CN110244195A - 一种基于电力线载波信号的配电线路测距方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于电力线载波信号的配电线路测距方法，包括：电力线两端电力线载波设备建立通信连接，电力线两端电力线载波设备联合开展信道估计和噪音分析，电力线一端注入高频电力线载波信号，电力线另一端接收高频电力线载波信号，根据信号传输时间计算两点之间电力线长度。本发明基于电力线载波信号测量配电线路长度，为配电网精细化运行和管理提供新的技术支撑手段。
Description
技术领域
本发明属于电力技术领域，涉及能源信息技术，为一种基于电力线载波信号的配电线路测距方法。
背景技术
中压和低压配电网络连接工厂、楼宇、千家万户，是服务经济社会发展的关键基础设施，供电中断会严重影响生产生活秩序、造成社会经济损失、人民生命和财产安全、甚至引发混乱和社会动荡事件。截至目前，国家电网公司运行维护的6-20kV线路长度380多万公里，架空线路320余万公里，电缆线路60余万公里，分布在居民小区、各行各业工厂、城市地下空间等的配电变压器460余万台，以及环网柜、配电箱、电表箱等海量的供配电基础设施。另外低压400V线路主要在居民区等交错布置，由于居民区设施改建等，现场环境变化频繁，故障发生率较高，故障后难以查找故障点，供电可靠性保障压力大，对配电网络的健康监测、故障预警预测及故障发生后的快速定位、查找和故障恢复是一个长期性的科研课题。电缆长度测量是线路拓扑分析，电缆故障研判、故障定位的基础。本发明为此提出一种配电线路长度测量方法。
针对电力线测距，目前有以下相关技术。
中国专利《高压脉冲测距技术实现装置》，CN201120365915.4，涉及一种高压脉冲测距技术实现装置，特别涉及一种利用高压脉冲上调制OFDM、QAM、QPSK、ASK、PSK、FSK测距方法实现短路点距离的实现装置。高压脉冲测距技术实现装置由高压直流产生电路，脉冲及信号发送控制电路，OFDM数据帧调制电路，测距分析电路，显示电路组成；脉冲及信号发送控制电路的信号通过耦合电路将OFDM数据帧调制电路调制的数据帧调制到高压直流产生电路上，通过电缆连接接口直接加载到待测电缆上；测距分析电路连接电缆连接接口将叠加在高压脉冲上的信号分离，测距分析电路将数据帧信号解析，并分析时间戳，计算出电缆短路点的距离；测距分析电路连接显示电路，将计算的距离在显示电路上显示。该专利的方案主要针对故障测距，不适用于正常运行线路的距离测量。
中国专利《码分多址与正交频分多址信号耦合测距方法、装置及系统》，ZL201310611421.3，公开了一种码分多址与正交频分多址信号耦合测距方法、装置及系统，能够减小测距误差，从而提高定位精度。该专利所公开的方法包括：接收上游设备发送的定位信号，该定位信号同时承载用于定位的码分多址CDMA信号及用于定位的正交频分多址OFDM信号，该定位信号由该上游设备将该CDMA信号及该OFDM信号进行耦合得到；解析该定位信号得到该CDMA信号；解析该定位信号得到该OFDM信号；根据该CDMA信号及该OFDM信号进行测距。该专利实施例提供的码分多址与正交频分多址信号耦合的测距方法、装置及系统通过接收同时承载用于定位的CDMA信号及用于定位的OFDM信号的定位信号，实现同时应用CDMA信号及所述OFDM信号进行测距，从而能够减小测距误差，提高定位精度。但该专利的方案也还是不能实现电力线路的物理距离测量，且采用OFDM的子信道估计测距方法，实现技术复杂度高。不便于低成本推广引用。
发明内容
本发明要解决的问题是：针对我国配电网络线路数量巨大、分布复杂的现况，电缆长度测量是线路拓扑分析、电缆故障研判、故障定位的基础，本发明为此提出一种配电线路长度测量方法，能够实现电力线路的物理距离测量，且方法易于实现和推广。
本发明的技术方案为：一种基于电力线载波信号的配电线路测距方法，包括步骤：电力线两端电力线载波设备建立通信连接，电力线两端电力线载波设备联合开展信道估计和噪音分析，电力线一端注入高频电力线载波信号，电力线另一端接收高频电力线载波信号，根据信号传输时间计算两点之间电力线长度。
其中，电力线两端电力线载波设备建立通信连接，通信前监测目前潜在的通信频率，之后在频率范围涵盖30kHz～100MHz之间选在可用的通信频率。
其中，电力线两端电力线载波设备联合开展信道估计和噪音分析，建立通信连接后，两台设备根据信道估计和信号噪音分析，选择最佳的测距频段。可选择多个测距频段，距离测量后根据频率和距离的关系加权平均值。
其中，电缆一端注入高频电力线载波测距信号，并记录测距信号发送时间。测距信号发送时间根据电力线载波设备配置的时钟启动设置。
其中，电缆另一端接收高频电力线载波信号并记录测距信号接收时间，经过一定的时间后测距信号返回发送端。测距信号接收时间根据电力线载波设备配置的时钟启动设置。
其中，发送端接收到对端反馈的信号后计算线路长度。计算时载波速率根据架空线或者电缆线路配置不同的计算系数。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
现有技术无法测量正常运行状态下的实际电力线路的物理距离，本发明能测量电力线路正常运行状态下的实际物理距离，再发送测距信号前根据信道估计和噪音分析，自适应选择测距信号频率和调制解调方法，提高测距精度，另外，现有技术采用OFDM技术实现难度较大，现有OFDM技术且主要是测量无线空间的距离，没有考虑电力线通信的信道环境，不适用于电力线载波测距。
附图说明
图1为本发明配电线路距离测量方法示意图。
图2为本发明测距时间计算原理。
图3为本发明测距系统示意图。
具体实施方式
目前配电网改造频繁，为了提升配网精益化管理，需要开展配电线路距离测量，为配电网自动化、信息化发展提供新的技术支撑工具。
为实现上述目的，本发明依据电力线载波通信技术原理的高频载波在配电线路传输特征，提出一种配电线路测距方法，该方法实现的系统构成包括配电线路、高频电缆、耦合设备、电力线载波通信设备。本发明为配电线路距离测量提供一种新的技术手段。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
测距原理如图1所示，需要在所测线路两头放置两台电力线载波通信设备，电力线两端电力线载波设备建立通信连接，电力线两端电力线载波设备联合开展信道估计和噪音分析，电力线一端注入高频电力线载波信号，电力线另一端接收高频电力线载波信号，根据信号传输时间计算两点之间电力线长度。
测距系统组成如图2所示。测距流程如下：
电力线两端电力线载波设备建立通信连接，通信连接采用面向电力线信道环境的OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)通信，对多个子载波的测距值进行加权平均或者其他估计方法，提高通信的可靠性和测距的精度。
电力线两端电力线载波设备联合开展信道估计和噪音分析，信道估计主要是信号衰减估计和测量两端电力线信号噪音。根据信号衰减和信号噪音选择最佳测距信号频段。
电缆一端注入高频电力线载波信号。在架空线路上测距信号注入方式为电容耦合方式注入，电缆线路上测距信号注入方式为电感耦合方式注入。
电缆另一端接收高频电力线载波信号。在架空线路上测距信号接收方式为电容耦合方式接收，电缆线路上测距信号接收方式为电感耦合方式接收。
图3所示，根据信号传输时间计算两点之间得距离。节点A发出测距信息，同时启动计时器计时,经过Tp后节点B收到信息，但由于双侧时钟不同步，节点B无法确认Tp。节点B收到信息后立即启动计时，若收到的是本方的测距命令后，则向节点A发出应答信息(信息中包含本方处理时间设为T2)，节点A在(2Tp+T2)时间后收到应答信息后终止本轮计时。一轮测距所以往返时间为T1。
T1＝2Tp+T2
对于节点B，T2为可测常量，因此有飞行时间
线路长度L可由下式得到：
L＝S×Tp
其中，S是信号在电缆中传输速率。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于电力线载波信号的配电线路测距方法，其特征在于，包括步骤：
电力线两端电力线载波设备建立通信连接，电力线两端电力线载波设备联合开展信道估计和噪音分析，电力线一端注入高频电力线载波信号，电力线另一端接收高频电力线载波信号，根据信号传输时间计算两点之间电力线长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电力线两端电力线载波设备建立通信连接，通信前监测目前潜在的通信频率，之后在频率范围涵盖30kHz～100MHz之间选在可用的通信频率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电力线两端电力线载波设备联合开展信道估计和噪音分析，建立通信连接后，两台设备根据信道估计和信号噪音分析，选择最佳的测距频段。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电缆一端注入高频电力线载波测距信号，并记录测距信号发送时间。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电缆另一端接收高频电力线载波信号并记录测距信号接收时间，经过一定的时间后测距信号返回发送端。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发送端接收到对端反馈的信号后计算线路长度。
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