本發(fā)明涉及農(nóng)村電網(wǎng)
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是指一種基于多路工頻通信技術(shù)的農(nóng)村電網(wǎng)遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)與方法。
背景技術(shù)：
：農(nóng)村電網(wǎng)作為構(gòu)成我國(guó)電網(wǎng)重要的組成部分，縣城及農(nóng)村用電量占全社會(huì)用電量的比例己經(jīng)達(dá)到52％以上，同時(shí)農(nóng)村電網(wǎng)發(fā)展勢(shì)頭猛進(jìn)，農(nóng)村電網(wǎng)的智能化建設(shè)是電網(wǎng)智能化建設(shè)不可或缺的重要組成部分。當(dāng)前推行的社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)工作對(duì)農(nóng)電的配電、用電專業(yè)提出了更高的要求，農(nóng)網(wǎng)相比城網(wǎng)，不論在設(shè)備技術(shù)手段，還是運(yùn)行管理水平等方面，都存在較大差距，而且這些現(xiàn)象在農(nóng)網(wǎng)中普遍存在，比如抄表手段落后、低壓臺(tái)區(qū)管理落后、電力設(shè)備經(jīng)常發(fā)生被盜等現(xiàn)象，同時(shí)在用電領(lǐng)域、低壓臺(tái)區(qū)的配電等方面還有很多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，為此國(guó)家啟動(dòng)新一輪農(nóng)網(wǎng)改造升級(jí)工程。農(nóng)網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)工程中，檢測(cè)信息的傳輸方式是重要環(huán)節(jié)，目前可采用的方式主要包括公眾電話網(wǎng)、公共無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、光纖通信、電力線載波、電力線工頻通信等技術(shù)。在農(nóng)網(wǎng)自動(dòng)化工程方面，目前已經(jīng)有不少通過(guò)GSM\GPRS等公共無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)網(wǎng)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，但農(nóng)村地區(qū)存在大量的無(wú)線信號(hào)盲區(qū)。在電力線工頻通信(TWACS)技術(shù)本身而言，該技術(shù)利用電網(wǎng)電壓和電流波形的微小畸變來(lái)攜帶信息從而實(shí)現(xiàn)通信，能夠跨越變壓器遠(yuǎn)距離通信，目前在國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)也開始了工頻通信技術(shù)的研究和應(yīng)用。傳統(tǒng)工頻通信技術(shù)的上、下行工頻通信信號(hào)都在電壓過(guò)零時(shí)刻進(jìn)行調(diào)制，這樣使得信號(hào)調(diào)制所需功率最低；由于電網(wǎng)噪聲嚴(yán)重，為了使信號(hào)檢測(cè)時(shí)能夠通過(guò)時(shí)域差分去除背景干擾，每位上、下行數(shù)據(jù)都通過(guò)多個(gè)工頻周期內(nèi)調(diào)制信號(hào)的位置來(lái)表示。在工頻通信信號(hào)解調(diào)方面，目前基本采用時(shí)域差分方式抑制電網(wǎng)背景影響，根據(jù)調(diào)制信號(hào)的波形特征進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)。農(nóng)村電網(wǎng)分布廣泛，配電變壓器多，在城市配電網(wǎng)自動(dòng)化工程中應(yīng)用的檢測(cè)信息傳輸方式，在農(nóng)網(wǎng)改造中進(jìn)行應(yīng)用存在如下問(wèn)題：1)光纖通信需要安裝專門線路，而且難以適應(yīng)農(nóng)網(wǎng)線路、變壓器位置經(jīng)常更換的情況；2)公共無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)存在信號(hào)盲區(qū)，而且需要長(zhǎng)期支付通信服務(wù)費(fèi)用；3)中壓電力線載波通信設(shè)備昂貴而且通信性能差。在電力線工頻通信(Two-waypowerfrequencyautomaticcommunicationsystem，TWACS)技術(shù)非常適合農(nóng)網(wǎng)供電線路長(zhǎng)、用戶分散的環(huán)境特點(diǎn)，但傳統(tǒng)的工頻通信技術(shù)直接應(yīng)用于農(nóng)網(wǎng)自動(dòng)化改造存在如下問(wèn)題：1)單路工頻通信方式通信速率較低，難以傳輸更大容量的農(nóng)網(wǎng)信息。2)傳統(tǒng)的下行工頻通信解調(diào)方式采用硬件實(shí)現(xiàn)，其機(jī)理是根據(jù)畸變信號(hào)造成的電壓過(guò)零時(shí)間變化情況來(lái)判斷數(shù)據(jù)信息，難以適應(yīng)農(nóng)網(wǎng)的信道環(huán)境。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于多路電力線工頻通信傳輸信息的農(nóng)村配電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與方法，能夠適應(yīng)農(nóng)網(wǎng)的地域條件和信道環(huán)境，為農(nóng)網(wǎng)改造創(chuàng)造有利條件?；谏鲜瞿康谋景l(fā)明提供的基于多路工頻通信技術(shù)的農(nóng)村電網(wǎng)遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)，包括位于變電站的多個(gè)集中器和位于配電變壓器低壓側(cè)的多個(gè)農(nóng)網(wǎng)檢測(cè)終端；每個(gè)集中器包括用于工頻通信的上行解調(diào)單元、下行調(diào)制單元和工控機(jī)；每個(gè)農(nóng)網(wǎng)檢測(cè)終端包括傳感器模塊、工頻通信模塊和綜合管理模塊；其中，所述傳感器模塊包括電壓傳感器和電流傳感器；工頻通信模塊包括第一微處理器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器；工頻通信模塊通過(guò)傳感器模塊和信號(hào)調(diào)理電路獲得農(nóng)網(wǎng)線路的電壓、電流信息，通過(guò)第一微處理器進(jìn)行電氣參數(shù)測(cè)量和下行工頻通信信號(hào)的檢測(cè)，當(dāng)需要回送上行工頻通信信號(hào)時(shí)，第一微處理器通過(guò)觸發(fā)電路驅(qū)動(dòng)可控硅導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)調(diào)制電阻，從而進(jìn)行上行畸變電流的調(diào)制。在一些實(shí)施方式中，所述綜合管理模塊包括第二微處理器，所述綜合管理模塊與所述工頻通信模塊之間通過(guò)UART數(shù)字接口進(jìn)行信息交換，用于完成農(nóng)網(wǎng)檢測(cè)終端自身測(cè)試而獲得的電氣參數(shù)管理，以及通過(guò)RS485接口與智能電表或其他儀表通信，從而獲得更多的農(nóng)網(wǎng)信息。本發(fā)明的另一方面還提供了一種應(yīng)用于所述的基于多路工頻通信技術(shù)的 農(nóng)村電網(wǎng)遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)的農(nóng)村電網(wǎng)遠(yuǎn)程檢測(cè)方法，在所述農(nóng)網(wǎng)檢測(cè)終端和/或集中器中進(jìn)行的同步檢測(cè)方法包括：利用匹配濾波方式確定各路工頻通信信號(hào)的調(diào)制時(shí)域；以及，利用自適應(yīng)干擾抵消技術(shù)進(jìn)行工頻通信降噪。在一些實(shí)施方式中，所述利用匹配濾波方式確定各路工頻通信信號(hào)的調(diào)制時(shí)域的步驟包括：假設(shè)配電變壓器低壓側(cè)實(shí)測(cè)的電流調(diào)制信號(hào)作為參考信號(hào)，選擇合適的抽樣時(shí)刻，形成疊加合成信號(hào)的匹配濾波器，其濾波輸出為：wj(t)=v(t0-t)*cj(t)=∫-∞∞v(t0-τ)cj(t-t0+τ)dτ,]]>其中，v(t)為參考信號(hào)，t0為抽樣時(shí)刻，v(t0-t)為疊加合成信號(hào)的匹配濾波器；根據(jù)匹配濾波原理，抽樣時(shí)刻的選擇應(yīng)使匹配濾波輸出正好是調(diào)制信號(hào)的鏡像反轉(zhuǎn)，而且輸出信噪比最佳，也就是濾波輸出最大；在理想情況下，畸變信號(hào)以電壓過(guò)零為中心，其持續(xù)時(shí)間為ta，如果沒(méi)有電壓過(guò)零時(shí)差存在，抽樣時(shí)刻應(yīng)當(dāng)是比電壓過(guò)零時(shí)刻偏移ta/2后的時(shí)刻；因此，將使濾波輸出達(dá)到峰值對(duì)應(yīng)的抽樣時(shí)刻減去ta/2的時(shí)間即是該路信號(hào)收發(fā)端的電壓過(guò)零時(shí)差；根據(jù)得到的電壓過(guò)零時(shí)差即可確定該路工頻通信信號(hào)的調(diào)制時(shí)域，為工頻通信的數(shù)據(jù)解調(diào)提供基礎(chǔ)。在一些實(shí)施方式中，所述利用自適應(yīng)干擾抵消技術(shù)進(jìn)行工頻通信降噪的步驟包括：將采樣輸入信號(hào)延遲3ms的信號(hào)作為噪聲參考信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)濾波處理；其中，輸入通道包括工頻調(diào)制信號(hào)和電網(wǎng)干擾；參考通道為輸入通道延遲3ms的信號(hào)，以保證在調(diào)制時(shí)域內(nèi)參考信號(hào)與調(diào)制信號(hào)無(wú)關(guān)，只與電網(wǎng)干擾有關(guān)，這樣系統(tǒng)輸出誤差即是對(duì)工頻調(diào)制信號(hào)的最優(yōu)估計(jì)。在一些實(shí)施方式中，所述利用自適應(yīng)干擾抵消技術(shù)進(jìn)行工頻通信降噪的步驟包括：以下行信號(hào)解調(diào)為例，輸入通道信號(hào)即是電壓檢差信號(hào)，表示為：yu(n)＝f(n)v(n)+nu(n)，式中，yu(n)為離散化的電壓檢差信號(hào)，v(n)為離散化的調(diào)制信號(hào)，f(n)為數(shù)據(jù)信息位，表示畸變信號(hào)的方向，取值為“+1”或“-1”，nu(n)為電網(wǎng)干擾；參考通道信號(hào)為：yi(n)＝y(tǒng)u(n-ΔT)＝nu(n-ΔT)，式中，ΔT選擇為3ms；參考信號(hào)yi(n)的自適應(yīng)FIR濾波輸出為y0(n)，系統(tǒng)輸出誤差為e(n)，對(duì)噪聲進(jìn)行自適應(yīng)濾波，使輸出與噪聲相匹配，系統(tǒng)輸出誤差即是對(duì)有用信號(hào)的最優(yōu)估計(jì)，由于數(shù)據(jù)信息f(n)的取值為“+1”或“-1”，這樣，系統(tǒng)輸出誤差表示為：e(n)＝y(tǒng)u(n)-y0(n)＝±vu(n)+nu(n)-y0(n)，均方誤差值是：E[e2(n)]＝E{[±vu(n)+nu(n)-y0(n)]2}；由于電網(wǎng)噪聲nu(n)與畸變信號(hào)vu(n)之間相互無(wú)關(guān)，參考信號(hào)yi(n)中基本沒(méi)有畸變信號(hào)成份，所以y0(n)也與畸變信號(hào)無(wú)關(guān)，可以得到：E[e2(n)]≈E[vu2(n)]+E{[nu(n)-y0(n)]2}；由于畸變信號(hào)功率基本穩(wěn)定，不受自適應(yīng)濾波器調(diào)節(jié)的影響，因此，E[e2(n)]的最小值就代表了E{[nu(n)-y0(n)]2}的最小值，如此，信號(hào)vu(n)的最佳估計(jì)就是系統(tǒng)輸出誤差e(n)；在自適應(yīng)FIR濾波器的計(jì)算中，采用LMS算法，采用5級(jí)濾波系數(shù)，設(shè)加權(quán)系數(shù)為W＝[w0w1w2w3w4]，則：y0(n)=Σj=15wj*yi(n-j),]]>由于調(diào)制信號(hào)在一個(gè)工頻周期采樣200個(gè)點(diǎn)，當(dāng)延遲3ms時(shí)，相當(dāng)于30個(gè)采樣間隔，所以得到參考信號(hào)為：yi(n)＝y(tǒng)u(n-30)，加權(quán)系數(shù)W的最佳估值為使E[e2(n)]最小，通過(guò)迭代來(lái)實(shí)現(xiàn)，μ為調(diào)整迭代步長(zhǎng)的收斂因子，這里取μ＝0.02，同時(shí)W的迭代初始值取W0＝[00000]， 得到：Wk+1(j)＝Wk(j)+2μek(j)yi(j)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電壓檢差信號(hào)的自適應(yīng)濾波，提高工頻通信調(diào)制時(shí)域內(nèi)的信噪比，為數(shù)據(jù)解調(diào)創(chuàng)造有利條件。在一些實(shí)施方式中，所述農(nóng)村電網(wǎng)遠(yuǎn)程檢測(cè)方法還包括：應(yīng)用于位于配電變壓器低壓側(cè)的農(nóng)網(wǎng)檢測(cè)終端的下行解調(diào)方法，其中，下行數(shù)據(jù)的采用曼徹斯特編碼調(diào)制。在一些實(shí)施方式中，所述應(yīng)用于位于配電變壓器低壓側(cè)的農(nóng)網(wǎng)檢測(cè)終端的下行解調(diào)方法包括：設(shè)fu(t)為雙極性下行數(shù)據(jù)信息，n(t)為差分后的電網(wǎng)噪聲，Δ為收發(fā)端電壓過(guò)零時(shí)差，β、δ分別為畸變信號(hào)的幅度衰減系數(shù)和傳輸時(shí)延，用戶終端以本地電壓過(guò)零點(diǎn)為基準(zhǔn)得到的前后周期電壓檢差信號(hào)可表示為：yu(t)＝fu(t)βv(t+Δ-δ)+nu(t)；在前后周期電壓檢差信號(hào)yu(t)中，噪聲nu(t)是隨機(jī)的，畸變信號(hào)的方向取決于數(shù)據(jù)信息，根據(jù)工頻通信信號(hào)傳輸特性的分析的情況，畸變信號(hào)幅度衰減和傳輸時(shí)延很小，β接近1，而δ接近0，信號(hào)的調(diào)制時(shí)域主要由收發(fā)端電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)差Δ決定；v(t)為調(diào)制變壓器低壓側(cè)實(shí)測(cè)的電壓畸變信號(hào)，選擇Kv(t+λ)作為參考信號(hào)，K為接收幅度系數(shù)，λ為相關(guān)時(shí)延，根據(jù)電壓畸變信號(hào)主要成份的持續(xù)時(shí)間情況，相關(guān)運(yùn)算時(shí)間μ選擇為3ms；這樣，前后周期電壓檢差信號(hào)yu(t)與參考信號(hào)Kv(t+λ)的互相關(guān)輸出為：Ru(λ)=∫λλ+μyu(t)Kv(t+λ)dt=fu(t)K∫λλ+μv(t+Δ)v(t+λ)dt+K∫λλ+μnu(t)v(t+λ)dt=fu(t)X(λ)+N(λ);]]>互相關(guān)輸出中既有電網(wǎng)噪聲與參考調(diào)制信號(hào)的相關(guān)輸出N(λ)，也有調(diào)制信號(hào)的自相關(guān)輸出fu(t)X(λ)；當(dāng)Δ為0時(shí)，X(λ)為正且最大，因此，通過(guò)判斷Ru(λ)的正負(fù)就能夠?qū)崿F(xiàn)下行數(shù)據(jù)信息fu(t)的解調(diào)。從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的基于多路電力線工頻通信傳輸信息的農(nóng)村配電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與方法，檢測(cè)數(shù)據(jù)基于多路電力線工頻通信方式跨越配電變壓器傳輸，具有成本低、安裝方便等優(yōu)勢(shì)，采用了自適應(yīng)干擾抵消結(jié)合匹配濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)多路工頻通信信號(hào)的時(shí)域確定，能夠克服工頻通信收發(fā)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)電壓相位差的影響，各種電氣參數(shù)的測(cè)量與多路工頻通信的調(diào)制解調(diào)都通過(guò)同一DSP、A/D平臺(tái)，通過(guò)軟件運(yùn)算實(shí)現(xiàn)，設(shè)備成本低廉，適合農(nóng)網(wǎng)改造的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)條件。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明提供的基于多路電力線工頻通信傳輸信息的農(nóng)村配電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的基于多路電力線工頻通信傳輸信息的農(nóng)村配電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施例中農(nóng)網(wǎng)檢測(cè)終端的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明提供的基于多路電力線工頻通信傳輸信息的農(nóng)村配電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控方法實(shí)施例的流程示意圖；圖4為自適應(yīng)濾波器的橫向結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明提供的基于多路電力線工頻通信傳輸信息的農(nóng)村配電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控方法實(shí)施例中的工頻通信自適應(yīng)干擾抑制示意圖。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(shuō)明。術(shù)語(yǔ)解釋：1)農(nóng)村電網(wǎng)：在我國(guó)，為縣級(jí)區(qū)域內(nèi)的縣城、村鎮(zhèn)、農(nóng)墾區(qū)及林牧區(qū)用戶供電的110kV及以下配電網(wǎng)，在農(nóng)村電力網(wǎng)中起重要分配電能作用的網(wǎng)絡(luò)，由架空線路、電纜、桿塔、配電變壓器、隔離開關(guān)、無(wú)功補(bǔ)償電容以及一些附屬設(shè)施等組成。2)電力線工頻通信：利用電力線傳輸通過(guò)電網(wǎng)工頻電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生微小的畸變信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信方式。需要說(shuō)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(shuō)明。農(nóng)村電網(wǎng)的自動(dòng)化改造是建設(shè)現(xiàn)代化新農(nóng)村的組成部分，針對(duì)農(nóng)網(wǎng)用戶分散、負(fù)荷相對(duì)較低、供電線路較長(zhǎng)等特點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種基于多路電力線工頻通信傳輸信息的農(nóng)村配電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，能夠適應(yīng)農(nóng)網(wǎng)的地域條件和信道環(huán)境，為農(nóng)網(wǎng)改造創(chuàng)造有利條件。為了傳輸更大容量的農(nóng)網(wǎng)檢測(cè)信息，本發(fā)明采用了多路工頻通信傳輸方式。參照附圖1和附圖2，分別為本發(fā)明提供的基于多路電力線工頻通信傳輸信息的農(nóng)村配電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖和農(nóng)網(wǎng)檢測(cè)終端的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1和圖2所示，所述基于多路工頻通信技術(shù)的農(nóng)村電網(wǎng)遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)，其中的檢測(cè)信息傳輸采用多路工頻通信方式實(shí)現(xiàn)，包括位于變電站的多個(gè)集中器和位于配電變壓器低壓側(cè)的多個(gè)農(nóng)網(wǎng)檢測(cè)終端；每個(gè)集中器包括用于工頻通信的上行解調(diào)單元、下行調(diào)制單元和工控機(jī)；每個(gè)農(nóng)網(wǎng)檢測(cè)終端包括傳感器模塊、工頻通信模塊和綜合管理模塊；其中，所述傳感器模塊包括電壓傳感器PT和電流傳感器CT；工頻通信模塊包括工頻通信調(diào)制模塊、工頻通信解調(diào)模塊、32位的第一微處理器MCU(可選的，其型號(hào)為MB91F467D)和16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D(可選的，其型號(hào)為AD7656)，并以32位的第一微處理器MCU和16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D為核心；工頻通信模塊通過(guò)傳感器模塊和信號(hào)調(diào)理電路獲得農(nóng)網(wǎng)線路的電壓、電流信息，通過(guò)軟件運(yùn)算，第一微處理器MCU進(jìn)行電氣參數(shù)測(cè)量和下行工頻通信信號(hào)的檢測(cè)，當(dāng)需要回送上行工頻通信信號(hào)時(shí)，第一微處理器MCU通過(guò)觸發(fā)電路驅(qū)動(dòng)可控硅導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)調(diào)制電阻，從而進(jìn)行上行畸變電流的調(diào)制。TWACS技術(shù)傳輸距離長(zhǎng)，且可跨越變壓器進(jìn)行傳輸，農(nóng)網(wǎng)中配電變壓器多，如果應(yīng)用TWACS技術(shù)作為配網(wǎng)中進(jìn)行通信的通信方式，則只需在變電站處安裝主站設(shè)備(集中器)、終端設(shè)備即可進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。農(nóng)村電網(wǎng)分布廣泛，配電變壓器多，如果應(yīng)用TWACS做長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)通信，不僅可以節(jié)省通訊線路的花費(fèi)，而且可靠性高，成本低，可穿越變壓器進(jìn)行通信。主站設(shè)備有集中器，集中器中有工頻通信上行解調(diào)單元、下行調(diào)制單元和工控機(jī)。終端本身能夠?qū)r(nóng)網(wǎng)的電氣參數(shù)如電壓、電流、用電量等進(jìn)行采集，并且可以判斷農(nóng)網(wǎng)的運(yùn)行情況。上、下行工頻通信信號(hào)都在電壓過(guò)零時(shí)刻進(jìn)行調(diào)制，這樣使得信號(hào)調(diào)制所 需功率最低；由于電網(wǎng)噪聲嚴(yán)重，為了使信號(hào)檢測(cè)時(shí)能夠通過(guò)時(shí)域差分去除背景干擾，每位上、下行數(shù)據(jù)都通過(guò)多個(gè)工頻周期內(nèi)調(diào)制信號(hào)的位置來(lái)表示。較佳的，所述綜合管理模塊包括第二微處理器(可選為Atmega128)以及其他外圍器件，所述綜合管理模塊與所述工頻通信模塊之間通過(guò)UART數(shù)字接口RS232進(jìn)行信息交換，一方面用于完成農(nóng)網(wǎng)檢測(cè)終端自身測(cè)試而獲得的電氣參數(shù)管理，另一方面則通過(guò)RS485接口與智能電表或其他儀表通信，用于獲得更多的農(nóng)網(wǎng)信息。為了在農(nóng)村配電網(wǎng)可靠傳輸檢測(cè)信息，本發(fā)明針對(duì)工頻通信傳輸特性和農(nóng)網(wǎng)信道環(huán)境，提出基于匹配濾波結(jié)合自適應(yīng)干擾抵消技術(shù)的基于多路電力線工頻通信傳輸信息的農(nóng)村配電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控方法。參照附圖3，為本發(fā)明提供的基于多路電力線工頻通信傳輸信息的農(nóng)村配電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控方法實(shí)施例的流程示意圖。所述基于多路工頻通信技術(shù)的農(nóng)村電網(wǎng)遠(yuǎn)程檢測(cè)方法，包括在所述農(nóng)網(wǎng)檢測(cè)終端和/或集中器中進(jìn)行的同步檢測(cè)方法，其具體包括：步驟101：利用匹配濾波方式確定各路工頻通信信號(hào)的調(diào)制時(shí)域。由于工頻通信信號(hào)收發(fā)端存在電壓相位差，必須通過(guò)技術(shù)手段確定接收信號(hào)調(diào)制時(shí)域后才能保證解調(diào)性能，在時(shí)頻分析方法中，維格納分布雖然性能較好，但計(jì)算量大，當(dāng)同時(shí)計(jì)算多路上行調(diào)制信號(hào)時(shí)域時(shí)，對(duì)上行解調(diào)單元的處理速度要求高。為了計(jì)算的實(shí)時(shí)性，由于疊加合成信號(hào)的信噪比較高，本發(fā)明設(shè)計(jì)了采用匹配濾波方式來(lái)確定信號(hào)時(shí)域的方法。本發(fā)明設(shè)計(jì)多路工頻通信的前導(dǎo)信息由M序列編碼調(diào)制(曼徹斯特編碼調(diào)制)，數(shù)據(jù)信息由正交編碼方式調(diào)制，接收的時(shí)候，通過(guò)正交向量檢測(cè)實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)并行傳輸，利用M序列的自相關(guān)特性實(shí)現(xiàn)本路工頻通信前導(dǎo)信息區(qū)分，然后通過(guò)疊加合成大大增強(qiáng)前導(dǎo)信息的信噪比，在此基礎(chǔ)上，基于匹配濾波方式確定各路工頻通信信號(hào)的調(diào)制時(shí)域。由于是在電壓過(guò)零前30°進(jìn)行調(diào)制，電流畸變脈沖的時(shí)域長(zhǎng)度基本能夠確定，假設(shè)配電變壓器低壓側(cè)實(shí)測(cè)的電流調(diào)制信號(hào)作為參考信號(hào)，選擇合適的抽樣時(shí)刻，形成疊加合成信號(hào)的匹配濾波器，其濾波輸出為：wj(t)=v(t0-t)*cj(t)=∫-∞∞v(t0-τ)cj(t-t0+τ)dτ---(1)]]>其中，v(t)為參考信號(hào)，t0為抽樣時(shí)刻，v(t0-t)為疊加合成信號(hào)的匹配濾 波器；根據(jù)匹配濾波原理，抽樣時(shí)刻t0的選擇應(yīng)使匹配濾波輸出正好是調(diào)制信號(hào)的鏡像反轉(zhuǎn)，而且輸出信噪比最佳，也就是濾波輸出最大；在理想情況下，畸變信號(hào)以電壓過(guò)零為中心，其持續(xù)時(shí)間為ta(選擇為3毫秒)，如果沒(méi)有電壓過(guò)零時(shí)差Δj存在，抽樣時(shí)刻t0應(yīng)當(dāng)是比電壓過(guò)零時(shí)刻偏移ta/2后的時(shí)刻；因此，將使濾波輸出達(dá)到峰值對(duì)應(yīng)的抽樣時(shí)刻t0減去ta/2的時(shí)間即是該路信號(hào)收發(fā)端的電壓過(guò)零時(shí)差Δj；根據(jù)上述方式得的電壓過(guò)零時(shí)差即可確定該路工頻通信信號(hào)的調(diào)制時(shí)域，為工頻通信的數(shù)據(jù)解調(diào)提供基礎(chǔ)；由于計(jì)算量大大降低，工頻通信子站設(shè)備能夠在較低器件成本的條件下實(shí)時(shí)進(jìn)行多路上行信號(hào)的時(shí)域確定，適應(yīng)農(nóng)網(wǎng)自動(dòng)化改造的特點(diǎn)。步驟102：利用自適應(yīng)干擾抵消技術(shù)進(jìn)行工頻通信降噪。當(dāng)基于匹配濾波方式確定多路工頻通信信號(hào)調(diào)制時(shí)域后，在信號(hào)時(shí)域內(nèi)依然存在大量干擾噪聲，必須提供相關(guān)技術(shù)手段抑制干擾后，才能獲得更好的數(shù)據(jù)解調(diào)性能，針對(duì)此，本發(fā)明提出了基于自適應(yīng)干擾抵消技術(shù)的工頻通信降噪手段。自適應(yīng)濾波是在維納濾波、卡爾曼濾波等線性濾波基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種最佳濾波方法，就是利用前一時(shí)刻以獲得的濾波器參數(shù)等結(jié)果，自動(dòng)的調(diào)節(jié)現(xiàn)時(shí)刻的濾波器參數(shù)，以適應(yīng)信號(hào)和噪聲未知的或隨時(shí)間變化的統(tǒng)計(jì)特性，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)濾波，圖4是自適應(yīng)濾波器的基本結(jié)構(gòu)。一般的情況下，自適應(yīng)濾波器由兩部分組成，一是濾波器的結(jié)構(gòu)，二是調(diào)節(jié)濾波器系數(shù)的自適應(yīng)算法；自適應(yīng)濾波器的系數(shù)受誤差信號(hào)的控制，根據(jù)的值和具體的自適應(yīng)算法自動(dòng)調(diào)整，自適應(yīng)濾波器濾波有多種算法，其中較為常用的是LMS與RLS算法。在自適應(yīng)濾波處理中，參考信號(hào)的選擇是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，當(dāng)在電力線的某相位進(jìn)行調(diào)制時(shí)，同時(shí)會(huì)對(duì)其他相的線路產(chǎn)生交叉干擾，因此，接收端將其他相同時(shí)刻的信號(hào)作為噪聲參考信號(hào)是不合理的。工頻通信信號(hào)的調(diào)制一般都是在電壓過(guò)零前30°進(jìn)行，根據(jù)系統(tǒng)模型仿真和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)信號(hào)得知畸變信號(hào)持續(xù)時(shí)間一般小于3ms，本發(fā)明通過(guò)時(shí)頻分析方法確定了信號(hào)的調(diào)制時(shí)域，而調(diào)制時(shí)域外的信號(hào)都是電網(wǎng)干擾，而電網(wǎng)干擾 信號(hào)存在一定的關(guān)系，所以選擇將調(diào)制信號(hào)存在時(shí)域外約3ms的取樣信號(hào)作為噪聲參考信號(hào)，這樣就能夠基本保證噪聲參考信號(hào)與調(diào)制信號(hào)無(wú)關(guān)。根據(jù)此，可以將采樣輸入信號(hào)延遲3ms的信號(hào)作為噪聲參考信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)濾波處理。如圖3所示為工頻通信自適應(yīng)干擾抑制示意圖，輸入通道包括工頻調(diào)制信號(hào)和電網(wǎng)干擾；參考通道為輸入通道延遲3ms的信號(hào)，以保證在調(diào)制時(shí)域內(nèi)參考信號(hào)與調(diào)制信號(hào)無(wú)關(guān)，只與電網(wǎng)干擾有關(guān)，這樣系統(tǒng)輸出誤差即是對(duì)工頻調(diào)制信號(hào)的最優(yōu)估計(jì)。進(jìn)一步的，以下行信號(hào)解調(diào)為例進(jìn)行分析，輸入通道信號(hào)即是電壓檢差信號(hào)，表示為：yu(n)＝f(n)v(n)+nu(n)(2)式中，yu(n)為離散化的電壓檢差信號(hào)，v(n)為離散化的調(diào)制信號(hào)，f(n)為數(shù)據(jù)信息位，表示畸變信號(hào)的方向，取值為“+1”或“-1”，nu(n)為電網(wǎng)干擾；參考通道信號(hào)為：yi(n)＝y(tǒng)u(n-ΔT)＝nu(n-ΔT)(3)式中，ΔT選擇為3ms，由于畸變信號(hào)主要成份只存在2ms至3ms的時(shí)間，這樣在參考信號(hào)中，基本沒(méi)有調(diào)制信號(hào)，只剩下電網(wǎng)噪聲。該系統(tǒng)有兩路通道，分別為輸入通道和參考通道，其中噪聲nu(n)與有用信號(hào)s(n)不相關(guān)；當(dāng)數(shù)據(jù)信息f(n)為“+1”時(shí)，參考信道傳輸與有用信號(hào)不相關(guān)而與噪聲相關(guān)的噪聲nu(n)。如圖3所示，參考信號(hào)yi(n)的自適應(yīng)FIR濾波輸出為y0(n)，系統(tǒng)輸出誤差為e(n)，對(duì)噪聲進(jìn)行自適應(yīng)濾波，使輸出與噪聲相匹配，系統(tǒng)輸出誤差即是對(duì)有用信號(hào)的最優(yōu)估計(jì)，由于數(shù)據(jù)信息f(n)的取值為“+1”或“-1”，這樣，系統(tǒng)輸出誤差表示為：e(n)＝y(tǒng)u(n)-y0(n)＝±vu(n)+nu(n)-y0(n)(4)均方誤差值是：E[e2(n)]＝E{[±vu(n)+nu(n)-y0(n)]2}(5)由于電網(wǎng)噪聲nu(n)與畸變信號(hào)vu(n)之間相互無(wú)關(guān)，同時(shí)如前所述，參考信號(hào)yi(n)中基本沒(méi)有畸變信號(hào)成份，所以y0(n)也與畸變信號(hào)無(wú)關(guān)，參考有關(guān) 文獻(xiàn)，可以得到：E[e2(n)]≈E[vu2(n)]+E{[nu(n)-y0(n)]2}(6)由于畸變信號(hào)功率基本穩(wěn)定，不受自適應(yīng)濾波器調(diào)節(jié)的影響，因此，E[e2(n)]的最小值就代表了E{[nu(n)-y0(n)]2}的最小值，如此，信號(hào)vu(n)的最佳估計(jì)就是系統(tǒng)輸出誤差e(n)；在自適應(yīng)FIR濾波器的計(jì)算中，采用LMS算法，采用5級(jí)濾波系數(shù)，設(shè)加權(quán)系數(shù)為W＝[w0w1w2w3w4]，則：y0(n)=Σj=15wj*yi(n-j)---(7)]]>由于調(diào)制信號(hào)在一個(gè)工頻周期采樣200個(gè)點(diǎn)，當(dāng)延遲3ms時(shí)，相當(dāng)于30個(gè)采樣間隔，所以得到參考信號(hào)為：yi(n)＝y(tǒng)u(n-30)(8)加權(quán)系數(shù)W的最佳估值為使E[e2(n)]最小，通過(guò)迭代來(lái)實(shí)現(xiàn)，μ為調(diào)整迭代步長(zhǎng)的收斂因子，這里取μ＝0.02，同時(shí)W的迭代初始值取W0＝[00000]，得到：Wk+1(j)＝Wk(j)+2μek(j)yi(j)(9)從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電壓檢差信號(hào)的自適應(yīng)濾波，提高工頻通信調(diào)制時(shí)域內(nèi)的信噪比，為數(shù)據(jù)解調(diào)創(chuàng)造有利條件。此外，所述基于多路工頻通信技術(shù)的農(nóng)村電網(wǎng)遠(yuǎn)程檢測(cè)方法，還包括：應(yīng)用于位于配電變壓器低壓側(cè)的農(nóng)網(wǎng)檢測(cè)終端的下行解調(diào)方法，其中，下行數(shù)據(jù)的采用曼徹斯特編碼調(diào)制。在本發(fā)明設(shè)計(jì)的農(nóng)網(wǎng)遠(yuǎn)程檢測(cè)終端中，工頻通信模塊內(nèi)的MCU同時(shí)進(jìn)行農(nóng)網(wǎng)電氣參數(shù)的測(cè)量與下行工頻通信功能，當(dāng)電壓、電流信號(hào)通過(guò)PT和CT獲取后，農(nóng)網(wǎng)三相電壓、電流、有功和無(wú)功電量、功率因數(shù)等參數(shù)的計(jì)算方法比較成熟，關(guān)鍵在于下行工頻通信信號(hào)的準(zhǔn)確解調(diào)。下行工頻通信采用電壓畸變實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，這樣MCU通過(guò)A/D采集來(lái)自電壓傳感器的電壓信號(hào)，通過(guò)比較電路獲得過(guò)電壓過(guò)零點(diǎn)，以此為時(shí)域差分運(yùn)算的基準(zhǔn)，有效抑制背景干擾、突出電壓畸變信號(hào)，然后基于自適應(yīng)濾波等手段提高信噪比，再通過(guò)互相關(guān)等手段實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)解調(diào)。在工頻通信信號(hào)檢測(cè)方面，傳統(tǒng)的下行解調(diào)方式是根據(jù)前后周波電壓過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間變化情況通過(guò)硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，畸變信號(hào)引起的電壓過(guò)零時(shí)間變化很小，信號(hào)解調(diào)容易受到電網(wǎng)噪聲的影響，這種解調(diào)方式通信效果差，只能在干擾較小的民用電網(wǎng)應(yīng)用。下行數(shù)據(jù)的采用曼徹斯特編碼調(diào)制，通過(guò)兩個(gè)相鄰電壓周期中電壓畸變信號(hào)的位置來(lái)表示一位數(shù)據(jù)信息，在獲得數(shù)據(jù)編碼起始工頻周期的情況下，將前后周期電壓信號(hào)作差后能夠除去大部分電網(wǎng)干擾，而作差信號(hào)中電壓調(diào)制成份的正負(fù)就由數(shù)據(jù)信息決定。具體的，所述應(yīng)用于位于配電變壓器低壓側(cè)的農(nóng)網(wǎng)檢測(cè)終端的下行解調(diào)方法包括：設(shè)fu(t)為雙極性下行數(shù)據(jù)信息，n(t)為差分后的電網(wǎng)噪聲，Δ為收發(fā)端電壓過(guò)零時(shí)差，β、δ分別為畸變信號(hào)的幅度衰減系數(shù)和傳輸時(shí)延，用戶終端以本地電壓過(guò)零點(diǎn)為基準(zhǔn)得到的前后周期電壓檢差信號(hào)可表示為：yu(t)＝fu(t)βv(t+Δ-δ)+nu(t)(10)在前后周期電壓檢差信號(hào)yu(t)中，噪聲nu(t)是隨機(jī)的，畸變信號(hào)的方向取決于數(shù)據(jù)信息，根據(jù)工頻通信信號(hào)傳輸特性的分析的情況，畸變信號(hào)幅度衰減和傳輸時(shí)延很小，β接近1，而δ接近0，信號(hào)的調(diào)制時(shí)域主要由收發(fā)端電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)差Δ決定；由于在同步檢測(cè)時(shí)獲得了下行信號(hào)的調(diào)制時(shí)域，這種情況下設(shè)置參考信號(hào)采用互相關(guān)方式進(jìn)行解調(diào)比較合適；同時(shí)，按照如式(3)至(9)的自適應(yīng)濾波方法后，電壓減差信號(hào)的信噪比大大提升，為互相關(guān)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)下行解調(diào)創(chuàng)造了有利條件。v(t)為調(diào)制變壓器低壓側(cè)實(shí)測(cè)的電壓畸變信號(hào)，選擇Kv(t+λ)作為參考信號(hào)，K為接收幅度系數(shù)，λ為相關(guān)時(shí)延，根據(jù)電壓畸變信號(hào)主要成份的持續(xù)時(shí)間情況，相關(guān)運(yùn)算時(shí)間μ選擇為3ms；這樣，式(10)中前后周期電壓檢差信號(hào)yu(t)與參考信號(hào)Kv(t+λ)的互相關(guān)輸出為：Ru(λ)=∫λλ+μyu(t)Kv(t+λ)dt=fu(t)K∫λλ+μv(t+Δ)v(t+λ)dt+K∫λλ+μnu(t)v(t+λ)dt=fu(t)X(λ)+N(λ)---(11)]]>互相關(guān)輸出中既有電網(wǎng)噪聲與參考調(diào)制信號(hào)的相關(guān)輸出N(λ)，也有調(diào)制信號(hào)的自相關(guān)輸出fu(t)X(λ)；當(dāng)Δ為0時(shí)，X(λ)為正且最大，因此，通過(guò)判斷Ru(λ)的正負(fù)就能夠?qū)崿F(xiàn)下行數(shù)據(jù)信息fu(t)的解調(diào)。從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的基于多路工頻通信技術(shù)的農(nóng)村電網(wǎng)遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)與方法，其具體特點(diǎn)包括：(1)基于多路工頻通信的農(nóng)網(wǎng)遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)能夠適應(yīng)農(nóng)網(wǎng)農(nóng)網(wǎng)用戶分散、供電線路長(zhǎng)、負(fù)荷相對(duì)較輕但地形條件復(fù)雜的環(huán)境特點(diǎn)；(2)采用了結(jié)合匹配濾波與自適應(yīng)干擾抵消技術(shù)的多路工頻通信信號(hào)檢測(cè)方法；(3)其農(nóng)網(wǎng)檢測(cè)終端采用了農(nóng)網(wǎng)電氣參數(shù)檢測(cè)與工頻通信功能的一體化實(shí)現(xiàn)方法，由于采用同一硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了工頻通信與電氣測(cè)量功能，檢測(cè)終端具有良好的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，而在農(nóng)網(wǎng)遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)中，設(shè)備成本主要在于檢測(cè)終端，這樣就為系統(tǒng)的推廣創(chuàng)造了有利條件。本發(fā)明針對(duì)農(nóng)網(wǎng)用戶分散、供電線路長(zhǎng)、負(fù)荷相對(duì)較輕但地形條件復(fù)雜等情況，在研究城市自動(dòng)抄表系統(tǒng)常用的幾種通信方式基礎(chǔ)上，提出了基于多路電力線工頻通信技術(shù)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，包括抄表終端和變電站集中器部分，可以對(duì)農(nóng)網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)創(chuàng)造有利條件，在如下方面具有明顯優(yōu)勢(shì)：1)基于多路工頻通信的農(nóng)網(wǎng)遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由于工頻通信技術(shù)具有衰減小、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠適應(yīng)農(nóng)網(wǎng)環(huán)境，多路工頻通信信號(hào)并行傳輸能夠提高通信速率，為傳輸更多信息創(chuàng)造有利條件；2)結(jié)合匹配濾波與自適應(yīng)干擾抵消技術(shù)的多路工頻通信信號(hào)檢測(cè)方法，這樣能夠有效抑制電網(wǎng)干擾噪聲，提高多路工頻通信的性能；3)農(nóng)網(wǎng)電氣參數(shù)檢測(cè)與工頻通信功能的一體化實(shí)現(xiàn)方法，遠(yuǎn)程檢測(cè)終端以DSP、AD、PT、CT等器件為平臺(tái)，通過(guò)軟件運(yùn)算同時(shí)實(shí)現(xiàn)電氣測(cè)量、運(yùn)行狀態(tài)診斷、工頻通信信號(hào)處理，設(shè)備成本低，為在農(nóng)網(wǎng)的規(guī)模化推廣應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。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