CN113054740A - 一种畸变电流发生装置及采用其的拓扑识别系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种畸变电流发生装置及采用其的拓扑识别系统，通过畸变电流发生装置中的畸变电流发生单元和信号识别单元产生并识别拓扑特征信号，从而实现低压台区系统中表箱、分支箱、变压器之间的拓扑关系的自动识别。通过预先设定的信号生成规则产生对应的拓扑特征信号，并将拓扑特征信号输出并叠加在电力线的电流信号上，可以快速理清整个配电台区内配电线路上各级畸变电流发生装置的拓扑关系，进而理清其附属的各个表箱与分支箱及变压器之间的拓扑关系，实现表箱、分支箱、变压器之间的拓扑关系的自动识别，能够避免串户，保证数据真实性，为用电检查人员窃电排查与精准降损提供最直接的技术支持，降低台区线损率，提升供电企业经济效益。

Description

一种畸变电流发生装置及采用其的拓扑识别系统
技术领域
本发明涉及电力系统低压台区监测相关技术领域，尤其涉及一种畸变电流发生装置及采用其的拓扑识别系统。
背景技术
建立台区户变关系档案，是实现智能电网建设的一项重要基础环节，精准的台区户变关系是低压台区线损治理的基础。线损率是考核供电企业的一项重要指标，低压台区线损在电力系统的损耗中占有很大比重，由于不易察觉，且容易忽略，具有很大的降损节电潜力，加强低压台区线损管理工作变得十分重要。低压台区负载不平衡、窃电事件、户变关系不明确等原因，都会造成台区线损居高不下，不仅影响用户的用电质量，同时为供电企业造成了严重的经济损失。通过建立台区户变关系档案等举措，对低压台区进行线损分析，深入分析出现线损的主要因素并进行线损治理，是促进电力企业可持续发展的重要途径。
在低压台区户变关系档案建设过程中，一般需要明确表箱-分支箱-变压器之间的线路从属关系，这就需要识别出表箱、分支箱、变压器之间的树型拓扑结构。目前各省在低压台区的设备配置上，通常是在表箱内安装采集器，在变压器附近安装集中器，实现低压台区的数据抄读和上传。但采集器、集中器不具备拓扑识别功能，无法建立台区户变关系档案，难以满足低压台区线损治理的需要。同时，现有技术中采集器、集中器不具备拓扑识别功能，需要配备独立的拓扑特征信号发生和识别模块，不但接线复杂，且接线容易出错，模块与现有设备之间的信息交互较困难，后续更新维护不方便。
发明内容
基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种包括畸变电流发生装置的拓扑识别系统，以解决现有采集器和集中器设备不具备拓扑识别功能的问题，以实现表箱、分支箱、变压器之间的拓扑关系的自动识别。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种畸变电流发生装置，包括互感器模块和监测模块；其中，
所述互感器模块与电力线连接，采集电力线上的电信号；
所述监测模块包括畸变电流发生单元和信号识别单元；
所述畸变电流发生单元的输出与电力线连接，根据所述电信号和预设的信号生成规则产生拓扑特征信号，并将所述拓扑特征信号输出叠加至电力线的电流信号上；
所述信号识别单元的输入与电力线连接，检测电力线的电流信号是否符合预设的拓扑特征信号。
进一步的，所述监测模块还包括控制板；
所述控制板包括处理器和采样单元；
所述采样单元的输入端连接所述互感器模块，输出端连接所述处理器；
所述处理器向所述畸变电流发生单元发送产生拓扑特征信号的执行指令。
进一步的，所述畸变电流发生单元包括三极管和可控硅；
所述三极管根据处理器的执行指令产生驱动信号，以使得所述可控硅输出拓扑特征信号。
进一步的，所述畸变电流发生单元还包括驱动变压器；
所述驱动变压器根据所述驱动信号，产生触发可控硅输出拓扑特征信号的触发电压信号。
进一步的，所述监测模块还包括载波通信模块；
所述载波通信模块的输出与所述处理器连接，通过电力线建立通讯通道，进行指令的下发与上传。
进一步的，所述将拓扑特征信号输出叠加至电力线的电流信号上，叠加起始时刻包括一个周波的正半周到负半周的过零点前预设时刻。
根据本发明的另一个方面，提供了一种拓扑识别系统，包括控制模块和若干畸变电流发生装置；其中，
所述控制模块设置于台区变压器上，以对所述若干畸变电流发生装置进行控制和调度；
所述畸变电流发生装置设置于分支箱或表箱上，以产生拓扑特征信号和进行拓扑特征信号识别，所述畸变电流发生装置包括如本发明第一个方面所述的畸变电流发生装置。
进一步的，所述拓扑识别系统通过若干畸变电流发生装置对台区配电线路上的变压器、分支箱和表箱之间的拓扑关系进行识别。
进一步的，所述拓扑识别系统通过若干畸变电流发生装置对台区配电线路上的变压器、分支箱和表箱之间的拓扑关系进行识别，包括：
设置于分支箱上的畸变电流发生装置检测到电力线的电流信号符合预设的拓扑特征信号时，则判断为识别到其下级表箱。
进一步的，所述拓扑识别系统通过若干畸变电流发生装置对台区配电线路上的变压器、分支箱和表箱之间的拓扑关系进行识别，还包括：
设置于分支箱上的畸变电流发生装置识别到其下级表箱后，向所述控制模块发送信息，并进行记录。
综上所述，本发明提供了一种畸变电流发生装置及采用其的拓扑识别系统，畸变电流发生装置中设置有畸变电流发生单元和信号识别单元，通过该畸变电流发生单元和信号识别单元产生并识别拓扑特征信号，从而实现低压台区系统中表箱、分支箱、变压器之间的拓扑关系的自动识别，能够避免串户，保证数据真实性，为用电检查人员窃电排查与精准降损提供最直接的技术支持，降低台区线损率，提升供电企业经济效益。
附图说明
图1是本发明畸变电流发生装置的构成框图；
图2是本发明畸变电流发生单元的电路图；
图3是叠加拓扑特征信号的电流信号和电压信号的波形图；
图4是本发明拓扑识别系统的组成结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种畸变电流发生装置，该畸变电流发生装置的构成框图如图1 所示，包括互感器模块和监测模块。
互感器模块包括互感器，该互感器一端与电力线连接，例如可以采用卡扣的方式连接至电力线，以采集电力线上的电信号，包括电力线的电压信号和电流信号；另一端与采样单元的输入端电连接。
监测模块包括畸变电流发生单元、信号识别单元、控制板、以及载波通信模块；控制板包括处理器和采样单元。所述采样单元、信号识别单元、载波通信模块的输出端和所述畸变电流发生单元的输入端分别与所述处理器电连接；所述信号识别单元和载波通信模块的输入端、所述畸变电流发生单元的输出端与所述电力线电连接。畸变电流发生单元根据所述电信号和预设的信号生成规则产生拓扑特征信号，并将所述拓扑特征信号输出叠加至电力线的电流信号上。信号识别单元检测电力线的电流信号是否符合预设的拓扑特征信号。所述处理器向所述畸变电流发生单元发送产生拓扑特征信号的执行指令。载波通信模块通过电力线建立通讯通道，进行指令的下发与上传。
其中，畸变电流发生单元的电路图如图2所示，该畸变电流发生单元包括三极管Q12、驱动变压器T4、以及可控硅Q11，三极管Q12根据处理器的执行指令产生驱动信号，驱动变压器根据所述驱动信号，产生触发可控硅输出拓扑特征信号的触发电压信号，以使得所述可控硅Q12输出拓扑特征信号。具体来说，该畸变电流发生单元还包括：电阻R175、R177、R178、R180和R181；电感L15；安规电容C84；二极管D12、D13、D14；可控硅Q11；三极管Q12；驱动变压器T4；压敏电阻RV5。驱动变压器T4的原边分别与电阻 R175、R180、二极管D12和三极管Q12的集电极连接，副边分别与电阻R177、二极管D13、D14和可控硅Q11连接；三极管Q12的基极与电阻R181连接，三极管Q12的发射极与数字地连接；电阻R178与安规电容C84串联，一端与可控硅Q11的K极、压敏电阻RV5和零线N连接，另一端与可控硅Q11的 A极、压敏电阻RV5另一端、电感L15连接；电感L15另一端与火线L连接。驱动变压器T4包括：1脚、3脚、4脚和6脚，其中：1脚和4脚为驱动变压器T4的同名端；驱动变压器T4的1脚与电阻R175、二极管D12连接；驱动变压器T4的6脚与电阻R180、三极管Q12的集电极连接；驱动变压器T4的4脚与电阻R177、二极管D13和可控硅Q11的K极连接；驱动变压器T4的3 脚与二极管D13的一端连接，二极管D13的另一端与可控硅Q11的G极连接。畸变电流发生单元工作时，接收处理器发送的执行指令，处理器发送的执行指令为一个脉宽调制信号CUR_CTRL，畸变电流发生单元在接收到CUR_CTRL 信号后，会根据该CUR_CTRL信号和预设的信号生成规则，产生拓扑特征信号，并且将产生的拓扑特征信号发送至电力线上，实现拓扑特征信号与电流信号的叠加，叠加起始时刻为一个周波的正半周到负半周过零点前预设时刻，该预设时刻可以为例如0.75ms。当CUR_CTRL信号为高电平时，畸变电流发生单元内的三极管Q12产生驱动信号，经过驱动变压器T4转换，产生触发可控硅Q11的G极的电压信号。二极管D12和电阻R180主要起续流作用，二极管D13、D14和电阻R177主要起整形作用。可控硅Q11的G极受到触发后， A极和K极之间导通，使火线L和零线N回路产生一个拓扑特征信号波形，通过电感L15限制了回路电流的幅值，产生的拓扑特征信号波形叠加到电力线的电流信号上，当该周波的正半周到负半周过零时，可控硅Q11自然截止，结束叠加过程。叠加该拓扑特征信号的电流信号和电压信号的波形图如图3 所示，使用规格0.1V/A的高压电流探头采集电流信号，使用规格1/500的高压探头采集电压信号，该拓扑特征信号持续时间t为0.75ms，最大电流峰值It约为25A。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种拓扑识别系统，包括控制模块和若干畸变电流发生装置，该拓扑识别系统通过若干畸变电流发生装置对台区配电线路上的变压器、分支箱和表箱之间的拓扑关系进行识别，该系统的组成结构图如图4所示。通常来说，将控制模块设置于台区变压器上，以对所述若干畸变电流发生装置进行控制和调度，并且对畸变电流发生装置的执行结果汇总，整理成台区拓扑信息。由于一个台区只有一台变压器，其下级有多台分支箱，可以通过有无收到再下级发出的畸变电流来判断是否为分支箱，进而了解变压器下面连接有哪几台分支箱，从而实现对变压器、分支箱和表箱之间的拓扑关系进行识别。
将若干畸变电流发生装置设置于分支箱或表箱上，以产生拓扑特征信号和进行拓扑特征信号识别。其中，若干畸变电流发生装置可以包括本发明第一个实施例所提供的畸变电流发生装置。控制模组和畸变电流发生装置均包含载波通信模块，可通过电力线建立通讯通道，进行指令下发与上传。畸变电流发生装置中的信号识别单元、畸变电流发生单元和互感器的一端连接电力线，用于向上一级畸变电流发生装置或控制模组发送畸变电流信号，以及获取其他畸变电流发生装置生成的拓扑特征信号。采用该拓扑识别系统进行拓扑识别时，其中各畸变电流发生装置，在处理器通过载波通信模块接收到控制模组启动拓扑识别的指令后，通过采样单元采集的电力线的电压、电流信号，在连续几个周波的电压信号的正半周到负半周过零点前，处理器给畸变电流发生单元发送执行指令，控制畸变电流发生单元根据预先设定的调制参数产生对应的拓扑特征信号波形，并将拓扑特征信号输出并叠加在电力线的电流信号上。上一级畸变电流发生装置通过信号识别单元检测电力线的电流信号，检测连续几个周波的过零点附近的波形，如果符合预设的拓扑特征信号，则为正确识别到下级装置，否则不作处理。识别到后，需要向上级控制模块发送信息，表明自己是连接在此变压器下方的分支箱。同时，记录该表箱为此分支箱的下级。通过这种方式，可以快速理清整个配电台区内配电线路上各级畸变电流发生装置的拓扑关系，进而理清其附属的各个表箱与分支箱以及变压器之间的拓扑关系。
综上所述，本发明涉及一种畸变电流发生装置及采用其的拓扑识别系统，畸变电流发生装置中设置有畸变电流发生单元和信号识别单元，通过该畸变电流发生单元和信号识别单元产生并识别拓扑特征信号，从而实现低压台区系统中表箱、分支箱、变压器之间的拓扑关系的自动识别。通过预先设定的信号生成规则产生对应的拓扑特征信号波形，并将拓扑特征信号输出并叠加在电力线的电流信号上，通过这种方式，可以快速理清整个配电台区内配电线路上各级畸变电流发生装置的拓扑关系，进而理清其附属的各个表箱与分支箱以及变压器之间的拓扑关系，实现表箱、分支箱、变压器之间的拓扑关系的自动识别，能够避免串户，保证数据真实性，为用电检查人员窃电排查与精准降损提供最直接的技术支持，降低台区线损率，提升供电企业经济效益。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种畸变电流发生装置，其特征在于，包括互感器模块和监测模块；其中，
所述互感器模块与电力线连接，采集电力线上的电信号；
所述监测模块包括畸变电流发生单元和信号识别单元；
所述畸变电流发生单元的输出与电力线连接，根据所述电信号和预设的信号生成规则产生拓扑特征信号，并将所述拓扑特征信号输出叠加至电力线的电流信号上；
所述信号识别单元的输入与电力线连接，检测电力线的电流信号是否符合预设的拓扑特征信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述监测模块还包括控制板；
所述控制板包括处理器和采样单元；
所述采样单元的输入端连接所述互感器模块，输出端连接所述处理器；
所述处理器向所述畸变电流发生单元发送产生拓扑特征信号的执行指令。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述畸变电流发生单元包括三极管和可控硅；
所述三极管根据处理器的执行指令产生驱动信号，以使得所述可控硅输出拓扑特征信号。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述畸变电流发生单元还包括驱动变压器；
所述驱动变压器根据所述驱动信号，产生触发可控硅输出拓扑特征信号的触发电压信号。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述监测模块还包括载波通信模块；
所述载波通信模块的输出与所述处理器连接，通过电力线建立通讯通道，进行指令的下发与上传。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述将拓扑特征信号输出叠加至电力线的电流信号上，叠加起始时刻包括一个周波的正半周到负半周的过零点前预设时刻。
7.一种拓扑识别系统，其特征在于，包括控制模块和若干畸变电流发生装置；其中，
所述控制模块设置于台区变压器上，以对所述若干畸变电流发生装置进行控制和调度；
所述畸变电流发生装置设置于分支箱或表箱上，以产生拓扑特征信号和进行拓扑特征信号识别，所述畸变电流发生装置包括如权利要求1-6中任意一项所述的畸变电流发生装置。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述拓扑识别系统通过若干畸变电流发生装置对台区配电线路上的变压器、分支箱和表箱之间的拓扑关系进行识别。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述拓扑识别系统通过若干畸变电流发生装置对台区配电线路上的变压器、分支箱和表箱之间的拓扑关系进行识别，包括：
设置于分支箱上的畸变电流发生装置检测到电力线的电流信号符合预设的拓扑特征信号时，则判断为识别到其下级表箱。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述拓扑识别系统通过若干畸变电流发生装置对台区配电线路上的变压器、分支箱和表箱之间的拓扑关系进行识别，还包括：
设置于分支箱上的畸变电流发生装置识别到其下级表箱后，向所述控制模块发送信息，并进行记录。
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