一种基于阻抗可解释性的低压线路异常诊断方法与流程

本发明涉及电力，尤其涉及一种基于阻抗可解释性的低压线路异常诊断方法。

背景技术：

1、在低压配电线路中，线路阻抗会随负载电流产生相应的电压降。在功率因素接近1，电压与电流基本同相的情况下，可近似认为线路电压有效值变化主要由线路电阻压降引起，此时可根据电表测得的电压有效值变化量和电流有效值变化量，采用公式表征供电路径的电阻影响，当超过预设范围时，可能表明供电路径存在线路较长、接头松动、氧化、老化等电阻增大情况；也可能是旁路分流窃电导致电表侧电流变化量小于真实电流变化量，使线路阻抗表现为偏大。

2、公告号为cn109374995b的专利文献《低压配电系统、线路老化和反窃电监测方法及对应系统》公开了低压配电系统、线路老化和反窃电监测方法及对应系统，根据用户智能电表的电压值和电流值计算智能电表对应的用户配电线路的阻抗值，并与设定阻抗阈值进行比较，若求得的阻抗值大于或者等于设定阻抗阈值，则判定该智能电表对应的用户配电线路老化。因此，该方法能够在线监测线路老化情况，能够及时识别线路老化程度，从而提高低压配电主动运维水平，并提高用户供电可靠性。另外，如果监测到用户配电线路阻抗值突然持续增大，说明用户配电线路中电表可能被短接，则可以判断用户存在窃电嫌疑，所以，该监测方法还能够用于反窃电监测，保护电力财产安全。该文献的核心技术方案为：利用相邻时刻电压与电流变化量（δv/δi）近似反映用户配电线路阻抗。当阻抗值超过设定阈值时，判定线路可能存在接头松动、氧化、老化等电阻增大情况。当阻抗值在一个设定时间段内持续增大时，判定用户配电线路可能存在旁路分流或电表短接，存在窃电嫌疑。多次测得阻抗值通过负值反转并取平均，减少测量误差和电压波动对判断的影响。该方法可周期性执行，实现对低压用户配电线路老化和窃电行为的在线监控。

3、在低压配电网中，智能电表可基于电压、电流变化估算用户上游线路等效阻抗，并用于识别接触不良、高阻发热等隐患。然而，现有方法存在以下问题：

4、1）阻抗混合问题：低压线路压降不仅由线路电阻引起，还受线路电抗及负荷功率因数变化影响。在功率因素不为1时，仅依靠电压、电流有效值变化判断电阻异常，容易混入电抗压降影响，从而导致接触不良或高阻隐患难以准确识别；

5、2）阈值适应性问题：传统固定阻抗阈值难以适应不同供电路径，长线路用户容易误判为异常，而短线路用户的局部高阻又可能漏判；

6、3）干扰因素问题：旁路分流窃电等异常也会引起反算阻抗升高，容易与线路长或接触不良混淆，影响判断准确性。

7、因此，亟需一种能够在普通智能电表仅具备电压有效值、电流有效值和功率因素等非相量数据的条件下，结合候选供电路径建立电阻和电抗的正常可解释范围，并根据目标电表估计出的电阻、电抗与该范围的匹配关系，区分正常长线路、线路老化接触不良以及旁路分流等异常类型的低压线路异常诊断方法。

技术实现思路

1、本技术要解决的技术问题是提供一种能够在普通智能电表仅具备电压有效值、电流有效值和功率因素等非相量数据的条件下，结合候选供电路径建立电阻和电抗的正常可解释范围，并根据目标电表估计出的电阻、电抗与该范围的匹配关系，区分正常长线路、线路老化接触不良以及旁路分流等异常类型的低压线路异常诊断方法。

2、本技术公开一种基于阻抗可解释性的低压线路异常诊断方法，包括以下步骤：

3、s10，电表端基于运行量测数据估算上游线路电阻特征值和电抗特征值，并上传至主站，所述运行量测数据包括电压有效值、电流有效值和功率因素；

4、s20，主站对每一目标电表生成可能供电的变压器集合，并针对每一可能供电变压器生成可能供电路径，形成目标电表的可能供电路径集合；

5、s30，主站基于多个电表的上游线路电阻特征值、电抗特征值及对应可能供电路径长度，建立路径阻抗参数模型，所述路径阻抗参数模型用于表征可能供电路径长度与电阻、电抗之间的对应关系，所述路径阻抗参数模型包括单位长度电阻参数、单位长度电抗参数及偏置参数；

6、s40，主站根据各可能供电路径的路径类型和路径长度，建立路径长度偏差模型，并基于所述路径长度偏差模型确定各可能供电路径的长度上下界；将所述长度上下界代入所述路径阻抗参数模型，生成目标电表在各可能供电路径下的电阻正常可解释范围和电抗正常可解释范围；

7、s50，主站将目标电表上传的上游线路电阻特征值和电抗特征值，与其可能供电路径集合中各可能供电路径对应的电阻正常可解释范围和电抗正常可解释范围进行匹配，判断所述电阻特征值和所述电抗特征值是否能够由至少一条可能供电路径解释；

8、s60，若所述电阻特征值和所述电抗特征值能够由至少一条可能供电路径解释，则判定线路正常，线路诊断结束；否则执行步骤s70；

9、s70，若所述电阻特征值超出对应正常可解释范围而所述电抗特征值未超出，则判定为线路老化异常或线路接触不良异常；若所述电阻特征值和所述电抗特征值均超出对应正常可解释范围，则判定为旁路分流嫌疑或计量少计嫌疑。

10、根据一些实施例，步骤s10中所述电表端基于运行量测数据估算上游线路电阻特征值和电抗特征值包括以下步骤：

11、s101，电表端按照设定采样周期获取电压有效值、电流有效值和功率因素；

12、s102，电表端在设定时间窗口内提取多个负荷电流变化事件，对于每一负荷电流变化事件，计算有功电流变化量、无功电流变化量以及电压有效值变化量；

13、s103，对所述负荷电流变化事件进行可辨识性筛选；

14、s104，对每个通过所述可辨识性筛选的负荷电流变化事件，按照公式得到上游线路电阻特征值和电抗特征值，其中为上游线路的电阻特征值，为上游线路电抗特征值, 为不可避免的测量误差或外部干扰。

15、s105，基于预设时间窗口内所有通过所述可辨识性筛选的负荷电流变化事件，形成数据点集合，采用拟合方式得到所述电阻特征值和所述电抗特征值； 所述可辨识性筛选包括以下步骤：

16、s10301，对样本进行有功电流门限筛选，有功电流变化量不低于设定阈值的负荷事件通过筛选；

17、s10302，计算无功占比并划分区间，对通过门限筛选的负荷电流变化事件，计算无功占比，并划分为低无功占比区间、中无功占比区间和高无功占比区间；

18、s10303，若负荷电流变化事件样本覆盖至少两个不同的无功占比区间，并且每个区间内有效事件数量，则该负荷电流变化事件通过筛选，其中nmin为预设数量阈值。

19、根据一些实施例，步骤s105中所述拟合方式包括最小二乘拟合、稳健回归拟合或分位数拟合。

20、根据一些实施例，步骤s10302中所述低无功占比区间为，所述中无功占比区间为，所述高无功占比区间为。

21、根据一些实施例，步骤s20中所述主站对每一目标电表生成可能供电的变压器集合，并针对每一可能供电变压器生成可能供电路径，形成目标电表的可能供电路径集合的步骤包括：

22、主站针对第个目标电表的生成可能供电变压器集合为，为区间[1, n1]内的整数，n1为目标电表总数，包括一个或多个可能供电变压器，其中每个可能供电变压器记为；为系统内全局编号的第个供电变压器，为区间[1, n2]内的整数，n2为供电变压器总数；

23、对于中的每一个可能供电变压器，主站生成从到目标电表的一条或多条可能供电路径，并记录对应的路径长度，形成目标电表的可能供电路径集合，，其中为变压器到目标电表的第条可能供电路径长度，为该路径的生成方式或路径类型，为变压器到目标电表的可能供电路径数量；所述供电路径长度根据欧式距离或者沿街道路径距离确定。

24、根据一些实施例，步骤s30中所述路径阻抗参数模型包括单一单位长度参数模型、分段单位长度参数模型或带物理约束的拟合模型，所述路径阻抗参数模型的拟合方法包括最小二乘拟合、加权拟合或稳健回归拟合。

25、根据一些实施例，所述分段单位长度参数模型包括：

26、对于变压器到目标电表的第条可能供电路径，主站将路径长度分为近端、中段和远端三个分段长度分量，近端分段长度分量为，中段分段长度分量为，远端分段长度分量为，为第一距离阈值，为第二距离阈值，；

27、主站基于分段长度，建立每个变压器下的路径阻抗参数模型为：，，为上游线路电阻特征值，为上游线路电抗特征值，、、分别为变压器下近端分段长度、中段分段长度、远端分段长度对应的单位长度电阻参数，、、分别为变压器下近端分段长度、中段分段长度、远端分段长度对应的单位长度电抗参数；、为变压器下的偏置参数，所述偏置参数包含变压器、服务线段或其他近似固定的阻抗贡献。

28、根据一些实施例，所述距离阈值和所述第二距离阈值依据低压线路设计参数和供电区域类型确定。

29、根据一些实施例，所述路径阻抗参数模型中，变压器下近端分段长度、中段分段长度、远端分段长度对应的单位长度电阻参数的关系为：。

30、根据一些实施例，步骤s40中所述路径长度偏差模型为，其中和分别为与路径类型对应的比例偏差系数和固定偏差量，欧式距离和沿街道路路径距离分别设置不同比例偏差系数和固定偏差量；

31、步骤s40中所述确定各可能供电路径的长度上下界的步骤包括：

32、基于路径总长度及路径长度偏差，确定该路径的长度上下界和：，。

33、本技术公开的技术方案首先由电表端基于运行量测数据估算上游线路电阻、电抗特征值，并上传至主站；主站针对每一目标电表生成可能供电变压器及供电路径集合，基于多个电表的电阻、电抗特征值及可能供电路径长度建立路径阻抗参数模型，并进一步建立路径长度偏差模型，生成目标电表在各可能供电路径下的电阻、电抗正常可解释范围。主站将目标电表的电阻、电抗特征值与对应正常可解释范围进行匹配，判断是否存在至少一条可能供电路径能够解释该电表的电阻、电抗特征值；若能够正常解释，则判定为正常供电状态；若不能解释，则根据电阻、电抗相对于正常可解释范围的异常关系进行分类，输出线路老化接触不良或旁路分流嫌疑等诊断结果。本技术公开的技术方案通过可能供电路径的阻抗可解释性匹配，能够排除长距离供电对电阻、电抗特征值的正常影响，降低长线路误判，提高低压线路异常诊断的准确性和可靠性。具体有益效果说明如下：

34、（1）降低长距离线路误判，提高阻抗判断的适应性和准确性

35、传统基于阻抗的上游线路异常识别方法通常采用固定阻抗阈值进行判断，但低压用户到变压器的供电距离差异较大，长距离用户的正常线路阻抗本身较高，容易被误判为接触不良或高阻异常；而短距离用户即使存在局部接触不良，也可能因未超过较大的固定阈值而被漏判。本技术技术方案基于可能供电路径长度和路径阻抗参数模型，为目标电表生成对应供电路径下的电阻、电抗正常可解释范围，使判断阈值随供电路径变化而变化，从而排除长距离供电造成的正常阻抗升高影响。同时，线路阻抗包含电阻分量和电抗分量，在负载功率因素不为1时，电抗对电压变化的影响不可忽略。传统仅以单一阻抗或电阻阈值进行判断，容易受到功率因素变化影响。本技术技术方案基于电表运行量测数据分别形成上游线路电阻特征值和电抗特征值，并在主站侧分别建立电阻、电抗的正常可解释范围，使异常判断不再依赖单一阻抗指标，提高了对不同负载功率因素场景的适应性。

36、（2）能够区分接触不良与旁路分流等不同异常类型

37、传统单纯基于阻抗升高的判断方式，容易将线路老化、接触不良、长线路供电以及旁路分流等情况混淆。本技术技术方案分别利用电阻特征值和电抗特征值进行解释性匹配，并在不可解释时根据二者相对于正常可解释上界的超限关系进行分类。当主要表现为电阻特征值异常而电抗未显著异常时，可识别线路老化、端子松动、接触不良或局部高阻风险；当电阻、电抗特征值均异常时，可识别旁路分流、计量少计或电流采样异常嫌疑，从而提高异常类型判断的针对性。