CN102095926A - 用于自动检测电力系统配置的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测网络配置的方法,该网络具有馈电线线路,该馈电线线路带有多个馈电线计量器和与其耦合的配电变压器计量器(DTM),以及被耦合至配电变压器的一个或多个用户计量器和/或用户配置模块。所述方法包括以下步骤:使每个馈电线计量器通过所述馈电线传输独特地可识别的信号。所述DTM随后识别每个所述独特地可识别的信号并接着将每个所述独特地可识别的信号的相位连同独特的DTM识别符一起传输至数据收集器。所述馈电线计量器与配电变压器计量器之间的连接关系通过比较由DTM传输的相位信息而得出。用户计量器相应于DTM的关系也可以通过使每个DTM将DTM识别符传输至其相应的所有的用户计量器而绘出,所述相应的用户计量器接着将其连同用户计量器识别符一起传输至数据收集器。所述方法也可以通过分析解调的馈电线计量器信号的相位角而确定DTM被连接至哪个相位。

Description

用于自动检测电力系统配置的系统
技术领域
[0001] 本发明通常涉及用于自动检测电网络(electricity network)配置的方法。
背景技术
[0002] 随着电能价格的提高,对于自然环境的关注,以及更加强调节能,人们更加注意检 测以及防止电盗取。可以通过在馈电线上未经授权的安装非电站(utility)所有的配电变 压器而做到直接从高压馈电线进行盗取。电站将不一定能知道存在这样的变压器,从而在 由电站所有的配电变压器提供的电能与由终端用户所消耗的电能之间的比较,将不能检测 到这种电盗取。为了检测到这种盗取,必须测量在馈电线级的消耗。根据现有技术,馈电线 计量器测量由馈电线所提供的电能。这需要将电压与电流相乘以确定功率,以及将功率在 一定时间内积分以确定电能。可以通过对比由馈电线提供的电能与该馈电线上的配电变压 器提供的电能而检测盗取。这种方法的主要缺点在于,馈电线计量器必须为高压操作而被 设计以及制造。高压设备是昂贵的,并且由于其设计,安装起来可能是有危险的。另外,电 压下降发生在每个馈电线中,这是由于电流流动和线路电阻造成的,这些电压下降是在比 较中导致测量误差的来源。增加了的测量误差意味着,对于给定数量的配电变压器,需要更 多的馈电线计量器以能够区分测量误差和盗取。
[0003] 配置信息对于盗取检测方程来说是重要的输入信息。知道哪个终端用户被连接至 哪个配电变压器是必要的,并且知道哪个配电变压器与哪个馈电线计量器配合以及如何配 合也是必要的。维护配置信息的传统方法是开发一系列的关系图,以示出配电系统部件以 及它们是如何被相互连接的。这是一个昂贵的劳动密集的过程,并且这些关系图通常没有 被保持为最新的。
发明内容
[0004] 根据本发明的一个方面,提供了一种检测具有馈电线线路的网络配置的方法,该 馈电线线路带有多个馈电线计量器以及被耦合于所述馈电线的多个配电变压器计量器。该 方法包括以下步骤,使每个馈电线计量器通过馈电线线路传输独特地可识别的信号,该独 特地可识别的信号具有相位。每个配电变压器计量器随后识别每个独特地可识别的信号的 相位。每个配电变压器计量器接着将每个独特地可识别的信号的相位连同独特的配电变压 器计量器识别符一起传输至数据收集器。由每个配电变压器计量器所记录的相位随后被进 行比较,以确定配电变压器计量器相对于馈电线计量器沿着馈电线线路被连接至的连接位 置。
[0005] 根据本发明的另外一个方面,提供了一种检测网络配置的方法,该网络具有馈电 线线路,该馈电线线路带有耦合至该馈电线的多个配电变压器计量器,以及至少一个被耦 合至每个配电变压器计量器的用户计量器。该方法包括以下步骤:使每个配电变压器计量 器将独特的配电变压器计量器识别符传输至所有耦合于其上的用户计量器,并且接着使每 个用户计量器将独特的配电变压器计量器识别符和独特的用户计量器识别符传输至远程数据收集器。该独特的配电变压器计量器识别符以及其对应的用户计量器识别符接着被存 储于数据库中。这样就可以确定每个用户计量器是被连接至哪个配电变压器计量器了。
[0006] 根据本发明的另外一个方面,提供了一种检测网络配置的方法,该网络具有馈电 线线路,该馈电线线路被耦合至多个馈电线计量器以及位于用户处的用户配置模块,该方 法包括以下步骤:首先使每个馈电线计量器通过馈电线线路传输独特地可识别的信号,该 独特地可识别的信号具有相位,每个用户配置模块随后识别每个独特地可识别的信号的相 位。每个用户配置模块接着将每个独特地可识别的信号的相位连同用户配置模块识别符一 起传输至数据收集器,并接着比较被每个配置模块所记录的相位,以确定每个用户配置模 块相对于馈电线计量器沿着馈电线线路被连接(间接地通过配电变压器)的连接位置。
[0007] 根据本发明的另外一个方面,提供了一种确定配电变压器计量器被耦合至多相馈 电线的哪个相位的方法。该方法包括以下步骤:使被耦合至馈电线的馈电线计量器传输馈 电线计量器信号,所述信号被馈电线所连接的相位的电能频率(power frequency)所调制。 配电变压器随后接收该被调制的馈电线计量器信号,并且将该信号解调以恢复该馈电线计 量器信号,配电变压器计量器通过计算在被解调的馈电线计量器信号的相位角和该配电变 压器计量器被连接至的电压的相位角之间的相位角差,从而确定所述配电变压器计量器被 连接至哪个相位。
[0008] 根据本发明的另外一个方面,提供了一种确定用户计量器被耦合至多相馈电线的 哪个相位的方法。该方法包括以下步骤:使馈电线计量器传输馈电线计量器信号,该馈电线 计量器信号被在馈电线计量器的相位上的电能系统频率所调制。用户计量器随后接收该被 调制的馈电线计量器信号并且将其解调以恢复该馈电线计量器信号,用户计量器接着通过 计算在被解调的馈电线计量器信号的相位角和该用户计量器被连接至的电压的相位角之 间的相位角差,从而确定用户计量器被连接至哪个相位。
[0009] 根据本发明的另外一个方面,提供了一种确定用户计量器被耦合至多相馈电线的 哪个相位的方法。该方法包括以下步骤:使被耦合至馈电线的每个相位的数据收集器为每 个相位在一定时间期间内记录第一电压曲线。使用户计量器在同样的时间期间内记录第二 电压曲线并且接着使用户计量器将第二电压曲线传输至数据收集器。随后通过比较第一电 压曲线与每个用户计量器的第二电压曲线而确定每个用户计量器被连接至哪个相位。
附图说明
[0010] 根据以上所提出的,对于本发明所涉及的领域的技术人员来说,本发明的其他的 优点将随着本说明书的进行而显现出来,本发明在此通过组成说明书一部分的附图参考而 被描述,其包括了根据本发明原理的优选典型实施例的描述。
[0011] 图1是实施本发明的方法的电力网络的示意图。
[0012] 图2是实施本发明的方法的电力网络的示意图,并且示出了终端用户(EUs)与配 电变压器(DTs)之间的关系。
[0013] 在图中,相同的参考标号表示不同附图中的相应部分。 具体实施例
[0014] 电能会计(energy accounting)作为检测电力盗取的方法在配电变压器级可以非常的有效,这是由于涉及的用户数量少。由于线路损耗导致的误差可能在0. 5%至3%之 间,且用户的数量可能不大于10。在这种情况下,损耗在线路上的电能的总量将不会大于单 独一个用户使用的总量的一小部分,那么,可能的与电力盗取有关的损耗,其所占的量就更
[0015] 在馈电线级,情况就不一样了,因为涉及到更多的用户。在这里,线路上的电能损 耗可能会高于单独一个用户使用的总量的很多倍。因此,对盗取的检测就更加困难,并且该 方法的灵敏性和可靠性特别依赖于电能会计处理的准确性。
[0016] 提高电能会计处理的准确性可以通过估计线路损耗并且对其进行补偿而实现,但 是存在一个严重的概念上的问题,其制约了这种方法可以提供的益处。该问题是,线路损耗 与电流水平的平方成正比,从而随着负载而变化,并且这还没有考虑由线路电阻随着温度 变化而变化所导致的变化损耗。这使得难以充分准确的知道这些损耗。
[0017] 例如,如果馈电线为由居住用户组成的稳定不变的负载提供100安培,线路损耗 可能达1%。但是,如果在一个测量期间内负载是变化的,使得一半时间内负载是200安培 并且其余的时间负载是零,结果将是,在测量期间内的线路损耗将是两倍。线路损耗将是 2%,而不是1%。由于这种变化发生在测量期间内,其不能够从计量器的数据中检测到。
[0018] 对于带有1000个用户的馈电线,线路损耗从到2%变化,代表了给用户的电能 流的降低,其等同于一个平均用户负载的十倍。
[0019] 有很多的方法应对这种情况。可以通过缩短测量期间而减少误差,但是这种方法 提高了必须进行传输和处理的数据的量,并且其并没有完全解决问题。可以尝试依赖于统 计平均值,但是这种方法仅在大多数时间内可行。因此,只能在敏感度和防止错误警报之间 权衡。如果阈值被设置得太低,就会有过多的错误警报。如果阈值被设置得太高,实际发生 的盗取将不会被检测到。在这两个级别之间存在一个阈值范围,这个范围内的阈值会导致 过多的错误警报并且不能检测到真实的盗取。
[0020] 从而,作为盗取检测的一种方法,电能会计具有固有的误差源,其不依赖于所使用 的仪器的准确性。即使馈电线计量器,配电变压器计量器以及用户计量器都是完全没有误 差的,这种方法仍然具有主要误差源,其将限制该方法的敏感度,从而限制其检测电力盗取 的能力。
[0021] 一种替代的方法是使用累计同相电流(AIPC),其不具有该误差源。AIPC仅是电能 的非电压成分,因而从方程中去除电压项。由于线路损耗由电压损耗表征,而不是由电流损 耗表征,这种方法实际上并不受线路损耗效果的影响。这意味着可以实现更高级的总体准 确性,其转换成更高的敏感度,从而获得更高的检测盗取的能力,该检测盗取的能力主要由 计量器的准确性所限制。从而,AIPC提供了比使用电能消耗(kWh)更好的盗取检测的测量 手段。
[0022] 术语“馈电线计量器”是用于计量器的一般术语,其用于测量在馈电线级的电力。 馈电线电流计量器是一种专门被设计以测量馈电线电流的馈电线计量器。如上所述,其理 想地适合于AIPC的测量,并且不需要测量电压,这与其他馈电线计量器不同。
[0023] 在馈电线电流计量器(FCMs),配电变压器计量器(DTMs)和用户计量器(CMs)系统 中,AIPC为检测盗取提供了最佳的手段,这是由于其不依赖于变化的线路损耗。这种概念的 一个难度在于CMs通常不提供AIPC数据,并且,当然,AIPC不能与kWh来比较。然而,如果使用DTMs,其就可以被编程以提供AIPC和kWh。那么kWh就可以被用来在DTMs和CMs (此 处涉及小数量的用户)之间进行调协,而AIPC被用来在FCMs和DTMs (此处涉及较大数量 的用户)之间进行调协。
[0024] 在特定情况下,例如在乡村地区,在那里每个变压器仅有1个用户,可以考虑不配 置DTMs。在这样的情况下,用户计量器将被配有传输电能消耗读数和累计同相电流读数的 能力。电能消耗读数将可以被用于编制账单,而AIPC读数可以与馈电线电流计量器读数一 起被用于检测盗取,该检测具有比使用电能消耗数据更高的敏感性和可靠性。
[0025] 最准确的方法,且将是对于盗取最敏感以及最不容易产生错误警报的方法,是将 真正的AIPC功能加入到CMs中。这样带来的问题是,计量器制造者为了实施这种功能而所 需要进行开发的总量。然而,通过使用计量器中已有的功能,可以实现近似的功能。除了传 输每小时期间内的累计kWh,CMs还将传输最大电压和最小电压。根据这个数据,可以确定 最大可能的AIPC以及最小可能的AIPC,如下:
[0026] 最大AIPC = kWh/最小电压
[0027] 最小AIPC = kffh/最大电压
[0028] 为了将在馈电线级的AIPC与在变压器次级的AIPC进行比较,需要说明变压器变 压率,该变压器变压率是初级电压除以次级电压。这样做的一种简单方法是通过将AIPC与 标称(nominal)电压相乘而将AIPC转换成归一化有效能量或者ΝΑΕ。这是按照以下方法完 成的:
[0029] NAE=归一化有效能量(normalized active energy) =AIPCX 标称电压
[0030] 如果馈电线电流计量器NAE减去误差容限比在CMs的NAE读数的总和大,那么盗 取警报被启动。这种技术的敏感度,根据所需检测的最小盗取负载,在每个小时期间内可以 按以下方法估算:
[0031] 可检测的最小盗取负载=电压X (最大AIPC-最小AIPC) +误差容限
[0032] 该技术将在恒定电压期间内具有最高的敏感度,然而在变化电压期间中,错误警 报将仍然被最小化。由于目标盗取负载本质上是基于负载,它们应当在高敏感度期间中是 可以稳定检测的。进一步,可以在任一个小时的测量期间内通过简单地将一个小时进一步 分成五分钟的测量期间而实质上提高敏感度。该敏感度将随之可能被在五分钟内发生的电 压变化的量所限制。这在任何正常的情况下很可能是小的,从而通常有可能使用这种技术 在全部时间内保持高敏感度。
[0033] 由于任何盗取检测系统的敏感度随用户的数量相反地变化,在馈电线上使用多个 FCMs是有益的,使得每个FCM(馈电线电流计量器)覆盖在该馈电线上的不同子组的用户。 这仅在馈电线分成不同的段时才起作用。在这种情况下,不同的馈电线计量器可以被安装 在每个分支上。在可以这样做的情况下,仍然存在问题:从子站(substation)到第一分支 (或用户)的线路可能需要被防护,而在该线路上的用户的数量不能被再分。该线路段可以 通过两个FCMs进行防护,一个位于子站,另一个刚好在第一用户之前,两个都测量RMS (均 方根值)电流。RMS电流可以比kWh或者甚至是AIPC更准确地被测量,因为对于测量处理 只需要一个输入数据。通过将两个完全相同的FCMs同时进行校准,可以进一步提高准确 性,从而给予该段线路以对抗盗取的最佳可能防护。
[0034] 标准馈电线电流计量器不具有跨越高电压的连接,但是需要电压信息以计算kWh。
7标准的方法是,使用屏蔽电阻分压器或者电位变压器(potential transformer),每种方法 具有其自身独特的优点和缺点。两种方法都能提供更高的准确性,但是,当对准确性有要求 时,这两种方法是昂贵且不方便的。替代的方法是测量当前配电变压器的次级电压,并且随 后将其与匝数比相乘。
[0035] 这种方法可以通过夹在配电变压器接近馈电线电流计量器(FCM)的位置处的设 备而进行实施。这个设备将测量电压和电流,并且将其结合来产生初级侧的电压数据。该 数据将被实时连续地通过短程无线电传输到FCM,该FCM将用其来提供kWh数据。
[0036] 这种方法存在两个主要的误差源。第一个是匝数比的准确性,第二个是由变压器 被负载引起的电压输出的下降。
[0037] 如果变压器符合CSA的规格,匝数比(铭牌上的额定高电压/额定低电压)将在 +/-0. 5%之内。同样,铭牌上标示出的变压器阻抗(典型地为至3% )准确度在+/-5% 内。因而,可以测量负载电流并且使用这个数据来对变压器中的压降进行补偿。如果假设 电压和电流测量的仪器误差为0. 15%,那么对于3%抗阻的变压器总体上最坏情况的高压 测量误差将是:
[0038] 3% X5% +0. 15% +0. 5% +0. 15%^ 1%
[0039] 这个等级的准确性仅在涉及小数量的用户的情况下是适用的,这可能是基于kWh 的任何盗取检测系统的真实情况。提供具有kWh功能(capability)的馈电线电流计量器 需要额外的花费以及具有其他缺陷,但是,其仅实现了盗取检测系统,而该盗取检测系统在 数学意义却上不如基于AIPC的盗取检测系统。如果使用AIPC作为替代,将会有更强的检 测盗取的能力,并且会有更强的减少错误警报的能力,而且馈电线电流计量器将不需要任 何昂贵的电压测量仪器。
[0040] 还存在着其他的优点。由于不需要以馈电线电流计量器来测量电压,其可以是更 小,更轻并且更安全的设备。由于其不需要被跨越任何高电压而连接,则不需要任何高压保 险丝。这降低了设备的尺寸和重量。重量轻意味着其可以直接夹在馈电线上而不需要借助 其他的装置来支撑其重量。从而,可以更加快速的实现其配置,并且该设备的安装地点将会 更加具有灵活性。最后,该设备的安全性是固有的。与那些跨越高电压连接的设备不同,该 设备完全消除了在保险丝盒(fuse enclosure)周围的内部打火的危险,从而消除了在安装 过程中爆炸的危险。
[0041] AIPC (累计同相电流)
[0042] AIPC仅是电能的非电压成分。
[0043] 电能=/ Pdt = / V*I dt =电压乘以实时电流的累计
[0044] AIPC = f Idt =实时电流的累计
[0045] 其中I =实时电流=非无功电流=同相电流
[0046] 电能被以kWh (千瓦-小时)测量而AIPC被以Ah (安培-小时)测量。
[0047] 如果具有7. 2kV的馈电线(相-对-地,phase-to-ground),其为稳定不变的负载 提供100安培,其中从子站到用户的馈电线具有0. 72欧姆,在线路的这个长度上的电压降 低为72伏特。如果在于站的电压是7200伏特,那么在用户的电压将是7200-72 = 7128伏 特。在子站的一个小时的期间内被登记的电能将是7. 2X 100 = 720kWh。在负载处,被计量 的电能将是7. 128X100 = 712. 8kWh。在这个例子中,电能的((720-712. 8)/720) X 100%=由于线路损耗而被损失掉。
[0048] 在接下来的一个小时期间内,子站在第一个30分钟内提供200安培并且在 剩下的期间内不提供电流。在第一个30分钟内,从而也是在整个一个小时的期间内, 200X7.2X30/60 = 720kWh被登记于子站。然而,在负载处,电压的降低被翻倍,这是由 于其与电流成正比,而用户电压在第一个30分钟内为72004200X.72) = 7056伏特, 而在接下来的30分钟内为7200伏特。在用户处计量到的电能在第一个30分钟内,从而 也是在整个一个小时的期间内,为7056X200X30/60 = 705.6。在这个例子中,电能的 ((720-705. 6)/720) X 100%= 2%由于线路损耗而被损失掉。
[0049] 由于在两种情况中,同样量的电能(720kWh)被登记于子站,这种测量将不能被用 来预测对于线路的电能损耗量。位于用户处的伏特-小时由于同样的原因也是不能使用 的。在两种情况中,在一个小时的期间内,用户处可能是71¾伏特-小时,而在第二个例子 中却少了 7.2kWh。因而,如果尝试通过将一个小时期间内的瓦特-小时除以同样一个小时 期间内的伏特-小时来估算AIPC,将遭受由负载引起的线路损耗变动而导致的同样的数学 上的误差。
[0050] 如果在这两种情况中使用真正的AIPC,将在子站和用户处都登记IOOAh (除非存 在盗取)。如果不能提供AIPC,那么使用最大电压和最小电压来计算最小的AIPC以及最大 的AIPC则是退而求其次的方法。
[0051] 本发明的系统在附图1中以标号10示意性地说明,其由多个配电变压器20组成, 每个配电变压器20都被耦合至能够测量和记录AIPC的配电变压器计量器22。在共同待审 查的美国专利申请60/949,606号中所公开的配电变压器计量器就适合使用于发明中。配 电变压器20的每一个都被耦合到负载18(例如多个居住电力用户)以及耦合到高电压馈 电线线路12。高电压馈电线线路12接下来被耦合到子站14的子站变压器17。配电变压 器34也被耦合到馈电线线路12,并且数据收集器16反过来被耦合到配电变压器34。每个 配电变压器计量器22在给定的时间期间内记录由其对应的负载18所使用的AIPC,并且将 该信息发送到数据收集器16。子站变压器17被耦合到馈电线电流计量器24,与配电变压 器计量器22类似,馈电线电流计量器对被配置以在给定的时间期间内计算并且记录AIPC。 馈电线电流计量器M被进一步配置以优选地通过电力线(power-line)通信信号,将AIPC 的测量值发送到数据收集器16。配电变压器计量器22也被配置,也是优选地通过电力线通 信信号,以将其AIPC测量值传输到数据收集器16。数据收集器16接着将这些AIPC测量 值发送到中央计算机32,该中央计算机32不是必须在数据收集器16附近,并且该中央计 算机32还可以被连接至其他数据收集器。每个配电变压器计量器22,连同其AIPC测量值 一起,发送独特的识别符(identifier)编码;从而,中央计算机32可以对每个配电变压器 计量器22所收到的AIPC测量值进行比较,并且将其与在同样时间期间内从馈电线电流计 量器M收到的AIPC测量值进行比较。这种比较是通过首先将AIPC转换成归一化有效电 能或者NAE而进行的。NAE就是AIPC与标称电压相乘。对于配电变压器计量器22,标称电 压典型地为M0V。对于馈电线电流计量器,如果变压器的变压率为30,那么标称电压可以 例如为7200V。从配电变压器计量器22得出的总NAE,在合理的测量误差容限内,应当等于 从由馈电线电流计量器M在相同的时间期间内记录的测量值得出的ΝΑΕ。如果在两个NAE 的总值之间存在明显的不同,那么就意味着肯定有未知的负载附着在馈电线。随后运行中央计算机32的电站(utility)可以调查这额外的负载。
[0052] 这种电流会计系统不受线路损耗的影响,因此比电能计量更加准确。同样,仅测量 馈电线电流计量器M处的AIPC的设备不需要高压操作。由于这个原因,馈电线12的AIPC 计量比电能计量更加安全且更加便宜。
[0053] 连接性信息
[0054] 本发明的系统可以被用于检测两种不同类型的电力盗取。第一种类型是对于电站 所有的配电变压器的盗电。第二种则是直接对于馈电线的盗电,这可能在未经许可地将配 电变压器直接耦合至高电压馈电线的情况下发生。配电变压器计量器与安装在终端用户处 的电量计量器结合以检测第一种类型的电力盗取。在配电变压器处的电消耗必须基本等于 在终端用户处的电消耗的总和。然而,为了进行这种比较,电站必须知道哪个终端用户被连 接到了哪个配电变压器。连接性信息对于检测第二种类型的电力盗取也是需要的。这种信 息可以通过关系图来收集。这涉及到生成二维的图像或者图表(可以在纸上,也可以是以 电子的形式显示在计算机屏幕上),其代表性地示出了馈电线,配电变压器,终端用户及其 之间的相互连接。制作这些关系图涉及到很大量的工作,不仅是最初的生成,还需要根据对 电能系统所做的改变而对其进行更新。即使这些关系图被制作出来并且被保持更新,仍然 需要一些工作来解释这些关系图,从而生成方程,用以检查未经许可的用电。
[0055] 本发明的系统消除了生成关系图的必要,并且消除了解释这些关系图的必要。代 替的是,可以自动地生成连接性矩阵以表示哪个用户计量器(CMs)被连接至哪个配电变压 器计量器(DTMs),以及每个配电变压器在馈电线上相对于馈电线计量器(FMs)处于什么位 置。基本方法是将电力线载波信号(power line carrier signals)发送至电网(grid)的 不同位置,这些信号被其他位置的单元所接收。被接收到的信号接着被处理从而以矩阵的 形式提供所需的连接性信息。软件可以使用该矩阵,以自动地生成用于检查未经许可的用 电的方程。
[0056] 连接性信息的需求可以被分成三类;S卩,1. DTM到用户计量器,2. FCM到DTM以及 3. FCM到CCM(用户配置模块)。以下讨论是关于,如何使用本发明的方法来定义连接性矩 阵的全部三个部分。
[0057] 1.DTM到用户计量器
[0058] 知道哪个用户计量器被连接到哪个配电变压器是必需的。一种方法是,由数据收 集器将指示信号发送至馈电线相位上的所有DTM,以通过电力线通信(PLC)将独特的配电 变压器计量器识别符(例如DTM的序列号)同时传输至用户计量器。DTM通过经PLC同时 发送其序列号而进行响应。用户计量器从其DTM(即,在为用户计量器提供电力的配电变压 器上的DTM)处接收到序列号,并且接着将接收到的序列号连同用户计量器自身的独特识 别符传输至其远程数据收集器。这种连接性信息优选地被存储于被耦合至远程数据收集器 的数据库。
[0059] 在一个变压器的次级传输的PLC信号可以在其它变压器的次级侧以低水平被接 收,在实际中,这些信号的信号强度足够低,以被所期望的信号(即,在同样的次级侧所发 送和接收的信号)所淹没,而应当仅仅是那些正确的序列号能够被接收。但是,仍然需要测 量接收到的信号的信号强度,从而可以知道是否有DTM传输器没有传输成功。
[0060] 2. FCM 到 DTM[0061] 知道配电变压器被连接到馈电线的哪一段是必需的。馈电线段的边界对应于馈电 线上FCM被安装的位置。这可以通过将一个小时分成一系列的时间窗口而实现。每个FCM 将在其自身特定的时间窗口内传输独特地可识别的信号。实际上,该特定的时间窗口形成 了部分的来自FCM的信号的独特地可识别的部分,这是由于馈电线上没有两个FCM会以相 同的频率在相同的时间窗口内进行传输。相反,FCM将以有序序列进行传输。从FCM上游传 输的信号将是正值信号(相位+ve),而从FCM下游传输的信号将是负值信号(相位_ve)。 DTM PLC接收器将不仅可以检测信号的存在,其也将可以从时间窗口确定哪个FCM传输了 该信号,以及该信号的相位(即,该信号是正相位还是负相位)。该数据连同对于每个DTM 的独特的DTM识别符(例如DTM的序列号)一起被每个DTM传输至远程数据收集器。通过 这种数据,将有可能确定每个DTM被连接至馈电线的哪个部分。例如,让我们进行假设,DTM 接收到了如下的FCM数据:
[0062] FMl-
[0063] FM2-
[0064] FM3+
[0065] FM4+
[0066] 在这个例子中,可以随之知道DTM被连接至馈电线的FM2与FM3之间的部分。
[0067] 这种确定每个DTM与馈电线计量器的位置关系的方法被图1所示出。该过程开始 于数据收集器16通过电力线载波通信(power line carrier communications),将载波复 制(carrier duplicate)指令发送至馈电线上的所有馈电线计量器。这种指示之后,数据 收集器在固定长度的时间内发送纯载波。随后,馈电线计量器使用电感耦合接连地将复制 载波传输至馈电线,该复制载波的频率和相位基本完全相同。由馈电线计量器电力线载波 变送器(transmitter)所使用的该感应耦合,导致了从馈电线计量器上游传输的信号与在 下游传输的信号相位相差180度。因而这些信号可以被分类为正值信号或是负信号。在馈 电线上的所有DTM都为每个馈电线计量器记录其收到了正值信号还是负信号。该信息根据 请求被中继(relayed)至数据收集器,并且因而该数据收集器不仅具有来自所有的馈电线 计量器和DTM的AIPC (或者电能,或者两者)测量值,而且其还具有了为进行盗取检测进行 比较所需的所有信息,从而消除了制作任何关系图的需要。
[0068] 现在参考图2,被连接至在馈电线计量器FM2和馈电线计量器FM3之间的馈电线段 的所有DTM,将接收到来自馈电线计量器FM2的负值信号以及来自馈电线计量器FM3的正值 信号。位于馈电线计量器FM3的另外一侧的任何DTM将接收到来自两个馈电线计量器的负 值信号,并且位于馈电线计量器FM2的另外一侧的所有DTM将接收到来自两个馈电线计量 器的正值信号。因而,从馈电线计量器FM2接收到负值信号并且从馈电线计量器FM3接收 到正值信号的所有DTM的NAE(或者电能)测量值的总和应当基本等于馈电线计量器FM2 的NAE (或者电能)测量值减去馈电线计量器FM3的NAE (或者电能)测量值。
[0069] 如果存在三相位电容器组,其将信号从一个馈电线相位传送至另外两个馈电线相 位,那么就会产生潜在的困难。这样就不仅需要确定每个FCM被安装在哪个相位,并且需要 确定每个DTM被安装于哪个相位,然而,在没有电容器组的情况下,这是容易被确定的,因 为在一个馈电线相位上传输的信号将不能被其他两个相位所接收到。
[0070] 引起来自一个馈电线相位的信号被耦合到其他两个相位的电容器组或者任何其他器件,使得这个任务变得更加困难。对此,一个可能的解决方案是,使得FCM以其馈电线 相位传输被60Hz电力信号所调制的信号。DTM接收器将接着解调这个信号,以恢复原始的 60Hz信号。将接着测量在这个信号与其所连接至的电压之间的相位角。如果该相位角差接 近于零或者180度,那么将会知道这个信号来自于相同馈电线相位的FCM。如果该相位角差 接近于120度或者60度,那么将会知道这个信号来源于另外两个馈电线相位中的一个。可 以进一步通过确定120度或者60度的相位差是提前或滞后,而确定该FCM位于另外两个馈 电线相位中的哪一个上。
[0071] 3. FCM到用户配置模块
[0072] 在人口稀疏的乡村区域,每个配电变压器仅有一个用户是普遍的。出于成本的考 虑,要防止在这些变压器上配置DTM。因此,需要另一种设备,用户配置模块(CCM)来执行前 面的部分2中所描述的功能。除了其不感应或者测量电流,这种单元可以是类似于安装在 配电变压器处的DTM,或者可以是接在用户住处某处的模块。信号处理需求
[0073] 1.准确时基(低漂移)
[0074] 为了使CCM能够检测和处理来自FCM的信号,并且为了使计量器能够检测和处理 来自DTM的信号,需要有具有准确时基的解调制算法。美国专利#6,549, 120中描述了一种 适合的时基算法。
[0075] 2.信号和相位检测
[0076] 需要确定DTM或者CCM被耦合至馈电线的哪个相位。这可以通过将来自于馈电线 的载波上的馈电线计量器信号发送至DTM或者CCM来完成。这种参考信号在需要长达十分 钟的期间内进行发送,以为DTM或者CCM提供找到载波的相位角的机会。馈电线计量器信 号将需要由被发送信号的相位上的电能系统频率进行调制。DTM或者CCM接收到被调制的 馈电线计量器信号并将其解调。解调可以通过DTM或者CCM产生与正常载波频率具有小 频率偏移的解调频率而进行。该解调的输出将是具有可被确定的零交点的慢正弦波(slow sine wave)。一个方法是等待这样的零交点,然后消除该频率偏移。接着可以将90度的相 位偏移用于该解调信号,使得该解调信号与接收到的信号相符合。额外的相位偏移可能需 要被应用以补偿该解调信号的滤波中的延迟。一旦这种相位校准(alignment)被实现,由 于时基的准确性,配置检测过程的整个持续期间内应该保持没有漂移。
[0077] 参考频率传输完成之后,该接收到的信号为了确定配置的目的而被解调。需要DTM 或者CCM能够对用于单独馈电线相位连接性检测的正值信号和负值信号(0或180的相位 角)进行区分,以及区分其他相位角以抑制来自于其他馈电线的信号。
[0078] 3.时间窗口检测
[0079] 需要DTM或者CCM能够确定所接收到信号的时间窗口。这需要DTM或者CCM所具 有的时钟的误差小于时间窗口长度的一半才有可能,但是理想地,为了良好的性能,其需要 小于十六分之一时间窗口长度。在一些情况下,这可能需要对时钟重新同步,以避免需要造 成配置检测过程非常慢的长时间窗口。
[0080] 4.数据解码
[0081] 需要用户计量器能够为从DTM到计量器的通信以序列号的形式解码数据。
[0082] 5.信号级
[0083] 需要用户计量器能够确定信号强度,从而当作为用户计量器的在相同的配电变压器上的DTM不能成功传输的情况下,来自于其他配电变压器中的DTM的信号可以被抑制 (rejected)。
[0084] 6.三相位串扰抑制
[0085] 在信号被耦合在一起的三相位电路中,需要有一种方法可以抑制源自于另外两个 相位中的任一个相位的信号。这需要数据收集器或者其他设备可以对在被传输的FCM信号 上的60Hz频率的调制进行解码,以确定解调的信号的相位是否与连接于用户计量器(或者 配电变压器计量器)的60Hz电力信号的相位相匹配。由于解调滤波需要慢慢进行,以便 从背景噪音中取出信号,60Hz波形可能需要基于片段被解调。该串扰抑制的可能的分辨度 (resolution)由抽样频率所限制。
[0086] 并不需要将这种串扰抑制与其他配置过程同时进行。这可以是单独的功能。然而, 系统必须知道用户计量器被连接至哪个相位,或者哪个用户计量器与哪个FCM相配。由于 所有的FCM,包括其他相位上的FCM,其每一个都具有不同的时间窗口,因此在不同相位上 的FCM之间应当没有干扰。
[0087] 一种确定计量器被连接至三个中的哪个相位的替代方法是使用电压曲线。随着馈 电线上的负载在一天中上升或者下降,电压受到影响。这种电压可以在用户计量器上被绘 制成曲线。由于位于馈电线上的三个相位不是处理完全相同的负载,因此每个相位将具有 其自身独特的电压特征(signature),并且这种特征可以在用户计量器或者CCM处被记录 并且被发送至中央计算机。中央计算机接着将在用户计量器或者CCM处被记录的特征与三 个相位的电压特征进行比较,并且确定哪个具有最佳的匹配。其也确定该匹配的吻合程度。 如果该匹配不是足够好的,不足以为计量器被连接至哪个馈电线相位提供充分的确定性, 那么中央计算机通过额外的数据继续该过程直到获得所需级别的确定性。
[0088] 图2示出了一些馈电线计量器(FM1,FM2,FM3以及FM4),配电变压器(DT),以及终 端用户(EU)。正如需要知道哪个终端用户被连接至哪个配电变压器,同样地,需要知道哪个 配电变压器与哪个馈电线计量器配合以及如何配合。对于连接性检测,情况在馈电线级更 加复杂。最简单的馈电线计量器拓扑结构是,单独的馈电线计量器监控整个馈电线,并且其 NAE(或者电能)值被与所有的配电变压器的NAE(或者电能)值进行比较,然而,准确性限 制将导致总的测量误差,高于在盗取将不会被检测到的情况下的盗取的总量。从而,可能需 要沿着馈电线及其分支而具有多于一个的馈电线计量器。配电变压器则不与任何馈电线计 量器配合。代替的是,它们与在两个馈电线计量器之间的馈电线段进行配合。两个馈电线 计量器的NAE(或者电能)的测量值的差应当基本等于在两个馈电线计量器之间的馈电线 段上的所有电站的配电变压器的DTM NAE(或者电能)测量值的总和。
[0089] 本发明的具体的实施例已经被公开;然而,在本发明的范围内可以想象出所公开 的实施例的一些变体。应当理解本发明并不限于上述实施例,而是包括了下面权利要求范 围内的任何以及全部实施例。

Claims (10)

1. 一种检测网络配置的方法,所述网络具有馈电线线路,所述馈电线线路带有多个馈 电线计量器以及被耦合于所述馈电线的多个配电变压器计量器,所述方法包括以下步骤:a.每个所述馈电线计量器通过所述馈电线线路传输独特的可识别的信号,所述独特的 可识别的信号具有相位;b.每个所述配电变压器计量器识别每个所述独特的可识别的信号的相位;c.每个所述配电变压器计量器将每个所述独特的可识别的信号的相位连同独特的配 电变压器计量器识别符一起,传输至数据收集器,以及d.比较由每个所述配电变压器计量器所记录的相位,以确定所述配电变压器计量器相 对于所述馈电线计量器沿着所述馈电线线路被连接的连接位置。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述馈电线计量器以独特的时间间隔传输所述 独特的可识别的信号。
3. —种检测网络配置的方法,所述网络具有馈电线线路,所述馈电线线路带有多个馈 电线计量器以及被耦合于所述馈电线的多个配电变压器计量器,以及至少一个被耦合至两 个或更多所述配电变压器计量器中的每一个的用户计量器,所述方法包括以下步骤:a.每个所述配电变压器计量器将独特的配电变压器计量器识别符传输至耦合于其上 的所有所述用户计量器;b.每个所述用户计量器将所述独特的配电变压器计量器识别符和独特的用户计量器 识别符传输至远程数据收集器,以及c.将所述独特的配电变压器计量器识别符以及与其对应的用户计量器识别符存储在 数据库中。
4. 一种检测网络配置的方法,所述网络具有馈电线线路,所述馈电线线路带有多个馈 电线计量器以及被耦合于所述馈电线的多个用户配置模块,所述方法包括以下步骤:a.每个所述馈电线计量器通过所述馈电线线路传输独特地可识别的信号,所述独特地 可识别的信号具有相位;b.每个所述用户配置模块识别每个所述独特地可识别的信号的所述相位;c.每个所述用户配置模块将每个所述独特地可识别的信号的所述相位连同用户配置 模块识别符一起,传输至数据收集器,以及d.比较由每个所述用户配置模块所记录的相位,以确定所述用户配置模块相对于所述 馈电线计量器沿着所述馈电线线路被连接的连接位置。
5.在具有馈电线的网络中,所述馈电线具有多个相位,所述相位具有馈电线计量器和 与其耦合的多个配电变压器计量器,一种确定每个所述配电变压器计量器被连接至哪个相 位的方法,其包括以下步骤:a.所述馈电线计量器传输由在其相位上的电能系统频率所调制的馈电线计量器信号;b.所述配电变压器计量器接收所述调制的馈电线计量器信号,并将其解调以恢复所述 馈电线计量器信号;c.所述配电变压器计量器通过计算在所述被解调的馈电线计量器信号的相位角与所 述配电变压器计量器所连接的电压的相位角之间的相位角差,从而确定所述配电变压器计 量器被连接至哪个相位。
6.在具有馈电线的网络中,所述馈电线具有多个相位,所述相位具有馈电线计量器和 与其耦合的多个用户计量器,一种确定每个所述用户计量器被连接至哪个相位的方法,其 包括以下步骤:a.所述馈电线计量器传输由在其相位上的电能系统频率所调制的馈电线计量器信号;b.所述用户计量器接收所述调制的馈电线计量器信号,并将其解调以恢复所述馈电线 计量器信号;c.所述用户计量器通过计算在所述被解调的馈电线计量器信号的相位角与所述用户 计量器所连接的电压的相位角之间的相位角差,从而确定所述用户计量器被连接至哪个相 位。
7.在具有馈电线的网络中,所述馈电线具有多个相位,所述相位具有与其耦合的多个 配电变压器计量器,一种确定每个所述配电变压器计量器被连接至哪个相位的方法,其包 括以下步骤:a.将数据收集器耦合至所述馈电线的每个所述相位,并在一定时间期间内为每个所述 相位记录第一电压曲线;b.所述配电变压器计量器在所述时间期间内记录第二电压曲线;c.所述配电变压器计量器将所述第二电压曲线传输至所述数据收集器;d.所述数据收集器通过比较所述第一和第二电压曲线而确定所述配电变压器计量器 被连接至哪个相位。
8.在具有馈电线的网络中,所述馈电线具有多个相位,所述相位具有与其耦合的的 多个用户计量器,一种确定每个所述用户计量器被连接至哪个相位的方法,其包括以下步 骤:a.将数据收集器耦合至所述馈电线的每个所述相位,并在一定时间期间内为每个所述 相位记录第一电压曲线;b.所述用户计量器在所述时间期间内记录第二电压曲线;c.所述用户计量器将所述第二电压曲线传输至所述数据收集器;d.所述数据收集器通过比较所述第一和第二电压曲线而确定所述用户计量器被连接 至哪个相位。
9. 一种检测网络配置的方法,所述网络具有馈电线线路,所述馈电线线路带有多个馈 电线计量器以及被耦合于所述馈电线的多个配电变压器计量器,所述方法包括以下步骤:a.每个所述馈电线计量器通过所述馈电线线路传输独特地可识别的信号,所述独特地 可识别的信号具有相位;b.每个所述配电变压器计量器识别每个所述独特地可识别的信号的相位;c.每个所述配电变压器计量器将每个所述独特地可识别的信号的相位连同独特的配 电变压器计量器识别符一起传输至数据收集器,以及d.比较由每个所述配电变压器计量器所记录的所述相位,以确定所述配电变压器计量 器相对于所述馈电线计量器沿着馈电线线路被连接的连接位置。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,所述馈电线计量器以独特的时间间隔传输所述 独特地可识别的信号。
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