一种基于软件无线电的电力相位识别方法与流程

本发明涉及电力低压配电领域，具体是一种基于软件无线电的电力相位识别方法。

背景技术：

近年来，我国智能低压配电网发展迅速，高速发展的同时也带来了三相不平衡问题，分析可知，用电负荷的不均匀分配是导致低压配电网络三相不平衡问题产生的主要原因。

目前主要采用负荷相序平衡和负荷补偿法解决三相负载不平衡问题。无论采用哪种方案，其前提均是现场施工人员能准确判断出各相负荷分配情况，同时辨认出每根低压架空导线、电能表等所属相位。只有当明确当前线路或电能表所属真实相位后，才能进一步开展三相平衡治理工作。

相位识别方法已有相关研究，其中，人工实时调节方式属于现场操作人员在无任何方法、方案帮助下，人为的、盲目的调整线路或电能表所属相位，调整一次，才能查看一次，且需带电操作，时效性、安全性均为最差。

基于聚类算法和网络搜索的相位识别方法，在数据收集过程中需先获取到营销档案数据，用电客户的电压曲线数据，此类数据为国网、南网数据库秘密信息，不会对外发布，此项步骤无实际操作意义。其数据处理过程需实时采集处理电能表电压、电流信息，进而进行模型比对，此步骤中需要求电能表处于供电状态，而对于低压配电网停电状态下，无法检测。此方法的实际工程应用有待验证。其检测单元的安装，需接强电，安全性差。

基于数据相关性的多表位表箱电能表相位识别方法，通过对比采集到的单相电能表电压与三相电压的相似度，根据最接近的电压确定单相电能表的隶属相位。此方法需实时采集三相、单相的电压，需在低压配电网供电状态下进行，而对于低压配电网停电状态下，无法检测。其检测单元的安装，需接强电，安全性差。

基于特征电流信号的户变关系识别方法，利用电阻投切装置在电网中产生特征码位的电流信号，进而完成户变识别，具备相位识别仪功能。但其所述电阻投切装置由220v整流电路、16v直流输入电路以及mos切换电路组成，需要在低压配电网供电状态下才能完成，而对于低压配电网停电状态下，无法检测。其检测单元的安装，需接强电，安全性差。

基于ami的智能电表相位识别、拓扑辨识及阻抗估计方法，通过智能电表测量出一系列的电压和功率数据，根据电压相关性原理识别变压器单相抽头与智能电表的相位，并在此基础之上创建智能电表之间的配对关系，自动生成配电系统拓扑和阻抗模型。其过程中需要在供电情况下定期读取电能表，甚至于变压器信息，并接入国网、南网内网(不对外开放)，此步骤不具备操作条件，且在停电状态无法进行。

电压曲线相似度的电力相位识别技术，大多用来采集电力信息终端数据。通过对电压噪声信号抑制效果、电压曲线相似度测量的准确性进行测试。此方法需采集配电网实时电压，进而计算相似度，在停电状态无法进行。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种基于软件无线电的电力相位识别方法，该方法利用无线通信设计理念，通过设计射频信号发送模块、射频信号接收模块来实现相位识别功能，通过比对激励信号的频谱特性来进行相位识别判断，设计电池供电方式，无需接入强电，安全性高，无需停电检测，操作简单。

为解决以上问题，本发明提供一种基于软件无线电的电力相位识别方法，该方法基于软件无线电的无线通信设计原理，通过射频信号发送模块及射频信号接收模块来生成、调制、编码、耦合注入激励信号f1～f2，并通过对比、分析激励信号f1～f2的频谱特性来进行相位识别判断，实时显示采集分析数据，给出相位识别结果。

射频信号发生模块采用直接数字频率合成(dds)技术和高速可编程逻辑芯片(fpga)、高速数模转换器(dac)的设计架构，由信号合成模块、信号调理模块、电源模块及电流钳组成，其中信号调理模块主要包括滤波电路、放大电路及防护电路；射频信号接收模块包含三路电流钳a、b、c，检波/解调模块、主控模块及电源模块，其中，检波/解调模块包含低通滤波器、增强开关、宽带运算放大器、功率检波器。

射频信号发生模块通过信号合成模块实现激励信号f1～f2的发生、编码、调制及频率合成，再通过信号调理模块对激励信号f1～f2进行调理，增强激励信号f1～f2的驱动能力后，通过电流钳接入被测电路或电能表。

射频信号接收模块通过三路电流钳a、b、c可在变压器处或采集计量ct二次侧处直接对经过被测电路或电能表的激励信号f1～f2进行采样，然后将激励信号f1～f2送入检波/解调模块的低通滤波器，滤除带外信号后激励信号f1～f2进入增强开关，若功率检波器检测到射频信号f1～f2，则无需对激励信号f1～f2进行放大直接将其实时传送至主控模块，若功率检波器无法检测射频信号f1～f2，则通过增强开关将射频信号f1～f2传送至宽带运算放大器完成放大处理后进入功率检波器，检波、解调后的数据被实时送入主控模块进行记录、分析及结果显示。

信号合成模块产生的激励信号f1～f2的频率能够在带宽范围内连续变化。

信号合成模块以高速可编程芯片(fpga)和高速数模转换器(dac)为核心。

激励信号f1～f2的发生及耦合注入均在弱电下进行，在架空导线及电能表未供电的前提下，信号合成电路及激励信号均可正常工作。

电源模块采用锂电池供电，集成充电，电量监控，dc/dc，ldo等电源转换电路，无需接强电，安全可靠。

附图说明

图1为本发明基于软件无线电的电力相位识别方法的应用框图。

图2为本发明基于软件无线电的电力相位识别方法的射频信号发生模块。

图3为本发明基于软件无线电的电力相位识别方法的射频信号接收模块。

图4为本发明基于软件无线电的电力相位识别方法的测试结果示意图。

图5为本发明基于软件无线电的电力相位识别方法的激励信号f1～f2示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步详述。

如图1所示，射频信号发生模块及射频信号接收模块通过电流钳接入被测线路或电能表。

如图2所示为射频信号发生模块，该模块通过信号合成模块实现激励信号f1～f2的发生、编码、调制及频率合成，再通过信号调理模块对激励信号f1～f2进行调理，增强激励信号f1～f2的驱动能力后，通过电流钳将激励信号f1～f2输入被测线路或电能表。

如图3所示为射频信号接收模块，该模块通过三路电流钳a、b、c直接对经过被测线路或电能表的激励信号f1～f2进行采样，然后将激励信号f1～f2送入检波/解调模块的低通滤波器，滤除带外信号后激励信号f1～f2进入增强开关，若功率检波器检测到射频信号f1～f2，则无需对激励信号f1～f2进行放大直接将其实时传送至主控模块，若功率检波器无法检测射频信号f1～f2，则通过增强开关将射频信号f1～f2传送至宽带运算放大器完成放大处理后进入功率检波器，检波、解调后的数据被实时送入主控模块进行记录、分析及结果显示。

如图4所示为激励信号f1～f2示意图，其能够在带宽范围内连续变化。

如图5所示为测试结果示意图，通过对比三相线路中激励信号的频率特性曲线，可以清晰直观的给出当前被测线路或电能表的所属相位分析结果。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在与上述基本方案，对本领域技术人员而言，根据本发明的指导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。