CN115589237B - 一种适用于电力领域的高频电流信号分支归属判决方法 - Google Patents

一种适用于电力领域的高频电流信号分支归属判决方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及低压配电自动化技术领域，公开了一种适用于电力领域的高频电流信号分支归属判决方法，包括以下步骤：在发送端与接收端任取N位序列m；在接收端设单位序列S，按m调制得本地序列；HPLC模块在电压向上过零点生成PWM信号Q；按m调制Q，生成时长2NT的发送电流；接收设备在电压向上过零点向后取时长2NT的接收背景噪声电流并进行相邻周波作差；用对作差后的信号解调得到的接收序列与本地序列进行运算得相关值；根据相关值绝对值与阈值g比较来判决发送信号归属。本发明在有效识别信号的同时，也能准确判决发送信号与接收设备的相对位置关系，即发送信号是属于接收设备的当前分支还是相邻分支，从而保证了拓扑梳理的准确性。

Description

一种适用于电力领域的高频电流信号分支归属判决方法
技术领域
本发明涉及低压配电自动化技术领域，尤其涉及一种适用于电力领域的高频电流信号分支归属判决方法。
背景技术
现阶段，基于微电流通信的技术已经被广泛应用于电网中，提供了一种数据通信的方式，在拓扑识别工作中起到了关键作用。该技术是在HPLC模块中投切产生具有一定特征频率、一定特征序列的微电流信号进行发送，接收设备（终端、断路器、LTU等）采用滑动傅里叶变换算法检测接收信号的特征频率成分并与特征序列进行对比，来判决是否存在特征信号，从而进行后续的拓扑识别流程。对此，当前主流方案采用的通信频率为833Hz，部分厂家也采用1.5kHz以上的频率，而经过现场测试发现，尽管上述频率的电流信号可以保证一定的信噪比，但同时也存在明显的分支分流问题，导致拓扑梳理异常。
发明内容
本发明针对高频电流信号分支分流明显造成拓扑梳理异常的问题，结合电力系统特性，提供了一种适用于电力领域的高频电流信号分支归属判决方法，在能有效识别信号的同时，也能准确判决发送信号与接收设备的相对位置关系，即发送信号是属于接收设备的当前分支还是相邻分支。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种适用于电力领域的高频电流信号分支归属判决方法，包括以下步骤：
S1，在HPLC模块端与接收设备端，任取由1和0组成的N位序列m，序列m的每1位称为码元，码元宽度为2T，其中T为工频周期；
在接收设备端，设特征频率为f、时长为T的单频余弦信号S，以S为单位序列，按照序列m进行调制后得到本地序列X；
S2，HPLC模块检测电网电压向上过零点，在电网电压向上过零点时刻，按特征频率f，以单频投切方式生成占空比为1/2、幅值为a的PWM电流信号，设时长为T的PWM电流信号为Q；
S3，以2T为周期，按照序列m对Q进行调制，生成发送电流信号Qs并进行发送，Qs总时长为2NT；
S4，接收设备检测电网电压向上过零点，在电网电压向上过零点时刻向后取总时长为2NT的接收背景噪声电流信号并进行判断：
若接收背景噪声电流信号最大值超出预设阈值F，则将上述信号做限幅处理；否则不做处理；
判断并处理后，对接收背景噪声电流信号进行相邻周波作差；
S5，以2T为周期，对相邻周波作差后得到的信号进行解调，得到接收序列Y，与本地序列X进行相关运算，得到相关值C；
S6，若相关值C绝对值大于预设阈值g且C为正值，则发送信号属于当前分支；若相关值C绝对值大于g且C为负值，则发送信号属于相邻分支；否则跳转步骤S4。
进一步地，所述步骤S1中，单频余弦信号为S的公式为：
S(n)=cos(2πfn)
其中n为采样点。
进一步地，所述步骤S1中调制方式为：对于序列m的码元1调制为S，对于序列m的码元0调制为-S，生成本地序列X。
进一步地，所述步骤S2中单频投切方式为：投切过程中，工频正半周期和负半周期的PWM电流信号初始相位相差180度,占空比为1/2。
进一步地，所述步骤S3中调制方式为：对于序列m中为1的码元，第一个工频周波生成电流信号Q，第二个工频周波生成电流信号a-Q；对于序列m中为0的码元，第一个工频周波生成电流信号a-Q，第二个工频周波生成电流信号Q。
进一步地，所述步骤S4中的限幅处理具体为：若幅值大于1A，则限定幅值等于1A，若幅值小于-1A，则限定幅值等于-1A。
进一步地，所述步骤S5中解调方式为：取第一个工频周期T的电流信号，随后每隔一个工频周期T取一个工频周期T的电流信号，组成新的接收序列Y。
进一步地，所述步骤S5中的相关运算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，n为采样点；N为总采样点数。
本发明的有益技术效果：针对高频电流信号分支分流明显造成拓扑梳理异常的问题，结合电力系统特性提出本方法，在有效识别信号的同时，也能准确判决发送信号与接收设备的相对位置关系，即发送信号是属于接收设备的当前分支还是相邻分支，从而保证了拓扑梳理的准确性。
附图说明
图1为本发明的总体流程图。
图2为本发明实施例中发送电流信号的时域波形图。
图3为本发明实施例中背景噪声电流信号的时域波形图。
图4为本发明实施例中背景噪声电流信号的频谱图。
图5为本发明实施例中接收序列逐点滑动相关运算结果。
图6为本发明实施例中接收序列过零点滑动相关运算结果。
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。
实施例：
如图1所示，一种适用于电力领域的高频电流信号分支归属判决方法，包括以下流程：
S1，在HPLC模块端与接收设备端，任取由1和0组成的127位序列m，序列m的每1位称为码元，码元宽度2T=0.04s，其中工频周期T=0.02s；
在接收设备端，设特征频率f=500Hz、时长T=0.02s的单频余弦信号S，以S为单位序列，按照序列m进行调制后得到本地序列X。
单频余弦信号为S的公式为：
S(n)=cos(2πfn)
其中n为采样点。
调制方式为：对于序列m的码元1调制为S，对于序列m的码元0调制为-S，生成本地序列X。
S2，HPLC模块检测电网电压向上过零点，在电网电压向上过零点时刻即0s与0.02s的整数倍时刻，按特征频率f=500Hz，以单频投切方式生成占空比为1/2、幅值a=0.2A的PWM电流信号，设时长为0.02s的PWM电流信号为Q。
单频投切方式为：投切过程中，工频正半周期和负半周期的PWM电流信号初始相位相差180度,占空比为1/2。
S3，以0.04s为周期，按照序列m对Q进行调制，生成发送电流信号Qs并进行发送，Qs总时长2NT=5.08s。
调制方式为：对于序列m中为1的码元，第一个工频周波生成电流信号Q，第二个工频周波生成电流信号a-Q；对于序列m中为0的码元，第一个工频周波生成电流信号a-Q，第二个工频周波生成电流信号Q。
如图2所示，时刻为2.8s时，先产生0A电流，再产生0.2A电流；时刻为2.82s时，先产生0.2A电流，再产生0A电流；因此相邻周波作差即可增强特征电流幅值，生成±0.2A的信号。
S4，接收设备检测电网电压向上过零点，在电网电压向上过零点时刻向后取总时长为2NT=5.08s的接收背景噪声电流信号并进行判断；
如图3所示为接收背景噪声电流信号的时域波形图，可以看出，背景噪声波形不是常规的正弦波，各周期之间也有明显的波形差异，对背景噪声进行频谱分析，如图4所示，除了在500Hz以内，在500Hz~1000Hz频段也集中了很多能量，中心频率在7500Hz左右。
接收背景噪声电流信号最大值为155.6A，超出预设阈值F=20A，则将上述信号做限幅处理：若幅值大于1A，则限定幅值等于1A，若幅值小于-1A，则限定幅值等于-1A；
限幅处理后，对接收背景噪声电流信号进行相邻周波作差。
S5，以0.04s为周期，对相邻周波作差后得到的信号进行解调，取第一个工频周期0.02s的电流信号，随后每隔0.02s取0.02s的电流信号，组成新的接收序列Y，与本地序列X进行相关运算，得到相关值C=746.01。
相关运算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中，n为采样点。
如图5所示为接收序列Y与本地序列进行相关运算的结果图，可以看出，在信号对齐时，具有一个明显的相关峰，这也是由于序列m的特征，即互相关性弱、自相关性强，可以在噪声干扰十分严重的情况下清楚识别信号并精确定位。若仅观察电压过零点处的相关值，如图6所示，可以看出在过零同步准确时，接收序列Y与本地序列相关峰明显，其相关值超过700，而未准确同步时相关值不高于300，由此证明该本方法的有效性。
S6，相关值C的绝对值大于预设阈值g=700且C为正值，因此判决发送信号属于当前分支。
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 (6)

1.一种适用于电力领域的高频电流信号分支归属判决方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在HPLC模块端与接收设备端，任取由1和0组成的N位序列m，序列m的每1位称为码元，码元宽度为2T，其中T为工频周期；
在接收设备端，设特征频率为f、时长为T的单频余弦信号S，以S为单位序列，按照序列m进行调制后得到本地序列X；
S2，HPLC模块检测电网电压向上过零点，在电网电压向上过零点时刻，按特征频率f，以单频投切方式生成占空比为1/2、幅值为a的PWM电流信号，设时长为T的PWM电流信号为Q；
单频投切方式为：投切过程中，工频正半周期和负半周期的PWM电流信号初始相位相差180度,占空比为1/2；
S3，以2T为周期，按照序列m对Q进行调制，生成发送电流信号Qs并进行发送，Qs总时长为2NT；
S4，接收设备检测电网电压向上过零点，在电网电压向上过零点时刻向后取总时长为2NT的接收背景噪声电流信号并进行判断：
若接收背景噪声电流信号最大值超出预设阈值F，则将上述信号做限幅处理；否则不做处理；
判断并处理后，对接收背景噪声电流信号进行相邻周波作差；
S5，以2T为周期，对相邻周波作差后得到的信号进行解调，得到接收序列Y，与本地序列X进行相关运算，得到相关值C；
相关运算公式为：
Figure QLYQS_1
其中，n为采样点；N为总采样点数；
S6，若相关值C绝对值大于预设阈值g且C为正值，则发送信号属于当前分支；若相关值C绝对值大于g且C为负值，则发送信号属于相邻分支；否则跳转步骤S4。
2.根据权利要求1所述的一种适用于电力领域的高频电流信号分支归属判决方法，其特征在于，所述步骤S1中，单频余弦信号为S的公式为：
S(n)=cos(2πfn)
其中n为采样点。
3.根据权利要求1所述的一种适用于电力领域的高频电流信号分支归属判决方法，其特征在于，所述步骤S1中调制方式为：对于序列m的码元1调制为S，对于序列m的码元0调制为-S，生成本地序列X。
4.根据权利要求1所述的一种适用于电力领域的高频电流信号分支归属判决方法，其特征在于，所述步骤S3中调制方式为：对于序列m中为1的码元，第一个工频周波生成电流信号Q，第二个工频周波生成电流信号a-Q；对于序列m中为0的码元，第一个工频周波生成电流信号a-Q，第二个工频周波生成电流信号Q。
5.根据权利要求1所述的一种适用于电力领域的高频电流信号分支归属判决方法，其特征在于，所述步骤S4中的限幅处理具体为：若幅值大于1A，则限定幅值等于1A，若幅值小于-1A，则限定幅值等于-1A。
6.根据权利要求1所述的一种适用于电力领域的高频电流信号分支归属判决方法，其特征在于，所述步骤S5中解调方式为：取第一个工频周期T的电流信号，随后每隔一个工频周期T取一个工频周期T的电流信号，组成新的接收序列Y。
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