CN117761454B - 一种用于电力线路信号的检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电力线路信号的检测装置，涉及电力系统检测技术领域，用于解决现有的检测装置无法根据实际情况动态调整异常检测的阈值，使得检测结果可能不够准确，误报率较高的问题，本发明包括信号采集模块、信号处理模块、评估模块及阈值调节模块；本发明通过对电力线路使用外部环境参数进行检测，分析电力线路的使用状况，并确定电力线路的阈值调节等级，按照阈值调节等级对电力线路的信号异常判定的阈值进行自适应调节，以达到针对不同电力线路的情况形成不同的信号异常判定阈值，无需人工干预进行参数调整，利用自适应校对规则，减少了人工维护的成本和时间，提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统检测技术领域，具体为一种用于电力线路信号的检测装置。
背景技术
我国配电网具有线路结构复杂、环境多样多变、故障频繁复杂、维护工作量大等特征。配电线路某一段发生故障，需要逐段排查故障发生位置，不但工作强度大，而且还会延误抢修时间，影响供电可靠性。目前，我国电网电压的波动较大，而电网电压对工业自动化设备、家用电器等电网终端设备的正常使用及使用寿命具有很大的影响；
在电力系统中，电力线路信号的异常检测对于保障电网的安全运行至关重要。目前已有一些电力线路信号检测装置，但存在一个共同问题：其异常检测阈值为预设的固定值，无法根据不同的电力线路状况进行相应的自动校对。这导致检测出现异常的情况增多，增加了检测人员或维护人员的作业量。
现有技术中，由于电力线路的特性和工作环境的差异，信号的幅度、频率和波形可能存在较大的变化。然而，现有的检测装置无法根据实际情况动态调整异常检测的阈值，使得检测结果可能不够准确，误报率较高。此外，由于固定的阈值设置，对于不同类型的电力线路，装置无法灵活地适应不同的检测要求，需要人工干预进行参数调整，增加了维护成本和时间。
为了解决上述缺陷，现提供一种技术方案。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的检测装置无法根据实际情况动态调整异常检测的阈值，使得检测结果可能不够准确，误报率较高的问题，而提出一种用于电力线路信号的检测装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于电力线路信号的检测装置，包括：
信号处理模块，用于对检测电力线路信号进行处理；
评估模块，用于对电力线路的使用状况进行评估，并确定电力线路的阈值调节等级；具体步骤如下：
首先对电力线路的使用外部环境参数进行检测，具体检测外部环境参数包括：电力线路检测段长度、周边电磁干扰因素、温度变化及人为干扰因素；
通过电力线路检测段长度、周边电磁干扰因素、温度变化及人为干扰因素分别分析计算得到电长值DCZ、磁扰值CGZ、季平差值GPC及人扰值RRZ，归一化处理后代入以下公式：以得到评估值PGZ，式中分别为分析电长值预设权重系数、季平差值预设权重系数、人扰值预设权重系数及磁扰值预设权重系数；
再将计算得到的评估值与预设的五个评估值区间进行比对，其中五个评估值区间为连续区间，五个连续的评估值区间分别对应着五个阈值调节等级，当确定所计算的评估值所属评估值区间后，则确定相对应的阈值调节等级，并将阈值调节等级向阈值调节模块中发送；
阈值调节模块，用于接收评估模块中传输的阈值调节等级进行接收，并按照阈值调节等级对电力线路的信号异常判定的阈值进行调节。
进一步的，一种用于电力线路信号的检测装置还包括信号采集模块，用于对电力线路的信号进行检测；通过针对电力线路检测的传感器采集电力线路中的信号，通过电流互感器及电压传感器将电力线路中的信号转换为相对应的电流及电压信号。
进一步的，所述信号处理模块对检测电力线路信号进行处理的具体操作步骤如下：
首先对信号进行滤波、放大和模数转换；
其中信号滤波的步骤如下：先确定合适的滤波类型适配电力线路信号中的电流电压信号；根据设计滤波器的参数，包括截止频率及阶数，对滤波器的参数进行确定，再将滤波器应用于信号处理模块中，对检测到的信号进行实时滤波处理；
信号放大的步骤如下：根据电力线路信号中的电流电压信号幅度范围和精度要求，确定放大器类型，并确定放大倍数；再对放大器输入阻抗匹配及增益控制，使放大器对信号稳定放大，将放大器应用至信号处理模块中，对信号进行适当放大；
模数转换的步骤如下：根据的电流电压信号动态范围和采样率需求，选择合适的ADC器件，包括位数及采样速率，设计ADC接口电路，包括防止采样混叠的抗混叠滤波器及时序控制，再将模拟信号输入ADC，并通过ADC将其转换为数字信号；
再通过微处理器或数字信号处理器，对检测到的数字信号进行进一步处理，包括时域分析及频谱分析，判断电力线路中电流及电压信号是否存在异常；
时域分析的步骤如下：对经过滤波、放大和模数转换电流和电压信号进行时域分析，观察信号的波形特征和变化规律，对信号的振幅、频率及周期参数进行自检，确定是否存在异常情况；其中异常情况包括：电压或电流突变、波形畸变及频率偏移；再计算信号的均值、方差、峰值及谷值统计参数，并通过图表的方式向检测人员进行展示；最后通过检测信号的时域波形，判断是否存在异常的瞬态或周期性变化；
频谱分析的步骤如下：通过快速傅立叶变换分析算法，将时域信号转换为频域信号，对得到频谱图进行分析，判断是否存在异常频率成分或谐波，其中异常频率成分表明存在电力线路中的谐波问题；
在对异常情况中的电压或电流突变、波形畸变及频率偏移自检过程中，预设规范标准，包括电压和电流突变的规范时间、电流和电压波形畸变规范占比及电流和电压规范频率偏移值。
进一步的，所述阈值调节模块按照阈值调节等级对电力线路的信号异常判定的阈值进行调节的具体操作步骤如下：
首先对接收的阈值调节等级进行确定，其中五个阈值调节等级分别对应着五个不同的阈值调节百分比，分别为1%、2%、3%、4%及5%，其中当评估模块中计算的评估值越大，则相对应评估值区间越大，相对应的阈值调节百分比越小；
确定阈值调节等级后则得到阈值调节百分比，则对信号处理模块中对电力线路的信号异常情况的预设规范标准按照阈值调节百分比进行调节，将电压和电流突变的规范时间、电流和电压波形畸变规范占比及电流和电压规范频率偏移值按照分析得到的阈值调节百分比进行相对应的扩大，增加电力线路的信号异常判定的阈值。
进一步的，所述评估模块通过电力线路检测段长度及周边电磁干扰因素分别分析计算得到电长值及磁扰值的具体操作步骤如下：
其中电力线路检测段长度分别为两点直线距离和检测电力线路长度，将两点直线距离和检测电力线路长度通过均值计算式进行求均值以得到电长值DCZ；
周边电磁干扰因素包括电力线路布局沿途的干扰因素数量，具体为将电力线路布局线分别向两侧按照预设距离进行扩张，形成一个干扰区域，对干扰区域内的高压输电线路的并行长度、雷电每月放电平均次数、大功率设备数量及电气设备和变压器总数量进行检测，再将获取的高压输电线路的并行长度、雷电每月放电平均次数、大功率设备数量、电气设备及变压器总数量分别标定为BX、LF、GS及DB，归一化处理后代入以下公式：以得到磁扰值CGZ。
进一步的，所述评估模块通过温度变化及人为干扰因素分别分析计算得到季平差值及人扰值的具体操作步骤如下：
温度变化包括对电力线路所在区域的每天温度进行随机时刻的检测，计算若干组温度的方差值，再对一个季度的每天温度方差值再次求平方差，再将一年中四个季度的平方差求均值以得到季平差值，并以此年的季平差值GPC作为温度变化的评价标准，当季平差值越大时，则电力线路所在区域的温度变化幅度越大；
人为干扰因素包括对电力线路区域范围内人为非法用电案件数量、电力设备损坏事件数量及电力线路中断次数进行统计，并将得到的非法用电案件数量作为半径建立底圆，电力设备损坏事件数量为高配合地圆建立圆柱体，再将电力线路中断次数作为球形体半径，球心为建立的圆柱体质心位置建立球形体，再计算球形体与圆柱体合成的异形体的体积，并将此异形体体积作为评价人为干扰因素的标准，当异形体体积越大，则得到的人扰值越大，并将此异形体体积标定为人扰值RRZ。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明，通过对电力线路信号进行滤波、放大和模数转换的预处理配合时域分析及频谱分析第一时间判断电力线路中电流及电压信号是否存在异常，也能提高检测人员对电力线路信号特性的了解度，结合瞬态或周期性使电力线路信号更有特点的进行显示；
本发明，通过对电力线路使用外部环境参数进行检测，分析电力线路的使用状况，并确定电力线路的阈值调节等级，按照阈值调节等级对电力线路的信号异常判定的阈值进行自适应调节，以达到针对不同电力线路的情况形成不同的信号异常判定阈值，无需人工干预进行参数调整，利用自适应校对规则，减少了人工维护的成本和时间，提高了工作效率。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明；
图1为本发明的系统总框图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，本披露的说明书和权利要求书中使用的术语“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。
还应当理解，在此本披露说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本披露。如在本披露说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本披露说明书和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，一种用于电力线路信号的检测装置，包括信号采集模块、信号处理模块、评估模块及阈值调节模块；
信号采集模块用于对电力线路的信号进行检测；
通过针对电力线路检测的传感器采集电力线路中的信号，通过电流互感器及电压传感器将电力线路中的信号转换为相对应的电流及电压信号；
信号处理模块用于对检测电力线路信号进行处理；
首先对信号进行滤波、放大和模数转换；信号滤波：先确定合适的滤波类型适配电力线路信号中的电流电压信号，如低通滤波器用于滤除高频噪声，或带通滤波器用于提取特定频率范围的信号成分；再根据设计滤波器的参数，包括截止频率及阶数，确保有效去除环境干扰和其他杂音，再将滤波器应用于信号处理模块中，对检测到的信号进行实时滤波处理；信号放大：根据电力线路信号中的电流电压信号幅度范围和精度要求，确定放大器类型，如运放放大器，并确定放大倍数；再对放大器输入阻抗匹配及增益控制，使放大器对信号稳定放大，将放大器应用至信号处理模块中，对信号进行适当放大，提高信号后续处理的精度；模数转换（ADC）：根据的电流电压信号动态范围和采样率需求，选择合适的ADC器件，包括位数及采样速率，设计ADC接口电路，包括防止采样混叠的抗混叠滤波器及时序控制，以确保采样的准确性和稳定性，再将模拟信号输入ADC，并通过ADC将其转换为数字信号，以便于后续数字化处理和存储；
再通过微处理器或数字信号处理器（DSP），对检测到的数字信号进行进一步处理，包括时域分析及频谱分析，判断电力线路中电流及电压信号是否存在异常；
时域分析：对经过滤波、放大和模数转换电流和电压信号进行时域分析，观察信号的波形特征和变化规律，对信号的振幅、频率及周期参数进行自检，确定是否存在异常情况；其中异常情况为：电压或电流突变、波形畸变及频率偏移；再计算信号的均值、方差、峰值及谷值统计参数，并通过图表的方式向检测人员进行展示，以进一步让检测人员了解信号的特性；最后通过检测信号的时域波形，判断是否存在异常的瞬态或周期性变化；频谱分析：通过快速傅立叶变换（FFT）分析算法，将时域信号转换为频域信号，对得到频谱图进行分析，判断是否存在异常频率成分或谐波，其中异常频率成分表明存在电力线路中的谐波问题，如非线性负载引起的谐波失真，谐波频率通常是电源频率的整数倍，例如50Hz电源可能出现的谐波频率包括：100Hz、150Hz、200Hz等，当出现非整数倍的谐波频率时则判断为异常谐波；
在对异常情况中的电压或电流突变、波形畸变及频率偏移自检过程中，预设规范标准，包括电压和电流突变的规范时间、电流和电压波形畸变规范占比及电流和电压规范频率偏移值。
评估模块，用于对电力线路的使用状况进行评估；
对电力线路的使用外部环境参数进行检测，具体检测外部环境参数包括：电力线路检测段长度、周边电磁干扰因素、温度变化及人为干扰因素；
其中电力线路检测段长度分别为两点直线距离和检测电力线路长度，将两点直线距离和检测电力线路长度通过均值计算式进行求均值以得到电长值DCZ；
周边电磁干扰因素包括电力线路布局沿途的干扰因素数量，具体为将电力线路布局线分别向两侧按照预设距离进行扩张，形成一个干扰区域，对干扰区域内的高压输电线路的并行长度、雷电每月放电平均次数、大功率设备数量及电气设备和变压器总数量进行检测，再将获取的高压输电线路的并行长度、雷电每月放电平均次数、大功率设备数量、电气设备及变压器总数量分别标定为BX、LF、GS及DB，归一化处理后代入以下公式：
以得到磁扰值CGZ，其中当高压输电线路的并行长度越长及雷电每月放电平均次数和大功率设备数量及电气设备和变压器总数量越多，则得到的磁扰值越大，反之，磁扰值CGZ越小；
温度变化包括对电力线路所在区域的每天温度进行随机时刻的检测，计算若干组温度的方差值，再对一个季度的每天温度方差值再次求平方差，再将一年中四个季度的平方差求均值以得到季平差值，并以此年的季平差值GPC作为温度变化的评价标准，当季平差值越大时，则电力线路所在区域的温度变化幅度越大；
人为干扰因素包括对电力线路区域范围内人为非法用电案件数量、电力设备损坏事件数量及电力线路中断次数进行统计，并将得到的非法用电案件数量作为半径建立底圆，电力设备损坏事件数量为高配合地圆建立圆柱体，再将电力线路中断次数作为球形体半径，球心为建立的圆柱体质心位置建立球形体，再计算球形体与圆柱体合成的异形体的体积，并将此异形体体积作为评价人为干扰因素的标准，当异形体体积越大，则得到的人扰值越大，并将此异形体体积标定为人扰值RRZ；
将计算分析电长值DCZ、季平差值GPC、人扰值RRZ及磁扰值CGZ汇总，并进行归一化处理后代入以下公式：以得到评估值PGZ，式中分别为分析电长值DCZ预设权重系数、季平差值GPC预设权重系数、人扰值RRZ预设权重系数及磁扰值CGZ预设权重系数，并分别取值为：1.54、0.968、0.633及1.59，将得到的评估值PGZ作为电力线路的使用状况的评估标准，当评估值PGZ越大，则电力线路的使用状况越好，反之，则电力线路的使用状况越差；再将计算得到的评估值PGZ与预设的五个评估值区间进行比对，其中五个评估值区间为连续区间，五个连续的评估值区间分别对应着五个阈值调节等级，当确定所计算的评估值PGZ所属评估值区间后，则确定相对应的阈值调节等级，并将阈值调节等级向阈值调节模块中发送。
阈值调节模块，用于接收评估模块中传输的阈值调节等级进行接收，并按照阈值调节等级对电力线路的信号异常判定的阈值进行调节；
对接收的阈值调节等级进行确定，其中五个阈值调节等级分别对应着五个不同的阈值调节百分比，分别为1%、2%、3%、4%及5%，其中当评估模块中计算的评估值越大，则相对应评估值区间越大，相对应的阈值调节百分比越小；
确定阈值调节等级后则得到阈值调节百分比，则对信号处理模块中对电力线路的信号异常情况的预设规范标准按照阈值调节百分比进行调节，将电压和电流突变的规范时间、电流和电压波形畸变规范占比及电流和电压规范频率偏移值按照分析得到的阈值调节百分比进行相对应的扩大，如：当确定评估值PGZ所属评估值区间为第一评估值区间，则得到对应的第一阈值调节等级及5%的阈值调节百分比，按照5%的阈值调节百分比对预设规范标准中的电压和电流突变的规范时间增加5%的阈值，对电流和电压波形畸变规范占比增加5%的阈值，对电流和电压规范频率偏移值增加5%的阈值，以此达到增加电力线路的信号异常判定的阈值，避免异常情况过多或增加的检测或维护人员的作业量。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (6)
1.一种用于电力线路信号的检测装置，其特征在于，包括：
信号处理模块，用于对检测电力线路信号进行处理；
评估模块，用于对电力线路的使用状况进行评估，并确定电力线路的阈值调节等级；具体步骤如下：
首先对电力线路的外部环境参数进行检测，外部环境参数包括：电力线路检测段长度、周边电磁干扰因素、温度变化及人为干扰因素；
通过电力线路检测段长度、周边电磁干扰因素、温度变化及人为干扰因素分别分析计算得到电长值DCZ、磁扰值CGZ、季平差值GPC及人扰值RRZ，归一化处理后代入以下公式：以得到评估值PGZ，式中分别为分析电长值预设权重系数、季平差值预设权重系数、人扰值预设权重系数及磁扰值预设权重系数；
再将计算得到的评估值与预设的五个评估值区间进行比对，其中五个评估值区间为连续区间，五个连续的评估值区间分别对应着五个阈值调节等级，当确定所计算的评估值所属评估值区间后，则确定相对应的阈值调节等级，并将阈值调节等级向阈值调节模块中发送；
阈值调节模块，用于接收评估模块中传输的阈值调节等级进行接收，并按照阈值调节等级对电力线路的信号异常判定的阈值进行调节。
2.根据权利要求1所述的一种用于电力线路信号的检测装置，其特征在于，还包括信号采集模块，用于对电力线路的信号进行检测；通过针对电力线路检测的传感器采集电力线路中的信号，通过电流互感器及电压传感器将电力线路中的信号转换为相对应的电流及电压信号。
3.根据权利要求1所述的一种用于电力线路信号的检测装置，其特征在于，所述信号处理模块对检测电力线路信号进行处理的具体操作步骤如下：
首先对信号进行滤波、放大和模数转换；
其中信号滤波的步骤如下：先确定合适的滤波类型适配电力线路信号中的电流电压信号；根据设计滤波器的参数，包括截止频率及阶数，对滤波器的参数进行确定，再将滤波器应用于信号处理模块中，对检测到的信号进行实时滤波处理；
信号放大的步骤如下：根据电力线路信号中的电流电压信号幅度范围和精度要求，确定放大器类型，并确定放大倍数；再对放大器输入阻抗匹配及增益控制，使放大器对信号稳定放大，将放大器应用至信号处理模块中，对信号进行放大；
模数转换的步骤如下：根据的电流电压信号动态范围和采样率需求，选择合适的ADC器件，包括位数及采样速率，设计ADC接口电路，包括防止采样混叠的抗混叠滤波器及时序控制，再将模拟信号输入ADC，并通过ADC将其转换为数字信号；
再通过微处理器或数字信号处理器，对检测到的数字信号进行进一步处理，包括时域分析及频谱分析，判断电力线路中电流及电压信号是否存在异常；
时域分析的步骤如下：对经过滤波、放大和模数转换电流和电压信号进行时域分析，观察信号的波形特征和变化规律，对信号的振幅、频率及周期参数进行自检，确定是否存在异常情况；其中异常情况包括：电压或电流突变、波形畸变及频率偏移；再计算信号的均值、方差、峰值及谷值统计参数，并通过图表的方式向检测人员进行展示；最后通过检测信号的时域波形，判断是否存在异常的瞬态或周期性变化；
频谱分析的步骤如下：通过快速傅立叶变换分析算法，将时域信号转换为频域信号，对得到频谱图进行分析，判断是否存在异常频率成分或谐波；
在对异常情况中的电压或电流突变、波形畸变及频率偏移自检过程中，预设规范标准，包括电压和电流突变的规范时间、电流和电压波形畸变规范占比及电流和电压规范频率偏移值。
4.根据权利要求1所述的一种用于电力线路信号的检测装置，其特征在于，所述阈值调节模块按照阈值调节等级对电力线路的信号异常判定的阈值进行调节的具体操作步骤如下：
首先对接收的阈值调节等级进行确定，其中五个阈值调节等级分别对应着五个不同的阈值调节百分比；
确定阈值调节等级后则得到阈值调节百分比，则对信号处理模块中对电力线路的信号异常情况的预设规范标准按照阈值调节百分比进行调节，将电压和电流突变的规范时间、电流和电压波形畸变规范占比及电流和电压规范频率偏移值按照分析得到的阈值调节百分比进行相对应的扩大，增加电力线路的信号异常判定的阈值。
5.根据权利要求1所述的一种用于电力线路信号的检测装置，其特征在于，所述评估模块通过电力线路检测段长度及周边电磁干扰因素分别分析计算得到电长值及磁扰值的具体操作步骤如下：
其中电力线路检测段长度分别为两点直线距离和检测电力线路长度，将两点直线距离和检测电力线路长度通过均值计算式进行求均值以得到电长值；
周边电磁干扰因素包括电力线路布局沿途的干扰因素数量，具体为将电力线路布局线分别向两侧按照预设距离进行扩张，形成一个干扰区域，对干扰区域内的高压输电线路的并行长度、雷电每月放电平均次数、大功率设备数量及电气设备和变压器总数量进行检测，再将获取的高压输电线路的并行长度、雷电每月放电平均次数、大功率设备数量、电气设备及变压器总数量分别标定为BX、LF、GS及DB，归一化处理后代入以下公式：以得到磁扰值CGZ。
6.根据权利要求1所述的一种用于电力线路信号的检测装置，其特征在于，所述评估模块通过温度变化及人为干扰因素分别分析计算得到季平差值及人扰值的具体操作步骤如下：
温度变化包括对电力线路所在区域的每天温度进行随机时刻的检测，计算若干组温度的方差值，再对一个季度的每天温度方差值再次求平方差，再将一年中四个季度的平方差求均值以得到季平差值，并以此年的季平差值作为温度变化的评价标准；
人为干扰因素包括对电力线路区域范围内人为非法用电案件数量、电力设备损坏事件数量及电力线路中断次数进行统计，并将得到的非法用电案件数量作为半径建立底圆，电力设备损坏事件数量为高配合底圆建立圆柱体，再将电力线路中断次数作为球形体半径，球心为建立的圆柱体质心位置建立球形体，再计算球形体与圆柱体合成的异形体的体积，并将此异形体体积作为评价人为干扰因素的标准，并将此异形体体积标定为人扰值。
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