CN111487501A - 一种基于电力线载波和gps定位的户变识别系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于电力线载波和GPS定位的户变识别系统及方法，采用GPS定位模块进行实时定位，并将RS485接口端的电能表或MCU的地址与相应的定位信息进行绑定，通过计算相同GPS位置的电能表或MCU的过零时序偏差的极大似然估计值，提升了户变识别结果的准确性，对于少量无法识别的场景，其过零点时序偏差一致性由于太类似导致无法识别，采用基于GPS定位提供经度、纬度、高度信息，通过用户电表的位置聚合，实现户变识别结果的校对。从而进一步提升户变识别结果的准确性。

Description

一种基于电力线载波和GPS定位的户变识别系统及方法
技术领域
本发明涉及电力系统检测技术领域，尤其是涉及一种基于电力线载波和GPS定位的户变识别系统及方法。
背景技术
配电网络的建设，期初缺乏完善的规划，尤其是低压台区，其用户拓扑规划无标准，现场不仅存在各种各样的架构网络，存在大量户变关系不准确、用电统计串户的问题。低压台区拓扑结构、台区户变关系、电气设备参数是线损准确计算的基础，还会直接影响到电能数据的采集、现场问题排查和运维。目前，低压电网拓扑结构、台区户变关系、电气设备参数仍常采用人工巡查、数据手工录入等方式，且在电力用户户变识别技术上，主要采用离线识别，即通过人工识别的方法，安排运维人员赴现场开展停电识别，或者借助特制的台区识别仪进行识别工作，但其信息准确性无法保证；或使用单特征分析如过零偏差、信噪比等来实现在线户变关系的识别，但存在着应用场景局限性问题，正识率小于100%，无法工程化推广实施的问题；或采用大数据的分析，通过多维数据、复杂运算结合主站验证实现户变关系识别，但存在漏点且区分时间长的问题，并且对系统能力要求高，需要主站系统建立庞大的数据库，且要具备足够的计算能力；还有采用电压畸变或者电流注入的方式进行单点进行区分的技术进行识别，但依旧存在线路衰减及相移问题，准确率有待提升，且会对电力线造成一定程度的污染。
针对上述现有技术中的技术难点，本发明提出一种基于电力线载波和GPS定位的户变识别系统及方法，用于台区拓扑与户变关系的自动、快速、智能识别，进而解决上述现有技术中的缺陷和不足。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，基于电力线宽带载波通讯技术的台区区分、相位区分技术，进而结合具备GPS定位的信息感知器，提出一种基于电力线载波和GPS定位的户变识别系统及方法，可以有效提升户变识别的准确率，降低维护工作量，并降低对主站数据存储、计算的依赖。
具体为：
一种基于电力线载波和GPS定位的户变识别系统，具体包括：
GPS模块：用于实时获取并更新定位信息，并发送至MCU模块进行存储；
RS485模块：一端与电能表连接，另一端与MCU模块连接，用于判断RS485接口端是否连接电能表，并将获取的电能表地址发送至MCU模块；
所述MCU模块：当所述RS485接口端存在电能表时，则将所述电能表地址与所述定位信息进行绑定，获得电能表关系表；否则，将MCU本地地址与所述定位信息进行绑定，获得本地地址关系表；采用基于电力线宽带载波技术进行户变识别，将所述电能表关系表或本地地址关系表上传至主模块，通过主模块对同一所述定位信息所绑定的电能表或MCU的过零时序偏差进行似然估计获得户变识别结果；通过所述电能表关系表或本地地址关系表生成户变拓扑关系图，并对所述户变识别结果进行校对，获得校对结果；
电力线宽带载波处理电路：包括主模块和从模块，用于进行宽带载波信号的发送和接收；
过零点检测电路：用于获取与同一所述定位信息绑定的所述电能表或所述MCU模块的电压过零点偏移信息。
其中，所述定位信息包括经度、纬度、高度信息。
所述基于电力线宽带载波技术，还包括：所述从模块接收来自任一台区宽带载波主模块发送的载波信号，同时计算其与所述主模块过零点时序偏差
Figure 964186DEST_PATH_IMAGE001
，计算公式为：
Figure 857056DEST_PATH_IMAGE002
，其中，Δt为主从模块之间实际偏移量，ts为随机偏移，tc为固定时序偏移。
所述通过主模块对同一所述定位信息所绑定的电能表或MCU的过零时序偏差进行似然估计，还包括：假设 ts 服从正态分布 (μ, σ2)，那么 n 次交互统计之后得到关于所述过零时序偏差ΔTi 的极大似然函数为：
Figure 834239DEST_PATH_IMAGE003
，
进一步得极大似然估计值
Figure 761744DEST_PATH_IMAGE004
为：
Figure 431760DEST_PATH_IMAGE005
，i=1,2,…,n ；
Figure 546346DEST_PATH_IMAGE006
为t s 的期望值，
Figure 327220DEST_PATH_IMAGE007
为t s 的标准差。
当所述极大似然估计值大于一阈值时无法识别户变，则根据所述户变拓扑关系图，对所述极大似然估计值进行校正。
作为另一优选的，本发明还提供了一种基于电力线载波和GPS定位的户变识别方法，具体包括：
通过GPS模块实时更新定位信息，发送至MCU进行存储；
判断RS485接口端是否存在电能表，若存在，则将所述电能表地址与所述定位信息进行绑定，获得电能表关系表；否则，将MCU本地地址与所述定位信息进行绑定，获得本地地址关系表；
采用基于电力线宽带载波技术进行户变识别，将所述电能表关系表或本地地址关系表上传至主模块，通过主模块对同一所述定位信息所绑定的电能表或MCU的过零时序偏差进行似然估计获得户变识别结果；通过所述电能表关系表或本地地址关系表生成户变拓扑关系图，并对所述户变识别结果进行校对，获得校对结果。
其中，所述定位信息包括经度、纬度、高度信息。
所述基于电力线宽带载波技术，还包括：从模块接收来自任一台区宽带载波主模块发送的载波信号，同时计算其与主模块过零点时序偏差
Figure 345117DEST_PATH_IMAGE008
，计算公式为：
Figure 451614DEST_PATH_IMAGE002
，其中，Δt为主从模块之间实际偏移量，t s为随机偏移，t c为固定时序偏移。
所述通过主模块对同一所述定位信息所绑定的电能表或MCU的过零时序偏差进行似然估计，还包括：假设 ts 服从正态分布 (μ, σ2)，那么 n 次交互统计之后得到关于所述过零时序偏差ΔTi 的极大似然函数为：
Figure 53496DEST_PATH_IMAGE003
，
进一步得极大似然估计值
Figure 638061DEST_PATH_IMAGE009
为：
Figure 9000DEST_PATH_IMAGE005
，其中，i=1,2,…,n ；
Figure 20818DEST_PATH_IMAGE010
为t s 的期望值，
Figure 844418DEST_PATH_IMAGE007
为t s 的标准差。
当所述极大似然估计值大于一阈值时无法识别户变，则根据所述户变拓扑关系图，对所述极大似然估计值进行校正。
通过本发明所提供的一种基于电力线载波和GPS定位的户变识别系统及方法，采用GPS定位模块进行实时定位，并将RS485接口端的电能表或MCU的地址与相应的定位信息进行绑定，通过相同GPS位置的电能表或MCU载波模块的过零时序偏差再次进行极大似然估计，从而进一步提升户变识别结果的准确性，此外，对于少量无法识别的场景，其过零点时序偏差一致性由于太类似导致无法识别，采用基于GPS定位提供经度、纬度、高度信息，通过用户电表的位置聚合，实现户变识别结果的校对。
附图说明
图1为一实施例的基于电力线载波和GPS定位的户变识别系统示意图。
图2为一实施例的基于电力线载波和GPS定位的户变识别方法应用流程图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例及附图对本发明的一种基于电力线载波和GPS定位的户变识别系统及方法作进一步详细描述。
如图1所示，为本发明的一实施例的基于电力线载波和GPS定位的户变识别系统示意图。具体包括：
GPS模块：用于实时获取并更新定位信息，包括经度、纬度、高度信息，并发送至MCU模块进行存储；优选的GPS模块采用通用模块，通过GPS_RXD、GPS_TXD、STANDBY、GPS_RST与MCU连接，MCU可以通过GPS_RXD、GPS_TXD读取定位的经度、维度及高度信息，并可以通过GPS_RST复位GPS模块，通过STANDBY使能设置GPS参数；
RS485模块：一端与电能表连接，另一端与MCU模块连接，用于判断RS485接口端是否连接电能表，进行临近电能表地址的汇聚，并将获取的电能表地址发送至MCU模块；
所述MCU模块：当所述RS485接口端存在电能表时，则将所述电能表地址与所述定位信息进行绑定，获得电能表关系表；否则，将MCU本地地址与所述定位信息进行绑定，获得本地地址关系表；采用基于电力线宽带载波技术进行户变识别，将所述电能表关系表或本地地址关系表上传至主模块，通过主模块对同一所述定位信息所绑定的电能表或MCU的过零时序偏差进行似然估计获得户变识别结果；通过所述电能表关系表或本地地址关系表生成户变拓扑关系图，并对所述户变识别结果进行校对，获得校对结果；
电力线宽带载波处理电路：包括主模块和从模块，用于进行宽带载波信号的发送和接收；
过零点检测电路：用于获取与同一所述定位信息绑定的所述电能表或所述MCU模块的电压过零点偏移信息。
其中，述基于电力线宽带载波技术，还包括：所述从模块接收来自任一台区宽带载波主模块发送的载波信号，同时计算其与所述主模块过零点时序偏差
Figure 999718DEST_PATH_IMAGE011
，计算公式为：
Figure 225163DEST_PATH_IMAGE002
，其中，Δt为主从模块之间实际偏移量，ts为随机偏移，tc为固定时序偏移。
进一步的，所述通过主模块对同一所述定位信息所绑定的电能表或MCU的过零时序偏差进行似然估计，还包括：假设 ts 服从正态分布 (μ, σ2)，那么 n 次交互统计之后得到关于所述过零时序偏差ΔTi 的极大似然函数为：
Figure 407882DEST_PATH_IMAGE003
，进一步得ΔTi 的极大似然估计值
Figure 249936DEST_PATH_IMAGE012
为：
Figure 176304DEST_PATH_IMAGE005
，其中，i=1,2,…,n；
Figure 256256DEST_PATH_IMAGE013
为t s 的期望值，
Figure 875456DEST_PATH_IMAGE007
为t s 的标准差。
基于上述计算得的户变识别结果和GPS定位信息的聚合获得的户变拓扑关系结果，进行校对，确保每一户变识别结果的准确性和可靠性。
如图2所示，为本发明的一实施例的基于电力线载波和GPS定位的户变识别方法应用流程图。其中，所述基于电力线载波和GPS定位的户变识别方法，主要结合电力线载波过零分时传输载波通信技术和交流电过零相位偏移量统计的方法，利用不同变压器供电台区不同的负载导致交流电相位偏移不同的特点实现台区识别，进而根据GPS定位信息进行台区识别结果的校对，确保识别结果的准确性。
具体过程包括：通过GPS模块实时更新定位信息，例如经度、纬度、高度信息，发送至微控制单元MCU中进行存储，优选的，所述MCU为带存储型芯片；进而判断RS485接口端是否存在电能表，若存在，则将所述电能表地址与所述定位信息进行绑定，获得电能表关系表；否则，将MCU本地地址与所述定位信息进行绑定，获得本地地址关系表；采用基于电力线宽带载波技术进行户变识别，将所述电能表关系表或本地地址关系表上传至主模块，通过主模块对同一所述定位信息所绑定的电能表或MCU的过零时序偏差进行似然估计获得户变识别结果；通过所述电能表关系表或本地地址关系表生成户变拓扑关系图，并对所述户变识别结果进行校对，获得校对结果。
其中，基于电力线宽带载波技术，从模块用于接收来自任一台区宽带载波主模块发送的载波信号，同时计算其与主模块过零点时序偏差ΔTi ，计算公式为：
Figure 175112DEST_PATH_IMAGE002
，其中，Δt为主从模块之间实际偏移量，ts为随机偏移，tc为固定时序偏移。
作为优选的，所述220V交流电相别带来的偏移，主要考虑到台区负载可能会导致220V电源的相位偏移，如果不属于同一供电变压器，此偏移量会区别于本变压器内用户电能表处的偏移量。相位偏差等效为时间偏差，也就是220V交流电过零点时刻的时序差，其中，一般相同变压器下用户的过零时序差远小于一个200ms周期。
作为优选的，tc为固定时序偏移，可选为常数。
作为优选的，如果预设本变压器供电台区最大时序偏移阈值为T max，则
Figure 639592DEST_PATH_IMAGE014
，
满足上式条件的从模块可以认定与主模块相同台区的节点，其余为其他台区节点。
作为优选的，假设同台区模块数量N，并保证本供电台区所有模块全可通过载波信道通信，则可以升序排列 {ΔTi} 为 {ΔTis}。则{ΔTis}的对应的前N个模块即为本台区节点。
对 ΔTi 计算结果进行长时间大数据累积应用，可以进一步提高台区识别的准确性。进一步改进算法提高区分精确度,计算公式为：
Figure 105208DEST_PATH_IMAGE015
。
作为优选的，假设 ts 服从正态分布 (μ, σ2)，那么 n 次交互统计之后得到关于ΔTi 的极大似然函数为：
Figure 895310DEST_PATH_IMAGE003
。
求 L(ΔTi, μ, σ2 ) 的极大值可得 ΔTi 的极大似然估计值
Figure 915218DEST_PATH_IMAGE009
为：
Figure 448968DEST_PATH_IMAGE016
，i=1,2,…,n；
Figure 503511DEST_PATH_IMAGE017
为t s 的期望值，
Figure 198935DEST_PATH_IMAGE018
为t s 的标准差。
由于不同台区识别的初期计算结果差异非常明显，可以直接得出准确的识别结果。但是，因为台区的过零偏移在短时间内存在较多的随机干扰，所以可能存在台区偏移值不稳定的情况，但是随着时间堆积，偏移值则逐渐趋于平稳，也就是通过累积数据的计算，可以增加户变识别的准确率和稳定性，使该技术具备较强的鲁棒性。
但对于少量无法识别的场景，本发明还通过设置基于GPS定位信息的户变识别进行校对，基于GPS定位提供经度、纬度、高度信息，通过对电能表关系表或本地地址关系表的地址信息进行聚合，实现户变识别结果的校对，进一步提升结果的准确度。其中，所述聚合优选为通过所述电能表关系表或本地地址关系表的地址信息获得同一GPS定位信息所绑定的电能表或MCU的拓扑关系图，根据拓扑关系图可以确认出未识别的户变关系，从而精准确认每一个电能表或MCU的户变关系，进一步提高了户变关系识别的准确度和实时性。
由此可见，本发明所述基于电力线载波和GPS定位的户变识别系统及方法，可以有效提高户变结果的准确率，满足多种多样的用电环境要求，尤其针对因过零点时序偏差一致性太类似导致无法识别的情况，采用基于GPS定位提供经度、纬度、高度信息对其所绑定的用户电表或MCU的地址信息进行聚合，实现户变识别结果的校对，进一步提升结果的准确度。
虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种基于电力线载波和GPS定位的户变识别系统，其特征在于，包括：
GPS模块：用于实时获取并更新定位信息，并发送至MCU模块进行存储；
RS485模块：一端与电能表连接，另一端与MCU模块连接，用于判断RS485接口端是否连接电能表，并将获取的电能表地址发送至MCU模块；
所述MCU模块：当所述RS485接口端存在电能表时，则将所述电能表地址与所述定位信息进行绑定，获得电能表关系表；否则，将MCU本地地址与所述定位信息进行绑定，获得本地地址关系表；采用基于电力线宽带载波技术进行户变识别，将所述电能表关系表或本地地址关系表上传至主模块，通过主模块对同一所述定位信息所绑定的电能表或MCU的过零时序偏差进行似然估计获得户变识别结果；通过所述电能表关系表或本地地址关系表生成户变拓扑关系图，并对所述户变识别结果进行校对，获得校对结果；
电力线宽带载波处理电路：包括主模块和从模块，用于进行宽带载波信号的发送和接收；
过零点检测电路：用于获取与同一所述定位信息绑定的所述电能表或所述MCU模块的电压过零点偏移信息。
2.如权利要求1所述的户变识别系统，其特征在于，所述定位信息包括经度、纬度、高度信息。
3.如权利要求1所述的户变识别系统，其特征在于，所述基于电力线宽带载波技术，还包括：所述从模块接收来自任一台区宽带载波主模块发送的载波信号，同时计算其与所述主模块过零点时序偏差
Figure 748916DEST_PATH_IMAGE001
，计算公式为：
Figure 308073DEST_PATH_IMAGE002
，其中，Δt为主从模块之间实际偏移量，t s 为随机偏移，t c为固定时序偏移。
4.如权利要求1所述的户变识别系统，其特征在于，所述通过主模块对同一所述定位信息所绑定的电能表或MCU的过零时序偏差进行似然估计，还包括：假设 t s 服从正态分布(
Figure 161760DEST_PATH_IMAGE003
)，那么 n 次交互统计之后得到关于所述过零时序偏差
Figure 522072DEST_PATH_IMAGE001
的极大似然函数为：
Figure 953053DEST_PATH_IMAGE004
，进一步得极大似然估计值
Figure 191267DEST_PATH_IMAGE006
为：
Figure 165040DEST_PATH_IMAGE007
，其中，i=1,2,…,n；
Figure 56772DEST_PATH_IMAGE008
为t s 的期望值，
Figure 115995DEST_PATH_IMAGE009
为t s 的标准差。
5.如权利要求4所述的户变识别系统，其特征在于，当所述极大似然估计值大于一阈值时无法识别户变，则根据所述户变拓扑关系图，对所述极大似然估计值进行校正。
6.一种基于电力线载波和GPS定位的户变识别方法，其特征在于，
通过GPS模块实时更新定位信息，发送至MCU进行存储；
判断RS485接口端是否存在电能表，若存在，则将所述电能表地址与所述定位信息进行绑定，获得电能表关系表；否则，将MCU本地地址与所述定位信息进行绑定，获得本地地址关系表；
采用基于电力线宽带载波技术进行户变识别，将所述电能表关系表或本地地址关系表上传至主模块，通过主模块对同一所述定位信息所绑定的电能表或MCU的过零时序偏差进行似然估计获得户变识别结果；通过所述电能表关系表或本地地址关系表生成户变拓扑关系图，并对所述户变识别结果进行校对，获得校对结果。
7.如权利要求6所述的户变识别方法，其特征在于，所述定位信息包括经度、纬度、高度信息。
8.如权利要求6所述的户变识别方法，其特征在于，所述基于电力线宽带载波技术，还包括：从模块，用于接收来自任一台区宽带载波主模块发送的载波信号，同时计算其与所述主模块过零点时序偏差
Figure 16955DEST_PATH_IMAGE001
，计算公式为：
Figure 78190DEST_PATH_IMAGE010
，其中，Δt为主从模块之间实际偏移量，t s 为随机偏移，t c为固定时序偏移。
9.如权利要求6所述的户变识别方法，其特征在于，所述通过主模块对同一所述定位信息所绑定的电能表或MCU的过零时序偏差进行似然估计，还包括：假设 t s 服从正态分布(
Figure 281769DEST_PATH_IMAGE011
)，那么 n 次交互统计之后得到关于所述过零时序偏差ΔTi 的极大似然函数为：
Figure 687343DEST_PATH_IMAGE004
，进一步得极大似然估计值
Figure 267360DEST_PATH_IMAGE012
为：
Figure 809200DEST_PATH_IMAGE007
，其中，i=1,2,…,n；
Figure 449259DEST_PATH_IMAGE008
为t s 的期望值，
Figure 450451DEST_PATH_IMAGE009
为t s 的标准差。
10.如权利要求9所述的户变识别方法，其特征在于，还包括：当所述极大似然估计值大于一阈值时无法识别户变，则根据所述户变拓扑关系图，对所述极大似然估计值进行校正。
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