低压台区表箱物理拓扑识别方法及系统与流程

1.本发明涉及一种拓扑识别方法及系统，尤其是一种低压台区表箱物理拓扑识别方法及系统。


背景技术：

2.近年来，为了以技术创新引领业务转型发展，提升智能计量体系运行质效，全力支撑以客户为中心的供电服务、体系建设，充分发挥智能电表资产效益，降低电网运营成本，对低压台区的精细化管理水平提出了更高的要求，其中，低压台区物理拓扑是台区精细化管理的基础，低压台区物理拓扑包括“台区变压器-分支箱/π接箱-表箱-电表”。
3.低压台区在新建、改建、扩建、日常维护、检修和设备变更等，均会导致低压台区物理拓扑关系发生改变，其中，“台区变压器-分支箱/π接箱-表箱”物理拓扑通常采用加装设备，采用畸变电流和脉冲电流方式实现，技术已经成熟。对“表箱-电表”物理拓扑，目前采用人工录入方式、485通信方式或大数据分析方式实现，其中，人工录入方式工作量大、效率低，极易出现错误；485通信方式，是利用电表485通信接口和表箱智能塑壳断路器通信，实现表箱物理拓扑识别，此种方式相对于人工录入方式工作量有所降低，但已经大批量安装的hplc(低压电力线高速载波通信)通信单元失去应有的作用；大数据分析方式识别时间长，识别率较低。以上方式均不具备大规模推广价值。
4.公开号cn110389269a专利申请文件的公开了《一种基于电流优化匹配的低压台区拓扑关系识别方法》，该低压台区拓扑关系识别方法，能够在不增加设备情况下，实现识别低压台区物理拓扑关系。能够实现“变压器-分支箱/π接箱-表箱”物理拓扑关系识别。“表箱-电表”这部分线路中相邻表箱之间的距离很近，相邻表箱之间的物理参数信号的接收和识别容易受到影响，即电表物理参数信号可能被两个或多个表箱同时接收，使得“表箱-电表”之间的归属关系很难确定，导致台区物理拓扑关系的识别准确率较低。
5.公开号cn113093063a专利文件的公开了《基于电流载波的表箱与户表关系识别方法及系统》，该识别方法及系统各个电表分别发射出特定频率的特征电流信号并叠加在户表原有的工频电流信号中传输；特征电流信号携带有电表唯一性对应的身份特征信号；表箱接收对应户表传输的工频电流信号，并提取工频电流信号中的特征电流信号；根据表箱所接收特征电流信号中携带的身份特征信号确定归属于该表箱的对应户表，并建立表箱与各个对应户表之间的归属关系。该方式采用1000:1互感器，互感器耦合提取高频信号时，会随着电源线火线穿过互感器中心位置而影响提取幅值，无法满足高频信号耦合提取幅值精度要求；提取高频信号的频率特征时，会随着电力线电流变化而变化，同样无法满足频率精度要求。最终导致表箱物理拓扑识别率较低，无法满足实际工程需要。
6.综上，如何快速有效地实现低压台区表箱物理拓扑识别是目前急需解决的技术难题。


技术实现要素：

7.本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种低压台区表箱物理拓扑识别方法及系统，其基于目前表箱运行方式下，能有效实现对低压台区表箱物理拓扑识别，提高表箱物理拓扑识别度率，降低识别成本。
8.按照本发明提供的技术方案，所述低压台区表箱物理拓扑识别方法，包括低压台区系统，所述低压台区系统包括基于hplc网络通信的集中器、若干表箱塑壳断路器以及若干用户电表，
9.在进行表箱物理拓扑识别时，对任一用户电表，所述用户电表将自身的电表地址通过载波电流信号以开关键控方式调制到hplc网络，hplc网络中的表箱塑壳断路器采集载波电流信号，并根据表箱塑壳断路器所采集的载波电流确定与当前用户电表所属同一表箱的表箱塑壳断路器；
10.确定与当前用户电表所属同一表箱的表箱塑壳断路器后，所述表箱塑壳断路器提取并确定载波电流信号中的电表地址，且所述表箱塑壳断路器通过hplc网络将所提取确定的电表地址发送至集中器内，以识别所述当前用户电表的表箱物理拓扑。
11.电表地址通过载波电流信号以开关键控方式调制到hplc网络时，将电表地址进行编码，以得到电表地址编码信息，所述电表地址表编码信息包括帧头字段、电表地址字段以及crc校验字段。
12.表箱塑壳断路器利用柔性电流互感器进行电流采集，所采集的电流经双通道积分滤波处理，以分别提取得到50hz的工频电流信号以及载波电流信号；
13.表箱塑壳断路器根据载波电流信号确定与当前用户电表所属同一表箱的表箱塑壳断路器。
14.表箱塑壳断路器提取确定载波电流信号中的电表地址时，对载波电流信号解码处理，在解码时，包括依次进行的adc量化处理、频谱搬移处理、抽取滤波处理、滑动fft频点能量提取处理以及比特判定处理，在解码后，得到载波电流信号中的电表地址。
15.在解码处理前，对载波电流信号进行抑制频谱泄漏的窗函数处理，并在窗函数处理后进行解码处理，其中，窗函数包括布莱克曼窗。
16.所述抽取滤波处理时，利用若干多相fir抽取滤波器进行抽取滤波。
17.确定与当前用户电表所属同一表箱的表箱塑壳断路器时，对多个采集载波电流信号的表箱塑壳断路，将与载波电流信号同频率且电流值最大的表箱塑壳断路器确定为与与当前用户电表所属同一表箱的表箱塑壳断路器。
18.在频谱搬移处理时，所述频谱搬移的处理为：
[0019][0020]
其中，
f0
为实际搬移的频率，x为载波电流信号，y为频谱搬移后的信号。
[0021]
一种低压台区表箱物理拓扑识别系统，包括低压台区系统，所述低压台区系统包括基于hplc网络通信的集中器、若干表箱塑壳断路器以及若干用户电表，
[0022]
在进行表箱物理拓扑识别时，对任一用户电表，所述用户电表将自身的电表地址通过载波电流信号以开关键控方式调制到hplc网络，hplc网络中的表箱塑壳断路器采集载波电流信号，并根据表箱塑壳断路器所采集的载波电流确定与当前用户电表所属同一表箱的表箱塑壳断路器；
[0023]
确定与当前用户电表所属同一表箱的表箱塑壳断路器后，所述表箱塑壳断路器提取并确定载波电流信号中的电表地址，且所述表箱塑壳断路器通过hplc网络将所提取确定的电表地址发送至集中器内，以识别所述当前用户电表的表箱物理拓扑。
[0024]
电表地址通过载波电流信号以开关键控方式调制到hplc网络时，将电表地址进行编码，以得到电表地址编码信息，所述电表地址表编码信息包括帧头字段、电表地址字段以及crc校验字段。
[0025]
本发明的优点：不改变在线运行的用户电表、表箱塑壳断路器以及集中器所形成的hplc网络，在表箱物理拓扑识别时，通过高速载波电流信号将电表地址采用开关键控方式调制到电力线上，在表箱的表箱智能塑壳断路器中使用柔性电流互感器提取信号后，通过解码提取电表地址，实现表箱物理拓扑识别；其中，采用柔性电流互感器解决了电力线穿过互感器位置影响幅值精度问题、基波电流影响高频信号幅值精度问题。解码处理时，从时域上对非固定频率高速载波信号频点的电流噪声进行抑制，引入了频谱搬移处理、抽取滤波处理，提高固定频率高速载波电流信号提取的成功率和稳定性。
附图说明
[0026]
图1为现有低压台区系统的系统框图。
[0027]
图2为表箱物理拓扑识别的原理示意图。
[0028]
图3为本发明电表地址通过载波电流信号以开关键控方式调制的示意图。
[0029]
图4为本发明表箱塑壳断路器采集得到载波电流信号的示意图。
[0030]
图5为本发明解码处理的流程图。
[0031]
图6为本发明抽取滤波处理的示意图。
[0032]
图7为本发明表箱物理拓扑识别的流程图。
具体实施方式
[0033]
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0034]
在基于目前表箱运行方式下，能有效实现对低压台区表箱物理拓扑识别，提高表箱物理拓扑识别度率，降低识别成本，本发明包括低压台区系统，所述低压台区系统包括基于hplc网络通信的集中器、若干表箱塑壳断路器以及若干用户电表，
[0035]
在进行表箱物理拓扑识别时，对任一用户电表，所述用户电表将自身的电表地址通过载波电流信号以开关键控方式调制到hplc网络，hplc网络中的表箱塑壳断路器采集载波电流信号，并根据表箱塑壳断路器所采集的载波电流确定与当前用户电表所属同一表箱的表箱塑壳断路器；
[0036]
确定与当前用户电表所属同一表箱的表箱塑壳断路器后，所述表箱塑壳断路器提取并确定载波电流信号中的电表地址，且所述表箱塑壳断路器通过hplc网络将所提取确定的电表地址发送至集中器内，以识别所述当前用户电表的表箱物理拓扑。
[0037]
具体地，低压台区系统具体是指一低压台区变压器的低压供电的区域，低压台区系统的具体情况与现有相一致。一般地，识别低压台区表箱物理拓扑时，低压台区系统包括集中器、若干表箱塑壳断路器以及若干用户电表，其中，集中器、表箱塑壳断路器以及用户电表基于hplc网络通信，具体是指集中器、任一表箱塑壳断路器以及任一用户电表均具备
hplc通信的能力，集中器、表箱塑壳断路器以及用户电表具体实现具备hplc通信能力的方式可与现有相一致，以能实现hplc通信能力的需求为准，此处不再赘述。集中器、表箱塑壳断路器以及用户电表基于hplc网络通信时，集中器可指定表箱塑壳断路器以及相应的用户电表进行信息的收发，具体基于hplc网络通信的信息收发等可以根据需要选择。
[0038]
本发明实施例中，当集中器、表箱塑壳断路器以及用户电表能基于hplc通信时，即可实现基于现有表箱的运行方式下对低压台区表箱物理拓扑识别。图1中示出了低压台区的一种具体实施情况，具体地，包括低压台区变压器、与所述低压台区变压器适配连接的台区总表、变压器塑壳断路器以及集中器，低压台区变压器通过变压器塑壳断路器与线缆分支箱1以及线缆分支箱2连接，线缆分支箱1与线缆分支箱2均连接若干表箱，一般地，在一个表箱内至少设置一个表箱塑壳断路器以及若干用户电表。低压台区变压器、台区总表、集中器、变压器塑壳断路器、线缆分支箱、表箱内表箱塑壳断路器以及用户电表的具体情况均与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0039]
对表箱物理拓扑识别，具体是指对任一用户电表，确定所述用户电表的父节点以及通过所确定父节点识别当前用户电表的电表地址，所述父节点一般即为与用户电表所属同一表箱的表箱塑壳断路器。将所确定的父节点以及当前用户电表的电表地址发送至集中器内，即实现表箱物理拓扑识别。
[0040]
在进行表箱物理拓扑识别时，一般地，由集中器指定指定相应的表箱塑壳断路器以及用户电表依次进行hplc网络通信，且基于hplc网络通信时，时间上不重复，即在同一时间内，仅有表箱塑壳断路器或用户电表基于hplc网络发射载波信号。一般地，在进行表箱物理拓扑识别前，以实现对表箱塑壳断路器的拓扑识别。
[0041]
因此，在进行表箱物理拓扑识别时，所述的任一用户电表，即为通过集中器指定的用户电表。用户电表被集中器指定或选定后，即为当前用户电表。在拓扑识别时，当前用户电表将自身的电表地址通过载波电流信号以开关键控方式调制到hplc网络，hplc网络中的表箱塑壳断路器采集载波电流信号，并根据表箱塑壳断路器所采集的载波电流确定与当前用户电表所属同一表箱的表箱塑壳断路器。
[0042]
本发明实施例中，当前用户电表将自身的电表地址通过载波电流信号以开关键控方式调制到hplc网络中，具体是指将包含有电表地址的载波信号信号调制到电力线上；载波电流信号为固定频率的高速载波信号，开关键控方式调制，具体是指用“1”、“0”的数字信号对电表地址进行编码。通过载波电流信号以开关键控方式调制到hplc网络的具体情况可以参考图3说明。
[0043]
具体实施时，电表地址通过载波电流信号以开关键控方式调制到hplc网络时，将电表地址进行编码，以得到电表地址编码信息，所述电表地址表编码信息包括帧头字段、电表地址字段以及crc校验字段。一般地，根据帧头字段即可确定当前为电表地址编码信息，通过crc(循环校验)校验字段能进行crc校验，电表地址字段的具体情况与每个用户电表的地址相关。
[0044]
表1中给出了电表地址编码信息的一种具体实施情况，具体为：
[0045]
表1电表地址编帧格式
[0046]
字段长度(字节)备注帧头20xeb90
电表地址4 crc校检1用于校检数据接收有效性
[0047]
进一步地，确定与当前用户电表所属同一表箱的表箱塑壳断路器时，对多个采集载波电流信号的表箱塑壳断路，将与载波电流信号同频率且电流值最大的表箱塑壳断路器确定为与当前用户电表所属同一表箱的表箱塑壳断路器。
[0048]
如图2所示，为确定当前用户电表对应父节点的原理图，具体地，当用户电表a1作为当前用户电表，并向电力线发送固定频率的高速载波电流信号后，在低压台区各个分支处产生同频的电流信号i1～i5，根据基尔霍夫定律得：
[0049][0050]
由上述电流关系可知，表箱a内表箱塑壳断路器接收到固定频率的载波电流信号i1总是大于表箱b内表箱塑壳断路器接收到固定频率的载波电流信号i5；也就是说，通过在各表箱进线检测与采集该固定频率的载波电流电流，利用同表箱固定频率电流最大原则，可实现识别用户表箱以及所述用户表箱的父节点，即能确定与当前用户电表所属同一表箱的表箱塑壳断路器。
[0051]
为了能有效采集上述载波电流信号，本发明实施例中，表箱塑壳断路器利用柔性电流互感器进行电流采集，所采集的电流经双通道积分滤波处理，以分别提取得到50hz的工频电流信号以及载波电流信号；
[0052]
表箱塑壳断路器根据载波电流信号确定与当前用户电表所属同一表箱的表箱塑壳断路器。
[0053]
具体实施时，当前用户电表发射固定频率高速载波电流信号，并耦合到电力线上，采用柔性电流互感器采集固定频率高速载波电流信号，其中，高速载波电流信号的频率可以根据需要选择，如载波电流信号的频率可以选定为120khz，具体以能满足hplc网络通信的要求为准。
[0054]
通过柔性电流互感器采集电流时，会同时采集两种频率的电流信号：50hz工频电流信号和固定频率高速载波电流信号，如图4所示。其中，柔性电流互感器可以采用现有常用的形式，由于低压台区中存在分布储能器件，造成固定频率高速载波电流信号的电流会传输到其他线路分支，利用柔性电流互感器能提高对电流采集的精度与可靠性。
[0055]
具体实施时，柔性电流互感器内设置双通道积分滤波电路，即能实现积分滤波处理，经双通道积分滤波电路处理后，能分别提取得到50hz的工频电流信号以及固定频率的高速载波电流信号，以便根据所提取固定频率高速载波电流信号进行后续的用户电表地址的提取与识别确定。双通道积分滤波电路可以采用现有常用的形式，具体可以根据需要选择，以能对工频电流信号以及载波电流信号进行提取均可。
[0056]
进一步地，表箱塑壳断路器提取确定载波电流信号中的电表地址时，对载波电流信号解码处理，在解码时，包括依次进行的adc量化处理、频谱搬移处理、抽取滤波处理、滑动fft频点能量提取处理以及比特判定处理，在解码后，得到载波电流信号中的电表地址。
[0057]
具体实施时，在解码处理前，对载波电流信号进行抑制频谱泄漏的窗函数处理，并在窗函数处理后进行解码处理，其中，窗函数包括布莱克曼窗。
[0058]
本发明实施例中，采集到固定频率高速载波电流信号后，需要进行快速傅里叶变换，由于频谱泄漏现象的存在，非固定频率高速载波信号的电流噪声，会泄漏至固定频率高速载波电流信号频点频谱上，影响固定频率高速载波电流信号的提取。通过选择合适的窗函数，可以对频谱泄漏进行抑制，如采用旁瓣抑制比最高的布莱克曼窗。
[0059]
如图5所示，在解码时，包括依次进行的adc量化处理、频谱搬移处理、抽取滤波处理、滑动fft频点能量提取处理以及比特判定处理，以在解码后，得到载波电流信号中的电表地址。滑动fft频点能量提取处理，具体是指根据频率值提取数字量数值，数值大小代表能量大小，其中，滑动是一种常用的调试手段，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0060]
具体地，adc量化处理即为进行模数转换，adc量化处理可以采用现有常用的模数转换形式，以能进行所需的模数转换为准。经adc量化处理、频谱搬移处理、抽取滤波处理以及滑动fft频点能量提取处理后，即可得到“0”、“1”组成的比特值。所述比特判断处理，即根据电表地址编帧格式，能最终得到相应用户电表的电表地址，比特判断得到用户电表的电表地址过程与电表地址编帧格式相关，此处不再详述。
[0061]
在频谱搬移处理时，所述频谱搬移的处理为：
[0062][0063]
其中，
f0
为用户电表发射载波电流信号的固定频率，也即为实际搬移的频率，x为载波电流信号，y为频谱搬移后的信号。
[0064]
fft变换的时候，由于频谱泄漏现象的存在，非特征频点的电流噪声，会泄漏至特征频点谱线上，影响特征电流信号的提取。通过选择合适的窗函数，可以对频谱泄漏进行抑制，但不能完全消除。频谱泄漏是以频点为中心向外扩散，因此，适当的加大fft点数，可以进一步抑制非特征频点电流噪声的影响，其中，可采用现有常用的技术手段实现加大fft点数，具体与现有相一致，此处不再赘述。
[0065]
另外如果通过数字滤波器，直接从时域上对非特征频点的电流噪声进行抑制，可以进一步抑制非特征频点电流噪声的影响。综上，通过引入了频谱搬移，抽取滤波环节，提高特征电流解析的成功率和稳定性；所述特征电流即为固定频率的高速载波信号产生的电流信号。
[0066]
所述抽取滤波处理时，利用若干多相fir抽取滤波器进行抽取滤波。图6中示出了抽取滤波处理时的一种具体实施情况。具体地，抽取滤波处理结合频谱搬移处理，即是对所需数据(所需数据即为：两个积分通道得到的数据，即50hz的工频电流信号和固定频率的高速载波电流信号)做频率搬移，从而不仅能对非固定频率高速载波信号频点的电流噪声进行抑制，同时也降低了采样频率，间接提高了快速傅里叶变换频率分辨率。在平衡算力和实际滤波效果的情况下，实际使用的滤波器，抽取率m＝32，阶数为96阶。一般地，根据调试经验确定m的具体数值。
[0067]
如图7所示，为本发明表箱物理拓扑识别的流程图，具体地：集中器控制启动物理拓扑识别，整个拓扑识别流程由集中器调度完成，集中器只需定期查询识别状态，待完成后，读取物理拓扑识别结果即可。主要步骤包括：
[0068]
步骤1、收集表箱智能塑壳断路器的相邻电表信息，用于选择转发电表发射命令的表箱智能塑壳断路器；
[0069]
具体地，集中器手机表箱智能书客气的相邻电表信息即为台区识别，以获取台区设备信息，具体收集表箱智能塑壳断路器相邻电表信息的方式以及过程均可与现有相一致，为本技术领域人员所熟知，此处不再详述。
[0070]
步骤2、清除表箱塑壳断路器接收到的历史特征电流信息集合；
[0071]
步骤3、集中器点名指定所有的表箱塑壳断路器以及用户电表，并依次发射固定频率高速载波电流信号，保证每个设备先后进行发送，在时间上不重叠；
[0072]
步骤4、集中器查询表箱塑壳断路器接收的固定频率高速载波电流信号集合，并进行保存。固定频率高速载波电流信号包含收到的电表地址以及其能量大小；计算每个用户电表的父节点，等待集中器查询物理拓扑结果。
[0073]
具体地，每个用户电表父节点的情况，可以参考上述说明，集中器查询的物理拓扑结果即为表箱物理拓扑。
[0074]
上述步骤中，具体步骤的实施过程可以参考上述说明，此处不再详述。
[0075]
综上，可得低压台区表箱物理拓扑识别系统，包括低压台区系统，所述低压台区系统包括基于hplc网络通信的集中器、若干表箱塑壳断路器以及若干用户电表；
[0076]
在进行表箱物理拓扑识别时，对任一用户电表，所述用户电表将自身的电表地址通过载波电流信号以开关键控方式调制到hplc网络，hplc网络中的表箱塑壳断路器采集载波电流信号，并根据表箱塑壳断路器所采集的载波电流确定与当前用户电表所属同一表箱的表箱塑壳断路器；
[0077]
确定与当前用户电表所属同一表箱的表箱塑壳断路器后，所述表箱塑壳断路器提取并确定载波电流信号中的电表地址，且所述表箱塑壳断路器通过hplc网络将所提取确定的电表地址发送至集中器内，以识别所述当前用户电表的表箱物理拓扑。
[0078]
具体实施时，上述低压台区系统内，具体实施表箱物理拓扑识别的方式以及过程均与上述相一致，具体可以参考上述说明，此处不再赘述。
[0079]
综上，本发明不改变在线运行的用户电表、表箱塑壳断路器以及集中器所形成的hplc网络，在表箱物理拓扑识别时，通过高速载波电流信号将电表地址采用开关键控方式调制到电力线上，在表箱的表箱智能塑壳断路器中使用柔性电流互感器提取信号后，通过解码提取电表地址，实现表箱物理拓扑识别；其中，采用柔性电流互感器解决了电力线穿过互感器位置影响幅值精度问题、基波电流影响高频信号幅值精度问题。解码处理时，从时域上对非固定频率高速载波信号频点的电流噪声进行抑制，引入了频谱搬移处理、抽取滤波处理，提高固定频率高速载波电流信号提取的成功率和稳定性。