本發(fā)明涉及智能配電網(wǎng)
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是指一種面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：智能電網(wǎng)是使用健全的雙路通信、高級(jí)的傳感器和分布式計(jì)算的電力傳輸與分配網(wǎng)絡(luò)，其目的是改善電力傳送和使用的效率，提高電網(wǎng)的可靠性和安全性。建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。目前，配電通信網(wǎng)的主要傳輸手段有：光纖、公共無線網(wǎng)絡(luò)、自建專用無線網(wǎng)絡(luò)、電力線載波通信、電力線工頻通信等方式。電力線工頻通信通過在電壓、電流上疊加微小的畸變信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，由于低頻工頻畸變信號(hào)可穿越變壓器，電力線工頻通信技術(shù)具有能夠跨越配電變壓器遠(yuǎn)距離通信的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，如果通過相關(guān)技術(shù)手段提升通信速率，該技術(shù)能夠在智能配電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮重要作用。雙向工頻通信技術(shù)的機(jī)理是利用電網(wǎng)電壓和電流波形的微小畸變來攜帶信息，從而實(shí)現(xiàn)通信；基本特點(diǎn)是設(shè)置調(diào)制編碼，通過多個(gè)工頻周期內(nèi)的電壓過零時(shí)刻產(chǎn)生畸變信號(hào)，解調(diào)時(shí)候，以電壓過零為基準(zhǔn)通過時(shí)域差分去除背景干擾，突出畸變信號(hào)后進(jìn)行檢測(cè)從而實(shí)現(xiàn)通信。目前該技術(shù)已經(jīng)在北美地區(qū)得到了應(yīng)用，在遠(yuǎn)程抄表、負(fù)荷控制等領(lǐng)域有了一定的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)部分高校和科研單位也在進(jìn)行該技術(shù)的研究。目前智能配電網(wǎng)中應(yīng)用的通信技術(shù)都有各自的優(yōu)勢(shì)，也存在一定的問題。光纖通信方式通信速率高、性能優(yōu)良，但安裝和線路維護(hù)成本昂貴，公共無線通信安裝靈活、方便，但存在信號(hào)盲區(qū)和信息安全問題，低壓電力線載波通信成本很低，但只能在220V/380V線路傳輸，中壓電力線載波通信設(shè)備成本昂貴且通信性能差。傳統(tǒng)的電力線工頻通信技術(shù)在通信速率方面，電力線工頻上、下行通信都采用單路編碼單相傳輸，信號(hào)傳輸速率低，在通信性能方面，由于配電網(wǎng)各節(jié) 點(diǎn)存在電壓相位差，傳統(tǒng)的工頻通信方式以本地電壓過零為基準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致工頻通信信號(hào)收發(fā)時(shí)域偏差從而嚴(yán)重影響通信性能。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此，針對(duì)電力線工頻通信速率低的缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信方法及系統(tǒng)，能夠在保證通信性能的前提下，大大提高工頻通信速率?；谏鲜瞿康谋景l(fā)明提供的一種面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信方法，包括：采用三相同傳方式進(jìn)行下行工頻通信；結(jié)合三相同傳方式與正交編碼方式進(jìn)行上行工頻通信。在一些實(shí)施方式中，所述采用三相同傳方式進(jìn)行下行通信的步驟包括：通過3套驅(qū)動(dòng)電路分別在三相過零時(shí)刻進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生電壓畸變信號(hào)，A、B、C三相的相差為120°，其過零時(shí)刻相差約6ms；在位于配電變壓器的工頻通信終端進(jìn)行接收時(shí)，由分別連接在A、B、C三相的不同單相終端分別接收或者由三相終端同時(shí)接收，使通信速率提高3倍。在一些實(shí)施方式中，所述結(jié)合三相同傳方式與正交編碼方式進(jìn)行上行工頻通信的步驟包括：利用多饋線信號(hào)進(jìn)行并行傳輸；通過A、B、C三相同時(shí)進(jìn)行工頻畸變信號(hào)的傳輸；采用單相正交編碼進(jìn)行多路傳輸；其中，終端包括均勻分布在多條10KV支線的A、B、C三相。在一些實(shí)施方式中，所述采用單相正交編碼進(jìn)行多路傳輸?shù)牟襟E包括：通過編碼分組降低因配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓相位存在差異而造成的對(duì)通信性能的影響。在一些實(shí)施方式中，所述編碼分組方法包括：設(shè)T是工頻周期，Is(t)為背景基波電流，包括基波和電網(wǎng)干擾，Ip(t)為在電壓過零時(shí)刻的電流畸變信號(hào)，調(diào)制編碼ci為在第i個(gè)電壓過零時(shí)刻的調(diào)制編碼，其包括±1，0三種取值，0表示沒有調(diào)制信號(hào)，±1分別代表在不同電壓過零時(shí)刻畸變信號(hào)的方向，這4個(gè)周期內(nèi)的上行電流可表示為：I(t)=Is(t)+Σi=07akiIp(t+iT2);]]>設(shè)bi為第i個(gè)電壓過零時(shí)刻的檢測(cè)向量，其包括±1兩種取值，調(diào)制編碼與檢測(cè)向量之間具有如下關(guān)系：Σi=07bici=±4;]]>為了抑制2.5次工頻諧波干擾的影響，采用1，3，6，8過零時(shí)刻調(diào)制代表信息“1”，而2，4，5，7過零時(shí)刻調(diào)制代表信息“0”，這樣數(shù)據(jù)信息“1”的調(diào)制編碼為：(1，0，1，0，0，-1，0，-1)，而數(shù)據(jù)信息“1”的調(diào)制編碼為：(0，-1，0，-1，1，0，1，0)。在一些實(shí)施方式中，所述方法還包括：采用曼徹斯特編碼的前導(dǎo)信息并結(jié)合時(shí)頻分析的多路工頻通信信號(hào)時(shí)域確定方法。在一些實(shí)施方式中，所述采用曼徹斯特編碼的前導(dǎo)信息并結(jié)合時(shí)頻分析的多路工頻通信信號(hào)時(shí)域確定方法中包括對(duì)前導(dǎo)信息的處理步驟：采用雙極性偽隨機(jī)曼徹斯特序列編碼p(k)進(jìn)行前導(dǎo)信息的調(diào)制，其序列長(zhǎng)度為N，其表達(dá)式為：p(k+N)＝p(k)，Σi=0N-1p(k)p(k+l)=N,l=0-1,l≠0;]]>假設(shè)第j路前導(dǎo)信息采用p(k+j)編碼進(jìn)行調(diào)制，其中有N個(gè)序列碼片，每個(gè)碼片用2個(gè)周期中畸變信號(hào)位置來代表，xj(t)為該路前導(dǎo)信號(hào)在1個(gè)周期內(nèi)的調(diào)制信號(hào)，在兩個(gè)電壓過零時(shí)刻都有調(diào)制脈沖，xj(t)可表示為：xj(t)=vj(t)-vj(t+T2);]]>正交編碼方式中，在同一10KV支線上最多能夠?qū)崿F(xiàn)6路數(shù)據(jù)并行傳輸，這6路前導(dǎo)信息在10KV支線上在2N個(gè)工頻周期內(nèi)的調(diào)制成份為：Σj=05Σk=0N-1{1+p(k+j)2xj(t-2kT)+1+p(k+j)2xj(t-2kT-T)},]]>其中，T為工頻周期，p(k+j)序列中的碼片值決定了調(diào)制信號(hào)所在的工頻周期；這里選擇曼徹斯特序列p(k)的長(zhǎng)度為31，選擇的編碼為：0000101011101100011111001101001；通信主站中的解調(diào)單元采樣10KV線路的電流信號(hào)，將2N個(gè)工頻周期的 電壓或電流采樣信號(hào)分為N組，每組兩個(gè)周期的采樣信號(hào)，這樣得到N個(gè)相鄰周期作差信號(hào)，然后將這N個(gè)作差信號(hào)通過與該路前導(dǎo)信息的調(diào)制加權(quán)后疊加產(chǎn)生合成信號(hào)，第j路合成信號(hào)可表示為sj(t)：sj(t)=Σk=0N-1[I(t-2kT)-I(t-2kT-T)]p(k+j)]]>其中I(t)為電流采樣信號(hào)，根據(jù)曼徹斯特序列的特性，將調(diào)制成份代入得：sj(t)=Nxj(t+Δj)-Σi=05xi(t+Δi)+Σk=0N-1nm(t)p(k+j),]]>其中Δi為各路上行信號(hào)收發(fā)端的電壓過零時(shí)差；式中第3項(xiàng)為電網(wǎng)干擾成份；根據(jù)曼徹斯特序列表達(dá)式、調(diào)制信號(hào)以及調(diào)制成分的表達(dá)式，可得：sj(t)=N[vj(t+Δj)-vj(t+T2+Δj)]+nx(t),]]>其中，nx(t)包括電網(wǎng)噪聲和其他支路前導(dǎo)信息的干擾，由于調(diào)制信號(hào)在兩個(gè)電壓過零時(shí)刻存在，通過前后半個(gè)周期信號(hào)的疊加運(yùn)算將兩個(gè)畸變脈沖合并得到疊加合成信號(hào)：cj(t)=sj(t)[h(t)-h(t+T2)]=2Nvj(t+Δj)+nc(t),]]>其中，h(t)為半個(gè)工頻周期的矩形窗函數(shù)，所以cj(t)包括2N倍增強(qiáng)的第j路畸變脈沖和干擾信號(hào)nc(t)；根據(jù)得到的疊加合成信號(hào)，通過時(shí)頻分析確定多路工頻通信信號(hào)時(shí)域。在一些實(shí)施方式中，所述根據(jù)得到的疊加合成信號(hào)，通過時(shí)頻分析確定多路工頻通信信號(hào)時(shí)域的步驟包括：采用抑制交叉影響的維格納分布來進(jìn)行時(shí)頻分析確定信號(hào)時(shí)域；可以得到，疊加合成信號(hào)cj(t)的維格納分布為：W(t,ω)=∫-∞+∞cj(t+τ/2)cj*(t-τ/2)exp(-jωτ)dτ;]]>采用基于短時(shí)傅立葉變換的自譜窗函數(shù)Q(t,ω)來抑制交叉干擾的影響，從而得到抑制交叉影響的維格納分布為：WQ(t,ω)＝W(t,ω)Q(t,ω)，Q(t,ω)=|∫-∞+∞cj(t)(τ)h(τ-t)exp(-jωτ)dτ|2;]]>根據(jù)上行調(diào)制信號(hào)的頻率范圍，同時(shí)考慮到奇數(shù)次諧波附近干擾較大，采用208.3HZ、312.5HZ、416.6HZ、520HZ這4個(gè)頻率的維格納分布的合成來反映疊加合成信號(hào)中符合調(diào)制信號(hào)頻率范圍的時(shí)頻分布情況；將最大能量值作為分母，得到接收信號(hào)的歸一化的能量分布情況；根據(jù)得到的能量分布情況中的能量集中區(qū)域分析得到調(diào)制信號(hào)的時(shí)域。本發(fā)明的另一方面還提供了一種應(yīng)用于如上所述的面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信方法的三相多路電力線工頻通信系統(tǒng)，包括工頻通信子站設(shè)備和工頻通信終端；下行工頻通信時(shí)，位于變電所的工頻通信子站設(shè)備在A、B、C三相同時(shí)調(diào)制，從而使下行通信速率提高3倍；上行工頻通信時(shí)，通過多饋線、三相上行同傳、單相正交編碼多路傳輸?shù)姆绞教岣咄ㄐ潘俾剩渲?，工頻通信終端包括均勻分布在多條10KV支線的A、B、C三相。從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信方法及系統(tǒng)，在下行工頻通信信號(hào)傳輸時(shí)，位于變電所的工頻通信子站設(shè)備在A、B、C三相同時(shí)調(diào)制，從而使下行通信速率提高3倍；上行工頻通信時(shí)，通過多饋線、三相上行同傳、單相正交編碼多路傳輸?shù)确绞教岣咄ㄐ潘俾?；同時(shí)，針對(duì)工頻通信收發(fā)端存在電壓過零時(shí)差的情況，研究多路信號(hào)的時(shí)域確定方法，在此基礎(chǔ)上，研制適應(yīng)我國(guó)配電網(wǎng)實(shí)際信道環(huán)境的多路工頻通信系統(tǒng)，為智能配電網(wǎng)建設(shè)提供一種可行的信息傳輸通道。附圖說明圖1為本發(fā)明提供的面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信方法實(shí)施例的流程示意圖；圖2為本發(fā)明提供的面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a為本發(fā)明提供的面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信方法實(shí)施例中的下行調(diào)制模型示意圖；圖3b為本發(fā)明提供的面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信方法實(shí)施例中的電壓畸變信號(hào)示意圖；圖4為本發(fā)明提供的面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信方法實(shí)施例中的多路調(diào)制時(shí)的前導(dǎo)信息示意圖；圖5為本發(fā)明提供的面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信方法實(shí)施例中的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)疊加合成信號(hào)示意圖；圖6為本發(fā)明提供的面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信方法實(shí)施例中的接收端信號(hào)的能量分布示意圖。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。術(shù)語(yǔ)解釋：1)電力線工頻通信：利用電力線傳輸通過電網(wǎng)工頻電壓過零點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生微小的畸變信號(hào)來傳遞信息的通信方式。2)智能配電網(wǎng)：一個(gè)集成了傳統(tǒng)和前沿配電工程技術(shù)、高級(jí)傳感和測(cè)控技術(shù)、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)的配電系統(tǒng)，更加安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、高效，支持分布式電源(distributedelectricresource,DER)的大量接入，并為用戶提供擇時(shí)用電等與配電網(wǎng)互動(dòng)服務(wù)的新型配電網(wǎng)。需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是為了區(qū)分兩個(gè)相同名稱非相同的實(shí)體或者非相同的參量，可見“第一”“第二”僅為了表述的方便，不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定，后續(xù)實(shí)施例對(duì)此不再一一說明。低成本、高可靠性的信息傳輸通道是智能配電網(wǎng)推廣應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)智能電網(wǎng)信息內(nèi)容、安全級(jí)別、地域的不同，需要多種通信方式為智能電網(wǎng)建設(shè)提供傳輸通道；電力線工頻通信通過電壓過零處的低頻畸變信號(hào)來實(shí)現(xiàn)信息傳輸，能夠在不附加10KV線路耦合設(shè)備的情況下，通過跨越變壓器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，可以在用電信息采集、用戶側(cè)智能用電設(shè)備遠(yuǎn)程控制、分布式發(fā)電孤島檢測(cè)、城市路燈智能控制等領(lǐng)域發(fā)揮作用。針對(duì)電力線工頻通信速率低的缺陷，本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信方法及系統(tǒng)，能夠在保證通信性能的前提下，大大提高工頻通信速率。參照附圖1，為本發(fā)明提供的面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信方法實(shí)施例的流程示意圖。如圖1所示，所述面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信方法，包括以下步驟：步驟101：采用三相同傳方式進(jìn)行下行工頻通信。位于變電所端(子站設(shè)備)的調(diào)制變壓器低壓側(cè)的可控硅在電壓過零前導(dǎo)通會(huì)產(chǎn)生畸變電流，然后通過主變壓器的漏感在10KV線路產(chǎn)生電壓畸變信號(hào)，該信號(hào)能夠穿越配電變壓器(用戶變壓器)至用戶終端，稱為下行信號(hào)。工頻調(diào)制信號(hào)都在發(fā)送端電壓過零附近，而信號(hào)檢測(cè)只能以接收端電壓過零為參考進(jìn)行，為了使檢測(cè)性能提高，有必要對(duì)調(diào)制信號(hào)收發(fā)端的波形，以及收發(fā)端的系統(tǒng)電壓波形進(jìn)行分析，以便在信號(hào)接收時(shí)獲得足夠的工頻調(diào)制信號(hào)信息。傳統(tǒng)的工頻通信方式采用單相下行通信，本發(fā)明采用三相同傳方式來提高下行通信速率，通過3套驅(qū)動(dòng)電路分別在三相過零時(shí)刻進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生電壓畸變信號(hào)，A、B、C三相的相差為120°，其過零時(shí)刻相差約6ms；對(duì)于單獨(dú)某相的調(diào)制而言，下行通信的調(diào)制機(jī)理和傳輸模型如圖3a和3b所示。從圖3a和3b中可以看出，開關(guān)閉合的調(diào)制在電網(wǎng)中疊加了畸變信號(hào)，并且開關(guān)斷開后還存在信號(hào)震蕩，其時(shí)域主要在調(diào)制端電壓過零點(diǎn)附近的2-3ms內(nèi)。在位于配電變壓器的工頻通信終端進(jìn)行接收時(shí)，由分別連接在A、B、C三相的不同單相終端分別接收或者由三相終端同時(shí)接收，使通信速率提高3倍。步驟102：結(jié)合三相同傳方式與正交編碼方式進(jìn)行上行工頻通信。為了提高上行工頻通信速率，本發(fā)明提出了通過多饋線、三相同傳、單相多路等方式可以進(jìn)行上行工頻通信信號(hào)的多路傳輸，從而提高系統(tǒng)的等效速率的方法。由于不同10KV支線的電流畸變信號(hào)相互基本沒有影響，通過子站設(shè)備內(nèi)的上行解調(diào)裝置通過傳感器采集、檢測(cè)來自10KV線路的電流畸變信號(hào)，在上行信號(hào)的檢測(cè)過程中，多饋線的調(diào)制信號(hào)相互沒有干擾，這樣就實(shí)現(xiàn)多饋線信號(hào)的并行傳輸，等效的通信速率便得到成支線數(shù)量的倍數(shù)。上行畸變電流信號(hào)都在調(diào)制端電壓過零附近，A、B、C三相之間的相位差120度，而畸變電流信號(hào)主要成份存在約3毫秒的時(shí)間，這樣調(diào)制信號(hào)基本不會(huì)相互重疊，通過A、B、C三相同時(shí)進(jìn)行傳輸工頻畸變信號(hào)，能夠得到3 倍的通信速率，再加上單相正交編碼多路傳輸，這樣上行工頻通信速率能夠大大提高，要發(fā)揮最佳的并行傳輸效率，其終端需要均勻分布在N條10KV支線的A、B、C三相。從而，較佳的，所述結(jié)合三相同傳方式與正交編碼方式進(jìn)行上行工頻通信的步驟還具體包括以下步驟：利用多饋線信號(hào)進(jìn)行并行傳輸；通過A、B、C三相同時(shí)進(jìn)行工頻畸變信號(hào)的傳輸；采用單相正交編碼進(jìn)行多路傳輸；其中，終端包括均勻分布在多條10KV支線的A、B、C三相。在單相正交編碼多路傳輸方案中，共有5組正交編碼，每組可達(dá)6路；因此A、B、C三相的用戶終端分別采用其中的3組編碼，每組編碼的6種編碼方式平均分配給該相的各終端，這樣的終端分配方式能夠?qū)崿F(xiàn)并行傳輸?shù)淖畲笮省Ｔ谏闲薪邮諘r(shí)，分別從10KV支線的A、B、C三相電流傳感器CT采集電流信號(hào)，當(dāng)三相的電流畸變信號(hào)來自同一配電變壓器時(shí)，畸變信號(hào)之間的信號(hào)基本不重疊，三相并行接收通過分相接收可以直接實(shí)現(xiàn)。當(dāng)三相畸變信號(hào)來自不同配電變壓器時(shí)，由于配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓相位存在一定的差異，其時(shí)域有可能出現(xiàn)重疊，從而影響通信性能，可以通過編碼分組降低其影響。進(jìn)一步的，所述采用單相正交編碼進(jìn)行多路傳輸?shù)牟襟E包括：通過編碼分組降低因配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓相位存在差異而造成的對(duì)通信性能的影響。從工頻通信終端至主站設(shè)備的上行信號(hào)中，每位數(shù)據(jù)信息采用連續(xù)4個(gè)周期電流波形表示，根據(jù)信息“1”和“0”有兩種調(diào)制編碼，每種編碼都在4個(gè)工頻周期內(nèi)包含2正2負(fù)的電流畸變。其中的編碼分組方法包括：設(shè)T是工頻周期，Is(t)為背景基波電流，包括基波和電網(wǎng)干擾，Ip(t)為在電壓過零時(shí)刻的電流畸變信號(hào)，調(diào)制編碼ci為在第i個(gè)電壓過零時(shí)刻的調(diào)制編碼，其包括±1，0三種取值，0表示沒有調(diào)制信號(hào)，±1分別代表在不同電壓過零時(shí)刻畸變信號(hào)的方向，這4個(gè)周期內(nèi)的上行電流可表示為：I(t)=Is(t)+Σi=07akiIp(t+iT2)---(1)]]>設(shè)bi為第i個(gè)電壓過零時(shí)刻的檢測(cè)向量，其包括±1兩種取值，調(diào)制編碼與檢測(cè)向量之間具有如下關(guān)系：Σi=07bici=±4---(2)]]>為了抑制2.5次工頻諧波干擾的影響，目前主要采用1，3，6，8過零時(shí)刻調(diào)制代表信息“1”，而2，4，5，7過零時(shí)刻調(diào)制代表信息“0”，這樣數(shù)據(jù)信息“1”的調(diào)制編碼為：(1，0，1，0，0，-1，0，-1)，而數(shù)據(jù)信息“1”的調(diào)制編碼為：(0，-1，0，-1，1，0，1，0)。工頻通信在智能配電網(wǎng)中應(yīng)用時(shí)，由于負(fù)載、線路阻抗、變壓型號(hào)等因素，信號(hào)收發(fā)端存在電壓相位差，由于工頻通信信號(hào)的頻率高于工頻頻率數(shù)倍，其傳輸時(shí)延遠(yuǎn)小于信號(hào)收發(fā)端的電壓過零時(shí)差，而傳統(tǒng)的工頻通信解調(diào)方式以收端電壓過零時(shí)刻為基準(zhǔn)進(jìn)行，這樣會(huì)出現(xiàn)時(shí)域偏差。針對(duì)此，本發(fā)明提出的所述方法還可進(jìn)一步包括步驟103：采用曼徹斯特編碼的前導(dǎo)信息并結(jié)合時(shí)頻分析的多路工頻通信信號(hào)時(shí)域確定方法。進(jìn)一步的，所述采用曼徹斯特編碼的前導(dǎo)信息并結(jié)合時(shí)頻分析的多路工頻通信信號(hào)時(shí)域確定方法中包括對(duì)前導(dǎo)信息的處理步驟：為了使通信主站同時(shí)接收多路前導(dǎo)信息，本發(fā)明采用雙極性偽隨機(jī)曼徹斯特序列(M序列)編碼p(k)進(jìn)行前導(dǎo)信息的調(diào)制，其序列長(zhǎng)度為N，具有周期性、自相關(guān)性很強(qiáng)而互相關(guān)性很低的特點(diǎn)，其表達(dá)式為：p(k+N)＝p(k)(3)Σi=0N-1p(k)p(k+l)=N,l=0-1,l≠0---(4)]]>本發(fā)明采用如上式的不同序列來進(jìn)行前導(dǎo)信息的調(diào)制，通信主站依據(jù)上述特性來區(qū)分每路調(diào)制信號(hào)的前導(dǎo)信息。假設(shè)第j路前導(dǎo)信息采用p(k+j)編碼進(jìn)行調(diào)制，其中有N個(gè)序列碼片，每個(gè)碼片用2個(gè)周期中畸變信號(hào)位置來代表，xj(t)為該路前導(dǎo)信號(hào)在1個(gè)周期內(nèi)的調(diào)制信號(hào)，在兩個(gè)電壓過零時(shí)刻都有調(diào)制脈沖，如圖4所示，xj(t)可表示為：xj(t)=vj(t)-vj(t+T2)---(5)]]>正交編碼方式中，在同一10KV支線上最多能夠?qū)崿F(xiàn)6路數(shù)據(jù)并行傳輸， 這6路前導(dǎo)信息在10KV支線上在2N個(gè)工頻周期內(nèi)的調(diào)制成份為：Σj=05Σk=0N-1{1+p(k+j)2xj(t-2kT)+1+p(k+j)2xj(t-2kT-T)}---(6)]]>其中，T為工頻周期，p(k+j)序列中的碼片值決定了調(diào)制信號(hào)所在的工頻周期；N越長(zhǎng)，接收端能夠獲得的信號(hào)增益越強(qiáng)，但時(shí)間開銷越大，由于工頻通信子站需要通過這些前導(dǎo)信息來確定每路調(diào)制信號(hào)的存在時(shí)域，對(duì)信噪比有較高的要求，這里選擇曼徹斯特序列(M序列)p(k)的長(zhǎng)度為31，選擇的編碼(0代表-1)為：0000101011101100011111001101001。于工頻通信系統(tǒng)采用主從通信模式，通信主站能夠事先確定上行信號(hào)的起始工頻周期。通信主站中的解調(diào)單元采樣10KV線路的電流信號(hào)，將2N個(gè)工頻周期的電壓或電流采樣信號(hào)分為N組，每組兩個(gè)周期的采樣信號(hào)，這樣得到N個(gè)相鄰周期作差信號(hào)，然后將這N個(gè)作差信號(hào)通過與該路前導(dǎo)信息的調(diào)制加權(quán)后疊加產(chǎn)生合成信號(hào)，第j路合成信號(hào)可表示為sj(t)：sj(t)=Σk=0N-1[I(t-2kT)-I(t-2kT-T)]p(k+j)---(7)]]>其中I(t)為電流采樣信號(hào)，根據(jù)式(4)(5)中曼徹斯特序列(M序列)的特性，將調(diào)制成份代入得：sj(t)=Nxj(t+Δj)-Σi=05xi(t+Δi)+Σk=0N-1nm(t)p(k+j)---(8)]]>其中Δi為各路上行信號(hào)收發(fā)端的電壓過零時(shí)差，由于各路前導(dǎo)信息的調(diào)制編碼具有自相關(guān)性強(qiáng)而互相關(guān)性低的特點(diǎn)，第j路的前導(dǎo)信息能夠得到N倍增強(qiáng)，而其他5路前導(dǎo)信息則不能；式中第3項(xiàng)為電網(wǎng)干擾成份，由多組前后相鄰周期電流信號(hào)差分后殘余的非整數(shù)次諧波干擾合成，由于與p(k+j)不相關(guān)，電網(wǎng)干擾在合成運(yùn)算后的增強(qiáng)很有限。將式(4)-(6)中的xj(t)代入得：sj(t)=N[vj(t+Δj)-vj(t+T2+Δj)]+nx(t)---(9)]]>其中，nx(t)包括電網(wǎng)噪聲和其他支路前導(dǎo)信息的干擾，由于調(diào)制信號(hào)在兩個(gè)電壓過零時(shí)刻存在，通過前后半個(gè)周期信號(hào)的疊加運(yùn)算將兩個(gè)畸變脈沖合并得到疊加合成信號(hào)：cj(t)=sj(t)[h(t)-h(t+T2)]=2Nvj(t+Δj)+nc(t)---(10)]]>其中，h(t)為半個(gè)工頻周期的矩形窗函數(shù)，所以cj(t)包括2N倍增強(qiáng)的第j路畸變脈沖和干擾信號(hào)nc(t)(包括其他5路前導(dǎo)信息和電網(wǎng)干擾)；根據(jù)得到的疊加合成信號(hào)，通過時(shí)頻分析確定多路工頻通信信號(hào)時(shí)域。前導(dǎo)信息調(diào)制編碼長(zhǎng)度N選擇為31，圖5為變電所(子站設(shè)備)10KV支線實(shí)際采集的電流信號(hào)根據(jù)上述方式所獲得的疊加合成信號(hào)，每工頻周期采樣200點(diǎn)，疊加合成信號(hào)占半個(gè)周期的時(shí)間。與相鄰周期作差信號(hào)比較，疊加合成信號(hào)中的電流畸變信號(hào)有很好的信噪比，這就為通過時(shí)頻分析等手段確定該路上行信號(hào)的時(shí)域提供了基礎(chǔ)，同時(shí)該信號(hào)能夠作為該路數(shù)據(jù)解調(diào)的參考信號(hào)。同樣，當(dāng)通信主站采用與各路終端一樣前導(dǎo)信息調(diào)制編碼進(jìn)行如上述疊加合成后的信號(hào)能夠?yàn)樵撀沸盘?hào)的時(shí)域確定和數(shù)據(jù)解調(diào)提供基礎(chǔ)。由于合成信號(hào)中信噪比明顯增加，上行電流畸變信號(hào)的頻率范圍在150HZ至500HZ之間，在調(diào)制信號(hào)所在時(shí)域，該頻率范圍的能量明顯強(qiáng)于其他時(shí)段，所以通過時(shí)頻分析能夠確定調(diào)制信號(hào)所在時(shí)域。由于維格納分布(WVD)具有很高的時(shí)頻分辨率，本發(fā)明首先采用抑制交叉影響的維格納分布來進(jìn)行時(shí)頻分析確定信號(hào)時(shí)域。因此，較佳的，所述根據(jù)得到的疊加合成信號(hào)，通過時(shí)頻分析確定多路工頻通信信號(hào)時(shí)域的步驟包括：采用抑制交叉影響的維格納分布來進(jìn)行時(shí)頻分析確定信號(hào)時(shí)域；可以得到，疊加合成信號(hào)cj(t)的維格納分布為：W(t,ω)=∫-∞+∞cj(t+τ/2)cj*(t-τ/2)exp(-jωτ)dτ---(11)]]>采用基于短時(shí)傅立葉變換的自譜窗函數(shù)Q(t,ω)來抑制交叉干擾的影響，從而得到抑制交叉影響的維格納分布為：WQ(t,ω)＝W(t,ω)Q(t,ω)(12)Q(t,ω)=|∫-∞+∞cj(t)(τ)h(τ-t)exp(-jωτ)dτ|2---(13)]]>根據(jù)上行調(diào)制信號(hào)的頻率范圍，同時(shí)考慮到奇數(shù)次諧波附近干擾較大，本發(fā)明采用208.3HZ、312.5HZ、416.6HZ、520HZ這4個(gè)頻率的維格納分布的合 成來反映疊加合成信號(hào)中符合調(diào)制信號(hào)頻率范圍的時(shí)頻分布情況；對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析的目的是確定調(diào)制信號(hào)時(shí)域，對(duì)能量幅值的絕對(duì)值并不關(guān)心，因此每次按照式(12)進(jìn)行運(yùn)算時(shí)將最大能量值作為分母，這樣就可以得到接收信號(hào)的歸一化的能量分布情況；分別將現(xiàn)場(chǎng)前后周期作差信號(hào)和如圖6所示的疊加合成信號(hào)如式(12)進(jìn)行時(shí)頻分析后，再進(jìn)行歸一化處理得到的能量分布情況如圖6所示，橫坐標(biāo)為采樣間隔，50采樣點(diǎn)為變電所端電壓過零時(shí)刻，反映了半個(gè)工頻周期內(nèi)的能量分布。根據(jù)得到的能量分布情況中的能量集中區(qū)域分析得到調(diào)制信號(hào)的時(shí)域。圖6中，前后周期作差信號(hào)中雖然包含調(diào)制信號(hào)，由于信噪比低，其能量分布圖中沒有明顯的能量集中區(qū)域；而疊加合成信號(hào)由于信噪比高，其能量分布曲線中出現(xiàn)了集中區(qū)域，其能量峰值時(shí)刻與變電所10kV出線的電壓過零相差約11個(gè)采樣間隔，合1.1ms；而發(fā)端信號(hào)的能量峰值基本在配電變壓器電壓過零附近，所以可以認(rèn)為這就是工頻通信收、發(fā)端的電壓過零時(shí)差，從而就確定了該路調(diào)制信號(hào)的時(shí)域。本發(fā)明的另一方面還提供了應(yīng)用于如上所述的面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信方法的三相多路電力線工頻通信系統(tǒng)。參照附圖2，為本發(fā)明提供的面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，所述面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信系統(tǒng)，包括工頻通信子站設(shè)備和工頻通信終端；下行工頻通信時(shí)，位于變電所的工頻通信子站設(shè)備在A、B、C三相同時(shí)調(diào)制，從而使下行通信速率提高3倍；上行工頻通信時(shí)，通過多饋線、三相上行同傳、單相正交編碼多路傳輸?shù)姆绞教岣咄ㄐ潘俾剩渲校ゎl通信終端包括均勻分布在多條10KV支線的A、B、C三相。從上所述可以看出，本發(fā)明提供的面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信方法及系統(tǒng)，其具體特點(diǎn)包括：(1)采用三相調(diào)制的下行工頻通信方法，既可以三相接地調(diào)制，也可以三相相間調(diào)制，而且能夠自適應(yīng)調(diào)制變壓器的多種連接方式；(2)結(jié)合三相同傳與正交編碼的上行工頻通信方法；(3)三相多路工頻通信信號(hào)的時(shí)域確定方法，通過前導(dǎo)信息M序列編碼 調(diào)制、接收疊加合成，結(jié)合時(shí)頻分析運(yùn)算確定每路工頻通信信號(hào)的調(diào)制時(shí)域，為多路數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確解調(diào)提供基礎(chǔ)。電力線工頻通信能夠跨越配電變壓器傳輸信息，具有信號(hào)衰減小、時(shí)延短、抗噪聲性能強(qiáng)、設(shè)備成本低、安裝方便等優(yōu)勢(shì)，但存在通信速率低的缺陷；本發(fā)明對(duì)原有的工頻通信技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)使其更適合于在智能配電網(wǎng)中進(jìn)行應(yīng)用。所述面向智能配電網(wǎng)的三相多路電力線工頻通信方法及系統(tǒng)，在如下方面具有明顯優(yōu)勢(shì)：(1)采用三相調(diào)制的下行工頻通信方法，使得工頻通信速率提高了3倍，從而使得工頻通信更加適合智能配電網(wǎng)的通信需求，由于只是在子站設(shè)備設(shè)置3套驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)系統(tǒng)而言成本增加基本可以不計(jì)；(2)結(jié)合三相同傳與正交編碼的上行工頻通信方法，通過三相同傳、單相多路傳輸?shù)仁侄瓮瑫r(shí)應(yīng)用，大大提高上、下行工頻通信的等效速率；(3)確定三相多路工頻通信信號(hào)的時(shí)域方法，這樣在三相多路工頻通信信號(hào)并行傳輸?shù)那闆r下，能確定每路工頻通信信號(hào)的調(diào)制時(shí)域，克服以本地電壓過零時(shí)刻為基準(zhǔn)的傳統(tǒng)工頻通信技術(shù)造成的收發(fā)信號(hào)時(shí)域偏差問題，從而保證多路通信的性能。所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3