基于脉冲特征电流信号的低压配电网拓扑识别系统的制作方法

本发明专利涉及一种配电网拓扑结构识别系统，特别是一种基于脉冲电流特征信号的低压配电网拓扑识别系统。

背景技术：

随着泛电力物联网的发展与用户对电能质量要求的不断提高，如何提高配电网供电可靠性和生产管理水平成为电力行业面前的一大难题。实现营销与运维业务系统之间的数据共享和综合利用成为了解决这一难题的有效途径。而这其中的基础工作即为建立“配-线-户”之间的拓扑关系，完善低压设备的台账信息，提高电力公司各部门的信息共享程度，进而提高供电可靠性与配网运维管理水平。

在一定意义上，低压配电网拓扑关系是指的从配电变压器的低压侧出线→低压开关柜→各支路总开关→各用户接入点之间的拓扑关系。很多老旧小区由于管理与线路改造的原因，导致配电变压器出线到用户之间的拓扑关系存在不清楚或不正确，缺少相应标识牌或标识牌字迹不清的现象，这都对低压配电网拓扑关系的建立造成了一定的困难。

另外，对已知拓扑结构的低压配电网，及时监测供电网拓扑结构的变化情况也是电网运维管理的重要方面。

技术实现要素：

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种便于建立低压配电网明确的拓扑关系的基于脉冲特征电流信号的低压配电网拓扑识别系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：基于脉冲特征电流信号的低压配电网拓扑识别系统,低压配电网包括一个低压进线开关层、一个低压出线开关层、多个分支线开关层和一个计量箱用户开关层；在所述低压进线开关层安装有一个总线电流集中控制器；在所述低压出线开关层安装有多个与低压出线开关一一对应的支路电流检测器，在所述分支线开关层安装有多个与分支线开关一一对应的支路电流检测器，在所述计量箱用户开关层安装有多个与计量箱开关一一对应的支路电流检测器和与用户末端一一对应的脉冲特征电流发生器；所述总线电流集中控制器、所述支路电流检测器和所述脉冲特征电流发生器均配置有用于电力载波通信的载波通信模块，所述支路电流检测器和所述脉冲特征电流发生器均设置有地址编码并写入所述总线电流集中控制器中。

作为一种优选的技术方案，所述计量箱用户开关层的计量箱开关出线端安装支路电流检测器，所述计量箱用户开关层的用户末端安装所述脉冲特征电流发生器。

作为一种优选的技术方案，所述脉冲特征电流发生器包括电力载波通信模块，所述电力载波通信模块连接有嵌入式单片机控制系统，所述嵌入式单片机控制系统连接有igbt阻抗负载线路，所述igbt阻抗负载线路连接有ac220v待检支路。

作为一种优选的技术方案，所述脉冲特征电流发生器产生的脉冲电流幅值为0.1～20a，脉冲宽度0.01～10ms，在每个工频周期内定时同步发送脉冲数为1～1000个。

作为一种优选的技术方案，所述支路电流检测器包括开闭式0.5s级电流互感器和脉冲滤波器。

作为一种优选的技术方案，所述总线电流集中控制器包括嵌入式控制模块、载波通信模块和总线电流检测模块。

作为一种优选的技术方案，所述支路电流检测器包括嵌入式控制模块、支路电流检测模块和载波通信模块。

由于采用了上述技术方案，基于脉冲特征电流信号的低压配电网拓扑识别系统,低压配电网包括一个低压进线开关层、一个低压出线开关层、多个分支线开关层和一个计量箱用户开关层；在所述低压进线开关层安装有一个总线电流集中控制器；在所述低压出线开关层安装有多个与低压出线开关一一对应的支路电流检测器，在所述分支线开关层安装有多个与分支线开关一一对应的支路电流检测器，在所述计量箱用户开关层安装有多个与计量箱开关一一对应的支路电流检测器和与用户末端一一对应的脉冲特征电流发生器；所述总线电流集中控制器、所述支路电流检测器和所述脉冲特征电流发生器均配置有用于电力载波通信的载波通信模块，所述支路电流检测器和所述脉冲特征电流发生器均设置有地址编码并写入所述总线电流集中控制器中；在不改变原有线路的基础上，通过在总开关处安装总线电流集中控制器、各支路与配电网用户末端分别安装支路电流检测器与脉冲特征电流发生器的方式，获得低压配电网拓扑结构，并能够实时在线监测配电网拓扑结构的变化，实现对低压网拓扑结构的实时监测与上报，有利于提高供电可靠性与电网运维管理水平。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例的电路结构示意图；

图2是本发明实施例的脉冲特征电流信号发生器组成框图；

图中：11-低压进线开关；12-低压出线开关；13-分支线开关；14-计量箱开关。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，基于脉冲特征电流信号的低压配电网拓扑识别系统,低压配电网包括一个低压进线开关层、一个低压出线开关层、多个分支线开关层和一个计量箱用户开关层；在所述低压进线开关层安装有一个总线电流集中控制器,总线电流集中控制器与低压进线开关11的进线端连接；在所述低压出线开关层安装有多个与低压出线开关12一一对应的支路电流检测器，在所述分支线开关层安装有多个与分支线开关13一一对应的支路电流检测器，在所述计量箱用户开关层安装有多个与计量箱开关14一一对应的支路电流检测器和与用户末端一一对应的脉冲特征电流发生器；所述总线电流集中控制器、所述支路电流检测器和所述脉冲特征电流发生器均配置有用于电力载波通信的载波通信模块，所述支路电流检测器和所述脉冲特征电流发生器均设置有地址编码并写入所述总线电流集中控制器中。

所述计量箱用户开关层的计量箱开关14出线端安装支路电流检测器，所述计量箱用户开关层的用户末端安装所述脉冲特征电流发生器。如图2所示，所述脉冲特征电流发生器包括电力载波通信模块，所述电力载波通信模块连接有嵌入式单片机控制系统，所述嵌入式单片机控制系统连接有igbt阻抗负载线路，所述igbt阻抗负载线路连接有ac220v待检支路。所述脉冲特征电流发生器产生的脉冲电流幅值为0.1～20a，脉冲宽度0.01～10ms，在每个工频周期内定时同步发送脉冲数为1～1000个。

所述支路电流检测器包括开闭式0.5s级电流互感器和脉冲滤波器。所述总线电流集中控制器包括嵌入式控制模块、载波通信模块和总线电流检测模块。所述支路电流检测器包括嵌入式控制模块、支路电流检测模块和载波通信模块。

用户变压器低压输出无论是单相还是三相都是经过一级或多级开关控制，以开关为分界线，若设定连接负载的末端支路为n层，按控制开关层级分，低压供电网络拓扑结构可分为k0、k1、k2、k3、k4……kn-1层，每个开关下可连接一条或多条供电支路。为了说明本发明的原理，将低压供拓扑结构分为四层结构为例进行说明，即低压进线开关层、低压出线开关层、分支线开关层和计量箱用户开关层。

本基于脉冲特征电流信号的低压配电网拓扑识别系统具有下述特点：

1、在各部件具备电力载波通信的条件下，在低压进线开关层的低压进线开关11的进线端安装总线电流集中控制器；低压出线开关层的低压出线开关12的进线端安装支路电流检测器，分支线开关层的分支线开关13出线端安装支路电流检测器；计量箱用户开关层的计量箱开关14的出线端安装支路电流检测器；在配电网用户末端安装脉冲特征电流发生器。

2、配电网末端支路安装的容易识别的脉冲特征电流发生器，在相线与零线间产生容易识别的脉冲特征电流，该特征电流包括工频电流的幅值、相位和工频波形畸变的变化特征；脉冲特征电流发生器由嵌入式单片机控制系统、电力载波通信模块、igbt模块与负载阻抗组成；

3、脉冲特征电流发生器具有嵌入式控制结构与载波通信功能，且该电流发生器的开闭受控于总线电流集中控制器；

4、该脉冲特征电流发生器产生的脉冲电流幅值为0.1～20a，脉冲宽度0.01～10ms，在每个工频周期内发送脉冲数为1～1000个；

5、总线电流集中控制器、各支路电流检测器与配电网末端脉冲特征电流发生器均配置载波通信模块，通过台区的供电线路进行电力载波通信；

6、支路电流检测器由开闭式0.5s级电流互感器与脉冲滤波器组成，能检测该支路除工频电流以外特征电流的脉冲数、幅值与脉冲宽度；

7、各支路安装的支路电流检测器与配电网末端脉冲特征电流发生器均具有明确的地址编码。

总线电流集中控制器向配电网末端脉冲特征电流发生器发出开通的指令后，逐一检测各支路电流检测器是否有脉冲特征电流流过该支路，将所有末端脉冲特征电流发生器分时逐一启动后，通过对脉冲特征电流流过的支路数据的采集，利用逻辑关系确定供电网拓扑结构。

在不改变原有线路的基础上，通过在总开关处安装总线电流集中控制器，各支路与配电网末端分别安装支路电流检测器与脉冲特征电流发生器的方式，获得低压配电网拓扑结构，并能够实时在线监测配电网拓扑结构的变化，实现对低压网拓扑结构的实时监测与上报，有利于提高供电可靠性与电网运维管理水平。

所述总线电流集中控制器、支路电流检测器和脉冲特征电流发生器都具有在线安装功能。

基于脉冲特征电流信号的低压配电网拓扑识别系统的识别方法，包括下述步骤：

步骤一，总线电流集中控制器向一个用户末端的脉冲特征电流发生器发出开通指令，各支路电流检测器实时监测本支路电流状态信息，通过自带的载波通信模块将本支路的电流信息上传至总线电流集中控制器；

步骤二，总线电流集中控制器感知到本支路的支路电流检测器有脉冲特征电流流过，记录流经脉冲特征电流的各支路电流检测器的地址码；再逐一分时依次向其他用户末端的脉冲特征电流发生器发送开通指令；

步骤三，总线电流集中控制器根据脉冲特征电流发生器和特征电流流经的支路电流检测器的地址码，经过逻辑计算从而得到相应供电台区的拓扑结构和各支路变动情况，完成台区拓扑在线识别和监测。

以图1为例说明在线电流识别和监测原理。总线开关k0进线端的总线电流集中控制器向用户支路k41的脉冲特征电流发生器发出开通指令，各支路电流检测器实时监测本支路电流状态信息，通过自带的载波通信模块将本支路的电流信息上传至总线电流集中控制器，总线电流集中控制器感知到k11、k21、k31的支路电流检测器有脉冲特征电流流过，记录流经脉冲特征电流的各支路电流检测器的地址码；再逐一分时依次向k42～k46的脉冲特征电流发生器发送开通指令。总线电流集中控制器根据脉冲特征电流发生器和特征电流流经的支路电流检测器的地址码，经过逻辑计算从而得到相应供电台区的拓扑结构和各支路变动情况，完成台区拓扑在线识别和监测。

对于未知供电拓扑结构的台区，可先在线安装总线电流集中控制器、支路电流检测器和末端用户层脉冲特征电流发生器，从配电网末端支路开始，并逐一循环开通各支路，通过各级开关的配合，根据逻辑关系就可确认目前供电网络拓扑结构。

用于总线数据采集的总线电流集中控制器、支路检测器和支路特征电流发生器均采用多功能开闭式组合互感器(专利申请号：201910981923.2)，不仅能容易安装电流互感器又可方便穿刺绝缘取电，只有零线需要引线接入。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。