CN107332684A - 一种低压配电台区电气网络拓扑识别系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低压配电台区电气网络拓扑识别系统，包括嵌入通信集中器的第一通信单元、嵌入采集器的第二通信单元、嵌入智能电表的第三通信单元和嵌入能效监测终端的第四通信单元；所述第二通信单元分别与所述第一通信单元、所述第四通信单元、所述第三通信单元通过传输模块连接；所述传输模块包括了低压电力线脉冲调制模块和470MHz无线信号传输模块。本发明利用多网融合技术，在硬件结构不改变的基础上实现供电网络电气拓扑识别，供电电源端与用电点可实现双向准实时通信，由第一通信单元定时自动分析台区电气网络连接关系，并可与台区用电信息采集设备集成，并自成系统完成电气拓扑数据收集和上传，具有安装方便、安全性高等特点。

Description

一种低压配电台区电气网络拓扑识别系统及方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种低压配电台区电气网络拓扑识别系统及方法。
背景技术
配电台区电气网络拓扑关系自动识别实质上就是可靠得出园区、小区、楼宇内各电气设备与其供电电源的连接关系，并用一定的方式把这些连接关系进行存储。电网公司正在大力开展营配信息贯通工作，配电台区电气网络拓扑对电力公司提高供电可靠性管理水平、提高供电服务能力至关重要。由于电力公司配电台区数量大、电气接线复杂，还存在私搭乱建现象；尽管电力公司经过电能计量表计普查，要及时准确掌握配电台区电气网络拓扑还是存在较大难度。
目前比较常见的实现配电台区电气网络拓扑识别的方法有：（1）利用目前的低压线路电力线载波通信技术，包括窄带电力线载波或宽带电力线载波，通过用电信息采集系统的集中器和采集器实现载波信号的发送和回传。该方法的特点是简单易行，但是存在传送死区，受配电台区负载影响大。（2）在低压配电线路（或母线）上，注入较大功率的工频信号，用移动采集设备在用电设备或电能计量设备处测量注入的工频信号。该方法的优点是准确性较高，但是现场测试接线麻烦，效率低，还存在一定的安全隐患。（3）利用用电信息采集系统采集的配电台区用户用电信息，通过电压数据相似性或相关性分析方法，不增加硬件成本，自动分析台区供电电源与用电设备间的连接关系。该方法优点是不需要增加投资，方法新颖，但是该方法拓扑识别准确性有待提高，对线路重载或有分布式电源接入线路电压特殊分布适应性较差。
公开号CN 102820707的一种配网拓扑识别系统，将配网划分成不同的配电区域，自动识别系统包括：用于存储配电设备信息的电子标签，配电设备信息包括设备编号、设备类型、位置信息，电子标签安装在配网设备上，其中两端口电气元件的两端分别安装有电子标签，母线上分布有电子标签；固定设置在每个配电区域内的配电终端，配电终端内设置有无线通讯设备，配电终端通过无线通讯设备与对应配电区域内所包含的配电设备上的电子标签通讯连接，配电终端在线采集该配电区域内的配电设备信息并生成该区域配电网络拓扑信息；用于与所有配电区域内的配电终端通讯连接的配电主站，配电主站根据配电终端上传的局域配电网络拓扑信息生成全局配电网络拓扑。该系统在电气元件、母线上设置大量电子标签，增加了硬件成本及现有设备的改造成本。
因此，需要一种可减少电力公司工作人员的劳动强度、提高效率、成本低的电气网络拓扑识别系统。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种低压配电台区电气网络拓扑识别系统，利用多网融合技术，在硬件结构不改变的基础上实现台区供电网络电气拓扑识别，具有安装方便、安全性高等特点。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：
一种低压配电台区电气网络拓扑识别系统，包括嵌入通信集中器的第一通信单元、嵌入采集器的第二通信单元、嵌入智能电表的第三通信单元和嵌入能效监测终端的第四通信单元；所述第二通信单元分别与所述第一通信单元、所述第四通信单元、所述第三通信单元通过传输模块连接；所述传输模块包括了低压电力线脉冲调制模块和470MHz无线信号传输模块；
所述第一通信单元通过传输模块接收第二通信单元所传送的用电数据、设备编码和脉冲调制编码，对数据进行分析，形成电气网络拓扑结构，并通过传输模块向第二通信单元下发通信命令；
所述第二通信单元通过传输模块接收第三通信单元、第四通信单元所传送的用电数据、设备编码和脉冲调制编码，发送给第一通信单元，并通过传输模块向第三通信单元、第四通信单元下发或转发通信命令；
所述第三通信单元识别所述第二通信单元下发或转发的通信命令，并通过传输模块传送经过调制的用电数据、设备编码和脉冲调制编码，通信方向是第二通信单元；
所述第四通信单元识别所述第二通信单元下发或转发的通信命令，并通过传输模块传送经过调制的能效数据、设备编码，通信方向是第二通信单元。
优选的，所述低压电力线脉冲调制模块为低压电力线多频MFSK脉冲调制通信模块，用于调制低压电力线信号并通过脉冲方式进行信号传输。
优选的，所述第一通信单元中经过脉冲调制的电力线传输功率信号带宽3-150kHz，一个频点带宽<=1kHz；每个周波耦合1-4位载波信号，调制方式是多频MFSK。
优选的，所述第二通信单元经过脉冲调制的电力线传输功率信号带宽3-150kHz，采集器与智能电表或能效监控终端占用32个频点，一个频点带宽 <=1kHz，一个周波耦合1-4位载波信号，调制方式是多频MFSK调制。
优选的，所述第三通信单元经过脉冲调制的电力线传输功率信号3-150kHz，智能电表或能效监测终端共享32个频点，一个频点带宽 <=1kHz，一个周波耦合1-4位载波信号，调制方式是多频MFSK调制。
优选的，所述第四通信单元经过脉冲调制的电力线传输功率信号3-150kHz，智能电表或能效监测终端共享32个频点，一个频点带宽 <=1kHz，一个周波1-4位载波信号，调制方式是多频MFSK调制。
优选的，各类用电信息采集或能效监测终端将自身的终端识别码通过低压电力线传输功率信号传送至通信集中器，并由470MHz无线通信作备用通信方式。
优选的，所述第一通信单元还内置有卫星时钟模块，为采集器、智能电表、能效监测终端提供对时功能。
一种电气网络拓扑识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
通信集中器收集本低压台区各类终端设备编码，并建立逻辑映射关系；
通信集中器对接收到的各类终端编码逻辑关系进行分类；
通信集中器向主站系统上报本台区各类终端连接关系。
优选的，所述通信集中器内置卫星通信模块，通过与低压台区各类终端的通信为所述低压台区各类终端提供对时。
优选的，所述嵌入集中器的第一通信单元调制前的信号经过第一次加密；信号检测采用相关函数及自适应去噪声方法实现；无线传输采用470-510MHz频段传输。
优选的，所述第二通信单元调制前的信号经过第一次加密。
优选的，所述第三通信单元调制后的信号经过第二次加密。
优选的，所述第四通信单元调制前的信号经过第二次加密。
本发明的有益效果是：
由于采用了多频MFSK脉冲调制通信传递拓扑关系及470MHz 无线通信传输用电数据融合技术，从而解决了低压配电台区电气网络中用电信息采集、能效数据采集设备电气连接关系的自动识别和时间同步问题，具有安装方便、安全性高等特点，达到了降低系统建设成本和维护成本的效果。
附图说明
图1是本发明低压配电台区电气网络拓扑识别系统的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对发明技术方案进一步说明：
如图1所示，本发明提供一种低压配电台区电气网络拓扑识别系统，图中圆圈代表10KV变压器，三道横线代表母线，母线下面的图形代表用户侧380V变压器。本发明所提供的低压配电台区电气网络拓扑识别系统通过多频MFSK脉冲调制通信及470MHz 无线通信融合技术，各类终端将自身唯一识别代码通过低压电力线脉冲方式传送至通信集中器，并可由470MHz无线通信作备用通信方式；通信集中器负责对接收到的终端识别码和设备信息进行管理分析，实现台区配电系统供电网络电气拓扑识别和用电数据传送。系统包括：嵌入通信集中器的第一通信单元、嵌入采集器的第二通信单元、嵌入智能电表的第三通信单元、嵌入能效监控终端的第四通信单元构成，系统可通过低压电力线脉冲调制方式和470MHz无线信号协同传送。
嵌入通信集中器的第一通信单元传送经过调制的电力线传输脉冲调制信号及无线信号，由信号调制、信号耦合、信号解调、通信质量管理及接口等部分构成。嵌入通信集中器的通信单元中经过调制的电力线传输功率信号，集中器与采集器占用多个频点，信号带宽3-150kHz，一个频点带宽 <=1kHz；每个周波耦合1-4位载波信号，调制方式是多频MFSK；调制前的数字信号是经过加密；信号检测采用相关函数及自适应去噪声方法实现。嵌入通信集中器的通信单元无线传输采用470-510MHz频段，该频段属于无线电计量仪表使用频段。嵌入通信集中器的第一通信单元实现多频电力线脉冲调制信号和470MHz无线信号通信质量监测、管理。嵌入通信集中器的第一通信单元在外形尺寸、端子规格与集中器单元一致，可识别集中器下发的通信命令，并通过多频MFSK过零调制通信及470MHz 无线通信融合方式与采集器实现可靠通信。嵌入通信集中器的第一通信单元内置卫星时钟模块。
嵌入采集器的第二通信单元独立传送经过调制的电力线传输功率信号及无线信号，由信号调制、信号耦合、信号解调、通信质量管理及接口等部分构成。第二通信单元中经过调制的电力线传输功率信号，采集器与智能电表或能效终端占用32个频点，电力线传输功率信号带宽3-150kHz，一个频点带宽<=1kHz；每个周波耦合1-4位载波信号，调制方式是多频MFSK；调制前的信号是经过加密；无线传输采用470-510MHz频段，该频段属于无线电计量仪表使用频段。嵌入采集器的第二通信单元实现多频电力线脉冲调制信号和470MHz无线信号通信质量监测、管理，并具有自动路由和网络中继功能。嵌入采集器的第二通信单元在外形尺寸、端子规格与采集器电力线载波单元一致，可识别集中器下发的通信命令，并通过多频MFSK过零调制通信及470MHz 无线通信融合方式与集中器、智能电表、能效监控终端实现可靠通信。
嵌入智能电表的第三通信单元传送经过调制的电力线传输功率信号及无线信号，由信号调制、信号耦合、信号解调、通信质量管理及接口等部分构成。第三通信单元中经过调制的电力线传输功率信号带宽3-150kHz，一个频点带宽<=1kHz；每个周波耦合1-4位载波信号，调制方式是多频MFSK；调制前的信号是经过加密；无线传输采用470-510MHz频段，该频段属于无线电计量仪表使用频段。嵌入智能电表的第三通信单元实现多频电力线脉冲电力线传输功率信号和470MHz无线信号通信质量监测、管理。嵌入智能电表的第三通信单元在外形尺寸、端子规格与采集器电力线载波单元一致，可识别采集器下发或转发的通信命令，并通过多频MFSK过零调制通信及470MHz 无线通信融合方式与集中器实现可靠通信。
嵌入能效监控终端的第四通信单元传送经过调制的电力线传输功率信号及无线信号，由信号调制、信号耦合、信号解调、通信质量管理及接口等部分构成。第四通信单元中经过调制的电力线传输功率信号3-150kHz，智能电表或能效终端共享32个频点，频带宽 <=1kHz，在电压过零点耦合1-4位载波信号，调制方式是多频MFSK调制；调制前的信号是经过二次加密；无线传输采用470-510MHz频段，该频段属于无线电计量仪表使用频段。嵌入能效监控终端的第四通信单元实现多频电力线过零调制信号和470MHz无线信号通信质量监测、管理。嵌入能效监控终端的通信单元在外形尺寸、端子规格与采集器电力线载波单元一致，可识别采集器下发或转发的通信命令，并通过多频MFSK过零调制通信及470MHz 无线通信融合方式与集中器实现可靠通信。
嵌入通信集中器的第一通信单元通过低压电力线多频MFSK脉冲调制通信，与470MHz 无线通信融合，异构网络自动路由。嵌入集中器的第一通信单元在可识别通信集中器下发或转发的通信命令，电力线传输功率信号通过多频MFSK脉冲调制通信及470MHz 无线通信融合方式与采集器实现通信；低压电力线脉冲调制方式和470MHz无线信号传输由微处理器获取其通信链路状态，具有路由选择和通信质量监测功能。
嵌入采集器的第二通信单元通过低压电力线多频MFSK过零调制通信，与470MHz无线通信融合，异构网络自动路由。实现多频电力线脉冲调制信号和470MHz无线信号通信质量监测、管理，并具有自动路由和网络中继功能。
嵌入智能电表的第三通信单元通过低压电力线多频MFSK脉冲调制通信，与470MHz无线通信融合，异构网络自动路由，实现多频电力线过零调制信号和470MHz无线信号通信质量监测、管理功能。
嵌入能效监控终端的第四通信单元通过低压电力线多频MFSK脉冲调制通信，与470MHz 无线通信融合，异构网络自动路由，实现多频电力线脉冲调制信号和470MHz无线信号通信质量监测、管理功能。
本发明基于多传感方式的低压配电台区电气网络拓扑识别系统由多种通信单元构成，这些新的通信单元可嵌入用电信息采集系统或能效管理系统的通信集中器、采集器、智能电表，从而形成一套稳定可靠的数据通信系统。这些通信单元有嵌入通信集中器和采集器的通信单元，嵌入智能电表的通信单元，嵌入能效监控终端的通信单元。台区电气网络拓扑识别系统既可传输用电、能效等业务数据，并传输时钟同步信号。该方法根据配电台区电气网络在电气上连通、接线复杂、动态变化等特征，本发明通过在供电线路上耦合脉冲调制电气特征信号，该信号包括用电数据及电气设备编码，辅助特殊频段无线信号传送，供电电源端与用电点可实现双向准实时通信，由第一通信单元定时自动分析台区电气网络连接关系，并可与台区用电信息采集设备集成，并自成系统完成电气拓扑数据收集和上传。
1、本发明在现有用电信息采集系统或能效管理系统基础上进行提升，在硬件结构不改变的基础上实现台区供电网络电气拓扑识别，具有安装方便、安全性高等特点。
2、本发明实现多频MFSK脉冲调制通信传递拓扑关系及470MHz 无线通信传输用电数据项融合，并具有自动路由和中继功能，解决了台区配电系统电气拓扑识别和可靠通信问题。
3、本发明实现方法研制的系统不但可以传输用电、能效等业务数据，并传输时钟同步信号，低成本的解决了采集器、智能电表和能效监控终端的时钟同步问题。
4、本发明可用于台区配电系统线损管理和楼宇能效管理，降低系统建设成本和维护成本，提高用电企业管理效益，促进国家节能减排。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种低压配电台区电气网络拓扑识别系统，其特征在于：包括嵌入通信集中器的第一通信单元、嵌入采集器的第二通信单元、嵌入智能电表的第三通信单元和嵌入能效监测终端的第四通信单元；所述第二通信单元分别与所述第一通信单元、所述第四通信单元、所述第三通信单元通过传输模块连接；所述传输模块包括低压电力线脉冲调制模块和470MHz无线信号传输模块；
所述第一通信单元通过传输模块接收第二通信单元所传送的用电数据、设备编码和脉冲调制编码，对数据进行分析，形成电气网络拓扑结构，并通过传输模块向第二通信单元下发通信命令；
所述第二通信单元通过传输模块接收第三通信单元、第四通信单元所传送的用电数据、设备编码和脉冲调制编码，发送给第一通信单元，并通过传输模块向第三通信单元、第四通信单元下发或转发通信命令；
所述第三通信单元识别所述第二通信单元下发或转发的通信命令，并通过传输模块传送经过调制的用电数据、设备编码和脉冲调制编码，通信方向是第二通信单元；
所述第四通信单元识别所述第二通信单元下发或转发的通信命令，并通过传输模块传送经过调制的能效数据、设备编码，通信方向是第二通信单元。
2.权利要求1所述的一种低压配电台区电气网络拓扑识别系统，其特征在于：所述低压电力线脉冲调制模块为低压电力线多频MFSK脉冲调制通信模块，用于调制低压电力线信号并通过脉冲方式进行信号传输。
3.权利要求1所述的一种低压配电台区电气网络拓扑识别系统，其特征在于：所述第一通信单元中经过脉冲调制的电力线传输功率信号带宽3-150kHz，一个频点带宽<=1kHz；每个周波耦合1-4位载波信号，调制方式是多频MFSK。
4.权利要求1所述的一种低压配电台区电气网络拓扑识别系统，其特征在于：所述第二通信单元经过脉冲调制的电力线传输功率信号带宽3-150kHz，采集器与智能电表或能效监控终端占用32个频点，一个频点带宽 <=1kHz，一个周波耦合1-4位载波信号，调制方式是多频MFSK调制。
5.权利要求1所述的一种低压配电台区电气网络拓扑识别系统，其特征在于：所述第三通信单元经过脉冲调制的电力线传输功率信号3-150kHz，智能电表或能效监测终端共享32个频点，一个频点带宽 <=1kHz，一个周波耦合1-4位载波信号，调制方式是多频MFSK调制。
6.权利要求1所述的一种低压配电台区电气网络拓扑识别系统，其特征在于：所述第四通信单元经过脉冲调制的电力线传输功率信号3-150kHz，智能电表或能效监测终端共享32个频点，一个频点带宽 <=1kHz，一个周波1-4位载波信号，调制方式是多频MFSK调制。
7.权利要求1所述的一种低压配电台区电气网络拓扑识别系统，其特征在于：各类用电信息采集或能效监测终端将自身的终端识别码通过低压电力线传输功率信号传送至通信集中器，并由470MHz无线通信作备用通信方式。
8.权利要求1所述的一种低压配电台区电气网络拓扑识别系统，其特征在于：所述第一通信单元还内置有卫星时钟模块，为采集器、智能电表、能效监测终端提供对时功能。
9.一种电气网络拓扑识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
通信集中器收集本低压台区各类终端设备编码，并建立逻辑映射关系；
通信集中器对接收到的各类终端编码逻辑关系进行分类；
通信集中器向主站系统上报本台区各类终端连接关系。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述通信集中器内置卫星通信模块，通过与低压台区各类终端的通信为所述低压台区各类终端提供对时。
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