CN112910091A - 一种低压配电台区拓扑识别的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低压配电台区拓扑识别的方法。低压断路器通过无线通信接受移动终端的物理地址设定信息；终端控制器通过通信读取设定的物理地址信息形成低压台区层级关系和台区所辖用电用户关系；终端控制器与所辖台区低压断路器或者隔离开关进行通信，根据一条配电线路两端的低压断路器或者隔离开关上送的各次电流谐波含量近似相等、电流有效值近似相等原则，终端控制器判断低压开关的两两对应关系，形成低压台区分支关系；低压台区拓扑关系建立后，终端控制器根据同步采集的功率数据、电流及其谐波判断拓扑是否发生异常。本发明不增加拓扑识别专用设备，可以形成完整的台区拓扑逻辑信息和物理地址信息，同时可以检测拓扑的异动，无需人工干预。

Description

一种低压配电台区拓扑识别的方法
技术领域
本发明涉及低压配电台区领域，尤其涉及一种低压配电台区拓扑识别的方法。
背景技术
随着配电物联网的日益深化，低压配电台区精细化管理在技术手段上可以得到支撑。低压配电台区的用电户和变压器关系以及配电系统分支和层级关系成了台区精细化管理的基础。
低压台区低压断路器和隔离开关的智能化为智能终端的拓扑识别工作提供了有益的帮助。低压断路器和隔离开关分布于低压配电系统的分支节点上。终端控制器收集这些节点的信息，进行分析和判断是台区拓扑识别的好方法。
目前的低压台区拓扑识别技术有电流注入法，小信号注入法，特定负载添加法，电网特征值识别法等等。实现的形式有的加在低压开关上，有的用单独的设备实现，安装于低压配电系统的节点上。以上方法有共同的缺点，即仅仅可以把添加该技术的开关或者设备的连接关系搞清楚，在台区拓扑异动情况下，比如分支多出一路产生了窃电行为，这些技术是无法识别的。同时以上方法仅仅理清了台区拓扑的逻辑关系，无法定位每台装置的物理地址。即使利用增加GPS芯片，添加装置的经纬度信息，也因为配电系统安装位置的多样性导致GPS信号失效，无法规模化应用。
发明内容
为解决现有的技术问题，本发明提供了一种方案，利用低压断路器或者隔离开关的测量能力、无线通信能力和宽带电力载波通信能力，在不增加低压断路器或者隔离开关额外电路的前提下，实现了低压台区逻辑拓扑和物理拓扑的关系，并且该方案可以检测拓扑的异动情况。具有成本低，成效明显的特点。
本发明具体内容如下：低压台区的拓扑结构包括终端控制器、变压器和各配电层，各配电层设置低压开关，低压开关包括低压断路器和/或隔离开关，终端控制器与所辖台区各配电层的低压断路器通信，低压断路器具有无线接口；
终端控制器通过通信读取设定的物理地址信息、低压开关所辖电表表号信息或者同一配电箱内低压断路器设备编码表，形成低压台区层级关系和台区所辖用电用户关系；
低压断路器通过无线通信接受移动终端的物理地址设定信息，在表箱的低压断路器通过无线通信还接受移动终端通过扫码获得的电表表号信息；
终端控制器与所辖台区低压断路器或者隔离开关进行通信，终端控制器通过广播同步采集命令给本台区所有低压开关，低压开关接受到命令后采集并保存电流谐波数据、电流有效值和功率数据；
根据一条配电线路两端的低压断路器或者隔离开关上送的各次电流谐波含量近似相等、电流有效值近似相等原则，终端控制器则判断低压断路器的两两对应关系，形成低压台区分支关系；
低压台区拓扑关系建立后，终端控制器根据同步采集的功率数据、电流及其谐波判断拓扑是否发生异常。
进一步的，移动终端通过无线通信配置同一配电柜内某一台断路器的物理地址，该柜内其他断路器的物理地址不再重复设定。
进一步的，低压开关与移动终端建立无线连接后，在到达广播时间之后通过无线通信将设备的物理地址信息和设备编码进行广播；
同一配电柜内其他的低压开关接收到该广播信息后自动保存该信息，同时通过无线通信广播本机物理地址和本设备的设备编码；
进一步的，在无线广播状态下，物理地址只允许保存一次；在下一个固定时刻，低压断路器或者低压隔离开关自动删除除本设备外的设备编码后，开启下一轮的广播。
进一步的，低压开关的无线广播通信在规定时间内结束；同时在规定的延时时间后自动开启无线广播。
进一步的，低压开关识别移动终端设定的开关角色定义，配电层的低压开关在收到移动终端的信息后在规定的延时时间进行广播；表箱进线开关的低压开关收到信息后则不进行无线广播。
进一步的，低压开关在广播结束后形成设备安装物理地址信息和该低压柜内设备编码列表或者电表表号列表；终端控制器通过有线或者无线方式读取该信息，通过归类方式形成低压台区拓扑层级关系和归属关系。
进一步的，终端控制器通过通信方式给所辖台区低压断路器或者隔离开关发送同步采集命令，低压断路器或者隔离开关接收到同步采集命令后，读取该时刻电流有效值及电流谐波含量；终端控制器读取低压断路器或者隔离开关在同步采集时刻的电流有效值及电流谐波含量，判断处于同一配电线路支线两端的低压断路器或者隔离开关的两两对应关系。
进一步的，终端控制器保存所辖低压台区的低压断路器或者隔离开关上送的至少一次电流及电流谐波信息，通过其电量信息的比对和趋势来确定低压断路器或者隔离开关的两两连接关系。
进一步的，在拓扑关系异动情况下，进线功率与出线功率相差较大时，判定为拓扑异常。
本发明根据配电节点低压断路器或者隔离开关的同步测量结果上送配变台区终端控制器，终端控制器根据功率守恒定律判别支路关系，根据设备物理地址设定判别台区层级关系、归属关系和户变关系。这种拓扑识别方法不增加拓扑识别专用设备，可以形成完整的台区拓扑逻辑信息和物理地址信息，同时可以检测拓扑的异动，无需人工干预，是一种低成本高可靠的拓扑识别方法。
附图说明
下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步阐明。
图1为低压台区拓扑关系图；
图2为拓扑识别终端控制器软件流程图；
图3为拓扑识别数据处理流程图；
图4为低压开关数据交互的流程图。
具体实施方式
如图1-图4所示为本发明的低压配电台区拓扑识别的方法，具体如下：
如图1所示为一个典型的3级低压台区配电系统，具有一级配电层(配电房，箱变或者JP柜)、二级配电层(分支箱层)和三级配电层(表箱层)。三个层级的配电节点上都具有低压智能断路器和/或低压隔离开关，且这些低压智能断路器或者低压隔离开关均具有高精度的采集功能。一级配电层和二级配电层的低压断路器均包含有开关安装地址信息和开关临近设备(指同一柜内的其他断路器)列表信息，三级配电层的低压断路器包含有开关安装地址信息和开关所辖电表ID信息。
本申请设置终端控制器作为配电物联网边缘计算网关，负责同步智能设备采集时刻，收集本台区智能设备的同步测量数据。配电节点上的低压智能断路器或者低压隔离开关同步采集交流采样数据，通过分析形成同步功率、电流谐波等数据，数据通过HPLC宽带电力载波通信上传终端控制器。
本实施例中，各配电层的低压断路器均具有无线通信接口，本实施例中为蓝牙接口，能够通过蓝牙通信与终端控制器连接，终端控制器通过接收到的数据进行拓扑识别，在进行拓扑识别前终端控制器需要发送全网同步采集命令。其进行拓扑识别的过程如图2所示。
包括如下步骤：
S100，开关数据交互，终端控制器周期性读取低压智能断路器或者低压隔离开关的数据；
S101，判断是否到达同步时间间隔，若未达到校时时间间隔，则执行S100，若达到时间间隔，则执行S102；
S102，终端控制器对低压断路器发送同步命令，以确保低压台区的断路器采集时间的一致性，低压断路器接收到宽带电力载波通信网络的同步命令后，存储当前功率数据、电流谐波数据于本地；
S103，判断同步任务是否完成，若未完成，则执行S102，若完成，则执行S104；
S104，判断拓扑识别任务是否执行，若不执行拓扑识别任务，则继续执行S100，如果拓扑识别任务需要执行，则执行S105；
S105，进入拓扑识别数据处理。
本实施例中，终端控制器进行拓扑识别数据处理包括低压台区层级关系和分支关系。
终端控制器进行低压台区层级关系的识别是通过低压断路器的物理地址信息、低压开关所辖电表表号信息或者同一配电箱内低压断路器设备编码表进行。
终端控制器进行低压台区分支关系的识别是通过功率信息、电流谐波信息进行。根据一条配电线路两端的低压断路器或者隔离开关上送的各次电流谐波含量近似相等、电流有效值近似相等原则，此处的近似相等是指两者之间的误差符合线路损耗以及其他可以预见的电流损耗在内。
其中，低压断路器的物理地址信息等是通过移动终端(本实施例中为手机APP)设定的，各配电层的低压断路器均具有蓝牙接口，能够实现蓝牙通信。低压断路器通过蓝牙通信接受移动终端的物理地址设定信息，在表箱的低压断路器通过蓝牙通信还接受移动终端通过扫码获得的电表表号信息。
低压断路器的功率和电流谐波信息是终端控制器与所辖台区低压断路器或者隔离开关进行通信，终端控制器通过广播同步采集命令给本台区所有低压开关，低压开关接受到命令后采集并保存电流谐波数据、电流有效值和功率数据。
通过以上数据，终端控制器在识别了低压台区的层级关系和分支关系后建立拓扑关系后，再根据同步采集的功率数据、电流及其谐波判断拓扑是否发生异常。
如图3所示，为终端控制器进行层级关系识别的示意图，具体包括如下步骤：
S201，根据开关物理安装地址信息确定层级关系和归属关系，具体的，终端控制器根据低压断路器的地址信息、箱体类型和设备列表确定低压断路器属于哪一个箱体，并根据低压断路器归属于哪一类箱体划分低压断路器所处的拓扑层级；
S200，箱体内的进线开关和出线开关同步采集数据分类，通过该分类数据可以将连接层级间的出线断路器和进线断路器划分不同的数据集合；
S202，数据比对，根据能量守恒定律，在同一个时刻一条线路上的进线功率和出线功率大小相等，同时该时刻的电流谐波也近似一致，这样的数据对比形成了层级之间的联系，即确定拓扑的分支关系；
S203，判断进线和出线开关数据两两是否能匹配，若不能匹配，则执行S204，若能匹配，则形成新对应关系，形成新的拓扑结构；
S204，如果不能完成进出线开关的两两对应关系，则形成不对应的数据集，此时结果为拓扑异常情况。
S205，下发同步采集命令，在形成新的拓扑结构或者拓扑异常情况发生后，当到达了拓扑时间后，智能终端通过HPLC通信下发同步采集命令，
S206，终端与开关数据交互，智能终端通过与低压断路器数据交互读取同步采集数据、设备列表、安装地址等信息进入下一次拓扑识别判断。
如图4所示为安装于箱体内的低压断路器可以感知同一箱体内断路器，并形成设备列表，同时低压断路器将设备管理人员设定的物理地址等信息通过广播方式发送给同一箱体内其他低压断路器的示意图，具体步骤如下：
S300，某一低压断路器与手机建立蓝牙连接关系，接受手机APP发送的物理地址信息，
S301，判断是否到达广播时间，若到达广播时间，则执行S302，否则执行S304；
S302，广播地址信息和设备号，在经过一段时间延时后该低压断路器进入广播状态，广播该低压断路器接受到的物理地址信息和该设备的设备编号；
S303，判断是否到达扫描时间，若到达扫描时间，则执行S304，否则施行S302；
S304，进入扫描状态，此时其他断路器接受到广播信息后发送自己的设备号和设备列表；
S305，接收广播数据更新设备列表，扫描状态下的断路器接受广播者的设备列表并更新自己的设备列表；
S306，判断是否到达广播时间，若到达广播时间，则执行S302更新设备列表的断路器广播该设备列表和设备地址，否则执行S304继续扫描。
通过以上步骤，完成箱体内的断路器之间的数据交互。
本实施例优选的，为了实现低压断路器的物理地址信息和设备列表的更新，操作人员通过手机APP对处于同一个柜或(箱)内的至少一个断路器或隔离开关设置物理地址，通过手机扫描电表表号二维码，收集该断路器所辖电表的信息，该信息利用手机APP的蓝牙通道传输给表箱或者表柜内的进线断路器。处于柜或者(箱)内的断路器接收到手机发送的物理地址信息后，进行判断，如果是非表箱开关，则通过蓝牙在一定延时后广播本设备接受到的物理地址信息和本设备的设备编号。
接收到蓝牙广播信息的隔离开关或者断路器在确定没有物理地址信息的前提下，保存蓝牙广播断路器的物理地址信息；保存对方设备编码信息。接收到蓝牙广播信息的隔离开关或者断路器，在信息核对后，广播本设备的物理地址和本设备保存的设备编码列表信息，蓝牙广播的时间为随机延时。在固定延时时刻，所有低压断路器或者低压隔离开关结束广播，延时时段根据每台开关确保保存完整的设备编码列表来确定。在下一个固定时刻，低压断路器或者低压隔离开关自动删除除本设备外的设备编码后，开启下一轮的广播。低压断路器或者低压隔离开关接收到广播的设备编码后不断完善设备列表信息，并在随机延时后进行广播。最终低压断路器或者低压隔离开关完成设备列表更新，在固定时间段后停止广播。
在终端控制器对低压台区的拓扑识别完成后，仍然可以根据功率守恒原理，一个配电箱体的进线功率与出线功率接近相等。在拓扑关系异动情况下，功率守恒定律被打破，从而可以识别出拓扑异常。
本发明中，手机APP通过蓝牙通道设置低压断路器物理位置信息。低压断路器通过降低蓝牙发射功率，利用蓝牙广播方式发送本台断路器的物理位置信息和本台断路器的设备序列号，周围(同一个箱体或者同一个配电房的)断路器收到该信息后保存物理地址信息和广播设备的设备序列号，保存的设备序列号形成设备列表。然后广播自身物理地址和本设备的设备序列号。手机APP通过扫描电表箱电表二维码获得断路器所辖电表箱内电表表号信息，手机通过蓝牙方式录入表箱进线开关，形成断路器所辖电表的设备列表。这样完成了低压台区的层级关系设定和物理地址设定。智能终端下发同步采集命令，在规定的时间点进行电流谐波含有量及电流有效值的采集。，以通信方式发送给智能终端。智能终端通过计算，比较各个断路器在同一时段内的电流谐波含有率和电流有效值，可以确认处于分别支线两端的低压断路器的分支连接关系。这样完成了配电系统的分支关系的判定。以上发明实现了拓扑逻辑连接关系和物理地址的结合，通过终端控制器将数据收集，并作分支关系判定，形成最终拓扑数组上报主站。精简了拓扑识别需要利用外加设备或者仪器而产生的施工维护成本。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低压配电台区拓扑识别的方法，其特征在于：
低压台区的拓扑结构包括终端控制器、变压器和各配电层，各配电层设置低压开关，低压开关包括低压断路器和/或隔离开关，终端控制器与所辖台区各配电层的低压断路器通信，低压断路器具有无线接口；
终端控制器通过通信读取设定的物理地址信息、低压开关所辖电表表号信息或者同一配电箱内低压断路器设备编码表，形成低压台区层级关系和台区所辖用电用户关系；
低压断路器通过无线通信接受移动终端的物理地址设定信息，在表箱的低压断路器通过无线通信还接受移动终端通过扫码获得的电表表号信息；
终端控制器与所辖台区低压断路器或者隔离开关进行通信，终端控制器通过广播同步采集命令给本台区所有低压开关，低压开关接受到命令后采集并保存电流谐波数据、电流有效值和功率数据；
根据一条配电线路两端的低压断路器或者隔离开关上送的各次电流谐波含量近似相等、电流有效值近似相等原则，终端控制器则判断低压断路器的两两对应关系，形成低压台区分支关系；
低压台区拓扑关系建立后，终端控制器根据同步采集的功率数据、电流及其谐波判断拓扑是否发生异常。
2.根据权利要求1所述的低压配电台区拓扑识别的方法，其特征在于：移动终端通过无线通信配置同一配电柜内某一台断路器的物理地址，该柜内其他断路器的物理地址不再重复设定。
3.根据权利要求2所述的低压配电台区拓扑识别的方法，其特征在于：低压开关与移动终端建立无线连接后，在到达广播时间之后通过无线通信将设备的物理地址信息和设备编码进行广播；
同一配电柜内其他的低压开关接收到该广播信息后自动保存该信息，同时通过无线通信广播本机物理地址和本设备的设备编码。
4.根据权利要求3所述的低压配电台区拓扑识别的方法，其特征在于：在无线广播状态下，物理地址只允许保存一次；在下一个固定时刻，低压断路器或者低压隔离开关自动删除除本设备外的设备编码后，开启下一轮的广播。
5.根据权利要求3所述的低压配电台区拓扑识别的方法，其特征在于：低压开关的无线广播通信在规定时间内结束；同时在规定的延时时间后自动开启无线广播。
6.根据权利要求2所述的低压配电台区拓扑识别的方法，其特征在于：低压开关识别移动终端设定的开关角色定义，配电层的低压开关在收到移动终端的信息后在规定的延时时间进行广播；表箱进线开关的低压开关收到信息后则不进行无线广播。
7.根据权利要求3所述的低压配电台区拓扑识别的方法，其特征在于：低压开关在广播结束后形成设备安装物理地址信息和该低压柜内设备编码列表或者电表表号列表；终端控制器通过有线或者无线方式读取该信息，通过归类方式形成低压台区拓扑层级关系和归属关系。
8.根据权利要求1所述的低压配电台区拓扑识别的方式，其特征在于：终端控制器通过通信方式给所辖台区低压断路器或者隔离开关发送同步采集命令，低压断路器或者隔离开关接收到同步采集命令后，读取该时刻电流有效值及电流谐波含量；终端控制器读取低压断路器或者隔离开关在同步采集时刻的电流有效值及电流谐波含量，判断处于同一配电线路支线两端的低压断路器或者隔离开关的两两对应关系。
9.根据权利要求1所述的低压配电台区拓扑识别的方式，其特征在于：终端控制器保存所辖低压台区的低压断路器或者隔离开关上送的至少一次电流及电流谐波信息，通过其电量信息的比对和趋势来确定低压断路器或者隔离开关的两两连接关系。
10.根据权利要求1所述的低压配电台区拓扑识别的方法，其特征在于：在拓扑关系异动情况下，进线功率与出线功率相差较大时，判定为拓扑异常。
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