CN113098131B - 一种基于电流信号的电网拓扑识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电流信号的电网拓扑识别方法，包括以下步骤：持续采集当前的电流波形，每隔若干整周进行频谱分析，得到每个采集期内不同频率的振幅数据；提取一个采样期内每个整周波的峰值点，判断每个峰值点之间的差值，符合预期条件的，认为识别到一次特征波形；如果若干采样期内判断到连续多次特征波形，则认为成功识别到一次特征信号；如果预设时间段内的特征信号识别率达到阈值，则认为识别成功，并记录特征信号识别事件。本发明的实质性效果包括：基于电流信号，在电网中产生一个电流激励，让分支网络能监测到，产生的电流信号类似于用户消耗，在功耗可控的情况下，不影响载波通讯，并通过多次识别的方式提高识别率及准确率。

Description

一种基于电流信号的电网拓扑识别方法
技术领域
本发明涉及拓扑识别领域，特别涉及一种基于电流信号的电网拓扑识别方法。
背景技术
现有的拓扑识别技术包含多种方法，例如授权公告号CN106254157B的发明公开了一种配电网拓扑的分布式管控与识别方法，各终端仅配置安装处的拓扑信息，通过广播方式发送基本拓扑信息，各终端基于支路信息、方向信息判断终端是否相邻以及相对位置。广播同时完成逻辑层划分、生成最小连接树，确定代理终端。配电网开关、分支发生变化，设备切除或并入时，终端通过广播的形式自动更新拓扑信息，告知相邻终端，减少人工配置次数，实现拓扑信息的自动生成、更新。
现有技术中常用的是HPLC工频载波模块通信技术，该方法通过改造集中器使其具有工频通信功能，并在用户端添加具有工频通信功能的装置，集中器和这些装置通过工频通信方式自动识别台区拓扑。基于现有电力线构建可控方向通信机制，利用拓扑生成协议，采用的技术方案是，基于TTU，配电箱中进线端安装的陷波器及分支监测单元实现。陷波器阻止特定频段信号的传输；分支监测单元具有全网唯一的id，分支监测单元包括安装在陷波器两端的上行模块和下行模块，拓扑识别命令通过电力线，采用陷波器阻止的频段传输。
但这种技术需要安装陷波器和分支监测单元，依靠特定频段传输，提高电网的中的谐波成分，且基于电压的信号，会影响载波的通讯。
发明内容
针对现有技术容易影响载波通讯且识别率低的问题，本发明提供了一种基于电流信号的电网拓扑识别方法，适用于以电流波形为特征信号载体的拓扑识别系统，通过对信号的分析和多次验证，确保识别的准确率，同时不会影响载波通讯。
以下是本发明的技术方案。
一种基于电流信号的电网拓扑识别方法，包括以下步骤：
持续采集当前的电流波形，每隔若干整周进行频谱分析，得到每个采集期内不同频率的振幅数据；
提取一个采样期内每个整周波的峰值点，判断每个峰值点之间的差值，符合预期条件的，认为识别到一次特征波形；
如果若干采样期内判断到连续多次特征波形，则认为成功识别到一次特征信号；
如果预设时间段内的特征信号识别率达到阈值，则认为识别成功，并记录特征信号识别事件。
本发明基于电流信号，在电网中产生一个电流激励，让分支网络能监测到，产生的电流信号类似于用户消耗，在功耗可控的情况下，不影响载波通讯，提高识别率及准确率。由于电网拓扑识别中，误判的错误成本较高，因此本发明通过多次识别的方式完成识别，以确保识别的准确率，同时基于电流波形，可以避免影响载波通讯。
作为优选，所述振幅数据的获取过程包括：每个采集期提取若干个整周波，每个周波32个点，分析16次谐波含量，通过快速傅里叶变化得到波形的频谱图以及各频率下幅值的柱状图。
作为优选，所述每个峰值点之间的差值，对应的预期条件包括：最大的峰值应大于其他峰值且差值达到数值A，同时其他峰值相互间的差值小于数值B，其中A与B根据具体负载条件下的测试结果设定。
作为优选，所述特征信号包含a个电流波形，一个电流波形包含b个整周，a和b的具体数值根据实际情况确定。一般情况下，特征信号包含3个电流波形，一个电流波形包含3个整周，
作为优选，所述电流波形的有效值为30A。
作为优选，所述采样期至少为b+1个整周，至多为2b-1个整周。一般为4个整周。
作为优选，所述特征信号的起始点为上过零或下过零之一。
作为优选，成功识别到一次特征信号的依据为：在n个采样期内识别到连续的m次特征波形，其中m大于n/3。一般情况下n大于10，m大于3。
作为优选，所述特征信号识别事件的记录条件包括：在N个采样期内，特征信号识别率大于等于50%，其中N大于等于5n。
本发明的实质性效果包括：基于电流信号，在电网中产生一个电流激励，让分支网络能监测到，产生的电流信号类似于用户消耗，在功耗可控的情况下，不影响载波通讯，并通过多次识别的方式提高识别率及准确率。
附图说明
图1是本发明实施例中得到的一种频谱图。
图2是本发明实施例中得到的一种频域图。
图3是本发明实施例中得到的另一种频谱图。
图4是本发明实施例中得到的又一种频谱图。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本申请的技术方案进行描述。另外，为了更好的说明本发明，在下文中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未做详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
实施例：
一种基于电流信号的电网拓扑识别方法，包括以下步骤：
当收到集中器通过载波信号发送的“拓扑识别信号参数设置命令”时，会将命令中的特征信号发生时间、特征信号特征、识别器算法类型、特征信号发生器表地址等信息保存到储存器中，并在发生时间到达时开启识别流程。同时对应地址的特征信号发生器也会收到该命令，并在发生时间发送特征信号，特征信号的起始点为上过零或下过零之一。
持续采集当前的电流波形，每隔若干整周进行频谱分析，得到每个采集期内不同频率的振幅数据。本实施例采用有效值30A的电流波形，每隔3个整周波一个30A的电流波形，连续3个波形为一个特征信号。每10秒一个特征信号持续1分钟，共6个特征信号。每个采集期提取80ms波形，在50Hz下是4个整周波，每个周波32个点，则能分析16次谐波含量，以某一次采集为例，通过快速傅里叶变化，得到如图1所示的波形的频谱图。通过分析频谱，得到在12.5Hz，25Hz，37.5Hz，62.5Hz，75Hz，87.5Hz下的幅值比较明显，如图2，可以看到比例关系相对固定，因此可以用于分析拓扑信息。
考虑到识别器导入到分析函数的时间起始点不一样，在实际采样中，是会得到如图3的信号，通过发生器连续两次的波形做为分析基础，如第一次的一半没有采集到，然后第二次采集到了前的一半和后的一半。当放入到分析函数的点从131开始的128个点的波形，则会得到图4的信号，通过傅里叶变化得到的频谱也是跟前面一致，通过理论分析，得到只要发生器的信号是过零的，且每次在采样的128个点内，可以组成一个完成的波形，都可以识别出想要的完成的频谱图。
提取一个采样期内每个整周波的峰值点，判断每个峰值点之间的差值，符合预期条件的，认为识别到一次特征波形；每个峰值点之间的差值，对应的预期条件包括：最大的峰值应大于其他峰值且差值达到数值A，同时其他峰值相互间的差值小于数值B，其中A与B根据具体负载条件下的测试结果设定。
如果每10秒判断到连续3次特征波形，则认为成功识别到一次特征信号。
若1分钟内的特征信号识别率达到50%则认为识别成功，并记录特征信号识别事件。
本实施例基于电流信号，在电网中产生一个电流激励，让分支网络能监测到，产生的电流信号类似于用户消耗，在功耗可控的情况下，不影响载波通讯，提高识别率及准确率。由于电网拓扑识别中，误判的错误成本较高，因此本实施例通过多次识别的方式完成识别，以确保识别的准确率，同时基于电流波形，可以避免影响载波通讯。
本申请实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于电流信号的电网拓扑识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
持续采集当前的电流波形，每隔若干整周波进行频谱分析，得到每个采集期内不同频率的振幅数据；
提取一个采样期内每个整周波的峰值点，判断每个峰值点之间的差值，符合预期条件的，认为识别到一次特征波形；
如果若干采样期内判断到连续多次特征波形，则认为成功识别到一次特征信号；
如果预设时间段内的特征信号识别率达到阈值，则认为识别成功，并记录特征信号识别事件；
所述每个峰值点之间的差值，对应的预期条件包括：最大的峰值应大于其他峰值且差值达到数值A，同时其他峰值相互间的差值小于数值B，其中A与B根据具体负载条件下的测试结果设定。
2.根据权利要求1所述的一种基于电流信号的电网拓扑识别方法，其特征在于，所述振幅数据的获取过程包括：每个采集期提取若干个整周波，每个周波32个点，分析16次谐波含量，通过快速傅里叶变化得到波形的频谱图以及各频率下幅值的柱状图。
3.根据权利要求1所述的一种基于电流信号的电网拓扑识别方法，其特征在于，所述特征信号包含a个电流波形，一个电流波形包含b个整周。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于电流信号的电网拓扑识别方法，其特征在于，所述电流波形的有效值为30A。
5.根据权利要求1所述的一种基于电流信号的电网拓扑识别方法，其特征在于，所述特征信号的起始点为上过零或下过零之一。
6.根据权利要求1所述的一种基于电流信号的电网拓扑识别方法，其特征在于，成功识别到一次特征信号的依据为：在n个采样期内识别到连续的m次特征波形，其中m大于等于3。
7.根据权利要求6所述的一种基于电流信号的电网拓扑识别方法，其特征在于，所述特征信号识别事件的记录条件包括：在N个采样期内，特征信号识别率大于等于50%，其中N大于等于5n。
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