本發(fā)明涉及一種相位識(shí)別方法，具體是指一種基于載波通信的電力相位識(shí)別方法。

背景技術(shù)：

低壓載波通信技術(shù)是電力物聯(lián)網(wǎng)中所使用的一種重要通信方式。其利用電力線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在用電信息采集系統(tǒng)。

隨著供電營銷系統(tǒng)信息化管理程度的提高、以及用電信息采集設(shè)備的功能需要，需要對臺(tái)區(qū)內(nèi)的單相工作的電表及采集設(shè)備的相位信息精確獲取。由于不能通過停電的方式進(jìn)行相位檢測，因此必須采用一些新的技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)。

利用載波通信技術(shù)來進(jìn)行臺(tái)區(qū)內(nèi)的相位識(shí)別可以在不影響用戶用電情況下實(shí)現(xiàn)。但是由于載波信號(hào)會(huì)在臺(tái)變或電纜內(nèi)跨相耦合，使得在某一相加載信息后，其他兩相也可以接收到，即產(chǎn)生“信號(hào)串相”的問題。因此，只有在耦合很弱的情況下，這種分別在三相發(fā)送不同相位信息然后直接接收獲取的方法才有效。

基于上述，目前亟需提出一種計(jì)算簡單、方便部署、識(shí)別高速準(zhǔn)確的基于載波通信的電力相位識(shí)別方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的限制和缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于載波通信的電力相位識(shí)別方法，利用窄帶電力載波通信的跨相耦合特點(diǎn)，通過報(bào)文通信的方式進(jìn)行相位識(shí)別，計(jì)算簡單、方便部署、識(shí)別高速準(zhǔn)確。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于載波通信的電力相位識(shí)別方法，包含以下步驟：

s1、基于工頻交流電，在電力線已知相位的相線上設(shè)置載波通信的發(fā)送端，在該相線相位的過零時(shí)刻，發(fā)送端啟動(dòng)，通過載波通信向電力線周期性的發(fā)送含有該相線相位信息的通信報(bào)文，同時(shí)計(jì)算發(fā)送通信報(bào)文的消耗時(shí)間tm；

s2、基于工頻交流電，在電力線待檢測相位的相線上設(shè)置載波通信的接收端，該接收端通過載波通信接收并還原完整的通信報(bào)文，同時(shí)記錄通信報(bào)文接收完成的時(shí)刻至后續(xù)最近一次的相位過零時(shí)刻之間的時(shí)間間隔tz；

s3、根據(jù)發(fā)送通信報(bào)文的消耗時(shí)間tm、通信報(bào)文接收完成的時(shí)刻至后續(xù)最近一次的相位過零時(shí)刻之間的時(shí)間間隔tz、以及工頻交流電的周期t，接收端計(jì)算余數(shù)值δt，并根據(jù)余數(shù)值δt獲取所在相線的相位。

所述的發(fā)送端和接收端均包含：處理器模塊；載波通信模塊，分別與電力線以及處理器模塊連接；單方向過零檢測模塊，分別與電力線以及處理器模塊連接；計(jì)時(shí)模塊，與處理器模塊連接。

所述的通信報(bào)文包含以下字段：同步頭，標(biāo)識(shí)有效通信報(bào)文的開始；報(bào)文長度，為發(fā)送端地址到結(jié)束符的字節(jié)總數(shù)；發(fā)送端地址；發(fā)送端相位信息，取a、b、c分別表示三相相位；報(bào)文校驗(yàn)，由發(fā)送端地址和發(fā)送端相位進(jìn)行異或運(yùn)算得到；結(jié)束符，標(biāo)識(shí)通信報(bào)文的結(jié)束。

其中，b相相位落后a相相位c相相位落后a相相位

所述的s1中，具體包含以下步驟：

s11、在電力線已知相位的相線上設(shè)置載波通信的發(fā)送端；

s12、發(fā)送端的處理器模塊啟動(dòng)單方向過零檢測模塊，檢測得到后續(xù)最近一次的相位過零時(shí)刻t0；

s13、在該相位過零時(shí)刻t0，發(fā)送端的處理器模塊將含有該相線相位信息的通信報(bào)文的每個(gè)字節(jié)按位通過載波通信模塊發(fā)送至電力線，形成載波數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并計(jì)算發(fā)送通信報(bào)文的消耗時(shí)間tm；

s14、在該相位過零時(shí)刻t0，發(fā)送端的處理器模塊同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)模塊，當(dāng)計(jì)時(shí)間隔達(dá)到ts后，返回執(zhí)行s12，周期性的發(fā)送通信報(bào)文。

所述的s13中，發(fā)送通信報(bào)文的消耗時(shí)間tm為：

tm＝l/v；

且ts>tm>t；

其中，l為通信報(bào)文的總發(fā)送數(shù)據(jù)位數(shù)，v為載波通信速率。

所述的s2中，具體包含以下步驟：

s21、在電力線需要檢測識(shí)別相位的相線上設(shè)置載波通信的接收端；

s22、接收端的載波通信模塊始終處于接收模式，檢測并接收電力線上所傳輸?shù)倪B續(xù)有效的載波數(shù)據(jù)，并將接收到的每位載波數(shù)據(jù)發(fā)送至處理器模塊；

s23、接收端的處理器模塊將載波通信模塊接收到的前若干位載波數(shù)據(jù)合并形成字節(jié)，與通信報(bào)文的同步頭長度相同，并與同步頭進(jìn)行匹配；如一致，繼續(xù)執(zhí)行s24；如不一致，返回執(zhí)行s22；

s24、接收端的處理器模塊將載波通信模塊接收到的全部載波數(shù)據(jù)合并形成字節(jié)，還原獲取通信報(bào)文；并對其中的發(fā)送端地址和發(fā)送端相位進(jìn)行異或運(yùn)算，如計(jì)算結(jié)果與報(bào)文校驗(yàn)一致，繼續(xù)執(zhí)行s25；否則，返回執(zhí)行s22；

s25、接收端的載波通信模塊在接收到通信報(bào)文的最后一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，處理器模塊啟動(dòng)計(jì)時(shí)模塊，記錄通信報(bào)文接收完成的時(shí)刻t1，并開始計(jì)時(shí)；

s26、接收端的載波通信模塊在接收到通信報(bào)文的最后一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，處理器模塊同時(shí)啟動(dòng)單方向過零檢測模塊，檢測得到后續(xù)最近一次的相位過零時(shí)刻t2；并獲取通信報(bào)文接收完成的時(shí)刻至后續(xù)最近一次的相位過零時(shí)刻之間的時(shí)間間隔tz＝t2-t1。

所述的s3中，具體包含以下步驟：

s31、接收端的處理器模塊計(jì)算余數(shù)值δt：

δt＝(tz+tm)％t；

s32、相位判決：

當(dāng)或時(shí)，判定接收端所在相線與發(fā)送端所在相線的相位相同；

當(dāng)時(shí)，判定接收端所在相線延遲發(fā)送端所在相線1個(gè)相位；

當(dāng)時(shí)，判定接收端所在相線延遲發(fā)送端所在相線2個(gè)相位。

綜上所述，本發(fā)明所提供的基于載波通信的電力相位識(shí)別方法，利用窄帶電力載波通信的跨相耦合特點(diǎn)，通過報(bào)文通信的方式進(jìn)行相位識(shí)別，避免因干擾較大導(dǎo)致誤判的問題，提高相位識(shí)別的速度和精度；并且本方法判別區(qū)域?qū)?，對硬件設(shè)備的計(jì)時(shí)精度和計(jì)算速度要求低，可方便的部署在現(xiàn)有的用電信息采集終端上，實(shí)施成本低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中的基于載波通信的電力相位識(shí)別方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明中的發(fā)送端和接收端的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中的報(bào)文的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中的基于載波通信的電力相位識(shí)別的時(shí)序圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合圖1～圖4，詳細(xì)說明本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。

我國的工頻交流電的頻率f為50hz、周期t為20ms，其abc三相的相位差是120度，在時(shí)間上，三相交流電信號(hào)的正向過零點(diǎn)(或者反向過零點(diǎn))相間隔的時(shí)間為t/3。比如，a相正向過零后間隔t/3時(shí)間，b相正向過零，再間隔t/3時(shí)間，c相正向過零。在此過程中，如果工作在b相或c相的電力設(shè)備能夠記錄a相正向過零時(shí)刻與所在相線的接下來第一個(gè)過零時(shí)刻之間的間隔，就可以識(shí)別所在相線的相位。但工作在b相或c相的電力設(shè)備要同步獲取a相的過零時(shí)刻是非常困難的，因此本發(fā)明通過利用載波通信進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送接收的方法來估算這一時(shí)刻。

如圖1所示，為本發(fā)明所提供的基于載波通信的電力相位識(shí)別方法，包含以下步驟：

s1、基于工頻交流電，在電力線已知相位的相線上設(shè)置載波通信的發(fā)送端，在該相線相位的過零時(shí)刻，發(fā)送端啟動(dòng)，通過載波通信向電力線周期性的發(fā)送含有該相線相位信息的通信報(bào)文，同時(shí)計(jì)算發(fā)送通信報(bào)文的消耗時(shí)間tm；

s2、基于工頻交流電，在電力線待檢測相位的相線上設(shè)置載波通信的接收端，該接收端通過載波通信接收并還原完整的通信報(bào)文，同時(shí)記錄通信報(bào)文接收完成的時(shí)刻至后續(xù)最近一次的相位過零時(shí)刻之間的時(shí)間間隔tz；

s3、根據(jù)發(fā)送通信報(bào)文的消耗時(shí)間tm、通信報(bào)文接收完成的時(shí)刻至后續(xù)最近一次的相位過零時(shí)刻之間的時(shí)間間隔tz、以及工頻交流電的周期t，接收端計(jì)算余數(shù)值δt，并根據(jù)余數(shù)值δt獲取所在相線的相位。

如圖2所示，所述的發(fā)送端和接收端均包含：處理器模塊；載波通信模塊，分別與電力線以及處理器模塊連接；單方向過零檢測模塊，分別與電力線以及處理器模塊連接；計(jì)時(shí)模塊，與處理器模塊連接；其他功能電路模塊，與處理器模塊連接；系統(tǒng)電源，為發(fā)送端和接收端提供工作電源。

如圖3所示，所述的通信報(bào)文m包含以下字段：4字節(jié)的同步頭，標(biāo)識(shí)有效通信報(bào)文的開始；1字節(jié)的報(bào)文長度，為發(fā)送端地址到結(jié)束符的4個(gè)字段的字節(jié)總數(shù)；4字節(jié)的發(fā)送端地址；1字節(jié)的發(fā)送端相位信息，取a、b、c分別表示三相相位；1字節(jié)的報(bào)文校驗(yàn)，由發(fā)送端地址和發(fā)送端相位共5個(gè)字節(jié)進(jìn)行異或運(yùn)算得到；1字節(jié)的結(jié)束符，以特定的字符標(biāo)識(shí)通信報(bào)文的結(jié)束。其中，每個(gè)字節(jié)包含8位數(shù)據(jù)。

其中，b相相位落后a相相位c相相位落后a相相位

所述的s1中，具體包含以下步驟：

s11、在電力線已知相位的相線上設(shè)置載波通信的發(fā)送端；

s12、發(fā)送端的處理器模塊啟動(dòng)單方向過零檢測模塊，檢測后續(xù)最近一次的相位過零時(shí)刻，單方向過零檢測模塊在t0時(shí)刻檢測到相位過零時(shí)，向處理器模塊發(fā)出過零信號(hào)并停止檢測；

s13、在該相位過零時(shí)刻t0，發(fā)送端的處理器模塊啟動(dòng)載波通信模塊，將含有該相線相位信息的通信報(bào)文m的每個(gè)字節(jié)按位通過載波通信模塊發(fā)送至電力線，形成載波數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并計(jì)算發(fā)送通信報(bào)文m的消耗時(shí)間tm；

s14、在該相位過零時(shí)刻t0，發(fā)送端的處理器模塊同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)模塊開始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)間隔達(dá)到ts后，計(jì)時(shí)模塊向處理器模塊發(fā)出準(zhǔn)備再一次發(fā)送通信報(bào)文m的信號(hào)，并返回執(zhí)行s12，實(shí)現(xiàn)周期性的發(fā)送通信報(bào)文m。

也就是說，本實(shí)施例中，發(fā)送端啟動(dòng)報(bào)文發(fā)送的時(shí)刻為相位的正向過零時(shí)刻，接著必須間隔ts時(shí)間之后，在后續(xù)到來的第一個(gè)正向過零時(shí)刻再次發(fā)送通信報(bào)文m，并依此循環(huán)。

所述的s13中，發(fā)送通信報(bào)文m的消耗時(shí)間tm為：

tm＝l/v；

其中，l為通信報(bào)文m的總發(fā)送數(shù)據(jù)位數(shù)，v為載波通信速率；本實(shí)施例中，根據(jù)圖2所示，每個(gè)通信報(bào)文m包含12個(gè)字節(jié)，因此通信報(bào)文m的總發(fā)送數(shù)據(jù)位數(shù)l為96；

由于載波通信速率v較低，因此發(fā)送通信報(bào)文m的消耗時(shí)間tm遠(yuǎn)大于工頻交流電的周期t，即：

ts>tm>t。

所述的s2中，具體包含以下步驟：

s21、在電力線某一地理位置需要檢測識(shí)別相位的相線上設(shè)置載波通信的接收端；

s22、接收端的載波通信模塊始終處于接收模式，檢測并接收電力線上所傳輸?shù)倪B續(xù)有效的載波數(shù)據(jù)，并將接收到的每位載波數(shù)據(jù)發(fā)送至處理器模塊；

由于存在跨相耦合，無論接收端是否和發(fā)送端處于同相線相位，都可以接收到通信報(bào)文m；

s23、接收端的處理器模塊將載波通信模塊接收到的前32位載波數(shù)據(jù)合并形成字節(jié)，并與通信報(bào)文m的同步頭進(jìn)行匹配；如一致，則確定當(dāng)前接收的為通信報(bào)文m，并繼續(xù)執(zhí)行s24；如不一致，則確定當(dāng)前接收的為干擾信號(hào)數(shù)據(jù)，不進(jìn)行任何處理，并返回執(zhí)行s22，從而能夠有效排除干擾，防止誤判；

s24、接收端的處理器模塊將載波通信模塊接收到的全部載波數(shù)據(jù)合并形成字節(jié)，還原獲取通信報(bào)文m；并對其中的發(fā)送端地址和發(fā)送端相位的5個(gè)字節(jié)進(jìn)行異或運(yùn)算，如計(jì)算結(jié)果與報(bào)文校驗(yàn)一致，認(rèn)為接收正確，繼續(xù)執(zhí)行s25；否則，返回執(zhí)行s22；

s25、接收端的載波通信模塊在接收到通信報(bào)文m的最后一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，處理器模塊啟動(dòng)計(jì)時(shí)模塊，記錄通信報(bào)文接收完成的時(shí)刻t1，并開始計(jì)時(shí)；

s26、接收端的載波通信模塊在接收到通信報(bào)文m的最后一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，處理器模塊同時(shí)啟動(dòng)單方向過零檢測模塊，檢測后續(xù)最近一次的相位過零時(shí)刻，單方向過零檢測模塊在t2時(shí)刻檢測到相位過零時(shí)，向處理器模塊發(fā)出過零信號(hào)并停止檢測；處理器模塊從計(jì)時(shí)模塊處獲取通信報(bào)文接收完成的時(shí)刻至后續(xù)最近一次的相位過零時(shí)刻之間的時(shí)間間隔tz＝t2-t1。

所述的s3中，具體包含以下步驟：

s31、接收端的處理器模塊計(jì)算余數(shù)值δt：

δt＝(tz+tm)％t；

s32、相位判決：

當(dāng)或時(shí)，判定接收端所在相線與發(fā)送端所在相線的相位相同；

當(dāng)時(shí)，判定接收端所在相線延遲發(fā)送端所在相線1個(gè)相位；

當(dāng)時(shí)，判定接收端所在相線延遲發(fā)送端所在相線2個(gè)相位。

所述的s32中，相位判決的具體過程如下所述：忽略模塊間的交互時(shí)間和電信號(hào)的傳輸時(shí)間，可以估算到發(fā)送端的通信報(bào)文發(fā)送時(shí)刻t0＝t1-tz-tm，即t1-t0＝tz+tm，取時(shí)間段tk＝tz+tm。

假設(shè)發(fā)送端的相線相位為a相：如果接收端的相線相位同樣為a相，那么tk應(yīng)該為工頻交流電周期t的整數(shù)倍，即δt＝tk％t≈0；如果接收端的相線相位為b相或c相，那么δt應(yīng)該分別近似為和剛好是與a相同方向過零的時(shí)間差。

由于忽略了模塊間的交互時(shí)間和電信號(hào)的傳輸時(shí)間，并且考慮到還存在計(jì)時(shí)誤差，因此將判決相位的判別點(diǎn)擴(kuò)大至一個(gè)區(qū)間范圍，即：當(dāng)或時(shí)，判定接收端與發(fā)送端同相位；當(dāng)時(shí)，判定接收端延遲發(fā)送端1個(gè)相位；當(dāng)時(shí)，判定接收端延遲發(fā)送端2個(gè)相位。

如圖4所示，通過一個(gè)詳細(xì)實(shí)施例說明本發(fā)明的相位識(shí)別方法。以發(fā)送端位于a相發(fā)送通信報(bào)文m為例，詳細(xì)說明整個(gè)過程中的相關(guān)時(shí)序。t0時(shí)刻發(fā)送端在a相開始發(fā)送通信報(bào)文m，t0也是a相的一次正向過零時(shí)刻。經(jīng)過tm時(shí)間，通信報(bào)文m發(fā)送完畢。a相的接收端在收到通信報(bào)文m最后一個(gè)數(shù)據(jù)后經(jīng)過tza時(shí)間到達(dá)下一個(gè)過零時(shí)刻t1a；b相的接收端在收到通信報(bào)文m最后一個(gè)數(shù)據(jù)后經(jīng)過tzb時(shí)間到達(dá)下一個(gè)過零時(shí)刻t1b；c相的接收端在收到通信報(bào)文m最后一個(gè)數(shù)據(jù)后經(jīng)過tzc時(shí)間到達(dá)下一個(gè)過零時(shí)刻t1c。

以c相為例，能夠得到：tkc＝tzc+tm，可以看到t<tm<tkc<ts。并且，對于a相：δt＝(tza+tm)％t≈0；對于b相：對于c相：

綜上所述，本發(fā)明所提供的基于載波通信的電力相位識(shí)別方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明充分利用了窄帶電力載波通信存在的跨相耦合這一特點(diǎn)，僅需在某一已知相位的相線發(fā)送含該相位信息的通信報(bào)文即可，接收端通過接收到該通信報(bào)文的時(shí)間差以及發(fā)送端的相位信息來識(shí)別其所在相線的相位；避免了采用物理層信號(hào)識(shí)別時(shí)干擾較大導(dǎo)致誤判的問題，通過采用簡單的通信協(xié)議來保證通信報(bào)文的正確接收，從而提高相位識(shí)別的速度和精度。

本發(fā)明判別區(qū)域?qū)?，對硬件設(shè)備的計(jì)時(shí)精度和計(jì)算速度要求低，計(jì)時(shí)精度達(dá)到0.1ms、處理器速度達(dá)到1mhz即可，有效降低對硬件設(shè)備的要求。

本發(fā)明可方便的部署在現(xiàn)有的用電信息采集終端上，實(shí)施成本低，不需采用專用的硬件設(shè)備；由于采集終端結(jié)構(gòu)簡單，發(fā)送端可部署到載波集中器或者手持設(shè)備上，接收端可直接部署到載波采集器或載波單向智能電表上。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。