CN114006685A - 一种基于工频与载波的配网精准画像的方案和通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工频载波通信技术领域，特别涉及一种基于工频与载波的配网精准画像的方案和通信系统，包括工频载波通信设备，配网精准画像的方案和通信系统基于工频载波通信设备，工频载波通信设备包括集中器和终端，集中器固定安装在配电网变压器侧，终端固定安装在用户侧，集中器与终端均设有信号传输和编码译码的功能，工频载波通信设备设置有工频校时、配网拓扑识别、信号损耗测距和工频融合载波四个功能模块，工频载波通信设备的功能模块通过检测匹配工频畸变信号的方法来实现。本发明的优点在于设计了识别检测工频畸变信号的算法，配合工频载波通信技术，将配网拓扑识别的硬件设备简化，同时提高检测识别配网拓扑结构的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及工频载波通信技术领域，特别涉及一种基于工频与载波的配网精准画像的方案和通信系统。
背景技术
低压台区配电网承担着电力网末端输送生活用电的关键职能，台区是指安装在某一地点的变压器供电的地域范围,由于在低压配电网中,变电站的变压器将三相输电线分别降压至220V低电压供给居民用,需要保证三相间的功率平衡,因此正确识别和记录每相上连接的用户量和用电量至关重要，即配网拓扑识别，快速准确的配网拓扑识别有助于正确计算和调节用户连接关系从而减少电能的浪费，在出现局部故障时也能快速反应。
随着科技的发展，配网拓扑识别已经开始由人工巡检发展到由设备检测再由人工记录，而随着通讯技术的进步，配网拓扑识别的方法再一次发生革新。
目前，授权公告号为CN 107483082 A的中国专利公开了一种基于工频载波通信技术的低压配网拓扑自动识别方法及系统，通过在低压配网台区每个变压器旁边安装有一个集中器和一个拓扑自动识别装置，集中器和拓扑自动识别装置之间通过485线路相连接，在分布于低压配网台区智能电表上内置或外置有双模采集器，在位于电力营销中心或电力运检部门安装有配电网拓扑智能识别主站的安装，然后其通过上述设备进行自动识别，配电网拓扑智能识别主站将最新建立的拓扑链接关系表数据转换为低压配电网地理拓扑图和逻辑拓扑图并更新台区原有的地理拓扑图和台区逻辑拓扑图，以及记录拓扑状态变位事件。
上述现有技术方案存在以下缺陷：设备采取了定时启动和识别的方式，且设备识别前需要设定各个地区的各台设备的工作编码，前期工作量大，识别步骤繁琐。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于工频与载波的配网精准画像的方案和通信系统，以解决上述现有技术存在的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于工频与载波的配网精准画像的方案和通信系统，包括工频载波通信设备，所述配网精准画像的方案和通信系统基于工频载波通信设备，所述工频载波通信设备包括集中器和终端，所述集中器固定安装在配电网变压器侧，所述终端固定安装在用户侧，所述集中器与所述终端均设有信号传输和编码译码的功能，所述工频载波通信设备设置有工频校时、配网拓扑识别、信号损耗测距和工频融合载波四个功能模块，所述工频载波通信设备的功能模块通过检测匹配工频畸变信号的方法和载波通信技术来实现，所述配网拓扑识别和信号损耗测距组成配网精准画像系统，所述工频载波通信设备设置工频通信与工频校时以及载波通信共同组成低压电力线通信系统。
在进一步的实施例中，所述检测匹配工频畸变信号的方法包括以下步骤：
A1、设置信号码元，信号码元包含两个完整的电压周期，在电压过零点时产生畸变信号，所述畸变信号由所述工频载波通信设备产生，在第一电压周期产生畸变信号的信号码元标记为“0”，在第二电压周期产生畸变信号的信号码元标记为“1”；
A2、设置数字信号，所述数字信号由多位信号码元组合而成，信号码元组合的位数为n，选取的信号码元组合设置为二进制数据“0”，选取的信号码元组合的反码设置为二进制数据“1”；
A3、所述工频载波通信设备通过步骤A2里设置的二进制数据进行传输匹配实现各个模块功能。
在进一步的实施例中，所述信号码元的确定采用小波匹配的方法，包括以下步骤：
B1、根据信号码元组合的位数选取电压周波的检测数量m，电压周波的检测数量至少包含两组信号码元组合，2*n+2 < m < 3*n；
B2、所述工频载波通信设备设置有AD芯片采集电压电流数据，检测n位的信号码元组合，在下降沿过零点前后的T毫秒的时间内要求采样m次，该m个点需要与前一个周波的数据相减，再与下面的波形m个点的数据相乘后求和作为小波处理结果；
B3、小波处理结果，连续处理n个周波之后形成一个数组，对该数组进行正交变换，共处理2*n次，每次处理的结果组成一个正交编码，每个新的完整后期后，都形成新的正交编码；
B4、码元确定，每一个完成正弦波形成一个新的正交编码，找出该数组绝对值最大数值的位置，并记录该最大位置的数值的正负，与前2*n个正交编码进行比较，看看最大值的位置是否相同，连续三次相同则同步完成开始接收数据，将最大值的正负记录下来，正为0码元，负为1码元。
在进一步的实施例中，所述工频载波通信设备的工作方式包括以下步骤：
所述集中器作为主动侧设备时，
C1、所述终端初始校验时向所述集中器发射上行指令信号；
C2、所述集中器等待和接收到上行指令信号，并判断上行指令信号的发送端是否为本地连接的终端；
C3、所述集中器向正确连接的终端发送短信确认；
所述终端作为主动侧设备时，
D1、所述集中器不断发送下行指令信号；
D2、所述终端等待和接收到下行指令信号，并判断发送下行指令信号的集中器；
D3、所述终端向正确连接的集中器发送短信确认。
在进一步的实施例中，所述配网拓扑识别的方法是所述集中器发送下行同步信号，所述终端接收下行信号并分析接收到的信号来源，确定变压器的位置以及信号位于哪一相。
在进一步的实施例中，所述工频校时的方法是所述终端发送上行信号，所述集中器接收信号并建立同步，所述集中器发送下行信号，所述下行信号内包含时钟信号，所述终端接收下行信号并进行校时。
在进一步的实施例中，所述信号损耗测距的方法是在变压器和用户侧设置辅助节点，所述工频载波通信设备判断用户侧台区关系，并借助辅助节点检测信号完整度和损耗比，根据辅助节点的位置关系判断设备间距离。
在进一步的实施例中，所述集中器和终端设置有移动通讯卡。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.设置集中器和终端，通过设计识别检测工频畸变信号的算法，将配网拓扑识别的硬件设备简化，同时可以简化具体识别的流程，所有识别步骤都能基于集中器和终端实现，并且根据配电网的实际情况可以设定不同位数的识别信号，提高识别的准确性。
附图说明
图1是本发明的系统功能框图；
图2是本发明中用于体现集中器为主动侧的流程图；
图3是本发明中用于体现终端为主动侧的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图1中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定中心的方向。
实施例1：
如图1-3所示，一种基于工频与载波的配网精准画像的方案和通信系统，包括工频载波通信设备，配网精准画像的方案和通信系统基于工频载波通信设备，工频载波通信设备包括集中器和终端，集中器固定安装在配电网变压器侧，终端固定安装在用户侧，集中器与终端均设有信号传输和编码译码的功能，集中器和终端设置有移动通讯卡，移动通讯卡（sim卡）的作用是通过移动数据传输信息，不再将信息通过载波信号传输，减少信号的干扰性，移动数据传输可以在配电网切断时爆保持通讯。
工频载波通信设备的工作方式包括以下步骤：
集中器作为主动侧设备时，
C1、终端初始校验时向集中器发射上行指令信号；
C2、集中器等待和接收到上行指令信号，并判断上行指令信号的发送端是否为本地连接的终端；
C3、集中器向正确连接的终端发送短信确认；
终端作为主动侧设备时，
D1、集中器不断发送下行指令信号；
D2、终端等待和接收到下行指令信号，并判断发送下行指令信号的集中器；
D3、终端向正确连接的集中器发送短信确认。
当终端首次安装在用户侧时，终端需要作为主动侧完成C1-C3的步骤，与所述台区的变压器的集中器建立联系，然后集中器完成D1-D3的步骤，进一步确认搜集终端发送的信息是否准确。
当配网系统出现故障以及其他情况需要进行拓扑识别时，集中器完成D1-D3的步骤，搜集各个终端的信息并判断分析。
工频载波通信设备设置有工频校时、配网拓扑识别、信号损耗测距和工频融合载波四个功能模块，工频载波通信设备的功能模块通过检测匹配工频畸变信号的方法和载波通信技术来实现。
检测匹配工频畸变信号的方法包括以下步骤：
A1、设置信号码元，信号码元包含两个完整的电压周期，在电压过零点时产生畸变信号，畸变信号由工频载波通信设备产生，在第一电压周期产生畸变信号的信号码元标记为“0”，在第二电压周期产生畸变信号的信号码元标记为“1”；
A2、设置数字信号，所述数字信号由多位信号码元组合而成，信号码元组合的位数为n，选取的信号码元组合设置为二进制数据“0”，选取的信号码元组合的反码设置为二进制数据“1”，信号码元组合可选择7位组合或15位组合，也可以根据实际需要选择其他长度的位数；
A3、工频载波通信设备通过步骤A2里设置的二进制数据进行传输匹配实现各个模块功能。
检测匹配工频畸变信号的基础是确定信号码元，即设备接收含数字信号的电压电流信号时，需要确定数字信号的首位从而保证数字信号的准确性和完整性，而信号码元的确定采用小波匹配的方法，包括以下步骤：
B1、根据信号码元组合的位数选取电压周波的检测数量m，电压周波的检测数量至少包含两组信号码元组合，2*n+2 < m < 3*n，当信号码元组合选择7位时，7位的信号码元组合需要检测20个周波，当信号码元组合选择15位时，15位的信号码元组合需要检测40个周波；
B2、工频载波通信设备设置有AD芯片采集电压电流数据，检测n位的信号码元组合，在下降沿过零点前后的T毫秒的时间内要求采样m次，该m个点需要与前一个周波的数据相减，再与下面的波形m个点的数据相乘后求和作为小波处理结果；
检测7位的信号码元组合时，在下降沿过零点之前的2ms之内要求采样20次，该20个点需要与前一个周波的数据相减，再与下面的波形20个点的数据相乘后求和作为小波处理结果；
检测15位的信号码元组合时，在下降沿过零点前后的4ms（过零点之前2ms，之后2ms）之内要求采样40次，该40个点需要与前一个周波下降沿前后同位置电压相减，再与下面的波形40个点的数据相乘后求和作为小波处理结果；
B3、小波处理结果，连续处理n个周波之后形成一个数组，对该数组进行正交变换，共处理2*n次，每次处理的结果组成一个正交编码，每个新的完整后期后，都形成新的正交编码；
在7位和15位的情况下，连续处理7/15个周波之后形成一个数组，对该数组进行正交变换，共处理14/30次，每次处理的结果组成一个正交编码，每个新的完整后期后，都形成新的正交编码；
B4、码元确定，每一个完成正弦波形成一个新的正交编码，找出该数组绝对值最大数值的位置，并记录该最大位置的数值的正负，与前2*n个正交编码进行比较，看看最大值的位置是否相同，连续三次相同则同步完成开始接收数据，将最大值的正负记录下来，正为0码元，负为1码元；
在7位信号码元组合的情况下，则与前14个正交编码进行比较，看看最大值的位置是否相同，连续三次相同则同步完成开始接收数据，将最大值的正负记录下来，正为0码元，负为1码元。
根据检测匹配工频畸变信号的方法，工频载波通信设备分别实现如下功能：
配网拓扑识别：集中器发送下行同步信号，终端接收下行信号并建立同步匹配，分析接收到的信号来源，确定终端归属台区对应的变压器位置以及信号位于哪一相。
工频校时：终端发送上行信号，集中器接收信号并建立同步，集中器发送下行信号，下行信号内包含时钟信号，终端接收下行信号并进行校时，校时的方法的用下行信号中的时钟信号减去集中器发送信号至终端的延时时长，延时时长是由计时器计算得到，计时器设置在终端，计时器在集中器发送下行信号的时刻开始计时，并在终端接收信号的时候停止计时，相减的时差即为集中器发送信号至终端的延时时长。
信号损耗测距：是在变压器和用户侧设置辅助节点，工频载波通信设备判断用户侧台区关系，并借助辅助节点检测信号完整度和损耗比，根据辅助节点的位置关系判断设备间距离。
综上所述，检测匹配工频畸变信号的方法位本发明中的重要基础，在此基础上可以实现工频校时和配网拓扑识别，而信号损耗测距和工频融合载波基于电力线载波通信技术，其中工频校时和配网拓扑识别可以同步进行，而工频融合载波与信号损耗测距的功能相互配合，工频融合载波属于工频通信技术，工频校时与工频通信以及载波通信组成低压电力线通信系统，配网拓扑识别和信号损耗测距组成配网精准画像系统。工频载波通信设备通过配网拓扑识别的功能模块快速识别用户终端属于哪一个台区的哪一相，再通过信号损耗测距测出用户终端距离台区的变压器的具体距离，综合两者的数据得到配网的拓扑结构关系，实现配网精准画像，可以有效提高识别的准确性。
具体实施过程：在使用本发明的配网拓扑识别系统时，当终端首次安装在用户侧时，终端需要作为主动侧完成C1-C3的步骤，与所述台区的变压器的集中器建立联系，然后集中器完成D1-D3的步骤，进一步确认搜集终端发送的信息是否准确。
当配网系统出现故障以及其他情况需要进行拓扑识别时，集中器完成D1-D3的步骤，搜集各个终端的信息并判断分析。
根据分析的内容继续进行以下几方面功能实现：
配网拓扑识别：集中器发送下行同步信号，终端接收下行信号并分析接收到的信号来源，确定变压器的位置以及信号位于哪一相。
工频校时：终端发送上行信号，集中器接收信号并建立同步，终端发送下行信号，下行信号内包含时钟信号，终端接收下行信号并进行校时。终端发送上行信号，集中器接收信号并建立同步，集中器发送下行信号，下行信号内包含时钟信号，终端接收下行信号，随后终端用下行信号中的时钟信号减去集中器发送信号至终端的延时时长，完成校时。
信号损耗测距：是在变压器和用户侧设置辅助节点，工频载波通信设备判断用户侧台区关系，并借助辅助节点检测信号完整度和损耗比，根据辅助节点的位置关系判断设备间距离。
工频载波通信设备分别通过配网拓扑识别和信号损耗测距两个功能模块可以快速识别用户终端属于哪一个台区的哪一相以及用户终端距离台区的变压器的具体距离，综合两者的数据可以得到一个用户的拓扑连接关系，设置多台终端收集各个终端信息就可以得到配网的全部拓扑结构关系，实现配网精准画像。
工频载波通信设备通过工频校时、工频通信、载波通信组成低压电力线通信系统，从而提高通信效率。
在本发明公开的实施例中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明公开的实施例中的具体含义。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种基于工频与载波的配网精准画像的方案和通信系统，包括工频载波通信设备，其特征在于，所述配网精准画像的方案和通信系统基于工频载波通信设备，所述工频载波通信设备包括集中器和终端，所述集中器固定安装在配电网变压器侧，所述终端固定安装在用户侧，所述集中器与所述终端均设有信号传输和编码译码的功能，所述工频载波通信设备设置有工频校时、配网拓扑识别、信号损耗测距和工频融合载波四个功能模块，所述工频载波通信设备的功能模块通过检测匹配工频畸变信号的方法和载波通信技术来实现，所述配网拓扑识别和信号损耗测距组成配网精准画像系统，所述工频载波通信设备设置工频通信与工频校时以及载波通信共同组成低压电力线通信系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于工频与载波的配网精准画像的方案和通信系统，其特征在于，所述检测匹配工频畸变信号的方法包括以下步骤：
A1、设置信号码元，信号码元包含两个完整的电压周期，在电压过零点时产生畸变信号，所述畸变信号由所述工频载波通信设备产生，在第一电压周期产生畸变信号的信号码元标记为“0”，在第二电压周期产生畸变信号的信号码元标记为“1”；
A2、设置数字信号，所述数字信号由多位信号码元组合而成，所述信号码元组合的位数为n，选取的信号码元组合设置为二进制数据“0”，选取的信号码元组合的反码设置为二进制数据“1”；
A3、所述工频载波通信设备通过步骤A2里设置的二进制数据进行传输匹配实现各个模块功能。
3.根据权利要求2所述的一种基于工频与载波的配网精准画像的方案和通信系统，其特征在于，所述信号码元的确定采用小波匹配的方法，包括以下步骤：
B1、根据信号码元组合的位数选取电压周波的检测数量m，电压周波的检测数量至少包含两组信号码元组合，2*n+2<m<3*n；
B2、所述工频载波通信设备设置有AD芯片采集电压电流数据，检测n位的信号码元组合，在下降沿过零点前后的T毫秒的时间内要求采样m次，该m个点需要与前一个周波的数据相减，再与下面的波形m个点的数据相乘后求和作为小波处理结果；
B3、小波处理结果，连续处理n个周波之后形成一个数组，对该数组进行正交变换，共处理2*n次，每次处理的结果组成一个正交编码，每个新的完整后期后，都形成新的正交编码；
B4、码元确定，每一个完成正弦波形成一个新的正交编码，找出该数组绝对值最大数值的位置，并记录该最大位置的数值的正负，与前2*n个正交编码进行比较，看看最大值的位置是否相同，连续三次相同则同步完成开始接收数据，将最大值的正负记录下来，正为0码元，负为1码元。
4.根据权利要求1所述的一种基于工频与载波的配网精准画像的方案和通信系统，其特征在于，所述工频载波通信设备的工作方式包括以下步骤：
所述集中器作为主动侧设备时，
C1、所述终端初始校验时向所述集中器发射上行指令信号；
C2、所述集中器等待和接收到上行指令信号，并判断上行指令信号的发送端是否为本地连接的终端；
C3、所述集中器向正确连接的终端发送短信确认；
所述终端作为主动侧设备时，
D1、所述集中器不断发送下行指令信号；
D2、所述终端等待和接收到下行指令信号，并判断发送下行指令信号的集中器；
D3、所述终端向正确连接的集中器发送短信确认。
5.根据权利要求1所述的一种基于工频与载波的配网精准画像的方案和通信系统，其特征在于：所述配网拓扑识别的方法是所述集中器发送下行同步信号，所述终端接收下行信号并分析接收到的信号来源，确定变压器的位置以及信号位于哪一相。
6.根据权利要求1所述的一种基于工频与载波的配网精准画像的方案和通信系统，其特征在于：所述工频校时的方法是所述终端发送上行信号，所述集中器接收信号并建立同步，所述集中器发送下行信号，所述下行信号内包含时钟信号，所述终端接收下行信号并进行校时。
7.根据权利要求1所述的一种基于工频与载波的配网精准画像的方案和通信系统，其特征在于：所述信号损耗测距的方法是在变压器和用户侧设置辅助节点，所述工频载波通信设备判断用户侧台区关系，并借助辅助节点检测信号完整度和损耗比，根据辅助节点的位置关系判断设备间距离。
8.根据权利要求1所述的一种基于工频与载波的配网精准画像的方案和通信系统，其特征在于：所述集中器和终端设置有移动通讯卡。
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