CN113098003B - 一种基于时间标的4g通信低压台区拓扑识别方法及系统 - Google Patents

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CN113098003B CN202110374369.9A CN202110374369A CN113098003B CN 113098003 B CN113098003 B CN 113098003B CN 202110374369 A CN202110374369 A CN 202110374369A CN 113098003 B CN113098003 B CN 113098003B
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Abstract

本发明公开了一种基于时间标的4G通信低压台区拓扑识别方法及系统，属于低压台区拓扑识别技术领域。本发明的一种基于时间标的4G通信低压台区拓扑识别方法，其主站通过4G通信模块读取各台区I型集中器存储的识别记录，结合II型集中器搜表机制，梳理拓扑结构，得到三级拓扑结构。本发明利用4G通信模块以及电阻投切模块，结合时间标，对低压台区进行拓扑识别，仅通过台区原有的集中器进行实施，不需要安装其他设备，节约设备成本；4G通信与载波通信相比，不受电网波动影响，更加稳定可靠，保证了拓扑相关指令的有效下发；主站可控制多个台区同时进行拓扑识别，方便快捷；相比大数据方法，本发明能有效保证拓扑识别的准确性和可靠性。

Description

一种基于时间标的4G通信低压台区拓扑识别方法及系统
技术领域
本发明涉及一种基于时间标的4G通信低压台区拓扑识别方法及系统，属于低压台区拓扑识别技术领域。
背景技术
台区拓扑是指台区内部电表、表箱、分支箱、出线与变压器之间的多级归属关系。台区拓扑关系在电网营销、配电服务等电网业务中应用广泛，它是开展故障诊断、分段线损计算、防窃电、无功优化的重要依据。
但是在国内电网，尤其是低压台区，供电方式复杂多样，存在诸多不规范供电情况，且随着配电网的不断升级，电网线路进行改造，老旧或故障电表也经常需要进行更换，种种原因造成了台区拓扑关系时常变更，难以梳理。台区拓扑关系不明确对电网业务的深化展开，对电网营销、配电服务的进一步发展造成了很大困难，该问题亟需解决。
针对台区拓扑识别，最直接的方式是人工巡检梳理，一一排查，理清线路走向，确定电表归属，但该方法耗时耗力，且对于地揽线，排查难度很大，有时还要通过停断电进行区分。近年来，也有学者研究大数据方法进行台区拓扑识别，通过采集台区电流、电压、功率等数据，进行数据聚类处理，但该方法受限于数据准确性和时效性，拓扑识别准确率无法保证。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种利用4G通信模块以及电阻投切模块，结合时间标，对低压台区进行拓扑识别，仅通过台区原有的集中器进行实施，不需要安装其他设备，节约设备成本；4G通信与载波通信相比，不受电网波动影响，更加稳定可靠，保证了拓扑相关指令的有效下发；主站可控制多个台区同时进行拓扑识别，方便快捷；相比大数据方法，能有效保证拓扑识别的准确性和可靠性的基于时间标的4G通信低压台区拓扑识别方法及系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种基于时间标的4G通信低压台区拓扑识别方法，包括以下步骤：
步骤1：主站通过4G通信模块对各台区所有I型集中器和II型集中器进行对时操作；
步骤2：对时完成后，主站通过4G通信模块下发时间标和信号码元给各台区的I型集中器和II型集中器；
步骤3：各台区II型集中器根据步骤2中下发的信号码元，利用电阻投切模块产生相应码元电流信号，并根据下发时间标定时进行码元电流信号发送；
步骤4：各台区I型集中器根据步骤2下发的信号码元，对电流信号实时采样识别，并存储识别记录；
步骤5：主站通过4G通信模块读取各台区I型集中器存储的识别记录，结合II型集中器搜表机制，梳理拓扑结构，得到表-表箱即II型集中器-变压器即I型集中器三级拓扑结构。
本发明经过不断探索以及试验，利用4G通信模块以及电阻投切模块，结合时间标，对低压台区进行拓扑识别，仅通过台区原有的集中器进行实施，不需要安装其他设备，节约设备成本；4G通信与载波通信相比，不受电网波动影响，更加稳定可靠，保证了拓扑相关指令的有效下发；主站可控制多个台区同时进行拓扑识别，方便快捷；相比大数据方法，本发明能有效保证拓扑识别的准确性和可靠性。
作为优选技术措施：
所述步骤2，主站通过4G通信模块依次给当前台区所有II型集中器下发时间标
Figure 356867DEST_PATH_IMAGE001
，
其中T（单位为分钟）表示当前时间， t为提前时间量，
Figure 119549DEST_PATH_IMAGE002
为间隔时间，N表示当前 台区II型集中器数目。
优选的提前30分钟给 II型集中器下发时间标，时间标间隔为1分钟；
即
Figure 708136DEST_PATH_IMAGE003
。
若存在下发失败的II型集中器，主站重新下发时间标，最多重试3次；为提高拓扑识别效率，多个台区可下发相同时间标，即并行发送信号码元。
作为优选技术措施：
所述步骤3，所述电阻投切模块的投切开关频率为F，每个投切周期中开关通TM微秒，断TM微秒，占空比为1/2；为了准确提取投切信号能量，对信号码元进行编码，以TM毫秒为一个码位，开关周期性通断TM毫秒表示码位1，开关持续性断开TM毫秒表示码位0。
优选的：
所述电阻投切模块的投切开关频率为833.33Hz，每个投切周期中开关通600微秒，断600微秒，占空比为1/2；为了准确提取投切信号能量，对信号码元进行编码，以500个投切周期即600毫秒为一个码位，开关周期性通断600毫秒表示码位1，开关持续性断开600毫秒表示码位0。
作为优选技术措施：
所述信号码元为[1 1 1 1 x x x x]，共8位，其中前四位固定为1，用于提取信号后计算信号强度，后4位随机编码用于区分不同台区。
作为优选技术措施：
所述步骤4，所述信号识别的具体内容如下：I型集中器以f采样频率实时采集电流信号，并利用滑动傅里叶变换提取某频点处信号强度，进行滑动解码后，将解码码元与发送码元进行匹配，若匹配成功，则存储识别记录。
优选的，f为5kHz。
作为优选技术措施：
所述频点
Figure 858757DEST_PATH_IMAGE004
处信号强度计算公式如下所示：
Figure 675403DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 390244DEST_PATH_IMAGE006
分别表示频点
Figure 306772DEST_PATH_IMAGE007
处谐波的实部、虚部和模值，
Figure 18507DEST_PATH_IMAGE008
为当前相位，
Figure 322450DEST_PATH_IMAGE009
为一 个滑动周期的采用点数，
Figure 239984DEST_PATH_IMAGE010
为表示起始采样点，
Figure 945771DEST_PATH_IMAGE011
表示采样点序号，
Figure 343255DEST_PATH_IMAGE012
表示采样时间间隔，
Figure 698275DEST_PATH_IMAGE013
为电流采样值。
作为优选技术措施：
解码码元与发送码元进行匹配的具体方法：
取两频点处信号强度均值
Figure 839406DEST_PATH_IMAGE014
与解码阈值
Figure 727597DEST_PATH_IMAGE015
进行比较，若
Figure 340323DEST_PATH_IMAGE016
，则认为该码位为1， 否则该码位为0，从而确定解码码元；将解码码元与发送码元进行匹配，若二者完全一致或 只有一位码位不同，则认为二者匹配成功，并将信号强度、识别时间、所属集中器等信息记 录下来；
两频点为
Figure 353279DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 766943DEST_PATH_IMAGE018
。
作为优选技术措施：
所述步骤5，主站读取完所有台区I型集中器识别记录后，首先以台区为单位，根据发送时间标与识别时间标的对应关系，找到归属于该台区的所有II型集中器，II型集中器通过RS485总线自动搜表得到电表归属，从而得到表-表箱-变压器三级拓扑结构。
作为优选技术措施：
未识别到的II型集中器作为失败设备处理，所有台区梳理结束后，主站给所有失败设备以及I型集中器统一重新下发时间标和信号码元，固定为[1 1 1 1 0 1 0 1]，再次进行拓扑识别，得到各台区最终拓扑结构图。
作为优选技术措施：
一种基于时间标的4G通信模块低压台区拓扑识别系统，
应用上述的一种基于时间标的4G通信低压台区拓扑识别方法，其包括主站、I型集中器、II型集中器、4G通信模块；
所述主站，用于控制信号传输以及对信号进行处理；
所述I型集中器，用于信号识别；
所述II型集中器，用于信号发送，其设有电阻投切模块；
所述4G通信模块，用于数据传输；
所述电阻投切模块，用于根据信号码元，产生相应电流信号。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明仅通过台区原有的集中器进行实施，不需要安装其他设备，节约设备成本；4G通信与载波通信相比，不受电网波动影响，更加稳定可靠，保证了拓扑相关指令的有效下发；主站可控制多个台区同时进行拓扑识别，方便快捷；相比大数据方法，本发明能有效保证拓扑识别的准确性和可靠性。
附图说明
图1为本发明拓扑流程框图；
图2为应用本发明的拓扑识别流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
一种基于时间标的4G通信低压台区拓扑识别方法，包括以下步骤：
步骤1：主站通过4G通信模块对各台区所有I型集中器和II型集中器进行对时操作；
步骤2：对时完成后，主站通过4G通信模块下发时间标和信号码元给各台区的I型集中器和II型集中器；
步骤3：各台区II型集中器根据步骤2中下发的信号码元，利用电阻投切模块产生相应码元电流信号，并根据下发时间标定时进行码元电流信号发送；
步骤4：各台区I型集中器根据步骤2下发的信号码元，对电流信号实时采样识别，并存储识别记录；
步骤5：主站通过4G通信模块读取各台区I型集中器存储的识别记录，结合II型集中器搜表机制，梳理拓扑结构，得到表-表箱即II型集中器-变压器即I型集中器三级拓扑结构。
本发明经过不断探索以及试验，利用4G通信模块以及电阻投切模块，结合时间标，对低压台区进行拓扑识别，仅通过台区原有的集中器进行实施，不需要安装其他设备，节约设备成本；4G通信与载波通信相比，不受电网波动影响，更加稳定可靠，保证了拓扑相关指令的有效下发；主站可控制多个台区同时进行拓扑识别，方便快捷；相比大数据方法，本发明能有效保证拓扑识别的准确性和可靠性。
本发明时间标的一种具体实施例：
所述步骤2，主站通过4G通信模块依次给当前台区所有II型集中器下发时间标
Figure 181743DEST_PATH_IMAGE019
，
其中T（单位为分钟）表示当前时间， t为提前时间量，
Figure 15969DEST_PATH_IMAGE020
为间隔时间，N表示当前 台区II型集中器数目。
若存在下发失败的II型集中器，主站重新下发时间标，多个台区可下发相同时间标，即并行发送信号码元。
本发明电阻投切模块的一种具体实施例：
所述步骤3，所述电阻投切模块的投切开关频率为F，每个投切周期中开关通TM微秒，断TM微秒，占空比为1/2；为了准确提取投切信号能量，对信号码元进行编码，以TM毫秒为一个码位，开关周期性通断TM毫秒表示码位1，开关持续性断开TM毫秒表示码位0。
所述信号码元为[1 1 1 1 x x x x]，共8位，其中前四位固定为1，用于提取信号后计算信号强度，后4位随机编码用于区分不同台区。
本发明解码码元与发送码元进行匹配的一种具体实施例：
所述步骤4，所述信号识别的具体内容如下：I型集中器以f采样频率实时采集电流信号，并利用滑动傅里叶变换提取某频点处信号强度，进行滑动解码后，将解码码元与发送码元进行匹配，若匹配成功，则存储识别记录。
所述频点
Figure 250642DEST_PATH_IMAGE004
处信号强度计算公式如下所示：
Figure 687570DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 222457DEST_PATH_IMAGE006
分别表示频点
Figure 165267DEST_PATH_IMAGE007
处谐波的实部、虚部和模值，
Figure 418394DEST_PATH_IMAGE008
为当前相位，
Figure 705019DEST_PATH_IMAGE009
为一个 滑动周期的采用点数，
Figure 595877DEST_PATH_IMAGE010
为表示起始采样点，
Figure 536020DEST_PATH_IMAGE011
表示采样点序号，
Figure 636962DEST_PATH_IMAGE012
表示采样时间间隔，
Figure 789595DEST_PATH_IMAGE013
为电流采样值。
本发明拓扑识别系统的一种具体实施例：
一种基于时间标的4G通信模块低压台区拓扑识别系统，
应用上述的一种基于时间标的4G通信低压台区拓扑识别方法，其包括主站、I型集中器、II型集中器、4G通信模块；
所述主站，用于控制信号传输以及对信号进行处理；
所述I型集中器，用于信号识别；
所述II型集中器，用于信号发送，其设有电阻投切模块；
所述4G通信模块，用于数据传输；
所述电阻投切模块，用于根据信号码元，产生相应电流信号。
本发明的一种最佳实施例：
如图1和图2所示，一种基于时间标的4G通信低压台区拓扑识别方法，包括以下步骤：
步骤1：主站通过4G通信模块对各台区所有I型集中器和II型集中器进行对时操作；通过时间标的方式进行梳理，所以必须保证信号发送设备（II型集中器）和信号识别设备（I型集中器）的时间误差在30S以内。
步骤2：主站通过4G通信模块依次给当前台区所有II型集中器下发时间标
Figure 534959DEST_PATH_IMAGE021
，其中T（单位为分钟）表示当前时间，N表示当前台区II型集中器数 目，即提前30分钟给 II型集中器下发时间标，时间标间隔为1分钟，若存在下发失败的II型 集中器，主站重新下发时间标，最多重试3次；主站给当前台区所有II型集中器和I型集中器 下发相同码元，若下发失败，主站重新下发码元，最多重试3次；为提高拓扑识别效率，多个 台区可下发相同时间标，即并行发送投切信号，但码元后4位要能区分不同台区，避免相邻 台区码元完全一致给识别带来干扰。
步骤3：各台区II型集中器采用电阻投切方式产生投切信号，根据下发时间标定时进行投切信号发送；其中，投切开关频率为833.33Hz，每个投切周期中开关通600微秒断600微秒，占空比为1/2；为了准确提取投切信号能量，对投切信号进行编码，以500个投切周期（600毫秒）为一个码位，开关周期性通断600毫秒表示码位1，开关持续性断开600毫秒表示码位0，信号码元为[1 1 1 1 x x x x]共8位，其中前四位固定为1，用于提取信号后计算信号强度，后4位随机编码用于区分不同台区；
步骤4：各台区I型集中器根据所在台区投切信号码元进行信号识别，存储识别记录；在整个拓扑识别过程中，I型集中器以5kHz采样频率对所在线路电流信号进行实时采样，并利用滑动傅里叶变换计算783.33Hz和883.33Hz频点处信号强度，计算公式如下所示：
Figure 786949DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 749089DEST_PATH_IMAGE006
分别表示频点
Figure 377516DEST_PATH_IMAGE007
处谐波的实部、虚部和模值，
Figure 242966DEST_PATH_IMAGE008
为当前相位，
Figure 400278DEST_PATH_IMAGE009
为一 个滑动周期的采用点数，
Figure 849714DEST_PATH_IMAGE010
为表示起始采样点，
Figure 547412DEST_PATH_IMAGE011
表示采样点序号，
Figure 193333DEST_PATH_IMAGE012
表示采样时间间隔； 取两频点处信号强度均值
Figure 177338DEST_PATH_IMAGE014
与解码阈值
Figure 615535DEST_PATH_IMAGE022
进行比较，若
Figure 179240DEST_PATH_IMAGE023
，则认为该码位为1，否则该码位 为0，从而确定解码码元；将解码码元与发送码元进行匹配，若二者完全一致或只有一位码 位不同，则认为二者匹配成功，并将信号强度、识别时间、所属集中器等信息记录下来。
步骤5：主站通过4G通信模块读取各台区I型集中器存储的识别记录，然后以台区为单位，根据每个II型集中器发送时间标所在的1分钟时间段，查找该时间段内是否存在识别记录，若存在则说明该II型集中器属于该台区，II型集中器通过RS485总线自动搜表机制得到归属于该集中器的电表，从而得到本台区表-表箱-变压器三级拓扑结构，若不存在则说明该II型集中器不属于该台区，将其作为失败设备处理；主站将所有台区梳理完成后，统一给所有失败设备重新下发时间标和信号码元（固定为[1 1 1 1 0 1 0 1]），再次进行拓扑识别，得到各台区最终拓扑结构图。
综上所述，本发明提出的拓扑识别方法仅通过台区原有的集中器进行实施，不需要安装其他设备，节约设备成本；4G通信模块与载波通信相比，不受电网波动影响，更加稳定可靠，保证了拓扑相关指令的有效下发；主站可控制多个台区同时进行拓扑识别，方便快捷；相比人工巡检和大数据方法，本发明既能降低人力成本，又能有效保证拓扑识别的准确性和可靠性，具有良好的实践应用价值。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于时间标的4G通信低压台区拓扑识别方法，其特征在于，
包括以下步骤：
步骤1：主站通过4G通信模块对各台区I型集中器和II型集中器进行对时操作；
步骤2：对时完成后，主站通过4G通信模块下发时间标和信号码元给各台区的I型集中器和II型集中器；
主站通过4G通信模块依次给当前台区所有II型集中器下发时间标T+t+n1，T+t+n2，T+t+nN，
其中T表示当前时间，t为提前时间量，nN为间隔时间，N表示当前台区II型集中器数目；
若存在下发失败的II型集中器，主站重新下发时间标，多个台区下发相同时间标，同时并行发送信号码元；
步骤3：各台区II型集中器根据步骤2中下发的信号码元，利用电阻投切模块产生相应码元电流信号，并根据下发时间标定时进行码元电流信号发送；
所述电阻投切模块的投切开关频率为F，每个投切周期中开关通TM微秒，断TM微秒，占空比为1/2；为了准确提取投切信号能量，对信号码元进行编码，以TM毫秒为一个码位，开关周期性通断TM毫秒表示码位1，开关持续性断开TM毫秒表示码位0；
所述信号码元为[1 1 1 1 x xx x]，共8位，其中前四位固定为1，用于提取信号后计算信号强度，后4位随机编码用于区分不同台区；
步骤4：各台区I型集中器根据步骤2下发的信号码元，对电流信号实时采样识别，并存储识别记录；
步骤5：主站通过4G通信模块读取各台区I型集中器存储的识别记录，结合II型集中器搜表机制，梳理拓扑结构，得到表-表箱即II型集中器-变压器即I型集中器三级拓扑结构；
主站读取完所有台区I型集中器识别记录后，首先以台区为单位，根据发送时间标与识别时间标的对应关系，找到归属于该台区的所有II型集中器，II型集中器通过RS485总线自动搜表得到电表归属，从而得到表-表箱-变压器三级拓扑结构；
未识别到的II型集中器作为失败设备处理，所有台区梳理结束后，主站给所有失败设备以及I型集中器统一重新下发时间标和信号码元，固定为[1 1 1 1 0 1 0 1]，再次进行拓扑识别，得到各台区最终拓扑结构图。
2.如权利要求1所述的一种基于时间标的4G通信低压台区拓扑识别方法，其特征在于，
所述步骤4，信号识别的具体内容如下：
I型集中器以f采样频率实时采集电流信号，并利用滑动傅里叶变换提取某频点处信号强度，进行滑动解码后，将解码码元与发送码元进行匹配，若匹配成功，则存储识别记录。
3.如权利要求2所述的一种基于时间标的4G通信低压台区拓扑识别方法，其特征在于，
频点fn处信号强度计算公式如下所示：
Figure FDA0003215082190000021
Figure FDA0003215082190000022
Figure FDA0003215082190000023
其中，an，bn，cn分别表示频点fn处谐波的实部、虚部和模值，θ为当前相位，T为一个滑动周期的采用点数，t0为表示起始采样点，k表示采样点序号，dt表示采样时间间隔，
Figure FDA0003215082190000024
为电流采样值。
4.如权利要求2所述的一种基于时间标的4G通信低压台区拓扑识别方法，其特征在于，
解码码元与发送码元进行匹配的具体方法：
取两频点处信号强度均值
Figure FDA0003215082190000025
与解码阈值
Figure FDA0003215082190000026
进行比较，若
Figure FDA0003215082190000027
则认为该码位为1，否则该码位为0，从而确定解码码元；将解码码元与发送码元进行匹配，若二者完全一致或只有一位码位不同，则认为二者匹配成功，并将信号强度、识别时间、所属集中器信息记录下来；
两频点为f1＝783.33Hz和f2＝883.33Hz。
5.一种基于时间标的4G通信模块低压台区拓扑识别系统，其特征在于，
应用如权利要求1-4任一所述的一种基于时间标的4G通信低压台区拓扑识别方法，其包括主站、I型集中器、II型集中器、4G通信模块；
所述主站，用于控制信号传输以及对信号进行处理；
所述I型集中器，用于信号识别；
所述II型集中器，用于信号发送，其设有电阻投切模块；
所述4G通信模块，用于数据传输；
所述电阻投切模块，用于根据信号码元，产生相应电流信号。
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