一种基于电力载波的旁路数据监测系统

文档序号:72399 发布日期:2021-10-01 浏览:23次 >En<

阅读说明:本技术 一种基于电力载波的旁路数据监测系统 (Bypass data monitoring system based on power line carrier ) 是由 林笔星 林晓康 赖伟平 林佳能 苏志勇 林庆瑞 董璐 林成畅 高树泽 魏华 黄熠 于 2021-07-21 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种基于电力载波的旁路数据监测系统,包括集中器和低压智能监测端;实现了载波信号的波形、频率、幅值的动态配置,同时抗脉冲干扰、负载负荷衰减、负荷损失、耦合损失等能力显著提高,避免了因为每个集中器独立配置对应的载波类型导致的数据异常。同时能够实现在不影响用电信息采集系统中“智能电表+集中器”工作模式的情况下,获取集中器和智能电表间的数据交互内容,无需对集中器进行升级,不影响用电信息采集系统计量用采业务。(The invention relates to a power carrier-based bypass data monitoring system, which comprises a concentrator and a low-voltage intelligent monitoring end, wherein the concentrator is connected with a power line; the dynamic configuration of the waveform, the frequency and the amplitude of the carrier signal is realized, the capacities of resisting pulse interference, load attenuation, load loss, coupling loss and the like are obviously improved, and data abnormity caused by the fact that each concentrator is independently configured with the corresponding carrier type is avoided. Meanwhile, under the condition that the working mode of the intelligent electric meter and the concentrator in the electricity consumption information acquisition system is not influenced, the data interaction content between the concentrator and the intelligent electric meter can be obtained, the concentrator does not need to be upgraded, and the metering and acquisition service of the electricity consumption information acquisition system is not influenced.)

一种基于电力载波的旁路数据监测系统

技术领域

本发明涉及电力通讯管理技术,具体地说,涉及一种基于电力载波的旁路数据监测系统。

背景技术

随着人工智能、物联网、通信技术的飞速发展电网形态也随之变化,建设能源互联网是顺应能源革命和数字革命融合发展趋势的根本途径。国家电网公司提出了建设泛在电力物联网(SG-eIoT),覆盖了能源电力的“云、网、端”,结构上分为感知层、网络层、平台层、应用层。电力线是最普及、覆盖范围最为广阔的一种物理媒体,电力载波通信(PLC)采用电力线作为通信介质,不需进行通信线路建设和通信线路维护,具有其他通信无法比拟的优势,是智能电网、智能用电抄表领域最理想的信息传输载体。

电力数字化的发展,现在电力行业投入大量资金对电网的电表和线路进行改造,“一户一表、集中抄表”已经全面普及,实现了电力的“全覆盖”和“全采集”。当前集中器由于自身CPU、内存、存储+等硬件性能限制,需要依赖云端开展业务应用处理,无法在边缘侧业务就地处置、区域自治,造成业务处理链路、响应时间长、云端系统服务器性能压力大、网络通信瓶颈等问题。

而载波通讯方式一经确定,调整的成本较高,而脉冲干扰、负载负荷衰减、负荷损失、耦合损失等情况都会导致载波通讯的结果收到影响。

发明内容

有鉴于此,本发明目的是提供一种基于电力载波的旁路数据监测系统。

为了解决上述技术问题,本发明的技术方案是:

一种基于电力载波的旁路数据监测系统,包括集中器和低压智能监测端;

所述集中器包括高速载波模块,所述高速载波模块包括监听反馈单元、载波生成单元、波形存储单元、波形调制单元以及预载模拟单元;所述监听反馈单元用于接收低压智能监测端的监听反馈信号,并解析所述监听反馈信号以生成波形特征、调制特征以及预载数据;所述波形存储单元预先存储有若干载波波形,每一载波波形与波形特征对应,所述波形存储单元根据接收到的波形特征调用对应的载波波形至载波生成单元,所述波形调制单元根据接收到的调制特征生成调制频率和调制幅度至载波生成单元,所述载波生成单元包括载波输出电路,所述载波生成单元根据所述调制频率、调制幅度以及载波波形配置载波输出电路,以使载波输出电路输出的载波信号的特征与所述调制频率、调制幅度以及载波波形对应;所述高速载波模块通过所述载波输出电路发送载波信号,所述预载模拟单元根据接收到的预载数据生成预载信号,所述高速载波模块将所述预载信号作为所述的载波信号发送;

所述低压智能监测端包括载波监测模块,所述载波监测模块包括预载比对单元、预载调制单元、动态监听单元、载波监听单元以及分离载入单元;所述预载比对单元用于识别并接收作为载波信号的预载信号,所述预载比对单元配置有预载比对条件,所述预载比对单元将预载数据和预载信号进行比对若比对结果满足预载比对条件,则根据预载信号生成特征载入信号,若比对结果不满足预载比对条件,则所述预载调制单元根据对应的比对结果生成预载反馈特征,并根据预载反馈特征修正监听反馈信号以生成新的监听反馈信号并发送至所述高速载波模块;所述动态监听单元配置有动态监听策略,通过所述动态监听策略实时监听载波信号并生成监听反馈信号;所述载波监听单元通过载波分离策略实时接收载波信号并将载波信号上传;所述分离载入单元配置有分离载入数据库,所述分离载入数据库预先存储有若干载波分离策略,所述载波分离策略以特征载入信号为索引,所述分离载入单元根据特征载入信号调取对应的载波分离策略,并将得到的载波分离策略配置到对应的载波监听单元。

进一步的,所述预载比对条件包括所述比对结果中总偏差值超过预设的总偏差阈值则视为不满足预载比对条件,或所述比对结果中预设的特殊项的偏差值超过预设的特殊偏差阈值则视为不满足预载比对条件。

进一步的,所述载波分离策略配置有若干载波特征,每一载波特征对应有载波优先值,所述载波监听模块以载波优先值为依据从所述送电电流中提取载波信号。

进一步的,所述载波监测模块与集中器的A、B、C三相以及零线并联连接,所述动态监听策略包括波形补偿步骤,所述波形补偿步骤配置有波形损失阈值,所述波形补偿步骤根据比较三相的载波信号以确定波形损失值,若波形损失值大于波形损失阈值,则根据载波信号生成波形补偿信号;

所述高速载波模块还包括波形补偿单元,所述波形补偿单元连接于所述载波输出电路,所述波形补偿单元根据所述波形补偿信号配置所述载波输出电路。

进一步的,所述动态监听策略包括衰减补偿步骤,所述损失补偿步骤配置有衰减补偿阈值,所述衰减补偿阈值根据载波信号确定衰减值,若衰减值大于衰减补偿阈值,则根据对应的衰减值生成衰减补偿信号;

所述高速载波模块还包括衰减补偿单元,所述衰减补偿单元连接于所述载波输出电路,所述衰减补偿单元根据所述衰减补偿信号配置所述载波输出电路。

进一步的,所述低压智能监测端还包括数据配置模块,所述数据配置模块包括格式转换单元和网络变压器,所述格式转换单元用于转换所述载波监听单元上传的载波信号对应的载波数据的数据格式,所述网络变压器用于对转换后的载波数据进行变压处理并上传至应用端。

进一步的,所述低压智能监测端还包括载波控制模块,所述载波控制模块包括载波控制模块,所述载波控制模块用于向所述集中器输出载波控制信号。

进一步的,所述载波控制模块还包括控制通讯单元,所述控制通讯单元分别连接应用端、载波监听模块和控制通讯单元。

进一步的,所述控制通讯单元和应用端、载波监听模块和控制通讯单元之间分别通过通用异步收发传输器通讯。

进一步的,所述监听反馈单元通过无线网络接收所述载波信号。

本发明技术效果主要体现在以下方面:通过这样设置,实现了载波信号的波形、频率、幅值的动态配置,同时抗脉冲干扰、负载负荷衰减、负荷损失、耦合损失等能力显著提高,避免了因为每个集中器独立配置对应的载波类型导致的数据异常。

附图说明

图1:本发明基于电力载波的旁路数据监测系统架构原理图;

图2:本发明集中器内部原理图;

图3:本发明低压智能监测端原理图。

附图标记:100、集中器;110、高速载波模块;101、载波输出电路;111、监听反馈单元;112、载波生成单元;113、波形存储单元;114、波形调制单元;115、预载模拟单元;116、波形补偿单元;117、衰减补偿单元;200、低压智能监测端;210、载波监测模块;211、预载比对单元;212、预载调制单元;213、动态监听单元;214、载波监听单元;220、数据配置模块;221、格式转换单元;222、网络变压器;230、载波控制模块;231、载波控制单元;232、控制通讯单元;300、应用端。

具体实施方式

以下结合附图,对本发明的具体实施方式作进一步详述,以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

参照图1所示,一种基于电力载波的旁路数据监测系统,包括集中器100和低压智能监测端200;

所述集中器100包括高速载波模块110,所述高速载波模块110包括监听反馈单元111、载波生成单元112、波形存储单元113、波形调制单元114以及预载模拟单元115;首先是集中器100,集中器100物理位置一般设置在用户侧,集中器100通过高速载波单元向三相电路输出载波信号,而为了解决设置的频率、波形、幅度因素导致的波形读取的干扰,因为三相送电线上不仅有一个集中器100,多个集中器100输出相同或者相近的波形会相互影响,所以本发明首先通过波形存储单元113存储不同的载波波形,例如正谐波、三角波、方波、锯齿波等等形状以及形状下对应的比例,例如三角波的上升斜率和下降斜率等等不同,集中器100能够配置多种波形,具体是通过载波输出电路101进行调制,而在不同的调制电路模块进行切换,同时,调制频率和调制幅度也可以对应进行配置,而需要说明的,以上信号的输出范围仍然需要满足《低压电力线高速载波通信互联互通技术规范》的规定,调制频率是反映波形的数据周期,而调制幅度反映波形最大幅度,例如调制幅度为5,那么输出的信号可以对应是0-5之间的电压值。而以上内容根据监听反馈单元111接收到的监听反馈信号对应设置,因为监听反馈信号反映现有电力送电线路中的载波或者干扰情况,根据干扰情况选出对应不影响电路传输的波形,从而进行预载波形的输出,而预载波形输出后,还要根据实际需要的数据字段进行输出,而预载波形的输出是为了判断预载波形是否符合输出要求,因为预载波形对应的数据内容在接收端已知,就可以通过接收端的比对完成对预载波形的配置。

所述监听反馈单元111用于接收低压智能监测端200的监听反馈信号,并解析所述监听反馈信号以生成波形特征、调制特征以及预载数据;所述监听反馈单元111通过无线网络接收所述载波信号。首先监听反馈单元111通过数据网络的方式接收对应的监听反馈信号,也就是说低压智能监测端200将数据上传至应用端300,然后应用端300通过网络信号的方式进行发送,因为本身这个目的是为了提高载波传输效率同时降低载波数据的失真率,所以通过再监听反馈信号中配置对应的波形特征、调制特征以及预载数据,而监听反馈信号时根据实际对电力送电线中的波形进行分析后对应得到优选的波形特征、调制特征,然后再根据这个波形特征和调制特征配置对应的数据。

所述波形存储单元113预先存储有若干载波波形,每一载波波形与波形特征对应,所述波形存储单元113根据接收到的波形特征调用对应的载波波形至载波生成单元112,波形存储单元113实现波形的预先配置,其中载波波形对应的是对应特征的载波波形的指令,因为硬件电路部分在设计时根据不同的波形类型设置不同的指令,当对应的单元接收到具体指令时,调整或者配置电路,使其根据要发送的数据输出对应的波形。

所述波形调制单元114根据接收到的调制特征生成调制频率和调制幅度至载波生成单元112,而波形调制单元114对应的调制频率和调制幅度都是以指令的方式送至对应的载波输出电路101从而起到对载波输出电路101的配置的效果。

所述载波生成单元112包括载波输出电路101,所述载波生成单元112根据所述调制频率、调制幅度以及载波波形配置载波输出电路101,以使载波输出电路101输出的载波信号的特征与所述调制频率、调制幅度以及载波波形对应;而载波生成单元112响应于上述产生的对应的控制指令以配置对应的载波输出电路101,而载波输出电路101只要能够对应电信号控制实现对波形的调制输出,若干独立的波形输出电路,然后通过控制器响应于指令对波形输出电路进行切换,而每一波形输出电路的调制比例也可以通过该控制器的输出信号进行切换,也可以通过PWM调制电路实现调制波形的配置和输出,配置对应的波形。

所述高速载波模块110通过所述载波输出电路101发送载波信号,所述预载模拟单元115根据接收到的预载数据生成预载信号,所述高速载波模块110将所述预载信号作为所述的载波信号发送;而高速载波模块110本身是通过载波输出电路101输出载波信号,而预载模拟单元115是将接受到的预载数据生成对应的预载信号进行输出,变相实现载波信号的输出效果。

低压智能监测端200包括载波监测模块210和数据配置模块220、载波控制模块230;

所述载波监测模块210包括预载比对单元211、预载调制单元212、动态监听单元213以及载波监听单元214;所述载波监测模块210与集中器100的A、B、C三相以及零线并联连接。

所述预载比对单元211用于识别并接收作为载波信号的预载信号,所述预载比对单元211配置有预载比对条件,所述预载比对单元211将预载数据和预载信号进行比对若比对结果满足预载比对条件,则预载调制完成且则根据预载信号生成特征载入信号,若比对结果不满足预载比对条件,则所述预载调制单元212根据对应的比对结果生成预载反馈特征,并根据预载反馈特征修正监听反馈信号以生成新的监听反馈信号并发送至所述高速载波模块110;所述预载比对条件包括所述比对结果中总偏差值超过预设的总偏差阈值则视为不满足预载比对条件,或所述比对结果中预设的特殊项的偏差值超过预设的特殊偏差阈值则视为不满足预载比对条件。因为预载数据为已知,而预载数据处理后的预载信号会存在两个情况,一个是在实际发送、传输、接收的过程总损失较小、干扰较小,得到的信号较为完整,第二个是出现了干扰或者损失,而得到结果出现偏差,所以通过比对可以直接获得这个结果,但是需要说明的是,比对条件分为两种情况第一个是整体的偏差值大于预设值,第二个是关键数据的偏差值大于预设值,这两种情况都视为不满足预载不对条件,那么此时就需要修正监听反馈信号,而根据总体偏差或者关键数据的偏差结果就可以得到修正的方式,而重新生成监听反馈信号。

所述动态监听单元213配置有动态监听策略,通过所述动态监听策略实时监听载波信号并生成监听反馈信号。所述动态监听策略包括波形补偿步骤,所述波形补偿步骤配置有波形损失阈值,所述波形补偿步骤根据比较三相的载波信号以确定波形损失值,若波形损失值大于波形损失阈值,则根据载波信号生成波形补偿信号;所述动态监听策略包括衰减补偿步骤,所述损失补偿步骤配置有衰减补偿阈值,所述衰减补偿阈值根据载波信号确定衰减值,若衰减值大于衰减补偿阈值,则根据对应的衰减值生成衰减补偿信号;首先是三相载波比较因为三相送电线距离较近,可以出现脉冲干扰,所以通过对三相载波信号进行比较分析就可以确定损失值,然后根据这个损失值去补偿对应波形,而需要说明的是,这里需要对硬件电路部分做出改进,使硬件电路能够留有对波形进行补偿的调整空间,而如果是因为线损、负载负荷造成的损失,则可以通过衰减补偿步骤对衰减的电压值进行补偿,通过动态实时反馈的方式提高数据传输的精度,降低数据失真率。

所述载波监听单元214实时接收载波信号并将载波信号上传;载波监听单元214接受载波信号,并实时上传信号,具体通过数据配置模块220实现,所述数据配置模块220包括格式转换单元221和网络变压器222,所述格式转换单元221用于转换所述载波监听单元214上传的载波信号对应的载波数据的数据格式,具体配置为以太网控制芯片,所述网络变压器222用于对转换后的载波数据进行变压处理并上传至应用端300。具体的数据配置模块220的格式转换单元221将SPI数据格式的载波数据,转换成以太网格式的载波数据,然后通过网络变压器222将数据传输至应用端300。所述载波监听单元214通过载波分离策略实时接收载波信号并将载波信号上传;首先对载波监听单元214的功能进行说明,一般情况下由于载波特征是已知的,所以可以根据载波特征配置监听范围,以使载波监听单元可以从波形中快速得分离目标载波信号,这样可以提高在不同类型特征的载波信号叠加的送电系统中,对数据监测结果的精确获知。

所述分离载入单元215配置有分离载入数据库,所述分离载入数据库预先存储有若干载波分离策略,所述载波分离策略以特征载入信号为索引,所述分离载入单元根据特征载入信号调取对应的载波分离策略,并将得到的载波分离策略配置到对应的载波监听单元。所述载波分离策略配置有若干载波特征,每一载波特征对应有载波优先值,所述载波监听模块以载波优先值为依据从所述送电电流中提取载波信号。载波分离策略是从送电波形分离载波信号的策略,具体是通过对送电波形进行特征识别,因为预载信号验证完成意味载波方式已经确定,虽然载波信号的数据内容是位置的,但是载波信号特征已知,利用信号传输的周期、波形形状、幅度等特征预先对不同的信号,根据实际识别相似度和结果得到对应的优先值,如果优先值之和大于预设值,则抓取对应的载波信号,这样就可以将载波信号从整个送电波形中分离出来,而只用针对特征载入信号(根据预载信号生成)确定对应的载波识别策略,同时载波分离策略还可以根据不同波形特征的优先值进行识别逻辑顺序的使用,优先识别容易确定的特征,根据该特征得到获取数据的逻辑,直到获得到数据内容为完成一次载波信号的获取。

所述高速载波模块110还包括衰减补偿单元117,所述衰减补偿单元117连接于所述载波输出电路101,所述衰减补偿单元117根据所述衰减补偿信号配置所述载波输出电路101。所述高速载波模块110还包括波形补偿单元116,所述波形补偿单元116连接于所述载波输出电路101,所述波形补偿单元116根据所述波形补偿信号配置所述载波输出电路101。

所述载波控制模块230包括载波控制单元231和控制通讯单元232;所述载波控制单元231用于向所述集中器100输出载波控制信号。所述载波控制模块230还包括控制通讯单元232,所述控制通讯单元232分别连接应用端300、载波监听模块和控制通讯单元232。所述控制通讯单元232和应用端300、载波监听模块和控制通讯单元232之间分别通过通用异步收发传输器(UART)通讯。

当然,以上只是本发明的典型实例,除此之外,本发明还可以有其它多种具体实施方式,凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求保护的范围之内。

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