CN113992241A - 一种基于工频通信的台区拓扑自动识别分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于工频通信的台区拓扑自动识别分析方法，先根据不同台网的关系，确定各分支上下级之间的拓扑关系，其中通过低压台区智能管理终端结合表计宽带模块实现户变关系识别、台区拓扑关系识别，确定上下级分支对应线路之间的归属连接关系，得到台区的线变拓扑，配变终端在收到主站命令后，通过载波广播启动拓扑识别命令；其中信噪比分析是信号强度和噪声的比值，最后进行工频过零信号分析，整个分析方法结合被识别STA的NTB时钟过零偏差、通信拓扑信息、信道参数、等特性因素，实现台区拓扑识别自动识别，提高电网企业的台区智能化管理水平，促进企业对客户的精细化服务，极大助力企业增供扩销、降损增效工作的开展。
Description
技术领域
本发明涉及电网优化处理技术领域，特别涉及一种基于工频通信的台区拓扑自动识别分析方法。
背景技术
目前，低压台区治理中存在台区户变关系混乱、维护成本高，手工绘图效率低，线损异常率高，窃电情况严重、查处成本高，数据质量不高、无法获取停复电数据，客户服务被动等问题。
其中在低压配电网络中，随着人民生活的日益提高，基民家中的各种电器随之增多，各种大功率电器已十分普遍，这就使得一些老旧的台区需要增加变压器以保证供电的正常，这样就导致了老旧台区的用户被分割成多个台区，在实际操作过程中会出现台区对应用户信息跟现场实际对应关系不匹配的情况。目前清理户变关系工作主要是人工现场逐一排查、核对，需要大量的人工成本和时间成本，而负荷调节需求引起的户变关系调配、老台区技改中存在的资料模糊问题等等一系列信息的不确定性存在，更是增加了重复用工成本。城中村低压线路错综复杂，接线较为杂乱，部分线路穿越居民房屋，现场排查费时费力，且效果不佳，现场排查存在较大困难，所以说设计出高效且准确、能精细化的对台区站点进行分析整合的方法是非常重要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于工频通信的台区拓扑自动识别分析方法，具备能精细化的对台区站点进行分析整合，提高电网管理效率的优点，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于工频通信的台区拓扑自动识别分析方法，包括以下步骤：
S1：根据不同台网的关系，确定各分支上下级之间的拓扑关系，其中通过低压台区智能管理终端结合表计宽带模块实现户变关系识别、台区拓扑关系识别；
S2：首先进行工频电流脉冲法识别，先由智能计量管理主终端发出带有台区标识，其中发出的台区标识采用电力线上数据电流脉冲的方式；
S3：此时整个台区的分支箱和表箱侧的子终端都会收集到台区发出的脉冲电流信号，计量管理终端子终端检测智能计量管理主终端发出的台区标识脉冲电流信号，计量管理终端子终端检测将脉冲电流信号中的台区编号和相序数据经过电力载波耦合到末端的通讯信道，然后进行调制解调，经过调制解调后以数据形式保存到计量管理终端子终端的存储区域中，主终端通过宽带载波读取各个节点计量终端的台区和相位标记，从而实现对台区内的台区和相位的识别，实现对档案信息的梳理；
S4：然后进行信噪比分析，
S401：先对采集到的脉冲电流信号按时间顺序进行排序，得到不同时间的脉冲电流信号数据；
S402：然后对得到的脉冲电流信号数据进行取样，得到每个时间的基础脉冲电流信号数据，每个基础脉冲电流信号数据包括多道脉冲电流信号道数据；
S403：接着对每个基础脉冲电流信号数据中的相邻脉冲电流信号道数据进行两两互相关运算，得到每个基础脉冲电流信号数据的所有相邻道脉冲电流信号道数据的有效信号能量值；
S404：然后对每个基础脉冲电流信号数据中的每一毫秒的脉冲电流信号道数据进行样点平方和运算，得到每个基础脉冲电流信号数据的所有脉冲电流信号道数据的有效信号和无效信号的总能量值；
S405：接着根据得到的每个基础脉冲电流信号数据有效信号能量值与对应的总能量值计算，得到每个基础脉冲电流信号数据的所有相邻道脉冲电流信号道数据的信噪比；
S406：然后对属于同一时间的所有相邻道脉冲电流信号道数据的信噪比求平均值运算，得到每一毫秒时间脉冲电流信号数据的信噪比；
S407：最后对得到的每一毫秒时间脉冲电流信号数据的信噪比进行统计，得到所有时间的脉冲电流信号数据的信噪比分布情况；
S5：最后进行工频过零信号分析，其中台区内的所有站点都具备网络ID属性，台区内的不同STA站点收集邻居站点(SNR)按网络ID分组，同时通过STA过零电路获得STA站点工频过零信号偏差进行相关性分析。
进一步的，所述S2中，发出的台区标识采用电力线上数据电流脉冲的方式，脉冲电流信号不会受共高压穿线、共地串线、共电缆沟串线等情况的干扰而传输到其他线路上，保证信号不会跨越台区，并且传输距离较远，使整个台区的电力线上无死角的都会接收到识别信号，可以准确可靠的识别台区中的所有用户和相位，不会发生误判。
进一步的，所述S4中，信噪比分析是信号强度和噪声的比值，主要受信道里面的衰减和噪声的影响，而电力线里面，影响信号传输的主要两个因素就是衰减和噪声，在同一条线上，信号传输距离越短，经过的衰减和噪声就越小，信噪比就比较大。
进一步的，所述S5中STA站点工频过零信号偏差进行相关性分析中信号检测是一个判断过零点处有无畸变的问题，采用数字差分技术进行检测，即前一次的采样值与当前的采样值进行做差运算。
进一步的，所述S1中根据同一个分支中电流最大的端口是进线端、分支的出线端电流与其对应相连的所有下一级分支单元进线端电流和相等的关系确定上下级分支对应线路之间的归属连接关系，得到台区的线变拓扑，配变终端在收到主站命令后，通过载波广播启动拓扑识别命令。
进一步的，所述S1中采用预制对时，预制对时时间戳技术的方式实现高精度的广播对时。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的基于工频通信的台区拓扑自动识别分析方法，先根据不同台网的关系，确定各分支上下级之间的拓扑关系，其中通过低压台区智能管理终端结合表计宽带模块实现户变关系识别、台区拓扑关系识别，确定上下级分支对应线路之间的归属连接关系，得到台区的线变拓扑，配变终端在收到主站命令后，通过载波广播启动拓扑识别命令；其中首先进行工频电流脉冲法识别，先由智能计量管理主终端发出带有台区标识，整个台区的分支箱和表箱侧的子终端都会收集到台区发出的脉冲电流信号，然后进行信噪比分析，其中信噪比分析是信号强度和噪声的比值，最后进行工频过零信号分析，整个分析方法结合被识别STA的NTB时钟过零偏差、通信拓扑信息、信道参数、等特性因素，加入站点的电气特征量进行数字分析，实现台区拓扑识别自动识别，提高电网企业的台区智能化管理水平，促进企业对客户的精细化服务，降低企业自身营销服务成本，极大助力企业增供扩销、降损增效工作的开展。
附图说明
图1为本发明的整体流程框图；
图2为本发明的信噪比分析流程图；
图3为本发明的图；
图4为本发明的图。
图5为本发明的不同脉冲电流状态示意图；
图6为本发明的工频过零信号分析技术的原理图。
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，所描述的实施例仅仅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。
请参阅附图1-4，一种基于工频通信的台区拓扑自动识别分析方法，包括以下步骤：
第一步：根据不同台网的关系，确定各分支上下级之间的拓扑关系，其中通过低压台区智能管理终端结合表计宽带模块实现户变关系识别、台区拓扑关系识别；其中根据同一个分支中电流最大的端口是进线端、分支的出线端电流与其对应相连的所有下一级分支单元进线端电流和相等的关系确定上下级分支对应线路之间的归属连接关系，得到台区的线变拓扑，配变终端在收到主站命令后，通过载波广播启动拓扑识别命令。采用预制对时，预制对时时间戳技术的方式实现高精度的广播对时，其中采用预制对时时间戳技术可以保证台区智能管理终端载波模块和表计模块之间建立微秒的NTB时钟，做全网时钟同步，这样可以避免表计冻结时钟延迟等现象。其中在不同的台网关系确定后，进行相位识别并结合变压器特性，进行精准相位过零分析，具体如附图3所示，在50Hz的电力线上，A相、B相、C 相三相的曲相相同，正弦波的周期相同均为20ms，但是A相、B相、C 相之间的相位依次相差120度，在时间上，A、B、C三相的过零点依次相差6.67(20/3)ms，基于时钟同步的前提，每个表计站点检测工频过零时刻与NTB时钟的差值，台区智能管理终端载波模块定时收集并管理表计站点过零时刻及偏差信息，结合变压器特性，进行精准相位过零分析。
第二步：首先进行工频电流脉冲法识别，先由智能计量管理主终端发出带有台区标识，其中发出的台区标识采用电力线上数据电流脉冲的方式，发出的台区标识采用电力线上数据电流脉冲的方式，脉冲电流信号不会受共高压穿线、共地串线、共电缆沟串线等情况的干扰而传输到其他线路上，保证信号不会跨越台区，并且传输距离较远，使整个台区的电力线上无死角的都会接收到识别信号，可以准确可靠的识别台区中的所有用户和相位，不会发生误判。
第三步：此时整个台区的分支箱和表箱侧的子终端都会收集到台区发出的脉冲电流信号，计量管理终端子终端检测智能计量管理主终端发出的台区标识脉冲电流信号，计量管理终端子终端检测将脉冲电流信号中的台区编号和相序数据经过电力载波耦合到末端的通讯信道，然后进行调制解调，经过调制解调后以数据形式保存到计量管理终端子终端的存储区域中，主终端通过宽带载波读取各个节点计量终端的台区和相位标记，从而实现对台区内的台区和相位的识别，实现对档案信息的梳理。
第四步：然后进行信噪比分析，其中信噪比分析是信号强度和噪声的比值，主要受信道里面的衰减和噪声的影响，而电力线里面，影响信号传输的主要两个因素就是衰减和噪声，在同一条线上，信号传输距离越短，经过的衰减和噪声就越小，信噪比就比较大。同时，由于采用脉冲电流进行信噪比分析，其中电流强度变化的程度很小，脉冲电流也可以说是单向电流周期性地被一系列开路所中断的电流。
进行信噪比分析包括七小步，其中第一小步：先对采集到的脉冲电流信号按时间顺序进行排序，得到不同时间的脉冲电流信号数据；
第二小步：然后对得到的脉冲电流信号数据进行取样，得到每个时间的基础脉冲电流信号数据，每个基础脉冲电流信号数据包括多道脉冲电流信号道数据；
第三小步：接着对每个基础脉冲电流信号数据中的相邻脉冲电流信号道数据进行两两互相关运算，得到每个基础脉冲电流信号数据的所有相邻道脉冲电流信号道数据的有效信号能量值；
第四小步：然后对每个基础脉冲电流信号数据中的每一毫秒的脉冲电流信号道数据进行样点平方和运算，得到每个基础脉冲电流信号数据的所有脉冲电流信号道数据的有效信号和无效信号的总能量值；
第五小步：接着根据得到的每个基础脉冲电流信号数据有效信号能量值与对应的总能量值计算，得到每个基础脉冲电流信号数据的所有相邻道脉冲电流信号道数据的信噪比；
第六小步：然后对属于同一时间的所有相邻道脉冲电流信号道数据的信噪比求平均值运算，得到每一毫秒时间脉冲电流信号数据的信噪比；
第七小步：最后对得到的每一毫秒时间脉冲电流信号数据的信噪比进行统计，得到所有时间的脉冲电流信号数据的信噪比分布情况。
第五步：最后进行工频过零信号分析，其中台区内的所有站点都具备网络ID属性，台区内的不同STA站点收集邻居站点(SNR)按网络ID分组，同时通过STA过零电路获得STA站点工频过零信号偏差进行相关性分析；STA站点工频过零信号偏差进行相关性分析中信号检测是一个判断过零点处有无畸变的问题，采用数字差分技术进行检测，即前一次的采样值与当前的采样值进行做差运算，工频过零信号分析的运行公式与附图4所示。
其中整个方案采用工频电流脉冲法识别技术结合工频过零信号分析技术，实现台区户变关系识别，两种技术优势互补，识别率高。具体的来说，工频电流脉冲法识别技术的原理为：台区智能管理终端内置基于工频通信(TWACS)的台区识别技术封装成专用模块，采用电流脉冲法原理(工频畸变技术)和电力线载波信号法实现，确保台区识别信号不跨台区，台区内点对点通信无死角，保证台区识别准确率优于99.99％，其中具体示意图如附图5所示；工频电流脉冲法识别技术，先由台区智能管理终端发出带有台区标识，通过电力线上数据电流脉冲的方式，由于脉冲电流信号不会受共高压穿线、共地串线、共电缆沟串线等情况的干扰而传输到其他线路上，保证信号不会跨越台区，并且传输距离较远，使整个台区的电力线上无死角的都会接收到识别信号，可以准确可靠的识别台区中的所有用户和相位，不会发生误判，即主机发送工频畸变信号，不同的电表接受工频畸变信号，并记录主机id；工频过零信号分析技术的原理为：首先，基于低压宽带载波拓扑网络，CCO和STA站点之间建立微秒的NTB时钟，做全网时钟同步，宽带载波模块之间的时钟传输误差是25us，由于所有站点都具备网络ID属性，STA站点收集邻居站点(SNR)按网络ID分组，CCO结合被识别STA的NTB时钟过零偏差、通信拓扑信息、信道参数、等特性因素，加入站点的电气特征量(电压、相角)进行数字滤波和建模分析，同时辅助信噪比分析，信号强度和噪声主要受信道里面的衰减和噪声的影响，而电力线里面，影响信号传输的主要两个因素就是衰减和噪声，在同一条线上，信号传输距离越短，经过的衰减和噪声就越小，信噪比就比较大，而且，信号通过空间耦合时，衰减也是比较大的。现场环境特点，一般地，单个台区的线路是相通且距离较近的，与邻台区是不相通或者距离较远的。因此站点评估本台区的信噪比会比邻台区大一些，基于宽带的台区技术可以支持全网节点自动识别、对大数据量、信道参数的统计分析，其中工频过零信号分析技术的原理图如附图6所示，台区识别结束后，所变更的台区对应关系会被恢复为与主站设置档案一致。即台区识别只提供正确的台区对应表，上报给主站。注意图中STA124和STA121的变化。
工频电流脉冲法识别技术与工频过零信号分析技术各有优缺点，第一种工频电流脉冲法识别技术识别速度快，准确率高，但需要单独外挂主机发送设备，只能临时短时时间使用。第二种工频过零信号分析技术是通过集中器的路由模块cco和表计模块sta实现，可以长期分析使用，通过NTB时钟过零偏差及辅助其他手法进行大数据分析，准确率高，两种方法实现思路不一样，可以相互补充相互验证使用，提高识别率。
综上所述，本发明提出的基于工频通信的台区拓扑自动识别分析方法，先根据不同台网的关系，确定各分支上下级之间的拓扑关系，其中通过低压台区智能管理终端结合表计宽带模块实现户变关系识别、台区拓扑关系识别，确定上下级分支对应线路之间的归属连接关系，得到台区的线变拓扑，配变终端在收到主站命令后，通过载波广播启动拓扑识别命令；其中首先进行工频电流脉冲法识别，先由智能计量管理主终端发出带有台区标识，整个台区的分支箱和表箱侧的子终端都会收集到台区发出的脉冲电流信号，然后进行信噪比分析，其中信噪比分析是信号强度和噪声的比值，最后进行工频过零信号分析，整个分析方法结合被识别STA的NTB时钟过零偏差、通信拓扑信息、信道参数、等特性因素，加入站点的电气特征量进行数字分析，实现台区拓扑识别自动识别，提高电网企业的台区智能化管理水平，促进企业对客户的精细化服务，降低企业自身营销服务成本，极大助力企业增供扩销、降损增效工作的开展。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于工频通信的台区拓扑自动识别分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据不同台网的关系，确定各分支上下级之间的拓扑关系，其中通过低压台区智能管理终端结合表计宽带模块实现户变关系识别、台区拓扑关系识别；
S2：首先进行工频电流脉冲法识别，先由智能计量管理主终端发出带有台区标识，其中发出的台区标识采用电力线上数据电流脉冲的方式；
S3：此时整个台区的分支箱和表箱侧的子终端都会收集到台区发出的脉冲电流信号，计量管理终端子终端检测智能计量管理主终端发出的台区标识脉冲电流信号，计量管理终端子终端检测将脉冲电流信号中的台区编号和相序数据经过电力载波耦合到末端的通讯信道，然后进行调制解调，经过调制解调后以数据形式保存到计量管理终端子终端的存储区域中，主终端通过宽带载波读取各个节点计量终端的台区和相位标记，从而实现对台区内的台区和相位的识别，实现对档案信息的梳理；
S4：然后进行信噪比分析，
S401：先对采集到的脉冲电流信号按时间顺序进行排序，得到不同时间的脉冲电流信号数据；
S402：然后对得到的脉冲电流信号数据进行取样，得到每个时间的基础脉冲电流信号数据，每个基础脉冲电流信号数据包括多道脉冲电流信号道数据；
S403：接着对每个基础脉冲电流信号数据中的相邻脉冲电流信号道数据进行两两互相关运算，得到每个基础脉冲电流信号数据的所有相邻道脉冲电流信号道数据的有效信号能量值；
S404：然后对每个基础脉冲电流信号数据中的每一毫秒的脉冲电流信号道数据进行样点平方和运算，得到每个基础脉冲电流信号数据的所有脉冲电流信号道数据的有效信号和无效信号的总能量值；
S405：接着根据得到的每个基础脉冲电流信号数据有效信号能量值与对应的总能量值计算，得到每个基础脉冲电流信号数据的所有相邻道脉冲电流信号道数据的信噪比；
S406：然后对属于同一时间的所有相邻道脉冲电流信号道数据的信噪比求平均值运算，得到每一毫秒时间脉冲电流信号数据的信噪比；
S407：最后对得到的每一毫秒时间脉冲电流信号数据的信噪比进行统计，得到所有时间的脉冲电流信号数据的信噪比分布情况；
S5：最后进行工频过零信号分析，其中台区内的所有站点都具备网络ID属性，台区内的不同STA站点收集邻居站点(SNR)按网络ID分组，同时通过STA过零电路获得STA站点工频过零信号偏差进行相关性分析。
2.根据权利要求1所述的一种基于工频通信的台区拓扑自动识别分析方法，其特征在于，所述S2中，发出的台区标识采用电力线上数据电流脉冲的方式，脉冲电流信号不会受共高压穿线、共地串线、共电缆沟串线等情况的干扰而传输到其他线路上，保证信号不会跨越台区，并且传输距离较远，使整个台区的电力线上无死角的都会接收到识别信号，可以准确可靠的识别台区中的所有用户和相位，不会发生误判。
3.根据权利要求1所述的一种基于工频通信的台区拓扑自动识别分析方法，其特征在于，所述S4中，信噪比分析是信号强度和噪声的比值，主要受信道里面的衰减和噪声的影响，而电力线里面，影响信号传输的主要两个因素就是衰减和噪声，在同一条线上，信号传输距离越短，经过的衰减和噪声就越小，信噪比就比较大。
4.根据权利要求1所述的一种基于工频通信的台区拓扑自动识别分析方法，其特征在于，所述S5中STA站点工频过零信号偏差进行相关性分析中信号检测是一个判断过零点处有无畸变的问题，采用数字差分技术进行检测，即前一次的采样值与当前的采样值进行做差运算。
5.根据权利要求1所述的一种基于工频通信的台区拓扑自动识别分析方法，其特征在于，所述S1中根据同一个分支中电流最大的端口是进线端、分支的出线端电流与其对应相连的所有下一级分支单元进线端电流和相等的关系确定上下级分支对应线路之间的归属连接关系，得到台区的线变拓扑，配变终端在收到主站命令后，通过载波广播启动拓扑识别命令。
6.根据权利要求1所述的一种基于工频通信的台区拓扑自动识别分析方法，其特征在于，所述S1中采用预制对时，预制对时时间戳技术的方式实现高精度的广播对时。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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