一种配电台区拓扑识别系统和方法与流程

本发明涉及配电网管理领域，尤其涉及一种配电台区拓扑识别系统和方法。

背景技术：

目前，随着国家电网公司对低压配电网全景感知的精细化管理要求的日益严格，如何全面的完善低压台区管理，识别台区与表箱、支路与表箱之间的归属拓扑关系，实现拓扑结构实时、准确上报，实现“变-线-分支-表箱-户表”关系全贯通成为了实现低压配电网全景感知的精细化管理要求的重要保障基础。而现有的低压配电网由于技术和管理问题，无法保证拓扑关系信息的可靠性，无法实现统一的数字化存储，没有统一的接口供其他系统和应用进一步利用，导致安全故障点、线损异常点等涉及线路本身故障的问题排查效率低、周期长、成本高。所以，实现低压配电网各节点设备(包括台区、分支、表箱、户表)的拓扑关系自动识别，是解决以上问题的关键所在。

专利号为zl201910857146.0的专利文献公开了一种台区低压配电网拓扑及线路阻抗识别方法，属于低压配电网技术领域。该方法首先在台区低压配电网中增加一个边缘计算终端及若干个电气测量装置；在每次台区低压配电网拓扑识别时，根据测量装置与边缘计算终端之间的电力线载波通信关系，确定测量装置台区归属关系及通信接入相的相别，每个测量装置与边缘计算终端进行时间同步后进行电压和电流波形采样并上传边缘计算终端，边缘计算终端依据波形数据识别出同一母线测量装置及母线上级测量装置；多次拓扑识别后，得到最终的拓扑识别结果并进行阻抗计算。本发明对低压配电网拓扑及线路阻抗识别准确率高、速度快，且充分利用低压配电网智能设备的采集信息能力，设备成本低，对电能质量无影响。

专利号为zl201910380685.x的专利文献公开了一种台区拓扑自动识别方法及系统，属于电力低压配电网技术领域。本发明在确定各分支上下级之间的拓扑关系的基础上，基于分支进线端的电流是其出线端的电流和来确定各分支的进线端，根据分支的出线端与相连的下一级分支进线端电流相等原则确定不同分支进出线之间的连接关系，从而确定各分支之间的连接关系。上述过程可有效避免利用工频通信方式下通信串扰以及脉冲通信方式下不安全、干扰大的问题，提高拓扑识别的精确度。

在低压配电网领域中现有的节点设备拓扑识别方法是基于电力线载波通信的方法，在台区低压配电网中增加一个主计算终端及若干个电气测量装置；在每次台区低压配电网拓扑识别时，根据测量装置与主计算终端之间的电力线载波通信关系，确定测量装置台区归属关系及通信接入相的相别，每个测量装置与主计算终端进行时间同步后，主计算终端下发查询指令给各分支线及末端测量装置，主计算终端再依据各分支线及末端测量装置返回的地址信息识别出同一母线测量装置及母线上级测量装置；多次拓扑识别后，得到最终的拓扑识别。这一方式的弊端是易受到变压器共地的影响，实际应用中载波信号不能完全被变压器隔离，载波信号仍可耦合到其他变压器台区产生跨台区识别串扰，导致识别误判，准确率不高。

因而现有的户线关系档案信息检测还在存在不足，还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种配电台区拓扑识别系统和方法，能够解决在识别进行台区拓扑关系确定的时候，可能存在误判，导致准确率不高的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种配电台区拓扑识别系统，由台区变压器、若干个中间设备以及若干终端设备根据台区内区户关系在台区配电线路上组成；其中，

所述终端设备具有终端拓扑注入模块；所述中间设备具有间拓扑接收模块和间拓扑注入模块；所述台区变压器具有变压拓扑接收模块。

优选的所述的配电台区拓扑识别系统，所述终端拓扑注入模块和所述间拓扑注入模块为相同的拓扑注入模块；

所述拓扑注入模块包括注入过零检测单元、注入电流采样单元、脉冲注入器和注入管理器；所述注入过零检测单元、所述注入电流采样单元、所述脉冲注入器均接设在同一配电线路，并分别与所述注入管理器连接。

优选的所述的配电台区拓扑识别系统，所述中间设备还包括数据合成模块；所述数据合成模块分别与所述间拓扑接收模块、所述间拓扑注入模块连接。

优选的所述的配电台区拓扑识别系统，所述间拓扑接收模块与所述变压拓扑接收模块为相同的拓扑接收模块；

所述拓扑接收模块包括：脉冲检测单元、监听管理器、监听过零检测单元、监听电流采样单元；所述脉冲检测单元、所述监听过零检测单元、所述监听电流采样单元分别于所述监听管理器连接。

一种适用所述的配电台区拓扑识别系统的配电台区拓扑识别方法，包括步骤：

s1、终端设备向所在的配电线路中注入终端电流脉冲信号；

s2、中间设备监听并解调配电线路传送的电流脉冲信号，在解调后向配电线路中注入新的电流脉冲信号；

s3、台区变压器监听并解调配电线路中的电流脉冲信号，生成配电台区拓扑关系表。

优选的所述的配电台区拓扑识别方法，步骤s1和步骤s2中，每次注入电流脉冲信号时，均注入多次电流脉冲信号，每次注入电流脉冲信号的步骤包括：

s11、注入过零检测单元检测配电线路中的电流周波的周波过零点数据，注入电流采样单元间隔第一预定时间检测一次配电线路中电流采样数据，所述周波过零点数据和所述电流采样数据发送到注入管理器；

s12、所述注入管理器间隔预定数量的电流采样点后，驱动脉冲注入器写入电流脉冲；

s13、所述注入管理器判定电流脉冲信号是否注入完毕，若是，则停止注入；若否，则执行步骤s11。

优选的所述的配电台区拓扑识别方法，步骤s2和步骤s3中，监听电流脉冲信号的步骤包括：

s21、脉冲检测单元检测配电线路中的电流脉冲，若检测到所述电流脉冲则向监听管理器发送检测结果；

s22、所述监听管理器驱动监听过零检测单元检测配电线路中电压信号的向正过零点，驱动监听电流采样单元间隔第一预定时间检测一次配电线路中电流采样数据，并接收所述正向过零点数据和所述电流采样数据；

s23、取两次电流脉冲信号进行构造小波计算，得到电流脉冲信号的信号数据。

优选的所述的配电台区拓扑识别方法，在步骤s23中，所述构造小波计算的步骤为：

s231、将第一次电流脉冲信号中的多个电流周波作为第一小波集，将第二次电流脉冲信号中的多个电流周波作为第二小波集；

s232、将低压台区的电流背景谐波平缓的频段化为两个区间，得到每个区间的映射数据第一区间映射和第二区间映射；

s233、使用构造波公式处理得到构造小波集，将所述构造小波集使用daubechies小波基算法进行特征值提取；所述构造波公式为：

ψ＝h1w1+h1w2；

其中，ψ为构造小波集；w1为第一小波集；w2为第二小波集；h1为第一区间映射；h1为第二区间映射；

s234、判定所述特征值是否有效，若是，则确定电流脉冲信号的信号数据；否则，未检测到电流脉冲信号，执行步骤s21。

优选的所述的配电台区拓扑识别方法，所述中间设备注入信号的电流脉冲信号的内容包括解调的下级设备注入的数据信息和本设备的设备信息。

优选的所述的配电台区拓扑识别方法，所述台区变压器中的变压拓扑接收模块用于接收本台区配电线路中的所有的电流脉冲信号，用于组建所述配电台区拓扑关系表。

相较于现有技术，本发明提供的一种配电台区拓扑识别系统和方法，本系统构建一套台区拓扑识别系统，中间设备和终端设备位于台区线路的各节点位置，台区变压器位于低压台区的进线侧，中间设备自带拓扑注入、接收模块，终端设备带拓扑注入模块，台区变压器带拓扑接收模块；拓扑注入模块主动发送带本设备的设备信息的电流脉冲信号，该电流脉冲信号会遵循网络层次的脉络结构依次经过线路上的中间设备，并被拓扑接收装置接收到，中间设备再发送带本设备的设备信息的电流脉冲信号，依次类推，最后一级台区变压器接收到全部的拓扑信号，实现台区拓扑结构自动识别。

附图说明

图1是本发明提供的配电台区拓扑识别系统的结构简框图；

图2是本发明提供的拓扑注入模块的结构框图；

图3是本发明提供的拓扑接收模块的结构框图；

图4是本发明提供的配电台区拓扑识别系统的一种实施例结构框图；

图5是本发明提供的配电台区拓扑识别方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1-图5，本发明提供一种配电台区拓扑识别系统，由台区变压器1、若干个中间设备2以及若干终端设备3根据台区内区户关系在台区配电线路上组成；其中，

所述终端设备3具有终端拓扑注入模块；所述中间设备2具有间拓扑接收模块和间拓扑注入模块；所述台区变压器1具有变压拓扑接收模块。

具体的，本发明提供的配电台区拓扑识别系统中所述台区变压器、所述中间设备和所述终端设备通过各自具有拓扑注入模块和/或拓扑接收模块配合使用，具体的方法不做限定，只要能够实现使用本系统中提供的所述终端拓扑注入模块、所述间拓扑注入模块、间拓扑接收模块和所述变压拓扑接收模块的配合使用，达到构建配电台区拓扑信息的效果。

优选的，本发明还提供一种适用所述的配电台区拓扑识别系统的配电台区拓扑识别方法，其特征在于，包括步骤：

s1、终端设备3向所在的配电线路中注入终端电流脉冲信号；

s2、中间设备2监听并解调配电线路传送的电流脉冲信号，在解调后向配电线路中注入新的电流脉冲信号；

s3、台区变压器1监听并解调配电线路中的电流脉冲信号，生成配电台区拓扑关系表。

一般情况下，一个台区内具有一个台区变压器1、多级中间设备2(各级分支箱)中多个中间设备2、多个终端设备3，其中所述中间设备2为台区识别仪、分支箱等，终端设备3为电表箱等，至于入户的电能表都是装设在电表箱中，并且其户属关系的识别为供电线路与电能表之间的拓扑管理，不属于本发明要保护的技术方案，本发明要保护的技术方案主要是台区内各级中间设备2以及终端设备3之间的归属关系，方便管理。具体的，在配电台区需要跟新台区内拓扑关系表时，所述终端设备3才会开始执行步骤s1；因此，在步骤s1前，还包括步骤s0、所述台区变压器1逐次向每个终端设备3发送召感信号。相应的，所述终端设备3(例如表箱)、所述中间设备2(例如分支箱)和所述台区变压器1均装设有通信模块，此处应当说明的是，在实际运用中，本领域中所述终端设备3、所述中间设备2和所述台区变压器1均包括通信模块，是本领域的公知常识，用于相互之间进行数据通信；至于每次让那个所述终端设备3执行本方法，根据现场情况具体设定即可，不做限定。

具体在步骤s2中，所述中间设备2分属于不同的级别，即多个所述中间设备2之间也存在相应的归属关系，均用于监听并解调接设的配电线路中的电流脉冲信号，此处应当说明，为了使数据不发生混乱，每级所述中间设备2需要监听的下级信号长度不同，只有在监听到下级中间设备2传递的电流脉冲信号时，才按照步骤s2执行。在步骤s3中，所述台区变压器1无需发送电流脉冲信号，只需要监听线路中脉冲信号即可，通过解调所有接收的电流脉冲，进行台区拓扑关系的管理。

请着重参阅图4，本次实施例中将配电台区的拓扑结构分为四层，台区变压器-分支开关箱(1.a)-分支开关箱(1.a.1/1.a.3)-表箱(1.a.1.1/1.a.1.2等)，其中，若以电表为所述终端设备3，则本实施例中的拓扑结构为五层。首层“变”即变压器低压出线侧至线路层，在这层变压器的出线侧配属1台智能配变终端，用于整个台区所有拓扑发送信号的监听、信号分析、台区拓扑图的自动生成，地址代码为“1”；

中间层“线”即变压器出线侧后至表箱进线这块区域，根据不同台区的结构复杂性可分为一层或两层上下级关系，在本例中取上下两层关系，即中间1层和中间1.x层，中间1层和中间1.x层的节点处均配属相同的分支监测终端，用于中间层线路各节点的拓扑信号的监听、发送，分别用地址代码“1.a”、“1.a.1”、“1.a.2”、“1.a.3”表示；

表箱层“表”即表箱进线之表箱出线这块区域，在每个表箱的进线侧配属1台表箱监测终端，用于本表箱节点的拓扑信号的发送，地址代码为“1.a.1.1”、“1.a.1.2”、“1.a.3.1”、“1.a.3.2”等；

末层“户”即为表箱各户出线到用户负荷入户开关，每户为1个末端节点，地址用“1.a.1.1.x”表示；

整个台区的设备配属完成后，拓扑地址信号从下至上发送，如例；户表一级的地址“1.a.1.1.x”通过485上传至本表箱内的表箱监测终端拓扑发送装置，该装置将户表地址信息作为本节点的子类打包，生成表箱层包地址“1.a.1.1&1.a.1.1.x…”再在表箱入线处线路注入此包地址的脉冲电流地址信号，将拓扑地址信息上传至本分支上一个节点，上一个节点为本线路和其他表箱终端拓扑发送装置所属线路的汇入点，在本例中为中间2层，此点安装分支监测终端拓扑发送、接收装置，其作用主要是监听采集所属的下端线路表箱终端拓扑发送装置(此处有2个)注入的脉冲电流地址信号，当将此类信号整合，归属到自身的地址信号中，做为子类，生成分支层包地址“1.a.1&1.a.1.1&1.a.1.1.x…”再通过发送模块在本分支线路节点注入已生成的分支层包地址的脉冲电流地址信号，由于低压台区的电流源只有1个(变压器)，所以电流信号的流动方向是单向性的，也就是从上到下，这样，同一层的但是不同节点的接收装置是不会接收到同一层其他节点的信号，只有上一层能接收到该信号，即拓扑地址“1.a”的中间1层分支监测终端会受到中间2层发送的分支层包地址“1.a.1&1.a.1.1&1.a.1.1.x…”。中间1层将此类信号整合，归属到自身的地址信号中，做为子类，生成分支层包地址“1.a&1.a.1&1.a.1.1&1.a.1.1.x…”再通过发送模块在中间1层的分支线路节点注入已生成的分支层包地址的脉冲电流地址信号。以此类推，最后，首层设备即智能配变终端拓扑识别接收装置，监听接收所有下一级分支终端拓扑发送装置发送的各脉冲电流地址信号，将所有的地址信息汇总、加入自身的拓扑地址信息，生成首层拓扑信息包地址“1&1.a&1.a.1&1.a.1.1&1.a.1.1.x…”，最后根据信息地址的递归关系自动生成台区完整的拓扑图并上传主站。

作为预选方案，本实施例中，所述终端拓扑注入模块和所述间拓扑注入模块为相同的拓扑注入模块；

所述拓扑注入模块包括注入过零检测单元11、注入电流采样单元12、脉冲注入器13和注入管理器14；所述注入过零检测单元11、所述注入电流采样单元12、所述脉冲注入器13均接设在同一配电线路，并分别与所述注入管理器14连接。所述注入过零检测单元11、所述注入电流采样单元12、所述脉冲注入器13和所述注入管理器14均为本领域的常用元器件；所述注入管理器14分别驱动所述注入过零检测单元11、所述脉冲注入器13和所述注入电流采样单元12优选的按照步骤s11-s13的步骤进行工作，当然也可是使用本领域中其他的脉冲注入方式注入脉冲。

相应的，本发明提供的配电台区拓扑识别方法中，步骤s1和步骤s2中，每次注入电流脉冲信号时，均注入多次电流脉冲信号，每次注入电流脉冲信号的步骤包括：

s11、注入过零检测单元11检测配电线路中的电流周波的周波过零点数据，注入电流采样单元12间隔第一预定时间检测一次配电线路中电流采样数据，所述周波过零点数据和所述电流采样数据发送到注入管理器14；

s12、所述注入管理器14间隔预定数量的电流采样点后，驱动脉冲注入器13写入电流脉冲；

s13、所述注入管理器14判定电流脉冲信号是否注入完毕，若是，则停止注入；若否，则执行步骤s11。

具体的，在所述注入管理器14中存储这本设备的设备信息，在需要注入的时候，将所述设备信息使用电流脉冲信号转化表达，具体是在多个电流周波上注入电流脉冲，对电流脉冲信号进行调制，每个电流脉冲优选的时间长度为50微秒，优选的所述电流脉冲均注入在电流周波的正半波上；所述第一预定时间为1/18(即一个电流周波检测360次)毫秒。在步骤s12中，所述预定数量根据现场需求和所述周波过零点数据的类型进行设定，一般情况下，交流电的电压周波是类似正弦状态形成，因此所述周波过零点的类型分为向负过零点(即过零后，电流方向为周波的负半波)和向正过零点(即过零后，电流方向为周波的正半波)，若是在实际使用中，主要检测的是向正过零点，则所述预定数量优选为165，若主要检测的是向负过零点，则所述预定数量优选为345。

作为优选方案，本实施例中，所述中间设备2还包括数据合成模块(未示图)；所述数据合成模块分别与所述间拓扑接收模块、所述间拓扑注入模块连接。所述数据合成模块用于将本装置的设备信息与接收到的下一级设备发送电流脉冲信号数据连接在一起，使用本领域常用的具有数据合成功能的装置，不做具体限定。

优选的，所述终端设备3和所述中间设备2的设备信息长度相同，但是发送的电流脉冲信号的长度不同，所述中间设备2发送的电流脉冲信号中包括下级中间设备2或所述终端设备3的设备信息。

作为优选方案，本实施例中，所述间拓扑接收模块与所述变压拓扑接收模块为相同的拓扑接收模块；

所述拓扑接收模块包括：脉冲检测单元21、监听管理器22、监听过零检测单元23、监听电流采样单元24；所述脉冲检测单元21、所述监听过零检测单元23、所述监听电流采样单元24分别于所述监听管理器22连接。所述脉冲检测单元21、所述监听管理器22、所述监听过零检测单元23、所述监听电流采样单元24，均为本领域中常用的电子元器件，不做具体限定。优选的，所述脉冲检测单元21，用于检测配电线路中是否存在电流脉冲，并在检测到电流脉冲的情况下，向所述监听管理器22发送检测结果，此为本领域常用的技术手段，不做赘述；所述监听管理器22使用过的是本领域常用的mcu，具体型号以及类型不做限定；所述监听过零检测单元23，用于检测周波过零点(电压周波)，并传送到所述监听管理器22中。所述监听电流采样单元24，根据所述监听管理器22的指令在配电线路中进行采样，同时将采样信号传送到所述监听管理器22中，所述监听管理器22开始进行计数。

相应的，本发明提供的拓扑识别方法中，对于电流脉冲信号的监听可以采用本领域的其他的能够实现电流脉冲监听或检测的方法进行处理，优选的在步骤s2和步骤s3中，监听电流脉冲信号的步骤包括：

s21、脉冲检测单元21检测配电线路中的电流脉冲，若检测到所述电流脉冲则向监听管理器22发送检测结果；

s22、所述监听管理器22驱动监听过零检测单元23检测配电线路中电压信号的向正过零点，驱动监听电流采样单元24间隔第一预定时间检测一次配电线路中电流采样数据，并接收所述正向过零点数据和所述电流采样数据；

s23、取两次电流脉冲信号进行构造小波计算，得到电流脉冲信号的信号数据。

作为优选方案，本实施例中，在步骤s23中，所述构造小波计算的步骤为：

s231、将第一次电流脉冲信号中的多个电流周波作为第一小波集，将第二次电流脉冲信号中的多个电流周波作为第二小波集；

s232、将低压台区的电流背景谐波平缓的频段化为两个区间，得到每个区间的映射数据第一区间映射和第二区间映射；优选的，所述电流背景谐波平缓的频段优选为150-1000hz；

s233、使用构造波公式处理得到构造小波集，将所述构造小波集使用daubechies小波基算法进行特征值提取；所述构造波公式为：

ψ＝h1w1+h1w2；

其中，ψ为构造小波集；w1为第一小波集；w2为第二小波集；h1为第一区间映射；h1为第二区间映射；

s234、判定所述特征值是否有效，若是，则确定电流脉冲信号的信号数据；否则，未检测到电流脉冲信号，执行步骤s21。

具体的，所述daubechies小波基算法为本领域的公知算法，此处不做赘述；本方法采用的是脉冲电流注入式信号拓扑识别技术，由于低压台区现场环境复杂多变，基于脉冲电流注入式信号会受到背景电流谐波的干扰，调制信号的调制和解调的方法是提高识别正确率的关键，本方法采用构造小波变换的脉冲电流识别算法，从谐波严重的背景环境中提取特征信号，克服傅里叶变换频率混叠，频谱泄露的缺陷，不要求信号的完整性，在信号的时域和频域上提取局部化特征，在不完整的目标信号的各个频率子段上抽取幅频信息，通过信号频率的高低，利用尺度伸缩得到可调的“柔性窗”，排除干扰，识别一些突变的、混叠的信号，提高识别的准确率。

其中，构造小波集ψ采用daubechies小波基db4来实现特征信号的特征抽取，分解层次为2层，具体情况如下：

拓扑信号在第i分解尺度下的细节系数di+1,k和逼近系数ci+1,k为：

式中，h(n)ci,n+2k为信号频率，g(n)ci,n+2k为信号辨识度，n为幅频信息值。

所述构造小波集ψ使用daubechies小波基db4处理后，得到所述构造小波集ψ的近似分量和细节分量，根据细节分量与经验阈值比较比对进行特征信号的抽取。上述计算过程为本领域的常用技术，不做限定，同时不做赘述。

另外，考虑到数据准确性要求，在每次注入电流脉冲信号时，前两个电流周波的数据只作为监听阈值使用，从而使用所述脉冲检测单元21能够检测到所述电流脉冲，再进一步的使用本发明提供的电流脉冲信号监听操作s21-s23进行执行。当然，在此种情况下，所述监听电流脉冲信号步骤中，在步骤s231中，就需要将前一个或两个电流周波给忽略掉进而构建所述第一小波集和第二小波集。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。