CN112564981B - 一种配电网电气元件的拓扑识别方法 - Google Patents

一种配电网电气元件的拓扑识别方法 Download PDF

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Abstract

一种配电网电气元件的拓扑识别方法，涉及配电自动化技术领域，其结构为：包含安装在该配电网最顶端的拓扑识别器、线路中的各重要元件如断路器和电能表的节点、安装在每条分支线路最末端的末端信号发生器。该拓扑识别方法采用特定的要求位置上报和各节点上报其记录的拓扑表的广播指令、各末端信号发生器发出上报信号、各节点能够记录其下级线路的上报信号和将本节点记录的拓扑表上报。本发明的有益效果：基于本发明提供的技术方案，通过安装在变压器下口的拓扑采集器发出一要求上报位置信息的广播，配电网络中的所有设备都能收到并且能正确识别，该发明可以大大提高电力公司供电的可靠性，无需外挂设备，节省了成本，且避免了安装问题。

Description

一种配电网电气元件的拓扑识别方法
技术领域
本发明涉及配电自动化技术领域，具体为一种配电网电气元件的拓扑识别方法。
背景技术
众所周知，随着经济水平的不断发展，电力广泛应用在社会生活中的方方面面，配电网络中的设备越来越多。电力部门需要了解并掌握配电网络的设备组成、上下级关系。以便于进行配电网优化、负荷分配和调度、能耗分析和施行更优化的节能措施方案等。配电网内各设备组成情况和上下级关系组成的拓扑表是这一切的基础。但是由于配电网络的组成复杂，且经常性的发生改变，因此，一种自动化的进行拓扑识别的方法，是一种具备很强实用性和迫切性的技术。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种配电网电气元件的拓扑识别方法，其结构为：其主要包括安装在配电网变压器输出侧的拓扑采集器、配电网内在输电线路上安装的各主要元件，所述的各主要元件是拓扑识别的节点，在配电网每条线路末端节点旁安装一个末端信号发生器，上述的各节点、拓扑采集器、末端信号发生器上都安装有电力宽带载波模块，所述的拓扑采集器定期在线路中发出基于线路电压波形，要求节点将各自位置上报指令的广播，安装在每条线路末端节点处的末端信号发生器在收到该广播信号后，依照本机的序号依次延迟规定的时间后，响应该广播信号，发出一个基于线路电流信号的上报信号，该末端信号发生器至拓扑采集器之间的同一线路的所有节点都可接受到拓扑采集器发出的基于电压波形的广播信号和基于电流波形的上报信号，这些节点都把该信号发生器记录为本节点的下级单元，拓扑采集器发出要求将线路中节点位置上报指令的广播，各末端信号发生器依次发出上报信号后延迟一定时间，拓扑采集器再次通过线路电压信号发出要求各节点将其记录的拓扑表上报指令，各节点在接受到该指令后，通过电力宽带载波模块和特定的通讯协议，将本节点所记录的拓扑表通过电压波形的方式按照本机序列号的顺序依次上报，最终的本网络拓扑表由拓扑采集器进行记录、分析、描述。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的每条线路末端节点处的末端信号发生器，依照本机的序列号，依次延迟本机序号中某个特定字节数字加上预先设定的固有延迟时间，作为本机收到要求位置上报的广播信号后的发出上报信号的总延迟时间，每个节点在上报本节点记录的拓扑表时，也是根据本节点的序列号中的特定字节数字加上预先设定的固有延迟时间，作为本节点收到要求上报拓扑表信号后的执行上报指令的总延迟时间。
作为本发明的一种优选技术方案，每个节点都能够记录下级拓扑网络，即下级节点分布情况。
作为本发明的一种优选技术方案，拓扑采集器发出的要求位置上报和拓扑表上报的广播信号基于线路的电压，优先采取的方案是在线路中存在的交流电压过零时，拓扑采集器产生一个或几个特定数量和特定幅值的脉冲。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的末端信号发生器发出的上报信号，是由该末端信号发生器在其内部产生的一个特定的短路信号，在该短路信号内附加了基于电力宽带载波模块和预先约定的通讯协议来表达的本机序号。
作为本发明的一种优选技术方案，该配电线路的每个节点，包括拓扑采集器在内，都能够采集到拓扑采集器发出的广播信号和本节点下面的末端信号发生器发出的上报信号，并将之记录在本节点内特定的存储区内，如果所述节点在收到一条要求位置上报的广播信号后，收到一条以上的末端信号发生器发出基于电流波形的上报信号，所述本节点会把所收到的上报信号分别记录，同时认为这些上报信号的所处的线路和节点为本节点下端、但分属于不同的分支线路。
作为本发明的一种优选技术方案，每个节点在上报本节点内存储的拓扑表时，会将本节点的序列号作为本节点的标志，该序列号内的某个字段，是表示本节点的设备类型的代码。
作为本发明的一种优选技术方案，拓扑采集器是在用电低谷时段发出广播信号。
本发明的使用方法：拓扑采集器定期在线路中发出基于线路电压波形，要求节点将各自位置上报指令的广播，安装在每条线路末端节点处的末端信号发生器在收到该广播信号后，依照本机的序号依次延迟规定的时间后，响应该广播信号，发出一个基于线路电流信号的上报信号，该末端信号发生器至拓扑识别器之间的同一线路的所有节点都可接受到拓扑识别器发出的基于电压波形的广播信号和基于电流波形的上报信号，这些节点都把该信号发生器记录为本节点的下级单元，拓扑采集器发出要求将线路中节点位置上报指令的广播，各末端信号发生器依次发出上报信号后延迟一定时间，拓扑采集器再次通过线路电压信号发出要求各节点将其记录的拓扑表上报指令，各节点在接受到该指令后，通过电力宽带载波通讯方式和特定的通讯协议，将本节点所记录的拓扑表通过电压波形的方式按照本机序列号的顺序依次上报，最终的本网络拓扑表由拓扑识别器进行记录、分析、描述。
本发明的有益效果在于：基于本发明提供的技术方案，通过安装在变压器下口的拓扑采集器发出一要求上报位置信息的广播，配电网络中的所有设备都能收到并且能正确识别，安装在线路末端的末端信号发生器在收到要求上报位置的广播后，按照其各自序列号中特定的字节段的数字加上某一个约定的固有延时时间数字，作为其总延时时间，经过该总延时时间后，末端信号发生器内部产生一个短路信号，并在该短路信号后以载波通讯的形式发送附加本机序列号，该通讯内容附加在线路电流波形上，由于附加在电流信号上的波动，不能影响到本分支线路以外的其他分支线路，所以，不在本分支线路上的设备节点将不能收到该位置上报信号。该发明可以大大提高电力公司供电的可靠性，无需外挂设备，节省了成本，且避免了安装问题。
附图说明
图1是本发明一种配电网电气元件的拓扑识别方法的配电网络结构示意图；
图2是本发明一种配电网电气元件的拓扑识别方法的拓扑结构示意图；
图3是本发明一种配电网电气元件的拓扑识别方法的电压波形图；
图4是本发明一种配电网电气元件的拓扑识别方法的总延时时间和载波通讯图；
图5是本发明一种配电网电气元件的拓扑识别方法末端信号发生器的原理简图；
1、变压器，2、拓扑采集器，3、节点，3-1、断路器，3-2、电能表，4、末端信号发生器，5、电力宽带载波模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：如图1-5所示，本发明一种配电网电气元件的拓扑识别方法，其主要包括安装在配电网变压器输出侧的拓扑采集器、配电网内在输电线路上安装的各主要元件，所述的各主要元件是拓扑识别的节点，在配电网每条线路末端节点旁安装一个末端信号发生器，上述的各节点、拓扑采集器、末端信号发生器上都安装有电力宽带载波模块，所述的拓扑采集器定期在线路中发出基于线路电压波形，要求节点将各自位置上报指令的广播，安装在每条线路末端节点处的末端信号发生器在收到该广播信号后，依照本机的序号依次延迟规定的时间后，响应该广播信号，发出一个基于线路电流信号的上报信号，该末端信号发生器至拓扑采集器之间的同一线路的所有节点都可接受到拓扑采集器发出的基于电压波形的广播信号和基于电流波形的上报信号，这些节点都把该信号发生器记录为本节点的下级单元，拓扑采集器发出要求将线路中节点位置上报指令的广播，各末端信号发生器依次发出上报信号后延迟一定时间，拓扑采集器再次通过线路电压信号发出要求各节点将其记录的拓扑表上报指令，各节点在接受到该指令后，通过电力宽带载波模块和特定的通讯协议，将本节点所记录的拓扑表通过电压波形的方式按照本机序列号的顺序依次上报，最终的本网络拓扑表由拓扑采集器进行记录、分析、描述。
其中，所述的每条线路末端节点处的末端信号发生器，依照本机的序列号，依次延迟本机序号中某个特定字节数字加上预先设定的固有延迟时间，作为本机收到要求位置上报的广播信号后的发出上报信号的总延迟时间，每个节点在上报本节点记录的拓扑表时，也是根据本节点的序列号中的特定字节数字加上预先设定的固有延迟时间，作为本节点收到要求上报拓扑表信号后的执行上报指令的总延迟时间。
其中，每个节点都能够记录下级拓扑网络，即下级节点分布情况。
其中，拓扑采集器发出的要求位置上报和拓扑表上报的广播信号基于线路的电压，优先采取的方案是在线路中存在的交流电压过零时，拓扑采集器产生一个或几个特定数量和特定幅值的脉冲。
其中，所述的末端信号发生器发出的上报信号，是由该末端信号发生器在其内部产生的一个特定的短路信号，在该短路信号内附加了基于电力宽带载波模块和预先约定的通讯协议来表达的本机序号。
其中，该配电线路的每个节点，包括拓扑采集器在内，都能够采集到拓扑采集器发出的广播信号和本节点下面的末端信号发生器发出的上报信号，并将之记录在本节点内特定的存储区内，如果所述节点在收到一条要求位置上报的广播信号后，收到一条以上的末端信号发生器发出基于电流波形的上报信号，所述本节点会把所收到的上报信号分别记录，同时认为这些上报信号的所处的线路和节点为本节点下端、但分属于不同的分支线路。
其中，每个节点在上报本节点内存储的拓扑表时，会将本节点的序列号作为本节点的标志，该序列号内的某个字段，是表示本节点的设备类型的代码。
其中，拓扑采集器是在用电低谷时段发出广播信号。
工作原理：以下以简图的形式，说明本发明中所描述的拓扑识别方法。
图1所表达的，是一种比较常见的配电网络，该配电网络由变压器、断路器、电能表三种设备组成。在变压器的下口直接安装一拓扑采集器，在该配电网络中的每个分支线路末端安装一末端信号发生器。
以五边形代表拓扑采集器，以圆形代表断路器，以三角形代表电能表，以椭圆形代表末端信号发生器，那么图1的配电网络图可以描述为如图2的拓扑结构图。
下面，详细介绍该拓扑结构图如何自动生成。
（1）如图3所示，在某一个特定时间段内，由紧挨着安装在变压器下口的拓扑采集器发出一要求上报位置信息的广播，该广播是在电压波形上产生，是在电压波形过零点时的一个或一组特定幅值的脉冲。
由于拓扑采集器安装在整个配电网的最上端，且该脉冲是附加于电压信号上，所以，无论线路中是否有电流，整个配电网的设备都将收到该脉冲信号。
（2）上述的要求位置信号上报的脉冲广播是在特定的时间段内发送的，且其幅值和电压过零点附近的特性，因此，配电网络中的所有设备都能收到并且能正确识别。
（3）如图4所示，安装在线路末端的末端信号发生器在收到要求上报位置的广播后，按照其各自序列号中特定的字节段的数字加上某一个约定的固有延时时间数字，作为其总延时时间，经过该总延时时间后，末端信号发生器内部产生一个短路信号，并在该短路信号后以载波通讯的形式发送附加本机序列号，该通讯内容附加在线路电流波形上。
如图4和如图5所示，某个末端信号发生器在收到要求上报位置广播后t0开始，经过总延时=自身序号特定字段数字+约定固有延时之间有，产生一个短路信号，该短路信号长度为T，后面紧跟着是自身的序列号。其他设备收到该电流波动后，可根据上述的延时时间、通讯内容包含的序列号中的特定字段、约定的固有延时时间、短路持续时间、序列号中另外的特定字段所表达的特征码等，确定该电流波动是否是末端信号发生器产生的位置上报抑或是线路上的其他干扰。如果是位置上报信号，那么收到该电流波动的设备节点会把该序列号的末端信号发生器记录为本节点的下级节点。
由于附加在电流信号上的波动，不能影响到本分支线路以外的其他分支线路，所以，不在本分支线路上的设备节点将不能收到该位置上报信号。如图1中，标记为#3-3的末端信号发生器的位置信号，只会被标记为#3-2、#3-1、#2-4、#2-3、#1-2、#1-1和#0的设备接收，而不会被拥有设备节点#2-5、#2-2、#2-1和#3-6、#3-5、#3-4或#3-9、#3-8、#3-7的分支线路接收。因此，设备#3-2、#3-1、#2-4、#2-3、#1-2、#1-1和#0都将记录#3-3为自己的下级设备。依次类推，标记为#2-5、#3-6、#3-9的末端信号发生器都可以被正确的记录在其所在的分支线路上的设备节点中。于是，#2-3和#2-4设备将记录#3-3、#3-6和#3-9这三个设备节点的为其下端，而#3-1和#3-2、#3-4和#3-5、#3-7和#3-8分别记录#3-3、#3-6和#3-9中的一个设备节点，那么很显然，在后面的拓扑表上报中，#3-1和#3-2、#3-4和#3-5、#3-7和#3-8则会被#2-3和#2-4设备记录为分别归属于其下端的分支线路上。
简而言之：
① #3-1和#3-2仅有#3-3，那么#3-1和#3-2在一条分支上，且位于处于末端位置的#3-3的上一级；同理#3-4和#3-5在同一条分支上且在#3-6上端，#3-7和#3-8在同一条分支上且在#3-9上端，#2-1和#2-2在同一条分支上且在#2-5上端；
② #2-3和#2-4同时且只是拥有#3-3、#3-6和#3-9这三条信号，那么，#2-3和#2-4在同一级别上，且拥有上述①描述的三条分支；
③ 依次类推，直至#0的拓扑采集器。
（4）该拓扑识别方法，不追求识别如#2-1的断路器和#2-2的电能表之间的上下级关系，以为在实际使用中，类似于#2-1和#2-2或#3-4和#3-5这类级别设备，一般都是属于电力公司的产权并由电力公司进行专业的维护，且两者之间的距离非常近，各自有各自的功能。所以，一般没有必须区分其关系。如果确实要区分，可以根据电力安装规范，如电能表在开关上口，由软件算法自动区分；或者在电能表或断路器上再安装一个末端识别器。
（5）该拓扑识别方法要求安装在配电网的主要设备，如断路器、电能表、末端识别器有在该配电网络中唯一的序列号，该序列号分为几部分组成：设备类型特性号、设备序号、其他内容。在上传本机记录的拓扑表时，应把自身的序列号放在要上传的拓扑表的最前端。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种配电网电气元件的拓扑识别方法，其主要包括安装在配电网变压器（1）输出侧的拓扑采集器（2）、配电网内在输电线路上安装的各主要元件，所述的各主要元件是拓扑识别的节点（3），在配电网每条线路末端的节点（3）旁安装一个末端信号发生器（4），上述的各节点（3）、拓扑采集器（2）、末端信号发生器（4）上都安装有电力宽带载波模块（5），所述的拓扑采集器（2）定期在线路中发出基于线路电压波形，要求节点（3）将各自位置上报指令的广播，安装在每条线路末端的节点（3）处的末端信号发生器（4）在收到该广播信号后，依照本机的序号依次延迟规定的时间后，响应该广播信号，发出一个基于线路电流信号的上报信号，该末端信号发生器（4）至拓扑采集器（2）之间的同一线路的所有节点（3）都可接受到拓扑采集器（2）发出的基于电压波形的广播信号和基于电流波形的上报信号，这些节点（3）都把该信号发生器记录为本节点的下级单元，拓扑采集器（2）发出要求将线路中节点（3）位置上报指令的广播，各末端信号发生器依次发出上报信号后延迟一定时间，拓扑采集器（2）再次通过线路电压信号发出要求各节点（3）将其记录的拓扑表上报指令，各节点（3）在接受到该指令后，通过电力宽带载波模块（5）和特定的通讯协议，将本节点（3）所记录的拓扑表通过电压波形的方式按照本机序列号的顺序依次上报，最终的本网络拓扑表由拓扑采集器（2）进行记录、分析、描述，所述的每条线路末端的节点（3）处的末端信号发生器（4），依照本机的序列号，依次延迟本机序号中某个特定字节数字加上预先设定的固有延迟时间，作为本机收到要求位置上报的广播信号后的发出上报信号的总延迟时间，每个节点（3）在上报本节点记录的拓扑表时，也是根据本节点的序列号中的特定字节数字加上预先设定的固有延迟时间，作为本节点收到要求上报拓扑表信号后的执行上报指令的总延迟时间，每个节点（3）都能够记录下级拓扑网络，即下级节点分布情况，拓扑采集器（2）发出的要求位置上报和拓扑表上报的广播信号基于线路的电压，优先采取的方案是在线路中存在的交流电压过零时，拓扑采集器（2）产生一个或几个特定数量和特定幅值的脉冲，所述的末端信号发生器（4）发出的上报信号，是由该末端信号发生器（4）在其内部产生的一个特定的短路信号，在该短路信号内附加了基于电力宽带载波模块（5）和预先约定的通讯协议来表达的本机序号，该配电线路的每个节点（3），包括拓扑采集器（2）在内，都能够采集到拓扑采集器（2）发出的广播信号和本节点下面的末端信号发生器（4）发出的上报信号，并将之记录在本节点内特定的存储区内，如果所述节点（3）在收到一条要求位置上报的广播信号后，收到一条以上的末端信号发生器（4）发出基于电流波形的上报信号，所述本节点（3）会把所收到的上报信号分别记录，同时认为这些上报信号的所处的线路和节点为本节点（3）下端、但分属于不同的分支线路，每个节点（3）在上报本节点内存储的拓扑表时，会将本节点的序列号作为本节点的标志，该序列号内的某个字段，是表示本节点的设备类型的代码。
2.根据权利要求1所述的一种配电网电气元件的拓扑识别方法，其特征在于，所述拓扑采集器（2）是在用电低谷时段发出广播信号。
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