一种基于OFDM载波信号的台区识别方法与流程

本发明涉及电力线载波通信的技术领域，尤其涉及一种基于OFDM载波信号的台区识别方法。

背景技术：

台区户变关系的正确识别是当前低压配电的业务需求，用电管理部门需要依此核查用户档案，以确保一个台区变压器下的供电用户对应档案关系准确，保障无误的管理数据。基于正确的台区户变关系，用电管理部门才能正确核算台区用户总用电量，判断台区线损率，从而有效跟踪和分析降低线损率的方法。台区户变关系结合相位关系，也可用于用电负载平衡，降低负载不平衡损耗。

目前市场上投入使用的低压台区识别设备，或基于特征参数，或基于FSK载波或基于脉冲电流技术，这些方法的测试原理不清晰或存在原理缺陷，无法有效识别台区户变关系。

技术实现要素：

针对目前市场上投入使用的低压台区识别设备，无法有效识别台区户变关系，本发明提供了基于OFDM载波信号的台区识别方法。

一种基于OFDM载波信号的台区识别方法，配电变压器二次侧输出端安装有配备载波模块CCO的集中器，二次侧台区下电能表配备有载波模块STA，并可通过CCO组网通信，其中，包括以下步骤:

第一步，一次侧高压三相载波通信模块STA-P3H通过载波通信信号依照载波组网链路层协议接入以低压集中器载波模块CCO为网络中心的载波抄表网络，载波通信信号是载波抄表网络基于电力线的组网通信信号；

第二步，CCO通过载波通信信号通知高压三相载波通信模块STA-P3H即将启动台区识别频带测试进程，并通知STA-P3H用于台区识别的测试信号发送时刻；

所述台区识别频带测试进程包括：CCO发送台区识别频带测试信号给STA-P3H，STA-P3H进行测量；STA-P3H将测量结果报告给CCO；

所述的“台区识别频带测试进程”具体为：在第一个选择子载波频点的过程中，低压集中器载波模块CCO先以OFDM信号形式发出10～500kHz内全部子载波的台区识别测试信号，由高压三相载波通信模块STA-P3H接收，STA-P3H将所收到的各个子载波信号强度反馈给CCO；CCO选择衰减较大的子载波频点作为最终的台区识别发送信号所选定的子载波频点；

第三步，CCO通过载波通信信号通知STA-P3H即将启动台区识别进程，并通知STA-P3H所选择的台区识别信号在各个子载波的信号幅度值和发送台区识别信号的时刻；

所述台区识别进程，包括：CCO发送测试信号，且STA-P3H发送阻断信号；

所述的台区识别进程具体为：CCO基于所选子载波加载自己的标识信息，进行台区识别；CCO发送识别信号的同时，STA-P3H发出针对这些子载波频点的干扰信号，阻断台区识别信号在一次侧的传播，同样该台区识别信号也就无法被其他台区的低压电能表载波模块STA识别；而位于二次侧本台区内、能够收到该台区识别信号的STA标记自己的台区状态，最终由CCO读取各个STA的状态，整理台区识别结果；

第四步，CCO启动对台区状态的收集，STA模块通过载波通信信号将自己的台区状态上报给CCO，台区状态包括STA是否检测到台区识别信号的标识、所检测的台区标识信息和所在相位标志，CCO整体统计和记录隶属本台区的STA模块的编号和非本台区的STA模块编号、及其对应电能表电能表地址编号和电力用户编号。

所述的基于OFDM载波信号的台区识别方法，其中，所述的配电变压器一次侧经过电压互感器和电流互感器之后的位置安装有三相电能表，三相电能表上配装有一次侧三相载波通信模块STA-P3H。

所述的基于OFDM载波信号的台区识别方法，其中，所述的第一步中，能够通过基于载波通信信号申请入网的STA模块，CCO判断这些模块及其对应的电能表属于本CCO所在台区；不能通过基于载波通信信号申请入网的STA模块，CCO判断这些模块及其对应的电能表不属于本CCO所在台区。

所述的基于OFDM载波信号的台区识别方法，其中，所述的台区识别信号的纠错校验编码采用卷积编码。

所述的基于OFDM载波信号的台区识别方法，其中，所述的载波通信信号采用单相加载的方式，载波通信信号采用A、B、C每个单相分别加载；台区识别测试信号、台区识别信号和台区识别阻断信号采用A、B、C三相同时加载。

所述的基于OFDM载波信号的台区识别方法，其中，所述的第三步中，本台区内能够接收到CCO发出的台区识别信号并解析出台区标识信息的STA模块，所述的STA模块将自己的台区状态通过载波通信信号上报给CCO的同时，该STA模块同时将接收到的台区识别信号的信号强度上报给CCO；以便CCO对台区识别信号的进一步中继转发进行管理和控制；

CCO选择信号强度小于所设阈值、网络层级大于阈值的载波STA模块作为台区识别中继STA模块；

CCO通过载波通信信号通知STA-P3H及其他电能表载波STA模块，通知内容包括：所述台区识别中继STA模块的标识列表及其发送时刻，以及台区识别信号的载荷数据，台区识别信号的载荷数据包含台区标识信息、中继转发级数。

所述的基于OFDM载波信号的台区识别方法，其中，所述的第三步中，CCO所选择的中继STA模块为二次侧三相载波通信模块。

所述的基于OFDM载波信号的台区识别方法，其中，所述的第三步中，CCO所选择的中继STA模块为3个二次侧单相载波通信模块，3个二次侧单相载波通信模块中的第一、第二、第三二次侧单相载波通信模块分别对应三相中的A相、B相或C相；STA和CCO基于载波能够组网通信，这3个二次侧单相载波通信模块均在CCO的控制下进行台区识别信号的中继发送。

所述的基于OFDM载波信号的台区识别方法，其中，所述的一次侧三相载波通信模块STA-P3H模块载波信号接入电路具有阻抗匹配电路，该阻抗匹配电路在台区识别测试信号的频带内具有低阻抗频段，而在载波通信信号的频带具有高阻抗。

本发明的基于OFDM载波信号的台区识别方法，通过配电变压器二次侧和一次侧的载波通信，确认台区识别信号的频率形式，并且一次侧的载波通信模块发出阻断二次侧台区识别信号在一次侧传输的信号，从而确保基于电力线传输的台区识别信号不能传播到其他台区，从而有效识别台区户变关系。

附图说明

图1是本发明基于OFDM载波信号的台区识别方法的结构示意图；

图2是本发明基于OFDM载波信号的台区识别方法的流程图；

图3为本发明基于OFDM载波信号的台区识别方法中阻抗匹配电路原理图；

图4为宽带载波通信网络拓扑图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于OFDM载波信号的台区识别方法，包括两个过程，首先是要确认从二次到一次有衰减的OFDM子载波频点作为台区识别信号，而后再用所选子载波的OFDM信号进行台区识别。在第一个选择子载波频点的过程中，低压集中器载波模块CCO先以OFDM信号形式发出10～500kHz内全部子载波的台区识别测试信号，由高压三相载波通信模块STA-P3H接收。STA-P3H将所收到的各个子载波信号强度反馈给CCO。CCO选择衰减较大的子载波频点作为最终的台区识别发送信号所选定的子载波频点。然后在第二个过程中，CCO基于所选子载波加载自己的标识信息，进行台区识别。CCO发送识别信号的同时，STA-P3H发出针对这些子载波频点的干扰信号，阻断台区识别信号在一次侧的传播，同样该台区识别信号也就无法被其他台区的STA(低压电能表载波模块)识别。而位于二次侧本台区内、能够收到该台区识别信号的STA标记自己的台区状态，最终由CCO读取各个STA的状态，整理台区识别结果。

具体技术方案如下所述：

一种基于OFDM载波信号的台区识别方法，配电变压器二次侧输出端安装有配备载波模块CCO的集中器，二次侧台区下电能表配备有载波模块STA，并可通过CCO组网通信，其特征在于，包括以下步骤:

第一步，一次侧高压三相载波通信模块STA-P3H通过载波通信信号依照载波组网链路层协议接入以低压集中器载波模块CCO为网络中心的载波抄表网络，载波通信信号是载波抄表网络基于电力线的组网通信信号；

第二步，CCO通过载波通信信号通知高压三相载波通信模块STA-P3H即将启动台区识别频带测试进程，并通知STA-P3H用于台区识别的测试信号发送时刻；

所述台区识别频带测试进程包括：CCO发送台区识别频带测试信号给STA-P3H，STA-P3H进行测量；STA-P3H将测量结果报告给CCO；

所述的“台区识别频带测试进程”具体为：在第一个选择子载波频点的过程中，低压集中器载波模块CCO先以OFDM信号形式发出10～500kHz内全部子载波的台区识别测试信号，由高压三相载波通信模块STA-P3H接收，STA-P3H将所收到的各个子载波信号强度反馈给CCO。CCO选择衰减较大的子载波频点作为最终的台区识别发送信号所选定的子载波频点；

第三步，CCO通过载波通信信号通知STA-P3H即将启动台区识别进程，并通知STA-P3H所选择的台区识别信号在各个子载波的信号幅度值和发送台区识别信号的时刻；

所述台区识别进程，包括：CCO发送测试信号，且STA-P3H发送阻断信号；

所述的台区识别进程具体为：CCO基于所选子载波加载自己的标识信息，进行台区识别。CCO发送识别信号的同时，STA-P3H发出针对这些子载波频点的干扰信号，阻断台区识别信号在一次侧的传播，同样该台区识别信号也就无法被其他台区的低压电能表载波模块STA识别；而位于二次侧本台区内、能够收到该台区识别信号的STA标记自己的台区状态，最终由CCO读取各个STA的状态，整理台区识别结果；

第四步，CCO启动对台区状态的收集，STA模块通过载波通信信号将自己的台区状态上报给CCO，台区状态包括STA是否检测到台区识别信号的标识、所检测的台区标识信息和所在相位标志，CCO整体统计和记录隶属本台区的STA模块的编号和非本台区的STA模块编号、及其对应电能表电能表地址编号和电力用户编号。

所述的基于OFDM载波信号的台区识别方法，其特征在于，所述的配电变压器一次侧经过电压互感器和电流互感器之后的位置安装有三相电能表，三相电能表上配装有一次侧三相载波通信模块STA-P3H。

所述的基于OFDM载波信号的台区识别方法，其特征在于，所述的第一步中，能够通过基于载波通信信号申请入网的STA模块，CCO判断这些模块及其对应的电能表属于本CCO所在台区；不能通过基于载波通信信号申请入网的STA模块，CCO判断这些模块及其对应的电能表不属于本CCO所在台区。

所述的基于OFDM载波信号的台区识别方法，其特征在于，所述的台区识别信号的纠错校验编码采用卷积编码。

所述的基于OFDM载波信号的台区识别方法，其特征在于，所述的载波通信信号采用单相加载的方式，载波通信信号采用A、B、C每个单相分别加载；台区识别测试信号、台区识别信号和台区识别阻断信号采用A、B、C三相同时加载。

所述的基于OFDM载波信号的台区识别方法，其特征在于：所述的第三步中，本台区内能够接收到CCO发出的台区识别信号并解析出台区标识信息的STA模块，所述的STA模块将自己的台区状态通过载波通信信号上报给CCO的同时，该STA模块同时将接收到的台区识别信号的信号强度上报给CCO；以便CCO对台区识别信号的进一步中继转发进行管理和控制；

CCO选择信号强度小于所设阈值、网络层级大于阈值的载波STA模块作为台区识别中继STA模块；

CCO通过载波通信信号通知STA-P3H及其他电能表载波STA模块，通知内容包括：所述台区识别中继STA模块的标识列表及其发送时刻，以及台区识别信号的载荷数据，台区识别信号的载荷数据包含台区标识信息、中继转发级数。

所述的基于OFDM载波信号的台区识别方法，其特征在于，所述的第三步中，CCO所选择的中继STA模块为二次侧三相载波通信模块。

所述的基于OFDM载波信号的台区识别方法，其特征在于，所述的第三步中，CCO所选择的中继STA模块为3个二次侧单相载波通信模块，3个二次侧单相载波通信模块中的第一、第二、第三二次侧单相载波通信模块分别对应三相中的A相、B相或C相；STA和CCO基于载波能够组网通信，这3个二次侧单相载波通信模块均在CCO的控制下进行台区识别信号的中继发送。

所述的基于OFDM载波信号的台区识别方法，其特征在于，所述的一次侧三相载波通信模块STA-P3H模块载波信号接入电路具有阻抗匹配电路，该阻抗匹配电路在台区识别测试信号的频带内具有低阻抗频段，而在载波通信信号的频带具有高阻抗。

本发明技术方案中，配电变压器二次侧输出就近安装由配备载波模块CCO的集中器，二次侧台区下电能表配备有载波模块STA并可通过CCO组网通信，配电变压器一次侧经过电压互感器和电流互感器后安装有三相载波通信设备，该三相载波通信设备含有一次侧三相载波通信模块STA-P3H和供电电源模块，如图1所示，其中，PT为电源互感器，CT为电流互感器。

本发明基于OFDM载波信号的台区识别方法包括如下步骤，如图2所示：

第一步，一次侧三相载波通信模块STA-P3H通过载波通信信号依照载波组网链路层协议接入以载波模块CCO为网络中心的载波抄表网络。载波通信信号是载波抄表网络基于电力线的组网通信信号。所采用的载波组网链路层协议采用标记有网络基准时间的信标，入网节点和CCO实现时钟同步，CCO通过信标通知每个节点、以及自身的通信报文发送时刻。所述网络中心与下述的载波抄表网络是相对应的。载波抄表网络是树形分支结构的网络，每个分支相当于通过中继，将下级节点数据向上级传输，最终汇集到“网络中心”，即CCO。如图4，其中PCO是代理站点，通信中做中继转发；STA是普通的通信站点。中继节点PCO，作用在上行通信和下行通信中进行数据转发，上行通信和下行通信的路径可以一致也可以不一致，一致的优点是算法简单；不一致的优点是可以选择最优路径，传输速度快。

第二步，CCO通过载波通信信号告知STA-P3H即将启动台区识别频带测试流程，并告知STA-P3H用于台区识别的测试信号发送时刻。用于台区识别的测试信号是覆盖所选测试频带的全部子载波均加载设定相同幅值的OFDM调制信号，台区识别测试信号的频带采用低于载波通信信号的频带。

在指定时刻，STA-P3H接收CCO发送的用于台区识别的测试信号，将台区识别频带测试数据通过载波通信信号发送给CCO。台区识别频带测试数据包括所接收的台区识别测试信号从变压器二次到一次、在各个子载波的衰减幅度值。

第三步，CCO通过载波通信信号告知STA-P3H即将启动台区识别流程，并告知STA-P3H所选择的台区识别信号在各个子载波的信号幅度值、和发送台区识别信号的时刻。台区识别信号是在台区识别信号频带内各个子载波采用相移键控调制方式、通过纠错校验编码加载CCO台区标识信息载荷数据、并附加有前导的通信信号。CCO选择部分电能表载波STA模块作为台区识别中继STA模块，台区识别中继STA模块依据CCO指定时刻转发台区识别信号。能够接收到该信号的电能表载波STA模块将标记自己对应的电能表属于该CCO台区。

STA-P3H在CCO及其台区识别中继STA模块发送台区识别信号的时刻，发送台区识别阻断信号，该信号在变压器一次侧阻断来自二次侧CCO及台区识别中继STA模块发送的台区识别信号中台区标识信息的接收和识别。台区识别阻断信号和采用相同调制方式、相同符号长度，并且台区识别阻断信号在各子载波所加载载荷数据为随机序列数据，其幅值小于台区识别信号在各个子载波的信号幅度值，并且大于台区识别信号在各个子载波的信号幅度值减去从变压器二次到一次的衰减幅度值。

第四步，CCO启动对台区状态的收集，STA模块通过载波通信信号上报给CCO自己的台区状态，CCO整体统计和记录隶属本台区的STA模块和非本台区的STA模块、及其对应电能表和电力用户。

此外，配电变压器一次侧经过电压互感器和电流互感器后安装有三相电能表，三相电能表上配装有一次侧三相载波通信模块STA-P3H。

此外，如果在前述第一步中，STA-P3H不能通过载波通信信号入网，则CCO直接通过基于载波通信信号申请入网的STA模块，判断这些模块及其对应电能表属于同一台区。

此外，台区识别信号的纠错校验编码采用卷积编码。

此外，载波通信信号采用单相加载的方式，台区识别测试信号、台区识别信号和台区识别阻断信号采用三相同时加载的方式。

此外，在前述第三步中，本台区内能够接收到CCO发出的台区识别信号并解析出台区标识信息的STA模块通过载波通信信号上报给CCO自己的台区状态的同时，也包含其接收到的台区识别信号的信号强度；CCO选择信号强度小于所设阈值，网络层级大于阈值的载波STA模块作为台区识别中继STA模块；CCO通过载波通信信号告知STA-P3H、及其他电能表载波STA模块台区识别中继STA模块的标识列表及其发送时刻；台区识别信号的载荷数据包含台区标识信息、中继转发级数。

此外，在前述第三步中，CCO所选择的中继STA模块为二次侧三相载波通信模块。

此外，在前述第三步中，CCO所选择的中继STA模块为3个分别对应三相的二次侧单相载波通信模块。

此外，一次侧三相载波通信模块STA-P3H模块载波信号接入电路具有阻抗匹配电路，该阻抗匹配电路在台区识别测试信号的频带内具有低阻抗频段，而在载波通信信号的频带具有高阻抗。

原理解释：

目前用电信息采集系统所采用的载波通信技术采用了多项提升通信性能的技术。首先，通过OFDM调制技术充分利用带宽资源，能够在较宽频带能承载和传输更多数据。第二，实际使用的通信频带低频高于0.7MHz，高频可以到达12MHz，基于OFDM频带可选，子载波信道可选。第三，基于Turbo编译码技术在原始数据基础上增加校验数据，从而利用纠错译码算法获得负信噪比下的数据接收能力。第四，虽然低压电力载波现场环境复杂，但是基于信道估计功能能够对每个子载波通信的噪声、衰减和相移进行有效评估，从而基于信道估计和软解调技术提升通信性能。第五，基于分集拷贝技术将数据发送在时域和频域实现冗余，以避开时域偶发干扰，避开频域内某些频点的特定干扰。

正是基于当前载波通信性能的大幅提升，目前载波通信信号具有较强的传输能力，有时能够跨越变压器。500k或1MHz以上频率，变压器铁芯的磁导率特性下降，此时配电变压器等效为空心变压器，此频带内的载波信号具有一定穿越性，同时也是目前电力线载波抄表应用使用的频带。通常在1k～1MHz频率范围内，变压器因其涡流损耗加剧会对该频带信号有较强吸收作用，所以可以利用该频带范围内被衰减的载波信号进行台区识别。为此，本方案载波通信信号的频带和台区识别所用信号频带采用不同频带，分别对应500k或1MHz以上的高频带和之下的低频带。

但同时，实际变压器的频率传输特性各不相同。所以，如果在配电变压器一次侧的模块STA-P3H不能通过载波通信信号入的二次侧CCO的抄表网络，则说明基于高频带的载波通信信号不会传播到其他变压器台区，即可直接用于台区识别。如果STA-P3H能够通过载波通信信号入网，则需要应用台区识别对应信号频带，并先测试该频带下哪些频点的信号经过变压器会形成较大衰减。CCO通过和STA-P3H交互，得知这些具有较大衰减的频点，并利用这些频点加载台区识别信号，而穿越性较好的频点不加载或者加载幅度很低的台区识别信号。

STA-P3H模块通过阻抗匹配电路在台区识别信号频带内形成低阻抗，也能够对台区识别信号起到一定衰减作用。此外，获得台区识别信号的衰减还可以利用变压器特性。配电变压器一次侧通常采用三角形接法，而二次侧通常采用星形接法。在二次侧各相上加相同幅度的电压信号，通过星三角变换后，一次侧信号将相互抵消，从而在一次侧得到较大衰减。所以，本方案CCO在三相同时发送台区识别测试信号和台区识别信号。同时，台区识别的中继STA模块选择三相载波通信模块，或者是3个分别对应三相的单相载波通信模块同时发送台区识别信号。所述阻抗匹配电路如图3，L1，C1；C7、L5是匹配网络部分，L2，C2，C3，L3，C4，C5，L4，C6是带通滤波器部分，在台区识别测试信号的频带内具有低阻抗频段，而在载波通信信号的频带具有高阻抗。

通过选择具有衰减的子载波，台区识别信号经过配电变压器从二次侧到达一次侧后已经有较大衰减，但因为本方案各个模块对台区识别信号的接收具有较高灵敏度，该台区识别信号仍可能被其他台区信号接收。进一步STA-P3H模块在CCO发送台区识别信号时刻，同时发送台区识别阻断信号，即两个信号发生碰撞。基于载波通信STA-P3H和CCO在时钟上实现同步，由此利用OFDM信号特性，只要发生信号碰撞的台区识别阻断信号在对应的子载波上的信号幅值略高，即可使得在一次侧以及其他台区的通信模块无法解出台区识别信号所包含的CCO台区标识信息。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。