本技術(shù)涉及電變量測量相關(guān)領(lǐng)域，尤其涉及智能電能表運(yùn)行狀態(tài)評估系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
1、智能電能表作為智能電網(wǎng)末端電能計(jì)量與用電數(shù)據(jù)采集的核心基礎(chǔ)設(shè)備，其計(jì)量回路的運(yùn)行穩(wěn)定性與健康狀態(tài)，直接影響電能計(jì)量準(zhǔn)確性、電力交易公平性以及臺區(qū)電網(wǎng)運(yùn)維管控質(zhì)量，是保障智能電網(wǎng)穩(wěn)定高效運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前針對智能電能表計(jì)量回路運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測與評估，主流技術(shù)手段主要為定期人工現(xiàn)場校驗(yàn)、離線元器件檢測以及單一電氣參數(shù)閾值告警，具體依靠運(yùn)維人員攜帶標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)設(shè)備上門逐表檢測、定期更換到期元器件、實(shí)時(shí)監(jiān)測回路電壓或電流單一類參數(shù)并在超出預(yù)設(shè)閾值時(shí)觸發(fā)告警?，F(xiàn)有技術(shù)依賴人工線下操作，檢測周期長、實(shí)時(shí)性差，且僅能針對單一電氣參數(shù)做簡單超限判斷，無法兼顧元器件溫變特性與多維度信號響應(yīng)，不僅難以捕捉計(jì)量回路早期微弱劣化跡象，還存在故障定位不準(zhǔn)、臺區(qū)批量表計(jì)異常無法統(tǒng)籌分析的問題，同時(shí)部分在線檢測方式會(huì)干擾電能表正常計(jì)量工作，檢測結(jié)果可信度偏低。
2、現(xiàn)階段相關(guān)技術(shù)中，智能電能表計(jì)量回路運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測存在實(shí)時(shí)精準(zhǔn)監(jiān)測與高效故障溯源能力不足的技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本技術(shù)通過提供智能電能表運(yùn)行狀態(tài)評估系統(tǒng)及方法，通過在智能電能表計(jì)量回路中集成由微弱信號注入單元、拾取單元和參考電阻網(wǎng)絡(luò)組成的可調(diào)諧式被動(dòng)探針組件，通過探針式檢測獲取計(jì)量回路的傳播數(shù)據(jù)，構(gòu)建與計(jì)量回路物理拓?fù)渫瑯?gòu)的模擬計(jì)算電路，將傳播數(shù)據(jù)加載至回路節(jié)點(diǎn)并在模擬域完成特征分離與參數(shù)提取，得到包含模擬計(jì)算參數(shù)與有限帶寬模態(tài)分量分解所得故障源信號的物理參數(shù)變化量，依據(jù)物理參數(shù)變化量在電能表本地構(gòu)建輕量數(shù)字模型并上傳至臺區(qū)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，通過臺區(qū)拓?fù)鋫鞑シ治雠c共性故障因素溯源，得到智能電能表運(yùn)行狀態(tài)評估結(jié)果等技術(shù)手段，解決了現(xiàn)有智能電能表計(jì)量回路運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測存在的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)監(jiān)測與高效故障溯源能力不足的技術(shù)問題，達(dá)到了提升計(jì)量回路運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)監(jiān)測能力，實(shí)現(xiàn)臺區(qū)級故障高效溯源與批量表計(jì)異常統(tǒng)籌分析的技術(shù)效果。
2、本技術(shù)提供智能電能表運(yùn)行狀態(tài)評估系統(tǒng)，包括：計(jì)量回路傳播數(shù)據(jù)確定模塊，用于在智能電能表的計(jì)量回路中，集成可調(diào)諧式的被動(dòng)探針組件，通過探針式檢測確定計(jì)量回路傳播數(shù)據(jù)，其中，所述被動(dòng)探針組件包含微弱信號注入單元、拾取單元與參考電阻網(wǎng)絡(luò)；物理參數(shù)變化量確定模塊，用于構(gòu)建與計(jì)量回路物理拓?fù)渫瑯?gòu)的模擬計(jì)算電路，將所述計(jì)量回路傳播數(shù)據(jù)加載至回路節(jié)點(diǎn)，在模擬域執(zhí)行特征分離與參數(shù)提取，確定物理參數(shù)變化量，其中，所述物理參數(shù)變化量包含模擬計(jì)算參數(shù)與有限帶寬模態(tài)分量分解下的故障源信號；狀態(tài)評估結(jié)果確定模塊，用于根據(jù)所述物理參數(shù)變化量，在本地構(gòu)建輕量數(shù)字模型并上傳至臺區(qū)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行臺區(qū)拓?fù)鋫鞑ヅc臺區(qū)共性因素溯源，確定狀態(tài)評估結(jié)果。
3、在可能的實(shí)現(xiàn)方式中，頻率可調(diào)諧的微弱信號注入單元用于生成多頻探針信號，其中，所述微弱信號注入單元與電能表電流采樣回路耦合，由dds與可編程增益放大器構(gòu)成；寬頻帶電壓響應(yīng)的拾取單元用于采集幅頻與相頻響應(yīng)，其中，所述拾取單元與電能表電壓采樣回路耦合，由高速adc與數(shù)字下變頻器構(gòu)成；溫度自感知的參考電阻網(wǎng)絡(luò)用于采集計(jì)量芯片的溫度分布，其中，所述參考電阻網(wǎng)絡(luò)布置于計(jì)量芯片周邊pcb的關(guān)鍵熱節(jié)點(diǎn)，由熱敏電阻陣列構(gòu)成。
4、在可能的實(shí)現(xiàn)方式中，通過探針式檢測確定計(jì)量回路傳播數(shù)據(jù)，所述計(jì)量回路傳播數(shù)據(jù)確定模塊包括：多頻點(diǎn)探針信號注入模塊，用于根據(jù)所述微弱信號注入單元生成正交頻分復(fù)用特征的多頻點(diǎn)探針信號，注入所述計(jì)量回路，其中，信號頻帶覆蓋電能表關(guān)鍵組件的特征響應(yīng)頻段；響應(yīng)曲線采集模塊，用于根據(jù)所述拾取單元，采集所述多頻點(diǎn)探針信號經(jīng)計(jì)量回路傳播后的幅頻響應(yīng)曲線與相頻響應(yīng)曲線；溫度場分布數(shù)據(jù)獲取模塊，用于根據(jù)所述參考電阻網(wǎng)絡(luò)，獲取計(jì)量芯片周邊微環(huán)境的溫度場分布數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)整合模塊，用于整合所述幅頻響應(yīng)曲線、相頻響應(yīng)曲線與溫度場分布數(shù)據(jù)，作為計(jì)量回路傳播數(shù)據(jù)。
5、在可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述模擬計(jì)算電路包含與電能表內(nèi)部電解電容并聯(lián)的狀態(tài)感知電容支路、與電能表采樣電阻串聯(lián)的狀態(tài)感知電阻支路、與電能表晶振電路耦合的頻率漂移監(jiān)測支路；其中，所述狀態(tài)感知電容支路的容值與主電解電容成固定比例，狀態(tài)感知電阻支路的阻值與主采樣電阻成固定比例。
6、在可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述物理參數(shù)變化量確定模塊包括：模擬計(jì)算協(xié)處理器構(gòu)建模塊，用于根據(jù)所述模擬計(jì)算電路，構(gòu)建模擬計(jì)算協(xié)處理器，其中，所述模擬計(jì)算電路與計(jì)量回路物理拓?fù)涞年P(guān)鍵組件同構(gòu)；模擬計(jì)算參數(shù)確定模塊，用于通過將所述計(jì)量回路傳播數(shù)據(jù)導(dǎo)入所述模擬計(jì)算協(xié)處理器，利用模擬計(jì)算物理響應(yīng)，在模擬域執(zhí)行特征分離與參數(shù)提取，確定模擬計(jì)算參數(shù)并添加進(jìn)物理參數(shù)變化量，其中，物理響應(yīng)包括充放電時(shí)間常數(shù)變化、諧振頻率偏移與相位延遲，分離特征包括電解電容等效串聯(lián)電阻增量、采樣電阻溫漂系數(shù)偏移與晶振負(fù)載諧振頻率變化。
7、在可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述物理參數(shù)變化量確定模塊，包括：vmd分解模塊，用于針對計(jì)量回路傳播數(shù)據(jù)，對各回路信號點(diǎn)進(jìn)行vmd分解，自適應(yīng)獲得k個(gè)有限帶寬模態(tài)分量；高維特征空間構(gòu)建模塊，用于針對k個(gè)有限帶寬模態(tài)分量，以各有限帶寬模態(tài)分量的瞬時(shí)頻率波動(dòng)與能量熵為特征，構(gòu)建高維特征空間；ica分解模塊，用于針對所述高維特征空間，通過進(jìn)行ica分解，分離出相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的故障源信號，根據(jù)所述模擬計(jì)算參數(shù)與故障源信號，確定所述物理參數(shù)變化量。
8、在可能的實(shí)現(xiàn)方式中，根據(jù)所述物理參數(shù)變化量，在本地構(gòu)建輕量數(shù)字模型，所述狀態(tài)評估結(jié)果確定模塊包括：輕量數(shù)字模型構(gòu)建模塊，用于針對臺區(qū)接入的各電能表，在本地構(gòu)建輕量數(shù)字模型；其中，所述輕量數(shù)字模型的構(gòu)建，包括：定義狀態(tài)向量，其中，所述狀態(tài)向量包括電解電容、采樣電阻阻值、晶振等效電感、互感器勵(lì)磁電感；定義輸入向量，其中，所述輸入向量包括注入探針信號的幅頻特性、環(huán)境溫度與負(fù)荷電流；定義輸出向量，其中，所述輸出向量包括電能表計(jì)量誤差與相角偏差；定義系數(shù)矩陣，其中，所述系數(shù)矩陣由模擬計(jì)算電路的物理拓?fù)浯_定，通過硬件在環(huán)標(biāo)定獲取初始值；根據(jù)所述狀態(tài)向量、輸入向量、輸出向量與系數(shù)矩陣，構(gòu)成所述輕量數(shù)字模型。
9、在可能的實(shí)現(xiàn)方式中，執(zhí)行臺區(qū)拓?fù)鋫鞑ヅc臺區(qū)共性因素溯源，確定狀態(tài)評估結(jié)果，所述狀態(tài)評估結(jié)果確定模塊包括：輕量數(shù)字模型上傳模塊，用于各電能表將本地的輕量數(shù)字模型上傳至臺區(qū)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)；臺區(qū)拓?fù)鋫鞑シ治瞿K，用于在臺區(qū)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，定位運(yùn)行故障狀態(tài)并執(zhí)行臺區(qū)拓?fù)鋫鞑シ治觯_定狀態(tài)傳播規(guī)律；溯源分析模塊，用于根據(jù)臺區(qū)拓?fù)渲须娔鼙淼奈锢斫M件的相似老化特征識別，作為臺區(qū)共性因素進(jìn)行溯源分析，確定臺區(qū)故障源；狀態(tài)評估結(jié)果生成模塊，用于將所述狀態(tài)傳播規(guī)律與臺區(qū)故障源作為狀態(tài)評估結(jié)果。
10、在可能的實(shí)現(xiàn)方式中，確定狀態(tài)評估結(jié)果之后，所述系統(tǒng)還包括：邊緣管理門限部署模塊，用于根據(jù)臺區(qū)電能表的運(yùn)行模式與管理預(yù)案，部署邊緣管理門限；運(yùn)維管理指令生成模塊，用于所述邊緣管理門限讀取所述狀態(tài)評估結(jié)果并進(jìn)行匹配決策，生成運(yùn)維管理指令，其中，所述運(yùn)維管理指令標(biāo)識有電能表編碼與位置；管理模塊，用于通過解耦所述運(yùn)維管理指令，執(zhí)行臺區(qū)拓?fù)涞慕M件自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)管理與人員設(shè)備端下發(fā)管理。
11、本技術(shù)還提供了智能電能表運(yùn)行狀態(tài)評估方法，包括：在智能電能表的計(jì)量回路中，集成可調(diào)諧式的被動(dòng)探針組件，通過探針式檢測確定計(jì)量回路傳播數(shù)據(jù)，其中，所述被動(dòng)探針組件包含微弱信號注入單元、拾取單元與參考電阻網(wǎng)絡(luò)；構(gòu)建與計(jì)量回路物理拓?fù)渫瑯?gòu)的模擬計(jì)算電路，將所述計(jì)量回路傳播數(shù)據(jù)加載至回路節(jié)點(diǎn)，在模擬域執(zhí)行特征分離與參數(shù)提取，確定物理參數(shù)變化量，其中，所述物理參數(shù)變化量包含模擬計(jì)算參數(shù)與有限帶寬模態(tài)分量分解下的故障源信號；根據(jù)所述物理參數(shù)變化量，在本地構(gòu)建輕量數(shù)字模型并上傳至臺區(qū)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行臺區(qū)拓?fù)鋫鞑ヅc臺區(qū)共性因素溯源，確定狀態(tài)評估結(jié)果。
12、擬通過本技術(shù)提出的智能電能表運(yùn)行狀態(tài)評估系統(tǒng)及方法，通過計(jì)量回路傳播數(shù)據(jù)確定模塊在智能電能表的計(jì)量回路中，集成可調(diào)諧式的被動(dòng)探針組件，通過探針式檢測確定計(jì)量回路傳播數(shù)據(jù)，其中，所述被動(dòng)探針組件包含微弱信號注入單元、拾取單元與參考電阻網(wǎng)絡(luò)；通過物理參數(shù)變化量確定模塊構(gòu)建與計(jì)量回路物理拓?fù)渫瑯?gòu)的模擬計(jì)算電路，將所述計(jì)量回路傳播數(shù)據(jù)加載至回路節(jié)點(diǎn)，在模擬域執(zhí)行特征分離與參數(shù)提取，確定物理參數(shù)變化量，其中，所述物理參數(shù)變化量包含模擬計(jì)算參數(shù)與有限帶寬模態(tài)分量分解下的故障源信號；通過狀態(tài)評估結(jié)果確定模塊根據(jù)所述物理參數(shù)變化量，在本地構(gòu)建輕量數(shù)字模型并上傳至臺區(qū)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行臺區(qū)拓?fù)鋫鞑ヅc臺區(qū)共性因素溯源，確定狀態(tài)評估結(jié)果。通過上述過程，本技術(shù)所提出的系統(tǒng)及方法達(dá)到了提升計(jì)量回路運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)監(jiān)測能力，實(shí)現(xiàn)臺區(qū)級故障高效溯源與批量表計(jì)異常統(tǒng)籌分析的技術(shù)效果。