一种基于电流数据的低压台区拓扑识别系统及算法

技术领域

本发明涉及低压电力台区配电管理技术领域，尤其是涉及一种基于电流数据的低压台区拓扑识别系统及算法。

背景技术

长期以来，配电房及低压台区存在户变连接关系不清晰的问题，尤其是新建台区，部分拓扑根本无法直接获取，需要采用人工摸查的方式，工作量巨大，造成了人力物力的浪费。“户-变”关系的缺失导致无法为台区总线线损提供精确的数据源；“户-线”关系缺失导致无法进行分级线损的分析计算。当前线损精益化管理工作、故障定位、三相不平衡分析等高级应用亟需开展低压台区拓扑辨识，以支撑台区分布智能化监控工作，故障自动上报并能根据台区拓扑实现故障定位及故障分析，实现线损精细化分析、提高配电台区的电能质量、供电可靠性和自动化水平。

目前，实现配电台区电气网络拓扑识别的方法有：

(1)基于用电信息的分析法：利用目前的低压线路电力线载波通信技术，通过用电信息采集的配电台区用户用电信息，使用电压数据相似性或相关性分析方法，自动分析台区供电电源与用电设备间的连接关系。基于用电信息的分析法对于表箱内的拓扑结构识别效果较差。

(2)电流注入法：在低压配电线路(或母线)上，通过在工频信号中注入小电流信号，各级逐层捕获该电流信号实现拓扑辨识。电流注入法需要更换电表载波模块，施工量较大。

(3)停复点分析法：通过对低压台区的主干分支有序停复电，由网关抄读用户停复电数据，与主干分支的停复电信息进行对比，实现低成本的“户—线—变”拓扑自动辨识方案。停复电分析法不能有效辨识分支内的层级关系，并且当拓扑发生变化后，需重新下发档案及有新的停复电才能更新拓扑。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电流数据的低压台区拓扑识别系统及算法，通过电流数据计算实时得到低压配电台区的网络拓扑关系，且拓扑发生变化后能自动完成拓扑辨识。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

本发明提供的一种基于电流数据的低压台区拓扑识别系统，包括：用户侧、表箱层、分支层和台变层；用户侧包括以下至少一项：若干充电桩、若干用电户的家用电器、若干光伏设备；表箱层包括至少一组表箱设备；分支层包括至少一组分支箱设备，用户侧的充电桩、用电户的家用电器或光伏设备通过表箱设备与分支箱设备连接；台变层包括台区智能融合终端、台区总表、框架断路器和变压器，台区智能融合终端通过框架断路器与变压器连接，台区智能融合终端还与台区总表连接。

进一步的，表箱设备包括微型断路器、电表和量测开关，微型断路器通过电表与量测开关连接；微型断路器与充电桩、用电户的家用电器或光伏设备连接；量测开关与分支箱设备连接。

进一步的，分支箱设备包括分支断路器和线路终端设备，分支断路器与线路终端设备连接；量测开关通过分支断路器与台区智能融合终端连接，台区智能融合终端采用能源控制器。

进一步的，台区智能融合终端还连接有营销系统。

本发明还提供一种基于电流数据的低压台区拓扑识别算法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S1：从台区智能融合终端获取低压台区设备的档案信息和设置时间内低压台区设备各间隔时刻点的用电信息；

步骤S2：末级节点判断：即将步骤S1中所有间隔时刻点测量的电流值最小的两个设备添加到末级节点设备列表中；

步骤S3：各节点电流值数据加和排序及电流值数据加和可能值计算：即台区智能融合终端对末级节点设备列表中的各设备的电流值数据进行组合相加计算，列出各种可能结果；

步骤S4：判断除已知节点外各节点的电流值数据是否与加和电流值数据相等，若相等则将其中的子节点添加到已知父节点设备列表，并从末级节点设备列表删除；若不相等，添加除已知节点外最小节点到末级节点设备列表中：即将档案中的其余设备测量的电流值数据依照从小到大的顺序与步骤S3中获得的各种可能结果对比，判断是否可构成设备节点父子关系；若构成设备节点父子关系，则将设备节点父子关系中的子设备从末级节点设备列表中删除，并添加进已知父节点设备列表中，同时，将设备节点父子关系中的父设备添加进末级节点设备列表中；若不存在任何父子设备关系，则将获取的其余设备中所有时刻点测量电流值加和最小的设备添加进末级节点设备列表中；

步骤S5：判断是否所有节点都判断完成：即若末级节点设备列表发生变化，重新计算末级节点设备列表中各设备所有时刻点测量电流值加和的各种可能结果，然后重复步骤S4,直到末级节点设备列表和已知父节点设备列表中的设备数量之和等于档案中所有设备数量为止。

进一步的，其特征在于：步骤S1具体包括：

步骤S101:建立低压配电台区各设备与台区智能融合终端之间的电力载波通信网络，能够相互通信的通信节点属于同一台变；

步骤S102:通过台区智能融合终端抄读台区各设备的电流值数据，获取各设备设置时间内间隔15分钟的电流值数据，每个设备共有若干个有效数据点。

进一步的，步骤S2具体包括：

步骤S201：对采集到的各设备电流值数据进行预处理，若存在某设备一直没有采集数据，则认为本次数据无效，不予计算拓扑；

步骤S202：若某时刻点存在一个设备丢失数据，那么认为该时刻点所有设备的电流值数据无效，删除此时刻点的所有设备电流值数据；若删除后，有效数据点的数量少于某一设定值，则认为本次数据无效。

进一步的，步骤S3具体包括：

步骤S301：在步骤S202的电流值数据基础上，计算所有设备各时刻点测量电流值数据之和，并进行由小到大排序；

步骤S302：将末级节点设备列表中的设备进行组合，对每种组合的各时刻总电流值数据进行加和计算，获取各种可能结果。

进一步的，步骤S4具体包括：

步骤S401：将其余各个设备所有时刻总电流值与步骤S302中获取的各种可能结果进行比较，判断是否存在相等的情况；

步骤S402：若步骤S401中存在相等的情况，则进一步判断获取的每个时刻点组合中的各设备测量电流值之和与当前设备测量电流值是否相等，若相等，则该设备与末级节点设备列表中组合中的设备构成父子设备关系，将组合中设备的父级节点设置为该设备，将该组合中的子设备移入已知设备列表中，同时将该父级设备添加到末级节点设备列表中；

步骤S403：若所有其余设备的各时刻总电流值与末级节点设备列表中各设备测量电流值的组合结果均不相等，则将其余设备中各时刻总电流最小的设备添加到末级节点设备列表之中。

进一步的，步骤S5具体包括：

步骤S501：判断末级节点设备列表中与已知设备列表中的设备数量之和是否等于台区设备总数量，若不相等，则返回继续执行步骤S302，重新计算各设备的电流组合值；

步骤S502：若相等，则输出整个台区所有设备的父子节点关系，完成本次拓扑识别过程。

结合以上技术方案，本发明达到的有益效果在于：

本法提供的一种基于电流数据的低压台区拓扑识别系统及算法，通过利用低压线路电力线载波通信并通过用电信息采集配电台区用户电流值数据，基于采集到的设备电流数据的加和关系，实时得到低压配电台区的网络拓扑关系，完成户变对应关系识别，实时性较强，节省了人力，且准确率较高。

附图说明

为了更清楚的说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的系统图；

图2为本发明实施例二提供的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的目的、技术方案和优点进行清楚、明白、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供了一种基于电流数据的低压台区拓扑识别系统，包括：用户侧、表箱层、分支层和台变层；用户侧包括以下至少一项：若干充电桩、若干用电户的家用电器、若干光伏设备；表箱层包括至少一组表箱设备，表箱设备包括微型断路器、电表和量测开关，微型断路器通过电表与量测开关连接，用户侧设备与微型断路器连接，即充电桩、用电户的家用电器和光伏设备与微型断路器连接，微型断路器可采用蓝牙微断，电表可采用蓝牙电表；分支层包括至少一组分支箱设备，用户侧的充电桩、用电户的家用电器或光伏设备通过表箱设备与分支箱设备连接，分支箱设备包括分支断路器和线路终端设备，分支断路器与线路终端设备连接，量测开关与分支断路器连接；台变层包括台区智能融合终端、台区总表、框架断路器和变压器，台区智能融合终端通过框架断路器与变压器连接，台区智能融合终端还与台区总表连接，量测开关通过分支断路器与台区智能融合终端连接，台区智能融合终端采用能源控制器。

作为优选地，台区智能融合终端还连接有营销系统。

以家庭用电为例，通常，每用电户设置一个电表，一楼层3-4户设置一个表箱；10层用电户设置分支箱；3栋楼设置一个能源控制器；一个小区设置一个变压室并安装变压器和台区总表，变压器将3500v转成220V。

实施例二：

本发明还提供一种基于电流数据的低压台区拓扑识别算法，包括如下步骤：

步骤S1：从台区智能融合终端通过电力线载波通信获取低压台区设备的档案信息和设置时间内低压台区设备各间隔时刻点的用电信息；

步骤S1具体包括：

步骤S101:建立低压配电台区各设备与台区智能融合终端之间的电力载波通信网络，能够相互通信的通信节点属于同一台变；

步骤S102:通过台区智能融合终端抄读台区各设备的电流值数据，获取各设备设置时间内间隔15分钟的电流值数据，每个设备共有若干个有效数据点；设置时间可以为3天、4天或5天等，每间隔15分钟获取一次数据，以4天为例，间隔15分钟获取一次数据，系统内每个设备一天24小时，有96数据点，在4天内共有384个数据点；

步骤S2：末级节点判断：即将步骤S1中所有间隔时刻点测量的电流值最小的两个设备添加到末级节点设备列表中；

步骤S2具体包括：

步骤S201：对采集到的各设备电流值数据进行预处理，若存在某设备一直没有采集数据，则认为本次数据无效，不予计算拓扑；

步骤S202：若某时刻点存在一个设备丢失数据，那么认为该时刻点所有设备的电流值数据无效，删除此时刻点的所有设备电流值数据；若删除后，有效数据点的数量少于某一设定值(4天有效数据点该某一设定值可设为300个)，则认为本次数据无效；

每4天内每时刻点具有最小电流值数据的设备不一样，将各时刻点的电流值数据最小的两个设备添加到末级节点设备列表中。

步骤S3：各节点电流值数据加和排序及电流值数据加和可能值计算：即台区智能融合终端对末级节点设备列表中的各设备的电流值数据进行组合相加计算，列出各种可能结果，即末级节点设备列表中任意至少两个设备的电流值数据相加；

步骤S3具体包括：

步骤S301：在步骤S202的电流值数据基础上，计算所有设备各时刻点测量电流值数据之和，并进行由小到大排序；

步骤S302：将末级节点设备列表中的设备进行组合，对每种组合的电流值数据之和进行加和计算，获取各种可能结果。

步骤S4：判断除已知节点外各节点的电流值数据是否与加和电流值数据相等，若相等则将其中的子节点添加到已知父节点设备列表，并从末级节点设备列表删除；若不相等，添加除已知节点外最小节点到末级节点设备列表中：即将档案中的其余设备测量的电流值数据依照从小到大的顺序与步骤S3中获得的各种可能结果对比，判断是否可构成设备节点父子关系；若构成设备节点父子关系，则将设备节点父子关系中的子设备从末级节点设备列表中删除，并添加进已知父节点设备列表中，同时，将设备节点父子关系中的父设备添加进末级节点设备列表中；若不存在任何父子设备关系，则将获取的其余设备中所有时刻点测量电流值加和最小的设备添加进末级节点设备列表中；

步骤S4具体包括：

步骤S401：将其余各个设备的各时刻总电流值与步骤S302中获取的各种可能结果进行比较，判断是否存在相等的情况；

步骤S402：若步骤S401中存在相等的情况，则进一步判断获取的每个时刻点组合中的各设备测量电流值之和与当前设备测量电流值是否相等，若相等，则认为该设备与末级节点设备列表中组合中的设备构成父子设备关系，将组合中设备的父级节点设置为该设备，将该组合中的子设备移入已知设备列表中，同时将该父级设备添加到末级节点设备列表中；

步骤S403：若所有其余设备的各时刻总电流值与末级节点设备列表中各设备测量电流值的组合结果均不相等，则将其余设备中各时刻电流之和最小的设备添加到末级节点设备列表之中；

步骤S5：判断是否所有节点都判断完成：即若末级节点设备列表发生变化，重新计算末级节点设备列表中各设备所有时刻点测量电流值加和的各种可能结果，然后重复步骤S4,直到末级节点设备列表和已知父节点设备列表中的设备数量之和等于档案中所有设备数量为止。

步骤S5具体包括：

步骤S501：判断末级节点设备列表中与已知设备列表中的设备数量之和是否等于台区设备总数量，若不相等，则返回继续执行步骤S302，重新计算各设备的电流组合值；

步骤S502：若相等，则输出整个台区所有设备的父子节点关系，完成本次拓扑识别过程。

本发明提供了一种基于电流数据的低压台区拓扑识别系统及算法，通过利用低压线路电力线载波通信并通过用电信息采集配电台区用户电流值数据，基于采集到的设备电流数据的加和关系，实时得到低压配电台区的网络拓扑关系，完成户变对应关系自动识别，实时性较强，节省了人力物力，且准确率较高。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。