集中器与智能电表监测单元之间进行对时的流程图。

图5示出了根据本发明另一实施方式的通过无线通信确定电表相位的设备的示意性框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

根据本发明一实施方式，提供了一种通过无线通信技术实现相位判别的方法。该方法的基本原理是：为了正确识别待测相位，只需要识别出待测相位装置处的工频供电电压过零点与参考相线工频过零点的相位时间差值，即可区分相对相位信息，进而判别相位。

具体来说，上述过零点的相位时间差值指的是：我国的50Hz工频三相电力供电系统，周期为20ms(周期计算方式：

)，三相的相位差是120度，在时间上三相交流电信号的正向过零点(或反向过零点) 相差约6.67ms，

如图1所示。

在本实施方式中，我们以低压配电台区电表相位测量为例来描述上述方法原理的具体应用，以期本领域技术人员充分理解本发明的原理。在电表相位测量的应用场景中，待测相位装置是安装在电表箱中的智能电表监测单元，其与电表通过三相电源线连接。在本发明中，智能电表监测单元的安装位置和安装方式不受限制。参考相线工频过零点由台区集中器监控并记录。

下面参考图2描述该方法的具体实施步骤。如图2所示，该示例方法包括：

S210：台区集中器向智能电表监测单元发送“固定长度过零检测帧”，并开始记录台区集中器参考相线工频过零点时刻。

在本实施例中，台区集中器选定的参考相是A相，选取的参考过零点时刻是A相过零点时刻。随后计算的智能电表监测单元端的相位即是以此参考相为基准得出的。

S220：智能电表监测单元接收到“固定长度过零检测帧”后，等待其相位过零点事件发生。

S230：智能电表监测单元端发生过零点事件后，向台区集中器回发“固定长度应答帧”。

在一优选实施方式中，可以在台区集中器发送“固定长度过零检测帧”且智能电表监测单元接收到“固定长度过零检测帧”后，待智能电表监测单元内部的CPU处理完紧急指令后，再发出应答响应，这种方式极大地提高了智能电表监测单元内CPU的使用效率。

S240：台区集中器收到所述“固定长度应答帧”后，记录接收完成“固定长度应答帧”的时刻。

S250：台区集中器将接收完成“固定长度应答帧”的时刻与台区集中器参考相线工频过零点时刻进行比较，根据三相交流电信号的过零点特征，计算得到智能电表监测单元所处的相位。

在此，将接收完成“固定长度应答帧”的时刻视为智能电表监测单元过零点时刻，其参考基准是步骤S210中台区集中器发送完“固定长度过零检测帧”后所记录的台区集中器A相每个过零点的时刻。这些A相每个过零点的时刻均可作为参考过零点时刻。

如以上参考图1所示，步骤S250提及的三相交流电信号的过零点特征可以是：在时间上三相交流电信号的正向过零点(或反向过零点)相差约6.67ms。

具体判断方式为：如图3所示，以某一A相过零点时刻为参考点，以此A 相过零点时刻为中心，返回的智能电表监测单元端过零点时刻在此点前后共 6.67ms时间范围内，都属于A相；若不在6.67ms范围内，而处于上一个或者下一个6.67ms范围内，属于B相······以此类推，得到智能电表监测单元所在的相。

实际上，所有的6.67ms都是20/3ms的大约值。在A相参考过零点时刻值与智能电表监测单元过零点时刻值相差不大的情况下，可以采用6.67ms来判断。若两个时间点相差很大，就不能以6.67ms来计算，而需要以一个正弦波周期20ms来计算。

具体的计算方式可以是：

将接收完成“固定长度应答帧”的时刻，减去台区集中器参考相线工频过零点时刻，得到的差值再除以三相供电系统的周期T，根据余数t所落区间来判断智能电表监测单元所处的相位：

0﹤t≤T/6，或5T/6﹤t≤T，则智能电表监测单元所处的相位与台区集中器参考相线相位相同，即也处于A相；

T/6﹤t≤T/2，则智能电表监测单元所处的相位比台区集中器参考相线相位，延迟一个相位，即处于B相；

T/2﹤t≤5T/6，则智能电表监测单元所处的相位比台区集中器参考相线相位，延迟两个相位，即处于C相。

在如上所述A相参考过零点时刻值与智能电表监测单元过零点时刻值相差不大的情况下(如图3所示)，也可以采用上述判断方式。由于除数20(即周期T)大于被除数，因此余数直接取被除数。那么参考图3，在0﹤t≤T/6，或5T/6﹤t≤T时，智能电表监测单元处于A相；在T/6﹤t≤T/2时，智能电表监测单元处于B相；在T/2﹤t≤5T/6时，智能电表监测单元处于C相。

在实际的工作中，台区集中器向智能电表监测单元发送“固定长度过零检测帧”，开始记录此后A相每个过零点时刻。智能电表监测单元在接收到固定长度的过零检测帧后，才开始工作。台区集中器的时间基准与智能电表监测单元各自开始工作后的时间基准不同，所以优选地要对两者进行对时，以保证两者的时间基准保持一致，这样在将台区集中器A相过零点时刻与智能电表监测单元记录的相位过零点时刻进行时间比较时，结果更准确。

因此，在图2所示的过零点检测步骤之前，还可以包括如下对时步骤，如图4所示：

S410：台区集中器发送“相位识别起始帧”，智能电表监测单元接收到“相位识别起始帧”后，发送“相位识别起始应答帧”至台区集中器；

S420：台区集中器发送“固定长度对时帧”，智能电表监测单元接收到“固定长度对时帧”后，返回相同长度的“对时应答帧”，该“对时应答帧”包含台区集中器发送完成对时帧的时刻T_MT、智能电表监测单元接收完成对时帧的时刻T_SR、台区集中器接收完成对时应答帧的时刻T_MR。

在一优选实施方式中，可以在台区集中器发送“相位识别起始帧”、“固定长度对时帧”且智能电表监测单元接收到起始帧、对时帧后，待智能电表监测单元内部的CPU处理完紧急指令后，再对此帧进行分析与处理，并返回对应帧。

S430：台区集中器标记T_MT、T_SR、T_MR三个时刻值。

S440：台区集中器发送“读取智能电表监测单元发送完对时应答帧的时刻”命令帧，至智能电表监测单元，智能电表监测单元返回包含其发送完对时应答帧时刻(即：T_ST)的应答帧。

在上述过程中，记录的时刻优选地都是信号发送完成的时刻，这样可以排除由于操作系统引起的时间误差及硬件的信号处理引起的时间误差，使对时更加精确。

S450：计算台区集中器发送完成对时帧的时刻与接收完成应答帧的时刻差值，并用此差值减去智能电表监测单元端返回的延时时间，得到的值即为帧的双向传输时间，此时间的1/2即为帧的单向传输时间。

其中，智能电表监测单元端返回的延时时间计算方式为：智能电表监测单元发送完“对时应答帧”的时刻T_ST与智能电表监测单元接收完“对时帧”的时刻T_SR之间的差值为智能电表监测单元端返回的延时时间T_delay，上述单向传输时间T₀即为：

根据优选实施方式，图4所示的流程图可多次执行，从而得到多个单向传输时间T₀，并求取平均值，作为最终的单向传输时间。

此外，在上述流程步骤中，采用高频晶振得到0.1us的时间精度，且对时帧和过零检测帧采用相同长度的时间帧，这样可以精确实现相位识别，为停电故障定位起到关键性作用。

在完成图4所示的对时之后，再执行图2所示的流程图步骤，其中步骤“S250：台区集中器将接收完成“固定长度应答帧”的时刻与所述台区集中器参考相线工频过零点时刻进行比较，根据三相交流电信号的过零点特征，计算得到智能电表监测单元所处的相位”将会如下具体执行：

将台区集中器接收完成“固定长度应答帧”的时刻，减去图4中得到的帧的单向传输时间T₀，就可追溯到智能电表监测单元端更准确的过零点时刻，即 T_MR’-T₀，并与记录的台区集中器A相每个过零点时刻进行比较。比如，记录下台区集中器A相参考过零点时间为t₁，智能电表监测单元端的过零点时刻为 t₂＝T_MR’-T₀，将两个过零点时刻的差值对一个正弦波周期20ms取余，根据得到的余数与6.67ms之间的关系完成对智能电表监测单元端的相位识别，如上所述。

根据本发明的技术方案，对线路的相位识别速度快且正确率高，避免了物理层信号识别时干扰很大导致误判的问题，实现停电故障等待准确定位，实现对停电故障的有效监控，极大程度地提升了配电运维管理水平。

以上以配电台区电表相位判别为例描述了本发明实施方式，但本领域技术人员应理解，本发明的相位判别方法还可应用于其他场景，比如采用本发明的方法进行音箱相位判别或者进行音箱相位差判断，进而调整音箱的相位，等等。由于篇幅所限，且其应用原理相同，在此不一一对其他实施方式展开描述。

根据本公开另一实施方式，还提供一种通过无线通信技术实现相位判别的设备，如图5所示，该设备包括：

第一通信模块510，设于测量装置中，包括：第一无线模块，用于测量装置完成的发送、接收帧的功能；第一中央处理单元，用于处理第一无线模块接收的数据。如以上针对方法实施方式所述，测量装置可以是台区集中器，第一通信模块可以设于其中。

第二通信模块520，设于待测相位装置中，包括：第二无线模块，用于以上待测相位装置完成的发送、接收帧的功能；第二中央处理单元，用于处理第二无线模块接收的数据。如以上针对方法实施方式所述，待测相位装置可以是智能电表监测单元。

第一通信模块510和第二通信模块520中的无线模块均可通过SPI通信的方式与各自的CPU进行连接，无线模块将接收的数据传到CPU进行分析与处理，同样数据经过CPU处理后通过无线模块再发送出去。

本发明实施例所述的设备及其各个组成部件可以被配置成执行与前述方法实施例相类似的处理，因此，设备实施例中未详述部分，请参见方法实施例中相应描述，这里不再赘述。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源 /接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通过无线通信技术实现相位判别的方法，包括：

测量装置向待测相位装置发送“固定长度过零检测帧”，并开始记录参考相线工频过零点时刻；

待测相位装置接收到“固定长度过零检测帧”后，等待其相位过零点事件发生；

待测相位装置端发生过零点事件后，回发“固定长度应答帧”；

测量装置接收到“固定长度应答帧”后，记录接收完成“固定长度应答帧”的时刻；

测量装置将接收完成“固定长度应答帧”的时刻，视为待测相位装置端的过零点时刻，且与参考相线工频过零点时刻进行比较，根据三相交流电信号的正向过零点或反向过零点相差6.67ms，或根据三相交流电信号的周期T为20ms，计算得到待测相位装置所处的相位。

2.根据权利要求1所述的通过无线通信技术实现相位判别的方法，其中该方法应用于电表相位测量，其中测量装置是台区集中器，待测相位装置是设于电表端的智能电表监测单元。

3.根据权利要求2所述的通过无线通信技术实现相位判别的方法，其中所述台区集中器记录的参考相线是A相。

4.根据权利要求2所述的通过无线通信技术实现相位判别的方法，其中根据三相交流电信号的过零点特征，计算得到智能电表监测单元所处的相位包括：

将接收完成“固定长度应答帧”的时刻，减去所述台区集中器参考相线工频过零点时刻，得到的差值再除以三相交流电信号的周期T，根据余数t所落区间来判断所述智能电表监测单元所处的相位：

0﹤t≤T/6，或5T/6﹤t≤T，判断所述智能电表监测单元所处的相位与所述台区集中器参考相线相位相同；

T/6﹤t≤T/2，判断所述智能电表监测单元所处的相位比所述台区集中器参考相线相位，延迟一个相位；

T/2﹤t≤5T/6，判断所述智能电表监测单元所处的相位比所述台区集中器参考相线相位，延迟两个相位。

5.根据权利要求2所述的通过无线通信技术实现相位判别的方法，还包括在台区集中器和电表监测单元之间进行对时的步骤，包括：

台区集中器发送“相位识别起始帧”，智能电表监测单元接收到“相位识别起始帧”后，发送“相位识别起始应答帧”至台区集中器；

台区集中器发送“固定长度对时帧”，智能电表监测单元接收到“固定长度对时帧”后，返回相同长度的“对时应答帧”，所述“对时应答帧”包含台区集中器发送完成对时帧的时刻T_MT、智能电表监测单元接收完成固定长度对时帧的时刻T_SR、台区集中器接收完成对时应答帧的时刻T_MR；

台区集中器标记T_MT、T_SR、T_MR三个时刻值；

台区集中器发送“读取智能电表监测单元发送完对时应答帧的时刻”命令帧，至智能电表监测单元，智能电表监测单元返回包含其发送完对时应答帧时刻T_ST的应答帧；

计算台区集中器发送完成对时帧的时刻T_MT与接收完成对时应答帧的时刻T_MR的差值，并用此差值减去智能电表监测单元端返回的延时时间，得到的值即为帧的双向传输时间，此时间的1/2即为帧的单向传输时间T₀，

其中，智能电表监测单元端返回的延时时间计算方式如下：智能电表监测单元发送完“对时应答帧”的时刻T_ST与智能电表监测单元接收完“固定长度对时帧”的时刻T_SR之间的差值为智能电表监测单元端返回的延时时间T_delay，所述帧的单向传输时间为：

6.根据权利要求5所述的通过无线通信技术实现相位判别的方法，其中可多次求解所述单向传输时间T₀，并求取平均值，作为最终的单向传输时间。

7.根据权利要求5所述的通过无线通信技术实现相位判别的方法，其中所述台区集中器发送的“固定长度对时帧”与“固定长度过零检测帧”长度相同。

8.根据权利要求5所述的通过无线通信技术实现相位判别的方法，其中在台区集中器发送“固定长度对时帧”且智能电表监测单元接收到“固定长度对时帧”后，待智能电表监测单元内部的CPU处理完紧急指令后，再对此帧进行分析与处理，并返回“对时应答帧”。

9.根据权利要求5所述的通过无线通信技术实现相位判别的方法，在执行步骤“台区集中器将接收完成“固定长度应答帧”的时刻，视为智能电表监测单元端的过零点时刻，且与所述台区集中器参考相线工频过零点时刻进行比较，根据三相交流电信号的正向过零点或反向过零点相差6.67ms，或根据三相交流电信号的周期为20ms，计算得到智能电表监测单元所处的相位”之前，先执行如下步骤：

将台区集中器接收完成“固定长度应答帧”的时刻，减去帧的单向传输时间T₀，然后再将得到的值作为智能电表监测单元端的过零点时刻。

10.一种通过无线通信技术实现相位判别的设备，包括：

第一通信模块，设于测量装置中，包括：

第一无线模块，用于以上权利要求1-9中任一项所述的测量装置完成的发送、接收帧的功能；

第一中央处理单元，用于处理所述第一无线模块接收的数据；

第二通信模块，设于待测相位装置中，包括：

第二无线模块，用于以上权利要求1-9中任一项所述的待测相位装置完成的发送、接收帧的功能；

第二中央处理单元，用于处理所述第二无线模块接收的数据。

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