【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于双路复用通信，具体而言，涉及一种hplc双模通信稳定性方法、介质及系统。
技术介绍
1、随着智能电网建设的快速推进，低压电力线载波通信(hplc)技术在用电信息采集、智能家居控制、需求侧管理等领域得到广泛应用。hplc技术通过在现有电力线上叠加高频调制信号实现数据传输，具有布线成本低、覆盖范围广等优势。目前，hplc通信系统主要采用单一频段载波传输方案，在1-10mhz低频段或10-30mhz高频段选择一个工作频段进行通信。在实际应用中，由于低压配电网络复杂多变的电气环境，hplc通信面临诸多挑战：首先，电力线信道具有强烈的频率选择性衰落特性，不同频段的信道条件存在显著差异；其次，开关电源、变频器等非线性负载会产生宽频带电磁干扰，严重影响载波信号的传输质量；再次，配电网络拓扑结构动态变化导致信道特性频繁波动，造成通信链路不稳定。特别是在用电信息采集等场景下，系统需要保证数据采集的实时性和可靠性，这对hplc通信的稳定性提出了更高要求。
2、现有hplc系统主要依靠人工经验判断通信故障从而计算hplc系统的稳定性，缺乏系统化的故障诊断方法。常见的做法是通过测量信号强度、误码率等单一指标来评估通信质量，这种方法存在以下问题：一是无法准确识别故障类型，导致维护效率低下；二是难以适应复杂多变的电力线信道环境，故障诊断结果不够可靠；三是缺乏对通信协议层面异常的有效检测，容易遗漏某些故障类型。而随着智能电网规模的扩大，这些问题日益突出，严重制约了hplc技术的推广应用。
3、最迫切需要解决的核心技术问题
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种hplc双模通信稳定性方法、介质及系统，能够解决在复杂多变的低压配电网络环境下，实现hplc通信系统稳定性的快速准确诊断的技术问题。
2、本专利技术是这样实现的：
3、本专利技术第一方面提供一种hplc双模通信稳定性方法，包括以下步骤：
4、s10、实时采集数据，采集的所有数据均以一维数组形式存储，采样频率为1000赫兹，每个一维数组包含1000个采样点数据；具体采集以下数据：hplc低频载波信号数据、hplc高频载波信号数据、工作电压数据、工作电流数据、环境温度数据、电磁干扰数据；
5、s20、使用经验模态分解方法对采集的hplc低频载波信号数据进行分解，得到三个一维数组：hplc低频载波稳定分量数据数组、hplc低频载波变动分量数据数组、hplc低频载波噪声分量数据数组；
6、s30、使用经验模态分解方法对采集的hplc高频载波信号数据进行分解，得到三个一维数组：hplc高频载波稳定分量数据数组、hplc高频载波变动分量数据数组、hplc高频载波噪声分量数据数组；
7、s40、通过多元线性回归方法建立hplc低频载波变动分量数据数组与电磁干扰数据数组、环境温度数据、工作电压数据之间的关系，得到一个3行3列的hplc低频载波变动系数矩阵，所述hplc低频载波变动系数矩阵中每个元素表示对应因素的影响权重；基于所述hplc低频载波变动系数矩阵，使用奇异值分解方法计算得到一个3行3列的hplc低频载波稳定系数矩阵；
8、s50、采用多元线性回归方法建立hplc高频载波变动分量数据数组与电磁干扰数据数组、环境温度数据、工作电压数据之间的关系，得到一个3行3列的hplc高频载波变动系数矩阵，所述hplc高频载波变动系数矩阵中每个元素表示对应因素的影响权重；基于所述hplc高频载波变动系数矩阵，使用奇异值分解方法计算得到一个3行3列的hplc高频载波稳定系数矩阵；
9、s60、基于hplc低频载波稳定系数矩阵与hplc高频载波稳定系数矩阵，分别计算三个6行6列的评估矩阵：信号强度评估矩阵、信噪比评估矩阵、误码率评估矩阵，其中所述信号强度评估矩阵通过对稳定分量数据数组的均方根值计算得到，所述信噪比评估矩阵通过计算稳定分量数据数组与噪声分量数据数组的功率比值得到，所述误码率评估矩阵通过分析变动分量数据数组中超过预设阈值组的波动次数计算得到；
10、s70、基于通信协议规范定义的数据帧结构、校验码类型、时序参数要求，构建一个12行12列的双载波通信协议异常特征矩阵，其中所述数据帧结构包括帧头8字节、数据段长度、帧尾4字节，所述校验码类型为32位循环冗余校验码；
11、s80、采用嵌入式五层全连接神经网络结构的故障诊断模型，将信号强度评估矩阵、信噪比评估矩阵、误码率评估矩阵与双载波通信协议异常特征矩阵输入所述故障诊断模型，所述故障诊断模型的输入层节点数为所述评估矩阵与所述异常特征矩阵的所有元素，所述故障诊断模型的隐藏层使用修正线性单元激活函数，所述故障诊断模型的输出层使用归一化指数函数输出10种预定义故障类型的概率分布向量；
12、s90、将每一种预定义故障类型及其概率分布向量，输入到预先定义的稳定性检测方程，得到hplc双模通信的稳定性指数并输出。
13、所述嵌入式数学模型具体是一个数学方程组，包括信号质量评估方程、协议异常检测方程、载波稳定性分析方程、环境影响评估方程和特征融合方程；
14、所述信号质量评估方程用于评估载波信号的整体传输质量，输入包括信号强度评估矩阵和信噪比评估矩阵，两个矩阵均为6×6维度，输出是36维信号质量特征向量；
15、所述协议异常检测方程用于识别通信协议层面的故障特征，输入包括双载波通信协议异常特征矩阵和误码率评估矩阵，分别为12×12和6×6维度，输出是144维协议异常特征向量；
16、所述载波稳定性分析方程用于分析载波信号的动态稳定性，输入包括hplc低频载波稳定系数矩阵和hplc高频载波稳定系数矩阵，两个矩阵均为3×3维度，输出是18维载波稳定性特征向量；
17、所述环境影响评估方程用于评估外部环境对通信系统的影响程度，输入包括hplc低频载波变动系数矩阵和hplc高频载波变动系数矩阵，两个矩阵均为3×3维度，输出是18维环境影响特征向量；
18、所述特征融合方程用于生成最终输入到神经网络的特征，输入包括前四个方程输出的特征向量，总计216维特征，输出是100维融合特征向量。
19、所述故障诊断模型的训练数据集获取的步骤，具体包括在实验室环境下模拟10种预定义故障场景、收集每种故障类型下的完整数据样本且每种故障收集1000组数据、使用数据增强技术通过添加高斯噪声和随机扰动扩充训练集、对数据集进行标注建立故障类型与特征的对应关系、按照6:2:2的比例划分训练集验证集和测试集。
20、所述故障诊断模型训练的步骤，具体包括对收集的原始数据进行标准化和归一化处理、使用嵌入式数学模型提取特征向量、随机初始化神经网络权重、使用小批量梯度下降法进行模型训练且批大小为64、使用adam优化器更新模型参数且学习率为0.001、定期在验证集上评估模型性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种HPLC双模通信稳定性方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求2所述的HPLC双模通信故障检测系统，其特征在于，10种预定义故障类型具体包括低频载波信号丢失、高频载波信号丢失、双载波同步失败、低频信道质量劣化、高频信道质量劣化、通信协议解析错误、数据帧校验失败、载波信号干扰严重、设备响应超时、多路径衰落故障。
3.根据权利要求2所述的HPLC双模通信故障检测系统，其特征在于，所述预设阈值组具体包括：信号强度阈值-85dBm、信噪比阈值15dB、误码率阈值1×10-3、载波信号波动阈值±10％、协议解析错误阈值3次/分钟。
4.根据权利要求2所述的HPLC双模通信故障检测系统，其特征在于，所述HPLC低频载波信号频率范围为1兆赫兹至10兆赫兹，所述HPLC高频载波信号频率范围为10兆赫兹至30兆赫兹。
5.根据权利要求2所述的HPLC双模通信故障检测系统，其特征在于，述时序参数要求包括响应超时阈值20毫秒、同步码识别窗口10毫秒。
6.根据权利要求2所述的HPLC双模通信故障检测系统，其特征在于，所述双载
7.所述HPLC低频载波信号数据、HPLC高频载波信号数据、工作电压数据、工作电流数据、环境温度数据、电磁干扰数据获取的方式，分别是通过射频前端模块中的ADC采样器实时采样1-10MHz频段的载波信号获取HPLC低频载波信号数据、通过射频前端模块中的ADC采样器实时采样10-30MHz频段的载波信号获取HPLC高频载波信号数据、通过电压采样芯片AD7606实时采集系统工作电压获取工作电压数据、通过霍尔电流传感器ACS712实时采集系统工作电流获取工作电流数据、通过DS18B20数字温度传感器实时采集环境温度获取环境温度数据、通过电磁场强度检测模块EM100实时采集环境电磁干扰强度获取电磁干扰数据。
8.所述故障诊断模型的结构，具体包括数据预处理层、特征提取层、嵌入式数学模型、深度学习网络层和决策输出层，其中数据预处理层负责对输入数据进行标准化和降噪，特征提取层从原始数据中提取关键特征，嵌入式数学模型作为核心数学方程组处理层，深度学习网络层采用五层全连接神经网络，决策输出层生成最终的故障诊断结果。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令在计算机中运行时，用于执行权利要求1-8任一项所述的一种HPLC双模通信稳定性方法。
10.其特征在于，包含权利要求9所述的计算机可读存储介质。
...【技术特征摘要】
1.一种hplc双模通信稳定性方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求2所述的hplc双模通信故障检测系统，其特征在于，10种预定义故障类型具体包括低频载波信号丢失、高频载波信号丢失、双载波同步失败、低频信道质量劣化、高频信道质量劣化、通信协议解析错误、数据帧校验失败、载波信号干扰严重、设备响应超时、多路径衰落故障。
3.根据权利要求2所述的hplc双模通信故障检测系统，其特征在于，所述预设阈值组具体包括：信号强度阈值-85dbm、信噪比阈值15db、误码率阈值1×10-3、载波信号波动阈值±10％、协议解析错误阈值3次/分钟。
4.根据权利要求2所述的hplc双模通信故障检测系统，其特征在于，所述hplc低频载波信号频率范围为1兆赫兹至10兆赫兹，所述hplc高频载波信号频率范围为10兆赫兹至30兆赫兹。
5.根据权利要求2所述的hplc双模通信故障检测系统，其特征在于，述时序参数要求包括响应超时阈值20毫秒、同步码识别窗口10毫秒。
6.根据权利要求2所述的hplc双模通信故障检测系统，其特征在于，所述双载波通信协议异常特征矩阵的每一行分别对应帧头丢失、帧尾错误、帧长异常、循环冗余校验失败、校验位错误、响应超时、同步失败。
7.所述hplc低频载波信号...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭黎青，
申请(专利权)人：烟台华迅新能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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