CN110120668B - 一种台区拓扑自动识别方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种台区拓扑自动识别方法及系统，属于电力低压配电网技术领域。本发明在确定各分支上下级之间的拓扑关系的基础上，基于分支进线端的电流是其出线端的电流和来确定各分支的进线端，根据分支的出线端与相连的下一级分支进线端电流相等原则确定不同分支进出线之间的连接关系，从而确定各分支之间的连接关系。上述过程可有效避免利用工频通信方式下通信串扰以及脉冲通信方式下不安全、干扰大的的问题，提高拓扑识别的精确度。

Description

一种台区拓扑自动识别方法及系统

技术领域

本发明涉及一种台区拓扑自动识别方法及系统，属于电力低压配电网技术领域。

背景技术

低压台区配电网承担着电力网末端输送生活用电的关键智能，随着智能电网在低压配网领域的深入，发现准确的低压台区拓扑是智能电网建设的基础。只有在准确知道低压台区拓扑的基础上，才能展开台区线损准确计算、三相不平衡治理、反窃电、停电位置及区间判断等精益化管理功能，才能适应高密度可再生能源的接入，才能推进低压配电网的智能化。然而由于低压台区用户多，结构复杂，投入不足，导致其运维困难、故障频发、线损率高。低压拓扑错误主要表现为以下三个方面：(1)“户-变”对应关系错误，即档案划分错误，将不是本台区(一般为邻近台区)的电表号加载到本台区集中器中，影响台区线损计算的准确性；(2)“户-相”关系不准，用户电表所在相位不对或者没有，台区三相负荷不平衡时无法有效平衡三相负荷，造成电压质量降低、设备寿命损耗加快；(3)“户-线”即用户与分支线关系缺失，缺少用户与配变之间线路连接信息，当台区出现故障，无法快速准确判断故障区间和停电区间。

导致低压台区拓扑错误的原因，主要有三个原因：(1)由于低压台区建设期间用户电表档案错误，造成低压配电拓扑错误；(2)对台区重视不足，建设过程中只记录部分台区信息，造成低压台区拓扑信息缺失；(3)低压台区出现故障时，在巡检抢修中调整接线时没有记录或记录错误造成低压台区拓扑错误。

目前，为了校验和修正这些错误，电力公司的通常做法是：当实际拓扑发生变更时，利用人工记录这些变更并更新拓扑数据，或者专门组织人力进行实地巡测来修正这些错误，即依照低压台区线路分布和走向，利用手持户变识别仪等设备逐段进行人工普查。由于低压配电网线路分布复杂，电缆沟或架空线路并行敷设，巡检不但效率低、成本高，而且无法准确地获取低压台区拓扑信息。

为了自动识别出低压台区拓扑，申请公布号为CN108270678A的专利申请文件，该文件公开了一种低电压电力线路网络拓扑判断方法及系统，该方法需要向电力线路中注入脉冲电流，并通过追踪脉冲电流实现拓扑识别，该方法虽然实现了低压台区拓扑的自动识别，但是需要在电网中注入瞬时脉冲电流，严重影响了电网的安全运行。申请公布号为CN107483082A的专利申请文件公开了一种基于工频载波通信技术的低压台区拓扑自动识别方法及系统，该方法是通过改造集中器使其具有工频通信功能，并在用户端添加具有工频通信功能的装置，集中器和这些装置通过工频通信方式自动识别台区拓扑。但是，由于工频通信频率比较低，会导致台区共高压串扰的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种台区拓扑自动识别方法，以解决目前的台区自动识别过程中出现的台区安全性低、易被干扰的问题；同时本发明还提供了一种台区拓扑自动识别系统，以解决目前的台区自动识别过程中出现的台区安全性低、易被干扰的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种台区拓扑自动识别方法，该识别方法包括以下步骤：

1)根据各级分支的自描述文件，确定各分支上下级之间的拓扑关系；

2)根据同一个分支中电流最大的端口是进线端、分支的出线端电流与其对应相连的所有下一级分支单元进线端电流和相等的关系确定上下级分支对应线路之间的归属连接关系，得到台区的线-变的拓扑。

本发明还提供了一种台区拓扑自动识别系统，该识别系统包括设置在台区配电变压器侧的智能配变终端和设置在台区各级分支上的分支监测单元，各分支监测单元内存储有所在分支的自描述文件，并采集所在分支的进线端电流和出线端电流，各分支监测单元将所在分支的自描述文件、进线端电流和出线端电流发送给智能配变终端，所述智能配变终端用于根据各级分支的自描述文件，确定各分支上下级之间的拓扑关系，并根据同一个分支中电流最大的端口是进线端、分支的出线端电流与其对应相连的所有下一级分支单元进线端电流和相等的关系确定上下级分支对应线路之间的归属连接关系，得到台区的线-变的拓扑。

本发明在确定各分支上下级之间的拓扑关系的基础上，基于分支进线端的电流是其出线端的电流和来确定各分支的进线端，根据分支的出线端与相连的下一级分支进线端电流相等原则确定不同分支进出线之间的连接关系，从而确定各分支之间的连接关系。上述过程可有效避免利用工频通信方式下通信串扰以及脉冲通信方式下不安全、干扰大的的问题，提高拓扑识别的精确度。

进一步地，为了确定各用户电表所属的表箱，得到户-线-变关系，本发明还包括根据同一表箱内各用户电表电压曲线相似性为1来确定各用户电表与表箱的关系，以得到台区户-线-变拓扑。

进一步地，为了确定台区各个电表的户-相-变的对应关系，本发明还包括根据台区总表电压数据和分表电压数据，将总表电压和分表电压数据进行时间压缩得到各个分表的相序关系的步骤。

进一步地，为了准确得到各个分表的相序关系，本发明还给出了各个分表的相序关系确定过程：

A.获取设定时段内各时刻台区总电表三相电压值序列和该设定时段内对应时刻的各分表电压值序列；

B.将各分表的电压与台区总电表各相电压值序列进行相关性计算，得到分表电压值与台区总电表各相电压的相关系数；

C.选取相关系数最大的相作为分表电压的相序。

进一步地，为了计算分表电压值与台区总电表各相电压的相关系数，本发明还给出了相关性的计算公式：

其中ρ_X,Y为相关系数，X_i为总表电压有效值，

为总表电压有效值和的平均值，Y_i为各个分表电压有效值，

为分表电压和的平均值。

附图说明

图1是本发明方法实施例所针对的典型低压台区拓扑示意图；

图2是本发明台区拓扑自动识别系统实施例的结构图；

图3是本发明方法实施例中第二级分支的自动识别流程图；

图4是本发明方法实施例中第三级分支的自动识别流程图；

图5是本发明方法实施例中第四级分支的自动识别流程图；

图6是本发明方法实施例中台区拓扑识别分支标号规则示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

方法实施例

本发明根据各分支的进线端电流是其出线端的电流和，从中可以确定分支箱的进线端和出线端，根据分支出线端与相连的下一级分支进线端电流相等的原则确定不同分支箱之间的连接关系。下面以某一具体的380/220V低压配电网为例对本发明进行详细说明。

低压台区拓扑是指从配电变压器的低压侧出线开始直到各个用户接入点之间的连接关系，如图1所示，本实施例给出一种典型的低压台区拓扑结构，由作为线路分支单的低压出线柜(JP)、分支箱、光柜/力柜、电表箱构成，配电变压器(简称配变)的出线端与JP柜的进线端连接，JP柜的出线端与分支箱的进线端连接，分支箱的出线端与光柜/力柜的进线端连接，光柜/力柜的出线端与电表箱的进线端连接，电表箱的出线端连接至用户。同一个分支中电流最大的端口就是其进线端，分支单元的出线端与相连的下一级分支单元进线端电流值相等，根据这两种关系就可以确定分支之间的连接关系，即“变-线”拓扑。低压台区分支一般最多有四级分级，低压出线柜-分支箱-光力柜-表箱，下面介绍每级分支的识别流程。

1.第一级分支的自动识别。

对本实施例而言，分支的识别是由设置在在台区配电变压器低压侧的智能配变终端完成，智能配变终端根据各级分支监测单元(简称终端)上送的自描述文件来进行粗略辨识，例如，JP柜上的监测单元以01物理地址开头，分支箱上的监测单元上送以02物理地址开头，光柜/力柜上的监测单元以03为物理地址开头，表箱上的监测单元上送以04为物理地址开头。这样当智能配变终端某一时刻进行数据冻结进行辨识时，可以根据自描述文件将一次主干线拓扑辨识出来。

2.第二级分支的自动识别。

第一级分支出线电流必定等于对应第二级分支的进线电流，根据该关系，查找出与第一级分支出线电流相等的第二级分支进线，确定它们是在同一条分支线上。该级分支的识别过程如图3所示，由于部分分支可能直接连接到表箱，在进行识别时，可令此分支线数为1，即无分支，在下级分支(非“表箱-户”的识别)识别过程中越过，不再进行下一级分支识别。

3.第三级分支的自动识别。

第三级分支识别的流程与第二级分支识别的流程类似，其具体流程如图4所示。其中第三级分支数较多，需要嵌套循环识别出所有第三级分支关系。

4.第四级分支的自动识别。

第四级分支是“光力柜-表箱”的连接关系，由于光力柜分支到表箱(总表)分支之间是一对一的连接，没有再分支，其识别过程如图5所示，与第二级、第三级的自动识别过程类似，只是第三级分支出现必有第四级分支入线对应。

由于表箱(总表)入线端电流值等于表箱内所有用户电表(分表)电流和，只要知道每个表箱(总表)下所有的用户电表(分表)，就可以确定表箱与用户电表之间的关系。因为同一表箱内的电表可以认为是连接在同一连接点，其电压时刻相等，且电压曲线相似性为1，即可通过电表电压曲线相似性值来判断是否在同一表箱内。

通过上述过程就可以确定低压台区的户-线-变关系。由于用户电表所在的相位对平衡三相负荷来说必不可少，因此，本发明在得到上述户-线-变关系的基础上，还出了户-相关系的识别过程。

智能配变终端能够获取台区下所有用户电表(分表)数据和台区的三相总电表(总表)数据，通过将所有数据以及历史数据进行叠加，将时间尺度进行压缩采用依次循环迭代分析，可以得出每一个单相表(用户电表)与台区三相之间的关系，从而得出台区户-相-变拓扑关系。具体过程如下：

(1)智能配变终端获得一天24小时内、以15分钟为间隔、相同时刻的变压器用户侧三相电压值U1aj、U1bj、U1cj(j＝1,2,...,96)(总电表)，此台区内全部n个用户电表的电压值Uuik(k＝1,2,...,n；j＝1,2,...,96)；

(2)对一个用户的电压值系列与变压器侧的每个相电压值系列进行相关性分析，

其中ρ_X,Y为相关系数，X_i为总表电压有效值，

为总表电压有效值和的平均值，Y_i为各个分表电压有效值，

为分表电压和的平均值。

(3)比较用户的电压值与变压器用户侧三相电压值每一相的相关系数，用户智能电表所在的相序被判定为其电压曲线与变压器用户侧三相中相关系数最大的相，其所在台区为此变压器所在台区；当|ρ_X,Y|>0.95时，变量X、Y存在显著性相关；|ρ_X,Y|≥0.8时，变量X、Y高度相关；0.5≤|ρ_X,Y|<0.8时，变量X、Y中度相关；0.3≤|ρ_X,Y|<0.5时，变量X、Y低度相关；|ρ_X,Y|<0.3时，变量X、Y关系极弱，认为不相关。

(4)重复步骤(2)～(3)进行下一用户电表相序的判定，直至全部电表判定结束。

通过以上识别过程，得到如图6所示的拓扑识别分支标号，根据该标号就可以清楚的知道台区的户-相-线-变关系，达到对台区拓扑的自动识别的目的。

系统实施例

如图2所示，本发明的台区拓扑自动识别系统包括设置在台区配电变压器侧的智能配变终端和设置在台区各级分支上的分支监测单元，各分支监测单元内存储有所在分支的自描述文件，智能配变终端给台区各分支监测单元下发定时冻结电流值命令，分支监测单元定时冻结线路分支电流后并上传给智能配变终端，智能配变终端根据各级分支的自描述文件，确定各分支上下级之间的拓扑关系，并根据同一个分支中电流最大的端口是进线端、分支的出线端电流与其对应相连的所有下一级分支单元进线端电流和相等的关系确定上下级分支对应线路之间的归属连接关系，得到台区拓扑。智能配变终端可以自己识别台区拓扑，也可以把数据打包发给主站系统并由主站来进行处理得到台区拓扑，具体拓扑识别过程已在方法的实施例中进行了详细说明，这里不再赘述。

Claims (6)

1.一种台区拓扑自动识别方法，其特征在于，该识别方法包括以下步骤：

1)根据各级分支的自描述文件，确定各分支上下级之间的拓扑关系；

2)根据同一个分支中电流最大的端口是进线端、分支的出线端电流与其对应相连的所有下一级分支单元进线端电流和相等的关系确定上下级分支对应线路之间的归属连接关系，得到台区的线-变拓扑；

该方法还包括根据台区总表电压数据和各用户电表电压数据，将总表电压和各用户电表电压数据进行时间压缩得到各用户电表的相序关系的步骤；

所述各用户电表的相序关系确定过程如下：

A.获取设定时段内各时刻台区总电表三相电压值序列和该设定时段内对应时刻的各用户电表电压值序列；

B.将各用户电表的电压与台区总电表各相电压值序列进行相关性计算，得到各用户电表电压值与台区总电表各相电压的相关系数；

C.选取相关系数最大的相作为各用户电表电压的相序。

2.根据权利要求1所述的台区拓扑自动识别方法，其特征在于，该方法还包括根据同一表箱内各用户电表电压曲线相似性为1来确定各用户电表与表箱的关系，以得到台区户-线-变拓扑的步骤。

3.根据权利要求1所述的台区拓扑自动识别方法，其特征在于，所述步骤B中相关性的计算公式为：

其中ρ_X,Y为相关系数，X_i为总表电压有效值，

为总表电压有效值和的平均值，Y_i为各个分表电压有效值，

为分表电压和的平均值。

4.一种台区拓扑自动识别系统，其特征在于，该识别系统包括设置在台区配电变压器侧的智能配变终端和设置在台区各级分支上的分支监测单元，各分支监测单元内存储有所在分支的自描述文件，并采集所在分支的进线端电流和出线端电流，各分支监测单元将所在分支的自描述文件、进线端电流和出线端电流发送给智能配变终端，所述智能配变终端用于根据各级分支的自描述文件，确定各分支上下级之间的拓扑关系，并根据同一个分支中电流最大的端口是进线端、分支的出线端电流与其对应相连的所有下一级分支单元进线端电流和相等的关系确定上下级分支对应线路之间的归属连接关系，得到台区的线-变拓扑；

所述智能配变终端还根据根据台区总表电压数据和各用户电表电压数据，将总表电压和各用户电表电压数据进行时间压缩得到各用户电表的相序关系；

所述各用户电表的相序关系确定过程如下：

A.获取设定时段内各时刻台区总电表三相电压值序列和该设定时段内对应时刻的各用户电表电压值序列；

B.将各用户电表的电压与台区总电表各相电压值序列进行相关性计算，得到各用户电表电压值与台区总电表各相电压的相关系数；

C.选取相关系数最大的相作为各用户电表电压的相序。

5.根据权利要求4所述的台区拓扑自动识别系统，其特征在于，所述智能配变终端还根据同一表箱内各用户电表电压曲线相似性为1来确定各用户电表与表箱的关系，以得到台区户-线-变拓扑。

6.根据权利要求4所述的台区拓扑自动识别系统，其特征在于，所述步骤B中相关性的计算公式为：

其中ρ_X,Y为相关系数，X_i为总表电压有效值，

为总表电压有效值和的平均值，Y_i为各个分表电压有效值，

为分表电压和的平均值。

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