專利名稱：基于時段自適應(yīng)的電力線工頻通信系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明電力線工頻通信技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信及信號處理 的一種基于時段自適應(yīng)的的電力線工頻通信系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
電力線工頻通信方式通過電壓過零附近的電壓、電流畸變來實現(xiàn)信息的傳輸，由 于畸變信號屬于低頻信號，無須在高壓線路附加設(shè)備就能夠?qū)崿F(xiàn)跨變壓器臺區(qū)的長距離傳 輸，與采用高頻信號傳輸?shù)腎OKV電力載波通信比較，設(shè)備成本低得多，與公共無線網(wǎng)絡(luò)比 較，沒有通信服務(wù)費用；因此，電力線工頻通信在配電自動化管理領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前
旦
O如圖1所示的工頻通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，在變電所的主變壓器副邊的高壓輸電線 依次跨接調(diào)制變壓器、配電變壓器。電力線不是專門的通信線路，信道環(huán)境不理想，工頻通 信方式還難以保證工業(yè)電網(wǎng)的通信性能，基本只在民用電網(wǎng)的抄表系統(tǒng)有應(yīng)用；以往的研 究重點主要在工業(yè)電網(wǎng)的噪聲對工頻調(diào)制信號的影響方面，而忽略了工頻通信收發(fā)端電壓 過零時刻的差異，如圖2所示的畸變信號及收發(fā)端電壓過零時差，由于供電線路阻抗、變壓 器連接方式、負(fù)載等因素，變電所與配電變壓器電壓側(cè)的電壓過零時刻存在差異，尤其在工 業(yè)電網(wǎng)中，用電負(fù)載主要是大功率電機(jī)，電壓過零差較大；傳統(tǒng)的工頻通信方式基于本端電 壓過零時刻作為工頻通信的調(diào)制解調(diào)時域，會導(dǎo)致工頻調(diào)制信號的解調(diào)時段與信號的存在 時域存在明顯誤差，再加上電網(wǎng)噪聲的干擾，工頻通信性能受到嚴(yán)重影響。本發(fā)明設(shè)計在工頻通信數(shù)據(jù)信息調(diào)制前，增加了基于偽隨機(jī)序列編碼的前導(dǎo)信 息，解調(diào)時，在前導(dǎo)信息時段將電壓或電流采樣信號根據(jù)偽隨機(jī)序編碼形成合成信號，明 顯提高工頻調(diào)制信號的信噪比，然后利用維格納分布進(jìn)行時頻分析來確定工頻調(diào)制信號所 在時域，在數(shù)據(jù)解調(diào)時根據(jù)時頻分析得到的電壓過零時差來進(jìn)行解調(diào)運算，由于解調(diào)、判決 時段準(zhǔn)確，工頻通信的抗干擾能力得到明顯增強(qiáng)，能夠適應(yīng)工業(yè)電網(wǎng)惡劣的信道環(huán)境，同時 還能夠自動適應(yīng)配電變壓器的各種連接方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供基于時段自適應(yīng)的電力線工頻通信檢測方法及系統(tǒng)，其特征 在于，所述基于時段自適應(yīng)的電力線工頻通信檢測系統(tǒng)由位于變電所的主站設(shè)備和位于配 電變壓器低壓側(cè)的遠(yuǎn)程通信終端組成，所述主站裝置又包括下行信號驅(qū)動裝置和上行信號 解調(diào)裝置；下行信號驅(qū)動裝置通過變電所內(nèi)的所用變壓器連接在高壓輸電線路上，A/D轉(zhuǎn) 換器通過電壓互感器PT和電流互感器CT連接在高壓輸電線路上，將PT、CT采集的電壓和 電流信號轉(zhuǎn)換為可供DSP處理的數(shù)字量；DSP處理器，下行信號驅(qū)動裝置和A/D轉(zhuǎn)換器組成 控制模塊；工頻信號終端通過電壓互感器PT和配電變壓器連接在高壓輸電線路上；所述下行信號驅(qū)動裝置由微處理器CPU分別連接雙向可控硅的觸發(fā)電路、正負(fù)比 較電路和Max485 ；雙向可控硅通過保護(hù)電路和電感L連接，正負(fù)比較電路連接信號調(diào)理電路構(gòu)成；信號調(diào)理電路通過電壓互感器PT連接至所用變壓器副邊；電感L連接至所用變壓 器副邊；工控機(jī)和Max485連接；所述上行信號解調(diào)裝置以DSP處理器和16位A/D轉(zhuǎn)換器連接組成，DSP處理器通 過正負(fù)比較電路、電壓互感器PT與所用變壓器連接；16位A/D轉(zhuǎn)換器通過調(diào)理電路分別與 連接在A、B、C相線上的三個二次電流互感器CT連接；所述遠(yuǎn)程通信終端包括由DSP處理器 和16位A/D轉(zhuǎn)換器連接組成處理模塊，，DSP處理器連接觸發(fā)電路，觸發(fā)電路通過保護(hù)電路 連接雙向可控硅的控制極，雙向可控硅的漏極通過電感L接地，源極連接配電變壓器380V 端；配電變壓器380V端通過電壓互感器PT分別連接信號調(diào)理電路和正負(fù)比較電路，并且信 號調(diào)理電路再連接16位A/D轉(zhuǎn)換器，正負(fù)比較電路再連接DSP處理器。遠(yuǎn)程通信終端的功 能是下行電壓畸變信號解調(diào)、通信協(xié)議處理、上行電流調(diào)制，這些功能都是以DSP運算處理 為核心完成；DSP通過16位A/D采集、處理電壓信號，首先根據(jù)前導(dǎo)信息確定來自變電所的 下行電壓畸變信息所在時域，然后結(jié)合收發(fā)端電壓過零時差進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)，抗干擾能力大 大增強(qiáng)，所述下行信號驅(qū)動裝置通過調(diào)制變壓器或變電所用變在電壓過零附近產(chǎn)生電壓 畸變信號傳輸至配電變壓器的低壓側(cè)，遠(yuǎn)程通信終端基于時段自適應(yīng)方式接收、處理下行 信號；當(dāng)工頻通信終端回送上行信息時，通信終端在電壓過零附近通過配電變壓器產(chǎn)生電 流畸變信號，變電所的上行信號解調(diào)裝置通過傳感器采集IOKV線路的電流信號，也是基于 時段自適應(yīng)方式實現(xiàn)上行解調(diào)。由于具備時段自適應(yīng)接收特點，本發(fā)明的工頻通信系統(tǒng)在 調(diào)制解調(diào)時，能夠自適應(yīng)調(diào)制變壓器和配電變壓器的各種連接方式。一種基于時段自適應(yīng)的電力線工頻通信檢測方法，其特征在于，包括以下部分1)基于前導(dǎo)信息的信號時域確定首先根據(jù)調(diào)制編碼合成采樣信號，這樣能夠明顯提高工頻畸變信號的信噪比，然 后根據(jù)調(diào)制信號頻譜范圍對合成信號進(jìn)行時頻分析計算，時頻分析采用基于短時傅立葉變 換作為窗函數(shù)的維格納分布，既能獲得很高的時頻分辨率，又能夠抑制交叉干擾影響；能量 分布最集中的時域即判斷為工頻畸變信號所在時段，并確定工頻通信收發(fā)端電壓過零的時 差；在工頻通信系統(tǒng)的上、下行數(shù)據(jù)調(diào)制前都加入前導(dǎo)信息；前導(dǎo)信息通過N個序列碼片通 過2N個工頻周期來實現(xiàn)調(diào)制，每個碼片用兩個工頻周期中電壓、電流畸變信號位置的前 后來代表，其碼片編碼方式采用偽噪聲編碼，N越大，調(diào)制信號的時域確定越精確，但時間開 銷也增加，選則N為7或11;在接收端，通過與發(fā)送端一致的編碼將2N個工頻周期的采樣信號通過差分、編碼 加權(quán)運算產(chǎn)生合成信號，加權(quán)編碼與發(fā)送端編碼一致。2)結(jié)合電壓過零時差的數(shù)據(jù)解調(diào)方式，根據(jù)數(shù)據(jù)信息的編碼特點，反映數(shù)據(jù)信息 的調(diào)制信號波形事先能夠確定，數(shù)據(jù)解調(diào)只是波形方向的判斷，而且通過時頻分析計算能 夠確定調(diào)制波形的準(zhǔn)確時域；采用互相關(guān)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)，其解調(diào)運算、判決時刻通過檢 測端電壓過零時刻結(jié)合時頻分析所得到的收發(fā)端電壓過零時差來確定；由于電網(wǎng)噪聲強(qiáng)， 工頻通信系統(tǒng)中上、下行數(shù)據(jù)傳輸都是通過工頻調(diào)制信號的方向反映，數(shù)據(jù)信息的調(diào)制方 式，編碼與傳統(tǒng)工頻通信系統(tǒng)一致，下行數(shù)據(jù)調(diào)制采用每2個工頻周期攜帶一個數(shù)據(jù)信息， 通過電壓畸變信號所在位置的前后來代表，而每個上行數(shù)據(jù)通過4個工頻周期的電流畸變 信號來代表。
所述維格納分布(WVD)具有很高的時頻分辨率，很合適通過時頻分布確定畸變電 流發(fā)送時間，但維格納分布屬于非線性變換，對合成信號而言，要通過維格納分布變換得到 準(zhǔn)確的時頻變化情況，還必需抑制不同信號之間的交叉干擾；將基于短時傅立葉變換的自 譜窗函數(shù)與維格納分布結(jié)合既能夠獲得良好的時頻分布特性，又可以降低交叉干擾的影 響。前導(dǎo)信息合成信號s (t)的維格納分布為
+OOΨ( ,ω) = + τ !2)s* {t-τ 12) exp(-jar)dT
-CO自譜窗函數(shù)表示為
帕2Q{t,a) = \STFT(t,mf = \s(T)h(r -1) exp(-]ωτ) τ
—οο其中，h(t)為短時傅立葉變換的窗函數(shù)，本專利選擇為矩形窗。這樣，抑制交叉影響的維格納分布為W(t，ω) ▽= ff(t, co)Q(t，ω)維格納分布的運算量很大，為了計算的實時性，只分析合成信號中符合調(diào)制信號 頻率范圍的時頻分布情況，考慮到電網(wǎng)中奇次諧波干擾比較嚴(yán)重，本專利采用208. 3ΗΖ、 312. 5ΗΖ、416. 6ΗΖ、520. 8ΗΖ這4個偶次諧波附近頻率的維格納分布來反映調(diào)制信號的能量 分布狀況。這樣，符合工頻調(diào)制信號頻域范圍的能量分布函數(shù)W(n)為
W{n) =，其中，η為采樣信號的離散時間，ω i代表了以上4個頻率成份；接
i=\
收端通過W(n)參數(shù)能夠得到工頻調(diào)制信號能量分布的峰值時刻，該時刻與發(fā)送端的電壓 過零時差很小而且基本固定，這樣就能夠計算出工頻通信收發(fā)端的電壓過零時差。本發(fā)明的有益效果是與傳統(tǒng)工頻通信方式比較，本方法能夠提高工頻通信性能， 而且能夠自動適應(yīng)配電變壓器的各種連接方式，即使在由于變壓器星角變換導(dǎo)致收發(fā)端電 壓過零時差大的工況下也能夠保證通信質(zhì)量。


圖1為工頻通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為畸變信號及收發(fā)端電壓過零時差圖。圖3為工頻通信系統(tǒng)設(shè)備示意圖。圖4為下行驅(qū)動裝置示意圖。圖5為遠(yuǎn)程通信終端結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為上行調(diào)制電路示意圖。圖7為上行解調(diào)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供基于時段自適應(yīng)的電力線工頻通信檢測方法及系統(tǒng)。下面結(jié)合附圖 予以說明。圖3為工頻通信系統(tǒng)設(shè)備示意圖。所述基于時段自適應(yīng)的電力線工頻通信檢測系統(tǒng)由位于變電所的主站設(shè)備和位于配電變壓器低壓側(cè)的遠(yuǎn)程通信終端組成，所述主站裝置 又包括下行信號驅(qū)動裝置和上行信號解調(diào)裝置；下行信號驅(qū)動裝置通過所用變壓器連接在 高壓輸電線路上，A/D轉(zhuǎn)換器通過電壓互感器PT和電流互感器CT連接在高壓輸電線路上， 將PT、CT采集的電壓和電流信號轉(zhuǎn)換為可供DSP處理的數(shù)字量；DSP處理器，下行信號驅(qū)動 裝置和A/D轉(zhuǎn)換器組成控制模塊；工頻信號終端通過電壓互感器PT和配電變壓器連接在高 壓輸電線路上。圖4所示，下行信號驅(qū)動裝置由微處理器CPU分別連接雙向可控硅的觸發(fā) 電路、正負(fù)比較電路和Max485 ；雙向可控硅通過保護(hù)電路和電感L連接，正負(fù)比較電路連接 信號調(diào)理電路構(gòu)成；信號調(diào)理電路通過電壓互感器PT連接至所用變副邊；電感L也連接至 所用變副邊；工控機(jī)和Max485連接。下行信號驅(qū)動裝置安裝所用變低壓側(cè)，調(diào)制變壓器的 低壓輸出經(jīng)電壓傳感器PT和信號調(diào)理電路、正負(fù)比較電路后形成方波，下行信號驅(qū)動裝置 內(nèi)的微處理器通過方波就能夠判斷電壓過零時刻，從而能夠在電壓過零前30°左右進(jìn)行調(diào) 制。當(dāng)需要發(fā)送下行工頻通信信息時，為了安全考慮，防止出現(xiàn)誤驅(qū)動，微處理器通過 8個I/O接口通過譯碼電路形成邏輯信號經(jīng)觸發(fā)電路驅(qū)動可控硅控制調(diào)制變壓器的低壓輸 出端進(jìn)行調(diào)制。本發(fā)明選擇電感作為驅(qū)動器件，在相同電壓畸變幅度情況下，所產(chǎn)生的電壓畸變 信號所占時域比電阻驅(qū)動方式更寬，對下行解調(diào)有利。為了包含設(shè)備安全，下行信號驅(qū)動裝置還有保護(hù)電路，保護(hù)電路由空氣開關(guān)和快 速熔斷器組成，當(dāng)出現(xiàn)器件短路，調(diào)制電流突然加大時，保護(hù)電路能夠迅速切斷驅(qū)動回路， 不會損害裝置，當(dāng)故障排除后，能夠方便恢復(fù)。所述下行信號驅(qū)動裝置在下行信號調(diào)制過程中，根據(jù)適合油田電網(wǎng)的編碼方式由 微處理器將下行指令形成控制編碼進(jìn)行驅(qū)動，本專利在數(shù)據(jù)調(diào)制前須加入前導(dǎo)信息的調(diào)制 為工頻通信終端確定電壓畸變信號時域提供原始信息，前導(dǎo)信息和數(shù)據(jù)編碼方式如前所 述。由于本專利能夠?qū)崿F(xiàn)時段自適應(yīng)接收，所述下行信號驅(qū)動裝置可以在調(diào)制變壓器 任意一相通過相地方式進(jìn)行電壓畸變的調(diào)制，無須考慮變電所的調(diào)制變壓器是否存在星角 變換。所述下行信號驅(qū)動裝置微處理器選用AtmegaS。下行信號驅(qū)動裝置通過調(diào)制變壓 器或變電所用變在電壓過零附近產(chǎn)生電壓畸變信號傳輸至配電變壓器的低壓側(cè)，遠(yuǎn)程通信 終端基于時段自適應(yīng)方式接收、處理下行信號；當(dāng)工頻通信終端回送上行信息時，通信終端 在電壓過零附近通過配電變壓器產(chǎn)生電流畸變信號，變電所的上行信號解調(diào)裝置通過傳感 器采集IOKV線路的電流信號，也是基于時段自適應(yīng)方式實現(xiàn)上行信號解調(diào)。由于具備時段 自適應(yīng)接收特點，本發(fā)明的工頻通信系統(tǒng)在調(diào)制解調(diào)時，能夠自適應(yīng)調(diào)制變壓器和配電變 壓器的各種連接方式。圖5所示為遠(yuǎn)程通信終端結(jié)構(gòu)示意圖。該遠(yuǎn)程通信終端包括由DSP處理器和16 位A/D轉(zhuǎn)換器連接組成處理模塊，DSP處理器連接觸發(fā)電路，觸發(fā)電路通過保護(hù)電路連接雙 向可控硅的控制極，雙向可控硅的漏極通過電感L接地，源極連接配電變壓器380V端；配 電變壓器380V端通過電壓互感器PT分別連接信號調(diào)理電路和正負(fù)比較電路，并且信號調(diào) 理電路再連接16位A/D轉(zhuǎn)換器，正負(fù)比較電路再連接DSP處理器。如圖6、7所示的上行信號解調(diào)裝置，以DSP處理器和16位A/D轉(zhuǎn)換器連接組成，DSP處理器通過正負(fù)比較電路、電 壓互感器PT與所用變連接；16位A/D轉(zhuǎn)換器通過調(diào)理電路分別與連接在A、B、C相線上的 三個二次電流互感器CT連接；遠(yuǎn)程通信終端的功能是下行電壓畸變信號解調(diào)、通信協(xié)議處 理及上行信號電流調(diào)制；這些功能都是以DSP運算處理為核心完成；DSP通過16位A/D采 集、處理電壓信號，首先根據(jù)前導(dǎo)信息確定來自變電所的下行電壓畸變信息所在時域，然后 結(jié)合收發(fā)端電壓過零時差進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)，抗干擾能力大大增強(qiáng)，圖7中，由于IOKV線路的1次電流互感器CT輸出為5A左右，該信號無法被MCU 與計量電路直接處理，必需通過2次變換才能夠被處理應(yīng)用，上行信號解調(diào)裝置內(nèi)的2次CT 從變電所IOKV或6KV線路的的1次電流互感器CT得到電流信號；2次電流互感器CT將來 自高壓線路的1次電流互感器CT信號轉(zhuǎn)換為0 5V的弱電信號，信號調(diào)理電路將來自2 次傳感器的信號進(jìn)行濾波、匹配處理，抑制其中對電能參數(shù)無用的高頻干擾。電壓互感器PT從所用變的220V輸出得到電壓信號，通過正負(fù)比較電路后將50hz 工頻電壓信號轉(zhuǎn)換成方波信號，使得DSP能夠得到本端電壓過零時刻。電流信號通過16位A/D轉(zhuǎn)換器被DSP處理器采集后，根據(jù)來自各工頻通信終端的 前導(dǎo)信息確定來自該終端的上行信號調(diào)制電流所在時域，然后根據(jù)上行信號調(diào)制編碼進(jìn)行 數(shù)據(jù)解調(diào)，由于數(shù)據(jù)解調(diào)時域準(zhǔn)確，抗干擾能力大大增強(qiáng)。本發(fā)明基于時段自適應(yīng)的電力線工頻通信檢測方法，包括以下部分1.基于前導(dǎo)信息的信號時域確定在工頻通信系統(tǒng)的上、下行數(shù)據(jù)調(diào)制前都加入前導(dǎo)信息；前導(dǎo)信息通過N個序列 碼片通過2N個工頻周期來實現(xiàn)調(diào)制，每個碼片用兩個工頻周期中電壓、電流畸變信號位置 的前后來代表，其碼片編碼方式本專利采用偽噪聲編碼，N越大，調(diào)制信號的時域確定越精 確，但時間開銷也增加，本專利選則N為7或11。在接收端，通過與發(fā)送端一致的編碼將2N個工頻周期的采樣信號通過差分、編碼 加權(quán)運算產(chǎn)生合成信號，加權(quán)編碼與發(fā)送端編碼一致。合成信號中除調(diào)制信號外，包括差分后殘余的基波、諧波信號以及各種電網(wǎng)干擾； 由于偽噪聲編碼的特點，合成信號中調(diào)制信號成份能夠得到N倍的增強(qiáng)，而電網(wǎng)噪聲卻幾 乎沒有增強(qiáng)，工頻調(diào)制信號的信噪比大大改善，為通過時頻分析確定工頻調(diào)制信號所在時 域提供了基礎(chǔ)。工頻通信系統(tǒng)中，下行電壓畸變信號的頻率范圍在150HZ至600HZ之間，而上行電 流畸變信號在200HZ至500HZ之間；在前導(dǎo)信息時段的合成信號中，由于調(diào)制信號成份大大 增強(qiáng)，在工頻調(diào)制信號存在時段，在相應(yīng)的頻率范圍內(nèi)的能量比其他時段具有明顯的優(yōu)勢， 因此，通過時頻分析計算合成信號中相應(yīng)頻率范圍的能量分布情況，就能夠得到各配電變 壓器低壓側(cè)與變電所之間的電壓過零時差。維格納分布(WVD)具有很高的時頻分辨率，很合適通過時頻分布確定畸變電流發(fā) 送時間，但維格納分布屬于非線性變換，對合成信號而言，要通過維格納分布變換得到準(zhǔn)確 的時頻變化情況，還必需抑制不同信號之間的交叉干擾；將基于短時傅立葉變換的自譜窗 函數(shù)與維格納分布結(jié)合既能夠獲得良好的時頻分布特性，又可以降低交叉干擾的影響。前導(dǎo)信息合成信號s (t)的維格納分布為
權(quán)利要求
一種基于時段自適應(yīng)的電力線工頻通信檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述基于時段自適應(yīng)的電力線工頻通信檢測系統(tǒng)由位于變電所的主站設(shè)備和位于配電變壓器低壓側(cè)的遠(yuǎn)程通信終端組成，所述主站裝置又包括下行信號驅(qū)動裝置和上行信號解調(diào)裝置；下行信號驅(qū)動裝置通過位于變電所內(nèi)的所用變壓器連接在高壓輸電線路上，A/D轉(zhuǎn)換器通過電壓互感器PT和電流互感器CT連接在高壓輸電線路上，將PT、CT采集的電壓和電流信號轉(zhuǎn)換為可供DSP處理的數(shù)字量；DSP處理器，下行信號驅(qū)動裝置和A/D轉(zhuǎn)換器組成控制模塊；工頻信號終端通過電壓互感器PT和配電變壓器連接在高壓輸電線路上；所述下行信號驅(qū)動裝置由微處理器CPU分別連接雙向可控硅的觸發(fā)電路、正負(fù)比較電路和Max485；雙向可控硅通過保護(hù)電路和電感L連接，正負(fù)比較電路連接信號調(diào)理電路構(gòu)成；信號調(diào)理電路通過電壓互感器PT連接至所用變壓器的副邊；電感L連接至所用變壓器的副邊；工控機(jī)和Max485連接；所述上行信號解調(diào)裝置以DSP處理器和16位A/D轉(zhuǎn)換器連接組成，DSP處理器通過正負(fù)比較電路、電壓互感器PT與所用變壓器連接；16位A/D轉(zhuǎn)換器通過調(diào)理電路分別與連接在A、B、C相線上的三個二次電流互感器CT連接；所述遠(yuǎn)程通信終端包括由DSP處理器和16位A/D轉(zhuǎn)換器連接組成處理模塊，，DSP處理器連接觸發(fā)電路，觸發(fā)電路通過保護(hù)電路連接雙向可控硅的控制極，雙向可控硅的漏極通過電感L接地，源極連接配電變壓器380V端；配電變壓器380V端通過電壓互感器PT分別連接信號調(diào)理電路和正負(fù)比較電路，并且信號調(diào)理電路再連接16位A/D轉(zhuǎn)換器，正負(fù)比較電路再連接DSP處理器。遠(yuǎn)程通信終端的功能是下行電壓畸變信號解調(diào)、通信協(xié)議處理、上行電流調(diào)制，這些功能都是以DSP運算處理為核心完成；DSP通過16位A/D采集、處理電壓信號，首先根據(jù) 前導(dǎo)信息確定來自變電所的下行電壓畸變信息所在時域，然后結(jié)合收發(fā)端電壓過零時差進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)，抗干擾能力大大增強(qiáng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于時段自適應(yīng)的電力線工頻通信檢測系統(tǒng)，其特征在于，所 述下行信號驅(qū)動裝置通過調(diào)制變壓器或變電所用變在電壓過零附近產(chǎn)生電壓畸變信號傳 輸至配電變壓器的低壓側(cè)，遠(yuǎn)程通信終端基于時段自適應(yīng)方式接收、處理下行信號；當(dāng)工頻 通信終端回送上行信息時，通信終端在電壓過零附近通過配電變壓器產(chǎn)生電流畸變信號， 變電所的上行信號解調(diào)裝置通過傳感器采集IOKV線路的電流信號，也是基于時段自適應(yīng) 方式實現(xiàn)上行解調(diào)。由于具備時段自適應(yīng)接收特點，本發(fā)明的工頻通信系統(tǒng)在調(diào)制解調(diào)時， 能夠自適應(yīng)調(diào)制變壓器和配電變壓器的各種連接方式。
3.一種基于時段自適應(yīng)的電力線工頻通信檢測方法，其特征在于，包括以下部分1)基于前導(dǎo)信息的信號時域確定首先根據(jù)調(diào)制編碼合成采樣信號，這樣能夠明顯提高工頻畸變信號的信噪比，然后根 據(jù)調(diào)制信號頻譜范圍對合成信號進(jìn)行時頻分析計算，時頻分析采用基于短時傅立葉變換作 為窗函數(shù)的維格納分布，既能獲得很高的時頻分辨率，又能夠抑制交叉干擾影響；能量分布 最集中的時域即判斷為工頻畸變信號所在時段，并確定工頻通信收發(fā)端電壓過零的時差； 在工頻通信系統(tǒng)的上、下行數(shù)據(jù)調(diào)制前都加入前導(dǎo)信息；前導(dǎo)信息通過N個序列碼片通過 2N個工頻周期來實現(xiàn)調(diào)制，每個碼片用兩個工頻周期中電壓、電流畸變信號位置的前后來 代表，其碼片編碼方式采用偽噪聲編碼，N越大，調(diào)制信號的時域確定越精確，但時間開銷也 增加，選則N為7或11 ；在接收端，通過與發(fā)送端一致的編碼將2N個工頻周期的采樣信號通過差分、編碼加 權(quán)運算產(chǎn)生合成信號，加權(quán)編碼與發(fā)送端編碼一致。2)結(jié)合電壓過零時差的數(shù)據(jù)解調(diào)方式，根據(jù)數(shù)據(jù)信息的編碼特點，反映數(shù)據(jù)信息的調(diào) 制信號波形事先能夠確定，數(shù)據(jù)解調(diào)只是波形方向的判斷，而且通過時頻分析計算能夠確 定調(diào)制波形的準(zhǔn)確時域；采用互相關(guān)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)，其解調(diào)運算、判決時刻通過檢測端 電壓過零時刻結(jié)合時頻分析所得到的收發(fā)端電壓過零時差來確定；由于電網(wǎng)噪聲強(qiáng)，工頻 通信系統(tǒng)中上、下行數(shù)據(jù)傳輸都是通過工頻調(diào)制信號的方向反映，數(shù)據(jù)信息的調(diào)制方式，編 碼與傳統(tǒng)工頻通信系統(tǒng)一致，下行數(shù)據(jù)調(diào)制采用每2個工頻周期攜帶一個數(shù)據(jù)信息，通過 電壓畸變信號所在位置的前后來代表，而每個上行數(shù)據(jù)通過4個工頻周期的電流畸變信號 來代表。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于時段自適應(yīng)的電力線工頻通信檢測方法，其特征在于，所 述維格納分布(WVD)具有很高的時頻分辨率，很合適通過時頻分布確定畸變電流發(fā)送時 間，但維格納分布屬于非線性變換，對合成信號而言，要通過維格納分布變換得到準(zhǔn)確的時 頻變化情況，還必需抑制不同信號之間的交叉干擾；將基于短時傅立葉變換的自譜窗函數(shù) 與維格納分布結(jié)合既能夠獲得良好的時頻分布特性，又可以降低交叉干擾的影響。 前導(dǎo)信息合成信號s (t)的維格納分布為
全文摘要
本發(fā)明公開了電力線工頻通信技術(shù)領(lǐng)域的涉及電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、信號處理的一種基于時段自適應(yīng)的的電力線工頻通信系統(tǒng)及方法。該電力線工頻通信檢測系統(tǒng)由位于變電所的主站設(shè)備和位于配電變壓器低壓側(cè)的遠(yuǎn)程通信終端組成，主站裝置又包括下行信號驅(qū)動裝置和上行信號解調(diào)裝置。所述方法是在工頻信號調(diào)制時在規(guī)定工頻周期內(nèi)增加了前導(dǎo)信息；解調(diào)時，在前導(dǎo)信息時段將采樣信號根據(jù)多周期累加來提高工頻畸變信號的信噪比，利用維格納分布進(jìn)行時頻分析確定調(diào)制信號所在時域，然后在該時域通過相關(guān)檢測方式進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)；由于能夠得到準(zhǔn)確的接收時段和最佳的判決時刻進(jìn)行解調(diào)，工頻通信的抗干擾能力大大增強(qiáng)，而且能夠自適應(yīng)配電變壓器的各種連接方式。
文檔編號H04B3/46GK101980451SQ201010506260
公開日2011年2月23日 申請日期2010年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月9日
發(fā)明者盧文冰, 李衛(wèi)國, 王義龍, 羅應(yīng)立, 胡賓, 閆迎 申請人:華北電力大學(xué)