一种配电网故障识别装置及识别方法
阅读说明：本技术 一种配电网故障识别装置及识别方法 (power distribution network fault recognition device and recognition method ) 是由 李雅洁 盛万兴 宋晓辉 孟晓丽 于 2019-09-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种配电网故障识别装置及识别方法,包括：依次连接的MEMS电场传感器、信号处理模块和故障识别模块；所述MEMS电场传感器,用于获取MEMS电场传感器所处配电网线路的感应电场对应的电流信号,并将所述电流信号发送至所述信号处理模块；所述信号处理模块,用于获取所述电流信号对应的电压数字信号,并将所述电压数字信号发送至所述故障识别模块；所述故障识别模块,用于根据电压数字信号确定所述MEMS电场传感器所处配电网线路对应的配电网的故障情况；本发明基于MEMS传感器获取的信号进行故障判断,提高了故障判断的准确性,且装置结构简单、体积小,便于集成使用。(the invention relates to a power distribution network fault identification device and method, which comprises the following steps: the MEMS electric field sensor, the signal processing module and the fault identification module are connected in sequence; the MEMS electric field sensor is used for acquiring a current signal corresponding to an induction electric field of a power distribution network line where the MEMS electric field sensor is located and sending the current signal to the signal processing module; the signal processing module is used for acquiring a voltage digital signal corresponding to the current signal and sending the voltage digital signal to the fault identification module; the fault identification module is used for determining the fault condition of the power distribution network corresponding to the power distribution network line where the MEMS electric field sensor is located according to the voltage digital signal; the invention judges the fault based on the signal acquired by the MEMS sensor, improves the accuracy of fault judgment, and has simple structure, small volume and convenient integrated use.)
技术领域
本发明涉及配电网故障识别技术领域，具体涉及一种配电网故障识别装置及识别方法。
背景技术
随着配电网的发展，对配电网的可靠性要求越来越高。为提高配电网的安全可靠运行水平，需要实时监测配电网运行信息，判断配电网是否发生故障，进行故障识别，之后，再进一步分析故障地点，采取必要的控制措施。因此，故障准确识别是保障配电网故障可靠处理的基础。
其中，三相相电压是否正常，是进行配电网故障识别的重要依据。现有技术中，配电网相电压监测主要依靠电磁式电压互感器、电容分压式电压互感器以及霍尔传感器等，体积与重量大，测量精度易受环境变化影响，集成到终端或故障指示器困难，可能引发铁磁谐振，配电网故障识别的准确性较低。
因此，本领域需要一种可以提高故障判断的准确性、且便于集成使用的配电网故障识别装置。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种配电网故障识别装置及识别方法，本发明基于MEMS传感器获取的信号进行故障判断，提高了故障判断的准确性，且装置结构简单、体积小，便于集成使用。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种配电网故障识别装置，其改进之处在于，所述装置包括：依次连接的MEMS电场传感器、信号处理模块和故障识别模块；
所述MEMS电场传感器，用于获取MEMS电场传感器所处配电网线路的感应电场对应的电流信号，并将所述电流信号发送至所述信号处理模块；
所述信号处理模块，用于获取所述电流信号对应的电压数字信号，并将所述电压数字信号发送至所述故障识别模块；
所述故障识别模块，用于根据电压数字信号确定所述MEMS电场传感器所处配电网线路对应的配电网的故障情况。
优选地，所述信号处理模块，包括：依次连接的电压电流转换器、信号放大器、低通滤波器和A/D转换器。
优选地，所述故障识别模块，包括：
转换单元，用于根据电压数字信号确定MEMS传感器所处配电网线路的感应电场的电场强度；
确定单元，用于根据MEMS电场传感器所处配电网线路的感应电场的电场强度确定MEMS电场传感器所处配电网线路的相电压；
识别单元，用于利用所述MEMS电场传感器所处配电网线路的相电压确定所述MEMS电场传感器所处配电网线路对应的配电网的故障情况。
进一步地，所述转换单元，具体用于：
按下式确定MEMS传感器所处配电网线路的感应电场第t个采样时刻的电场强度E(t)：
E(t)＝k1u′(t)
式中，u′(t)为电压数字信号中第t个采样时刻的电压值，k1为第一常数。
进一步地，所述确定单元，具体用于：
按下式确定MEMS电场传感器所处配电网线路第t个采样时刻的相电压u(t)：
式中，E(t)为MEMS传感器所处配电网线路的感应电场第t个采样时刻的电场强度，r为MEMS传感器距配电网线路的垂直距离，k2为第二常数。
进一步地，所述识别单元，具体包括：
计算子单元，根据所述MEMS电场传感器所处配电网线路的相电压，确定所述MEMS电场传感器所处配电网线路的相电压有效值；
判断子单元，根据所述MEMS电场传感器所处配电网线路的相电压有效值，判断MEMS电场传感器所处配电网线路对应的配电网的故障情况。
进一步地，所述计算子单元，具体用于：
按下式确定所述MEMS传感器所处配电网线路第T个采样周期的相电压有效值U(T)：
式中，u(t)为MEMS电场传感器所处配电网线路第t个采样时刻的相电压。
进一步地，所述判断子单元，具体用于：
获取确定MEMS传感器所处配电网线路第T个采样周期的相电压有效值U(T)，并按下式确定MEMS传感器所处配电网线路第T个采样周期的相电压有效值的变化量ΔU(T)：
ΔU(T)＝U(T)-U(T-1)
式中，U(T-1)MEMS传感器所处配电网线路第T-1个采样周期的相电压有效值；
若MEMS传感器所处配电网线路第T个采样周期的相电压有效值的变化量ΔU(T)大于或等于预设值，则配电网发生故障，否则不发生故障。
基于同一发明构思，本发明还提供一种配电网故障识别方法，其改进之处在于，所述方法包括：
MEMS电场传感器获取MEMS电场传感器所处配电网线路的感应电场对应的电流信号，并将所述电流信号发送至所述信号处理模块；
信号处理模块获取所述电流信号对应的电压数字信号，并将所述电压数字信号发送至所述故障识别模块；
故障识别模块根据电压数字信号确定所述MEMS电场传感器所处配电网线路对应的配电网的故障情况。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明提供的一种配电网故障识别装置及识别方法，包括：依次连接的MEMS电场传感器、信号处理模块和故障识别模块；所述MEMS电场传感器，用于获取MEMS电场传感器所处配电网线路的感应电场对应的电流信号，并将所述电流信号发送至所述信号处理模块；所述信号处理模块，用于获取所述电流信号对应的电压数字信号，并将所述电压数字信号发送至所述故障识别模块；所述故障识别模块，用于根据电压数字信号确定所述MEMS电场传感器所处配电网线路对应的配电网的故障情况；本发明基于MEMS传感器获取的信号进行故障判断，提高了故障判断的准确性，且装置结构简单、体积小，便于集成使用。
附图说明
图1是本发明配电网故障识别装置结构示意图；
图2是本发明配电网故障识别方法流程图；
图3a、3b和3c是本发明实施例中配电网故障识别装置的应用场景示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种配电网故障识别装置，如图1所示，所述装置包括：依次连接的MEMS电场传感器、信号处理模块和故障识别模块；
所述MEMS电场传感器，用于获取MEMS电场传感器所处配电网线路的感应电场对应的电流信号，并将所述电流信号发送至所述信号处理模块；
所述信号处理模块，用于获取所述电流信号对应的电压数字信号，并将所述电压数字信号发送至所述故障识别模块；
所述故障识别模块，用于根据电压数字信号确定所述MEMS电场传感器所处配电网线路对应的配电网的故障情况。
在本发明具体的实施例中，上述信号处理模块，包括：依次连接的电压电流转换器、信号放大器、低通滤波器和A/D转换器。
其中，感应电流信号经电压电流转换器转换为感应电压模拟信号，经信号放大器进行放大、低通滤波器进行滤波后，经A/D转换器感应电压数字信号。
在本发明具体的实施例中，上述故障识别模块，包括：
转换单元，用于根据电压数字信号确定MEMS传感器所处配电网线路的感应电场的电场强度；
确定单元，用于根据MEMS电场传感器所处配电网线路的感应电场的电场强度确定MEMS电场传感器所处配电网线路的相电压；
识别单元，用于利用所述MEMS电场传感器所处配电网线路的相电压确定所述MEMS电场传感器所处配电网线路对应的配电网的故障情况。
具体地，在本发明具体的实施例中，上述转换单元，具体用于：
按下式确定MEMS传感器所处配电网线路的感应电场第t个采样时刻的电场强度E(t)：
E(t)＝k1u′(t)
式中，u′(t)为电压数字信号中第t个采样时刻的电压值，k1为第一常数。
具体地，在本发明具体的实施例中，上述确定单元，具体用于：
按下式确定MEMS电场传感器所处配电网线路第t个采样时刻的相电压u(t)：
式中，E(t)为MEMS传感器所处配电网线路的感应电场第t个采样时刻的电场强度，r为MEMS传感器距配电网线路的垂直距离，k2为第二常数。
具体地，在本发明具体的实施例中，上述识别单元，具体包括：
计算子单元，根据所述MEMS电场传感器所处配电网线路的相电压，确定所述MEMS电场传感器所处配电网线路的相电压有效值；
判断子单元，根据所述MEMS电场传感器所处配电网线路的相电压有效值，判断MEMS电场传感器所处配电网线路对应的配电网的故障情况。
进一步地，上述计算子单元，具体用于：
按下式确定所述MEMS传感器所处配电网线路第T个采样周期的相电压有效值U(T)：
式中，u(t)为MEMS电场传感器所处配电网线路第t个采样时刻的相电压。
进一步地，上述判断子单元，具体用于：
获取确定MEMS传感器所处配电网线路第T个采样周期的相电压有效值U(T)，并按下式确定MEMS传感器所处配电网线路第T个采样周期的相电压有效值的变化量ΔU(T)：
ΔU(T)＝U(T)-U(T-1)
式中，U(T-1)MEMS传感器所处配电网线路第T-1个采样周期的相电压有效值；
若MEMS传感器所处配电网线路第T个采样周期的相电压有效值的变化量ΔU(T)大于或等于预设值，则配电网发生故障，否则不发生故障。
在本发明的实施例中，识别装置还包括提供装置所需电量的供电模块。
具体地，在本发明的实施例中，如图3a所示，识别装置直接安装在配电网线路上，识别装置将故障情况和相电压发送至信号汇集装置，信号汇集装置将汇集的故障情况和相电压上传至控制主站。
如图3b所示，识别装置集成在故障指示器中，故障指示器安装在配电网线路上，识别装置将故障情况和相电压发送至信号汇集装置，信号汇集装置将汇集的将故障情况和相电压上传至控制主站。
如图3c所示，识别装置集成在智能终端(智能电表)中，智能终端安装在架线杆上，将汇集的故障情况和相电压上传至控制主站。
基于同一发明构思，本发明还提供一种配电网故障识别方法，如图2所示，所述方法包括：
MEMS电场传感器获取MEMS电场传感器所处配电网线路的感应电场对应的电流信号，并将所述电流信号发送至所述信号处理模块；
信号处理模块获取所述电流信号对应的电压数字信号，并将所述电压数字信号发送至所述故障识别模块；
故障识别模块根据电压数字信号确定所述MEMS电场传感器所处配电网线路对应的配电网的故障情况。
在本发明具体的实施例中，上述信号处理模块，包括：依次连接的电压电流转换器、信号放大器、低通滤波器和A/D转换器。
其中，感应电流信号经电压电流转换器转换为感应电压模拟信号，经信号放大器进行放大、低通滤波器进行滤波后，经A/D转换器感应电压数字信号。
在本发明具体的实施例中，上述故障识别模块，包括：
转换单元，用于根据电压数字信号确定MEMS传感器所处配电网线路的感应电场的电场强度；
确定单元，用于根据MEMS电场传感器所处配电网线路的感应电场的电场强度确定MEMS电场传感器所处配电网线路的相电压；
识别单元，用于利用所述MEMS电场传感器所处配电网线路的相电压确定所述MEMS电场传感器所处配电网线路对应的配电网的故障情况。
具体地，在本发明具体的实施例中，上述转换单元，具体用于：
按下式确定MEMS传感器所处配电网线路的感应电场第t个采样时刻的电场强度E(t)：
E(t)＝k1u′(t)
式中，u′(t)为电压数字信号中第t个采样时刻的电压值，k1为第一常数。
具体地，在本发明具体的实施例中，上述确定单元，具体用于：
按下式确定MEMS电场传感器所处配电网线路第t个采样时刻的相电压u(t)：
式中，E(t)为MEMS传感器所处配电网线路的感应电场第t个采样时刻的电场强度，r为MEMS传感器距配电网线路的垂直距离，k2为第二常数。
具体地，在本发明具体的实施例中，上述识别单元，具体包括：
计算子单元，根据所述MEMS电场传感器所处配电网线路的相电压，确定所述MEMS电场传感器所处配电网线路的相电压有效值；
判断子单元，根据所述MEMS电场传感器所处配电网线路的相电压有效值，判断MEMS电场传感器所处配电网线路对应的配电网的故障情况。
进一步地，上述计算子单元，具体用于：
按下式确定所述MEMS传感器所处配电网线路第T个采样周期的相电压有效值U(T)：
式中，u(t)为MEMS电场传感器所处配电网线路第t个采样时刻的相电压。
进一步地，上述判断子单元，具体用于：
获取确定MEMS传感器所处配电网线路第T个采样周期的相电压有效值U(T)，并按下式确定MEMS传感器所处配电网线路第T个采样周期的相电压有效值的变化量ΔU(T)：
ΔU(T)＝U(T)-U(T-1)
式中，U(T-1)MEMS传感器所处配电网线路第T-1个采样周期的相电压有效值；
若MEMS传感器所处配电网线路第T个采样周期的相电压有效值的变化量ΔU(T)大于或等于预设值，则配电网发生故障，否则不发生故障。
在本发明的实施例中，上述预设值为0.5UN，UN为配电网正常运行时的相电压有效值。
进一步地，按下式确定所述MEMS传感器所处配电网线路第T个采样周期的相电压有效值U(T)：
式中，u(t)为MEMS电场传感器所处配电网线路第t个采样时刻的相电压。
综上所述，本发明提供的一种配电网故障识别装置及识别方法，包括：依次连接的MEMS电场传感器、信号处理模块和故障识别模块；所述MEMS电场传感器，用于获取MEMS电场传感器所处配电网线路的感应电场对应的电流信号，并将所述电流信号发送至所述信号处理模块；所述信号处理模块，用于获取所述电流信号对应的电压数字信号，并将所述电压数字信号发送至所述故障识别模块；所述故障识别模块，用于根据电压数字信号确定所述MEMS电场传感器所处配电网线路对应的配电网的故障情况；本发明基于MEMS传感器获取的信号进行故障判断，提高了故障判断的准确性，且装置结构简单、体积小，便于集成使用。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。