CN112821553A - 基于低压配电网台区智慧物联网感知调控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于低压配电网台区智慧物联网感知调控系统及方法，以能源控制器、分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置等作为物联感知节点，分别在配变低压侧总开关出线、分支箱出线、表箱出线、分布式光伏以及充电桩等处安装，实现低压配电网各级低压开关状态监测以及分段线路、用户、分布式光伏以及充电桩进行周期性的电压、电流、功率、示值等电能量数据同步采集与台区准实时线损计算与异常告警等边缘计算功能，实现低压用户停电主动上报、台区拓扑自动识别、表箱门禁状态监控、分布式光伏监测以及充电桩有序充电等功能应用，全面实现对低压配变网运行状态的智能全景感知与准实时监测。
Description
技术领域
本发明属于电力技术领域，具体涉及基于低压配电网台区智慧物联网感知调控系统及方法。
背景技术
为实现环保节能、提高电网互动能力、强化电网与需求侧交互响应能力的工作要求，现在低压配电网台区的应用越来越广，低压配电网台区能够充分挖掘智能电能表数据价值，在台区物联智能感知、设备运行在线监测、台区线损精益化管理、源网荷储协同服务与客户友好互动等方面体现显著效能。
但是，现有的低压配电网台区存在很多问题：
(1)不具备停电实时上报能力，其原因如下：
①采用电力线载波通信信道，低压用户侧停电，必然低压侧到用户端的供电线路断开，在通信必然也同时中断，电表侧信息失去信道自然无法上报；
②用户侧的电能表、采集器，均无后备电源，在失电时已经不能工作，没有上报的能力；
③RS-485接口电能表，采集器外置，RS485接口属性规定电表不能主动上报数据。
(2)低压配电网台区户变关系基础档案不准确，其原因如下：
目前台区户变关系处理方案有几种：
①通过整个台区停电的方式来判断用户属所台区，易导致供电可靠性下降，且工作量大，不易于实施；
②通过手持设备逐个台区进行户变关系识别，工作量大，现场运行环境如台区切割等更改后需要重新进行户变关系标定，重复测试工作量大；
③利用低压电力线载波方案实现户变关系识别，低压电力线载波过零或者信号品质判断的方法，因低压电力线载波串扰严重，识别准确率不高。
(3)低压配电网数据采集颗粒度难于满足业务需求，原因如下：
基于窄带电力线载波或微功率无线通信的用电信息采集终端，目前主要实现台区下全部用户的日电量采集，仅支持20个重点用户的负荷曲线采集，基于宽带载波实现台区下全部用户的60分钟数据采集。低压配网大数据分析和挖掘的最大瓶颈为数据的高频度、全覆盖和同步采集。为了能够对末端电网的供电质量、用电特性、用电故障等做大数据分析和挖掘，需要对台区分支箱以及所有用户的电压、电流、有功功率、无功功率、电能示值等数据进行高频采集，并能够保证采集系统获取高频采集数据的完整率不低于99％。
(4)分布式光伏以及电动汽车充电桩有序充电管理对低压配电网带来的冲击与挑战
①居民用户用电存在一定规律性，白天用电少，晚上用电多，而分布式光伏则是白天发电，从而形成分布式光伏发电时消纳少，引起末端电压偏高，甚至通过变压器进入10kV线路，引起安全隐患。
②电动汽车的快速发展导致了充电桩的快速增加，而且充电桩充电处于无序管理状态，容易引起低压配变台区的变压器引起过载等异常状态，如何在现有变压器容量的基础上对充电桩实施有效充电管理是解决电动汽车发展对低压配电网冲击的最有效手段。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于低压配电网台区智慧物联网感知调控系统及方法。
技术方案：本发明的一种基于低压配电网台区智慧物联网感知调控系统，包括能源控制器、分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置、表箱智能远控锁和电能表；所述能源控制器包括主控板、电力线宽带载波HPLC、通信模块、三相交流采样模块和拓扑识别模块，通过通信模块与主站系统通信，分别通过电力线宽带载波HPLC与分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置进行通信信道连接；三相交流采样模块采集对应的电流信号和电压信号，拓扑识别模块连接电压信号，并通过报道点名方式分别向对应分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置发送拓扑识别命令，分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置响应能源控制器命令并发送拓扑识别特征信号，能源控制器通过命令方式查询各分支箱监测装置以及能源控制器拓扑识别模块的单次识别结果，并将能源控制器所辖装置的单次识别结果进行汇总，形成"变-线-表箱-电能表"的多级拓扑关系；所述分支箱监测装置安装于低压电缆分支箱的出线处，所述表箱监测装置安装于用户计量表箱出线处，还分别连接于表箱智能远控锁和电能表，所述新能源监测装置还分别与分布式光伏和充电桩连接，周期采集分布式光伏和充电桩的对应运行状态数据；当分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置监测到异常状态时通过电力线宽带载波HPLC上报能源控制器，能源控制器收到后上报至主站系统。
进一步的，所述能源控制器的三相交流采样模块通过计量电流互感器采集电流信号并通过电源线连接电压信号；主控板通过电力线宽带载波HPLC采用报道点名方式逐一通过台区分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置发送对应拓扑识别特征信号，拓扑识别模块查询、识别和处理收到的对应拓扑识别特征信号，生成变—线—表箱—电能表的多级拓扑关系图；所述能源控制器通过电力线宽带载波HPLC周期采集分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置的各线路运行状态数据、用户电能表数据、分布式光伏数据以及充电桩运行数据；所述能源控制器通过电力线宽带载波HPLC获取分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置异常事件上报信息；所述能源控制器结合配变容量、充电需求制定电动汽车充电管理策略，同时结合车联网平台的充电需求信息，将本地台区信息及电动汽车充电管理策略上传用电信息采集系统以及车联网平台，充电桩接受车联网平台的充电管理，执行车联网平台的有序用电计划。
进一步的，所述分支箱检测装置包括物理拓扑识别模块、物理拓扑发射模块、三相交流采样模块，三项交流采样模块通过开口式电流互感器设置于低压断路器的出线处，用于采集对应电流信号，通过电源线连接电压信号，物理拓扑发射模块在收到能源控制器相关指令时发送拓扑识别特征信号，物理拓扑识别模块实时采集并识别拓扑特征信号，响应能源控制器的当前拓扑识别结果；所述分支箱监测装置收到能源控制器的数据召测时回复线路运行状态数据；在自动检测到断路器出线线路异常时或终端自身停电时，通过电力线宽带载波HPLC上报异常事件至能源控制器。
进一步的，所述表箱监测装置还包括三相交流采样模块和物理拓扑发射模块，三相交流采样模块通过开口式电流互感器安装于用户计量表箱的进线开关出线处来采集对应电流信号，并通过电源线连接电压信号；所述物理拓扑发射模块在收到能源控制器相关指令时发送拓扑识别特征信号；所述表箱监测装置收到能源控制器的数据召测时回复对应线路运行状态数据以及用户电能表运行数据；并在自动检测到进线开关出线线路异常或终端自身停电时通过电力线宽带载波HPLC上报异常事件至能源控制器。
进一步的，所述新能源监测装置中的物理拓扑发射模块在收到能源控制器相关指令时发送拓扑识别特征信号；所述新能源监测装置收到能源控制器的数据召测时回复对应分布式光伏或充电桩运行数据；并在自动检测到终端自身停电时通过电力线宽带载波HPLC上报异常事件至能源控制器。
本发明还公开一种基于低压配电网台区智慧物联网感知调控方法，包括下述步骤：
步骤S1、在台区布置安装能源控制器、分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置；
步骤S2、能源控制器通过自组网自维护后获取台区基础档案，并通过命令方式查询各设备的类型(分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置)，然后通过集中调度方式逐一对各设备采用命令方式通知其发送拓扑识别特征信号，并查询各个设备单次拓扑识别结果，直至获取所有设备单次识别结果，对所有单次识别结果进行分析，然后生成台区对应的变-线-箱-户多级拓扑关系图；
步骤S3、能源控制器周期采集各线路运行状态参数、用户电能表运行数据、分布式光伏运行数据以及充电桩运行数据，其中，分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置自动进行任务与异常事件上报；
步骤S4、能源控制器根据台区变压器容量、台区当前负荷以及充电需求对充电桩进行充电管理。
进一步的，所述步骤S1中，能源控制器、分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置分别在配变低压侧总开关出线、分支箱出线及表箱进线开关出线、分布式光伏上网计量表箱和充电桩处；
安装布置完成后，能源控制器通过电力线宽带载波HPLC进行本地通信信道自组网、自维护获取路由信息以及相关的基础档案，然后通过电力线宽带载波HPLC查询对应监测装置的版本信息用于区分分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置的设备类别后，再自动触发物理拓扑识别。
其中，分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置的数量根据实际情况布置。
进一步的，所述步骤S2中，能源控制器通过报道点名方式按照分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置依次通知其发送拓扑识别特征信号，并通过电力线宽带载波HPLC获取各分支箱监测装置、表箱监测装置以及能源控制器的识别结果，并同时自动剔除非本台区的分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置，从而获得准确的“变—线—表箱—电能表”拓扑关系。
进一步的，所述步骤S3中能源控制器通过电力线宽带载波HPLC分别周期(5分钟)性采集获取分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置的线路电压、电流、功率和电能示值运行参数，以及用户电能表、分布式光伏、充电桩的电压、电流、功率和电能示值运行参数，然后将获取的运行参数均通过4G通信模块主动上报至主站系统；
当分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置自动检测到对应线路状态、设备状态(例如停电)等异常事件状态时，立即通过对应电力线宽带载波HPLC道上报至能源控制器，能源控制器通过4G通信模块将接收到的异常事件主动上报至主站系统。
进一步的，所述步骤S4中能源控制器结合台区配变容量、车联网平台的充电需求信息以及台区负荷制定电动汽车充电管理策略上传至主站系统，主站系统与车联网平台完成信息交互，充电桩接受车联网平台的充电管理，执行车联网平台的有序充电计划，具体过程为：
S4.1、能源控制器以主站系统下发的台区日前总负荷规划曲线为基准，结合当前台区实时负荷信息和台区内各充电桩实时充电情况，实时拟合当天台区充电曲线(例如通过最小二乘法进行拟合)，预测用户充电汽车充电情况，从而能够向用户反馈未来充电完成情况；
S4.2、根据分时电价、用户申请充电模式和日前总负荷规划曲线，制定相应充电策略，编排合理的充电计划，向用户给出本次预计充电费用和充电完成情况；
S4.3、能源控制器监控台区总负荷，如果台区负荷超过台区设定最大负荷的时间达到设定时长，则根据既定控制策略，向主站系统发送或者对充电桩发送停止充电/降低充电功率命令。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明的基于低压配电网台区智慧物联网感知调控系统，极大地丰富了现有用电信息采集系统功能，满足日益增长的分布式光伏和电动汽车充电桩对低压配电网的业务需求。
(2)本发明具备“变—线—箱—户”多层级的物理拓扑在线辨识功能，提供了精准的台户档案关系以及低压配电网供电网络拓扑结构，为台区就地化分段分相分时线损计算等精益化线损分析业务扩展应用提供技术保障与支撑。
(3)本发明通过周期性(例如5分钟)对分段线路、用户电能表、分布式光伏以及充电桩的电压、电流、功率、示值等电能量数据同步采集，使得数据采集的颗粒度进一步提高，为大数据分析提高了可靠的数据保障。
(4)本发明能够对低压配电网各级节点以及监测设备停电、过流、过压、断相事件等设备运行状态的异常事件精准研判与实时上报功能，实现了低压配电网的运行状态实时感知，为公司为客户提供主动服务做了技术保障。
(5)本发明中的能源控制器具备分段分相分时线损分析功能，并实现计量异常辨识与定位功能。
(6)本发明还可以对分布式光伏进行监测，对电动汽车充电桩进行有序充电管理，在低压配电网在变压器不扩容且符合配变安全运行要求的前提下，结合分时电价、用户申请充电模式、当前负荷以及日前总负荷规划曲线，制定相应充电策略，编排合理的充电计划，保障变压器处于安全经济运行。
附图说明
图1为本发明一实施例中整体系统架构图；
图2为本发明一实施例中台区小电流扰动拓扑结构识别示意图；
图3为本发明一实施例中能源控制器对充电桩有序充电管理的示意图；
图4为本发明一实施例中有序充电管理流程图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1所示，本实施例的一种基于低压配电网台区智慧物联网感知调控系统，包括能源控制器、分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置、表箱智能远控锁和电能表；能源控制器包括主控板，以及由主控板控制的电力线宽带载波HPLC、通信模块、三相交流采样模块和拓扑识别模块，通过通信模块与主站系统通信，分别通过电力线宽带载波HPLC与分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置进行通信信道连接；三相交流采样模块采集对应的电流信号和电压信号，拓扑识别模块连接电压信号，并通过报道点名方式分别向对应分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置发送拓扑识别命令，分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置响应能源控制器命令并发送拓扑识别特征信号，能源控制器通过命令方式查询各分支箱监测装置以及能源控制器拓扑识别模块的单次识别结果，并将能源控制器所辖装置的单次识别结果进行汇总，形成"变-线-表箱-电能表"的多级拓扑关系；分支箱监测装置安装于低压电缆分支箱的出线处，表箱监测装置安装于用户计量表箱出线处，还分别连接于表箱智能远控锁和电能表(通过RS485连接)，新能源监测装置还分别与分布式光伏和充电桩连接，周期采集分布式光伏和充电桩的对应运行状态数据；当分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置监测到异常状态时通过电力线宽带载波HPLC上报能源控制器，能源控制器收到后上报至主站系统。
其中，能源控制器在进行拓扑特征识别时采用末端扰动的小电流畸变方法，拓扑识别启动条件包括但不限于：i能源控制器在上电或周期自组网自维护后台区设备路由信息发生变化时自动触发拓扑识别；ii每天固定时间启动一次拓扑识别；iii通过主站或就地下发命令启动方式触发启动。
能源控制器的三相交流采样模块通过计量电流互感器采集电流信号并通过电源线连接电压信号；主控板通过电力线宽带载波HPLC采用报道点名方式逐一通过台区分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置发送对应拓扑识别特征信号，拓扑识别模块查询、识别和处理收到的对应拓扑识别特征信号，生成变—线—表箱—电能表的多级拓扑关系图；能源控制器通过电力线宽带载波HPLC周期采集分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置的各线路运行状态数据、用户电能表数据、分布式光伏数据以及充电桩运行数据；能源控制器通过电力线宽带载波HPLC获取分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置异常事件上报信息；能源控制器结合配变容量、充电需求制定电动汽车充电管理策略，同时结合车联网平台的充电需求信息，将本地台区信息及电动汽车充电管理策略上传用电信息采集系统以及车联网平台，充电桩接受车联网平台的充电管理，执行车联网平台的有序用电计划。
分支箱检测装置包括物理拓扑识别模块、物理拓扑发射模块、三相交流采样模块，三项交流采样模块通过开口式电流互感器设置于低压断路器的出线处，用于采集对应电流信号，通过电源线连接电压信号，物理拓扑发射模块将对应拓扑识别特征信号发送至能源控制器，物理拓扑识别模块收到查询识别结果时回复当前拓扑识别结果；分支箱监测装置收到能源控制器发出的数据召测时回复线路运行状态数据；在自动检测到断路器出线线路异常时或终端自身停电时，通过电力线宽带载波HPLC上报异常事件至能源控制器。
表箱监测装置还包括三相交流采样模块和物理拓扑发射模块，三相交流采样模块通过开口式电流互感器安装于用户计量表箱的进线开关出线处来采集对应电流信号，并通过电源线连接电压信号；物理拓扑发射模块将对应拓扑识别特征信号发送至能源控制器；表箱监测装置收到能源控制器的数据召测时回复对应线路运行状态数据以及用户电能表运行数据；并在自动检测到进线开关出线线路异常或终端自身停电时通过电力线宽带载波HPLC上报异常事件至能源控制器。
新能源监测装置中的物理拓扑发射模块将发送拓扑识别特征信号发送至能源控制器；新能源监测装置收到能源控制器的数据召测时回复对应分布式光伏或充电桩运行数据；并在自动检测到终端自身停电时通过电力线宽带载波HPLC上报异常事件至能源控制器。
本实施例的一种基于低压配电网台区智慧物联网感知调控方法，包括下述步骤：
步骤S1、在台区布置安装能源控制器、分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置：能源控制器、分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置分别在配变低压侧总开关出线、分支箱出线及表箱进线开关出线、分布式光伏上网计量表箱和充电桩处；安装布置完成后，能源控制器通过电力线宽带载波HPLC进行本地通信信道自组网、自维护获取路由信息以及相关的基础档案，然后通过电力线宽带载波HPLC查询对应监测装置的版本信息用于区分分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置的设备类别后，再自动触发物理拓扑识别；其中，分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置的数量根据实际情况布置。
步骤S2、能源控制器通过报道点名方式按照分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置依次通知其发送拓扑识别特征信号，并通过电力线宽带载波HPLC获取各分支箱监测装置、表箱监测装置以及能源控制器的识别结果，并同时自动剔除非本台区的分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置，从而获得准确的“变—线—表箱—电能表”拓扑关系。然后，能源控制器通过电力线宽带载波HPLC分别周期(5分钟)性采集获取分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置的线路电压、电流、功率和电能示值运行参数，以及用户电能表、分布式光伏、充电桩的电压、电流、功率和电能示值运行参数，然后将获取的运行参数均通过4G通信模块主动上报至主站系统，这样大幅度降低能源控制器与其所辖监测装置的通信交互时间，提高了数据采集效率；当分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置自动检测到对应线路状态、设备状态(例如停电)等异常事件状态时，立即通过对应电力线宽带载波HPLC道上报至能源控制器，能源控制器通过4G通信模块将接收到的异常事件主动上报至主站系统。具体过程为：
A、能源控制器根据终端时钟自动判断5分钟采集任务是否满足条件，满足条件时自动启动数据采集任务；
B、能源控制器按照监测装置所关联档案依次通过电力线宽带载波HPLC通信信道采集(分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置)已冻结的数据，并保存至能源控制器对应的存储区域，直至台区所辖的所有采集对象即各线路的运行状态数据、用户电能表数据、分布式光伏数据以及充电桩数据均采集完成；
C、能源控制器根据自动任务周期以及终端时间自动判断自动任务上报是否启动，当终端时钟满足自动任务上报条件时，能源控制器自动上报上一周期的电压、电流、功率、电能示值等曲线数据，直至所有数据上报完成。
D、能源控制器实时监测分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置的异常事件上报信息，一旦监测到异常事件，及时将相关事件通过4G上行通信信道上报至主站系统；
步骤S4、能源控制器结合台区配变容量、车联网平台的充电需求信息以及台区负荷制定电动汽车充电管理策略上传至主站系统，主站系统与车联网平台完成信息交互，充电桩接受车联网平台的充电管理，执行车联网平台的有序充电计划。
如图3和图4所示，本实施例的能源控制器进行有序充电管理时包括台区充电负荷优化和充电负荷分配，其具体方法为：
(1)能源控制器预测日前配变负荷，结合台区电动汽车充电需求负荷，预先计算台区配变在各个时段可用充电功率，生成台区日前充电负荷规划。
(2)针对预测的台区配变可用充电负荷，能源控制器通过新能源监测装置管理充电桩充电资源分配，在超过配变安全运行阈值时调整或中断部分充电负荷。
(3)基于家用交流充电桩均为单相接入的考虑，充电管理策略是针对配变单相的负荷优化和充电桩调度，配变三相采用相同的控制策略，三相独立优化，互不影响。
上述能源控制器对台区充电负荷优化是基于台区日前配变负荷预测，满足台区电动汽车充电需求、台区配变功率限制，基于负荷优化需求，得到台区日前充电负荷规划。具体如下：
a)负荷优化需求
配变台区负荷优化需求包括"错时"、"填谷"、"平稳"、"安全"、"经济"几个方面。
错时：将个人充电桩的充电时间与居民生活用电高峰时段错开，将企业内部充电桩的充电时段与企业生产高峰负荷错开，避免充电高峰负荷与生活生产高峰负荷叠加。
填谷：居民电动乘用车的晚间停车时间很长，可充分利用晚间低谷时段充电，提高电网低谷负荷。
平稳：在晚间电网负荷低谷时段的台区平稳负荷有利于清洁能源的消纳。
安全：在负荷高峰时段，防止因不接受充电管理的负荷过大造成配变重载，保障居民生活用电。
经济:合理安排充电负荷，尽量使配变运行在经济运行区间，节能降损。
b)负荷优化策略
台区配变负荷优化策略的主导思想是，根据电动汽车需求的总能量和电网基础负荷曲线的高低变化，在时间维度上把电动汽车所需求的总能量分配到负载曲线上，使台区内电动汽车充电后的总负荷曲线相对平直稳定。同时，根据用户电动汽车SOC状态结合电网日负荷特征，给出推荐充电日及推荐充电区域。
c)策略修正
为降低预测误差对充电计划的影响，当发生以下情况时，应进行充电管理计划修正：
每日零点之前，对准备执行的充电方案重新审视，重新计算充电负荷，发现配变负载率超出经济运行上限时；
配变基础用电负荷预测、充电负荷预测与实际偏差较大，导致配变实际负荷与计划负荷偏差超过阈值时。
上述能源控制器对台区电动汽车充电负荷进行分配是以实际调度结果与充电功率规划偏差的绝对值最小为目标，充分考虑用户充电管理需求,得到每辆电动汽车的最优充电时序。具体如下：
a)用户充电需求
自主：参与充电管理完全自愿，参与充电管理不能影响到充电目标的达成，不能影响用车出行。每一次充电可任意选择是否参与充电管理，充电过程中可随时变更或退出。
省钱：参与充电管理，利用优惠电价，分享公用充电设施，能降低充电成本，享受共享经济带来的利益。
b)充电资源分配策略
对签约用户，按照先请求先处理的原则，以当前请求桩充电时段内总体充电功率不超过充电功率规划值为依据，按时间最早进行安排，给出当前请求桩的充电时间计划以及预计充电完成时间，并将分配结果反馈给用户。
对非签约用户判断充电时段是否与负荷高峰时段重叠，提示可能出现的充电暂停。
c)因配变超载而需要降低充电负荷的策略
能源控制器对配变进行实时负荷监测，当监测到配变出现超载情况，向平台告警，并按以下策略暂停部分充电负荷。
首先，将签约用户的充电负荷调整到最低。计算每个充电桩用户的时间裕度(剩余充电时间/剩余充电电量)，优先暂停时间裕度大的用户。
其次，暂停非签约用户充电桩。按照电动汽车接入时间，优先暂停接入时间晚的用户。对于不响应暂停指令的充电桩，通过电能表费控指令直接中断。
配变超载情况消除后，按照暂定充电负荷相反的顺序依次恢复充电负荷。
当能源控制器进行有序充电管理发生以下情形时，会对充电管理过程进行修正：
a)充电负荷优化策略更新后；
b)有新的车辆接入且当前充电计划无法满足用户充电需求，重新编排充电计划可满足用户充电需求时。
c)当超过20％充电负荷在配变负荷高峰接入充电时。
如图2所示，上述步骤S2中能源控制器进行拓扑特征识别过程为：
(1)能源控制器上电启动自组网自维护，通过HPLC进行本地通信单元与分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置建立本地通信网络，获取本次入网的分支箱监测装置信息、表箱监测装置信息与电能表档案信息、新能源监测装置信息、分布式光伏信息与充电桩信息，为台区拓扑识别提供了HPLC通信网络路由信息；
(2)能源控制器利用HPLC通信网络路由节点信息，通过HPLC信道召测入网采集设备的版本信息，对分支箱监测装置、表箱监测装置以及新能源监测装置进行属性标定，能源控制器按照采集设备属性类别分别进行拓扑识别；
(3)能源控制器通过集中调度方式分别对分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置发送启动识别通知：
能源控制器先对分支箱监测装置排序，然后按照排序顺序发送信息通知对应序号的分支箱监测装置发送拓扑识别特征信号，等到被通知的分支箱监测装置响应命令后，能源控制器通过命令方式遍历查询每台分支箱监测装置本次识别结果，并从能源控制器的拓扑识别模块中也获取本次识别结果，并将本次单点识别结果保存，并依次对分支箱监测装置发送命令清除本次识别结果以及对拓扑识别模块清除本次识别结果；依次类推，能源控制器按照序号依次通知其他分支箱监测装置发送拓扑识别命令以及清除命令，直至所有分支箱监测装置的单点拓扑识别结束后；
能源控制器采用上述同样方式依次采用命令方式通知表箱监测装置发送拓扑识别特征信息，等待表箱监测装置响应发送拓扑识别特征命令后，能源控制器通过命令方式遍历查询每台分支箱监测装置本次识别结果和从能源控制器的拓扑识别模块中也获取本次识别结果，并依次对分支箱监测装置发送命令清除本次识别结果以及对拓扑识别模块清除命令，同理，直至所有表箱监测装置的单点拓扑识别结束后，能源控制器采用同样方式依次采用命令方式通知新能源监测装置发送拓扑识别特征信息，等待新能源监测装置响应发送拓扑识别特征命令后，能源控制器通过命令方式遍历查询每台分支箱监测装置本次识别结果和从能源控制器的拓扑识别模块中也获取本次识别结果，并依次对分支箱监测装置发送命令清除本次识别结果以及对拓扑识别模块清除命令，同理，直至所有新能源监测装置的单点拓扑识别结束后，能源控制器对所有识别结果进行父子节点关系的排列，形成低压配电网完整的“变—线—箱—户”多层级物理拓扑关系。
通过上述实施例可以看出，本发明的基于低压配电网台区智慧物联网感知调控系统及方法，以能源控制器、分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置等作为物联感知节点，分别在配变低压侧总开关出线、分支箱出线、表箱出线、分布式光伏以及充电桩等处安装，实现低压配电网各级低压开关状态监测以及分段线路、用户、分布式光伏以及充电桩进行周期性的电压、电流、功率、示值等电能量数据同步采集与台区准实时线损计算与异常告警等边缘计算功能，实现低压用户停电主动上报、台区拓扑自动识别、表箱门禁状态监控、分布式光伏监测以及充电桩有序充电等功能应用，全面实现对低压配变网运行状态的智能全景感知与准实时监测。
Claims (10)
1.一种基于低压配电网台区智慧物联网感知调控系统，其特征在于：包括能源控制器、分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置、表箱智能远控锁和电能表；
所述能源控制器包括主控板、电力线宽带载波HPLC、通信模块、三相交流采样模块和拓扑识别模块，通过通信模块与主站系统通信，分别通过电力线宽带载波HPLC与分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置进行通信信道连接；三相交流采样模块采集对应的电流信号和电压信号，拓扑识别模块连接电压信号，并通过报道点名方式分别向对应分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置发送拓扑识别命令，分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置响应能源控制器命令并发送拓扑识别特征信号，能源控制器通过命令方式查询各分支箱监测装置以及能源控制器拓扑识别模块的单次识别结果，并将能源控制器所辖装置的单次识别结果进行汇总，形成“变—线—表箱—电能表”的多级拓扑关系；
所述分支箱监测装置安装于低压电缆分支箱的出线处，所述表箱监测装置安装于用户计量表箱出线处，还分别连接于表箱智能远控锁和电能表，所述新能源监测装置还分别与分布式光伏和充电桩连接，周期采集分布式光伏和充电桩的对应运行状态数据；当分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置监测到异常状态时通过电力线宽带载波HPLC上报能源控制器，能源控制器收到后上报至主站系统。
2.根据权利要求1所述的基于低压配电网台区智慧物联网感知调控系统，其特征在于：所述能源控制器的三相交流采样模块通过计量电流互感器采集电流信号并通过电源线连接电压信号；主控板通过电力线宽带载波HPLC采用报道点名方式逐一通过台区分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置发送对应拓扑识别特征信号，拓扑识别模块查询、识别和处理收到的对应拓扑识别特征信号，生成变—线—表箱—电能表的多级拓扑关系图；
所述能源控制器通过电力线宽带载波HPLC周期采集分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置的各线路运行状态数据、用户电能表数据、分布式光伏数据以及充电桩运行数据；
所述能源控制器通过电力线宽带载波HPLC获取分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置异常事件上报信息；
所述能源控制器结合配变容量、充电需求制定电动汽车充电管理策略，同时结合车联网平台的充电需求信息，将本地台区信息及电动汽车充电管理策略上传用电信息采集系统以及车联网平台，充电桩接受车联网平台的充电管理，执行车联网平台的有序用电计划。
3.根据权利要求1所述的基于低压配电网台区智慧物联网感知调控系统，其特征在于：所述分支箱检测装置包括物理拓扑识别模块、物理拓扑发射模块、三相交流采样模块，三相交流采样模块通过开口式电流互感器安装于低压断路器的出线处，用于采集对应电流信号，通过电源线连接电压信号，物理拓扑发射模块在收到能源控制器相关指令时发送拓扑识别特征信号，物理拓扑识别模块实时采集并识别拓扑特征信号，响应能源控制器的当前拓扑识别结果；
所述分支箱监测装置收到能源控制器的数据召测时回复线路运行状态数据；在自动检测到断路器出线线路异常时或终端自身停电时，通过电力线宽带载波HPLC上报异常事件至能源控制器。
4.根据权利要求1所述的基于低压配电网台区智慧物联网感知调控系统，其特征在于：所述表箱监测装置还包括三相交流采样模块和物理拓扑发射模块，三相交流采样模块通过开口式电流互感器安装于用户计量表箱的进线开关出线处来采集对应电流信号，并通过电源线连接电压信号；所述物理拓扑发射模块在收到能源控制器相关指令时发送拓扑识别特征信号；
所述表箱监测装置收到能源控制器的数据召测时回复对应线路运行状态数据以及用户电能表运行数据；并在自动检测到进线开关出线线路异常或终端自身停电时通过电力线宽带载波HPLC上报异常事件至能源控制器。
5.根据权利要求1所述的基于低压配电网台区智慧物联网感知调控系统，其特征在于：所述新能源监测装置中的物理拓扑发射模块在收到能源控制器相关指令时发送拓扑识别特征信号；
所述新能源监测装置收到能源控制器的数据召测时回复对应分布式光伏或充电桩运行数据；并在自动检测到终端自身停电时通过电力线宽带载波HPLC上报异常事件至能源控制器。
6.一种基于低压配电网台区智慧物联网感知调控方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤S1、在台区布置安装能源控制器、分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置；
步骤S2、能源控制器通过自组网自维护后获取台区基础档案，并通过命令方式查询各设备的类型(分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置)，然后通过集中调度方式逐一对各设备采用命令方式通知其发送拓扑识别特征信号，并查询各个设备单次拓扑识别结果，直至获取所有设备单次识别结果，对所有单次识别结果进行分析，然后生成台区对应的变—线—箱—户多级拓扑关系图；
步骤S3、能源控制器周期采集各线路运行状态参数、用户电能表运行数据、分布式光伏运行数据以及充电桩运行数据，其中，分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置自动进行任务与异常事件上报；
步骤S4、能源控制器根据台区变压器容量、台区当前负荷以及充电需求对充电桩进行充电管理。
7.根据权利要求6所述的基于低压配电网台区智慧物联网感知调控方法，其特征在于：所述步骤S1中，能源控制器、分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置分别在配变低压侧总开关出线、分支箱出线及表箱进线开关出线、分布式光伏上网计量表箱和充电桩处；
安装布置完成后，能源控制器通过电力线宽带载波HPLC进行本地通信信道自组网、自维护获取路由信息以及相关的基础档案，然后通过电力线宽带载波HPLC查询对应监测装置的版本信息用于区分分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置的设备类别后，再自动触发物理拓扑识别。
8.根据权利要求7所述的基于低压配电网台区智慧物联网感知调控方法，其特征在于：所述步骤S2中，能源控制器通过报道点名方式按照分支箱监测装置、表箱监测装置和新能源监测装置依次通知其发送拓扑识别特征信号，并通过电力线宽带载波HPLC获取各分支箱监测装置、表箱监测装置以及能源控制器的识别结果，并同时自动剔除非本台区的分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置，从而获得准确的“变—线—箱—户”拓扑关系。
9.根据权利要求7所述的基于低压配电网台区智慧物联网感知调控方法，其特征在于：所述步骤S3中能源控制器通过电力线宽带载波HPLC分别周期性采集获取分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置的线路电压、电流、功率和电能示值运行参数，以及用户电能表、分布式光伏、充电桩的电压、电流、功率和电能示值运行参数，然后将获取的运行参数均通过4G通信模块主动上报至主站系统；
当分支箱监测装置、表箱监测装置、新能源监测装置自动检测到对应线路状态、和设备状态的异常事件状态时，立即通过对应电力线宽带载波HPLC道上报至能源控制器，能源控制器通过4G通信模块将接收到的异常事件主动上报至主站系统。
10.根据权利要求7所述的基于低压配电网台区智慧物联网感知调控方法，其特征在于：所述步骤S4中能源控制器结合台区配变容量、车联网平台的充电需求信息以及台区负荷制定电动汽车充电管理策略上传至主站系统，主站系统与车联网平台进行信息交互，充电桩接受车联网平台的充电管理，执行车联网平台的有序充电计划，具体过程为：
S4.1、能源控制器以主站系统下发的台区日前总负荷规划曲线为基准，结合当前台区实时负荷信息和台区内各充电桩实时充电情况，实时拟合当天台区充电曲线，预测用户充电汽车充电情况，从而能够向用户反馈未来充电完成情况；
S4.2、根据分时电价、用户申请充电模式和日前总负荷规划曲线，制定相应充电策略，编排合理的充电计划，向用户给出本次预计充电费用和充电完成情况；
S4.3、能源控制器监控台区总负荷，如果台区负荷超过台区设定最大负荷的时间达到设定时长，则根据电动汽车充电管理策略向主站系统发送或者对充电桩发送停止充电/降低充电功率命令。
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