CN116660612A - 一种特征电流检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及拓扑识别技术领域,公开了一种特征电流检测方法,步骤如下:选择重采样频率。选择滤波器类型和滤波频段。确定滤波器参数。采集电网电流。对电网电流滤波得数组sh。对sh进行重采样得数组s1。对s1进行相邻工频周期信号作差。采用SDFT计算特征电流频率的实部、虚部,进而求得特征电流信号强度。抽取特征电流信号强度值并缓存。计算缓存值的均值。对缓存值进行判决得数组s2;抽取s2中的元素形成s3。比较s3与发送序列是否相同。本发明改善了分数采样频率下的特征电流检测过程中由于频谱泄露导致的检测精度下降问题,提升了信号识别准确率,从而实现准确的低压台区拓扑识别。
Description
技术领域
本发明涉及低压配电系统拓扑识别技术领域,尤其涉及一种特征电流检测方法。
背景技术
现如今,低压拓扑识别技术已被广泛应用于各省电网公司,台区拓扑识别准确是电网数字化建设的基础,有效保证了台区精益化管理。国网公司制定了相关标准,采用特征电流注入的方式,接收设备采集电网电流并检测特征电流,接收设备包括配电终端、断路器以及LTU等,通常采用的采样频率为5kHz或6.4kHz。然而,由于硬件平台不尽相同,有些接收设备产品的采样频率可能不是整数,这样,在分数采样频率下,若对采集的信号不作处理,则会出现严重的频谱泄露问题,频谱泄露最终会影响特征电流的检测精度。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷,提出一种特征电流检测方法,改善了分数采样频率下的特征电流检测过程中由于频谱泄露导致的检测精度下降问题,提升了信号识别准确率,从而实现准确的低压台区拓扑识别。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。
一种特征电流检测方法,包括以下步骤。
S1,根据实际的采样频率Fs就近选择一个整数频率Fs1作为重采样频率。
S2,根据注入的特征电流频率F0选择滤波器类型和滤波频段。
结合Fs确定滤波器参数。
S3,终端设备按Fs采集电网电流。
滤波器对电网电流进行滤波,得到数组sh。
S4,对sh进行频率为Fs1的重采样,得到数组s1。
S5,对s1进行相邻工频周期信号作差,滤除谐波信号的干扰。
S6,根据F0和Fs1,采用滑动傅里叶变换方式计算特征电流频率F0的实部、虚部,进而求得特征电流的信号强度。
S7,等间隔t抽取求得的特征电流信号强度值并进行缓存。
计算所缓存信号强度值的均值。
S8,逐一对缓存值进行判决,得到数组s2;判决原则为:大于等于均值则对应位置1;小于均值则对应位置0。
等间隔n抽取s2中的元素,形成s3。
比较s3与发送序列是否相同:相同则检测成功;否则检测失败。
优选地,所述S1中的重采样频率Fs1需要满足Fs1*0.02s=N,其中N为正整数。
优选地,所述S2中的滤波器为FIR滤波器。
若F0高于500Hz,则选用高通滤波器;否则选用带通滤波器。
优选地,所述高通滤波器阻带频率范围为50Hz~70Hz,阻带衰减范围为30dB~40dB。
优选地,为便于工程化应用、降低运算时间,所述S4中的重采样采用一阶保持的方法,即在Ts(i)<Ts1(j)<Ts(i+1)或Ts(i)=Ts1(j)时,令s1(j)=sh(i)。
其中,Ts(i)为采样频率Fs对应的第i个采样时刻,sh(i)为第i个采样时刻在数组sh中的对应值,Ts1(j)为采样频率Fs1对应的第j个采样时刻,s1(j)为第j个采样时刻在数组s1中的对应值。
优选地,n×t等于发送序列位宽。
本发明的有益技术效果:根据实际的采样频率就近选择一个整数频率作为重采样频率,以所选整数频率对电网电流进行重采样,可保证在特征电流频率对应周期内的采样点数为整数,规避了分数采样频率下的频谱泄露问题,在不满足一个工频周期采样点数为整数的硬件限制下克服了频谱泄露影响特征电流检测精度的问题,提升了信号的识别准确率,从而实现准确的低压台区拓扑识别。同时,由于适用于不同的采样频率,本发明可兼容更多种类的采集设备,提升了工程实用性。
附图说明
图1为本发明实施例的整体流程图。
图2为本发明实施例1中200A工频电流信号工况下常规方法与本方法的频谱泄露情况。
图3为本发明实施例1中100A工频电流信号含有少许15次谐波和17次谐波时采用常规方法与本方法所得误码率对比图。
图4为本发明实施例1、2中采用常规方法的特征电流检测结果。
图5为本发明实施例1中采用本发明方法的特征电流检测结果。
图6为本发明实施例2中200A工频电流信号工况下常规方法与本方法的频谱泄露情况。
图7为本发明实施例2中采用本发明方法的特征电流检测结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不限定本发明。
实施例1:如图1所示,一种特征电流检测方法,包括以下步骤。
S1,根据实际的采样频率Fs=4882.8125Hz,就近选择整数频率5kHz作为重采样频率Fs1。
S2,注入的特征电流频率F0=833.33Hz±50Hz>500Hz,因此选用高通滤波器。
结合Fs具体确定滤波器参数:阻带频率为50Hz;阻带衰减为40dB;通带频率为700Hz;通带内波动为0.1dB。
最终得到16阶的FIR滤波器Filter。
S3,终端设备按Fs采集电网电流。
滤波器Filter对电网电流进行FIR高通滤波,得到数组sh。
S4,对sh进行频率为5kHz的一阶保持重采样;采样时间为204.8ms时,对按Fs可以得到的1000个采样点采用一阶保持方式重采样得到1024个采样点,记为s1。
S5,对s1进行相邻工频周期信号作差,即相邻100个数据进行作差,滤除谐波信号的干扰,得到信号s1_e。
S6,根据F0和Fs1,对s1_e采用逐点检测的滑动傅里叶变换(SDFT)方式提取F0的实部、虚部,进而求得特征电流的信号强度如图5所示,通过检测结果很明显得到与发送序列相同的0xAAE9序列,特征码各位几乎无干扰,信号强度约500mA,噪声干扰很小,最大只有50mA左右,由此证明本发明在实际场景中的良好效果。如图4所示为相同条件下利用缺少滤波与重采样步骤的常规方法得到的特征电流检测结果,可以看出,除了第1个“A”外,其他的特征序列部分都有严重畸变,第2个“A”、“9”的单个“1”以及“E”的连续“1”均受到明显干扰,特征序列容易判决失败。
其中SDFT具体为。其中Xm(k)和
Xm+1(k)为SDFT检测结果;m是SDFT滑动的点数,初始值为0;N为一个周期的采样点数;k为谐
波次数,由F0决定;x()为基于Fs1重采样后的采样点。
S7,发送序列位宽为0.6s,间隔t=0.12s,对S6求得的特征电流信号强度值每0.12s等间隔抽取一个值,由此可以对发送序列每位得到5个对应值,发送序列共16位,共得到80个特征电流信号强度值并进行缓存。
对80个缓存值求均值。
S8,逐一对缓存值进行判决,得到含有80个元素的数组s2;判决原则为:大于等于均值则对应位置1;小于均值则对应位置0。
发送序列位宽为0.6s,间隔t=0.12s,则间隔n=5,等间隔n抽取s2中的元素,形成由16个元素组成的数组s3。
比较s3与发送序列是否相同:相同则检测成功;否则检测失败。100A工频电流信号含有少许15次谐波和17次谐波时,采用常规方法与本方法所得误码率对比如图3所示,可以看出,相比常规方法,本方法有4dB左右的性能提升,可见本发明的良好性能。
图2为200A工频电流信号工况下常规方法与本方法的频谱泄露情况,可以看出,常规方法计算得到的883.33Hz特征电流频率下的信号强度约为40mA~50mA,而国网规范下发送的883.33Hz信号强度约为100mA,由于采样造成的频谱泄露即可达到发送信号的50%左右,严重影响了特征电流的检测,而采用本发明的方法后,噪声频谱泄露程度降低一个数量级,约为1mA~2.5mA,大大降低了由于频谱泄露造成的信号检测误差。
实施例2:如图1所示,一种特征电流检测方法,包括以下步骤。
S1,根据实际的采样频率Fs=4882.8125Hz,就近选择整数频率5kHz作为重采样频率Fs1。
S2,注入的特征电流频率F0=833.33Hz±50Hz>500Hz,因此选用高通滤波器。
结合Fs具体确定滤波器参数:阻带频率为70Hz;阻带衰减为30dB;通带频率为700Hz;通带内波动为0.1dB。
最终得到16阶的FIR滤波器Filter。
S3,终端设备按Fs采集电网电流。
滤波器Filter对电网电流进行FIR高通滤波,得到数组sh。
S4,对sh进行频率为5kHz的一阶保持重采样;采样时间为204.8ms时,对按Fs可以得到的1000个采样点采用一阶保持方式重采样得到1024个采样点,记为s1。
S5,对s1进行相邻工频周期信号作差,即相邻100个数据进行作差,滤除谐波信号的干扰,得到信号s1_e。
S6,根据F0和Fs1,对s1_e采用逐点检测的滑动傅里叶变换(SDFT)方式提取F0的实部、虚部,进而求得特征电流的信号强度如图7所示,通过检测结果很明显得到与发送序列相同的0xAAE9序列,特征码各位几乎无干扰,信号强度约500mA,噪声干扰很小,最大只有50mA左右,由此证明本发明在实际场景中的良好效果。如图4所示为相同条件下利用缺少滤波与重采样步骤的常规方法得到的特征电流检测结果,可以看出,除了第1个“A”外,其他的特征序列部分都有严重畸变,第2个“A”、“9”的单个“1”以及“E”的连续“1”均受到明显干扰,特征序列容易判决失败。
其中SDFT具体为。其中Xm(k)和
Xm+1(k)为SDFT检测结果;m是SDFT滑动的点数,初始值为0;N为一个周期的采样点数;k为谐
波次数,由F0决定;x()为基于Fs1重采样后的采样点。
S7,发送序列位宽为0.6s,间隔t=0.12s,对S6求得的特征电流信号强度值每0.12s等间隔抽取一个值,由此可以对发送序列每位得到5个对应值,发送序列共16位,共得到80个特征电流信号强度值并进行缓存。
对80个缓存值求均值。
S8,逐一对缓存值进行判决,得到含有80个元素的数组s2;判决原则为:大于等于均值则对应位置1;小于均值则对应位置0。
发送序列位宽为0.6s,间隔t=0.12s,则间隔n=5,等间隔n抽取s2中的元素,形成由16个元素组成的数组s3。
比较s3与发送序列是否相同:相同则检测成功;否则检测失败。
图6为200A工频电流信号工况下常规方法与本方法的频谱泄露情况,同样可以看出,相比常规方法,采用本发明的方法后,噪声频谱泄露程度降低一个数量级,约为1mA~2.5mA,大大降低了由于频谱泄露造成的信号检测误差。
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明,而非对本发明的限制,有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可做出各种变换和变化以得到相对应的同等的技术方案,因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。
Claims (6)
1.一种特征电流检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,根据实际的采样频率Fs就近选择一个整数频率Fs1作为重采样频率;
S2,根据注入的特征电流频率F0选择滤波器类型和滤波频段;
结合Fs确定滤波器参数;
S3,终端设备按Fs采集电网电流;
滤波器对电网电流进行滤波,得到数组sh;
S4,对sh进行频率为Fs1的重采样,得到数组s1;
S5,对s1进行相邻工频周期信号作差,滤除谐波信号的干扰;
S6,根据F0和Fs1,采用滑动傅里叶变换方式计算特征电流频率F0的实部、虚部,进而求得特征电流的信号强度;
S7,等间隔t抽取求得的特征电流信号强度值并进行缓存;
计算所缓存信号强度值的均值;
S8,逐一对缓存值进行判决,得到数组s2;判决原则为:大于等于均值则对应位置1;小于均值则对应位置0;
等间隔n抽取s2中的元素,形成s3;
比较s3与发送序列是否相同:相同则检测成功;否则检测失败。
2.根据权利要求1所述的一种特征电流检测方法,其特征在于,所述S1中的重采样频率Fs1需要满足Fs1*0.02s=N,其中N为正整数。
3.根据权利要求1所述的一种特征电流检测方法,其特征在于,所述S2中的滤波器为FIR滤波器;
若F0高于500Hz,则选用高通滤波器;否则选用带通滤波器。
4.根据权利要求3所述的一种特征电流检测方法,其特征在于,所述高通滤波器阻带频率范围为50Hz~70Hz,阻带衰减范围为30dB~40dB。
5.根据权利要求1所述的一种特征电流检测方法,其特征在于,为便于工程化应用、降低运算时间,所述S4中的重采样采用一阶保持的方法,即在Ts(i)<Ts1(j)<Ts(i+1)或Ts(i)=Ts1(j)时,令s1(j)=sh(i);
其中,Ts(i)为采样频率Fs对应的第i个采样时刻,sh(i)为第i个采样时刻在数组sh中的对应值,Ts1(j)为采样频率Fs1对应的第j个采样时刻,s1(j)为第j个采样时刻在数组s1中的对应值。
6.根据权利要求1所述的一种特征电流检测方法,其特征在于,n×t等于发送序列位宽。
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