CN113162033A - 基于冻结电流的配电网台区拓扑关系自动识别方法及系统 - Google Patents

基于冻结电流的配电网台区拓扑关系自动识别方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于冻结电流的配电网台区拓扑关系自动识别方法及系统，设置冻结电流异动阈值，判断电流异动是否超过设定阈值，如果是则通过广播的方式向所有低压故障传感器发送冻结命令，在同一时间将电流信息冻结；通过轮询的方式依次抄读所有低压故障传感器的带有时间戳的电流冻结数据，并对将本次冻结数据与上次冻结数据做计算，确定包含电流增量、谐波增量和漏电流增量信息的相关参数；根据冻结电流的相关参数，进行数据分组和分支分析，根据不同的主分支识别结果进行层级分析，确定配电网台区拓扑结构。本发明能够实现低压拓扑自动识别。

Description

基于冻结电流的配电网台区拓扑关系自动识别方法及系统
技术领域
本发明属于用电信息采集技术领域，具体涉及一种基于冻结电流的配电网台区拓扑关系自动识别方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
配电台区电气网络拓扑关系的自动识别实质上就是可靠获得园区、小区、楼宇内各电气设备与其供电电源的连接关系，并用一定的方式把这些连接关系进行存储。目前电力公司正在大力开展营配贯通工作，台区网络拓扑结构的准确识别对电力公司线损治理、提高供电可靠性及供电服务能力至关重要。
然而，由于低压配电台区数量大、电气接线复杂、个别存在私搭乱建现象，由于历史和管控原因，用户拓扑网络规划无统一标准，电网拓扑结构的准确识别一直是供电服务中的难题，尽管经过计量表计普查及箱表关系核查，要及时准确掌握配电台区的网络拓扑还是存在较大难度。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于冻结电流的配电网台区拓扑关系自动识别方法及系统，本发明以冻结电流为特征量，采用智能配变终端(TTU)和低压故障传感器(LTU)识别“变-箱-户”的拓扑关系，实现低压拓扑自动识别。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
一种基于冻结电流的配电网台区拓扑关系自动识别方法，在台区侧设置智能配变终端，在分支侧和表箱侧增设低压故障传感器和电流互感器，包括以下步骤：
设置冻结电流异动阈值，判断电流异动是否超过设定阈值，如果是则通过广播的方式向所有低压故障传感器发送冻结命令，在同一时间将电流信息冻结；
通过轮询的方式依次抄读所有低压故障传感器的带有时间戳的电流冻结数据，并对将本次冻结数据与上次冻结数据做计算，确定包含电流增量、谐波增量和漏电流增量信息的相关参数；
根据冻结电流的相关参数，进行数据分组和分支分析，根据不同的主分支识别结果进行层级分析，确定配电网台区拓扑结构。
作为可选择的实施方式，通过轮询的方式依次抄读所有低压故障传感器的带有时间戳的电流冻结数据的过程中，利用主动时间补偿的校时方法，确保智能配变终端、低压故障传感器和电能表之间的高精度时钟同步，满足分支线路用电信息特征量以时间片段分组。
作为进一步的限定，所述主动时间补偿的校时的具体过程包括预估发送校时报文在各个环节依次传输产生的延迟时间之和，考虑与所述延迟时间之和相匹配的补偿时间，生成相应的校时报文。
作为可选择的实施方式，设置冻结电流异动阈值时，对于负荷值小于设定值的用户，根据日常负荷情况动态调整塑壳断路器的电流突变量和持续时间的阈值。
作为可选择的实施方式，根据冻结电流的相关参数，进行数据分组和分支分析的具体过程包括：同样电流增量的低压故障传感器属于同一主分支，谐波增量和漏电增量作为辅助分析和验证依据。
作为可选择的实施方式，根据不同的主分支识别结果进行层级分析的具体过程包括：同时出现在两个主分支的节点，上调相应的层级作为主分支，并将两个分支进行合并，出现主分支下级的次分支；进行拓扑重构，逐次对分支进行合并和层级调整，绘制出最新的拓扑图。
作为可选择的实施方式，所述方法根据台区内的负荷变化趋势，不断调整电流异动的阈值，重复执行，直到所有的节点设备都能调整到拓扑图的相应等级，拓扑识别完成。
一种基于冻结电流的配电网台区拓扑关系自动识别系统，包括设置于表箱侧的多个电能表、低压故障传感器和电流互感器，设置于分支侧的多个低压故障传感器和电流传感器以及设置于变压器侧的智能配变终端；
所述智能配变终端和低压故障传感器之间通过宽带电力载波通信，各低压故障传感器和电流互感器分别用于实现相应的电能数据采集和特征电流冻结的冻结；
所述智能配变终端被配置为设置冻结电流异动阈值，判断电流异动是否超过设定阈值，如果是则通过广播的方式向所有低压故障传感器发送冻结命令，在同一时间将电流信息冻结；通过轮询的方式依次抄读所有低压故障传感器的带有时间戳的电流冻结数据，并对将本次冻结数据与上次冻结数据做计算，确定包含电流增量、谐波增量和漏电流增量信息的相关参数；根据冻结电流的相关参数，进行数据分组和分支分析，根据不同的主分支识别结果进行层级分析，确定配电网台区拓扑结构。
作为可选择的实施方式，所述表箱侧各表箱内的低压故障传感器与相应的电能表通信，若干表箱内的低压故障传感器与分支侧对应的低压故障传感器之间通信，所有分支侧对应的低压故障传感器均和所述智能配变终端通信。
作为可选择的实施方式，所述智能配变终端被配置为预估发送校时报文在各个环节依次传输产生的延迟时间之和，考虑与所述延迟时间之和相匹配的补偿时间，生成相应的校时报文。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用了基于主动时间补偿的校时方法，定时广播校时，确保智能配变终端与低压故障传感器和电能表之间的高精度时钟同步，满足分支线路用电信息特征量以时间片段分组。
本发明用电信息特征量冻结，以电流突变冻结增量、电流突变冻结增量持续时间为基础，满足既定条件的冻结电流突变、谐波、暂态波形等多维的用电信息，该方案的准确度等级高，为拓扑重构提供精确的数据基础。
本发明能够实现台区户表关系精准识别，实现电能表、计量箱的运行状态等实时在线监测，主动计量设备“全时态”管理，实现计量资产可视化管理。低压居民用电拓扑结构可清晰、直观、准确的在营销系统中展现出来，大幅提高营销贯通成效。
本发明能够展现实时真实的“变-分-箱”拓扑关系，结合台区线损健康诊断技术指导线损治理，提高采集成功率，提高了计量器具的精度，满足了结算对计量装置的要求，提高了客户侧供电能力，有效地改善计量环境。实现封闭计量，增强了计量设施的防窃可靠性，最大程度的遏制窃电现象的发生，为降损增效提供强有力的技术支撑。
本发明将低压配电网台区拓扑关系、停复电实时态势与电网GIS相结合，快速定位故障位置，合理安排抢修力量，使报修服务由被动变为主动，有效缩短客户停电时间，大幅度降低95598报修工单数量，更能避免因抢修不及时造成的不必要投诉。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本实施例的系统架构图；
图2是本实施例的广播校时路径示意图；
图3是本实施例的拓扑自动识别示意图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例首先提供一种低压配电台区各级关键节点的冻结电流特征量采集系统。
台区侧主要以TTU设备为主，LTU相结合的网络架构，TTU和LTU之间通过宽带电力载波通信。TTU安装在变压器的总出线，可以直接通过RS485通信来采集三相电能表的冻结数据，在采集三相电能表不具备条件的情况下，可以在总出线处安装电流互感器进行电流采样，接入三相四线电源进行电压采样，自己实现冻结电流数据的采集。同时，TTU是整个低压配电台区识别的中心，采用边缘计算等技术，实现拓扑识别与分析的本地计算，直接把拓扑识别结果发送给主站服务器，为各种用电管理应用软件提供数据基础。
在电力分支箱侧，加装LTU和电流传感器，实现分支箱的电能数据采集和特征电流冻结的冻结；在电能计量表箱侧，加装LTU和电流互感器，实现计量箱的总电能数据采集和特征电流冻结的冻结；表箱内的LTU通过RS485与用户的电子式电能表通信，实现用户侧的电能数据采集和特征电流冻结的冻结。
用电信息特征量冻结，以电流突变冻结增量、电流突变冻结增量持续时间为基础，满足既定条件的冻结电流突变、谐波、暂态波形等多维的用电信息，该方案的准确度等级为0.5S级，为拓扑重构提供精确的数据基础。
为确保TTU与LTU和电能表之间的高精度时钟同步，满足分支线路用电信息特征量以时间片段分组，在本实施例中，采用基于主动时间补偿的校时方法，定时广播校时。
广播校时方式相对于点对点校时方式，具有较高的执行效率和校时精度，同时具有较低的通信开销，实际使用中一般采用广播校时方式进行校时操作。在广播校时方式下，标准Q/GDW1376.2—2013制定了TTU可以查询通信延时相关的广播通信时长，以此来估计终端广播校时过程中的信道延时估计值。除了广播通信信道延迟时间以外，也要考虑在通信接口上的延迟并对其做出合理的估计。广播校时的整个路径上的时延如图2所示。
T1表示TTU通过串口发送校时报文到路由模块的时间，T2表示校时报文在路由模块上的处理时间，T3表示低压电力线上的报文传输延迟，T4表示采集器终端对于校时报文的处理转换时间，T5表示RS485总线上的报文传输延迟，T6表示电能表对于校时报文的处理及校时时间。一般情况下，各个延迟时间的估计值为:T1＝40ms，T2＝20ms，T3＝10ms，T4＝30ms，T5＝80ms，T6＝10ms。整个广播校时的通信时延计算如下：
Figure BDA0003009665700000081
TTU进行广播校时，需要进行一个主动的时间估计和补偿。TTU给路由模块发送校时报文时，由于广播校时报文中的时间信息单位是秒，所以只能生成以秒为单位的校时报文。为了提高校时精度，TTU需要在考虑补偿时间的前提下，生成时间为整秒的校时报文。例如需要发送一个包含10时20分30秒的校时报文，整个报文延迟估计为190毫秒(通过上述公式计算所得)，那么TTU需要提前190ms在10时20分29秒810毫秒这个时刻就发一个包含10时20分30秒的校时报文。这样就实现了校时精度在百毫秒级别的校时。
综上，通过计算和预估各个设备的通信延时和自身运算时间，并根据高速宽带电力载波通信的实际情况进行预估时间的补偿，确保TTU与LTU和电能表之间的高精度时钟同步，满足分支线路用电信息特征量以时间片段分组。
如图3所示，在本实施例中，低压配电台区的拓扑自动识别方法的具体过程包括：
(1)台区档案下发到TTU后，TTU根据主站的指令立即或者定时发起拓扑识别流程。
(2)TTU设置冻结电流异动阈值，对于负荷较小的用户，可以根据日常负荷情况动态调整塑壳断路器的电流突变量和持续时间的阈值。
(3)实时进行电流高频采集和监测，如果监测到电流出现异动，并且异动的范围和时间超过设定的阈值，TTU通过广播的方式向所有低压故障传感器发送冻结命令，在同一时间将电流信息冻结。
(4)冻结之后，TTU通过轮询的方式依次抄读所有LTU的带有时间戳的电流冻结数据，并对将本次冻结数据与上次冻结数据做计算，计算出每个LTU这段时间的冻结数据中的电流增量、谐波增量、漏电流增量等信息。
(5)根据冻结电流的电流增量、谐波增量、漏电流增量等信息，进行数据分组和分支分析。同样电流增量的低压故障传感器属于同一主分支，谐波增量和漏电增量作为辅助分析和验证依据。
(6)根据不同的主分支识别结果进行层级分析，同时出现在两个主分支的节点，上调相应的层级作为主分支，并将两个分支进行合并，出现主分支下级的次分支。
(7)根据(6)的分支和层级调整原则进行拓扑重构，逐次对分支进行合并和层级调整，绘制出最新的拓扑图。
(8)根据台区内的负荷变化趋势，不断调整电流异动的阈值，重复执行(2)至(7)的过程，直至档案中所有的节点设备都能调整到拓扑图的相应等级，拓扑识别完成。
综上，本实施例针对用户负荷变化引起的的动态监测进行实时监测，以电流突变冻结增量、电流突变冻结增量持续时间为基础，满足既定条件的冻结电流突变、谐波、暂态波形等多维的用电信息，以精准同步的实际为基础，对TTU和所有LTU的数据进行冻结和时间戳标定，并与前几次的冻结数据进行对比，计算多次冻结的A相、B相、C相三相的特征电流总量，特征电流增量持续时间为拓扑重构提供精确的数据基础。
通过对冻结特征电流数据进行综合分析，以同样特征冻结电流为同一主分支为基础，多个分支根据不同的分支识别结果进行层级分析，同时出现在两个主分支的LTU节点通过上调相应的层级和分支合并进行拓扑重构，逐次对分支进行合并和层级调整，最终绘制出完整的的拓扑图。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于冻结电流的配电网台区拓扑关系自动识别方法，其特征是：包括以下步骤：
设置冻结电流异动阈值，判断电流异动是否超过设定阈值，如果是则通过广播的方式向所有低压故障传感器发送冻结命令，在同一时间将电流信息冻结；
通过轮询的方式依次抄读所有低压故障传感器的带有时间戳的电流冻结数据，并对将本次冻结数据与上次冻结数据做计算，确定包含电流增量、谐波增量和漏电流增量信息的相关参数；
根据冻结电流的相关参数，进行数据分组和分支分析，根据不同的主分支识别结果进行层级分析，确定配电网台区拓扑结构。
2.如权利要求1所述的一种基于冻结电流的配电网台区拓扑关系自动识别方法，其特征是：通过轮询的方式依次抄读所有低压故障传感器的带有时间戳的电流冻结数据的过程中，利用主动时间补偿的校时方法，确保智能配变终端、低压故障传感器和电能表之间的高精度时钟同步，满足分支线路用电信息特征量以时间片段分组。
3.如权利要求2所述的一种基于冻结电流的配电网台区拓扑关系自动识别方法，其特征是：所述主动时间补偿的校时的具体过程包括预估发送校时报文在各个环节依次传输产生的延迟时间之和，考虑与所述延迟时间之和相匹配的补偿时间，生成相应的校时报文。
4.如权利要求1所述的一种基于冻结电流的配电网台区拓扑关系自动识别方法，其特征是：设置冻结电流异动阈值时，对于负荷值小于设定值的用户，根据日常负荷情况动态调整塑壳断路器的电流突变量和持续时间的阈值。
5.如权利要求1所述的一种基于冻结电流的配电网台区拓扑关系自动识别方法，其特征是：根据冻结电流的相关参数，进行数据分组和分支分析的具体过程包括：同样电流增量的低压故障传感器属于同一主分支，谐波增量和漏电增量作为辅助分析和验证依据。
6.如权利要求1所述的一种基于冻结电流的配电网台区拓扑关系自动识别方法，其特征是：根据不同的主分支识别结果进行层级分析的具体过程包括：同时出现在两个主分支的节点，上调相应的层级作为主分支，并将两个分支进行合并，出现主分支下级的次分支；进行拓扑重构，逐次对分支进行合并和层级调整，绘制出最新的拓扑图。
7.如权利要求1所述的一种基于冻结电流的配电网台区拓扑关系自动识别方法，其特征是：根据台区内的负荷变化趋势，不断调整电流异动的阈值，重复执行，直到所有的节点设备都能调整到拓扑图的相应等级，拓扑识别完成。
8.一种基于冻结电流的配电网台区拓扑关系自动识别系统，其特征是：包括设置于表箱侧的多个电能表、低压故障传感器和电流互感器，设置于分支侧的多个低压故障传感器和电流传感器以及设置于变压器侧的智能配变终端；
所述智能配变终端和低压故障传感器之间通过宽带电力载波通信，各低压故障传感器和电流互感器分别用于实现相应的电能数据采集和特征电流冻结的冻结；
所述智能配变终端被配置为设置冻结电流异动阈值，判断电流异动是否超过设定阈值，如果是则通过广播的方式向所有低压故障传感器发送冻结命令，在同一时间将电流信息冻结；通过轮询的方式依次抄读所有低压故障传感器的带有时间戳的电流冻结数据，并对将本次冻结数据与上次冻结数据做计算，确定包含电流增量、谐波增量和漏电流增量信息的相关参数；根据冻结电流的相关参数，进行数据分组和分支分析，根据不同的主分支识别结果进行层级分析，确定配电网台区拓扑结构。
9.如权利要求8所述的一种基于冻结电流的配电网台区拓扑关系自动识别系统，其特征是：所述表箱侧各表箱内的低压故障传感器与相应的电能表通信，若干表箱内的低压故障传感器与分支侧对应的低压故障传感器之间通信，所有分支侧对应的低压故障传感器均和所述智能配变终端通信。
10.如权利要求8所述的一种基于冻结电流的配电网台区拓扑关系自动识别系统，其特征是：所述智能配变终端被配置为预估发送校时报文在各个环节依次传输产生的延迟时间之和，考虑与所述延迟时间之和相匹配的补偿时间，生成相应的校时报文。
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