CN117895977A - 一种特征电流信息位识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及低压配电网自动化技术领域，公开了一种特征电流信息位识别方法，步骤如下：预设待发特征同步信号、待发信息序列；发送端采集工频电压，按待发特征同步信号、待发信息序列投切；接收端采集工频电压和电流，对工频电流相邻工频周期作差并存储；对工频电流与待发特征同步信号进行相关性计算：决定是记录发送起始时间点跳转下步还是上步；解码得地址，发送起始时间点、解码地址与完成同步的工频电流发送预设起始时间点、发送端地址一致时识别成功，否则跳转上上步。本发明基于信息位信号能量分散问题改进调制方案，使能量集中到有效频率，利于选择衰减和噪声小的频率，提高信噪比，采用多进制频率的调制增大信息位位宽，提高抗干扰性。
Description
技术领域
本发明涉及低压配电网自动化技术领域，尤其涉及一种特征电流信息位识别方法。
背景技术
微电流技术已在台区识别和拓扑梳理技术领域中被广泛应用，在配电智能化方面发挥了巨大作用。该技术通过发送设备发送由同步信号和信息位信号组成的特征电流，接收设备通过同步信号检测电流信号并确定电流信号方向，通过信息位信号进一步确认发送设备地址，实现了低压配电台区各节点设备之间的通信。但是低压台区中的负载类型较为复杂，信号噪声和衰减较大，而微电流技术受HPLC模块发热和成本限制，发送电流强度较小、时长较短，尤其是信息位传输地址数据量较大，导致每位信息的位宽较窄，使信息位解码受到的干扰较大。
准确的信息位识别是保证通信成功率、解决误识别和设备串台区问题的重要基础，目前的信息位识别方案主要依靠对较短的m序列进行相关计算，通过判断相关峰方向进行解码，其频谱能量较为分散，信息位的位宽较窄，受到的噪声和衰减的干扰较为严重，导致通信成功率较低。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种特征电流信息位识别方法。该方法通过修改信息位的调制和解调方案，使信息位的频谱能量更为集中，同时增加了信息位的位宽，从而降低了衰减和噪声对信息位的干扰。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。
一种特征电流识别方法，包括以下步骤。
S1，预设待发送的由1/0组成的特征同步信号Signal。
S2，根据发送端地址信息Infor，按照信息位调制规则，设置由1/0组成的待发送的信息序列InforSignal。
S3，发送端以频率Fs0采集工频电压信号，当工频电压信号的实时值由负值变为非负值时，开始按照Signal进行信号投切。
S4，Signal投切完成后，按照InforSignal进行信号投切。
S5，接收端以频率Fs0采集工频电压信号和工频电流信号，当工频电压信号的实时值由负值变为非负值时对工频电流信号进行相邻工频周期作差，将作差后的数据进行存储，当存储数据时长达到Signal和InforSignal的总时长时，执行S6。
S6，采用滑动窗口对采样的工频电流信号与Signal进行相关性计算：若相关值达到预设阈值，则表示完成信号同步，记录信号发送起始时间点T_start1，跳转S7；否则跳转S5重新执行流程。
S7，对采样工频电流信号中的信息序列按照解码规则解码得到地址信息Infor1，当T_start1、Infor1与完成同步的采样工频电流信号的发送预设起始时间点T_start、Infor一致时，认为特征电流识别成功，否则跳转S5重新执行流程。
优选地，所述S1中，特征同步信号Signal采用m序列，投切前需扩频，对于S6的相关性计算，相关峰的正负分别代表特征电流信号的正反方向。
优选地，所述S2中，信息位调制规则为将二进制的发送设备地址转换成多进制数字，再将多进制数字映射为多进制频率信号，按照预设的信息位位宽，依次发送多进制频率信号。
优选地，多进制频率信号是N个主要频率为单一频率的特征电流信号组成的信号集合，每个单一频率特征电流信号代表一个N进制数字，每位N进制数字代表log2N位二进制信息位。
优选地，所述S7中的解码规则为：按照预设信息位位宽取出一段特征电流信号，通过离散傅里叶变换，计算预设的N个不同频率的特征电流强度，再将电流强度最高的频率对应的N进制数字转换为二进制数字，该数字即为该段特征电流信号对应的地址信息。
优选地，N的取值应保证log2N为大于等于2的正整数，频率选择应避开奇偶次谐波，不同频率的特征电流信号通过预设的脉冲信号生成。
本发明的有益技术效果：1.基于m序列的信息位存在的信号能量分散的问题，改进调制方案，使信号能量集中到一个有效频率，有利于选择衰减和噪声较小的频率，从而可以提高信息位的信噪比；2.通过采用多进制频率的调制，使信息位的位宽增大，提高了信息位的抗干扰性。
附图说明
图1为本发明的总体流程图。
图2为本发明实施例中频率为1537.5Hz的电流信号的频谱图。
图3为本发明实施例中频率为1562.5Hz的电流信号的频谱图。
图4为本发明实施例中频率为1587.5Hz的电流信号的频谱图。
图5为本发明实施例中频率为1612.5Hz的电流信号的频谱图。
图6为本发明实施例中识别成功率随信噪比变化趋势图。
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：结合附图1，一种特征电流信息位识别方法，包括以下步骤。
S1：预设待发送的由1/0组成的特征同步信号Signal，同步信号为时长为1.6s的m序列，同步信号的起始时间为特征信号的起始时间，与本地m序列的相关峰值为正，代表特征信号发送方向为正。
S2：将二进制的发送设备地址Infor转换成四进制数字，再将四进制数字映射为四进制频率信号，按照预设的信息位位宽，依次发送多进制频率信号，四进制频率信号是指预设4个由1/0组成的不同频率的电流信号，分别为fc1 = 1537.5Hz，fc2 = 1562.5Hz，fc3 =1587.5Hz，fc4 = 1612.5Hz，映射为四进制的数字集合（0，1，2，3），分别代表2位二进制信息位（00，01，10，11），每位四进制频率信号位宽为160ms，共32位四进制信息，生成总时长为5.12s的InforSignal序列，fc1 = 1537.5Hz的电流信号的频谱图如图2所示，有效频率1537.5Hz的电流强度为0.219706A，fc2 = 1562.5Hz，fc3 = 1587.5Hz，fc4 = 1612.5Hz的电流信号频谱如图3~图5所示，各电流信号有效频率的电流强度与1537.5Hz基本相同。
S3，发送端以频率Fs0=5000Hz采集工频电压信号，当检测到当前电压信号的实时值由负值变为非负值时，开始按照Signal进行信号投切。
S4，Signal投切完成后，按照InforSignal进行信号投切。
S5：接收端以频率Fs0采集工频电压信号和工频电流信号，当检测到电压信号的实时值由负值变为非负值时对工频电流信号进行相邻工频周期作差，将作差后的数据进行存储，当存储数据时长达到Signal和InforSignal的总时长时，执行S6；相邻工频周期作差的公式如下。
。
上式中I为相邻工频周期作差后的电流数据，为第k个周期的工频电流。
S6：采用滑动窗口对采样的工频电流信号与Signal进行相关性计算，若计算的相关值大于等于预设阈值350，则表示完成信号同步，记录信号发送起始时间点T_start1，跳转S7，否则跳转S5重新执行流程。
S7：同步信号后的5.12s为信息位信号，按照预设的信息位位宽依次取出160ms的工频电流信号，通过离散傅里叶变换，计算预设的4个不同频率的特征电流强度，再将电流强度最高的频率对应的四进制数字转换为二进制数字，该数字即为该段特征电流信号对应的地址信息Infor1；当T_start1、Infor1与完成同步的采样工频电流信号的发送预设起始时间点T_start、Infor一致时，认为特征电流识别成功，否则跳转S5重新执行流程；通过matlab仿真时，在接收端添加白噪声后，信号识别成功率如图6所示，随着信噪比提高，识别成功率在-9dB时达到100%。
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)
1.一种特征电流识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，预设待发送的由1/0组成的特征同步信号Signal；
S2，根据发送端地址信息Infor，按照信息位调制规则，设置由1/0组成的待发送的信息序列InforSignal；
S3，发送端以频率Fs0采集工频电压信号，当工频电压信号的实时值由负值变为非负值时，开始按照Signal进行信号投切；
S4，Signal投切完成后，按照InforSignal进行信号投切；
S5，接收端以频率Fs0采集工频电压信号和工频电流信号，当工频电压信号的实时值由负值变为非负值时对工频电流信号进行相邻工频周期作差，将作差后的数据进行存储，当存储数据时长达到Signal和InforSignal的总时长时，执行S6；
S6，采用滑动窗口对采样的工频电流信号与Signal进行相关性计算：若相关值达到预设阈值，则表示完成信号同步，记录信号发送起始时间点T_start1，跳转S7；否则跳转S5重新执行流程；
S7，对采样工频电流信号中的信息序列按照解码规则解码得到地址信息Infor1，当T_start1、Infor1与完成同步的采样工频电流信号的发送预设起始时间点T_start、Infor一致时，认为特征电流识别成功，否则跳转S5重新执行流程。
2.根据权利要求1所述的一种特征电流识别方法，其特征在于，所述S1中，特征同步信号Signal采用m序列，投切前需扩频，对于S6的相关性计算，相关峰的正负分别代表特征电流信号的正反方向。
3.根据权利要求1所述的一种特征电流识别方法，其特征在于，所述S2中，信息位调制规则为将二进制的发送设备地址转换成多进制数字，再将多进制数字映射为多进制频率信号，按照预设的信息位位宽，依次发送多进制频率信号。
4.根据权利要求3所述的一种特征电流识别方法，其特征在于，多进制频率信号是N个主要频率为单一频率的特征电流信号组成的信号集合，每个单一频率特征电流信号代表一个N进制数字，每位N进制数字代表log2N位二进制信息位。
5.根据权利要求1所述的一种特征电流识别方法，其特征在于，所述S7中的解码规则为：按照预设信息位位宽取出一段特征电流信号，通过离散傅里叶变换，计算预设的N个不同频率的特征电流强度，再将电流强度最高的频率对应的N进制数字转换为二进制数字，该数字即为该段特征电流信号对应的地址信息。
6.根据权利要求4或5所述的一种特征电流识别方法，其特征在于，N的取值应保证log2N为大于等于2的正整数，频率选择应避开奇偶次谐波，不同频率的特征电流信号通过预设的脉冲信号生成。
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