CN106841879B - 检测电流计量二次回路串接整流器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测电流计量二次回路串接整流器的方法，解决难以检测电流计量二次回路是否串接整流器的技术问题。本发明包括：对二次回路的工频电流信号进行第一类采样，从获得的第一类采样信号中提取多个谐波分量，获得加权和值并保存。判断第一类采样的加权和值是否小于第一阈值：若是，确定二次回路未串接整流器；若否，获得加权和值的平均值。从加权和值中获得最大值与最小值的差值，作为极差值；获得加权和值变化率，判断加权和值变化率是否小于第二阈值：若是，确定二次回路已串接整流器；若否，确定二次回路未串接整流器。本发明适用于电网窃电检测技术领域，具有实用性强、成本低、识别率高和稳定可靠的特点，市场前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测窃电装置的方法，特别是检测电流计量二次回路串接整流器的方法。
背景技术
目前随着我国各地电网面积不断增加，纵贯式中低压配电线路在诸多电网中得到了广泛应用。同时，线损率也不断增大，在影响线损的众多因素中，各种窃电行为是线路损耗不断增加的重要原因之一，包括电流互感器一次旁路窃电、电流互感器二次回路分流窃电、电流互感器二次回路短接电能表窃电、互感器二次开路窃电和互感器二次回路强磁干扰窃电等。通常10kV配网系统内80%以上均为工业大用户，该部分用户窃电带来的经济损失十分巨大。由于负荷或负载的不确定性，在现有技术中，仍难以对电流计量二次回路串接整流器的窃电事件进行有效检测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种检测电流计量二次回路是否串接整流器的方法，使得电流计量二次回路串接整流器的窃电事件得以进行有效检测。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种检测电流计量二次回路串接整流器的方法，包括以下步骤：
S1：设置第一类采样时间、第一类采样频率、第一类采样次数m和累加变量i，并设置i的初始值为1；设置第一阈值、第二阈值和n个权值系数，其中n为大于1的整数；
S2：对所述二次回路的工频电流信号进行第i次第一类采样，从获得的第一类采样信号中提取n个谐波分量；根据公式sumi=A1×k1+A2×k2+…+An×kn获得加权和值并保存，其中sumi表示所述加权和值，i表示第i次第一类采样，A表示所述谐波分量的幅值，k表示所述权值系数，n表示第n个谐波分量；
S3：判断所述第i次第一类采样的加权和值是否小于第一阈值：若是，确定所述二次回路未串接整流器；若否，将i的值增加1，执行步骤S4；
S4：判断i的值是否大于m：若是，执行步骤S5；若否，返回执行步骤S2；
S5：获得m个所述加权和值的平均值；从m个所述加权和值中获得最大值与最小值的差值，作为极差值；根据公式ks=Sd / Savg获得加权和值变化率，其中ks表示所述加权和值变化率，Sd表示所述极差值，Savg表示所述平均值；判断所述加权和值变化率是否小于第二阈值：若是，确定所述二次回路已串接整流器；若否，确定所述二次回路未串接整流器。
所述步骤S1前设有步骤S01、S02、S03和S04，具体包括：
S01：设置第二类采样时间、第二类采样频率、下限阈值和上限阈值；对所述二次回路的工频电流信号进行第二类采样，获得第二类采样信号的电流幅值；并将每个所述第二类采样时刻对应的所述电流幅值相加，得到所述第二类采样信号的电流和值；
S02：由公式sig_avg=sig_sum / sample_points获得所述第二类采样信号的基线值，其中sig_avg表示所述基线值，sig_sum表示所述电流和值，sample_points表示第二类采样点数；
S03：根据所述基线值获得当前第二类采样时刻的电流波峰幅值和波谷幅值，并计算波峰幅值和波谷幅值的比值，作为对称值；
S04：判断所述对称值是否小于下限阈值或大于上限阈值：若是，确定所述二次回路未串接整流器；若否，执行所述步骤S1。
所述步骤S01前设有步骤S00：设置第三类采样时间、第三类采样频率和第三阈值，对所述二次回路的工频电流信号进行第三类采样，获得第三类采样信号的均方根值；判断所述均方根值是否大于第三阈值：若是，确定所述二次回路内有电流，执行所述步骤S01；若否，确定所述二次回路内没有电流，返回执行所述步骤S00。
所述第一类采样、第二类采样或第三类采样的方法包括：
将信号耦合模块接入所述二次回路，获得所述工频电流信号；
通过信号调理模块对所述工频电流信号进行放大和滤波处理，得到调理后的工频电流信号；
通过信号采样模块对所述调理后的工频电流信号进行采样，得到所述第一类采样信号、第二类采样信号和第三类采样信号。
所述信号耦合模块获得所述工频电流信号的方法包括：
将所述信号耦合模块分为耦合互感器和耦合电路两个部分，其中耦合电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容；
将耦合互感器并联接入所述二次回路中；将所述第一电阻和第二电阻串联后并联至所述耦合互感器的两端；将所述第一电容并联至所述第一电阻的两端，将所述第二电容并联至所述第二电阻的两端；
在所述第一电阻和第二电阻之间设置接地装置，并在第一电阻和第二电阻之间设置输出信号端输出所述工频电流信号。
在所述信号采样模块的输出端设置信号集中处理模块，包括信号分析判断单元和反馈控制单元；
所述信号分析判断单元获得第三类采样信号的均方根值，判断所述二次回路内是否有电流；
所述信号分析判断单元获得所述第二类采样信号的电流幅值、电流和值、采样点数、基线值和对称值，判断所述对称值是否小于所述下限阈值或大于所述上限阈值；
所述信号分析判断单元提取所述n个谐波分量，获得所述加权和值、加权和值的平均值、极差值和所述加权和值变化率，判断所述二次回路是否串接整流器；
所述反馈控制单元和所述信号调理模块相连，设置所述放大的倍数和滤波的截止频率；
所述反馈控制单元和所述信号采样模块相连，设置所述第三类采样时间和第三类采样频率；设置所述第二类采样时间和第二类采样频率；设置所述第一类采样时间和第一类采样频率。
所述信号分析判断单元由数字信号处理器DSP构成，通过快速傅里叶变换FFT提取所述n个谐波分量。
所述步骤S1前设有步骤S00：设置第三类采样时间、第三类采样频率和第三阈值，对所述二次回路的工频电流信号进行第三类采样，获得第三类采样信号的均方根值；判断所述均方根值是否大于第三阈值：若是，确定所述二次回路内有电流，执行所述步骤S1；若否，确定所述二次回路内没有电流，返回执行所述步骤S00。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过对电流计量二次回路工频电流信号的采样，提取谐波分量并求得加权和值作为特征量来检测二次回路中是否串接整流器，直观简洁；并通过多次循环获得加权和值变化率，与第二阈值比较判断二次回路中是否串接整流器，精度较高，可靠性好。本发明解决现有技术难以检测电流计量二次回路是否串接整流器的问题，快速、准确识别电流计量二次回路串接整流器，进而发现窃电事件，有效降低因窃电导致的电网经济损失。
附图说明
图1是本发明的工作框图；
图2是本发明方法涉及的系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
标准正弦波是关于基线（x轴）完全对称的，其正负半波峰值的比值为1，电流计量二次回路串接整流器后，计量电流采样波形将不再基于基线对称，电流信号正负半波峰值的比值不为1，本发明将工频电流采样信号波形的对称值（对称值用信号正负半波峰值的比值描述）作为判断电流计量二次回路串接整流器的特征量之一。
实施例1：
本实施例涉及的系统如附图2所示，包括信号耦合模块、信号调理模块、信号采样模块和信号集中处理模块。信号耦合模块由耦合互感器和耦合电路两个部分组成，耦合电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2。将耦合互感器并联接入二次回路中；将R1和R2串联后并联至耦合互感器的两端；将C1并联至R1的两端，将C2并联至R2的两端；在R1和R2之间设置接地装置，并在R1和R2之间设置输出信号端与信号调理模块的输入端相连。信号调理模块内设有相互级联的集成放大器和低通滤波器，集成放大器与耦合电路的输出信号端相连，低通滤波器和信号采样模块相连。信号集中处理模块由信号分析判断单元和反馈控制模块组成，具体由TMS320F2812（数字信号处理器DSP）实现；信号采样模块由ADC0809实现，信号采样模块的输出端和信号分析判断单元的输入端相连。反馈控制单元分别和信号调理模块、信号采样模块相连。
参见附图1，本实施例工作过程如下：
101：通过反馈控制单元设置第三类采样时间1000ms、第三类采样频率1000HZ和第三阈值，设置集成放大器的放大倍数为50，低通滤波器截至频率为100HZ，对二次回路的工频电流信号进行第三类采样，获得第三类采样信号的均方根值。
102：判断均方根值是否大于第三阈值：若是，确定二次回路内有电流，执行步骤103；若否，确定二次回路内没有电流，返回执行步骤101。
103：通过反馈控制单元设置第二类采样时间500ms、第二类采样频率2000HZ、下限阈值和上限阈值，设置集成放大器的放大倍数为10，低通滤波器截至频率为1000HZ，对二次回路的工频电流信号进行第二类采样，获得第二类采样信号的电流幅值；并将每个第二类采样时刻对应的电流幅值相加，得到第二类采样信号的电流和值。
104：由公式sig_avg=sig_sum / sample_points获得第二类采样信号的基线值，其中sig_avg表示基线值，sig_sum表示电流和值，sample_points表示第二类采样点数；根据基线值获得当前第二类采样时刻的电流波峰幅值和波谷幅值，并计算波峰幅值和波谷幅值的比值，作为对称值。
105：判断对称值是否小于下限阈值或大于上限阈值：若是，确定二次回路未串接整流器；若否，执行步骤106。
106：通过反馈控制单元设置第一类采样时间200ms、第一类采样频率6000HZ、第一类采样次数3和累加变量i，并设置i的初始值为1；设置第一阈值、第二阈值和60个权值系数；设置集成放大器的放大倍数为20，低通滤波器截至频率为3000HZ。
107：对二次回路的工频电流信号进行第一类采样，TMS320F2812通过FFT算法提取60个谐波分量；根据公式sumi=A1×k1+A2×k2+…+An×kn获得加权和值并保存，其中sumi表示加权和值，i表示第i次第一类采样，A表示谐波分量的幅值，k表示权值系数，n表示第n个谐波分量。
108：判断第i次第一类采样的加权和值是否小于第一阈值：若是，确定二次回路未串接整流器；若否，将i的值增加1，执行步骤109。
109：判断i的值是否大于3：若是，执行步骤110；若否，返回执行步骤107。
110：获得3个加权和值的平均值；从3个加权和值中获得最大值与最小值的差值，作为极差值；根据公式ks=Sd / Savg获得加权和值变化率，其中ks表示加权和值变化率，Sd表示极差值，Savg表示平均值；判断加权和值变化率是否小于第二阈值：若是，确定二次回路已串接整流器；若否，确定二次回路未串接整流器。
111：结束二次回路串接整流器检测过程。
本实施例中基线指电流采样幅值关于采样时间的波形的0点分界线，以此0点分界线为x轴，满足此电流波形的正半轴波形和负半轴波形关于时间积分的模值相等。电流互感器二次回路串接半导体后，互感器二次回路电流波形类似于一个半波，经过偶尔互感器到检测电路以后，基于基线的正负半波形的时间宽度和波形上升下降的斜率都有差异。
国家公用电网谐波规定电压谐波含量和各次电流谐波含不应超过相关规定，本实施例涉及的阈值参考该规定，并结合互感器串接整流器后各次谐波的变化来确定。
本实施例设置第二类采样，通过获得二次回路工频电流采样的基线值和对称值并进行判断，提高最终辨识的准确性。
本实施例的第二类采样设置下限阈值和上限阈值，有效提高整流器畸变信号的辨识精度。不同的整流器对电流波形的影响有差异，映射到此特征量上影响有大小，互感器二次回路正常连接时也可能受到干扰映射到此特征量上的值变大，高于上限阈值的可以判断串接整流器，高于下限阈值小于上限阈值的需要进一步判断，排除互感器二次回路的其他干扰信号。
本实施例设置信号调理模块，一方面用放大原信号的手段提高信噪比，另一方面用抑制干扰信号的手段提高信噪比，有效提高整流器畸变信号的检测能力。
本实施例设置第三类采样，增加检测二次回路是否存在电流的判断过程，提高最终辨识的准确性。
本实施例信号分析判断单元由数字信号处理器DSP构成，通过快速傅里叶变换FFT提取谐波分量，速度快、准确性高。
本实施例设置反馈控制单元，分别对第一类采样、第二类采样和第三类采样设置采样时间、采样频率、放大倍数和滤波器截止频率进行单独设定，使得本实施例精度好、稳定可靠。
实施例2：
本实施例涉及的系统如附图2所示，包括信号耦合模块、信号调理模块、信号采样模块和信号集中处理模块。信号耦合模块由耦合互感器和耦合电路两个部分组成，耦合电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2。将耦合互感器并联接入二次回路中；将R1和R2串联后并联至耦合互感器的两端；将C1并联至R1的两端，将C2并联至R2的两端；在R1和R2之间设置接地装置，并在R1和R2之间设置输出信号端与信号调理模块的输入端相连。信号调理模块内设有相互级联的集成放大器和低通滤波器，集成放大器与耦合电路的输出信号端相连，低通滤波器和信号采样模块相连。信号集中处理模块由信号分析判断单元和反馈控制模块组成，具体由TMS320F2812（数字信号处理器DSP）实现；信号采样模块由ADC0809实现，信号采样模块的输出端和信号分析判断单元的输入端相连。反馈控制单元分别和信号调理模块、信号采样模块相连。
本实施例工作过程如下：
201：通过反馈控制单元设置第三类采样时间1000ms、第三类采样频率1000HZ和第三阈值，设置集成放大器的放大倍数为50，低通滤波器截至频率为100HZ；设置完毕后延时1秒对二次回路的工频电流信号进行第三类采样，获得第三类采样信号的均方根值。
202：判断均方根值是否大于第三阈值：若是，确定二次回路内有电流，执行步骤203；若否，确定二次回路内没有电流，返回执行步骤201。
203：通过反馈控制单元设置第一类采样时间200ms、第一类采样频率6000HZ、第一类采样次数10和累加变量i，并设置i的初始值为1；设置第一阈值、第二阈值和50个权值系数；设置集成放大器的放大倍数为20，低通滤波器截至频率为3000HZ。
204：延时1秒后对二次回路的工频电流信号进行第一类采样，TMS320F2812通过FFT算法提取50个谐波分量；根据公式sumi=A1×k1+A2×k2+…+An×kn获得加权和值并保存，其中sumi表示加权和值，i表示第i次第一类采样，A表示谐波分量的幅值，k表示权值系数，n表示第n个谐波分量。
205：判断第i次第一类采样的加权和值是否小于第一阈值：若是，确定二次回路未串接整流器；若否，将i的值增加1，执行步骤206。
206：判断i的值是否大于10：若是，执行步骤207；若否，返回执行步骤204。
207：获得10个加权和值的平均值；从10个加权和值中获得最大值与最小值的差值，作为极差值；根据公式ks=Sd / Savg获得加权和值变化率，其中ks表示加权和值变化率，Sd表示极差值，Savg表示平均值；判断加权和值变化率是否小于第二阈值：若是，确定二次回路已串接整流器；若否，确定二次回路未串接整流器。
208：结束二次回路串接整流器检测过程。
本实施例延时1秒后启动采样，避免开关噪声的影响，提高检测过程的可靠性。
本发明通过对电流计量二次回路工频电流信号的采样，提取谐波分量并求得加权和值作为特征量来检测二次回路中是否串接整流器，直观简洁；并通过多次循环获得加权和值变化率，与第二阈值比较判断二次回路中是否串接整流器，精度较高，可靠性好。本发明解决现有技术难以检测电流计量二次回路是否串接整流器的问题，快速、准确识别电流计量二次回路串接整流器，进而发现窃电事件，有效降低因窃电导致的电网经济损失。本发明适用于电网窃电检测技术领域，具有实用性强、成本低、识别率高和稳定可靠的特点，市场前景广阔。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (8)
1.一种检测电流计量二次回路串接整流器的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设置第一类采样时间、第一类采样频率、第一类采样次数m和累加变量i，并设置i的初始值为1；设置第一阈值、第二阈值和n个权值系数，其中n的值为大于1的整数；
S2：对所述二次回路的工频电流信号进行第i次第一类采样，从获得的第一类采样信号中提取n个谐波分量；根据公式sumi=A1×k1+A2×k2+…+An×kn获得加权和值并保存，其中sumi表示所述加权和值，i表示第i次第一类采样，An表示第n个谐波分量的幅值，kn表示第n个权值系数；
S3：判断所述第i次第一类采样的加权和值是否小于第一阈值：若是，确定所述二次回路未串接整流器；若否，将i的值增加1，执行步骤S4；
S4：判断i的值是否大于m：若是，执行步骤S5；若否，返回执行步骤S2；
S5：获得m个所述加权和值的平均值；从m个所述加权和值中获得最大值与最小值的差值，作为极差值；根据公式ks=Sd / Savg获得加权和值变化率，其中ks表示所述加权和值变化率，Sd表示所述极差值，Savg表示所述平均值；判断所述加权和值变化率是否小于第二阈值：若是，确定所述二次回路已串接整流器；若否，确定所述二次回路未串接整流器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1前设有步骤S01、S02、S03和S04，具体包括：
S01：设置第二类采样时间、第二类采样频率、下限阈值和上限阈值；对所述二次回路的工频电流信号进行第二类采样，获得第二类采样信号的电流幅值；并将每个所述第二类采样时刻对应的所述电流幅值相加，得到所述第二类采样信号的电流和值；
S02：由公式sig_avg=sig_sum / sample_points获得所述第二类采样信号的基线值，其中sig_avg表示所述基线值，sig_sum表示所述电流和值，sample_points表示第二类采样点数；
S03：根据所述基线值获得当前第二类采样时刻的电流波峰幅值和波谷幅值，并计算波峰幅值和波谷幅值的比值，作为对称值；
S04：判断所述对称值是否小于下限阈值或大于上限阈值：若是，确定所述二次回路未串接整流器；若否，执行所述步骤S1。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S01前设有步骤S00：设置第三类采样时间、第三类采样频率和第三阈值，对所述二次回路的工频电流信号进行第三类采样，获得第三类采样信号的均方根值；判断所述均方根值是否大于第三阈值：若是，确定所述二次回路内有电流，执行所述步骤S01；若否，确定所述二次回路内没有电流，返回执行所述步骤S00。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一类采样、第二类采样或第三类采样的方法包括：
将信号耦合模块接入所述二次回路，获得所述工频电流信号；
通过信号调理模块对所述工频电流信号进行放大和滤波处理，得到调理后的工频电流信号；
通过信号采样模块对所述调理后的工频电流信号进行采样，得到所述第一类采样信号、第二类采样信号和第三类采样信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述信号耦合模块获得所述工频电流信号的方法包括：
将所述信号耦合模块分为耦合互感器和耦合电路两个部分，其中耦合电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容；
将耦合互感器并联接入所述二次回路中；将所述第一电阻和第二电阻串联后并联至所述耦合互感器的两端；将所述第一电容并联至所述第一电阻的两端，将所述第二电容并联至所述第二电阻的两端；
在所述第一电阻和第二电阻之间设置接地装置，并在第一电阻和第二电阻之间设置输出信号端输出所述工频电流信号。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在所述信号采样模块的输出端设置信号集中处理模块，包括信号分析判断单元和反馈控制单元；
所述信号分析判断单元获得第三类采样信号的均方根值，判断所述二次回路内是否有电流；
所述信号分析判断单元获得所述第二类采样信号的电流幅值、电流和值、采样点数、基线值和对称值，判断所述对称值是否小于所述下限阈值或大于所述上限阈值；
所述信号分析判断单元提取所述n个谐波分量，获得所述加权和值、加权和值的平均值、极差值和所述加权和值变化率，判断所述二次回路是否串接整流器；
所述反馈控制单元和所述信号调理模块相连，设置所述放大的倍数和滤波的截止频率；
所述反馈控制单元和所述信号采样模块相连，设置所述第三类采样时间和第三类采样频率；设置所述第二类采样时间和第二类采样频率；设置所述第一类采样时间和第一类采样频率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述信号分析判断单元由数字信号处理器DSP构成，通过快速傅里叶变换FFT提取所述n个谐波分量。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1前设有步骤S00：设置第三类采样时间、第三类采样频率和第三阈值，对所述二次回路的工频电流信号进行第三类采样，获得第三类采样信号的均方根值；判断所述均方根值是否大于第三阈值：若是，确定所述二次回路内有电流，执行所述步骤S1；若否，确定所述二次回路内没有电流，返回执行所述步骤S00。
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