唐冬來，倪平波，張 捷，劉友波，李 玉，張 強(qiáng)

（1. 四川中電啟明星信息技術(shù)有限公司，四川省成都市610041；2. 四川大學(xué)電氣工程學(xué)院， 四川省成都市610065）

0 引言

隨著用電客戶對(duì)供電服務(wù)質(zhì)量的要求日趨提高，迫切需要供電企業(yè)轉(zhuǎn)變被動(dòng)服務(wù)方式，提供更精確的故障定位和更快速的供電服務(wù)［1-2］。長(zhǎng)期以來，中國配電臺(tái)區(qū)的智能化建設(shè)不足，現(xiàn)有監(jiān)測(cè)手段僅限于配電變壓器狀態(tài)和用戶電表的電量數(shù)據(jù)，依賴人工清查的戶變關(guān)系識(shí)別準(zhǔn)確率不高，嚴(yán)重制約了低壓故障精準(zhǔn)定位與主動(dòng)服務(wù)水平提升［3-5］。

為解決戶變關(guān)系識(shí)別準(zhǔn)確率不高的問題，國家電網(wǎng)有限公司于2018 年啟動(dòng)了以電表高速電力線載波（high-speed power line communication，HPLC）技術(shù)為基礎(chǔ)的戶變關(guān)系自動(dòng)識(shí)別工作［6］。該項(xiàng)技術(shù)中，集中器在配電臺(tái)區(qū)低壓線路上廣播識(shí)別特征信號(hào)，用戶電表接收到特征信號(hào)后，記錄所屬臺(tái)區(qū)特征碼，并向集中器發(fā)送帶有電表檔案號(hào)和臺(tái)區(qū)特征碼的注冊(cè)信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)戶變關(guān)系識(shí)別［7］。但HPLC 戶變關(guān)系識(shí)別技術(shù)存在識(shí)別信號(hào)抗干擾能力差、共用零線臺(tái)區(qū)識(shí)別信號(hào)串?dāng)_等問題，導(dǎo)致戶變關(guān)系自動(dòng)識(shí)別準(zhǔn)確率低［8-9］。

國內(nèi)外大量學(xué)者對(duì)配電臺(tái)區(qū)戶變關(guān)系識(shí)別進(jìn)行了研究，主要分為電氣數(shù)據(jù)挖掘與電壓曲線校驗(yàn)2 類。在數(shù)據(jù)挖掘方面，文獻(xiàn)［10］整合了多個(gè)低壓配電網(wǎng)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，構(gòu)建知識(shí)配電臺(tái)區(qū)圖譜體系，挖掘出戶變關(guān)系；文獻(xiàn)［11］利用地理信息系統(tǒng)中的戶變經(jīng)緯度信息和配電臺(tái)區(qū)輻射范圍限制，構(gòu)建多時(shí)空特性的戶變關(guān)系。文獻(xiàn)［12］通過用電信息采集系統(tǒng)中的相位識(shí)別和瞬時(shí)凍結(jié)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)戶變關(guān)系識(shí)別。在電壓曲線校驗(yàn)方面，文獻(xiàn)［13］通過皮爾遜相關(guān)系數(shù)和K 最近鄰（K-nearest neighbor，KNN）算法判斷戶表之間的電壓序列曲線相似性，以校驗(yàn)戶變關(guān)系。文獻(xiàn)［14］根據(jù)高級(jí)量測(cè)體系提供的配電臺(tái)區(qū)各耦合節(jié)點(diǎn)電壓和電流，進(jìn)行戶變關(guān)系分析。文獻(xiàn)［15］通過K 均值聚類的方法對(duì)所提取的電表電壓序列數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，分析戶變關(guān)系。由此可見，配電臺(tái)區(qū)的戶變關(guān)系識(shí)別方法多樣，而且取得了一定的成果，但上述研究均局限于配電臺(tái)區(qū)量測(cè)數(shù)據(jù)理想狀態(tài)下的戶變關(guān)系識(shí)別，缺少對(duì)電表時(shí)鐘誤差超過閾值（時(shí)鐘超差）造成的量測(cè)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、共用零線臺(tái)區(qū)信號(hào)串?dāng)_等問題的分析。若要實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的戶變關(guān)系識(shí)別，則需要對(duì)現(xiàn)有的量測(cè)信息和校驗(yàn)算法做進(jìn)一步改進(jìn)。

針對(duì)當(dāng)前戶變關(guān)系識(shí)別研究中缺少對(duì)電表時(shí)鐘漂移與共用零線臺(tái)區(qū)識(shí)別信號(hào)串?dāng)_分析的問題，本文綜合考慮配電臺(tái)區(qū)不同的接線方式、電表時(shí)鐘漂移等影響戶變關(guān)系識(shí)別的失效因素，提出了一種基于離散弗雷歇距離的戶變關(guān)系識(shí)別方法。該方法采用改進(jìn)調(diào)頻特征信號(hào)識(shí)別與電表電壓分布曲線離散弗雷歇距離校驗(yàn)的方式，獲得準(zhǔn)確的戶變關(guān)系，為配電臺(tái)區(qū)規(guī)劃、故障搶修等多種業(yè)務(wù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。最后，通過算例的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果驗(yàn)證了本文方法的實(shí)用性和有效性。

1 戶變關(guān)系識(shí)別架構(gòu)

本文提出了一種基于離散弗雷歇距離的戶變關(guān)系識(shí)別方法，對(duì)配電臺(tái)區(qū)戶變關(guān)系識(shí)別的整體架構(gòu)如圖1 所示。該架構(gòu)主要包括5 個(gè)環(huán)節(jié):電表時(shí)鐘校準(zhǔn)、基于改進(jìn)多載波調(diào)頻信號(hào)的戶變關(guān)系識(shí)別、數(shù)據(jù)清洗模型、戶變關(guān)系校驗(yàn)和構(gòu)建戶變關(guān)系分布矩陣。

圖1 戶變關(guān)系識(shí)別架構(gòu)圖Fig.1 Framework diagram of identification for relationship between household transformers

在電表時(shí)鐘校準(zhǔn)環(huán)節(jié)，通過智能融合終端（具有用電信息采集集中器和智能配電變壓器終端2 種功能的設(shè)備）向電表連續(xù)進(jìn)行多次時(shí)鐘對(duì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)智能融合終端與電表時(shí)鐘一致，確保改進(jìn)調(diào)頻特征識(shí)別信號(hào)能正確發(fā)送。針對(duì)時(shí)鐘超差的電表，首先將時(shí)鐘超差的戶表電壓曲線做時(shí)間軸的拉伸或壓縮，使得戶表與總表電壓曲線在時(shí)間軸上趨于一致，以減少時(shí)鐘不同步對(duì)戶變關(guān)系識(shí)別造成的影響，然后采用電壓曲線離散弗雷歇距離進(jìn)行校驗(yàn)；在戶變關(guān)系識(shí)別環(huán)節(jié)，智能融合終端在電壓過零點(diǎn)時(shí)刻，向低壓線路疊加含已知相位信息的改進(jìn)調(diào)頻特征識(shí)別信號(hào)，電表HPLC 模塊在檢測(cè)到同一個(gè)過零點(diǎn)的識(shí)別信號(hào)后，對(duì)改進(jìn)調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)并獲得識(shí)別信號(hào)中的相位信息后，再將相位信息發(fā)送給智能融合終端。在缺失數(shù)據(jù)清洗環(huán)節(jié)，主要是對(duì)電表的時(shí)鐘誤差造成的電壓曲線偏移進(jìn)行校準(zhǔn)，以消除電壓曲線時(shí)間軸偏移對(duì)戶變關(guān)系識(shí)別的影響。在戶變關(guān)系校驗(yàn)環(huán)節(jié)，計(jì)及配電臺(tái)區(qū)不同的接線方式、城農(nóng)網(wǎng)供電環(huán)境等影響戶變關(guān)系識(shí)別的失效因素，采用離散弗雷歇距離比較智能融合終端與電表之間電壓曲線的相似度，以校驗(yàn)戶變關(guān)系的準(zhǔn)確性。在構(gòu)建戶變關(guān)系分布矩陣環(huán)節(jié)，首先將智能融合終端與電表電壓曲線的相似度從高到低依次排列，然后對(duì)電表之間電壓曲線的相似度進(jìn)行比較，以形成配電臺(tái)區(qū)由近及遠(yuǎn)的戶變關(guān)系分布矩陣。

2 戶變關(guān)系識(shí)別模型

基于離散弗雷歇距離的戶變關(guān)系識(shí)別方法是一種綜合考慮了電表時(shí)鐘漂移與共用零線臺(tái)區(qū)識(shí)別信號(hào)串?dāng)_問題的優(yōu)化識(shí)別方法，可用于不同接線方式下的配電臺(tái)區(qū)戶變關(guān)系識(shí)別。改進(jìn)多載波調(diào)頻特征識(shí)別信號(hào)可有效提高HPLC 信號(hào)抗干擾能力；基于離散弗雷歇距離的戶變關(guān)系校驗(yàn)可有效降低電表時(shí)鐘漂移和共用零線臺(tái)區(qū)識(shí)別信號(hào)串?dāng)_的問題，并建立配電臺(tái)區(qū)由近及遠(yuǎn)的戶變關(guān)系分布矩陣。

2.1 戶變關(guān)系識(shí)別建模

1）電表時(shí)鐘校準(zhǔn)

智能融合終端與電表的時(shí)鐘同步，是配電臺(tái)區(qū)戶變關(guān)系識(shí)別的基礎(chǔ)［16］。若電表與智能融合終端的時(shí)鐘存在偏差，則智能融合終端通過HPLC 信道向電表下發(fā)戶變關(guān)系識(shí)別特征碼時(shí)，電表的過零點(diǎn)時(shí)刻與特征碼中的已知相位過零點(diǎn)時(shí)刻不一致，將造成戶變關(guān)系識(shí)別不準(zhǔn)確［17-18］。在配電臺(tái)區(qū)中，電表HPLC 使用洪泛法進(jìn)行動(dòng)態(tài)組網(wǎng)及路由選擇［19］，組網(wǎng)路徑和中繼鏈路依賴當(dāng)前的通信環(huán)境動(dòng)態(tài)變化，無法準(zhǔn)確預(yù)估路由延遲時(shí)間［20］，故HPLC 技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)智能終端與電表的精確對(duì)時(shí)。

本文方法將基于電表HPLC 雙模模塊的遠(yuǎn)距離無線電（long range radio，LORA）通信功能進(jìn)行時(shí)鐘對(duì)時(shí)。LORA 通信傳輸距離遠(yuǎn)、穿透力和抗干擾能力強(qiáng)，當(dāng)發(fā)射功率為20 dbm（100 mW）時(shí)，有效傳輸距離為3 km，可覆蓋配電臺(tái)區(qū)電表的安裝范圍。當(dāng)LORA 信道擴(kuò)頻因子為7、帶寬為500 kbit/s 時(shí)，對(duì)時(shí)指令傳輸?shù)臅r(shí)間為0.2 ms，可減少指令傳輸時(shí)間對(duì)電表對(duì)時(shí)的影響。首先，智能融合終端接收主站側(cè)的北斗對(duì)時(shí)指令，統(tǒng)一各配電臺(tái)區(qū)的量測(cè)時(shí)間；其次，智能融合終端采用在470～510 MHz 的計(jì)量頻段下［21］，與電表進(jìn)行6 級(jí)蜂窩狀調(diào)頻通信。設(shè)配電臺(tái)區(qū)內(nèi)電表數(shù)量為n、調(diào)頻蜂窩數(shù)為Sz、單個(gè)信道第l 條通信路徑的通信時(shí)間為tsl，信道s 第l 條通信路徑的干擾度為?l(s)，則智能融合終端向電表的對(duì)時(shí)延遲時(shí)間Ta為:

智能融合終端根據(jù)調(diào)頻通信的延遲時(shí)間，生成每塊電表的對(duì)時(shí)修正時(shí)間，并通過對(duì)時(shí)指令下發(fā)給改進(jìn)后的電表HPLC 模塊；電表的HPLC 模塊接收到對(duì)時(shí)指令后，將偏移量疊加在對(duì)時(shí)指令的時(shí)間上，然后HPLC 模塊將增加了偏移量的時(shí)間傳遞給電表，以獲得準(zhǔn)確的時(shí)間。同時(shí)智能終端與電表再次比對(duì)時(shí)間，將時(shí)鐘超差的電表列入異常清單，并在后續(xù)通過離散弗雷歇距離算法驗(yàn)證戶變關(guān)系。

2）基于改進(jìn)調(diào)頻信號(hào)的戶變關(guān)系識(shí)別

因LORA 通信不能識(shí)別配電臺(tái)區(qū)物理上的戶變拓?fù)潢P(guān)系，HPLC 模塊使用的正交頻分復(fù)用特征碼信號(hào)頻段高達(dá)2～12 MHz，在電力線中傳播損耗大、傳輸距離近、抗干擾能力差［22］。本文基于HPLC模塊，采用0.8～2.9 MHz 頻段的改進(jìn)多載波調(diào)頻特征識(shí)別信號(hào)的方式進(jìn)行戶變關(guān)系識(shí)別，通過降低信號(hào)頻率和并發(fā)多組調(diào)頻信號(hào)的方式來減少戶變關(guān)系識(shí)別信號(hào)在電力線中的傳輸損耗，提高抗干擾能力，以解決現(xiàn)有HPLC 模塊戶變關(guān)系識(shí)別信號(hào)存在的傳輸距離近、抗干擾能力弱問題。本文方法采用多載波濾波器組的調(diào)頻技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，特征識(shí)別信號(hào)由已知相位信息、過零點(diǎn)時(shí)間戳、糾錯(cuò)位等少量信息組成，濾波器將特征識(shí)別信號(hào)轉(zhuǎn)換為多組不同頻段的子載波信號(hào)，電表僅需正確接收3 組信號(hào)，即可完成戶變關(guān)系識(shí)別，此方法抗干擾能力較正交頻分復(fù)用通信大幅增強(qiáng)。

設(shè)智能融合終端輸入的信號(hào)調(diào)制前序列為κ(t)，調(diào)制前的信號(hào)頻率為ω。輸入信號(hào)按照改進(jìn)調(diào)頻方式進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制疊加信號(hào)為ψe，則調(diào)制后的信號(hào)頻率范圍χ(ω)為:

設(shè)信號(hào)經(jīng)過濾波器后，分解為子載波信號(hào)?i(ω)，i=1，2，…，ng，其中ng為調(diào)制多頻度的組數(shù)，則智能融合終端向低壓線路輸出的信號(hào)χc(t)為:

轉(zhuǎn)為多載波調(diào)頻信號(hào)矩陣為:

設(shè)輸入的信號(hào)時(shí)長(zhǎng)為ti，i=1，2，…，ng，則智能融合終端輸出功率P(t)為:

改進(jìn)的調(diào)頻信號(hào)疊加在電壓過零點(diǎn)處，形成一個(gè)微小的畸變，如附錄A 圖A1 所示。可見，改進(jìn)調(diào)頻特征識(shí)別信號(hào)的周期為可變頻率的Δt，在用戶電表收到信號(hào)后，采用傅里葉變化即可對(duì)此調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。

設(shè)配電臺(tái)區(qū)傳輸線路上耦合的白噪聲為?，白噪聲的頻譜密度為?，則白噪聲功率?(ω)為:

電表HPLC 模塊采用高通濾波器，提取改進(jìn)多載波調(diào)頻特征識(shí)別信號(hào)。多載波調(diào)頻信號(hào)為ng組，僅需正確接收3 組信號(hào)，即可進(jìn)行戶變關(guān)系識(shí)別。信號(hào)通過高通濾波器后主要由有效的改進(jìn)調(diào)頻特征識(shí)別信號(hào)和白噪聲信號(hào)組成。設(shè)白噪聲序列為?(t)，電表接收到的特征識(shí)別信號(hào)γ(t)為:

電表采用傅里葉變化運(yùn)算將特征識(shí)別信號(hào)進(jìn)行解調(diào)制，得到調(diào)頻解調(diào)序列F(ω)為:

設(shè)配電臺(tái)區(qū)a、b、c 相的單相電表和三相電表數(shù)量分別為nla、nlb、nlc和nlz，未識(shí)別的電表數(shù)量為nlx，智能融合終端將構(gòu)建戶變關(guān)系識(shí)別成功和未識(shí)別的電表矩陣。設(shè)a 相的單相電表序列為a1，a2，…，anla，b 相的單相電表序列為b1，b2，…，bnlb，c 相的單相電表 序 列 為c1，c2，…，cnlc，三 相 電 表 序 列 為d1，d2，…，dnlz，未識(shí)別電表序列為z1，z2，…，znlx，則電表矩陣F(n)為:

在HPLC 基礎(chǔ)上，通過基于改進(jìn)調(diào)頻信號(hào)的戶變關(guān)系識(shí)別，可解決HPLC 模塊信號(hào)抗干擾能力差的問題，提高戶變關(guān)系識(shí)別能力。

2.2 戶變關(guān)系校驗(yàn)建模

1）數(shù)據(jù)清洗模型

針對(duì)時(shí)鐘漂移造成的各電表之間電壓凍結(jié)數(shù)據(jù)時(shí)間軸不一致的問題［23］，本文以總表的96 點(diǎn)電壓曲線臺(tái)區(qū)時(shí)間軸為基準(zhǔn)，將用戶電表96 點(diǎn)的電壓值按總表時(shí)間軸進(jìn)行線性插值計(jì)算，得出用戶電表在基準(zhǔn)時(shí)間軸的96 點(diǎn)電壓估算值，從而實(shí)現(xiàn)電表電壓曲線時(shí)間軸校準(zhǔn)，以減少電表時(shí)鐘漂移對(duì)戶變關(guān)系造成的影響。

設(shè)電表的電壓曲線在區(qū)間［c，d］上有nr個(gè)互異點(diǎn)，插值點(diǎn)為{ x1，x2，…，xnr}，被插值函數(shù)為f (x)，電壓曲線V 為:

設(shè)插值函數(shù)為φ(x)，則插值誤差ρ(x)為:

插值誤差越小則得到的電表電壓數(shù)據(jù)清洗結(jié)果越精確。設(shè)電壓曲線在x1、x2的值為v1、v2，則電壓曲線為:

φ(x)滿足下列條件:

《普通高中英語課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版》指出英語課程承擔(dān)著發(fā)展學(xué)生思維能力的任務(wù)。思維品質(zhì)體現(xiàn)英語學(xué)科核心素養(yǎng)的心智特征，是學(xué)生發(fā)展的重要內(nèi)容。提問作為英語教學(xué)的重要教學(xué)技能，是培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)的重要手段。然而，為了滿足應(yīng)試需求，英語教師普遍關(guān)注語用能力的培養(yǎng)，提問側(cè)重于閱讀文本的詞句、段落大意的理解，較少涉及學(xué)生對(duì)文本內(nèi)涵的理解和評(píng)判，在促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展方面存在不足。在英語學(xué)科核心素養(yǎng)的背景下，閱讀教學(xué)中學(xué)生思維品質(zhì)的培養(yǎng)已成為重要教學(xué)目標(biāo)。

求解可得:

設(shè)x0為x1與x2距離的中心點(diǎn)，則所插入的序列φ(x)為:

采用線性插值方法，可減少電表96 點(diǎn)電壓數(shù)據(jù)時(shí)間軸偏移對(duì)戶變關(guān)系識(shí)別的影響。

2）戶變關(guān)系校驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

本文采用離散弗雷歇距離比較電表之間的電壓曲線相似度，以解決共用零線臺(tái)區(qū)戶變關(guān)系識(shí)別信號(hào)串?dāng)_造成的校驗(yàn)失敗問題。在配電臺(tái)區(qū)中，因電力客戶用電的不確定性，造成電壓頻繁波動(dòng)。通常在相同的低壓回路中，同相位下電氣距離越近的電表電壓曲線相似度越高，而電氣距離越遠(yuǎn)則相似度越低；不同回路、相位下的電表，其電壓曲線波動(dòng)幾乎不一致［24-25］。在戶變關(guān)系識(shí)別中，因共用零線臺(tái)區(qū)戶變關(guān)系識(shí)別信號(hào)串?dāng)_，將造成戶變關(guān)系跨臺(tái)區(qū)識(shí)別錯(cuò)誤?；谕慌潆娕_(tái)區(qū)內(nèi)電表之間的電壓曲線相似度高的原理，本文綜合考慮配電臺(tái)區(qū)不同的接線方式、城農(nóng)網(wǎng)供電環(huán)境等影響戶變關(guān)系識(shí)別的失效因素，采用離散弗雷歇距離進(jìn)行電表之間的電壓曲線相似度比較，以校驗(yàn)戶變關(guān)系的準(zhǔn)確性。

首先，智能融合終端將96 點(diǎn)三相電壓曲線分別與配電臺(tái)區(qū)的單相電表的電壓曲線進(jìn)行比較，電壓曲線相似度最高的電表則為離配電變壓器最近的電表，再依次將此電表與其他電表的電壓曲線進(jìn)行比較，根據(jù)配電臺(tái)區(qū)低壓回路的情況，直至形成樹狀回路的電表相位關(guān)系序列。

設(shè)自變量為智能融合終端或比較電表的電壓曲線x，曲線的長(zhǎng)度為ne，因變量為被比較電表的電壓曲線y，曲線的長(zhǎng)度為me，電壓曲線比較的時(shí)間周期序列為t，智能融合終端或比較電表的變化函數(shù)為α(t)，被比較的電表變化函數(shù)為β(t)，96 點(diǎn)的t 時(shí)刻比較電表和被比較電表的電壓值為x(α(t))和y(β(t))，2 個(gè) 電 表 電 壓 值 之 差 為d(x(α(t))，y(β(t)))，則2 個(gè) 電 表 之 間 的 弗 雷 歇 距 離δf可 表示為:

電壓約束條件為取值范圍在[0，400]V，則比較和被比較電表的約束為:

將上述公式的自變量x 和因變量y 軌跡離散化。設(shè)曲線x、y 分別由96 個(gè)軌跡點(diǎn)zk組成，則曲線軌跡可表示為:

x、y 軌跡之間的長(zhǎng)度L 為各序列中弗雷歇距離的最大值，表示如下:

離散弗雷歇距離δf(x，y)為:

配電臺(tái)區(qū)戶變關(guān)系校驗(yàn)中，根據(jù)典型特征設(shè)置同回路下電表電壓曲線相似度閾值Δh，以及不同回路且屬于本臺(tái)區(qū)的電表電壓曲線相似度閾值Δδ。若電表之間相似度大于閾值Δh，則說明電表在本臺(tái)區(qū)的同一回路下；若電表之間相似度大于閾值Δδ，且小于閾值Δh，則說明電表在本臺(tái)區(qū)的不同回路下。2 個(gè)電表之間電壓曲線的離散弗雷歇距離如附錄A 圖A2 所示。

3）戶變關(guān)系分布矩陣

通過戶變關(guān)系校驗(yàn)，形成配電臺(tái)區(qū)每個(gè)相位下電表由近及遠(yuǎn)的相關(guān)度序列后，按此順序建立戶變關(guān)系分布矩陣。設(shè)配電臺(tái)區(qū)a、b、c 相位下的電表和三相電表數(shù)量分別為nka、nkb、nkc和nkz，設(shè)a 相的單相電表序列為aa1，aa2，…，aanka；b 相的單相電表序列為ba1，ba2，…，bankb，c 相 的 單 相 電 表 序 列 為 ca1，ca2，…，cankc，三相電表序列為da1，da2，…，dankz，則電表矩陣Fd(n)為:

式（22）中，離配電變壓器最近的電表為序列aa1、ba1、ca1、da1。nka、nkb、nkc、nkz的數(shù)值越大，表示距離配電變壓器越遠(yuǎn)。采用電表電壓時(shí)間序列的離散弗雷歇距離校驗(yàn)，可解決電表時(shí)鐘漂移和共用零線臺(tái)區(qū)戶變關(guān)系識(shí)別信號(hào)串?dāng)_的問題，從而獲得準(zhǔn)確的戶變關(guān)系。

3 戶變關(guān)系識(shí)別推演仿真流程

綜上所述，基于離散弗雷歇距離的戶變關(guān)系識(shí)別方法可概括如下，流程如圖2 所示。

圖2 基于離散弗雷歇距離的戶變關(guān)系識(shí)別流程圖Fig.2 Flow chart of identification for relationship between household transformers based on discrete Frechet distance

步驟1:智能融合終端采用6 級(jí)蜂窩狀調(diào)頻通信向電表廣播對(duì)時(shí)，以獲得固定的通信延遲時(shí)間，并增加延遲偏移量。

步驟2:檢測(cè)用戶電表的時(shí)鐘是否與智能融合終端的時(shí)鐘一致，以判斷電表的時(shí)鐘是否正常工作。

步驟3:智能融合終端采用多載波濾波器組的調(diào)頻技術(shù)在電壓過零點(diǎn)時(shí)刻分別發(fā)送三相的相位識(shí)別信號(hào)，包括已知相位、過零點(diǎn)時(shí)間戳等信息。

步驟4:電表解調(diào)帶時(shí)間戳和相位信息的識(shí)別信號(hào)后，與電表時(shí)鐘比對(duì)，以獲得電表所屬相位，并將相位信息向智能融合終端注冊(cè)。

步驟5:建立配電臺(tái)區(qū)電表識(shí)別矩陣，針對(duì)未識(shí)別部分，采用步驟8 驗(yàn)證相位關(guān)系。

步驟6:采集用戶電表的每天96 點(diǎn)凍結(jié)電壓數(shù)據(jù)，并生成用戶電表的電壓曲線。

步驟7:以總表的96 點(diǎn)電壓曲線為基準(zhǔn)，采用線性插值方法進(jìn)行用戶電表時(shí)鐘校準(zhǔn)。

步驟8:分別將智能融合終端三相的96 點(diǎn)電壓曲線與用戶電表的電壓曲線進(jìn)行離散弗雷歇距離比較，獲得本相位下相似度大于Δδ 的所有電表，相似度最高的電表即為離配電變壓器最近的電表。

步驟9:在本相位相似度大于Δδ 的電表中，從離配電變壓器最近的電表開始，依次與其他電表進(jìn)行離散弗雷歇距離比較，再依次將此電表與其他電表的電壓曲線進(jìn)行比較，根據(jù)配電臺(tái)區(qū)低壓回路的情況，直至形成樹狀回路的電表相位關(guān)系序列。

4 算例分析

采用本文提出的方法，對(duì)中國四川某物聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)的10 個(gè)配電臺(tái)區(qū)進(jìn)行基于離散弗雷歇距離的戶變關(guān)系識(shí)別分析，其中，城市和農(nóng)村各選擇5 個(gè)配電臺(tái)區(qū)，城市臺(tái)區(qū)1～3 為TNS 接線方式，城市臺(tái)區(qū)4、5 為TNCS 接線方式，農(nóng)村臺(tái)區(qū)為TT 接線方式。

1）多載波調(diào)頻與正交頻分復(fù)用傳輸正確率分析。本文所述的配電臺(tái)區(qū)信號(hào)傳輸正確率分析，分別采用智能融合終端和用電信息采集集中器向配電臺(tái)區(qū)所有電表召測(cè)100 次電壓數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_率，兩者測(cè)試的結(jié)果如附錄A 圖A3 和表1所示。

表1 傳輸正確率對(duì)比Table 1 Comparison of transmission accuracy rate

由表1 可見，應(yīng)用本文方法得到的電表電壓量測(cè)數(shù)據(jù)傳輸正確率高于正交頻分復(fù)用方法，所提方法提高了電表量測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_率。

2）戶變關(guān)系識(shí)別準(zhǔn)確率分析。本文所述的配電臺(tái)區(qū)戶變關(guān)系準(zhǔn)確率，分別采用基于離散弗雷歇距離的戶變關(guān)系識(shí)別方法和用電信息采集集中器HPLC 方法進(jìn)行測(cè)試，然后通過人工核查的方式，驗(yàn)證戶變關(guān)系識(shí)別的準(zhǔn)確率。在測(cè)試中，因基于離散弗雷歇距離的戶變關(guān)系識(shí)別方法中數(shù)據(jù)清洗環(huán)節(jié)的電表時(shí)間軸校準(zhǔn)與真實(shí)值存在差異，所以本文方法識(shí)別成功率低于多載波調(diào)頻通信的正確率；因采用集中器HPLC 模塊進(jìn)行戶變關(guān)系識(shí)別時(shí)，存在電表時(shí)鐘漂移與共用零線臺(tái)區(qū)識(shí)別信號(hào)串?dāng)_問題，所以集中器HPLC 方法識(shí)別成功率低于正交頻分復(fù)用通信正確率。測(cè)試結(jié)果見附錄A 圖A4 和表2。

表2 戶變關(guān)系識(shí)別準(zhǔn)確率對(duì)比Table 2 Accuracy rate comparison of identification for relationship between household transformers

由表2 可見，在應(yīng)用基于離散弗雷歇距離的戶變關(guān)系識(shí)別方法后，戶變關(guān)系識(shí)別準(zhǔn)確率較用電信息采集集中器HPLC 高。

3）降低電表時(shí)鐘偏移、共用零線臺(tái)區(qū)識(shí)別信號(hào)串?dāng)_分析。本文所述的降低電表時(shí)鐘偏移、共用零線臺(tái)區(qū)識(shí)別信號(hào)串?dāng)_帶來的戶變關(guān)系識(shí)別錯(cuò)誤問題，根據(jù)表2 所示的識(shí)別準(zhǔn)確率數(shù)據(jù)，在試點(diǎn)的10 個(gè)臺(tái)區(qū)中，進(jìn)行原集中器HPLC 識(shí)別準(zhǔn)確率、消除時(shí)鐘漂移影響和消除共用零線臺(tái)區(qū)串?dāng)_影響統(tǒng)計(jì)。測(cè)試中，采用線性插值計(jì)算比較其消除時(shí)鐘漂移影響；采用離散弗雷歇距離比較其消除共用零線臺(tái)區(qū)串?dāng)_影響。測(cè)試結(jié)果如表3 所示。

表3 戶變關(guān)系識(shí)別準(zhǔn)確率提升Table 3 Accuracy rate improvement of identification for relationship between household transformers

由表2 和表3 可見，應(yīng)用本文方法后可以降低電表時(shí)鐘偏移、共用零線臺(tái)區(qū)識(shí)別信號(hào)串?dāng)_帶來的戶變關(guān)系識(shí)別錯(cuò)誤問題。

4）戶變關(guān)系識(shí)別分析。本文所述的戶變關(guān)系識(shí)別分析，由于用電信息采集集中器不具備此功能，所以采用基于離散弗雷歇距離模型進(jìn)行戶變關(guān)系識(shí)別，城市臺(tái)區(qū)5 識(shí)別準(zhǔn)確率為99.73%，該臺(tái)區(qū)低壓只有一回線路，無分支，戶變關(guān)系識(shí)別分析結(jié)果如圖3 所示。

圖3 戶變關(guān)系分布Fig.3 Distribution of relationship between household transformers

由圖3 可見，基于離散弗雷歇距離的戶變關(guān)系識(shí)別分析應(yīng)用后，生成配電臺(tái)區(qū)由近及遠(yuǎn)的戶變關(guān)系分布矩陣，其中，電表1 距離配電變壓器最近，電表n 的數(shù)值越大表示距離配電變壓器越遠(yuǎn)，c 相電表17 為識(shí)別錯(cuò)誤的電表，識(shí)別錯(cuò)誤的原因?yàn)閏 相電表17 與其他電表之間的低壓線路較長(zhǎng)，電表之間進(jìn)行電壓曲線離散弗雷歇距離相似度比較時(shí)，低于閾值Δδ，被識(shí)別為城市臺(tái)區(qū)5 之外的電表。

綜上所述，四川某物聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)戶變關(guān)系識(shí)別的實(shí)際應(yīng)用表明，基于離散弗雷歇距離的識(shí)別方法可有效提高戶變關(guān)系識(shí)別的準(zhǔn)確性，同時(shí)可以生成戶變關(guān)系，方便臺(tái)區(qū)經(jīng)理快速開展故障搶修、業(yè)擴(kuò)報(bào)裝等工作。

5 結(jié)語

為解決HPLC 戶變關(guān)系識(shí)別中的電表時(shí)鐘漂移與共用零線臺(tái)區(qū)識(shí)別信號(hào)串?dāng)_問題，本文提出了一種基于離散弗雷歇距離的戶變關(guān)系識(shí)別方法，設(shè)計(jì)了一種戶變關(guān)系識(shí)別模型，綜合考慮配電臺(tái)區(qū)不同的接線方式、城農(nóng)網(wǎng)供電環(huán)境等影響戶變關(guān)系識(shí)別的失效因素，采用求解戶變關(guān)系準(zhǔn)確率最優(yōu)的方式，實(shí)現(xiàn)了配電臺(tái)區(qū)由近及遠(yuǎn)的戶變關(guān)系分布識(shí)別。四川某物聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)的10 個(gè)城農(nóng)網(wǎng)配電臺(tái)區(qū)的算例應(yīng)用結(jié)果表明，所提算法能有效降低電表時(shí)鐘漂移、共用零線臺(tái)區(qū)識(shí)別信號(hào)串?dāng)_問題所帶來的影響，實(shí)現(xiàn)戶變關(guān)系識(shí)別準(zhǔn)確率最優(yōu)的目標(biāo)。

本文所述的基于離散弗雷歇距離的戶變關(guān)系識(shí)別方法，在2 只電表相鄰線路較長(zhǎng)的情況下，戶變關(guān)系識(shí)別存在一定的誤差，后續(xù)要結(jié)合相鄰電表的電壓變化特征做進(jìn)一步研究。

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