具有語音裝置的智能臺區識別儀及識別方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種確定配電變壓器和用戶電表相位對應關系的裝置，具體的說是涉及一種具有電力營銷領域的智能臺區識別儀及識別方法。
【背景技術】
[0002]臺區識別儀是電力營銷部門專用儀器，以往城郊地區和農村地區電網建設混亂，電線亂拉，臺帳也不清楚，所以需要該儀器確定配電變壓器和用戶電表對應關系。
[0003]基于FSK載波通訊技術的臺區識別儀由于FSK載波通訊原理的固有特性這種臺式識別儀有其缺陷主要表現在如下兩大方面:首先識別距離的不確定性問題對于同一條線路的不同時段有時可以接收到載波信號有時卻無法收到其主要原因在于低壓電網的不同時段用戶對電網產生的噪聲的強度不同不同時段用戶載荷不同造成的線路阻抗不同從而造成載波信號的嚴重衰減無法穩定的遠距離傳輸使得基于載波通訊原理的臺區識別儀無法可靠穩定識別；識別準確性問題臺區變壓器存在共高壓、共地、共電纜溝的特點FSK高頻載波信號容易產生信號串線、串開關、串臺區。其次脈沖電流方式臺區識別儀的缺陷識別信號問題由于瞬間電流的寬頻特性而難以識別信號的大小不能解決信號在開關間串擾的問題；瞬間電流過大問題該方式的臺區識別儀使用時產生的電流高達一百多安可能造成設備和人身安全事故。
[0004]傳統的臺區用戶識別儀采用傳統的電力載波通信方式，如中國專利文獻CN102680842A公開的一種臺區自動識別測試儀及其識別方法。該發明的目的是提供一種臺區自動識別測試儀及其識別方法，在延長通信距離的同時，能夠準確識別用戶所屬臺區。其技術方案是:在變壓器低壓輸出端裝有主控端，以及位于電力線用戶端裝有若干個服務端。主控端和服務端分別通過耦合電路與電力線連接以實現與載波信號的耦合分離，主控端用于接收外界輸入臺區信息，同時將包含有臺區信息的地載波信號耦合到電力線上，服務端將電力線上的載波信號分離出來，并對信號分析判斷，將與該服務端處于同一臺區的主控端所發臺區信息傳輸至與該服務端對應的用戶端電表箱，同時服務端可作為中繼器，將載波信號轉發出去實現接續傳遞。其中繼算法采用可信值管理的辦法，轉發時采用時間片和聲的方式。該發明有三個明顯缺點，一是通信電路設計沒有針對解決共高壓共地平行走線共電纜溝的情況下，產生的信號串擾問題，主控端發出信號，多個服務端都有可能接收到，中繼轉發更容易引入新的干擾，這樣就容易造成誤判；二是電力載波信號是高頻信號，信道環境衰減大，干擾噪聲嚴重，距離長干擾大的用戶難以識別；三是電路結構復雜，軟件未作抗干擾識別設計，電表箱信號回傳到供電局主站更是讓使用不方便，增加額外成本，現場需要多人操作，ZIGBEE在建筑物內傳輸距離往往只有幾十米，信號中繼可靠性差；
[0005]另一種傳統的臺區用戶識別是采用脈沖識別，如中國專利文獻CNlO 1603995，公開的一種電纜檢測裝置及其實現檢測的方法，該發明采用可控開關元件，如固態繼電器，晶閘管，IGBT等，通過在動力線路的用戶端或末端連續瞬間接通關斷，在線路中產生連續的瞬間脈沖電流，并通過追蹤脈沖電流實現電纜檢測。該發明的缺點一是判別準確率很低，因為手持檢測器采集到的信號強度，很大程度與手持采集器與電纜之間的距離有很大關系，臺區識別儀測試區域中，電纜要么空中走線，要么電纜溝走線，要么沿墻壁走線，手持檢測器難以貼近電纜測試，而多根電纜并排一起的時候，幾根電纜測到的信號強度基本一致，難以區分電纜歸屬；二是通信電路設計沒有針對解決共高壓共地平行走線共電纜溝的情況下，產生的信號串擾問題，脈沖方式會產生明顯的窄帶干擾噪聲和突發噪聲，而且會影響到很寬的帶寬，因而更容易造成信號串擾；三是其手持脈沖檢測器中電磁感應天線設計困難，靈敏度過低則接受不到信號，靈敏度過高則會收到多個信號難以判別，手持檢測器未對射頻接收信號作濾波放大設計，制作符合指標要求的手持檢測器成本昂貴；四是使用不便，用手持檢測器跟蹤確定電纜走向需要耗費時間。一天也跟蹤不了多少電纜，效率不高；
[0006]另一種臺區用戶識別方法及臺區用戶識別儀，如中國專利文獻CN103063967A。公開的臺區用戶識別方法和臺區用戶識別儀，該發明是將用戶識別儀夾在被識別用戶線路上，當被識別用戶線路的供電狀態從一種狀態改變為另一種狀態時，用戶識別儀判斷并記錄供電狀態改變的時刻數據，將被識別的用戶線路進行斷電和復電，記錄斷電和復電時刻，將用戶識別儀記錄的供電狀態改變時刻與人工記錄的斷電或復電時刻進行比較，若兩者相符，則被識別用戶屬于設定臺區，否則就不是。該發明缺點一是操作難以實施，電力公司對于停電送電有嚴格安全規定，電力公司絕不允許為了識別臺區就同一區域多次停送電，用戶居民也難以接受家里多次停送電，二是通信電路設計沒有針對解決共高壓共地平行走線共電纜溝的情況下，產生的信號串擾問題；
[0007]另一種低壓臺區識別方法及臺區識別儀，如中國專利文獻CN103698643A。
[0008]該發明是向電網注入強供電電壓脈沖序列的發射端，通過檢測電壓脈沖序列識別臺區的接收端。其方法是在發射端將包括起始碼，地址碼，相位碼，地址反碼和相位反碼信息的二進制編碼以電壓脈沖序列方式注入到電網中，單個電壓脈沖的寬度為20微秒?500微秒，幅值為5V'50V。同時使用IGBT功率管委電網發送電壓脈沖，其最大瞬間電流為40A。發射方式采用過零點發送。
[0009]該發明的最大缺點是幾乎無法實施，因為在電網注入可能高達50伏以及瞬間電流為40A的脈沖，會嚴重影響電網的安全運行和用戶電能質量，瞬間的電壓波動和大電流會燒毀用戶電表和家電設備，嚴重的情況會導致整個小區停電，除非試驗，大規模推廣使用時一定會遭到電力公司拒絕。同時該發明通信電路設計沒有針對解決共高壓共地平行走線共電纜溝的情況下，產生的信號串擾問題。
[0010]綜合以上背景專利技術，可以知道臺區識別儀的難點在于三共干擾造成的誤判別問題，以及傳輸距離不夠的問題。同時識別儀在使用上的安全方便也需要得到解決。
[0011]綜合以上專利，盡管具有獨特新穎性，但是其電路設計沒有針對信號串擾產生的根本原因做分析設計，都只是更換通信方式被動應對信號串擾問題(即共地共高壓共電纜溝干擾)，因而無法從根本上解決誤判別問題。同時以上專利的通信方式都不足以克服惡劣的電力載波通道環境，都不能徹底解決傳輸距離短的問題，因而存在誤判別的情況，在線路距離長和線路負荷大的情況下，通信傳輸距離只有幾百米，造成無法判別的情況。其使用上也存在諸多不便，甚至存在影響安全難以使用的問題。
[0012]以往的臺區識別儀的電磁兼容設計，僅對常見的電磁兼容指標如快速瞬變脈沖群抗擾度等作設計，以為解決這些常見電磁兼容測試指標通過型式試驗就足夠了，所以出現信號串擾問題后，都沒有再從電磁兼容的角度去考慮分析解決問題，而都是采取更換不同的電路和測試方法來被動應付信號串擾問題，其結果不但沒有從根本上解決問題，反而造成成本上升和使用不便。解決一般信號信息處理領域里出現的問題，光采用本領域的技術手段是不夠的，還要采用電磁場領域的技術去分析信號串擾問題的形成原因，采取合適信號串擾抑制手段，才能突破以往技術路線，從根本上解決信號串擾問題，取得意想不到的效果O
[0013]信號串擾問題長期存在于電力營銷類儀表中，如智能電表，抄表采集器，集中器等，在現場出現臺區串擾嚴重，一個集中器可能上報數倍于本區的表，造成數據混亂，可見信號串擾是個長期懸而未決的技術問題。
[0014]現有的區識別儀采用的fsk和脈沖方式其技術缺陷分析如下:
[0015]Fsk調制方式適用于傳輸速率低傳輸距離短的通信方式抗干擾性差且容易產生自干擾。
[0016]過零點檢測調制方式的缺點是需要將正弦波轉換成方波，然后進行過零點檢測，在波形變換過程中，由于信號不穩定及噪聲等因素，在零點附近會發生抖動，這樣就容易把這些抖動誤判成零，因而造成誤差，影響后級電路。
[0017]采用脈沖方式則容易產生寬頻段的窄帶干擾噪聲和突發噪聲，電力線自身本來就存在50Hz工頻信號在從峰值到零點處產生的脈沖同時線路上用電設備的隨機接入和斷開也產生脈沖信號脈沖干擾的寬頻特性使其更容易造成三共干擾。高頻電壓脈沖信號具有很大的dv/di，di/dt，形成很強的電磁干擾，頻率可從幾KHZ到就幾十MHZ，脈沖干擾會嚴重影響通信質量脈沖干擾的強度最大可達到40DB因而存在安全隱患。
[0018]需要特別說明的是FSK加脈沖電流方式作為成熟技術被多數臺區識別儀廠家采用，實際使用的時候，多個接收端都能收到脈沖信號，測試人員根據比較收到的多個脈沖信號強度來確定歸屬對應關系，這種做法在線路較長甚至線路老化的情況下，就容易出現判別失誤。
[0019]電力載波通道通信環境惡劣，阻抗變化大，時變性強，存在頻率選擇性衰減大，干擾多(包括穩態背景噪聲，窄帶干擾噪聲，突發噪聲，周期脈沖噪聲等)所以上述專利采用的通信調制方式不足應對惡劣的電力載波信道環境信號在傳輸過程中失真嚴重，線路負載大情況下，其傳輸距離只有幾百米。所以必須采取適用于電力載波惡劣通信環境的通信方式和芯片。
[0020]隨著電力載波通信技術發展電力載波調制方式由原先的FSK，PSK，音頻注入，工頻調制，過零點檢測方式，發展到擴頻通信方式(DSS直接擴頻序列，F