CN110299763A - 一种低压台区线路拓扑自动识别系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低压台区线路拓扑自动识别系统及方法，属于台区线路拓扑识别技术领域。该自动识别系统包括载波信号发生装置、嵌入智能电表的终端识别模块、地理信息系统和处理主站等结构；本发明利用了地理信息系统的精确定位和图形显示功能，使得自动识别线路拓扑更加形象。同时，根据载波信号发送方式不同，提出了两种辨别用户所在相线的方法。还利用行波理论，实现判断变压器到各用户的供电距离，可用于判断是否由于供电线路过长而导致低电压问题。该系统能自动准确地识别台区线路拓扑，所需数据少；能辨别各个用户的所在相线；能计算变压器到各用户的供电距离，可用于判断是否由于供电距离过大引起的末端电压过低的问题，易于推广应用。

Description

一种低压台区线路拓扑自动识别系统及方法
技术领域
本发明属于台区线路拓扑识别技术领域，具体涉及一种低压台区线路拓扑自动识别系统及方法。
背景技术
目前在台区线路拓扑绘制技术方面常用的方法有如下几种：（1）依赖配电网建设时期留下来的线路拓扑资料，人工更新绘制。该方法并不能实现自动线路拓扑识别，当线路改变时需要人工进行修改，需要浪费大量的人力进行现场普查然后再绘制。（2）将用电信息、电力营销应用业务、地理信息、园区能效管理、楼宇能源管理系统等的各种数据进行收集、分析、处理得出台区的线路网络拓扑。由于此方法需要收集的数据繁多，所以各种通信接线复杂，大量的数据也给数据处理带来了困难，在没有有效的数据处理方法的情况下难以得出准确的台区线路拓扑。（3）公开号CN 107196801A的一种台区线路拓扑自动识别系统由主站、集中站、多个识别终端组成一个台区拓扑自动识别系统，集中站收集多个识别终端的台区拓扑逻辑关系，然后将其传输到主站进行数据分析处理最终绘制出台区线路拓扑图。虽然此方法系统结构简单，但是功能单一，受配电台区负载影响大，同时识别终端的采样模块是获取户用端的电压和电流信号，并传输到主站对其进行分析处理，并不能计算线路的长度，无法判断是否由于线路过长引起的低电压问题。总的来说，以上方法还存在需要一定人工辅助、所需数据繁多、无法辨别用户所在相线、无法计算变压器到各用户的供电距离，无法判断线路过长引起的低电压问题等缺点。因此如何克服现有技术的不足是目前台区线路拓扑识别技术领域亟需解决的问题。
发明内容
为了克服以上常用台区线路拓扑绘制方法的不足，本发明专利提供一种新的低压台区线路拓扑自动识别系统及方法。该系统能自动准确地识别台区线路拓扑，所需数据少；能辨别各个用户的所在相线；能计算变压器到各用户的供电距离，可用于判断是否由于供电距离过大引起的末端电压过低的问题。同时，利用了地理信息系统（GIS）的快速定位和地形地貌描绘技术，能使得绘制的台区线路拓扑更加形象。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种低压台区线路拓扑自动识别系统，包括载波信号发生装置、嵌入智能电表的终端识别模块、地理信息系统和处理主站；
所述的载波信号发生装置分别与嵌入智能电表的终端识别模块、处理主站相连；
所述的嵌入智能电表的终端识别模块还与处理主站无线连接；
所述的地理信息系统与处理主站相连；
载波信号发生装置用于产生标记有相别的载波信号并将发送至嵌入智能电表的终端识别模块中，同时记录载波信号发送时刻并发送至处理主站；
嵌入智能电表的终端识别模块用于解调接收到的载波信号，并记录接收到载波信号的时刻，同时采集电流信号，之后电流信号、解调接收到的载波信号中的用户相别信息和接收到载波信号的时刻无线传输到处理主站；
地理信息系统用于绘制地形地貌和定位所有用户的位置，并传输至处理主站；
处理主站用于将载波信号发生装置、嵌入智能电表的终端识别模块、地理信息系统传来的数据进行处理，得到台区线路拓扑。
本发明对于地理信息系统的定位所有用户的位置所采用的具体方法没有限制，例如，电表安装时安装有定位传感器，以获取用户位置信息，并接入地理信息系统，地理信息系统直接采集定位传感器传来的数据即可。
进一步，优选的是，所述的标记有相别的载波信号为工频载波信号，所述的工频载波信号中含有不同的载波：矩形波、三角波、梯形波，分别代表A、B、C三相。
进一步，优选的是，所述的处理主站包括显示模块，所述的显示模块用于显示台区线路拓扑。
进一步，优选的是，所述的处理主站的无线通信接收装置里面安装计数器，所述的计数器用于计数接收到的用户数据次数，但是计数方法不限于此。
本发明同时提供一种低压台区线路拓扑自动识别方法，采用上述低压台区线路拓扑自动识别系统，包括如下步骤：
步骤（1），载波信号发生装置产生标记有相别的载波信号并将发送至嵌入智能电表的终端识别模块中，同时记录载波信号发送时刻T1并发送至处理主站；
步骤（2），嵌入智能电表的终端识别模块解调接收到的载波信号，并记录接收到载波信号的时刻T2，同时采集电流信号，之后电流信号、解调接收到的载波信号中的用户相别信息和接收到载波信号的时刻无线传输到处理主站；
步骤（3），处理主站根据行波理论以及载波信号发送时刻T1、接收到载波信号的时刻T2，即可计算出供电距离；然后根据地理信息系统传来的地形地貌和定位的所有用户的位置以及解调接收到的载波信号中的用户相别信息、电流信号，绘制出台区线路拓扑。
进一步，优选的是，载波信号发生装置在三相中同时发送标记有相别的载波信号。
进一步，优选的是，载波信号发生装置在三相中按照顺序发送标记有相别的载波信号，即每次只在一相中发送标记有相别的载波信号，发送三次。
本发明系统的结构不限于上述描述，比如还可以包括存储模块，用来存储处理主站接收到的载波信号发生装置、嵌入智能电表的终端识别模块、地理信息系统传来的数据等，及其对应的计算过程中的相关数据以及得到的台区线路拓扑。
关键技术具体说明：
1.为了辨别用户所在相线，载波信号发生装置有两种工作方式：（1）在ABC三相线路中，一次只在一相中发出载波信号，如A相，此时只能在A相的电表中接收到载波信号，以此类推，即可辨别各用户相别。（2）一次中在三相中同时发出标记有不同相别的载波信号，即每个终端接收到的载波信号都含有相别信息，此种方法下可以更快识别台区线路拓扑。
2.为了能够计算各用户的供电距离，载波信号发生装置和嵌入智能电表的终端识别模块里面必须含有计时装置，如定时器，记录载波信号发送时刻T1和载波接收时刻T2，然后根据行波理论即可计算出供电距离。
3.为了识别台区线路拓扑，必须采集各线路的电流信号，结合各用户的供电距离进行分析计算（潮流计算），即可准确识别台区的线路拓扑。
4.为了能计算出台区用户的数量，在处理主站的无线通信接收装置里面可安装计数器，每接收到一个信号就需要计数一次，直到完成所有用户的计数；但是计数方法不限于此。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
1、可自动识别用户所在的相别。结合三相电流能够提前综合预判台区三相不平衡程度，可指导人工精准的调相，或者可为三相负荷不平衡自动治理装置设置精准的切换策略提供支撑。提升台区三相不平衡治理效果，降低线损，提高电压质量。
2、可将数据信号进行无线收发，克服了传统检测仪有很多总线的缺点；
3、可以自动计算各用户的供电距离，用于判断由于供电距离过长而引起的低电压问题。精确诊断由供电半径过长引起的低电压的问题，为规划和技改提供精准的投资策略，避免投资浪费。
4、可以计算出台区的用户数量。能够结合台区监测模块数据精准诊断配电变压器是否过负荷，同时为可靠性管理提供精准的停电户数，便于计算停电时户数，提升可靠性管理水平。
5、结合了GIS系统，描绘出的台区线路拓扑，准确、形象、并可自动更新。
附图说明
图1低压台区线路拓扑自动识别系统的结构示意图；
其中，1、载波信号发生装置；2、嵌入智能电表的终端识别模块；3、地理信息系统；4、处理主站；
图2为嵌入智能电表的终端识别模块的结构示意图；
图3为处理主站功能框图；
图4为系统工作流程图；其中，左边部分是系统工作的流程，右边对应着各自实现的功能；其中，N=n+1表示计数；
图5是实际应用过程及结果图；其中，原点为用户/电表，直线为供电线路，数字+m为线路长度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本发明的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。
本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中提到的相关模块是用于执行本申请中所述操作、方法、流程中的步骤、措施、方案中的一项或多项的硬件设备。所述硬件设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以采用通用计算机中的已知设备或已知的其他硬件设备。所述通用计算机有存储在其内的程序选择性地激活或重构。
如图1所示，一种低压台区线路拓扑自动识别系统，包括载波信号发生装置1、嵌入智能电表的终端识别模块2、地理信息系统3和处理主站4；
所述的载波信号发生装置1分别与嵌入智能电表的终端识别模块2、处理主站4相连；
所述的嵌入智能电表的终端识别模块2还与处理主站4无线连接；
所述的地理信息系统3与处理主站4相连；
载波信号发生装置1用于产生标记有相别的载波信号并将发送至嵌入智能电表的终端识别模块2中，同时记录载波信号发送时刻并发送至处理主站4；
嵌入智能电表的终端识别模块2用于解调接收到的载波信号，并记录接收到载波信号的时刻，同时采集电流信号，之后电流信号、解调接收到的载波信号中的用户相别信息和接收到载波信号的时刻无线传输到处理主站4；
地理信息系统3用于绘制地形地貌和定位所有用户的位置，并传输至处理主站4；
处理主站4用于将载波信号发生装置、嵌入智能电表的终端识别模块、地理信息系统传来的数据进行处理，得到台区线路拓扑。
所述的标记有相别的载波信号为工频载波信号，所述的工频载波信号中含有不同的载波：矩形波、三角波、梯形波，分别代表A、B、C三相。
所述的处理主站4包括显示模块，所述的显示模块用于显示台区线路拓扑。
所述的处理主站4的无线通信接收装置里面安装计数器，所述的计数器用于计数接收到的用户数据次数。
一种低压台区线路拓扑自动识别方法，采用上述低压台区线路拓扑自动识别系统，包括如下步骤：
步骤（1），载波信号发生装置产生标记有相别的载波信号并将发送至嵌入智能电表的终端识别模块中，同时记录载波信号发送时刻T1并发送至处理主站；
步骤（2），嵌入智能电表的终端识别模块解调接收到的载波信号，并记录接收到载波信号的时刻T2，同时采集电流信号，之后电流信号、解调接收到的载波信号中的用户相别信息和接收到载波信号的时刻无线传输到处理主站；
步骤（3），处理主站根据行波理论以及载波信号发送时刻T1、接收到载波信号的时刻T2，即可计算出供电距离；然后根据地理信息系统传来的地形地貌和定位的所有用户的位置以及解调接收到的载波信号中的用户相别信息、电流信号，绘制出台区线路拓扑。
载波信号发生装置在三相中同时发送标记有相别的载波信号。
载波信号发生装置在三相中按照顺序发送标记有相别的载波信号，即每次只在一相中发送标记有相别的载波信号，发送三次。
应用实例
本发明公开了一种低压台区线路拓扑自动识别系统，此系统具有自动识别台区线路拓扑、准确计算台区用户数量、辨别用户所在相线和用户的供电范围等功能。包括载波信号发生装置1、嵌入智能电表的终端识别模块2、地理信息系统（GIS）3和处理主站4；
所述的载波信号发生装置1分别与嵌入智能电表的终端识别模块2、处理主站4相连；
所述的嵌入智能电表的终端识别模块2还与处理主站4无线连接；
所述的地理信息系统3与处理主站4相连；
载波信号发生装置1用于产生标记有相别的载波信号并将发送至嵌入智能电表的终端识别模块2中，同时记录载波信号发送时刻并发送至处理主站4；
嵌入智能电表的终端识别模块2用于解调接收到的载波信号，并记录接收到载波信号的时刻，同时采集电流信号，之后电流信号、解调接收到的载波信号中的用户（电表）相别信息和接收到载波信号的时刻无线传输到处理主站4；
地理信息系统3用于绘制地形地貌和定位所有用户的位置，并传输至处理主站4；
处理主站4用于将载波信号发生装置、嵌入智能电表的终端识别模块、地理信息系统传来的数据进行处理，得到台区线路拓扑。
所述的处理主站4包括显示模块，所述的显示模块用于显示台区线路拓扑。
所述的标记有相别的载波信号为工频载波信号，所述的工频载波信号中含有不同的载波：矩形波、三角波、梯形波，分别代表A、B、C三相。嵌入智能电表的终端识别模块2的模块功能框图可以为图2所示，但不限于此。
嵌入智能电表的终端识别模块2包括嵌入式处理器、用户相线识别模块、电能数据及信息存储模块、无线通信模块、计时模块、电源管理模块和数据保持电池；
电源管理模块分别与数据保持电池、嵌入式处理器相连；
嵌入式处理器分别与用户相线识别模块、电能数据及信息存储模块、无线通信模块、计时模块相连；
无线通信模块还分别与用户相线识别模块、计时模块相连；
嵌入式处理器用于接收标记有相别的载波信号以及电流信号并进行解调，并将解调后的信息存储至电能数据及信息存储模块，同时，将解调后的标记有相别的载波信号发送至用户相线识别模块进行用户相线识别，之后将识别结果发送至无线通信模块；将解调后的电流的数字信号发送至无线通信模块；
计时模块用于对标记有相别的载波信号的接收时间进行计时，之后发送至无线通信模块；
无线通信模块将电流信号、用户相线识别结果和接收到载波信号的时刻无线传输到处理主站4；
电源管理模块用于嵌入智能电表的终端识别模块2中的电源管理；
数据保持电池用于通过电源管理模块对嵌入智能电表的终端识别模块2中的各模块提供电能，以维持最基础的数据保持功能，以防止数据丢失。
嵌入智能电表的终端识别模块2同时对电流信号的采集和锁定接收调制信号时刻，主要是用于线路拓扑分析和变压器到用户的供电距离计算。
如图3所示，处理主站4用于将载波信号发生装置、嵌入智能电表的终端识别模块、地理信息系统传来的数据进行分析计算，得到台区线路拓扑，并通过显示模块（显示模块可以为超大触摸液晶显示屏，但不限于此）进行显示，处理主站4可同时兼有一些蓝牙、USB等附加功能或接口。处理主站4可以包括无线通信接收装置、中央处理器、存储单元、显示模块等结构；中央处理器分别与无线通信接收装置、地理信息系统（GIS）3、存储单元、显示模块相连；无线通信接收装置用于无线接收数据；中央处理器用于数据的分析与处理；存储单元用来存储处理主站接收到的载波信号发生装置、嵌入智能电表的终端识别模块、地理信息系统传来的数据等，及其对应的计算过程中的相关数据以及得到的台区线路拓扑。
还可以包括电源管理模块和数据保持电池。电源管理模块分别与无线通信接收装置、中央处理器、数据保持电池相连
电源管理模块用于处理主站4中的电源管理；
数据保持电池用于通过电源管理模块对处理主站4中的各模块提供电能，以维持最基础的数据保持功能，以防止数据丢失。
如图4所示，一种低压台区线路拓扑自动识别方法，采用上述低压台区线路拓扑自动识别系统，包括如下步骤：
步骤（1），载波信号发生装置产生标记有相别的载波信号并将发送至嵌入智能电表的终端识别模块中，同时记录载波信号发送时刻T1并发送至处理主站；
步骤（2），嵌入智能电表的终端识别模块解调接收到的载波信号，并记录接收到载波信号的时刻T2，同时采集电流信号，之后电流信号、解调接收到的载波信号中的用户相别信息和接收到载波信号的时刻无线传输到处理主站；
步骤（3），处理主站根据行波理论以及载波信号发送时刻T1、接收到载波信号的时刻T2，即可计算出供电距离；然后根据地理信息系统传来的地形地貌和定位的所有用户的位置以及解调接收到的载波信号中的用户相别信息、电流信号，绘制出台区线路拓扑。供电距离L=v×（T2-T1），v为行波波速。
本应用实例采用上述系统与方法，得出如图5（c）所示的台区线路拓扑。
本发明工作原理如图5：假设图5（a）是台区线路拓扑未知的真实图形，首先利用地理信息系统（GIS）生成用户（电表）地理位置信息图形如图5（b），然后利用线路拓扑自动识别系统绘制出线路拓扑结构图5（c）。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种低压台区线路拓扑自动识别系统，其特征在于，包括载波信号发生装置、嵌入智能电表的终端识别模块、地理信息系统和处理主站；
所述的载波信号发生装置分别与嵌入智能电表的终端识别模块、处理主站相连；
所述的嵌入智能电表的终端识别模块还与处理主站无线连接；
所述的地理信息系统与处理主站相连；
载波信号发生装置用于产生标记有相别的载波信号并将发送至嵌入智能电表的终端识别模块中，同时记录载波信号发送时刻并发送至处理主站；
嵌入智能电表的终端识别模块用于解调接收到的载波信号，并记录接收到载波信号的时刻，同时采集电流信号，之后电流信号、解调接收到的载波信号中的用户相别信息和接收到载波信号的时刻无线传输到处理主站；
地理信息系统用于绘制地形地貌和定位所有用户的位置，并传输至处理主站；
处理主站用于将载波信号发生装置、嵌入智能电表的终端识别模块、地理信息系统传来的数据进行处理，得到台区线路拓扑。
2.根据权利要求1所述的低压台区线路拓扑自动识别系统，其特征在于，所述的标记有相别的载波信号为工频载波信号，所述的工频载波信号中含有不同的载波：矩形波、三角波、梯形波，分别代表A、B、C三相。
3.根据权利要求1所述的低压台区线路拓扑自动识别系统，其特征在于，所述的处理主站包括显示模块，所述的显示模块用于显示台区线路拓扑。
4.根据权利要求1所述的低压台区线路拓扑自动识别系统，其特征在于，所述的处理主站的无线通信接收装置里面安装计数器，所述的计数器用于计数接收到的用户数据次数。
5.一种低压台区线路拓扑自动识别方法，采用权利要求1~4任意一项所述的低压台区线路拓扑自动识别系统，其特征在于，包括如下步骤：
步骤（1），载波信号发生装置产生标记有相别的载波信号并将发送至嵌入智能电表的终端识别模块中，同时记录载波信号发送时刻T1并发送至处理主站；
步骤（2），嵌入智能电表的终端识别模块解调接收到的载波信号，并记录接收到载波信号的时刻T2，同时采集电流信号，之后电流信号、解调接收到的载波信号中的用户相别信息和接收到载波信号的时刻无线传输到处理主站；
步骤（3），处理主站根据行波理论以及载波信号发送时刻T1、接收到载波信号的时刻T2，即可计算出供电距离；然后根据地理信息系统传来的地形地貌和定位的所有用户的位置以及解调接收到的载波信号中的用户相别信息、电流信号，绘制出台区线路拓扑。
6.根据权利要求4所述的低压台区线路拓扑自动识别方法，其特征在于，载波信号发生装置在三相中同时发送标记有相别的载波信号。
7.根据权利要求4所述的低压台区线路拓扑自动识别方法，其特征在于，载波信号发生装置在三相中按照顺序发送标记有相别的载波信号，即每次只在一相中发送标记有相别的载波信号，发送三次。
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