一种配电系统电设备开关状态及距离位置判断的方法技术方案

技术编号:15263209 阅读:121 留言:0更新日期:2017-05-03 19:48
本发明专利技术提出了一种配电系统电设备开关状态及距离位置判断的方法,在相线的入线端安装电流和电压传感器,用于检测该相各支路电设备的开关信号,通过分析开关信号来判断电设备开关状态及距离位置,以实现监控电设备;当检测到的电压响应是一个向下衰减的指数函数,电流响应是一个向下的常量和一个向下的衰减指数函数之和时,判断为电设备的开关从闭合状态到断开;当检测到的电压响应是一个向上的脉冲函数与一个向上衰减的指数函数的叠加,而电流响应是一个向下的衰减指数函数时,判断为电设备的开关从断开状态到闭合;利用不同频率的谐波在有损电网传输线上的传输速度不同和传感器检测到的波形时间差来判断电设备离传感器的距离。

Method for judging switch state and distance position of electric equipment of distribution system

The invention provides a power distribution system of electric equipment switch state and distance method to determine the location of installation, current and voltage sensor in line phase end switch for detecting signal of the phase of each branch of electrical equipment, electrical equipment to determine the switch state and position by analyzing the switching signal, to realize the monitoring of electrical equipment; when the detected voltage response is a downward attenuation exponential function, the current response is a down and a constant attenuation exponential function and down when judging switch for electrical equipment disconnected from the closed state; when the detected voltage response is a superposition to function with a pulse to decay of the exponential function, and the current response is a downward attenuation exponential function, determine the switch for electrical equipment disconnected from the closed state to the harmonic at different frequencies; The transmission speed of the transmission line is different and the time difference of the detected waveform is judged to judge the distance of the electrical equipment from the sensor.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电网监控
,尤其涉及一种配电系统电设备开关状态及距离位置判断的方法
技术介绍
目前,网上电能设备的监控,一般停留在一个片区或一个家庭或一个大楼总体上能耗的检测和计算,很难对单个设备是否工作进行在线实时地监控。主要的原因是,就目前的技术水平而言,对每个设备的监控基本上必须一对一地配备相关的检测仪表,这样的成本和工程量的巨大是很难承受的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的网上电设备监控难的问题,在电设备电力电源供应相线的入线端装置电流和电压传感器,提出了一种配电系统电设备开关状态及距离位置判断的方法,通过对这些电压电流信号的采样,通过对采样信号进行数学分析,可以判断室内有设备的位置,及其在什么时间开,在什么时间关,判断出设备的开关状态。为达上述目的,本专利技术通过以下技术方案实现:一种配电系统电设备开关状态及距离位置判断的方法,所述方法包括在相线的入线端安装电流和电压传感器,用于检测该相各支路电设备的开关信号,通过分析开关信号来判断电设备开关状态及距离位置,以实现监控电设备;具体为:当检测到的电压响应是一个向下衰减的指数函数,电流响应是一个向下的常量和一个向下的衰减指数函数之和时,判断为电设备的开关从闭合状态到断开;当检测到的电压响应是一个向上的脉冲函数与一个向上衰减的指数函数的叠加,而电流响应是一个向下的衰减指数函数时,判断为电设备的开关从断开状态到闭合;位置的判断则根据传感器检测到不同频率的信号的传输速度和时间差来计算离传感器的距离来判断,具体为:测得(或计算得到)频率为ωi的谐波的传输速度为Vi,频率为ωj的谐波的传输速度为Vj,若传感器测到电设备开关或闭合产生的谐波ωi和ωj分别到达传感器的时间分别是ti,tj,则电设备离传感器的距离D为进一步地,电设备从闭合状态到断开时,传感器检测到的电压和电流的冲击响应模型分别为:其中R为特征阻抗,Lk为线路电感,Ls为相电源输入电感,η为常数,R为传输线特征电阻。进一步地,电设备从断开状态到闭合时,传感器检测到的电压和电流冲击响应模型分别为:其中R为特征阻抗,Lk为线路电感,Ls为相电源输入电感,θ为常数。本专利技术的有益效果是:本专利技术所提出的方法能从技术上做到单纯地通过电力信号分析来监控电网上的设备运行状态,则将为电网上的电力设备监控和能耗计算,提供一个崭新的局面。这样,人们只要简单地从电网上提取电力信号,便能获取电网上设备的运行状态和能耗情况,而且无需增加硬件投资,也无需更多的工程建设。这将会带来电力监控系统的巨大变革,并极大推动电联网概念的早日实现。附图说明图1是配电系统的电设备的电路网络示意图;图2是电设备简化电路图(含其他支路);图3是电设备开和关的电信号等效模型;图4是在开关从闭合切换至断开时的电压响应曲线图;图5是在开关从闭合切换至断开时的电流响应曲线图;图6是在开关从断开切换至闭合时的电压响应曲线图;图7是在开关从断开切换至闭合时的电流响应曲线图;图8是开关从闭合切换至断开时小波变换滤波后的d2曲线图。具体实施方案下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。配电网中的电设备,有的使用三相,也有的使用单相。为论述简便起见,本专利技术的具体实施例只考虑单相设备,但是,以下结论和结果也适用于三相的情况。不失一般性且为简化计算起见,假定配电网络的供电导线为无损均匀的导线,则配电网中电设备供电的系统的网络结构可见附图1。其中,Us为母线提供的单向电源电压,U1、Uk、Un分别为第一个电设备负载、第k个负载和第n个负载;Zc为相线特征电阻(假设为无损导线),Z1、Zk、Zn分别为相应负载的输入阻抗,S1、Sk、Sn分别为各用电支路的开关。为了监控该相线上的电设备的开关情况,本专利技术在相线的入线端装置电流和电压传感器,用于检测该相各支路电设备的开关信号。不失一般性,以分析第k条支路的开关情况为例。根据戴维南定理,可以将附图1简化成附图2。其中,Zs为相电压的等效输入阻抗,ZN为其它支路的等效阻抗,UN为等效负载电压。Sensor为电流电压检测传感器,安装位置在相电压输入结点处。根据信号传输原理,当开关Sk无论从闭合状态换成断开状态,还是从断开状态换成闭合状态,势必会在A处的两个分支产生冲击信号。考虑到向UN方向传递的冲击信号主要是影响向传感器方向传递的冲击信号的大小,对信号的其他特征并不会产生太大的影响。因而,可以考虑将其他分支断开,改以用一个衰减系数β乘以开关对传感器产生的冲击信号。这样做的结果,使得在分析传感器检测Sk开关的冲击信号时,就可以不考虑其他分支影响。则附图2可以简化成附图3。先考虑k条支路上电设备先从闭合状态到断开的情况。此时,相当于在K支路上叠加了一个反向阶跃冲击电压-Uk。此时,电路模型可以等价于附图3。其中R为特征阻抗,LE为线路电感,Ls为相电源输入电感。Us为相电压,U为在传感器(sensor)检测处由于K支路开关闭合形成的冲击响应。设ik为支路K由从闭合到点开状态引起的冲击电流则根据附图3,可以列出下面等式:分别对(1)、(2)、(3)进行LAPLACE变换,分别得到式(4)、(5)(6):Rik(s)=-Uk(s)-Us-sLsik(s)-sLkik(s)(4)U(s)=-Uk(s)-ik(s)R-sLkik(s)(5)US=-Uk(s)-ik(s)R-sLkik(s)-sLsik(s)(6)由(4)(5)进行整理可得:由(6)整理可得:假设阶跃冲击信号λ为常数。则传感器检测到的由冲击阶跃信号产生的电压响应和电流响应分别为:再增加考虑因忽略其他支路产生的衰减常数δ,令η=δλ则最终获得传感器处由于冲击信号产生的电压响应和电流响应分别为:对式(9)、(10)分别进行LAPLACE反变换,得到的电压时间响应和电流时间响应分别为:可见,该检测到的电压响应是一个向下衰减的指数函数,电流响应是一个向下的常量和一个向下的衰减指数函数之和。再考虑设备开关从先考虑k条支路上电设备先从断开状态切换到闭合的情况。此时,相当于在k支路上增加了一个瞬间冲击电压-Uk同理,根据附图3可以得到下面的等式:假设瞬间冲击信号ρ为常数。则传感器检测到的由瞬时冲击信号产生的电压响应和电流响应分别为:再增加考虑因忽略其他支路产生的衰减常数δ,令θ=δρ则最终获得传感器处由于冲击信号产生的电压响应和电流响应分别为:对式(13)、(14)分别进行LAPLACE反变换,并令则可得到下面的时间响应:可见,传感器检测到的电压响应是一个向上的脉冲函数与一个向上衰减的指数函数的叠加,而电流响应是一个向下的衰减指数函数。根据上面已经推导出的电设备的断开和闭合两者在传感器其处的电压和电流信号响应模型,容易判断支路上是否发生电设备的断开或闭合动作。但是,要确定是哪个电设备发生的动作,还必须通过距离位置来判断。考虑到电设备在闭合和断开操作时,必然会产生一些高次谐波。而不同频率的谐波在有损电网传输线上的传输速度是不同的。在可以根据传感器检测到开关信号时的不同频率的谐波的出现的时间差来计算出电设备的距离位置。假设频率为ωi的谐波的传输速度为Vi,频率为ωj的谐波的传输速度为Vj;如果在传感器测到电设备开关或闭合产生的谐波ωi和ωj分别到达传感器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配电系统电设备开关状态及距离位置判断的方法,其特征在于:所述方法包括在相线的入线端安装电流和电压传感器,用于检测该相各支路电设备的开关信号;通过分析开关信号来判断电设备开关状态及距离位置,以实现监控电设备;具体为:当检测到的电压响应是一个向下衰减的指数函数,电流响应是一个向下的常量和一个向下的衰减指数函数之和时,判断为电设备的开关从闭合状态到断开;当检测到的电压响应是一个向上的脉冲函数与一个向上衰减的指数函数的叠加,而电流响应是一个向下的衰减指数函数时,判断为电设备的开关从断开状态到闭合;位置的判断则根据传感器检测到不同频率的信号的传输速度和时间差来计算离传感器的距离来判断,具体为:测得或计算得到频率为ωi的谐波的传输速度为Vi,频率为ωj的谐波的传输速度为Vj,若传感器测到电设备开关或闭合产生的谐波ωi和ωj分别到达传感器的时间分别是ti,tj,则电设备离传感器的距离D为:D=ΔtijViVjVi-Vj.]]>

【技术特征摘要】
1.一种配电系统电设备开关状态及距离位置判断的方法,其特征在于:所述方法包括在相线的入线端安装电流和电压传感器,用于检测该相各支路电设备的开关信号;通过分析开关信号来判断电设备开关状态及距离位置,以实现监控电设备;具体为:当检测到的电压响应是一个向下衰减的指数函数,电流响应是一个向下的常量和一个向下的衰减指数函数之和时,判断为电设备的开关从闭合状态到断开;当检测到的电压响应是一个向上的脉冲函数与一个向上衰减的指数函数的叠加,而电流响应是一个向下的衰减指数函数时,判断为电设备的开关从断开状态到闭合;位置的判断则根据传感器检测到不同频率的信号的传输速度和时间差来计算离传感器的距离来判断,具体为:测得或计算得到频率为ωi的谐波的传输速度为Vi,频率为ωj的谐波的传输速度为Vj,若传感器测到电设备开关或闭合产生的谐波ωi和ωj分别到达传感器的时间分别是ti,tj,则电设备离...

【专利技术属性】
技术研发人员:王根平
申请(专利权)人:深圳职业技术学院
类型:发明
国别省市:广东;44

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