CN114826330A - 一种基于m序列的低压台区特征电流通信同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力线工频通信技术领域，公开了一种基于m序列的低压台区特征电流通信同步方法，包括以下步骤：步骤1：生成m序列，对m序列扩频得到序列Z；步骤2：序列编码为同步序列X，发送端按照同步序列X在低压供电台区进行电流投切；步骤3：接收端对电流信号进行滤波、采样；步骤4：滑窗取采样电流数据并去除背景电流后与编码序列进行相关运算；步骤5：设定同步判定阈值，相关值满足阈值要求时信号同步成功，同步失败重复步骤4；步骤6：同步成功后根据相关值正负判定电流的方向。本发明实现了电流通信同步功能，并能够识别电流的方向，进而确定发送端与接收端在低压台区的相对位置，提高了抗干扰能力。

Description

一种基于m序列的低压台区特征电流通信同步方法
技术领域
本发明涉及电力线工频通信技术领域，尤其涉及一种基于m序列的低压台区特征电流通信同步方法。
背景技术
电力线工频通信是在电网电压或电流上叠加微小畸变以传输信息的一种通信技术，该技术可以通过将畸变信号发送端和接收端安装在电网不同位置完成设备间通信识别，在配电自动化等领域有着巨大效益，但由于电力线并非是专门的通信线路，而且低压台区的复杂结构和各种用电负荷产生的谐波等噪声都会对工频通信产生巨大干扰，尤其是在工频通信的同步部分。
通信同步是接收端能够准确接收信息的基础，目前通信同步主要是在工频电压或电流中投切一特定频率的信号，在接收端通过对该频段进行比对完成同步。但频域同步受干扰影响大，发送电流功率相对较高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种基于m序列的低压台区特征电流通信同步方法。该方法通过发送端通断负载投切经m序列调制的特征电流，在接收端对电流信号进行相关解调，识别出携带信息的电流信号完成通信同步，同时通过相关值的正负判断特征电流的方向，确定发送端与不同接收端在低压台区的相对位置，降低发送电流功率。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
步骤1：生成m序列，对m序列进行扩频编码得到序列Z；
步骤2：将序列Z编码得到同步序列X，发送端通过工频过零点将工频周期分成电流幅值大于零和幅值小于零两部分，依据电流幅值正负和同步序列X在低压供电台区进行电流投切；
步骤3：接收端对电流信号进行滤波、采样；
步骤4：滑窗取采样电流数据并去除背景电流后与编码序列进行相关运算；
步骤5：设定同步判定阈值，相关值满足阈值要求时信号同步成功，同步失败重复步骤4；
步骤6：同步成功后根据相关值正负判定电流的方向；
进一步地，所述步骤1，m序列可选择63～8191位。
进一步地，所述步骤2，Z编码成X的方式为：
Figure BDA0003604886410000021
Figure BDA0003604886410000022
式(1)中Z1为Z中1’b、0’b调换的序列，N为Z的位数，式(2)中k为序列调制一个工频周期的位数，k的取值范围为45～70bit，N/k取整，时长可为0.2～0.4ms/bit。
进一步地，所述步骤2，投切特征电流过程，工频电流幅值大于零时，同步序列X中1’b表示投切特征电流，0’b表示不投切特征电流；工频电流幅值小于零时，同步序列X中0’b表示投切特征电流，1’b表示不投切特征电流，特征电流幅值取值范围为10～400mA。
进一步地，所述步骤4中去除背景电流公式为：
Figure BDA0003604886410000023
式中I1为电流周期相减后组成的电流数据，
Figure BDA0003604886410000024
为周期工频电流数据。
进一步地，所述步骤4中相关运算为：
Figure BDA0003604886410000025
式中
Figure BDA0003604886410000026
为以编码序列Z的长度为窗长截取I1得到的电流数据，步进为一个工频周期，在每个周期的以过零点为起点截取三次。
进一步地，所述步骤5中，阈值设定为绝对阈值A1和相对阈值A2，当相关值绝对值大于A1且相关值与相邻点相关值差值大于A2时信号同步成功。
进一步地，所述步骤6中，特征电流方向判断方法为相关值为正时，电流方向为正，相关值为负时，电流为反方向。
本发明的有益技术效果：1.该方法可以通过相关值的正负确定电流方向，进而确定发送端与接收端在低压台区的相对位置；2.通过序列相关运算实现电流通信同步；3.以较低发送电流幅值和较短发送时间，得到较高的抗干扰性能，具有很好的工程实用性。
附图说明
图1是本发明通信同步总体流程图。
图2是本发明实施例中m序列投切的特征电流。
图3是本发明实施例中电流信号经滤波和周期相减后结果。
图4是本发明实施例中特征电流正方向时的相关结果。
图5是本发明实施例中特征电流反方向时的相关结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
结合附图1，一种基于m序列的低压台区特征电流通信同步方法，包括以下步骤：
步骤1：生成2047位m序列，扩频得到4094位序列Z。
步骤2：根据编码公式：
Figure BDA0003604886410000031
Figure BDA0003604886410000032
根据式(1)和(2)将序列Z编码为8188位同步序列X，式中N为4094，k为64；利用同步序列X进行投切特征电流，工频电流幅值大于零时，1’b表示投切特征电流，0’b表示不投切特征电流；工频电流幅值小于零时，0’b表示投切特征电流，1’b表示不投切特征电流，发送电流幅值为200mA。图2为2047位m序列投切的特征电流，在工频电流幅值大于零时，特征电流幅值同样大于零；在工频电流幅值小于零时，特征电流幅值同样小于零，投切电流都是增加工频电流的幅值。
步骤3：特征电流经过6dB衰减后，接受端对电流信号进行滤波、采样，滤波器通带频率设置为1000Hz，阻带频率为300Hz，阻带衰减为60dB，采样频率为5KHz。
步骤4：将采样数据奇偶周期作差，公式为：
Figure BDA0003604886410000041
式中I1为电流周期相减后组成的电流数据，
Figure BDA0003604886410000042
为周期工频电流数据，图3为周期做差后的结果，通过周期作差可以滤除大量工频谐波，并且由于在投切电流时，相邻周期的序列进行了反向编码，周期作差会增强信号强度；然后序列与作差后数据相关运算，运算公式为：
Figure BDA0003604886410000043
式中
Figure BDA0003604886410000044
为以序列Z的长度为窗长截取I1得到的电流数据，步进为一个工频周期，在每个周期的以过零点为起点截取三次。
步骤5：绝对阈值A1设为300，相对阈值设为100，当相关值绝对值大于A1且相关值与相邻点相关值差值大于A2时信号同步成功。图4为序列与投切特征电流为正向时的相关运算结果，图中最大相关值为466.8，差值为279.7，判定最大相关值为相关峰，同步信号识别成功。
步骤6：判断相关峰的正负，相关峰为正值时，特征电流方向为正，峰值为负时，特征电流为反方向。图5为序列与投切特征电流为反向时的相关运算结果，图中最大相关的绝对值为551.9，差值为367.2，判定最大相关值为相关峰，通过相关峰为负值判断电流为反方向，与实际投切相符。
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。

Claims (3)

1.一种基于m序列的低压台区特征电流通信同步方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：生成m序列，对m序列进行扩频编码得到序列Z；
步骤2：将序列Z编码得到同步序列X，发送端通过工频过零点将工频周期分成电流幅值大于零和幅值小于零两部分，依据电流幅值正负和同步序列X在低压供电台区进行电流投切；
步骤3：接收端对电流信号进行滤波、采样；
步骤4：滑窗取采样电流数据并去除背景电流后与编码序列进行相关运算；
步骤5：设定同步判定阈值，相关值满足阈值要求时信号同步成功，同步失败重复步骤4；
步骤6：同步成功后根据相关值正负判定电流的方向。
2.根据权利要求1所述的基于m序列的低压台区特征电流通信同步方法，其特征在于，所述步骤5中，阈值设定为绝对阈值A1和相对阈值A2，当相关值绝对值大于A1且相关值与相邻点相关值差值大于A2时信号同步成功。
3.根据权利要求1所述的基于m序列的低压台区特征电流通信同步方法，其特征在于，所述步骤6中，特征电流方向判断方法为相关值为正时，电流方向为正，相关值为负时，电流为反方向。
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