CN113608024A - 一种基于电力专用边缘计算芯片的低压台区线路阻抗测量方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电力专用边缘计算芯片的低压台区线路阻抗测量方法及系统，所述方法包括以下步骤，勘察低压台区变压器参数，计算变压器内阻；台区某节点向台区进线侧主动发送2个特征频率的脉冲电流信号；测量该节点处的谐振电压和脉冲电流；测量台区进线侧的谐振电压；通过线路阻抗分析算法计算节点至台区进线侧的线路阻抗；重复以上步骤得到台区所有节点至台区进线侧的线路阻抗；接收所有节点至台区进线侧的线路阻抗，依据各节点的拓扑位置得出整个台区的线路阻抗图。所述系统包括阻抗测量信号发送模块和基于电力专用边缘计算芯片的阻抗测量信号识别模块。该发明测量过程简单、不依赖严格的时间同步，测量精度高，输出结果快、占用资源少。
Description
技术领域
本发明涉及电力智能配网技术领域，尤其涉及一种基于电力专用边缘计算芯片的低压台区线路阻抗测量方法和系统。
背景技术
低压配网作为电网的末端，又是直接面向市场，服务客户的最前端，具有体量大、分布广、供电环境复杂、需求多样化等特点。0.4kV供电网是供电“最后一公里”，直接影响用电质量，由于0.4kV供电网中接入负载的多样性、时变性和接线结构的复杂性，给电力人员故障快速抢修带来了极大的困难，同时也对营销大数据采集通信造成极强的影响。
由于线路老化及乱接线问题存在，为线路安全可靠运行埋下隐患。阻抗的变化可反映线路是否出现短路、断路等故障。研究供电回路阻抗，及时生成回路阻抗异常事件，可以尽早发现线路老化等缺陷，及时预防停电故障发生，提高供电可靠性。为进一步提升“以客户为中心”服务水平，使得在抢修力量有针对性进行故障定位、研判，深化大数据采集及应用。因此，面向0.4kV供电网线路故障研判、老化预警分析、线路触点松动、电气火灾等安全告警的多项需求下，及时预防停电故障发生，提高供电可靠性，研究0.4kV供电网下线路阻抗测量及相应应用技术显得尤为重要。
目前，低压台区线路阻抗测量方法主要有两种：
1)非干扰法，建立整个配电网的拓扑模型，用节点法对变压器节点和各末端节点同时刻首尾电压、电流进行采样的方式，多点多时刻取多值，引入均方误差计算，再把问题转换成求最小值的最优化问题(多值代入，取满足最优的解)。此方法较复杂，计算量大，且需要掌握同时刻的首尾电压、电流值。
2)干扰法，即建立节点，在节点处利用装置注入谐波电流，分多次注入电流谐波到线路中去，然后简化整个低压配电网模型，认为线路中只有系统电源、系统阻抗、线路阻抗和谐波源存在，然后利用戴维南定理列出多个等式，利用多个等式相加约去系统电源、系统阻抗，用多次谐波电源生成的电压，电流来表示线路阻抗。在同一个时间内(尽量短的时间内)多次注入不同大小的脉冲电流，利用短时间内负载电流不能突变的原理计算线路阻抗值。该方法要求注入不同大小的脉冲电流的时间尽量短。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种不需要时间同步、也不需要在尽量短的时间内多次注入脉冲电流、计算量小、测量精度高、测量速度快、操作简单的低压台区线路阻抗测量系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于电力专用边缘计算芯片的低压台区线路阻抗测量方法，包括以下步骤：
步骤一，勘察低压台区变压器参数，计算变压器内阻Zg；
步骤二，低压台区某节点向低压台区进线侧主动发送特征频率为w1的脉冲电流信号；
步骤三，测量低压台区该节点处的频率为w1谐振电压Ua(jw1)和脉冲电流Ivsc(jw1)；
步骤四，测量低压台区进线侧的频率为w1谐振电压Ug(jw1)；
步骤五，低压台区某节点向低压台区进线侧主动发送特征频率为w2的脉冲电流信号；
步骤六，测量低压台区该节点处的频率为w2谐振电压Ua(jw2)和脉冲电流Ivsc(jw2)；
步骤七，测量低压台区进线侧的频率为w2谐振电压Ug(jw2)；
步骤八，通过基于电力专用边缘计算芯片利用线路阻抗分析算法计算节点至低压台区进线侧的线路阻抗Zline；
步骤九，重复步骤二至步骤八，得到低压台区所有节点至低压台区进线侧的线路阻抗；
步骤十，接收所有节点至低压台区进线侧的线路阻抗，依据各节点的拓扑位置得出整个低压台区的线路阻抗图。
更进一步，所述通过基于电力专用边缘计算芯片采用线路阻抗分析算法计算节点至低压台区进线侧的线路阻抗Zline的计算方法为：
更进一步，所述特征频率w1、所述特征频率w2的取值为低压台区进线侧负载电流为0的两个谐波频率。
更进一步，所述特征频率w1、所述特征频率w2的取值为低压台区进线侧负载电流为0的两个间谐波频率。
更进一步，所述特征频率w1、所述特征频率w2的取值为1次谐波频率至20次谐波频率之间。
更进一步，步骤十所述各节点的拓扑位置通过以下步骤获得：
各节点向低压台区进线侧发送特征电流信号；
低压台区进线侧识别特征电流信号，得出相应节点的拓扑位置。
更进一步，所述勘察低压台区变压器参数，计算变压器内阻Zg的步骤包括以下步骤：
勘察低压台区变压器短路阻抗电压百分比u％，额定电压u，额定功率Se；
按照
计算变压器内阻Zg。
本发明还提供一种基于电力专用边缘计算芯片的低压台区线路阻抗测量系统，其特征在于，包括阻抗测量信号发送模块和阻抗测量信号识别模块，所述阻抗测量识别模块位于低压台区的进线侧，所述阻抗测量发送模块位于台区线路的各节点位置，所述阻抗测量信号发送模块通过低压线路与所述阻抗测量信号识别模块连接；所述阻抗测量发送模块包括脉冲电流发送单元、阻抗计算单元、特征电流发送单元、载波模块；所述阻抗测量识别模块包括脉冲电流识别单元、载波模块、电力专用边缘计算芯片、拓扑识别单元。
更进一步，所述脉冲电流发送单元包括脉冲电流调制单元、脉冲电流采样单元和电压采样单元。
更进一步，所述脉冲电流识别单元包括脉冲电流解调单元、电压采样单元。
本发明的有益效果在于：本发明公开的基于电力专用边缘计算芯片的低压台区线路阻抗测量方法和系统运用频域法通过阻抗测量信号发送模块从各节点发送不同频率的脉冲电流信号，经阻抗测量信号发送模块、阻抗测量信号识别模块采集获取各节点的电压信号，通过电力专用边缘计算芯片、阻抗计算单元得到线路阻抗，最终汇总至阻抗测量信号识别模块，依据各节点在网络中的拓扑位置描述出整个低压台区的线路阻抗图。整个测量过程简单、不依赖严格的时间同步，而且不假定系统电压不变，极大减少了约束条件，增强线路阻抗测量方法的适应性，对设备性能要求低，可减少设备成本，同时测量精度高，且能够排除其它干扰，具有测量准确、输出结果快速、占用资源少等优点。
附图说明
图1是本发明实施方式的流程图。
图2是本发明实施方式的结构图。
具体实施方式
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如图1所示，按照以下步骤进行低压台区线路阻抗测量：
步骤S101，勘察低压台区变压器参数，计算变压器内阻Zg：通过勘察低压台区变压器参数获取变压器短路阻抗电压百分比u％，额定电压u，额定功率Se，然后按照
计算变压器内阻Zg。
例如，某型800kVA变压器，通过变压器铭牌得到短路阻抗电压百分比u％＝6.18，额定电压u＝400，额定功率Se＝800000。按照
计算得出变压器内阻Zg＝0.01236。
步骤S102，低压台区某节点向低压台区进线侧主动发送特征频率为w1的脉冲电流信号；
步骤S103，测量低压台区该节点处的频率为w1谐振电压Ua(jw1)和脉冲电流Ivsc(jw1)；
步骤S104，测量低压台区进线侧的频率为w1谐振电压Ug(jw1)；
步骤S105，低压台区某节点向低压台区进线侧主动发送特征频率为w2的脉冲电流信号；
步骤S106，测量低压台区该节点处的频率为w2谐振电压Ua(jw2)和脉冲电流Ivsc(jw2)；
步骤S107，测量低压台区进线侧的频率为w2谐振电压Ug(jw2)；
上述步骤中，所述特征频率w1、所述特征频率w2的取值选择为低压台区进线侧负载电流为0的两个谐波频率或者取值为低压台区进线侧负载电流为0的两个谐波频率。作为更优化的方案，所述特征频率w1、所述特征频率w2的取值为1次谐波频率至20次谐波频率之间。
实际测量时，使用电能测量装置在低压台区进线侧测量各次谐波或间谐波频率点的负载电流，选取2个负载电流为0的频率点作为脉冲电流信号的特征频率w1、特征频率w2。例如，测量得出在17.5次谐波和19.5次谐波两个频率点的负载电流为0，则可以选择17.5次谐波、19.5次谐波作为脉冲电流信号的特征频率w1、特征频率w2。在步骤S102，低压台区某节点向低压台区进线侧主动发送特征频率为17.5次谐波的脉冲电流信号；在步骤S103，测得节点处谐振电压Ua(17.5)＝0.103V，脉冲电流Ivsc(17.5)＝0.2A；在步骤S104，测得低压台区进线侧谐振电压Ug(17.5)＝0.14V；在步骤S105，低压台区某节点向低压台区进线侧主动发送特征频率为19.5次谐波的脉冲电流信号；在步骤S106，测得节点处谐振电压Ua(19.5)＝0.09V，脉冲电流Ivsc(19.5)＝0.1A；在步骤S107，测得低压台区进线侧谐振电压Ug(19.5)＝0.11V。
步骤S108，通过电力专用边缘计算芯片采用线路阻抗分析算法计算节点至低压台区进线侧的线路阻抗Zline。
在步骤S108中，将在步骤S101至步骤S107测得的各个数据代入
计算得到节点至低压台区进线侧的线路阻抗Zline。
例如，分别将变压器内阻Zg＝0.01236，谐振电压Ua(17.5)＝0.103V，脉冲电流Ivsc(17.5)＝0.2A，低压台区进线侧谐振电压Ug(17.5)＝0.14V，谐振电压Ua(19.5)＝0.09V，脉冲电流Ivsc(19.5)＝0.1A，低压台区进线侧谐振电压Ug(19.5)＝0.11代入
计算得出该节点至低压台区进线侧的线路阻抗为Zline＝0.1576。
步骤S109，重复步骤S102至步骤S108，得到低压台区所有节点至低压台区进线侧的线路阻抗；
步骤S110，接收所有节点至低压台区进线侧的线路阻抗，依据各节点的拓扑位置得出整个低压台区的线路阻抗图。
在步骤S110中，各节点向低压台区进线侧发送特征电流信号，然后低压台区进线侧识别特征电流信号，得出相应节点的拓扑位置。
如图2所示，一种低压台区线路阻抗测量系统，包括阻抗测量信号发送模块201和阻抗测量信号识别模块205(内置电力专用边缘计算芯片)，阻抗测量识别模块201位于低压台区的进线侧，阻抗测量发送模块205位于台区线路的节点位置，阻抗测量信号发送模块205通过低压线路与阻抗测量信号识别模块201连接。
阻抗测量识别模块201包括脉冲电流识别单元202、载波模块204、拓扑识别单元203。脉冲电流识别单元202、拓扑识别单元203连接载波模块204，脉冲电流识别单元202、载波模块204、拓扑识别单元203均连接低压线路。
阻抗测量发送模块205包括脉冲电流发送单元206、阻抗计算单元207、特征电流发送单元209、载波模块208。阻抗计算单元207分别连接脉冲电流发送单元206、载波模块208；载波模块208还连接脉冲电流发送单元206、特征电流发送单元209；脉冲电流发送单元206、特征电流发送单元209、载波模块208均连接低压线路。
脉冲电流发送单元206包括脉冲电流调制单元、脉冲电流采样单元和电压采样单元。脉冲电流识别单元202包括脉冲电流解调单元、电压采样单元。
测量时，阻抗测量信号发送模块201的脉冲电流发送单元206控制其中的脉冲电流调制单元发送特征频率的脉冲电流至低压线路，同时脉冲电流发送单元206的脉冲电流采样单元和电压采样单元分别采集该特征频率的脉冲电流Ivsc和谐振电压Ua，并送至阻抗计算单元207。阻抗测量识别模块201的的脉冲电流识别单元202接收到低压线路上的某特征频率脉冲电流，经脉冲电流识别单元202的脉冲电流解调单元解调识别出特征频率，同时脉冲电流识别单元202的电压采样单元采集该特征频率的谐振电压Ug，并送至载波模块204，经低压线路和载波模块208传送至阻抗计算单元207。阻抗计算单元207得到2个特征频率的各脉冲电流Ivsc、谐振电压Ua、Ug的测量值后，通过电力专用边缘计算芯片计算得出该线路的阻抗Zline，并通过载波模块208、低压线路、载波模块204传送给阻抗测量识别模块201。另外，特征电流发送单元209发送特征电流经低压线路送至拓扑识别单元203，经拓扑识别单元203识别确定该节点在配电网络中的拓扑位置，作为阻抗测量识别模块201生成低压台区线路阻抗图的依据。
本发明实施例可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
实施例对本方案进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种基于电力专用边缘计算芯片的低压台区线路阻抗测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，勘察低压台区变压器参数，计算变压器内阻Zg；
步骤二，低压台区某节点向低压台区进线侧主动发送特征频率为w1的脉冲电流信号；
步骤三，测量低压台区该节点处的频率为w1谐振电压Ua(jw1)和脉冲电流Ivsc(jw1)；
步骤四，测量低压台区进线侧的频率为w1谐振电压Ug(jw1)；
步骤五，低压台区某节点向低压台区进线侧主动发送特征频率为w2的脉冲电流信号；
步骤六，测量低压台区该节点处的频率为w2谐振电压Ua(jw2)和脉冲电流Ivsc(jw2)；
步骤七，测量低压台区进线侧的频率为w2谐振电压Ug(jw2)；
步骤八，通过电力专用边缘计算芯片采用线路阻抗分析算法计算节点至低压台区进线侧的线路阻抗Zline；
步骤九，重复步骤二至步骤八，得到低压台区所有节点至低压台区进线侧的线路阻抗；
步骤十，接收所有节点至低压台区进线侧的线路阻抗，依据各节点的拓扑位置得出整个低压台区的线路阻抗图。
2.根据权利要求1所述的基于电力专用边缘计算芯片的低压台区线路阻抗测量方法，其特征在于，所述通过电力专用边缘计算芯片采用线路阻抗分析算法计算节点至低压台区进线侧的线路阻抗Zline的计算方法为：
3.根据权利要求1所述的基于电力专用边缘计算芯片的低压台区线路阻抗测量方法，其特征在于，所述特征频率w1、所述特征频率w2的取值为低压台区进线侧负载电流为0的两个谐波频率。
4.根据权利要求1所述的基于电力专用边缘计算芯片的低压台区线路阻抗测量方法，其特征在于，所述特征频率w1、所述特征频率w2的取值为低压台区进线侧负载电流为0的两个间谐波频率。
5.根据权利要求3或4所述的基于电力专用边缘计算芯片的低压台区线路阻抗测量方法，其特征在于，所述特征频率w1、所述特征频率w2的取值为1次谐波频率至20次谐波频率之间。
6.根据权利要求1所述的基于电力专用边缘计算芯片的低压台区线路阻抗测量方法，其特征在于，步骤十所述各节点的拓扑位置通过以下步骤获得：
各节点向低压台区进线侧发送特征电流信号；
低压台区进线侧识别特征电流信号，得出相应节点的拓扑位置。
7.根据权利要求1所述的基于电力专用边缘计算芯片的低压台区线路阻抗测量方法，其特征在于，所述勘察低压台区变压器参数，计算变压器内阻Zg的步骤包括以下步骤：
勘察低压台区变压器短路阻抗电压百分比u％，额定电压u，额定功率Se；
按照
计算变压器内阻Zg。
8.一种基于电力专用边缘计算芯片的低压台区线路阻抗测量系统，其特征在于，采用权利要求1-7任一所述的低压台区线路阻抗测量方法，包括阻抗测量信号发送模块和阻抗测量信号识别模块，阻抗测量识别模块位于低压台区的进线侧，内置基于电力专用边缘计算芯片，通过该芯片实时计算线路阻抗；所述阻抗测量发送模块位于台区线路的各节点位置，所述阻抗测量信号发送模块通过低压线路与所述阻抗测量信号识别模块连接；所述所述阻抗测量发送模块包括脉冲电流发送单元、阻抗计算单元、特征电流发送单元、载波模块；所述阻抗测量识别模块包括脉冲电流识别单元、载波模块、电力专用边缘计算芯片、拓扑识别单元。
9.根据权利要求8所述的基于电力专用边缘计算芯片的低压台区线路阻抗测量系统，其特征在于，所述脉冲电流发送单元包括脉冲电流调制单元、脉冲电流采样单元、电压采样单元。
10.根据权利要求8所述的基于电力专用边缘计算芯片的低压台区线路阻抗测量系统，其特征在于，所述脉冲电流识别单元包括脉冲电流解调单元、电压采样单元。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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