一种低压配电台区拓扑自动识别方法与流程

本发明涉及一种低压配电台区拓扑自动识别方法，属于电力低压配电网技术领域。

背景技术：

低压配电网在电力网中起到分配电能的作用，是向户输送电能的关键环节，更是智能电网实现的基础环节。精准快速识别出园区内低压出线柜、园区楼宇分支箱、单元户表箱内电力线路的拓扑结构，是实现配电台区内线损计算、三相功率不平衡治理、停电故障研判等精益化管理功能的基础，更是实现配电台区智能化的前提。然而低压台区具有用户数量多、电气接线复杂、负荷种类多、装置类型多等特点，同时还存在私拉乱建现象，导致台区拓扑结构识别需要使用大量人工排查，劳动强度大，效率低下。

现有配电台区拓扑识别方法分为两种。一种是人工巡测法。具体的，首先在配电变压器低压侧布置户变识别仪主机设备，然后人工通过手持户变识别仪按照线路分布和走向进行逐段人工普查得到配电台区拓扑信息。该方法具有效率低、成本高、无法准确全面的获得低压配电台区拓扑信息的缺点。另一种方法通过安装终端采集单元，并配置装置识别码的方式进行识别。该方法需提前将已知的部分物理拓扑信息对应配置进装置识别码内，通过采集分析各个终端采集单元的装置识别码内的物理拓扑信息得出配电台区的拓扑结构。该方法很多信息都需要提前预知，同时还存在户变关系不能确定的缺点。

以上两种方法都存在拓扑信息不准确，拓扑变动后不能及时反馈等缺点，因此急需一种能够自动识别配电台区拓扑结构的新技术。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种低压配电台区拓扑自动识别方法，可实现配电台区内拓扑结构的自动识别，同时在拓扑结构发生变动时，还能够自动识别变动，进行拓扑结构的相应修改。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低压配电台区拓扑自动识别方法，包括以下步骤：s01）、将低压配电台区内拓扑结构分为三个层级，分别为：第一层级：低压出线柜至分支箱，第二层级：分支箱内进线断路器至出线断路器，第三层级：分支箱内出线断路器至户表箱断路器；s02）、确定低压配电台区拓扑结构时，采集同一时刻三个拓扑层级的电流值和设备id，分别为低压出线柜内每条出线回路的三相电流值和设备id、分支箱内各个断路器的三相电流值和设备id以及户表箱内各个断路器的单相电流值和设备id，其中设备id内部有字段定义设备类型；s03）、根据采集到的设备id，将采集的电流值分别对应至步骤s01的三个层级；s04）、根据已经分好层级的电流值依次确定三个层级之间的对应关系，即低压出线柜与分支箱进线断路器的对应关系、分支箱内进线断路器与出线断路器的对应关系、分支箱出线断路器与户表箱断路器的对应关系；s05）、根据三种对应关系，确定整个低压配电台区内的拓扑结构。

进一步的，通过关系s1确定低压出线柜与分支箱进线断路器的对应关系，s1为低压出线柜内断路器的三相电流值与对应分支箱内进线断路器的三相电流值相等。

进一步的，通过关系s2或s3确定分支箱内进线断路器与出线断路器的对应关系，s2为分支箱内进线断路器的三相电压值与各个对应出线断路器的三相电压值相等，s3为分支箱内进线断路器的三相电流值是所有对应出线断路器的三相电流值的和。

进一步的，通过关系s4或s5确定分支箱内出线断路器与户表箱断路器的对应关系，s4为户表箱内所有断路器的电流加和值等于对应分支箱出线断路器的三相电流的加和值，s5为分支箱出线断路器的a、b、c三相电流值，分别等于户表箱内对应a相、b相、c相电力线路连接的断路器的电流值的和。

进一步的，利用关系s1确定低压出线柜与分支箱进线断路器的对应关系的具体步骤为：s411）、读取低压出线柜出线回路、分支箱进线断路器的三相电流值；

s412）、查找低压出线柜出线回路和分支箱进线断路器的三相电流值的对应相等关系；

s413）、判断相等关系是否唯一，即是否存在多组分支箱进线断路器三相电流值都与一个出线柜出线回路三相电流值相等的情况，如果存在，则相等关系不唯一；

s414）、如果相等关系唯一，则确定低压出线柜与分支箱进线断路器的对应关系，如果相等关系不唯一，则保存能确定的拓扑关系，并采集下一时刻低压出线柜断路器、分支箱进线断路器的三相电流值；

s415）、重复步骤s412至s414，直至最终只有一种组合满足三相电流相等关系，从而最终确定低压出线柜内断路器与分支箱进线断路器的拓扑关系。

进一步的，当找到三相电流值的对应相等关系之后，还要进行功率因数的验证，当三相电流和功率因数同时相等时，才能确定对应拓扑关系。

进一步的，利用关系s3确定分支箱内进线断路器与出线断路器的对应关系的具体步骤为：s421）、按照设备id将分支箱断路器数据分为进线断路器和出线断路器两部分，列出所有出线断路器的组合情况，并计算所有组合情况中组合内部所有出线断路器的三相电流加和值；

s422）、逐个寻找所有进线断路器三相电流值与步骤s421所有组合三相电流加和值相等的情况；

s423）、判断相等关系是否唯一，即是否存在多种分支箱出线断路器组合的三相电流加和值与一个分支箱进线断路器三相电流值相等的情况，如果存在，则相等关系不唯一，进行步骤s424，如果相等关系唯一，则确定分支箱进线断路器与分支箱出线断路器的对应关系；

s424）、保存分支箱进线断路器与分支箱出线断路器组合相等唯一的对应情况，并重新采集下一时刻分支箱出线断路器、进线断路器的三相电流值，重复步骤s421-s423，直至所有进线断路器三相电流值与所有分支箱出线断路器组合三相电流加和值相等的情况唯一，至此第二层级分支箱内所有进线塑壳断路器与出线断路器的拓扑关系已确定。

进一步的，利用关系s5确定分支箱出线断路器与户表箱断路器对应关系的具体步骤为：

s431）、列出所有户表箱断路器的组合情况，并计算所有组合情况中组合内部所有断路器的单相电流加和值；

s432）、逐个判断分支箱出线断路器的三个单相电流与步骤s431中所有组合电流加和值的相等关系；

s433）、判断相等关系是否唯一，即是否存在多种户表箱断路器组合的电流值加和值与分支箱出线断路器单相电流值相等的情况，若存在，则相等关系不唯一，执行步骤s434，如果不存在，即相等关系唯一，则分支箱出线断路器与户表箱断路器的对应确定；

s434）、保存步骤s433所有能够确定的分支箱出线断路器与户表箱断路器的拓扑对应关系，读取下一时刻出线塑壳断路器与户表箱内微型断路器的电流值重复进行步骤s431-s433，直至能够确认全部分支箱出线断路器与用户户表箱内断路器的拓扑对应关系。

进一步的，利用关系s4验证分支箱出线断路器与户表箱断路器对应关系，方法为：在求出分支箱出线断路器单相对应户表箱断路器的基础上，将分支箱出线断路器的三相电流值相加，求出加和值d1，然后将分支箱出线断路器三相分别对应的所有户表箱断路器的电流值相加，求出加和值d2，若d1等于d2，则第三层拓扑关系识别正确，若d1不等于d2，则第三层拓扑关系识别错误，重新进行判断。

本发明的有益效果：自动识别低压配电台区拓扑结构，当配电台区内拓扑发生变化时，可通过智能配变终端自动识别拓扑结构变化后的结果，省去了人工巡检的环节，节省人力和物力，同时相对于人工巡检还提高了准确性。

只需要提前按照设备类型配置设备id，不需要提前知道过多的拓扑结构信息，具有简单，易操作的优点。

针对配电台区进行智能化改造，实现采集低压出线柜、分支箱内塑壳断路器、微型断路器的电压、电流采集功能。

附图说明

图1为低压配电台区拓扑结构示意图；

图2为实施例1所述方法的流程图；

图3为确定低压出线柜与分支箱进线断路器拓扑关系的流程图；

图4为确定分支箱进线断路器与分支箱出线断路器拓扑关系的流程图；

图5为确定分支箱出线断路器与户表箱断路器拓扑关系的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

配电台区拓扑结构如图1所示，拓扑结构分为低压出线柜、分支箱、户表箱三个层级，分支箱内设有进线断路器和出线断路器，需要确定的拓扑结构为低压出线柜至分支箱进线断路器的拓扑结构、分支箱内进线断路器至出线断路器的拓扑结构以及分支箱出线断路器至户表箱的拓扑结构。

下面结合图2对本发明的具体实施方式进行说明，具体包括以下步骤：

s01)、在低压出线柜、分支箱、户表箱内布置采集通信单元，并在配电变压器低压侧配置智能配变终端。

可通过两种方式采集低压出线柜、分支箱断路器、户表箱断路器的电压、电流、设备id。

针对低压出线柜、分支箱断路器、户表箱断路器设备本身能够采集电力线路的电压、电流，并能够配置设备id的情况，采集通信单元通过低压出线柜、分支箱断路器、户表箱断路器的数据通讯接口接收数据。

针对低压出线柜、分支箱断路器、户表箱断路器设备本身不具备采集功能的情况，采集通信单元通过加装电压、电流采集装置、采集通信单元，并在采集通信单元内部配置设备id的方式进行布置。

设备id内包含设备类型信息，可以根据设备id确定设备类型，从而判断采集的信息是来自低压出线柜设备、分支箱断路器或者户表箱断路器设备。

s02）、智能配变终端下达数据采集指令。为保证采集数据时间的一致性，数据采集指令包含数据采集时间。采集同一时间下，低压出线柜、分支箱内进线断路器和出线断路器、户表箱断路器的设备id、电压、电流信息。

采集信息分为三个方面，分别为：

第一方面：采集低压出线柜内每条出线回路的三相电压值、电流值、功率因数、设备id；

第二方面：采集分支箱内各个断路器的三相电压值、电流值、功率因数、设备id；

第三方面：采集户表箱内各个断路器的单相电压值、电流值、功率因数、设备id。

s03）、根据设备id，进行设备类型分类，分为低压出线柜、分支箱断路器（包括进线断路器和出线断路器）、户表箱断路器三种设备类型。并根据电流走向和设备类型将采集到的数据分为以下三个拓扑层级：

第一层级：低压出线柜至分支箱；

第二层级：分支箱内进线塑壳断路器至出线塑壳断路器（三相）；

第三层级：户表箱微型断路器（单相）；

s04）、根据已经分好层级的采集数据依次确定三个层级之间的对应关系，即：

低压出线柜与对应分支箱进线断路器的对应关系；

每个分支箱内部进线断路器与出线断路器的对应关系；

每个分支箱出线断路器与对应户表箱断路器的对应关系。

s05）、结合已经确定的三种对应关系，确定整个配电台区内的拓扑结构图。

在物理拓扑结构中，低压出线柜的出线回路与分支箱内进线断路器一一对应，并且存在低压出线柜内出线回路与对应分支箱内进线断路器的三相电压、电流、功率值相等的关系。因此可通过此关系来确定低压出线柜断路器至分支箱的拓扑结构。

本实施例中，通过低压进线柜内断路器与对应分支箱内进线断路器的三相电流值相等的关系确定低压出线柜断路器至分支箱的拓扑结构，即低压出线柜与分支箱进线断路器的对应关系。如图3所示，图3中塑壳断路器就是分支箱进线断路器，具体包括以下步骤：

s411）、读取低压出线柜出线回路、分支箱进线断路器的三相电流值；

s412）、查找低压出线柜和分支箱进线断路器的三相电流值的对应相等关系；

s413）、判断相等关系是否唯一，即是否存在多组分支箱进线断路器三相电流值都与一个出线柜断路器三相电流值相等的情况，如果存在，则相等关系不唯一；

s414）、如果相等关系唯一，则确定低压出线柜与分支箱进线断路器的对应关系，如果相等关系不唯一，则保存能确定的拓扑关系，并采集下一时刻低压出线柜断路器、分支箱进线断路器的三相电流值；

s415）、重复步骤s412至s414，直至最终只有一种组合满足三相电流相等关系，从而最终确定低压出线柜内断路器与分支箱进线断路器的拓扑关系。

比如低压出线柜内具有a1、a2、a3、a4四个断路器（即有四条出线回路），分支箱具有b1、b2、b3、b4四个进线断路器，第一次读取三相电流值时，a1=b1，a2=b2，相等关系唯一，可以确定他们之间的拓扑结构，但是b3、b4同时等于a3、a4，没法确定他们之间的拓扑结构，此时保存能确定的a1-b1、a2-b2的拓扑结构，并采集下一时刻的三相电流值，重新进行判断。

为了增加拓扑结构识别的准确性，当找到三相电流值的对应相等关系之后，还要进行功率因数的验证。当三相电流和功率因数同时相等时，才能确定对应拓扑关系。

第一种对应关系确认后，各个分支箱内的进线断路器已经确定，其余未确定的断路器均为出线断路器。在此基础上，利用第二层级中，采集到的进线断路器和出线断路器的电压、电流、设备id等参数，进行第二层级进线断路器与出线断路器对应关系的确定。

可根据在分支箱内部存在的关系s2或者s3进行确定。

关系s2：分支箱内进线断路器的三相电压值与各个出线断路器的三相电压值相等；

关系s3：分支箱内进线断路器的三相电流值是各个出线断路器的三相电流值的和。

在分支箱内部，一个进线断路器连接多个出线断路器。因此进线断路器的三相电流值是分支箱内部所有出线断路器三相电流值的加和，并且该加和关系，一直存在，直至实际线路物理拓扑关系变动。本实施例中，利用电流加和值即关系s3来确定分支箱内进线断路器与出线断路器的对应关系，如图4所示，图4中，所述进线塑壳断路器是指分支箱进线断路器，所述出线塑壳断路器是指分支箱出线断路器，包括以下步骤：

s421）、按照设备id将分支箱断路器数据分为进线断路器和出线断路器两部分，列出所有出线断路器的组合情况，并计算所有组合情况中组合内部所有出线断路器的三相电流加和值；

s422）、逐个寻找所有进线断路器三相电流值与步骤s421所有组合三相电流加和值相等的情况；

s423）、判断相等关系是否唯一，即是否存在多种分支箱出线断路器组合情况的三相电流加和值与一个分支箱进线断路器三相电流值相等的情况，如果存在，则相等关系不唯一，进行步骤s424，如果相等关系唯一，则可确定该进线断路器与该种组合下包含的出线断路器在同一个分支箱内，此拓扑关系可确定；

s424）、保存进线断路器与出线断路器组合相等唯一的对应情况，并重新采集下一时刻分支箱出线断路器、进线断路器的三相电流值，重复步骤s421-s423，直至所有进线断路器三相电流值与所有组合三相电流加和值相等的情况唯一，至此第二层级分支箱内所有进线塑壳断路器与出线断路器的拓扑关系已确定。

第三种对应关系可描述为分支箱内出线断路器与户表箱的对应关系。具体的三相电通过出线断路器进入户表箱内，分成三个单相回路通过户表箱断路器给用户供电。通过关系s4和s5确定：

关系s4：户表箱内所有断路器的电流加和值等于对应分支箱出线断路器的三相电流的加和值；

关系s5：分支箱出线断路器的a、b、c三相电流值，分别等于户表箱内a相、b相、c相电力线路连接的断路器的电流值的和。

本实施例中，通过关系s5确定分支箱内出线断路器与户表箱对应关系，如图5所示，具体步骤为，图5中，所述微型断路器是指户表箱断路器，所述出线塑壳断路器是指分支箱出线断路器：

s431）、列出所有户表箱断路器的组合情况，并计算所有组合情况中组合内部所有断路器的单相电流加和值；

s432）、逐个判断分支箱出线断路器的三个单相电流与步骤s431中所有组合电流加和值的相等关系

s433）、判断相等关系是否唯一，即是否存在多种户表箱断路器组合的电流值加和值与分支箱出线断路器单相电流值相等的情况，若存在，则相等关系不唯一，执行步骤s434，如果不存在，即相等关系唯一，则分支箱出线断路器与户表箱断路器的对应确定；

s434）、保存步骤s433所有能够确定的分支箱出线断路器与户表箱断路器的拓扑对应关系，读取下一时刻出线塑壳断路器与户表箱内微型断路器的电流值重复进行步骤s431-s433，直至能够确认全部分支箱出线断路器与用户户表箱内断路器的拓扑对应关系。

为了增加拓扑结构识别的准确性，还可以利用关系s4进行验证，在求出分支箱出线断路器单相对应户表箱断路器的基础上，将分支箱出线断路器的三相电流值相加，求出加和值d1，然后将分支箱出线断路器三相分别对应的所有户表箱断路器的电流值相加，求出加和值d2，若d1等于d2，则第三层拓扑关系识别正确，若d1不等于d2，则第三层拓扑关系识别错误，重新进行判断。

本发明能自动识别低压配电台区的拓扑结构，当配电台区内拓扑发生变化时，可自动识别拓扑结构变化后的结果，省去了人工巡检的环节，节省人力和物力，同时相对于人工巡检还提高了准确性。

本方法只需要提前按照设备类型配置设备id，不需要提前知道过多的拓扑结构信息，具有简单，易操作的优点。

以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。