CN113092925B - 配电网拓扑结构识别装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种配电网拓扑结构识别装置，包括：发射高于第一预设频率且小于第二预设频率的电流特征脉冲至待识别配电网的电缆上的调制电路；套设在电缆上的柔性电流互感器，以从电缆接收电流特征脉冲生成的磁场中感应得到待识别配电网的拓扑信息；处理电路，处理电路与柔性电流互感器相连，以根据电待识别配电网的拓扑信息识别待测配电网的拓扑结构。由此，解决了相关技术中通过人工识别配电网拓扑结构，识别的确性差、效率低、且成本高等问题。

Description

配电网拓扑结构识别装置

技术领域

本申请涉及电力技术领域，特别涉及一种配电网拓扑结构识别装置。

背景技术

配电网拓扑结构的准确记录对配电网相关工作的开展至关重要，因此，如何识别配电网拓扑结构成为了亟需解决的问题。

相关技术中，通常通过人工逐一记录的方式识别配电网拓扑结构。然而，人工识别的方式不仅耗时耗力，识别效率较低，且易出现数据缺失及记录错误的情况，准确性较差，大大增加了识别的时间及人力成本。

申请内容

本申请提供一种配电网拓扑结构识别装置，以解决相关技术中通过人工识别配电网拓扑结构，识别的确性差、效率低、且成本高等问题

本申请实施例提供一种配电网拓扑结构识别装置，包括：发射高于第一预设频率且小于第二预设频率的电流特征脉冲至待识别配电网的电缆上的调制电路；套设在所述电缆上的柔性电流互感器，以从所述电缆接收所述电流特征脉冲生成的磁场中感应得到所述待识别配电网的拓扑信息；处理电路，所述处理电路与所述柔性电流互感器相连，以根据所述待识别配电网的拓扑信息识别所述待识别配电网的拓扑结构。

进一步地，所述调制电路包括：第一功率半导体器件和第二功率半导体器件，所述第一功率半导体器件和所述第二功率半导体器件的源极相连；可变电阻，所述可变电阻的一端与所述第一功率半导体器件的漏极相连，所述可变电阻的另一端与待识别配电网的的火线线路相连，所述第二功率半导体器件的漏极与待识别配电网的零线线路相连；幅度调制器，所述幅度调制器与待测配电网的火线线路相连；调制发射器，所述调制发射器分别与所述第一功率半导体器件和第二功率半导体器件的栅极相连，以发射高于第一预设频率的电流特征脉冲。

进一步地，其中，在交流电源的正半周时，所述火线线路的电流通过所述可变电阻和所述第一功率半导体器件的调制后，从所述第二功率半导体器件的续流二极管流回所述零线线路；在交流电源的负半周时，所述零线线路的电流由所述第二功率半导体器件的调制后，从所述所述第一功率半导体器件的续流二极管流出，并经过所述可变电阻流回所述火线线路。

进一步地，所述拓扑信息包括电压信号，所述处理电路包括：与所述柔性电流互感器相连的积分放大电路，以对所述电压信号进行积分得到实际电流波形；与所述积分放大电路相连的带通滤波器，以滤除所述实际电流波形中第三预设频率的电流波形；与所述带通滤波器相连的脉宽与频率识别电路，以从滤波后的实际电流波形中提取所述电流特征脉冲；与所述脉宽与频率识别电路相连的电平变换电路，以将所述电流特征脉冲转换成预设电平信号；与所述电平变换电路相连的模数转换器，以将所述预设电平信号转换成数字电平信号；与所述模数转换器相连的处理器，以根据所述数字电平信号识别所述待测配电网的拓扑结构。

可选地，所述第一预设频率可以为1KHz，所述第二预设频率可以为100MHz。

可选地，所述第一功率半导体器件和所述第二功率半导体器件可以为IGBT((Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化层半导体场效晶体管)。

可选地，所述调制发射器可以为PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)调制器。

可选地，所述第三预设频率为50Hz。

进一步地，所述电压信号为电流对时间的微分。

本申请具有如下有益效果：

可以利用柔性电流互感器和高频电流特征脉冲自动准确的识别配电网拓扑结构，有效提高配电网拓扑结构识别的准确性和效率，识别过程简单便捷，且可以有效降低识别所需的时间和人力成本。由此，解决了相关技术中通过人工识别配电网拓扑结构，识别的确性差、效率低、且成本高等问题。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请实施例提供的配电网拓扑结构识别装置的方框示意图；

图2为根据本申请实施例提供的调制电路的结构示意图；

图3为根据本申请实施例提供的幅度调制器、待识别配电网和调制发射器的波形示例图；

图4为根据本申请实施例提供的处理电路的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现做出的：

目前，配电网拓扑结构大多存在数据缺失或者记录错误等问题，往往需要人工逐一排查记录，不仅耗时耗力，而且准确率较低，因此，亟需一种可以高效、精准识别配电网拓扑结构的装置。

随着泛在电力物联网建设的深入推进，低压配电网将安装更多的智能监测终端和传感设备，为低压配电网拓扑结构的自动识别提供了条件。针对目前低压配电网台区拓扑存在记录不准确、人工排查成本高、准确率低等问题，本申请提供一种高灵敏度、基于高频电流脉冲和带通滤波器的低压台区拓扑识别装置。

下面参考附图描述本申请实施例的配电网拓扑结构识别装置，在该装置中，可以利用柔性电流互感器和高频电流特征脉冲自动准确的识别配电网拓扑结构，有效提高配电网拓扑结构识别的准确性和效率，识别过程简单便捷且可以有效降低识别所需的时间和人力成本。由此，解决了相关技术中通过人工识别配电网拓扑结构，识别的确性差、效率低、且成本高等问题。

具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种配电网拓扑结构识别装置的方框示意图。

如图1所示，该配电网拓扑结构识别装置10包括：调制电路100、柔性电流互感器200和处理电路300。

其中，调制电路100用于发射高于第一预设频率且小于第二预设频率的电流特征脉冲至待识别配电网的电缆上；柔性电流互感器200套设在电缆上，以从电缆接收电流特征脉冲生成的磁场中感应得到待识别配电网的拓扑信息；处理电路300与柔性电流互感器200相连，以根据电待识别配电网的拓扑信息识别待测配电网的拓扑结构。

在本实施例中，第二预设频率大于第一预设频率，以根据第二预设频率和第一预设频率限定高频电流特征脉冲的发射频段，其中，发射频段是指实际发射过程中可以使用的高频范围，本领域技术人员可以根据实际情况设置发射频段，不做具体限定。例如，第一预设频率可以为1KHz，第二预设频率可以为100MHz，则发射频段可以为1KHz-100MHz频段，本申请实施例则可以发射1KHz-100MHz频段中任意一高频电流特征脉冲至电缆上。以下实施例中，以1KHz-100MHz频段为例。

柔性电流互感器200也可以称为罗氏线圈，工作原理是基于法拉第定律，柔性电流互感器200与普通电流互感器相比，由于缺少磁芯，无需对磁芯充磁，因此灵敏度高，且带宽可以大于30MHz，从而具有高灵敏度、高带宽的特点。另外，普通开口电流互感器需要用力按压闭合卡扣，并借助工具拆卸；而柔性电流互感器200内径大可不受大小限制的套在待测电缆或母排上，与普通开口电流互感器相比拆装简单便捷。

因此，本申请实施例针对柔性电流互感器200的高带宽、对电流变化的高灵敏度的特点，设计了1KHz-100MHz全波电流特征脉冲调制电路100和对应的特征脉冲处理电路300，根据电流特征脉冲实现低压配电网拓扑结构的自动识别。

在本实施例中，电流特征脉冲可以理解为待测配电网的拓扑结构的数字特征码，数字特征码可以唯一标识拓扑结构的分支结构，因此，本申请实施例可以将拓扑结构中的不同分支结构的用不同的数字特征码表示，当发射分支结构对应的数字特征码时，即可确定该分支结构，因此，为了更加准确的识别待测配电网的拓扑结构，可以根据分支结构的数量设置多个调制电路100。

需要说明的是，调制电路100也可以称为发射器，柔性电流互感器200和处理电路300也可以称为接收器，在实际使用过程中，可以在配电网上设置多台发射器，每台发射器发射制定频率的电流特征脉冲，则接收器可以在配电网供电线路的上游检测并接收所有的电流特征脉冲，从而识别配电网拓扑结构。

在一些实施例中，调制电路100可以为双功率半导体器件的全波电流特征脉冲调制电路，如图2所示，包括：第一功率半导体器件U1、第二功率半导体器件U2、可变电阻R1、幅度调制器AM1和调制发射器VG1。

其中，第一功率半导体器件U1和第二功率半导体器件U2的源极相连；可变电阻R1的一端与第一功率半导体器件U1的漏极相连，可变电阻R1的另一端与待识别配电网的的火线线路L相连，和第二功率半导体器件U2的漏极与待识别配电网VG1的零线线路N相连；幅度调制器AM1与待测配电网VG1的火线线路L相连；调制发射器VG2分别与第一功率半导体器件U1和第二功率半导体器件U2的栅极相连，以发射高于第一预设频率的电流特征脉冲。

其中，幅度调制器AM1、待识别配电网VG1和调制发射器VG2的波形示例如图3所示。

在本实施例中，第一功率半导体器件和第二功率半导体器件可以为IGBT或MOSFET等，且两个功率半导体器件的类型可以相同、也可以不同，可以根据实际需求进行选择，不做具体限定；可变电阻R1的阻值可调；调制发射器可以为PWM调制器，也可以为其他用于产生脉冲信号的装置，不做具体限定。

进一步地，调制电路100的调制原理为：在交流电源的正半周时，火线线路的电流通过可变电阻和第一功率半导体器件的调制后，从第二功率半导体器件的续流二极管流回零线线路，形成对正半周的调制回路；在交流电源的负半周时，零线线路的电流由第二功率半导体器件的调制后，从第一功率半导体器件的续流二极管流出，并经过可变电阻流回火线线路，形成对负半周的调制回路。由此，经过调制电路100的调制之后得到指定频率的高频电流特征脉冲。

在本实施例中，拓扑信息可以包括电压信号，电压信号为电流对时间的微分；在一些实施例中，如图4所示，处理电路300包括：积分放大电路310、带通滤波器320、脉宽与频率识别电路330、电平变换电路340、模数转换器350和处理器360。

其中，积分放大电路310与柔性电流互感器200相连，以对电压信号进行积分得到实际电流波形；带通滤波器320与积分放大电路310相连，以滤除实际电流波形中第三预设频率的电流波形；脉宽与频率识别电路330与带通滤波器320相连，以从滤波后的实际电流波形中提取电流特征脉冲；电平变换电路340与脉宽与频率识别电路330相连，以将电流特征脉冲转换成预设电平信号；模数转换器350与电平变换电路340相连，以将预设电平信号转换成数字电平信号；处理器360与模数转换器340相连，以根据数字电平信号识别待测配电网的拓扑结构。

其中，第三预设频率可以为50Hz，也可以根据滤波需求具体设置，不做具体限定；预设电平信号可以为标准电平信号，也可以根据实际情况具体设置；处理器360可以为常用的微处理器，不做具体限定。

以第三预设频率为50Hz为例，柔性电流互感器200接收来自线路中的电流变化，通过积分放大电路310还原成实际电流波形，通过带通滤波器滤320除50Hz电流部分，保留1KHz-100MHz频段，以提取电流特征脉冲；提取得到电流特征脉冲经电平变换电路340转换为标准电平信号后，发送至模数转换器350，以将模拟的标准电平信号转换为数字电平信号，处理器360接收到数字电平信号后，根据数字电平信号进行拓扑结构的识别。

综上，本申请实施例采用高频率特征电流脉冲解决了低压配网拓扑自动识别的问题，并具有如下优点：1)由于收发高频率特征电流的特点，因此不会对传统电流互感器造成影响，不会影响线路上表计计量精度；2)由于收发频率有较高带宽，因此可以灵活方便的配置通信频段，配合专用的带通滤波器，可以规避线路上的固有动态、静态干扰，提高通讯信噪比；3)由于柔性电流互感器对电流变化的高灵敏度，有助于提升检测通讯信号的灵敏度。

根据本申请实施例提出的配电网拓扑结构识别装置，可以利用柔性电流互感器和高频电流特征脉冲自动准确的识别配电网拓扑结构，有效提高配电网拓扑结构识别的准确性和效率，识别过程简单便捷且可以有效降低识别所需的时间和人力成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种配电网拓扑结构识别装置，其特征在于，包括：

发射高于第一预设频率且小于第二预设频率的电流特征脉冲至待识别配电网的电缆上的调制电路；

套设在所述电缆上的柔性电流互感器，以从所述电缆接收所述电流特征脉冲生成的磁场中感应得到所述待识别配电网的拓扑信息；以及

处理电路，所述处理电路与所述柔性电流互感器相连，以根据所述待识别配电网的拓扑信息识别所述待识别配电网的拓扑结构；

所述调制电路包括：

第一功率半导体器件和第二功率半导体器件，所述第一功率半导体器件和所述第二功率半导体器件的源极相连；

可变电阻，所述可变电阻的一端与所述第一功率半导体器件的漏极相连，所述可变电阻的另一端与待识别配电网的火线线路相连，所述第二功率半导体器件的漏极与待识别配电网的零线线路相连；

幅度调制器，所述幅度调制器与待识别配电网的火线线路相连；

调制发射器，所述调制发射器分别与所述第一功率半导体器件和所述第二功率半导体器件的栅极相连，以发射高于第一预设频率的电流特征脉冲；

所述电流特征脉冲为所述待识别配电网的拓扑结构的数字特征码，所述数字特征码唯一标识拓扑结构的分支结构，将所述拓扑结构中的不同分支结构用不同的数字特征码表示，通过所述数字特征码确定所述分支结构。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述拓扑信息包括电压信号，所述处理电路包括：

与所述柔性电流互感器相连的积分放大电路，以对所述电压信号进行积分得到实际电流波形；

与所述积分放大电路相连的带通滤波器，以滤除所述实际电流波形中第三预设频率的电流波形；

与所述带通滤波器相连的脉宽与频率识别电路，以从滤波后的实际电流波形中提取所述电流特征脉冲；

与所述脉宽与频率识别电路相连的电平变换电路，以将所述电流特征脉冲转换成预设电平信号；

与所述电平变换电路相连的模数转换器，以将所述预设电平信号转换成数字电平信号；

与所述模数转换器相连的处理器，以根据所述数字电平信号识别所述待识别配电网的拓扑结构。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一预设频率为1KHz，所述第二预设频率为100MHz。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一功率半导体器件和所述第二功率半导体器件为绝缘栅双极型晶体管。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调制发射器为PWM调制器。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第三预设频率为50Hz。

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