专利名称：台区自动识别测试仪及其识别方法
技术领域：
本发明涉及ー种台区自动识别测试仪及其识别方法，主要适用于变压器用电侧用户归属台区的自动划分。
背景技术：
针对当前一些台区用户布线复杂，在不断电的情况下很难查清用户所属变压器，无法实现台区线损的计算，更无法判别偷电情况的发生，特别是现在各国AIM/AMR系统的大量使用，用户的台区归属问题的判别也迫在眉睫。专利号为200810114907. 5的中国发明专利公开了ー种台区识别仪，包括有用于向电カ线上注入载波信号的始端单元，以及用于接收载波信号并确定用户所属台区的终端单元，两者通过电カ线传输载波信号，由于始端単元的电カ线载波信号可以从其他台区穿过变压器把信号传输到终端单元，即终端単元可 以收到其他始端单元的信号，造成识别失败。另ー方面，由于电カ线载波通信时会受到电器等各种设备的干扰，再加上电カ线自身的衰减，造成电カ线点与点通信距离有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述存在的问题提供一种台区自动识别测试仪及其识别方法，在延长通信距离的同吋，能够准确识别用户所属台区。本发明所采用的技术方案是台区自动识别测试仪，其特征在于它包括位于变压器低压输出端的主控端，以及位于电カ线用户端的若干个服务端，主控端和服务端分别通过耦合电路与电カ线连接以实现载波信号的耦合和分离；
主控端，用于接收外界输入的台区信息，同时将包含有该台区信息的载波信号耦合至电カ线上；
服务端，用于将电カ线上的载波信号分离出来，并对信号进行分析和判断，将与该服务端位于同一台区内的主控端所发台区信息传输至与该服务端对应的用户端电表箱；
同时服务端作为中继器，将载波信号转发出去以实现接续传递，其中继算法采用可信值管理的办法，转发采用以时间片和声的方式。所述主控端包括处理器，分别与该处理器连接的红外通信単元、电カ线载波通信单元、RS485通信単元、LED指示灯、ZigBee通信单元、存储单元，以及用于给上述各模块单元提供工作电压的电源模块。所述耦合电路包括I :1的耦合线圈BT1，该耦合线圈的一个线圈NI —端连接变压器低压输出端的零线UN，另一端分别通过三个电容C64、C63、C62连接变压器低压输出端的三相火线UA、UB、UC，另ー个线圈N2并接TVS管和电容C65，且其中一端接地，另一端连接载波传输电路。台区识别的方法，其特征在于步骤如下
a、服务端中的处理器II控制载波通信単元II向位于不同台区的若干个主控端上报自身的MAC地址，并在上报信息中设置ー个初始可信值，上报过程中每经一次转发可信值加一，即为中继深度加一；
b、各主控端中的载波通信単元I接收到服务端的上报信息后，对其进行解调并传输至处理器I，处理器I得到并记录下当前可信值，即为主控端相对于步骤a中服务端的中继深度，同时控制载波通信単元I将该中继深度和自身的台区信息调制为载波信号并通过电力线发送至服务端；
C、服务端中的载波通信単元II接收到各主控端发送过来的载波信号后，对其进行解调并传输至处理器II，处理器II记录下各载波信号中的中继深度和对应的台区信息，然后比较各中继深度的大小；
d、服务端中的处理器II通过RS485通信単元II将最小中继深度对应的台区信息，发送至与该服务端对应的用户端电表箱；
e、电表箱收到台区信息后，将该台区信息作为自己的台区所属数据，并通过网络发送 到供电局主站，告知供电局，实现对表计的台区划分。台区识别的方法，其特征在于步骤如下
a、服务端中的载波通信単元II接收若干个不同台区传输过来的载波信号，并将该信号解调后传输至处理器II，由处理器II计算出所接收到的各台区信号的強度，并记录下各信号強度及对应的台区信息，然后比较各信号強度的大小；
b、服务端中的处理器II通过RS485通信単元II将最强信号強度对应的台区信息，发送至与该服务端对应的用户端电表箱；
C、电表箱收到台区信息后，将该台区信息作为自己的台区所属数据，并通过网络发送到供电局主站，告知供电局，实现对表计的台区划分。台区识别的方法，其特征在于步骤如下
a、服务端中的载波通信単元II接收若干个不同台区传输过来的载波信号，并将接收到各信号的时间点、自身过零点及解调后的信号传输至处理器II，由处理器II计算出所述各时间点与自身过零点的时间差值；
b、服务端中的处理器II通过RS485通信単元II将最小差值对应的主控端所发信号中的台区信息，发送至与该服务端对应的用户端电表箱；
C、电表箱收到台区信息后，将该台区信息作为自己的台区所属数据，并通过网络发送到供电局主站，告知供电局，实现对表计的台区划分。本发明的有益效果是本发明包括位于变压器低压输出端的主控端，以及位于电力线用户端的若干个服务端，并且各服务端作为中继器，将主控端与各服务端组成网络，可以将信息或命令接续传递，从而大大延长了电カ线点与点的通信距离；另外，本发明可以通过中继深度/可信值(服务端归属于中继深度最近的主控端所属台区)、信号強度(服务端归属于信号強度最強的主控端所属台区)或过零点的时间差，即服务端接收到头帧数据的时间与自身过零点的时间差值(服务端归属于前述时间差最小的主控端所属台区)来判断服务端所属台区，也可以采用上述三种方法相互结合或相互验证进行判断，能够准确的判断出该服务端所属台区，解决了现有技术中台区识别失败造成台区归属判别有误的问题，实现了对台区线损的有效监控和管理，避免了偷电漏电现象的发生。
图I是本发明的通信框图。图2是本发明中信号转发原理图。图3是本发明中主控端的原理框图。图4是本发明中服务端的原理框图。图5-1、5-2、5-3是本发明的电路原通图。图6是本发明中耦合电路的模型。图7是本发明的信息流程图。·
具体实施例方式如图I所示，本实施例台区识别测试仪包括位于变压器低压输出端的主控端1，以及位于电カ线用户端的若干个服务端2，主控端I和服务端2分别通过耦合电路与电カ线连接以实现载波信号的耦合和分离；
主控端1，用于接收外界输入的台区信息，同时将包含有该台区信息的载波信号耦合至电カ线上，并通过电カ线输送至各服务端2 ；
服务端2，用于将电カ线上、包含有台区信息的载波信号分离出来，并对信号进行分析和判断，将与该服务端位于同一台区内的主控端I所发台区信息传输至与该服务端对应的用户端电表箱3 ;同时服务端2作为中继器，将载波信号转发出去以实现接续传递。所述电表箱3包括一个控制器3-1和多个表计3-2，其中服务端2与控制器3_1之间通过光电、RF或RS485进行通信，控制器3-1与各表计3_2之间通过光电通信方式进行信息传输。本例中，并没有预先设定中继器，即并没有预先指定某个或某几个服务端2作为中继器，而是任何一个服务端2都可以是其他服务端2的中继器，帮助把信息或命令接续传递，延长通信距离；传递过程中即使收到的帧目的地址不匹配，如果需要转发，服务端2也会将其转发。转发米用以时间片和声(Chorus)方式,这种方式依赖于整个系统统一与时间片同步。中继算法采用可信值管理的办法，本例中可信值分为7级，由主控端I进行管理。服务端2被配置成中继器后，如果收到的MAC帧的当前可信值大于0，这个服务端2就要在下ー个时间片到来时把这ー帧重复转发，同时当前可信值减一，直到当前可信值为O时帧重复的过程終止。在这种机制下，在同一时间片，可能存在许多服务端2同时重复转发，这就是和声。如图2所示，下面以ー个单MAC帧的转发过程为例，来说明该算法首先，主控端(Concentrator)在时间片K给第五服务端(Module PLC5)发出ー巾贞并在MAC巾贞头设定了初始可信值为2。第一和第二服务端(Module PLCl和2)因为距离较近在时间片K正确收到这ー巾贞数据。其次，由于这ー巾贞的可信值(Credit)大于O,主控端(Concentrator)、第一和第二服务端(Module PLCl和2)收到后在时间片K+1开始重复这ー帧，当前可信值减一，变为I，第三和第四服务端(Module PLC3和4)在这个时间片收到这ー帧，但第五服务端(Module PLC5)由于线路太远还是没有收到。最佳的上，下行路经随网络状况变化而随时调整，实现全方位动态路由，且没有路由级数限制。再次，第三和第四服务端(Module PLC3和4)在时间片K+2重复同一巾贞，当前可信值减一,主控端(Concentrator)、第一和第二服务端(Module PLCl和2)也在同时重复，与第三和第四服务端(Module PLC3和4)“和声”。第五服务端(Module PLC5)正确收到这ー帧，由于当前可信值已变为0，下一时间片所有服务端不再重复发送这ー帧。转发过程中，若服务端2从电カ线上侦听到的信号为自身已发送过的信号，则不接收，若侦听到的信号自身未曾发送过，则接收该信号并转发出去。如图3、图4、图5-1、图5-2、图5_3所示，所述主控端I包括处理器I 1_1 (MCU，采用瑞萨单片机，型号R5F212B8)，分别与该处理器连接的近红外通信単元I 1-2 (红外接收头型号为AT405-PD-01、红外发送头型号为AT205)、载波通信单元I 1_3 (可以采用安森美公司的AMIS-49587-52芯片，也可以采用深圳瑞斯康公司的RISE3501)、RS485通信单元I 1-4、LED指示灯I 1-5、ZigBee通信单元I 1_6 (模块采用芯片为TI公司的CC1120)、
存储单元I 1-7，以及用于给上述各模块单元提供工作电压的电源模块I 1-8。其中近红外通信単元I 1-2和ZigBee通信単元I 1_6作用是ー样的，都是给主控端I读或者写入台区编号信息，RS485通信単元I 1-4主要是和表计相连，将台区信息发送给表计，LED指示灯 I 1-5主要是显示设备运行状态，存储単元I 1-7主要是存储台区编号信息。所述服务端2结构与主控端I基本相同，区别在于仅省去了 ZigBee通信単元，即包括处理器II 2-1 (MCU，采用瑞萨单片机，型号R5F212B8)，分别与该处理器连接的近红外通信单元II 2-2 (红外接收头型号为AT405-PD-01、红外发送头型号为AT205)、载波通信单元II 2-3 (可以采用安森美公司的AMIS-49587-52芯片，也可以采用深圳瑞斯康公司的RISE3501)、RS485通信单元II 2_4、LED指示灯II 2_5、存储单元II 2-7,以及用于给上述各模块单元提供工作电压的电源模块II 2-8。为了提高载波信号的加载效率，同时保证电网50/60HZ的エ频信号不会给载波通信系统带来大大的干扰，本例采用了电磁耦合与阻容耦合相结合的复合耦合技木。所述耦合电路包括I :1的耦合线圈BT1，该耦合线圈的一个线圈NI —端连接变压器低压输出端的零线UN，另一端分别通过三个电容C64、C63、C62连接变压器低压输出端的三相火线UA、UB、UC,另ー个线圈N2并接TVS管和电容C65，且其中一端接地，起到保护弱电电カ线载波通信単元1-3的作用，另一端则通过载波传输电路连接至电カ线载波通信単元1-3。所述载波传输电路包括载波发送电路和载波接收电路；对于主控端1，在侦探(通过载波接收电路和载波通信単元实现)到其他台区发起台区划分命令(即发送台区信息)吋，该主控端同时也启动该功能，发送台区划分命令，即利用载波通信単元1-3发送包含台区信息的载波信号，经载波发送电路放大后通过耦合电路发送至电カ线上；对于服务端2，发送过程与前述主控端I的发送过程相同，接收时载波信号经过耦合电路从电カ线上分离出来，然后通过载波接收电路传输至载波通信単元1-3。耦合线圈BTl —方面耦合载波信号，另外一方面可以将通信电路与220V强电隔离开来，保证电カ线50/60HZ的エ频信号不会对载波信号产生影响；TVS管对电路起到保护作用。通过谐振计算公式频率fo=l/ (2 31 V LC)，如果中心频率是130KHZ，可以得到LI和C2，其耦合电路的模型如图6所示。下面以其中一个服务端2为例说明如何利用本实施例识别仪进行台区识别
a、服务端2中的处理器II 2-1控制载波通信単元II 2-3向位于不同台区的若干个主控端I上报自身的MAC地址，并在上报信息中设置ー个初始可信值，上报过程(即信号从服务端传输至主控端)中每经一次转发可信值加一，即为中继深度(当前可信值与初始可信值之差)加一，主控端I在回复确认帧时就会携带该表号的中继深度信息。
b、各主控端I中的载波通信単元I 1-3接收到服务端2的上报信息后，对其进行解调并传输至处理器I 1-1，处理器I 1-1得到并记录下当前可信值或主控端相对于服务端的中继深度(假设服务端上报时设置的初始可信值为0，经2次转发后被某ー主控端接收至IJ，则该主控端记录下的当前可信值为2，即主控端相对于服务端的中继深度为2，主控端在回复确认帧时就会携带该表号的中继深度信息)，同时控制载波通信単元I 1-3将该可信值或中继深度，以及自身的台区信息(台区信息通过掌机发送至主控端，因此各主控端的台区信息是既定的)调制为载波信号并通过电カ线发送至服务端2。C、服务端2中的载波通信単元II 2-3接收到各主控端I发送过来的载波信号后，对其进行解调并传输至处理器II 2-1，处理器II 2-1记录下各载波信号中的可信值或中继深度，以及对应的台区信息，然后比较各可信值或中继深度的大小。为避免不同信号相互干扰，接收过程中若同时接收到多个主控端I发送的信号，则将这些信号全部丢弃重新接收。d、服务端2中的处理器II 2-1通过RS485通信単元II 2_4将最小可信值或最小中继深度对应的台区信息，发送至与该服务端对应的用户端电表箱。由于服务端2在上报过程中每经一次转发可信值便加一，可知主控端I接收到上报信息时的当前可信值越小，说 明转发的次数越少，即中继的次数越少(中继深度越小)，同时对于某一服务端2来说，其他台区的信号传输至该服务端时所经过转发的次数，一般会大于本台区信号传输至该服务端时所经过的转发次数，因此该服务端与最小可信值或最小中继深度对应的主控端I位于同一台区内。本步骤中服务端2将最小可信值或最小中继深度对应的台区信息发送至与该服务端对应的用户端电表箱3，从而实现了与该服务端2对应的用户电表箱3归属台区的自动识别。e、电表箱3中的控制器3-1收到台区信息后，将该台区信息作为自己的台区所属数据，并通过GPRS发送到供电局主站，告知供电局，从而实现各表计3-2归属台区的自动识别。本实施例也可以通过信号強度判断服务端2所属台区，其具体步骤如下
a、服务端2中的载波通信単元II 2-3接收若干个不同台区传输过来的载波信号(信号中包含有台区信息)，并将该信号解调后传输至处理器II 2-1，由处理器II 2-1计算出所接收到的各台区信号的強度，并记录下各信号強度及对应的台区信息，然后比较各信号強度的大小。为避免不同信号相互干扰，接收过程中若同时接收到多个台区发送的信号，则将这些信号全部丢弃重新接收。b、服务端2中的处理器II 2-1通过RS485通信単元II 2_4将最强信号強度对应的台区信息，发送至与该服务端对应的用户端电表箱。由于其他台区的载波信号要传输至本台区，要么经过大地传输，要么穿过变压器后经电カ线传输，但是无论是哪种方式，信号强度的衰减都比较大，因此，在中继深度一定的情况下，服务端2与最強信号強度对应的主控端I位于同一台区内；本步骤中服务端2将最强信号強度对应的主控端I所发信号中的台区信息，发送至与该服务端对应的用户端电表箱3，从而实现了与该服务端2对应的用户电表箱3归属台区的自动识别。C、电表箱3中的控制器3-1收到台区信息后，将该台区信息作为自己的台区所属数据，并通过GPRS发送到供电局主站，告知供电局，从而实现各表计3-2归属台区的自动识另O。
本实施例还可以通过过零点的时间差判断服务端2所属台区，其具体步骤如下 a、服务端2中的载波通信単元II 2-3接收若干个不同台区传输过来的载波信号(信号
中包含有台区信息)，并将接收到各信号的时间点(信号头帧数据的接收时间点)、自身过零点(通过过零电路得到)及解调后的信号传输至处理器II 2-1，由处理器II 2-1计算出所述各时间点与自身过零点的时间差值，并记录下各时间差值及对应的台区信息；该差值越大说明载波发送单元(主控端)和接收单元(服务端)的过零点时间差值越大。另外，由于载波信号是在电压过零点的时候发送的，且其传输速度非常快，发送和接收的时间相差很小，几乎可以忽略不计，因此前述差值也可以理解为电压过零点与服务端2自身过零点的时间差。b、服务端2中的处理器II 2-1通过RS485通信単元II 2_4将最小差值对应的主控端I所发信号中的台区信息，发送至与该服务端对应的用户端电表箱。由于在同一台区内部有A、B、C三个相位，如果服务端2在A相位，所接收到的一般都是A相位的电压过零时发过来的信号，并且相位过零点时间差相差非常小；如果是其他台区发过来的信号，很有可能是通过大地传送过来的，此时信号可能是B相位和C相位，其电压过零点与服务端2自身过零点的时间差就会比较大，即使其他台区发过来的信号也是A相位，因为台区的负载和传输介质发生变化，检测到的过零点的时间点也会和自己的过零点时间有一定的差距；因此服务端2与上述最小差值对应的主控端I位于同一台区内。本步骤中服务端2将最小差值对应的主控端I所发信号中的台区信息，发送至与该服务端对应的用户端电表箱3，从而实现了与该服务端2对应的用户电表箱3归属台区的自动识别。C、电表箱3中的控制器3-1收到台区信息后，将该台区信息作为自己的台区所属数据，并通过GPRS发送到供电局主站，告知供电局，从而实现各表计3-2归属台区的自动识别。上述三种方法可以独立进行识别，也可以相互结合进行识别，即当采用中继深度无法识别服务端2所属台区时，利用信号強度来识别，若采用信号強度也无法识别时，则采用过零点的时间差来识别；还可以采用三种方法相互验证的方法来识别，即首先采用中继深度识别服务端2所属台区，然后采用信号強度识别，最后采用过零点的时间差来识别，三种方法识别完毕后，对比识别結果，以确保识别的准确性。如图7所示，实际操作过程中，利用掌机将包含有台区信息的ZigBee信号，发送到主控端I的ZigBee通信単元1_6，再通过主控端I的电カ线载波通信単元1_3将包含有台区信息的载波信号发送到电カ线上，服务端2将电カ线上的载波信号分离出来并进行接 收，同时利用前述识别方法，将与该服务端位于同一台区内的主控端I所发信号中的台区信息，通过光电、RF或RS485通信链路传输至电表箱3，电表箱3中的控制器3_1收到台区信息后，将该台区信息作为自己的台区所属数据，并通过GPRS发送到供电局主站，告知供电局，从而实现各表计3-2归属台区的自动识别。
权利要求
1.一种台区自动识别测试仪，其特征在于它包括位于变压器低压输出端的主控端(1)，以及位于电力线用户端的若干个服务端(2)，主控端(I)和服务端(2)分别通过耦合电路与电力线连接以实现载波信号的耦合和分离； 主控端(1)，用于接收外界输入的台区信息，同时将包含有该台区信息的载波信号耦合至电力线上； 服务端(2)，用于将电力线上的载波信号分离出来，并对信号进行分析和判断，将与该服务端位于同一台区内的主控端(I)所发台区信息传输至与该服务端对应的用户端电表箱； 同时服务端(2 )作为中继器，将载波信号转发出去以实现接续传递，其中继算法采用可信值管理的办法，转发采用以时间片和声的方式。
2.根据权利要求I所述的台区自动识别测试仪，其特征在于所述主控端(I)包括处理器(1-1)，分别与该处理器连接的红外通信单元(1-2)、电力线载波通信单元(1-3)、RS485通信单元(1-4)、LED指示灯(1-5)、ZigBee通信单元(1_6)、存储单元(1_7),以及用于给上述各模块单元提供工作电压的电源模块(1-8 )。
3.根据权利要求I或2所述的台区自动识别测试仪，其特征在于所述耦合电路包括I1的耦合线圈BT1，该耦合线圈的一个线圈NI —端连接变压器低压输出端的零线UN，另一端分别通过三个电容C64、C63、C62连接变压器低压输出端的三相火线UA、UB、UC，另一个线圈N2并接TVS管和电容C65，且其中一端接地，另一端连接载波传输电路。
4.利用权利要求I所述识别测试仪进行台区识别的方法，其特征在于步骤如下 a、服务端(2)中的处理器II(2-1)控制载波通信单元II (2-3)向位于不同台区的若干个主控端(I)上报自身的MAC地址，并在上报信息中设置一个初始可信值，上报过程中每经一次转发可信值加一，即为中继深度加一； b、各主控端(I)中的载波通信单元I(1-3)接收到服务端(2)的上报信息后，对其进行解调并传输至处理器I (1-1)，处理器I (1-1)得到并记录下当前可信值，即为主控端(I)相对于步骤a中服务端(2)的中继深度，同时控制载波通信单元I (1-3)将该中继深度和自身的台区信息调制为载波信号并通过电力线发送至服务端(2); c、服务端(2)中的载波通信单元II (2-3 )接收到各主控端(I)发送过来的载波信号后，对其进行解调并传输至处理器II (2-1)，处理器II (2-1)记录下各载波信号中的中继深度和对应的台区信息,然后比较各中继深度的大小； d、服务端(2)中的处理器II(2-1)通过RS485通信单元II (2-4)将最小中继深度对应的台区信息，发送至与该服务端对应的用户端电表箱； e、电表箱收到台区信息后，将该台区信息作为自己的台区所属数据，并通过网络发送到供电局主站，告知供电局，实现对表计的台区划分。
5.利用权利要求I所述识别测试仪进行台区识别的方法，其特征在于步骤如下 a、服务端(2)中的载波通信单元II(2-3)接收若干个不同台区传输过来的载波信号，并将该信号解调后传输至处理器II (2-1)，由处理器II (2-1)计算出所接收到的各台区信号的强度，并记录下各信号强度及对应的台区信息，然后比较各信号强度的大小； b、服务端(2)中的处理器II(2-1)通过RS485通信单元II (2-4)将最强信号强度对应的台区信息，发送至与该服务端对应的用户端电表箱；C、电表箱收到台区信息后，将该台区信息作为自己的台区所属数据，并通过网络发送到供电局主站，告知供电局，实现对表计的台区划分。
6.利用权利要求I所述识别测试仪进行台区识别的方法，其特征在于步骤如下 a、服务端(2)中的载波通信单元II(2-3)接收若干个不同台区传输过来的载波信号，并将接收到各信号的时间点、自身过零点及解调后的信号传输至处理器II (2-1)，由处理器II(2-1)计算出所述各时间点与自身过零点的时间差值； b、服务端(2)中的处理器II(2-1)通过RS485通信单元II (2-4)将最小差值对应的主控端(I)所发信号中的台区信息，发送至与该服务端对应的用户端电表箱； C、电表箱收到台区信息后，将该台区信息作为自己的台区所属数据，并通过网络发送到供电局主站，告知供电局，实现对表计的台区划分。
全文摘要
本发明涉及一种台区自动识别测试仪及其识别方法。本发明的目的是提供一种台区自动识别测试仪及其识别方法，在延长通信距离的同时，能够准确识别用户所属台区。本发明的技术方案是台区自动识别测试仪，其特征在于它包括位于变压器低压输出端的主控端，以及位于电力线用户端的若干个服务端，主控端和服务端分别通过耦合电路与电力线连接以实现载波信号的耦合和分离。本发明适用于变压器用电侧用户归属台区的自动划分。
文档编号G01R31/00GK102680842SQ201210184400
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月6日 优先权日2012年6月6日
发明者周良璋, 张向程, 杜毅, 赵小进 申请人:杭州海兴电力科技有限公司