CN114024573B - 一种低压电力线载波通信系统性能监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压电力线载波通信系统性能监测方法，包括：初始化台体环境，设置默认衰减值，将待测设备上电；基于所述上电的待测设备进行通信工作频段测试以及发射功率谱密度测试；利用测试合格的待测设备进行数据的传输，并测试所述数据的抗窄带噪声性能，对所述性能低于预设标准的数据进行去噪处理；检测该系统的通信速率，若符合预设标准，则将去噪处理后的数据进行数据的收发。本发明的有益效果在于：旨在提升低压电力线通信系统性能检测能力，能够有效快速地进行点对点通信检测，通过通信工作频段测试、发射功率谱密度测试、通信速率检测模拟真实通信技术环境，检测结果作为管理人员数据及组网工作依据，提高了用电信息采集率。

Description

一种低压电力线载波通信系统性能监测方法

技术领域

本发明涉及的载波通信技术领域，尤其涉及一种低压电力线载波通信系统性能监测方法。

背景技术

目前，随着我国智能电网建设的不断推进与贯彻宣传，低压电力线载波通信系统的应用领域已覆盖配电网中的自动抄表系统、负载控制、变压器监控、电能质量远程测量、安全监视、分时费率、动态计费、电力线语音话务、电力线室内宽带接入和高速视音频等服务，低压电力线载波通信系统已经成为智能电网重要的组成因素之一，肩负着配电网千家万户居民用电信息的采集与分析人物，随着采集覆盖范围的扩大，采集系统的应用工作不断深化，数据采集范围及频度要求不断提高，采集信道通信性能压力凸显，通信信道传输速率、稳定性和可靠性等已经成为提升采集系统建设应用效果的关键点，现有的技术方案包括，基于Rs485通信的用电信息采集系统的通信检测方法、基于多节点的低压宽带电力线信道建模方法，以及低压电力线通信载波的信道特性并进行模拟通信测试等。

现有的电力线通信系统性能检测方法主要存在如下问题：低压电力线载波通信网络经过多年的建设与运维，通信缺陷逐渐突显，其组网性能、网络拓扑适应能力是载波通信运行的关键，对电网环境的检测能力关系着整个电网系统能否正常运行，目前国内已经加快低压电力线载波通信技术的研究和市场布局，但是由于低压电力线载波通信缺乏严格的性能检测设备，现有的检测系统较少考虑低压电力线载波通信频率特征带来的空间辐射影响，辐射信号串扰影响设备的准确度量和检测，不适用于对低压电力线载波通信进行定量分析检测。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明一种低压电力线载波通信系统性能监测方法。

因此，本发明解决的技术问题是：现有的检测系统较少考虑低压电力线载波通信频率特征带来的空间辐射影响，辐射信号串扰影响设备的准确度量和检测，不适用于对低压电力线载波通信进行定量分析检测。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：初始化台体环境，设置默认衰减值，将待测设备上电；基于所述上电的待测设备进行通信工作频段测试以及发射功率谱密度测试；利用测试合格的待测设备进行数据的传输，并测试所述数据的抗窄带噪声性能，对所述性能低于预设标准的数据进行去噪处理；检测该系统的通信速率，若符合预设标准，则将去噪处理后的数据进行数据的收发。

作为本发明所述的低压电力线载波通信系统性能监测方法的一种优选方案，其中：所述通信工作频段测试以及发射功率谱密度测试包括，通过透明物理设备发送频段切换命令报文，使待测模块切换到目标测试频段；通过透明物理设备发送测试模式配置报文，使待测模块进入物理层回传测试模式；设置频谱仪参数，通过所述透明物理设备向待测设备发送多帧PLC测试报文，所述待测模块将接收到的PLC报文回传，利用频谱仪捕捉所述待测模块回传报文时的发送信号；获取其工作频段。

作为本发明所述的低压电力线载波通信系统性能监测方法的一种优选方案，其中：所述获取工作频段包括，获取所述频谱仪的坐标数值、带内PSD值，通过读取点数并根据所述频谱仪的上升沿和下降沿拐点得出所述工作频段。

作为本发明所述的低压电力线载波通信系统性能监测方法的一种优选方案，其中：重新设置所述频谱仪参数，向所述待测设备发送PLC测试报文，从所述频谱仪获取带外PSD值包括，利用软件平台重新设置所述频谱仪参数，通过所述透明物理设备向待测设备发送多帧PLC测试报文；所述待测模块将接收到的PLC报文回传，并捕捉待测设备回传报文时的发送信号，所述软件平台从所述频谱仪获取带外PSD值。

作为本发明所述的低压电力线载波通信系统性能监测方法的一种优选方案，其中：所述抗窄带噪声性能测试包括，通过所述透明物理设备发送测试模式配置报文，使待测模块进入物理层透传测试模式；设置信号发生器输出窄带噪声；选择并向所述待测设备发送测试报文，接收并比较报文内容，根据报文内容比较结果统计通信成功率；根据通信成功率的大小选择是否结束测试。

作为本发明所述的低压电力线载波通信系统性能监测方法的一种优选方案，其中：所述选择并向待测设备发送测试报文，接收并比较报文内容，根据报文内容比较结果统计通信成功率包括，选择TMI模式集合中的测试报文，通过所述透明物理设备向待测设备发送多帧PLC测试报文；所述软件平台从串口接收到待测设备透传的PLC报文内容后，和发送前保存的内容进行比较；如果比较结果相同，则认为该报文透传成功，通信成功次数加1；如果比较结果不相同，则通信成功次数不变，根据通信成功次数统计通信成功率。

作为本发明所述的低压电力线载波通信系统性能监测方法的一种优选方案，其中：所述根据通信成功率的大小选择是否结束测试包括，如果所述通信成功率小于预设值，则结束当前测试；如果所述通信成功率大于等于预设值，则增大衰减值，重复选择并向待测设备发送测试报文，接收并比较所述报文内容，根据所述报文内容比较统计通信成功率。

作为本发明所述的低压电力线载波通信系统性能监测方法的一种优选方案，其中：所述通信速率检测包括，通过透明接入单元发送测试模式配置报文，使所述待测模块进入回传测试模式；选择TMI模式集合中的测试报文，通过所述透明接入单元向待测设备发送多帧PLC测试报文；载波侦听单元将所述透明接入单元发出的报文内容和待测设备回传的报文内容上报给软件平台；标准集中器与标准电能表之间正常抄表，通过载波信号偶合器将载波信号传输到频谱分析仪中进行分析。

作为本发明所述的低压电力线载波通信系统性能监测方法的一种优选方案，其中：所述标准通信单元为中央协调器CCO或站点STA，所述被测通信单元为中央协调器CCO或站点STA。

本发明的有益效果：本发明旨在提升低压电力线通信系统性能检测能力，能够有效快速地进行点对点通信检测，通过通信工作频段测试、发射功率谱密度测试、通信速率检测模拟真实通信技术环境，检测结果作为管理人员数据及组网工作依据，提高了用电信息采集率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一种低压电力线载波通信系统性能监测方法的步骤示意图；

图2为本发明一种低压电力线载波通信系统性能监测方法的性能检测试验环境示意图；

图3为本发明一种低压电力线载波通信系统性能监测方法的低压电力线通信性能监测网框架示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1～2，本实施例提供了一种低压电力线载波通信系统性能监测方法，包括：

S1：初始化台体环境，设置默认衰减值，将待测设备上电.

S2：基于上电的待测设备进行通信工作频段测试以及发射功率谱密度测试。

需要说明的是，工作频段及功率谱密度试验：软件平台和透明物理设备发送接收报文，待测CCO或STA模块，插入待测模块位置，按以下步骤测试：

(1)初始化台体环境，设置默认衰减值，将待测设备上电；

(2)软件平台通过透明物理设备发送频段切换命令报文，使待测模块切换到目标测试频段；

(3)软件平台通过透明物理设备发送测试模式配置报文，使待测模块进入物理层回传测试模式；

(4)软件平台设置频谱仪参数，通过透明物理设备向待测设备发送多帧PLC测试报文，待测模块将接收到的PLC报文回传，频谱仪捕捉待测设备回传报文时的发送信号；

(5)软件平台获取频谱仪的坐标数值，带内PSD值，通过读取点数，根据频谱仪的上升沿和下降沿拐点得出工作频段；

(6)软件平台重新设置频谱仪参数，通过透明物理设备向待测设备发送多帧PLC测试报文，待测模块将接收到的PLC报文回传，频谱仪捕捉待测设备回传报文时的发送信号，软件平台从频谱仪获取带外PSD值，软件平台和透明物理设备发送接收报文。

S3：利用测试合格的待测设备进行数据的传输，并测试数据的抗窄带噪声性能，对性能低于预设标准的数据进行去噪处理。

需要说明的是，抗窄带噪声性能试验：软件平台和透明物理设备发送报文。待测CCO或STA模块，插入待测模块位置，按以下步骤测试：

(1)初始化台体环境，设置默认衰减值，将待测设备上电；

(2)软件平台通过透明物理设备发送测试模式配置报文，使待测模块进入物理层透传测试模式；

(3)软件平台设置信号发生器输出窄带噪声；

(4)软件平台选择TMI模式集合中的测试报文，通过透明物理设备向待测设备发送多帧PLC测试报文；

(5)软件平台从串口接收到待测设备透传的PLC报文内容后，和发送前保存的内容相比较，若内容相同，认为该报文透传成功，通信成功次数+1，前后报文数据不一致，则通信成功次数不变；

(6)统计成功率，若成功率为小于阈值，则结束测试，若成功率大于阈值，则增大衰减值，然后重复(1)～(6)步骤，直到成功率刚刚小于阈值，结束当前测试，记录衰减值。

其中，内容相似度计算公式为：

其中，R_i和R_j分别表示区域i和j，

为区域i的数据特征向量，

为数据特征向量维度。

进一步的，去噪过程包括：

对采集到的信号逐帧进行快速傅里叶变换得到信号频谱；

将频谱转换为极坐标，得到原始信号的幅度谱和相位谱及原始信号的相位信息，根据幅度谱估计出噪声的幅度谱；

用原始信号的幅度谱减去估计的噪声幅度谱得到纯净的信号的幅度谱；

利用原始信号的相位代替纯净信号的相位，再对纯净信号的幅度谱及原始信号的相位进行反傅里叶变换，得到增强的信号；

利用自适应陷波器对增强的信号进行二次滤波，得到降噪后的信号。

S4：检测该系统的通信速率，若符合预设标准，则将去噪处理后的数据进行数据的收发。

需要说明的是，通信速率检测流程：

(1)初始化台体环境，设置默认衰减值，将待测设备上电；

(2)软件平台通过透明接入单元发送测试模式配置报文，使待测模块进入回传测试模式；

(3)软件平台选择TMI模式集合中的测试报文，通过透明接入单元向待测设备发送多帧PLC测试报文；

(4)载波侦听单元依次上报给软件平台透明接入单元发出的FC+PB内容和待测设备回传的FC+PB性能试验环境如图2，标准集中器与标准电能表之间正常抄表，通过载波信号耦合器将信号送到频谱分析仪，分辨率带宽为10kHz。

其中，性能检测试验环境如图2所示，隔离电源供电，标准通信单元和被测通信单元1:1配置，在工装上正常上电工作，通过电力线可通信。

本发明旨在提升低压电力线通信系统性能检测能力，可有效快速地进行点对点通信检测，通信工作频段测试、发射功率谱密度测试、模块互换性测试、功耗测试、抗噪性能和杂散辐射模拟真实通信技术环境。组网通信测试模拟实际工况，进行业务功能与性能测试、通信抗串扰、实际噪声仿真、载波信道衰减仿真和拓扑结构等组网，智能检测、结果判别、性能评估及数据管理，检测结果直接作为管理人员数据采集及组网工作依据，为用电信息采集率的提高提供基础支持，通信性能的检测作为电力营销工作的顺利进行及未来规划具有指导作用。

实施例2

参照图3为本发明另一个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种低压电力线载波通信系统性能监测方法的验证测试，为对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例采用传统技术方案与本发明方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。

传统的技术方案：现有的检测系统较少考虑低压电力线载波通信频率特征带来的空间辐射影响，辐射信号串扰影响设备的准确度量和检测，不适用于对低压电力线载波通信进行定量分析检测，为验证本方法相对传统方法具有较高信息采集率及较快的速度。本实施例中将采用传统监测方法和本方法分别对仿真低压电力线通信系统的数据采集准确率及效率进行实时测量对比。

测试环境：如图3所示为低压电力线通信性能监测网框架图，低压电力线通信系统通信性能检测及测试软件平台可以实现过程智能化，试验项目微机程控，实现点对点通信检测进行通信工作频段测试、发射功率谱密度测试、抗噪性能和杂散辐射、通信速率试验等。通信性能自动测试软件包含以下6个基本功能：

(1)用户界面。所有用户界面都在此模块中，主要实现操作员和管理平台的数据交互。

(2)控制中心模块。此模块负责协调整个程序的资源分配，采用多线程机制，通过以太网TCP/IP协议、RS485接口以及串口和各个设备通信，完成自动化或者手动控制设备流程。

(3)数据中心。专门针对各个仪器数据交互处理模块。

(4)参数管理。处理本系统参数，包括各仪器的参数以及部件测试参数的设置以及管理。

(5)设备管理。本平台可以控制的所有设备的底层驱动，状态读取等。

(6)数据库管理。对数据库进行查询、写入、编辑和删除等。

其测试结果如下表所示：

表1：实验结果对比表。

测试样本	本发明方法	传统方法
			信息采集率	98％	90％
时延	0.5ms	1.8ms

从上表可以看出，本发明方法相较于传统方法有较好的性能。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种低压电力线载波通信系统性能监测方法，其特征在于：包括，

初始化台体环境，设置默认衰减值，将待测模块上电；

基于所述上电的待测模块进行通信工作频段测试以及发射功率谱密度测试，所述通信工作频段测试以及发射功率谱密度测试包括，通过透明物理设备发送频段切换命令报文，使待测模块切换到目标测试频段，通过透明物理设备发送测试模式配置报文，使待测模块进入物理层回传测试模式，设置频谱仪参数，通过所述透明物理设备向待测模块发送多帧PLC测试报文，所述待测模块将接收到的PLC报文回传，利用频谱仪捕捉所述待测模块回传报文时的发送信号，获取其工作频段；

利用测试合格的待测模块进行数据的传输，并测试所述数据的抗窄带噪声性能，所述抗窄带噪声性能测试包括，通过所述透明物理设备发送测试模式配置报文，使待测模块进入物理层透传测试模式，设置信号发生器输出窄带噪声，选择并向所述待测模块发送测试报文，接收并比较报文内容，根据报文内容比较结果统计通信成功率，通信成功率的大小选择是否结束测试，对所述性能低于预设标准的数据进行去噪处理；

检测该系统的通信速率，若符合预设标准，则将去噪处理后的数据进行数据的收发。

2.根据权利要求1所述的低压电力线载波通信系统性能监测方法，其特征在于：所述获取工作频段包括，

获取所述频谱仪的坐标数值、带内PSD值，通过读取点数并根据所述频谱仪的上升沿和下降沿拐点得出所述工作频段。

3.根据权利要求2所述的低压电力线载波通信系统性能监测方法，其特征在于：重新设置所述频谱仪参数，向所述待测模块发送PLC测试报文，从所述频谱仪获取带外PSD值包括，

利用软件平台重新设置所述频谱仪参数，通过所述透明物理设备向待测模块发送多帧PLC测试报文；

所述待测模块将接收到的PLC报文回传，并捕捉待测模块回传报文时的发送信号，所述软件平台从所述频谱仪获取带外PSD值。

4.根据权利要求3所述的低压电力线载波通信系统性能监测方法，其特征在于：所述选择并向待测模块发送测试报文，接收并比较报文内容，根据报文内容比较结果统计通信成功率包括，

选择TMI模式集合中的测试报文，通过所述透明物理设备向待测模块发送多帧PLC测试报文；

所述软件平台从串口接收到待测模块透传的PLC报文内容后，和发送前保存的内容进行比较；

如果比较结果相同，则认为该报文透传成功，通信成功次数加1；

如果比较结果不相同，则通信成功次数不变，根据通信成功次数统计通信成功率。

5.根据权利要求4所述的低压电力线载波通信系统性能监测方法，其特征在于：所述根据通信成功率的大小选择是否结束测试包括，

如果所述通信成功率小于预设值，则结束当前测试；

如果所述通信成功率大于等于预设值，则增大衰减值，重复选择并向待测模块发送测试报文，接收并比较所述报文内容，根据所述报文内容比较统计通信成功率。

6.根据权利要求5所述的低压电力线载波通信系统性能监测方法，其特征在于：所述通信速率检测包括，

通过透明接入单元发送测试模式配置报文，使所述待测模块进入回传测试模式；

选择TMI模式集合中的测试报文，通过所述透明接入单元向待测模块发送多帧PLC测试报文；

载波侦听单元将所述透明接入单元发出的报文内容和待测模块回传的报文内容上报给软件平台；

标准集中器与标准电能表之间正常抄表，通过载波信号偶合器将载波信号传输到频谱分析仪中进行分析。

7.根据权利要求6所述的低压电力线载波通信系统性能监测方法，其特征在于：标准通信单元为中央协调器CCO或站点STA，所述待测模块为中央协调器CCO或站点STA。

Images