TWI297778B - Method and system for detecting the phase wiring of an arbitrary unknown phase voltage relative to a reference phase voltage - Google Patents

Description

1297778 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於用於在一具有一多相電力線之電力分配系 統中偵測與一參考相位電壓相關之一未知相位電壓的佈線 相位之一方法及一裝置。 【先前技術】 現代電力分配系統使用多相電力線來分配電力。一多相 電力線包含複數個（通常為三個）導體，每一導體載運一特定 的相位電壓。如所熟知的，一多相電力線可具有或不具有 一中性導體，該中性導體（若存在）構成該多相電力線之一額 外導體。此外，除一典型多相電力線之此等導體外，可存 在或不存在載運接地電位的另一導體。 雖然一多相電力線為確定類型之負載（例如採用旋轉磁 場之電機）提供優勢，但是存在許多未連接至一給定多相電 力線中之所有可用相位的電力消耗者。對於許多類型之負 載而§ ’將負載連接在該等相位中之兩相之間，或更通常 的，將負載連接在該等可用相位中的一相與該中性導體之 間即足夠。此佈線方案特別廣泛地應用於為家庭領域中之 消費型電器設備提供電力的低壓網路中。在歐洲，低壓電 力分配網路具有三個佈線相位，每一相位至中性導體之電 壓白為220伏特至240伏特，該等三個相位成12〇0角間隔分 開。特別在家庭領域中，大多數電負載係連接在該等三個 佈線相位R、^T中之一相與該中性導體N之間，該負載實 際上係連接至特定相位R或8或丁，此對大多數類型之單相 103407.doc 1297778 應用及負載來說並不重要，且因此通常係未知。必須注意 的是，存在一三相電力線之三個佈線相位之各種不同的命 名慣例。本文所使用之命名慣例R、s及τ不應導致普遍性 的任何喪失。 在某些情況下，需要偵測一給定負載所連接至之佈線相 位。舉例而言，在一將現有電力分配網路用於電信目的之 電力線通訊系統中，發送器可能更需要知道接收器所連接

至的佈線相位，因為可預期：經由一電力線之發送器與接 收器之間的通訊在發送器及接收器被連接至相同佈線相位 之情況下比在發送器及接收器藉由佈線相位之間的電容性 或電感性串擾而跨過不同佈線相位來互相通訊之情況下要 好。若計量儀經由電力線通訊而在一遠程計量系統中與其 它節點通訊，則對消費者端的個別遠程計量儀所連接至的 相位之認知係優化整個遠程計量系統之通訊效能的頗具價 值之資訊。 的電力計量系統 電錶之佈線相位 在一用於計量複數個消費者消耗之電能 中，存在偵測一位於消費者端内或其外之 的其它充分理由。舉例而言’ 一單相或多相電錶可已經藉 由將其接地端子連接至一供給消費者之佈線相位來重佈 線。該電錶之佈線相位是否已被反接㈣測允許判斷該電 =是^被非法地或無意地重佈線以使該表不能正確地量 測所消耗之能量。 位與多相網路之 未知佈線相位。 自us 4,626,622得知，可藉由比較未知相 已知參考相位來識別—多相網路中之一 103407.doc 1297778 該系統包含一於一第一位置處連接至該參考相位的第一設 備及一於一遠端位置處連接至該未知相位的第二設備。該 第一設備及該第二設備各自包含一用於在該等兩個設備之 間建立一電話連接的數據機。該第一設備包括用以產生代 表參考相位之交變電壓之相位的數位交變訊號的電路。此 代表性訊號係經由該等兩個數據機及該電話連接而自該第 一設備傳輸至該第二設備。該第二設備包括一用於藉由债 測參考相位之交變電壓與未知相位之交變電壓之間的相位 角來識別未知相位的相位偵測電路。儘管此已知系統允許 债測與一參考位置處之一參考相位相關的該遠端位置處之 佈線相位，但是此系統對於許多應用而言並不實用，因為 該系統假定：在該等兩個位置之間存在一電話線。 IEC 61334-5-2界定一種方法，其用於在一第一參考點（例 如一零父點）出現在參考相位電壓中時，藉由將一短時間標 記訊號注入至一多相網路中來識別該多相網路中之一未知 相位。該多相網路本身可用於將該短訊號傳播至未知相位 已被識別的位置。在該未知相位之位置處，該短訊號係自 該多相電力線提取，且量測該短訊號之出現與一參考點（例 如，該未知相位電壓中之一零交點）之間的時間間隔。彼時 間間隔然後指示該參考相位與該未知相位之間的相位角。 如此確定之該相位角允許識別該未知佈線相位。 該等已知方法之共同之處在於··參考相位同步訊號係自 已知相位之位置（本文亦稱之為參考位置）載運至未知相位 之位置（本文亦稱之為遠端位置）。該遠端位置比較所接收之 103407.doc 1297778 訊號相位與其所連接至的夫 的禾知相位，以便偵測其佈線相 位。若相位資訊由於雜訊或其它干擾而被破壞，則相位之 適當偵測可變得很難達成。連接至電力線之許多類型之電 負載傾向於產生與其所連接至的相位同步的雜訊或干擾。 相應地，纟已知方法中’相位同步雜訊可干擾用於相位偵 測之短參考相位同步訊號，錢該參考相位时訊號之摘 測可被阻礙。此對於參考位置與遠端位置之間的較長距離 可能變得更為嚴重。 【發明内容】 本發明之-目標在於提供—用於在__單相或多相電力分 配系統中谓測與一參考相位電壓相關之一未知相位電壓的 佈線相位之方法及系統，該電力分配系統無需同步傳輸短 時間標記訊號與該參考相位。 此目標係根據如獨立請求項中所界定之本發明來解決。 本發明之有利實施例係於附屬請求項中給出。 • 一種根據本發明之-實施例之系統，其用於在一具有一 單相或夕相電力線之電力分配系統中谓測與一參考相位電 壓相關之-未知相位電屬之佈線相位，該系統包含一用於 將-訊號自一第一位置傳輸至一第二位置的電路，該訊號 包含一特徵訊號型式。提供一用於在該第一位置處確定該 特徵訊號型式與該第一位置處之一第一相位電麼中之一參 之出現之間的第一時間間隔之電路。此外，該系統包 含。-電路，該電路用於在該第二位置處侦測該訊號之特徵 訊號型式及確定在該第二位置處之該特徵訊號型式與一第 103407.doc 1297778 二相位電壓中之一參考點之出現之間的第二時間間隔。該 系統進#包含一電路，該電路用於自該第_時間間隔及 該第二時間間隔確定與用作在該第_相位電壓與該第二相 位電壓中之參考相位電壓之其它相纟電壓才目關的該第一相 位電壓及該第二相位電壓中之未知相位電壓的佈線相位。 可將該第-位置處之該第_相位電壓視為參考相位電 壓，該訊號係自該第一位置傳輸，而該第二位置處之該相 位電壓可為未知相位電壓，其與該第一相位電壓相關之佈 線相位有待偵測。或者，可將接收該訊號之該第二位置處 之該第二相位電壓視為參考電壓，而該第一位置處之該第 一相位電壓為待偵測之未知相位電壓。在下文中，具有參 考相位電壓之位置將被稱為參考位置，而未知相位電壓被 偵測處之位置將被稱為遠端位置。應瞭解，該第一位置或 該第二位置中之任一者可為參考位置，且相應地該第二位 置或該第一位置可為遠端位置。 在一星象圖（constellation)中，其中參考位置為傳輸該訊 號的第一位置，用於確定佈線相位之電路可定位於該參考 置處根據本發明，該系統有利地包含用於將指示該第 二時間間隔之資訊自該遠端位置傳輸至該參考位置的構 件。或者，用於確定佈線相位之電路當然可定位於該接收 該汛號的遠端位置處，且提供用於將指示該第一時間間隔 之貝訊自該參考位置傳輸至該遠端位置的構件。將一在該 參考位置處用作參考相位之相位的識別另外包括在自該參 考位置傳輸之資訊中可為有利的。即使在該遠端位置處（此 103407.doc 1297778 處的相位於該參考位置處用作參考相位）不存在先驗認 知，此亦允許該遠端位置識別未知相位。

在另一星象圖中，其中參考位置為該第二位置，用於確 定未知佈線相位之電路可再次定位於該參考位置。根據本 發明，該系統有利地包含用於將指示該第一時間間隔之資 訊自該遠端位置傳輸至該參考位置的構件。或者，用於確 定佈線相位之電路當然可定位於傳輸該訊號之該遠端位置 處，且提供用於將指示該第二時間間隔之資訊自該參考位 置傳輸至該遠端位置的構件。將一在該參考位置處用作參 考相位之相位的識別另外包括在自該參考位置傳輸之資訊 中可為有利的。即使在該遠端位置處（此處的相位於參考位 置處用作參考相位）不存在先驗認知，此亦允許該遠端位置 識別未知相位。 未知相位電壓之佈線相位可藉由計算該第二時間間隔與 該第-時間間隔之間的差自該第一時間間隔及該第二時間 間隔來確定。此差然後可（例如）用於檢查一表，該表將各種 差值與可能相位角之一給定大小中之一數目聯繫起來。 由於特徵訊號型式不必用作與參考相位中之一參考點 步的時間標記，故該特徵訊號型式可為短的但未必為 的。所傳輸之訊號中的特徵訊號型式甚至可且有一與電 線上之交變電壓之週期一樣長或長於該週期；;持續時間 此允許獲得-具有高訊號能量之特徵訊號型式，其可更 易地與連接至電力線之負載導致之雜訊及干擾區別開。 特徵訊號型式可有利地由類比構件或數位相關技術或使 103407.doc 1297778 匹配的濾波器來偵測。特徵訊號型式可藉由使用錯誤校正 解碼技術被錯誤校正編碼且彳貞測。當然，其它偵測技術可 相同地應用於本發明。 根據本發明之一實施例，所傳輸之訊號不是一用於相位 偵測的專用訊號，但其用於沿電力線傳輸其它資訊。特徵 訊號型式可為訊號中一隨機發生之預定符號序列或預定位 元序列，或特徵訊號型式可為一唯一的碼字（例如，複數個 所傳輸之位元或符號的一唯一序列），其可在訊號中連續或 不連續且可在訊號之開始處或根據需要在訊號中任何其它 位置處^供。為保遵特徵訊號型式不受電力線上之雜訊咬 其它干擾的干擾並增加其偵測的可靠性，使用錯誤校正編 碼技術及/或將特徵訊號型式之部分與由訊號載運之資訊 之其它部分交錯可為有利的。可在訊號中提供先於該特徵 訊號型式的標頭部分（例如）以便利特徵訊號型式债測電路 的符號同步。該標頭部分亦可為一將其它資訊自參考位置 載運至遠端位置的訊號部分。 較佳地，用於偵測該特徵訊號部分之偵測電路係於該第 一位置及該第二位置兩者處提供。較佳地，兩個位置處之 該债測電路係類似的或以一類似方式操作。不管偵測過程 實際耗用多長時間，此允許在偵測兩個位置處之該特徵訊 號部分之出現中容易地達成同步性。 包含該特徵訊號部分之訊號可為具有一預定符號頻率之 符號（例如位元）之一序列，且分別用於確定一第一時間門5 及第二時間間隔的電路可分別利用符號頻率來計數所偵、則 103407.doc -12· 1297778 之特徵訊號型式與該未知相位 _ . ^τ之一參考點之出現及 料考相位電^之-參考點之出現之間的符㈣數目。 或者，-自發計數器可在預定時脈頻率處計時…旦制 到該特徵訊號型式’計數器便被㈣且由輯數器計數之 值在該參考點已經出現時被讀取1然可採利於㈣一 特徵訊號部分與-參考點之間的時間間隔的其它任何構 件。 較佳地’傳輸該訊號’以使該特徵訊號型式與重複出現 在該多相電力線之該等相位電壓中之參考財之任一參考 點不具有規則的時序關係。舉例而言，以一隨機時序或僞 隨機時序傳輸該特徵訊號型式。 較佳地，以隨機時序或確定性時序及/或在頻譜之不同部 分中及/或在以不同展頻碼調變之展頻中重複地傳輸複數 個該等特徵訊號型式，以達成該特徵訊號型式的冗餘傳 輸，且對於該等複數個所傳輸之特徵訊號型式中之每一者 而言，訊號之特徵訊號型式與該第一相位電壓中之一參考 點之出現之間的一第一時間間隔係於該第一位置處被確 疋，且該特徵訊號型式與該第二相位電壓中之一參考點之 出現之間的一第二時間間隔係於該第二位置處確定，以使 得可獲得複數個第一時間間隔及相關聯之第二時間間隔。 此允許（例如）藉由選擇佈線相位來增加佈線相位偵測的可 罪性’所選之該佈線相位具有如此獲得之該等複數個第一 時間間隔及相關聯之第二時間間隔中之一多數。該多數可 為M/(M+1)多數，M為一等於或大於2的整數，以使偵測該 103407.doc -13- 1297778 第一時間間隔及相關聯之第二時間間隔中的M個誤差中之 一將不影響所偵測之佈線相位的正確性。 較佳地’為降低特徵訊號型式之出現與電力線上之相位 同V干擾之間的任何相互關係、，傳輸該等訊號以使兩個連 ’續特徵訊號型式之間的時間間隔大於或小於該多相電力線 之交變電壓週期且不等於該交變電壓週期的整數倍。 較佳地，未知相位電壓中之參考點及參考相位電壓中之 Φ 參考點分別為個別相位電壓之每一週期中的唯一點，該個 別相位電壓由其電壓及/或斜率（例如，具有指定符號之斜率 的個別相位電壓的零交點，或指定極性之峰電壓）指定。該 第一時間間隔及该第二時間間隔分別以特徵訊號型式後的 第N個參考點為結束，N為一等於或較佳大於i的預定正整 數。N之一特別合適值為1或2。 較佳地，在個別相位與中性導體之間或該等相位之兩個 相位之間，該訊號為於該第一位置處注入至多相電力線（l) φ 之至少一相或較佳為所有相位中的移頻鍵控（FSK)調變訊 號。或者，該訊號可在一無線電通訊通道上或在一電話網 路上傳輸。此可為有利的：將該訊號作為一雙音多頻 訊號實施以增加其對調和雜訊的抗擾性。 在下文中，將參看隨附圖式描述本發明之一較佳實施 例。應注意的是，以下描述僅達到說明可如何實施本發明 之一實例的目的。無淪如何，所述之實施例不應被解釋為 限制本發明之範疇。 【實施方式】 103407.doc •14- 1297778 圖1展示本發明之一實施例的基本略圖。在圖1中，L表示 一三相電力線。該電力線L包含三個導體R、s及T，其各自 載運一與該電力線L之中性導體N相關的指定相位電壓。該 電力線L亦進一步包含一圖1中未圖示的接地導體。該等三 個導體R、S及T上分別載運之相位電壓可為220伏特至240 伏特（如歐洲家庭領域中經常所使用的），或可為11〇 V(如美 國通常所使用的）。然而，必須注意的是，本發明可相同地 應用於下列電力分配網路中之電力線L··載運（例如）2〇 kv 之中等電壓電力分配網路，或甚至以38〇 kv或甚至更高之 電壓位準在長距離上載運電力之高壓電力分配網路中。如 二相電力分配網路中已知的，該等三個相位R、S及τ上載 運之電壓彼此相差120。之相位角。 圖1中之參考數字100表示一第一位置處之一設備，該設 備被連接至該電力線L之該等三個相位佈線R、s及τ中之每 一者以及該電力線L之中性導體N。在此實施例中，將該第 一位置作為參考位置，其中將R用作參考相位。當然，可將 ”亥等二個相中之任一相作為參考相位。該參考位置處之該 设備100可為一電力線通訊網路中之一通訊節點，該電力線 通訊網路將该電力線用作實體資訊傳輸媒體。該設備100可 被配置在一用於將該電力分配網路之20 kv的中等電壓轉 換為220 V至240 V的低壓之二次變電所變壓器附近，或配 置在沿该電力線L之任何其它位置處，該等三個相位r、$ 及中之任相可於該位置處適合選作一參考相位。在該變 電所！壓扁處，該等三個相位R、§及τ之命名僅係一定義 103407.doc -15 - 1297778 問題。在觀察該等三個相位出口處之電壓的相位序列時， 該等二個相位中之任一相可被命名為R。載運一具有一落後 該相位電壓R 120。之相位角的電壓之佈線相位被命名為 S，且落後該電壓R 240。的相位電壓被命名為τ。當然，可 替代使用任何其它命名慣例來區別該等三個相位。在圖丨之 實施例中，該設備100係連接至該等三個相R、8及丁中之每 一相K更能夠將_電力、線通訊訊號注入該等三個相位中 之每一相中而利用該電力線L來傳輸，以使該電力線通訊訊 號可在該等三個相位R、SAT中之任何—相上的—遠端位 置處被接收。然而，僅將該電力線通訊訊號注入至該等三 個相位之一並在自該等三個相位之另一相位接收該電力線 通訊訊號時利用該等三個相位之間的電感性及電容性交又 合即足夠了。 參考數字200表示一第二位置處之一另一設備，其可為該 電力線通訊網路中之該電力線[上的另一節點。在此實施例 中，該第一位置為佈線相位未知的遠端位置。該設備可 包含一負載或可為一用於量測一消費者之電力消耗的遠程 计1儀、一專用於相位偵測之測試設備或任何其它合適設 備。該設備200係於一遠離該參考位置之位置處連接至該電 力線L。在所示實施例中，該設備200被連接在該等相位之 一與該電力線L之該中性導體N之間。在該設備2〇〇之遠端 位置處，§單獨考慮該電力線L之相位導體時，在該設備 連接之4 — 人變電所之該等三個出口 R、s及τ處無法獲得 資訊。此用圓圈X於圖i中示意地描述。此圓圈指示：在許 103407.doc -16 - 1297778 多情況下，不能容易地描繪該等三個相位R、8及τ係如何 精確地沿自該設備100之參考位置至該設備200之遠端位置 的路徑而佈線。舉例而言，該電力線L2X部分可被内埋或 在任何其它難以接取之路徑中，或其僅可能過長而不能追 縱該等三個相位R、S及T之精確佈線。 為查明該送端位置處之該設備2 〇 〇的佈線相位，換言之， 為偵測該遠端位置處之該設備2〇〇係連接至該等三個相位 R、S及T中之哪一相，兩個設備1〇〇及2〇〇以圖2a中所示之方 式相互通訊。 在圖2a中，R、S及T分別表示三個相位電壓，其中相位電 壓S落後相位電壓r 12〇。，且相位電壓τ落後相位電壓s 120。R+、S +及T+表示具有一正斜率之個別相位電壓r、s 及T之零交點。R_、S-及T-表示具有一負斜率之個別相位電 壓R、S及T中的零交點。 圖2a中之C1表示一訊號，圖i中之該設備ι〇〇將該訊號注 入至該電力線L之該等三個導體r、S及τ中之至少一個中。 圖1展示一實施例，其中該訊號C1被注入至該電力線之所有 相位導體中。然而，歸因於沿電力線之該等相位導體r、S 及τ之間的交叉耦合效應，僅將該訊號C1注入至該等相位導 體之一即足夠了。將該訊號C1以試誤法方式一個接一個地 依序注入至該等三個相位導體中之每一者中且將該注入訊 號的能量集中在個別導體上以如此沿該電力線擴展該訊號 c 1之範圍亦係有利的。該訊號c丨可為用於載運任何種類之 資訊穿過該電力線通訊網路的任何通訊訊號。該訊號C1可 103407.doc -17- 1297778 為一非特定專用於偵測該遠端位置處之該設備200之佈線 相位的通訊訊號。該訊號C1包含一於圖2&中表示為DEL的 特徵訊號型式。設備1〇〇按一時序將該訊號C1注入至電力線 中’此時序可與該等三相位R、8及T之零交點中之任一者 同步但無需如此。該訊號c 1可在與電力線上之5 〇 Hz的週期 無關之任何時間開始且可（例如）由該等兩個設備1〇〇與2〇〇 之間或該設備100與連接至電力線L之任何其它設備之間的 通訊需要來確定。 在圖2a中，T2表示該訊號C1中之一特徵訊號型式DEL與 未知佈線相位中具有一正斜率之第N個零交點之隨後出現 之間的時間間隔，其中該遠端位置2〇〇處之該設備2〇〇係連 接至该未知佈線相位。已將N選為2以避免時間間隔T2變得 很紐，儘管N之其它值（包括N=l)，當然係可能的。在圖j 中所示之實例中，出於說明之目的指示：該遠端位置處之 叹備200係連接至相位s。如圖2a中所示，時間間隔T2在特 徵訊號DEL後的第二零交點S +處結束，該特徵訊號DEL由 β參考位置處之該設備1 〇〇沿該電力線L傳輸至該遠端位 置。該遠端位置處之設備200偵測此時間間隔Τ2。 圖2a中之Τ1表示該訊號C1中之特徵訊號型式del之出現 與具有參考相位之正斜率的第N個零交點之間的時間間 隔。在所示之實例中，已將r選為參考相位。類似於對於量 測該時間間隔T2之該設備200已描述的，該參考位置處之該 設備100量測該時間間隔τ 1。 時間間隔T3表示時間間隔T1與時間間隔T2之間的差。此 103407.doc -18- 1297778 差和示未知相位，該未知相位係與所示實例中之參考相位r 相關的該實例中之s。一旦資訊T3可利用，該未知相位即可 被識別。為獲得該時間差Τ3，在此實施例中，該設備2〇〇 將由該設備200偵測之關於持續時間Τ2之資訊傳輸至該參 考位置處之該設備1〇〇，以使該設備1〇〇可獲得差τ2τι且因 此識別该遠端位置處之未知相位s。根據一替代實施例，該 參考位置處之該設備1〇〇將關於時間間隔T1之持續時間的 資訊傳輸至該遠端位置處之該設備2〇〇，且該設備2〇〇然後 自T2與T1之間的差獲得T3以識別其與參考相位r相關的佈 線相位。此等替代實施例中的哪一個實施例較佳將視是遠 端位置處還是參考位置處需要相位偵測資訊而定。 分別關於個別時間間隔T2及時間間隔T1之持續時間的資 訊可以任何合適方式自一位置傳輸至另一位置。舉例而 言’此資訊可使用電力線作為傳輸媒體以一數位編碼格式 作為一網路通訊訊息來傳輸。當將此資訊自一位置傳輸至 另一位置時，無須觀察特定的時序約束。該資訊一經傳輸 以使持續時間T1及持續時間T2於相同位置處可利用，即可 計算差T3並偵測該未知相位佈線。 圖2b展示由該參考位置處之該設備ι〇〇傳輸之該訊號C1 之結構的一實例。如同樣熟知的，根據圖2b中所示之實例， 該訊號C1為一利用（例如）頻率調變（FSK) 一適合電力線通 訊之載波的方式所傳輸的數位網路通訊訊號。該訊號c j於 電力線上擴展一或多個週期並包含一跟隨有一訊框起始定 界符（start frame delimiter)DEL之前文PRB，該訊框起始定 103407.doc •19- 1297778 界符DEL用於劃定隨後之資訊部分與該訊號c丨之前文部分 之界限。此訊框起始定界符為該訊號以中之可用於確定關 於圖2a所述之時間間隔T1及T2的一特徵訊號型式。該訊框 起始定界符DEL後之該資訊部分可（例如）根據一合適電力 線通訊網路協定以任何合適方式來構造。在所示實例中， LT表示該訊號C1之訊框長度，繼而為MAC位址IND、一控 制欄CTL、用於在電力線通訊網路中冗餘傳輸該訊號以的 重複參數PR，繼而為實際資訊欄（例如一 MAC服務資料單 籲 元），其後繼之以一 CRC檢查攔及一訊框結束定界符EFD。 由傳輸該訊號之該設備偵測之關於時間間隔T1的資訊可包 括於該訊號ci中之一合適位置，例如，在資訊攔INF中或一 專用攔（未圖示）中，該專用攔在該訊號c丨中出現得足夠遲 以使得該時間間隔T1結束並因此可用。舉例而言，該專用 攔可定位在PR欄之前或PR攔與INF欄之間。然而，必須注 忍的疋，圖2b中所不之訊號格式係自可用於一電力線通訊 # 網路之各種不同訊號格式及協定中選取的一個實例。類似 訊框起始定界符DEL或訊框結束定界符EFD之任何特徵訊 唬型式皆可用於量測圖2a中所示之時間間隔τι及時間間隔 T2。當然，代替使用一訊框定界#，一專用的特徵訊號型 式可包括於（例如）資訊攔INF中或控制攔CTL中或該訊號訊 框〇中之任何其它位置處。該特徵訊號型式可為該訊號^ 中之一唯一的碼字或位元序列。又，該特徵訊號型式可以 1不以錯誤校正編碼形式出現在該訊號中。若該特徵訊號 型式以一錯誤校正編碼形式出現在該訊號〇中，則該特徵 103407.doc -20- 1297778 訊號型式之偵測的可靠性可進一步得以增加。 圖3展示圖i中所示之該設備刚中之用於傳輸該參考位 置處之該訊號C1之組件的方塊圖。較佳地，在該遠端位置 處之該設備200中亦提供類似組件來偵測特徵訊號型式及 量測時間間隔T1。 在圖3中，參考數字1表示一數位通訊電路，其包括一執 行用於在電力線通訊網路中傳輸、接收、產生並處理網路 訊息之程式的微處理器。此類通訊電路之内部結構對所示 之實施例並不重要。該内部結構視該電力線通訊網路之個 別目的及功能而定且同樣係熟知的。該數位通訊電路具有 用於產生一包含一利用該電力線L傳輸之特徵訊號型式的 訊號C1之構件，例如該微處理器之輸出埠。2表示一用於偵 測該訊號C1中之特徵訊號型式之出現的電路，將參看下面 的圖4a來較詳細地解釋其。C2表示特徵訊號型式偵測器i 之輸出σ礼號，δ亥訊號C2指不該訊號C1中之該特徵訊號型 ，式的出現。參考數字3表示一具有一發送器放大器32及一接 收器電路31的收發器電路，該發送器放大器32及該接收器 電路31經由一麵合電容器4或不阻塞電力線與該收發器電 路3之間的通訊訊號之傳輸而使該收發器電路3與電力線絕 緣的任何其它構件連接至電力線。該發送器放大器32接受 來自該通訊電路1之數位訊號C1並在一傳輸用之合適載波 上調變此訊號。該接收器3 1經由合適的濾波構件接收電力 線通訊訊號、執行一合適的調變操作並將一資料訊號呈給 該通訊電路1以做進一步處理。如上所解釋，在該參考位置 103407.doc -21 - 1297778 處之該設備100中，該收發器3較佳被連接至該等三個導體 R、s及τ中之至少一者以使由該電路100傳輸之該等電力線 通訊訊號在三個相位上可用。20表示一連接至參考相位尺 之零交點偵測器。此偵測器可藉由一比較器來簡單地實 施’该比較器將輸入相位訊號與零進行比較以輸出一與其 輸入端之相位訊號同步的矩形訊號。 參考數字5表示一可預設之計數器，其根據該計數器$之 輸入端cki處之一時脈訊號執行一遞減計數操作。PST表示 用於程式化一遞減計數之該計數器5之初始值的該遞減計 數器5的輸入端。以二進制表示法出現於預置輸入端pST處 之初始值係根據該計數器5之輸入端PE處之一預置賦能訊 號載入該計數器中。20及21表示該計數器5之輸出端的兩個 最低有效位元。參考數字6表示另一計數器，其執行計數施 加至該計數器6之輸入端CK2之時脈脈衝的操作。BT1表示 呑亥什數器6之輸出，其為時間間隔τ 1之持續時間的二進制表 示。參考數字7及9表示及閘，而參考數字8表示一或閘。該 及閘7之一第一輸入端接收一來自該零交點偵測器2〇之訊 號ZC。該及閘極7之另一輸入端被連接至該或閘8之輸出端 以接收一訊號C3。該及閘7之輸出端係與該計數器5之時脈 輸入端CK1相連。該或閘8之兩個輸入端係與計數器5之輸 出端的兩個最低有效位元2G及21相連。該及閘9接收一由該 通訊電路1中之一時脈恢復電路（未圖示）以一同樣熟知之習 知方式自該訊號C1產生之位元時脈訊號BCK。該及閘9之另 輸入&接收$亥或閘8之輸出訊號c 3。該及閘9之輸出端係 103407.doc -22· 1297778 與該計數器6之時脈輸入端相連。BT2表示由該設備200偵測 之關於時間間隔T2之持續時間的資訊。在此實施例中，此 資訊係經由該電力線通訊網路自該遠端位置處之該設備 200經由該接收器31來接收。 資訊BT1及BT2在圖3中未圖示之一電路中經適當處理以 將此資訊映射至與參考相位相關之相位值上，其中該參考 相位指示該設備200所連接至的未知相位，或將此資訊直接 映射至該等三個相位R、S及T之一相位上。此操作可以各 種不同的方式來實施。較佳地，計算BT1與BT2之間的差並 使用一查找表來查找視BT1與BT2之間的差而定之佈線相 位。在所示之實施例中，已將位元時脈頻率選為48位元/20 ms AC週期。該查找表因而包含以下項目： 項目 BT1-BT2 遠端節點200之佈線相位 1 0土3 ; 48土3 ; ·48±3 與參考相位相同 2 8土3 ; -40土3 領先#考相位60。 3 16±3 ; -32±3 領先參考相位120。 4 24±3 ； -24±3 領先參考相位180° 5 32土3 ; -16土3 領先參考相位240° 6 40±3 ； -8±3 領先參考相位300。 在此表中，項目1、3及5指示：遠端設備200係連接至電 力線之三個佈線相位之一。項目2、4及6指示該遠端設備200 之反向佈線相位，其中該遠端設備200之相位端子已被連接 至中性端子，而該遠端設備200之中性端子已被連接至電力 線之該等佈線相位之一。用於執行此查找表操作以將 BT1-BT2映射至第1至6號項目之一上的處理電路可包含在 該通訊電路1中。當然，可採用用以獲得該設備20〇之未知 103407.doc -23- 1297778 佈線相位的其它實施例。 圖4a展示該特徵訊號型式偵測器2之一實施例。在圖4a 中’參考數字19表示一在該所示實施例中具有八個分接頭 的移位暫存器。當然，視形成待偵測之特徵訊號型式之位 元的數目而定，其它數目之分接頭（例如12個分接頭）將同樣 合適。根據位元時脈訊號BCK，資料在該移位暫存器19中 如箭頭所指示地自圖4a之頂部移位至圖4a之底部。該移位 暫存器19在八個分接頭位置處保持該訊號C1中傳輸之八個 最近位元的歷史，當前位元被保持在所示之最上位置中。 在圖4a中，出於說明之目的，展示該移位暫存器19之一特 疋狀悲。在所示狀態下，最舊位元及當前位元為"〇 ”，而其 間的六個位元皆為"Γ，。此位元型式為用於該訊號C1中之亦 被用作特徵訊號型式的訊框起始定界符del。相應地，出 於說明之目的，圖4a展示偵測該特徵訊號型式之狀態。當 然’此狀態將隨下一個位元時脈脈衝BCK而改變。參考數 字10至17表示各自具有兩個輸入端的互斥或閘。該等互斥 或閘10至17中之每一者的兩個輸入端之一係與該移位暫存 器19之八個輸出分接頭中之一相關分接頭相連。該使輸入 端之一連接至該移位暫存器之保持當前位元之最上分接頭 的互斥或閘10將其另一輸入端連接至一邏輯位準為"丨，，之 訊號。相同情況被應用至該使輸入端t一連接至該移位暫 存為19中之保持該等八位元中的最舊位元之分接頭的互斥 或閘17。不與該移位暫存器相連之其它互斥或閘11至16的 輸入端被連接至一邏輯位準為”〇，，之訊號。以此方式，該特 103407.doc -24 - 1297778 徵訊號型式偵測器2已被程式化以能夠偵測特定預定特徵 訊號型式01111110。該等互斥或閘10至17之輸出端被連接 至一及閘18的各個輸入端。該及閘丨8之輸出端具有參考數 字C2。此輸出端指示該訊號C1中之特徵訊號型式之出現。 當然，該特徵訊號型式01111110僅為一實例。當然，關於 該特徵訊號型式之長度及其位元序列兩者之該特徵訊號型 式的其它實施例亦係可能的。 在操作中，圖4a中所示之特徵訊號型式偵測器經由該移 位暫存器19持續地改變該訊號C1之傳入位元之序列。互斥 或閘10至17之鏈審查儲存在該移位暫存器19中之位元型 式’以便審查此位元型式是否與該等互斥或閘10至丨7之個 別其它輸入端上出現之位元型式的反相匹配。僅當給出完 全匹配時，所有互斥或閘10至17之輸入端對才具有不同的 邏輯位準且互斥或閘1〇至17之所有輸出端相應地具有邏輯 汛號位準” 1 ”，以使得該及閘18之輸出端C2取得邏輯，，J，， 值。圖4b展示一時序圖以說明圖切之訊號C1、位元時脈訊 號BCK及特徵訊號型式偵測器之輸出訊號C2。 圖5展示一時序圖以說明圖3中所示之電路的操作。如圖$ 中所不，當電路2偵測該訊號C1中之一特徵訊號型式之出現 時，一脈衝在該訊號C2中出現。此脈衝〇2出現在該計數器 5之預置賦能輸入端處且將計數器預置為一值N,該值n界 定一特徵訊號型式之出現與時間間隔T1之末尾之間的參考 點的數目。參考點之此數目N可為i或大於丨（例如N==2)以保 也·即使特徵訊號型式在接近由圖3中之電路偵測之參考點 103407.doc -25- 1297778 處出現，由圖3中之電路量測之時間間隔T1亦具有一確定長 度。 圖5中之訊號ZC為指示參考相位R中之零交點之出現的 零交點偵測器之輸出訊號。只要該遞減計數器5(已藉由訊 號C2之脈衝來預置）未達到零值，圖3之電路中之該或閘8即 將該訊號C3保持在邏輯"1”位準。由於圖3中所示之實施例 使用的值N=2，故一簡單的或閘即足以產生此訊號C3，該 訊號C3在一特徵訊號型式值之出現開始、在該遞減計數器$ 達到零結束時為邏輯1位準。只要C3為處於邏輯i位準，來 自該零交點偵測器20之該等脈衝即藉由該及閘7而出現在 該遞減計數器5之時脈輸入端CK1處。圖5中所示之兩個輸 出訊號2G及21指示回應於預置賦能輸入端？£處之訊號C2， 該遞減計數器5之輸出端處發生的情況。只要該訊號C3處於 邏輯1位準，該及閘9在其輸出端處提供來自導致該計數器6 執行一計數操作之該位元時脈恢復電路的閘選位元時脈 BCK，以使該計數器6執行該特徵訊號型式之出現與隨後的 參考相位電壓中之一第二參考點之出現之間的時間間隔τι 的量測。如圖5中所示，在量測該時間間隔T1之持續時間的 此操作期間，兩個時脈邊緣出現在該遞減計數器5之時脈輸 入端CK1處。歸因於此事實：回應第二時脈邊緣之輸出2。 中自’’1”至”0”的轉變導致訊號C3變為邏輯〇位準，以使及閘 7之輸出亦變為邏輯”〇”，第二時脈邊緣後的該訊號cki中之 邏輯1狀態的持續時間非常短。 參看圖3、圖4a、圖4b及圖5來描述之電路及其操作係於 103407.doc -26- 1297778 圖1中所示之設備100中提供。一類似電路係提供於圖丨之該 設備200中，其中該零交點偵測器2〇之輸入端係連接至未知 相位而非所示之參考相位R。由該設備200中之該計數器6 計數之時間間隔為T2。而且，該設備2〇〇與圖中3所示之該 設備100中之電路的不同之處在於··由該計數器6獲得之關 於该時間間隔T2之持續時間的資訊係提供給該通訊節點j 以便以一顯式訊息的形式傳輸至該設備1〇〇。在該設備2⑽ 中，不需要提供用於計算们與丁2之間的差之構件。對圖3 中所示之該設備200之電路的此等調適係微小改變，該等改 變可自實施例之結構及功能的以上描述立即看出。 第-位置及第二位置可為一電力線通訊系統中(例如，一 系統可包含複數個遠端電錶以及 計量儀通訊之一主控器的集中器 中器接收一訊號C 1時，其計數自 接至之相位電壓的下一個（或更』 一充當與該等複數個遠程

103407.doc 用於遠程計量電力之消耗的電力線通訊系統中)之節點。該 系統可包含複數個遠踹雷铉，、；^. -27- 1297778 器以通知由該遠程計量儀偵測之該遠程計量儀之佈線相位 • 同一數字。 必須注意的是，該等所述實施例可以各種方式來修改。 舉例而言，該特徵訊號型式偵測電路2已經展示以執行一預 程式化之位元型式與該移位暫存器丨9中之位元序列之間的 匹配操作。然而，為增加特徵訊號型式偵測器電路2之雜訊 抗擾性，使用一用於保護特徵位元型式之錯誤校正碼且實 施用於評估移位暫存器19之容量的電路作為用於解碼被錯 誤校正編碼之特徵訊號型式可為有利的。適當的錯誤校正 編碼技術同樣係熟知#，且可參考有關錯誤校正碼及其應 :的任何教材。又’必須注意的是，圖3中所示之用於分別 量測該訊號C1中之-特徵訊號型式之出現與參考相位及未 知相位中之-第Ν個參考點之出現之間的時間間隔的電路 係可用以執行此時間間隔量測之各種不同電路之外的一個 =例。儘官圖3中所示之實施例使用訊號C1中之位元時脈來 籲:别3:測時間間隔们及^，但是可替代地使用—自發時脈 號產生器來產生由該計數器6計數之時脈訊號。 【圖式簡單說明】 圖1展示一本發明之一實施例的基本略圖； 圖2a展示—時序圖以說明圖1中所示之實施例的基本操 作原則； 圖π展不—用於圖1中所示之實施例中之一訊號的實例； 圖3展干_ ’、用於執行相位偵測操作之一電力線通訊系統 中的、、^|路_點之_實施例的方塊圖； 103407.doc -28- 1297778 圖4a展示一方塊圖以說明圖3中所示之特徵訊號型式偵 測器2的内部結構； 圖4b展示一時序圖以說明訊號型式偵測器電路的操作； 且 圖5展示一時序圖以說明圖3中所示之電路的相位偵測操 作。 【主要元件符號說明】

1 數位通訊電路/特徵訊號型式偵測器 2 特徵訊號型式偵測器/電路 3 收發器電路 4 耦合電容器 5 可預設之計數器/遞減計數器 6 計數器 7 及閘 8 或閘 9 及閘 10 互斥或閘 11 互斥或閘 12 互斥或閘 13 互斥或閘 14 互斥或閘 15 互斥或閘 16 互斥或閘 17 互斥或閘 103407.doc -29- 1297778 18 及閘 19 移位暫存器 20 零交點偵測器 31 接收器電路/接收器 32 發送器放大器 100 設備 200 設備 L 電力線 N 中性導體 R、S、T 導體 103407.doc 30-

Claims (1)

129 W0?®24978號專利申請案 ％说 中文申請專利範圍替換本(96年9月)丨「 十、申請專利範圍： 1· 一種用於在一具有一單相或多相電力線（L)之電力分配系 統中偵測與一參考相位電壓（R)相關之一未知（χ)相位電 壓（S)的佈線相位（R; S; τ)之系統，其包含： 一第一電路，其用於將一訊號（C1)自一第一位置（1〇〇) 傳輸至一第一位置（200)，該訊號包含一特徵訊號型式 (DEL)； 一第二電路，其用於在該第一位置（1〇〇)處確定該特徵 ，訊號型式（DEL)與該第一位置（1〇〇)處之一相位電壓（R)中 之一參考點（R+)之出現之間的一第一時間間隔（丁1); 一第三電路，其用於在該第二位置處偵測該訊號（C1) 之該特徵訊號型式並確定該特徵訊號型式（DEL)與該第 二位置（200)處之一第二相位電壓中之一參考點之出 現之間的一第二時間間隔（T2);及 一第四電路，其用於自該第一時間間隔（Τ1)及該第二時 間間隔（Τ2)確定與用作該參考相位電壓之該第一相位電 壓及該第二相位電壓中之另一者相關的該第一相位電壓 及該第二相位電壓中之未知者的該佈線相位（S)。 2·如請求項1之系統， 其中該用於確定該佈線相位（s)的第四電路位於該第一 位置（1 0 0)處；該系統包含： 構件（7、16)，其用於將指示該第二時間間隔（T2)之資 訊自該第二位置（200)傳輸至該參考位置（1 〇〇)。 月求項1之系統，其中該用於嫁定該佈線相位的電路位 103407_960921.doc 1297778 於該第二位置（200)處；且 該系統包含用於將指示該第一時間間隔（T1)之資訊自 4第一位置傳輸至該第二位置的構件。 4·如請求項丨、2或3之系統，其中該用於自該第一時間間隔 及該第二時間間隔（ΤΙ、T2)確定該未知相位電壓之該佈線 相位的第四電路包含用於計算該第二時間間隔與該第一 時間間隔之間的一差之構件，及用於基於該差確定該佈 線相位之構件。 5·如請求項丨之系統，其中 該特徵訊號型式（DEL)包含一唯一的碼字。 如明求項5之系統，其中該訊號（c丨）包含一在該特徵訊號 型式之前的標頭部分（PRB)。 7.如請求項1之系統，其中 待偵測之該特徵訊號型式為該訊號之開始。 8 ·如請求項1之系統，其中 該訊號（C1)係一具有一預定符號頻率的符號序列；且 該等用於分別確定一第一時間間隔（T1)及第二時間間 隔（Τ2)的電路包含計數器（6)，該等計數器（6)分別用於計 數該特徵訊號與該未知相位電壓（S)中之一該參考點（s+) 之出現及該參考相位電壓（幻中之一該參考點（R+)之出現 之間的該等符號之數目。 9·如請求項1之系統，其中 該用於偵測該第一時間間隔（T1)的電路包含一以一預 定時脈頻率計數之自發計數器； 103407-960921.doc -2 - 1297778 #今月^日修(更)正替換頁 用於在一偵測 計數器的構件； 用於在該參考 的構件。 到該特徵訊號型式（DEL)即啓動該自發 及 點已出現時讀取一由該計數器計數之值 10. 如請求項1之系統，其中

以傳輸—訊號的第一電路經調適以傳輸該訊號， Μ寺徵訊號型式與該多相電力線之料相位電壓中 重複出現的該等參考點中之任一者不一致。 11. 如请求们之系統，其中該用於傳輸一訊號的電路經調適 、Ί χ訊唬，以使該特徵訊號型式具有一隨機或僞隨 機時序。 12.如請求項1之系統，其包含用於以下用途的構件⑴： 以不同時序及/或在頻譜之不同部分中及/或在以不同 展頻碼㈣之展帛中傳輸複數個胃等特徵訊號型式 (del);且

對於該等複數個所傳輸之訊號型式中之每一者而言， 在該第一位置（2〇〇)處確定該訊號之該特徵訊號型式 與該第二相位電壓中之一參考點（s+)之出現之間的一第 二時間間隔（T2); 在該第一位置（1〇〇)處確定該特徵訊號型式（DEL)與 忒第一相位電壓（R)中之一參考點之出現之間的一第 一時間間隔（T1); 以使可獲得複數個第一時間間隔（T1)及相關聯之第 二時間間隔（Τ2); 103407-960921.doc 1297778 「_«——— ， 在年7月>/畴(更泣替換頁 * 1 -----------------------— 為用於確定該佈線相 ^, , K邳徂的第四電路經調適以自該等複 數個第一時間間隔及第- 弟一時間間隔（T1、T2)確定該佈線相 位。 :求員12之系統’其中該用於自該等複數個第一時間 5及第_時間間隔確定該佈線相位的第四電路包含 -用於計算每一第一時間間隔與其相關聯之第二時間間 隔之間的一差之構件； # 肖於自如此獲得的該等差中之每-者確定-初步佈線 相位的構件；及 用於選擇具有如此確定之該等初步佈線相位中之一多 數的該佈線相位的構件。 14. 15. 如請求項13之系統’其中該多數為一 Μ/(Μ+1)多數，河為 一等於或大於2的整數。 如請求項12之系統，其中該等訊號被連續地傳輸，以使 兩個連續特徵訊號型式（DEL)之間的一時間間隔大於或

小於該多相電力線之交變電壓週期且不等於該交變電壓 週期的整數倍。 16·如睛求項！之系統，其中該等參考點（R+; s+)係由其電壓 及/或斜率指定之個別相位電壓之每一週期中的唯一點。 17·如請求項14之系統，其中該等參考點為具有一指定符號 之斜率的該等個別相位電壓的零交點。 18·如請求項16之系統，其中該第一時間間隔（T1)及該第二時 間間隔（Τ2)分別以該特徵訊號型式後的第ν個參考點來 結束’ Ν為一等於或大於1的預定正整數。 103407-960921.doc 1297778

I9·如請求項！8之系統，其中N=2。…，— 20.如请求項丨之系統，其中該用於傳輸一訊號的電路包含用 於將該訊號注入至該多相電力線（L)之至少一相中的構件 ⑷。 21·如請求項1之系統，其中該用於傳輸一訊號（C1)的電路包 含一用於利用一無線電通訊通道傳輸該訊號的發送器電 路0 22·如請求項1之系統，其中該訊號係利用一電話網路來傳 輸。 23·如請求項1之系統，其中該訊號為一雙音複頻（DTMF)訊 號。 24· —種用於在一具有一單相或多相電力線之電力分配系統 中確定與一參考相位電壓相關之一未知相位電壓的佈線 相位的方法，其包含以下步驟： 將一訊號（C1)自一第一位置（1〇〇)傳輸至一第二位置 (200)，該訊號包含一特徵訊號型式（DEL); 在該第一位置（100)處確定該特徵訊號型式（C1)與一第 一相位電壓（R)中之一參考點（R+)之出現之間的一第一時 間間隔（T1); 在該第二位置（200)處偵測該特徵訊號型式並確定該特 徵訊號型式（C1)與一第二相位電壓（S)中之一參考點（S+) 之出現之間的一第二時間間隔（T2);及 自該第一時間間隔（T1)及該第二時間間隔（T2)確定與 用作該參考相位電壓之該第一相位電壓及該第二相位電 103407-960921.doc 1297778 φ : Cf 叫:、； 、 壓中之另一者相關的該第一相位電壓及該第二相位電壓 中之未知者的佈線相位（s)。

103407-960921.doc 6- I297J^§24978號專利申請案 ， 中文圖式替換本(96年9月)叫㈡ 十一、圖式：

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103407-960921.doc -2 - 1297778 个·/晴: 百 DEL \m PR CRC ) PRB LT CTL INF EFD C1 圖2b C2

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