基于电力线信号的配电网络和设备运行状态在线识别方法与流程

本发明属于电力技术领域，涉及配电网络故障检测，为一种基于电力线信号的配电网络和设备运行状态在线识别方法。

背景技术：

电缆主要埋于地下，不影响美观，且避免外界环境的各种干扰，正逐步取代原有的架空线路，大规模应用于配网改造和建设工程中。故障发生的概率电缆使用时间增加而增加，故障原因包括电缆制作工艺水平、外力破坏、运行导致的劣化等。电缆运行环境隐蔽，导致故障难以被直接观测，若不能更好的早期预警并及时排除，对于配电网供电可靠性具有潜在的重大影响。

中国专利申请《基于分布式相量测量的配网线路状态监测、故障预警和定位技术的故障定位装置》，cn201721158291.2，涉及一种基于分布式相量测量的配网线路状态监测、故障预警和定位技术的故障定位装置，其包括电流监测单元、电压监测单元、汇集单元及主站；正常运行时电压、电流监测单元每隔15min将采集到的线路的负荷电压，电流定点数据主动输送到汇集单元，汇集单元分析、处理后上传给主站，并在主站通过图形、曲线、表格等界面显示方式，直观的呈现配网线路的线路状态。本实用新型成本低，性价比高，可带电安装方便，免维护；能够录取各个监测点的电流、电压波形；能够精确定位发生单相接地故障、短路故障所在区段。该申请主要是通过分布式相量测量单元实现，没有涉及到本申请提出的高频阻抗测量和电力线通信噪音测量。

中国专利《配网电缆线运行状态监测与故障录波诊断装置》，zl201520098241.4，公开了一种配网电缆线运行状态监测与故障录波诊断装置，具有线圈盒、处理部及连接部，线圈盒用于容纳罗氏线圈，处理部用于容纳信号处理器件，连接部中容纳连接线，其中线圈盒可以分为两半，以便于套在待测电缆线上，容纳于线圈盒中的罗氏线圈也可以分为相应的两半，这两部分罗氏线圈以软线从外部连接，连接软线容纳在连接部中，从具有处理部的线圈盒中所容纳的那部分罗氏线圈引出引线连接至处理部中的相应信号处理器件。该实用新型主要是通过故障录波装置离线实现诊断，没有涉及到本申请提出的高频阻抗测量和电力线通信噪音测量。

中国专利申请《一种用于智能配电网环网柜的状态监测系统》，cn201310165573.5，涉及一种用于智能配电网环网柜的状态监测系统，包括数据采集分析处理单元、分合闸电流传感器、分合闸电压传感器、操作压力传感器、行程传感器、振动传感器、温度传感器、局放传感器，其中数据采集分析处理单元接入分合闸电流传感器、分合闸电压传感器、操作压力传感器、行程传感器、振动传感器、温度传感器、局放传感器。本发明提出配电网开关设备在线监测系统的统一平台，通过开关在线监测设备采集接入开关的分合闸电流、操作电压、操作压力、接头温度、触头行程、局放情况，实现对配电网开关的整体情况在线监测和全局分析，使之对外提供一种数据统一，接口统一，部署统一，可有效进行数据交互的配电网开关在线监测系统。但该申请主要是通过多种传感器实现监测，没有涉及到本专利提出的高频阻抗测量和电力线通信噪音测量。

上述文献均没有涉及高频阻抗测量和电力线通信噪音测量，现有技术均未考虑过通过高频阻抗和电力线通信噪音来识别配电网络的运行状态。

技术实现要素：

本发明的目的在于：配电网络配电设备多，故障监测手段少，目前主要是外加传感器和基于无线通信的数据传输方式，监测经济代价低，且外加传感器，包括温度传感器、湿度传感器、常规电压互感器、电流互感器等，来反映设备故障信息。但配电网网络故障，包括接地、短路、断线等，和设备故障，包括变压器和开关等主要设备异常，这些需要新的监测技术手段，本发明提出一种基于电力线载波设备高频阻抗测量各高频噪音测量相结合的一种配电网络和设备故障识别方法。

本发明的技术方案为：基于电力线信号的配电网络和设备运行状态在线识别方法，在配电网变压器和配电开关位置安装电力线载波通信设备，后台主站系统协调电力线载波设备之间建立通信连接，电力线载波通通信设备测量安装位置的高频阻抗和信号噪音，并将测量得到的高频阻抗特征信息和噪音特征信息上传至后台主站系统，后台主站系统根据特征信息识别设备和网络故障，后台主主站系统存储每台载波设备测量的高频阻抗各噪音信息，分析高频阻抗和噪音特征信息的时间变化特征，相邻节点之间特征信息的关联性，判断配电网网络和设备运行状态。

在配电网变压器和配电开关位置安装电力线载波通信设备，配电变压器处安装的载波通信设备分别接入变压器高压侧三相和低压侧三相四线共7个载波信号耦合设备，配电开关处安装的载波通信设备分别接入开关三相进线和三相出线共六个载波信号耦合设备。

所述后台主站系统协调电力线载波通信建立通信连接，后台主站系统管理电力线载波通信网络，用于进行设备远程配置和网络组网设置，并监测设备运行状态，通过后台系统协调电力线载波通信设备建立通信连接。

所述测量安装位置的高频阻抗，指电力线载波通通信设备扫描30khz-100mhz范围内配置的离散频点的阻抗。

所述测量安装位置的信号噪音，指由电力线载波通信设备分析所安装位置的噪音频段，分析识别得到配电网中设备的运行状态，并将分析结果上传后台主站系统，后台主站系统再分析各点之间的噪音关联关系。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

现有技术中电力线载波通信设备主要用于数据传输，噪声测量目的主要是消除噪声，降低对通信的影响，考虑的都是在通信质量上的应用。本发明充分发挥电力线载波通信中信号分析，把高频阻抗测量和电力线通信噪音测量结果应用到设备的状态识别，尤其是分析识别噪声信息隐含的设备和网络状态信息，同时充分利用载波设备对高频阻抗的测量功能，测量高频阻抗和通信噪声，实现配电网络和设备运行状态的在线识别。

附图说明

图1为本发明一种基于电力线信号的配电网络和设备状态在线识别方法的流程图。

图2为本发明电力线网络接入高频阻抗测试原理图。

图3为本发明电力线噪音特征提取分类原理。

具体实施方式

本发明提出一种基于电力线载波设备高频阻抗测量和高频噪音测量相结合的一种配电网络和设备故障识别方法。该方法实现的系统构成包括配电线路、高频电缆、耦合设备、电力线载波通信设备，后台主站系统。本发明为配电网络和设备故障的在线识别提供一种新的技术手段。

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种基于电力线信号的配电网络和设备运行状态在线识别方法，包括步骤：在配电网变压器和配电开关位置安装电力线载波通信设备，后台主站系统协调电力线载波设备之间建立通信连接，协调内容包括哪一个载波设备与哪一个载波设备之间的通信，什么时间通信等，均由后台主站系统分配控制，电力线载波通通信设备测量安装位置的高频阻抗，电力线载波通信设备测量安装位置的信号噪音，电力线载波通信设备上传后台主站系统特征信息，后台主站系统识别设备和网络运行状态。

如图2所示为电力线网络接入高频阻抗测试原理图，左侧电力线载波设备输出ac可以产生30khz～100mhz的信号，信号经耦合器由ab端注入到电力线，测试电路的电压u和电流i就可以计算出电力线的接入阻抗。其中r1为限流电阻、r2为标准电阻，z为电力线网络接入阻抗，通过测量电压ua、ub的大小和相位差就可以计算出电力线网络的接入阻抗。

ub＝-ir2(2)

把i＝-ub/r2代入上式得到：

这样便可由已知量算出接入阻抗z的值。

图3为电力线噪音特征提取分类原理图。其中s(t)是发送信号,r(t)是接收信号，h(t)和h(f)转换反映了信道的传输特性，电力线载波信道上的噪声难以直接定量表示，它也有自身的特点，电力线载波信道噪声具有连续性、周期性、随机性以及多变性等特点。电力线载波信道噪声所呈现出的特征与地点、时间以及电网负载设备等干扰源都息息相关，各个噪声之间是相互独立存在的。电力线载波信道中主要有五类噪声存在，总结如下：有色背景噪声、窄带噪声、工频同步的周期脉冲噪声、工频异步的周期脉冲噪声和异步脉冲噪声，由此分析识别配电网络的设备运行状态：

有色背景噪声频谱占据了整个电力线通信带宽，它是由连接在电力线上众多的功率较低的噪声源进行累加而形成的组合性干扰信号。有色背景噪声通常保持几秒或几分钟，有时甚至几小时都不发生明显的变化。该噪声的主要来源大多为大量的家用电器设备(如调光灯、电脑、冰箱、电磁炉或电吹风等)所产生的频率可高达30mhz的干扰。

窄带噪声是指出现在电力线载波通信频率范围内的类似正弦调幅信号的噪声，其功率谱密度较高，主要是由中波、短波无线电信号在对应频域上的串扰而引起的，此外，电视机和计算机的扫描同步信号也会产生窄带噪声。

典型的异步脉冲噪声是由中、低压电网上的开关事件引起的，它们的形状通常类似于阻尼的正弦波或叠加的阻尼正弦波。脉冲强度与噪声源的强度，以及噪声源离接收装置的距离有关。

工频同步的周期脉冲噪声主要是由电网上开关电源中的开关器件切换以及可控硅器件所引起的，脉冲噪声重复频率为50hz(美国、日本等为60hz)或其整数倍，噪声持续时间较长、功率较大、频率覆盖范围较广、功率谱密度随频率的上升而减小。

工频异步的周期脉冲噪声的重复频率一般为50-200khz，主要是由计算机显示器和电视接收机产生的。噪声的周期频率依赖于计算机显示器和电视接收机的扫描频率标准，而随着人们对高分辨率图像质量的追求，将使这些频率越来越高。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

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。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。