CN119024040A - 一种低压拓扑模块的特征电流识别电路及识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压拓扑模块的特征电流识别电路及识别方法，所述特征电流识别电路通过电流互感器采集火零线之间的特征电流信号，所述特征电流识别电路包括差分放大电路、带通滤波电路和基准电压生成电路；所述差分放大电路用于输入电流互感器采集的特征电流信号，并将所述特征电流信号转化为电压信号；所述带通滤波电路用于放大所述电压信号，并对所述电压信号进行滤波处理；所述基准电压生成电路用于抬升差分放大电路和带通滤波电路的工作参考电平。本发明在应用时通过特征电流识别电路进行滤波处理，滤波效果更好，能有效的解决信号失真问题，识别成功率更高。

Description

一种低压拓扑模块的特征电流识别电路及识别方法

技术领域

本发明涉及低压电力通信技术领域，具体是一种低压拓扑模块的特征电流识别电路及识别方法。

背景技术

在现有技术中，低压拓扑模块采用普通的恒流发送模式或恒阻发送模式发送特征电流，在接收端通过不滤波的方式直接采样运算，在识别芯片中采用软件方式进行滤波，而在硬件上无滤波设计，且目前的低压拓扑模块识别成功率低，复杂工况下无法识别，制造成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供了一种低压拓扑模块的特征电流识别电路及识别方法，其在应用时通过特征电流识别电路进行滤波处理，滤波效果更好，能有效的解决信号失真问题，识别成功率更高。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：

第一方面，本申请提供了一种低压拓扑模块的特征电流识别电路，所述特征电流识别电路通过电流互感器采集火零线之间的特征电流信号，所述特征电流识别电路包括差分放大电路、带通滤波电路和基准电压生成电路；所述差分放大电路用于输入电流互感器采集的特征电流信号，并将所述特征电流信号转化为电压信号；所述带通滤波电路用于放大所述电压信号，并对所述电压信号进行滤波处理；所述基准电压生成电路用于抬升差分放大电路和带通滤波电路的工作参考电平。

在一种可能的实现方式中，所述差分放大电路包括第二运算放大器U3.1、第一电容C19、第二电容C15、第一电阻R15、第二电阻R23、第三电阻R13、第四电阻R11、第五电阻R16、第六电阻R24和第七电阻R29，所述第一电容C19的两端与第一电阻R15和第二电阻R23连接的串联电路并联，所述第一电阻R15和第二电阻R23连接的一端接地，所述特征电流信号通过第一电容C19滤波以及第一电阻R15和第二电阻R23分压后输入第二运算放大器U3.1，所述第二运算放大器U3.1的反相输入端和输出端通过第四电阻R11连接，所述第二运算放大器U3.1的反相输入端与第三电阻R13连接，所述第三电阻R13与第二运算放大器U3.1连接的另一端输入特征电流信号，所述第二运算放大器U3.1的同相输入端与第五电阻R16、第六电阻R24和第七电阻R29连接，其中，所述第五电阻R16与第二运算放大器U3.1连接的另一端输入特征电流信号，所述第六电阻R24与第二运算放大器U3.1连接的另一端接地，所述第七电阻R29与运算放大器U3.1连接的另一端连接带通滤波电路；所述第二运算放大器U3.1的正电源连接端连接电源，并通过第二电容C15接地，负电源连接端接地。

在一种可能的实现方式中，所述带通滤波电路包括第三运算放大器U3.2、第八电阻R17、第九电阻R30、第十电阻R25、第十一电阻R20、第三电容C17和第四电容C18，所述第三运算放大器U3.2的同相输入端通过第九电阻R30和第七电阻R29与第二运算放大器U3.1的同相输入端连接，所述第九电阻R30和第七电阻R29串联，所述第三运算放大器U3.2的反相输入端通过第四电容C18和第八电阻R17与第二运算放大器U3.1的输出端连接，所述第四电容C18和第八电阻R17串联，所述第三运算放大器U3.2的反相输入端和输出端通过第四电容C18和第三电容C17连接，所述第四电容C18与第三运算放大器U3.2连接的另一端连接第八电阻R17，所述第四电容C18连接第三运算放大器U3.2反相输入端的一端与第十电阻R25并联，所述第三电容C17连接第三运算放大器U3.2输出端的一端与第十一电阻R20并联，所述第十电阻R25和第十一电阻R20串联，所述第三运算放大器U3.2的输出端连接有RC滤波电路。

在一种可能的实现方式中，所述基准电压生成电路包括第一运算放大器U4.2，所述第一运算放大器U4.2的同相输入端连接有第十二电阻R44和第十三电阻R49，并通过第十二电阻R44连接电源，通过第十三电阻R49接地，所述第一运算放大器U4.2的反相输入端和输出端连接，所述第一运算放大器U4.2的输出端连接有第十四电阻R45和第四电容C29，所述第一运算放大器U4.2通过第十四电阻R45和第九电阻R30连接第三运算放大器U3.2的同相输入端，所述第一运算放大器U4.2通过第四电容C29接地。

第二方面，本申请还提出了一种低压拓扑模块的特征电流识别方法，包括以下步骤：

步骤1：信号发送端通过上位HPLC模块向信号接收端的下位HPLC模块发送电压过零点信息采集指令；

步骤2：信号接收端的下位HPLC模块接收来自信号发送端的上位HPLC模块的电压过零点信息采集指令，采集自身的电压过零点信息，并将电压过零点信息发送回信号发送端；

步骤3：信号发送端根据信号接收端的电压过零点信息计算信号接收端的相位信息；

步骤4：信号发送端向信号接收端发送特征电流触发指令；

步骤5：信号接收端在接收到信号发送端发送的特征电流触发指令后发送特征电流信号，并基于如上所述的一种低压拓扑模块的特征电流识别电路识别其余信号接收端发送的特征电流信号。

在现有技术中，在一些线路复杂或线路特殊的情况下，由于各相之间较近，在进行特征电流识别时，容易出现串扰问题，从而导致识别错误，降低识别成功率，例如对于一个拓扑层级的构建，A相的某一层节点有可能会接收到其他相另一层节点的特征电流信号，从而将A相的该层节点识别为A相的另一层节点，导致构建是拓扑层级的缺失，如A相的第三层节点识别到B相的第四层节点的特征电流信号，从而导致原本A相的第三层节点变为A相的第四层节点，从而导致A相的拓扑层级缺失第四层节点。由于在一个周期内三相电压的电压过零点时间有一定的差值，因此可以通过电压过零点时间来判断相间关系。在本申请中，通过HPLC通讯方式，在信号发送端通过上位HPLC模块向各信号接收端的下位HPLC模块发送电压过零点信息采集指令，各信号接收端的下位HPLC模块在接收到电压过零点信息采集指令后，采集自身的电压过零点信息，并将自身的电压过零点信息发送回信号发送端，信号发送端根据信号接收端的电压过零点信息计算出信号接收端的相位，从而确定信号接收端的相位。在本申请中，在发送和识别特征电流信号前，优先通过HPLC通讯方式判别相间关系，从而确定各信号接收端处于哪一相，解决在进行特征电流识别时出现信号串扰而导致识别错误的问题。

进一步的，所述步骤1具体为：信号发送端向信号接收端的下位HPLC模块发送电压过零点信息采集指令，并记录发送采集指令的发送时间t₀，所述发送时间t₀被配置为所述信号发送端任一已知相的任一电压过零点时间。

进一步的，所述步骤2具体为：

步骤2.1：信号接收端的下位HPLC模块接收来自信号发送端发送的电压过零点信息采集指令，并开始采集自身的电压过零点信息；

步骤2.2：当信号接收端采集到自接收到采集指令起的第一次电压过零点信息时，记录第一次电压过零点时间t₁；

步骤2.3：信号接收端将第一次电压过零点信息通过下位HPLC模块发送回信号接收端。

进一步的，所述步骤3具体为：

步骤3.1：信号发送端在接收到信号接收端的第一次电压过零点信息后，计算信号接收端采集的第一次电压过零点时间t₁与首次发送时间t₀的时间差，记为第一时间差：

步骤3.2：计算第一时间差与电压信号周期T的商的余数，记为第一余数n：

其中，为取余函数；

步骤3.3：信号发送端基于第一余数n的值判断信号接收端的相位信息。

综上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明通过带通滤波电路接收该电压信号后对其进行滤波处理，滤除不需要的信号，使所述电压信号被采集到的波形更加平稳，使识别成功率更高；本发明通过基准电压生成电路产生一个电压信号来抬升差分放大电路和带通滤波电路的工作参考电平，从而使差分放大电路和带通滤波电路无需再额外的设计负电源，节约了制造成本；本发明设计的基准电压生成电路通过抬升差分放大器和带通滤波电路工作参考电平的方式，使采样信号零点的电压值提高，从而能够方便的模拟出负信号，解决了在没有设计负电源的情况下采样所得到的信号失真的问题；本发明通过HPLC通讯方式优先确定各信号接收端的相间关系，从而解决了特征电流识别时可能出现的串扰问题，提高了信号识别的成功率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例差分放大电路和带通滤波电路的原理图；

图2为本发明实施例基准电压生成电路的原理图；

图3为本发明实施例特征电流产生电路的原理图；

图4为图3中控制模块的电路原理图；

图5为图3中全桥整流模块的电路原理图；

图6为图3中电压转换模块的电路原理图；

图7为图3中特征电流发送模块的电路原理图；

图8为本发明实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：

一种低压拓扑模块的特征电流识别电路，所述特征电流识别电路通过电流互感器采集火零线之间的特征电流信号，所述特征电流识别电路包括差分放大电路、带通滤波电路和基准电压生成电路；所述差分放大电路用于输入电流互感器采集的特征电流信号，并将所述特征电流信号转化为电压信号；所述带通滤波电路用于放大所述电压信号，并对所述电压信号进行滤波处理；所述基准电压生成电路用于抬升差分放大电路和带通滤波电路的工作参考电平。

本实施例通过特征电流识别电路来采集零火线之间的特征电流信号，其中，特征电流识别电路包括差分放大电路、带通滤波电路和基准电压生成电路，零火线之间的特征电流被电流互感器采集后输入差分放大电路，差分放大电路将输入的交流信号转化为电压信号，并输出至带通滤波电路，带通滤波电路接收该电压信号后对其进行滤波处理，滤除不需要的信号，使所述电压信号被采集到的波形更加平稳，同时，本实施例通过基准电压生成电路产生一个电压信号来抬升差分放大电路和带通滤波电路的工作参考电平，从而使差分放大电路和带通滤波电路无需再额外的设计负电源，节约了制造成本，除此之外，本实施例设计的基准电压生成电路通过抬升差分放大器和带通滤波电路工作参考电平的方式，使采样信号零点的电压值提高，从而能够方便的模拟出负信号，解决了在没有设计负电源的情况下采样所得到的信号失真的问题。

在一种可能的实现方式中，如图1所示，所述差分放大电路包括第二运算放大器U3.1、第一电容C19、第二电容C15、第一电阻R15、第二电阻R23、第三电阻R13、第四电阻R11、第五电阻R16、第六电阻R24和第七电阻R29，所述第一电容C19的两端与第一电阻R15和第二电阻R23连接的串联电路并联，所述第一电阻R15和第二电阻R23连接的一端接地，所述特征电流信号通过第一电容C19滤波以及第一电阻R15和第二电阻R23分压后输入第二运算放大器U3.1，所述第二运算放大器U3.1的反相输入端和输出端通过第四电阻R11连接，所述第二运算放大器U3.1的反相输入端与第三电阻R13连接，所述第三电阻R13与第二运算放大器U3.1连接的另一端输入特征电流信号，所述第二运算放大器U3.1的同相输入端与第五电阻R16、第六电阻R24和第七电阻R29连接，其中，所述第五电阻R16与第二运算放大器U3.1连接的另一端输入特征电流信号，所述第六电阻R24与第二运算放大器U3.1连接的另一端接地，所述第七电阻R29与运算放大器U3.1连接的另一端连接带通滤波电路；所述第二运算放大器U3.1的正电源连接端连接电源，并通过第二电容C15接地，负电源连接端接地。

具体地，在本实施例中，电流互感器所采集到的特征电流信号经第一电容C19做一个初步的滤波后输入至差分放大电路中，第一电阻R15和第二电阻R23将所述特征电流信号转化为电压信号，并由第二运算放大器U3.1输出，其中，第三电阻R13和第四电阻R11起电压跟随的作用，使第二运算放大器U3.1输出的电压信号与原电压信号相同，第七电阻R29连接基准电压生成电路使第二运算放大器U3.1的同相输入端电压升高。

在一种可能的实现方式中，如图1所示，所述带通滤波电路包括第三运算放大器U3.2、第八电阻R17、第九电阻R30、第十电阻R25、第十一电阻R20、第三电容C17和第四电容C18，所述第三运算放大器U3.2的同相输入端通过第九电阻R30和第七电阻R29与第二运算放大器U3.1的同相输入端连接，所述第九电阻R30和第七电阻R29串联，所述第三运算放大器U3.2的反相输入端通过第四电容C18和第八电阻R17与第二运算放大器U3.1的输出端连接，所述第四电容C18和第八电阻R17串联，所述第三运算放大器U3.2的反相输入端和输出端通过第四电容C18和第三电容C17连接，所述第四电容C18与第三运算放大器U3.2连接的另一端连接第八电阻R17，所述第四电容C18连接第三运算放大器U3.2反相输入端的一端与第十电阻R25并联，所述第三电容C17连接第三运算放大器U3.2输出端的一端与第十一电阻R20并联，所述第十电阻R25和第十一电阻R20串联，所述第三运算放大器U3.2的输出端连接有RC滤波电路。

在本实施例中，带通滤波电路通过第八电阻R17接收差分放大电路输出的电压信号，并由第三电容C17、第四电容C18、第十电阻R25和第十一电阻R20进行滤波处理，使输出的信号波形更加平稳，而第三运算放大器U3.2的同相输入端通过基准电压生成电路抬升工作参考电平。具体地，所述RC滤波电路包括第三十七电阻R31和第十五电容C22。

在一种可能的实现方式中，如图2所示，所述基准电压生成电路包括第一运算放大器U4.2，所述第一运算放大器U4.2的同相输入端连接有第十二电阻R44和第十三电阻R49，并通过第十二电阻R44连接电源，通过第十三电阻R49接地，所述第一运算放大器U4.2的反相输入端和输出端连接，所述第一运算放大器U4.2的输出端连接有第十四电阻R45和第四电容C29，所述第一运算放大器U4.2通过第十四电阻R45和第九电阻R30连接第三运算放大器U3.2的同相输入端，所述第一运算放大器U4.2通过第四电容C29接地。

在本实施例中，电源通过第十二电阻R44和第十三电阻R49分压输入第一运算放大器U4.2，第一运算放大器U4.2的反相输入端和输出端连接，起到电压跟随的作用，从而在输出端产生一个电压信号，用于抬升差分放大电路和带通滤波电路的工作参考电平。

基于此，本实施例还提出了一种特征电流产生电路，用于发送特征电流。

在一种可能的实现方式中，如图3所示，所述特征电流产生电路包括控制模块、全桥整流模块、电压转换模块和特征电流发送模块，所述控制模块与特征电流发送模块连接，用于发送控制信号控制特征电流发送模块产生特征电流，所述全桥整流模块与特征电流发送模块和电压转换模块连接，用于为特征电流发送模块供电和对电压转换模块充电，所述电压转换模块与特征电流发送模块连接，当全桥整流模块的供电电压低时，所述电压转换模块为特征电流发送模块提供恒定的电压。

在一种可能的实现方式中，如图7所示，所述特征电流发送模块包括第一NPN三极管Q4、第一PNP三极管Q7、第一NMOS管Q3、第十五电阻R57、第十六电阻R66、第十七电阻R71、第十八电阻R62、第十九电阻R61、第二十电阻R67、第二十一电阻R68、第二十二电阻R69、第五电容C30、第六电容C33、第七电容C34、第八电容C32、第一二极管D6和第一稳压二极管D7；所述第一NPN三极管Q4的发射极与第一PNP三极管Q7的集电极连接，所述第一NPN三极管Q4的基极通过第十六电阻R66与控制模块的输出端连接，所述第一NPN三极管Q4的集电极通过第十五电阻R57连接电压转换模块的输出端，即第二NMOS管Q5的源极；所述第五电容C30与第十五电阻R57并联，且连接于第十五电阻R57与电源之间，所述第五电容C30与第十五电阻R57连接的另一端接地；所述第一PNP三极管Q7的基极与控制模块的输出端连接，所述第一PNP三极管Q7的发射极通过第十七电阻R71与控制模块的输出端连接；所述第十九电阻R61和第一二极管D6串联组成第一串联电路，所述第十九电阻R61与第一二极管D6的阳极连接，所述第一二极管D6的阴极与第一NPN三极管Q4的发射极连接，所述第六电容C33、第七电容C34、第二十电阻R67和第一稳压二极管D7并联组成第一并联电路，所述第二十一电阻R68和第二十二电阻R69并联组成第二并联电路，所述第八电容C32与第二并联电路串联组成第二串联电路，所述第二串联电路与第一并联电路并联，所述第一NMOS管Q3的栅极通过第十八电阻R62与第一NPN三极管Q4的发射极连接，且所述第十八电阻R62与第一串联电路并联，所述第八电容C32的两端分别与第一NMOS管Q3的栅极和源极连接，且所述第一NMOS管Q3的栅极与第八电容C32连接第二并联电路的另一端连接，所述第一NMOS管Q3的漏极与全桥整流模块的输出端连接。

具体地，在本实施例中，全桥整流模块通过端子H2接入交流信号，所述交流信号经四个二极管组成的全桥被整流为直流信号，该直流信号经压敏电阻R53后输入特征电流发送模块和电压转换模块。更为具体地，如图5所示，全桥整流模块包括第一限流电阻R50、第二限流电阻R51、保险丝F1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和压敏电阻R53，所述第一限流电阻R50和第二限流电阻R51与第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第五二极管D5组成的全桥电路连接，第一限流电阻R50与端子H2的1端连接，第二限流电阻R51通过保险丝F1与端子H2的3端连接，压敏电阻R53与全桥电路并联。

在一种可能的实现方式中，如图4所示，所述控制模块包括控制芯片、第二NPN三极管Q2、第三NPN三极管Q6、第一PMOS管Q1、光电耦合器U2、第二十三电阻R52、第二十四电阻R54、第二十五电阻R58、第二十六电阻R65、第二十七电阻R70、第二十八电阻R72、第二十九电阻R73、第九电容C31和第十电容C35，所述光电耦合器U2包括发光二极管和光电晶体管；所述第二NPN三极管Q2的基极通过第二十五电阻R58连接控制芯片，所述第二NPN三极管Q2的发射极接地，所述第二NPN二极管Q2的集电极连接第一PMOS管Q1的栅极；所述第二十三电阻R52的两端分别连接第一PMOS管Q1的源极和漏极，所述第二十四电阻R54的两端分别连接第一PMOS管Q1的源极和栅极，所述第一PMOS管Q1的源极连接电源，所述第一PMOS管Q1的漏极连接发光二极管的阳极；所述第九电容C31的一端连接发光二极管的阳极，另一端接地；所述发光二极管的阴极通过第二十六电阻R65连接第三NPN三极管Q6的集电极，所述光电晶体管的集电极与第一NPN三极管Q4的集电极连接，所述光电晶体管的发射极与第一PNP三极管Q7的基极连接；所述第三NPN三极管Q6的发射极接地，所述第三NPN三极管Q6的基极连接第十电容C35，所述第十电容C35与第三NPN三极管Q6连接的另一端通过第二十七电阻R70连接控制芯片，所述第二十九电阻R73的两端分别连接第三NPN三极管Q6的基极和发射极；所述第二十八电阻R72的一端连接于第二十七电阻R70和第十电容C35之间，其另一端与第三NPN三极管Q6的发射极连接。

在一种可能的实现方式中，如图6所示，所述电压转换模块包括第三串联电路、第四串联电路、第二NMOS管Q5、第三并联电路和第四并联电路，所述第三串联电路包括串联的第三十电阻R55、第三十一电阻R59和第三十二电阻R63，所述第四串联电路包括串联的第三十三电阻R56、第三十四电阻R60和第三十五电阻R64，所述第三并联电路包括并联的第十一电容C36、第十二电容C37和第十三电容C38，所述第四并联电路包括并联的第三十六电阻R74、第十四电容C39和第二稳压二极管D8；所述第二NMOS管Q5的漏极通过第三串联电路与全桥整流模块的输出端连接，栅极通过第四串联电路与全桥整流电路的输出端连接，且栅极通过第四并联电路接地，源极通过第三并联电路接地，且源极与第十五电阻R57连接。

具体地，第三串联电路用于分压限流，全桥整流模块输出的电流通过第二NMOS管Q5后在源极得到一个恒定的电压，为特征电流发送模块和光电晶体管提供控制电压。当全桥整流模块的供电电压低时，第十四电容C39放电为第二NMOS管Q5的栅极提供一个恒定的电压，从而控制第二NMOS管Q5的通断。

在本实施例中，控制芯片发送PWM波控制特征电流发送模块产生特征电流，当PWM为高电平信号时，特征电流产生电路产生特征电流，当PWM为低电平信号时，特征电流产生电路停止产生特征电流。具体地，当控制芯片发送的PWM波为高电平信号时，第二NPN三极管Q2导通，第三NPN三极管Q6导通，第一PMOS管Q1导通，从而使得光电耦合器U2导通，此时第一NPN三极管Q4导通，第一PNP三极管Q7断开，第一NMOS管Q3导通，从而使得并联的第二十一电阻R68和第二十二电阻R69消耗电能产生特征电流；当控制芯片发送的PWM波为低电平信号时，第二NPN三极管Q2断开，第三NPN三极管Q6断开，第一PMOS管Q1断开，从而使得光电耦合器U2断开，此时第一NPN三极管Q4断开，第一PNP三极管Q7导通，第六电容C33和第七电容C34储存的电能通过第十九电阻R61和第一二极管D6释放，从而使得第一NMOS管Q3栅极的电平降低，第一NMOS管Q3关断，特征电流停止产生。在本实施例中，通过第一NPN三极管Q4和第一PNP三极管Q7的设计，搭配第一二极管D6和第十九电阻R61，使得在PWM信号为低电平时，为第一NMOS管Q3的栅极提供了快速降低电压的通道，使特征电流波形控制更加精准。需要说明的是，UNT在本实施例附图中为接地符号，表示接地。

基于上述的特征电流发送及识别电路，如图8所示，本实施例还提出了一种低压拓扑模块的特征电流识别方法，包括以下步骤：

步骤1：信号发送端通过上位HPLC模块向信号接收端的下位HPLC模块发送电压过零点信息采集指令；

步骤2：信号接收端的下位HPLC模块接收来自信号发送端的上位HPLC模块的电压过零点信息采集指令，采集自身的电压过零点信息，并将电压过零点信息发送回信号发送端；所述电压过零点信息包括电压过零点时间和电压波形信息；

步骤3：信号发送端根据信号接收端的电压过零点信息计算信号接收端的相位信息；

步骤4：信号发送端向信号接收端发送特征电流触发指令；

步骤5：信号接收端在接收到信号发送端发送的特征电流触发指令后发送特征电流信号，并基于如上所述的一种低压拓扑模块的特征电流识别电路识别其余信号接收端发送的特征电流信号。

在现有技术中，在一些线路复杂或线路特殊的情况下，由于各相之间较近，在进行特征电流识别时，容易出现串扰问题，从而导致识别错误，降低识别成功率，例如对于一个拓扑层级的构建，A相的某一层节点的构建有可能会接收到其他相层级节点的特征电流信号，从而将A相的该层节点识别为其他相的层级节点，而A相该层级在接收到自身正确节点特征电流信号时，还会在A相的该层级正确的层级节点，从而生成两个层级节点，导致构建的拓扑层级出现问题，如在构建A相的第三层节点时，识别到B相的第三层节点的特征电流信号，从而导致原本A相的第三层节点构建为B相的第三层节点，而同时，还会识别到A相的第三层节点的特征电流信号，从而在此处还构建了A相的第三层节点，从而导致A相的拓扑层级在该处出现了两个层级节点。由于在一个周期内三相电压的电压过零点时间有一定的差值，因此可以通过电压过零点时间来判断相间关系。在本申请中，通过HPLC通讯方式，在信号发送端通过上位HPLC模块向各信号接收端的下位HPLC模块发送电压过零点信息采集指令，各信号接收端的下位HPLC模块在接收到电压过零点信息采集指令后，采集自身的电压过零点信息，并将自身的电压过零点信息发送回信号发送端，信号发送端根据信号接收端的电压过零点信息计算出信号接收端的相位，从而确定信号接收端的相位。在本申请中，在发送和识别特征电流信号前，优先通过HPLC通讯方式判别相间关系，结合信号接收端对应的设备地址确定各信号接收端处于哪一相，这样，拓扑构建时，可在信号发送端进行判断，某相的某一层节点如接收到其他相的特征电流信号，即可根据相位信息知道该特征电流信号不属于该相位，进而将该特征电流信号进行排除，从而解决在进行特征电流识别时出现不同相之间信号串扰而导致识别错误的问题。需要说明的是，在本申请实施例中，第一次电压过零点时间均为同一方向的电压过零点时间，即均为向上的电压过零点时间或向下的电压过零点时间，防止在计算相位时因电压过零点时的方向不同而造成相位识别错误。可选的，在本申请实施例中，信号发送端为融合终端，信号接收端为低压计量监测装置（简称LTU），其中LTU包含低压拓扑模块。

需要说明的是，在本申请实施例中，在特征电流识别时，采用的特征电流识别电路还可以进一步提高信号识别的成功率。本申请所述的识别方法，通过HPLC通讯判别相间关系和基于改进特征电流识别电路进行特征电流信号识别相结合，可显著的提高特征电流信号识别的成功率，构建更准确的拓扑结构。

进一步的，所述步骤1具体为：信号发送端向信号接收端的下位HPLC模块发送电压过零点信息采集指令，并记录发送采集指令的发送时间t₀，所述发送时间t₀被配置为所述信号发送端任一已知相的任一电压过零点时间。

进一步的，所述步骤2具体为：

步骤2.1：信号接收端的下位HPLC模块接收来自信号发送端发送的电压过零点信息采集指令，并开始采集自身的电压过零点信息；

步骤2.2：当信号接收端采集到自接收到采集指令起的第一次电压过零点信息时，记录第一次电压过零点时间t₁；

步骤2.3：信号接收端将第一次电压过零点信息通过下位HPLC模块发送回信号接收端。

进一步的，所述步骤3具体为：

步骤3.1：信号发送端在接收到信号接收端的第一次电压过零点信息后，计算信号接收端采集的第一次电压过零点时间t₁与首次发送时间t₀的时间差，记为第一时间差：

步骤3.2：计算第一时间差与电压信号周期T的商的余数，记为第一余数n：

其中，为取余函数；

步骤3.3：信号发送端基于第一余数n的值判断信号接收端的相位信息。

在现有技术中，在进行相位识别时，当发送端向接收端发送HPLC载波信号时，若三相相间过于接近，载波信号有可能会耦合到相邻的相上，从而影响相邻相的相位识别准确率，为此，在本申请实施例中，信号发送端采用同一个已知相的电压过零点信息作为识别依据，只向信号接收端发送电压过零点信息采集指令，其已知相的电压过零点信息存储在信号发送端，因此，即便在发送时载波信号串到其他相上，也属于同一指令，不会对其余的相进行干扰，而对于相位信息识别，在本申请实施例中，识别步骤在信号发送端进行，而在信号接收端只进行信息采集，因此在信号接收端无需接收信号发送端的相位信息，减少了信号接收端的数据处理量，同时解决了向信号接收端传输不同相位信息时的串扰问题。

可以理解的是，在本申请实施例中，若信号接收端所处的相位与信号发送端所确认的已知相位处于同一相位，则第一时间差为电压信号周期T的整数倍，即第一余数n=0；若信号接收端所处的相位滞后信号发送端已知相位，由于已知相位的电压过零点时间为t₀，而对于该信号接收端，在其电压时序图上，为其实际的电压过零点时间（信号发送端发送采集指令后的第一次电压过零点时间），因此，对于该信号接收端，第一余数n=，根据已知相位和第一余数n即可得出该信号接收端所处的相位；若信号接收端所处的相位滞后信号发送端已知相位，由于已知相位的电压过零点时间为t₀，而对于该信号接收端，在其电压时序图上，为其实际的电压过零点时间（信号发送端发送采集指令后的第一次电压过零点时间），因此，对于该信号接收端，第一余数n=，根据已知相位和第一余数n即可得出该信号接收端所处的相位。以信号发送端的A相作为已知相为例，规定采集的第一次电压过零点时间为向上的电压过零点时间，在进行相位识别时，若第一余数n=0，则信号接收端处于A相；若第一余数n=，则信号接收端处于B相；若第一余数n=，则信号接收端处于C相。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低压拓扑模块的特征电流识别电路，所述特征电流识别电路通过电流互感器采集火零线之间的特征电流信号，其特征在于，所述特征电流识别电路包括差分放大电路、带通滤波电路和基准电压生成电路；所述差分放大电路用于输入电流互感器采集的特征电流信号，并将所述特征电流信号转化为电压信号；所述带通滤波电路用于放大所述电压信号，并对所述电压信号进行滤波处理；所述基准电压生成电路用于抬升差分放大电路和带通滤波电路的工作参考电平。

2.根据权利要求1所述的一种低压拓扑模块的特征电流识别电路，其特征在于，所述差分放大电路包括第二运算放大器U3.1、第一电容C19、第二电容C15、第一电阻R15、第二电阻R23、第三电阻R13、第四电阻R11、第五电阻R16、第六电阻R24和第七电阻R29，所述第一电容C19的两端与第一电阻R15和第二电阻R23连接的串联电路并联，所述第一电阻R15和第二电阻R23连接的一端接地，所述特征电流信号通过第一电容C19滤波以及第一电阻R15和第二电阻R23分压后输入第二运算放大器U3.1，所述第二运算放大器U3.1的反相输入端和输出端通过第四电阻R11连接，所述第二运算放大器U3.1的反相输入端与第三电阻R13连接，所述第三电阻R13与第二运算放大器U3.1连接的另一端输入特征电流信号，所述第二运算放大器U3.1的同相输入端与第五电阻R16、第六电阻R24和第七电阻R29连接，其中，所述第五电阻R16与第二运算放大器U3.1连接的另一端输入特征电流信号，所述第六电阻R24与第二运算放大器U3.1连接的另一端接地，所述第七电阻R29与运算放大器U3.1连接的另一端连接带通滤波电路；所述第二运算放大器U3.1的正电源连接端连接电源，并通过第二电容C15接地，负电源连接端接地。

3.根据权利要求2所述的一种低压拓扑模块的特征电流识别电路，其特征在于，所述带通滤波电路包括第三运算放大器U3.2、第八电阻R17、第九电阻R30、第十电阻R25、第十一电阻R20、第三电容C17和第四电容C18，所述第三运算放大器U3.2的同相输入端通过第九电阻R30和第七电阻R29与第二运算放大器U3.1的同相输入端连接，所述第九电阻R30和第七电阻R29串联，所述第三运算放大器U3.2的反相输入端通过第四电容C18和第八电阻R17与第二运算放大器U3.1的输出端连接，所述第四电容C18与第三运算放大器U3.2连接的另一端连接第八电阻R17，所述第三运算放大器U3.2的反相输入端和输出端通过第四电容C18和第三电容C17连接，所述第四电容C18和第三电容C17串联，所述第四电容C18连接第三运算放大器U3.2反相输入端的一端与第十电阻R25并联，所述第三电容C17连接第三运算放大器U3.2输出端的一端与第十一电阻R20并联，所述第十电阻R25和第十一电阻R20串联，所述第三运算放大器U3.2的输出端连接有RC滤波电路。

4.根据权利要求3所述的一种低压拓扑模块的特征电流识别电路，其特征在于，所述基准电压生成电路包括第一运算放大器U4.2，所述第一运算放大器U4.2的同相输入端连接有第十二电阻R44和第十三电阻R49，并通过第十二电阻R44连接电源，通过第十三电阻R49接地，所述第一运算放大器U4.2的反相输入端和输出端连接，所述第一运算放大器U4.2的输出端连接有第十四电阻R45和第四电容C29，所述第一运算放大器U4.2通过第十四电阻R45和第九电阻R30连接第三运算放大器U3.2的同相输入端，所述第一运算放大器U4.2通过第四电容C29接地。

5.一种低压拓扑模块的特征电流识别方法，应用如权利要求1~4任意一项所述的一种低压拓扑模块的特征电流识别电路，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：信号发送端通过上位HPLC模块向信号接收端的下位HPLC模块发送电压过零点信息采集指令；

步骤2：信号接收端的下位HPLC模块接收来自信号发送端的上位HPLC模块的电压过零点信息采集指令，采集自身的电压过零点信息，并将电压过零点信息发送回信号发送端；

步骤3：信号发送端根据信号接收端的电压过零点信息计算信号接收端的相位信息；

步骤4：信号发送端向信号接收端发送特征电流触发指令；

步骤5：信号接收端在接收到信号发送端发送的特征电流触发指令后发送特征电流信号，并基于所述一种低压拓扑模块的特征电流识别电路识别其余信号接收端发送的特征电流信号。

6.根据权利要求5所述的一种低压拓扑模块的特征电流识别方法，其特征在于，所述步骤1具体为：信号发送端向信号接收端的下位HPLC模块发送电压过零点信息采集指令，并记录发送采集指令的发送时间t₀，所述发送时间t₀被配置为所述信号发送端任一已知相的任一电压过零点时间。

7.根据权利要求6所述的一种低压拓扑模块的特征电流识别方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

步骤2.1：信号接收端的下位HPLC模块接收来自信号发送端发送的电压过零点信息采集指令，并开始采集自身的电压过零点信息；

步骤2.2：当信号接收端采集到自接收采集指令起的第一次电压过零点信息时，记录第一次电压过零点时间t₁；

步骤2.3：信号接收端将第一次电压过零点信息通过下位HPLC模块发送回信号接收端。

8.根据权利要求7所述的一种低压拓扑模块的特征电流识别方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

步骤3.1：信号发送端在接收到信号接收端的第一次电压过零点信息后，计算信号接收端采集的第一次电压过零点时间t₁与首次发送时间t₀的时间差，记为第一时间差 ：

；

步骤3.2：计算第一时间差与电压信号周期T的商的余数，记为第一余数n：

，

其中，为取余函数；

步骤3.3：信号发送端基于第一余数n的值判断信号接收端的相位信息。