CN112600589B - 一种基于工频变化趋势的低压户变关系识别方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于工频变化趋势的低压户变关系识别方法及系统，属于低压电力线载波通讯设备数据分析领域。本发明方法包括如下步骤：从模块接收主模块数据，所述数据包括正弦电压正负半周过零点时刻以及三相过零点采集数据；定位采集时刻，然后采集该时刻的过零点数据；提取主模块数据中与自身采集的过零点数据相对应的相位过零点数据；计算主从模块该相位过零点数据的工频差及工频变化趋势；据工频差或工频变化趋势获取归属网络；将识别结果上报给主模块。本发明的有益效果为：智能自动化识别，覆盖整个用电网络，实现一对多的全面识别效果，识别精度高。

Description

一种基于工频变化趋势的低压户变关系识别方法及系统

技术领域

本发明涉及一种低压电力线载波通讯设备数据分析技术，尤其涉及一种基于工频变化趋势的低压户变关系识别方法及系统。

背景技术

在低压配电网运营管理中，为实现精细化管理以及降耗减损的需要，准确建立台区户变关系是一项必须措施，而一种开展配电台区普查的装置是不可或缺的，它可以查清用电用户所属变压器、所属相线等信息，为营销管理系统提供准确数据。这些数据有利于台区线损的分析，保证台区用电负载平衡，提高电网经济运行水平，从而实现智能电网的建设。

目前市场上投入使用的仪器或方法主要为基于电压波形畸变的台区识别仪、基于信噪比SNR算法的识别方法。台区识别仪是通过外力触发的点对点检测方式，监控主从节点同一时间的电压波形变化而得出户变关系。这种识别模式存在很大的局限性，需要作业者前往现场寻找台区变压器与目标节点的位置，若两者距离较远则往返耗时长，且存在体积与质量较大，携带不方便。此外，台区识别仪要求作业人员具备较高的操作经验，不易学习与使用，存在用电安全隐患，硬件成本较高的问题，该装置最根本的问题还在于其识别方式只支持点对点识别，识别效率低效。

而基于信噪比SNR算法的识别方法存在的缺点也较为明显，由于原有电力线铺设的规划不统一，物理线路错综复杂，容易造成电磁场的空间耦合，以及存在台区变压器间共零线的情况，且低压电网的不同时段用户载荷不同造成线路阻抗不同，产生的噪声强度不同，容易造成载波信号的严重衰减，使得基于SNR算法的户变识别方法存在识别不准确，局限性大，另外SNR算法不支持相线归属判别，功能较为单一。

发明内容

为解决现有仪器或方法识别不稳定、准确度不高的问题，本发明提供一种基于工频变化趋势的低压户变关系识别方法，还提供一种实现所述低压户变关系识别方法的系统。

本发明基于工频变化趋势的低压户变关系识别方法，包括如下步骤：

步骤一、从模块接收主模块数据，所述数据包括正弦电压正负半周过零点时刻以及三相过零点采集数据；

步骤二、定位采集时刻，然后采集该时刻的过零点数据；

步骤三、判断相位识别是否完成，如果是，执行步骤四，如果否，定位所属相位，然后返回执行步骤一；

步骤四、提取主模块数据中与自身采集的过零点数据相对应的相位过零点数据；

步骤五、计算主从模块该相位过零点数据的工频差及工频变化趋势；

步骤六、根据工频差或工频变化趋势获取归属网络；

步骤七、将识别结果上报给主模块。

本发明作进一步改进，步骤六执行后，还包括判断步骤：判断网络数据量是否在设定值m以上，如果是，再执行步骤七，如果否，获取的归属网络不做参考，返回执行步骤一。

本发明作进一步改进，步骤一中，所述从模块和主模块采用持续性识别方式，所述主模块和从模块均设有宽带载波通信模块，采用宽带载波周期性通讯。

本发明作进一步改进，步骤二中，定位采集时刻用于采集时间的同步，当主模块和从模块处于同一网络中，则无需同步，否则将主网络的采集时间转换为相对本网络的采集时间。

本发明作进一步改进，：采集过零点数据之前，还包括采集时间调整步骤，将所述定位后的采集时刻前移若干时间，得到前移后的时间Tfront，使用该时间开始采集，便能准确采集到同一时刻的过零点数据。

本发明作进一步改进，步骤五中，所述工频差的计算方法为：

从模块准确提取主模块数据序列中与自身采集的过零点数据Fs相对应的相位过零点数据Fm，数据点个数N相同，计算主从模块的过零点数据的平均数，其差值为基准工频差Fdiff，所述基准工频差的计算公式为：

其中，i为数据点，0≤i≤N，

所述工频变化趋势Cdiff的计算方法为：

Cdiff(i,0≤i≤N)＝Cs(i)-Cm(i)

Cs(i,0≤i≤N)＝Fs(i+1)-Fs(i)。

Cm(i,0≤i≤N)＝Fm(i+1)-Fm(i)

本发明作进一步改进，步骤六中，首先判断工频差是否不大于系数K1，如果是，增加权重r1比例，然后执行步骤七，如果否，判断主从模块同时刻点工频变化值之差不大于系数K2，如果否，直接执行步骤七，如果是，增加权重r2比例，然后执行步骤七，其中，K1<K2,且r1>r2。

本发明作进一步改进，根据基准工频差与工频变化趋势及相应的权重，得到网络相似度R，并对网络相似度R进行排序，选择R值最大的网络作为当前从模块的所述网络。

本发明还提供一种实现所述基于工频变化趋势的低压户变关系识别方法的系统，其特征在于包括：

接收模块：用于使从模块接收主模块数据，所述数据包括正弦电压正负半周过零点时刻以及三相过零点采集数据；

定位及采集模块：用于定位采集时刻，然后采集该时刻的过零点数据；

第一判断模块：用于判断相位识别是否完成；

相位定位模块：用于定位所属相位；

提取模块：用于提取主模块数据中与自身采集的过零点数据相对应的相位过零点数据；

计算模块：用于计算主从模块该相位过零点数据的工频差及工频变化趋势；

获取模块：用于根据工频差或工频变化趋势获取归属网络；

上报模块：用于将识别结果上报给主模块。

本发明作进一步改进，还包括第二判断模块：用于判断网络数据量是否在设定值m以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用低压配电网中已有的HPLC高速宽带载波通讯设备，配合本发明的识别方法，将人工操作方式转化为智能自动化识别，覆盖整个用电网络，实现一对多的全面识别效果，同时解决现有仪器或方法识别不稳定、准确度不高的问题。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明为了克服现有技术识别准确性低、经济成本高、识别效率低的缺点，提供一种利用已有的低压电力集抄系统，由HPLC高速宽带载波通讯设备实现自动化识别户变关系的技术方案。

本发明利用低压电力集抄系统通道，将户变识别命令的启停操作以及识别结果通过用电采集系统或集中器传输，其核心方法主要体现在HPLC宽带载波通讯设备主从模块间的互操作。主模块以每分钟的周期，通过广播方式发送自身采集的最新的三相交流电过零点时刻及若干组“本过零点与上一过零点时间的差值再与20ms理论周期的差值”数据，从模块根据主模块提供的三相交流电过零时刻及数据，采集自身相对时刻的单相过零点数据，将数据转换为工作频率后按照两者的频率变化趋势及基准频率的对比，从而得出物理线路特征的相似性并形成记录，满足一定数据量后得出归属结果，主动告知主模块或由主模块定周期查询从模块识别结果。以下对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明的基于工频变化趋势的低压户变关系识别方法包括如下步骤：

1、开始，主模块启动户变识别命令后，将正弦电压正负半周过零点时刻M以及L1、L2、L3三相过零点采集数据按照表1所示的排列顺序通过广播方式发送至网络中。起始采集时刻代表在25MHz计数频率下的过零点采集时刻，每20ms为500000个计数单位；正负半周采集数据Tn代表Lx相一个过零周期的时长与20ms理想周期的偏差，采用HEX格式，有符号整型数，两字节表示，计数频率为25MHz的8分频，即3.125MHz。

字段	大小(字节)
		负半周起始采集时刻M1	4
负半周L1采集数量	1
		负半周L2采集数量	1
负半周L3采集数量	1
		负半周T1(第1个数据)	2
负半周T2(第2个数据)	2
		…	2
负半周Tn(第n个数据)	2
		负半周L2相位T1～Tn	-
负半周L3相位T1～Tn	-
		正半周起始采集时刻M2	4
正半周L1采集数量	1
		正半周L2采集数量	1
正半周L3采集数量	1
		正半周T1(第1个数据)	2
正半周T2(第2个数据)	2
		…	2
正半周Tn(第n个数据)	2
		正半周L2相位T1～Tn	-
正半周L3相位T1～Tn	-

表1电压正弦波过零点数据排列格式

当然，本例也可以采用其他数据格式，只需要包括从模块能够识别的正弦电压正负半周过零点时刻以及三相过零点采集数据即可。

2、从模块接收到主模块过零点采集数据时，定位采集时刻，该步骤涉及采集时间的同步。如果主从模块处于同一网络，则无需同步，否则需要将另一网络的采集时间转换为相对本网络的采集时间。从模块在每秒一个信标中，可计算出网络间网络基准时间的差值，该差值在不考虑误差情况下为定值，利用该定值可将表1中“负半周起始采集时刻M1”转换为从模块自身采集的相对时刻。

网络基准时间占用4个字节，其取值范围为：0～232-1，即0～4294967295。该时间在25MHz计数频率下循环，存在以下两种情况，设另一网络的网络基准时间为T1，本网络的网络基准时间为T2，两者差值为Tdiff，“负半周起始采集时刻M1”为Tnow。

具体计算公式为：

当T1>T2：

Tdiff＝T1-T2；

如果Tnow>＝Tdiff,Tnow＝Tnow-Tdiff；

如果Tnow<Tdiff,Tnow＝0xFFFFFFFF-(Tdiff-Tnow)；

当T1<＝T2：

Tdiff＝T2-T1；

Tnow＝Tnow+Tdiff。

3、经过以上计算后“负半周起始采集时刻M1”Tnow已经为相对本网络的时间，由于不同硬件个体中其晶振存在误差，直接使用“负半周起始采集时刻M1”Tnow进行过零点采集可能随机性出现得不到过零点数据或采集到下一个过零点数据，故采集时刻需前移若干时间开始寻找，前移时间的取值通常比主从模块晶振的最大偏差略大一些，但应小于10ms且不过于接近，本例前移时间取值为555us，得到前移后的时间Tfront，Tfront＝Tnow-(62500/360*10)，使用该时间便能准确采集到同一时刻的过零点数据。

4、第一次数据采集完成后，如果此时相位还未识别完成，则需要先确定从模块相对于主模块处于哪一相位。由于主模块数据格式按照L1-L2-L3顺序采集，而从模块只有一相过零采集，所以比对自身采集时刻Tself与“负半周起始采集时刻M1”Tnow可得知相位以及火零反接情况。以0°为相对L1相，120°为相位L2相，240°为相对L3相，互补角度为反相。取基准角度为中心正负30°为所属区域，每个相位(包括正反相)各占用60°。则相位angle的计算公式为：

Tc_diff＝Tself-Tnow；

angle＝Tc_diff(us)*360/20000(us)。

5、相位识别步骤完成后，从模块准确提取主模块数据序列中与自身采集的过零点数据Fs相对应的相位过零点数据Fm，数据点个数N相同，计算主从模块的过零点数据的平均数，其差值为基准工频差Fdiff。

所述基准工频差的计算公式为：

其中，i为数据点，0≤i≤N，

所述工频变化趋势Cdiff的计算方法为：

如果Fdiff小于系数K1，意味着当前从模块更趋近于发送数据的主模块网络，则为该网络增加权重r1，否则需要对比变化趋势Cdiff，如果变化在一个变化趋势集合中有个别时刻的Cdiff(x)小于系数K2，意味着当前从模块有部分几率趋近于发送数据的主模块网络，则为该网络增加权重r2，一般情况下，K1<K2,且r1>r2。

6、当步骤5由“基准工频差”与“工频变化趋势”条件得到的“网络相似度R”保存后，本发明增加判断步骤，判断当前网络相似度R的数据量是否满足设定值m，若小于设定值m，意味数据量较少，不建议作为户变识别关系的参考，当数据量大于或等于m时，根据“网络相似度R”进行排序，R值最大的网络将被当前从模块认定为所属网络，并将识别结果告知所在网络的主模块。

本发明具有三个比较重要的创新点，从而使本发明的识别方法精确度非常高，具体如下：

1、采集点时刻的定位

从模块根据主模块的过零采集时刻定位自身的过零点数据，要求主从模块采集时刻的统一性，避免后续数据的无效比对。相同网络下主从模块网络基准时间相同的，而不同网络间则存在差异，本发明点就是利用不同网络间的网络基准时间差为定值，可得出其他网络相对本网络的相对时刻，并且不同硬件个体中其晶振存在误差，故采集时刻需前移若干时间开始寻找，从而能够准确采集到同一时刻的过零点数据。

2、所属相位的识别

主模块将三个相位的正反相数据广播发送至网络上，由于目标从节点可出现在三相中任何一相上，在确定采集点时刻后，所采集的数据需要与主模块对应相位的数据进行比较，否则仍然为无效比对。

由于L1、L2、L3三相间相位差为120°，每个正弦波周期为20ms，正弦波角度为360°，以角度计算方式，划分为6个区域，以L1相为相对0°，考虑误差将正负30度归属为L1相范围，将互补角度区域定为反相。同理L2为120°，L3为240°。从模块将采集时刻与已确定的主模块L1相时刻比对，可得出时间差换算为角度准确定为所属相线及是否反相，从而从主模块的所有数据中提取出所需的部分数据进行分析。

3、工频变化的分析

得到同一时刻同一相位的过零数据后，利用频率F与时间T的倒数关系，主模块与从模块各自将‘本过零点与上一过零点时间的差值再与20ms理论周期的差值’数据反向还原为频率，将若干组频率的平均频率作为基准频率，并记录两者的工频差以及连续时间内频率的变化趋势，当主从模块同一时刻的基准工频差Fdiff小于等于一定系数K1时，增加属于本台区的权重r1比例，若基准工频差Fdiff大于该系数K1时，对比主从模块的变化趋势相似度，当两者的某点‘采集点的变化值’之差小于一定系数K2时，增加属于本台区的权重r2比例。当收集不同网络与自身的数据量达到一定程度m时，将属于本台区权重比例最高的网络认定为所属网络。从而使本发明的识别方法的精度更高。

本发明利用低压配电网中已有的HPLC高速宽带载波通讯设备，配合本发明的识别方法，与现有仪器或方法相比，本发明具备以下三大优点：

1、智能自动化

采用持续性识别方式，全程由宽带载波主从模块周期性的通讯，从模块自动识别所属台变，识别完成后告知自身判断结果至主模块，由主模块甄别出不属于本台区的从模块，封装数据格式上报至采集系统，全自动化识别，无人为介入，极大提高效率。

2、识别精准性

对于电力线物理线路错综复杂造成电磁场的空间耦合，以及存在台区变压器间共零线的情况，HPLC高速宽带载波信号容易出现串扰导致户变关系的误判。针对该问题，“工频变化分析算法”是利用了用电负荷与工频之间的关系而得出的一种户变识别方法。因为同一时刻不同变压器之间由于用电载荷的不同，其瞬时有功功率需求量不同，导致发电机组的瞬时转速降低或增高，表现为同一时刻工作频率的不同。反过来说，同一变压器的物理线路在同一时刻其工频是唯一的，在此基础上配合了高速载波通讯模块25MHz的高精度计数手段，周期性的采集数据，多段数据分析出目标节点与各变压器间线路特征的相似性，提高了户变识别的准确性。

3、便捷安全性

本发明是在已有的HPLC高速宽带载波通讯设备的基础上，结合了核心的“工频变化分析算法”，有效的减少了其他仪器的使用，降低了人力成本，提高了精确性，杜绝了用电安全隐患，用电管理部门仅需一键操作，从用电采集系统对目标台区变压器的集中器设备启动户变识别命令，集中器设备自动操作HPLC高速宽带载波本地通信模块启动户变归属识别，最后由主模块上报至集中器再通知用电采集系统，无需人为分析，增加总体经济效益。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于工频变化趋势的低压户变关系识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、从模块接收主模块数据，所述数据包括正弦电压正负半周过零点时刻以及三相过零点采集数据；

步骤二、定位采集时刻，然后采集该时刻的过零点数据；

步骤三、判断相位识别是否完成，如果是，执行步骤四，如果否，定位所属相位，然后返回执行步骤一；

步骤四、提取主模块数据中与自身采集的过零点数据相对应的相位过零点数据；

步骤五、计算主从模块该相位过零点数据的工频差及工频变化趋势；

步骤六、根据工频差或工频变化趋势获取归属网络；

步骤七、将识别结果上报给主模块，

步骤五中，所述工频差的计算方法为：

从模块准确提取主模块数据序列中与自身采集的过零点数据Fs相对应的相位过零点数据Fm，数据点个数N相同，计算主从模块的过零点数据的平均数，其差值为基准工频差Fdiff，所述基准工频差的计算公式为：

其中，i为数据点，0≤i≤N，

所述工频变化趋势Cdiff的计算方法为：

2.根据权利要求1所述的基于工频变化趋势的低压户变关系识别方法，其特征在于：步骤六执行后，还包括判断步骤：判断网络数据量是否在设定值m以上，如果是，再执行步骤七，如果否，获取的归属网络不做参考，返回执行步骤一。

3.根据权利要求1或2所述的基于工频变化趋势的低压户变关系识别方法，其特征在于：步骤一中，所述从模块和主模块采用持续性识别方式，所述主模块和从模块均设有宽带载波通信模块，采用宽带载波周期性通讯。

4.根据权利要求1或2所述的基于工频变化趋势的低压户变关系识别方法，其特征在于：步骤二中，定位采集时刻用于采集时间的同步，当主模块和从模块处于同一网络中，则无需同步，否则将主网络的采集时间转换为相对本网络的采集时间。

5.根据权利要求4所述的基于工频变化趋势的低压户变关系识别方法，其特征在于：采集过零点数据之前，还包括采集时间调整步骤，将所述定位后的采集时刻前移若干时间，得到前移后的时间Tfront，使用该时间开始采集，便能准确采集到同一时刻的过零点数据。

6.根据权利要求5所述的基于工频变化趋势的低压户变关系识别方法，其特征在于：步骤六中，首先判断工频差是否不大于系数K1，如果是，增加权重r1比例，然后执行步骤七，如果否，判断主从模块同时刻点工频变化值之差不大于系数K2，如果否，直接执行步骤七，如果是，增加权重r2比例，然后执行步骤七，其中，K1<K2,且r1>r2。

7.根据权利要求6所述的基于工频变化趋势的低压户变关系识别方法，其特征在于：根据基准工频差与工频变化趋势及相应的权重，得到网络相似度R，并对网络相似度R进行排序，选择R值最大的网络作为当前从模块的所述网络。

8.一种实现权利要求1-7任一项所述的基于工频变化趋势的低压户变关系识别方法的系统，其特征在于包括：

接收模块：用于使从模块接收主模块数据，所述数据包括正弦电压正负半周过零点时刻以及三相过零点采集数据；

定位及采集模块：用于定位采集时刻，然后采集该时刻的过零点数据；

第一判断模块：用于判断相位识别是否完成；

相位定位模块：用于定位所属相位；

提取模块：用于提取主模块数据中与自身采集的过零点数据相对应的相位过零点数据；

计算模块：用于计算主从模块该相位过零点数据的工频差及工频变化趋势；

获取模块：用于根据工频差或工频变化趋势获取归属网络；

上报模块：用于将识别结果上报给主模块。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：还包括第二判断模块：用于判断网络数据量是否在设定值m以上。

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