一种台区识别方法及装置与流程

本发明涉及低压电力线载波通信领域，尤其涉及一种台区识别方法及装置。

背景技术：

近年来，低压电力线宽带载波通信技术已经大量应用。由于走线复杂、台区切割等原因，智能电表(或采集器)的台区归属错误普遍存在。台区归属错误可能会导致抄读失败，从而影响抄读成功率。因为相邻台区间可能存在载波信号的相互覆盖，所以从载波通信本身并不能准确识别出电能表归属哪个台区。

目前台区识别技术主要是脉冲电流法、电力载波信号法。脉冲电流法：需要专用的台区识别信号发生器，该设备为外置设备，目前集中器较难集成，且成本较高；模块端需采用一个专用台识信号检测电路，成本较高，对模块而言，设计跟成本都不是最佳的解决方案。电力载波信号法：根据是否能接收到载波信号、信号强度、信噪比、载波信号的内容等信息来进行台区识别，本身会由于共高压串线、共地串线、电缆耦合等造成台区识别的误判。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提出一种台区识别方法，所述方法包括：

在采样时间窗内，分别获取集中器端和电表端经过时钟同步的过零点时刻；

计算集中器端和电表端的每个过零点时刻的时间差，得到一组时间差序列，计算所述时间差序列的统计特征，若统计特征值在预设值范围内，则判断集中器和电表为相同台区，否则判断为不同台区；或者，

在采样时间窗内，分别获取集中器端和电表端过零点波动方向；

计算集中器端和电表端的过零点波动方向的相似度，若所述相似度在预设值范围内，则判断集中器和电表为相同台区，否则判断为不同台区；其中，所述过零点波动方向为：在采样时间窗内，对相邻的过零点时刻相减，得到过零点时刻的时间间隔，通过比较相邻时间间隔的大小形成的一组二进制向量。

作为本发明的一种优选技术方案：所述时间差序列的统计特征，包括：时间差的均方差，或者若干个采样时间窗内所述均方差的平均值。

作为本发明的一种优选技术方案：所述过零点波动方向相似度为：两组二进制向量中相等比特所占的比例。

作为本发明的一种优选技术方案：所述方法还包括：向电表端发送台区识别请求消息，所述请求消息中包括集中器端的过零点时刻或过零点波动方向；

若电表端接收到的请求消息中过零点时刻或过零点波动方向与所述电表是不同相线或零火线接反，则将该结果反馈给集中器端。

本发明还提出一种台区识别装置：应用于集中器端，所述装置包括：

台区识别请求模块，用于启动台区识别任务并向电表端发送台区识别请求消息，所述消息中包括集中器端的过零点时刻或者过零点波动方向；

过零点检测模块，用于获取集中器端的过零点时刻或根据过零点时刻计算过零点波动方向；

查询模块，用于发送台区识别结果查询消息并接收识别结果，所述识别结果包括台区识别结果或相线匹配结果。

作为本发明的一种优选技术方案：所述过零点检测模块还用于设置采集时间间隔，根据采集时间间隔获取过零点时刻。

本发明还提出一种台区识别装置，应用于电表端，所述装置包括：

接收模块，用于接收台区识别请求消息；所述消息中包括集中器端的过零点时刻或者过零点波动方向；

过零点检测模块，用于根据请求消息中过零点时刻的起始时间获取本地对应时间的过零点时刻；还用于根据过零点时刻计算过零点波动方向；

第一处理模块，用于根据集中器端和电表端的过零点时刻的时间差序列，计算时间差统计特征，判断集中器和电表是否在同台区；

第二处理模块，用于根据过零点波动方向的相似度，判断集中器和电表是否在同台区。

作为本发明的一种优选技术方案：所述装置还包括：反馈模块，用于接收台区识别结果查询消息并将识别结果反馈给集中器端，所述识别结果包括台区识别结果或相线匹配结果。

本发明方案具有低成本、准确度高、识别周期短、易于部署、易于互联互通、不需跨台区比较等特点。主要通过交流电过零时间点的采集，由软件实现台区识别的流程和算法，不需要在现有宽带载波模块中新增硬件即可实现高精度的台区识别。通过台区识别过程中的相位匹配，还能获取到电能表端零火线接反的情况，从而及时对电力线的接线进行规范。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是台区识别的网络示意图；

图2是台区识别消息流程图；

图3是过零点间隔示意图；

图4是部分实验结果图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

参照图1，台区识别的流程如下：

s1：集中器发送台区识别请求(或手工输入台区识别命令)给本地通信模块(cco)。cco收到台区识别请求后启动台区识别任务。

s2：cco采集本地过零点信息(低压交流电)，通过台区识别请求消息将过零点信息发送到代理节点(pco)。请求消息中携带过零点信息(网络基准时间ntb，精度0.04us)或者过零点波动方向，过零点波动方向也可称为相邻点波动方向。

s3：pco根据目的节点的地址(经过的pco可以是0个或多个)，将台区识别请求转发到最终目的节点(sta或pco)。

s4：最终目的节点收到后，执行匹配算法(实施例1或实施例2)。并将匹配结果保存在模块中。

s5：对于相线a、b、c，重复步骤2到4。

s6：考虑到载波通信存在一定的丢包概率，重复步骤s2到s5n1次(如10次)。

s7：cco广播台区识别结果查询消息给所有站点(sta或pco)。

s8：目标站点发送台区识别结果给代理站点。

s9：代理站点发送台区识别结果给cco。

s6：考虑到载波通信存在一定的丢包概率，重复步骤s7到s9n2次(如10次)。

实施例1

本实施例的核心思想是电表端的过零点波动方向和集中器端的过零点波动方向趋于一致。因此，通过一个时间窗内对应过零点波动方向一致的比例来判断cco、sta是否在相同台区。时间窗长度选择能体现波动方向一致性的较短的时间，如1024个过零点，时间窗过长只是会增加冗余数据，且会增加网络通信量，对结果正确性没有实质的意义。cco侧、sta侧都需进行算法的处理，具体如下：

【cco侧处理】

s1：cco通过过零点电路采集本地过零点的时间点(ntb)。

s2：cco采集到时间窗规定的大小后，相邻的过零点时间点相减，得到过零点时间间隔列表，参照图3。

s3：形成相邻点波动方向作为过零点特征数据：遍历比较所有的过零点时间间隔，如果后一个过零点时间间隔大于前一个，得1，否则得0。

【sta侧处理】

s1：sta侧需保存最近一段时间内的过零点，保存的时长应大于时间窗的长度。

s2：sta接收到cco发送的台区识别请求后，若请求消息中的过零点数据和sta不属于同一相线或零火线接反，则丢弃本次请求或者将该结果反馈给集中器端。

相线匹配实施方法具体为：

t_cco＝cco过零点时间–1.67毫秒

diff＝sta过零点时间–t_cco

diff＝diff模20毫秒

line_idx＝diff除以3.3毫秒

line_idx＝line_idx向下取整

若line_idx等于0，则表示同一相线；若line_idx等于3，则表示同一相线，但零火线接反；其它，表示不是同一相线。

s3：sta侧收到台区识别请求后，根据请求消息中的窗口起始时间找到本地窗口的起始点。

s4：形成sta过零点特征数据：遍历比较所有的过零点时间间隔，如果后一个过零点时间间隔大于前一个，得1，否则得0。

s5：将台区识别请求消息中cco的过零点特征数据和sta本地的过零点特征数据进行比较。对两组特征数据中的每一个比特进行比较。如果相等的比例大于某个门限(例如60％)则认为是相同台区。否则，则认为是不同台区。

本实施例采用相邻点波动方向来表达低压交流电的波形特征。采用模块自身过零点列表(间隔20毫秒)中相邻过零点间隔进行比较来表达波动的方向。波动的方向就是过零点间隔变大还是变小。由于是模块自身的过零点间隔比较，这样就避免了不同模块过零点采集电路硬件差异的影响，从而比较方便的实现台区识别功能在不同厂家间的互联互通。采用1个比特表示1个波动方向，从而节省台区识别消息交互对网络带宽的占用，并提高了流程执行效率。由于数据进行了归一化处理，cco侧、sta侧过零点采集电路间基本不存在依赖关系。只需要cco侧、sta侧过零点采集电路自身的波动满足一定的精度和稳定性即可。

实施例2

本实施例的核心思想是sta侧交流电的相位会紧跟cco侧交流电的相位(类似锁相)。这样的话，体现在过零点上，过零点的时间差就较为稳定。因此，采用cco、sta侧过零点时间差的均方差来量化波动，具体如下：

【cco侧的处理】

s1：cco侧通过过零点采集电路采集本地过零点的时间。

s2：考虑到时间的精确性，过零点时间采用的是网络基准时间(ntb)。考虑到在网络上传输的数据量应较少，且应具有一定的时间跨度，发送到sta的过零点采用非连续的方式，即每隔若干个过零点采纳一个放到台区识别请求消息中发到sta(或pco)侧。

【sta侧的处理】

s1：sta至少保存时间窗口大小的过零点时间数据。

s2：sta接收到cco发送的台区识别请求后，若请求消息中的过零点数据和sta不属于同一相线或零火线接反，则丢弃本次请求或者将该结果反馈给集中器端。

s3：和本地保存的过零点进行匹配(如二者的时间差在2ms以内)，并做减法，得到过零点时间差δti。

s4：对过零点时间差的δti做均方差。若均方差σ小于某个门限，则判断为相同台区，否则判断为不同台区。其中，n是大于0的整数，表示当前时间段窗内过零点时刻的个数。

在另一实施中，获取m个时间窗的过零点时间差的时间差均方差记为：σj，j∈{1,...m}，若小于某个门限，则判断为相同台区，否则判断为不同台区，其中

在本实施例中，有以下两种情况：

(1)sta入网

在sta和cco时钟同步后将cco的过零点信息发送到sta，由于发送的是绝对时间，所以可以实现cco和sta间过零点的一一对应，从而能实现高精度的台区识别算法。

通过计算cco、sta间的过零点差的均方差，可以避免cco、sta过零点采集电路硬件固有偏差带来的影响。因此，相对于根据cco、sta间过零点的平均时间差来进行台区识别，采用过零点差的均方差更有优势。

(2)sta不入网

其它网络的ntb就是其它网络cco的本地时钟。在接收到其它网络的信标时，将信标中的信标时间戳参数减去本地的网络基准时间(ntb)得到时钟偏移(offset)。sta在本地维护一个时钟偏移来实现和其它网络cco的时钟对齐。从而也能进行高精度的台区识别。

本领域技术人员可以理解的是，上述实施例1和实施例2中的过零点数据可进行跨台区的比较，从而实现更高的台区识别准确度。

参照图4，给出本发明的测试结果，图中名词解释如下：

sta_addr:sta的mac地址(电表号)

seq：台区识别序号

num：过零点数

match：波动方向一致的过零点数

rate:一致的百分数(match除以num)

line：相线

result：识别结果，succ-成功，fail-失败，swap-零火线接反

app_result：上报集中器的结果，same-相同台区，nsame-不同台区，fail-失败

结果1

在国内某一台区测试。该台区是老城区。居民集中但不规整，零散电表较多，台区交错，走线包括架空线和地埋，表箱及线路陈旧。台区总计电能表数336个，识别正确333个，识别错误3个，识别周期40分钟。

结果2

在国内另一台区测试。该台区是城郊的自然村，居民集中规整，每户为单独院落，只有一个台区，只有架空线，表箱线路。台区总计电能表数133个，识别正确133个，识别错误0个，识别周期40分钟。

由测试结果可见，本专利方法具有较高的准确率和实用价值。