CN113075493A - 配电网的线损检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种配电网的线损检测装置，包括：发射高于第一预设频率且小于第二预设频率的电流特征脉冲至待识别配电网的电缆上的调制电路；套设在电缆上的柔性电流互感器，以从电缆接收电流特征脉冲生成的磁场中感应得到待识别配电网的拓扑信息，和从电缆中交流电流生成的磁场中感应得到计量信息；处理电路，处理电路与柔性电流互感器相连，以根据电待识别配电网的拓扑信息识别待测配电网的拓扑结构，并根据计量信息计算拓扑结构中所有分支结构的线损率。由此，解决了相关技术中人工确定拓扑结构与分段计量结合的线损检测方式，存在检测效率低、成本较高等问题。

Description

配电网的线损检测装置

技术领域

本申请涉及电力技术领域，特别涉及一种配电网的线损检测装置。

背景技术

线损是指线路损耗，是电能通过输电线路传输而产生的能量损耗，线损检测对于配电网的相关工作的开展至关重要，因此，如何进行配电网的线损检测对十分关键。

相关技术中，通常通过分段电能计量的方式进行线损检测，具体地：在电缆分叉点位置安装分段计量电能表，对各支线回路电能加和与总线回路电能比较来判断线损位置和缩小排查范围。

然而，由于配电网拓扑结构不明确，因此往往需要耗费大量的人力物力确定拓扑结构，然后再安装分段计量电能表进行线损检测，导致线损检测的效率低成本高，亟待解决。

申请内容

本申请提供一种配电网的线损检测装置，以解决相关技术中人工确定拓扑结构与分段计量结合的线损检测方式，存在检测效率低、成本较高等问题。等问题。

本申请第一方面实施例提供一种配电网的线损检测装置，包括：发射高于第一预设频率且小于第二预设频率的电流特征脉冲至待识别配电网的电缆上的调制电路；套设在所述电缆上的柔性电流互感器，以从所述电缆接收所述电流特征脉冲生成的磁场中感应得到所述待识别配电网的拓扑信息，和从所述电缆中交流电流生成的磁场中感应得到计量信息；处理电路，所述处理电路与所述柔性电流互感器相连，以根据所述电待识别配电网的拓扑信息识别所述待测配电网的拓扑结构，并根据所述计量信息计算所述拓扑结构中所有分支结构的线损率。

进一步地，所述拓扑信息和所述计量信息均包括电压信号，所述处理电路包括：与所述柔性电流互感器相连的前置放大电路，以放大所述电压信号；与所述前置放大电路相连的第一提取电路，用于从所述电压信号中提取实际电流值；与所述前置放大电路相连的第二提取电路，用于从所述电压信号中提取电流特征脉冲；分别与所述第一提取电路和所述第二提取电路相连的模数转换电路，用于将所述实际电流值和电流特征脉冲分别转换为第一数字信号和第二数字信号；与所述模数转换电路相连的处理器，以根据所述第一数字信号识别所述待测配电网的拓扑结构，并根据所述第二数字信号计算所述拓扑结构中所有分支结构的线损率。

进一步地，所述第一提取电路包括：与所述前置放大电路相连的积分电路，以对所述电压信号积分得到实际电流波形；与所述积分电路相连的低频分压电路，以滤除所述实际电流波形中第三预设频率的波形，得到所述待识别配电网的交流信号；与所述低频分压电路相连的电平转换电路，以将所述交流信号转换为所述实际电流值。

进一步地，所述第二提取电路包括：与所述前置放大电路相连的带通滤波电路，以滤除所述电压信号中第四预设频率分量和谐波分量；与所述带通滤波电路相连的脉宽与频率识别电路，以从滤波后的电压信号中提取所述电流特征脉冲；与所述脉宽与频率识别电路相连的二次增益放大电路，以对所述电流特征脉冲进行二次增益放大。

进一步地，所述带通滤波电路还用于从所述电压信号提取出连续频点；所述处理器用于通过傅立叶变换获取所述连续频点的频域特性，并根据所述频域特性确定所述电流特征脉冲发射频率的实际幅值，并比较所述实际幅值与所述发射频率对应的参考福值，当所述实际幅值与所述参考福值的差值小于预设阈值时，确定所述电流特征脉冲有效。

进一步地，所述调制电路包括：第一功率半导体器件和第二功率半导体器件，所述第一功率半导体器件和所述第二功率半导体器件的S极相连；可变电阻，所述可变电阻的一端与所述第一功率半导体器件的D极相连，所述可变电阻的另一端与待识别配电网的的火线线路相连，所述和第二功率半导体器件的D极与待识别配电网的零线线路相连；幅度调制器，所述幅度调制器与待测配电网的火线线路相连；调制发射器，所述调制发射器分别与所述第一功率半导体器件和第二功率半导体器件的G极相连，以发射高于第一预设频率的电流特征脉冲。

进一步地，其中，在交流电源的正半周时，所述火线线路的电流通过所述可变电阻和所述第一功率半导体器件的调制后，从所述第二功率半导体器件的续流二极管流回所述零线线路；在交流电源的负半周时，所述零线线路的电流由所述第二功率半导体器件的调制后，从所述所述第一功率半导体器件的续流二极管流出，并经过所述可变电阻流回所述火线线路。

可选地，所述第一预设频率可以为1KHz，所述第二预设频率可以为100MHz。

可选地，所述第三预设频率可以为15KHz，所述第四预设频率可以为50Hz。

进一步地，所述电压信号为电流对时间的微分。

本申请具有如下有益效果：

可以利用柔性电流互感器实现拓扑结构的自动识别及线损的自动检测，以根据自动生成的拓扑结构自动完成分段计量工作，自动定位配电网线损区域并计算线损率，线损检测简单便捷，大大降低线损排查的工作难度，无需耗费大量人力物力，可以有效降低检测的成本，并有效提高检测效率。由此，解决了相关技术中人工确定拓扑结构与分段计量结合的线损检测方式，存在检测效率低、成本较高等问题。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请实施例提供的配电网的线损检测装置的方框示意图；

图2为根据本申请实施例提供的调制电路的结构示意图；

图3为根据本申请实施例提供的处理电路的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现做出的：

为解决低压台区线损问题，缩小线损故障点排查范围，通常使用分段电能计量的进行线损检测，即在电缆分叉点位置安装分段计量电能表，对各支线回路电能加和与总线回路电能比较，以判断线损位置和缩小排查范围。然而，在实际使用过程中，由于台区拓扑关系不明确，因此往往需要先投入大量人力对台区拓扑进行人工分析，即使使用专业台区拓扑生成装置，也需要投入大量人力对其进行安装位置进行前期预判，然后经安装、拆卸等过程，最后再安装分段计量装置，从而使整体线损排查工作耗费巨大代价，不利于推广。

下面参考附图描述本申请实施例的配电网的线损检测装置。针对上述背景技术中心提到的人工确定拓扑结构与分段计量结合的线损检测方式，存在检测效率低、成本较高的问题，本申请提供了一种配电网的线损检测装置，在该装置中，可以利用柔性电流互感器实现拓扑结构的自动识别及线损的自动检测，以根据自动生成的拓扑结构自动完成分段计量工作，自动定位配电网线损区域并计算线损率，线损检测简单便捷，大大降低线损排查的工作难度，无需耗费大量人力物力，可以有效降低检测的成本，并有效提高检测效率。由此，解决了相关技术中人工确定拓扑结构与分段计量结合的线损检测方式，存在检测效率低、成本较高等问题。

具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种配电网的线损检测装置的方框示意图。

如图1所示，该配电网的线损检测装置10包括：调制电路100、柔性电流互感器200和处理电路300。

其中，调制电路100发射高于第一预设频率且小于第二预设频率的电流特征脉冲至待识别配电网的电缆上；柔性电流互感器200套设在电缆上，以从电缆接收电流特征脉冲生成的磁场中感应得到待识别配电网的拓扑信息，和从电缆中交流电流生成的磁场中感应得到计量信息；处理电路300与柔性电流互感器200相连，以根据电待识别配电网的拓扑信息识别待测配电网的拓扑结构，并根据计量信息计算拓扑结构中所有分支结构的线损率。

可以理解的是，本申请实施例将分段电能计量功能和配电网拓扑结构自动生成功能合二为一，且将柔性电流互感器在电能计量和拓扑结构识别功能下可以分时复用。在具体使用时，首先在已知位置一次性安装本申请实施例的装置10，以实现自动分析该台区配电网的拓扑结构，然后根据生成的拓扑自动完成分段计量工作，自动定位线损区域并给出每一段分支的线损率，从而可以有效降低线损排查工作的难度，提高工作效率。

在本实施例中，第二预设频率大于第一预设频率，以根据第二预设频率和第一预设频率限定高频电流特征脉冲的发射频段，其中，发射频段是指实际发射过程中可以使用的高频范围，本领域技术人员可以根据实际情况设置发射频段，不做具体限定。例如，第一预设频率可以为1KHz，第二预设频率可以为100MHz，则发射频段可以为1KHz-100MHz频段，本申请实施例则可以发射1KHz-100MHz频段中任意一高频电流特征脉冲至电缆上。以下实施例中，以1KHz-100MHz频段为例，且在本实施例中，以电流特征脉冲的发射频率以15KHz为例。

在本实施例中，电流特征脉冲可以理解为待测配电网的拓扑结构的数字特征码，数字特征码可以唯一标识拓扑结构的分支结构，因此，本申请实施例可以将拓扑结构中的不同分支结构的用不同的数字特征码表示，当发射分支结构对应的数字特征码时，即可确定该分支结构，因此，为了更加准确的识别待测配电网的拓扑结构，可以根据分支结构的数量设置多个调制电路100。

在一些实施例中，调制电路100可以为双功率半导体器件的全波电流特征脉冲调制电路，如图2所示，包括：第一功率半导体器件U1、第二功率半导体器件U2、可变电阻R1、幅度调制器AM1和调制发射器VG1。

其中，第一功率半导体器件U1和第二功率半导体器件U2的S极相连；可变电阻R1的一端与第一功率半导体器件U1的D极相连，可变电阻R1的另一端与待识别配电网的的火线线路L相连，和第二功率半导体器件U2的D极与待识别配电网VG1的零线线路N相连；幅度调制器AM1与待测配电网VG1的火线线路L相连；调制发射器VG2分别与第一功率半导体器件U1和第二功率半导体器件U2的G极相连，以发射高于第一预设频率的电流特征脉冲。

在本实施例中，第一功率半导体器件和第二功率半导体器件可以为IGBT((Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化层半导体场效晶体管)等，且两个功率半导体器件的类型可以相同、也可以不同，可以根据实际需求进行选择，不做具体限定；可变电阻R1的阻值可调；调制发射器可以为PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)调制器，也可以为其他用于产生脉冲信号的装置，不做具体限定。

进一步地，调制电路100的调制原理为：在交流电源的正半周时，火线线路的电流通过可变电阻和第一功率半导体器件的调制后，从第二功率半导体器件的续流二极管流回零线线路，形成对正半周的调制回路；在交流电源的负半周时，零线线路的电流由第二功率半导体器件的调制后，从第一功率半导体器件的续流二极管流出，并经过可变电阻流回火线线路，形成对负半周的调制回路。由此，经过调制电路100的调制之后得到指定频率的高频电流特征脉冲。

需要说明的是，柔性电流互感器200也可以称为罗氏线圈，工作原理是基于法拉第定律，柔性电流互感器200与普通电流互感器相比，由于缺少磁芯，无需对磁芯充磁，因此灵敏度高，且带宽可以大于30MHz，从而具有高灵敏度、高带宽的特点。另外，普通开口电流互感器需要用力按压闭合卡扣，并借助工具拆卸；而柔性电流互感器200内径大可不受大小限制的套在待测电缆或母排上，与普通开口电流互感器相比拆装简单便捷。

本申请实施例可以根据实际情况具体设置柔性电流互感器200的使用数量，不做具体限定。本申请可以通过一组柔性电流互感器200获得交变电流信号，该信号包含了50HZ交流电流信号和叠加在50Hz交流电流信号上的15KHz典型值的电流特征脉冲信号，将获取到的电流混合信号送入处理电路300中。

由于柔性电流互感器200获取的是线路中电流变化率大小，即电压信号，因此，拓扑信息和计量信息均包括电压信号，其中，电压信号为交流电流信号和电流特征脉冲信号产生的混合信号，可以通过处理电路300处理并提取出交流电流信号和电流特征脉冲信号。

在一些实施例中，如图3所示，处理电路300包括：前置放大路310、第一提取电路320、第二提取电路330、模数转换电路340和处理器350。

其中，前置放大电路310与柔性电流互感器200相连，以放大电压信号；第一提取电路320与前置放大电路310相连，用于从电压信号中提取实际电流值；第二提取电路330与前置放大电路310相连的，用于从电压信号中提取电流特征脉冲；模数转换电路340分别与第一提取电路320和第二提取电路330相连，用于将实际电流值和电流特征脉冲分别转换为第一数字信号和第二数字信号；处理器350与模数转换电路340相连，以根据第一数字信号识别待测配电网的拓扑结构，并根据第二数字信号计算拓扑结构中所有分支结构的线损率。

其中，前置放大电路310用于将电流变化率的微弱信号放大至预设倍数，比如可以放大至0.5mV左右，预设倍数可以根据实际的放大需求进行设置，不做具体限定。处理器350可以为常用的微处理器，不做具体限定。

本申请实施例可以将混合信号送入前置放大电路，将信号放大后送入处理电路300包括的两套独立电路中，以分别进行信号的提取；在一些实施例中，如图3所示，第一提取电路320可以包括：积分电路321、低频分压电路322和电平转换电路323。

其中，积分电路321与前置放大电路310相连，以对电压信号积分得到实际电流波形；低频分压电路322与积分电路321相连，以滤除实际电流波形中第三预设频率的波形，得到待识别配电网的交流信号；电平转换电路333与低频分压电路322相连，以将交流信号转换为实际电流值。

其中，第三预设频率可以根据实际滤波需求进行设置，比如，可以为15KHz。积分电路321、低频分压电路322、DC电平转换电路323回路用于获取低频50Hz电流信号，用于测量线路中实际电流大小。

具体而言，第一提取电路320用于获取50Hz交流电流信号，即获配电网电缆中的用电电流，第一提取电路320通过积分电路321将柔性电流互感器200的输出信号放大并还原为交流正弦电路信号后，送入低频分压电路，最后通过DC电平转换电路输出，并通过模数转换电路340转换后使用处理采集电缆的实际电流大小。由于高频脉冲信号在低频分压电路中已被滤除，因此不影响计量精度。

在一些实施例中，如图3所示，第二提取电路330可以包括：带通滤波电路331、脉宽与频率识别电路332和二次增益放大电路333。

其中，带通滤波电路331与前置放大电路相连，以滤除电压信号中第四预设频率分量和谐波分量；脉宽与频率识别电路332与带通滤波电路331相连，以从滤波后的电压信号中提取电流特征脉冲；二次增益放大电路333与脉宽与频率识别电路332相连，以对电流特征脉冲进行二次增益放大。

其中，第四预设频率可以根据实际滤波需求进行设置，比如，可以为50Hz；带通滤波电路331可以为带通滤波器，二次增益放大电路333可以为二次增益放大器。本申请实施例可以通过带通滤波器331、脉宽频率识别电路332、二次增益放大电路333提取高频15KHz典型值的脉冲识别码信号。

具体而言，第二提取电路330用于获取15KHz典型值的电流特征脉冲信号，将前置放大电路310输出信号送入带通滤波电路331中，过滤50Hz低频分量及部分谐波分量后，前入脉宽与频率识别电路332中，提取15KHz典型值的电流特征脉冲信号后，将有效的电流特征脉冲信号进行二次增益放大后，即可通过模数转换为数字电路信号，并通过处理器进行识别。

在本实施例中，带通滤波电路331还用于从电压信号提取出连续频点；处理器350用于通过傅立叶变换获取连续频点的频域特性，并根据频域特性确定电流特征脉冲发射频率的实际幅值，并比较实际幅值与发射频率对应的参考福值，当实际幅值与参考福值的差值小于预设阈值时，确定电流特征脉冲有效。

其中，预设阈值可以根据实验进行标定，不做具体限定。由于带通滤波电路在设计时，会将线路中的一段连续频点均提取出来，因此在进行信号处理时，可以通过傅立叶变换，获得该连续频点的频域特性，通过比较已知15KHz的频域幅值大小，做为是否获取到特征电流脉冲信号的依据。

需要说明的是，本申请实施例在硬件上可以配合高频模拟信号切换开关组合使用，处理器软件上可以使用数字滤波器和傅立叶变换做频域变换，最后通过15KHz典型值的电流特征脉冲以及频域上该频点的幅值大小，来综合判断接收到的电流特征脉冲是否正确有效。

综上，本申请实施例将分段电能计量功能和台区拓扑识别功能合二为一，且实现了柔性电流互感器在电能计量和台区拓扑识别功能上的分时复用；并且只需要在已知位置一次性安装本申请实施例的装置，即可实现自动分析该台区拓扑，然后根据生成的拓扑自动完成分段计量工作，自动定位线损区域并给出每一段分支的线损率，从而有效降低线损排查工作的难度，提高工作效率，通过上述复用技术，还可以由有效降低硬件成本及检测成本。

根据本申请实施例提出的配电网的线损检测装置，可以利用柔性电流互感器实现拓扑结构的自动识别及线损的自动检测，以根据自动生成的拓扑结构自动完成分段计量工作，自动定位配电网线损区域并计算线损率，线损检测简单便捷，大大降低线损排查的工作难度，无需耗费大量人力物力，可以有效降低检测的成本，并有效提高检测效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种配电网的线损检测装置，其特征在于，包括：

发射高于第一预设频率且小于第二预设频率的电流特征脉冲至待识别配电网的电缆上的调制电路；

套设在所述电缆上的柔性电流互感器，以从所述电缆接收所述电流特征脉冲生成的磁场中感应得到所述待识别配电网的拓扑信息，和从所述电缆中交流电流生成的磁场中感应得到计量信息；以及

处理电路，所述处理电路与所述柔性电流互感器相连，以根据所述电待识别配电网的拓扑信息识别所述待测配电网的拓扑结构，并根据所述计量信息计算所述拓扑结构中所有分支结构的线损率。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述拓扑信息和所述计量信息均包括电压信号，所述处理电路包括：

与所述柔性电流互感器相连的前置放大电路，以放大所述电压信号；

与所述前置放大电路相连的第一提取电路，用于从所述电压信号中提取实际电流值；

与所述前置放大电路相连的第二提取电路，用于从所述电压信号中提取电流特征脉冲；

分别与所述第一提取电路和所述第二提取电路相连的模数转换电路，用于将所述实际电流值和电流特征脉冲分别转换为第一数字信号和第二数字信号；

与所述模数转换电路相连的处理器，以根据所述第一数字信号识别所述待测配电网的拓扑结构，并根据所述第二数字信号计算所述拓扑结构中所有分支结构的线损率。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一提取电路包括：

与所述前置放大电路相连的积分电路，以对所述电压信号积分得到实际电流波形；

与所述积分电路相连的低频分压电路，以滤除所述实际电流波形中第三预设频率的波形，得到所述待识别配电网的交流信号；

与所述低频分压电路相连的电平转换电路，以将所述交流信号转换为所述实际电流值。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二提取电路包括：

与所述前置放大电路相连的带通滤波电路，以滤除所述电压信号中第四预设频率分量和谐波分量；

与所述带通滤波电路相连的脉宽与频率识别电路，以从滤波后的电压信号中提取所述电流特征脉冲；

与所述脉宽与频率识别电路相连的二次增益放大电路，以对所述电流特征脉冲进行二次增益放大。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，

所述带通滤波电路还用于从所述电压信号提取出连续频点；

所述处理器用于通过傅立叶变换获取所述连续频点的频域特性，并根据所述频域特性确定所述电流特征脉冲发射频率的实际幅值，并比较所述实际幅值与所述发射频率对应的参考福值，当所述实际幅值与所述参考福值的差值小于预设阈值时，确定所述电流特征脉冲有效。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调制电路包括：

第一功率半导体器件和第二功率半导体器件，所述第一功率半导体器件和所述第二功率半导体器件的S极相连；

可变电阻，所述可变电阻的一端与所述第一功率半导体器件的D极相连，所述可变电阻的另一端与待识别配电网的的火线线路相连，所述和第二功率半导体器件的D极与待识别配电网的零线线路相连；

幅度调制器，所述幅度调制器与待测配电网的火线线路相连；

调制发射器，所述调制发射器分别与所述第一功率半导体器件和第二功率半导体器件的G极相连，以发射高于第一预设频率的电流特征脉冲。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，其中，

在交流电源的正半周时，所述火线线路的电流通过所述可变电阻和所述第一功率半导体器件的调制后，从所述第二功率半导体器件的续流二极管流回所述零线线路；

在交流电源的负半周时，所述零线线路的电流由所述第二功率半导体器件的调制后，从所述所述第一功率半导体器件的续流二极管流出，并经过所述可变电阻流回所述火线线路。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一预设频率为1KHz，所述第二预设频率为100MHz。

9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第三预设频率为15KHz，所述第四预设频率为50Hz。

10.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电压信号为电流对时间的微分。

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