[发明专利]基于时段自适应的电力线工频通信系统及方法

权利要求书

1.一种基于时段自适应的电力线工频通信检测系统，其特征在于，所述基于时段自适应的电力线工频通信检测系统由位于变电所的主站设备和位于配电变压器低压侧的远程通信终端组成，所述主站装置又包括下行信号驱动装置和上行信号解调装置；下行信号驱动装置通过位于变电所内的所用变压器连接在高压输电线路上，A/D转换器通过电压互感器PT和电流互感器CT连接在高压输电线路上，将PT、CT采集的电压和电流信号转换为可供DSP处理的数字量；DSP处理器，下行信号驱动装置和A/D转换器组成控制模块；工频信号终端通过电压互感器PT和配电变压器连接在高压输电线路上；

所述下行信号驱动装置由微处理器CPU分别连接双向可控硅的触发电路、正负比较电路和Max485；双向可控硅通过保护电路和电感L连接，正负比较电路连接信号调理电路构成；信号调理电路通过电压互感器PT连接至所用变压器的副边；电感L连接至所用变压器的副边；工控机和Max485连接；

所述上行信号解调装置以DSP处理器和16位A/D转换器连接组成，DSP处理器通过正负比较电路、电压互感器PT与所用变压器连接；16位A/D转换器通过调理电路分别与连接在A、B、C相线上的三个二次电流互感器CT连接；

所述远程通信终端包括由DSP处理器和16位A/D转换器连接组成处理模块，，DSP处理器连接触发电路，触发电路通过保护电路连接双向可控硅的控制极，双向可控硅的漏极通过电感L接地，源极连接配电变压器380V端；配电变压器380V端通过电压互感器PT分别连接信号调理电路和正负比较电路，并且信号调理电路再连接16位A/D转换器，正负比较电路再连接DSP处理器。远程通信终端的功能是下行电压畸变信号解调、通信协议处理、上行电流调制，这些功能都是以DSP运算处理为核心完成；DSP通过16位A/D采集、处理电压信号，首先根据 前导信息确定来自变电所的下行电压畸变信息所在时域，然后结合收发端电压过零时差进行数据解调，抗干扰能力大大增强。

2.根据权利要求1所述基于时段自适应的电力线工频通信检测系统，其特征在于，所述下行信号驱动装置通过调制变压器或变电所用变在电压过零附近产生电压畸变信号传输至配电变压器的低压侧，远程通信终端基于时段自适应方式接收、处理下行信号；当工频通信终端回送上行信息时，通信终端在电压过零附近通过配电变压器产生电流畸变信号，变电所的上行信号解调装置通过传感器采集10KV线路的电流信号，也是基于时段自适应方式实现上行解调。由于具备时段自适应接收特点，本发明的工频通信系统在调制解调时，能够自适应调制变压器和配电变压器的各种连接方式。

3.一种基于时段自适应的电力线工频通信检测方法，其特征在于，包括以下部分：

1)基于前导信息的信号时域确定

首先根据调制编码合成采样信号，这样能够明显提高工频畸变信号的信噪比，然后根据调制信号频谱范围对合成信号进行时频分析计算，时频分析采用基于短时傅立叶变换作为窗函数的维格纳分布，既能获得很高的时频分辨率，又能够抑制交叉干扰影响；能量分布最集中的时域即判断为工频畸变信号所在时段，并确定工频通信收发端电压过零的时差；在工频通信系统的上、下行数据调制前都加入前导信息；前导信息通过N个序列码片通过2N个工频周期来实现调制，每个码片用两个工频周期中电压、电流畸变信号位置的前后来代表，其码片编码方式采用伪噪声编码，N越大，调制信号的时域确定越精确，但时间开销也增加，选则N为7或11；

在接收端，通过与发送端一致的编码将2N个工频周期的采样信号通过差分、 编码加权运算产生合成信号，加权编码与发送端编码一致。

2)结合电压过零时差的数据解调方式，根据数据信息的编码特点，反映数据信息的调制信号波形事先能够确定，数据解调只是波形方向的判断，而且通过时频分析计算能够确定调制波形的准确时域；采用互相关方式进行数据解调，其解调运算、判决时刻通过检测端电压过零时刻结合时频分析所得到的收发端电压过零时差来确定；由于电网噪声强，工频通信系统中上、下行数据传输都是通过工频调制信号的方向反映，数据信息的调制方式，编码与传统工频通信系统一致，下行数据调制采用每2个工频周期携带一个数据信息，通过电压畸变信号所在位置的前后来代表，而每个上行数据通过4个工频周期的电流畸变信号来代表。

4.根据权利要求3所述基于时段自适应的电力线工频通信检测方法，其特征在于，所述维格纳分布(WVD)具有很高的时频分辨率，很合适通过时频分布确定畸变电流发送时间，但维格纳分布属于非线性变换，对合成信号而言，要通过维格纳分布变换得到准确的时频变化情况，还必需抑制不同信号之间的交叉干扰；将基于短时傅立叶变换的自谱窗函数与维格纳分布结合既能够获得良好的时频分布特性，又可以降低交叉干扰的影响。

前导信息合成信号s(t)的维格纳分布为：

自谱窗函数表示为：

其中，h(t)为短时傅立叶变换的窗函数，本专利选择为矩形窗。

这样，抑制交叉影响的维格纳分布为：W(t，ω)^▽＝W(t，ω)Q(t，ω)维格纳分布的运算量很大，为了计算的实时性，只分析合成信号中符合调制 信号频率范围的时频分布情况，考虑到电网中奇次谐波干扰比较严重，本专利采用208.3HZ、312.5HZ、416.6HZ、520.8HZ这4个偶次谐波附近频率的维格纳分布来反映调制信号的能量分布状况。

这样，符合工频调制信号频域范围的能量分布函数W(n)为： 其中，n为采样信号的离散时间，ω_i代表了以上4个频率成份；接收端通过W(n)参数能够得到工频调制信号能量分布的峰值时刻，该时刻与发送端的电压过零时差很小而且基本固定，这样就能够计算出工频通信收发端的电压过零时差。