一种利用矩阵理论的电流互感器接线检测方法及装置与流程

本技术涉及电流互感器，具体涉及一种利用矩阵理论的电流互感器接线检测方法及装置。

背景技术：

1、在电力计量与监测系统中，电流互感器（ct）的接线准确性直接决定了有功功率计算的精度。然而，受限于现场施工环境的不规范，ct极性接反或相序错乱的情况时有发生。现有的自动化检测技术多基于矩阵理论，即通过计算不同电压电流组合下的基波功率因数并构建二进制矩阵，利用矩阵秩的特性来反推接线状态。

2、然而，随着分布式发电（dg）的大规模并网，电网潮流呈现双向流动的特性。在功率倒送工况下，电流相位的翻转会导致基波功率因数显著降低，甚至跌破检测算法的预设阈值。这种“低功率因数”特征极易被现有算法误判为无效信号（零值），导致二进制矩阵中关键特征缺失，无法形成唯一解，从而造成接线判别失效。这不仅使得自动化检测功能在发电工况下失效，还迫使运维人员必须通过繁琐的人工排查来确认接线，严重影响了检测效率与电网的运维水平。

技术实现思路

1、鉴于以上内容，有必要提供一种利用矩阵理论的电流互感器接线检测方法及装置，解决在分布式发电设备接入电网的场景下，有功功率倒送造成的假性反接现象与真实的互感器物理反接相互混淆，以及由此导致功率因数偏移或接近于0时，传统接线检测方法容易误判或失效的问题。

2、本技术第一方面提供一种利用矩阵理论的电流互感器接线检测方法，所述方法包括：

3、对电流互感器待检测位置的三相电压信号及三相电流信号的基波成分进行交叉组合，获取各组别下的初始基波功率因数；在每个采集周期，计算每一相的线路实测有功功率，并获取与该相相连的所有ttu单元的总负载功率，基于功率数值的正负特征，对各相进行疑似异向相标记；根据每相中出现功率倒送的ttu单元的有功功率绝对值占比及数量占比，结合所述负载功率，确定每一相的单相功率倒送干扰程度；并基于出现功率倒送的相数，结合多相之间的相角差偏移量，计算最终功率倒送干扰程度，以对所述初始基波功率因数进行修正；遍历预设的所有三相极性方向组合假设，结合修正后的基波功率因数，生成对应各个方向假设的0-1矩阵；基于所述疑似异向相标记抽取候选矩阵，通过计算候选矩阵的秩、行列式，输出电流互感器的接线检测结果。

4、其中，所述获取各组别下的初始基波功率因数，具体为：

5、利用滑动离散傅里叶变换算法分别提取各组别下的电压信号和电流信号在基波频率处的复数频谱值；

6、利用所述复数频谱值分别计算出各组别中电压信号和电流信号的基波相位角度；

7、计算所述电压信号的基波相位角度与所述电流信号的基波相位角度的差值，得到功率因数角，并将该功率因数角的余弦值作为该组别的初始基波功率因数。

8、其中，所述每一相的线路实测有功功率具体为每个采集周期内每一相在同一采样点上的电流信号与电压信号乘积的平均值。

9、其中，所述对各相进行疑似异向相标记的具体过程为：

10、获取每一相在当前周期的有功功率，以及与每一相相连的所有ttu单元在当前周期的总负载功率；

11、若所述总负载功率为零，跳过对该相的疑似异向相标记验证；

12、若满足所述有功功率为负且所述总负载功率为正，和所述有功功率为正且所述总负载功率为负的条件之一，则将该相标记为最终的疑似异向相；

13、若满足所述有功功率为负且所述总负载功率为负，和所述有功功率为正且所述总负载功率为正的条件之一，则将该相标记为非异向相。

14、其中，所述确定每一相的单相功率倒送干扰程度的具体过程为：

15、针对每一相，将当前周期内出现功率倒送的ttu单元的有功功率绝对值之和作为第一功率和，未出现功率倒送的ttu单元的有功功率绝对值之和作为第二功率和；

16、统计出现功率倒送的ttu单元的数量作为第一数量，未出现功率倒送的ttu单元的数量作为第二数量；

17、若满足所述第一功率和与第二功率和之和为零，和所述第一数量与第二数量之和为零的条件之一，则判定该相的单相功率倒送干扰程度为零；

18、否则，计算所述第一功率和在两者功率和中的第一占比，以及所述第一数量在两者数量和中的第二占比；

19、若该相的总负载功率大于等于零，则将所述第一占比与第二占比的平均值作为单相功率倒送干扰程度；若该相的总负载功率小于零，则计算所述总负载功率的绝对值与所述第一功率和的比值，将该比值加一后，乘以所述第一占比与第二占比的平均值，得到单相功率倒送干扰程度。

20、其中，所述计算最终功率倒送干扰程度，具体为：

21、统计各采集周期中三相中出现功率倒送的相数；若所述相数小于等于1，则直接将该相的单相功率倒送干扰程度作为其最终功率倒送干扰程度；

22、若所述相数大于等于2，则分别计算当前相与其他两相在当前周期的相角差，并计算所述相角差与对应的历史基准相角差之间的绝对差值，取两个绝对差值中的最大值除以预设的最大允许相位偏移基准值，得到偏移量归一化值；

23、其中，所述历史基准相角差由历史无功率倒送期间的电压信号计算并求平均得到；

24、将其他两相的单相功率倒送干扰程度之和除以所述相数减数值1的差，再依次乘以预设的缩小系数和所述偏移量归一化值，得到干扰叠加修正量；

25、将当前相的单相功率倒送干扰程度与所述干扰叠加修正量相加，得到该相的最终功率倒送干扰程度。

26、其中，所述对所述初始基波功率因数进行修正的步骤为：

27、针对各个组别，将该组别的初始基波功率因数乘以修正因子，得到补偿结果；

28、其中，所述修正因子为1加上该组别内电流信号所在物理相的最终功率倒送干扰程度的四分之一；

29、对所述补偿结果进行限幅处理，即将所述补偿结果与数值-1取最大值后，再与数值1取最小值，得到该组别修正后的基波功率因数。

30、其中，所述生成对应各个方向假设的0-1矩阵，具体为：

31、针对每一种三相极性方向组合假设，将该假设中各物理相的极性状态映射为对应的符号因子，其中正相映射为1，反相映射为-1；

32、将各组别修正后的基波功率因数，分别与该组别内电流信号所在物理相对应的符号因子相乘，得到该组别在当前假设下的验证功率因数；

33、判断各组别的验证功率因数是否大于预设的功率因数限值，若大于则将该组别在该假设下的结果设为1，若小于等于则设为0；

34、按照电压相与电流相的交叉组合关系，将当前假设下所有组别的0-1结果排列为3×3的矩阵，得到该方向假设对应的0-1矩阵。

35、其中，所述基于所述疑似异向相标记抽取候选矩阵，通过计算候选矩阵的秩或行列式，输出电流互感器的接线检测结果的过程包括：

36、将各相的最终疑似异向相标记结果组合，映射为第一候选极性方向；将所述第一候选极性方向的三相极性状态全部取反，得到第二候选极性方向；

37、从对应各个方向假设的0-1矩阵中，提取所述第一候选极性方向和第二候选极性方向对应的两个0-1矩阵作为候选矩阵；若两个候选矩阵中仅有一个存在唯一解，将该唯一解对应的极性方向作为接线检测结果输出；若满足两个候选矩阵均存在唯一解和均不存在唯一解的条件之一，输出人工复核提示。

38、其中，若所有相均未标记为疑似异向相，则直接提取三相均为正相对应的0-1矩阵，若该矩阵存在唯一解，判定接线正确，否则，输出人工复核提示。

39、第二方面，本技术实施例还提供了一种利用矩阵理论的电流互感器接线检测装置，包括设备控制箱，以及集成于所述设备控制箱内的电压互感传感器、电流互感传感器、中央处理单元和led显示屏；其中，所述电压互感传感器和电流互感传感器，用于同步采集待检测位置的三相电压信号和三相电流信号，并将所述信号传输至所述中央处理单元；所述中央处理单元，被配置为执行上述任一项所述的利用矩阵理论的电流互感器接线检测方法；所述led显示屏，与所述中央处理单元通信连接，用于显示所述中央处理单元输出的接线检测结果。

40、上述方案的有益效果为：首先，本技术建立了基于源荷功率特征比对的疑似异向相识别机制。通过实时监测待检测位置的有功功率流向与各相连接的ttu单元负载功率特性，本技术能够精准捕捉功率倒送引发的电气量异常。这种方法不仅明确了各相有功功率方向与实际接线极性之间的逻辑关系，还有效区分了因接线错误导致的相位反转与因功率倒送引起的相位偏移，为后续的信号修正提供了可靠的先验依据。

41、其次，本技术实现了对功率倒送干扰程度的量化评估与精准修正。考虑到多相功率倒送往往伴随着三相电压不平衡及相位偏移的耦合效应，本技术深入分析了倒送功率在各相间的分布特征、占比及其对相角差的具体影响，从而计算出综合功率倒送干扰程度。基于此干扰程度对初始基波功率因数进行动态修正，有效消除了功率倒送对功率因数测量值的非线性影响，确保了在不同倒送工况下，各电压电流组合下的功率因数特征值仍能真实反映接线逻辑。

42、最后，本技术显著提升了复杂工况下接线检测的鲁棒性与准确性。通过在矩阵构建过程中引入修正后的基波功率因数，本技术解决了传统方法因忽略功率倒送导致功率因数阈值判断失效、矩阵秩亏或无唯一解的技术难题。这不仅保证了在含有分布式电源的配电网中电流互感器接线检测的高准确率，还大幅降低了对人工现场排查的依赖，有效缩减了运维时间成本，具有显著的工程应用价值。