基于宽带电力线载波与工频通讯的台区识别系统的制作方法

本实用新型涉及电力供电台区识别技术，尤指涉及一种户变关系/台区识别系统。

背景技术：

由于环境条件限制、电网搭建年份不同、抄表技术不同等原因，使得电能表与供电电力变压器之间的隶属关系一直存在混淆不清的问题，给电网公司作台区线损分析及电力分配带来了困扰。而近年来随着宽带电力线载波技术在集抄本地通信方案中的应用越来越普遍，导致台区之间户变关系混乱的现象更为严重，原因在于宽带电力线载波通讯的基频频率较高，在多台区共电缆沟或其他形式的电缆交错靠近的情况下更容易产生通过线间耦合通讯的情况，使得电能表可能可以跨台区通信而造成被邻近台区的集中器采集到电能信息的情况。如何能准确识别集抄系统中的户变关系是业内致力于要解决的问题。

公开号为CN104020367A的中国发明专利申请公开了一种台区用户自动识别系统，该系统包括台区识别信息控制器、用户电能表识别信息采集器和后台计算机管理系统，台区识别信息控制器安装在台区变压器附近，用户电能表识别信息采集器安装在用户电能表处，台区识别信息控制器定时向三相电力线发送基于工频通信信号的台区相别属性数据广播命令及电能表查询命令，并接收对应采集器通过三相电力线上传的数据；用户电能表识别信息采集器自动采集经过配电网相线传来的台区用户识别数据，并经配电网回传给台区识别信息控制器，再由控制器上传到后台计算机系统。该台区识别系统在进行台区识别时，工频通信信号的传输方向是由变压器附近的控制器向电能表附近的采集器进行广播，由于工频通信属于电压类型的信号传输，当一个台区的低压电网有信号电压变化时，信号会经过变压器内的磁心耦合至高压线路，高压线路的电压变化又造成共高压线的另一个变压器的低压线路电压变化，即通信信号可以跨台区传输，因此仍存在户变关系识别不准确的问题。而且该台区识别系统采用工频通信进行相别识别及集抄功能，由于工频通信的带宽窄、速率低，采用工频通信执行这些任务存在效率低的缺点，不符合当前国内电网新推行的hplc (宽带电力线载波通信)高速集抄技术，也不易与现行的国家电网hplc集抄系统结合，在推广应用上受到了限制。

公开号为CN108037360A号的中国发明专利申请公开了一种台区识别装置，该装置包括主机和从机，主机和从机采用电力线进行载波通信。主机包括与配电变压器低压端连接的脉冲电流检测模块，用于检测并收发脉冲电流信号，与配电变压器低压端的各相电连接的主机载波通信电路，用于在工频过零时向选定的电压端子注入载波信号或接收载波信号；以及主机中央处理单元；从机包括载波信号接收模块、脉冲电流发生模块、从机中央处理器和WIFI模块。要进行台区识别时，测试人员将分机连接到用户端的电力线上，主机连接在配电变压器处，从机的脉冲电流发生模块将一个脉冲电流发送到电力网上，主机检测到脉冲电流信号后，通过相位检测确定发送脉冲电流的用户端所在的台区等信息，并注入携带有台区等信息的载波信号，发送到电力网；用户端的从机从电力网上接收载波信号，并识别处相应信息，然后在分机移动终端上进行显示，便于测试人员观察。该台区识别装置需要测试人员在现场进行操作，不具备远程识别的功能，而且使用的是低频过零电力线载波通信技术，不具备与国家电网hplc集抄系统组网通信的能力。

公开号为CN108683437A的中国发明专利申请公开了一种基于宽带载波的台区识别方法，利用路由三相过零电路分别采集本身及节点过零周期，并同时采集节点信噪比值，根据数据分析比对得出节点的不同特性表现，将与本台区路由表现相同的节点归为一个台区，与之不同的节点归为外台区，最终得出本台区节点信息，实现台区划分。该方法采用过零点的时基以及集中器发出的宽带载波通信信号的强度作为台区识别的依据，但当电网内有较多的感性负载/ 容性负载频繁通断，或在较大功率的就地无功功率补偿设备的前后，过零点容易受到电感、电容的影响，时间变化范围较大，会对识别的准确性造成不良影响。而且宽带载波通信一般为通信调制基频在1MHz及其以上的频段，如此高频率下，在共电缆沟的情况下将会相互串扰，加上不同变压器低压电网所带的容性负载各不相同，对高频载波信号造成的衰减程度不同，可能存在电能表可以接收到信号较强但不是来自真正隶属变压器的集中器的载波信号，在极端情况下甚至可能完全接收不到来自真正隶属变压器的集中器的载波信号，而是接收到其它的变压器的集中器的载波信号，仍存在无法准确识别的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种可实现与国家电网的宽带电力线载波通信技术互联互通的台区识别系统及识别方法。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：

基于宽带电力线载波与工频通讯的台区识别系统，包括：设置于集抄主站的后台系统主机；与所述后台系统主机通信连接的集中器；设置于智能电表端的台区识别采集器，所述台区识别采集器包括：与智能电表相连的第一微控单元、分别与所述第一微控单元相连的第一过零检测电路、工频通讯发送电路、第一通信模块，以及为所述第一微控单元、第一过零检测电路、工频通讯发送电路和第一通信模块供电的电源电路；所述第一过零检测电路用于检测智能电表接入电网处的火线相对零线的过零点的时间，所述工频通讯发送电路连接于智能电表接入电网处的火线和零线之间，所述台区识别采集器经所述第一通信模块与所述集中器通信连接，通过宽带电力线载波网络进行组网通信；设置于电力变压器低压侧的台区识别接收器，所述台区识别接收器包括：第二微控单元、分别与所述第二微控单元相连的第二过零检测电路、工频通讯接收电路、第二通信模块，以及为所述第二微控单元、第二过零检测电路、工频通讯接收电路和第二通信模块供电的电源电路；所述第二过零检测电路用于检测电力变压器低压母线处的A、B、C三相线相对零线的过零点的时间，所述工频通讯接收电路用于检测电力变压器低压母线处的A、B、C三相线的电流量数据，所述台区识别接收器经所述第二通信模块与所述集中器通信连接，通过宽带电力线载波网络组网通信。

进一步的，所述第一过零检测电路与所述第一微控单元的具有外部中断输入的I/O管脚相连，所述第二过零检测电路与所述第二微控单元的具有外部中断输入的I/O管脚相连。

进一步的，所述工频通讯发送电路包括空心电感和可控硅器件，所述空心电感的一端连接于火线上、另一端与可控硅器件的阳极相连，所述可控硅器件的阴极接于零线上，控制极与所述第一微控单元相连。

进一步的，所述第一通信模块和所述第二通信模块均包括宽带电力线载波通信单元和RF通信单元，所述宽带电力线载波通信单元与电网的零线和火线相连，所述RF通信单元与集中器通信连接。

进一步的，所述第一微控单元通过第一RS485接口电路与智能电表相连。

进一步的，所述台区识别采集器还包括与所述第一微控单元连接的红外通讯电路；和/或所述台区识别接收器还包括与所述第二微控单元相连的第二 RS485接口电路。

进一步的，所述工频通讯接收电路包括电流检测装置和直流偏置电路，所述电流检测装置用于检测电力变压器低压母线处的A、B、C三相线的电流量数据，所述电流检测装置经所述直流偏置电路与所述第二微控单元相连。

进一步的，所述智能电表替换为等效于智能电表部分功能的电路集合。

由以上技术方案可知，本实用新型的台区识别系统将台区识别采集器和台区识别接收器分别设置于电表端和电力变压器低压侧，以hplc通信技术进行组网，方便与国家电网互联互通宽带电力线载波集抄系统进行整合，而且使用时无需在进行施工接入，省时省力，并实现远程操作控制，可以随时、即时、择时、定时的对任意系统内的电能表进行台区识别操作，同时台区识别并不影响国家电网互联互通宽带电力线载波集抄系统中原有的集抄、相位检测、停电检测等功能的执行。

而且，本实用新型的台区识别系统在台区识别过程中采用工频通信方法及信号调制方式，工频通信方法是单工通信，由电能表附近的台区识别采集器向变压器附近的台区识别接收器发送工频通信信号，工频通信信号仅用于台区识别(即户变关系)用途，而其它的如电能信息采集、电能表所在的相别识别、停复电上报、拉合闸等集抄功能由宽带电力线载波通信来完成，hplc的通信位率高达10Mbps以上，可以高效快速地完成集抄任务；并且工频通信与hplc的基频相差甚远(工频通信频率是50Hz，hplc是0.78MHz至12MHz)，两种通信信号可以同时在电力线上进行，互无影响。hplc符合国家电网Q/GDW 11612.1-2016《低压电力线宽带载波通信互联互通技术规范》，可以直接与现有的hplc集抄系统进行互联互通，因此非常方便地将台区识别功能整合入国内电网公司的集抄系统中，进行远程操作，共用数据库；又因为新增的硬件设备只有台区识别采集器及台区识别接收器，并且两者成本均较低，较好地体现出系统硬件成本的优势。

在进一步的方案中，本实用新型的台区识别系统的工频通信采用电流方式的调制方法(在过零点附近产生违背常规的大电流)，该调制方法的优点在于：电流信号仅存在于台区识别采集器至同相线的变压器母线电缆内，虽然当工频信号在过零点附近调制时造成电流的变化会引起电力线上电压的变化，该电压变化可能会传导至邻近的台区，但在别的台区低压电缆上体现出的仅有电压变化而不存在违背常规的电流变化，因此台区识别(户变关系识别)的准确度高，可以有效避免户变关系识别不准确的情况。本实用新型台区识别系统虽然也采用了宽带电力线载波通信，但并不将宽带电力线载波通信用于作为台区识别的依据，在系统中并不要求台区识别采集器及台区识别接收器与集抄集中器处在同一个组网网络内，它们可以通过宽带电力线载波通信与不同的集抄集中器进行组网，最多只需要它们在相近区域的低压电网内或在同一个电力集抄辖区的低压电网内。台区识别采集器可由与其组网的集抄集中器打开台区识别信号发送功能，而台区识别接收器可由另一个与其组网的集抄集中器打开台识别信号接收功能，通过接收到的工频信号中包含的电能表地址来判断电能表与台区识别接收器在同一个台区。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为本实用新型系统的框图；

图2为台区识别采集器的框图；

图3a至图3c分别为台区识别采集器中工频通讯发送的理论示意图；

图4为台区识别接收器的框图；

图5为本实用新型系统的台区识别的流程图。

具体实施方式

为了让本实用新型的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本实用新型实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。

如图1所示，本实用新型的台区识别系统包括台区识别采集器1、台区识别接收器2、集中器3和设置于集抄主站4的系统后台主机。其中，台区识别采集器1设置于电表端，例如可安装于电表箱内，与至少一个智能电表10相连，或者与等效于智能电表部分功能的虚拟装置(电路集合)相连。台区识别接收器2设置于电力变压器11的低压侧，可以安装于台区的总无功补偿/相线平衡补偿装置之后，必要时还可以安装于更后端的电力线分支的前沿作为支路识别用途。台区识别采集器1和台区识别接收器2通过hplc型宽带电力线实现通信连接，即采用宽带电力线载波通信技术(hplc)进行组网通信。设置于集抄主站4的系统后台主机通过以太网或移动通信网络(GPRS/3G/4G)与集中器3通信连接，集中器3通过宽带电力线与台区识别采集器1及台区识别接收器2通信连接。管理人员可通过系统后台主机手动执行或终止台区识别任务，也可以通过设定程序自动执行或终止台区识别任务。

如图2所示，台区识别采集器1包括第一微控单元(MCU)1-1、第一过零检测电路1-2、工频通讯发送电路1-3、第一通信模块1-4、第一RS485接口电路1-5及电源电路(未图示)。第一过零检测电路1-2、工频通讯发送电路1- 3、第一通信模块1-4、第一RS485接口电路1-5分别与第一微控单元1-1相连，电源电路为台区识别采集器1中的各电路或模块供电。本实施例的台区识别采集器1还包括与第一微控单元1-1连接的红外通讯电路1-6。台区识别采集器1通过hplc技术进行组网，与集中器3进行双向通信(双工通讯)，并可接受集中器3的指令启动或终止采用电网过零点调制的工频通讯发送，即启停台区识别工频通讯信号的发送。本实施例的第一、第二微控单元使用瑞萨公司型号为R7F0C902的芯片。

第一过零检测电路1-2用于检测智能电表10接入电网处的火线相对零线的过零点的时间，本实用新型的过零检测电路可采用常规的过零检测电路。第一微控单元1-1通过具有外部中断输入的I/O管脚与第一过零检测电路1-2相连，采用外部中断的方式检测过零点的时间，然后第一微控单元1-1根据50Hz 正弦波电压变化的规则根据检测到的过零点的时间计算出实际过零点估计值 (50Hz是中国电网采用的电力工频频率，但不限于此频率)，从而第一微控单元1-1可在即将到达实际过零点估计值之前驱动工频通讯发送电路1-3进行工频通讯发送。工频通讯发送电路1-3与智能电表10接入电网处的火线和零线相连，如图3a所示，工频通讯发送电路1-3包括空心电感和可控硅器件，空心电感的一端连接于火线上、另一端与可控硅器件的阳极相连，可控硅器件的阴极接于零线上，可控硅器件的控制极与第一微控单元1-1的通用I/O管脚相连。可控硅器件可采用大功率单向可控硅，空心电感可采用低电感值的电感。第一微控单元1-1在即将到达实际过零点估计值之前，驱动可控硅器件经过空心电感短路于火线-零线之间，在到达实际过零点后可控硅器件因失电压而恢复火线-零线之间开路，由此在实际过零点时间附近，在可控硅器件至电力变压器的低压侧的线缆路径内会因短路产生违背常规的大电流(图3b)，而在其它相连接或相耦合的线缆路径上只会产生在实际过零点处电压的畸变而不会产生大电流(图3c)，由此可将该大电流作为台区识别信号，通过设置于电力变压器的低压母线上的电流检测装置，如电流互感器，检测该大电流，从而进行台区识别。工频通讯发送电路1-3所产生的大电流(台区识别信号)的有效通讯距离由火线-零线短路时所产生的电流的大小决定，即由可控硅导通角决定，通讯距离可达数公里线缆长度。本实用新型所述的过零点的时间是指由过零检测电路检测到的在实际过零点附近的时间点，其相对于实际过零点具有相对固定的时间间隔，可根据检测到的过零点的时间计算更接近于实际过零点的实际过零点估计值。即将到达实际过零点估计值之前是指火线-零线电压下降至不高于50V的任意时间点，可根据前一次工频通讯发送时产生的电流大小调节，以产生适当的工频通讯电流值。

第一微控单元1-1通过串口与第一通信模块1-4相连，第一通信模块1-4 包括宽带电力线载波通信单元和RF通信单元，宽带电力线载波通信单元与电网的零线和火线相连，从而可以实现以电力线载波的方式与电网hplc集抄网络进行组网；RF通信单元以射频的方式与集中器3通信连接。宽带电力线载波通信单元与宽带电力线载波通信单元之间具有组网通信、中继代理的功能，RF 通信单元与RF通信单元之间具有点对点通信、中继转发的功能。宽带电力线载波通信单元和RF通信单元可采用市场上销售的符合国网2017年发布的互联互通hplc技术的通信单元。第一微控单元1-1通过串口与第一RS485接口电路1-5相连，第一微控单元1-1通过第一RS485接口电路经RS485总线与智能电表相连，从而读取智能电表的表地址、电能数据等信息。红外通讯电路1-6 与第一微控单元1-1的串口管脚和脉冲宽调制输出管脚相连，台区识别采集器 1通过红外通讯电路1-6可与外部的红外终端，如红外掌机等进行通信，进行电能表信息交换、设置等操作。电源电路包括AC/DC开关电源及DC/DC电源变换器，为台区识别采集器1内部的各电路或模块提供所需的12V、5V直流电源。AC/DC开关电源可采用隔离反击式开关电源，DC/DC电源变换器可采用非隔离式降压电源变换器。当智能电表为三相电表时，台区识别采集器1内的过零检测电路可只检测其中某相线的过零点，如只检测A相的过零点。

如图4所示，台区识别接收器2包括第二微控单元(MCU)2-1、第二过零检测电路2-2、工频通讯接收电路2-3、第二通信模块2-4及电源电路(未图示)。第二过零检测电路2-2、工频通讯接收电路2-3、第二通信模块2-4分别与第二微控单元2-1相连，电源电路为台区识别接收器2中的各电路或模块供电。台区识别接收器2可通过hplc技术进行组网，与集中器3进行双工通信，并可接受集中器3的指令启动或终止采用电网过零点调制的工频通讯接收，即启停台区识别工频通讯信号的接收。

第二过零检测电路2-2用于检测电力变压器低压母线处的A、B、C三相线 (火线)相对零线的过零点的时间，第二微控单元2-1通过3个具有外部中断输入的I/O管脚与第二过零检测电路2-2相连，采用外部中断的方式检测过零点的时间，并根据50Hz正弦波电压变化的规则计算出A、B、C三相线实际过零点估计值。工频通讯接收电路2-3与第二微控单元2-1的具有模拟量采集功能(ADC)的I/O管脚相连，工频通讯接收电路2-3设置于电力变压器低压侧的A、B、C三相线处，工频通讯接收电路2-3包括电流互感器(电流检测装置)和直流偏置电路，电流互感器用于检测驱动工频通讯发送电路1-3所发送的大电流信号，直流偏置电路为常规的偏置电路。当第二微控单元2-1接收到台区识别指令后，第二微控单元2-1通过工频通讯接收电路2-3对A、B、C三相线的电流量数据进行采样，第二微控单元2-1可采用自带ADC功能的芯片，第二微控单元2-1根据三相线的电流量数据，结合A、B、C三相线的实际过零点估计值判断电流量数据中是否有符合台区识别采集器1的工频通讯发送电路 1-3所发送的电流信号的特征，进而取为工频通信数据，用于组成台区识别主动上报指令，进行台区识别。

第二微控单元2-1通过串口与第二通信模块2-4相连，第二通信模块2-4 同样包括宽带电力线载波通信单元和RF通信单元，宽带电力线载波通信单元与电网的零线和火线相连，实现以电力线载波的方式与电网hplc集抄网络进行组网，RF通信单元与集中器3通信连接。台区识别接收器2还可以包括与第二微控单元2-2相连的第二RS485接口电路2-5，第二微控单元2-2可通过第二RS485接口电路2-5与上位机连接，从而进行生产或现场调试。电源电路包括AC/DC开关电源及DC/DC电源变换器，为台区识别接收器2内部的各电路或模块提供所需的12V、5V直流电源。第一、第二RS485接口电路使用5V接口电平，非隔离式通讯，有极性的通讯接口。本实用新型使用通过台区识别接收器的MAC地址映射台区编号的关联方式。

本实用新型的台区识别采集器和台区识别接收器结合了电网过零点调制的工频通讯技术与国家电网互联互通宽带电力线载波通信技术，可与电网集抄系统整合，实现远程进行台区识别操作，并可接受集中器的指令启止工频通讯的发送/接收，执行或停止台区识别。下面结合图5，对本实用新型台区识别系统的台区识别方法作进一步的说明。如图5所示，台区识别的步骤如下：

集抄主站4(后台系统主机)通过以太网或移动网络向指定的一个或多个集中器3，一般是相邻近的几个台区的集中器，下发启动台区识别功能指令(例如Q/GDW 1374.3-2013扩展指令)；

集中器3接收到指令后将指令进行转换(例如D L/T645-2007扩展指令) 并通过宽带电力线载波网络下发至相应的台区识别接收器2，台区识别接收器 2接收到指令后开启台区识别功能；

集抄主站4(后台系统主机)通过以太网或移动网络再向具有指定电表在线的集中器3下发指定电表的台区识别指令(例如Q/GDW 1374.3-2013扩展指令)；

集中器3接收到指令后将指令进行转换(例如D L/T645-2007扩展指令) 并通过宽带电力线载波网络下发至指定电表所上线的台区识别采集器1；

台区识别采集器1接收到指令后，通过工频通讯发送电路1-3使用工频通讯的方式发出包含指定电表号的台区识别数据(数据串尽可能短，以提高工频通讯的效率)；

在与指定电表同一台区的台区识别接收器2通过工频通讯接收电路2-3接收工频通讯信号，并解析出其中包含的台区识别数据，即对A、B、C三相线的电流量数据进行采样，台区识别数据经台区识别接收器2校验通过后，提取其中的电能表号加上自身的MAC地址组成台区识别主动上报指令(例如D L/T645-2007扩展指令)，通过宽带电力线载波网络反馈给集中器3；

集中器3将台区识别接收器2上报的指令转换后通过以太网或移动网络返回给集抄主站4；

集抄主站4通过台区识别接收器2的MAC地址映射已记录的台区编号，从而判断出该电能表隶属于哪个台区；

完成当次台区识别任务后，集中器3通过宽带电力线载波网络向台区识别采集器1下发停止台区识别功能指令；若识别任务未完成，则集中器3将下一台区识别指令发送给台区识别采集器1，台区识别采集器1继续发送台区识别数据，重复以上步骤，进行台区识别，直至台区识别任务列表中的任务全部完成，集中器3向台区识别采集器1下发停止台区识别功能指令。

本实用新型台区识别系统中的台区识别接收器、台区识别采集器在运作过程中均不需要显示屏、按键，内部电路及元件均为常规器件，因此装置成本得以控制得比较低，适合所有台区全覆盖安装；同时台区识别接收器、台区识别采集器安装于现场集抄系统中，进行台区识别操作时可远程操作，不需要现场人工干预，从而节省了人力成本开销。台区识别采集器本身带有宽带电力线载波(hplc)通信模块，不管是否执行台区识别任务，台区识别采集器均可以支持国家电网II型采集器的功能，进行电能表的电能数据采集，实现台区识别系统与集抄系统的整合，尤其适合目前城镇楼宇一箱多电能表的环境下使用。

本实用新型的台区识别系统是建立在现有国家电网的集抄系统的软硬件及通信技术的基础之上的，在硬件上仅增加了台区识别采集器及台区识别接收器，并且两者与集抄集中器的通信均采用了符合国家电网Q/GDW 11612.1-2016 《低压电力线宽带载波通信互联互通技术规范》的宽带电力线载波通信模块，即台区识别采集器及台区识别接收器支持与国网集抄系统互联互通，在原有集抄系统的基础上只需加入较小成本的硬件即可实现远程台区识别。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。