电力电缆探通一体化波形生成方法、装置及设备与流程

本发明涉及电力设备绝缘状态检测，尤其涉及一种电力电缆探通一体化波形生成方法、装置及设备。

背景技术：

1、随着城市电网高压电缆线路规模快速增长，电缆绝缘状态在线监测已成为保障供电可靠性的关键技术。高压电缆本质上为同轴或多导体传输线，可同时承载电能传输与载波通信功能，利用电缆本体信道实现绝缘缺陷探测与数据通信一体化（探通一体化），能够有效降低监测系统硬件成本、提升频谱利用率与在线监测实时性，成为电力电缆状态感知领域的重要发展方向。

2、目前，高压电缆绝缘状态在线监测领域中，探测与通信功能通常采用相互独立的波形体制实现，但在长距离、多导体耦合的电缆信道环境下仍然可能存在频谱利用率低、微弱绝缘缺陷检测灵敏度不足、信号色散失真严重等问题，因此急需一种能够在同一波形框架下兼顾高灵敏度探测与高可靠通信的电力电缆探通一体化波形生成方法。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种电力电缆探通一体化波形生成方法、装置及设备，以解决现有技术存在的探测与通信波形不兼容导致微弱绝缘缺陷检测灵敏度低的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种电力电缆探通一体化波形生成方法，包括：

3、获取待传输的监测数据以及探测导频序列；基于电力电缆信道的频变衰减特性与绝缘缺陷的频段敏感分布，对所述探测导频序列对应的探测子载波进行非均匀功率分配；对经过功率分配的所述探测子载波，以及承载所述监测数据的数据子载波，分别进行时域滤波整形处理；对整形后的所述探测子载波和所述数据子载波进行正交频分复用调制，生成探通一体化波形。

4、在一种可能的实现方式中，所述基于电力电缆信道的频变衰减特性与绝缘缺陷的频段敏感分布，对所述探测导频序列对应的探测子载波进行非均匀功率分配，包括：将工作频带划分为多个子频段；针对每个所述子频段，根据所述子频段对应的绝缘缺陷的频段敏感分布以及频变衰减特性，确定所述子频段内所述探测子载波的目标功率配置；按照所述目标功率配置，对所述探测子载波实施差异化的功率分配。

5、在一种可能的实现方式中，所述将工作频带划分为多个子频段，包括：将所述工作频带按照频率从低到高依次划分为低频段、中频段和高频段；所述针对每个所述子频段，根据所述子频段对应的绝缘缺陷的频段敏感分布以及频变衰减特性，确定所述子频段内所述探测子载波的目标功率配置，包括：针对所述低频段，按照第一功率增益提升所述探测子载波的功率；针对所述中频段，按照第二功率增益提升所述探测子载波的功率；针对所述高频段，将所述探测子载波的功率保持为基准值；其中，所述第一功率增益大于所述第二功率增益，所述第二功率增益大于或等于零；所述功率分配基于注水算法在总发射功率恒定约束下迭代优化得到。

6、在一种可能的实现方式中，所述低频段为100khz至1mhz，所述中频段为1mhz至5mhz，所述高频段为5mhz至20mhz；所述第一功率增益为3至5db，所述第二功率增益为1至2db，所述基准值为0db。

7、在一种可能的实现方式中，所述对经过功率分配的所述探测子载波，以及承载所述监测数据的数据子载波，分别进行时域滤波整形处理，包括：在所述正交频分复用调制之前，对所述探测子载波和所述数据子载波对应的各路子载波信号，分别进行有限长滤波整形；通过配置滚降系数与滤波器阶数，抑制子载波带外辐射并最小化子载波间干扰。

8、在一种可能的实现方式中，所述对所述探测子载波和所述数据子载波对应的各路子载波信号，分别进行有限长滤波整形，包括：对各路所述子载波信号进行上采样处理；采用根升余弦滤波器对上采样后的各路所述子载波信号进行时域成型；其中，所述根升余弦滤波器的滚降系数与滤波器阶数根据带外辐射抑制需求与子载波间干扰抑制需求配置；所述对整形后的所述探测子载波和所述数据子载波进行正交频分复用调制，包括：将滤波整形后的各路所述子载波信号进行叠加，并送入快速傅里叶逆变换模块生成时域波形。

9、在一种可能的实现方式中，所述上采样处理的倍数为4至8倍；所述根升余弦滤波器的滚降系数配置为0.25至0.35，滤波器阶数配置为32至64阶。

10、在一种可能的实现方式中，所述方法还包括对所述探测导频序列进行时频结构联合优化，包括：在频域上，将所述探测子载波按固定间隔均匀插入，且相邻的所述探测子载波采用正交序列；在时域上，将探测导频段划分为多个短导频符号，每个所述短导频符号采用具有不同相位偏移的序列；基于模糊函数分析峰值旁瓣比与积分旁瓣比，优化所述序列的长度与所述相位偏移，以提升时延分辨率。

11、在一种可能的实现方式中，所述将所述探测子载波按固定间隔均匀插入，包括：所述固定间隔根据信道采样密度需求配置；所述相邻的所述探测子载波采用正交序列，包括：采用zc序列，且相邻的所述探测子载波之间的互相关峰值低于预设的互相关阈值；所述优化所述序列的长度与所述相位偏移，包括：根据时延分辨率需求配置所述序列的长度，并使模糊函数的旁瓣抑制大于预设的旁瓣抑制阈值。

12、在一种可能的实现方式中，所述固定间隔为子载波带宽的4至8倍；所述互相关峰值低于-30db；所述序列的长度为64至128点；所述旁瓣抑制大于25db。

13、在一种可能的实现方式中，所述探通一体化波形的帧结构包括前导同步段、探测导频段、数据传输段及循环前缀；所述前导同步段采用线性调频序列；所述探测导频段承载所述探测子载波；所述数据传输段承载所述数据子载波；所述方法还包括：基于相模变换将电力电缆的三相耦合信道解耦为同轴模、相间模和大地模，并基于解耦后的模态进行空频编码。

14、在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：将所述探通一体化波形发送至所述电力电缆信道，以使接收端基于所述探通一体化波形提取信道特征参数，并将所述信道特征参数与预设的正常信道特征进行比对；在检测到所述信道特征参数持续偏离所述正常信道特征时，判定存在早期绝缘缺陷，并根据信道变化的特征类型区分缺陷类型；其中，所述信道特征参数包括信道冲激响应、路径损耗、相位偏移、阻抗突变点及误差矢量幅度中的至少一种。

15、在一种可能的实现方式中，所述探通一体化波形中的探测导频序列被配置为分布式监测节点的同步基准，以使所述分布式监测节点基于所述同步基准执行定时同步、载波同步与采样时钟同步；各所述分布式监测节点基于同步后的时钟基准协同提取信道特征参数，以执行分布式局部放电监测与绝缘状态协同分析。

16、第二方面，本发明实施例提供了一种电力电缆探通一体化波形生成装置，包括：获取模块，配置为获取待传输的监测数据以及探测导频序列；功率分配模块，配置为基于电力电缆信道的频变衰减特性与绝缘缺陷的频段敏感分布，对所述探测导频序列对应的探测子载波进行非均匀功率分配；滤波整形模块，配置为对经过功率分配的所述探测子载波，以及承载所述监测数据的数据子载波，分别进行时域滤波整形处理；调制生成模块，配置为对整形后的所述探测子载波和所述数据子载波进行正交频分复用调制，生成探通一体化波形。

17、第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行该计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式中的方法。

18、本发明实施例中，通过将探测功能嵌入通信物理层波形，利用非均匀功率分配增强缺陷敏感频段的信噪比，并结合时域滤波整形抑制长距离传输中的色散与干扰，从而在同一套波形中同步完成高精度信道探测与高速数据通信，解决了传统分立式设计中频谱资源浪费与微弱缺陷难以识别的矛盾。