低压配电台区网络拓扑的识别装置的制作方法

本发明涉及信息处理领域，特别涉及低压配电台区网络拓扑的识别装置。

背景技术：

在电力系统中，台区是指(一台)变压器的供电范围或区域。低压配电台区即低压变压器的供电范围或区域。

请参见图1，低压配电台区在拓扑结构上分为如下等级：

第一级—低压变压器，在低压变压器旁边会配备智能配变终端以监测低压变压器的数据(电压、电流等)；第二级—分支箱，上述低压变压器与若干分支箱相连，各分支箱之间为并列关系；第三级—智能电表箱单元，每一分支箱会出abc三相，每一相下会连接若干智能电表箱单元；第四级—电表，每一智能电表箱单元下会连接若干电表。

低压配电台区具有点多面广、现场环境复杂多样，所带户表数量多，数据量大，低压配网负荷(例如充电桩等)不断增加，分布式电源不断接入的现状特点。因此，低压配电台区的拓扑结构是会动态变化的。

配电网中，实现台区分布智能化监控的前提是已知台区拓扑结构，因此，如何识别低压配电台区的拓扑结构成为目前研究的热门。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供低压配电台区网络拓扑的识别装置，以实现自动识别低压配电台区的拓扑结构。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种低压配电台区网络拓扑的识别装置，所述识别装置安装于所述低压配电台区的智能配变终端、分支箱或智能电表箱单元中；

所述识别装置至少包括微控制单元mcu和载波通信模块；

其中，载波通信模块用于：在所述mcu的控制下，发送电力载波信号或接收电力载波信号；其中，所述电力载波信号包括问询信号和应答信号；所述发送电力载波信号包括：生成并发送问询信号，向其他识别装置转发问询信号，基于接收到的问询信号生成并返回应答信号，转发来自其他识别装置的应答信号中的至少一种；

安装于所述智能电表箱单元中的mcu至少用于：控制载波通信模块对接收到的问询信号进行应答；

安装于所述分支箱中的mcu至少用于：

控制载波通信模块在abc三相分别发送生成的问询信号，或者，控制所述载波通信模块在abc三相分别转发问询信号；其中，处于任一相别的智能电表箱单元无法接收到其他相别的问询信号并予以应答；

根据在各相接收到的、来自智能电表箱单元的应答信号的信噪比，确定所述分支箱各相所连接的智能电表箱单元，得到相别信息；所述相别信息包括所述分支箱在每一相所连接的智能电表箱单元；

向安装于所述智能配变终端中的mcu发送自身的相别信息；

安装于所述智能配变终端中的mcu用于：

获取所述低压配电台区中低压变压器与分支箱之间的第一连接关系；

获取所述低压配电台区中各智能电表箱单元与电表之间的第二连接关系；

根据所述第一连接关系、所述相别信息和所述第二连接关系，整合得到所述低压配电台区的网络拓扑结构。

在本发明实施例中，在台区内的智能配变终端、分支箱和智能电表箱单元中分别安装识别装置。其中，分支箱内的识别装置可通过电力载波信号的信噪比来确定本分支箱的相别信息(相别信息包括该分支箱在abc三相所连接的智能电表箱单元)，并将自身的相别信息上传到智能配变终端处的识别装置。智能配变终端处的识别装置还可获取低压配电台区中低压变压器与分支箱之间的第一连接关系、各智能电表箱单元与电表之间的第二连接关系，将上述第一连接关系、第二连接关系和相别信息进行汇总，可得到低压配电台区的网络拓扑结构，从而达到自动识别低压配电台区的拓扑结构。

附图说明

图1为本发明实施例提供的低压配电台区网络拓扑示意图；

图2为本发明实施例提供的识别装置安装位置示意图；

图3和4为本发明实施例提供的识别装置的示例性结构图；

图5为本发明实施例提供的第二连接关系获取示意图；

图6为本发明实施例提供的获取相别信息的示例性流程图；

图7、图9为本发明实施例提供的应答信号传输示意图；

图8为本发明实施例提供的获取第一连接关系的示例性流程图；

图10为本发明实施例提供的网络拓扑识别方法的示例性流程图。

具体实施方式

本发明提供低压配电台区网络拓扑的识别装置，以实现自动识别低压配电台区的拓扑结构。

请参见图2，识别装置可安装于低压配电台区的智能配变终端、分支箱或智能电表箱单元中。其中，由安装于智能配变终端的识别装置整合低压配电台区中其他识别装置上传的数据，得到低压配电台区的网络拓扑结构。

请参见图3和图4，上述识别装置示例性得可至少包括：微控制单元(mcu)1和载波通信模块2。

其中，载波通信模块2可用于：在mcu1的控制下，发送电力载波信号或接收电力载波信号。

具体的，电力载波信号可包括问询信号和应答信号。则上述“发送电力载波信号”可进一步包括下述一种或多种：

生成并发送问询信号；

向其他识别装置转发问询信号；

基于接收到的问询信号生成并返回应答信号(也即应答)；

转发来自其他识别装置的应答信号中的至少一种。

结合图2，安装于智能配变终端或分支箱中的识别装置可生成问询信号，并向其他识别装置发送问询信号。

分支箱中的识别装置可接收其他识别装置发送的问询信号，对其进行应答，此外，也可转发接收到的问询信号或应答信号。

而智能电表箱单元中的识别装置只可应答，也即，智能电表箱单元中的mcu至可控制载波通信模块对接收到的问询信号进行应答，无法生成或转发问询信号。

在本发明其他实施例中，仍请参见图3和图4，上述识别装置还可包括无线通信模块3。无线通信模块3可通过自动组网技术与其他识别装置(的无线通信模块)主动组建通信网络，自主协商通信信道类型和频点，以实现信息自动中继和传输。

无线通信模块3具体可采用gprs通信、光纤通信等通信技术。

载波通信模块2、无线通信模块3与mcu1连接，实现模块间的相互通信，完成本地通信与远程通信。

同时拥有无线通信模块3与载波通信模块2的识别装置，可采用双模通信(载波通信与无线通信)的模式，这种模式可规避载波易受干扰，以及无线通信存在盲点的问题，实现通信信号全覆盖。可根据不同运行环境，灵活切换通信方式，提高了通信可靠性。

在本发明其他实施例中，仍请参见图3和图4，上述识别装置还可包括：电池电源和电源转换模组4，其中：

电源转换模组4可将电池电源转换为识别装置内各器件所需电压等级的电源。

具体的，电源转换模组4可与上述载波通信模块2、无线通信模块3、mcu1进行连接，为这些模块提供对等电压等级的电压，最终实现为整个识别装置供电的功能。

此外，上述识别装置还可包括电池电源管理模组5，电池电源管理模组5与电池电源和电源转换模组4相连接，在电源管理模组6内集成有必要的电池管理系统，可为电池电源提供充电管理、电量监测、过充、过放、短路保护等服务。

进一步的，电池电源管理模组5还具有充电接口。

在本发明其他实施例中，可采用双电源供电模式，即使用外部等级电压(电池电源)与智能配电终端并行为识别装置供电。可选取电池电源供电及后备电源(例如超级电容)两种供电方式。可使用上述充电接口为后备电源充电，充电方式可为有线充电或无线充电。

此外，上述识别装置还可包括电压监测模块6，用于实时监控台区内正常、异常、停电这三种工作状态。

至于mcu1，其是识别装置的核心，可对前述提及的各个器件进行管理，例如，模组管理、任务管理、资源调度和通信管理等。

下面介绍本发明所提供技术方案的核心思想：

请参见图2，低压配电台区在拓扑结构上分为四个等级：

第一级—低压变压器，在低压变压器旁边会配备智能配变终端以监测低压变压器的数据(电压、电流等)；

第二级—分支箱，上述低压变压器与若干分支箱相连，各分支箱之间为并列关系；

第三级—智能电表箱单元，每一分支箱会出abc三相，每一相下连接若干智能电表箱单元；

第四级—电表，每一智能电表箱单元下连接若干电表。

若获取了低压变压器与分支箱之间的连接关系(第一连接关系)、各分支箱每一相下所连接的智能电表箱单元(相别信息)，再有智能电表箱单元与电表之间的连接关系(第二连接关系)。则将第一连接关系、相别信息和第二连接关系进行整合，则可得到低压配电台区的整个网络拓扑结构。

下面，将从第二连接关系至第一连接关系的顺序，介绍如何获取第二连接关系、相别信息和第一连接关系。

一，第二连接关系(智能电表箱单元与电表之间的连接关系)：

在一个示例中，智能电表箱单元会存储与自身连接的电表，因此，第二连接关系相对比较容易获取到。请参见图5，可由安装在智能电表箱单元中的识别装置(中的mcu)获取智能电表箱单元所存储的第二连接关系，并上传(可由mcu控制载波通信模块或无线通信模块上传)至智能配变终端中的mcu即可。

图5所示的通信网络可为：载波通信网络、无线通信网络或混合通信网络。

在另一个示例中，智能电表箱单元与相连接的电表之间可进行通信，通过通信技术可确定有哪些电表与智能电表箱单元相连，则同样可获取到第二连接关系，由安装在智能电表箱单元中的识别装置(中的mcu)上传至智能配变终端中的mcu即可。

二，相别信息(分支箱每一相下所连接的智能电表箱单元)：

相别信息是基于电力载波信号的特点来获取的。

电力载波(powerlinecommunication，plc)，是电力系统特有的通信方式，其利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输。电力载波通信技术不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。

本申请利用了电力载波信号如下特点：

1，一般电力载波信号只能在单相电力线上传输。

2，在通过物理连接分支节点(也即识别装置)时电力载波信号的强度急剧衰减，从而会信噪比严重下降。

请参见图6，安装于分支箱中的mcu在获取相别信息时进行了如下操作：

s61、控制载波通信模块在abc三相分别发送生成的问询信号，或者，控制所述载波通信模块在abc三相分别转发问询信号；

由于电力载波信号只能在单相电力线上传输，则处于任一相别的智能电表箱单元无法接收到其他相别的问询信号并予以应答，反馈应答信号。

举例来讲，分支箱在a相发送的问询信号，无法被处于b相和c相的智能电表箱单元接收到。请参见图7，假定分支箱m在a相发送或转发了问询信号，并收到了智能电表箱单元d1-d4的应答信号，则可确定智能电表箱单元d1-d4均挂在a相。

需要说明的是，智能电表箱单元d1-d4未必连接在分支箱m下，这是因为分支箱m有可能是中继站，其可接收到连接于其他分支箱(例如分支箱n)的a相下的应答信号。

还需要说明的是，电力线载波信号应包含发送方的标识(例如id号、地址)，这样接收方才可确定具体是哪一设备发送了电力线载波信号。

s62、根据在各相接收到的、来自智能电表箱单元的应答信号的信噪比，确定分支箱各相所连接的智能电表箱单元，得到相别信息。

具体的，上述相别信息包括分支箱在每一相所连接的智能电表箱单元。

以分支箱m为例，其相别信息包括a、b、c三相所分别连接的智能电表箱单元。

下面介绍如何根据信噪比来确定分支箱各相所连接的智能电表箱单元。

前述提及了，在通过物理连接分支节点(也即识别装置)时电力载波信号的强度急剧衰减，从而会信噪比严重下降。仍以图7为例，智能电表箱单元d1的应答信号1可直接到达分支箱m，而智能电表箱d3的应答信号3须经分支箱n后才可到达分支箱m。则根据电力载波信号的特性，应答信号3的信噪比显然要低于应答信号1。而若应答信号3不止经历了一个识别装置才到达分支箱m，则其信噪比会降得更低。

因此，可将在每一相接收到的应答信号的信噪比按由大到小分为至少两个等级，等级越大，信噪比越大，则等级最大的应答信号所对应的智能电表箱单元可判定为与该分支箱直接相连。

仍以图7为例，假定分支箱m接收到了应答信号1-4，其中，应答信号1和2属于等级1，应答信号3和4属于等级2，则可判定答信号1和2所对应的智能电表箱单元d1和d2位于分支箱m的a相。

s63、向安装于智能配变终端中的mcu发送自身的相别信息。

三，第一连接关系(低压变压器与分支箱之间的连接关系)

在一个示例中，低压变压器与分支箱之间的连接关系(第一连接关系)和相别信息，也可利用电力载波信号前述介绍的特性来获取。

请参见图8，智能配变终端中的mcu可通过如下方式获取第一连接关系：

s81、控制载波通信模块发送问询信号；

s82、控制载波通信模块接收多个设备反馈的应答信号。

由于智能配变终端处于的层级较高，其发送的问询信号会到各分支箱，各分支箱又会将问询信号下发到各智能电表箱单元，则其接收到的应答信号可来自分支箱和智能电表箱单元。

s83、将信噪比满足预设条件的应答信号所对应的设备确定为分支箱，得到第一连接关系。

前述提及了，在通过物理连接分支节点(也即识别装置)时电力载波信号的强度急剧衰减，从而会信噪比严重下降。

以图9为例，智能电表箱单元d1的应答信号1须经分支箱m后才可到达智能配变终端，而分支箱n的应答信号5相直接到达智能配变终端。则根据电力载波信号的特性，应答信号5的信噪比显然要高于应答信号1。而若应答信号1不止经历了一个识别装置才到达智能配变终端，则其信噪比会降得更低。

因此，可将信噪比满足预设条件的应答信号所对应的设备确定为分支箱，从而得到第一连接关系。

上述预设条件可包括：信噪比大于或不小于信噪比阈值，或者，信噪比落在预设区间。信噪比阈值或者预设区间可根据实际需求而灵活确定。

仍以图9为例，假定智能配变终端中的识别装置接收到了应答信号1和5，其中，应答信号5的信噪比大于信噪比阈值，应答信号1的信噪比小于信噪比阈值，则可确定应答信号5对应的设备为分支箱。

之后，安装于智能配变终端中的mcu可根据获取第一连接关系、相别信息和第二连接关系，整合得到低压配电台区的网络拓扑结构。

此外，安装于所述智能配变终端中的mcu还可控制无线通信模块将上述网络拓扑结构上传至配电自动化主站(远程通信)。

举例来讲，无线通信模块可包括gprs通信模组，其可通过无线公网接入防火墙和安全接入平台，再由安全接入平台接至内网主站系统，最终与对应的配电自动化主站进行远程通信，实现数据和信息的上传。

此外，在本发明其他实施例中，也可使用rs485、rs232等串口通信方式代替上述无线通信，通过专用连接线与配电终端进行串行本地通信，实现数据和信息的交互，同时该模组支持模块的在线调试、软件升级和本地数据调取功能。

各识别装置之间的相互交互请参见图10。

在本发明实施例中，在台区内的智能配变终端、分支箱和智能电表箱单元中安装识别装置。分支箱内的识别装置可通过电力载波信号的信噪比来确定本分支箱的相别信息(相别信息包括该分支箱在abc三相所连接的智能电表箱单元)，并将自身的相别信息上传到智能配变终端处的识别装置，智能配变终端处的识别装置可将低压配电台区中低压变压器与分支箱之间的第一连接关系、各智能电表箱单元与电表之间的第二连接关系，以及各分支箱上传的相别信息汇总，得到低压配电台区的网络拓扑结构，从而达到自动识别低压配电台区的拓扑结构。

本发明实施例所提供技术方案具有如下优点：

无需对现有的用电信息采集系统进行改造，成本较低，容易推广。

不影响用电信息采集系统的正常运行、对现有用电信息采集本地通信信道无干扰。

使用双电源模式对低压配电台区网络拓扑识别装置进行供电，装置工作可靠性强。

实现载波通信和无线通信双模通信，实现通信信号全覆盖。

基于载波信噪比实时得到低压配电台区的网络拓扑关系，实时性较强，节省人力，准确率较高。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及模型步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或模型的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、wd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。