一种基于拓扑感知图网络的宽带载波脉冲抑制方法及系统与流程

本发明涉及一种基于拓扑感知图网络的宽带载波脉冲抑制方法及系统，属于电力线载波通信传输。

背景技术：

1、宽带电力线载波通信通常利用现有低压配电线路传输高频数据信号，并采用正交频分复用多载波调制方式，实现配电集中器与各测控节点之间的数据交互，在系统稳定运行时，接收端一般通过硬件滤波电路配合预设门限抑制持续存在的平稳噪声，以保证基带信号正常解调。

2、随着分布式光伏逆变器频繁进行高频开关动作，以及大功率非线性负荷反复启停，低压电力线上容易频繁出现上升沿较陡的突发脉冲，当重载支路出现电压异常并触发负荷转移开关动作时，供电线路的实际连接关系可能在短时间内发生变化，配电集中器所记录的通信拓扑通常依靠周期性通信巡检进行更新，存在一定的更新延迟，在此期间，集中器记录的线路连接关系可能与现场线路的实际导通情况不一致，此时，突发脉冲会沿变化后的导通路径传播到不同节点，其陡峭前沿还可能冲击节点的模拟前端，使硬件电路所依据的工频过零点时间基准发生抖动和偏移，进而影响多载波符号的定时同步，针对这类突发干扰，如果单纯缩短周期巡检的时间间隔，需要更加频繁地占用载波物理信道，容易增加数据碰撞和通信拥塞，另一种常见做法是在各节点分别设置固定幅值门限，对超过门限的脉冲进行切除，但是，突发脉冲跨支路传播时会受到线路阻抗失配和高频衰减的影响，不同节点接收到的脉冲幅值和波形存在差异，单个节点只能依据自身接收到的信号进行判断，难以掌握脉冲在其他支路上的传播和衰减情况，不容易区分接收到的是本地突发脉冲，还是由远端传播并衰减后的脉冲波形，容易出现正常载波波形被误切除或者强脉冲未被检出的情况，例如，公开号为cn109617573a的中国发明专利申请公开了一种电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法，通过在接收端比对输入采样数据与预设的多级幅值阈值，并依据脉冲计数器的计数值控制标志位，对后续采样数据进行限幅或置零处理，然而，该控制方法在本质上仍属于单节点孤立判决模式，其阈值与计数逻辑高度依赖静态信道背景与已知调制波形统计特性；在低压配电网发生负荷切改、拓扑关系突变的动态工况下，单个节点无法获知全网传导路径与衰减规律，既无法抵御陡脉冲冲击硬件前端造成的工频过零点基准偏移，更无法区分不同支路的实际受扰程度，盲目的时域置零或限幅易误切弱传导节点上的有效载波，导致解调星座点发散与数据译码失效。

3、因此，在供电线路实际导通路径发生变化、而通信拓扑更新又存在时间差的情况下，如何减小工频过零点基准抖动造成的影响，并避免多载波信号解调失效，成为本发明所要解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中的问题，本发明的技术方案如下：一种基于拓扑感知图网络的宽带载波脉冲抑制方法，包括以下步骤：

2、步骤s1，各载波通信节点采集低压电力线信号并转换为离散采样序列，依据滑动检测窗口能量斜率检测突发脉冲，提取脉冲峰值能量、主频段标识、脉冲持续宽度与上升沿时间，写入正交频分复用数据帧帧头保留字段并发送；

3、步骤s2，配电集中器接收正交频分复用数据帧，在延时容限内归集受扰节点组，比对受扰节点组内相邻节点间的峰值能量衰减比率与电缆标准物理衰减区间；当衰减比率超出上限且与候选节点匹配时判定物理切改，在内存中建立临时连接映射指针生成临时接线拓扑图；

4、步骤s3，配电集中器沿临时接线拓扑图的能量递减方向溯源出干扰源根节点，将距离干扰源根节点在设定距离门限内的节点标记为强干扰节点，将跨越开关或超出设定距离门限的节点标记为弱传导节点，下发滤波控制指令；

5、步骤s4，强干扰节点依据脉冲上升沿到达半峰值时刻计算过零点漂移误差值，平移解调时钟以复位时间基准，并在脉冲持续宽度内对离散采样序列实施时域置零；弱传导节点关闭时域置零，并在解调中下调主频段标识对应子载波的软判决权重。

6、优选的，步骤s1包括以下子步骤：步骤s11，以长度为个采样点的滑动检测窗口计算信号能量变化斜率，当信号瞬时幅值超过通信底噪幅值的3倍且相邻采样点幅值差值超过跳变阈值时判定存在突发脉冲；步骤s12，将提取的脉冲峰值能量、主频段标识、脉冲持续宽度与上升沿时间压缩为4字节二进制数据块，作为局部脉冲特征简报填入正交频分复用数据帧帧头的保留字段。

7、优选的，步骤s2包括以下子步骤：步骤s21，配电集中器基于接收时间戳在5μs的传输延时容限内将多个节点归集为同一脉冲事件的受扰节点组；步骤s22，计算受扰节点组内记录为父子相邻关系的第一节点与第二节点之间的峰值能量衰减比率，并结合存储的电缆线路物理距离计算两者间的主频段高频分量衰减斜率；步骤s23，当峰值能量衰减比率超出电缆标准物理衰减区间上限数值时，在受扰节点组中检索是否存在作为候选节点的第三节点，使第三节点与第二节点之间的能量衰减比率落入电缆标准物理衰减区间内且高频分量衰减斜率符合连续物理传导规律；若是，判定第二节点所在物理分支切改挂接至第三节点所在供电支路，并在配电集中器运算内存中建立指向第二节点与第三节点之间的临时连接映射指针，生成表征现场导通路径的临时接线拓扑图。

8、优选的，步骤s3包括以下子步骤：步骤s31，沿临时接线拓扑图内记录的各节点脉冲峰值能量梯度方向反向搜索，将受扰节点组中脉冲峰值能量最大且上升沿时间最短的节点判定为突发脉冲物理发生源头并标记为干扰源根节点；步骤s32，根据临时接线拓扑图中记录的各节点与干扰源根节点之间的物理层级间距，将与干扰源根节点处于同一供电支路且电缆距离小于设定距离门限的节点标记为强干扰节点，将与干扰源根节点之间跨越开关或电缆距离大于设定距离门限的节点标记为弱传导节点。

9、优选的，步骤s4包括以下子步骤：步骤s41，强干扰节点以20mhz采样率采集电力线输入信号以获取离散采样序列，开辟长度匹配谐振回路自由振荡周期的滑动积分窗口，累加滑动积分窗口内电压绝对值并乘以采样时间间隔得到局部积分面积，并通过后向时间差分计算局部积分面积随时间的变化率；步骤s42，在欠阻尼高频振荡波形极性交替抵消使局部积分面积变化率维持在波动区间后，当局部积分面积变化率突破突发能量注入阈值时判定进入主脉冲单向能量注入阶段，反向回溯查找变化率由负转正的最近拐点采样时刻作为真实物理起跳时间点，计算真实物理起跳时间点与理论工频过零点预测时刻的差值得到过零点漂移误差值。

10、优选的，步骤s42中对离散采样序列实施时域置零包括以下子步骤：步骤s421，强干扰节点利用过零点漂移误差值对本地解调时钟起始边界进行时间轴平移对准，以真实物理起跳时间点为起点开启时域置零消除窗口；步骤s422，设定时域置零消除窗口的持续时间长度为主脉冲高能量核心持续时间，将落入时域置零消除窗口时间区间内的离散采样点幅值重写为零电平数值；在时域置零消除窗口结束后关闭置零消除模式，使紧随其后的正交频分复用物理层同步前导码波形进入帧同步检测流程。

11、优选的，步骤s4包括以下子步骤：步骤s43，弱传导节点保持时域通道连续导通，在频域正交频分复用解调器的各个子载波输出端，检索处于主频段标识对应频段范围内的受污染子载波，将受污染子载波在纠错译码中的解调置信度权重从标准数值1.0下调至0.2，并保持未受污染子载波的标准数值不变，送入译码器依据未受损子载波完成纠错译码与数据包解析。

12、优选的，步骤s3中下发滤波控制指令包括以下子步骤：步骤s33，配电集中器生成包含各个载波通信节点物理地址以及对应强干扰节点或弱传导节点标记属性的控制指令包；步骤s34，通过下行广播载波信标帧向低压电力线分发控制指令包，使各个载波通信节点读取自身物理地址对应的标记属性并切换内部滤波工作模式。

13、优选的，配电集中器在全网周期性通信巡检收敛完成后，将内存中存储的临时接线拓扑图与最新巡检拓扑实施一致性校验；在确认物理切改线路稳定接入后，将临时连接映射指针转换为永久逻辑拓扑路由表项并释放临时连接映射指针；在突发脉冲结束后下发基线重置指令，指示强干扰节点与弱传导节点恢复基线解调参数配置。

14、一种基于拓扑感知图网络的宽带载波脉冲抑制系统，用于实现基于拓扑感知图网络的宽带载波脉冲抑制方法，包括：脉冲采样封装单元、拓扑切改识别单元、干扰溯源分级单元与差异化滤波单元；

15、脉冲采样封装单元，设置于载波通信节点，用于采集低压电力线信号并转换为离散采样序列，依据滑动检测窗口能量斜率检测突发脉冲，提取脉冲峰值能量、主频段标识、脉冲持续宽度与上升沿时间，写入正交频分复用数据帧帧头保留字段并发送；

16、拓扑切改识别单元，设置于配电集中器，用于接收正交频分复用数据帧，在延时容限内归集受扰节点组，比对受扰节点组内相邻节点间的峰值能量衰减比率与电缆标准物理衰减区间，在衰减比率超出上限且与候选节点匹配时判定物理切改，在内存中建立临时连接映射指针生成临时接线拓扑图；

17、干扰溯源分级单元，设置于配电集中器，用于沿临时接线拓扑图的能量递减方向溯源出干扰源根节点，将距离干扰源根节点在设定距离门限内的节点标记为强干扰节点，将跨越开关或超出设定距离门限的节点标记为弱传导节点，下发滤波控制指令；

18、差异化滤波单元，设置于载波通信节点，用于指示强干扰节点依据脉冲上升沿到达半峰值时刻平移解调时钟以复位时间基准，并在脉冲持续宽度内对离散采样序列实施时域置零；指示弱传导节点关闭时域置零，并在解调中下调主频段标识对应子载波的软判决权重。

19、相比于现有技术，本发明的有益效果是：

20、1、在拓扑感知图网络的宽带载波脉冲抑制中，利用导线切改期间传播的突发脉冲判断线路实际导通走向，并据此区分强干扰节点与弱传导节点，使后续滤波能够与现场接线状态和各节点实际受扰程度相匹配，对于强干扰节点，通过校正工频过零点偏移并将时域置零限制在主脉冲持续区间，可减少高压尖峰对频域解调的影响；对于弱传导节点，则保留时域信号并降低受污染子载波的软判决权重，可避免将仍可用于解调的有效载波波形一并切除，由此能够减小拓扑记录与实际接线不一致以及脉冲混叠造成的解调误码，提高线路切改期间宽带载波通信的稳定性。

21、2、将支路重载发热及介质损耗造成的额外高频衰减纳入标准物理衰减区间的判断，可减少高温重载支路切改时因脉冲衰减异常而产生的接线关系误判，使切改节点与实际接入支路之间的临时连接映射更加准确，在此基础上，可正确识别切改节点的受扰状态并采用相应的频域处理方式，避免因线路温升造成错误断连判断而使节点失去滤波控制，从而使受损子载波得到针对性处理，维持多载波解调星座点稳定收敛。

22、3、针对滤波电感与无功补偿电容引起的欠阻尼高频振荡，通过结合自由振荡周期分析积分面积变化，并反向确定主脉冲的真实起跳时刻，可降低前置振荡反复越过检测门限对脉冲起点判断的干扰，使解调时钟的时间基准校正更加准确，校正后的时域置零窗口能够更贴近主脉冲核心区间，减少窗口后移或错位造成的有效信号损失，并保留紧随主脉冲之后的物理层同步前导符号，从而保证帧同步定时能够正常、准确建立。