CN115603463A - 配电网故障边侧快速自愈处置方法和系统 - Google Patents

配电网故障边侧快速自愈处置方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了配电网故障边侧快速自愈处置方法和系统，本发明利用发布订阅模式进行故障处置信息交互，每个开关根据需要订阅获得控制区内任一开关的发布信息，且进行动态发布订阅，故障区边界开关分闸后可直接合闸复电路径上的连接开关/电源完成失电区域的恢复供电；故障区内边界开关为负荷开关时，可直接分闸开关联通的电源点断路器，加速故障隔离，且可避免电源点保护定值设置不合理导致的电源点开关保护不启动无法隔离故障问题。

Description

配电网故障边侧快速自愈处置方法和系统
技术领域
本发明属于配电自动化领域，更为具体的讲，涉及一种基于通信主体可动态连接交互的配电网故障边侧快速自愈处置方法。
背景技术
当前配网主要采用集中式馈线自动化，所有信息通过IEC104协议上送主站进行处置。故障处置信息与四遥数据混合传输，配电网点多面广，海量终端将所有数据上送主站，再由主站进行数据筛选与故障研判处置，效率低下，耗时较长。
目前已有部分高可靠性供电区域试点采用基于邻域信息交互的分布式馈线自动化等技术，仅进行邻终端信息交互，邻终端掉线则无法进行扩大区段定位处理；故障区内为负荷开关时需死等待电源点开关保护跳闸，故障隔离后通过逐级传递或是主站遥控方式恢复上游失电区域供电；对于联络开关合闸转供也是通过逐级传递或主站遥控方式进行恢复供电。复杂网络结构下，当信息传递经历中间节点数越多，出错概率越高，耗时也越长。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供基于通信主体可动态连接交互的配电网故障边侧快速自愈处置方法，为达到上述目的，本发明采用如下技术方案，包括：
第一方面，本发明提供配电网故障边侧快速自愈处置方法，包括：
各中间开关通过通信网络发布本开关的故障处置信息及其连接电源信息；各中间开关订阅本开关两侧相邻开关发布的故障处置信息及其连接电源信息；其中电源信息包括电源标识和电源类型，电源类型包括联通电源和联络电源，联通电源为与开关间形成了电力通路的电源，联络电源为至开关间的传输路径上仅有一个开关在分位的电源；
根据本开关两侧连接电源信息确定本开关的拓扑类型；开关的拓扑类型用于标识是否为联络开关；所述联络开关的判断逻辑为开关在分位且两侧有压或是开关在分位且两侧连接有联通电源；
各出线开关通过通信网络订阅电源分闸控制命令和电源合闸控制命令；若某开关被判定为联络开关，则联络开关发起订阅转供合闸命令；
根据获取的本开关两侧相邻开关的故障处置信息确定故障区，根据各开关的电源信息，制定故障隔离策略与复电优选策略；
根据所述故障隔离策略与复电优选策略，故障区边界开关发布电源分闸控制命令、电源合闸控制命令及转供合闸命令，以使得隔离故障且相应开关执行相应操作完成失电区域恢复供电。
进一步地，根据所述故障隔离策略与复电优选策略，故障区边界开关发布电源分闸控制命令、电源合闸控制命令及转供合闸命令，以使得隔离故障且相应开关执行相应操作完成失电区域恢复供电，具体包括：
当故障区边界连接联通电源的开关为负荷开关时，动态发布电源分闸控制命令以实现远切其外侧连接的联通电源；
当与对应电源点连接的出线开关获取电源分闸控制命令跳闸后，该故障区的负荷开关分闸；
连接联通电源的负荷开关动态发布电源合闸控制命令以实现远合其外侧连接的联通电源，恢复故障上游失电区域恢复供电；
当故障区开关跳闸后，故障区边界开关中仅连接联络电源的开关根据复电优选策略，动态发布转供合闸控制命令；当联络开关获取对应的转供合闸控制命令执行合闸操作完成转供。
进一步地，根据本开关两侧连接电源信息确定本开关的拓扑类型，包括：各中间开关订阅本开关两侧相邻开关的电源信息，获取本开关两侧连接电源信息；
根据两侧连接电源信息确定本开关的拓扑类型；或者集中识别各开关的拓扑类型，再通过订阅获得本开关的拓扑类型。
进一步地，通信网络采用光纤网络或无线网络。
再进一步地，所述光纤网络采用GOOSE或MQTT发布订阅模式协议进行传输；当采用MQTT协议传输，部署MQTT Broker服务器进行传输代理。
再进一步地，采用MQTT协议时，电源分闸控制命令和电源合闸控制命令采用“设定主题”或“设定主题+设定内容”进行标识；采用GOOSE协议时，采用“设定组播MAC地址”或“设定组播MAC地址+设定应用数据”。
进一步地，所述电源信息还包括电源点剩余容量，制定故障隔离与复电优选策略时，故障区边界仅连接有联络电源的开关，其连接的下游失电区域转供时，至少根据待转供负荷大小、联络电源剩余容量和电源优先级信息确定优选转供路径。
进一步地，若相邻开关掉线，则各中间开关扩大订阅区域，订阅两侧未掉线的开关的故障处置信息以及电源信息。
第二方面，本发明提供了配电网故障边侧快速自愈处置系统，包括：
各电源点连接的出线开关、连接在各出线开关之间的中间开关
以及开关控制模块；
所述开关控制模块与中间开关和出线开关相对应，用于发布和订阅信息，具体用于：各中间开关通过通信网络发布本开关的故障处置信息及其连接电源信息；订阅本开关两侧相邻开关的故障信息与连接电源信息；其中电源信息包括电源标识和电源类型，电源类型包括联通电源和联络电源，联通电源为与开关间形成了电力通路的电源，联络电源为至开关间的传输路径上仅有一个开关在分位的电源；
根据本开关两侧连接电源信息确定本开关的拓扑类型；开关的拓扑类型用于标识是否为联络开关；所述联络开关的判断逻辑为开关在分位且两侧有压或是开关在分位且两侧连接有联通电源；
各出线开关通过通信网络订阅电源分闸控制命令和电源合闸控制命令；若某开关被判定为联络开关，则联络开关发起订阅转供合闸命令；
根据获取的本开关两侧相邻开关的故障处置信息确定故障区，根据故障区内边界开关的连接电源信息，制定故障隔离策略与复电优选策略；
根据所述故障隔离策略与复电优选策略，故障区边界开关发布电源分闸控制命令、电源合闸控制命令及转供合闸命令，以使得隔离故障且相应开关执行相应操作完成失电区域的恢复供电。
进一步地，通信网络采用光纤网络，所述光纤网络采用GOOSE或MQTT发布订阅模式协议进行传输；当采用MQTT协议传输，所述系统还包括MQTT Broker服务器，用于进行传输代理。
有益效果：
本发明利用发布订阅模式进行故障处置信息交互，每个开关根据需要订阅获得控制区内任一开关的发布信息，且进行动态发布订阅，故障区边界开关分闸后可直接合闸复电路径上的连接开关/电源完成失电区域的恢复供电；故障区内边界开关为负荷开关时，可直接分闸开关联通的电源点断路器，加速故障隔离，且可避免电源点保护定值设置不合理导致的电源点开关保护不启动无法隔离故障问题。
在边侧完成配电网故障的快速处置，可复用现有通信网路，适应负荷开关模式，覆盖配电网存量市场，经济性好，故障处置高效，可有效提升配电网供电可靠性。
附图说明
图1为实施例提供的配电网故障边侧快速处置系统的网络通信示意图；
图2为实施例提供的配电网故障边侧快速处置方法流程示意图。
图3为另一实施例提供的配电网故障边侧快速处置系统中开关位于配电站的结构示意图。
实施例
下面结合附图对本发明的实施做详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
以图1为例，该系统中包括三个电源点，电源1、电源2和电源3，包括三个电源出线开关P1、P2、P3，还包括中间开关S1~S18.
假设仅中间开关S8和中间开关S18开关在分位，其它电源出线开关和中间开关都在合位。
本实施例提供的配电网故障边侧快速处置工作流程（如图2所示），包括如下：
一、控制区内每个站点（P1~P3,S1~S18）通过通信网络进行通信，本实施例中在每个站点配置智能终端设备，使得通过智能终端设备进行通信，监测该站点处的开关设备并进行保护控制，三个电源出线开关P1、P2、P3配置为断路器。
具体实施例中，智能终端设备可以基于EPON等光纤网络，或4G、5G等无线网络完成系统通信组网。
对于EPON等光纤网络，可采用GOOSE、MQTT等协议传输故障处置信息，采用事件驱动变时隙传输，在数据变化时快速传递，降低网络负载，提高传递效率。对于4G、5G等无线网络，可采用MQTT等协议传输故障处置信息；基于事件驱动进行传输。
若采用MQTT协议时，系统中部署MQTT Broker服务器进行传输代理（可配置多套进行负载均衡、备用处理），站点终端设备部署MQTT Client客户端与Broker服务进行通信链路连接；在服务器侧还可进行安全策略等控制处理。
可选地，智能终端设备间根据需要进行特定标识消息的订阅与发布，对于MQTT协议，通过“主题（Topic）”或“主题+内容（Payload）”进行消息标识；对于GOOSE协议，通过“组播MAC地址”或“组播MAC地址+应用数据”进行消息标识。
当采用基于服务器代理的发布订阅传输协议时，如MQTT，每个终端部署MQTTClient客户端仅与MQTT Broker服务器建立链路连接，因此每个终端只需与代理服务器建立一条链路，仅传输故障处置相关信息，事件驱动变时隙传输，数据流小、传输高效，可用于横向通信穿越困难等场景。在无线公共网络中，终端即使采用动态IP(SIM卡可不固定IP)方式也能实现，可大量节约公网IP资源，另外在服务器侧还可进行安全等策略控制。
可选地，采用MQTT协议时，可部署MQTT Broker集群进行负载均衡以及热备用，且在服务器侧可进行安全策略等控制。其特征在于：每个终端部署MQTT Client客户端，仅与MQTT Broker服务器进行链路连接，实现终端轻量级应用；同时可配置Broker集群，解决单一服务器掉线及过载问题；在服务器侧可进行安全策略等控制，包括安全加密认证，实现身份认证、签名验证等功能，同时还可进行流量统计控制、信息存储分析等功能。
二、各中间开关通过智能终端设备利用通信网络发布本开关的故障处置信息以及其连接电源信息；各智能终端设备订阅本开关两侧相邻开关的故障处置消息及连接电源信息；根据本开关两侧连接电源信息确定本开关的拓扑类型。
负荷开关模式下，电源出线开关P1、P2、P3还需订阅本站点电源出线开关的分合闸控制消息。
基于邻域交互、信息逐级传递处理，可以订阅本开关两侧相邻开关的故障处置信息以及电源信息进行动态网络拓扑识别，或是进行集中识别、然后由智能终端设备进行订阅。
电源信息包括电源标识和电源类型，电源类型包括联通电源和联络电源，若电源与开关间形成了电力通路，，则该电源对这个开关来说是联通电源；若电源至开关间的传输路径上仅有一个开关在分位，则该电源对这个开关来说是联络电源；开关的拓扑类型用于标识是否为联络开关；所述联络开关的判断逻辑为开关在分位且两侧有压或是开关在分位且两侧连接有联通电源；
可选地，在本实施例中，电源信息中还包括电源剩余容量。可选地，根据待转供负荷大小（即该开关故障前功率）、联络电源剩余容量、电源优先级等信息进行优选转供路径。
三、每个开关获得其故障两侧连接电源信息（类型、剩余容量等，或是故障处置过程中涉及的联通电源标识或是优选的转供电源标识），及本开关的拓扑类型。
各出线开关通过通信网络订阅电源分闸控制命令和电源合闸控制命令；若某开关被判定为联络开关，则联络开关发起订阅转供合闸命令；
根据获取的本开关两侧相邻开关的故障处置信息确定故障区，根据各开关的电源信息，制定故障隔离策略与复电优选策略。
在图1中，假设电源1~电源3额定容量都为10MW,出线开关P1~P3当前负载分别为3MW、4MW、5MW；则中间开关S4、中间开关S5能识别出其一侧连接联通电源即电源1（剩余容量7MW）、另一侧连接联络电源即电源2（剩余容量6MW）和联络电源即电源3（剩余容量5MW），中间开关S8和中间开关S18被识别为联络电源，S8一侧连接联通电源即电源1（剩余容量7MW）和联络电源即电源3（剩余容量5MW）、另一侧连接联通电源即电源2（剩余容量6MW），S18一侧连接联通电源即电源1（剩余容量7MW）和联络电源即电源2（剩余容量6MW）、另一侧连接联通电源即电源3（剩余容量5MW）。
开关鉴别出自己为联络开关时就会动态发起订阅本联络开关的转供合闸控制命令，图中中间开关S8订阅其两侧联通电源即电源1和电源2的转供合闸控制命令,S18订阅其两侧联通电源 即电源1和电源3的转供合闸操作命令。
图1中中间开关S4、中间开关S5间故障时，假设故障前S5的负载为2MW，通过S4与S5的信息交互可准确定位出故障区，同时根据S5的联络电源情况可立即优选出转供电源为电源2（剩余容量最大）；若S4、S5为负荷开关，则动态发布电源1的电源分闸控制命令实现远跳电源1的出线开关P1；S4分闸成功后，则动态发布电源1的合闸控制命令实现远合电源1的出线开关P1，恢复上游非故障失电区域供电；S5分闸成功后，则动态发布联络电源2的出线开关P2的转供合闸控制命令实现远合S8恢复下游非故障失电区域供电。
图1中，若S4掉线，则S3、S5扩大区域订阅（及S3、S5相互订阅通信），将S3与S5围成区间作为识别区进行故障判别。
电源分合闸控制命令、转供合闸控制命令消息标识：采用MQTT协议时，可采用“特定主题”或“特定主题+特定内容”进行标识；采用GOOSE协议时，通过“特定组播MAC地址”或“特定组播MAC地址+特定应用数据”进行标识。以图1为例，GOOSE协议传输时，电源点分合闸控制命令组播MAC地址可设置为01-0C-CD-01-01-F0\F1\…（也可统一设置为01-0C-CD-01-01-F0，由应用数据层进行标识区别），电源点进行订阅，故障区内开关根据其类型以及电源连接情况进行动态发布；联络电源转供合闸控制命令其组播地址可设置01-0C-CD-01-01-E0\E1\…（也可统一设置为01-0C-CD-01-01-E0，由应用数据层进行标识区别），故障区内开关分闸后根据其电源连接情况进行动态发布，联络开关则根据两侧电源连接情况进行相应动态订阅。采用MQTT协议时，可通过“主题”或是“主题+内容”进行标识（比如电源点分合闸控制命令主题为PwrCtrl、联络转供合闸控制主题为TranLoad）。
图3示出了配电网故障边侧快速处置系统中开关位于配电站的结构示意图，该图对应的实施例中，各开关位于配电站内，同样适用于本发明提供的配电网故障边侧快速自愈处置方法和系统。
本发明提供的基于可动态连接的配电网故障边侧快速处置技术，不管网络拓扑多复杂，故障隔离及自愈过程都实现了信息交互主体的直接传输（如采用MQTT模式下，仅经Broker一级代理），不需要多级代理，大大提高了故障处置效率，避免了中间环节出错影响。
实施例2：配电网故障边侧快速自愈处置方法相对应地，本实施例提供了配电网故障边侧快速自愈处置系统，包括：
各电源点连接的出线开关、连接在各出线开关之间的中间开关
以及开关控制模块；
所述开关控制模块与中间开关和出线开关相对应，用于发布和订阅信息，具体用于：各中间开关通过通信网络发布本开关的故障处置信息以及连接的电源信息；订阅本开关两侧相邻开关的故障处置信息及其连接电源信息；
根据本开关两侧连接电源信息确定本开关的拓扑类型；
其中电源信息包括电源标识和电源类型，电源类型包括联通电源和联络电源，联通电源为电源点与开关间形成了电力通路，联络电源为电源点至开关间的传输路径上仅有一个开关在分位；开关的拓扑类型用于标识是否为联络开关；所述联络开关的判断逻辑为开关在分位且两侧有压或是开关在分位且两侧连接有联通电源；
各出线开关通过通信网络订阅电源分闸控制命令和电源合闸控制命令；若某开关被判定为联络开关，则联络开关发起订阅转供合闸命令；
根据获取的本开关两侧相邻开关的故障信息确定故障区，根据各开关的电源信息，制定故障隔离策略与复电优选策略；
根据所述故障隔离策略与复电优选策略，故障区边界开关发布电源分闸控制命令、电源合闸控制命令及转供合闸命令，以使得隔离故障且相应开关执行相应操作完成失电区域恢复供电。
该方法可复用现有至主站间的通信网络（EPON网络、无线网路等），将业务下层到边侧处理，建设成本低，故障处置高效，恢复供电时间短，可有效提升配电网供电可靠性，具有广泛的社会效益。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.配电网故障边侧快速自愈处置方法，其特征在于，包括：
各中间开关通过通信网络发布本开关的故障处置信息及其连接电源信息；各中间开关订阅本开关两侧相邻开关发布的故障处置信息及其连接电源信息；其中电源信息包括电源标识和电源类型，电源类型包括联通电源和联络电源，联通电源为与开关间形成了电力通路的电源，联络电源为至开关间的传输路径上仅有一个开关在分位的电源；
根据本开关两侧连接电源信息确定本开关的拓扑类型；开关的拓扑类型用于标识是否为联络开关；所述联络开关的判断逻辑为开关在分位且两侧有压或是开关在分位且两侧连接有联通电源；
各出线开关通过通信网络订阅电源分闸控制命令和电源合闸控制命令；若某开关被判定为联络开关，则联络开关发起订阅转供合闸命令；
根据获取的本开关两侧相邻开关的故障处置信息确定故障区，根据各开关的电源信息，制定故障隔离策略与复电优选策略；
根据所述故障隔离策略与复电优选策略，故障区边界开关发布电源分闸控制命令、电源合闸控制命令及转供合闸命令，以使得隔离故障且相应开关执行相应操作完成失电区域恢复供电。
2.根据权利要求1所述的配电网故障边侧快速自愈处置方法，其特征在于，根据所述故障隔离策略与复电优选策略，故障区边界开关发布电源分闸控制命令、电源合闸控制命令及转供合闸命令，以使得隔离故障且相应开关执行相应操作完成失电区域恢复供电，具体包括：
当故障区边界连接联通电源的开关为负荷开关时，动态发布电源分闸控制命令以实现远切其外侧连接的联通电源；
当与对应电源点连接的出线开关获取电源分闸控制命令跳闸后，该故障区的负荷开关分闸；
连接联通电源的负荷开关动态发布电源合闸控制命令以实现远合其外侧连接的联通电源，恢复故障上游失电区域恢复供电；
当故障区开关跳闸后，故障区边界开关中仅连接联络电源的开关根据复电优选策略，动态发布转供合闸控制命令；当联络开关获取对应的转供合闸控制命令执行合闸操作完成转供。
3.根据权利要求1所述的配电网故障边侧快速自愈处置方法，其特征在于，根据本开关两侧连接电源信息确定本开关的拓扑类型，包括：各中间开关订阅本开关两侧相邻开关的电源信息，获取本开关两侧连接电源信息；
根据两侧连接电源信息确定本开关的拓扑类型；或者集中识别各开关的拓扑类型，再通过订阅获得本开关的拓扑类型。
4.根据权利要求1所述的配电网故障边侧快速自愈处置方法，其特征在于，通信网络采用光纤网络或无线网络。
5.根据权利要求4所述的配电网故障边侧快速自愈处置方法，其特征在于，所述光纤网络采用GOOSE或MQTT发布订阅模式协议进行传输；当采用MQTT协议传输，部署MQTT Broker服务器进行传输代理。
6.根据权利要求5所述的配电网故障边侧快速自愈处置方法，其特征在于，采用MQTT协议时，电源分闸控制命令和电源合闸控制命令采用“设定主题”或“设定主题+设定内容”进行标识；采用GOOSE协议时，采用“设定组播MAC地址”或“设定组播MAC地址+设定应用数据”。
7.根据权利要求1所述的配电网故障边侧快速自愈处置方法，其特征在于，所述电源信息还包括电源点剩余容量，制定故障隔离与复电优选策略时，故障区边界仅连接有联络电源的开关，其连接的下游失电区域转供时，至少根据待转供负荷大小、联络电源剩余容量和电源优先级信息确定优选转供路径。
8.根据权利要求1所述的配电网故障边侧快速自愈处置方法，其特征在于，若相邻开关掉线，则各中间开关扩大订阅区域，订阅两侧未掉线的开关的故障处置信息以及电源信息。
9.配电网故障边侧快速自愈处置系统，其特征在于，包括：
各电源点连接的出线开关、连接在各出线开关之间的中间开关
以及开关控制模块；
所述开关控制模块与中间开关和出线开关相对应，用于发布和订阅信息，具体用于：各中间开关通过通信网络发布本开关的故障处置信息及其连接电源信息；订阅本开关两侧相邻开关的故障信息与连接电源信息；其中电源信息包括电源标识和电源类型，电源类型包括联通电源和联络电源，联通电源为与开关间形成了电力通路的电源，联络电源为至开关间的传输路径上仅有一个开关在分位的电源；
根据本开关两侧连接电源信息确定本开关的拓扑类型；开关的拓扑类型用于标识是否为联络开关；所述联络开关的判断逻辑为开关在分位且两侧有压或是开关在分位且两侧连接有联通电源；
各出线开关通过通信网络订阅电源分闸控制命令和电源合闸控制命令；若某开关被判定为联络开关，则联络开关发起订阅转供合闸命令；
根据获取的本开关两侧相邻开关的故障处置信息确定故障区，根据故障区内边界开关的连接电源信息，制定故障隔离策略与复电优选策略；
根据所述故障隔离策略与复电优选策略，故障区边界开关发布电源分闸控制命令、电源合闸控制命令及转供合闸命令，以使得隔离故障且相应开关执行相应操作完成失电区域的恢复供电。
10.根据权利要求9所述的配电网故障边侧快速自愈处置系统，其特征在于，通信网络采用光纤网络，所述光纤网络采用GOOSE或MQTT发布订阅模式协议进行传输；当采用MQTT协议传输，所述系统还包括MQTT Broker服务器，用于进行传输代理。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116317143A (zh) * 2023-03-17 2023-06-23 国网湖北省电力有限公司 融合5g短切片通信专网的自愈型配网自动化系统及方法

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