CN112329630A - 基于载波信号强度分布的电缆分支识别系统及方法 - Google Patents

基于载波信号强度分布的电缆分支识别系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于载波信号强度分布的电缆分支识别系统，包括连接于低压网络的载波感应组件，其中低压网络为连接用户户表输入端和变压器低压侧的电缆网络，所述任一分支电缆上均设置有载波感应组件，所述载波感应组件可获取所述分支电缆上的载波并分辨所述载波的强度，所述载波感应组件根据载波强度输出与所述载波强度相对应的电信号，所述电信号为载波强度信号。由于所采集的对象为电网固有信号载波的强度，而信号载波固有的辐射属性可以实现非接触式或称非注入式的信号采集，即实现通过天线感应式采集，而无需与电网线路电连接。也无需对电网注入特定信号，避免了对电网质量的干扰。

Description

基于载波信号强度分布的电缆分支识别系统及方法
技术领域
本发明属于电网台区低压侧管理技术领域，涉及低压台区电缆分支拓扑识别及管理技术，具体涉及一种基于载波信号强度分布的电缆分支识别方法及识别系统。
背景技术
台区是电力系统中以变压器台供电的单位区域。以一台变压器供配电的区域通常被视为一个台区。台区的概念与电网故障管理息息相关，在电网输配电中，变压器在电网与用户之间一方面承担着变压配电的作用，另一方面也承担着重要的故障隔离作用。
一般而言，在台区内如果出现电网故障，如短路、漏电、过载、断路等，通常会导致变压器端故障跳闸而实现与电网的整体隔离，防止故障影响更大范围的安全供电。然而对于故障的排除，则需要具体到故障的物理点位。以变压器A供电范围内的一个小区为例，某种原因使小区内X号楼栋的M楼层1号住户的入户线缆破损短路，导致变压器A出现跳闸。要查找该故障，则需要工作人员根据变压器A的故障跳闸信号来到现场，最终可能在排查所有楼栋、所有楼层后才能找到故障位置。不仅如此，为了找到故障位置在变压器A的输出端电缆的对应关系，通常需要查阅原始电网安装的技术资料，结合技术资料的户表或电缆分支的对应关系，才可能确认变压器侧电缆与故障位置的对应关系。
然而，在实践中，一方面技术资料的图纸通常难以快速准确获得，另一方面，对于已经过去数年甚至数十年的小区，原有的电网关系在经过多次的升级、改造后已经完全错乱，给现场问题排查及排除造成极大的阻碍。
发明内容
本发明旨在提供一种基于载波信号强度分布的电缆分支识别方法及系统，以解决电网低压台区的电缆分支技术资料不准确的问题，确保能够及时提供准确的电网分支拓扑关系。
本发明的技术方案是一种基于载波信号强度分布的电缆分支识别系统，包括连接于低压网络的载波感应组件，其中低压网络为连接用户户表输入端和变压器低压侧的电缆网络，包括分支节点和分支电缆，所述分支电缆为连接不同的分支节点、或连接变压器低压侧和分支节点、或连接分支节点和户表输入端的电缆；其特征在于，
所述任一分支电缆上均设置有载波感应组件，所述载波感应组件可获取所述分支电缆上的载波并分辨所述载波的强度，所述载波感应组件根据载波强度输出与所述载波强度相对应的电信号，所述电信号为载波强度信号；
所述载波感应组件包括ID模块，用于形成载波感应组件的唯一身份ID。
优选方案，所述系统包括信号处理组件，所述信号处理组件与各载波感应组件通信连接形成信道，所述信道用于传输所述载波感应组件的身份ID、载波强度信号和所述身份ID与载波强度信号的关联关系。
优选方案，所述系统包括时钟管理单元，所述时钟管理单元用于生成时钟序列，以使各载波感应组件的时钟序列统一。
优选方案，所述信道用于传输载波感应组件的身份ID、载波强度信号，以及：所述身份ID、载波强度信号和时钟序列的关联关系。
优选方案，所述信号处理组件包括载波监听单元，所述载波监听单元与变压器低压侧分支电缆相连接，用于监听所述分支电缆有或无载波信号，所述监听单元监听载波信号的结果为有，则记录当前时钟序列为有效时钟序列，系统获取有效时钟序列内载波感应组件的身份ID、载波强度信号及其关系，生成载波信号强度指纹。
优选方案，所述系统包括户表载波数据，所述户表载波数据包括户表身份ID和有效时钟序列关系。
优选方案，所述信号处理组件包括自学习单元，所述自学习单元以所述户表载波数据为监督，以有监督学习的方式生成和/或更新户表载波数据与所述载波信号强度指纹关系模型。
基于载波信号强度分布的电缆分支识别方法，其特征在于，包括步骤：
S1、监听低压台区内载波信号的发生，并在监听到载波信号存在时，生成有效时钟序列；
S2、载波感应组件根据有效时钟序列进行载波信号强度采集，并将载波信号强度数据与载波感应组件的身份ID关联(如通过信号加载、编码等)，生成预处理信号；
S3、信号处理组件集采各预处理信号，并以预处理信号中的身份ID为坐标，生成载波信号强度指纹；
S4、获取户表载波数据，以所述户表载波数据为监督，以有监督学习的方式生成和/或更新户表载波数据与所述载波信号强度指纹关系模型；
S5、根据户表ID、载波感应组件ID和指纹关系模型的约束，生成电缆分支拓扑。
具体的，步骤S5生成的拓扑关系为载波感应组件ID之间的拓扑关系。
优选方案，所述载波为电网读取智能电表数据的信号载波。
本发明的有益效果是：通过提供的基于载波信号强度分布的电缆分支识别系统及方法，基于对电力系统日常存在的用于智能电表数据读取的信号载波的强度为对象的监听，实现了对低压台区未知电缆网络的拓扑结构绘制，解决了因技术资料丢失或错乱带来的电缆网络不清晰的问题。应用于电网低压台区，能够有效的实现对低压台区的信息化管理，提高低压台区的故障定位准确度及速度，解决了低压台区管理盲区问题。由于所采集的对象为电网固有信号载波的强度，而信号载波固有的辐射属性可以实现非接触式或称非注入式的信号采集，即实现通过天线感应式采集，而无需与电网线路电连接。也无需对电网注入特定信号，避免了对电网质量的干扰。
附图说明
图1为基于载波信号强度分布的电缆分支识别系统的拓扑结构图；
图2为分支电缆上载波感应组件设置示意图；
图3为基于载波信号强度分布的电缆分支识别方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：如图1所示，本实施例提供了一种基于载波信号强度分布的电缆分支识别系统，包括连接于低压网络的载波感应组件，其中低压网络为连接用户户表输入端和变压器低压侧的电缆网络，包括分支节点和分支电缆，所述分支电缆为连接不同的分支节点、或连接变压器低压侧和分支节点、或连接分支节点和户表输入端的电缆。一般的，可以考虑在分支节点处设置载波感应组件，因为分支节点是电缆分支的拓扑节点，在此安装会更集中、便于工程安装和维护，也会最大程度得避免部分分支遗漏安装的问题。
所述任一分支电缆上均设置有载波感应组件，而同一分支电缆上也可以设置多个载波感应组件，如图2所示。在工程中，部分电缆分支空间跨度较大，电缆较长，允许设置多个载波感应组件而不影响拓扑获取的准确性可以降低工程施工的难度(精准度要求降低)。所述载波感应组件可获取所述分支电缆上的载波并分辨所述载波的强度，所述载波感应组件根据载波强度输出与所述载波强度相对应的电信号，所述电信号为载波强度信号。该载波强度信号为可以理解为与载波强度能够实现一一映射或反向查找的信号，并非信号本身有强度区别。介于此，此信号可以为编码数字信号，以增加数据传输的距离和稳定性，避免传输网络带来的信号失真。而载波强度则用于反应载波的能量大小，并非关心载波所承载的信号内容。
所述载波感应组件包括ID模块，用于形成载波感应组件的唯一身份ID。即，应提供系统可识别的载波感应组件的身份信息。
优选实施例方案，所述系统包括信号处理组件，所述信号处理组件与各载波感应组件通信连接形成信道，所述信道用于传输所述载波感应组件的身份ID、载波强度信号和所述身份ID与载波强度信号的关联关系。信道是指具备所述通信能力的通道。优选的，身份ID与载波强度信号的关联关系可以通过以下方式实现：载波感应组件设置信号处理模块，该模块可以将载波感应组件的身份ID加载到该组件采集到的载波强度信号中，形成一个信号，该载波强度信号也可以是经过数字化处理后的编码信号。信号处理组件根据读到的身份ID和载波强度信号在同一个信号中，则认为二者关系成立。
优选实施例方案，所述系统包括时钟管理单元，所述时钟管理单元用于生成时钟序列，以使各载波感应组件的时钟序列统一。该时钟管理单元可以由信号处理组件执行，通过分发的形式统一各载波感应组件的时钟。此处的时钟管理单元应广义理解，即可以是实质上相互无关联，但各自时钟运行规律已知，系统能够通过规律及各自的当前时钟实现对应推算即可。
优选实施例方案，所述信道用于传输载波感应组件的身份ID、载波强度信号，以及：所述身份ID、载波强度信号和时钟序列的关联关系。在此方案中，在原身份ID和载波强度信号关联关系的基础上增加了与时钟序列的关联，可以理解为传输的信号中包含了信号发生的时间序列，该时间序列可以是载波感应组件加载赋予的，也可以是来自信号处理组件分发的，或者其他已知且明确的时序关系。
优选实施例方案，所述信号处理组件包括载波监听单元，所述载波监听单元与变压器低压侧分支电缆相连接，用于监听所述分支电缆有或无载波信号，所述监听单元监听载波信号的结果为有，则记录当前时钟序列为有效时钟序列，系统获取有效时钟序列内载波感应组件的身份ID、载波强度信号及其关系，生成载波信号强度指纹。该监听行为可以通过多种方案实现，比如通过与电网载波系统直接的信号连接获取，或者通过感应载波信号的发生。载波信号的监听也可以在网络的任意位置执行，可以是任意载波感应组件采集实现。
优选实施例方案，所述系统包括户表载波数据，所述户表载波数据包括户表身份ID和有效时钟序列关系。该数据可以来自实时的或者电网载波系统的输出数据，也可以是通过固定写入本申请实施例系统的固定关系，比如每天固定在早上10点采集某智能电表B时，会在电缆网络中形成载波信号。则该规则是可以固定写入本申请实施例的系统的而无需独立的连接通道。
优选实施例方案，所述信号处理组件包括自学习单元，所述自学习单元以所述户表载波数据为监督，以有监督学习的方式生成和/或更新户表载波数据与所述载波信号强度指纹关系模型。由于确立了监督条件和学习目标，基于现有的深度学习方式即可达到效果。该关系模型在电缆布置规则的约束下，可等效为电缆分支拓扑关系。
如图3所示，本实施例提供的一种基于载波信号强度分布的电缆分支识别方法，包括步骤：
S1、监听低压台区内载波信号的发生，并在监听到载波信号存在时，生成有效时钟序列；
S2、载波感应组件根据有效时钟序列进行载波信号强度采集，并将载波信号强度数据与载波感应组件的身份ID关联(如通过信号加载、编码等)，生成预处理信号；
S3、信号处理组件集采各预处理信号，并以预处理信号中的身份ID为坐标，生成载波信号强度指纹；
S4、获取户表载波数据，以所述户表载波数据为监督，以有监督学习的方式生成和/或更新户表载波数据与所述载波信号强度指纹关系模型；
S5、根据户表ID、载波感应组件ID和指纹关系模型的约束，生成电缆分支拓扑。
具体的，步骤S5生成的拓扑关系为载波感应组件ID之间的拓扑关系。
优选方案，所述载波为电网读取智能电表数据的信号载波。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.基于载波信号强度分布的电缆分支识别系统，包括连接于低压网络的载波感应组件，其中低压网络为连接用户户表输入端和变压器低压侧的电缆网络，包括分支节点和分支电缆，所述分支电缆为连接不同的分支节点、或连接变压器低压侧和分支节点、或连接分支节点和户表输入端的电缆；其特征在于，
所述任一分支电缆上均设置有载波感应组件，所述载波感应组件可获取所述分支电缆上的载波并分辨所述载波的强度，所述载波感应组件根据载波强度输出与所述载波强度相对应的电信号，所述电信号为载波强度信号；
所述载波感应组件包括ID模块，用于形成载波感应组件的唯一身份ID。
2.根据权利要求1所述的基于载波信号强度分布的电缆分支识别系统，其特征在于，所述系统包括信号处理组件，所述信号处理组件与各载波感应组件通信连接形成信道，所述信道用于传输所述载波感应组件的身份ID、载波强度信号和所述身份ID与载波强度信号的关联关系。
3.根据权利要求1或2所述的基于载波信号强度分布的电缆分支识别系统，其特征在于，所述系统包括时钟管理单元，所述时钟管理单元用于生成时钟序列，以使各载波感应组件的时钟序列统一。
4.根据权利要求1-3之任一项权利要求所述的基于载波信号强度分布的电缆分支识别系统，其特征在于，所述信道用于传输载波感应组件的身份ID、载波强度信号，以及：所述身份ID、载波强度信号和时钟序列的关联关系。
5.根据权利要求4所述的基于载波信号强度分布的电缆分支识别系统，其特征在于，所述信号处理组件包括载波监听单元，所述载波监听单元与变压器低压侧分支电缆相连接，用于监听所述分支电缆有或无载波信号，所述监听单元监听载波信号的结果为有，则记录当前时钟序列为有效时钟序列，系统获取有效时钟序列内载波感应组件的身份ID、载波强度信号及其关系，生成载波信号强度指纹。
6.根据权利要求1-5之任一项权利要求所述的基于载波信号强度分布的电缆分支识别系统，其特征在于，所述系统包括户表载波数据，所述户表载波数据包括户表身份ID和有效时钟序列关系。
7.根据权利要求1所述的基于载波信号强度分布的电缆分支识别系统，其特征在于，所述信号处理组件包括自学习单元，所述自学习单元以所述户表载波数据为监督，以有监督学习的方式生成和/或更新户表载波数据与所述载波信号强度指纹关系模型。
8.根据权利要求1-7之任一项权利要求所述的基于载波信号强度分布的电缆分支识别系统，基于载波信号强度分布的电缆分支识别方法，其特征在于，包括步骤：
S1、监听低压台区内载波信号的发生，并在监听到载波信号存在时，生成有效时钟序列；
S2、载波感应组件根据有效时钟序列进行载波信号强度采集，并将载波信号强度数据与载波感应组件的身份ID关联(如通过信号加载、编码等)，生成预处理信号；
S3、信号处理组件集采各预处理信号，并以预处理信号中的身份ID为坐标，生成载波信号强度指纹；
S4、获取户表载波数据，以所述户表载波数据为监督，以有监督学习的方式生成和/或更新户表载波数据与所述载波信号强度指纹关系模型；
S5、根据户表ID、载波感应组件ID和指纹关系模型的约束，生成电缆分支拓扑。
9.根据权利要求8所述的基于载波信号强度分布的电缆分支识别系统，其特征在于，步骤S5生成的拓扑关系为载波感应组件ID之间的拓扑关系。
10.根据权利要求8所述的基于载波信号强度分布的电缆分支识别系统，其特征在于，所述载波为电网读取智能电表数据的信号载波。
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