CN110865237A - 基于电压时间序列的配电台区户表相位关系校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于电压时间序列的配电台区户表相位关系校验方法，对配电台区总表、用户电表一个电压数据所对应的电气参数进行动态时间调整，分别构建三相电压基础曲线和三相用户电表曲线，将三相电压基础曲线和三相用户电表曲线分析比较，判断三相电压基础曲线和三相用户电表曲线的曲线向量相似度是否大于90%并对曲线向量相似度大于90%的生成三相用户相位关系矩阵。本发明的有益效果是：本发明有效的解决了低压载波识别用户电表相位不准确的问题，有效的实现了多表的电气时间序列进行比对的问题。

Description

基于电压时间序列的配电台区户表相位关系校验方法

技术领域

本发明涉及户表相位关系校验技术领域，具体的说，是基于电压时间序列的配电台区户表相位关系校验方法。

背景技术

术语解释：

动态时间规整：配电台区采集集中器通过载波轮询方式采集用户电表的电气参数；在数据采集的过程中，一是采用轮询方式即对电表一问一答的方式，采集每个电表的时间点不一致，因此就需要对原始的多个电表的电压时间序列进行规整,即对时间序列进行延伸和缩短,提取两个时间序列的相似性,从而对电表的电压相关性进行识别。

配电台区：配电台区是指(一台)变压器的供电范围或区域。

低压电力载波：低压电力线宽带载波(Low voltage broadband power linecarrier communication--LVPLC)通信是利用低压电力配电线(380/220V用户线)作为信息传输媒介进行数据传输的一种特殊通信方式。该技术是把载有信息的高频信号加载于电流，然后通过低压电力配电线(380/220V用户线)传输，采集集中器的调制解调装置将高频信号从电流中分离出来，得到数据信息，该技术在不需要重新布线的基础上，在现有电线上实现数据传输。

电表相位关系校：通过动态时间规整，得到配电台区总表和户表的电压时间序列，通过匹配总表的三相相位与用户电表的单相相位电压时间序列向量的相似度，来校验用户电表的相位关系是否准确。

我国的工频三相电力供电系统，三相的相位差是120度，在时间上三相交流电信号的正向过零点(或反向过零点)相差6.67ms。可通过采集集中器发送相位识别命令完成相位识别完成相位识别。首先，采集集中器发送的相位识别帧中携带帧发送时刻与对应相过零时刻的时间差信息；其次，户表在接收到相位识别帧时，首先计算帧同步时刻与过零时刻的时间差，再使用此时间差和帧信息中的时间差计算出本地过零时刻与对应相过零时刻的时间差，通过时间差值可判别本地所在相位。组后，户表向集中器注册相位信息，以获得户相关系。

通过向低压电力线载波发送识别信号的方法进行用户电表相位关系识别的方法存在距离识别信号发送装置较远的用户电表由于信号衰减大，识别成功率低；我国存在一个配电室内多台配电变压器共用零线母排的情况，或者街道边的多个配电变压器共用零线的情况，集中器的识别信号耦合到其它配电台区内，出现跨配电台区串扰问题，另外，在配电台区的电缆内，相位识别信号会跨相耦合，造成识别信号跨相耦合问题，识别成功率低。

在传统的方法中，采集集中器在对低压电表进行数据采集时，采用轮询方式，即对电表一问一答的方式，当前一块电表数据采集完成后，才能采集下一块电表数据。另外，低压电力线载波组网过程是通过算法找出“逻辑拓扑结构的过程”，如果低压配电网中出现闪断、停电等情况，载波组网终端，会重新组网，集中器采集用户电表的顺序会发生变化；再次，配电台区内，使用的电表厂家、型号等均有区别，电表时钟供电电池电量不一致，时钟晶振出现时钟超差的情况；最后，电表的电气参数冻结精度不高，基于上述原因，不能实现总表与用户电表电气数据时间的一致性比对。

目前传统的低压电力线载波识别相位中，由于我国存在一个配电室内多台配电变压器共用零线母排的情况，或者街道边的多个配电变压器共用零线的情况，集中器的识别信号耦合到其它配电台区内，出现跨配电台区串扰问题，另外，在配电台区的电缆内，相位识别信号会跨相耦合，造成识别信号跨相耦合问题，综上低压电力线载波识别相位成功率低，本方法消除了时间序列偏差，电压幅值偏差的影响，形成了准确的用户电表相位关系。

发明内容

本发明的目的在于提供基于电压时间序列的配电台区户表相位关系校验方法，有效的解决了低压载波识别用户电表相位不准确的问题，有效的实现了多表的电气时间序列进行比对的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

基于电压时间序列的配电台区户表相位关系校验方法，其特征在于：对配电台区总表、用户电表一个电压数据所对应的电气参数进行动态时间调整，分别构建三相电压基础曲线和三相用户电表曲线，将三相电压基础曲线和三相用户电表曲线分析比较，判断三相电压基础曲线和三相用户电表曲线的曲线向量相似度是否大于90％并对曲线向量相似度大于90％的生成三相用户相位关系矩阵。

进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：

步骤S1：获得在一定时间段内的两个在时间轴上对应的时间序列曲线；

步骤S2：对配电台区内所有电表的电气参数进行动态时间规整；

步骤S3：按总表相位构建三相电压基础曲线和三相用户电表曲线；

步骤S4：对三相电压基础曲线和三相用户电表曲线分析比较；

步骤S5：判断三相电压基础曲线和三相用户电表曲线的曲线向量相似度是否小于90％；若小于90％，返回到步骤S4再次分析比较；

若大于或等于90％，获得动态时间规整后的最佳规整路径；执行步骤S6；

步骤S6：生成三相用户相位关系矩阵。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S1中具体是指：

输入配电台区内所有总表、户表的一天的电压数据，设定一定时间段内的两个在时间轴上对应的时间序列曲线：

x＝[x₁、x₂、x₃、…、x_n] (1)

y＝[y₁、y₂、y₃、…、y_n] (2)

其中：x代表总表的时间序列曲线；

y代表三相用户表的时间序列曲线。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S2具体包括以下步骤：

步骤S21：通过Pearson Correlation Coefficient得到总表规整前的电压序列

和三相用户表规整前的电压序列

上述公式中：

其中：

步骤S22：对步骤S21获得的总表规整前的时间序列曲线

和三相用户表规整前的时间序列曲线

通过在时间轴上缩放，寻找两条曲线之间的最佳匹配，构造距离矩阵d；

其中：d代表距离矩阵；

d_i，j为动态规整前的最佳路径；

步骤S23：通过动态时间调整算法，寻找一条通过上述距离矩阵中若干格点的路径，路径通过的格点即为两个序列进行计算的对齐的点；

动态路径D定义为如下：

D＝D₁，D₂，D₃，...，D_k；max(m，n)≤k≤m+n-1 (10)

其中：D_k取值距离矩阵中的元素；

步骤S24：设定规整路径的边界限制条件：

D₁＝d₁₁；D_k＝d_mn (11)。

步骤S25：设定规整路径的连续性和单调性限制；

设定D_n-1＝d_i，j，得到对于规整路径中的下一个点D_n取值；

D_n∈[d_i+1，j；d_i，j+1；d_i+1，j+1]。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S3具体是指：获得动态时间规整后的总表的时间序列曲线和动态时间规整后三相用户的时间序列曲：

x′＝[x₁、x₂、x₃、…、x_n] (6)

y′＝[y₁、y₂、y₃、…、y_m] (7)；

其中，x′为通过动态时间规整后的总表的时间序列曲线；

y′为通过动态时间规整后的三相用户表的时间序列曲线；

m为规整后表的数量。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S5中获得最佳规整路径具体是指：

其中，DTW(x,y)代表最佳规整路径。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明通过动态时间规则，能消除用户电表采集时序不一致带来的电压曲线不能比较的问题；

(2)本发明采用了总表与用户电表电压序列相似度向量比较避免了低压相位识别中的信号串扰问题；

(3)本发明有效的解决了解决低压载波识别用户电表相位不准确的问题；

(4)本发明有效的解决了集中器采集用户电表电气数据时间不一致，多表的电气时间序列数据无法进行比对的问题。

附图说明

图1为本发明的工作流程图；

图2为本发明中采用动态时间规整前总表、户表的时间序列曲线；

图3为本发明中采用态时间规整后的总表、户表的时间序列曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本发明通过下述技术方案实现，如图1所示，基于电压时间序列的配电台区户表相位关系校验方法，其特征在于：对配电台区总表、用户电表一个电压数据所对应的电气参数进行动态时间调整，分别构建三相电压基础曲线和三相用户电表曲线，将三相电压基础曲线和三相用户电表曲线分析比较，判断三相电压基础曲线和三相用户电表曲线的曲线向量相似度是否大于90％并对曲线向量相似度大于90％的生成三相用户相位关系矩阵。

需要说明的是，通过上述改进，配电变压器低压侧各相的瞬时电压波动将影响该相下低压户表的电压。户表的电压波动趋势将和配电变压器低压侧该相电压波动趋势成正相关的关系。正相关情况下，一个变量随着另一个变量发生方向相同的变化，即两个变量同时变大或者变小。在户相关系校验中，自变量是变压器低压侧的相电压，因变量是该相下户表的电压，为准确的校验该户表所在台区的相位，采用周期内总表电压的波动曲线和对应时间段内用户电压的波动曲线之间的相关性或者相似性来校验户相关系。

实施例2：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图3所示，进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：

步骤S1：获得在一定时间段内的两个在时间轴上对应的时间序列曲线；

步骤S2：对配电台区内所有电表的电气参数进行动态时间规整；

步骤S3：按总表相位构建三相电压基础曲线和三相用户电表曲线；

步骤S4：对三相电压基础曲线和三相用户电表曲线分析比较；

步骤S5：判断三相电压基础曲线和三相用户电表曲线的曲线向量相似度是否小于90％；若小于90％，返回到步骤S4再次分析比较；

若大于或等于90％，执行步骤S6；

步骤S6：生成三相用户相位关系矩阵，获得动态时间规整后的最佳规整路径。

需要说明的是，通过上述改进，考虑到数据采集设备存在不可预测的采集失败等情况，以及数据存入数据库容错机制的不完备性，数据库设计缺陷等原因，用户电压曲线和变压器电压曲线在时间轴上可能出现偏移，即数据丢失但不知道丢失的具体时间点,所以数据在时间轴上无法对齐。这种情况采用Dynamic Time Warping(动态时间规整)算法在时间轴上压缩或者拉伸曲线，从而得到曲线之间最佳的匹配，弥补数据缺失所带来在时间轴上的偏移。然后再判断曲线波动的相关性。

如图2所示，配电台区内，总表与各电表采集的时间不一致，曲线无法比对；

如图3所示，图3为以总表的时间序列曲线为基准，将三星用户表的时间序列进行平移，移动到与总表的时间点一致，则为动态规整。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，所述步骤S1 中具体是指：

输入配电台区内所有总表、三相用户表的一天的电压数据，设定一定时间段内的两个在时间轴上对应的时间序列曲线：

x＝[x₁、x₂、x₃、…、x_n] (1)

y＝[y₁、y₂、y₃、…、y_n] (2)

其中：x代表总表的时间序列曲线；

y代表三相用户表的时间序列曲线。

需要说明的是，通过上述改进，

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S2具体包括以下步骤：

步骤S21：通过Pearson Correlation Coefficient得到总表规整前的电压序列

和三相用户表规整前的电压序列

上述公式中：

其中：

步骤S22：对步骤S21获得的总表规整前的时间序列曲线x和三相用户表规整前的时间序列曲线y通过在时间轴上缩放，寻找两条曲线之间的最佳匹配，构造距离矩阵d；

其中：d代表距离矩阵；

d_i，j为动态规整前的最佳路径；

步骤S23：通过动态时间调整算法，寻找一条通过上述距离矩阵中若干格点的路径，路径通过的格点即为两个序列进行计算的对齐的点；

动态路径D定义为如下：

D＝D₁，D₂，D₃，...，D_k；max(m，n)≤k≤m+n-1 (10)

其中：D_k取值距离矩阵中的元素；

步骤S24：设定规整路径的边界限制条件：

D₁＝d₁₁；D_k＝d_mn (11)。

步骤S25：设定规整路径的连续性和单调性限制；

设定D_n-1＝d_i，j，得到对于规整路径中的下一个点D_n取值；

D_n∈[d_i+1，j；d_i，j+1；d_i+1，j+1]。

需要说明的是，通过上述改进，

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S3具体是指：获得动态时间规整后的总表的时间序列曲线和动态时间规整后三相用户的时间序列曲：

x′＝[x₁、x₂、x₃、…、x_n] (6)

y′＝[y₁、y₂、y₃、…、y_m] (7)；

其中，x′为通过动态时间规整后的总表的时间序列曲线；

y′为通过动态时间规整后的三相用户表的时间序列曲线；

m为规整后表的数量。

需要说明的是，通过上述改进，x′与x的区别仅仅在于相位不同。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S5中获得最佳规整路径具体是指：

其中，DTW(x,y)代表最佳规整路径。

这样找到两个规整后的时间序列曲线之间的最佳匹配，相关度大于90％的，即可判定为在该相位下，反之，则为其它相位或台区的户表。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例6：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，判断三相电压基础曲线和三相用户电表曲线的曲线向量相似度是否小于90％；若小于90％，返回到步骤S4再次分析比较；

若大于或等于90％，获得动态时间规整后的最佳规整路径；执行步骤S6；

需要说明的是，通过上述改进，在动态时间规整算法基础上，匹配配电台区总表的分相的电压序列与户表的电压序列，消除电压幅值差异，单纯从曲线的相似度进行比较，如果两者曲线相似度大于90％，则认为该用户电表相位与总表已知相位一致。

采用本发明中的方法进行相位校验；通过动态时间规则，能消除用户电表采集时序不一致带来的电压曲线不能比较的问题；相比在传统的方法中，采集集中器在对低压电表进行数据采集时，采用轮询方式，即对电表一问一答的方式，当前一块电表数据采集完成后，才能采集下一块电表数据。另外，低压电力线载波组网过程是通过算法找出“逻辑拓扑结构的过程”，如果低压配电网中出现闪断、停电等情况，载波组网终端，会重新组网，集中器采集用户电表的顺序会发生变化；再次，配电台区内，使用的电表厂家、型号等均有区别，电表时钟供电电池电量不一致，时钟晶振出现时钟超差的情况；最后，电表的电气参数冻结精度不高，基于上述原因，不能实现总表与用户电表电气数据时间的一致性比对。

采用了总表与三相用户电表电压序列相似度向量比较避免了低压相位识别中的信号串扰问题；相比传统的低压电力线载波识别相位中，由于我国存在一个配电室内多台配电变压器共用零线母排的情况，或者街道边的多个配电变压器共用零线的情况，集中器的识别信号耦合到其它配电台区内，出现跨配电台区串扰问题，另外，在配电台区的电缆内，相位识别信号会跨相耦合，造成识别信号跨相耦合问题，综上低压电力线载波识别相位成功率低，本方法消除了时间序列偏差，电压幅值偏差的影响，形成了准确的用户电表相位关系。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于电压时间序列的配电台区户表相位关系校验方法，其特征在于：对配电台区总表、用户电表一个电压数据所对应的电气参数进行动态时间调整，分别构建三相电压基础曲线和三相用户电表曲线，将三相电压基础曲线和三相用户电表曲线分析比较，判断三相电压基础曲线和三相用户电表曲线的曲线向量相似度是否大于90％并对曲线向量相似度大于90％的生成三相用户相位关系矩阵。

2.根据权利要求1所述的基于电压时间序列的配电台区户表相位关系校验方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤S1：获得在一定时间段内的两个在时间轴上对应的时间序列曲线；

步骤S2：对配电台区内所有电表的电气参数进行动态时间规整；

步骤S3：按总表相位构建三相电压基础曲线和三相用户电表曲线；

步骤S4：对三相电压基础曲线和三相用户电表曲线分析比较；

步骤S5：判断三相电压基础曲线和三相用户电表曲线的曲线向量相似度是否小于90％；若小于90％，返回到步骤S4再次分析比较；

若大于或等于90％，获得动态时间规整后的最佳规整路径；执行步骤S6；

步骤S6：生成三相用户相位关系矩阵。

3.根据权利要求2所述的基于电压时间序列的配电台区户表相位关系校验方法，其特征在于：所述步骤S1中具体是指：

输入配电台区内所有总表、户表的一天的电压数据，设定一定时间段内的两个在时间轴上对应的时间序列曲线：

x＝[x₁、x₂、x₃、…、x_n] (1)

y＝[y₁、y₂、y₃、…、y_n] (2)

其中：x代表总表的时间序列曲线；

y代表三相用户表的时间序列曲线。

4.根据权利要求1所述的基于电压时间序列的配电台区户表相位关系校验方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下步骤：

步骤S21：通过Pearson Correlation Coefficient得到总表规整前的电压序列

和三相用户表规整前的电压序列

上述公式中：

其中：

步骤S22：对步骤S21获得的总表规整前的时间序列曲线

和三相用户表规整前的时间序列曲线

通过在时间轴上缩放，寻找两条曲线之间的最佳匹配，构造距离矩阵d；

其中：d为距离矩阵；

d_i,j为规整前的最佳路径；

步骤S23：通过动态时间调整算法，寻找一条通过上述距离矩阵中若干格点的路径，路径通过的格点即为两个序列进行计算的对齐的点；

动态路径D定义为如下：

D＝D₁，D₂，D₃，...，D_k；max(m，n)≤k≤m+n-1 (10)

其中：D_k取值距离矩阵中的元素；

步骤S24：设定规整路径的边界限制条件：

D₁＝d₁₁；D_k＝d_mn (11)。

步骤S25：设定规整路径的连续性和单调性限制；

设定D_n-1＝d_i，j，得到对于规整路径中的下一个点D_n取值；

D_n∈[d_i+1，_j；d_i，_j+1；d_i+1，_j+1]。

5.根据权利要求4所述的基于电压时间序列的配电台区户表相位关系校验方法，其特征在于：所述步骤S3具体是指：获得动态时间规整后的总表的时间序列曲线和动态时间规整后三相用户的时间序列曲线：

x′＝[x₁、x₂、x₃、…、x_n] (6)

y′＝[y₁、y₂、y₃、…、y_m] (7)；

其中，x′为通过动态时间规整后的总表的时间序列曲线；

y′为通过动态时间规整后的三相用户表的时间序列曲线；

m为规整后表的数量。

6.根据权利要求5所述的基于电压时间序列的配电台区户表相位关系校验方法，其特征在于：所述步骤S5获得的最佳规整路径具体是指：

其中，DTW(x,y)代表最佳规整路径。

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