一种配电网中低压协同状态感知方法及系统与流程

一种配电网中低压协同状态感知方法及系统
1.本技术要求申请日为2021年6月21日，申请号为2021106829386，发明名称为“一种配电网中低压协同状态感知方法及装置”的在先申请的优先权，该在先申请的全部内容均已在本技术中体现。
技术领域
2.本发明涉及电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种配电网中低压协同状态感知方法及系统。


背景技术：

3.中低压配电网设备包括配电变压器、配电开关、配电电缆等，点多面广，运维工作量大，管理精益化程度偏低。目前中低压配电网设备状态监测由于状态感知成本偏高尚未普及应用，对于设备的检修主要以故障检修为主，即发生故障导致停电事件，由电力用户告知电力公司，电力公司再获取停电事件后再组织对故障的查找和处理。该类被动抢修模式效率低，故障恢复时间长，迫切需要结合智能传感和电力物联网技术应用，促进配电网运维从被动抢修向主动运维转变。
4.为了解决故障监测问题，一般情况下，电力公司的解决方案是推广部署配电自动化系统，配电自动化系统主要是对低频(一般小于2khz)电气量(电压和电流)监测。经年来，逐步开展对配电设备设施非电气量(温度、湿度、水浸、门磁等)监测，实现对配电状态感知。整体上，目前解决方案对于在线的设备状态深度感知尚存在一些问题：
5.1、缺乏宽频电气量(电压至少覆盖dc-20khz，电流至少覆盖dc-1mhz)信息采集；
6.2、未结合主动注入信号特征分析，宽频电气量异常识别可靠性低；
7.3、目前解决方案中，配电变压器监测终端一般只采集低压侧电气量信号，不能采集中压侧电气量信号，无法支撑中低压协同监测；
8.4、在配电网中应用非电气量传感器监测成本较高，难以推广应用。


技术实现要素：

9.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的配电变压器监测终端无法支撑中低压协同监测的缺陷，从而提供一种配电网中低压协同状态感知方法及系统。
10.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
11.第一方面，本发明实施例提供一种配电网中低压协同状态感知方法，应用于中低压协同感知终端，方法包括：在每个分析周期内，均实时获取预设频率范围内的配电网的中压侧及低压侧的电气量信息；判断相邻分析周期的谐波量是否出现波动，当当前分析周期的谐波量出现波动时，判定配电网的中压侧和/或低压侧的电气量信息异常；向电气量信息异常的中压侧和/或低压侧发送特征电力线载波传感信号，特征电力线载波传感信号耦合至电力线上；当接收到电力线反射回的特征电力线载波传感信号时，对发送及接收的特征电力线载波传感信号进行特征提取及参数分析，并将分析结果发送至协同监测软件功能模
块。
12.在一实施例中，配电网中低压协同状态感知方法还包括：将发送的特征电力线载波传感信号进行特征提取得到的信号特征发送至协同监测软件功能模块。
13.在一实施例中，电气量信息包括：三相电压及三相电流。
14.在一实施例中，判断相邻分析周期的谐波量是否出现波动的过程，包括：对于每个分析周期，对于三相电压及三相电流进行频谱分析，得到谐波电压及谐波电流；对于每个分析周期，基于谐波电压，分别计算特定次数的偶次谐波电压的能量和含量，基于谐波电流，分别计算特定次数的偶次谐波电流的能量和含量；将当前分析周期的特定次数的偶次谐波电压的能量和含量，与上一分析周期的特定次数的偶次谐波电压的能量和含量对应作差，得到电压能量差值、电压含量差值；将当前分析周期的特定次数的偶次谐波电流的能量和含量，与上一分析周期的特定次数的偶次谐波电流的能量和含量对应作差，得到电流能量差值、电流含量差值；分别判断电压能量差值的绝对值及电压含量差值的绝对值、电流能量差值的绝对值及电流含量差值的绝对值，是否对应的预设阈值；当至少一个绝对值超过对应的预设阈值时，则判定当前分析周期的谐波量出现波动。
15.在一实施例中，配电网中低压协同状态感知方法还包括：当接收到相应的执行发送功能的中低压协同感知终端发送的特征电力线载波传感信号时，将特征电力线载波传感信号的信号特征反馈至协同监测软件功能模块。
16.第二方面，本发明实施例提供一种配电网中低压协同状态感知方法，应用于协同监测软件功能模块，方法包括：将中低压协同感知终端发送的分析结果与设备状态特征数据库中的预设信号特征进行比对；当分析结果异常时，基于中低压协同感知终端的地址，对该中低压协同感知终端进行定位。
17.在一实施例中，配电网中低压协同状态感知方法还包括：将执行发送功能的中低压协同感知终端发送的信号特征、相应的执行接收功能的中低压协同感知终端发送的信号特征，与设备状态特征数据库中的预设信号特征进行比对；当信号特征异常时，根据基于发送异常的信号特征的中低压协同感知终端的地址，对该中低压协同感知终端进行定位。
18.第三方面，本发明实施例提供一种配电网中低压协同状态感知系统，包括：协同监测软件功能模块、中低压协同感知终端，其中，中低压协同感知终端跨接在配电网的变压器的中压侧及低压侧；中低压协同感知终端用于执行第一方面的配电网中低压协同状态感知方法；所述协同监测软件功能模块与所述中低压协同感知终端连接；所述协同监测软件功能模块用于执行第二方面的配电网中低压协同状态感知方法。
19.在一实施例中，中低压协同感知终端包括：中央处理器模块、远程通信模块、采集模块及信号收发模块，其中，采集模块用于在每个分析周期内，均实时获取预设频率范围内的配电网的中压侧及低压侧的电气量信息；中央处理器模块与采集模块、信号收发模块连接，中央处理器模块还通过远程通信模块与协同监测软件功能模块连接；中央处理器模块用于判断相邻分析周期的谐波量是否出现波动，当当前分析周期的谐波量出现波动时，判定配电网的中压侧和/或低压侧的电气量信息异常；通过信号收发模块向电气量信息异常的中压侧和/或低压侧发送特征电力线载波传感信号；通过信号收发模块接收到电力线反射回的特征电力线载波传感信号，并对接收的特征电力线载波传感信号进行特征提取及参数分析，并将分析结果发送至协同监测软件功能模块。
20.本发明技术方案，具有如下优点：
21.本发明提供的配电网中低压协同状态感知方法及系统，在每个分析周期内，均实时获取预设频率范围内的配电网的中压侧及低压侧的电气量信息；判断相邻分析周期的谐波量是否出现波动，当当前分析周期的谐波量出现波动时，判定配电网的中压侧和/或低压侧的电气量信息异常；向电气量信息异常的中压侧和/或低压侧发送特征电力线载波传感信号，特征电力线载波传感信号耦合至电力线上；当接收到电力线反射回的特征电力线载波传感信号时，对发送及接收的特征电力线载波传感信号进行特征提取及参数分析，并将分析结果发送至协同监测软件功能模块，将中低压协同感知终端发送的分析结果与设备状态特征数据库中的预设信号特征进行比对；当分析结果异常时，基于中低压协同感知终端的地址，对该中低压协同感知终端进行定位。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
23.图1为本发明实施例提供的配电网中低压协同状态感知系统的一个具体示例的组成图；
24.图2为本发明实施例配电网中低压协同状态感知方法的一个具体示例的流程图；
25.图3为本发明实施例配电网中低压协同状态感知方法的另一个具体示例的流程图；
26.图4为本发明实施例配电网中低压协同状态感知方法的另一个具体示例的流程图；
27.图5为本发明实施例配电网中低压协同状态感知方法的另一个具体示例的流程图；
28.图6为本发明实施例提供的配电网中低压协同状态感知系统的另一个具体示例的组成图；
29.图7为本发明实施例提供的配电网中低压协同状态感知系统的另一个具体示例的组成图。
具体实施方式
30.下面将结合附图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，都属于本发明保护的范围。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
34.实施例1
35.本发明实施例提供一种配电网中低压协同状态感知方法，该感知方法由如图1所示的感知系统实现，感知系统包括中低压协同感知终端1及协同监测软件功能模块2构成，而本发明实施例则应用于中低压协同感知终端，如图2所示，方法包括：
36.步骤s11：在每个分析周期内，均实时获取预设频率范围内的配电网的中压侧及低压侧的电气量信息；
37.具体地，当中低压协同感知终端接收到协同监测软件功能模块的启动采集指令时，中低压协同感知终端启动中低压宽频电气量信息采集，并行采集中压侧电气量信息和低压侧电气量信息，其中，电气量信息包括：三相电压及三相电流，即中压侧电压电流、低压侧电压电流。
38.步骤s12：判断相邻分析周期的谐波量是否出现波动，当当前分析周期的谐波量出现波动时，判定配电网的中压侧和/或低压侧的电气量信息异常；
39.具体地，中低压协同感知终端实时判断当前分析周期的谐波量是否出现波动，当出现波动时，直接判定当前分析周期采集的配电网的中压侧和/或低压侧的电气量信息异常，否则返回步骤s11继续采集分析，其中，本发明实施例的中低压协同感知终端对中低压宽频电气量信息异常分析周期可以按照两个工频电压周波进行分析，在电压过零点识别基础上对前后两个周波差分后的电压和电流信息开展分析。如图3所示，判断过程由步骤s21～步骤s25执行，具体如下：
40.步骤s21：对于每个分析周期，对于三相电压及三相电流进行频谱分析，得到谐波电压及谐波电流；其中频谱分析不限于基于傅里叶变换的方法，在此不作限制。
41.步骤s22：对于每个分析周期，基于谐波电压，分别计算特定次数的偶次谐波电压的能量和含量，基于谐波电流，分别计算特定次数的偶次谐波电流的能量和含量；
42.步骤s23：将当前分析周期的特定次数的偶次谐波电压的能量和含量，与上一分析周期的特定次数的偶次谐波电压的能量和含量对应作差，得到电压能量差值、电压含量差值；将当前分析周期的特定次数的偶次谐波电流的能量和含量，与上一分析周期的特定次数的偶次谐波电流的能量和含量对应作差，得到电流能量差值、电流含量差值；
43.具体地，分别计算上一分析周期(第k-1周期)的特定次数的偶次谐波电压及电流的能量和含量、当前分析周期(第k周期)的特定次数的偶次谐波电压及电流的能量和含量，将第k-1周期与第k周期得到的特定次数的偶次谐波电压的能量和含量分别进行差分，得到电压及电流能量差值、电流含量差值。例如：计算2～400次偶次谐波含量，在基波频率为50hz电网中，即100hz、200hz、
…
、20khz的谐波含量及其能量。其中，谐波含量及能量的计算公式如下所示：
[0044][0045][0046]
式中，rmh为谐波含量，hd为谐波含量，h2、h4、
…
、h
400
分别为2～400次偶次谐波的有效值，h1为基波有效值。
[0047]
步骤s24：分别判断电压能量差值的绝对值及电压含量差值的绝对值、电流能量差值的绝对值及电流含量差值的绝对值，是否对应的预设阈值；
[0048]
步骤s25：当至少一个绝对值超过对应的预设阈值时，则判定当前分析周期的谐波量出现波动。
[0049]
具体地，当中压侧的电压能量差值的绝对值和/或中压侧的电压含量差值的绝对值超过预设阈值，则判定中压侧的的谐波量出现波动，中压侧的电气量信息异常；当低压侧的电压能量差值的绝对值和/或低压侧的电压含量差值的绝对值超过预设阈值，则判定低压侧的的谐波量出现波动，低压侧的电气量信息异常。
[0050]
步骤s13：向电气量信息异常的中压侧和/或低压侧发送特征电力线载波传感信号，特征电力线载波传感信号耦合至电力线上；
[0051]
具体地，当中压侧的电气量信息异常时，中低压协同感知终端向中压侧发送特征电力载波传感信号；当低压侧的电气量信息异常时，中低压协同感知终端向低压侧发送特征电力载波传感信号。其中，特征电力载波传感信号具有特定的发送功率、相位、幅值以及正交电力线载波传感信号的数量等，特征电力线载波传感信号耦合至电力线上，信号耦合器可采用电感式耦合器或者电容式耦合器。
[0052]
具体地，基于实际工况，本发明实施例的特征电力载波传感信号的频段至少覆盖20khz～30mhz,不包括20khz，采用正交频分复用调制，此外，为了发送信号时需要避开现有电力线载波通信使用的频段，需要避开的频段包括：一是静态配置避开目前电力公司自动抄表采用的频段。另一个是发送信号前首先动态检测识别目前电力线上的通信信号，根据识别结果自动调整正交电力线载波传感信号的频率。
[0053]
步骤s14：当接收到电力线反射回的特征电力线载波传感信号时，对发送及接收的特征电力线载波传感信号进行特征提取及参数分析，并将分析结果发送至协同监测软件功能模块。
[0054]
具体地，当向电气量信息异常的中压侧和/或低压侧发送特征电力线载波传感信号，特征电力线载波传感信号耦合至电力线上之后，电力线上阻抗变换的节点会将特征电力线载波传感信号反射回中低压协同感知终端，中低压协同感知终端对发送的和接收的特征电力线载波传感信号在时延、能量衰减和相位延迟等参数进行分析，识别结果反馈给协同监测软件功能模块。
[0055]
在一具体实施例中，配电网中低压协同状态感知方法还包括：
[0056]
中低压协同感知终端发送完特征电力线载波传感信号后，将发送的特征电力线载波传感信号进行特征提取得到的信号特征发送至协同监测软件功能模块；
[0057]
当接收到相应的执行发送功能的中低压协同感知终端发送的特征电力线载波传感信号时，将特征电力线载波传感信号的信号特征反馈至协同监测软件功能模块。
[0058]
具体地，当特征电力线载波传感信号未由电力线阻抗变换点反射回中低压协同感知终端，而是特征电力线载波传感信号由电力线发送至另一中低压协同感知终端号时，例如：中低压协同感知终端#1发射特征电力线载波传感信号，特征电力线载波传感信号耦合至电力线上，特征电力线载波传感信号通过电力线发送至中低压协同感知终端#2，则中低压协同感知终端#1需要将发送的特征电力线载波传感信号的信号特征反馈至协同监测软件功能模块，中低压协同感知终端#2需要将接收的特征电力线载波传感信号的信号特征反馈至协同监测软件功能模块。
[0059]
实施例2
[0060]
本发明实施例提供一种配电网中低压协同状态感知方法，应用于协同监测软件功能模块，如图4所示，方法包括：
[0061]
步骤s31：将中低压协同感知终端发送的分析结果与设备状态特征数据库中的预设信号特征进行比对；
[0062]
具体地，当电力线将特征电力线载波传感信号反射回中低压协同感知终端时，且当协同监测软件功能模块接收到由步骤s11～步骤s14得到的分析结果后，将中低压协同感知终端发送的分析结果与设备状态特征数据库中的预设信号特征进行比对，该分析结果可以包括发送的及接收的特征电力线载波传感信号之间的时延、能量衰减和相位延迟等参数，或者为发送的及接收的特征电力线载波传感信号的信号特征，协同监测软件功能模块将发送的及接收的信号的信号特征与设备状态特征数据库中的预设信号特征进行比对，如果信号特征或参数不符合预设信号特征的要求时，则判定分析结果异常。
[0063]
步骤s32：当分析结果异常时，基于中低压协同感知终端的地址，对该中低压协同感知终端进行定位。
[0064]
在一具体实施例中，如图5所示，配电网中低压协同状态感知方法还包括：
[0065]
步骤s41：将执行发送功能的中低压协同感知终端发送的信号特征、相应的执行接收功能的中低压协同感知终端发送的信号特征，与设备状态特征数据库中的预设信号特征进行比对；
[0066]
步骤s42：当信号特征异常时，根据基于发送异常的信号特征的中低压协同感知终端的地址，对该中低压协同感知终端进行定位。
[0067]
具体地，当电力线未将特征电力线载波传感信号反射回中低压协同感知终端时，而是发送至另一中低压协同感知终端时，例如：中低压协同感知终端#1发射特征电力线载波传感信号，特征电力线载波传感信号耦合至电力线上，特征电力线载波传感信号通过电力线发送至中低压协同感知终端#2，则中低压协同感知终端#1需要将发送的特征电力线载波传感信号的信号特征反馈至协同监测软件功能模块，中低压协同感知终端#2需要将接收的特征电力线载波传感信号的信号特征反馈至协同监测软件功能模块。则协同监测软件功能模块将中低压协同感知终端#1、中低压协同感知终端#2发送的信号特征均与设备状态特征数据库中的预设信号特征进行比对。
[0068]
实施例3
[0069]
本发明实施例提供一种配电网中低压协同状态感知系统，如图6所示，包括：中低压协同感知终端1、协同监测软件功能模块2，其中。
[0070]
如图1所示，中低压协同感知终端1跨接在配电网的变压器的中压侧及低压侧；中
低压协同感知终端1用于执行实施例1的配电网中低压协同状态感知方法，在此不再赘述。
[0071]
如图1所示，协同监测软件功能模块2与中低压协同感知终端1连接；协同监测软件功能模块2用于执行实施例2的配电网中低压协同状态感知方法，在此不再赘述。
[0072]
在一具体实施例中，如图7所示，中低压协同感知终端1包括：中央处理器模块11、远程通信模块12、采集模块13及信号收发模块14，远程通信模块12采用电力公司现有通信网，可包括无线公网、无线专网、电力线载波通信、光纤通信等，通信协议支持iec 104、mqtt、coap等协议。
[0073]
具体地，采集模块13用于在每个分析周期内，均实时获取预设频率范围内的配电网的中压侧及低压侧的电气量信息；中压宽频的电气量信息包括中压a、b、c三相电流i
ma
、i
mb
、i
mc
，电流信号采集频段覆盖dc-1mhz；采集中压a、b、c三相电压u
ma
、u
mb
、u
mc
，电压信号采集频段覆盖dc-20khz。电流信号采集使用的传感器不限电磁式电流互感器、罗氏线圈、电子式电流互感器和新型磁电阻电流互感器等一种或者其中几种的组合应用；低压宽频的电气量信息包括采集低压a、b、c三相电流i
la
、i
lb
、i
lc
，电流信号采集频段覆盖dc-1mhz；采集低压a、b、c三相电压u
la
、u
lb
、u
lc
，电压信号采集频段覆盖dc-20khz。电压信号采集使用的传感器不限于电磁式电压互感器和电子式电压互感器等一种或者其中几种的组合应用。
[0074]
具体地，中央处理器模块11与采集模块13、信号收发模块14连接，中央处理器模块11还通过远程通信模块12与协同监测软件功能模块2连接；
[0075]
中央处理器模块11可以实现实施例1及实施例2所涉及的相关方法，具体可以用于判断相邻分析周期的谐波量是否出现波动，当当前分析周期的谐波量出现波动时，判定配电网的中压侧和/或低压侧的电气量信息异常；通过信号收发模块14向电气量信息异常的中压侧和/或低压侧发送特征电力线载波传感信号；通过信号收发模块14接收到电力线反射回的特征电力线载波传感信号，并对接收的特征电力线载波传感信号进行特征提取及参数分析，并将分析结果发送至协同监测软件功能模块2。
[0076]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本技术实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
[0077]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0078]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0079]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0080]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
[0081]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。