CN113659714A - 一种台区拓扑关系自动识别方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种台区拓扑关系自动识别方法及系统，包括：接收台区侧智能终端发送的畸变电流信号，通过解析终端地址确定智能终端所属的台区；对整个台区的末端侧智能终端进行载波通信组网，对入网的末端侧智能终端载波通信节点信息进行注册；对注册的末端侧智能终端载波通信节点信息进行轮询，点名发送特征电流识别信号，同时实时接收其他下级节点信息，发送完成后对各节点接收信息进行验证，确定变压器出线的分支节点信息，以及每个分支节点信息的下一级节点信息。

Description

一种台区拓扑关系自动识别方法及系统
技术领域
本发明涉及用电信息采集技术领域，尤其涉及一种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。
低压配电网处于整个电网的末端，具有分布广、供用电环境复杂、运行维护难度大等特点，长期以来缺乏智能高效的运行监测、运维管理手段。低压计量箱作为电网最末端，是电力物联网建设工作的重点，是主要的末端数据感知来源。目前计量箱数量庞大、管理粗放、智能化程度低，档案关系混乱、拓扑关系不完善、抢修服务被动、线损定位困难、数据治理前清后乱、防窃电手段落后等突出问题持续存在，传统技术与管理手段依旧难以彻底解决，无法更好的为供电服务指挥平台提供数据支撑。
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。准确及时的低压配电台区(变压器低压供电的区域)拓扑识别，能为台区户变/户相关系梳理、台区状态实时监测、精准故障定位及智能工单派发、负荷预测、线损精益化管理、用户停复电上报等功能提供必要的支撑，从而提高电网的运行、管理效率，提升电力企业服务质量。
在现有的台区拓扑识别技术中，常见有大数据分析法和节点档案下发+特征电流识别法。
大数据分析法的原理，是通过对各个网络节点的电流数据进行高频采集，将高频采集的数据上传到主站平台，主站平台通过构建大数据分析模型，来分析各个节点电流变化的关联关系，从局部到整体实现台区的网络拓扑关系。大数据分析法的缺点有两个：第一，高频采集的海量数据传输需要占用较多的载波通信信道资源，影响到正常的电表数据采集；第二，如果电表节点没有用电，即电流为零，则无法识别该节点拓扑。
节点档案下发+特征电流识别法的原理，就是先将统计到的该台区的所有节点信息下发到台区侧智能终端主节点，在按照下发的节点信息基础上做基于特征电流信号的层级关系识别，从而实现整个台区的拓扑识别。节点档案下发+特征电流识别法最大缺点是需要事先统计节点信息并下发，无法实现拓扑的自动识别，并且在拓扑发生变化时不能主动发现。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种台区拓扑关系自动识别方法及系统，基于工频畸变信号识别台区归属关系，基于特征电流信号识别台区层级关系；通过加装在台区侧智能终端与末端侧智能终端，自动形成具有隶属关系的台区拓扑网络结构，拓扑关系识别可深入到电力拓扑的最末一级，可大幅提高匹配工作效率，极大节省现场人工成本。
为了实现上述目的，在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种台区拓扑关系自动识别方法，包括：
接收台区侧智能终端发送的畸变电流信号，通过解析终端地址确定智能终端所属的台区；
对整个台区的末端侧智能终端进行载波通信组网，对入网的末端侧智能终端载波通信节点信息进行注册；
对注册的末端侧智能终端载波通信节点信息进行轮询，点名发送特征电流识别信号，同时实时接收其他下级节点信息，发送完成后对各节点接收信息进行验证，确定变压器出线的分支节点信息，以及每个分支节点信息的下一级节点信息。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种台区拓扑关系自动识别系统，包括：
用于接收台区侧智能终端发送的畸变电流信号，通过解析终端地址确定智能终端所属的台区的模块；
用于对整个台区的末端侧智能终端进行载波通信组网，对入网的末端侧智能终端载波通信节点信息进行注册的模块；
用于对注册的末端侧智能终端载波通信节点信息进行轮询，点名发送特征电流识别信号，同时实时接收其他下级节点信息，发送完成后对各节点接收信息进行验证，确定变压器出线的分支节点信息，以及每个分支节点信息的下一级节点信息的模块。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的台区拓扑关系自动识别方法。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的台区拓扑关系自动识别方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明实现了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。
(2)本发明能够展现实时真实的“变压器-电缆分支箱-电能表计量箱”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。
(3)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。
本发明的其他特征和附加方面的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，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
图1是本发明实施例中工频畸变调整信号电路示意图；
图2是本发明实施例中工频畸变波形信号示意图；
图3是本发明实施例中工频畸变信号接收硬件电路图；
图4是本发明实施例中工频调制信号的编码示意图；
图5是本发明实施例中特征电流码位示意图；
图6是本发明实施例中特征电流波形图；
图7是本发明实施例中特征电流通信解码波形图；
图8是本发明实施例中台区拓扑关系自动识别方法流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请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申请的示例性实施方式。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。
实施例一
根据本发明的实施例，公开了一种台区拓扑关系自动识别方法，基于现有的低压配电台区用电信息采集系统，通过加装在台区侧智能终端(集中器/能源控制器)与末端侧智能终端(智能塑壳断路器/模组化终端)。在台区侧智能终端含有工频畸变信号发送单元和特征电流接收单元，在末端侧智能终端(智能塑壳断路器/模组化终端)含有工频畸变信号接收单元和特征电流发送单元，基于工频畸变和特征电流技术实现归属关系识别和层级关系识别，并基于RS485搜表技术实现箱表挂接关系识别，综合绘制出台区电气设备的物联拓扑关系图。
台区拓扑关系的所有节点就是一个配电变压器下包含的所有电器设备，比如变压器、一级总开关、二级分支开关、三级分支开关、电能表计量箱总开关和电能表等。
结合图8，台区拓扑关系自动识别方法具体包括如下过程：
(1)箱表挂接关系识别
箱表挂接关系就是用户电表和装载用户电表的电能表计量箱的归属关系，就是哪个用户电表归哪个计量箱，具体就是指的计量箱总开关节点和各电表节点的上下级关系。
遵循每台末端侧智能终端管理一个计量箱分安装原则，计量箱内末端侧智能终端上电后，通过RS485端口依次以DLT645、DLT698协议通过不同波特率进行缩位查询电能表通讯地址，读取RS485总线上所属电能表地址并抄读验证，验证后保存至末端侧智能终端“管理表地址列表”，等待台区拓扑关系注册时将“管理表地址列表”上传即可。
(2)接收台区侧智能终端发送的畸变电流信号，通过解析终端地址确定智能终端所属的台区；
台区侧智能终端在注册时或运行中定期通过畸变电流信号发送自身终端地址，末端侧智能终端接收解析后，获知其实际所属台区。
台区侧智能终端通过工频畸变信号发送自身终端地址作为唯一台区标识，A\B\C相各一次，信号内容包括终端地址、当前发送相位、时间等信息，此时对应台区的末端侧智能终端即可收到并记录。
具体地，台区侧智能终端(集中器/能源控制器)与末端侧智能终端(智能塑壳断路器/模组化终端)均内置基于工频畸变信号通讯芯片，依托畸变信号不跨台区、不跨相位且不易受环境干扰的特征，台区侧智能终端在注册时或运行中定期通过畸变电流信号发送自身终端地址(台区标识)，末端侧智能终端接收解析后，即可获知实际所属台区。
工频畸变信号发生器产生下行畸变信号，由发送电路根据编码规则在工频电压过零点附近产生瞬间的调制电流(10～30A，持续时间1～2ms)信号，调制电流信号叠加在工频电流基波上形成畸变电压信号，利用电压畸变携带信息，随负荷供电电压传输到末端侧智能设备，由低压侧工频畸变信号发送器完成。下行信号单相调制电路原理图如图1所示，VT1、VT2代表相互反向的晶闸管，L代表调制电感，ip代表调制电流。
在电压波形过零点前30°左右关闭晶闸管VT1或VT2，将产生瞬间电流ip，当ip的值小于0时，晶闸管自动断开，调制电流ip加在电压过零区域对应的电流波形上，完成一次调制过程，调制信号波形如图2所示。
工频畸变信号接收装置主要由过零检测电路、接收放大、滤波、A/D采样、数字差分检测电路和控制器等电路组成，硬件电路结构框图如图3所示。主要任务是检测、识别上行畸变信号的有无和判断地址信息位“1”和“0”。
下行信号的编码方式相对比较复杂，对下行工频畸变信号定义时遵循这样的原则：利用4个电压周波波形表示一位信息，对8个过零区域的4个进行调制，其中两个为正过零区，另外两个为负过零区，这样可以得到36组码图，由于表示“0”和“1”的码图互补，所以共有18组码图可使用，这种信号的定义方式有利于信号检测时的抗干扰，实现多路并行传输。如图4所示，四个相邻周期共有8个电压过零点，选用其中一组码图，这里规定在8个电压过零点中的1、3、6和8位置进行调制表示数字“1”，对应2、4、5和7位置调制表示“0”。
对于特定配电网，由于信道噪声尤其是间谐波影响，实际应用时，需对编码方式经过实际测试，找出抗干扰性能最好的编码组合。
(3)对整个台区的末端侧智能终端进行载波通信组网，对入网的末端侧智能终端载波通信节点信息进行注册；
复位位于台区侧智能终端(集中器/能源控制器)的宽带载波通信CCO(中央协调器)模块，删除CCO模块中白名单信息，重启CCO对整个台区的末端侧智能终端(智能塑壳断路器/模组化终端)的载波通信组网流程。
待组网结束后，通过HPLC节点注册功能，对入网的末端侧智能终端(智能塑壳断路器/模组化终端)载波通信STA节点信息进行注册，同时读取节点工作模式(表箱/分支)，此步骤可根据台区规模自行定义时间。
其中，组网的目的是搜寻HPLC能通信的节点，将节点加入到HPLC通信网络中，注册的目的是对参与组网的节点进行确认，包含拓扑识别的节点信息进行注册并上报节点信息。
节点工作在分支模式，说明此节点在电缆分支箱内，只进行自身的拓扑识别即可。
节点工作在表箱模式，说明此节点在电能表计量箱内，除了进行自身的拓扑识别，还要对下辖的电能表节点的拓扑进行识别。
(4)对注册的末端侧智能终端载波通信节点信息进行轮询，点名发送特征电流识别信号，同时实时接收其他下级节点信息，发送完成后对各节点接收信息进行验证，确定变压器出线的分支节点信息，以及每个分支节点信息的下一级节点信息。
对注册到的末端侧智能终端进行点名发送特征电流识别信号，同时实时接收其他下级节点信息，发送完成后对各节点接收信息进行验证。
点名发送特征电流识别信号是指，逐个让节点发送识别信号。告诉A节点响应，A节点收到点名信息后发送特征电流识别信号。之后在告诉B节点响应，B节点收到点名信息后发送特征电流识别信号。以此类推。
将注册到的节点信息进行轮询，读取节点序号、类型、版本信息、接线方式、当前电参量(电压、电流、功率、功率因数等)台识标识、上级节点地址等信息，若接线方式为计量箱，同时读取其“管理表地址列表”信息；此时根据节点台识标识，即可完成台区识别验证，根据每个节点上级地址信息，及完成台区拓扑信息梳理，将数据导入主站绘图模型后，即可完成整个低压台区拓扑图绘制流程。
本实施例中，末端侧智能终端中内置可在线路零火线之间产生满足一定频域规律的特征电流信号的电阻，依托特征电流溯源的特性，通过特征电流通信信号的产生、识别和编解码设计，台区侧智能终端交采对线路电流信号进行实时采样分析，记录信号识别到的时间标，对时间标进行对比分析，绘制线路电气设备的层级关系拓扑。
本实施例中，特征电流信号具体为：采用滑动DFT实时提取线路上的电流信号，计算783Hz和883Hz频域分量幅值，用二者的和作为特征电流信号，用于判断是否存在833Hz信号。
特征电流信号发送过程如下：
开关通断的方式会在线路产生围绕开关频率正负50Hz偏移的电流信号，以5000/6＝833.3Hz频率通断开关(1.2ms为一个周期，通400us，断800us)，发送电流信号峰值为420mA(220V电压下)，在电路上会产生频率为783.3Hz和883.3Hz的电流信号。通过检测此两点信号的有无，进行识别。具体为16位二进制编码：1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1。其中，码位0时，无特征电流发送，码位1时，有特征电流发送。图5和图6为相应示意图。
单次发送时间为9.6s，即每位编码发送时间长度为0.6s。单次发送总体时间偏差±40ms，每位编码允许发送时间偏差为±15ms。
特征电流信号识别与解码过程如下：
采用滑动DFT实时提取线路上的电流信号，计算783Hz和883Hz频域分量幅值，用二者的和作为判断标准，进行解码。要求采样率5K，芯片RAM60K，主频50M(全性能运算)。算法处理后，波形如图7所示。
本实施例将783Hz和883Hz频域分量幅值的和作为是否存在833Hz特征电流信息的依据，如果出现833Hz电流信号，就开始高频采样和解码，如果没有出现，则不高频采样和解码。
通过对三相电流解码分析，比较大小，确定电表的户变关系和相位归属：
变压器端的台区侧智能终端检测到某电表发出的三相特征电流，则所述电表属于这个变压器；对于检测到的三相特征电流，特征最强的一相为所述电表所属相位。
(5)档案转换
将注册到的实际台区节点电能表地址、末端侧智能终端地址，转换成档案信息并上传至主站，更新为最新的台区拓扑关系；
基于所述台区拓扑关系绘制台区拓扑图。
本实施例通过从箱表关系识别、归属关系识别、层级关系识别不同技术进行集成，设计适合低压配电台区现状的台区拓扑识别整体流程，最终进行综合分析和计算，绘制出台区完整的的拓扑图并进行档案的更新。
实施例二
根据本发明的实施例，公开了一种台区拓扑关系自动识别系统的实施例，包括：
用于接收台区侧智能终端发送的畸变电流信号，通过解析终端地址确定智能终端所属的台区的模块；
用于对整个台区的末端侧智能终端进行载波通信组网，对入网的末端侧智能终端载波通信节点信息进行注册的模块；
用于对注册的末端侧智能终端载波通信节点信息进行轮询，点名发送特征电流识别信号，同时实时接收其他下级节点信息，发送完成后对各节点接收信息进行验证，确定变压器出线的分支节点信息，以及每个分支节点信息的下一级节点信息的模块。
需要说明的是，上述各模块的具体实现方式已经在实施例一中进行了说明，此处不再赘述。
实施例三
在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例一中的台区拓扑关系自动识别方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
实施例一中的台区拓扑关系自动识别方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
实施例四
在一个或多个实施方式中，公开了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行实施例一中所述的台区拓扑关系自动识别方法。
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)

1.一种台区拓扑关系自动识别方法，其特征在于，包括：
接收台区侧智能终端发送的畸变电流信号，通过解析终端地址确定智能终端所属的台区；
对整个台区的末端侧智能终端进行载波通信组网，对入网的末端侧智能终端载波通信节点信息进行注册；
对注册的末端侧智能终端载波通信节点信息进行轮询，点名发送特征电流识别信号，同时实时接收其他下级节点信息，发送完成后对各节点接收信息进行验证，确定变压器出线的分支节点信息，以及每个分支节点信息的下一级节点信息。
2.如权利要求1所述的一种台区拓扑关系自动识别方法，其特征在于，还包括：基于每个计量箱内的末端侧智能终端，通过RS485端口依次以DLT645、DLT698协议通过不同波特率进行缩位查询电能表通讯地址，读取RS485总线上所有电能表地址，实现箱表挂接关系识别。
3.如权利要求2所述的一种台区拓扑关系自动识别方法，其特征在于，对所述所有电能表地址进行抄读验证，保存至相应末端侧智能终端的管理表地址列表。
4.如权利要求1所述的一种台区拓扑关系自动识别方法，其特征在于，台区侧智能终端在注册时或运行中定期通过畸变电流信号发送自身终端地址，末端侧智能终端接收解析后，获知其实际所属台区。
5.如权利要求1所述的一种台区拓扑关系自动识别方法，其特征在于，所述特征电流信号具体为：采用滑动DFT实时提取线路上的电流信号，计算783Hz和883Hz频域分量幅值，用二者的和作为特征电流信号，用于判断是否存在833Hz信号。
6.如权利要求1所述的一种台区拓扑关系自动识别方法，其特征在于，变压器端的台区侧智能终端检测到某电表发出的特征电流，则所述电表属于这个变压器；
对于检测到的三相特征电流，特征最强的一相为所述电表所属相位。
7.如权利要求1所述的一种台区拓扑关系自动识别方法，其特征在于，
将注册到的实际台区节点电能表地址、末端侧智能终端地址，转换成档案信息并上传至主站，更新为最新的台区拓扑关系；
基于所述台区拓扑关系绘制台区拓扑图。
8.一种台区拓扑关系自动识别系统，其特征在于，包括：
用于接收台区侧智能终端发送的畸变电流信号，通过解析终端地址确定智能终端所属的台区的模块；
用于对整个台区的末端侧智能终端进行载波通信组网，对入网的末端侧智能终端载波通信节点信息进行注册的模块；
用于对注册的末端侧智能终端载波通信节点信息进行轮询，点名发送特征电流识别信号，同时实时接收其他下级节点信息，发送完成后对各节点接收信息进行验证，确定变压器出线的分支节点信息，以及每个分支节点信息的下一级节点信息的模块。
9.一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-7任一项所述的台区拓扑关系自动识别方法。
10.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-7任一项所述的台区拓扑关系自动识别方法。
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