CN113270866A - 一种低压台区配电网拓扑识别系统及识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压台区配电网拓扑识别系统及方法，此系统包括拓扑识别终端和多个智能量测开关，拓扑识别终端安装于配电网的变压器出线侧；智能量测开关包括主控模块、计量模块、通信模块和拓扑识别电流发生模块；拓扑识别终端用于通过通信模块轮询各智能量测开关的地址，并根据地址依次发送拓扑识别命令至各智能量测开关，各智能量测开关的拓扑识别电流发生模块，用于在接收到拓扑识别命令后，产生拓扑识别电流信号；各智能量测开关的计量模块，用于采集拓扑识别电流信号；拓扑识别终端再根据各智能量测开关以及自身是否采集到拓扑识别电流信号来实现拓扑识别。本发明具有结构简单、操作简便、识别精准等优点。

Description

一种低压台区配电网拓扑识别系统及识别方法

技术领域

本发明主要涉及智能电网技术领域，具体涉及一种低压台区配电网拓扑识别系统及识别方法。

背景技术

随着国家电网公司在智能电网建设方面的投入不断加大，智能电网建设的成效显著，智能电网的故障抢修、线损管理、反窃电等功能应用广泛。但是由于现在系统的拓扑与实际拓扑不一致，导致最终结果数据的准确性大大降低。在低压配电网中，网络拓扑信息的缺失或不准确是一个值得关注的问题。准确的用户侧相位和拓扑连接关系对配电网的运维管理具有重要意义。通常，电力公司在企业地理信息系统中记录和管理各种配电设备和资产的网络连接信息。但是，相当多的企业GIS仅覆盖中压配电网，而有关低压配电网的信息较少。由于配电网络的广泛覆盖，电源的快速变化以及缺乏在配电变压器下游建立低压网络拓扑的工作资源和有效的技术手段，加上频繁的线路升级和新客户的增加，目前，国内大多数电力公司的GIS中都没有低压配电网的拓扑记录。人工进行在线排查费时费力，而且不能具备拓扑变化后的系统自动变更。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种结构简单、操作简便、识别精准的低压台区配电网拓扑识别系统及识别方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种低压台区配电网拓扑识别系统，包括拓扑识别终端和多个智能量测开关，所述拓扑识别终端安装于配电网的变压器出线侧，各所述智能量测开关安装于配电网的分支箱、表箱和户表处；所述智能量测开关包括主控模块、计量模块、通信模块和拓扑识别电流发生模块；所述计量模块、通信模块和拓扑识别电流发生模块均与所述主控模块相连；所述拓扑识别终端用于通过通信模块轮询各智能量测开关的地址，并根据地址依次发送拓扑识别命令至各智能量测开关，各所述智能量测开关的拓扑识别电流发生模块，用于在接收到拓扑识别命令后，产生拓扑识别电流信号；各所述智能量测开关的计量模块，用于采集拓扑识别电流信号；所述拓扑识别终端再根据各智能量测开关以及自身是否采集到拓扑识别电流信号来实现拓扑识别；

所述计量模块包括拓扑识别电流采集单元、线路电压采集单元和线路电流采集单元；所述拓扑识别电流采集单元用于采集拓扑识别电流信号；所述线路电压采集单元用于采集线路电压信号；所述线路电流采集单元用于采集线路电流信号；所述拓扑识别终端用于根据各线路电压信号和电流信号来分析线路损耗或功率变化值或谐波变化值以判断拓扑识别结果是否正确。

作为上述技术方案的进一步改进：

还包括电源模块，所述电源模块包括整流电路和稳压电路，整流电路和稳压电路串联；整流电路用于将电网输入的交流电能转换为直流电能，稳压电路用于将直流电能转换为稳定的直流电能并供电；稳压电路包括5V电源电路和3.3V电源电路，5V电源电路用于将直流电能转换为稳定的5V电源电压并供电，3.3V电源电路用于将5V电源转换为3.3V电源并供电；其中整流电路整流后的整流电源VCC通过电容C2和C3接地滤波后，输入到芯片VR1的输入端，芯片VR1的输出端直接输入+5V电源信号，并通过电容C4和C5接地滤波后，再通过二极管D1保护，然后输入到电源芯片VR2的输入端；电源芯片VR2的输出端直接输出+3.3V电源信号，并通过电容C6和C7接地并滤波。

本发明还公开了一种基于如上所述的低压台区配电网拓扑识别系统的拓扑识别方法，包括步骤：

S1、各所述智能量测开关与拓扑识别终端进行通信组网，并向拓扑识别终端申请注册，所述拓扑识别终端对注册的各所述智能量测开关进行标记；

S2、所述拓扑识别终端依次对标记的智能量测开关发送拓扑识别命令，各所述智能量测开关在接收到拓扑识别命令后，依次发送拓扑识别电流信号；

S3、对所有智能量测开关发送采集指令，对应计量模块用于采集拓扑识别电流信号并进行分析以得其对应所处拓扑位置，同时采集对应线路电压和线路电流信号；

S4、在所有智能量测开关轮询完成后，所述拓扑识别终端根据各所述智能量测开关以及其自身是否接收到拓扑识别电流信号，来进行分析，从而生成配电网拓扑图；

S5、根据各智能量测开关采集的线路电压和线路电流信号判断配电网拓扑图是否正确。

作为上述技术方案的进一步改进：

步骤S5的具体过程为：

获取电压信号和电流信号以得到预设时间段的有功功率变化值、无功功率变化和谐波变化值；根据有功功率变化值、无功功率变化和谐波变化值进行拓扑识别；如果预设时间段内有功功率变化值或无功功率变化值或谐波变化值在同一区间段，则认为对点节点属于同一层结构。

步骤S5的具体过程为：

根据各线路电压信号和线路电流信号，分别计算变压器至分支箱、分支箱至表箱、表箱至户表的线路损耗，最终得到其对应的线路损耗率；

判断对应的线路损耗率是否在预设范围内，如果在预设范围内，则判断对应的网络拓扑关系正确，否则为网终拓扑异常。

在步骤S2中，对应所述拓扑识别电流发生模块产生拓扑识别电流信号的具体过程为：进行电压过零点检测，检测到电压过零后，打开主控模块对应的IO口，进行拓扑识别电流信号的注入，过零后自动关闭主控模块对应的IO口，完成拓扑识别电流信号的注入。

步骤S2中的扑识别电流信号为持续时间为1-1.5ms的畸变电流信号。

在步骤S3中，计量模块接收到拓扑识别终端的查询命令，进入信号监测状态，实时接收并解析来自其他智能量测开关的拓扑识别电流发生模块的拓扑识别电流信号，判断其所处台区，将低压台区从变压器到分支箱、分支箱到表箱、表箱到户表的网络拓扑结构进行自动绘制，并且将数据传输给拓扑识别终端。

在步骤S5中，根据上级线路电流为下级线路电流之和的特性对网络拓扑图进行验证。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过拓扑识别电流发生模块产生拓扑识别电流信号，计量模块用于采集拓扑识别电流信号，拓扑识别终端根据各智能量测开关以及自身是否采集到拓扑识别电流信号来进行分析以得到各智能量测开关对应所处拓扑位置，最终获得低压配电网拓扑结构，并能够实时在线监测配电网拓扑结构的变化，实现对低压网拓扑结构的实时监测与上报，有利于提高供电可靠性与电网运维管理水平。

本发明在进行拓扑识别电流信号的识别过程中，也可以将拓扑识别电流过零时间点与配电网各相的过零点进行比较，如两者的过零时间点相同，则可判断对应的节点处于相应的相线上，进一步也可比较得到不同相线上的不同节点，实现后续拓扑结构的精准绘制。

本发明通过各层次结构之间的线路损耗率或功率变化值或谐波变化值计算并进行判断，从而来判断对应的网络拓扑是否正确，保障最终的网络拓扑关系准确无误。

附图说明

图1为本发明的拓扑识别系统在实施例的拓扑结构图。

图2为本发明中的智能量测开关在实施例的方框结构图。

图3为本发明的特征电流在实施例的发送流程图。

图4为本发明的拓扑识别电流特征示意图。

图5为本发明的电源模块在实施例的电路原理图。

图6为本发明的拓扑识别方法在实施例的流程图。

图7为本发明中的拓扑识别电流信号的波形图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本实施例的低压台区配电网拓扑识别系统，包括拓扑识别终端和多个智能量测开关，拓扑识别终端安装于配电网的变压器出线侧，各智能量测开关安装于配电网的分支箱、表箱和户表处；智能量测开关包括主控模块、计量模块、通信模块和拓扑识别电流发生模块；计量模块、通信模块和拓扑识别电流发生模块均与主控模块相连；拓扑识别终端用于通过通信模块轮询各智能量测开关的地址，并根据地址依次发送拓扑识别命令至各智能量测开关，各智能量测开关的拓扑识别电流发生模块，用于在接收到拓扑识别命令后，产生拓扑识别电流信号；各智能量测开关的计量模块，用于采集拓扑识别电流信号；拓扑识别终端再根据各智能量测开关以及自身是否采集到拓扑识别电流信号来实现拓扑识别；计量模块包括拓扑识别电流采集单元、线路电压采集单元和线路电流采集单元；拓扑识别电流采集单元用于采集拓扑识别电流信号；线路电压采集单元用于采集线路电压信号；线路电流采集单元用于采集线路电流信号；拓扑识别终端用于根据各线路电压信号和电流信号来分析线路损耗或功率变化值或谐波变化值以判断拓扑识别结果是否正确。

本发明通过拓扑识别电流发生模块产生拓扑识别电流信号，计量模块用于采集拓扑识别电流信号，拓扑识别终端根据各智能量测开关以及自身是否采集到拓扑识别电流信号来进行分析以得到各智能量测开关对应所处拓扑位置，最终获得低压配电网拓扑结构，并能够实时在线监测配电网拓扑结构的变化，实现对低压网拓扑结构的实时监测与上报，有利于提高供电可靠性与电网运维管理水平；本发明通过各层次结构之间的线路损耗率或功率变化值或谐波变化值计算并进行判断，从而来判断对应的网络拓扑是否正确，保障最终的网络拓扑关系准确无误。

在一具体实施例中，拓扑识别电流发生模块用于产生同一支路中其他智能量测开关可以识别到的拓扑识别电流信号(电流编码信号)，进行电压过零点检测(上升)，检测到电压过零后(固定延时2ms)，等待7ms，打开主控模块对应的IO口，进行大电流脉冲注入；过零后自动关闭，完成短时电流脉冲注入。

在一具体实施例中，如图5所示，电源模块包括整流电路和稳压电路，整流电路和稳压电路串联；整流电路用于将电网输入的交流电能转换为直流电能，稳压电路用于将直流电能转换为稳定的直流电能并供电；稳压电路包括5V电源电路和3.3V电源电路，5V电源电路用于将直流电能转换为稳定的5V电源电压并供电，3.3V电源电路用于将5V电源转换为3.3V电源并供电。具体地，5V电源电路由型号为LM78L05的电源芯片等构成；3.3V电源电路由型号HT7533-1的电源芯片等构成的电路。整流后的整流电源VCC通过电容C2和C3接地滤波后，输入到VR1芯片的输入端，芯片的输出端直接输入+5V电源信号，并通过电容C4和C5接地滤波后，再通过二极管D1保护，然后输入到电源芯片VR2的输入端；VR2的输出端直接输出+3.3V电源信号，并通过电容C6和C7接地并滤波。

如图6所示，本实施例的基于如上所述的低压台区配电网拓扑识别系统的拓扑识别方法，包括步骤：

S1、各智能量测开关与拓扑识别终端进行通信组网，并向拓扑识别终端申请注册，拓扑识别终端对注册的各智能量测开关进行标记；

S2、拓扑识别终端依次对标记的智能量测开关发送拓扑识别命令，各智能量测开关在接收到拓扑识别命令后，依次发送拓扑识别电流信号；

S3、对所有智能量测开关发送采集指令，对应计量模块用于采集拓扑识别电流信号并进行分析以得其对应所处拓扑位置，同时采集对应线路电压和线路电流信号；

S4、在所有智能量测开关轮询完成后，拓扑识别终端根据各智能量测开关以及其自身是否接收到拓扑识别电流信号，来进行分析，从而生成配电网拓扑图；

S5、根据各智能量测开关采集的线路电压和线路电流信号判断配电网拓扑图是否正确。

在一具体实施例中，步骤S5的具体过程为：

S5.1、根据各线路电压信号和线路电流信号，分别计算变压器至分支箱、分支箱至表箱、表箱至户表的线路损耗，最终得到其对应的线路损耗率；

S5.2、判断对应的线路损耗率是否在预设范围内，如果在预设范围内，则判断对应的网络拓扑关系正确，否则为网终拓扑异常。

另一具体实施例中，步骤S5的具体过程也可以为：

获取电压信号和电流信号以得到预设时间段的有功功率变化值、无功功率变化值和谐波变化值，再根据有功功率变化值、无功功率变化和谐波变化值进行拓扑识别。具体地，如果预设时间段内有功功率变化值或无功功率变化值或谐波变化值在同一区间段，则认为对点节点属于同一层结构，依次完成拓扑识别。

进一步地，在步骤S5中，也可以根据上级线路电流为下级线路电流之和的特性对网络拓扑图进行验证。

在一具体实施例中，在步骤S2中，对应所述拓扑识别电流发生模块产生拓扑识别电流信号的具体过程为：进行电压过零点检测，检测到电压过零后，打开主控模块对应的IO口，进行拓扑识别电流信号的注入，过零后自动关闭主控模块对应的IO口，完成拓扑识别电流信号的注入。在后续进行拓扑识别电流信号的识别过程中，也可以将其过零时间点与配电网各相的过零点进行比较，如两者的过零时间点相同，则可判断对应的节点处于相应的相线上，进一步也可比较得到不同相线上的不同节点，实现后续拓扑结构的精准绘制。

如图7所示，拓扑识别电流信号为持续时间为1-1.5ms的畸变电流信号，相对于常规的脉冲电流，采用畸变电流信号更加容易被识别。

具体地，如图3所示，主控模块向拓扑识别电流发生模块下发“发送拓扑识别电流信号”指令，拓扑识别电流发生模块接收指令后控制特征负载通断在电力线上产生拓扑识别电流信号(或叫特征电流信号)。其中拓扑识别电流特征如图4所示，开关频率可设置，默认为833.3Hz，同时高电平与低电平脉宽均可设置；特征电流携带信息可设置，起始符为AAH＝10101010C，控制码为E9H＝11101001C，后续扩展域信息长度可变。其中，码位为0时，无特征电流发送，码位为1时，有特征电流发送。每位编码发送时间长度可设置，默认为600ms±15ms。

在一具体实施例中，在步骤S3中，计量模块接收到拓扑识别终端的查询命令，进入信号监测状态，实时接收并解析来自其他智能量测开关的拓扑识别电流发生模块的拓扑识别电流信号，判断其所处台区，将低压台区从变压器到分支箱、分支箱到表箱、表箱到户表的网络拓扑结构进行自动绘制，并且将数据传输给拓扑识别终端。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种低压台区配电网拓扑识别系统，其特征在于，包括拓扑识别终端和多个智能量测开关，所述拓扑识别终端安装于配电网的变压器出线侧，各所述智能量测开关安装于配电网的分支箱、表箱和户表处；所述智能量测开关包括主控模块、计量模块、通信模块和拓扑识别电流发生模块；所述计量模块、通信模块和拓扑识别电流发生模块均与所述主控模块相连；所述拓扑识别终端用于通过通信模块轮询各智能量测开关的地址，并根据地址依次发送拓扑识别命令至各智能量测开关，各所述智能量测开关的拓扑识别电流发生模块，用于在接收到拓扑识别命令后，产生拓扑识别电流信号；各所述智能量测开关的计量模块，用于采集拓扑识别电流信号；所述拓扑识别终端再根据各智能量测开关以及自身是否采集到拓扑识别电流信号来实现拓扑识别；

所述计量模块包括拓扑识别电流采集单元、线路电压采集单元和线路电流采集单元；所述拓扑识别电流采集单元用于采集拓扑识别电流信号；所述线路电压采集单元用于采集线路电压信号；所述线路电流采集单元用于采集线路电流信号；所述拓扑识别终端用于根据各线路电压信号和电流信号来分析线路损耗或功率变化值或谐波变化值以判断拓扑识别结果是否正确。

2.根据权利要求1所述的低压台区配电网拓扑识别系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块包括整流电路和稳压电路，整流电路和稳压电路串联；整流电路用于将电网输入的交流电能转换为直流电能，稳压电路用于将直流电能转换为稳定的直流电能并供电；稳压电路包括5V电源电路和3.3V电源电路，5V电源电路用于将直流电能转换为稳定的5V电源电压并供电，3.3V电源电路用于将5V电源转换为3.3V电源并供电；其中整流电路整流后的整流电源VCC通过电容C2和C3接地滤波后，输入到芯片VR1的输入端，芯片VR1的输出端直接输入+5V电源信号，并通过电容C4和C5接地滤波后，再通过二极管D1保护，然后输入到电源芯片VR2的输入端；电源芯片VR2的输出端直接输出+3.3V电源信号，并通过电容C6和C7接地并滤波。

3.一种基于权利要求1或2所述的低压台区配电网拓扑识别系统的拓扑识别方法，其特征在于，包括步骤：

S1、各所述智能量测开关与拓扑识别终端进行通信组网，并向拓扑识别终端申请注册，所述拓扑识别终端对注册的各所述智能量测开关进行标记；

S2、所述拓扑识别终端依次对标记的智能量测开关发送拓扑识别命令，各所述智能量测开关在接收到拓扑识别命令后，依次发送拓扑识别电流信号；

S3、对所有智能量测开关发送采集指令，对应计量模块用于采集拓扑识别电流信号并进行分析以得其对应所处拓扑位置，同时采集对应线路电压和线路电流信号；

S4、在所有智能量测开关轮询完成后，所述拓扑识别终端根据各所述智能量测开关以及其自身是否接收到拓扑识别电流信号，来进行分析，从而生成配电网拓扑图；

S5、根据各智能量测开关采集的线路电压和线路电流信号判断配电网拓扑图是否正确。

4.根据权利要求3所述的拓扑识别方法，其特征在于，步骤S5的具体过程为：

获取电压信号和电流信号以得到预设时间段的有功功率变化值、无功功率变化和谐波变化值；根据有功功率变化值、无功功率变化和谐波变化值进行拓扑识别；如果预设时间段内有功功率变化值或无功功率变化值或谐波变化值在同一区间段，则认为对点节点属于同一层结构。

5.根据权利要求3所述的拓扑识别方法，其特征在于，步骤S5的具体过程为：

根据各线路电压信号和线路电流信号，分别计算变压器至分支箱、分支箱至表箱、表箱至户表的线路损耗，最终得到其对应的线路损耗率；

判断对应的线路损耗率是否在预设范围内，如果在预设范围内，则判断对应的网络拓扑关系正确，否则为网终拓扑异常。

6.根据权利要求4所述的拓扑识别方法，其特征在于，在步骤S2中，对应所述拓扑识别电流发生模块产生拓扑识别电流信号的具体过程为：进行电压过零点检测，检测到电压过零后，打开主控模块对应的IO口，进行拓扑识别电流信号的注入，过零后自动关闭主控模块对应的IO口，完成拓扑识别电流信号的注入。

7.根据权利要求4所述的拓扑识别方法，其特征在于，步骤S2中的扑识别电流信号为持续时间为1-1.5ms的畸变电流信号。

8.根据权利要求6所述的拓扑识别方法，其特征在于，在步骤S3中，计量模块接收到拓扑识别终端的查询命令，进入信号监测状态，实时接收并解析来自其他智能量测开关的拓扑识别电流发生模块的拓扑识别电流信号，判断其所处台区，将低压台区从变压器到分支箱、分支箱到表箱、表箱到户表的网络拓扑结构进行自动绘制，并且将数据传输给拓扑识别终端。

9.根据权利要求3所述的拓扑识别方法，其特征在于，在步骤S5中，根据上级线路电流为下级线路电流之和的特性对网络拓扑图进行验证。

Images