CN103312379B - 配电系统中定位电流消耗点的方法、处理系统及配电系统 - Google Patents

Abstract

一种用于定位来自电缆(20bN，20b1)的电流的消耗点(10b_1，10b_2，10b_3，10b_4)的方法，一种能在每条电缆的出口处接收PLC消息并且测量所述接收到的消息的功率电平的测量模块(21a，21b)。在分开的电缆的出口上接收由消耗点发送并且指示所述消耗点的标识符的相同PLC消息之后，包括以下步骤：在分开的电缆的每个所述出口上通过测量模块测量所述接收的功率电平，以及将在其输出口测量到所选择的功率电平的电缆确定为所述消耗点的供电电缆。

Description

配电系统中定位电流消耗点的方法、处理系统及配电系统

技术领域

本发明涉及从中央节点到电流消耗点的配电系统，每个电流消耗点与至少一个电负载相连。在这些配电系统中，各个电流将每个消耗点与中央节点连接起来。在一些情况下，布置在每个消耗点的各个电流仪表适于测量相连的消耗点所消耗的能量。

背景技术

中央节点例如是一个站，称为MV/LV站，接口连接在中压配电网络(MV)和连接有家用用户的低压配电网络(LV)之间。

LV网络非常密集，有时候是地埋的，混有各种年代的电缆和材料。在某些情况下，他们由不同的电气设备来操作，并且经过变型、扩充和维修，有时候不同，没有追踪或列举的这些事件。

如此，LV网络的实际情况有时是未知的。特别是，不会总是有在MV/LV站的输出口(outlet)和与消耗点相连的电流仪表之间建立连接的可能。对LV网络的精确结构缺乏了解是各种问题的根源。例如，它会引起对网络连接质量的不当评估，实际维修延迟，在三相网络的这些相所消耗的电能之间的不平衡的出现，电力盗窃或欺诈的定位与描述困难。

US2010/0007219描述了一种用于自动检测系统配置的系统，其中配电变压器经由电力线通信(PLC)传输他们的标识符到他们的消耗装置，消耗装置自身向中央系统发送具有它们自己的标识符和他们配电变压器的标识符的消息。这种系统使得有可能在配电变压器和他们的消耗装置之间形成连接。但是，在这种系统中，可能出现交叉问题，引起经由与其他配电变压器相连的消耗装置接收配电变压器标识符，并且引起对配电系统的结构的不正确的判定。而且，尽管这种系统确实有可能将MV/LV站定位于它们的MV输出口上，但是它不可以将用户仪表定位在LV输出口上。

发明内容

为此目的，根据第一方面，本发明的目的是具有一种用于在配电系统中定位电流消耗点的方法，其中电缆为各个消耗点提供电流，每条电缆包括从中央节点出发的出发输出口，各个消耗点具有称为PLC的电力线通信类型的第一无线电通讯装置，至少一个测量模块适于在每条电缆的出口处经由PLC类型的第二无线电通信装置接收PLC消息并且测量所述接收到的消息的功率电平，所述方法的特征在于它包括跟随在分离的电缆的出口上接收由消耗点发送并指示所述消耗点的标识符的相同PLC消息之后的以下步骤：

i/通过至少在分离的电缆的每个所述出发输出口的测量模块，测量与指示的所述标识符关联的所述接收的功率电平；

ii/比较测量出的所述功率电平；

iii/从被比较的功率电平当中选择最大功率电平；

iv/确定将在其出发输出口处测量出功率电平的电缆选择为所述消耗点的供电电缆。

如此这种方法使得可以识别电表和/或消耗点对应于从MV/LV站出发的哪条电缆，以便能够得知LV网络的类型并因此改善与LV网络连接的维修、维护、质量评估、定位电力盗窃等等相关的操作。

特别是，如此发明使得可以定位在为用户仪表供电的LV输出口的相上的用户仪表。

在实施例中，根据本发明的用于在配电系统中定位电流消耗点的方法还包括一个或几个以下特征：

-进一步适于远距离发送数据给收集系统的测量模块，所述方法包括通过至少所述测量模块向收集系统发送数据表的步骤，该数据表指示已经发送消息的消耗点的标识符，由所述测量点测量出的所述功率电平，以及在其出发输出口测量出所述电平的电缆的标识符，为了由所述收集点确定称作消耗点的供电电缆；

-使用用于PLC通信的第二装置执行远距离发送；

-消耗点包括适于根据由所述相关消耗点所消耗的电流而被增加的电仪表，由消耗点发送的所述PLC消息包括指示由所述消耗点的电耗的读数的数据；

-滤波器被布置在中央节点和安装在电缆上的测量模块之间，用于削弱穿过滤波器的PLC信号；

-可以远程控制在中央节点和测量模块之间的滤波器的应用；以及

-对于给定的电缆，根据为所述消耗点选择的功率电平的分类，按照它们每个与电缆的出发输出口之间的距离，将在步骤iv/中确定的消耗点的分类确定为由所述给定电缆供电。

根据第二方面，本发明的目的是具有一种测量模块，包括称为PLC的电力线通信类型的第一无线电通信装置，其位于电流导电电缆的中间，适于在所述电缆上接收指示已经发送消息的消耗点的标识符的PLC消息之后测量所述接收到的消息的功率电平并且向收集系统远程发送数据表，该数据表指示已经发送消息的消耗点的标识符，测量到的消息的功率电平以及导电电缆的测量模块的标识符。

根据第三方面，本发明的目的是具有用于消耗点的配电系统的收集系统，包括具有至少一个测量模块的无线电通信装置，并且适于经由所述无线电通信装置至少从所述测量模块接收数据表，每一个数据表指示消耗点的标识符，由电缆上的测量设备所测量的由所述消耗点发送的PLC消息的功率电平以及电缆或测量模块的标识符；所述收集系统此外适于比较在分开的电缆上测量并且在所接收的数据表中指示的、关于由所确定的消耗点发送的同一消息的功率电平，以便从比较的电平当中选择最大功率电平，并且以便确定将在其出发输出口处测量到功率电平的电缆选择为所述确定的消耗点的供电电缆。

根据第四方面，本发明的目的是具有一个配电系统，包括：

电缆，每条包括出发输出口并且将电流分配给各个消耗点，

一个或几个根据本发明第二方面的测量模块，适于在几条供电电缆的出发输出口处测量PLC消息的功率电平，

根据本发明第三方面的收集系统。

附图说明

当阅读以下描述时并且当检查伴随它的附图时将会更好地理解本发明。为了信息的目的提供这些附图，但是决不限制本发明，这些附图如下：

图1是一部分配电网络的视图；

图2是图1中所示的一部分配电网络的详细视图；

图3示出了本发明实施例中的消耗点(包括用户仪表和它的负载)的视图；

图4是本发明一个实施例中的方法的流程图；

图5示出了本发明实施例中的过滤系统。

具体实施方式

在图1中，用图解法示出了配电网络1的MV输出口(中电)，包括设有几个三相输出分支MV B₁、......、B_n的HT/MV(高压/中压)变电站3。

下文将会描述与分支B+对应的MV和LV配电网络，类似于对应于其他分支的网络。

MV分支B₁连接多个MV/LV(中压/低压)变电站2，图1中示出了其中三个。

典型地，MV/LV变电站2的这个数量是3到15之间。MV/LV变电站2布置在MV配电网络和LV配电网络之间。

例如，MV网络上的电压在3到33kV之间，并且LV网络的电压从110V到600V之间。

下文中，将会描述位于图1中的气泡Z中的MV/LV变电站2和由此MV/LV变电站供电的网络LV。其他MV/LV变电站和由这些站供电的LV网络具有类似的结构。

MV/LV变电站2包括变压器F₁，由MV分支B₁供电，适于执行中压到低压的转换。

在MV/LV变电站2中，变压器F1跟有分配表T₁上游的节点D₁。

在MV/LV变电站2中，此表T₁将在运送电流的一定数量的输出LV(低压)三相上的出口点D₁处所接收到的电流分配给通常拥有电表的多个用户10——单相或者三相——典型地在20到200个用户之间。图2是位于图1的气泡Z中的MV/LV变电站2和由此MV/LV变电站2供电的LV网络的更详细视图。

分配表T₁提供一定数量的三相LV输出口。典型地，这个数量通常是2到10之间。参考图2考虑两个三相输出Dep_a和Dep_b。

同样地，对于三相输出口Dep_a，分别对应于电压的第一、第二、第三相和中性线的四个单相电缆20_a1、20_a2、20_a3、20_aN从分配表T₁离开去到用户10。电缆20_a1、20_a2、20_a3适于分别将电流I_a1、I_a2、I_a3传递给这些多个用户10。

类似地，对于三相输出口Dep_b，分别对应于电压的第一、第二、第三相和中性线的四个单相电缆20_b1、20_b2、20_b3、20_bN从分配表T₁离开去到各个用户10。电缆20_b1、20_b2、20_b3适于将分别为I_b1、I_b2、I_b3的电流传递给这些多个用户10。

在MV/LV变电站2中，处理系统40，也称为集中器，电连接到分配表T₁上游的节点D₁。

处理系统40包括射频发送/接收模块41、PLC发送/接收模块(“电力线通信”)42、微控制器43和存储器44。数据库45存储在处理系统40的存储器44中。

由于沿着电缆分布的旁路，每条电缆20_ai、20_bi(其中i在1到3之间)给(1个到10个之间的)消耗点供电，例如一个家庭或者一组家庭，一个工厂等等。

这里考虑消耗点10_{a_1}、10_{a_2}、10_{a_3}、10_{a_4}、10_{a_5}、10_{b_1}、10_{b_2}、10_{b_3}、10_{b_4}。

通常，由于在变电站的电缆出发处和用户之间的连接不容易建立，，因为在许多情况下，电缆具有地埋部分，被修改或者被绕过许多次等等，所以不知道与在MV/LV变电站2的输出口上所标识的电缆有关的消耗点的分布。

这些电缆的长度可以改变并且可以达到200米。

参考图3，描述了消耗点10j的结构，j取值a_1，a_2，a_3，a_4，a_5，b_1，b_2，b_3，b_4。

消耗点10_j包括电流仪表30_j，其被布置在电缆C和电负载33_j之间，电缆C给它供电(电缆20a1、20a2、20a3、20b1、20b2、20b3当中的一条电缆)，电负载33_j是消耗点10_j的真正电负载。

在考虑的实施例中，电流仪表30_j包括PLC发送-接收模块31_j，微控制器32_j，电子或电机械计数模块34_j和存储器35_j。

当负载33_j消耗由给消耗点10_j供电的电缆C提供的电流I时，计数模块34_j适于测量由负载33_j消耗的电能，并且作为函数增加例如用千瓦小时(kWh)来表示的所消耗电能单位的计数。

在所考虑的实施例中，消耗点的仪表或者他们的至少一部分，适于以规则频率，通过PLC传输，发送由处理系统40的计数模块所产生的计数数据。

例如，该频率可以是每十分钟一次上至一天一次的程度。

如此参考消耗点10_j，在微控制器32_j的控制下，由计数模块34_j向PLC发送/接收模块31_j提供计数数据。从而PLC发送/接收模块31_j准备该数据以便使其与PLC协议适应，然后通过消耗点所连接的电缆经由PLC将其发送到处理模块40。

回想PLC的理论，大家知道，包括在通过电缆的交流电流上叠加包含要发送的数据的高频和低能量电信号。PLC信号由在同一电网上的任何PLC接收器接收。

在一个实施例中，处理系统40接收由连接至从分配表T₁出发的LV配电网络的不同仪表发送的读数，例如在存储器44中存储它们，然后在适用的情况下，在依次发送之前执行级联、平均等等的一个或几个操作在适用的情况下，得到到达网络的更高级的信息。因此，在MV/LV站2中可获得对于每个仪表的类似实时计数数据。

PLC消息包括指示消息发送者标识符的字段以及指示消息地址标识符的字段。这些识别符例如是PLC地址。

由这些仪表发送的、传输读数或其它的类型的PLC消息位于分配表T₁，并且随后位于连接到所考虑的MV/LV站的分配表T₁的所有电缆上，甚至经由交叉位于与连接至其他MV/LV站2的LV电缆上。

因此当后者被忽视时，这些消息的接收不可能确定这些仪表30_j在电缆20_ai、20_bi(其中i在1到3之间)上的分布，其中j取值a_1，a_2，a_3，a_4，a_5，b_1，b_2，b_3，b_4。

在本发明的一个实施例中，参考图2，将分别为21_a、21_b的测量模块安装在MV/LV变电站2的分配表T₁下游的每个三相输出口Dep_a、Dep_b上。

数据库45将每条电缆的标识符与安装在所述电缆出发的所述三相输出口上的测量模块的标识符关联，并与电缆对应的相的标识符关联。

测量模块21a包括三个PLC发送/接收模块，分别为22_a1、22_a2、22_a3，微控制器24_a，用于测量PLC消息的功率电平的元件26_a，以及存储器25_a。

用于测量PLC消息的功率电平的元件26_a适于参考中性线20_aN来测量与在各条电缆20_a1、20_a2、20_a3上的任一测量模块22_a1、22_a2、22_a3上接收的PLC消息对应的信号的功率电平(RSSI电平)。

存储器25_a包括适于在微控制器24_a上运行的软件应用251_a。

类似地，测量模块21b包括三个PLC发送/接收模块，分别为22_b1、22_b2、22_b3，微控制器24_b，用于测量PLC消息的功率电平的元件26_b，以及存储器25_b。

用于测量PLC消息的功率电平的元件26_b适于参考中性线20_bN来测量与在各条电缆20_b1、20_b2、20_b3上的任一测量模块22_b1、22_b2、22_b3上接收的PLC消息对应的信号的功率电平。

根据这些实施例，PLC发送/接收模块是感性或容性性质。

在PLC通信中，处理系统40、电流模块21_a、21_b以及仪表30_{a_1}、30_{a_2}、30_{a_3}、30_{a_4}、30_{a_5}、30_{b_1}、30_{b_2}、30_{b_3}、30_{b_4}由标识符，例如各个PLC地址来标识。

在用于定位配电系统1中的消耗点的方法的实施例中，参考图4，执行以下步骤。

在步骤100中，仪表30_{a_1}、30_{a_2}、30_{a_3}、30_{a_4}、30_{a_5}、30_{b_1}、30_{b_2}、30_{b_3}、30_{b_4}当中的仪表30_i发送指示地址30_i的PLC消息。

如上面说明，在步骤101中，在测量模块21_a、21_b中并且在控制器40中的每个PLC接收器独立于在消息中指示的它的地址的标识符地接收此消息。

然后，在各个PLC接收器22_a1、22_a2、22_a3、22_b1、22_b2、22_b3接收PLC消息期间，各个测量模块21_a、21_b适于在微控制器24a、24b上运行各个软件应用251_a、251_b之后执行以下步骤。

这样，在步骤102中，分别为21_a、21_b的每个测量模块，使用用于测量功率电平的元件26a、26b，测量所接收的消息的功率电平，例如由每个PLC接收器22_a1、22_a2、22_a3、22_b1、22_b2、22_b3所接收的IEEE802.11标准的RSSI(接收信号强度指示)类型的信号的功率电平。

在步骤103中，由分别为21_a和21_b的每个测量模块来确定用于每个相的数据矢量，包括：

所述测量模块的标识符，

相关相(相1用于接收器22_a1和接收器22_b1，相2用于接收器22_a2和接收器22_b2，相3用于接收器22_a3和接收器22_b3)，

在PLC消息来源处的仪表30_i的标识符，

由测量模块测量出的在相关相上接收的消息的功率电平。

在步骤104中，如此由测量模块21_a、21_b所确定的每个矢量之后通过PLC从所述测量模块发送到集中器40。

在步骤105中，集中器40比较所接收到的包含相同仪表地址30_i的不同矢量的被测量出的功率电平，并且它从这些被如此比较的矢量当中，选择具有最大功率电平的一个。

在步骤106中，集中器40通过将所选择的矢量中指示的相和所选择的矢量中指示的测量模块的标识符与仪表30_i关联来填充数据库45。

如此，本发明使得能够经由DB45中的每条单相电缆的标识符与测量模块和相的标识符两者之间的对应关系，来确定消耗点对应于MV/LV站2上哪一条单相电缆出口。

然后，对于由分离的仪表继续发送的PLC消息，重复步骤100至106，如此有可能定位具有PLC发送器/接收器的不同仪表。

因此，当预先不知道部分中间电缆的结构和运载(carriage)的时候通过使得可能在电缆出口处确定哪条电缆给仪表30_i供电，因此本发明非常有用。

在一个实施例中，在定位仪表的相中，集中器40接连命令每个仪表发送特定PLC消息以便实现上述用于定位的方法的步骤。

在另一实施例中，使用不是专用于定位的消息，例如使用仪表读数消息，来执行这些步骤。

在参考图4描述的实施例中，在执行关于所考虑的由仪表发送的消息的步骤100至104之后，在执行关于另一仪表的步骤100至104之前，执行比较数据库45的矢量和信息的步骤106。在另一个实施例中，为连续的仪表执行步骤100至104，不在这两次重复之间执行步骤105和106。然后，一旦集中器40具有为所有仪表所确定的所有数据矢量，然后它重复步骤105和106，对于每次新的重复考虑不同仪表。

在该实施例中，数据矢量指示输出电缆(或者测量模块)和相的标识符。在另一个实施例中，数据矢量替代地指示单相电缆自身的标识符。

在另一个实施例中，消耗点没有仪表，但是包括用于执行根据本发明的方法的PLC发送器/接收器。

在所述实施例中，测量模块21_a、21_b将这些矢量经由PLC通信到集中器40。在另一个实施例中，这些矢量由其他通信手段例如无线电通信链路等等来通信。

在一个实施例中，集中器40进一步适于对分配给给定电缆的仪表来以所接收的信号的功率电平的降序排序，并且从此推论出根据它们关于MV/LV变电站的接近性的这些仪表的分类(使用最大功率电平对应于最大接近性)。

在一个实施例中，为了增加为同一仪表所发送的消息而测量的不同功率电平之间的差异，在电缆出口Dep_a、Dep_b和位于出口下游的测量模块21_a、21_b之间增加滤波系统F，如图2中所示。

在图5中所示的实施例中，滤波是容性的。例如X2级电容器C被布置在中性点和同一出口的每一个相之间(例如电容在100nF到几微F的范围中取值，其对应于近似2dB的功率电平值的衰减目标)。

在这个实施例中，比较合适的是，由于以下两个原因，在测量模块21_a、21_b中的PLC发送器/接收器的感性和容性耦合器尽可能与滤波器F的电容器分离。

首先，供电电缆的线性电感对于滤波有益；在耦合器和电容器之间的距离越大，电感将越高。而且，如果三个电容器接近耦合器放置，则在相之间存在信号电平的一致性(uniformisation)，这将会减少根据本发明的方法的有效性。典型地，在同一相上在滤波器的电容器和耦合器之间的距离包含在以米表示的范围[0，1；2]中。

在一个实施例中，此滤波可以通过增加铁氧体元件29来改善，该铁性元件29可以卡到与各个相关联的每条电缆上，例如对应于20毫微亨的电感，这使得可能局部增加电缆的电感。当电缆中的电流小于10安培时，在每个相上如此执行的结合电容和电感的滤波变得比单个电容更有效。因此，为了进行有效滤波，在实现根据本发明的定位方法之前需要一个延迟直到在供电电缆中流过的电流小于10安培。这种布置具有不需要为滤波安装能够支持额定电流(典型地具有400到630安培的强度)的电感的优点。

在一个实施例中，例如，在滤波器F将会过度减少打算供给集中器40的PLC信号的情况下，滤波器F的执行由集中器40控制，例如通过控制布置在每个电容器和其连接至的相电缆1、2或3之间的开关。在电流位置，开关是断开的，滤波器通过(pass through)，集中器40从仪表接收信息。在“仪表定位”位置，开关闭合，滤波器是有效的。

在一个实施例中，通过一个或多个测量模块21_a、21_b执行集中器40的功能。

如此，本发明使得可以定位在配电网络上安装的、具有PLC通信装置的仪表，以及即使网络中所有仪表都不具有这样的通信装置，也可以定位仪表。

本发明不要求在低压出口处安装电流传感器。即使当消耗点没有消耗电能时也可以实现本发明，那么与所述消耗点关联的通信仪表被称为休眠(dormant)仪表。

而且本发明不要求对诸如负载曲线的仪表数据的存取，在某些情况下，其被认为是秘密的并且常常不被认为是分配器的性质。

Claims (10)

1.一种用于在配电系统(1)中定位消耗点的方法，其中电缆(20bN、20b1、20b2、20b3)向各个消耗点(10b_1、10b_2、10b_3、10b_4)提供电流，每条电缆包括从中央节点(D1)出发的输出口，各个消耗点具有称为PLC的电力线通信的第一无线电通讯装置(31j)，在每条电缆的出发点上的至少一个测量模块(21a、21b)能够经由PLC类型的第二无线电通信装置(22a1-22a3、22b1-22b3)接收PLC消息，并且测量接收到的所述消息的功率电平，

所述方法的特征在于，在分离的电缆的出发输出口上接收由消耗点发送并且指示所述消耗点的标识符的相同PLC消息之后，所述方法包括下面的步骤：

i/通过所述测量模块测量与指示的所述标识符关联的所述接收的、在分离的电缆的每个所述出发输出口上的功率电平；

ii/比较测量的所述功率电平；

iii/从比较的功率电平当中选择最大功率电平；

iv/确定将在其出发输出口处测量到功率电平的电缆选择为所述消耗点的供电电缆。

2.根据权利要求1所述的用于定位消耗点的方法，其测量模块(21a、21b)还适于向收集系统(40)远程发送数据，所述方法包括通过所述测量模块向收集系统远程发送数据表的步骤，该数据表指示已经发送消息的消耗点的标识符、由所述测量模块测量的所述功率电平、以及在其出发输出口处测量到所述电平的电缆的标识符，用于由所述收集系统确定称作消耗点的供电电缆的目的。

3.根据权利要求2所述的用于定位消耗点的方法，其中使用所述第二无线电通信装置(22a1-22a3、22b1-22b3)执行远程发送。

4.根据权利要求1所述的定位消耗点的方法，其中消耗点(10j)包括适于根据由所述关联的消耗点所消耗的电流而增加的电仪表(34j)，由消耗点发送的所述PLC消息包括指示由所述消耗点消耗的电读数的数据。

5.根据权利要求1所述的定位消耗点的方法，其中滤波器(F)被布置在中央节点(D1)和安装在电缆上的测量模块(21a、21b)之间，用于削弱通过滤波器的PLC信号的目的。

6.根据权利要求5所述的定位消耗点的方法，其中可以远程控制在中央节点(D1)和测量模块(21a、21b)之间的滤波器(F)的应用。

7.根据上述任一项权利要求所述的定位消耗点的方法，其中对于给定的电缆(20bN、20b1、20b2、20b3)，根据为所述消耗点选择的功率电平的分类，按照每个消耗点和电缆出发输出口之间的距离，在步骤iv/中确定的消耗点(10b_1、10b_2、10b_3、10b_4)的分类被确定为由所述给定的电缆供电。

8.一种包括称为PLC的电力线通信类型的第一无线电通信装置(22a1-22a3、22b1-22b3)的测量模块(21a、21b)，其位于电流导电电缆(20bN，20b1，20b2，20b3)的中间，并且适于在所述电缆上接收指示已经发送消息的消耗点的标识符的PLC消息之后测量接收的所述消息的功率电平并且向收集系统(40)远程发送数据表，该数据表指示已经发送消息的消耗点的标识符、测量的消息的功率电平以及导电电缆的测量模块的标识符。

9.一种用于将电流分配给消耗点(10b_1、10b_2、10b_3、10b_4)的系统(1)的收集系统(40)，包括无线电通信装置(42)，其适于经由所述无线电通信装置从至少一个测量模块(21a、21b)接收数据表，每一个数据表指示消耗点的标识符、由电缆上的测量设备所测量的由所述消耗点发送的PLC消息的功率电平以及电缆或测量模块的标识符；

所述收集系统还适于比较在分离的电缆上测量并且在所接收的数据表中指示的、关于由所确定的消耗点发送的同一消息的功率电平，从比较的电平当中选择最大功率电平，并且以便确定将在其出发输出口处测量到功率电平的电缆选择为所述确定的消耗点的供电电缆。

10.一种用于分配电流的系统(1)，包括：

电缆(20bN、20b1、20b2、20b3)，每条包括出发输出口并且将电流分配给各个消耗点，

一个或几个根据权利要求8的测量模块(21a、21b)，适于在几条供电电缆的出发输出口处测量PLC消息的功率电平，

根据权利要求9的收集系统(40)。