CN115189469B - 一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法。为了克服现有的低压配电网拓扑关系识别方法存在的效率低、成本高、实时性差的问题，本发明采用一套软件与硬件结合的自动识别方法，能快速，高效，准确，并可以达到实时在线识别低压配电线路拓扑结构。

Description

一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法

技术领域

本发明涉及一种低压配电线路领域，尤其涉及一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法。

背景技术

低压配电台区侧存在接线复杂、数量巨大、因负荷不均衡导致运行方式改变、户变关系等变动、原始数据缺失和质量较差、缺乏有效手段校核数据等问题，容易引发配电网拓扑数据的错误。线路拓扑关系不准确往往导致线损误差大，偷漏电严重，负载不平衡，从而引发故障定位难、运维成本高、效率低等问题。目前低压配电网拓扑关系识别方法主要有人工现场辨识(人工方式)和系统自动识别(在线方式)两种方式。

其中人工方式需要安排工作人员至现场识别通过仪器对逐根线路测量得出线路拓扑关系，该法识别结果精准，但效率低，成本高，没有实时性，正确的拓扑关系维护难；在线方式目前拓扑识别主要通过整个台区用电数据，经过长时间用电数据分析得出一个线路拓扑关系；这种方式准确率低，耗时长（一般需要一个月甚至更长时间数据分析运算）、实时性差、数据运算主要集中在云服务器，造成服务运算压力大。因此亟需一种高效的在线低压配电拓扑识别方案，来提升低压配电网智能化水平和客户服务水平。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种低压配电台区拓扑自动识别方法”，其公告号CN110729724A，包括将低压配电台区拓扑结构分为三层，然后采集同一时刻三个拓扑层级的电流值和装置ID，根据采集到的装置ID，将采集的电流值分别对应至三个层级，根据已经分好层级的电流值依次确定三个层级之间的对应关系。但是此方案需要逐层对采集到的电流值进行分析，根据电流值严格对应层数关系，并且需要系统在同一时刻同时分析处理大量的电流值信息，容易给系统带来负担，并且很容易产生计算错误，因此此方案存在一定的缺陷。

发明内容

本发明主要解决现有的低压配电网拓扑关系识别方法存在的效率低、成本高、实时性差的问题；提供一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法，本发明提供一套软件与硬件结合的自动识别方法，能快速，高效，准确，并可以达到实时在线识别低压配电线路拓扑结构。

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：

本发明包括构建低压配电系统中装置的主要模块；配置末端装置、中间层装置和台区融合终端，设计配电网连接方式，通过设计合理的装置配置方案并结合电网连接方式，共同为后续设置装置ID以及点对点接收发送电流信号打下基础；利用电流的回流特性快速识别低压配电线路的拓扑结构，由于电流流向阻抗低的方向，因此拓扑下级发送的电流信号可以在父级节点检测到信号，因此台区融合终端先分别获取中间层装置的ID和电流信号，再分别获取其管辖的末端装置电流信号，即可得到台区内所有装置的拓扑结构关系。

作为优选，所述的主要模块包括：特征电流发射模块、电流信号采集模块、电流信号提取解调模块；其中特征电流发射模块用于将电流信号发送至电力线，电流信号采集模块用于采集电力线上的电流信号，电流提取调解模块用于处理获得的电流信号并得出电流信号的调制数据。

作为优选，所述的配置工作包括：配置低压配电末端装置：为低压配电末端装置配置通信模块和特征电流发射模块，使其具备通信能力的同时能够将自身ID和电流信号向电力线传递；配置低压配电中间层装置：为低压中间层装置配置通信模块、特征电流发射模块、储存模块、电流信号采集模块和电流信号提取解调模块，其中电流信号采集模块用于从电力线采集电流信息，采集到的电流信息储存在储存模块中，并通过电流信号提取调解模块分析处理；配置台区融合终端：为台区融合终端配置通信模块、电流信号采集模块、电流信号提取调解模块和储存模块。

作为优选，所述的配置工作还包括以下内容：对于低压配电末端装置，所述通信模块和特征电流发射模块设置在用户电表中，使得通信网中能够容纳每门每户的电表，后续得到更加完整全面的拓扑结构；对于低压中间层装置，通信模块设置在分支开关、楼栋分支开关和表前开关上，便于对末端装置做分区规划，便于后续分区手机电流信号；其中特征电流发射模块向电力线上发送电流信号。

作为优选，所述的低压配电系统中装置的电力线连接方式包括：10KV的中压通过变压器变到380V的三相交流电出线接到框架断路器；框架断路器出线通过多个分支开关分成若干条线路；每个分支开关有通过分支箱或楼栋分支开关与不同楼层的表箱相连接；表箱中设有表前开关，表前开关后接若干用户电表；后续将结合上述连接方式通过电流信号提取调解模块进行分析，从而准确判断各个装置的位置关系与上下级关系。

作为优选，所述的台区融合终端与各个末端装置和中间层装置通过通信组网连接；台区融合终端获取每个装置的ID，为台区中的每个装置分配一个两个字节的唯一编号，并将装置对应的编号通过通信组网发给装置，所述编号与装置的ID进行绑定；台区融合终端发送通信指令点名任意一个装置，所述装置将发送自身编号的电流调制信号至台区融合终端；使用上述方式对装置和ID进行逐一绑定，能够减少后续分析所需的计算量，加快分析得到拓扑结构的速度。

作为优选，所述的所有中间层装置通过电流信号采集模块采集电力线上的电流信号，并将电流信号传递至电流信号提取解调模块，若解调出编号，则将编号和检测到电流信号的相序保存至储存模块中；台区融合终端等待点名的装置发送电流调制信号完成应答。

作为优选，一次点名结束后，台区融合终端重新开始点名，重复步骤点名与应答过程，直到所有终端装置都已发送自身编号的电流调试信号至台区融合终端，结束点名操作；台区融合终端逐个读取中间层终端装置解调出的编号并根据电流信号分析出线路拓扑结构。

本发明的有益效果是：

1.本发明的一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法具有精准的拓扑结构，可以帮助实现精准数据监控，根据监测结果调整变压器容量配置，保障台区配变安全稳定运行，提升变压器经济运行水平，为实现弹性电网提供有效数据支撑。

2.本发明的一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法通过台区拓扑关系识别，降低人工排查户变关系的工作量，有了精准的拓扑结构，就能实现精确定位故障点，减轻故障排查工作量，节约人力资源成本；通过对台区电力装置的实时监控，分析电力装置的运行效率。

3. 本发明的一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法通过精准线路拓扑识别，可以对实现停电事件自动感知，缩小故障范围，缩短抢修反应时间，提升客户用电满意度和用户供电质量；通过对分布式能源并网的监控，消纳分布式电源，提升对光伏扶贫用户的服务能力。

4. 本发明的一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法通过全面感知，实现装置运行状态全过程分析，提升装置管理精益化水平；通过实时监测线损，实现配电台区线损分析，提升台区线损管理水平提升了电网管理效率。

附图说明

图1是本发明的一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法的末端装置架构图；

图2是本发明的一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法的中间层装置架构图；

图3是本发明的一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法的组网及分配编码流程图；

图4是本发明的一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法的特征电流发送及识别数据保存流程图；

图5是本发明的一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法的台区融合终端数据处理流程图。

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：

本实施例的一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法，包括以下内容：

如图1和图2所示，线路的末端装置（低压配电用户表等）通过通信模块的通信控制，能获取分配的编码，并通过特征电流发射模块用电流形式调制出该编码在线路上发送；中间层级装置（智能断路器、低压线路检测终端等）具备末端装置的通信控制，获取分配编码和电流调试功能以外，还要具备检测电流和解调调制电流的功能，因此需要配备通信模块、特征电流发射模块、储存模块、电流信号采集模块和电流信号提取解调模块；台区融合终端则具备分配编号给末端装置和中间层装置，并控制它们发送电流调制信号；还能获取中间层检测到数据；并且具有一定算力来实现数据处理，并完成最终拓扑结构图，因此需要配备通信模块、电流信号采集模块、电流信号提取调解模块和储存模块。

如图3、图4和图5所示，本实施例分为以下步骤：

第一步：台区融合终端把该台区所有的末端设备和中间层设备通过通信组网并获取每个设备ID，一般一个台区末端设备和中间层设备数量不超过1000个；

第二步：台区融合终端给该台区的每个设备分配一个两个字节唯一的编号，与设备ID进行绑定，并将设备对应得编号发给设备；

第三步：台区融合终端通过通信指令点名让某一个设备发送自身编号的电流调制信号，每个设备建议设置调制时间2-10s，并不限此时长；

第四步：所有中间层设备电流信号采集模块采集，并传给电流信号提取解调模块，如果解调出编号，记录编号和检测到电流信号的相序并保存；

第五步：融合终端等待点名的设备发送电流调制信号完成应答；

第六步：融合终端开始又一轮点名，重复步骤3-5，直到让所有终端设备都发送自身编号的电流调试信号后；

第七步：融合终端逐个读取中间层终端设备解调出编号；分析出线路拓扑结构；根据电流回流特性（电流流向阻抗低的方向），所以拓扑下级发送的电流信号可以在父级节点检测到信号。

本实施例利用的基本原理为：根据基尔霍夫第一定律，基尔霍夫电流定律表明：所有进入某节点的电流的总和等于所有离开这节点的电流的总和。电流流向具有一定方向性这一物理特性，利用电流调制形成一个编码，而此电流编码只有串联线路上有该电流特性，因此串口线路上能检测到该信号，并通过算法提取解调出编码；而并联线路上并无该电流特性，因此检测不到该电流。

本发明使用逐一对应的装置与ID，减少了不必要的信息传递，仅仅通过ID和电流来获取装置信息；本发明并利用电流物理特性，通过发送和接收电流调制信号，经过分析得到准确的电流调制信息，实现快速得到台区内的低压配电线路拓扑结构。

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 (5)

1.一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1：构建低压配电系统中装置的主要模块；

S2：配置低压配电的末端装置、低压配电的中间层装置和台区融合终端，设计配电网连接方式；

S3：利用电流的回流特性快速识别低压配电线路的拓扑结构；

所述步骤S3具体包括：S3.1：所述台区融合终端与各个末端装置和中间层装置通过通信组网连接；台区融合终端获取每个装置的ID，为台区中的每个装置分配一个两个字节的唯一编号，并将装置对应的编号通过通信组网发给装置，所述编号与装置的ID进行绑定；台区融合终端发送通信指令点名任意一个装置，所述装置将发送自身编号的电流调制信号至台区融合终端；

S3.2：所有中间层装置通过电流信号采集模块采集电力线上的电流信号，并将电流信号传递至电流信号提取解调模块，若解调出编号，则将编号和检测到电流信号的相序保存；台区融合终端等待点名的装置发送电流调制信号完成应答；

S3.3：台区融合终端重新开始点名，重复步骤S3.1和S3.2，直到所有终端装置都已发送自身编号的电流调试信号至台区融合终端，结束点名操作；台区融合终端逐个读取中间层终端装置解调出的编号并根据电流信号分析出线路拓扑结构。

2.根据权利要求1所述的一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法，其特征在于，所述步骤S1中的主要模块包括：特征电流发射模块、电流信号采集模块、电流信号提取解调模块。

3.根据权利要求1或2所述的一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下内容：

S2.1：配置末端装置：为末端装置配置通信模块和特征电流发射模块；配置中间层装置：为中间层装置配置通信模块、特征电流发射模块、储存模块、电流信号采集模块和电流信号提取解调模块；配置台区融合终端：为台区融合终端配置通信模块、电流信号采集模块、电流信号提取解调模块和储存模块。

4.根据权利要求3所述的一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：

S2.2：对于末端装置，所述通信模块和特征电流发射模块设置在用户电表中；对于中间层装置，通信模块设置在分支开关和表前开关上；其中特征电流发射模块向电力线上发送电流信号。

5.根据权利要求4所述的一种快速识别低压配电线路拓扑结构的方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：

S2.3：低压配电系统中装置的电力线连接方式包括：10KV的中压通过变压器变到380V的三相交流电出线接到框架断路器；框架断路器出线通过多个分支开关分成若干条线路；每个分支开关又通过分支箱或楼栋分支开关与不同楼层的表箱相连接；表箱中设有表前开关，表前开关后接若干用户电表。