CN106026408B - 低压台区物理拓扑在线生成和实时监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低压配网线路检测技术领域，具体涉及一种低压台区物理拓扑在线生成和实时监测方法，在台区线路上合理部署信号产生单元、信号检测单元和数据传输单元，数据传输单元与电力监管平台通讯；发送拓扑在线生成指令后，逐一生成各分支线路物理拓扑，并合并为整个低压台区物理拓扑并保存；将生成的物理拓扑与之前存储的进行比较，若不同，标记改变位置；本发明还提供一种低压台区物理拓扑在线生成和实时监测系统，于台区线路末端和中间设备处设信号产生单元，于台区线路中间和首端设备处设信号检测单元，于配电变压器低压侧设数据传输单元；本发明能够在线生成台区线路物理拓扑并实时监测，及时发现线路拓扑变化，保障电力系统可靠运行。

Description

低压台区物理拓扑在线生成和实时监测方法及系统

技术领域

本发明涉及低压配网线路检测技术领域，具体涉及一种低压台区物理拓扑在线生成和实时监测方法及系统。

背景技术

近年来，随着电网的快速发展，配变台区的硬件设施得到了极大的完善。而电力系统的市场化，对用电管理部门提出了更精细化的管理要求。降耗减损的需求更为迫切，降低台区线损率，使台区线损率满足国家标准成了一个重要的指标。而在线损管理中，分台区、分相管理最为困难，主要体现在：

1、台区基础资料不全；对于一些老旧台区，由于时间较长，原来保存的资料遗失，或后期线路改造之后，未能及时更新基础资料，造成了资料与实际线路不匹配的结果。

2、用户私自搭接用电线路，尤其在台区交界处，更容易造成交叉现象，此种情况加重了台区线路混乱程度。

目前，普遍采用台区用户识别仪来进行台区识别。台区识别仪目前有两种类型：

1、传统的、单纯采用电力载波通信方式的，它通过在配变低压侧产生一个电力载波信号源，在被测地点检测此电力载波信号，若能检测到此信号，就可以判定被测点属于此配变台区。

2、采用脉冲特征电流信号和电力载波信号相结合的双向再确认方法进行台区识别。此方法是在被测点向电力线路发送一个脉冲特征电流信号，安装在配变低压侧的主机检测到此脉冲特征电流信号后，再通过电力载波通信的方式与被测点装置进行信息确认，从而判定被测点属于此配变台区的某一相。

单纯采用电力载波通信的方式有两个明显缺点：在相邻台变共高压、共地、共电缆沟的情况下因为载波信号的串线很容易造成误判；电力载波信号是高频信号，衰减严重，距离长、线路干扰大的用户无法识别；采用脉冲特征电流信号和电力载波信号相结合的方法虽然提高了识别的可靠度，但是操作复杂，工作量大。

上述两种台区用户识别仪都属于现场测试仪表，是一种离线测试方法。现场测试时，需要工作人员手动测试被测点与台区配变的所属关系，对于线路复杂的配变台区，确定线路分支关系时，现场人员工作量大，耗费大量时间，且不能自动生成线路连接关系，需要人工整理。这种离线式的测试方法，也无法实现对台区拓扑的实时监测。

发明内容

为解决上述技术中的不足，本发明的目的在于：提供一种低压台区物理拓扑在线生成和实时监测方法及系统，能够在线精确生成台区线路物理拓扑连接，并实时监测，及时发现线路拓扑变化，保障电力系统的可靠运行。

为解决其技术问题，本发明所采取的技术方案为：

所述低压台区物理拓扑在线生成和实时监测方法，包括：

在台区线路末端设备和中间设备处分别设置信号产生单元，在台区线路中间设备和首端设备处设置信号检测单元，在配电变压器低压侧设置数据集中单元，数据集中单元与监控平台通讯；

按设备类型将线路各设备ID号注册到监控平台；

监控平台发送拓扑在线生成指令，台区线路末端设备数量对应分支线路数量，逐一生成分支线路物理拓扑，整合为整个低压台区物理拓扑并保存，将当前生成的低压台区物理拓扑与之前存储的低压台区物理拓扑进行比较，若不同，对改变位置进行标记。

本发明监控平台配置于台区监控室、上级管理部门或相关电力监管部门，用以实现台区拓扑构成的实时监控，信号产生单元用于在线路上产生一个特征信号，以特征电流信号为例，根据电流的传播特性，此特征电流信号的传输路径为信号产生单元所在位置与配电变压器低压侧之间的线路；信号检测单元用于检测线路上是否有信号产生单元产生的特征电流信号，同时检测A、B、C三相电流，信号检测单元也可以精确检测到信号产生单元所处的相位属性；将信号检测单元部署在配电变压器低压侧和信号产生单元之间的位置上，即可检测到特征电流信号；数据集中单元接收监控平台指令，以广播的方式向指定的信号产生单元发出指令产生特征电流信号，信号检测单元接收此广播指令后同时开始检测自己所在位置是否有信号产生单元产生的特征电流信号流过，若检测到则上报给数据集中单元；监控平台负责整个过程的调度、控制以及结果的呈现，由监控平台发起调度，指定数据集中单元向某个特定的信号产生单元发出指令产生特征电流信号，检测到特征电流信号的信号检测单元向数据集中单元反馈数据，最后数据集中单元对反馈数据进行初步分析整理之后向监控平台报告结果，由监控平台最终确定线路连接。上述方法可以精确在线生成达到台区—分支—相位精度的台区物理拓扑，并且可以根据前后生成的物理拓扑，识别出连接关系发生变化的线路，提醒管理人员做出相应调整。

其中，优选技术方案为：

所述信号产生单元和信号检测单元通过电力载波与数据集中单元进行通信，数据集中单元与监控平台通过无线或有线方式进行通讯，例如，RS485、以太网、GPRS、4G等，为防止出现误检，数据集中单元采集到现场数据后，首先对数据进行筛选，如果数据集中单元检测到收集到的数据中存在非特征信号，对该非特征信号进行剔除后，再将数据发送给监控平台，进行物理拓扑的在线生成和实时监测，提高效率。

台区线路每个中间设备设置的信号产生单元和信号检测单元集成为一体，可统称为线路监控单元。

所述分支线路物理拓扑生成步骤为：

第一步，监控平台向数据集中单元发送指令，指定一分支线路末端设备处部署的信号产生单元产生特征信号，特征信号上行；

第二步，与上一步选定的末端设备处于同一分支线路的中间设备处部署的信号检测单元检测到上行特征信号，并通过数据集中单元向监控平台发送反馈数据，监控平台过设备ID号识别当前分支线路上各中间设备；

第三步，监控平台随机从当前分支线路的中间设备中挑选一个设备；

第四步，选定的中间设备处部署的信号产生单元产生特征信号，特征信号上行，检测到上行特征信号的信号检测单元向数据集中单元发送反馈数据；

第五步，监控平台随机从当前分支线路其余中间设备中挑选一个设备，重复第四步；

第六步，重复第五步，直至确认当前分支线路所有中间设备的位置，生成当前分支线路物理拓扑。

所述拓扑在线生成指令由监控平台定时发送，或由操作人员下达，发现异常后及时报警，通知监管人员及时调整，保障电力系统的可靠运行。

本发明还提供一种低压台区物理拓扑在线生成和实时监测系统，包括信号产生单元、信号检测单元和数据集中单元，所述信号产生单元设于台区线路末端设备和中间设备处，所述信号检测单元设于台区线路中间设备和首端设备处，所述数据集中单元设于在配电变压器低压侧，信号产生单元和信号检测单元均通过电力载波与数据集中单元通信，数据集中单元与监控平台进行通讯。

所述信号产生单元采用功率器件作为主要开关元器件，例如晶闸管，采用容性或阻性元器件作为功率负载产生特征电流信号，此特征电流信号可以是一个瞬时的脉冲信号也可是一个短时持续的周期性模拟信号；所述信号检测单元包括电流互感器、信号调理电路、模数转换器和控制芯片，信号检测单元通过电流互感器采集电流信号，然后经过信号调理电路来检测该电流信号，电流信号经过模数转化器进行模数转化后送入控制芯片，由控制芯片判断采集到的电流信号是否是特征电流信号，上述信号产生单元和信号检测单元的实现电路结构属于本领域技术人员公知技术，此处不再赘述。

所述数据集中模块与监控平台之间通过无线传输模块或有线传输模块进行通讯，例如，RS485、以太网、GPRS、4G等。

所述台区线路中间设备处设置的信号产生单元和信号检测单元集成为一体。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明能够在线精确生成台区线路物理拓扑连接，并实时监测，及时发现线路拓扑变化，保障电力系统的可靠运行。在低压台区各个核心连接设备及需要管理的用户处，分布式部署上述的信号产生单元和信号检测单元等硬件终端设备，所有的硬件终端设备采用在线式运行方式，整个系统部署完毕之后，不再需要人工干预，由系统软硬件协调工作，自动生成低压台区的实际的物理拓扑连接图，为用电管理部门降耗减损工作提供有力的数据依据；并且本发明能够实时监测线路连接情况，当线路连接情况发生改变时，本系统会及时做出提醒，为电力系统的可靠运行和精细化管理提供支持，为用电管理部门提高工作效率，降低管理成本，节约时间，并节省大量人力、物力，较好的实现经济效益和社会效益。

附图说明

图1本发明实施例1低压台区线路连接示意图。

图2是本发明实施例1、3信号产生单元和信号产生单元部署图。

图3是本发明实施例2、4信号产生单元和信号产生单元部署图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例做进一步描述：

实施例1：

如图1-2所示，以树形连接为例，低压台区线路连接的核心设备主要包括：配电变压器、出线柜、分支箱和用户表箱，其中，用户表箱为台区线路末端设备，级联的分支箱为台区线路中间设备，出线柜为台区线路首端设备，图1中黑色粗实线代表母线(A、B、C、N三相四线)，黑色细实线代表分到用户表箱的单相线路(A、B、C任意一相的L、N两线)，本发明所述低压台区物理拓扑在线生成和实时监测方法，包括：

在台区线路末端设备和中间设备处分别设置信号产生单元，在台区线路中间设备和首端设备处设置信号检测单元，在配电变压器低压侧设置数据集中单元，数据集中单元与监控平台通讯；

按设备类型将线路各设备ID号注册到监控平台；

监控平台发送拓扑在线生成指令，台区线路末端设备数量对应分支线路数量，逐一生成分支线路物理拓扑，整合为整个低压台区物理拓扑并保存，将当前生成的低压台区物理拓扑与之前存储的低压台区物理拓扑进行比较，若不同，对改变位置进行标记。

其中，信号产生单元和信号检测单元通过电力载波与数据集中单元进行通信，数据集中单元与监控平台通过无线或有线方式进行通讯，例如，RS485、以太网、GPRS、4G等，为防止出现误检，数据集中单元采集到现场数据后，首先对数据进行筛选，如果数据集中单元检测到收集到的数据中存在非特征信号，对该非特征信号进行剔除后，再将数据发送给监控平台，将数据发送给监控平台，进行物理拓扑的在线生成和实时监测，提高效率。

如图2所示，所述分支线路物理拓扑生成步骤为：

第一步，监控平台向部署在⑤号位置的数据集中单元发送指令，指定①号位置的线路末端设备处部署的信号产生单元产生特征信号，特征信号上行；

第二步，与①号位置末端设备处于同一分支线路的②、③、④号位置部署的信号检测单元检测到上行特征信号，并通过部署在⑤号位置的数据集中单元向监控平台发送反馈数据，监控平台通过设备ID号识别当前分支线路上各设备；

第三步，监控平台根据设备类型识别出④号位置为线路首端出线柜，不再对④号位置进行操作，监控平台再随机从当前分支线路②、③号位置的中间设备中挑选一个设备，以选定③号位置中间设备为例；

第四步，选定的③号位置中间设备处部署的信号产生单元产生特征信号，特征信号上行，部署在④号位置的信号检测单元检测到上行特征信号，并向部署在⑤号位置的数据集中单元发送反馈数据；

第五步，监控平台选定剩余的②号位置，对选定位置部署的信号产生单元执行与第四步相同的操作，②号位置中间设备处部署的信号产生单元产生特征信号，特征信号上行，部署在③、④号位置的信号检测单元检测到上行特征信号，并向部署在⑤号位置的数据集中单元发送反馈数据；

第六步，根据以上反馈的结果即可得到②、③、④号位置的物理先后顺序；至此确认当前分支线路所有中间设备的位置，生成当前分支线路物理拓扑。

一条分支线路的拓扑生成过程执行完毕，监控平台可以再选定一个部署在用户表箱处的信号产生单元重复上述过程，直到整个台区的物理拓扑生成完毕。

所述拓扑在线生成指令由监控平台定时发送，或由操作人员下达，发现异常后及时报警，通知监管人员及时调整，保障电力系统的可靠运行。

实施例2：

如图3所示，本实施例在实施例1的基础上将台区线路每个中间设备设置的信号产生单元和信号检测单元集成为一体，统称为线路监控单元，其物理拓扑的在线生成和实时监测方法与实施例1相同。

实施例3：

以树形连接为例，如图1所示，低压台区线路连接的核心设备主要包括：配电变压器、出线柜、分支箱和用户表箱，其中，用户表箱为台区线路末端设备，级联的分支箱为台区线路中间设备，出线柜为台区线路首端设备，如图2所示，本实施例提供一种低压台区物理拓扑在线生成和实时监测系统，包括信号产生单元、信号检测单元和数据集中单元，所述信号产生单元设于台区线路末端设备和中间设备处，所述信号检测单元设于台区线路中间设备和首端设备处，所述数据集中单元设于在配电变压器低压侧，信号产生单元和信号检测单元均通过电力载波与数据集中单元通信，数据集中单元与监控平台进行通讯。

其中，所述信号产生单元采用功率器件作为主要开关元器件，例如晶闸管，采用容性或阻性元器件作为功率负载产生特征电流信号，此特征电流信号可以是一个瞬时的脉冲信号也可是一个短时持续的周期性模拟信号；所述信号检测单元包括电流互感器、信号调理电路、模数转换器和控制芯片，信号检测单元通过电流互感器采集电流信号，然后经过信号调理电路来检测该电流信号，电流信号经过模数转化器进行模数转化后送入控制芯片，由控制芯片判断采集到的电流信号是否是特征电流信号，上述信号产生单元和信号检测单元的实现电路结构属于本领域技术人员公知技术，此处不再赘述；数据集中单元与监控平台通过无线或有线方式进行通讯，例如，RS485、以太网、GPRS、4G等，为防止出现误检，数据集中单元采集到现场数据后，首先对数据进行筛选，如果数据集中单元检测到收集到的数据中存在非特征信号，对该非特征信号进行剔除后，再将数据发送给监控平台，将数据发送给监控平台，进行物理拓扑的在线生成和实时监测，提高效率。

本实施例工作过程如下：

第一步，监控平台向部署在⑤号位置的数据集中单元发送指令，选定部署在①号位置用户表箱处的信号产生单元产生特征电流信号；

第二步，部署在⑤号位置的数据集中单元接收到指令后，通过电力载波通信方式发出广播命令，指定部署在①号位置的信号产生单元产生特征电流信号；

第三步，系统内的各个信号检测单元接收到此广播命令后，进入信号检测模式，实时检测线路上的特征电流信号，并对特征电流信号进行分析；①号位置部署的信号产生单元接收到广播命令后，启动信号电流产生过程，向线路上产生信号电流，依据电流的传播特性，此电流路径为①、②、③、④号位置到配电变压器低压侧，其它路径上无此信号电流；

第四步，部署在②、③、④号位置的信号检测单元都会检测到此信号电流，并通过载波通信方式向⑤号位置的数据集中单元发出检测结果反馈，数据集中单元再通过无线通信方式向监控平台发送此检测结果，监控平台接收后确定①号位置用户表箱所在的线路分支；

第五步，监控平台根据设备类型识别出④号位置为线路首端出线柜，不再对④号位置进行操作，监控平台再随机从能检测到特征电流信号的部署在②、③号位置的信号产生单元中挑选一个，重复上述过程，以选定③号位置为例；

第六步，监控平台通过无线通信方式向部署在⑤号位置的数据集中单元发出指令，选定部署在③号位置的信号产生单元产生特征电流信号；

第七步，数据集中单元接收到指令后，通过电力载波通信方式发出广播命令，指定③号位置的信号产生单元产生特征电流信号；

第八步，系统内的各个信号检测单元接收到此广播命令后，进入信号检测模式，实时检测线路上的特征电流信号，并对特征电流信号进行分析；③号位置的信号产生单元接收到广播命令后，启动信号电流产生过程，向线路上产生信号电流，依据电流的传播特性，此电流路径为③、④号位置到配电变压器低压侧，其它路径上无此信号电流，部署在④号位置的信号检测单元会检测到此信号电流，并通过载波通信方式向⑤号位置的数据集中单元发出检测结果反馈；而②号位置的信号检测单元不会检测到信号电流，也不会向数据集中单元发送检测结果；

第九步，数据集中单元将收到的检测结果通过无线通信方式报告给监控平台，监控平台确定④号位置在③号位置的前端，而②号位置在③号位置的后端，确定②、③、④号位置的前后顺序。

一条分支线路的拓扑生成过程执行完毕，监控平台可以再选定一个部署在用户表箱处的信号产生单元重复上述过程，直到整个台区的物理拓扑生成完毕，保存整个台区物理拓扑。

整个台区的物理拓扑生成完毕后，系统与以前存储的物理拓扑进行对比，若发现线路连接发生变化，比如某个分支箱的某个分支发生改变，则在系统中显示并标记，并对管理人员做出提醒，做到对整个台区物理拓扑的实时在线监测。

实施例4：

如图3所示，本实施例在实施例3的基础上，将台区线路中间设备处设置的信号产生单元和信号检测单元集成为一体，统称为线路监控单元，工作过程如下：

第一步，监控平台向部署在⑤号位置的数据集中单元发送指令，选定部署在①号位置用户表箱处的信号产生单元产生特征电流信号；

第二步，部署在⑤号位置的数据集中单元接收到指令后，通过电力载波通信方式发出广播命令，指定部署在①号位置的信号产生单元产生特征电流信号；

第三步，系统内的各个信号检测单元接收到此广播命令后，进入信号检测模式，实时检测线路上的特征电流信号，并对特征电流信号进行分析；①号位置部署的信号产生单元接收到广播命令后，启动信号电流产生过程，向线路上产生检测电流，依据电流的传播特性，此电流路径为②、③、④号位置到配电变压器低压侧，其它路径上无此信号电流；

第四步，部署在②、③号位置的线路监控单元和部署在④号位置信号检测单元的都会检测到此信号电流，并通过载波通信方式向⑤号位置的数据集中单元发出检测结果反馈，数据集中单元再通过无线通信方式向监控平台此检测结果，监控平台接收后确定①号位置用户表箱所在的线路分支；

第五步，监控平台根据设备类型识别出④号位置为线路首端出线柜，不再对④号位置进行操作，监控平台再随机从能检测到特征电流信号的部署在②、③号位置的信号产生单元中挑选一个，重复上述过程，以选定③号位置为例；

第六步，监控平台通过无线通信方式向部署在⑤号位置的数据集中单元发出指令，选定部署在③号位置的线路监控单元产生特征电流信号；

第七步，数据集中单元接收到指令后，通过电力载波通信方式发出广播命令，指定③号位置的线路监控单元产生特征电流信号；

第八步，系统内的各个线路监控单元和信号检测单元接收到此广播命令后，进入信号检测模式，实时检测线路上的特征电流信号，并对特征电流信号进行分析；③号位置的线路监控单元接收到广播命令后，启动信号电流产生过程，向线路上产生信号电流，依据电流的传播特性，此电流顺次经过③、④号位置到配电变压器低压侧，其它路径上无此信号电流，部署在④号位置的信号检测单元会检测到此信号电流，并通过载波通信方式向⑤号位置的数据集中单元发出检测结果反馈；而②号位置的线路监控单元不会检测到信号电流，也不会向数据集中单元发送检测结果；

第九步，数据集中单元将收到的检测结果通过无线通信方式报告给监控平台，监控平台确定④号位置在③号位置的前端，而②号位置在③号位置的后端，确定②、③、④号位置的前后顺序。

Claims (7)

1.一种低压台区物理拓扑在线生成和实时监测方法，其特征在于，包括：

在台区线路末端设备和中间设备处分别设置信号产生单元，在台区线路中间设备和首端设备处设置信号检测单元，在配电变压器低压侧设置数据集中单元，数据集中单元与监控平台通讯；

按设备类型将线路各设备ID号注册到监控平台；

监控平台发送拓扑在线生成指令，台区线路末端设备数量对应分支线路数量，逐一生成分支线路物理拓扑，整合为整个低压台区物理拓扑并保存，将当前生成的低压台区物理拓扑与之前存储的低压台区物理拓扑进行比较，若不同，对改变位置进行标记；

所述分支线路物理拓扑生成步骤为：

第一步，监控平台向数据集中单元发送指令，指定一分支线路末端设备处部署的信号产生单元产生特征信号，特征信号上行；

第二步，与上一步选定的末端设备处于同一分支线路的中间设备处部署的信号检测单元检测到上行特征信号，并通过数据集中单元向监控平台发送反馈数据，监控平台过设备ID号识别当前分支线路上各中间设备；

第三步，监控平台随机从当前分支线路的中间设备中挑选一个设备；

第四步，选定的中间设备处部署的信号产生单元产生特征信号，特征信号上行，检测到上行特征信号的信号检测单元向数据集中单元发送反馈数据；

第五步，监控平台随机从当前分支线路其余中间设备中挑选一个设备，重复第四步；

第六步，重复第五步，直至确认当前分支线路所有中间设备的位置，生成当前分支线路物理拓扑。

2.根据权利要求1所述的低压台区物理拓扑在线生成和实时监测方法，其特征在于，所述信号产生单元和信号检测单元通过电力载波与数据集中单元进行通信，数据集中单元与监控平台通过无线或有线方式进行通讯。

3.根据权利要求1或2所述的低压台区物理拓扑在线生成和实时监测方法，其特征在于，台区线路每个中间设备设置的信号产生单元和信号检测单元集成为一体。

4.根据权利要求1所述的低压台区物理拓扑在线生成和实时监测方法，其特征在于，所述拓扑在线生成指令由监控平台定时发送，或由操作人员下达，发现异常后及时报警，通知监管人员及时调整，保障电力系统的可靠运行。

5.一种低压台区物理拓扑在线生成和实时监测系统，其特征在于，利用权利要求1所述的低压台区物理拓扑在线生成和实时监测方法,包括信号产生单元、信号检测单元和数据集中单元，所述信号产生单元设于台区线路末端设备和中间设备处，所述信号检测单元设于台区线路中间设备和首端设备处，所述数据集中单元设于在配电变压器低压侧，信号产生单元和信号检测单元均通过电力载波与数据集中单元通信，数据集中单元与监控平台进行通讯。

6.根据权利要求5所述的低压台区物理拓扑在线生成和实时监测系统，其特征在于，所述数据集中单元与监控平台之间通过无线传输模块或有线传输模块进行通讯。

7.根据权利要求5所述的低压台区物理拓扑在线生成和实时监测系统，其特征在于，所述台区线路中间设备处设置的信号产生单元和信号检测单元集成为一体。