CN114520541B

CN114520541B - 一种电网系统线路在线监测方法及监控系统

Info

Publication number: CN114520541B
Application number: CN202210042058.7A
Authority: CN
Inventors: 朱家训; 刘明; 范群国; 肖建军
Original assignee: Zhuhai Duochuang Technology Co ltd
Current assignee: Zhuhai Duochuang Technology Co ltd
Priority date: 2022-01-14
Filing date: 2022-01-14
Publication date: 2023-09-22
Anticipated expiration: 2042-01-14
Also published as: CN114520541A

Abstract

一种电网系统线路在线监测方法及监测系统，监测方法步骤如下：在电表端设置信号注入模块，所述信号注入模块用于向输电线路注入携带占空比不等于50％的方波信号的特征电流；在变压器端的三相线上设置信号接收模块，所述信号接收模块用于感应所述输电线路中的电流所产生的磁场并输出；设置与所述信号接收模块连接的信号处理模块，所述信号处理模块用于接收信号接收模块输出的信号，并对接收到的信号进行平均值解调，根据解调结果判断所述输电线路是否正常运行。本发明采用不对称高频脉冲信号作为特征信息，通过不对称高频脉冲信号中的偶次谐波分量将特征电流区别于线路上的其它电流信号，能够有效避免同频信号干扰，更好地实现对线路的实时监控。

Description

一种电网系统线路在线监测方法及监控系统

技术领域

本发明属于电网监测技术领域，尤指涉及一种电网系统线路在线监测方法及监控系统。

背景技术

近年来智能电网技术得到了快速发展，为了实现电网的实施优化和调度，提高资源的优化配置和利用效率，用电管理部门会监测各个关键节点和设备的实时信息，并通过故障辨别技术，预测电网故障行为，快速定位故障位置，判断故障发生原因，提高电网的自愈能力。目前电网系统的线路在线监测技术主要是采用投切负载的方式。投切负载就是在电网线路中增加一个大负载，通过投切开关，设定其在过零点闭合，然后监测该时刻线路的电流，实现对电网线路的在线监测。但这种监测方式方案仍存在着一些不足：比如，由于运行环境恶劣，测量装置是典型强弱电耦合系统，电磁干扰较大，而且正常的电量监测不仅存在周围环境的干扰，还存在相间干扰、同频干扰等问题，会影响监测结果的准确性。此外，由于电网本身含有大量的信号，现有的监测方法在对电网系统进行故障分析时，夹杂在电网自身大量信号值中的故障信息难以进行有效地提取，对电网的故障排查也增加了很多难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以避免信号干扰的电网系统线路在线监测方法及监控系统。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种电网系统线路在线监测方法，所述电网系统包括电表、变压器、输电线路，所述电表和变压器通过所述输电线路相连；所述方法包括以下步骤：

A、在所述电表端设置信号注入模块，所述信号注入模块用于向所述输电线路注入携带占空比不等于50％的方波信号的特征电流；

B、在所述变压器端的A相、B相、C相线上设置信号接收模块，所述信号接收模块用于感应所述输电线路中的电流所产生的磁场并输出；

C、设置与所述信号接收模块连接的信号处理模块，所述信号处理模块用于接收所述信号接收模块输出的信号，并对接收到的信号进行平均值解调，如果平均值解调结果不为零，则认为检测到特征电流信号，该线路运行正常。

进一步的，所述信号处理模块对信号进行平均值解调是指对所述信号接收模块输出的信号进行积分计算，得到的计算值即为平均值解调结果，平均值解调结果中包含有信号在输电线路中的方向信息。

更进一步的，占空比不等于50％的方波信号式中的T为信号周期，t为一个信号周期中的某一时刻，A为电流幅值，m为方波信号的占空比，m≠50％，则该方波信号的平均值解调结果/>

进一步的，所述信号注入模块包括信号发生单元和信号注入单元，信号发生单元用于产生携带占空比不等于50％的方波信号的特征电流，所述信号注入单元用于将信号发生单元产生的特征电流注入所述输电线路中。

可选的，所述信号接收模块为TMR电流传感器。

进一步的，所述信号处理模块包括信号预处理电路，所述信号预处理电路包括依次连接的多级滤波电路及放大电路。信号预处理电路对接收到的信号进行放大、滤波等处理，以消除噪声、干扰。

进一步的，还包括负载情况判断步骤：将解调得到的电流信号的相位与注入的电流信号的相位进行对比，当解调得到的电流信号的相位比注入的电流信号的相位超前，则说明支路负载呈现容性；当解调得到的电流信号的相位比注入的电流信号的相位滞后，则说明支路负载呈现感性；如果解调得到的电流信号的相位和注入的电流信号的相位相比无变化，则说明支路负载呈现阻性。

本发明还提供了一种电网系统线路在线监测系统，包括：信号注入模块，所述信号注入模块设置于电网系统的电表端，用于向电网系统的输电线路注入携带占空比不等于50％的方波信号的特征电流；信号接收模块，所述信号接收模块设置于电网系统变压器端的A相、B相、C相线上，用于感应输电线路中的电流所产生的磁场并输出；信号处理模块，所述信号处理模块与所述信号接收模块相连，用于接收所述信号接收模块输出的信号，并对接收到的信号进行平均值解调，根据解调结果判断所述输电线路是否正常运行，如果平均值解调结果不为零，则认为检测到特征电流信号，该线路运行正常。

由以上技术方案可知，本发明方法采用携带了不对称高频方波信号(占空比不等于50％的方波信号)的电流信号作为特征电流注入到电网线路中，在对该特征电流信号进行平均值解调时，由于该特征电流信号包含有偶次谐波的直流分量，其一个周期内的算数平均值不为零，从而可以通过不对称高频脉冲信号中的偶次谐波分量将特征电流区别于线路上的其它电流信号，当检测到包含有偶次谐波分量的特征电流信号后即可判断出该线路(回路)运行正常，没有发生断路的情况，本发明能够更好地实现对线路的实时监控，在复杂的电网环境中可以避免三相系统的同频信号干扰问题。而且本发明的信号以传导电流的形式进行信号传递，所注入的特征电流在电网系统中完全跟随电网回路进行信号传递，从而解调出来的信号量可以完整的还原电网信号的信号变化，为智能电网系统提供更可靠的数据支持，在信号进行平均值解调后还能得到回路中电流的幅值及方向等参量，可以更好地对电网系统的线路运行情况进行定性分析。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为应用本发明方法的电网系统的框图；

图2为本发明方法的流程图；

图3为本发明实施例信号处理模块的信号处理流程图；

图4为本发明监控系统的框图。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。

电力系统主要由分布在各地的各种类型的发电厂、升压/降压变电所、输电线路及电力用户组成，完成电能的生产、电压变换、电能的输配及使用的过程。本发明方法主要应用于低压配网系统的线路在线监测。如图1和图2所示，本发明方法包括以下步骤：

A、在电网系统的电表端设置信号注入模块，如将信号注入模块设置在图1中的用户电表端(用户1、用户2、用户3、……)，信号注入模块用于向电网线路(回路)注入携带特征信息的特征电流，通过将携带有特征信息的特征电流注入到线路中的方式进行线路的监测。信号注入模块包括信号发生单元和信号注入单元，信号发生单元用于产生含有特征信息的特征电流，本发明的特征信息为占空比不等于50％的方波信号，如占空比大于50％的方波信号或占空比小于50％的方波信号，占空比不等于50％的方波信号中携带有直流分量，通过直流分量可以区别于线路中的其它电流信号。信号发生单元可采用模拟电路或数字电路和模拟电路结合的方式生成含有特征信息的特征电流。信号注入单元用于将信号发生单元产生的含有特征信息的特征电流注入电网的线路中，信号注入单元可采用如互感器等隔离耦合电路，通过线圈耦合的方式将含有特征信息的特征电流注入到电网的线路中。这种方式注入至电网线路中的特征电流的大小为毫安级，如几毫安至几十毫安，不会对周围设备造成干扰，也不会影响电网系统的正常运行。所注入的特征电流经电网中的A/B/C相线中的任一相线路流回N线或地，形成回路。

B、在电网系统的变压器端的A相、B相、C相线上设置信号接收模块，如将信号接收模块设置于图1中降压变压器3的A/B/C相线上。信号接收模块为TMR电流传感器，TMR电流传感器用于感应电网线路中的电流所产生的磁场，并将感应到的磁场以电压的形式输出。

C、设置与信号接收模块连接的信号处理模块，信号处理模块用于接收信号接收模块输出的信号并进行处理，以获得线路的运行状况。信号接收模块输出的信号中包含有电网系统的原有信号信息(电量信息)、信号注入模块注入的含有特征信息的特征电流信息以及周围噪声，将信号接收模块输出的信号进行提取后，输入到信号处理模块中的信号已将电网系统原有的信号分离出去。信号处理模块对输入的信号进行平均值解调，即对输入的信号进行积分，得到信号的算数平均值，根据平均值解调结果是否为零，就可以判断出线路是否运行正常，是否存在断路情况，当平均值解调结果不为零，则认为线路运行正常，不存在断路情况。

电网系统中信号复杂，注入的电流由于信号分流特性在传递过程中会随电力线所有支路分流，从而可能发生多个线路都接收到所注入的电流，现有的通过注入电流对线路进行监测的方法只是通过检测注入电流的有无来判断线路是否存在断路情况，这种简单的判断方法可能会导致线路的监测出现偏差，无法准确判断接收到的电流是否就是该线路注入的特征信号，而本发明采用的占空比不等于50％的方波信号作为特征电流的特征信息，由于该信号在一个周期内不对称，将信号进行积分计算后，得到的算数平均值不为0，且包含了直流分量，通过直流分量就可以区别于其它的电流信号，不再是简单的判断信号的有或没有，从而可以避免采用对称方波信号(占空比＝50％)作为特征信息时在信号的检测和分析过程中只是检测信号的有无来识别线路存在的监测偏差的问题。

作为本发明一种优选的实施方案，为了减少干扰信号，信号处理模块中可设置信号预处理电路，用于对信号接收模块输出的(电压)信号进行去噪，如图3所示，本实施例的信号预处理电路包括依次相连的多级滤波电路和放大电路，从而可以提取出相对干净的注入电流信号。

当注入的方波信号U₀的占空比为50％时，即该方波信号的算数平均值/>即计算结果(平均值解调结果)为零，式中的T为信号周期，t为一个信号周期中的某一时刻，A为电流幅值。而当注入的方波信号U₀的占空比不等于50％时，即/>m为信号的占空比，m≠50％，该方波信号的算数平均值由上式可以看出，当m≠50％时，方波信号的算数平均值不为零，而且该数值还会包含信号在回路中的(电压)方向信息。且，m＞50％时，平均值解调后的直流分量U＞0，m＜50％时，平均值解调后的直流分量U＜0。

由以上可知，当线路中没有电容、电感等其它器件时，若采用占空比＞50％的方波信号，则对信号进行平均值解调(积分计算)后得到的数值应＞0，若采用占空比＜50％的方波信号，则对信号进行平均值解调后得到的数值应＜0，如占空比为75％的方波信号进行平均值解调后＞0，占空比为25％的方波信号进行平均值解调后＜0。

平均值解调后信号由方波信号变为直流信号(解调得到的电流信号)，且该直流信号大小与方波信号幅值及占空比相关，根据平均值解调得到的数值不仅可以判断出线路是否存在断路情况，还可以判断出信号在回路中的方向，并进一步根据平均值解调得到的直流信号的大小判断电路的阻抗情况。根据该直流信号判断线路的阻抗情况，从而通过对线路的实时监测可以进一步看出此时线路的负载变化情况。电网线路中往往会存在其它器件，电流信号在线路中运行时，所流经的回路存在复数阻抗，在某条支路里用电器或负载若呈现阻性、感性、容性会导致检测到的电流信号发生相位偏移、相位滞后、相位超前现象，因此可以通过将解调得到的电流信号I的相位与注入的电流信号I₀的相位进行对比，来判断线路阻抗的感性及容性负载情况。如，注入的电流信号解调得到的电流信号/>式中的/>分别为注入的电流信号的相位和解调得到的电流信号的相位，f₁和f₂分别为注入的电流信号的频率和解调得到的电流信号的频率，f₁＝f₂，将两个信号进行对比，既可以知道信号的相位变化。当解调得到的电流信号I的相位/>比注入的电流信号I₀的相位/>超前，则说明本支路负载呈现容性；当解调得到的电流信号I的相位/>比注入的电流信号I₀的相位/>滞后，则说明本支路负载呈现感性；如果解调得到的电流信号I的相位/>和注入的电流信号I₀的相位/>相比无变化，则说明本支路负载呈现阻性；根据各支路间相位差的对比即可大略得知线路间电抗比例关系。平均值解调后数值大小可反应出不同支路间阻抗比例关系，通过多次发送不同占空比方波信号，结合多次收到信号解调后相位、幅值信息结果即可模糊计算各线路间阻抗关系、各线路阻、容、感性判断，进而做针对性补偿措施。

本发明以注入电流的方式对电网系统线路进行在线监测，注入电流所在回路就是电网支路，在回路中会所经历相同的负载，因此通过对提取到的电流信号进行分析既可以得到电网回路的情况，解决了电网大电流不易提取以及处理分析的问题，可以更好的监测电网系统的电气参数，为智能电网的运行提供可靠的电气参数支持，而且可以避免环境中的工频干扰，实现对电网系统的实时监测。

本发明还提供了一种电网系统线路在线监控系统，如图4所示，该监控系统包括：设置于电网系统电表端的信号注入模块、设置于电网系统变压器端三相线上的信号接收模块以及与喜好接收模块连接的信号处理模块。

信号注入模块用于向电网线路注入携带特征信息的特征电流信号。信号注入模块包括信号发生单元和信号注入单元，信号发生单元用于产生含有占空比不等于50％的方波信号的特征电流信号。信号注入单元用于将信号发生单元产生的特征电流信号注入电网的线路中。信号接收模块用于感应电网线路中的电流所产生的磁场，并将感应到的磁场以电压的形式输出。信号处理模块用于接收信号接收模块输出的信号并进行处理，以获得线路的运行状况。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims

1.一种电网系统线路在线监测方法，所述电网系统包括电表、变压器、输电线路，所述电表和变压器通过所述输电线路相连；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

B、在所述变压器端的三相线上设置信号接收模块，所述信号接收模块用于感应所述输电线路中的电流所产生的磁场并输出；

C、设置与所述信号接收模块连接的信号处理模块，所述信号处理模块用于接收所述信号接收模块输出的信号，并对接收到的信号进行平均值解调，如果平均值解调结果不为零，则认为检测到特征电流信号，该线路运行正常；

所述方法还包括负载情况判断步骤：

将解调得到的电流信号的相位与注入的电流信号的相位进行对比，当解调得到的电流信号的相位比注入的电流信号的相位超前，则说明支路负载呈现容性；当解调得到的电流信号的相位比注入的电流信号的相位滞后，则说明支路负载呈现感性；如果解调得到的电流信号的相位和注入的电流信号的相位相比无变化，则说明支路负载呈现阻性；

其中，所述信号处理模块对信号进行平均值解调是指对所述信号接收模块输出的信号进行积分计算，得到的计算值即为平均值解调结果，平均值解调结果中包含有信号在输电线路中的方向信息；

占空比不等于50％的方波信号式中的T为信号周期，t为一个信号周期中的某一时刻，A为电流幅值，m为方波信号的占空比，m≠50％，则该方波信号的平均值解调结果/>。

2.如权利要求1所述的电网系统线路在线监测方法，其特征在于：所述信号注入模块包括信号发生单元和信号注入单元，信号发生单元用于产生携带占空比不等于50％的方波信号的特征电流，所述信号注入单元用于将信号发生单元产生的特征电流注入所述输电线路中。

3.如权利要求1所述的电网系统线路在线监测方法，其特征在于：所述信号接收模块为TMR电流传感器。

4.如权利要求1所述的电网系统线路在线监测方法，其特征在于：所述信号处理模块包括信号预处理电路，所述信号预处理电路包括依次连接的多级滤波电路及放大电路。

5.一种电网系统线路在线监测系统，其特征在于，采用权利要求1-4中任一所述的电网系统线路在线监测方法；所述电网系统线路在线监测系统包括：

信号注入模块，所述信号注入模块设置于电网系统的电表端，用于向电网系统的输电线路注入携带占空比不等于50％的方波信号的特征电流；

信号接收模块，所述信号接收模块设置于电网系统变压器端的三相线上，用于感应输电线路中的电流所产生的磁场并输出；

信号处理模块，所述信号处理模块与所述信号接收模块相连，用于接收所述信号接收模块输出的信号，并对接收到的信号进行平均值解调，根据解调结果判断所述输电线路是否正常运行，如果平均值解调结果不为零，则认为检测到特征电流信号，该线路运行正常。

6.如权利要求5所述的电网系统线路在线监测系统，其特征在于：所述信号注入模块包括信号发生单元和信号注入单元，信号发生单元用于产生携带占空比不等于50％的方波信号的特征电流，所述信号注入单元用于将信号发生单元产生的特征电流注入所述输电线路中。

7.如权利要求5所述的电网系统线路在线监测系统，其特征在于：所述信号接收模块为TMR电流传感器；和/或，所述信号处理模块包括信号预处理电路，所述信号预处理电路包括依次连接的多级滤波电路及放大电路。