CN107680367B - 一种具有台区故障诊断功能的宽带载波通讯模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有台区故障诊断功能的宽带载波通讯模块，包括宽带集中器通讯模块和宽带采集器通讯模块，所述宽带集中器通讯模块安装于台区变压器处，所述宽带采集器通讯模块安装于各个分支用户处；所述宽带集中器通讯模块与宽带采集器通讯模块之间支持1‑16级中继通讯，宽带集中器通讯模块通过直接组网与1级宽带采集器通讯模块进行实时通讯，宽带集中器通讯模块通过中继与2‑16级宽带采集器通讯进行实时通讯，实现对台区的故障诊断。优点：1）通过停电上报功能单元，在断电时将信息传送出来。2）采用过零点时刻比对的方法，识别出终端设备的所属相线，准确定位故障发生的位置。3）采用基于阻抗测量的状态评估技术，提高供电可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种具有台区故障诊断功能的宽带载波通讯模块，属于用电信息采集领域。
背景技术
长期以来，供电公司主要依据客户电话来确定低压配网故障位置。在部署智能电表之前，主要依靠停电管理系统进行低压网络故障处理。根据用户停电后打入的电话来预判跌落保险或开关的位置，对停电规模、人员力量、抢修计划进行分析，确定抢修优先级，计算现场所需工作力量，预估恢复时间，并管理现场工作。停电管理系统是配网管理系统的子系统，控制室依靠此系统进行停电抢修的组织调度和下派工单。
将停电管理系统与智能电表系统进行贯通。在派遣工作人员赴现场处理故障前，利用智能电表和停电管理系统数据综合分析判断故障地点、性质、范围，加快了响应时间，降低了成本，并提高了客户满意度和系统运行指标。
发明内容
本发明提出的是一种具有台区故障诊断功能的宽带载波通讯模块，其目的是利用停电上报技术、过零点时刻比对的方法和阻抗测量的状态评估技术，准确识别出终端设备的所属相线，准确的定位故障发生的位置，提高电网系统运维的满意度，降低运维成本。
本发明的技术解决方案：
一种具有台区故障诊断功能的宽带载波通讯模块，其特征是包括宽带集中器通讯模块和宽带采集器通讯模块；所述宽带集中器通讯模块安装于台区变压器处，所述宽带采集器通讯模块安装于各个分支用户处；所述宽带集中器通讯模块与宽带采集器通讯模块之间支持1-16级中继通讯，宽带集中器通讯模块通过直接组网与1级宽带采集器通讯模块进行实时通讯，宽带集中器通讯模块通过中继与2-16级宽带采集器通讯进行实时通讯，采用过零点时刻比对法和基于阻抗测量的状态评估方法，实现对台区的故障诊断功能。
所述宽带集中器通讯模块包括所述宽带集中器通讯模块包括A电源单元、A存储单元、A信号处理与信号分析单元、A信号调制解调单元、A信号发送单元、A信号接收单元和A信号耦合单元；所述宽带采集器通讯模块包括B电源单元、B存储单元、B信号处理与信号分析单元、B信号调制解调单元、B信号发送单元、B信号接收单元、B信号耦合单元和停电上报功能单元。
本发明的优点：
1）通过停电上报功能单元，宽带采集器通讯模块确保停电线路一串电表都失电的情况下，能将信息传送出来，达到故障诊断的目的。
2）采用过零点时刻比对的方法，可以识别出终端设备的所属相线，准确的定位故障发生的位置。
3）采用基于阻抗测量的状态评估技术，用智能电表海量数据可以对台区电网进行有效监测，从而实现主动运维，提高供电可靠性。对用户回路阻抗进行监测，对线路老化（阻抗增加）及时识别，大大减少因电路及设备老化造成的故障。
4）信号处理与信号分析单元通过实时与信号调制解调单元进行数据通讯，不仅实现了载波通讯功能，还能够对电网信道质量进行计算分析，最终将诊断信息发送给集中器，从而通知主站。
附图说明
附图1为宽带载波通讯模块安装示意图。
附图2为宽带载波通讯模块通讯示意图。
附图3为宽带集中器通讯模块框图。
附图4为宽带采集器通讯模块框图。
附图5为回路阻抗计算方法框图。
附图6为回路阻抗计算公式示意图。
附图7为宽带载波通讯模块诊断结果示意图。
具体实施方式
一种具有台区故障诊断功能的宽带载波通讯模块，其特征是包括宽带集中器通讯模块和宽带采集器通讯模块；所述宽带集中器通讯模块安装于台区变压器处，所述宽带采集器通讯模块安装于各个分支用户处；所述宽带集中器通讯模块与宽带采集器通讯模块之间支持1-16级中继通讯，宽带集中器通讯模块通过直接组网与1级宽带采集器通讯模块进行实时通讯，宽带集中器通讯模块通过中继与2-16级宽带采集器通讯进行实时通讯，采用过零点时刻比对法和基于阻抗测量的状态评估方法，实现对台区的故障诊断功能。
所述宽带集中器通讯模块包括A电源单元、A存储单元、A信号处理与信号分析单元、A信号调制解调单元、A信号发送单元、A信号接收单元和A信号耦合单元；A电源单元的电源输出端分别与A存储单元、A信号处理与信号分析单元、A信号调制解调单元、A信号发送单元的电源输入端相连；A信号处理与信号分析单元的第一信号输入输出端与A存储单元的信号输出输入端相连，A信号处理与信号分析单元的第二信号输入输出端与A信号调制解调单元的信号输出输入相连，A信号调制解调单元的信号输入端与A信号接收单元的信号输出端相连，A信号调制解调单元的信号输出端与A信号发送单元的信号输入端相连；A信号接收单元的信号输入端与A信号耦合单元的信号输出相连；A信号发送单元的信号输出端与A信号耦合单元的信号输入相连。
所述宽带采集器通讯模块包括B电源单元、B存储单元、B信号处理与信号分析单元、B信号调制解调单元、B信号发送单元、B信号接收单元、B信号耦合单元和停电上报功能单元；B电源单元的第一电源输出端与停电上报功能单元的电源输入端相连，B电源单元的第二电源输出端分别与B存储单元、B信号处理与信号分析单元、B信号调制解调单元、B信号发送单元的电源输入端相连；停电上报功能单元的信息输出端分别与B存储单元、B信号处理与信号分析单元、B信号调制解调单元、B信号发送单元的信息输入端相连；B信号处理与信号分析单元的第一信号输入输出端与B存储单元的信号输出输入端相连，B信号处理与信号分析单元的第二信号输入输出端与B信号调制解调单元的信号输出输入相连，B信号调制解调单元的信号输入端与B信号接收单元的信号输出端相连，B信号调制解调单元的信号输出端与B信号发送单元的信号输入端相连；B信号接收单元的信号输入端与B信号耦合单元的信号输出相连；B信号发送单元的信号输出端与B信号耦合单元的信号输入相连。
采用过零点时刻比对法，识别出终端设备的所属相线，准确的定位故障发生的位置。
采用基于阻抗测量的状态评估技术，用智能电表海量数据对台区电网进行有效监测，从而实现主动运维，提高供电可靠性；对用户回路阻抗进行监测，对阻抗增加的线路老化及时识别，减少因电路及设备老化造成的故障。
停电时，宽带采集器通讯模块确保停电线路一串电表都失电的情况下，所述宽带采集器通讯模块中的停电上报功能单元能将信息传送出来，达到故障诊断的目的。
所述宽带采集器通讯模块中的信号处理与信号分析单元通过实时与信号调制解调单元进行数据通讯，不仅实现了载波通讯功能，还能够对电网信道质量进行计算分析，最终将诊断信息发送给集中器，从而通知主站。
下面结合附图进一步描述本发明的技术方案：
一种具有台区故障诊断功能的宽带载波通讯模块包括宽带集中器通讯模块和宽带采集器通讯模块，通过宽带集中器通讯模块与宽带采集器通讯模块之间的实时通讯实现了对台区的故障诊断功能。
对照附图1，宽带集中器通讯模块安装于台区变压器处，所述宽带采集器通讯模块安装于各个分支用处。
对照附图2，宽带集中器通讯模块与宽带采集器通讯模块之间最大支持16级中继通讯，宽带集中器通讯模块通过直接组网与宽带采集器通讯模块1到宽带采集器通讯模块7进行通讯；宽带集中器通讯模块通过1级中继与宽带采集器通讯模块8到宽带采集器通讯模块13进行通讯；宽带集中器通讯模块通过2级中继与宽带采集器通讯模块14到宽带采集器通讯模块17进行通讯；宽带载波通讯模块具有强中继功，能够保证实时优化网络的拓扑结构，寻找最佳的路由路径保证通讯的可靠性和稳定性。
对照附图3，宽带集中器通讯模块包括A电源单元、A存储单元、A信号处理与信号分析单元、A信号调制解调单元、A信号发送单元、A信号接收单元和A信号耦合单元；A电源单元的电源输出端分别与A存储单元、A信号处理与信号分析单元、A信号调制解调单元、A信号发送单元的电源输入端相连；A信号处理与信号分析单元的第一信号输入输出端与A存储单元的信号输出输入端相连，A信号处理与信号分析单元的第二信号输入输出端与A信号调制解调单元的信号输出输入相连，A信号调制解调单元的信号输入端与A信号接收单元的信号输出端相连，A信号调制解调单元的信号输出端与A信号发送单元的信号输入端相连；A信号接收单元的信号输入端与A信号耦合单元的信号输出相连；A信号发送单元的信号输出端与A信号耦合单元的信号输入相连。
对照附图4，宽带采集器通讯模块包括B电源单元、B存储单元、B信号处理与信号分析单元、B信号调制解调单元、B信号发送单元、B信号接收单元、B信号耦合单元和停电上报功能单元；B电源单元的第一电源输出端与停电上报功能单元的电源输入端相连，B电源单元的第二电源输出端分别与B存储单元、B信号处理与信号分析单元、B信号调制解调单元、B信号发送单元的电源输入端相连；停电上报功能单元的信息输出端分别与B存储单元、B信号处理与信号分析单元、B信号调制解调单元、B信号发送单元的信息输入端相连；B信号处理与信号分析单元的第一信号输入输出端与B存储单元的信号输出输入端相连，B信号处理与信号分析单元的第二信号输入输出端与B信号调制解调单元的信号输出输入相连，B信号调制解调单元的信号输入端与B信号接收单元的信号输出端相连，B信号调制解调单元的信号输出端与B信号发送单元的信号输入端相连；B信号接收单元的信号输入端与B信号耦合单元的信号输出相连；B信号发送单元的信号输出端与B信号耦合单元的信号输入相连。
宽带集中器通讯模块启动后，首先进行1-20秒的网络监听，判断周围是否存在已处于工作的宽带采集器通讯模块，对于已处于工作的宽带采集器通讯模块，周期性的发送网间协调帧，其他宽带采集器通讯模块与其进行监听。每一个宽带采集器通讯模块计算收到的信号标识强度；当宽带采集器通讯模块在监听的时间段内，接收到非父节点的信号标识强度比现有父节点的信号标识强度强，则会自动组网到信号强度强的优先级节点，所有宽带集中器通讯模块与宽带采集器通讯模块之间均按照此优先原则进行协商。
采用过零点时刻比对的方法，可以识别出终端设备的所属相线。一般的电力线网络中，存在A/B/C三个相线的物理线路分支。 宽带集中器通讯模块一般会同时工作在A/B/C三个相线上，与A/B/C三个相线上的终端设备进行通信。而终端设备宽带采集器通讯模块，一般情况下，只会工作在A/B/C三个相线的其中一个分支。相线识别的目的，主要是确认一个电力线网络中，A/B/C三个相线上，各自有多少个终端设备，以及具体是哪些终端设备。一般的，属于同一个相线的终端设备，具有相同的电力线工频周期，具有相同的过零点时刻；而不同相线的终端设备，虽然具有相同的电力线工频周期，但是过零点时刻却不相同。即：宽带采集器通讯模块采集本站点的相线过零点NTB，上报给宽带集中器通讯模块；宽带集中器通讯模块采集本站点A/B/C三个相线的过零点NTB（也可以采集A相线的过零点，计算出B/C相的过零点）；宽带集中器通讯模块将宽带采集器通讯模块上报的过零点NTB，与自己采集的过零点NTB进行比对计算，根据差值，即可判断该宽带采集器通讯模块的所属相线。本协议中，相线识别的过程是：宽带集中器通讯模块向宽带采集器通讯模块站点下发“过零NTB采集指示报文”，指示宽带采集器通讯模块进行过零NTB采集，与此同时，宽带集中器通讯模块开始采集本站点上A/B/C三个相线的过零点NTB；宽带采集器通讯模块根据宽带集中器通讯模块的指示报文，完成过零点NTB采集后，通过“过零NTB告知报文”上报本站点采集的过零点NTB信息；宽带集中器通讯模块根据宽带采集器通讯模块站点上报的过零点NTB信息，与自己的过零点NTB比对计算后，获得该宽带采集器通讯模块站点的所属相线。 宽带集中器通讯模块站点也可以创建“过零NTB告知报文”，宽带采集器通讯模块站点可根据宽带集中器通讯模块告知的过零NTB差值，与本站点的过零NTB比较，判断本站点所处的相线，判断方法与宽带集中器通讯模块一致。
采用基于阻抗测量的状态评估技术，用智能电表海量数据可以对台区电网进行有效监测，从而实现主动运维，提高供电可靠性。对用户回路阻抗进行监测，对线路老化（阻抗增加）及时识别，大大减少因电路及设备老化造成的故障。回路阻抗可以通过计算电表处ΔV/ΔI得出，而V/I测量的是负荷阻抗。
对照附图5，通过测量a,b两个时刻的电压和电流的变化速率来确定回路阻抗。ΔV/ΔI是由ΔI变化引起的。算法中需要考虑无功功率影响，但负荷性质对测量值没有直接影响，也就是说即使太阳能发电造成功率反转，也不会影响回路阻抗。同一网络中的其他用户投退时，测量值会发生变化。由于观察到的电压下降幅度偏高，测量出的回路电阻也会偏高。这种偏差可以通过取平均变化速率减少影响。如果回路中有表计被短接，回路测量电阻值将升高，可以具有反窃电。
对照附图6所示的阻抗测量的计算公式，每天对样本进行估算处理，以确定当天每个客户的单一阻抗估计值。当使用智能电表5分钟数据采集时，每天可获得最多144个阻抗估计值。 随着估计数的增加，测量精度和置信度也随之增加。假设数据是正态分布的，我们可以使用Student’s-t分布来检验来估计结果的置信区间。
台区变压器处安装有宽带集中器通讯模块，在各个分支用处均安装有宽带采集器通讯模块，通过基于阻抗测量的状态评估技术，采用图5和图6的计算方法和计算公式可以实时计算分析各个主路和分支处的回路阻抗，回路阻抗偏大能够真实的反应出各个主路或者支路的故障状态信息。
对照附图7，分支1计算回路阻抗达到4.9欧，通过经验判断一般是中性线问题导致；分支2计算回路阻抗达到4.5欧，通过经验判断一般是中性线问题导致，；分支3计算回路阻抗为2，一般为保险丝问题导致，通过最后现场实际勘察，得到的结论与计算分析基本一致。
利用过零点时刻比对的方法和阻抗测量的状态评估技术，对智能电表采集回来的海量信息进行大数据分析，准确识别智能电表的相位信息和状态信息，并与配网管理系统、地理信息等系统结合，全面指导配网运行、维护、抢修、技改、规划等各领域，真正实现了营配贯通和对数据资产充分挖掘。
Claims (9)
1.一种具有台区故障诊断功能的宽带载波通讯模块，其特征是包括宽带集中器通讯模块和宽带采集器通讯模块；所述宽带集中器通讯模块安装于台区变压器处，所述宽带采集器通讯模块安装于各个分支用户处；所述宽带集中器通讯模块与宽带采集器通讯模块之间支持1-16级中继通讯，宽带集中器通讯模块通过直接组网与1级宽带采集器通讯模块进行实时通讯，宽带集中器通讯模块通过中继与2-16级宽带采集器通讯进行实时通讯；采用过零点时刻比对法和基于阻抗测量的状态评估方法，实现对台区的故障诊断；
所述过零点时刻比对法为: 宽带采集器通讯模块采集本站点的相线过零点NTB，上报给宽带集中器通讯模块；宽带集中器通讯模块采集本站点A/B/C三个相线的过零点NTB；宽带集中器通讯模块将宽带采集器通讯模块上报的过零点NTB，与自己采集的过零点NTB进行比对计算，根据差值判断该宽带采集器通讯模块的所属相线；具体步骤为：
1）宽带集中器通讯模块向宽带采集器通讯模块站点下发“过零NTB采集指示报文”，指示宽带采集器通讯模块进行过零NTB采集，与此同时，宽带集中器通讯模块开始采集本站点上A/B/C三个相线的过零点NTB；
2）宽带采集器通讯模块根据宽带集中器通讯模块的指示报文，完成过零点NTB采集后，通过“过零NTB告知报文”上报本站点采集的过零点NTB信息；
3）宽带集中器通讯模块根据宽带采集器通讯模块站点上报的过零点NTB信息，与自己的过零点NTB比对计算后，获得该宽带采集器通讯模块站点的所属相线。
2.根据权利要求1所述的一种具有台区故障诊断功能的宽带载波通讯模块，其特征是所述宽带集中器通讯模块包括A电源单元、A存储单元、A信号处理与信号分析单元、A信号调制解调单元、A信号发送单元、A信号接收单元和A信号耦合单元；A电源单元的电源输出端分别与A存储单元、A信号处理与信号分析单元、A信号调制解调单元、A信号发送单元的电源输入端相连；A信号处理与信号分析单元的第一信号输入输出端与A存储单元的信号输出输入端相连，A信号处理与信号分析单元的第二信号输入输出端与A信号调制解调单元的信号输出输入相连，A信号调制解调单元的信号输入端与A信号接收单元的信号输出端相连，A信号调制解调单元的信号输出端与A信号发送单元的信号输入端相连；A信号接收单元的信号输入端与A信号耦合单元的信号输出相连；A信号发送单元的信号输出端与A信号耦合单元的信号输入相连。
3.根据权利要求1所述的一种具有台区故障诊断功能的宽带载波通讯模块，其特征是所述宽带采集器通讯模块包括B电源单元、B存储单元、B信号处理与信号分析单元、B信号调制解调单元、B信号发送单元、B信号接收单元、B信号耦合单元和停电上报功能单元；B电源单元的第一电源输出端与停电上报功能单元的电源输入端相连，B电源单元的第二电源输出端分别与B存储单元、B信号处理与信号分析单元、B信号调制解调单元、B信号发送单元的电源输入端相连；停电上报功能单元的信息输出端分别与B存储单元、B信号处理与信号分析单元、B信号调制解调单元、B信号发送单元的信息输入端相连；B信号处理与信号分析单元的第一信号输入输出端与B存储单元的信号输出输入端相连，B信号处理与信号分析单元的第二信号输入输出端与B信号调制解调单元的信号输出输入相连，B信号调制解调单元的信号输入端与B信号接收单元的信号输出端相连，B信号调制解调单元的信号输出端与B信号发送单元的信号输入端相连；B信号接收单元的信号输入端与B信号耦合单元的信号输出相连；B信号发送单元的信号输出端与B信号耦合单元的信号输入相连。
4.根据权利要求1所述的一种具有台区故障诊断功能的宽带载波通讯模块,其特征是所述过零点时刻比对法，识别终端设备的所属相线，准确的定位故障发生的位置。
5.根据权利要求1所述的一种具有台区故障诊断功能的宽带载波通讯模块,其特征是所述基于阻抗测量的状态评估方法，用智能电表海量数据对台区电网进行有效监测，从而实现主动运维，提高供电可靠性；对用户回路阻抗进行监测，对阻抗增加的线路老化及时识别，减少因电路及设备老化造成的故障。
6.根据权利要求1所述的一种具有台区故障诊断功能的宽带载波通讯模块,其特征在于所述过零点时刻比对法中，宽带集中器通讯模块还可以采集A相线的过零点，计算出B/C相的过零点。
7.根据权利要求1所述的一种具有台区故障诊断功能的宽带载波通讯模块,其特征在于所述过零点时刻比对法步骤（3）中，宽带集中器通讯模块站点还可以创建“过零NTB告知报文”，宽带采集器通讯模块站点可根据宽带集中器通讯模块告知的过零NTB差值，与本站点的过零NTB比较，判断本站点所处的相线。
8.根据权利要求2所述的一种具有台区故障诊断功能的宽带载波通讯模块，其特征是台区停电时，宽带采集器通讯模块确保停电线路电表都失电的情况下，所述宽带采集器通讯模块中的停电上报功能单元能将信息传送出来，达到故障诊断的目的。
9.根据权利要求2所述的一种具有台区故障诊断功能的宽带载波通讯模块，其特征是所述宽带采集器通讯模块中的信号处理与信号分析单元通过实时与信号调制解调单元进行数据通讯，不仅实现了载波通讯功能，还能够对电网信道质量进行计算分析，最终将诊断信息发送给集中器，从而通知主站。
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