CN203911593U - 电网拓扑结构识别装置和电网拓扑结构识别系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电网拓扑结构识别装置和电网拓扑结构识别系统。电网拓扑结构识别装置包括：第一开关设备，设置在第一供电线路，用于控制所述第一供电线路的接通或者断开；第二开关设备，设置在第二供电线路，用于控制所述第二供电线路的接通或者断开；第三开关设备，用于连接在所述第一供电线路和所述第二供电线路之间；以及信号接收器，与所述第一供电线路和所述第二供电线路分别相连接，用于根据所述第一供电线路和所述第二供电线路的工频通信信号识别所述第一开关设备、第二开关设备和第三开关设备的状态。通过本实用新型，达到了及时确定配电网中的拓扑结构的效果。

Description

电网拓扑结构识别装置和电网拓扑结构识别系统

技术领域

本实用新型涉及电力通信领域，具体而言，涉及一种电网拓扑结构识别装置和电网拓扑结构识别系统。

背景技术

在主动配电网中，大量的分布式能源需要进行远程监控，集中管理，以使电力系统更稳定，节能效果更好。主动配电网中的分布式电源需要对其电气参数进行测量，以便主动配电网的控制系统能够对分布式电源及储能设备进行合理配置，以达到提高电力系统稳定性，增加新能源的使用、降低线损和节能减排的目的，可见合适的信息传输手段是主动配电网优化运行管理的重要环节。这里的主动配电网是指具有灵活结构的可以主动控制和主动管理的配电系统。

主动配电网监控信息传输可选择的手段主要有：光纤通信、公共无线网络通信、自建专用无线网络通信、电力线载波通信、电力线工频通信等方式。

光纤通信方式通信速率很高、通信性能优良好，但需要敷设光纤线路并在数量庞大的主动配电网监测节点，设备和线路维护成本过于高而难以承担。

无线网络方式受到地理局限较小，但也会存在信号盲区影响监控数据的传输，公共无线网络初期投资小，但需要长期支付通信服务费用，同时其信息安全性没有保证，自建无线网络投资较大，而且电力部门自身进行网络的运行维护存在困难。

以电力线为媒介传输主动配电网的监控信息，具有投资小、不用敷设通信线路、没有服务费用、灵活性强等优势。目前电力线通信主要有电力线载波通信(PLC)和电力线工频通信(TWACS)方式，其中，电力线载波通信只能在同一电压等级传输，中压电力线载波通信存在设备昂贵而且性能较差的缺点。

电力线工频通信通过在电压、电流上叠加微小的畸变信号实现数据传输，由于低频工频畸变信号可穿越变压器，电力线工频通信技术具有能够跨越配电变压器远距离通信的独特优势。然而，目前的电力线工频通信技术都是针对网络结构固定的配电网进行研究，没有考虑不同支线进行切换的问题。在主动配电网中，为了优化运行控制，其线路结构会根据需配网重构的需要进行调整。由于目前配电网的母线的开关一般都是由人工操作完成切换线路的，针对配电网的监控还很少，因此无法及时掌握配电网的拓扑结构。

针对现有技术中无法及时确定配电网的拓扑结构的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种电网拓扑结构识别装置和电网拓扑结构识别系统，以解决无法及时掌握配电网的拓扑结构的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种电网拓扑结构识别装置。该电网拓扑结构识别装置用于采用工频通信的主动配电网，根据本实用新型的电网拓扑结构识别装置包括：第一开关设备，设置在第一供电线路，用于控制所述第一供电线路的接通或者断开，其中，所述第一供电线路为所述主动配电网中的供电线路；第二开关设备，设置在第二供电线路，用于控制所述第二供电线路的接通或者断开，其中，所述第二供电线路为所述主动配电网中的供电线路；第三开关设备，用于连接在所述第一供电线路和所述第二供电线路之间；以及信号接收器，与所述第一供电线路和所述第二供电线路分别相连接，用于根据所述第一供电线路和所述第二供电线路的工频通信信号识别所述第一开关设备、第二开关设备和第三开关设备的状态。

进一步地，所述信号接收器包括：第一解调单元，设置在所述第一供电线路上，用于接收所述第一供电线路上的工频通信信号；第二解调单元，设置在所述第二供电线路上，用于接收所述第二供电线路上的工频通信信号。

进一步地，电网拓扑结构识别装置还包括：第四开关设备，设置在第三供电线路，用于控制所述第三供电线路的接通或者断开，其中，所述第三供电线路为所述主动配电网中的供电线路；第五开关设备，连接在所述第一供电线路和所述第三供电线路之间；第六开关设备，连接在所述第二供电线路和所述第三供电线路之间，其中，所述信号接收器还用于根据所述第一供电线路、所述第二供电线路和所述第三供电线路的工频通信信号识别所述第一开关设备、第二开关设备、第三开关设备、第四开关设备、第五开关设备、第六开关设备的状态。

进一步地，所述信号接收器还包括：第三解调单元，设置在所述第三供电线路上，用于接收所述第三供电线路上的工频通信信号。

进一步地，所述主动配电网包括多个供电线路，所述信号接收器还包括多个解调单元，其中，在每一条供电线路上均设置有一个解调单元。

为了实现上述目的，根据本实用新型的另一方面，提供了一种电网拓扑结构识别系统，该电网拓扑结构识别系统用于采用工频通信的主动配电网。根据本实用新型的电网拓扑结构识别系统包括：上述的电网拓扑结构识别装置，该电网拓扑结构识别装置包括信号接收器；以及终端设备，通过主动配电网中的供电线路与所述信号接收器相连接，用于通过所述供电线路向所述信号接收器发送通信信号。

进一步地，所述供电线路包括多条供电线路，所述终端设备包括多个终端设备，其中，所述多条供电线路中的每一条供电线路上连接有一个终端设备。

进一步地，所述信号接收器包括多个解调单元，其中，所述多条供电线路中的每一条供电线路上设置有一个解调单元。

根据本实用新型，通过在第一供电线路上、第二供电线路上和第一供电线路与第二供电线路之间依次设置第一开关设备、第二开关设备和第三开关设备，利用信号接收器接收的工频通信信号来识别第一开关设备、第二开关设备和第三开关设备的状态，从该状态中得到第一供电线路和第二供电线路在电网中的拓扑结构，从而解决了无法及时确定配电网的拓扑结构的问题，达到了及时确定配电网中的拓扑结构的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的电网拓扑结构识别装置的示意图；以及

图2是根据本实用新型实施例优选的电网拓扑结构识别装置的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实用新型实施例提供了一种电网拓扑结构识别装置，该电网拓扑结构识别装置用于采用工频通信的主动配电网。

图1是根据本实用新型实施例的电网拓扑结构识别装置的示意图。如图1所示，电网拓扑结构识别装置包括：第一开关设备#1、第二开关设备#2、第三开关设备#3和信号接收器10。

第一开关设备#1设置在第一供电线路L1，该第一开关设备#1用于控制第一供电线路L1的接通或者断开，其中，第一供电线路L1为主动配电网中的供电线路。

第二开关设备#2设置在第二供电线路L2，该第二开关设备#2用于控制第二供电线路L2的接通或者断开，其中，第二供电线路L2为主动配电网中的供电线路。

第三开关设备#3用于连接在第一供电线路L1和第二供电线路L2之间。

信号接收器10与第一供电线路L1和第二供电线路L2分别相连接，用于根据第一供电线路L1和第二供电线路L2的工频通信信号识别第一开关设备#1、第二开关设备#2和第三开关设备#3的状态。

由于在采用工频通信的主动配电网中，通信信号通过电力线即供电线路进行通信，信号接收器通过供电线路接收工频通信终端设备所发出的上行通信信号，当配电网重构时，信号接收器接收到的信号会随着供电线路变化而变化。其中，第一开关设备#1、第二开关设备#2和第三开关设备#3的状态包括接通和断开，信号接收器10通过识别接收到的工频通信信号的来源来识别第一开关设备#1、第二开关设备#2和第三开关设备#3的状态，基于第一开关设备#1、第二开关设备#2和第三开关设备#3的状态即可得出第一供电线路L1和第二供电线路L2在电网中的拓扑结构。

根据本实用新型实施例，通过在第一供电线路上、第二供电线路上和第一供电线路与第二供电线路之间依次设置第一开关设备、第二开关设备和第三开关设备，利用信号接收器接收的工频通信信号来识别第一开关设备、第二开关设备和第三开关设备的状态，从该状态中得到第一供电线路和第二供电线路在电网中的拓扑结构，从而解决了无法及时确定配电网的拓扑结构的问题，达到了及时确定配电网中的拓扑结构的效果。

如图2所示，信号接收器10包括第一解调单元101和第二解调单元102。第一解调单元101设置在第一供电线路L1上，用于接收第一供电线路L1上的工频通信信号。第二解调单元102设置在第二供电线路L2上，用于接收第二供电线路L2上的工频通信信号。

由于目前的电力线工频通信技术都是针对网络结构固定的配电网进行研究，没有考虑不同支线进行切换的问题，在主动配电网中，为了优化运行控制，其线路结构会根据需配网重构的需要进行调整。基于这点，本实用新型实施例可以在设计各终端上行工频通信调制编码时，结合了线路切换的情况，一方面能够当主动配电网进行重构调整时保证传输信号互不影响，同时还可以根据上行接收路径为配电网拓扑辨识提供基础。

在工频通信上行信号传输时，每位数据信息对应4个工频周期，根据正交编码方式可实现6路上行信号的并行传输，当M路上行信号传输时(M最大为6)，4个工频周期内的采样电流可表示为：

$I\left(t\right)=I_s\left(t\right)+\underset{i=0}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{ki}}{I}_{\mathrm{kp}}(t+i\frac{T}{2})$

其中，I_kp(t)为第k路电流畸变信号，c_ki为该路信号在第i个电压过零点的调制编码，由于各路信号的调制编码相互正交；b_ji为对j路信号在第i电压过零点的检测向量，调制编码与检测向量之间具有如下关系：

$\underset{i=0}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{b}_{\mathrm{ji}}{a}_{\mathrm{ki}}=\left\{\begin{array}{c}\±4,j=k\\ 0,j\≠k\end{array}\right.$

这样，第j路检测输出的正负由该路数据信息“1”、“0”的调制编码决定，而其他路调制编码的检测输出接近零，这样，根据电流信号的采样值，按照每路上行信号各自的检测向量就能形成几乎互不影响的加权输出。

在本实用新型实施例中，根据主动配电网的结构情况，每条10KV支线上的各用户终端都配置相应的设备地址，根据配电网中线路切换的情况，将相同地址编号的终端配置不同的调制编码，这样当子站根据地址编码轮训呼叫终端时，即使主动配电网重构出现多个相同地址编号的终端位于同一10KV支线，只要数量不超过6台，各路上行畸变电流由于调制编码正交而不会相互影响，由于线路切换基本出现在相邻的线路，只要合理分配地址编号与调制编码，上行工频通信就能够适应主动配电网进行重构的调整情况。

在本实用新型实施例中，为了通过上行工频通信辨识配电网拓扑结构，畸变电流的接收采用各10KV支线单独解调方式进行，每条支线的CT侧都配置上行解调单元。

当位于配电变压器低压侧的终端向子站发送电流畸变信号时，所有的上行解调单元同时进行接收，上行工频通信通过电流畸变实现，每台终端台只能够在1台上行解调单元能够得到接收；所以通过区分上行数据来自的解调单元能够确定各终端所在的10KV支线，为主动配电网的网络拓扑辨识提供基础。

下面就以一个例子来分析如何通过工频通信进行配网拓扑结构的获得，如图2所示，配电变压器低压侧装有工频通信终端设备(该通信线路上包括可控硅，用于可能控制通信线路的接通或者断开)，变电所安装有子站设备，变电所10KV母线有两条10KV线路，一个为线路L1，一个为线路L2，有三个用来切换供电线路的开关设备：第一开关设备#1、第二开关设备#2和第三开关设备#3。

若第一开关设备#1和第二开关设备#2闭合，第三开关设备#3断开，则工频通信终端设备所发出的上行通信信号会被上行解调单元即第二解调单元102收到，第一解调单元101收不到信号。若第一开关设备#1和第三开关设备#3闭合，第二开关设备#2断开，则工频通信终端设备所发出的上行通信信号会被第一解调单元101收到，第二解调单元102收不到信号。

反过来在这种配网结构下，若上行通信解调单元1收到了该终端的上行通信信号，则说明第一开关设备#1和第三开关设备#3闭合，第二开关设备#2断开。若第二解调单元102收到了该终端的上行通信信号，则说明第一开关设备#1和第二开关设备#2闭合，第三开关设备#3断开。这样就可以通过上行通信解调单元收到信号的情况来判断开关的闭合情况，以此来推出配网拓扑结构。

优选地，电网拓扑结构识别装置还包括：第四开关设备，设置在第三供电线路，用于控制第三供电线路的接通或者断开，其中，第三供电线路为主动配电网中的供电线路；第五开关设备，连接在第一供电线路和第三供电线路之间；第六开关设备，连接在第二供电线路和第三供电线路之间，其中，信号接收器还用于根据第一供电线路、第二供电线路和第三供电线路的工频通信信号识别第一开关设备、第二开关设备、第三开关设备、第四开关设备、第五开关设备、第六开关设备的状态。

当供电线路存在第三供电线路时，则本实用新型实施例的电网拓扑结构识别装置还包括第四开关设备，设置在第三供电线路上，其中，在第一供电线路与第三供电线路之间以及第二供电线路与第三供电线路之间均相应地设置有开关设备，信号接收器根据接收到的信号确定每一个开关设备的状态，在基于该状态确定电网的拓扑结构。

进一步地，信号接收器还包括：第三解调单元，设置在第三供电线路上，用于接收第三供电线路上的工频通信信号。

第三解调单元的用途同上述实施例中的第一解调单元和第二解调单元，这里不做赘述。

优选地，主动配电网包括多个供电线路，信号接收器还包括多个解调单元，其中，在每一条供电线路上均设置有一个解调单元。

在每一条供电线路上均设置有解调单元，通过确定解调单元是否接受到上行通信信号来识别电网拓扑结构，具体地，多条供电线路的基本原理与上述实施例中提到的第一供电线路和第二供电线路的原理相同，这里不做赘述。

根据本实用新型实施例，还提供了一种电网拓扑结构识别系统。该系统可以采用本实用新型实施例的电网拓扑结构识别装置，当然，本实用新型实施例的电网拓扑结构识别装置也可以用于本实用新型实施例的电网拓扑结构识别系统。

本实用新型实施例的用于采用工频通信的主配电网中，电网拓扑结构识别系统包括：电网拓扑结构识别装置和终端设备。其中，电网拓扑结构识别装置包括信号接收器。信号接收器可以是本实用新型实施例中提供的信号接收器。终端设备通过主动配电网中的供电线路与信号接收器相连接，用于通过供电线路向信号接收器发送通信信号。

通过终端设备发送上行通信信号，信号接收器根据接收到信号确定各供电线路的接通和断开状态，从而确定电网供电线路拓扑结构。

具体地，信号接收器包括多个解调单元，其中，多条供电线路中的每一条供电线路上设置有一个解调单元。通过接收到信号的解调单元来识别线路的通断状态。

优选地，供电线路包括多条供电线路，终端设备包括多个终端设备，其中，多条供电线路中的每一条供电线路上连接有一个终端设备。

本实用新型实施例中，主动配电网中要进行潮流计算就要对配电网的拓扑结构进行掌握，目前配电网的母线的开关一般都是由人工操作完成切换线路的，针对配电网的监控还很少。如果在配电网中装设工频通信设备后可以通过子站设备对终端设备的上行信号所在支路进行判断，最终可以确定线路开关的闭合情况，可以方便后台程序进行潮流计算，使得整个系统能够更快的对配电网的变化做出响应。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电网拓扑结构识别装置，其特征在于，该电网拓扑结构识别装置用于采用工频通信的主动配电网，所述电网拓扑结构识别装置包括：

第一开关设备，设置在第一供电线路，用于控制所述第一供电线路的接通或者断开，其中，所述第一供电线路为所述主动配电网中的供电线路；

第二开关设备，设置在第二供电线路，用于控制所述第二供电线路的接通或者断开，其中，所述第二供电线路为所述主动配电网中的供电线路；

第三开关设备，用于连接在所述第一供电线路和所述第二供电线路之间；以及

信号接收器，与所述第一供电线路和所述第二供电线路分别相连接，用于根据所述第一供电线路和所述第二供电线路的工频通信信号识别所述第一开关设备、第二开关设备和第三开关设备的状态。

2.根据权利要求1所述的电网拓扑结构识别装置，其特征在于，所述信号接收器包括：

第一解调单元，设置在所述第一供电线路上，用于接收所述第一供电线路上的工频通信信号；

第二解调单元，设置在所述第二供电线路上，用于接收所述第二供电线路上的工频通信信号。

3.根据权利要求2所述的电网拓扑结构识别装置，其特征在于，电网拓扑结构识别装置还包括：

第四开关设备，设置在第三供电线路，用于控制所述第三供电线路的接通或者断开，其中，所述第三供电线路为所述主动配电网中的供电线路；

第五开关设备，连接在所述第一供电线路和所述第三供电线路之间；

第六开关设备，连接在所述第二供电线路和所述第三供电线路之间，

其中，所述信号接收器还用于根据所述第一供电线路、所述第二供电线路和所述第三供电线路的工频通信信号识别所述第一开关设备、第二开关设备、第三开关设备、第四开关设备、第五开关设备、第六开关设备的状态。

4.根据权利要求3所述的电网拓扑结构识别装置，其特征在于，所述信号接收器还包括：

第三解调单元，设置在所述第三供电线路上，用于接收所述第三供电线路上的工频通信信号。

5.根据权利要求4所述的电网拓扑结构识别装置，其特征在于，所述主动配电网包括多个供电线路，所述信号接收器还包括多个解调单元，其中，在每一条供电线路上均设置有一个解调单元。

6.一种电网拓扑结构识别系统，其特征在于，该电网拓扑结构识别系统用于采用工频通信的主动配电网，所述电网拓扑结构识别系统包括：

权利要求1至5中任一项所述的电网拓扑结构识别装置，该电网拓扑结构识别装置包括信号接收器；以及

终端设备，通过主动配电网中的供电线路与所述信号接收器相连接，用于通过所述供电线路向所述信号接收器发送通信信号。

7.根据权利要求6所述的电网拓扑结构识别系统，其特征在于，所述供电线路包括多条供电线路，所述终端设备包括多个终端设备，其中，所述多条供电线路中的每一条供电线路上连接有一个终端设备。

8.根据权利要求7所述的电网拓扑结构识别系统，其特征在于，所述信号接收器包括多个解调单元，其中，所述多条供电线路中的每一条供电线路上设置有一个解调单元。