CN111711588B - 一种基于多载波调频特征识别信号的户变关系识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于多载波调频特征识别信号的户变关系识别方法，通过时钟对时修正且统一用户电表与智能融合终端的时钟，然后通过多载波调频的识别特征信号进行户变关系识别。本发明通过上述操作提高了户变关系的准确率和成功率，同时实现了智能融合终端与用户电表间的精确对时。

Description

一种基于多载波调频特征识别信号的户变关系识别方法

技术领域

本发明属于配电网相位识别技术领域，具体地说，涉及一种基于多载波调频特征识别信号的户变关系识别方法。

背景技术

现有技术中以电表HPLC高速载波技术为基础的户变关系识别工作，采用正交频分复用特征码技术，实现用采集中器与用户电表之间的户变关系识别。但由于正交频分复用特征码调制信号，将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输，若传输距离过长，信号衰减大，将导致识别信号无法有效的从用电信息采集集中器发送到电表，造成户变关系识别的成功率和准确率不高。

且配电台区内，使用了多种型号的电表，电表的时钟晶体振荡元件采用的不同，造成的电表与智能融合终端的时间不一致，同时，如果电表内置电池的电压过低，也会造成晶体振荡变慢，电表时间也比智能融合终端慢，最终导致户变关系识别不准确。

同时，在配电台区中，电表HPLC高速载波使用洪泛法进行动态组网及路由，组网路径和中继链路依赖当前的通讯环境动态变化，无法准确预估路由延迟时间，所以HPLC高速载波技术不能实现智能终端与电表的精确对时。

如现有的校验户变关系的方法有以下两种：

(1)停电方法校验户变关系：针对目前低压配电网络拓扑连接关系辨识的难题，有着如基于AMI量测信息的低压配电网拓扑校验方法，本方法首先借助高级量测体系AMI提供的电表停电数据进行户变关系识别，若配电台区出现停电后，该台区下的电表均失电，通信链路中断；通过检测哪些电表通讯链路终端的情况，即可识别户变关系。

(2)高速载波方法校验户变关系：本方法通过集中器下发台区划分命令，电表开始计算集中器的过零点的偏差波动和自身过零点的偏差波动，判断前述信号较弱且下发台区划分命令的集中器的过零点时间与自身过零点时间的偏差是否异常，一般偏差值大于0.23毫秒时，视为异常；若在设定时间内异常次数达到或超过6次，则判定自己与前述信号较弱且下发台区划分命令的集中器处于不同台区；否则判定自己与前述信号较弱且下发台区划分命令的集中器处于同一台区。

针对上述的两种方法，有着以下缺点：

(1)停电方法校验户变关系中，由于HPLC高速载波通信中，远程信号衰减大，很多正常工作的电表无法实现通信，导致在停电检测过程中该电表也被视为停电，造成户变关系识别不准确。

(2)高速载波方法校验户变关系，由于配电台区内，使用了多种型号的电表，电表的时钟晶体振荡元件采用的不同，造成的电表与智能融合终端的时间不一致，同时，电表HPLC高速载波使用洪泛法进行动态组网及路由，组网路径和中继链路依赖当前的通讯环境动态变化，无法准确预估路由延迟时间，电表接收到对时指令后，导致时间相差数10秒，而电压周期为20mS，相位差时间为6.67ms，如此的对时精度，无法实现准确的户变关系识别。

术语解释：

多载波调频：调频，全称“频率调制”。使载波的瞬时频率按照所需传递信号的变化规律而变化的调制方法。它是一种使受调波瞬时频率随调制信号而变的调制方法，多载波调频，是指输入一路特征识别信号，通过滤波器，将其转换为多组不同频段的子载波信号，电表仅需正确接收1组信号，即可完成户变关系识别；

配电台区：配电台区是指一台变压器的供电范围或区域。

户变关系：配电台区内，用户的电表和配电变压器的关系。

HPLC高速电力载波：HPLC是高速电力线载波，是在低压电力线上进行数据传输的高速电力线载波技术。高速电力线载波通信网络则是以电力线作为通信媒介，实现低压电力用户用电信息汇聚、传输、交互的通信网络。高速电力线载波主要采用了正交频分复用(OFDM)技术，频段使用0.1MHz-2MHz。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提出了一种基于多载波调频特征识别信号的户变关系识别方法，通过时钟对时修正且统一用户电表与智能融合终端的时钟，然后通过多载波调频的识别特征信号进行户变关系识别。本发明通过上述操作提高了户变关系的准确率和成功率，同时实现了智能融合终端与用户电表间的精确对时。

本发明具体实现内容如下：

本发明提出了一种基于多载波调频特征识别信号的户变关系识别方法，基于智能融合终端，首先使用智能融合终端并基于电表HPLC高速载波模块的微功率无线通信功能进行时钟对时，然后再使用智能融合终端通过多载波调频的识别特征信号进行户变关系识别。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述“户变关系识别”操作首先需要对识别特征信号进行调制预处理，然后再发送到用户电表进行解调识别。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述调制预处理具体包括以下步骤：

步骤Sa.在三相电压过零点时，向智能融合终端发送调制前的识别特征信号；所述特征识别信号包括相位信息、过零点时间戳、纠错位；

步骤Sb.通过智能融合终端将所述识别特征信号进行调制，得到调制后的识别特征信号；

步骤Sc.将调制后的识别特征信号经过智能融合终端的滤波器，分解为多个调制后的子载波信号；

步骤Sd.将分解得到的多个调制后的子载波信号汇总得到多载波调频信号矩阵，并将多载波调频特征信号矩阵作为调频特征识别信号发送给用户电表。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述解调识别具体包括以下步骤：

步骤Se.用户电表采用高通滤波器接收并提取调频特征识别信号；所述调频特征识别信号包括有效的调频特征识别信号和白噪声信号；

步骤Sf.将调频特征信号采用傅里叶变换运算进行解调制，得到调频解调序列；

步骤Sg.检测用户电表自身电压过零点时的时间戳，并与调频解调序列中包含的时间戳进行比较；

步骤Sh.若用户电表中检测的时间戳与调频解调序列中包含的时间戳相同，则将调频解调序列中包含的相位信息存储到用户电表上，并将用户电表自身的相位信息反向发送到智能融合终端；

步骤Si.智能融合终端根据用户电表发送的相位信息建立配电台区识别成功的电表和未识别的电表的电表矩阵；所述电表矩阵包括用户电表在每一个相位下的单相电表数据及三相电表数据。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述“时钟对时”具体包括以下步骤：

步骤S1.通过主站对智能融合终端发送北斗对时指令，统一各配电区的量测时间；

步骤S2.在470MHz至510MHz的计量频段下，将智能融合终端与用户电表进行6级蜂窝状调频通信；

步骤S3.计算出智能融合终端与用户电表调频通信的对时延迟时间；

步骤S4.智能融合终端根据调频通信的对时延迟时间生成每一个用户电表对应的对时修正时间；

步骤S5.根据对时修正时间通过智能融合终端给对应的用户电表发送对时指令；

步骤S6.在电表在接收到对时指令后，将时间偏移量叠加在对时指令的时间上对用户电表进行修正。

为了更好地实现本发明，进一步地，在进行所述“时钟对时”后，且在进行“户变关系识别”之前，还需要判断用户电表的时钟是否与智能融合终端一致，若判断为一致，则进行“户变关系识别”操作；若判断为不一致，则重新进行“时钟对时”操作。

本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：

(1)提高了户变关系识别的成功率和准确率；

(2)实现了智能融合终端和用户电表的精确对时。

附图说明

图1为本发明完整流程示意图；

图2为叠加多载波调频信号后的电压畸变图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明提出了一种基于多载波调频特征识别信号的户变关系识别方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤1、首先使用智能融合终端并基于电表HPLC高速载波模块的微功率无线通信功能进行时钟对时：

步骤S1.1.通过主站对智能融合终端发送北斗对时指令，统一各配电区的量测时间；

步骤S1.2.在470MHz至510MHz的计量频段下，为减少HPLC洪泛法动态组网造成的通信延迟时间不能精确预估的影响，智能融合终端调用了微功率无线模型向用户电表进行广播对时，采用6级蜂窝状调频通信，以获得固定的通信延迟时间，并增加延迟偏移量，从而确保用户电表时间与智能融合终端时间一致；

步骤S1.3.计算出智能融合终端与用户电表调频通信的对时延迟时间：

设配电台区调频通信中的信道数为s，信道集合数为S_all，配电台区内用户电表数量为n，配电台区的调频蜂窝数为f(n)，单个信道通信时间为t_s，信道s的干扰度为

智能融合终端向用户电表的对时延迟时间T_a为：

步骤S1.4.智能融合终端根据调频通信的对时延迟时间生成每一个用户电表对应的对时修正时间；

步骤S1.5.根据对时修正时间通过智能融合终端给对应的用户电表发送对时指令；

步骤S1.6.在电表在接收到对时指令后，将时间偏移量叠加在对时指令的时间上对用户电表进行修正。

用户电表与智能融合终端的时钟同步，是配电台区户变关系识别的基础。若用户电表与智能融合终端的时钟存在偏差，通过HPLC高速载波模块进行户变关系识别时，智能融合终端与用户电表检测电压过零点的时间不一致，出现用户电表跨相位接收正交频分复用特征码调制信号的情况，将造成户变关系和用户电表相位关系的不准确。由于配电台区中，用户电表HPLC高速载波使用洪泛法进行动态组网及路由，组网路径和中继链路依赖当前的通讯环境动态变化，无法准确预估路由延迟时间，所以HPLC高速载波技术不能实现智能终端与用户电表的精确对时。

在电表时钟校准环节，通过智能融合终端向电表连续进行多次时钟对时，实现智能融合终端的时间与电表时间一致，确保调频特征识别信号能正确发送；所述智能融合终端为具有用电信息采集集中器和智能配变终端两种功能的设备；在基于多载波调频信号的户变关系识别环节，智能融合终端在电压过零点时刻，向低压线路叠加含已知相位信息的调频特征识别信号，电表HPLC高速载波模块在检测到同一个过零点的识别信号后，对对调频信号进行解调，获得识别信号中的相位信息后，再将相位信息发送给智能融合终端。

步骤2、判断用户电表的时钟是否与智能融合终端一致，若判断为一致，则进行后续步骤3的操作；若判断为不一致，则重新进行“时钟对时”，通过检测用户电表的时钟是否与智能融合终端的时钟一致，来判断用户电表的时钟是否正常工作，对于时钟不正确的用户电表，进行时钟校准；

步骤3、为解决现有HPLC高速载波使用正交频分复用通信造成的远距离衰减大的问题，智能融合终端采用多载波滤波器组的调频技术在电压过零点时刻分别发送三相的相位识别信号，包括已知相位、过零点时间戳等信息，使用智能融合终端通过多载波调频的识别特征信号进行户变关系识别，所述户变关系识别操作首先需要对识别特征信号进行调制预处理，然后再发送到用户电表进行解调识别：

所述调制预处理具体包括以下步骤：

步骤S3.1.在三相电压过零点时，向智能融合终端发送调制前的识别特征信号；所述特征识别信号包括相位信息、过零点时间戳、纠错位；

步骤S3.2.通过智能融合终端将所述识别特征信号进行调制，得到调制后的识别特征信号；具体操作为：

设智能融合终端输入的调制前识别特征信号为κ，输入的信号时长为t，信号调制前序列为κ(t)，输入信号按照调频方式进行调制，调制叠加信号为ψ_e，调制时间为ζ_t调制后，信号的频率范围χ(ω)为：

步骤S3.3.将调制后的识别特征信号经过智能融合终端的滤波器，分解为多个调制后的子载波信号；设信号经过滤波器后，分解为子载波信号为φ(ω)；滤波器将识别特征信号转换为多组不同频段的子载波信号，用户电表仅需正确接收1组信号，即可完成户变关系识别，此方法抗干扰能力较正交频分复用通信大幅增强；

步骤S3.4.将分解得到的多个调制后的子载波信号汇总得到多载波调频信号矩阵，并将多载波调频特征信号矩阵作为调频特征识别信号发送给用户电表；具体操作为：

设输入滤波器的时间为ζ_ω，调制多频度的组数为n，则智能融合终端向低压线路输出的信号χ(t)为：

转为为多载波调频信号矩阵为：

设1至n为输入的信号时长为t的起止点，智能融合终端输出功率为P(t)的调频信号，叠加在电压过零点处，形成一个微小的畸变，如图2所示：

由图2可见，调频特征识别信号的周期时间为可变频率的Δt，在用户电表收到信号后，利用傅里叶变化，即可对此调制信号进行解调。

所述解调识别具体包括以下步骤：

步骤S3.5.用户电表采用高通滤波器接收并提取调频特征识别信号；所述调频特征识别信号包括有效的调频特征识别信号和白噪声信号；设配电台区传输线路上耦合的白噪声为

白噪声的频谱密度为l，则白噪声功率

为：

步骤S3.6.将调频特征信号采用傅里叶变换运算进行解调制，得到调频解调序列：

用户电表HPLC高速载波模块采用高通滤波器，提取多载波调频特征识别信号。多载波调频信号为n组，仅需正确接收1组信号，即可进行户变关系识别。信号通过高通滤波器后主要由有效的调频特征识别信号和白噪声信号组成，设白噪声序列为

用户电表的接收到识别特征信号γ(t)为：

用户电表采用傅里叶变化运算将识别特征信号进行解调制，得到调频解调序列F(ω)：

步骤S3.7.检测用户电表自身电压过零点时的时间戳，并与调频解调序列中包含的时间戳进行比较；

步骤S3.8.若用户电表中检测的时间戳与调频解调序列中包含的时间戳相同，则将调频解调序列中包含的相位信息存储到用户电表上，并将用户电表自身的相位信息反向发送到智能融合终端；

步骤S3.9.智能融合终端根据用户电表发送的相位信息建立配电台区识别成功的电表和未识别的电表的电表矩阵；所述电表矩阵包括用户电表在每一个相位下的单相电表数据及三相电表数据；设配电台区每一个相位下的用户电表和三相用户电表数为n，智能融合终端将构建户变关系识别成功和未识别的用户电表矩阵，设每相的单相用户电表分布为a、b、c，三相用户电表为d，用户电表矩阵F(n)为：

因微功率无线通信不能确认配电台区物理上的户变拓扑关系，本文在HPLC高速载波通讯的基础上采用多载波调频特征识别信号的方式进行户变关系识别，以解决现有HPLC高速载波模块使用的正交频分复用特征码存在的远程衰减大问题，本方法采用多载波滤波器组的调频技术进行数据传输，识别特征信号由已知相位信息、过零点时间戳、纠错位等少量信息组成，滤波器将识别特征信号转换为多组不同频段的子载波信号，用户电表仅需正确接收1组信号，即可完成户变关系识别，此方法抗干扰能力较正交频分复用通信大幅增强。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于多载波调频特征识别信号的户变关系识别方法，基于智能融合终端，其特征在于，首先使用智能融合终端并基于电表HPLC高速载波模块的微功率无线通信功能进行时钟对时，然后再使用智能融合终端通过多载波调频的识别特征信号进行户变关系识别；

“户变关系识别”操作首先需要对识别特征信号进行调制预处理，然后再发送到用户电表进行解调识别；

所述调制预处理具体包括以下步骤：

步骤S3.1.在三相电压过零点时，向智能融合终端发送调制前的识别特征信号；所述特征识别信号包括相位信息、过零点时间戳、纠错位；

步骤S3.2.通过智能融合终端将所述识别特征信号进行调制，得到调制后的识别特征信号；

步骤S3.3.将调制后的识别特征信号经过智能融合终端的滤波器，分解为多个调制后的子载波信号；

步骤S3.4.将分解得到的多个调制后的子载波信号汇总得到多载波调频信号矩阵，并将多载波调频特征信号矩阵作为调频特征识别信号发送给用户电表。

2.如权利要求1所述的一种基于多载波调频特征识别信号的户变关系识别方法，其特征在于，所述步骤S3.4.的具体步骤为：

设输入滤波器的时间为

调制多频度的组数为n，则智能融合终端向低压线路输出的信号χ(t)为：

转为为多载波调频信号矩阵为：

设1至n为输入的信号时长为t的起止点，智能融合终端输出功率为P(t)：

3.如权利要求1所述的一种基于多载波调频特征识别信号的户变关系识别方法，其特征在于，所述解调识别具体包括以下步骤：

步骤S3.5.用户电表采用高通滤波器接收并提取调频特征识别信号；所述调频特征识别信号包括有效的调频特征识别信号和白噪声信号；

步骤S3.6.将调频特征信号采用傅里叶变换运算进行解调制，得到调频解调序列；

步骤S3.7.检测用户电表自身电压过零点时的时间戳，并与调频解调序列中包含的时间戳进行比较；

步骤S3.8.若用户电表中检测的时间戳与调频解调序列中包含的时间戳相同，则将调频解调序列中包含的相位信息存储到用户电表上，并将用户电表自身的相位信息反向发送到智能融合终端；

步骤S3.9.智能融合终端根据用户电表发送的相位信息建立配电台区识别成功的电表和未识别的电表的电表矩阵；所述电表矩阵包括用户电表在每一个相位下的单相电表数据及三相电表数据。

4.如权利要求1所述的一种基于多载波调频特征识别信号的户变关系识别方法，其特征在于，“时钟对时”具体包括以下步骤：

步骤S1.1.通过主站对智能融合终端发送北斗对时指令，统一各配电区的量测时间；

步骤S1.2.在470MHz至510MHz的计量频段下，将智能融合终端与用户电表进行6级蜂窝状调频通信；

步骤S1.3.计算出智能融合终端与用户电表调频通信的对时延迟时间；

步骤S1.4.智能融合终端根据调频通信的对时延迟时间生成每一个用户电表对应的对时修正时间；

步骤S1.5.根据对时修正时间通过智能融合终端给对应的用户电表发送对时指令；

步骤S1.6.在电表在接收到对时指令后，将时间偏移量叠加在对时指令的时间上对用户电表进行修正。

5.如权利要求4所述的一种基于多载波调频特征识别信号的户变关系识别方法，其特征在于，所述步骤S1.3.的具体操作为：设配电台区调频通信中的信道数为s，信道集合数为S_all，配电台区内用户电表数量为n，配电台区的调频蜂窝数为f(n)，单个信道通信时间为t_s，信道s的干扰度为

设智能融合终端向用户电表的对时延迟时间表达为T_a，则：

6.如权利要求1所述的一种基于多载波调频特征识别信号的户变关系识别方法，其特征在于，在进行“时钟对时”后，且在进行“户变关系识别”之前，还需要判断用户电表的时钟是否与智能融合终端一致，若判断为一致，则进行“户变关系识别”操作；若判断为不一致，则重新进行“时钟对时”操作。

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