一种基于电表分簇机制的电表定位方法与流程

本发明属于电表台区数据管理，尤指涉及一种基于电表分簇机制的电表定位方法。

背景技术：

1、配电网络的基本管理单位是台区，台区是指一台配电变压器的供电范围，具体包括台区变压器及其下所属的所有用户。在低压配电网的台区中，输电线路一般采用三相四线制，其中三条线路分别代表a、b、c三相，另一条是中性线n。目前不管是在用户相对集中的城镇居民小区，还是人口相对分散的农村地区，为节约设备安装空间以及为电表提供物理保护，一个局部供电区域内的电表往往会集中安装在一个多表位的电表表箱内，图1所示为台区内的一个接入表箱的拓扑结构图。一个多表位的表箱内安装有数个电表，电表安装好后现场安装人员会记录下电表所对应的表箱信息，并录入电网管理系统中，以便于后期的检查维护。

2、电表作为电网内担负电网运行关键参数监测和用户用电量计量等重要职能的设备，其日常管理非常重要。每只电表在进入电网系统后会被分配一个全网唯一的设备编号，通常用一组长度为16的十进制数字来表示每只电表的设备编号，这使得电表的设备编号得到了统一，便于管理。目前对于电表的具体安装位置管理普遍通过记录每只电表所在的表箱信息来实现对电表的间接定位。电表设备编号信息及其安装表箱信息的现场记录和电网管理系统的输入需要人工操作。由于数据冗长且条目众多，信息内容常常夹杂数字，中文和英文字母，因此电网管理系统中大量的电表安装位置信息难以避免存在一些错误内容，这会导致工作人员无法凭借相关信息在现场顺利找到对应的目标电表。此时就需要人工现场排查来寻找目标电表的具体安装位置，会花费很高的人力成本和时间成本，尤其是在一些布线不规范的老旧小区中搜索范围较大，过程繁琐，耗时耗力、效率低下。而且人工寻表过程中需要调取电表用户的具体居住地址，然后在地址附近区域进行寻找。相关过程涉及比较敏感的用户个人信息使用。

3、为了解决以上问题，提高电表定位的准确性，市场上出现了一些具有电子化功能的新型表箱，例如表箱配置有基于北斗或gps定位技术的定位设备，或是配置nfc电子标签，通过这些设备实现定位，减小人工排查的人力成本。但电表往往安装于室内，基于卫星信号的定位精度和实际应用效果并不好，无法满足实际现场需求。而且这些表箱需要额外增设其它的电子设备，设备成本明显高于传统表箱，难以推广应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于宽带载波通信网络的电表分簇机制的电表定位方法，无需新的硬件投入，可以提高电表的整体管理效率。

2、为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

3、一种基于电表分簇机制的电表定位方法，用于对台区用电信息采集网络中的电表进行定位，所述台区用电信息采集网络包括主站以及多个台区的宽带载波通信子网，所述宽带载波通信子网包括cco和具有宽带载波通信模块的电表，所述主站和下辖的各台区的宽带载波通信子网的cco进行信息交互，所述cco和宽带载波通信子网内的电表进行信息交互；

4、s1、主站向台区宽带载波通信子网的cco下发电表自动分簇命令报文；

5、s2、所述cco收到电表自动分簇命令报文后，向自身所在的宽带载波通信子网内的所有电表的宽带载波通信模块转发该电表自动分簇命令报文；

6、s3、接收到电表自动分簇命令报文的宽带载波通信模块向所述cco上报第一命令响应报文，所述第一命令响应报文至少包含以下内容：1)宽带载波通信模块的网络短地址；2)宽带载波通信模块所在电表的电表设备编号；3)直通链路信息；

7、s4、所述cco收到子网内所有宽带载波通信模块上报的第一命令响应报文后，获得自身所在的宽带载波通信子网的全网拓扑信息，将所述cco以及其所在的宽带载波通信子网内所有的宽带载波通信模块按短地址从小到大的顺序进行排序，建立所述台区的全网拓扑信息矩阵；

8、s5、所述cco基于所述全网拓扑信息矩阵以及各宽带载波通信模块入网时上报的相位信息，对电表进行分簇；

9、s6、分簇结束后，所述cco向所述主站发送第二命令响应报文，上报在本台区内按照电表1至电表n的排序方式的n只电表设备编号，以及各电表的分簇结果；

10、s7、所述主站接收到所述cco上报的第二命令响应报文后，将电表的分簇结果保存，完成对台区内电表的定位。

11、如上所述的基于电表分簇机制的电表定位方法，可选的，所述直通链路信息指对于某一宽带载波通信模块，所有和该宽带载波通信模块存在直通链路的邻居节点的网络短地址，以及该宽带载波通信模块自己所收到的对方发送的最近q个报文的接收信噪比的均值。

12、如上所述的基于电表分簇机制的电表定位方法，可选的，所述全网拓扑信息矩阵为：其中的hi,j表示宽带载波通信子网中第i个宽带载波通信模块收到的第j个宽带载波通信模块所发送的q个最新报文的接收信噪比的均值，1≤i,j≤n，n为一个宽带载波通信子网中包含的宽带载波通信模块的数量。

13、如上所述的基于电表分簇机制的电表定位方法，可选的，所述步骤s5中，电表分簇的步骤如下：

14、s5-1、建立n×n维的对称矩阵d，对称矩阵d中元素di,j用于表示两只电表是否在同一个簇内，di,j＝dj,i，di,j∈[0,1]，数值1表示两只电表在同一簇内，数值0表示两只电表不在同一簇内；

15、对对称矩阵d中的元素进行初始赋值：对称矩阵d中的第一个行向量和第一个列向量中第一个元素的数值为1，其余元素的数值全部为0；

16、s5-2、对除了cco之外的其余n-1只电表按照相位进行划分，分别分入a相电表集合φa、b相电表集合φb和c相电表集合φc中，然后分别对三个集合中的电表进行同相电表分簇，a相电表集合φa中的电表进行同相电表分簇的步骤如下，b相电表集合φb和c相电表集合φc的同相电表分簇的步骤和a相电表集合φa中的电表的同相电表分簇的步骤相同：

17、s5-2a、对于a相电表集合φa中的na只电表，基于全网拓扑信息矩阵h，找到a相电表集合φa中电表间存在双向直通链路的电表组合，分别计算每个电表组合之间的通信链路质量，然后按照通信链路质量的数值从大到小进行排序，得到存在双向直通链路的a相位的电表组合列表；

18、s5-2b、对存在双向直通链路的a相位的电表组合列表中的电表组合按电表间的链路类型进行分簇，电表间的链路类型有两种：同箱同相电表链路和异箱同相电表链路；

19、对属于同箱同相电表链路的电表组合中的两个电表建立一个簇，得到若干个簇，任意两个簇中如果含有相同电表，则将这两个簇合并形成一个新簇，取代原有的两个旧簇；如果某一只电表，其自身和其所有邻居电表的双向通信链路都属于异箱同相电表链路，该电表单独建立一个簇；

20、s5-2c、进行同相簇合并；基于步骤s5-2b的分簇结果修改对称矩阵d对应位置的元素的数值，如果两只电表同簇，则依照两个电表的编号，将对称矩阵d对应位置元素的数值从0改为1；

21、s5-3、进行异相簇合并；完成同相电表分簇及合并后，得到包含了由a相电表形成的簇、b相电表形成的簇和c相电表形成的簇组成的簇集合其中，ka表示a相电表形成的簇的数量，kb表示b相电表形成的簇的数量，kc表示c相电表形成的簇的数量，异相簇合并的步骤如下：

22、s5-3a.分别计算簇集合θ中任意两个异相簇θi和θj之间的距离值λ(θi,θj)：

23、λ(θi,θj)＝max(l(x1,x2)),电表x1∈θi，电表x2∈θj，其中，max(l(x1,x2))表示异相簇θi和θj之间中任意两只电表之间的双向通信链路质量中的最大值，如果两个异相簇中可以至少分别各找到一只电表，且这两只电表之间存在双向直通链路，则将这两个异相簇归为直通异相簇，反之，如果无法找到，则将这两个异相簇归为非直通异相簇；

24、s5-3b.对簇集合θ中的每个簇θk都执行如下判决机制：

25、

26、条件p为：令集合ψ＝{θk,θi,θj}，三个相位互异的簇同时满足如下2个条件：

27、p1)集合ψ中任意两只簇之间都为直通异相簇；

28、p2)对集合ψ中任意一个簇而言，其对应的和其距离值最大的异相簇也属于集合ψ；

29、s5-3c.完成对簇集合θ中每个簇的判决后，对这些簇进行合并，任意三个簇如果被判决为在同一个表箱内，则将这三个簇合并形成一个新簇，并取代原有的三个旧簇，然后基于分簇结果修改对称矩阵d对应位置元素的数值，如果两只电表同簇，则依照两个电表的编号，将对称矩阵d对应位置元素的数值从0改为1；

30、s5-3d.对簇集合θ中的每个簇都进行判决后，如果判决结果为‘待定’的簇的数量为0，则完成电表的分簇，如果判决结果为‘待定’的簇的数量大于0，将判定为‘待定’的簇归入集合中，然后对簇集合中的每个簇都执行如下判决机制：

31、

32、条件为：令集合2个相位互异的簇同时满足如下2个条件：

33、)簇和簇为直通异相簇；

34、)簇对应的和其距离值最大的异相簇为簇簇对应的和其距离值最大的异相簇为簇

35、s5-3e.完成对簇集合中每个簇的判决后，对这些簇进行合并，任意2个簇如果被判决为在同一个表箱内，则将这2个簇合并形成一个新簇，并取代原有的2个旧簇，然后基于分簇结果修改对称矩阵d对应位置元素的数值，如果两只电表同簇，则依照两个电表的编号，将对称矩阵d对应位置元素的数值从0改为1；

36、s5-3f.如果簇集合判决结果为‘待定’的簇的数量为0，则异相簇之间的合并完成，电表的分簇过程结束，如果簇集合判决结果为‘待定’的簇的数量大于0，对这些簇不执行任何操作，电表的分簇过程结束。

37、如上所述的基于电表分簇机制的电表定位方法，可选的，所述步骤s5-2b中，通过以下方法来判断电表属于哪种类型：

38、构建向量θ，θ＝[θ1,θ2,…,θw]，其中，θw＝lw-lw+1，w＝1,…,w-1，w为存在双向直通链路的a相位的电表组合列表中通信链路的数量；

39、从向量θ的第一个元素开始，逐个往下寻找，找到第一个元素值大于6的元素，设该元素为向量θ的第λ1个元素；

40、从向量θ的第11个元素开始，逐个往下寻找，找到第一个元素值小于θ10-10的元素，设该元素为向量θ的第λ2个元素，令λ＝min(λ1,λ2-1)，则存在双向直通链路的电表组合列表的w条通信链路中的前λ条链路为同箱同相电表链路，其余链路为异箱同相电表链路。

41、如上所述的基于电表分簇机制的电表定位方法，可选的，所述电表组合之间的通信链路质量＝两个电表之间的双向链路平均信噪比值之和除以2。

42、如上所述的基于电表分簇机制的电表定位方法，可选的，在步骤s1中，主站选择凌晨时段向台区的宽带载波通信子网的cco下发电表自动分簇命令报文。

43、由以上技术方案可知，本发明利用电表的局部集中安装方式会在宽带载波通信网络中形成以表箱为单位，具有明显簇特征的拓扑结构的特性，为使用宽带载波通信技术的用电台区提供一种电表自动分簇机制，网络主节点通过收集和分析宽带载波网络中的全网拓扑信息，实现对电表的分簇，判断出哪些电表大概率是安装在同一个表箱内，并将分簇结果上报给电网管理系统。当因电网管理系统内的电表安装表箱信息出现错误而导致现场工作人员寻表失败时，分簇结果可以在不使用电表用户具体信息的情况下，辅助工作人员快速实现对电表安装位置的重新确定。本发明的电表定位方法无需新的硬件投入，可以有效解决管理系统内的电表安装表箱信息出现错误的问题，提高电表的整体管理效率。