功率时间碎片低压台区拓扑识别方法和装置与流程

1.本技术属于电力系统自动化领域，尤其涉及一种功率时间碎片低压台区拓扑识别方法和装置。


背景技术：

2.为了响应大力推动智能电网的号召，各地逐步开展低压集抄的改造项目。当前低压拓扑识别的主要技术为微电流采样信号注入方式，在电表侧注入高频脉冲信号，在变压器出线安装主机采集信号，将信号上传至主站，进而判断电表归属。目前普遍的做法是对高频微电流信号做傅里叶变换提取特征码值。但是该方法受电网频率、谐波影响较大，若出现间谐波频谱泄露现象，则可能会使特征电流淹没在噪声中。
3.因此，如何改善上述情况，成为本领域亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供一种功率时间碎片低压台区拓扑识别方法和装置，以改进现有技术中注入特征电流识别受电网频率、谐波影响较大的问题。
5.具体技术方案如下：一种功率时间碎片低压台区拓扑识别方法，所述方法包括：根据电网电压计算电网实时频率；根据电网实时频率及电网谐波含量动态构造数字带通滤波器，以使数字带通滤波器的数字带通滤波响应特征适应电网变化；利用动态构造的数字带通滤波器对所述电网实时频率进行动态滤波，得到滤波后的信号，并提取滤波后的信号的功率特征；对提取的功率特征进行时间碎片化处理，得到差分功率时间碎片信号，基于差分功率时间碎片信号提取电网特征码值，以识别电网的注入特征电流，并基于识别的注入特征电流识别电网低压台区拓扑。
6.可选的，所述根据电网电压计算电网实时频率，包括：通过数字锁相环鉴频，根据电网电压动态计算电网实时频率。
7.可选的，所述根据电网实时频率及电网谐波含量动态构造数字带通滤波器，包括：采用如下构造方法，根据电网实时频率及电网谐波含量动态构造数字带通滤波器：
其中，表示注入信号特征频率；表示电网实时频率；表示低阻带截止频率；表示低阻带增益；表示低通带频率；表示高阻带截止频率；表示高阻带增益；表示高通带频率；表示向下取整。
8.可选的，所述数字带通滤波器为iir滤波器，所述iir滤波器的传递函数为：其中，为滤波器系数，n表示滤波器阶数，表示复平面。
9.可选的，所述提取滤波后的信号的功率特征，包括：通过如下计算式提取滤波后的信号的功率特征：其中，表示滤波后的信号的采样序列，表示预设时长时间段内的能量均值，表示所述时间段内的采样个数，表示对能量均值的差分。
10.可选的，所述对提取的功率特征进行时间碎片化处理，包括：利用如下的功率特征时间碎片化的构造方法，对提取的功率特征进行时间碎片化处理：其中，表示能量差分信号，set表示设定阈值，表示状态信号，表示状态跟随信号。
11.可选的，所述基于差分功率时间碎片信号提取电网特征码值，以识别电网的注入特征电流，包括：通过容错技术对时间碎片化后得到的差分功率时间碎片信号进行容错判断，并通过容错判断提取电网特征码值；将提取的电网特征码值与预设的标准特征码值进行比较，以识别电网中的注入特征电流。
12.可选的，所述容错技术对应的容错判断依据包括：当前信号功率强度持续超过阈值一定时间，且时间碎片序列状态没有发生翻转。
13.一种功率时间碎片低压台区拓扑识别装置，所述装置包括：频率计算模块，用于根据电网电压计算电网实时频率；
滤波器构造模块，用于根据电网实时频率及电网谐波含量动态构造数字带通滤波器，以使数字带通滤波器的数字带通滤波响应特征适应电网变化；特征提取模块，用于利用动态构造的数字带通滤波器对所述电网实时频率进行动态滤波，得到滤波后的信号，并提取滤波后的信号的功率特征；识别模块，用于对提取的功率特征进行时间碎片化处理，得到差分功率时间碎片信号，基于差分功率时间碎片信号提取电网特征码值，以识别电网的注入特征电流，并基于识别的注入特征电流识别电网低压台区拓扑。
14.可选的，所述滤波器构造模块，具体用于：采用如下构造方法，根据电网实时频率及电网谐波含量动态构造数字带通滤波器：其中，表示注入信号特征频率；表示电网实时频率；表示低阻带截止频率；表示低阻带增益；表示低通带频率；表示高阻带截止频率；表示高阻带增益；表示高通带频率；表示向下取整。
15.由以上方案可知，本技术公开的功率时间碎片低压台区拓扑识别方法和装置，根据电网实时频率和谐波含量动态构造数字带通滤波器，使数字带通滤波器的数字带通滤波响应特征适应电网变化动态调整，并利用差分功率时间碎片信号（经过容错判断）提取电网特征码值。和现有技术相比，本技术可以动态调整数字滤波器幅频响应曲线，使得在滤波效果和响应时间达到最优平衡；另外和现有频域分析dft算法相比，本技术利用功率算法可以将计算量减至一半以上，时间复杂度大大缩小，且每个采样中断执行运算相同，空间复杂度也大大降低，还可以有效降低白噪声的干扰及特征电流中心频率不稳的问题，且利用差分功率时间碎片信号可以有效降低非整次稳态谐波的干扰。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
17.图1是本技术提供的功率时间碎片低压台区拓扑识别方法的流程示意图；图2是本技术提供的数字滤波器在特定频率及谐波下的幅频特性；图3（a）、图3（b）与图3（c）分别是本技术提供的本技术提取的差分功率特征与常规dft算法提取特征的对比示意图；图4是本技术提供的基于本技术方案对某一特征序列的提取结果；
图5是本技术提供的功率时间碎片低压台区拓扑识别装置的组成结构图。
具体实施方式
18.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
19.本技术实施例公开一种功率时间碎片低压台区拓扑识别方法和装置，该方法和装置具体基于动态滤波实现功率时间碎片低压台区拓扑识别。
20.参见图1，为本技术实施例提供的功率时间碎片低压台区拓扑识别方法的流程示意图，该方法具体包括以下各处理步骤：步骤101、根据电网电压计算电网实时频率。
21.可选的，该步骤具体通过数字锁相环鉴频，根据电网电压动态计算电网实时频率。即，将通过采样得到的电网电压输入数字锁相环进行鉴频，得到电网实时频率。
22.其中，数字锁相环的环路滤波器采用二阶科斯塔斯环，当电网频率发生频偏后，数字锁相环可以快速跟频，有利于动态滤波的实现。
23.步骤102、根据电网实时频率及电网谐波含量动态构造数字带通滤波器，以使数字带通滤波器的数字带通滤波响应特征适应电网变化。
24.具体采用如下的数字带通滤波器构造方法，根据电网实时频率及电网谐波含量（谐波幅值）动态构造数字带通滤波器，以使数字带通滤波器的数字带通滤波响应特征适应电网变化动态调整：其中，表示注入信号特征频率；表示电网实时频率；表示低阻带截止频率；表示低阻带增益，单位分贝；表示低通带频率；表示高阻带截止频率；表示高阻带增益，单位分贝；表示高通带频率；表示向下取整。
25.正常工况下，电力系统基波频率为50
±
0.5hz，若注入特征电流频率为833hz，则解调特征电流波形为783hz及883hz两个波形的叠加。若考虑基波频率有df的频偏，则750
±
7.5df、800
±
8df、850
±
8.5df、900
±
9df的谐波成分的频谱泄露对识别有较大影响。由于电力系统频率、谐波含量处于动态变化中，因此本技术实施例动态设计数字滤波器以适应电网的变化。
26.进一步，鉴于注入特征电流无需相位的线性，本技术实施例将数字带通滤波器设计为iir滤波器以满足更好的幅频响应特性。
27.iir滤波器的传递函数如下：上式中，为滤波器系数，n表示滤波器阶数，表示复平面，滤波器系数可以由上述滤波器参数通过双线性变换构造方法求得。
28.若电网基波频率为49.80hz，15次谐波（747hz）电流含量为3%，16次谐波（796.8hz）电流含量为3%，则本技术构造的iir滤波器幅频响应如图2所示。
29.步骤103、利用动态构造的数字带通滤波器对所述电网实时频率进行动态滤波，得到滤波后的信号，并提取滤波后的信号的功率特征。
30.其中，滤波后的信号具体为指定频率的电压信号和电流信号。
31.本步骤首先利用动态构造的数字带通滤波器对电网实时频率进行动态滤波，得到滤波后的信号，之后，进一步通过如下的功率特征提取算法提取滤波后的信号的功率特征：其中，表示滤波后的信号的采样序列，表示预设时长时间段内的能量均值，表示所述时间段内的采样个数，表示对能量均值的差分，也即表示能量差分信号，或差分功率信号/差分功率特征。
32.假定电网含有与特征电流等幅值的780hz间谐波电流，当特征电流中心频率发生微小偏移（833.3hz/835hz）后，本技术提取的差分功率特征与常规dft算法提取特征对比如图3（a）-图3（c）所示。图3（a）为信噪比100db谐波780hz、注入电流中心频率833.3hz情况下识别结果对比，图3（b）为信噪比-18db谐波780hz、注入电流中心频率833.3hz情况下识别结果对比，图3（c）为信噪比100db谐波780hz、注入电流中心频率835hz情况下识别结果对比。可以看到，基于本技术的提取差分功率信号比常规dft算法提取的特征码值更为明显，且有效去除了稳态间谐波的干扰。
33.步骤104、对提取的功率特征进行时间碎片化处理，得到差分功率时间碎片信号，基于差分功率时间碎片信号提取电网特征码值，以识别电网的注入特征电流，并基于识别的注入特征电流识别电网低压台区拓扑。
34.该步骤利用如下的功率特征时间碎片化的构造方法，对提取的功率特征进行时间碎片化处理，得到差分功率时间碎片信号：
其中，表示能量差分信号（即差分功率信号），set表示设定阈值，表示状态信号，表示时间碎片化后的状态跟随信号（即差分功率时间碎片信号）。
35.之后，进一步通过容错技术对时间碎片化后得到的差分功率时间碎片信号进行容错判断，通过容错判断提取电网特征码值，并将提取的电网特征码值与预设的标准特征码值进行比较，以识别电网中的注入特征电流。
36.其中，容错技术对应的容错判断依据包括：当前信号功率强度持续超过阈值一定时间，且时间碎片序列状态没有发生翻转。
37.进一步，针对本实施例的上述功率特征时间碎片化的构造方法，码元为1容错判断依据为：判断周期内的个数超过规定个数且任意一个大于规定值。
38.码元为0容错判断依据为：判断周期内的个数超过规定个数且任意一个小于规定值。
39.时间碎片化功率特征经容错算法后，特征码值识别的最终结果（即，提取电网特征码值）如图4所示。
40.具体的，标准特征码是一个标准序列，如用于作为标准序列的识别码0xaae9，本实施例将提取的特征码值与该标准序列比较，如果相似度大于一定比例，则表示电网中存在特征注入电流。之后，进一步基于识别的注入特征电流识别电网低压台区拓扑，基于识别的注入特征电流识别电网低压台区拓扑的过程，可参考现有实现方式，不再详述。
41.由以上方案可知，本技术公开的功率时间碎片低压台区拓扑识别方法和装置，根据电网实时频率和谐波含量动态构造数字带通滤波器，使数字带通滤波器的数字带通滤波响应特征适应电网变化动态调整，并利用差分功率时间碎片信号（经过容错判断）提取电网特征码值。和现有技术相比，本技术可以动态调整数字滤波器幅频响应曲线，使得在滤波效果和响应时间达到最优平衡；另外和现有频域分析dft算法相比，本技术利用功率算法可以将计算量减至一半以上，时间复杂度大大缩小，且每个采样中断执行运算相同，空间复杂度也大大降低，还可以有效降低白噪声的干扰及特征电流中心频率不稳的问题，且利用差分功率时间碎片信号可以有效降低非整次稳态谐波的干扰。
42.对应于上述的功率时间碎片低压台区拓扑识别方法，本技术还公开一种功率时间碎片低压台区拓扑识别装置，该装置的组成结构如图5所示，具体包括：频率计算模块501，用于根据电网电压计算电网实时频率；滤波器构造模块502，用于根据电网实时频率及电网谐波含量动态构造数字带通滤波器，以使数字带通滤波器的数字带通滤波响应特征适应电网变化；特征提取模块503，用于利用动态构造的数字带通滤波器对所述电网实时频率进行动态滤波，得到滤波后的信号，并提取滤波后的信号的功率特征；识别模块504，用于对提取的功率特征进行时间碎片化处理，得到差分功率时间碎片信号，基于差分功率时间碎片信号提取电网特征码值，以识别电网的注入特征电流，并基于识别的注入特征电流识别电网低压台区拓扑。
43.在一实施方式中，频率计算模块501，具体用于：通过数字锁相环鉴频，根据电网电压动态计算电网实时频率。
44.在一实施方式中，滤波器构造模块502，具体用于：采用如下构造方法，根据电网实时频率及电网谐波含量动态构造数字带通滤波器：其中，表示注入信号特征频率；表示电网实时频率；表示低阻带截止频率；表示低阻带增益；表示低通带频率；表示高阻带截止频率；表示高阻带增益；表示高通带频率；表示向下取整。
45.在一实施方式中，所述数字带通滤波器为iir滤波器，所述iir滤波器的传递函数为：其中，为滤波器系数，n表示滤波器阶数，表示复平面。
46.在一实施方式中，特征提取模块503，具体用于：通过如下计算式提取滤波后的信号的功率特征：其中，表示滤波后的信号的采样序列，表示预设时长时间段内的能量均值，表示所述时间段内的采样个数，表示对能量均值的差分。
47.在一实施方式中，识别模块504，在对提取的功率特征进行时间碎片化处理时，具体：利用如下的功率特征时间碎片化的构造方法，对提取的功率特征进行时间碎片化处理：
其中，表示能量差分信号，set表示设定阈值，表示状态信号，表示状态跟随信号。
48.在一实施方式中，识别模块504，在基于差分功率时间碎片信号提取电网特征码值，以识别电网的注入特征电流时，具体用于：通过容错技术对时间碎片化后得到的差分功率时间碎片信号进行容错判断，并通过容错判断提取电网特征码值；将提取的电网特征码值与预设的标准特征码值进行比较，以识别电网中的注入特征电流。
49.在一实施方式中，所述容错技术对应的容错判断依据包括：当前信号功率强度持续超过阈值一定时间，且时间碎片序列状态没有发生翻转。
50.对于本技术实施例公开的功率时间碎片低压台区拓扑识别装置而言，由于其与上文方法实施例公开的功率时间碎片低压台区拓扑识别方法相对应，所以描述的比较简单，相关相似之处请参见上文方法实施例中功率时间碎片低压台区拓扑识别方法部分的说明即可，此处不再详述。
51.需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
52.为了描述的方便，描述以上系统、装置或设备时以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本技术时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
53.通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本技术各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
54.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一、第二、第三和第四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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
55.以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。