CN113471967A - 一种基于pwm特征调制电流的低压台区拓扑识别方法 - Google Patents

一种基于pwm特征调制电流的低压台区拓扑识别方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113471967A
CN113471967A CN202110763775.4A CN202110763775A CN113471967A CN 113471967 A CN113471967 A CN 113471967A CN 202110763775 A CN202110763775 A CN 202110763775A CN 113471967 A CN113471967 A CN 113471967A
Authority
CN
China
Prior art keywords
characteristic
identification
current
modulation
master station
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110763775.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113471967B (zh
Inventor
庞浩
郭宇飞
胡博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Smart Microelectronics Technology Co ltd
Original Assignee
Spl Electronic Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Spl Electronic Technology Co ltd filed Critical Spl Electronic Technology Co ltd
Priority to CN202110763775.4A priority Critical patent/CN113471967B/zh
Publication of CN113471967A publication Critical patent/CN113471967A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113471967B publication Critical patent/CN113471967B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00001—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by the display of information or by user interaction, e.g. supervisory control and data acquisition systems [SCADA] or graphical user interfaces [GUI]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00002—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00006—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment
    • H02J13/00007—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment using the power network as support for the transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00006—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment
    • H02J13/00007—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment using the power network as support for the transmission
    • H02J13/00009—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment using the power network as support for the transmission using pulsed signals
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/10—Power transmission or distribution systems management focussing at grid-level, e.g. load flow analysis, node profile computation, meshed network optimisation, active network management or spinning reserve management
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02B90/20—Smart grids as enabling technology in buildings sector
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S40/00—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them
    • Y04S40/12—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment
    • Y04S40/121—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment using the power network as support for the transmission

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于PWM特征调制电流的低压台区拓扑识别方法，方法包括台区主站向台区中各个设备发送识别命令，在各个设备生成特征识别码，将特征识别码经过高斯频移键控调制，生成GFSK信号，再进行脉冲宽度调制处理，向线路中输出特征调制电流；通过台区内的相关设备对线路电流信号进行接收和解调，以还原特征识别码，记录识别到线路电流信号的大小、相位、时间标；并上报主站，主站用于根据识别信息，进而绘制线路物理拓扑。本发明利用高斯频移键控调制和脉冲宽度调制相结合的处理方式，能够生成具有良好频谱识别特征并具有良好传输特性的特征调制电流，使设备更加容易识别和捕捉该特征调制电流，信号采集的准确性较高，从而提高拓扑识别的准确性。

Description

一种基于PWM特征调制电流的低压台区拓扑识别方法
技术领域
本发明属于电力线载波通信技术领域，具体涉及一种基于PWM特征调制电流的低压台区拓扑识别方法。
背景技术
现有的低压台区拓扑识别方法，其原理是将特征识别码加载到具有一定频域特征的调制电流中，特征码为1时发送特征电流，特征码为0时不发送特征电流，如申请公布号为CN110988476A的发明专利申请提出的《一种台区相位拓扑识别装置及识别方法》，该方法在特征调制电流的产生时会产生固定的频偏，特征码在发送的过程中，由于采用以上的发送方法，会直接造成在识别端难以对特征码进行准确捕捉和识别的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于PWM特征调制电流的低压台区拓扑识别方法，用于解决现有方法由于对特征码捕捉不准确导致拓扑识别准确较差的问题。
基于上述目的，一种基于PWM特征调制电流的低压台区拓扑识别方法的技术方案如下：
台区主站向台区中参与户变关系识别的各个设备发送识别命令，在各个设备接收到该识别命令后，生成特征识别码，将特征识别码经过高斯频移键控调制，生成GFSK信号，再对GFSK信号进行脉冲宽度调制处理，向台区电网线路中输出具有识别特征的特征调制电流；
通过台区内的相关设备对线路电流信号进行接收和解调，以还原特征识别码，记录识别到线路电流信号的大小、相位、时间标；并将这些识别信息上报主站，主站用于对这些识别信息进行处理，进而绘制线路物理拓扑；所述台区内的相关设备包括分支箱LTU、模组化终端。
上述技术方案的有益效果是：
本发明利用高斯频移键控调制和脉冲宽度调制相结合的处理方式，能够生成具有良好频谱识别特征并具有良好传输特性的特征调制电流，使设备更加容易识别和捕捉该特征调制电流，信号采集的准确性较高，从而提高拓扑识别的准确性。
进一步的，还包括记录识别到线路电流信号的信号强度，用于在出现台区特征电流串扰的情况下，通过信号强度大小来判断台区归属。
进一步的，所述的台区拓扑识别方法采用并行模式，在并行模式下，控制所有台区同时进行特征电流识别。并行模式具体包括：
主站选定需要进行拓扑识别的台区，并设定各个台区中所有相关设备的发送开始时间X，且必须保证在设定开始时间与当前时间间隔时间内，完成所有设备的发送开始时间设置，设置发送时间间隔L，发送拓扑识别并行模式指令；
主站自动梳理选定台区档案，确认档案中每个台区中设备数量M，按顺次设置所有设备发送特征调制电流的时间；主站按选定台区中设备数量的最大值N设置识别倒计时；将所有设置好的发送开始时间X,X+L,X+2L,…,X+(M-1)*L，通过选定范围内模组化终端告知相应表和智能断路器；
所有设备按照各自预先设定的开始时间X,X+L,X+2L,…,X+(N-1)*L，分别向台区电网线路上进行特征调制电流的发送；台区内相关设备上的电流采集装置检测到特征电流信号，则将电流大小、相位和时间标保存在设备本地，并设置主动上报事件，将检测到的识别结果通过终端上报主站；
所有设备持续进行发送、识别，直至所有设备发送完毕；当并行模式结束时，主站倒计时结束，所有终端和智能断路器记录的含有时间标的上报信息结果均上报给主站；主站根据上报信息进行整理分析，计算得到此时的户变关系，以及识别失败的设备数量和地址。
进一步的，所述的台区拓扑识别方法还包括串行模式，对筛选出来特征电流识别失败的设备重新识别。串行模式具体包括：
在拓扑识别中并行模式的基础上进行判断，若没有识别失败设备，则直接跳转到流程最后，结束，若存在识别失败设备，设置串行识别开始时间，且必须保证在设定开始时间与当前时间间隔时间内完成所有设备的时间设置，设置发送间隔，发送拓扑识别串行模式指令；
主站开始识别倒计时；主站将设置好的特征调制电流发送时间通过终端告知相应地址的设备；在并行模式筛选出识别失败的所有设备完成时间设置；识别失败的所有设备按照各自预先设定的时间，分别向台区电网线路上进行特征电流发送；到达设定时间后，自动触发；
台区内所有模组化终端、智能断路器的交采一直检测特征电流信号，若检测到特征电流信号，则将电流大小、相位和对应识别时间绑定存储在本地设备，终端和智能断路器将检测到的识别结果通过终端上报主站；
所有设备持续进行发送、识别，直至所有设备发送完毕；当串行模式结束时，主站倒计时结束，主站对并行模式和串行模式所得存储记录进行整理分析，根据时间标对比算法，得到当前户变关系和物理拓扑。
进一步的，所述高斯频移键控调制的具体步骤如下：
将特征识别码进行高斯低通滤波，并作相位积分运算后，分成同相和正交两部分，分别对载波的同相和正交分量相乘，再合成得到GFSK信号，该信号表示为cosφ(t)cosωct-sinφ(t)sinωct，其中，cosφ(t)、sinφ(t)为所述同相和正交两部分，cosωct、sinωct为载波的同相和正交分量。
进一步的，特征调制电流的产生和识别过程如下：
由表端处理器接收主站下发的识别命令，并确定一组特征码，作为低压台区识别的特征编码，通过高斯频移键控调制，将这组特征码的0、1输出调制成两个不同频率的信号，用载波频率的变化来表征被传信息的状态，通过高斯频移键控调制得到带有特征码信息的调制信号；
再通过脉冲宽度调制，将带有特征码信息的载波进一步调制成特征调制电流；特征调制电流通过台区电网的电力线载波进行传输；最后，通过在分支箱LTU或终端位置设置的电流互感器、带通滤波器、AD采样装置、GFSK解调装置还原出特征码，从而完成识别。
附图说明
图1是本发明实施例中的低压台区拓扑识别流程图；
图2是本发明实施例中的特征调制电流产生及识别流程图；
图3是本发明实施例中的GFSK工作原理图；
图4是本发明实施例中的GFSK信号波形示意图；
图5是本发明实施例中的恒流型PWM特征调制电流发生电路图；
图6是本发明实施例中的恒流型PWM特征调制电流频谱图；
图7是本发明实施例中的一般特征调制电流频谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
本实施例提出一种基于PWM特征调制电流的低压台区拓扑识别方法，该方法的核心思想在于：低压台区主站按既定流程发送识别命令；在各个设备(即台区中参与户变关系识别的各个设备，如模组化终端的各个表端等)接收到该识别命令后，按既定识别流程发送特征识别码，将特征识别码经过GFSK(高斯频移键控调制)，生成GFSK信号，再通过PWM(脉冲宽度调制)进行处理，向台区电网线路中输出具有较好传输特性并具有识别特征的特征调制电流；然后，通过台区内的其他设备(如分支箱LTU或模组化终端等)对线路电流信号进行接收、滤波、采样、解调以还原特征识别码，记录识别到线路电流信号(即特征调制电流)的大小、相位、时间标和信号强度；并将这些识别信息上报主站，主站用于这些识别信息进行处理(如对时间标和信号强度进行对比分析)，绘制线路物理拓扑。
上述的拓扑识别方法是通过主站和各个设备之间相互配合实现的，主站作为整个系统的指挥中心，用于负责整体的控制和调度，完成时间分配、指令发送、发送间隔设置等，并对收集的时间标进行梳理分析，得到真实的物理拓扑，模组化终端(即各个设备)仅作为时间标记录和传输的通道。
该方法主要分为并行模式和串行模式，如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤一，在并行模式下，控制所有台区同时进行特征电流识别，具体过程如下：
1)主站选定需要进行拓扑识别的台区，并设定各个台区中所有相关设备(即参与户变关系识别的各个设备)的发送开始时间X(日、时、分、秒)，且必须保证在设定开始时间与当前时间间隔时间内，完成所有设备的发送开始时间设置，设置发送时间间隔L，发送拓扑识别并行模式指令。
2)主站自动梳理选定台区档案，确认档案中每个台区中设备数量M(如若干个台区的设备数量分别为M1、M2、M3、……)，按顺次设置所有设备发送特征调制电流的时间。例如，从X时间点开始以L的间隔自动设置所有设备的特征电流发送时间，依次为X,X+L,X+2L,…,X+(M-1)*L。
3)主站按台区设备最大数量设置识别倒计时。具体的，主站找出选定若干个台区档案中的单个台区设备最大个数N(包含智能断路器、模块等所有参与户变识别的设备，N为数集M1、M2、M3、……中的最大值)，主站自动开始识别倒计时。
4)主站将所有设置好的发送开始时间通过选定范围内模组化终端告知相应表和智能断路器。
5)取300秒做X，取M数集的最大值N，所有设备按照各自预先设定的开始时间(300,300+L……300+(N-1)*L)，分别向台区电网线路上进行特征电流(即特征调制电流)发送。
6)所有智能断路器和模组化终端的交采(即电流采集装置)一直处于检测状态，若检测到特征电流信号，则将电流大小、相位和识别时间(即时间标)保存在设备本地，对于终端和智能断路器，设置主动上报事件，将检测到的识别结果通过终端上报主站。例如每5分钟上报一次，上报内容为5分钟内的识别记录。
按照上面步骤5)和步骤6)中的内容，所有设备持续进行发送、识别，直至所有设备发送完毕。
7)当并行模式结束时，主站倒计时结束，所有终端和智能断路器记录的上报信息(含有时间标)结果均上报给主站。
8)主站根据上报信息进行整理分析，计算得到此时的户变关系，以及识别失败的设备数量和地址。
本步骤的并行模式中，所有台区设备基本同时发送特征调制电流，对于户变关系正常的台区，主站可准确梳理拓扑关系；对于存在跨台区情况，跨台区设备与另一个台区对应次序设备同时发送，二者互相干扰，均识别不到特征电流，可以筛选出来。
步骤二，在串行模式下，对步骤一中筛选出来特征电流识别失败的设备重新识别，即对并行模式筛选出来的由于时间标设置失败、通信不上、跨台区干扰导致的漏识别、其他原因导致的漏识别的设备一个个进行识别。具体过程如下：
1)在拓扑识别中并行模式的基础上进行判断，若没有识别失败设备，则直接跳转到流程最后，结束，若存在识别失败设备，则进行下一步；
2)若存在识别失败设备，设置串行识别开始时间Y(日、时、分、秒)，且必须保证在设定开始时间与当前时间间隔时间内完成所有设备的时间设置，设置发送间隔，发送拓扑识别串行模式指令。
3)主站开始识别倒计时。
4)主站将设置好的特征调制电流发送时间通过终端告知相应地址的设备。
5)在并行模式筛选出识别失败的所有设备完成时间设置。
6)识别失败的所有设备按照各自预先设定的时间Y，分别向台区电网线路上进行特征电流发送。到达设定时间Y后，自动触发。
7)台区内所有模组化终端、智能断路器的交采一直检测特征电流信号，若检测到特征电流信号，则将电流大小、相位和对应识别时间绑定存储在本地设备，终端和智能断路器将检测到的识别结果通过终端上报主站，例如每5分钟上报一次。
按照上面步骤6)、步骤7)的内容，所有设备持续进行发送、识别，直至所有设备发送完毕。
8)当串行模式结束时，主站倒计时结束，主站对并行模式和串行模式所得存储记录进行整理分析，根据时间标对比算法，得到当前户变关系和物理拓扑。
在上面的步骤一和步骤二中，特征调制电流产生和识别的基本工作原理如下：
如图2所示，首先，由表端处理器接收主站下发的识别命令，并确定一组二进制编码数，作为低压台区识别的特征编码，通过GFSK，将这组特征码的0、1输出调制成不同频率(f1、f2)的信号，用载波频率的变化来表征被传信息的状态，通过GFSK得到带有特征码信息的调制信号。
然后，再通过PWM，将带有特征码信息的载波进一步调制成具有良好频谱识别特征并具有良好传输特性的特征调制电流；特征调制电流通过台区电网的电力线载波进行传输；最后，通过在分支箱LTU或终端位置设置的电流互感器(将大电流转化为可供测量的小电流，同时保持电路中的调制特征)、带通滤波器(滤除特征调制电流带外信号)、AD采样装置、GFSK解调装置还原出特征码，从而完成识别。同时，在AD采样输出后会进行信号强度测量，该环节是在极特殊情况下，如出现台区特征电流串扰的情况下，通过信号强度大小来判断台区归属，例如，当识别结果出现一个被识别对象同时别两个台区识别为归属的情况下，由识别信号的强弱判定最终归属。
本实施例中，参照流程图1，若并行模式得到完全结果，即最终结果，若并行模式存在不完全结果，则启动串行模式识别直至得出完全结果，两种模式配合使用，达到最佳识别效果。
本实施例中，对特征编码进行GFSK的具体方法为：
如图3所示，GFSK采用正交调制的方法，该方法将数字信号(特征识别码)进行高斯低通滤波，并作适当的相位积分运算后，分成同相和正交两部分，分别对载波的同相和正交分量相乘，再合成GFSK信号。相对而言，这种方法物理概念清晰，也避免了直接调制时信号频谱特性的损害。另一方面，GFSK参数控制可以在一个带有标定因子的高斯滤波器中实现,而不受后续调频电路的影响，因而参数的控制要简单一些。正因为如此，GFSK正交调制解调器的基带信号处理特别适合于用数字方法实现。
本实施例中，高斯预调制滤波器的冲击响应函数为：
Figure BDA0003150899200000061
其中，
Figure BDA0003150899200000062
B是高斯滤波器的3dB带宽，Tb是输入的一个码元宽度。BTb为系统的重要指标，表明了滤波器的3dB带宽与码元速率的关系，如BTb＝0.5表示滤波器的3dB带宽是码元速率的0.5倍。高斯滤波器的矩形脉冲响应为：
s(t)＝h(t)*r(t)
其中，
Figure BDA0003150899200000063
则
Figure BDA0003150899200000064
公式中，
Figure BDA0003150899200000065
Q(t)是为标准的高斯正态分布公式。
图3中，双极性NRZ序列可以表示为
Figure BDA0003150899200000071
ak为输入码元，参照GFSK调制流程图，序列b(t)通过高斯低通滤波器后的函数为c(t)＝b(t)*s(t)，再乘以2πh后，进入积分器，得到相位函数
Figure BDA0003150899200000072
Figure BDA0003150899200000073
可表示为：
Figure BDA0003150899200000074
式中，an为输入码元数据，n为与an中n相互对应的正整数序列。
上面2πh中的h为调制指数，当h＝0.5时，调频信号的相位连续，此调制为GMSK调制。最终，GFSK的信号可以表示成：
Figure BDA0003150899200000075
图3中，
Figure BDA0003150899200000076
由输入码元数据an确定，将两路携带基带信号的
Figure BDA0003150899200000077
和
Figure BDA0003150899200000078
分别与正交的载波相乘再相加就得到了GFSK的信号。
以调制指数h＝0.5的GMSK为例，假设高斯低通滤波器的3dB带宽B＝1000，Tb＝1/2000，通过一些列推算得到I(t)和Q(t)，分别经过载波wc调制再相加，最终得到了如图4所示波形的GMSK信号sGMSK(t)＝I(t)cosωct-Q(t)sinωct。
在实际应用中，以f1＝766.67Hz、f2＝833.33Hz，作为识别码0、1的调制频率，每个码发送0.1s，比特率为10bit/s。
通过GFSK得到带有特征码信息的调制信号，将该信号经过恒流型PWM即可得到特征调制电流。如图5所示，为恒流型PWM特征调制电流的发生电路，其工作原理如下：
交流电(电压为V1，电流为Im)通过全桥(由二极管D1～D4构成)至直流侧，变为直流电，经过场效应管Q1(型号为NDF02N60ZG)作恒流源，恒流输出经过脉宽调制，将特征频率加载到电流中，使其形成特征调制电流。
本实施例中，特征调制电流产生的原则如下：
(1)对应调制频率fm，只有调制脉冲以Tm＝1/fm的间隔时刻作为每个非零电流脉冲的中心，才能使PWM信号包含fm的主要频率。否则，如果脉冲中心是在Tm周期中随机出现的，则调制信号在fm的成分将被分散，对调制频率成分的测量不利。
(2)目前，全桥无控整流且限流型通过PWM脉宽控制，能实现等效工频阻性负荷，主要频率成分为工频f0和调制频率fm。
(3)对应正周期中调制脉冲数量确定的情况，比较容易形成脉宽控制表。但因为如果对应一个周波的整数个脉冲，出现工频整倍数谐波，容易受谐波干扰。对应M个周波整数N个脉冲，M不是N的因数。比如：调制频率fm＝833.3Hz，对应M＝3，N＝50。
(4)第一个脉冲的周期时间Tm，从电压正过零开始；在电压正半周每个周期内的非零电流脉冲以3Tm/4开始，对应Tm/2～Tm为脉冲发生半周；在电压负半周非零电流脉冲以Tm/4开始，对应0～Tm/2为脉冲发生半周；最大脉宽为Tm/2，以免占空比超过50％；脉冲发生半周如果跨越电压过零，则不发生。
上述原则可总结为以下两点：GFSK的频点避开工频谐波频率；调制脉冲的发生，保证发生信号能量集中在调制频率上。
以fn＝833.33Hz为识别码“1”传输为例，其频谱特征如图6，较传统的特征调制方法所得到频谱如图7所示，我们可以明显看到在特征频率更为显著，便于识别。同样，特征识别码“0”在fm＝766.67Hz也具有类似的频谱特征。
经过以上一系列调制过程，产生具有较好传输性能和频谱识别性能的特征调制电流，特征调制电流通过电力线载波传输；在分支箱LTU或终端位置设了电流互感器(将大电流转化为可供测量的小电流，同时保持电路中的特征调制电流)、带通滤波器(600Hz-1200Hz，滤除特征调制电流带外信号)、AD(20位)采样、GFSK解调还原出特征码进行识别。记录信号识别到的时间标和信号强度；将识别信息上报主站，主站对时间标和信号强度进行对比分析，绘制线路物理拓扑。
需要注意的是，由于本方法可有效提高特征识别码的传输性能和识别准确率，在极特殊的情况下，考虑到前文提出的并行识别流程，可能出现不同台区拓扑识别串扰的情况，鉴于此种情况发生的可能性，在AD输出后会进行信号强度测量，通过信号强度来判断台区归属。
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，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于PWM特征调制电流的低压台区拓扑识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
台区主站向台区中参与户变关系识别的各个设备发送识别命令，在各个设备接收到该识别命令后，生成特征识别码，将特征识别码经过高斯频移键控调制，生成GFSK信号，再对GFSK信号进行脉冲宽度调制处理，向台区电网线路中输出具有识别特征的特征调制电流；
通过台区内的相关设备对线路电流信号进行接收和解调，以还原特征识别码，记录识别到线路电流信号的大小、相位、时间标；并将这些识别信息上报主站，主站用于对这些识别信息进行处理，进而绘制线路物理拓扑；所述台区内的相关设备包括分支箱LTU、模组化终端。
2.根据权利要求1所述的基于PWM特征调制电流的低压台区拓扑识别方法，其特征在于，还包括记录识别到线路电流信号的信号强度，用于在出现台区特征电流串扰的情况下，通过信号强度大小来判断台区归属。
3.根据权利要求1所述的基于PWM特征调制电流的低压台区拓扑识别方法，其特征在于，所述的台区拓扑识别方法采用并行模式，在并行模式下，控制所有台区同时进行特征电流识别。
4.根据权利要求3所述的基于PWM特征调制电流的低压台区拓扑识别方法，其特征在于，并行模式具体包括：
主站选定需要进行拓扑识别的台区，并设定各个台区中所有相关设备的发送开始时间X，且必须保证在设定开始时间与当前时间间隔时间内，完成所有设备的发送开始时间设置，设置发送时间间隔L，发送拓扑识别并行模式指令；
主站自动梳理选定台区档案，确认档案中每个台区中设备数量M，按顺次设置所有设备发送特征调制电流的时间；主站按选定台区中设备数量的最大值N设置识别倒计时；将所有设置好的发送开始时间X,X+L,X+2L,…,X+(M-1)*L，通过选定范围内模组化终端告知相应表和智能断路器；
所有设备按照各自预先设定的开始时间X,X+L,X+2L,…,X+(N-1)*L，分别向台区电网线路上进行特征调制电流的发送；台区内相关设备上的电流采集装置检测到特征电流信号，则将电流大小、相位和时间标保存在设备本地，并设置主动上报事件，将检测到的识别结果通过终端上报主站；
所有设备持续进行发送、识别，直至所有设备发送完毕；当并行模式结束时，主站倒计时结束，所有终端和智能断路器记录的含有时间标的上报信息结果均上报给主站；主站根据上报信息进行整理分析，计算得到此时的户变关系，以及识别失败的设备数量和地址。
5.根据权利要求3或4所述的基于PWM特征调制电流的低压台区拓扑识别方法，其特征在于，所述的台区拓扑识别方法还包括串行模式，对筛选出来特征电流识别失败的设备重新识别。
6.根据权利要求5所述的基于PWM特征调制电流的低压台区拓扑识别方法，其特征在于，串行模式具体包括：
在拓扑识别中并行模式的基础上进行判断，若没有识别失败设备，则直接跳转到流程最后，结束，若存在识别失败设备，设置串行识别开始时间，且必须保证在设定开始时间与当前时间间隔时间内完成所有设备的时间设置，设置发送间隔，发送拓扑识别串行模式指令；
主站开始识别倒计时；主站将设置好的特征调制电流发送时间通过终端告知相应地址的设备；在并行模式筛选出识别失败的所有设备完成时间设置；识别失败的所有设备按照各自预先设定的时间，分别向台区电网线路上进行特征电流发送；到达设定时间后，自动触发；
台区内所有模组化终端、智能断路器的交采一直检测特征电流信号，若检测到特征电流信号，则将电流大小、相位和对应识别时间绑定存储在本地设备，终端和智能断路器将检测到的识别结果通过终端上报主站；
所有设备持续进行发送、识别，直至所有设备发送完毕；当串行模式结束时，主站倒计时结束，主站对并行模式和串行模式所得存储记录进行整理分析，根据时间标对比算法，得到当前户变关系和物理拓扑。
7.根据权利要求1所述的基于PWM特征调制电流的低压台区拓扑识别方法，其特征在于，所述高斯频移键控调制的具体步骤如下：
将特征识别码进行高斯低通滤波，并作相位积分运算后，分成同相和正交两部分，分别对载波的同相和正交分量相乘，再合成得到GFSK信号，该信号表示为cosφ(t)cosωct-sinφ(t)sinωct，其中，cosφ(t)、sinφ(t)为所述同相和正交两部分，cosωct、sinωct为载波的同相和正交分量。
8.根据权利要求1所述的基于PWM特征调制电流的低压台区拓扑识别方法，其特征在于，特征调制电流的产生和识别过程如下：
由表端处理器接收主站下发的识别命令，并确定一组特征码，作为低压台区识别的特征编码，通过高斯频移键控调制，将这组特征码的0、1输出调制成两个不同频率的信号，用载波频率的变化来表征被传信息的状态，通过高斯频移键控调制得到带有特征码信息的调制信号；
再通过脉冲宽度调制，将带有特征码信息的载波进一步调制成特征调制电流；特征调制电流通过台区电网的电力线载波进行传输；最后，通过在分支箱LTU或终端位置设置的电流互感器、带通滤波器、AD采样装置、GFSK解调装置还原出特征码，从而完成识别。
CN202110763775.4A 2021-07-06 2021-07-06 一种基于pwm特征调制电流的低压台区拓扑识别方法 Active CN113471967B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110763775.4A CN113471967B (zh) 2021-07-06 2021-07-06 一种基于pwm特征调制电流的低压台区拓扑识别方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110763775.4A CN113471967B (zh) 2021-07-06 2021-07-06 一种基于pwm特征调制电流的低压台区拓扑识别方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113471967A true CN113471967A (zh) 2021-10-01
CN113471967B CN113471967B (zh) 2023-11-17

Family

ID=77878838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110763775.4A Active CN113471967B (zh) 2021-07-06 2021-07-06 一种基于pwm特征调制电流的低压台区拓扑识别方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113471967B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114002501A (zh) * 2022-01-04 2022-02-01 青岛鼎信通讯股份有限公司 一种带有数字滤波的采集终端拓扑识别方法
CN114362177A (zh) * 2022-03-16 2022-04-15 深圳友讯达科技股份有限公司 一种基于多频率特征电流信号的户变拓扑关系识别方法
CN114552584A (zh) * 2022-01-14 2022-05-27 珠海多创科技有限公司 一种低压电网台区拓扑识别系统及识别方法
CN114598038A (zh) * 2022-05-10 2022-06-07 青岛鼎信通讯股份有限公司 一种适用于低压台区的特征电流识别方法
CN114629117A (zh) * 2022-05-13 2022-06-14 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 功率时间碎片低压台区拓扑识别方法和装置
CN114759680A (zh) * 2022-05-13 2022-07-15 深圳友讯达科技股份有限公司 一种用于台区拓扑识别的方法及系统
CN115701005A (zh) * 2022-11-04 2023-02-07 杭州万高科技股份有限公司 一种基于z平面零极点设计的台区识别方法
CN115808588A (zh) * 2023-01-18 2023-03-17 辽宁汉华信息工程有限公司 基于罗氏线圈的脉冲特征信号台区拓扑识别方法
CN116626366A (zh) * 2023-07-19 2023-08-22 青岛鼎信通讯科技有限公司 一种配电网特征电流识别方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120207205A1 (en) * 2011-02-11 2012-08-16 Freescale Semiconductor, Inc. Phase-shifted pulse width modulation signal generation device and method therefor
CN104184492A (zh) * 2014-07-31 2014-12-03 中国农业大学 电力系统中功率与通信信号复合通信的方法及装置
CN112968520A (zh) * 2021-01-29 2021-06-15 国网浙江省电力有限公司营销服务中心 基于台区关键节点特征电流信息的台区拓扑识别方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120207205A1 (en) * 2011-02-11 2012-08-16 Freescale Semiconductor, Inc. Phase-shifted pulse width modulation signal generation device and method therefor
CN104184492A (zh) * 2014-07-31 2014-12-03 中国农业大学 电力系统中功率与通信信号复合通信的方法及装置
CN112968520A (zh) * 2021-01-29 2021-06-15 国网浙江省电力有限公司营销服务中心 基于台区关键节点特征电流信息的台区拓扑识别方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YE-SING LUO: "Ultrasonic telemetry and neural stimulator with FSK-PWM signaling", 2013 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ONVLSI DESIGN, AUTOMATION, AND TEST (VLSI-DAT) *
徐山河: "基于声光调制的逆向调制光通信系统研究", 激光技术 *
杨凯: "级联DC-DC变换器能量与信号同步传输策略研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑 *
杨建: "基于不倒翁模态的应急标志灯及其信息终端设备的设计与实现", 中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114002501A (zh) * 2022-01-04 2022-02-01 青岛鼎信通讯股份有限公司 一种带有数字滤波的采集终端拓扑识别方法
CN114552584A (zh) * 2022-01-14 2022-05-27 珠海多创科技有限公司 一种低压电网台区拓扑识别系统及识别方法
CN114362177A (zh) * 2022-03-16 2022-04-15 深圳友讯达科技股份有限公司 一种基于多频率特征电流信号的户变拓扑关系识别方法
CN114598038A (zh) * 2022-05-10 2022-06-07 青岛鼎信通讯股份有限公司 一种适用于低压台区的特征电流识别方法
CN114759680B (zh) * 2022-05-13 2023-05-02 深圳友讯达科技股份有限公司 一种用于台区拓扑识别的方法及系统
CN114629117A (zh) * 2022-05-13 2022-06-14 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 功率时间碎片低压台区拓扑识别方法和装置
CN114759680A (zh) * 2022-05-13 2022-07-15 深圳友讯达科技股份有限公司 一种用于台区拓扑识别的方法及系统
CN115701005A (zh) * 2022-11-04 2023-02-07 杭州万高科技股份有限公司 一种基于z平面零极点设计的台区识别方法
CN115701005B (zh) * 2022-11-04 2024-04-19 杭州万高科技股份有限公司 一种基于z平面零极点设计的台区识别方法
CN115808588A (zh) * 2023-01-18 2023-03-17 辽宁汉华信息工程有限公司 基于罗氏线圈的脉冲特征信号台区拓扑识别方法
CN115808588B (zh) * 2023-01-18 2023-05-05 辽宁汉华信息工程有限公司 基于罗氏线圈的脉冲特征信号台区拓扑识别方法
CN116626366A (zh) * 2023-07-19 2023-08-22 青岛鼎信通讯科技有限公司 一种配电网特征电流识别方法
CN116626366B (zh) * 2023-07-19 2023-10-24 青岛鼎信通讯科技有限公司 一种配电网特征电流识别方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113471967B (zh) 2023-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113471967A (zh) 一种基于pwm特征调制电流的低压台区拓扑识别方法
US6549120B1 (en) Device for sending and receiving data through power distribution transformers
CA2564052A1 (en) Single and multiple sinewave modulation and demodulation techniques, apparatus, and communications systems
CN112019241B (zh) 一种用于在电力系统中识别设备关联关系的方法及系统
CN105229984A (zh) 易位调制系统、方法和设备
WO1998016042A1 (en) Cosine segment communications system
CN106230482B (zh) 电力线载波通信方法和系统
US4516079A (en) Coherent phase shift keyed demodulator for power line communication systems
US3986121A (en) Method for remote control through a power supply system and apparatus for carrying out the same
US6194996B1 (en) Information transfer via power line carrier
CN110350634A (zh) 无线充电接收器双译码电路以及使用其的无线充电接收器
CN109286457A (zh) 基于小波分析的twacs上行信号检测方法
Mandourarakis et al. Power line communication method for the simultaneous transmission of power and digital data by cascaded H-bridge converters
US4694471A (en) Digital data communicating
Claessens et al. Receiving ASK-OFDM in low power SWIPT nodes without local oscillators
JP3552987B2 (ja) 電源線データ伝送方式及びその伝送装置並びにその配電盤装置
Guo et al. Modem/radio IC architectures for ISM band wireless applications
CN112422155B (zh) 一种载波跨相通信方法及装置
JPH08204766A (ja) 時間制限波形の周波数分析検出方式
CN108737305A (zh) 一种重叠二次相位耦合的频差unb通信传输方法
RU2340096C1 (ru) Система электронного учета расхода энергоносителей
CN113992240B (zh) 一种用于载波通信的调制系统及其控制方法
Khusnutdinov et al. Modeling in a narrow-band communication system of a power transmission line multiplexing method with orthogonal frequency division of channels
Monti et al. Block codes for linear timing recovery in data transmission systems
SE444248B (sv) Forfarande for serieoverforing av binera signaler mellan enheter i en larmanleggning over ett fremmande ledningsnet, exv elnetet, samt modem for genomforande av forfarandet

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Room 4005, block a, block 8, area C, Wanke Yuncheng phase III, Liuxin 4th Street, Xili community, Xili street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong 518000

Patentee after: Shenzhen Smart Microelectronics Technology Co.,Ltd.

Address before: Room 4005, block a, block 8, area C, Wanke Yuncheng phase III, Liuxin 4th Street, Xili community, Xili street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong 518000

Patentee before: SPL ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD.