CN112468320A - 一种基于新型智能融合终端的自动拓扑识别方法 - Google Patents

一种基于新型智能融合终端的自动拓扑识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布一种基于新型智能融合终端的自动拓扑识别方法，包括以下步骤：融合终端与各级LTU建立通信；自动拓扑识别APP启动拓扑识别，启动命令通过MQTT总线写入数据中心，数据中心通过MQTT总线向融合终端内的采集APP发送通讯报文；自动拓扑识别APP依次通知LTU发送指定的特征信号，并询问所有特征信号识别结果，根据所有识别结果，生成拓扑关系JSON文件；拓扑关系JSON文件生成后，判断拓扑是否变化，根据是否变化的判断结果，主动上送至主站，从而实现自动拓扑识别和校核，识别精确率高，识别采用软件方式，具有设备投资少，成本低等优点。

Description

一种基于新型智能融合终端的自动拓扑识别方法
技术领域
本发明涉及电力系统应用中的泛在电力物联网领域，尤其涉及基于台区智能融合终端应用的领域、涉及配电台区低压线路自动拓扑关系识别的领域。
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，对台区的拓扑识别最为关键，没有拓扑就无法计算分路分段线损，没有自动拓扑识别就无法对新增线路进行线损计算，而目前台区的拓扑非常混乱，主要体现在：1、台区拓扑信息缺失；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 低压线路拓扑变换频繁：及时形成准确的拓扑后，用户扩容时，施工队随意接线，接线完成后未及时更新新增的线路拓扑。3、用户私自搭接用电线路，尤其在交界处，更容易造成交叉现象，此种情况加重了台区线路混乱程度。
国内外高校、科研院所在配电台区自动拓扑识别技术方面也做了大量研究，目前，普遍采用台区用户识别仪来进行台区识别。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、采用注入高频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。此方法是在主机控制每级被测点向电力线路注入一个高频电流信号，安装在配变低压侧的主机通过通讯召唤每个节点是否检测到此高频信号的状态，通过该状态的检测情况来实现拓扑的生成。3、采用信号对比法，通过无功电流，谐波等电参数作为相线关系判断，节点电压作为层级判断。
但上述三种方法均存在不同程度的缺点：
方法1只能识别拓扑的线-相序关系，无法识别各层级关系，实现不了多层级的自动拓扑识别；
方法2注入的高频电流信号，容易受到台区用电设备的高频信号干扰，导致识别率依赖于台区的实际情况，可用性较低，并且注入的高频电流信号有可能造成漏电保护误动。
方法3 难以解决的是比较的信号的各个节点的时钟同步性很难达到精确识别的要求，且比较的特征信号过小的话，很难识别。
这些研究推广空间有限，应用效果较差，需要进行进一步的改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于新型智能融合终端的自动拓扑识别方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种基于新型智能融合终端的自动拓扑识别方法，包括以下步骤：
步骤1，融合终端与各级LTU建立通信；
步骤2，融合终端内的自动拓扑识别APP启动拓扑识别，启动命令通过MQTT总线写入数据中心，数据中心通过MQTT总线向融合终端内的采集APP发送通讯报文；
步骤3，自动拓扑识别APP依次通知LTU发送指定的特征信号，所有LTU接收到指令后依次发送特征信号，所有LTU对注入命令、检测结果的状态进行记录；
步骤4，在向所有LTU发送特征信号后，自动拓扑识别APP依次向各LTU所在线路询问所有特征信号识别结果，并对无响应或某个丢失或者错误的状态序列进行补充，将完整的数据结果写入融合终端内的数据中心；
步骤5，自动拓扑识别APP根据所有识别结果，生成拓扑关系JSON文件；
步骤6，拓扑关系JSON文件生成后，判断拓扑是否变化，根据是否变化的判断结果，主动上送至主站。
进一步地，步骤1中，融合终端与各级LTU采用载波进行通讯。
进一步地，步骤1中，融合终端与各级LTU之间采用两PLC网并存的系统架构连接通讯。
进一步地，步骤3中，所述特征信号为由长、短和有、无信号组成的状态序列信号。
进一步地，步骤3中，包括以下具体步骤：
31）自动拓扑识别APP采用广播对时的方式向LTU下发注入启动信号的控制命令；
32）根据辨识度选择注入特征信号，并设初始控制命令索引号n＝0；
33）当n≤LTU设备数N时，自动拓扑识别APP向通讯正常的LTU设备广播发送含注入特征信号、索引号n的控制报文，继续执行步骤34）；当n＞LTU设备数N时，执行步骤4，进行拓扑数据召唤；
34）依次判断各LTU设备是否收到广播命令控制报文；若判断到某一LTU设备未收到广播命令控制报文，则索引号n+1，返回步骤33）；否则，继续执行步骤35）；
35）判断LTU设备收到广播命令控制报文的时间误差是否在设置的时间参数T0范围内；若超出该范围，刚索引号n+1，返回步骤33）；否则，继续执行步骤36）；
36）对LTU设备延时T1注入特征信号，更新控制命令索引号网格状态报文；
37）对LTU设备延时T2检测特征信号，根据检测结果更新检测网络状态报文，直到索引号n≥LTU设备数N，执行步骤4，否则返回步骤33）。
进一步地，步骤4中，包括以下具体步骤：
41）设初始控制命令索引号n＝0；表示LTU设备排序的变量i＝0；
42）若n≥LTU设备数N，则拓扑数据召唤识别过程完成，状态更新至数据中心，执行步骤5），进行拓扑数据处理；否则，继续执行步骤43）；
43）召唤当前第i个LTU的控制命令索引号网格和检测网格状态报文；
44）判断该LTU是否收到控制命令索引号网格、检测网格状态报文，若收到报文，则继续执行步骤45）；若没有收到报文，则变量i+1，并判断i+1后是否大于2，若大于2则记录该LTU状态错误并存入数据中心，若不大于2，则返回执行步骤43）；
45）判断收到的控制命令索引号网格和检测网格状态报文是否正确；若正确则继续执行步骤46）；若不正确则变量i+1，并判断i+1后是否大于2，若大于2则记录该LTU状态错误并存入数据中心，若不大于2，则重新发送特征信号，返回步骤43）；
46）将当前的LTU特征信号检测状态存入数据中心，控制命令索引号n+1，返回步骤42）。
进一步地，步骤5中，包括以下具体步骤：
51）设初始控制命令索引号n＝0；表示LTU设备排序的变量i＝0；
52）若n＞LTU设备数N，则处理检测队列生成拓扑关系JSON文件，执行步骤6）；否则，继续执行步骤53）；
53）判断变量i是否大于LTU设备数N，若大于，则n+1，返回执行步骤52），否则继续执行步骤54）；
54）判断该第n次注入时当前第i个LTU是否检测到特征信号，若检测到则该LTU的检测结果存入检测队列，返回执行步骤52）；否则i+1，返回执行步骤53）。
进一步地，步骤6中，包括以下具体步骤：
读取新生成的拓扑关系JSON文件；
判断旧拓扑关系JSON文件是否存在；若存在，刚读取旧拓扑关系JSON文件；
比较新旧拓扑关系JSON文件CRC码是否相等，若相等，则删除新生成的拓扑关系JSON文件；否则，判断拓扑发生变化；
将变化标志置1，写入数据中心；
主动向主站发送拓扑变化变位报文；
判断主站召唤拓扑关系JSON文件是否成功，若召唤成功，刚变化标志置0，写入数据中心；
删除旧拓扑关系JSON文件。
本发明所达到的有益效果：
本发明专利结合配电台区的现状和实际需求，研究物理链路的台区拓扑自动识别技术，通过注入对电网无扰动的短时特征序列信号，利用智能融合终端的边缘计算能力，通过远方可升级、可迭代低成本的软件APP形式，通过自动拓扑识别APP，精准识别馈线、分支、末端低压拓扑结构；具有算法、软件远程可迭代，识别精确率高，识别采用软件方式，设备投资少，成本低等优点。
附图说明
图1是本实施例中的系统架构图；
图2是本实施例的方法原理图；
图3是自动拓扑识别APP工作流程图；
图4是拓扑数据召唤流程图；
图5是拓扑数据处理流程图；
图6是拓扑通讯处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本实施例中的方法，通过采用HPLC宽带载波通讯技术、容器、特征序列信号注入、边缘计算等技术，以低成本软件APP形式实现了低压拓扑的自动识别，拓扑文件的生成与上报主站。对拓扑的变化进行实时在线监测，对拓扑进行校核。
主要组成部分为：智能融合终端融合终端、分支箱处安装的低压监测单元LTU、表箱处安装的低压监测单元LTU。采用物联网组网架构，充分利用融合终端边缘计算能力；监测范围涵盖整个低压配电网；采用HPLC作为主要通讯手段，采用物联网MQTT协议作为主要通讯协议。
拓扑自动识别方法包括以下步骤：
步骤1，融合终端与各级LTU建立通信；采用载波通讯，两PLC网并存。系统架构见图1。
步骤2，智能融合终端内运行于容器1内的自动拓扑识别APP启动拓扑识别，启动命令通过MQTT总线写入运行于容器2内数据中心，数据中心通过MQTT总线向智能融合终端内运行于容器3内的采集APP发送通讯报文；实现原理见图2。
步骤3，自动拓扑识别APP依次通知LTU发送指定的特征信号，所有LTU接收到指令后依次发送特征信号，即通过注入信号的长短和有无，组成指定的状态序列，所有LTU对注入命令、检测结果记录状态；实现原理见图3。
具体步骤包括：
31）自动拓扑识别APP采用广播对时的方式向LTU下发注入启动信号的控制命令；
32）根据辨识度选择注入特征信号，并设初始控制命令索引号n＝0；
33）当n≤LTU设备数N时，自动拓扑识别APP向通讯正常的LTU设备广播发送含注入特征信号、索引号n的控制报文，继续执行步骤34）；当n＞LTU设备数N时，执行步骤4，进行拓扑数据召唤；
34）依次判断各LTU设备是否收到广播命令控制报文；若判断到某一LTU设备未收到广播命令控制报文，则索引号n+1，返回步骤33）；否则，继续执行步骤35）；
35）判断LTU设备收到广播命令控制报文的时间误差是否在设置的时间参数T0范围内；若超出该范围，刚索引号n+1，返回步骤33）；否则，继续执行步骤36）；
36）对LTU设备延时T1注入特征信号，更新控制命令索引号网格状态报文；
37）对LTU设备延时T2检测特征信号，根据检测结果更新检测网络状态报文，直到索引号n≥LTU设备数N，执行步骤4，否则返回步骤33）。
步骤4，在向所有LTU发送特征信号后，自动拓扑识别APP依次向各LTU所在线路询问所有特征信号识别结果，并对无响应或某个丢失或者错误的状态序列进行补充，将完整的数据结果写入智能融合终端内的数据中心；实现原理见图4。
拓扑数据召唤具体步骤包括：
41）设初始控制命令索引号n＝0；表示LTU设备排序的变量i＝0；
42）若n≥LTU设备数N，则拓扑数据召唤识别过程完成，状态更新至数据中心，执行步骤5），进行拓扑数据处理；否则，继续执行步骤43）；
43）召唤当前第i个LTU的控制命令索引号网格和检测网格状态报文；
44）判断该LTU是否收到控制命令索引号网格、检测网格状态报文，若收到报文，则继续执行步骤45）；若没有收到报文，则变量i+1，并判断i+1后是否大于2，若大于2则记录该LTU状态错误并存入数据中心，若不大于2，则返回执行步骤43）；
45）判断收到的控制命令索引号网格和检测网格状态报文是否正确；若正确则继续执行步骤46）；若不正确则变量i+1，并判断i+1后是否大于2，若大于2则记录该LTU状态错误并存入数据中心，若不大于2，则重新发送特征信号，返回步骤43）；
46）将当前的LTU特征信号检测状态存入数据中心，控制命令索引号n+1，返回步骤42）。
步骤5，自动拓扑识别APP根据所有识别结果，生成拓扑关系JSON文件。实现原理见图5。
具体步骤包括：
51）设初始控制命令索引号n＝0；表示LTU设备排序的变量i＝0；
52）若n＞LTU设备数N，则处理检测队列生成拓扑关系JSON文件，执行步骤6）；否则，继续执行步骤53）；
53）判断变量i是否大于LTU设备数N，若大于，则n+1，返回执行步骤52），否则继续执行步骤54）；
54）判断该第n次注入时当前第i个LTU是否检测到特征信号，若检测到则该LTU的检测结果存入检测队列，返回执行步骤52）；否则i+1，返回执行步骤53）；
步骤6，拓扑关系JSON文件生成后，判断拓扑是否变化，根据是否变化的判断结果，主动上送至主站；实现原理见图6。
具体步骤包括：
读取新生成的拓扑关系JSON文件；
判断旧拓扑关系JSON文件是否存在；若存在，刚读取旧拓扑关系JSON文件；
比较新旧拓扑关系JSON文件CRC码是否相等，若相等，则删除新生成的拓扑关系JSON文件；否则，判断拓扑发生变化；
将变化标志置1，写入数据中心；
主动向主站发送拓扑变化变位报文；
判断主站召唤拓扑关系JSON文件是否成功，若召唤成功，刚变化标志置0，写入数据中心；
删除旧拓扑关系JSON文件。
本方案中，自动拓扑识别由运行于智能融合终端容器内的软件APP+分支箱低压监测单元LTU+末端低压监测单元LTU实现。
注入信号采用无功电流，用户功率因数一般较高，无功电流容易辨识，采用多种数字特征序列信号，自动适配注入识别率高的特征序列，特征明显，不易受台区的高频信号干扰，小于500ms的短时间注入的无功电流序列对台区电能质量、智能保护等设备无干扰。
自动拓扑识别APP通过逐个控制线路上的监测单元注入特征序列信号，通过HPLC宽带载波通讯召唤每个监测单元的特征序列检测情况，通过特征序列检测情况，判断节点的相-线、层级关系，由智能融合终端自动形成拓扑文件。
采用拓扑关系校核原理，对已形成的拓扑进行校核修正。
自动拓扑识别APP根据不同序列的识别度，自主学习，自动控制线路监测单元注入适配识别度高的特征序列信号。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于新型智能融合终端的自动拓扑识别方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1，融合终端与各级LTU建立通信；
步骤2，融合终端内的自动拓扑识别APP启动拓扑识别，启动命令通过MQTT总线写入数据中心，数据中心通过MQTT总线向融合终端内的采集APP发送通讯报文；
步骤3，自动拓扑识别APP依次通知LTU发送指定的特征信号，所有LTU接收到指令后依次发送特征信号，所有LTU对注入命令、检测结果的状态进行记录；
步骤4，在向所有LTU发送特征信号后，自动拓扑识别APP依次向各LTU所在线路询问所有特征信号识别结果，并对无响应或某个丢失或者错误的状态序列进行补充，将完整的数据结果写入融合终端内的数据中心；
步骤5，自动拓扑识别APP根据所有识别结果，生成拓扑关系JSON文件；
步骤6，拓扑关系JSON文件生成后，判断拓扑是否变化，根据是否变化的判断结果，主动上送至主站。
2.根据权利要求1所述的一种基于新型智能融合终端的自动拓扑识别方法，其特征是，步骤1中，融合终端与各级LTU采用载波进行通讯。
3.根据权利要求1所述的一种基于新型智能融合终端的自动拓扑识别方法，其特征是，步骤1中，融合终端与各级LTU之间采用两PLC网并存的系统架构连接通讯。
4.根据权利要求1所述的一种基于新型智能融合终端的自动拓扑识别方法，其特征是，步骤3中，所述特征信号为由长、短和有、无信号组成的状态序列信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于新型智能融合终端的自动拓扑识别方法，其特征是，步骤3中，包括以下具体步骤：
31）自动拓扑识别APP采用广播对时的方式向LTU下发注入启动信号的控制命令；
32）根据辨识度选择注入特征信号，并设初始控制命令索引号n＝0；
33）当n≤LTU设备数N时，自动拓扑识别APP向通讯正常的LTU设备广播发送含注入特征信号、索引号n的控制报文，继续执行步骤34）；当n＞LTU设备数N时，执行步骤4，进行拓扑数据召唤；
34）依次判断各LTU设备是否收到广播命令控制报文；若判断到某一LTU设备未收到广播命令控制报文，则索引号n+1，返回步骤33）；否则，继续执行步骤35）；
35）判断LTU设备收到广播命令控制报文的时间误差是否在设置的时间参数T0范围内；若超出该范围，刚索引号n+1，返回步骤33）；否则，继续执行步骤36）；
36）对LTU设备延时T1注入特征信号，更新控制命令索引号网格状态报文；
37）对LTU设备延时T2检测特征信号，根据检测结果更新检测网络状态报文，直到索引号n≥LTU设备数N，执行步骤4，否则返回步骤33）。
6.根据权利要求1所述的一种基于新型智能融合终端的自动拓扑识别方法，其特征是，步骤4中，包括以下具体步骤：
41）设初始控制命令索引号n＝0；表示LTU设备排序的变量i＝0；
42）若n≥LTU设备数N，则拓扑数据召唤识别过程完成，状态更新至数据中心，执行步骤5），进行拓扑数据处理；否则，继续执行步骤43）；
43）召唤当前第i个LTU的控制命令索引号网格和检测网格状态报文；
44）判断该LTU是否收到控制命令索引号网格、检测网格状态报文，若收到报文，则继续执行步骤45）；若没有收到报文，则变量i+1，并判断i+1后是否大于2，若大于2则记录该LTU状态错误并存入数据中心，若不大于2，则返回执行步骤43）；
45）判断收到的控制命令索引号网格和检测网格状态报文是否正确；若正确则继续执行步骤46）；若不正确则变量i+1，并判断i+1后是否大于2，若大于2则记录该LTU状态错误并存入数据中心，若不大于2，则重新发送特征信号，返回步骤43）；
46）将当前的LTU特征信号检测状态存入数据中心，控制命令索引号n+1，返回步骤42）。
7.根据权利要求1所述的一种基于新型智能融合终端的自动拓扑识别方法，其特征是，步骤5中，包括以下具体步骤：
51）设初始控制命令索引号n＝0；表示LTU设备排序的变量i＝0；
52）若n＞LTU设备数N，则处理检测队列生成拓扑关系JSON文件，执行步骤6）；否则，继续执行步骤53）；
53）判断变量i是否大于LTU设备数N，若大于，则n+1，返回执行步骤52），否则继续执行步骤54）；
54）判断该第n次注入时当前第i个LTU是否检测到特征信号，若检测到则该LTU的检测结果存入检测队列，返回执行步骤52）；否则i+1，返回执行步骤53）。
8.根据权利要求1所述的一种基于新型智能融合终端的自动拓扑识别方法，其特征是，步骤6中，包括以下具体步骤：
读取新生成的拓扑关系JSON文件；
判断旧拓扑关系JSON文件是否存在；若存在，刚读取旧拓扑关系JSON文件；
比较新旧拓扑关系JSON文件CRC码是否相等，若相等，则删除新生成的拓扑关系JSON文件；否则，判断拓扑发生变化；
将变化标志置1，写入数据中心；
主动向主站发送拓扑变化变位报文；
判断主站召唤拓扑关系JSON文件是否成功，若召唤成功，刚变化标志置0，写入数据中心；
删除旧拓扑关系JSON文件。
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