基于工頻電壓畸變識(shí)別低壓配電戶變關(guān)系的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于工頻電壓畸變識(shí)別低壓配電戶變關(guān)系的系統(tǒng)及方法，屬于配電自動(dòng)化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在低壓配電網(wǎng)的營(yíng)業(yè)管理中，用電管理部門(mén)經(jīng)常需要核查用戶檔案，以確保檔案準(zhǔn)確，為營(yíng)銷管理提供正確無(wú)誤的管理數(shù)據(jù)，這其中包括用戶檔案歸屬、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系、用戶設(shè)備用電相位和工作相序等等，這些數(shù)據(jù)是保證臺(tái)區(qū)用電負(fù)載平衡、降低負(fù)載不平衡損耗，以及確保臺(tái)區(qū)線損正確性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)要素。
[0003]目前市場(chǎng)上用于上述用途的產(chǎn)品，主要基于載波技術(shù)和脈沖電流技術(shù)。其中，載波技術(shù)很容易受到干擾，通信成功率相對(duì)較低，甚至?xí)詈系较噜徟潆娮儔浩?。脈沖電流技術(shù)雖然沒(méi)有FSK (Frequency-shift keying)技術(shù)所存在的問(wèn)題，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息交互，通常需要以載波作為輔助通信手段，現(xiàn)場(chǎng)可操作性較差。
[0004]TffACS (Two Way Automatic Communicat1n System)，雙向工頻通信技術(shù)，其基本原理是在工頻電壓過(guò)零區(qū)域加入調(diào)制信號(hào)，利用這一調(diào)制的電壓或電流波形來(lái)攜帶信息，其系統(tǒng)原理如圖5所示。系統(tǒng)在中壓側(cè)(變電站)和低壓側(cè)(用戶端)設(shè)置調(diào)制解調(diào)單元，中壓側(cè)配有調(diào)制變壓器。信息傳遞是利用相鄰周期的電壓或電流的相對(duì)變與不變來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中信息由變電站向用戶端傳遞是利用調(diào)制的電壓波形，而由用戶端向變電站傳遞是利用電流波形。TWACS技術(shù)，在美國(guó)和加拿大已有應(yīng)用，用相鄰的電壓或電流波形作為信息載體，抗干擾能力較強(qiáng)，從而提高了信息傳輸?shù)目煽啃浴５绹?guó)、加拿大等國(guó)的接地系統(tǒng)采用的是大電流接地系統(tǒng)，而我國(guó)采用的是小電流接地系統(tǒng)，加上我國(guó)的電網(wǎng)環(huán)境較差，干擾嚴(yán)重，原有TWACS技術(shù)在我國(guó)不太適用。針對(duì)我國(guó)電網(wǎng)的特點(diǎn)，本文對(duì)TWACS技術(shù)的調(diào)制、解調(diào)以及信息攜帶方式進(jìn)行了改進(jìn)，給出了一種基于工頻電壓畸變實(shí)現(xiàn)低壓配電戶變關(guān)系識(shí)別的方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于:針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提出一種工頻電壓畸變識(shí)別低壓配電戶變關(guān)系的系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于:針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提出一種利用電流調(diào)制技術(shù)、并將調(diào)制電流產(chǎn)生的電壓畸變通過(guò)擬合各種典型臺(tái)區(qū)自動(dòng)選定閾值，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的解調(diào)、利用相鄰的畸變電壓周期之間的非畸變周期個(gè)數(shù)傳遞信息，實(shí)現(xiàn)低壓配電系統(tǒng)中戶變關(guān)系的識(shí)別方法，為用電管理部門(mén)的實(shí)現(xiàn)用戶檔案建立、核查等提供有效、可靠的手段。本發(fā)明是基于TWACS技術(shù)的改進(jìn)。
[0007]為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明基于工頻電壓畸變識(shí)別低壓配電戶變關(guān)系的系統(tǒng)，其特征在于，包括配電變壓器、低壓配電線路、用戶端、配電變壓器端調(diào)制解調(diào)設(shè)備和用戶端調(diào)制解調(diào)設(shè)備；所述用戶端調(diào)制解調(diào)設(shè)備連接到用戶的電表端子上或電表箱內(nèi)的端子上，通過(guò)低壓配電線路與配電變壓器低壓側(cè)母線相連，所述配電變壓器端調(diào)制解調(diào)設(shè)備直接連接在配電變壓器低壓側(cè)母線上。
[0008]進(jìn)一步地，所述配電變壓器副邊的漏感為L(zhǎng)I，所述配電變壓器副邊的內(nèi)阻為Rl ;所述用戶端調(diào)制解調(diào)設(shè)備的電感為L(zhǎng)2，所述用戶端調(diào)制解調(diào)設(shè)備的內(nèi)阻為R2 ;所述配電變壓器調(diào)制解調(diào)設(shè)備的電感為L(zhǎng)3，所述用戶端調(diào)制解調(diào)設(shè)備的內(nèi)阻為R3。
[0009]進(jìn)一步地，當(dāng)所述用戶端調(diào)制解調(diào)設(shè)備作為調(diào)制設(shè)備時(shí)，調(diào)制回路包括用戶端調(diào)制解調(diào)設(shè)備的電感L2和內(nèi)阻R2、低壓配電線路、配電變壓器副邊的漏感LI和內(nèi)阻R1，此時(shí)，變壓器端調(diào)制解調(diào)設(shè)備作為解調(diào)設(shè)備。
[0010]進(jìn)一步地，當(dāng)所述配電變壓器端調(diào)制解調(diào)設(shè)備作為調(diào)制設(shè)備時(shí)，調(diào)制回路包括變壓器端調(diào)制解調(diào)設(shè)備的電感L3和內(nèi)阻R3、低壓母線、配電變壓器副邊的漏感LI和內(nèi)阻R1，此時(shí)，用戶端調(diào)制解調(diào)設(shè)備作為解調(diào)設(shè)備。
[0011]本發(fā)明基于工頻電壓畸變識(shí)別低壓配電戶變關(guān)系的方法，包括如下步驟:
步驟一:信號(hào)調(diào)制:連接好配電變壓器、低壓線路、用戶端以及兩臺(tái)調(diào)制解調(diào)設(shè)備后，
啟動(dòng)系統(tǒng)，用戶端在工頻電壓周期150°附近觸發(fā)可控硅，這樣就在低壓側(cè)相線與零線之間產(chǎn)生一短路電流i，其大小由L2、R2和可控硅導(dǎo)通時(shí)間決定。由于配電變壓器副邊存在漏感LI，此突變的電流就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)畸變的電壓Au，其大小為:Au=Ll*di/dt，其中，di/dt為電流變化率；
步驟二:信號(hào)解調(diào):通過(guò)高速AD轉(zhuǎn)換器將工頻電壓信號(hào)離散化，利用DB4小波二級(jí)變換提取工頻電壓周期150°附近的電壓畸變信號(hào)，并通過(guò)軟件算法進(jìn)行識(shí)別；通過(guò)高速AD轉(zhuǎn)換器將工頻電壓信號(hào)離散化，利用DB4小波二級(jí)變換提取工頻電壓周期150°附近的電壓信號(hào)。圖4是MATLAB的仿真結(jié)果，其中s為工頻電壓原始數(shù)據(jù)(包括調(diào)制周期和非調(diào)制周期電壓信號(hào))，a2為DB4小波變換的低頻細(xì)節(jié)分量，dl、d2為DB4小波變換第一級(jí)和第二級(jí)高頻細(xì)節(jié)分量。由圖可以看出，有畸變的工頻電壓信號(hào)在150°附近的d2值非常大，通過(guò)動(dòng)態(tài)閾值算法很容易判斷工頻電壓信號(hào)有無(wú)畸變。動(dòng)態(tài)閾值就是在調(diào)制解調(diào)設(shè)備上電工作穩(wěn)定后，取若干組d2極大值的平均值(每組可取10個(gè)工頻周期)，然后乘以一個(gè)系數(shù)(如1.5,2.0等)作為判斷依據(jù)，如果某一工頻周期的d2值大于該值，則認(rèn)為有調(diào)制信號(hào)，否則沒(méi)有調(diào)制信號(hào)。采用動(dòng)態(tài)閾值法的目的是規(guī)避基礎(chǔ)工頻電壓信號(hào)中的離散雜波，保證信號(hào)解調(diào)的可靠性和準(zhǔn)確性。
[0012]步驟三:信息交互:用戶信息通過(guò)兩個(gè)工頻電壓調(diào)制周期之間非調(diào)制周期的個(gè)數(shù)攜帶，進(jìn)行信息的傳送。
[0013]所述配電變壓器連接組別一般為Yyn或Dyn ;從配電變壓器低壓側(cè)看去，Yyn接法的中壓側(cè)零序阻抗比較大，調(diào)制電路所產(chǎn)生的電流受零序阻抗的影響無(wú)法在高壓側(cè)形成較大電流，因此調(diào)制信號(hào)也就無(wú)法通過(guò)中壓側(cè)傳到其他變壓器的低壓側(cè)，也就不存在配電變壓器低壓側(cè)串?dāng)_的問(wèn)題。對(duì)于Dyn接法，中壓測(cè)不存在零線，調(diào)制電流只有在繞組內(nèi)流動(dòng)，也不會(huì)法通過(guò)中壓側(cè)傳到其他變壓器的低壓側(cè)。
[0014]所述步驟三中，用戶要發(fā)送信息N，那么第I和第N+1周期調(diào)制，其他周期不調(diào)制；若需要攜帶多字節(jié)信息，可增加一周期調(diào)制信號(hào)，每增加一字節(jié)信息，就增加一個(gè)調(diào)制信號(hào)。
[0015]所述的信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)都發(fā)生在配電變壓的低壓側(cè)，并且只有主機(jī)和從機(jī)同在一臺(tái)配電變壓器下，才能接收到對(duì)方的調(diào)制信息。
[0016]所述的信號(hào)調(diào)制是電流調(diào)制，解調(diào)是利用電流調(diào)制所產(chǎn)生的電壓畸變信號(hào)作為解調(diào)對(duì)象。
[0017]所述的信息交互是利用相鄰兩個(gè)畸變的工頻電壓周期之間非畸變周期的個(gè)數(shù)來(lái)攜帶用戶信息，其目的是減少調(diào)制發(fā)生的次數(shù)，最大限度的降低對(duì)配電網(wǎng)的干擾，保護(hù)調(diào)制電路。
[0018]本發(fā)明與原有TWACS技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):1.在TWACS技術(shù)中，信號(hào)的傳輸分為下行信號(hào)傳輸和上行信號(hào)傳輸。下行信號(hào)傳輸時(shí)，信號(hào)的調(diào)制發(fā)生在中壓側(cè)，并且需要借助調(diào)制變壓器將調(diào)制信號(hào)耦合到中壓線路上；上行信號(hào)傳輸時(shí)，解調(diào)也是發(fā)生在中壓側(cè)。無(wú)論是下行信號(hào)還是上行信號(hào)的傳說(shuō)，都要經(jīng)過(guò)配電變壓器，其衰減無(wú)法避免。如果要獲取足夠的信號(hào)強(qiáng)度，就要提高調(diào)制電路的功率。而在本方法中，給出的信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)都是發(fā)生在低壓側(cè)，而且不需借助調(diào)制變壓器。因此，本方法的電路實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)單，信號(hào)的調(diào)制、解調(diào)都在低壓側(cè)，安全性、可操作性更高，無(wú)需調(diào)制變壓器，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。2.在TWACS技術(shù)中，下行信號(hào)是電壓信號(hào)，上行信號(hào)是電流信號(hào)，因此解調(diào)電路需要考慮兩種不同的信號(hào)。