CN117638869A - 一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别方法与系统 - Google Patents

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CN117638869A CN202311397669.4A CN202311397669A CN117638869A CN 117638869 A CN117638869 A CN 117638869A CN 202311397669 A CN202311397669 A CN 202311397669A CN 117638869 A CN117638869 A CN 117638869A
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琚东东
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Abstract

本发明属于电网设备线路识别供电技术领域，涉及一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别方法与系统，包括工频电压畸变调制装置与工频畸变信号识别装置，所述工频电压畸变调制装置连接在高压变压器母线侧，工频畸变电压信号沿着中压线路向低压用户传输，穿透配电变压器到低压用户，工频畸变信号识别装置安装在中压线路、配电变压器、低压用户线路。本发明基于配电网工频电压畸变信号实现的配电网站‑线‑变‑户供电关系的识别，具有独特的工作机理和易实现性，优势在于信号能够直接穿透配电变压器到低压用户侧，具有传播距离远、覆盖全部中低压配电网的优点。

Description

一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别方法与系统
技术领域
本发明属于电网设备线路识别供电技术领域，具体涉及一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别方法与系统。
背景技术
电网由输电、变电、配电及用户环节构成。典型的220/110kV变电站通常有不少于2台的多台变压器向中低压配电网供电，多台变压器10kV供电母线之间通过联络开关连接，在检修或故障时通过联络开关切换供电线路。另一方面，从变电站到低压用户，中间经过配电馈线、开闭站、环网柜、配电变压器及架空/地埋等混合线路，到低压用户侧有时很难区分供电线路的属性，加之配电网改造，用户增减迁移频率较高，配电变压器经常变动，台式、箱式变，电缆地下铺设、线路走向错综复杂，混淆不清。如果前期对配网精细化管理工作考虑较少，造成配网基础资料的缺失，使得配网精细化管理难以落实到位，增加了供电企业的经营风险，同时也影响企业的管理水平和经济效益。
随着电网运检精细化管理越来越受到重视，配电网精细化管理已逐渐成为电力企业一项重要的管理措施。由于配电网从始建初期就存在着先天不足，传统配电网站线变户供电关系采用停电的方式识别，这种方式不仅影响正常供电、效率低，还降低供的可靠性。另外一种脉冲电流法，是目前低压台区用户识别的一种方法。由手持机发出一脉冲电流信号，主机端脉冲电流识别器检测此脉冲电流信号，若收到脉冲电流信号，则说明该用户属于此变压器，否则此用户不属于该变压器。
在中压配电网拓扑识别方面，目前主要的专利技术包括：(1)中国专利申请《一种基于LTE的城市配电系统拓扑识别方法和装置》，申请号：201910509838.6；(2)中国专利申请《一种基于电力线通信的配电网拓扑自动识别方法、装置及系统》，申请号：201910638300.5。在低压配电网拓扑识别方面，主要采用电力线载波和工频通信识别低压配电网拓扑，目前主要的专利技术包括：(1)中国专利申请《一种数字化台区网络自动拓扑识别的方法》，申请号：201910451196.9；(2)中国专利申请《基于边缘计算的配网拓扑识别方法及装置》，申请号：201910546799.7，(3)中国专利申请《一种低压配电台区拓扑识别方法及系统》，申请号：201810737191.8，(4)中国专利申请《基于电力线宽带载波(HPLC)实现的台区拓扑识别系统及方法》，申请号：201810737191.8，(5)中国专利申请《一种低压配电台区电气网络拓扑识别系统及方法》，(6)中国专利申请《一种基于工频载波通信技术的低压配网拓扑自动识别方法及系统》，申请号：201710706444.0。
现有技术对中压配电网拓扑和低压配电网拓扑识别分别进行，两者的拓扑数据无法实现拼接，造成拓扑信息孤岛，没有覆盖变电站供电范围所有的站-线-变-户的供电关系；另外需要基于无线或电力线载波通信采集电网状态信息进行分析实现配电网拓扑的识别，需要采集分析大量的电气量信息进行分析判断，是一种间接的方式，存在一定的误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别方法与系统，无需借助于通信通道的信息交互，直接在中低压电网利用电网工频电压波形本身做为信息传输的载体，实现从中压到低压跨变压器的信号传输，具有传输距离远、抗干扰性能强和易实现性，覆盖变电站供电区域所有中压、低压配电网线路及用户，解决了上述背景技术中提到现有技术中的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别方法与系统，包括工频电压畸变调制装置与工频畸变信号接收装置，所述工频电压畸变调制装置连接在高压变压器母线侧，工频畸变电压信号沿着中压线路向低压用户传输，穿透配电变压器到低压用户，工频畸变信号接收装置安装在中压线路、配电变压器、低压用户线路。
具体的，所述工频畸变信号调制装置安装在待测高压变压器10kV母线侧，所述工频畸变信号接收装置安装在中压10kV线路、配电变压器、低压用户线路，接收下行的工频电压畸变信号，工频畸变信号接收装置识别信号所携带的变压器编码信息。
具体的，所述工频畸变信号调制装置与工频畸变信号接收装置连接于110/10kV变压器供电网络中，所述110/10kV变压器供电网络包括1#变压器与2#变压器，1#变压器与2#变压器通过母线联络开关连接，1#变压器通过10kV线路连接环网柜，调制变压器连接在10kV线路上，环网柜连接于10kV/380V配变，10kV/380V配变连接于低压用户/电表，工频畸变信号调制装置连接在调制变压器上，工频畸变信号接收装置连接在环网柜到10kV/380V配变的线路以及10kV/380V配变到低压用户/电表的线路上。
具体的，所述2#变压器通过10kV线路连接环网柜，环网柜连接于10kV/380V配变，10kV/380V配变连接于低压用户/电表，工频畸变信号调制装置连接在调制变压器上，工频畸变信号接收装置连接在环网柜到10kV/380V配变的线路以及10kV/380V配变到低压用户/电表的线路上。
具体的，所述工频电压畸变调制装置包括电压过零检测电路、工频电压畸变信号调制电路以及控制器，所述电压过零检测电路通过低压压力线连接于调制变压器，调制变压器连接在中压母线上，电压过零检测电路连接控制器，控制器连接工频电压调制电路，工频电压调制电路连接至低压电力线，通过低压电力线回连调制变压器。
具体的，所述工频电压畸变信号接收装置包括电压互感器，电压互感器接收220V电压信号，电压互感器与滤波电路、放大电路、A/D采样电路、MCU主控制器/信号识别电路和工频过零点检测电路依次并联连接。
具体的，所述工频电压调制电路包括晶闸管开关SCR，晶闸管开关SCR串连限流电阻器RC、电感线圈LC并接在220V低压线路上，220V低压电力线路通过变压器T1连接10kV线路。
具体的，所述工频电压畸变调制装置在50Hz工频电压过零点附近产生工频波形畸变来携带信号，以表示要传输的信息，利用两个相邻工频周期波形来表示一位信息，使其中一个工频波形含有调制信号，另一个工频波形不变。
本发明还提供了提供一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别系统在配电网站线中的变户识别方法。
具体的，配电网站线变户关系识别包括如下步骤：
1)开始识别；
2)输入变压器设备编号；
3)发送工频调制信号；
4)接收装置识别；
5)识别失败，返回操作2)重新输入识别；
6)识别成功，识别结束。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
1、本发明基于配电网工频电压畸变信号实现的配电网站-线-变-户供电关系的识别，具有独特的工作机理和易实现性，优势在于信号能够直接穿透配电变压器到低压用户侧，具有传播距离远、覆盖全部中低压配电网的优点；
2、本发明利用电网自身的工频电压波形携带编码信息，无需借助于通信通道的信息交互，直接在中低压电网利用电网工频电压波形本身做为信息传输的载体，微弱畸变信号对电网无影响，相比基于电网电气量采集分析间接识别方法，具有准确度高的优点；
3、本发明只需要1台发送装置安装在变电站，通过调制(隔离)变压器与母线连接，解决了工频畸变电压设备庞大、功率大、使用安装难度大，对电网影响大的难题。极大的简化了系统实施和系统造价，方便灵活使用；
4、本发明具有系统部署灵活，安装使用安全、方便实施、不用停电安装的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明在变压器和中低压配电网供电关系识别系统构成图；
图2为本发明中工频电压畸变信号调制装置构成图；
图3为本发明中工频电压畸变信号接收装置构成图；
图4为本发明中工频电压调制电路构成图；
图5为本发明编码调制的工频畸变脉冲电流信号示意图；
图6为本发明的配电网站线变户关系识别流程图；
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例1，一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别方法与系统，包括工频电压畸变调制装置与工频畸变信号接收装置，所述工频电压畸变调制装置连接在高压变压器母线侧，工频畸变电压信号沿着中压线路向低压用户传输，穿透配电变压器到低压用户，工频畸变信号接收装置安装在中压线路、配电变压器、低压用户线路。
工频电压畸变信号传输是一种特殊的电力线通信技术，具有信号频率低、不串线、可穿透配电变压器远距离传输、使用方便等优点，非常适合配电网电力设备、线路与高压供电变压器识别。应用于分布广泛、使用条件复杂的城乡配电网中设备资产关系校核、供电网络拓扑识别等应用，具有原理简单、安全可靠、经济实用、应用方便的特点。
所述工频畸变信号调制装置安装在待测高压变压器10kV母线侧，所述工频畸变信号接收装置安装在中压10kV线路、配电变压器、低压用户线路，接收下行的工频电压畸变信号，工频畸变信号接收装置识别信号所携带的变压器编码信息。本发明在使用时，在待测高压变压器10kV母线侧安装工频畸变信号调制装置；在中压10kV线路、配电变压器、低压用户线路等安装工频畸变信号接收装置，接收下行的工频电压畸变信号，识别信号所携带的变压器编码信息，从而确定该接收处配电线路、配电变压器、低压用户与待测高压变压器的电气连接关系。
本发明基于配电网工频电压畸变信号可穿透配电变压器传输的特性，在待识别高压变压器中压母线侧安装工频电压畸变信号调制装置，在工频电压过零点时刻通过电力电子开关电路产生波形的微弱畸变来携带信息，工频畸变电压信号沿着中压线路向低压用户传输，穿透配电变压器到低压用户。在中压10kV线路、配电变压器、低压用户线路等安装工频畸变信号接收装置，接收并识别下行的工频电压畸变信号，若收到变电站侧发送的工频畸变下行信号则表明该接收处配电线路、配电变压器、低压用户与该高压变压器有供电电气连接关系，由该台变压器供电。
本系统可以方便、安全、可靠的实现变电站变压器与中低压配电网供电线路、设备及用户供电隶属关系的识别，采用安装接收装置在待验证线路、设备、用户侧接收工频信号就可实现与变电站供电关系的识别，即方便灵活，有安全可靠。
实施例2，如图1所示，实施例1中所述工频畸变信号调制装置与工频畸变信号接收装置连接于110/10kV变压器供电网络中，所述110/10kV变压器供电网络包括1#变压器与2#变压器，1#变压器与2#变压器通过母线联络开关连接，1#变压器通过10kV线路连接环网柜，调制变压器连接在10kV线路上，环网柜连接于10kV/380V配变，10kV/380V配变连接于低压用户/电表，工频畸变信号调制装置连接在调制变压器上，工频畸变信号接收装置连接在环网柜到10kV/380V配变的线路以及10kV/380V配变到低压用户/电表的线路上。
所述2#变压器通过10kV线路连接环网柜，环网柜连接于10kV/380V配变，10kV/380V配变连接于低压用户/电表，工频畸变信号调制装置连接在调制变压器上，工频畸变信号接收装置连接在环网柜到10kV/380V配变的线路以及10kV/380V配变到低压用户/电表的线路上。
配电网是电力系统中从降压变电站(高压变电站)出口到用户端的这一段系统称为配电系统。是由10kV配电线路(电缆)、开闭站、环网柜、配电变压器、隔离开关、无功补偿器及一些附属设施等组成的，在电力网中起重要分配电能作用的网络。考虑到供电可靠性，供电电源一般会由来自不同高压变电站的两路或多路回路供电，同一个高压变电站内也有多台变压器，通过母线联络开关切换。这样用户侧配电变压器与高压变电站供电变压器之间的供电关系可能会发生变化，需要及时明确供电隶属关系，便于管理和维护。
图1为一个典型的110kV变电站，示例了1#、2#两台110/10kV变压器供电网络。2台变压器10kV母线通过联络开关连接，在检修或故障情况下可以闭合开关实现供电关系的转移；中压10kV开闭站/环网柜同样具有转供作用，进线通过开关连接不同高压变电站或不同的变压器供电回路，通过开关切换分配电能保障可靠供电。
本发明提出的识别系统由高压变压器侧1台工频电压畸变调制装置、中压低压线路及用户侧多台工频畸变信号接收装置组成。电网50Hz工频电压沿着电网一次线路从高压-中压-低压传输，利用电网工频电压信号携带高压变压器编码信息，在供电线路及用户侧接收并识别，就可以识别线路及用户与高压变压器供电关系。在高压变压器二次10kV母线侧，工频畸变信号调制装置通过调制变压器与10kV母线连接，调制变压器实现了低压调制电路与10kV高压的隔离，该调制变压器选用普通的三相配电变压器，容量≥100kVA。
实施例3，如图2所示，所述实施例1与实施例2中所述的工频电压畸变调制装置包括电压过零检测电路、工频电压畸变信号调制电路以及控制器，所述电压过零检测电路通过低压压力线连接于调制变压器，调制变压器连接在中压母线上，电压过零检测电路连接控制器，控制器连接工频电压调制电路，工频电压调制电路连接至低压电力线，通过低压电力线回连调制变压器。
工频电压畸变调制装置连接调制变压器低压380V三相电力线路，电压过零检测电路检测工频50Hz电压过零点时刻，控制器控制调制电路在工频50Hz电压过零点时刻调制发送脉冲电流信号，调制的电流信号中携带高压变压器身份号信息，发出的电压畸变信号随工频电压下行传播，为下游畸变信号接收装置介绍并识别。
如图3所示，所述实施例1与实施例2中所述的所述工频电压畸变信号接收装置包括电压互感器，电压互感器接收220V电压信号，电压互感器与滤波电路、放大电路、A/D采样电路、MCU主控制器/信号识别电路和工频过零点检测电路依次并联连接。
取自于10kV线路电压互感器(PT)或低压电网的220V工频电压信号输入到工频电压畸变信号接收装置，经电压变换电路，将220V电压信号转变为5V低电压信号，信号经滤波电路滤出200-800Hz内的工频畸变信号再经过放大电路放大至合适的处理范围，A/D采样电路完成模拟到数字信号的变换，MCU主控制器/信号识别电路进行数字信号处理，识别畸变电压信号，恢复出所携带的发送端高压变压器的ID身份编码信息，完成识别过程，同时MCU主控制器/信号识别电路也能够直接接收工频过零点检测电路发送的零点信号。
实施例4，如图4所示，实施例1-3中所述工频电压调制电路包括晶闸管开关SCR，晶闸管开关SCR串连限流电阻器RC、电感线圈LC并接在220V低压线路上，220V低压电力线路通过变压器T1连接10kV线路。
当晶闸管开关SCR受控制极S在工频电压过零点前△T/2时刻闭合时，产生的调制电流ic将引起一个电压降落，当调制电流ic到达零点时晶闸管自动断开，此时降落了的电压叠加于工频电流波形Ic上，在过零点附近形成一个调制了的工频畸变电流波，通过调整限流电阻器RC、电感线圈LC的参数可以得到所要求的调制信号强度。该调制电流ic由于变电站主变压器线圈漏感的作用，产生电压降叠加在工频电压波形上，使工频电压波形在过零点附近发生畸变，并以电压波形式向下传播。
实施例5，如图5所示，为实施例1-4中工频电压畸变调制装置产生的经过编码和调制了的工频畸变电压信号示意图。所述工频电压畸变调制装置在50Hz工频电压过零点附近产生工频波形畸变来携带信号，以表示要传输的信息，利用两个相邻工频周期波形来表示一位信息，使其中一个工频波形含有调制信号，另一个工频波形不变。
第一个工频周期含有调制信号，表示“1”；第二个工频周期含有调制信号，表示“0”。工频周期T＝20ms，传输1比特信息需要40ms，故传输速率为1/40ms＝25bit/s。
实施例6，一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别方法，为实施例1-5中所述一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别系统在配电网站线中的变户识别方法。
配电网站线变户关系识别包括如下步骤：
1)开始识别；
2)输入变压器设备编号；
3)发送工频调制信号；
4)接收装置识别；
5)识别失败，返回操作2)重新输入识别；
6)识别成功，识别结束。
工频电压畸变调制装置输入接入点变压器设备编码信息，发送调制信号产生工频电压畸变信号；待识别的配电网线路设备侧(开闭站、环网柜、配电变压器及低压用户等)的工频信号畸变接收装置接收畸变电压信号并识别出设备编码信息，根据接收到的变压器编码信息确认该线路或设备与高压变压器的电气连接关系，如未接收到发送的工频畸变信号，则表明该接收线路与发送高压变压器没有电气连接关系，可以重新选择其他高压变压器重新开始识别过程。
本方法基于工频电压畸变信号实现变电站-线路-配变-用户供电关系的识别，技术方法独特、先进，实施简单可靠，工频电压畸变信号作为载体携带变压器设备的编码信息，接收装置接收识别即可判断供电变压器，而无需借助于通信通道的信息交互，简化了系统实施，方便灵活使用。
本说明中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别系统，其特征在于，包括工频电压畸变调制装置与工频畸变信号接收装置，所述工频电压畸变调制装置连接在高压变压器母线侧，工频畸变电压信号沿着中压线路向低压用户传输，穿透配电变压器到低压用户，工频畸变信号接收装置安装在中压线路、配电变压器、低压用户线路。
2.根据权利要求1所述的一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别系统，其特征在于，所述工频畸变信号调制装置安装在待测高压变压器10kV母线侧，所述工频畸变信号接收装置安装在中压10kV线路、配电变压器、低压用户线路，接收下行的工频电压畸变信号，工频畸变信号接收装置识别信号所携带的变压器编码信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别系统，其特征在于，所述工频畸变信号调制装置与工频畸变信号接收装置连接于110/10kV变压器供电网络中，所述110/10kV变压器供电网络包括1#变压器与2#变压器，1#变压器与2#变压器通过母线联络开关连接，1#变压器通过10kV线路连接环网柜，调制变压器连接在10kV线路上，环网柜连接于10kV/380V配变，10kV/380V配变连接于低压用户/电表，工频畸变信号调制装置连接在调制变压器上，工频畸变信号接收装置连接在环网柜到10kV/380V配变的线路以及10kV/380V配变到低压用户/电表的线路上。
4.根据权利要求3所述的一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别系统，其特征在于，所述2#变压器通过10kV线路连接环网柜，环网柜连接于10kV/380V配变，10kV/380V配变连接于低压用户/电表，工频畸变信号调制装置连接在调制变压器上，工频畸变信号接收装置连接在环网柜到10kV/380V配变的线路以及10kV/380V配变到低压用户/电表的线路上。
5.根据权利要求3或4所述的一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别系统，其特征在于，所述工频电压畸变调制装置包括电压过零检测电路、工频电压畸变信号调制电路以及控制器，所述电压过零检测电路通过低压压力线连接于调制变压器，调制变压器连接在中压母线上，电压过零检测电路连接控制器，控制器连接工频电压调制电路，工频电压调制电路连接至低压电力线，通过低压电力线回连调制变压器。
6.根据权利要求3或4所述的一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别系统，其特征在于，所述工频电压畸变信号接收装置包括电压互感器，电压互感器接收220V电压信号，电压互感器与滤波电路、放大电路、A/D采样电路、MCU主控制器/信号识别电路和工频过零点检测电路依次并联连接。
7.根据权利要求5所述的一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别系统，其特征在于，所述工频电压调制电路包括晶闸管开关SCR，晶闸管开关SCR串连限流电阻器RC、电感线圈LC并接在220V低压线路上，220V低压电力线路通过变压器T1连接10kV线路。
8.根据权利要求5所述的一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别系统，其特征在于，所述工频电压畸变调制装置在50Hz工频电压过零点附近产生工频波形畸变来携带信号，以表示要传输的信息，利用两个相邻工频周期波形来表示一位信息，使其中一个工频波形含有调制信号，另一个工频波形不变。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别系统在配电网站线中的变户识别方法。
10.根据权利要求9所述的一种基于工频畸变信号的配电网站线变户识别方法，其特征在于，配电网站线变户关系识别包括如下步骤：
1)开始识别；
2)输入变压器设备编号；
3)发送工频调制信号；
4)接收装置识别；
5)识别失败，返回操作2)重新输入识别；
6)识别成功，识别结束。
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