CN110456207A - 一种户外的智能低压故障诊断方法 - Google Patents

一种户外的智能低压故障诊断方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种户外的智能低压故障诊断方法，包括智能三相全参数采集接口模块、微控制处理器、故障分析诊断模块、动态电能计量监测模块、功能配置模块、通信网络模块、数据存储模块和加密模块，所述微控制处理器与各个模块之间连接，所述微控制处理器通过所述通信网络模块与台区智能设备进行通讯。本发明可实现三相过压、欠压、缺相、停复电、三相过流、三相过载、短路故障等事件的诊断功能；可实现精准的台区设备识别功能；可实现动态电能计量功能；可实现数据实时采集功能，可实现载波、RS‑485、微功率无线等通信数据传输并支持数据传输加密功能。

Description

一种户外的智能低压故障诊断方法
技术领域
本发明涉及配网自动化技术领域，具体涉及一种户外的智能低压故障诊断方法。
背景技术
目前，随着城镇化建设和用电量增速不断提高；居民、商业用电明显增加，使有些线路和变压器负荷加大；出现了停复电时间过长、缺相、三相过压、欠压、拉闸限电现象；低压线路设备老化严重，不易消除设备固有隐患，特别是在季节交替时期，普遍发生线路跳闸现象，负荷的构成比例严重不协调。
对于低压设备，主要保证它具有供电的可靠性、连续性和稳定性，有良好的电能质量，最大限度的降低电能成本；最大限度的满足用户的用电需要。低压故障诊断设备因其结构简单、成本低廉、性能优良，在配网自动化行业包括低压设备中得到普遍应用和推广，而传统的低压故障诊断设备，台区识别不精准、通信方式单一、实时监控效率低、远程升级困难，在应用场景上很难满足户外使用条件。无法及时的诊断故障的多样性，严重影响台区电力网的用电安全。
为了满足户外恶劣的工作环境、支持多种通信方式、精准识别故障台区、提高故障诊断的工作效率。当下需要研究发展一种能具备三相过压、欠压、缺相、停复电、三相过流、三相过载、短路故障等事件诊断能力，事件发生后应能诊断故障及时上报；自动监测、自动适应的、满足户外使用环境的方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提出一种户外的智能低压故障诊断方法，能够解决现有的不满足户外恶劣工作环境且低压故障诊断能力不及时的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种户外的智能故障诊方法，包括智能三相全参数采集接口模块、微控制处理器、故障分析诊断模块、动态电能计量监测模块、功能配置模块、通信网络模块、数据存储模块和加密模块，所述微控制处理器与所述智能三相全参数采集接口模块、所述故障分析诊断模块、所述动态电能计量监测模块、所述功能配置模块、所述通信网络模块、所述数据存储模块和所述加密模块电连接，所述微控制处理器通过所述通信网络模块与台区智能设备连接，所述网络模块包括载波、RS-485和微功率无线；其处理步骤是：
S1：数据采集及标准化，微控制处理器将智能三相全参数采集接口模块采集到实时数据的模拟量通过AD转化，将各种信号转化为微控制处理器能够识别的信号方式；
S2：数据分析及保存，通过采集到的数据，故障分析诊断模块将诊断出的故障类型和数据传递给微控制处理器模块，微控制处理器针对三相过压、欠压、缺相、停复电、三相过流、三相过载、短路故障等事件作为判断依据，并将诊断故障通过数据存储模块保存诊断数据；
S3：数据传输，通过载波、RS-485和微功率无线三者之一的通信方式将故障信息上传到台区智能设备；
S4：台区判断，通过一个周期内对应电流信号波形畸变来判断TTU、LTU是否在相同台区。
进一步地，所述步骤S2包括：所述故障分析诊断模块首先从嵌入的文件系统中提取完整的参数列表，作为故障判别依据，其主要包括故障判别限值及判别延时时间，然后通过采集的三相低压线路电压、电流、剩余电流和温度等数据，根据配电网故障特性进行分路故障的检测分析以及运行工况的综合识别诊断，其方法是对正弦信号进行实时密集采样；将采集数据通过全波傅氏算法进行分析，将运算后的相电路瞬时有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、相角值等，作为故障判断依据；并通过上层逻辑判断算法进行分析判断。
进一步地，所述上层逻辑判断算法包括向上故障越限和向下故障越限，所述向上越限故障包括：过压，短路，过流，过载和剩余电流过流故障等；以过压故障判断为例，当三相相电压大于阈值时，大于阈值的时间超过设定时间，则判定欠压故障越限，立刻存储故障数据和事件类型，禁止此次越限再次存储事件，否则三相相电压低于阈值的时间超过设定时间时，则判定为不越限，激活事件存储功能，为下次故障越限的实时采集做好准备；
所述向下越限故障包括：欠压，失压和失流故障；以过压故障判断为例，当三相相电压大于阈值时，大于阈值的时间超过设定时间，则判定为过压越限，并立刻存储故障数据和事件类型，禁止此次越限再次存储事件，否则低于阈值的时间超过设定时间，则判定为不越限，激活事件存储功能，为下次越限的实时采集做好准备；
除停电事件系统会第一时间主动上报上行设备系统(TTU)，其他所有故障事件，低压故障诊断设备需等待上级系统的抄读指令，方可上报故障事件；
停电故障与主动上报的区别：当设备三相相电压同时发生失压故障时，判定为系统发生停电故障，低压故障诊断设备立即主动将故障上报给上行设备。非同时发生失压，超过设定时间，则判定为供电正常。
进一步地，所述步骤S2包括：在采样周期内实时密集采样的数据信息，通过公式、表格、图形、数值各种故障诊断展现形式进行有效的统计，对统计后的数据信息进行的可视化输出，形成数据阶段趋势图，达到安全数据项、警告数据项和报警数据项同时显示在可视化平台上；当监控点内的数据信息超出阈值时，先进行警告过滤、警告转移、警告提示、警告查询、警告统计相关处理，并将警告信息及时、正确的存储到FLASH中，完成故障诊断信息的存储功能。
进一步地，所述步骤S4包括：在采样周期内，当所处低压配电网用户侧400V分路出现故障诊断信息时，为了确定故障所处用户侧具体层级；TTU从顶端向末端注入信号，分别获取A|B|C三相的相电流波形；A相发生畸变的波形，即可确定该电流互感器下的设备为本台区设备，否则不属于该台区，依此来确定台区判断；通过层次遍历算法的搜索实现用户侧表箱所处层级，依此完成台区的层级判定，达到准确的故障监控点定位功能。
进一步地，采集数据通过全波傅氏算法进行分析，全波傅氏算法公式为：
R＝(2/N)E{S(k)*sin(2*PI*k/N)}
I＝(2/N)E{S(k)*cos(2*PI*k/N)}
其中:E表示求和(k从0到N-1),S(k)为采样值,有效值＝sqrt[(R*R+I*I)/2],N为采样点数，为方便计算预定义系数表,为整型计算精度,系数先放大65536[1<<16]倍,后再缩小。
进一步地，其特征在于，所述台区包括：接收单元、台区识别控制单元和发送单元，所述接收单元，用于接收上行台区设备发送的台区识别控制信号，对于末端设备执行脉冲信号注入；所述台区识别控制单元，用于将所述台区识别控制信号中注入的脉冲信号，控制电力线和零线的通断，使电流信号的波形产生畸变，从而判断接收所述台区识别控制信号的载波节点与所述上行台区设备是否属于同一台区；所述发送单元，用于判断接收所述台区识别控制信号的载波节点与所述上行台区设备属于同一台区，则发送反馈信息至所述上行台区设备；否则，该节点与所述上行台区设备不属于同一台区，不作回应；所述反馈信息包括载波节点对应的设备号及相序号。
进一步地，在步骤S4中，TTU侧、LTU侧都需进行算法的处理，具体如下:
步骤一：TTU通过向下行设备注入信号而确定其下行所包含的台区设备；在采样周期内，TTU从顶端向末端注入信号，分别获取A|B|C三相的相电流波形；A相发生畸变的波形，即可确定该电流互感器下的设备为本台区设备，否则不属于该台区，依此来确定台区判断；
步骤二：TTU向台区识别控制单元的设备注入信号，确定相序；在采样周期内，TTU从顶端向末端注入信号，分别获取A|B|C三相的相电流波形；微控制处理器触发台区识别控制模块，被触发后的电流互感器将采集到的电流信号波形发生畸变，各相序注入信号后波形发生畸变的则确定为某一相序，依此来确定相序判断；
步骤三：形成LTU电流信号特征数据，层次遍历所有的台区设备，并排序；先将二叉树根节点入队，然后出队，访问该节点，如果有左子树，则将左子树根节点入队；如果有右子树，则将右子树根节点入队。然后出队，对出队节点访问，如此循环直到队列为空。依此来确定层次判断。
进一步地，所述动态电能计量监测模块的计量过程是通过以50HZ交流电为标准，首先检测芯片一个周期提供128个点的瞬时值，采样频率为6.4HZ；其次根据倒位序算法，将数字的各个尾反过来排序后得到的动态电能计量监测数字后的顺序，生成的新的顺序就是排序后的结果；最后因进行分析的数据只有实数，我们需将虚数数组全部赋值为0；倒位序算法的蝶形公式如下：
蝶形公式：
X(K)＝X’(K)+X’(K+B)W PN,
X(K+B)＝X’(K)-X’(K+B)W PN
其中W PN＝cos(2πP/N)-jsin(2πP/N)。
设X(K+B)＝XR(K+B)+jXI(K+B),
X(K)＝XR(K)+jXI(K),
有:
XR(K)+jXI(K)＝XR’(K)+jXI’(K)+[XR’(K+B)+jXI’(K+B)]*[cos(2πP/N)-jsin(2πP/N)]；
继续分解得到下列两式:
XR(K)＝ XR’ (K)+ XR’ (K+B) cos(2πP/N)+ XI’ (K+B) sin (2πP/N) (1)
XI(K)＝ XI’ (K)-XR’ (K+B) sin(2πP/N)+XI’ (K+B)cos (2πP/N) (2)
XR(K)、XR’(K)的存储位置相同,所以经过(1)、(2)后，该位置上的值已经改变，而下面求X(K+B)要用到X’(K)，因此在程序设计时要注意保存XR’(K)和XI’(K)到TR和TI两个临时变量中；
同理:XR(K+B)+jXI(K+B)＝XR’(K)+jXI’(K)-[XR’(K+B)+jXI’(K+B)]*[cos(2πP/N)-jsin(2πP/N)]继续分解得到下列两式:
XR(K+B)＝ XR’ (K)-XR’ (K+B) cos(2πP/N)- XI’ (K+B) sin (2πP/N) (3)
XI(K+B)＝ XI’ (K)+ XR’ (K+B) sin(2πP/N)- XI’ (K+B) cos (2πP/N) (4)
进一步地，所述功能配置模块包括切换规约配置、运行参数配置、远程升级程序和程序文件配置，通过串口通信模块接收的配置信息，对串口通信模块、智能三相全参数采集接口模块、故障分析诊断模块、动态电能计量监测模块进行参数和定值配置；通信配置包含对串口通信模块的串口参数以及通讯规约等进行配置，实现与上行台区设备间的通信配置；功能配置模块能通过串口通信模块与上行台区设备通讯，进行相应运行参数的查阅和修改。
一种户外的智能低压故障诊断装置，包含智能三相全参数采集接口模块、微控制处理器、故障分析诊断模块、动态电能计量监测模块、功能配置模块、通信网络模块、数据存储模块、加密模块；微控制处理器与智能三相全参数采集接口模块连接，微控制处理器将采集到的数据，通过RS-485、载波通信单元和微功率三者之一与台区智能设备通信。
智能三相全参数采集接口模块包含可插拔端子、相电压采集接口、户外开合式相电流采集接口，智能三相全参数采集接口模块设置有温度采集接口。
电压互感器与三相交流电源UA、UB、UC连接，用于交流ABC三相模拟量采集，电流互感器设置在进线开关与主回路线缆之间的线路上，并通过刺针螺栓将刺针穿进线缆。电压采样电路输出端与微控制处理器连接用于将电压信号转换处理成微控制处理器可识别的信号，电流采样电路分别与电流互感器和微控制处理器连接用于将电流信号转换处理成微控制处理器可识别的信号。
台区识别模块，包括接收单元，用于接收上行台区设备发送的台区识别控制信号，对于末端设备执行脉冲信号注入；台区识别控制单元，用于将所述台区识别控制信号中注入的脉冲信号，控制电力线和零线的通断，使电流信号的波形产生畸变，从而判断接收所述台区识别控制信号的载波节点与所述上行台区设备是否属于同一台区；发送单元，用于判断接收所述台区识别控制信号的载波节点与所述上行台区设备属于同一台区，则发送反馈信息至所述上行台区设备；否则，该节点与所述上行台区设备不属于同一台区，不作回应；所述反馈信息包括载波节点对应的设备号及相序号。
微控制处理器还包含通信接口，通信接口与微控制处理器连接，通信接口采用RS-485通信作用是切换规约种类、设置运行参数、程序文件升级，主要做维护工具。
微控制处理器还包含LED指示灯，LED指示灯与微控制处理器连接用于运行状态与警告的显示。
所述载波通信模块通过串口与微控制处理器进行通信，发送设备的运行状态信息给微控制处理器。
电压采样电路、电流采样电路和温度采样电路分别采集低压线缆的电压信号、电流信号和温度信号，将这些信号转换处理成微控制处理器可识别的信号传输给微控制处理器。
微控制处理器对采样电路的信号进行计算和故障诊断，分别计算出三相过压、欠压、缺相、停复电、三相过流、三相过载、短路故障、线缆温度等事件数据。
微控制处理器通过电压采样电路实现对低压故障诊断装置运行电压及电压谐波的监测，当低压故障诊断装置运行电压或谐波超过设定保护值时，微控制处理器利用载波、RS-485和微功率无线三者之一的通信方式，将故障信息上传到台区智能设备。
微控制处理器通过电流采样电路实现对低压故障诊断装置运行电流及谐波的监测，当低压故障诊断装置运行电流或电流谐波超过设定保护值时，微控制处理器利用载波、RS-485和微功率无线三者之一的通信方式将故障信息上传到台区智能设备。
微控制处理器通过温度采样电路实现对低压线缆的温度监测，当低压故障诊断装置检测线缆温度超过设定保护值时，微控制处理器利用载波、RS-485和微功率无线三者之一的通信方式将故障信息上传到台区智能设备。
微控制处理器通过数据存储模块对诊断故障进行存储，实现对低压故障诊断装置的故障存储功能。
微控制处理器通过加密模块对装置进行软件和数据等防窃取保护，加密芯片为了防止未经授权访问或拷贝芯片内程序；防止未经授权使用非正常手段窃取通信数据，将产品的程序或数据完全复制，实现对低压故障诊断装置的加密保护功能。
本发明与现有技术相比具有以下优点：能够实现一级JP柜、二级漏报箱、三级户表箱等多级故障诊断，具备台区识别功能，极大地保障了低压配电网用户侧400V分路运行状态的监测；可实时采集数据、台区识别、故障及时诊断、数据通信传输、故障报警存储、系统远程升级、线缆温度预警，加密防窃取等功能；低压设备维护人员可通过主站随时了解低压设备线路的运行情况，无需到现场采用操作做设备进行检测，极大的减轻了低压设备维护人员的维护工作量；对于出现故障的设备线路，根据台区识别功能，低压设备维护人员可通过主站上位机及时发现，精准判断故障点的所在层级；以避免因检测不及时导致损耗增大和设备损坏，严重影响电力系统的稳定性。智能低压故障诊断装置由于内置载波通信模块和RS-485通信总线，在后台服务器可通过网络实现对智能低压故障诊断装置的程序的更新、功能升级，以减少现场调试人员的工作量。
附图说明
图1为本发明的户外壳体上盖剖面图。；
图2为本发明的插拔式端子模块剖面图；
图3为本发明传感器本体轴测图；
图4为本发明的功能结构图；
图5为本发明的识别系统示意图；
图6为蝶形图；
具体实施方式
下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：
需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
一种户外的智能故障诊方法，包括智能三相全参数采集接口模块、微控制处理器、故障分析诊断模块、动态电能计量监测模块、功能配置模块、通信网络模块、数据存储模块和加密模块，所述微控制处理器与所述智能三相全参数采集接口模块、所述故障分析诊断模块、所述动态电能计量监测模块、所述功能配置模块、所述通信网络模块、所述数据存储模块和所述加密模块电连接，所述微控制处理器通过所述通信网络模块与台区智能设备连接，所述网络模块包括载波、RS-485和微功率无线；其处理步骤是：
S1：数据采集及标准化，微控制处理器将智能三相全参数采集接口模块采集到实时数据的模拟量通过AD转化，将各种信号转化为微控制处理器能够识别的信号方式；
S2：数据分析及保存，通过采集到的数据，故障分析诊断模块将诊断出的故障类型和数据传递给微控制处理器模块，微控制处理器针对三相过压、欠压、缺相、停复电、三相过流、三相过载、短路故障等事件作为判断依据，并将诊断故障通过数据存储模块保存诊断数据；
S3：数据传输，通过载波、RS-485和微功率无线三者之一的通信方式将故障信息上传到台区智能设备；
S4：台区判断，通过一个周期内对应电流信号波形畸变来判断TTU、LTU是否在相同台区。
具体而言，所述步骤S2包括：所述故障分析诊断模块首先从嵌入的文件系统中提取完整的参数列表，作为故障判别依据，其主要包括故障判别限值及判别延时时间，然后通过采集的三相低压线路电压、电流、剩余电流和温度等数据，根据配电网故障特性进行分路故障的检测分析以及运行工况的综合识别诊断，其方法是对正弦信号进行实时密集采样；将采集数据通过全波傅氏算法进行分析，将运算后的相电路瞬时有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、相角值等，作为故障判断依据；并通过上层逻辑判断算法进行分析判断。
具体而言，所述上层逻辑判断算法包括向上越限故障和向下故障越限，所述向上越限故障包括：过压，短路，过流，过载和剩余电流过流故障；以过压故障判断为例，当三相相电压大于阈值时，大于阈值的时间超过设定时间，则判定欠压故障越限，立刻存储故障数据和事件类型，禁止此次越限再次存储事件，否则三相相电压低于阈值的时间超过设定时间时，则判定为不越限，激活事件存储功能，为下次越限的到来做好准备；
所述向下越限故障包括：欠压，失压和失流故障；以过压故障判断为例，当三相相电压大于阈值时，大于阈值的时间超过设定时间，则判定为过压越限，并立刻存储故障数据和事件类型，禁止此次越限再次存储事件，否则低于阈值的时间超过设定时间，则判定为不越限，激活事件存储功能，为下次越限的到来做好准备；
除停电事件系统会第一时间主动上报上层系统(TTU)，其他所有故障事件，低压故障诊断设备需等待上级系统的抄读指令，方可上报故障事件；
停电故障与主动上报的区别：当设备三相相电压同时发生失压故障时，判定为系统发生停电故障，低压故障诊断设备立即主动将故障上报给上一级系统。非同时发生失压，超过设定时间，则判定为供电正常。
具体而言，所述步骤S2包括：在采样周期内实时密集采样的数据信息，通过公式、表格、图形、数值各种故障诊断展现形式进行有效的统计，对统计后的数据信息进行的可视化输出，形成数据阶段趋势图，达到安全数据项、警告数据项和报警数据项同时显示在可视化平台上；当监控点内的数据信息超出阈值时，先进行警告过滤、警告转移、警告提示、警告查询、警告统计相关处理，并将警告信息及时、正确的存储到FLASH中，完成故障诊断信息的存储功能。
具体而言，所述步骤S4包括：在采样周期内，当所处低压配电网用户侧400V分路出现故障诊断信息时，为了确定故障所处用户侧具体层级；TTU从顶端向末端注入信号，分别获取A|B|C三相的相电流波形；A相发生畸变的波形，即可确定该电流互感器下的设备为本台区设备，否则不属于该台区，依此来确定台区判断；通过层次遍历算法的搜索实现用户侧表箱所处层级，依此完成台区的层级判定，达到准确的故障监控点定位功能。
具体而言，采集数据通过全波傅氏算法进行分析，全波傅氏算法公式为：
R＝(2/N)E{S(k)*sin(2*PI*k/N)}
I＝(2/N)E{S(k)*cos(2*PI*k/N)}
其中:E表示求和(k从0到N-1),S(k)为采样值,有效值＝sqrt[(R*R+I*I)/2],N为采样点数，为方便计算预定义系数表,为整型计算精度,系数先放大65536[1<<16]倍,
后再缩小。
具体而言，其特征在于，所述台区包括：接收单元、台区识别控制单元和发送单元，所述接收单元，用于接收上行台区设备发送的台区识别控制信号，对于末端设备执行脉冲信号注入；所述台区识别控制单元，用于将所述台区识别控制信号中注入的脉冲信号，控制电力线和零线的通断，使电流信号的波形产生畸变，从而判断接收所述台区识别控制信号的载波节点与所述上行台区设备是否属于同一台区；所述发送单元，用于判断接收所述台区识别控制信号的载波节点与所述上行台区设备属于同一台区，则发送反馈信息至所述上行台区设备；否则，该节点与所述上行台区设备不属于同一台区，不作回应；所述反馈信息包括载波节点对应的设备号及相序号。
具体而言，在步骤S4中，TTU侧、LTU侧都需进行算法的处理，具体如下:
步骤一：TTU通过向下行设备注入信号而确定其下行所包含的台区设备；在采样周期内，TTU从顶端向末端注入信号，分别获取A|B|C三相的相电流波形；A相发生畸变的波形，即可确定该电流互感器下的设备为本台区设备，否则不属于该台区，依此来确定台区判断；
步骤二：TTU向台区识别控制单元的设备注入信号，确定相序；在采样周期内，TTU从顶端向末端注入信号，分别获取A|B|C三相的相电流波形；微控制处理器触发台区识别控制模块，被触发后的电流互感器将采集到的电流信号波形发生畸变，各相序注入信号后波形发生畸变的则确定为某一相序，依此来确定相序判断；
步骤三：形成LTU电流信号特征数据，层次遍历所有的台区设备，并排序；先将二叉树根节点入队，然后出队，访问该节点，如果有左子树，则将左子树根节点入队；如果有右子树，则将右子树根节点入队。然后出队，对出队节点访问，如此循环直到队列为空。依此来确定层次判断。
具体而言，所述动态电能计量监测模块的计量过程是通过以50HZ交流电为标准，首先检测芯片一个周期提供128个点的瞬时值，采样频率为6.4HZ；其次根据倒位序算法，将数字的各个尾反过来排序后得到的动态电能计量监测数字后的顺序，生成的新的顺序就是排序后的结果；最后因进行分析的数据只有实数，我们需将虚数数组全部赋值为0；倒位序算法的蝶形公式如下：
蝶形公式：
X(K)＝X’(K)+X’(K+B)W PN,
X(K+B)＝X’(K)-X’(K+B)W PN
其中W PN＝cos(2πP/N)-jsin(2πP/N)。
设X(K+B)＝XR(K+B)+jXI(K+B),
X(K)＝XR(K)+jXI(K),
有:
XR(K)+jXI(K)＝XR’(K)+jXI’(K)+[XR’(K+B)+jXI’(K+B)]*[cos(2πP/N)-jsin(2πP/N)]；
继续分解得到下列两式:
XR(K)＝ XR’ (K)+ XR’ (K+B) cos(2πP/N)+ XI’ (K+B) sin (2πP/N) (1)
XI(K)＝ XI’ (K)-XR’ (K+B) sin(2πP/N)+XI’ (K+B)cos (2πP/N) (2)
XR(K)、XR’(K)的存储位置相同,所以经过(1)、(2)后，该位置上的值已经改变，而下面求X(K+B)要用到X’(K)，因此在程序设计时要注意保存XR’(K)和XI’(K)到TR和TI两个临时变量中；
同理:XR(K+B)+jXI(K+B)＝XR’(K)+jXI’(K)-[XR’(K+B)+jXI’(K+B)]*[cos(2πP/N)-jsin(2πP/N)]继续分解得到下列两式:
XR(K+B)＝ XR’ (K)-XR’ (K+B) cos(2πP/N)- XI’ (K+B) sin (2πP/N) (3)
XI(K+B)＝ XI’ (K)+ XR’ (K+B) sin(2πP/N)- XI’ (K+B) cos (2πP/N) (4)
具体而言，所述功能配置模块包括切换规约配置、运行参数配置、远程升级程序和程序文件配置，通过串口通信模块接收的配置信息，对串口通信模块、智能三相全参数采集接口模块、故障分析诊断模块、动态电能计量监测模块进行参数和定值配置；通信配置包含对串口通信模块的串口参数以及通讯规约等进行配置，实现与上行台区设备间的通信配置；功能配置模块能通过串口通信模块与上行台区设备通讯，进行相应运行参数的查阅和修改。
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
本发明针对低压配电网用户侧400V分路运行状态监测薄弱，无法满足运行检修以及故障快速定位处理等要求的技术问题，提供了一种可实现用户侧400V分路电量信息采集监测、停电及分路故障精准判断，软件加密防护，从而实现了用户侧400V设备运行状态的监控，提升了运维效率，为实现用户侧故障抢修、提升电能质量奠基了憨实的基础，将用户侧低压配网故障导致用户的影响进一步降低。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图4所示，本发明是一种户外的智能低压故障诊断方法，包括：智能三相全参数采集接口模块、台区识别控制模块、微控制处理器、故障分析诊断模块、动态电能计量监测模块、功能配置模块、通信网络模块、数据存储模块、加密模块。
智能三相全参数采集接口模块包含相电压采集接口、相电流采集接口、温度采集接口，实现三相过压、欠压、缺相、停复电、三相过流、三相过载、短路故障等事件综合采集，相电压采集接口接入电压测量回路实现电压采集。相电流采集接口由电流互感器(Currenttransformer，CT)和高精度测量CT组成，保护CT实现相保护电流的采集，为故障分析诊断模块提供判据，测量CT实现电流的高精度采集，从而保证分路负荷监测的精度。温度采集接口包含温度传感器，实现线缆的温度采集。
附全波傅氏算法公式:
R＝(2/N)E{S(k)*sin(2*PI*k/N)}
I＝(2/N)E{S(k)*cos(2*PI*k/N)}
其中:E表示求和(k从0到N-1),S(k)为采样值,有效值＝sqrt[(R*R+I*I)/2],N为采样点数；
为方便计算预定义系数表,为整型计算精度,系数先放大65536[1<<16]倍,后再缩小。
通过智能三相全参数采集接口的采集接口获取采集的三相低压线路电压、电流、剩余电流和温度等数据。并进行实时的故障判断；首先从嵌入的文件系统中提取完整的参数列表，作为故障判别依据。其主要包括故障判别限值及判别延时时间。
软件具备对每相电路的多达若干种故障(短路，过流，过载，过压，欠压，失压，停复电，反相，断相等)及三相电路综合类故障进行独立的状态监测，当出现任意一种低压故障时，本装置立刻存储故障信息、故障类型、故障时刻和故障相别等诊断信息。所有故障信息可通过RS-485总线、载波模块和微功率无线等三者之一提供实时故障信息查询。
本实施例的台区识别控制的方式是：智能低压故障诊断装置的负载电力线与零线之间通断的过程中，能够导致波形畸变。因此，通过一个周期内对应电流信号波形畸变来判断TTU、LTU是否在相同台区。TTU侧、LTU侧都需进行算法的处理，具体如下：
【TTU侧处理】
步骤一：TTU通过向下行设备注入信号而确定其下行所包含的台区设备；
步骤二：TTU向台区识别控制单元的设备注入信号，确定相序；
步骤三：层次遍历所有的台区设备，并排序。
【LTU侧处理】LTU:(Line Termination Unit线路终端设备)
在采样周期内，TTU从顶端向末端注入信号，分别获取A|B|C三相的相电流波形；
A相发生畸变的波形，即可确定该电流互感器下的设备为本台区设备，否则不属于该台区，依此来确定台区判断。
在采样周期内，TTU从顶端向末端注入信号，分别获取A|B|C三相的相电流波形；
微控制处理器触发台区识别控制模块，被触发后的电流互感器将采集到的电流信号波形发生畸变，各相序注入信号后波形发生畸变的则确定为某一相序，依此来确定相序判断。
形成LTU电流信号特征数据：遍历所有的层次设备。
我们可以借助一个队列来实现的层次遍历；思路如下：先将二叉树根节点入队，然后出队，访问该节点，如果有左子树，则将左子树根节点入队；如果有右子树，则将右子树根节点入队，然后出队，对出队节点访问，如此循环直到队列为空，依此来确定层次判断。
动态电能计量监测模块的计量过程是通过以50HZ交流电为例，首先，检测芯片一个周期提供128个点的瞬时值，采样频率为6.4HZ；其次，根据倒位序算法，将数字的各个尾反过来排序后得到的动态电能计量监测数字后的顺序，生成的新的顺序就是排序后的结果。最后，因进行分析的数据只有实数，我们需将虚数数组全部赋值为0，蝶形图如图6。
蝶形公式：
X(K)＝X’(K)+X’(K+B)W PN,
X(K+B)＝X’(K)-X’(K+B)W PN
其中W PN＝cos(2πP/N)-jsin(2πP/N)。
设X(K+B)＝XR(K+B)+jXI(K+B),
X(K)＝XR(K)+jXI(K),
有:
XR(K)+jXI(K)＝XR’(K)+jXI’(K)+[XR’(K+B)+jXI’(K+B)]*[cos(2πP/N)-jsin(2πP/N)]；
继续分解得到下列两式:
XR(K)＝ XR’ (K)+ XR’ (K+B) cos(2πP/N)+ XI’ (K+B) sin (2πP/N) (1)
XI(K)＝ XI’ (K)-XR’ (K+B) sin(2πP/N)+XI’ (K+B)cos (2πP/N) (2)
需要注意的是:XR(K)、XR’(K)的存储位置相同,所以经过(1)、(2)后，该位置上的值已经改变，而下面求X(K+B)要用到X’(K)，因此在程序设计时要注意保存XR’(K)和XI’(K)到TR和TI两个临时变量中。
同理:XR(K+B)+jXI(K+B)＝XR’(K)+jXI’(K)-[XR’(K+B)+jXI’(K+B)]*[cos(2πP/N)-jsin(2πP/N)]继续分解得到下列两式:
XR(K+B)＝ XR’ (K)-XR’ (K+B) cos(2πP/N)- XI’ (K+B) sin (2πP/N) (3)
XI(K+B)＝ XI’ (K)+ XR’ (K+B) sin(2πP/N)- XI’ (K+B) cos (2πP/N) (4)
功能配置模块包含切换规约配置、运行参数配置、远程升级程序和程序文件配置，通过串口通信模块接收的配置信息，对串口通信模块、智能三相全参数采集接口模块、故障分析诊断模块、动态电能计量监测模块进行参数和定值配置；通信配置包含对串口通信模块的串口参数以及通讯规约等进行配置，实现与上行台区设备间的通信配置。功能配置模块能通过串口通信模块与上行台区设备通讯，进行相应运行参数的查阅和修改。
通信网络模块通过独立的RS-485串口、载波通信、微功率无线三者之一与上行智能设备采用标准规约进行信息交互，实现与其关联的故障分析诊断模块、动态电能计量监测模块的功能配置参数的读写/整定设置、遥信/遥测数据的上传，实现复归/重启等控制命令的接收执行；通信接口与相电压输入、工作电源等电气隔离，支持Modbus通讯协议，并具备扩展多种通信协议的功能。
本发明针对户外环境下400V低压配电网用户侧故障诊断和判定等薄弱环节，无法满足运行检修以及故障快速诊断处理等要求的技术问题，提出了一种户外的智能低压故障诊断方法。可实时采集数据、故障及时诊断、数据通信传输、故障报警存储、系统远程升级、线缆温度预警等功能；通过RS-485串口、载波通信、微功率无线三者之一与上行台区设备通过标准规约进行信息交互，极大地提高了电力系统故障诊断的实时性、准确性和稳定性，减少了维护工作人员的工作量；为实现用户侧故障及时抢修、提升电能质量奠基了憨实的基础，本发明结构优化度高、安装简易、灵活小巧，能够满足户外低压故障设备的恶劣工作环境。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种户外的智能低压故障诊断方法，其特征在于，包括智能三相全参数采集接口模块、微控制处理器、故障分析诊断模块、动态电能计量监测模块、功能配置模块、通信网络模块、数据存储模块和加密模块，所述微控制处理器与所述智能三相全参数采集接口模块、所述故障分析诊断模块、所述动态电能计量监测模块、所述功能配置模块、所述通信网络模块、所述数据存储模块和所述加密模块电连接，所述微控制处理器通过所述通信网络模块与台区智能设备连接，所述网络模块包括载波、RS-485和微功率无线；其处理步骤是：
S1：数据采集及标准化，微控制处理器将智能三相全参数采集接口模块采集到实时数据的模拟量通过AD转化，将各种信号转化为微控制处理器能够识别的信号方式；
S2：数据分析及保存，通过采集到的数据，故障分析诊断模块将诊断出的故障类型和数据传递给微控制处理器模块，微控制处理器针对三相过压、欠压、缺相、停复电、三相过流、三相过载、短路故障等事件作为判断依据，并将诊断故障通过数据存储模块保存诊断数据；
S3：数据传输，通过载波、RS-485和微功率无线三者之一的通信方式将故障信息上传到台区智能设备；
S4：台区判断，通过一个周期内对应电流信号波形畸变来判断TTU、LTU是否在相同台区。
2.根据权利要求1所述的户外的智能低压故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S2包括：所述故障分析诊断模块首先从嵌入的文件系统中提取完整的参数列表，作为故障判别依据，其主要包括故障判别限值及判别延时时间，然后通过采集的三相低压线路电压、电流、剩余电流和温度等数据，根据配电网故障特性进行分路故障的检测分析以及运行工况的综合识别诊断，其方法是对正弦信号进行实时密集采样；将采集数据通过全波傅氏算法进行分析，将运算后的相电路瞬时有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、相角值等，作为故障判断依据；并通过上层逻辑判断算法进行分析判断。
3.根据权利要求2所述的户外的智能低压故障诊断方法，其特征在于，所述上层逻辑判断算法包括向上越限故障和向下故障越限，所述向上越限故障包括：过压，短路，过流，过载和剩余电流过流故障；以过压故障判断为例，当三相相电压大于阈值时，大于阈值的时间超过设定时间，则判定欠压故障越限，立刻存储故障数据和事件类型，禁止此次越限再次存储事件，否则三相相电压低于阈值的时间超过设定时间时，则判定为不越限，激活事件存储功能，为下次越限的到来做好准备；
所述向下越限故障包括：欠压，失压和失流故障；以过压故障判断为例，当三相相电压大于阈值时，大于阈值的时间超过设定时间，则判定为过压越限，并立刻存储故障数据和事件类型，禁止此次越限再次存储事件，否则低于阈值的时间超过设定时间，则判定为不越限，激活事件存储功能，为下次越限的到来做好准备；
除停电事件系统会第一时间主动上报上层系统TTU(distribution Transformersupervisory Terminal Unit；配电变压器监测终端)，其他所有故障事件，低压故障诊断设备需等待上级系统的抄读指令，方可上报故障事件；
停电故障与主动上报的区别：当设备三相相电压同时发生失压故障时，判定为系统发生停电故障，低压故障诊断设备立即主动将故障上报给上一级系统。非同时发生失压，超过设定时间，则判定为供电正常。
4.根据权利要求1或者2的户外的智能低压故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S2包括：在采样周期内实时密集采样的数据信息，通过公式、表格、图形、数值各种故障诊断展现形式进行有效的统计，对统计后的数据信息进行的可视化输出，形成数据阶段趋势图，达到安全数据项、警告数据项和报警数据项同时显示在可视化平台上；当监控点内的数据信息超出阈值时，先进行警告过滤、警告转移、警告提示、警告查询、警告统计等相关处理，并将警告信息及时、正确的存储到FLASH中，完成故障诊断信息的存储功能。
5.根据权利要求1的户外的智能低压故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S4包括：在采样周期内，当所处低压配电网用户侧400V分路出现故障诊断信息时，为了确定故障所处用户侧具体层级；TTU从顶端向末端注入信号，分别获取A|B|C三相的相电流波形；A相发生畸变的波形，即可确定该电流互感器下的设备为本台区设备，否则不属于该台区，依此来确定台区判断；通过层次遍历算法的搜索实现用户侧表箱所处层级，依此完成台区的层级判定，达到准确的故障监控点定位功能。
6.根据权利要求2的户外的智能故障诊方法，其特征在于，采集数据通过全波傅氏算法进行分析，全波傅氏算法公式为：
R＝(2/N)E{S(k)*sin(2*PI*k/N)}
I＝(2/N)E{S(k)*cos(2*PI*k/N)}
其中:E表示求和(k从0到N-1),S(k)为采样值,有效值＝sqrt[(R*R+I*I)/2],N为采样点数，为方便计算预定义系数表,为整型计算精度,系数先放大65536[1<<16]倍,后再缩小。
7.根据权利要求1的户外的智能低压故障诊断方法，其特征在于，所述台区包括：接收单元、台区识别控制单元和发送单元，所述接收单元，用于接收上行台区设备发送的台区识别控制信号，对于末端设备执行脉冲信号注入；所述台区识别控制单元，用于将所述台区识别控制信号中注入的脉冲信号，控制电力线和零线的通断，使电流信号的波形产生畸变，从而判断接收所述台区识别控制信号的载波节点与所述上行台区设备是否属于同一台区；所述发送单元，用于判断接收所述台区识别控制信号的载波节点与所述上行台区设备属于同一台区，则发送反馈信息至所述上行台区设备；否则，该节点与所述上行台区设备不属于同一台区，不作回应；所述反馈信息包括载波节点对应的设备号及相序号。
8.根据权利要求1的户外的智能低压故障诊断方法，其特征在于，在步骤S4中，TTU侧、LTU侧都需进行算法的处理，具体如下：
步骤一：TTU通过向下行设备注入信号而确定其下行所包含的台区设备；在采样周期内，TTU从顶端向末端注入信号，分别获取A|B|C三相的相电流波形；A相发生畸变的波形，即可确定该电流互感器下的设备为本台区设备，否则不属于该台区，依此来确定台区判断；
步骤二：TTU向台区识别控制单元的设备注入信号，确定相序；在采样周期内，TTU从顶端向末端注入信号，分别获取A|B|C三相的相电流波形；微控制处理器触发台区识别控制模块，被触发后的电流互感器将采集到的电流信号波形发生畸变，各相序注入信号后波形发生畸变的则确定为某一相序，依此来确定相序判断；
步骤三：形成LTU电流信号特征数据，层次遍历所有的台区设备，并排序；先将二叉树根节点入队，然后出队，访问该节点，如果有左子树，则将左子树根节点入队；如果有右子树，则将右子树根节点入队，然后出队，对出队节点访问，如此循环直到队列为空，依此来确定层次判断。
9.根据权利要求1的户外的智能低压故障诊断方法，其特征在于，所述动态电能计量监测模块的计量过程是通过以50HZ交流电为标准，首先检测芯片一个周期提供128个点的瞬时值，采样频率为6.4HZ；其次根据倒位序算法，将数字的各个尾反过来排序后得到的动态电能计量监测数字后的顺序，生成的新的顺序就是排序后的结果；最后因进行分析的数据只有实数，我们需将虚数数组全部赋值为0；倒位序算法的蝶形公式如下：
蝶形公式：
X(K)＝X’(K)+X’(K+B)W PN,
X(K+B)＝X’(K)-X’(K+B)W PN
其中W PN＝cos(2πP/N)-jsin(2πP/N)。
设X(K+B)＝XR(K+B)+jXI(K+B),
X(K)＝XR(K)+jXI(K),
有:
XR(K)+jXI(K)＝XR’(K)+jXI’(K)+[XR’(K+B)+jXI’(K+B)]*[cos(2πP/N)-jsin(2πP/N)]；
继续分解得到下列两式:
XR(K)＝XR’(K)+XR’(K+B)cos(2πP/N)+XI’(K+B)sin(2πP/N) (1)
XI(K)＝XI’(K)-XR’(K+B)sin(2πP/N)+XI’(K+B)cos(2πP/N) (2)
XR(K)、XR’(K)的存储位置相同,所以经过(1)、(2)后，该位置上的值已经改变，而下面求X(K+B)要用到X’(K)，因此在程序设计时要注意保存XR’(K)和XI’(K)到TR和TI两个临时变量中。
同理:XR(K+B)+jXI(K+B)＝XR’(K)+jXI’(K)-[XR’(K+B)+jXI’(K+B)]*[cos(2πP/N)-jsin(2πP/N)]继续分解得到下列两式:
XR(K+B)＝XR’(K)-XR’(K+B)cos(2πP/N)-XI’(K+B)sin(2πP/N) (3)
XI(K+B)＝XI’(K)+XR’(K+B)sin(2πP/N)-XI’(K+B)cos(2πP/N) (4)
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