CN112748391B - 基于电力宽带载波通讯的电能表在线故障检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于电力宽带载波通讯的电能表在线故障检测方法及系统，属于电力宽带载波抄表领域。本发明包括在线故障检测方法包括如下步骤：根据载波通讯信号强度找到电力线路上的邻居电能表；与邻居电能表建立相互检测关系；定时获取邻居电能表的电能参数；将获取的邻居电能表的电能参数，与自身的电能参数进行比较，判断电能表是否存在计量故障。本发明还提供一种实现所述在线故障检测方法的系统。本发明的有益效果为：更早更及时的发现故障，并能够及时维修，减少用电纠纷提高用户满意度，及时发现负误差可减少电力公司损失，降低线损率。
Description
技术领域
本发明涉及电力宽带载波抄表领域，尤其涉及一种基于电力宽带载波通讯的电能表在线故障检测方法及系统。
背景技术
能源消耗与我们生产生活息息相关，尤其是电力能源的使用，在使用电力的时候电能表作为电能计量的仪表，其工作的稳定性及计量的准确度直接影响到我们安全用电及电网公司配电管理。电能表长期在电网运行，其工作的稳定性及计量的准确度以目前技术并不能实时掌握，一般由于电表故障导致用户不能用电投诉至电网公司客服或者用电数据异常偏多用户投诉至电网公司客服，安排人员上门检查拆回检测中心检测才能发现，导致与用户产生费用纠纷。其次，电能表计量故障导致电能计量偏少，则很难发现导致电网公司损失。
目前电力线载波通讯已广泛应用于电力抄表，特别是宽带载波通讯技术，通讯延时非常小，通讯实时性大大提高达到毫秒级，通讯稳定可靠。目前已建成的电力宽带载波抄表系统可同时采集过零信号及实现台区识别功能。利用电力宽带载波抄表系统以上特点及功能，通过增加协议实现宽带载波抄表系统内的集中器与电能表之间、电能表与电能表之间通过宽带载波模块核对电能表采集的电压、电流、功率、频率参数特征，通过可参考参数比对电能表是否正常运行，计量是否准确。
电力载波抄表系统目前作为通讯模块，抄读电能表事件数据和电量等数据不能对电能表计量数据准确性做判断。依靠宽带载波模块的过零检测电路实现台区识别、相线识别，也不能对电能表计量数据准确性做判断。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供一种基于电力宽带载波通讯的电能表在线故障检测方法，还提供一种实现所述基于电力宽带载波通讯的电能表在线故障检测方法的系统。
本发明基于电力宽带载波通讯的电能表在线故障检测方法包括如下步骤：
步骤一、根据载波通讯信号强度找到电力线路上的邻居电能表；
步骤二、与邻居电能表建立相互检测关系；
步骤三、定时获取邻居电能表的电能参数；
步骤四、将获取的邻居电能表的电能参数，与自身的电能参数进行比较，判断电能表是否存在计量故障。
本发明作进一步改进，还包括步骤五、如果存在计量故障，通过载波通信上报判断结果。
本发明作进一步改进，步骤一和步骤二中，与邻居电能表建立相互检测关系的方法为：
S101：通过载波通信向其他电能表发送测试广播帧；
S102：接收到其他电能表的应答帧，所述应答帧包括应答电能表地址和接收到的测试广播帧的信号强度值；
S103：检测接收的应答帧的信号强度；
S104：判断应答帧中的信号强度值与检测到的信号强度值是否一致，如果否，结束，如果是，执行下一步；
S105：比较所有应答的电能表的信号强度，按照信号强度，选择一个以上的电能表作为邻居电能表。
本发明作进一步改进，还包括步骤S106：确认与邻居电能表是否为线路相邻，如果是，与该电能表建立相互检测关系。
本发明作进一步改进，步骤S105和步骤S106中，选择信号强度最大的电能表，确定为相邻电能表，并确定为相互检测关系。
本发明作进一步改进，电能表确定相互检测关系后，定时读取相邻电能表参数，和/或共享本电能表参数给相邻电能表。
本发明作进一步改进，步骤三中，所述电能参数包括电能表的电压值和频率。
本发明还提供一种实现所述基于电力宽带载波通讯的电能表在线故障检测方法的系统，包括台区变压器，设置在台区变压器电源输出端的集中器及一个以上的电能表，集中器和每个电能表均设有载波模块，集中器和电能表之间、电能表与电能表之间通过载波模块进行通信，每个电能表还包括：
检测关系建立模块：用于与邻居电能表建立相互检测关系；
读取模块：用于定时获取邻居电能表的电能参数；
比较模块：用于将获取的邻居电能表的电能参数，与自身的电能参数进行比较；
判断模块：用于根据比较结果判断电能表是否存在计量故障。
本发明作进一步改进，每个电能表能够与1个或多个电能表做邻居，并建立相互检测关系。
本发明作进一步改进，互为相互检测关系的若干个电能表设于台区变压器的同一个输出电源线路上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用此在线检测方法，不需要额外的资产投入，仅需通过远程批量升级程序即可实现；采用此在线检测方法监测电能表的计量故障，可以使电网公司更早更及时的发现故障，并能够及时维修，减少用电纠纷提高用户满意度，及时发现负误差可减少电力公司损失，降低线损率。
附图说明
图1为本发明抄表系统结构示意图；
图2为本发明用户用电简图；
图3为本发明方法流程图；
图4为电能表建立相互检测关系方法流程图；
图5为其他电能表建立相互检测关系处理方法流程图。
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。
如图1所示，本发明电网载波抄表系统简图，由台区变压器引出低压市电电网，在电网中有集中器和若干用户电能表组成，集中器负责通过电压电网电力线载波通讯抄读电能表电能数据后，使用4G通信模块连接主站服务器上报数据，一般安装在配电柜中与变压器相邻。在实际场景中电能表有如图1中用户表1单独安装的与其他表相距较远，也有如图1中用户表2-4多块表在一个表箱，电能表与电能表距离非常近。
如图2所示，由于物理特性铜线、铝线都是有电阻，R1、R2、R3是用户家中电器，RL、RL1、RL2是火线线电阻，RN、RN1、RN2是零线线电阻，R1、R2、R3是用户电器负载。由导线电阻计算公式R＝ρ×L/S(ρ为导体电阻率，L为导体长度，S为导体横截面积)可知，电网中电线越长电阻越大，同时，由欧姆定律U＝I*R可知，电阻越大消耗的电压越大。因此由于输电线损耗，在电网中靠近台区变压器的用户电压高，电网末端用户电压低。
交流电的功率计算公式为：其中，U为电压有效值，I为电流有效值，为电流与电压的相位差。电能计算公式W＝Pt可知，电能表计算用电功率的准确度是电能表计量准确的关键，因此可以通过对比电能表采集的电压有效值，电流有效值以及电流与电压的相位差是否准确来监测电能表计量是否有故障。
由图2的分析可知，电网上不同位置用户电压不一样，越近电压差越小，因此可以比较相邻电表采样的电压值。但是，各用户电流以及电流与电压的夹角随电器变化而变化，不易监测。由于相邻电表输入电源之间电阻非常小，电压波形应该是一致的。智能电能表的计量电路还可以测量交流电频率，同一台区的交流电频是相同的。基于以上分析本发明通过比较线路相邻电能表的电压、频率来监测电能表计量故障。
如图3所示，本发明的基于电力宽带载波通讯的电能表在线故障检测方法包括如下步骤：
步骤一、根据载波通讯信号强度找到电力线路上的邻居电能表；
步骤二、与邻居电能表建立相互检测关系；
步骤三、定时获取邻居电能表的电压及频率的电能参数；
步骤四、将获取的邻居电能表的电能参数，与自身的电能参数进行比较，判断电能表是否存在计量故障。
当存在计量故障，通过载波通信上报给集中器，然后集中器在通过4G通信模块将故障信息上报给主站服务器，由主站服务器及时维护。
如图4和图5所示，本发明采用载波通讯是通过将通讯信号调制在电网上传输的，而信号衰减也与电力线长度相关，本发明在通讯的过程中，能够通过载波接收电路测出接收信号的大小，因此，本发明可以通过接收信号的大小来判断是否相邻。
如图4所示，作为发送端的电能表，通过广播命令向其他的电能表发送线路测试广播帧，其他电能表在接收到测试广播帧时，检测接收信号的强度值，根据接收端接收的信号大小判断是否可能相邻，若小于阈值，衰减比较大，说明线路较长，此时，不做处理，结束。若大于阈值则将本地表地址和接收到的信号大小回答给对应发送广播帧的电能表，然后，等待接收确认帧。
发送端的电能表判断其他电能表应答是否超时，如果是，结束，如果否，接收到其他电能表的应答帧，检测接收到应答帧的信号强度，判断判断应答帧中的信号强度值与检测到的信号强度值是否一致，如果否，结束；如果是，根据接收应答帧信息信号的大小及广播帧信号大小综合判定接受到的一个或多个电能表的信号大小，挑选信号最大的认为是最近的电能表，然后与其建立邻居关系，共享实时电压和频率数据，一个电能表可以与多块电能表做邻居，从而实现相互之间数据采集准确性监测。
当接收端的电能表确定与其他电能表确定邻居关系后，发送确认帧给相应的电能表，接收端的电能表接收到确认帧后，确认与发送端的电能表是否为线路相邻，如果是，建立相互检测关系，共享本电能表电能参数或定时读取邻居电能表的电能参数。通过发送端和接受端的相互验证，从而使相互检测关系更加准确。
对于如图1中单个电能表单独安装距离较近，可根据信号大小估算距离，按比例计算或者与多个邻居电能表比较。本发明通过一个邻居电能表即可实现在先故障检测。当然本例的一个电能表可以与附近多个电能表做邻居，相互建立相互检测关系，从而使检测结果更加准确。
本发明通过电能表通过载波模块获取相邻电能表电能参数相互检测，具有以下突出优势：
(1)目前电网公司已全部实现电能表联网集抄，近两年开始投入大量资金进宽带载波通讯升级换代，预计两年内基本可全部实现宽带载波通讯，且宽带载波模块可远程批量升级。采用此在线检测方法，不需要额外的资产投入，仅需通过远程批量升级程序即可实现。
(2)采用此在线检测方法监测电能表的计量故障，可以使电网公司更早更及时的发现故障，并及时维修，减少用电纠纷提高用户满意度，及时发现负误差可减少电力公司损失，降低线损率。
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 (8)
1.基于电力宽带载波通讯的电能表在线故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、根据载波通讯信号强度找到电力线路上的邻居电能表；
步骤二、与邻居电能表建立相互检测关系；
步骤三、定时获取邻居电能表的电能参数；
步骤四、将获取的邻居电能表的电能参数，与自身的电能参数进行比较，判断电能表是否存在计量故障,
步骤一和步骤二中，与邻居电能表建立相互检测关系的方法为：
S101：通过载波通信向其他电能表发送测试广播帧；
S102：接收到其他电能表的应答帧，所述应答帧包括应答电能表地址和接收到的测试广播帧的信号强度值；
S103：检测接收的应答帧的信号强度；
S104：判断应答帧中的信号强度值与检测到的信号强度值是否一致，如果否，结束，如果是，执行下一步；
S105：比较所有应答的电能表的信号强度，按照信号强度，选择一个以上的电能表作为邻居电能表，
步骤三中，所述电能参数包括电能表的电压值和频率。
2.根据权利要求1所述的基于电力宽带载波通讯的电能表在线故障检测方法，其特征在于：还包括步骤五、如果存在计量故障，通过载波通信上报判断结果。
3.根据权利要求1或2所述的基于电力宽带载波通讯的电能表在线故障检测方法，其特征在于：还包括步骤S106：确认与邻居电能表是否为线路相邻，如果是，与该电能表建立相互检测关系。
4.根据权利要求3所述的基于电力宽带载波通讯的电能表在线故障检测方法，其特征在于：步骤S105和步骤S106中，选择信号强度最大的电能表，确定为相邻电能表，并确定为相互检测关系。
5.根据权利要求4所述的基于电力宽带载波通讯的电能表在线故障检测方法，其特征在于：电能表确定相互检测关系后，定时读取相邻电能表参数，和/或共享本电能表参数给相邻电能表。
6.一种基于电力宽带载波通讯的电能表在线故障检测系统，用于实现权利要求1-5任一项所述的基于电力宽带载波通讯的电能表在线故障检测方法，其特征在于：包括台区变压器，设置在台区变压器电源输出端的集中器及一个以上的电能表，集中器和每个电能表均设有载波模块，集中器和电能表之间、电能表与电能表之间通过载波模块进行通信，每个电能表还包括：
邻居查找模块：用于根据载波通讯信号强度找到电力线路上的邻居电能表；
检测关系建立模块：用于与邻居电能表建立相互检测关系；
读取模块：用于定时获取取邻居电能表的电能参数；
比较模块：用于将获取的邻居电能表的电能参数，与自身的电能参数进行比较；
判断模块：用于根据比较结果判断电能表是否存在计量故障。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：每个电能表能够与1个或多个电能表做邻居，并建立相互检测关系。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：互为相互检测关系的若干个电能表设于台区变压器的同一个输出电源线路上。
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