CN113300462B - 一种采用三相智能户用感知装置的拓扑识别系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用三相智能户用感知装置的拓扑识别系统及方法。为了克服现有技术用户侧的智能表箱不具有台区物理拓扑识别和校验功能的问题；本发明包括头端设备，安装在变压器次级处；中段设备，安装在内置断路器的分支箱处；末端设备，采用三相智能户用感知装置，安装在内置用户三相电表的电表箱处，三相智能户用感知装置通过三相输电线路获取拓扑识别信号；头端设备、中段设备和末端设备通过电力线路依次连接；其内均设置有检测和发送采用2DPSK调制的识别电流信号的拓扑识别模块。在三相智能户用感知装置中设置有拓扑识别模块，能够通过三相输电线路的特征电流获取拓扑识别信号，使得用户侧智能设备具有台区物理拓扑识别和校验功能。

Description

一种采用三相智能户用感知装置的拓扑识别系统及方法
技术领域
本发明涉及一种配网物理拓扑识别领域，尤其涉及一种采用三相智能户用感知装置的拓扑识别系统及方法。
背景技术
配电台区是配电网的末梢组织，直接连接着电力用户，其数量庞大，接线复杂，运行方式多变，引起三相负荷不均衡，户变对应关系混乱，台账资料不完善，校核数据困难，使得台区拓扑信息错误，故障定位难，运维成本高，运行效率低，台区损耗高，线损计算等数据失真，高损台区线损往往超过10％以上，极大浪费了电网资源。配电台区智能化是改变这种状况的有效方式。
低压台区拓扑结构识别和校验目前主要有人工现场识别(人工方式)和系统自动识别(在线方式)两种方式。人工方式需要安排工作人员至现场识别，效率低，成本高，且设备变动还需人工校对。在线方式采用主要采用工频畸变电流和特征电流方式，这两种方式均需要在配电线路上附加较大的电流信号，对供电线路产生较大干扰。
智能配电台区是指配电变压器高压桩头至用户的供电区域，由配电变压器、智能配电单元、低压线路及用户侧设备组成，实现电能分配、电能计量、无功补偿以及供用电信息的自动测量、采集、保护、监控等功能，并具有“信息化、自动化、互动化”的智能化特征。实现智能化特征要求台区除了部署完备的一次设备之外，还需要配备必要的具有通信、测量、采集、保护、监控等二次设备。
除了智能配变终端外，对于用户侧的智能设备也有更高的标准，例如，一种在中国专利文献上公开的“一种台区末端感知系统及方法”，其公告号CN110673079A，包括：表箱智能终端，用于监测用户端，并判定表箱停电原因及辨识用户负荷类型，将所述停电原因和所述用户负荷类型发送到主站；台区智能终端，其安装在变压器出线柜一侧，用于监测所述表箱智能终端及台区，并判定台区故障信息，将所述故障信息发送到主站；以及主站，用于接收所述表箱智能终端发送的停电原因和用户负荷类型，及接收所述台区智能终端发送的故障信息。
虽然该方案包括表箱智能终端，但其仅能用于监测用户端，判定表箱停电原因及辨识用户负荷类型，将停电原因和用户负荷类型发送到主站，不具备台区物理拓扑识别和校验功能。
发明内容
本发明主要解决现有技术用户侧的智能表箱不具有台区物理拓扑识别和校验功能的问题；提供一种采用三相智能户用感知装置的拓扑识别系统及方法，在智能户用感知装置中增加拓扑识别模块，识别采用2DPSK调制的电流信号作为识别信号，即能准确识别低压配电网的物理拓扑结构，又减少了线路上的大电流对电网产生的干扰；使得用户侧智能设备的台区物理拓扑识别和校验功能。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种采用三相智能户用感知装置的拓扑识别系统，其特征在于，包括
头端设备，安装在变压器次级处；
中段设备，安装在内置断路器的分支箱处；
末端设备，采用三相智能户用感知装置，安装在内置用户三相电表的电表箱处，三相智能户用感知装置分别获取三相输电线路上拓扑识别信号；
头端设备、中段设备和末端设备通过电力线路依次连接；其内均设置有检测和发送采用2DPSK调制的识别电流信号的拓扑识别模块。
本方案的末端设备采用单相智能户用感知装置，在单相智能户用感知装置中设置有拓扑识别模块，能够通过单相输电线路的特征电流获取拓扑识别信号，使得用户侧智能设备具有台区物理拓扑识别和校验功能；采用2DPSK调制的电流信号作为识别信号，即能准确识别低压配电网的物理拓扑结构，又减少了线路上的大电流对电网产生的干扰。
作为优选，所述的三相智能户用感知装置包括：
三相破皮取电模块，获取输电线路任意一相上的电能，为三相智能户用感知装置整机供电；电压/电流感应模块，包括若干电压/电流互感器和采样电阻，采样电阻对电压/电流互感器输出的三相输电线路上的电压/电流信号分别进行采样；
三相测量模块，获取通过采样电阻采样的电压/电流信号，进行电表侧三相电压、电流、功率、电能量的计量；
主控模块，接收三相测量模块的计量信息；应答头端设备下达的命令，并记录应答的时间戳，控制三相智能户用感知装置的拓扑识别模块向其中一相发送拓扑识别信号，并记录相位。
单相破皮取电模块采用能够安装并焊接在PCB板上的微型穿刺线夹，能够有效利用单相电表下方的狭小空间，对输电线路的火线L和零线N进行破皮取电。取电后，电压/电流感应模块通过采样电阻对输电线路上的电压/电流信号进行采样，传输到单相测量模块进行计量，且传输到拓扑识别模块进行拓扑识别信号的检测；计量信息与拓扑识别检测信息分别传输到主控模块，进行计量与判断。
作为优选，所述的三相智能户用感知装置的主控模块连接有：
微功率无线模块，为采用GFSK调制方式的收发一体的模块，工作频率范围为471MHz～486MHz；
HPLC模块，采用OFDM调制方式，载波频率范围为0.7MHz～12MHz；
电源模块，将三相破皮取电模块从三相输电线路任意一相上获取的交流电转换为三相智能户用感知装置内部所需的直流电；电源模块包括超级电容和断电检测单元，超级电容用于断电检测单元检测到装置断电时为装置供电。
通过为功率无线模块和HPLC模块(宽带电力载波模块)与外接进行信息的无线传输；电源模块将LN的220V交流电变为终端内部所需直流电。同时，电源模块内置超级电容，并具有断电检测，断电后，可通过超级电容为终端供电30秒，并通过HPLC模块或微功率无线模块将断电故障信息发送出去。
一种采用三相智能户用感知装置的拓扑识别方法，包括以下步骤：
S1：获取拓扑识别系统中各设备的设备地址和设备类型；
S2：所有中段设备和末端设备与头端设备进行时间同步；
S3：头端设备点名末端设备或中段设备，同一时间段分别通过输电线路的三相向不同设备下达发送拓扑识别信号命令，并分别记录下达命令的时间戳、应答时间戳以及对应的相位；中段设备实时检测拓扑识别信号，记录检测到拓扑识别信号的时间戳以及对应的相位；
S4：头端设备根据三相输电线路上不同相位检测到的拓扑识别信号的时间戳与下达发送拓扑识别命令的时间戳对比，并根据头端设备以及各中段设备检测到的拓扑识别命令，形成配电台区拓扑；
S5：通过三相输电线路不同相位上头端设备下达命令的时间戳、各末端设备或中段设备应答的时间戳以及各中段设备检测到拓扑识别信号的时间戳的先后顺序，验证配电台区拓扑。
同时利用三相对不同设备进行拓扑识别，提高拓扑识别效率，也能够对同一个设备的不同相位之间的拓扑识别结果进行比较、校验。
作为优选，所述的步骤S3包括以下步骤：
S301：头端设备间隔额定时间T，通过三相输电线路的各相分别对不同的末端设备下达发送拓扑识别信号命令，并绑定记录下达命令的时间戳trequest、该末端设备的设备地址以及对应的相位；
S302：末端设备的三相智能户用感知装置从三相输电线路中一相接收到发送拓扑识别信号命令后，通过该相输电线路进行对头端设备进行应答，并执行向上级发送拓扑识别信号；
S303：头端设备判断是否收到应答，若是，则记录该末端设备应答的时间戳tanswer以及对应的相位；若否，则记录该末端设备的设备地址；
S304：所有中段设备实时检测拓扑识别信号，分别将成功检测到拓扑识别信号的时间戳ttest与该中段设备的设备地址以及对应的相位绑定保存；
S305：头端设备判断是否所有末端设备均应答并执行发送拓扑识别信号命令，若是，则进入下一步；若否，则返回步骤S301；
S306：头端设备间隔额定时间T，通过三相输电线路的各相分别对不同中段设备下达发送拓扑识别信号命令，并绑定记录下达命令的时间戳trequest、该中段设备的设备地址以及对应相位；
S307：中段设备的三相智能户用感知装置从三相输电线路中一相接收到发送拓扑识别信号命令后，通过该相输电线路进行对头端设备进行应答，并执行向上级发送拓扑识别信号；
S308：头端设备判断是否收到应答，若是，则记录该中段设备应答的时间戳tanswer以及对应相位；若否，则记录该中段设备的设备地址；
S309：所有中段设备实时检测拓扑识别信号，并分别将成功检测到拓扑识别信号的时间戳ttest与该中段设备的设备地址以及对应相位绑定保存；
S310：头端设备判断是否所有中段设备均应答并执行发送拓扑识别信号命令，若是，则结束；若否，则返回步骤S306。
确保台区内所有设备均有响应，无遗漏，为一下一步台区拓扑形成准备。
作为优选，所述的步骤S4包括以下步骤：
S401：头端设备分别读取各相输电线路所有中段设备成功检测到拓扑识别信号的时间戳ttest，与下达命令的时间戳trequest对比，获得应答该命令的末端设备或中段设备对应的设备地址集合IP；
S402：头端设备根据每个末端设备对应的设备地址集合IP中包含的中段设备的设备地址，判断末端设备所属的中段设备和头端设备；
S403：头端设备根据中段设备对应的设备地址集合IP判断进一步判断各中段设备所属的上级中段设备或头端设备；
S404：以各末端设备对应的设备地址集合IP为全集，对集合中的各中段设备对应的设备地址集合IP求补集，若求得的补集中仅有一个元素，则该设备地址集合IP对应的中段设备为该末端设备的上级；
S405：以该中段设备的设备地址集合IP为全集，对集合中的各中段设备对应的设备地址集合IP求补集，若求得的补集中仅有一个元素，则该设备地址集合IP对应的中段设备为上级；
S406：重复步骤S405，直至最终的中段设备对应的设备地址集合IP中的元素仅为自身与头端设备；根据获得的上下级顺序，确定台区拓扑中的一条支路；
S407：重复步骤S404～S406，直至确定所有末端设备对应的支路；融合各支路，确定最终的配电台区拓扑。
根据同一相输电上的时间戳对比获得设备地址IP集合，根据设备地址IP地址集合之间的取补集判断各设备的上下级关系。
作为优选，所述的设备地址集合IP中包括下达命令的头端设备的设备地址、应答该命令的末端设备或中段设备的设备地址以及检测到该末端设备或中段设备发送的拓扑识别信号的中段设备的设备地址；设备地址集合IP中中段设备的设备地址对应绑定的时间戳ttest满足以下条件：ttest∈[trequest-T，trequest+T]。通过时间戳的对比确定同一支路的头端设备、中段设备和/或末端设备。
作为优选，所述的步骤S5包括以下步骤：
S501：获取并比较同一支路各设备下达命令时间戳trequest、应答的时间戳tanswer、检测到拓扑识别信号的时间戳ttest以及各自对应的相位，确定同一识别过程的时间戳；
同一识别过程的时间戳满足以下条件：
ttest∈[trequest-T，trequest+T]
tanswer∈[trequest-T，trequest+T]
S502：根据应答的时间戳tanswer和检测到拓扑识别信号的时间戳ttest的先后顺序将对应的末端设备和/或中段设备排序，获得以时间顺序为依据的拓扑支路；
S503：将以时间顺序为依据的拓扑支路与原拓扑支路相比较，判断是否一致；若是，则拓扑校验无误，进入步骤S504；若否，则进入步骤S505；
S504：选取另一支路，重复步骤S501～S503，直至所有支路校验无误，结束；
S505：选取该支路的其他若干识别过程的时间戳，重复步骤S501～S503，统计其进入步骤S504的次数与进入步骤S505的次数；
若进入步骤S505的次数大于等于总次数的二分之一，则进行告警，通知相关人员现场验证，确定拓扑关系；若进入步骤S505的次数小于总次数的二分之一，则判断原拓扑正确，对应设备时间未同步，再次进行时间同步。
通过时间戳顺序进行拓扑关系的验证，校验拓扑关系是否正确，同时验证各设备的时间是否同步，以防该设备在拓扑识别过程中被遗漏。
本发明的有益效果是：
1.在三相智能户用感知装置中设置有拓扑识别模块，能够通过三相输电线路的特征电流获取拓扑识别信号，使得用户侧智能设备具有台区物理拓扑识别和校验功能。
2.同时利用三相对不同设备进行拓扑识别，提高拓扑识别效率，也能够对同一个设备的不同相位之间的拓扑识别结果进行比较、校验。
3.采用2DPSK调制的电流信号作为识别信号，即能准确识别低压配电网的物理拓扑结构，又减少了线路上的大电流对电网产生的干扰。
4.通过时间戳顺序进行拓扑关系的验证，校验拓扑关系是否正确，同时验证各设备的时间是否同步，以防该设备在拓扑识别过程中被遗漏。
附图说明
图1是本发明的一种配电台区拓扑结构示意图。
图2是本发明的一种三相智能户用感知装置的模块连接框图。
图3是本发明的一种拓扑识别方法流程图。
图中1.头端设备，2.中段设备，3.末端设备，4.拓扑识别模块，5.主控模块，6.三相破皮取电模块，7.电压/电流感应模块，8.三相测量模块，9.电源模块，10.HPLC模块，11.微功率无线模块。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本实施例的一种采用三相智能户用感知装置的拓扑识别系统，如图1所示，依次包括头端设备1、中段设备2和末端设备3。
低压配电台区的拓扑结构是一个典型的树形结构。树干是变压器的次级，连接一级或多级分支箱作为分支节点，树的末端为用户端的电表箱；分支箱内通常内置不同规格的断路器，电表箱内置用户电表。
在本实施例中，头端设备1安装在变压器的次级处，中段设备2安装在分支箱处，末端设备3安装在电表箱处。
头端设备1采用边缘物联代理，边缘物联代理是集配电台区供电信息采集、设备状态监测及通信组网、就地化分析决策、主站通信及协同计算等功能为一体的二次设备，采用平台化硬件设计和分布式边缘计算架构，以软件定义方式支撑业务功能实现及灵活拓展。
边缘物联代理内置物理拓扑识别模块，控制配电网中设备发送特征电流并检测，并将采集到的特征电流携带的数据以及通过HPLC模块收到的特征电流发射者的信息存储并送主站，由主站的智能用电管理平台的物理拓扑生成模块处理并图形化显示配电台区的物理拓扑。
平台软件采用linux操作系统，采用容器部署，支持“一容器、多应用”方式。容器运行于操作系统之上，提供应用APP所需统一的虚拟环境，实现了应用APP与操作系统和硬件平台的解耦，支持上层应用APP的独立开发及运行，并提供统一标注的外部及内部资源调用接口，支持远程和本地应用安装、升级、启动、停止和卸载，支持应用状态查询和异常监测。
中段设备2采用智能塑壳断路器。智能塑壳断路器采用塑料绝缘体，能够在电流超过跳脱设定后自动切断电流。智能塑壳断路器在传统塑壳断路器基础之上增加了本地通信模块、采集计量模块和物理拓扑识别模块，为新型一二次融合设备。内置物理拓扑识别模块4，具备发射和检测拓扑识别特征电流的功能，不仅可以检测智能塑壳断路器或智能户用感知终端发射的特征电流，也可在智能配变终端的控制下发射特征电流。并通过HPLC将检测到的特征电流的参数或发射特征电流的信息传送给智能配变终端，由智能配变终端统一处理。
末端设备3采用三相智能户用感知装置。如图2所示，三相智能户用感知装置包括三相破皮取电模块6、电压/电流感应模块7、三相测量模块8、主控模块9、微功率无线模块11、HPLC模块10和电源模块9。
主控模块5实现系统逻辑处理，主要包括MCU和存储器。主控模块5通过串口/USB实现与HPLC模块10、微功率无线模块11和拓扑识别模块4的数据传输。主控模块5通过I/O实现各种控制信号的接收，如断电检测信号、温度检测信号等；通过I/O实现使能和接收三相测量模块8的计量芯片输出的高频脉冲信号；通过485/Ethernet实现外部接口。
三相破皮取电模块6采用能够安装并焊接在PCB板上的微型穿刺线夹，能够有效利用三相电表下方的狭小空间，对输电线路的A、B、C三相和零线N进行破皮取电。三相破皮取电模块6获取三相输电线路上任意一相的电能，为三相智能户用感知装置整机供电；在本实施例中，三相破皮取电模块6取A相上的电能为装置供电。三相智能户用感知装置结构紧凑，采用破皮取电方式供电，方便安装施工。
电压/电流感应模块7包括电压/电流互感器和采样电阻，采样电阻对电压/电流互感器输出的三相输电线路上的电压/电流信号进行采样；取电后，电压/电流感应模块7通过采样电阻对输电线路上的电压/电流信号进行采样，传输到三相测量模块8进行计量。
三相测量模块8采用高精度计量芯片，获取通过采样电阻采样的电压/电流信号，进行电表侧A、B、C三相相电压、电流、功率、电能量的计量，准确度等级为0.5级。
微功率无线模块11为采用GFSK调制方式的收发一体的模块，工作频率范围为471MHz～486MHz；传输速率为10kbps。符合国家电网Q/GDW 11016-2013《电力用户用电信息采集系统通信协议 第4部分 基于微功率无线通信的数据传输协议》。
HPLC模块10采用OFDM调制方式，载波频率范围为0.7MHz～12MHz；HPLC模块10采用符合国家电网公司Q/GDW 11612-2016《低压电力线宽带载波通信互联互通技术规范》的芯片组，抗干扰能力强，传输速率最大可达10Mbps。
通过为功率无线模块11和HPLC模块10(宽带电力载波模块)与外接进行信息的无线传输。
电源模块9将三相破皮取电模块6从三相输电线路上获取的交流电转换为三相智能户用感知装置内部所需的直流电；电源模块包括超级电容和断电检测单元，超级电容用于断电检测单元检测到装置断电时为装置供电。
电源模块9将A相上的220V交流电变为终端内部所需直流电。同时，电源模块9内置超级电容，并具有断电检测，断电后，可通过超级电容为终端供电30秒，并通过HPLC模块10或微功率无线模块11将断电故障信息发送出去。
拓扑识别模块4是实现低压配电物理拓扑识别功能的核心模块。该模块采用2DPSK调制电流信号作为识别信号，可准确识别台区内低压配电网的变压器、低压柜进线开关、低压柜分支开关、电缆分接箱开关、楼层动力开关、表前开关、电表等各个设备的物理连接关系，实现层级的物理拓扑自动识别，并对配网几乎无干扰。当低压配电网的设备发生物理位置变动时，实现自动校验，生成新的物理拓扑。
拓扑识别模块4采用2DPSK调制的电流信号作为识别信号，电流信号幅度小，抗干扰能力强，对电网电能质量的影响小。2DPSK是利用前后相邻码元的相对相位值来表示数字信息的一种数字调制方式。其信号的时域表达式为：S2DPSK(t)＝∑nbng(t-nTs)cosωct。形式与2PSK一致，但bn是经过转换后的差分码，bn与基带信号an的关系为：bn＝an xor bn-1。
2DPSK的解调方式可采用相干解调或非相干解调，采用相干解调的误码率Pe2DPSK与系统所需信噪比r的关系为：
Figure BDA0003058825210000081
相应的，采用相干解调的2ASK的误码率与信噪比的关系为：
Figure BDA0003058825210000082
用相干解调的2ASK的误码率与信噪比的关系为：
Figure BDA0003058825210000091
由此可以看出，若要达到相同的误码率，2DPSK所需的信噪比与2ASK和2FSK相比都要小。
该三相智能户用感知装置通过HPLC模块10获得头端设备下达的发送拓扑识别信号命令，并确认通过输电线路中的哪一相获取，通过串口传输到主控模块5，主控模块通过HPLC模块10进行应答，主控模块5通过拓扑识别模块4向上发送拓扑识别信号。
一种采用三相智能户用感知装置的拓扑识别方法，如图3所示，包括以下步骤：
S1：获取拓扑识别系统中各设备的设备地址和设备类型。
配电台区的组网由上级到下级包括通过电力线路连接的头端设备、若干中段设备和末端设备。
S2：所有中段设备和末端设备与头端设备进行时间同步。
以头端设备的时间为标准时间，通过卫星统一各中段设备与末端设备的时间。
S3：头端设备点名末端设备或中段设备，同一时间段分别通过输电线路的三相向不同设备下达发送拓扑识别信号命令，并分别记录下达命令的时间戳、应答时间戳以及对应的相位；中段设备实时检测拓扑识别信号，记录检测到拓扑识别信号的时间戳以及对应的相位。
S301：头端设备间隔额定时间T，通过三相输电线路的各相分别对不同的末端设备下达发送拓扑识别信号命令，并绑定记录下达命令的时间戳trequest、该末端设备的设备地址以及对应的相位。
在本实施例中，额定时间T为20s～1min。同时利用三相对不同设备进行拓扑识别，提高拓扑识别效率，也能够对同一个设备的不同相位之间的拓扑识别结果进行比较、校验。
S302：末端设备的三相智能户用感知装置从三相输电线路中一相接收到发送拓扑识别信号命令后，通过该相输电线路进行对头端设备进行应答，并执行向上级发送拓扑识别信号。
S303：头端设备判断是否收到应答，若是，则记录该末端设备应答的时间戳tanswer以及对应的相位；若否，则记录该末端设备的设备地址。
S304：所有中段设备实时检测拓扑识别信号，分别将成功检测到拓扑识别信号的时间戳ttest与该中段设备的设备地址以及对应的相位绑定保存。
S305：头端设备判断是否所有末端设备均应答并执行发送拓扑识别信号命令，若是，则进入下一步；若否，则返回步骤S301。
S306：头端设备间隔额定时间T，通过三相输电线路的各相分别对不同中段设备下达发送拓扑识别信号命令，并绑定记录下达命令的时间戳trequest、该中段设备的设备地址以及对应相位。
S307：中段设备的三相智能户用感知装置从三相输电线路中一相接收到发送拓扑识别信号命令后，通过该相输电线路进行对头端设备进行应答，并执行向上级发送拓扑识别信号。
S308：头端设备判断是否收到应答，若是，则记录该中段设备应答的时间戳tanswer以及对应相位；若否，则记录该中段设备的设备地址。
S309：所有中段设备实时检测拓扑识别信号，并分别将成功检测到拓扑识别信号的时间戳ttest与该中段设备的设备地址以及对应相位绑定保存。
S310：头端设备判断是否所有中段设备均应答并执行发送拓扑识别信号命令，若是，则结束；若否，则返回步骤S306。
S4：头端设备根据三相输电线路上不同相位检测到的拓扑识别信号的时间戳与下达发送拓扑识别命令的时间戳对比，并根据头端设备以及各中段设备检测到的拓扑识别命令，形成配电台区拓扑。
S401：头端设备分别读取各相输电线路所有中段设备成功检测到拓扑识别信号的时间戳ttest，与下达命令的时间戳trequest对比，获得应答该命令的末端设备或中段设备对应的设备地址集合IP。
设备地址集合IP中包括下达命令的头端设备的设备地址、应答该命令的末端设备或中段设备的设备地址以及检测到该末端设备或中段设备发送的拓扑识别信号的中段设备的设备地址。
设备地址集合IP中检测到拓扑识别信号的中段设备的设备地址对应绑定的时间戳ttest满足以下条件：
ttest∈[trequest-T，trequest+T]
通过时间戳的对比确定同一支路的头端设备、中段设备和/或末端设备。
S402：头端设备根据每个末端设备对应的设备地址集合IP中包含的中段设备的设备地址，判断末端设备所属的中段设备。
S403：头端设备根据中段设备对应的设备地址集合IP判断进一步判断各中段设备所属的上级中段设备或头端设备。
末端设备或中段设备为其对应的设备地址集合IP中的中段设备的下属分支。
末端设备或中段设备为对应下达发送拓扑识别信号命令的头端设备的下属分支。
S404：以各末端设备对应的设备地址集合IP为全集，对集合中的各中段设备对应的设备地址集合IP求补集，若求得的补集中仅有一个元素，则该设备地址集合IP对应的中段设备为该末端设备的上级。
S405：以该中段设备的设备地址集合IP为全集，对集合中的各中段设备对应的设备地址集合IP求补集，若求得的补集中仅有一个元素，则该设备地址集合IP对应的中段设备为上级。
S406：重复步骤S405，直至最终的中段设备对应的设备地址集合IP中的元素仅为自身与头端设备；根据获得的上下级顺序，确定台区拓扑中的一条支路。
S407：重复步骤S404～S406，直至确定所有末端设备对应的支路；融合各支路，确定最终的配电台区拓扑。
逐级判断上下级关系，逻辑严谨，减少出错概率。
如在本实施例中，头端设备A通过A相输电线路向末端设备I下达发送拓扑识别信号命令，末端设备I接收命令后通过A相输电线路向头端设备A应答并向上级发送拓扑识别信号。在头端设备A通过A相输电线路向末端设备I下达发送拓扑识别信号命令的同时，能够通过B相输电线路向末端设备J下达发送拓扑识别信号命令；能够通过C相输电线路向末端设备K下达发送拓扑识别信号命令。
中段设备H和中段设备C实时检测拓扑识别信号，当检测到末端设备I发送的拓扑识别信号后，分别记录检测到拓扑识别信号的时间戳以及对应的相位A。根据相位A上，头端设备A向末端设备I下达命令的时间戳与检测到拓扑信号的时间戳对比，确定头端设备A到末端设备I的支路中包括头端设备A、中段设备C、中段设备H和末端设备I。末端设备I对应的设备地址集合IP包括头端设备A、中段设备C、中段设备H和末端设备I的IP地址。
同理，头端设备A分别对中段设备C和终端设备H点名，中段设备H对应的设备地址集合IP包括头端设备A、中段设备C和中段设备H；中段设备C对应的设备地址集合IP包括头端设备A和中段设备C。
将末端设备I对应的设备地址集合IP作为全集，分别与集合中的中段设备C和中段设备H对应的设备地址集合IP取补集；末端设备I对应的设备地址集合IP与中段设备H对应的设备地址集合IP取补集中的元素仅为末端设备I的设备地址，说明中段设备H为末端设备I的上级。
同理，将中段设备H对应的设备地址集合IP与中段设备C对应的设备地址集合IP取补集中的元素仅为中段设备H的设备地址，判断中段设备H为中段设备C的分支。
中段设备C对应的设备地址集合IP中仅包括自身设备地址与头端设备A的设备地址，故此判断中段设备C为头端设备A的分支。
最终形成A-C-H-I的物理拓扑结构，以此方式完成头端设备A到所有末端设备的端到端的物理拓扑分支。
同时利用三相对不同设备进行拓扑识别，提高拓扑识别效率，也能够对同一个设备的不同相位之间的拓扑识别结果进行比较、校验。
S5：通过三相输电线路不同相位上头端设备下达命令的时间戳trequest、各末端设备或中段设备应答的时间戳tanswer以及各中段设备检测到拓扑识别信号的时间戳ttest的先后顺序，验证配电台区拓扑。
S501：获取并比较同一支路各设备下达命令时间戳trequest、应答的时间戳tanswer和检测到拓扑识别信号的时间戳ttest，确定同一识别过程的时间戳。
同一识别过程的时间戳满足以下条件：
ttest∈[trequest-T，trequest+T]
tanswer∈[trequest-T，trequest+T]
S502：根据应答的时间戳tanswer和检测到拓扑识别信号的时间戳ttest的先后顺序将对应的末端设备和/或中段设备排序，获得以时间顺序为依据的拓扑支路。
S503：将以时间顺序为依据的拓扑支路与原拓扑支路相比较，判断是否一致；若是，则拓扑校验无误，进入步骤S504；若否，则进入步骤S505。
S504：选取另一支路，重复步骤S501～S503，直至所有支路校验无误，结束。
S505：选取该支路的其他若干识别过程的时间戳，重复步骤S501～S503，统计其进入步骤S504的次数与进入步骤S505的次数。
若进入步骤S505的次数大于等于总次数的二分之一，则进行告警，通知相关人员现场验证，确定拓扑关系；
如果相关人员确定的拓扑关系是原拓扑关系，则拓扑关系正确，判断为设备时间为同步，对相应的设备进行时间同步。如果相关人员确定的拓扑关系与原拓扑关系不同，手动更新拓扑关系。
若进入步骤S505的次数小于总次数的二分之一，则判断原拓扑正确，对应设备时间未同步，再次进行时间同步。
对于判定为时间为同步的设备，进行人工的拓扑验证，识别其上级与下级的设备是否有遗漏；若是，则更新拓扑后重新进行拓扑识别，若否，则结束。
通过时间戳顺序进行拓扑关系的验证，校验拓扑关系是否正确，同时验证各设备的时间是否同步，以防该设备在拓扑识别过程中被遗漏。
应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种采用三相智能户用感知装置的拓扑识别系统，其特征在于，包括
头端设备，安装在变压器次级处；
中段设备，安装在内置断路器的分支箱处；
末端设备，采用三相智能户用感知装置，安装在内置用户三相电表的电表箱处，三相智能户用感知装置分别获取三相输电线路上拓扑识别信号；
头端设备、中段设备和末端设备通过电力线路依次连接；其内均设置有检测和发送采用2DPSK调制的识别电流信号的拓扑识别模块；
系统采用的一种采用三相智能户用感知装置的拓扑识别方法，包括以下步骤：
S1：获取拓扑识别系统中各设备的设备地址和设备类型；
S2：所有中段设备和末端设备与头端设备进行时间同步；
S3：头端设备点名末端设备或中段设备，同一时间段分别通过输电线路的三相向不同设备下达发送拓扑识别信号命令，并分别记录下达命令的时间戳、应答时间戳以及对应的相位；中段设备实时检测拓扑识别信号，记录检测到拓扑识别信号的时间戳以及对应的相位；
S4：头端设备根据三相输电线路上不同相位检测到的拓扑识别信号的时间戳与下达发送拓扑识别命令的时间戳对比，并根据头端设备以及各中段设备检测到的拓扑识别命令，形成配电台区拓扑；
S5：通过三相输电线路不同相位上头端设备下达命令的时间戳、各末端设备或中段设备应答的时间戳以及各中段设备检测到拓扑识别信号的时间戳的先后顺序，验证配电台区拓扑；
所述的步骤S4包括以下步骤：
S401：头端设备分别读取各相输电线路所有中段设备成功检测到拓扑识别信号的时间戳
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，与下达命令的时间戳
Figure DEST_PATH_IMAGE004
对比，获得应答该命令的末端设备或中段设备对应的设备地址集合IP；
S402：头端设备根据每个末端设备对应的设备地址集合IP中包含的中段设备的设备地址，判断末端设备所属的中段设备和头端设备；
S403：头端设备根据中段设备对应的设备地址集合IP判断进一步判断各中段设备所属的上级中段设备或头端设备；
S404：以各末端设备对应的设备地址集合IP为全集，对集合中的各中段设备对应的设备地址集合IP求补集，若求得的补集中仅有一个元素，则该设备地址集合IP对应的中段设备为该末端设备的上级；
S405：以该中段设备的设备地址集合IP为全集，对集合中的各中段设备对应的设备地址集合IP求补集，若求得的补集中仅有一个元素，则该设备地址集合IP对应的中段设备为上级；
S406：重复步骤S405，直至最终的中段设备对应的设备地址集合IP中的元素仅为自身与头端设备；根据获得的上下级顺序，确定台区拓扑中的一条支路；
S407：重复步骤S404~S406，直至确定所有末端设备对应的支路；融合各支路，确定最终的配电台区拓扑。
2.根据权利要求1所述的一种采用三相智能户用感知装置的拓扑识别系统，其特征在于，所述的三相智能户用感知装置包括：
三相破皮取电模块，获取输电线路任意一相上的电能，为三相智能户用感知装置整机供电；
电压/电流感知模块，包括若干电压/电流互感器和采样电阻，采样电阻对电压/电流互感器输出的三相输电线路上的电压/电流信号分别进行采样；
三相测量模块，获取通过采样电阻采样的电压/电流信号，进行电表侧三相电压、电流、功率、电能量的计量；
主控模块，接收三相测量模块的计量信息；应答头端设备下达的命令，并记录应答的时间戳，控制三相智能户用感知装置的拓扑识别模块向其中一相发送拓扑识别信号，并记录相位。
3.根据权利要求1或2所述的一种采用三相智能户用感知装置的拓扑识别系统，其特征在于，所述的三相智能户用感知装置的主控模块连接有：
微功率无线模块，为采用GFSK调制方式的收发一体的模块，工作频率范围为471MHz~486MHz；
HPLC模块，采用OFDM调制方式，载波频率范围为0.7MHz~12MHz；
电源模块，将三相破皮取电模块从三相输电线路任意一相上获取的交流电转换为三相智能户用感知装置内部所需的直流电；电源模块包括超级电容和断电检测单元，超级电容用于断电检测单元检测到装置断电时为装置供电。
4.根据权利要求1所述的一种采用三相智能户用感知装置的拓扑识别系统，其特征在于，所述的步骤S3包括以下步骤：
S301：头端设备间隔额定时间
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，通过三相输电线路的各相分别对不同的末端设备下达发送拓扑识别信号命令，并绑定记录下达命令的时间戳
Figure 152935DEST_PATH_IMAGE004
、该末端设备的设备地址以及对应的相位；
S302：末端设备的三相智能户用感知装置从三相输电线路中一相接收到发送拓扑识别信号命令后，通过该相输电线路进行对头端设备进行应答，并执行向上级发送拓扑识别信号；
S303：头端设备判断是否收到应答，若是，则记录该末端设备应答的时间戳
Figure DEST_PATH_IMAGE008
以及对应的相位；若否，则记录该末端设备的设备地址；
S304：所有中段设备实时检测拓扑识别信号，分别将成功检测到拓扑识别信号的时间戳
Figure 460289DEST_PATH_IMAGE002
与该中段设备的设备地址以及对应的相位绑定保存；
S305：头端设备判断是否所有末端设备均应答并执行发送拓扑识别信号命令，若是，则进入下一步；若否，则返回步骤S301；
S306：头端设备间隔额定时间
Figure 974447DEST_PATH_IMAGE006
，通过三相输电线路的各相分别对不同中段设备下达发送拓扑识别信号命令，并绑定记录下达命令的时间戳
Figure 900814DEST_PATH_IMAGE004
、该中段设备的设备地址以及对应相位；
S307：中段设备的三相智能户用感知装置从三相输电线路中一相接收到发送拓扑识别信号命令后，通过该相输电线路进行对头端设备进行应答，并执行向上级发送拓扑识别信号；
S308：头端设备判断是否收到应答，若是，则记录该中段设备应答的时间戳
Figure 246345DEST_PATH_IMAGE008
以及对应相位；若否，则记录该中段设备的设备地址；
S309：所有中段设备实时检测拓扑识别信号，并分别将成功检测到拓扑识别信号的时间戳
Figure 599966DEST_PATH_IMAGE002
与该中段设备的设备地址以及对应相位绑定保存；
S310：头端设备判断是否所有中段设备均应答并执行发送拓扑识别信号命令，若是，则结束；若否，则返回步骤S306。
5.根据权利要求1所述的一种采用三相智能户用感知装置的拓扑识别系统，其特征在于，所述的设备地址集合IP中包括下达命令的头端设备的设备地址、应答该命令的末端设备或中段设备的设备地址以及检测到该末端设备或中段设备发送的拓扑识别信号的中段设备的设备地址；
设备地址集合IP中中段设备的设备地址对应绑定的时间戳
Figure 398158DEST_PATH_IMAGE002
满足以下条件：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
。
6.根据权利要求1所述的一种采用三相智能户用感知装置的拓扑识别系统，其特征在于，所述的步骤S5包括以下步骤：
S501：获取并比较同一支路各设备下达命令时间戳
Figure 456112DEST_PATH_IMAGE004
、应答的时间戳
Figure 656150DEST_PATH_IMAGE008
、检测到拓扑识别信号的时间戳
Figure 180672DEST_PATH_IMAGE002
以及各自对应的相位，确定同一识别过程的时间戳；
同一识别过程的时间戳满足以下条件：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
Figure DEST_PATH_IMAGE014
S502：根据应答的时间戳
Figure 325214DEST_PATH_IMAGE008
和检测到拓扑识别信号的时间戳
Figure 593385DEST_PATH_IMAGE002
的先后顺序将对应的末端设备和/或中段设备排序，获得以时间顺序为依据的拓扑支路；
S503：将以时间顺序为依据的拓扑支路与原拓扑支路相比较，判断是否一致；若是，则拓扑校验无误，进入步骤S504；若否，则进入步骤S505；
S504：选取另一支路，重复步骤S501~S503，直至所有支路校验无误，结束；
S505：选取该支路的其他若干识别过程的时间戳，重复步骤S501~S503,统计其进入步骤S504的次数与进入步骤S505的次数；
若进入步骤S505的次数大于等于总次数的二分之一，则进行告警，通知相关人员现场验证，确定拓扑关系；若进入步骤S505的次数小于总次数的二分之一，则判断原拓扑正确，对应设备时间未同步，再次进行时间同步。
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