CN116157765A - 经由同步消息传递的相量识别 - Google Patents

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Abstract

描述了配电系统中的节点。该节点包括与来自AC主电源的单相功率信号的电气连接件、被配置为接收第一相位同步消息的无线通信接口以及控制器。控制器被配置为确定第一相位同步消息是否可接受并且响应于确定第一相位同步消息可接受而在接收到第一相位同步消息之后检测单相功率信号上的过零事件。控制器进一步被配置为计算第一相位同步信号的接收与检测到的过零事件之间的时间差，基于时间差确定局部相位角，并且基于局部相位角建立单相功率信号的标识。

Description

经由同步消息传递的相量识别
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年7月17日提交的美国临时专利申请No.63/053,189的优先权和权益，其内容被并入本文。
技术领域
本文公开的实施例涉及配电网络内的相位确定。
背景技术
在具有被提供给多个配电位置的多相电力的配电网络中，可能难以精确地确定设备被连接到哪个相位。
发明内容
根据一个实施例，描述了配电系统中的节点。该节点包括连接到来自AC主电源的单相功率信号的电气连接件、被配置为接收第一相位同步消息的无线通信接口以及控制器。控制器被配置为确定第一相位同步消息是否可接受，并且响应于确定第一相位同步消息是可接受的而在接收到第一相位同步消息之后检测单相功率信号上的过零事件(zero-crossing event)。控制器进一步被配置为计算第一相位同步信号的接收与检测到的过零事件之间的时间差，基于时间差确定局部相位角，并且基于局部相位角建立单相功率信号的标识。
在一个方面中，节点被嵌入在电力公用事业计量器中。
在另一方面中，第一相位同步消息包括节点的层值(tier value)、节点的确定相位角、单相功率信号的频率以及节点的通信地址。
在另一方面中，基于第一相位同步消息内的层值高于节点的层值，第一相位同步消息被确定为可接受的。
在另一方面中，层值表示距AC主电源的距离，其中，较高的层值表示相对于较低的层值，到AC主电源的距离更短。
在另一方面中，控制器进一步被配置为响应于建立单相功率信号的标识而传送第二相位同步消息，其中，第二相位同步消息至少包括节点的层值、所确定的局部相位角以及单相功率信号的标识。
在另一方面中，控制器进一步被配置为确定单相功率信号的相位标识是否已知，并传送请求消息，其中，该请求消息是对一个或多个所请求的相位同步消息的请求。
在另一实施例中，描述了一种用于确定被耦合到多相AC配电系统的相位的节点设备的相位标识的方法。该方法包括接收第一相位同步消息，确定第一相位同步消息是否可接受，以及响应于确定第一相位同步消息是可接受的，在接收到第一相位同步消息之后检测相位上的过零事件。该方法还包括计算第一相位同步消息的接收与检测到的过零事件之间的时间差，基于该时间差确定局部相位角，以及基于该局部相位角建立相位的标识。
在一个方面中，第一相位同步消息包括层值、节点的所确定的相位角、单相功率信号的频率以及节点的通信地址。
在一个方面中，该方法还包括通过将第一同步消息的层值增加一来确定节点的层值。
在另一方面中，基于第一相位同步消息的层值高于节点的所确定的层值，第一相位同步消息被确定为可接受的。
在另一方面中，层值表示距AC主电源的距离，其中，较高的层值表示相对于较低的层值，到AC主电源的距离更短。
在另一方面中，该方法还包括响应于建立单相功率信号的标识而传送第二相位同步消息，其中，第二相位同步消息至少包括节点的层值、所确定的局部相位角以及单相功率信号的标识。
在另一方面中，该方法还包括确定单相功率信号的相位标识是否已知，以及传送请求消息，其中，该请求消息是对一个或多个所请求的相位同步消息的请求。
在另一个实施例中，描述了一种用于配电网络的监控系统。该系统包括被耦合到配电网络的第一相位的第一节点。第一节点被配置为确定第一相位的标识是否已知，并且响应于确定第一相位的标识是已知的而生成第一相位同步消息。第一节点进一步被配置为针对过零事件监控第一相位，并且响应于检测到过零事件而传送第一相位同步消息。
在一个方面中，该系统还包括被耦合到配电网络的第二相位的第二节点。第二节点被配置为接收第一相位同步消息，确定第一相位同步消息是否可接受，并且在接收到第一相位同步消息之后检测第二相位上的过零事件。第二节点进一步被配置为计算第一相位同步消息的接收与检测到的过零事件之间的时间差，基于时间计算的时间差确定局部相位角，并基于局部相位角建立第二相位的标识。
在另一方面中，第二节点进一步被配置为响应于建立第二相位的标识而传送第二相位同步消息，并且其中第二相位同步消息至少包括第二节点的层值、所确定的局部相位角和第二相位的标识。
在另一方面中，第二节点还被配置为通过将第一同步消息的层值增加一来确定第二节点的层值。
在另一方面中，第一相位同步消息包括第一节点的层值、第一节点的所确定的相位角、第一相位的频率以及第一节点的通信地址。
在另一方面中，基于第一节点的层值高于第二节点的层值，第一相位同步消息被确定为可接受的。
本技术的其它方面将通过考虑详细描述和附图而变得显而易见。
附图说明
图1是配电系统内的节点和节点设备的分层结构的示意图。
图2是示出配电系统中的节点的功能部件的框图。
图3是示出根据一些实施例的相位确定系统的一个示例性实施例的网络图。
图4是示出用于处理相位同步信号的方法的一个示例性实施例的流程图。
图5是示出用于生成相位同步信号的方法的一个示例性实施例的流程图。
图6是示出用于请求相位同步信号的方法的一个示例性实施例的流程图。
图7是示出用于响应对相位同步信号的请求的方法的一个示例性实施例的流程图。
具体实施方式
在详细解释本申请的任何实施例之前，应当理解，本申请在其应用中不限于在以下描述中所阐述或在以下附图中所示出的部件的构造和布置的细节。本申请能够以其它实施例并且能够以各种方式被实践或被执行。
此外，应当理解，本文中使用的措辞和术语是为了描述的目的而不应被视为限制性的。“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用意在包括此后所列出的项目及其等效物以及附加项目。除非另有规定或限制，否则术语“被安装”、“被连接”、“被支撑”和“被耦合”及其变体被广泛地使用，并且包括直接和间接的安装、连接、支撑和耦合。本文档中所使用的“或”一词可能意味着包含或。作为非限制性示例，如果本文档中的示例陈述“项目Z可以包括元素A或B”，则这可以被解释为公开仅包括元素A的项目Z、仅包括元素B的项目Z、以及包括元素A和B的项目Z。
如本文所使用的，“节点”可以指数据集中器单元(Data Concentrator Unit，DCU)、端点、终端设备、具有通信能力的电网传感器、公用事业计量器(例如电表)、或由线务员使用的手持式或热粘式安装工具或设备。
图1示出了根据本公开的实施例的相位确定系统100的示例。相位确定系统100包括配电网络104和一个或多个节点106。在一个实施例中，节点106可以是计量设备，诸如电气计量设备(住宅、商业、工业等)。在其它实施例中，节点106被耦合到计量设备或配电网络内的其它设备。节点106可以机械地、电力地和/或通信地被连接到配电网络104的方面。系统100可以进一步包括一个或多个数据收集单元(“DCU”)108。在一些示例中，DCU 108是节点设备106，其具有增强的通信能力，诸如更长的传输和/或接收范围、附加的通信带宽、附加的通信模式(例如数字、模拟、蜂窝等)等等。例如，DCU 108可以是被耦合到更有能力的天线的节点设备106，该天线可以提供附加的通信能力。此外，DCU 108可以具有更强大的发射机以允许更大的传输范围。DCU 108也可以被称为区域节点或监督节点，因为它们能够在更大的距离上进行通信。
如图1所示，节点106可以被连接到变压器109(例如将中压步降到低压的配电变压器)。节点106还可以与一个或多个其它节点106进行电子通信，以促进节点106之间的通信。例如，节点106可以使用无线协议(诸如蜂窝(例如3g、4G、LTE、CDMA等)、RF、ZigBee、蓝牙、Wi-Fi、Wi-Max、LoRa或其它适用的无线协议)而被连接到一个或多个其它节点106。节点106可以进一步与中央控制器110通信。节点106可以经由无线通信协议(诸如上面描述的那些)与中央控制器110通信。在一些示例中，节点106可以经由有线连接(诸如经由有线互联网连接)与中央控制器110通信。然而，也考虑其它有线连接，诸如电力线通信(“PLC”)。中央控制器110可以是基于服务器的控制器、基于云的控制器或被配置为执行如本文所述的各种操作的其它集中式计算系统。在一些示例中，节点106中的一个可以被配置为充当中央控制器110。
在一个实施例中，配电网络104包括配电线路，其每个适于输送电力。每个配电线路可以被连接到多相配电系统的一个相位。例如，配电线路104-A可以适于将具有相位A的电力输送到一个或多个节点设备106-A，配电线路104-B可以适于将具有相位B的电力输送到一个或多个节点设备106-B，以及配电线路104-C可以适于将具有相位C的电力输送到一个或多个节点设备106-C。在一个实施例中，配电网络104的配电线路可以将具有相位A、相位B和/或相位C的组合的电力输送到节点设备106。例如，当系统包括Δ-Y和/或Y-Δ变压器时，这些变压器的输出的相位将不是纯的相位A、相位B或相位C，而是替代地可以是相位A、相位B和/或相位C的组合。
节点106可以被放置在配电网络104内的端点处的配电网络104上。然而，在其它实施例中，节点106可以被放置在配电网络104内的中间位置处，诸如在商业、住宅或工业变电站中。在一些实施方式中，节点106可以以指定的间隔被安装到电线杆以确保适当的覆盖。在一些实施例中，节点106被放置在系统100内的多个位置处，以根据需要促进节点106和/或其它设备之间的通信。例如，节点106可以每隔5–10英里被放置，以确保可以保持节点106之间的通信。在其它实施例中，节点106可以被放置使得一个或多个节点106能够促进自身与系统100内的其它设备之间的通信。节点之间的距离可以基于诸如通信协议、地理学等因素而变化。
在一些系统中，因为节点106的位置在距AC主电源120的距离上增加，准确地确定节点106的相位连接可能是困难的。例如，安装者可能无法直接将配电线路追溯回到从变压器109或其它配电设备输出的特定相位。相反，至少由于直接跟随配电线路返回到源的能力，通常可以容易且快速地验证靠近AC主电源或配电设备(例如变压器109)的节点106连接的相位。
在一些实施例中，节点106可以根据关于AC主电源120(诸如变电站)的层级来组织。在图1中所示的示例中，存在节点106的第一层111、节点106的第二层112和节点106的第三层113。层111、112、113表示从用于配电网络104的AC主电源120移除的等级。在一个实施例中，节点106中的一个或多个可以是参考节点。参考节点可以是与AC主电源120非常接近的节点设备106，诸如在变电站场中，并且可以被验证为耦合到配电网络104的特定相位。此外，参考节点可以由于其接近AC主电源120而被选择，以降低其(诸如在负载平衡操作期间)随着时间被耦合到不同相位的可能性。在一些实施例中，配电网络104可以仅包括单个参考节点。然而，在其它实施例中，配电网络104可以具有多于一个参考节点，诸如针对每个相位具有一个参考节点。在存在多个参考节点的情况下，所有参考节点通常应该在彼此的通信范围内，以验证彼此的传输和/或消息。随着参考节点的连接相位被验证，参考节点被配置为生成和传送如本文所述的相位同步消息。在一些情况下，在参考节点和其它节点106之间可能没有技术设备上的差异。“参考节点”的指定简单地暗示被如此指定的节点106具有经验证的相位连接。在一个示例中，在安装期间参考节点像这样被指定。如将更详细描述的，节点106包括一个或多个电路，以确定或收集用于耦合相位的电压波形的样本。在一些示例中，节点106包括检测正弦波形的过零的电路。由于参考节点可以确定正弦波形的过零，并且具有经验证的相位连接，因此参考节点可以被配置为计算其它相量电压过零的定时。
如上所述，除了其它因素之外，节点106可以基于它们的位置被分离成各种层。层111、112和113可以通过相位同步消息的无线发送和接收的方式在配电网络104内建立。例如，最靠近AC主电源120的参考节点106可以经由相位同步消息来广播关于它们的相位角和层的信息，使得位于更远离AC主电源120的节点106可以基于经由相位同步消息所接收到的信息确定它们自己的层和局部相位角。如下面将更详细描述的，接收相位同步消息的节点106可以基于从较高层(例如更靠近AC主电源120)的节点106接收相位同步消息并递增被包含在相位同步消息中的层值来确定系统100内的它们自己的层。可替选地，在节点106从相等或较低层的节点106接收广播的情况下，节点106可以简单地丢弃相位同步消息。下面进一步详细描述节点106的能力以及这种无线通信和相位连接识别过程。
现在转向图2，示出了根据一些实施例的节点106的框图。节点106可以是独立设备，或者可以是一个或多个设备的一部分，诸如功率计、开关柜等。如图2所示，节点106包括处理电路202、通信接口204、输入/输出(I/O)接口214和一个或多个传感器216。处理电路202包括电子处理器208和存储器210。处理电路202可以被通信地连接到通信接口204和I/O接口214中的一个或多个。电子处理器208可被实施为可编程微处理器、专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、处理部件组或与其它合适的电子处理部件一起被实施。
存储器210(例如，非暂时性、计算机可读介质)包括一个或多个设备(例如，RAM、ROM、闪存、硬盘存储器等)，用于存储用于完成或促进本文所述的各种过程、层和模块的数据和/或计算机代码。存储器210可以包括数据库部件、目标代码部件、脚本部件、或用于支持本申请中描述的各种活动和信息结构的其它类型的代码和信息。根据一个示例，存储器210经由处理电路202被通信地连接到电子处理器208并且可以包括用于执行(例如，通过处理电路202和/或电子处理器208)本文所述的一个或多个过程的计算机代码。
通信接口204被配置为促进节点106与一个或多个外部设备或系统、中央控制器110和/或一个或多个其它节点106之间的通信。通信接口204可以是或包括无线通信接口(例如，天线、发射机、接收机、收发机等)，用于在节点106和一个或多个外部设备(诸如另一个节点106或中央控制器110)之间进行数据通信。在一些实施例中，通信接口204利用用于与其它节点106或中央控制器110通信的专有协议。例如，专有协议可以是被配置为在节点106和其它设备之间提供高效和有效通信的基于RF的协议。在其它实施例中，也可以使用其它无线通信协议，诸如蜂窝(3G、4G、5G、LTE、CDMA等)、Wi-Fi、LoRa、LoRaWAN、Z-wave、Thread和/或任何其它适用的无线通信协议。
I/O接口214可以被配置为直接与一个或多个设备(诸如电源、功率监控器等)对接。在一个实施例中，I/O接口214可以利用通用I/O(GPIO)端口、模拟输入、数字输入等。传感器216可以包括被配置为监控耦合到节点106的配电线路的一个或多个方面的一个或多个传感器。例如，传感器216可以包括电压传感器、电流传感器、温度传感器和根据给定应用所需的其它传感器。在一些实施例中，传感器216包括节点106和连接的配电线路之间的一个或多个连接件。在其它示例中，传感器216可以使用I/O接口214而被连接到配电线路。
如上所述，存储器210可以被配置为存储各种过程、层和模块，其可以由电子处理器208和/或处理电路202执行。在一个实施例中，存储器210包括相位同步消息生成电路212。相位同步消息生成电路212被配置为与电子处理器208协同地生成用于在不同层的节点106之间建立公共相位参考的相位同步消息。在一个实施例中，使用通信接口204来传送相位同步消息，诸如通过使用上面描述的无线通信协议。
存储器210还可以包括相位同步消息处理电路218。相位同步消息处理电路218可以被配置为从参考节点106接收相位同步消息，预测或检测被耦合到节点106的电力线上的功率信号的过零，和/或确定相位同步消息的接收和所检测的过零之间的时间差。下面将更详细地描述该过程。在一些示例中，相位同步消息处理电路218可以与传感器216通信以检测功率信号的过零。存储器可以进一步包括消息请求电路220，其被配置为传送请求消息以请求相位同步消息，如下面更详细地描述的。
现在转向图3，根据一些实施例，网络图示出了分层节点的网络300。网络300包括多个第一层节点302、304、306、308，多个第二层节点310、312、314以及多个第三层节点316、318、320、322。第一层节点302、304、306、308可以被指定为参考节点，如上所述。节点中的每一个可以具有与其相关联的相关无线通信覆盖区域。无线通信覆盖区域表示节点可以在其上接收和/或发送各种无线通信消息(诸如相位同步消息)的区域。如图3所示，无线通信区域311、313和315分别与节点310、312和314相关联。在一些实施例中，节点还可以具有组合的无线覆盖区域。在一个实施例中，组合的无线覆盖区域与节点的特定层的无线通信的范围有关。例如，第一层节点302、304、306和308中的每一个可以具有它们自己的覆盖区域以及重叠的覆盖区域。如图3所示，第一层节点302、304、306和308具有重叠的第一层覆盖区域324。类似地，第三层节点具有重叠的第三层覆盖区域326。包括第二层节点的节点的其它层或超出第三层的层也可以具有重叠的覆盖区域以及单独的覆盖区域。
如图3所示，一个或多个节点(例如节点设备、DCU、端点或终端设备)310、312、314可以在至少一个较高层节点的覆盖区域内。例如，第二层节点312位于第一层节点302的覆盖区域324内，并且节点312因此可以从第一层节点302接收相位同步消息。类似地，第三层节点322位于第二层节点312的覆盖区域313内，并且因此可以从第二层节点312接收相位同步消息。第二层节点312也在第三层节点322的重叠覆盖区域326内，并且通信可以因此在第二层节点312和第三层节点322之间双向发生。第二层节点314位于第一层节点302、304、306和308的重叠覆盖区域324内。这样的重叠覆盖可以增加上层节点与下层节点通信的能力，尽管有影响RF信号的各种条件，诸如距离、天气、障碍物、大气条件等。
在一些实施例中，一个或多个节点可以被配置为使得节点可以与其它网络或网络300内的其它部件进行通信，诸如其它节点、中央控制器(诸如中央控制器110)、或节点是本地的网络300内或节点106不是本地的网络内的其它适用设备。例如，第二层节点310、312、314和第一层节点302、304、306、308可以被配置为在网状网络中彼此通信，使得第二层节点310、312、314和第一层节点302、304、306、308可以提供网状网络内的所有设备之间的通信。节点302、304、306、308中的每一个可以被配置为彼此通信以创建网状网络。在又一的示例中，节点310、312、314可以被配置为彼此通信和/或与节点302、304、306、308通信以促进网络300内的所有设备之间的通信。
在一个实施例中，第一层节点302、304、306和308被直接连接到网络300的变电站301。以这种方式，第一层节点302、304、306和308中的每一个的相位连接可以以高置信度水平已知，如上所述。第一层节点302、304、306和308中的一些可以被连接到变电站301的不同相位。例如，第一层节点302和308可以被连接到变电站301的相位A，而第一层节点304可以被连接到相位B，并且第一层节点306可以被连接到相位C。被连接到变电站301的相同相位的第一层节点302和308可以在彼此的无线通信范围内，并且可以因此验证彼此的相位同步消息广播。验证可以包括确保在无线范围内接收到相位同步消息。
第一层节点302、304、306和308中的每一个被配置为发出(例如广播)一个或多个相位同步消息，其可由第二层节点310、312和316接收，以用于确定它们自己的相位。在一个实施例中，第一层节点302、304、306和308在检测到过零事件(例如与相应的第一层节点302、304、306和308相关联的AC电压的过零)后广播相位同步消息。相位同步消息可以包含测量的相位角值、与传送节点相关联的相位名称、传送节点层号、局部线路频率、传送节点的地址(例如通信地址)和传送节点认证信息。第一层节点302、304、306和308可以向覆盖区域324内的所有节点(例如，向第二层节点310、第二层节点312和第二层节点314)发出相位同步消息。第二层节点310、第二层节点312和第二层节点314接收该消息，并且然后确定相位同步消息的接收和随后的与每个相应的第二层节点310、312、314相关联的AC功率信号的过零之间的时间增量。第二层节点310、312、314被进一步配置为基于时间增量、以及相位同步消息中的已知相位角来确定它们的局部相位角。
一旦第二层节点310、312、314确定消息的接收和相应的过零之间的时间段，它们就可以根据下面更详细描述的方法确定它们自己的相位连接(例如确定它们所连接到的相位，诸如A、B、C等)，并将其保存到存储器210中。第二层节点310、312也可以将该信息传送到中央控制器，诸如中央控制器110。在一些实施例中，中央控制器110可以是第一层节点302、304、306、308中的一个或多个。在一个实施例中，第二层节点310、312、314可以被配置为基于它们从其中接收到相位同步消息的节点的层来确定它们自己的层。
第二层节点310、312也可以被配置为传送相位同步消息。例如，在第二层节点310的相位被第二层节点310已知的情况下，第二层节点310可以广播相位同步消息，该相位同步消息包括作为声明的相位角的已知相位、局部线路频率、第二层节点310的层值、认证信息、以及第二层节点310的地址。由第二层节点310广播的相位同步消息可以由一个或多个第三层节点接收，诸如第三层节点316、318。在从第二层节点310接收到相位同步消息后，第三层节点316、318可以广播它们自己的相位同步消息，如上所述。由第三层节点316、318广播的相位同步消息可以基于第二层节点310的声明相位角、从第二层节点310接收相位同步消息的时间、以及在接收第三层节点316、318处预测的局部过零时间进行广播。
类似地，由于第二层节点312处于覆盖区域324内，可以基于从第一层节点接收的相位同步消息来确定第二层节点312的相位。在节点312的相位被确定后，随后的相位同步消息可以由节点312广播，其可被用于确定覆盖区域324内的其它第二层或第三层节点的相位。这对于具有重叠覆盖区域的其它节点可以继续，从而允许确定附加的下层节点的相位。此外，下层节点的相位可以在节点312的已知相位的基础上被确定，如下文进一步详细描述的。
现在转向图4，根据一些实施例，描述了用于处理接收到的相位同步消息的过程400。在一个实施例中，过程400由节点(诸如上面描述的节点106)执行。尽管过程400被描述为由节点106执行，但是可以设想，本文描述的一个或多个其它部件可以被配置为执行过程400。在一个实施例中，过程400可以由相位同步处理电路218执行，如上所述。在过程框402处，节点106从传送节点接收相位同步消息。在一个实施例中，传送节点可以是诸如节点106的另一节点。如上所述，相位同步消息可包括各种数据，诸如传送节点层号、传送节点的声明相位角、在传送节点处测量的局部线路频率、传送节点认证信息、传送节点地址等等。该信息可由节点106使用以确定其自己的层值和相位，如下文详细描述的。
在过程框404处，节点106基于相位同步消息内的信息(诸如传送节点层值)确定相位同步消息是应该被接受还是被丢弃。在节点106还不具有经验证的层值的情况下，或者在传送节点的层值高于节点106的已知层值的情况下，相位同步消息被接受。然而，在传送节点的层值等于或低于节点106的已知层值的情况下，节点106在过程框405处拒绝接收到的相位同步消息。
在过程框406处，节点106的层值被建立并被保存在存储器210中。在节点106的层值是已知的情况下，可以基于传送节点的层来验证该层值。在接收相位同步消息之前节点106不知道层值的情况下，节点106将其层值设置为传送节点层值加一。例如，在传送节点的层值为N的情况下，节点106确定并将其自己的层值作为N+1保存在存储器210中。
在过程框408处，节点106预测和/或检测在接收到相位同步消息之后的第一过零事件。过零事件是与节点106相关联的电力线上的正弦AC电压的过零。在一个实施例中，传感器216可以被配置为检测过零事件。在过程框410处，节点106计算相位同步消息的接收与预测或检测到的过零之间的时间差(增量)。随着被无线传送的相位同步消息以非常高的速度(即近似光速)行进，在从传送节点传输相位同步消息与其由节点106接收之间存在很少或没有时间延迟。因此，在传送节点的上升的过零电压(rising zero-voltage cross)上被发送的相位同步消息(如上所述，以及下文更详细地描述)可以在接收节点处与传送节点的上升的过零电压的定时精确地相关。因此，使用以下等式1计算相位延迟时间δ，以预测接收节点处的上升的过零电压：
δ＝(360°×VCD/VCP-PDProductNullingOffset+360)mod 360 等式1
其中VCP是AC主电压源的已知电压交叉周期(voltage cross periodicity)，VCD是预测电压交叉之前的局部延迟，PDProductNullingOffset是表示实际正弦电信号与被用于分析的模拟的代表性方波信号之间的延迟的固定值。在一些实施例中，PDProductNullingOffset为12ms。然而，还设想大于12ms或小于12ms的值。在一些情况下，可以对接收节点处最近检测到的上升的过零电压的定时进行关联，而不是对预测电压交叉(VCD)的延迟进行关联。例如，传感器216可以在接收到相位同步消息之后检测上升的过零电压。在一些情况下，上升的过零电压由传感器216检测并与时间戳一起被存储在存储器210中，从而允许节点确定上升的电压过零是否在传送节点处与上升的电压过零事件同时发生。
在过程框410处，确定的相位延迟时间然后与接收到的相位同步消息中提供的声明相位角相关，以产生如等式2所示的以度为单位的局部相量角：
Figure BDA0004128525850000141
如在等式2中使用的，DeclaredPhaseAngle是在接收到的相位同步消息中所呈现的值，其表示传送节点相对于参考节点的相位的相位角。例如，在传送节点与参考节点完全一致(例如具有相同相位)的情况下，角度将为零。在传送节点相距一个相量的情况下，该值可以是30°或330°。
这种局部相量角在本文中有时被称为局部相位、相位角或局部相位连接。响应于确定局部相位角，可以在过程框414处确定节点106的相位名称(例如相位A、相位B、相位C等)。在一个实施例中，可以使用表格(诸如下面的表1)来确定节点106的相位名称。在一个实施例中，节点106可以在过程框414处做出该确定。在其它实施例中，另一设备(诸如中央控制器110)可以确定节点106的相位名称。
Figure BDA0004128525850000142
表1
然后在过程框416处由节点106在新的相位同步消息中广播局部相量角。如上所述，新的相位同步消息可以包括各种数据，诸如传送节点层号、传送节点的声明相位角、在传送节点处测量的局部线路频率、传送节点认证信息、传送节点地址等等。在一个实施例中，节点106将相位角或相位同步消息传送到至少一个其它节点，诸如传送节点。在其它实施例中，节点106可以将相量角或相位同步消息传送到中央控制器，诸如上面描述的中央控制器110。在一些示例中，节点106可以生成包含接收到的相位同步消息的声明相位与预测或检测到的过零之间的相位差的消息。该消息可以进一步包括诸如节点的层号、声明的相位、发送方信息、认证信息、局部线路频率、节点标识符、传送同步消息的设备的标识等的信息。在一些实施例中，消息可以包括与节点相关联的已知相位(已知的情况下)。
现在转向图5，根据一些实施例，描述了用于由节点(诸如节点106)生成和传送相位同步消息的过程500。在过程框502处，节点106监控与节点106相关联的配电系统的相位的一个或多个参数。在一个实施例中，所监控的参数是电压。然而，诸如电流、温度等的其它参数也可以被监控。在过程框504处，节点106诸如经由处理电路202，确定节点106是否知道它在配电系统中被耦合到哪个相位。在一些示例中，节点106可以是如上所述的参考节点并且因此将被设置为知道其被耦合到的相位。在其它实施例中，节点106可以先前已经使用类似于上文描述的过程400的过程来确定相关联的相位。响应于确定节点106不知道节点106被耦合到的相位的标识，节点106在过程框502处继续监控配电系统的相位的一个或多个参数。
响应于确定节点106知道节点106被耦合到的相位的标识，节点106在过程框506处生成相位同步消息。在一个实施例中，相位同步消息生成电路212生成相位同步消息。如上所述，相位同步消息可以包括声明的相位信息(例如相位标识/名称)、测量的相位角、层值、节点106的地址、时间数据、其它被监控的参数数据、位置数据等。在一个实施例中，所生成的相位同步消息可以被存储在节点106的存储器210中。
在过程框508处，节点106监控与节点106相关联的相位上的过零事件。在过程框510处，节点106确定是否检测到过零事件。响应于确定没有发生过零事件，节点106在过程框508处继续监控与节点106相关联的针对过零事件的相位。响应于确定已经发生过零事件，节点106在过程框512处传送生成的相位同步消息。通过在过零事件期间进行传送，相当于节点106的声明相位角的局部相量角被传送。
在一些实施例中，在过程框512中，节点106可以基于它们自己确定的相位和已知的过零来广播具有调整定时的声明相位。有时，节点106确定频谱(例如被分配给节点106的可用发射频率)要在其正常广播等于其自身局部相量角的声明相位角所处的特定定时处聚集。在这种情况下，节点106可以通过选择0和11之间的随机数字，或任何等效选择过程来广播不等于其自身的声明相位角。12个可选数字中的每一个可以用作针对不同相位角的索引。例如，0可以对应于30°，1可以对应于60°，3可以对应于90°，等等。使随机地或有意地选择除其自身相位角之外的声明相位角，节点106可以通过计算传送延迟来确定用于适当相位同步消息的相关广播时间，如下面的等式3所示。
Figure BDA0004128525850000161
SelfPhaseNumber是上述被随机或有意地选择的索引号。然后由节点106将传送延迟TXD添加到当前时间，以便产生应该传送包含修改的声明的相位同步消息所在的未来时间。节点106然后可以在那个未来时间处传送相位同步消息。
在一些情况下，节点106可以是电池供电的或由可再生能源供电，并且可以简单地充当接收相位同步消息、存储它们并尝试重传它们的“存储和转发”设备。在这种情况下，相位同步消息可以包含LineFreq测量，以便在进行上述计算时考虑本地时钟中的误差摆率。这些电池供电或可再生能源供电的节点106可以是瞬态的，因为它们可以仅被供电达有限的时间量。尽管如此，这种类型的节点106对于增加参考节点106的范围可以是有用的。
在一些情况下，配电网络104可被篡改或修改，使得一些节点106的相位改变。在这种情况下，节点106可以在经由常规无线通信识别其自身相位的过程中，确定其自身相位已改变，并经由有线或无线通信向中央控制器110警报该检测到的相位改变。
在一些情况下，某一节点106可被配备有GPS接收机，在根据本文公开的方法确定其自身相位之后，其可以将其相位和GPS数据发布到中央控制器110。此外，节点106可以被配备有传感器以监控其局部功率信号和相位。这种类型的节点106也可以将任何监控的数据发布到中央控制器110。
在一些实施例中，在节点106不知道其所连接到的相位时，节点106可以从配电系统内的其它设备请求信息，诸如相位同步消息。例如，在新安装中，或在功率损失情况之后，节点106可能不知道其所连接到的相位或失去对该相位的了解。在功率损失情况的情况下，节点106可能先前已知其所连接到的相位，但在功率损失情况之后不能以任何程度的确定性知道相位，因为节点106可能已经被移动到不同的相位等。因此，节点106可能希望主动地确定其相位而不是等待接收广播的相位同步消息。
现在转向图6，根据一些实施例，示出了用于请求相位同步消息的过程600。在一个实施例中，过程600由节点执行，诸如节点106。然而，本文描述的一个或多个其它设备可以执行过程600。在一个实施例中，消息请求电路220负责结合处理电路202执行过程600。
在过程框602处，节点106被初始化。该初始化可以在节点的初始设置和安装期间和/或在功率损失情况之后发生。在过程框604处，节点106确定它是否知道它被连接到配电系统的哪个相位。如以上所指出的，在功率损失之后或在初始安装期间，节点106可能不以任何确定性地知道其被连接到哪个相位，即使在节点先前知道其相关联的相位的情况下。然而，在一些情况下，用户可以设置标志或提供节点106所耦合到的相位的肯定指示。例如，在节点106是参考节点的情况下，可以在节点106内设置相位。响应于确定节点106的相位已知，节点106在过程框606处正常操作。响应于确定节点106的相位未知，节点106传送对相位数据(诸如上面描述的相位同步消息)的请求。在一个示例中，请求经由通信接口204被传送。在一些示例中，对相位数据的请求可以包括节点106的地址、请求被发送的时间、节点106的层值(如果已知的话)等。
在一些示例中，请求被配置为由其它设备接收，诸如DCU。然而，在其它实施例中，其它节点诸如参考节点可以被配置为接收该请求。在一些示例中，在诸如DCU设备的监督设备接收到请求的情况下，该监督设备可以随后向其通信范围内的任何节点发出后续消息，以请求来自更高层节点(或知道它们相关联相位的节点)的相位同步消息。
现在转向图7，根据一些实施例，示出了用于响应于接收到传送请求而传送相位同步消息的过程700。在一个实施例中，消息请求电路220结合处理电路202执行过程700。在过程框702处，节点106监控传送的请求。在一些示例中，所传送的请求可以是如上关于上述过程600所描述的请求。在一些实施例中，请求可以是由监督设备(诸如DCU)传送的后续消息。该请求可以经由通信接口204被接收。
在过程框704处，节点106确定请求是否已经被接收。响应于确定请求尚未被接收，节点106在过程框702处继续监控请求。响应于确定请求已经被接收，节点在过程框706处确定接收请求的节点106的相位是否已知。响应于确定接收请求的节点106的相位未知，节点106在过程框702处继续监控接收到的请求。响应于确定相位已知，节点106在过程框708处传送相位同步消息。在一个实施例中，节点106传送如上关于过程500所述的相位同步消息。一个或多个节点106(包括传送请求的节点)然后可以接收所传送的相位同步消息，如上所述。
除了确定与节点106相关联的相位是否已知之外，节点106还可以确定层值是否比传送节点的层值更高(例如更接近AC电源)。响应于确定层值不高于传送节点，节点106可以在过程框708处不进行传送相位同步消息。
本发明的各种特征和优点在以下权利要求中阐述。

Claims (20)

1.一种配电系统中的节点，包括：
与来自AC主电源的单相功率信号的电气连接件；
无线通信接口，其被配置为接收第一相位同步消息；以及
控制器，所述控制器配置为：
确定所述第一相位同步消息是否可接受；
响应于确定所述第一相位同步消息是可接受的，在接收到所述第一相位同步消息之后检测所述单相功率信号上的过零事件；
计算所述第一相位同步消息的接收与所检测的过零事件之间的时间差；
基于所述时间差确定局部相位角；并且
基于所述局部相位角建立所述单相功率信号的标识。
2.根据权利要求1所述的节点，其中，所述节点被嵌入在电力公用事业计量器中。
3.根据权利要求1所述的节点，其中，所述第一相位同步消息包括所述节点的层值、所述节点的所确定的相位角、所述单相功率信号的频率以及所述节点的通信地址。
4.根据权利要求3所述的节点，其中，基于所述第一相位同步消息内的层值高于所述节点的层值，所述第一相位同步消息被确定为可接受的。
5.根据权利要求4所述的节点，其中，所述层值表示距所述AC主电源的距离，其中，较高的层值表示相对于较低的层值，到所述AC主电源的距离更短。
6.根据权利要求1所述的节点，其中，所述控制器进一步被配置为响应于建立所述单相功率信号的标识而传送第二相位同步消息，其中，所述第二相位同步消息至少包括所述节点的层值、所确定的局部相位角以及所述单相功率信号的标识。
7.根据权利要求1所述的节点，其中，所述控制器进一步被配置为：
确定所述单相功率信号的相位标识是否已知；并且
传送请求消息，其中，所述请求消息是对一个或多个所请求的相位同步消息的请求。
8.一种用于确定节点设备的相位标识的方法，所述节点设备被耦合到多相AC配电系统的相位，所述方法包括：
接收第一相位同步消息；
确定所述第一相位同步消息是否可接受；
响应于确定所述第一相位同步消息是可接受的，在接收到所述第一相位同步消息之后检测所述相位上的过零事件；
计算所述第一相位同步消息的接收和所检测的过零事件之间的时间差；
基于所述时间差确定局部相位角；以及
基于所述局部相位角建立所述相位的标识。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一相位同步消息包括层值、所述节点的所确定的相位角、所述单相功率信号的频率以及所述节点的通信地址。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括通过将所述第一同步消息的层值增加一来确定所述节点的层值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，基于所述第一相位同步消息内的层值高于所述节点的所确定的层值，所述第一相位同步消息被确定为可接受的。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述层值表示距AC主电源的距离，其中，较高的层值表示相对于较低的层值，到所述AC主电源的距离更短。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括响应于建立所述单相功率信号的标识而传送第二相位同步消息，其中，所述第二相位同步消息至少包括所述节点的层值、所确定的局部相位角以及所述单相功率信号的标识。
14.根据权利要求8所述的方法，还包括：
确定所述单相功率信号的相位标识是否已知；以及
传送请求消息，其中，所述请求消息是对一个或多个所请求的相位同步消息的请求。
15.一种用于配电网络的监控系统，所述系统包括：
被耦合到所述配电网络的第一相位的第一节点，其中，所述第一节点被配置为：
确定所述第一相位的标识是否已知；
响应于确定所述第一相位的标识是已知的而生成第一相位同步消息；
针对过零事件监控所述第一相位；并且
响应于检测到所述过零事件而传送所述第一相位同步消息。
16.根据权利要求15所述的系统，还包括：
被耦合到所述配电网络的第二相位的第二节点，其中，所述第二节点被配置为：
接收所述第一相位同步消息；
确定所述第一相位同步消息是否可接受；
在接收到所述第一相位同步消息之后检测所述第二相位上的过零事件；
计算所述第一相位同步消息的接收与所检测的过零事件之间的时间差；
基于时间计算的时间差来确定局部相位角；并且
基于所述局部相位角建立所述第二相位的标识。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述第二节点进一步被配置为响应于建立所述第二相位的标识而传送第二相位同步消息，并且其中，所述第二相位同步消息至少包括所述第二节点的层值、所确定的局部相位角和所述第二相位的标识。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述第二节点进一步被配置为通过将所述第一同步消息的层值增加一来确定所述第二节点的层值。
19.根据权利要求15所述的系统，其中，所述第一相位同步消息包括所述第一节点的层值、所述第一节点的所确定的相位角、所述第一相位的频率和所述第一节点的通信地址。
20.根据权利要求17所述的系统，其中，基于所述第一节点的层值高于所述第二节点的层值，所述第一相位同步消息被确定为可接受的。
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