一种低压配电台区拓扑识别系统

技术领域

本发明属于低压配电网网架结构及其从属关系的管理领域，包括户变关系的管理，尤其涉及一种低压配电台区拓扑识别系统。

背景技术

随着社会和经济的不断发展，电力资源已经成为社会发展的主要动力。中低压配电网作为整个电网中重要组成部分，主要负责向终端电力用户提供持续、稳定的供电。尤其是伴随着社会用电量的急剧增长，传统中低压的配电网规划方式已无法使用到规模庞大的配电网系统中。目前中压配电网已经持续进行了10多年的管理改进及馈线自动化技术的更新应用等工作，而低压配电网的管理及技术仍然当年的情况停留不前，在这种情况下，必须要加强低压配电网的改革，以适应现代社会经济和发展的需要。

传统的配电台区低压侧网架管理，主要是由各配电检修工区以人力方式完成，在配电线路架设时记录线路电线杆号、配电变压器名称、线路名称、分支箱名称、分支线名称、楼栋名称/村名以及用户名称，然后将相关信息提交至并由人工录入用电管理信息平台中，期间增加了大量人力成本，并且因为人为因素过多，非常容易出现误操作，为后期的运维管理带来了很大的难度。因此，提高配电台区低压侧网架识别及管理技术是亟需解决的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的为提供一种减少人力成本和人为误操作的可能，提高低压配电网运行管理效率的低压配电台区系统。

技术方案：本发明的低压配电台区自动拓扑设别系统，包括自动识别依次连接的配电变压器低压配电箱层、作为中间节点的各级低压线路三相配电箱或分接箱层、单相分接箱节点层和末端节点用户电表侧表箱层，各层连接关系为拓扑关系。进一步地，在配电变压器低压配电箱层，安装有智能配变终端或智能融合配变终端、一台低压进线总开关及多台低压出线漏保开关以及可能存在的无功补偿设备、除湿设备等，每台低压出线漏保开关关联安装有中间节点拓扑识别模块。

智能配变终端或智能融合配变终端包括电力载波通信模块、4G/5G无线通信模块、以太网通信接口和串行通信接口；电力载波通信模块用于各个拓扑模块的通信自组网，组网完成后的各个拓扑模块的功能特征信息识别；以太网通信接口或串行通信接口用于接收低压配电箱进线总开关信息；具备综合各末端拓扑模块、中间节点拓扑模块以及进线总开关等信息，实现自动拓扑识别的功能；4G/5G无线通信模块以电力行业固有标准，用于低压台区系统及以下网架结构拓扑信息的上送。电力载波通信模块还用于在三相电流各相过零点、电压正方向的情况下，周期性的逐相逐个控制末端拓扑模块发出脉冲电流信号的功能，其周期以小时为单位根据需要进行设置，接收各中间节点拓扑模块信息。

在作为中间节点的各级低压线路三相配电箱层或分接箱层，安装有三相低压塑壳开关并关联安装有中间节点拓扑识别模块(三相配电箱和分接箱只在于低压配电网层级的增加后命名的不同，配电功能相同)。

在单相分接箱层，安装有单相低压塑壳开关并关联中间节点拓扑识别模块。

在末端节点用户电表侧表箱层，安装有各户用电电表并一一对应安装有末端拓扑模块。

配电变压器低压配电箱中，典型设计时低压出线漏保开关为三台，当其为非典型设计时，低压出线漏保开关的数量会有所变化，本发明相关技术同样可以使用。另外，本发明的实现还利用了低压配电网的线路负载特性，由于其线路负载以电阻及电抗为主，其单相的电压方向总是超前于电流方向。

电力载波通信模块用于接收配变终端的相关命令，电压正方向并且电流过零点时，在接收到配变终端的命令后，利用电力电子开关产生瞬时拓扑脉冲电流信号，脉冲电流幅值为0.5～1A，脉冲宽度为0.1～4毫秒，脉冲数量为5～20个。脉冲电流幅值、脉冲宽度以及脉冲数量受配变终端控制。

在低压配电台区层低压出线漏保开关、中间节点各级低压线路三相配电箱层、分接箱层和单相分接箱层关联安装的中间节点拓扑识别模块配置有电力载波通信模块，设计有USB/SPI或类似总线串行通信接口。中间节点拓扑识别模块总线串行通信接口用于读取所关联低压出线漏保开关、三相及单相低压塑壳开关电压、电流信息，在接收配变终端的命令后采集瞬时拓扑脉冲电流并结合电压分析电流方向。

配变终端在实际应用中，需要统一命令并通知两类拓扑模块相关的脉冲电流幅值、脉冲宽度及脉冲数量，做到两类拓扑模块保持脉冲电流幅值以及脉冲宽度的一致性。做到两类拓扑模块保持脉冲电流幅值、脉冲宽度及脉冲数量的产生和识别的一致性。

优选的，末端拓扑模块设计有电力载波通信模块；设计有电力电子开关；设计有唯一地址/电子标签识别码；设计有作为末端拓扑模块的功能特征信息。中间节点拓扑识别模块设计有电力载波通信模块；设计有USB、SPI或类似总线串行通信接口；设计有唯一地址/电子标签识别码；设计有作为中间节点拓扑识别模块的功能特征信息。

本发明在已实现的低压台区系统及以下网架结构自动拓扑识别后，发生网架结构的调整、配电节点设备的更换以及用户(电表)接入数量的变化时，仍然能够再次进行自动拓扑识别。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：提出一种在配电台区低压侧配电网的自动网架管理及识别技术，自动识别户变之间的层次数量以及户变关系，大大减少了人力成本的投入和人为误操作的出现，提高低压380V配电网的管理效率，后期还可以应用于用户停电时的故障区域定位和提高应急抢修效率等方面。另外还可以通过对网络的集中管理以及与配电自动化系统的资源整合，建立一个统一的集成、集约、高效的中低压配电网管理系统，确保了各网络架构内设备的信息的完备性。在实现集约、精细化管理的同时，更有利于员工专业应用、规范操作，从而提高整体工作效率的有效手段。

附图说明

图1为本发明的台区至用户表箱三层结构简单示意图；

图2为本发明的农网线路台区至用户表箱四层结构简单示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明提供的低压配电台区系统及以下网架结构自动拓扑识别的一种方式，包括低压配电台区本身进出线(现有农村电网配电变压器低压配电箱典型设计为一进三出)，低压配电线路中间各级配电箱/分支箱，以及分支箱单相出线至最终用户电表侧的线路拓扑关系。

如图2所示的四层低压配电线路结构：图中0为根节点，即图1所示的低压配电台区位置，其配套有配电变压器和台区低压配电箱，其中台区低压配电箱又配套有配变终端、三相低压进线总开关1台及多台三相低压漏保出线开关等设备，而图中根节点0正真代表的是三相低压进线总开关；①、②代表三相低压漏保出线开关(节点)，三相低压进线总开关至多台三相低压漏保出线开关在低压配电箱内采用三相四线制铜排(配电系统中称为母排)连接，在图中采用1、2所示的黑实线来表示，三相低压漏保出线开关中关联有中间节点拓扑识别模块；三相低压进线总开关0至多台三相低压漏保出线开关①、②节点之间的配电连接关系我们定义为第一层低压配电结构层；黑实线3、4、5代表的是从低压配电箱内三相低压漏保出线开关引出的低压三相配电线路，实际在城市及农村配电网中多以架空线路为主；③、④、⑤代表的是配电网的中间开关节点，多为三相塑壳开关安装在线路配电箱或线路分支箱中，关联中间节点拓扑识别模块；①、②与③、④、⑤代表的节点之间的配电连接关系我们定义为第二层低压配电结构层；黑实线6、7代表的是从线路配电箱内三相塑壳开关引出的低压三相配电线路，同样基本为架空线路；⑥、⑦仍然代表配电网的开关节点，关联中间节点拓扑识别模块，同样多为三相塑壳开关，但由于图2的案例为4层结构，代表的为末端开关节点，在安装时可能是居民楼内的配电箱或者是农村线路杆上/墙上的配电箱；⑤与⑥、⑦代表的节点之间的配电连接关系我们定义为第三层低压配电结构层；黑实线8、9代表的是从末端开关节点引出的配电线路，但同样因为图2的案例为4层结构，8和9在这里代表的是由⑥三相塑壳开关分裂引出的单相配电线路，在实际配电线路中会分裂引出3条单相配电线路，因为配电线路都为三相线路而居民用电都为单相线路；⑧、⑨代表配电线路末端节点的居民用户电表，关联末端拓扑模块；⑥与⑧、⑨代表的节点之间的配电连接关系我们定义为第四层低压配电结构层；实际低压配电网中，配电结构层的数量可能会有多有少，这里以四层结构进行举例，但首端和末端的连接关系以及相关配电设备不变，增加或减少的是中间层的数量，并且中间层的电气连接关系不变。

节点、支路编号原则：将根节点编为0，并按父节点小于子节点号的原则由根节点向下顺序编号，规定去路正方向为父节点指向子节点。黑实线6、7代表的是从线路配电箱内三相塑壳开关引出的低压配电线路

为了实现配电变压器台区低压侧配电网系统及其以下网架结构能够自动进行拓扑识别，首先如发明内容中提到了发明有两类拓扑识别模块，分别为中间节点拓扑识别模块以及末端拓扑模块。两类拓扑模块均设计有唯一身份识别码以及功能识别代码，见发明内容部分。

具体步骤如下：

(1)配电线路送电以后，配电终端以及各节点的两类拓扑模块均得电运行，通过低压配电线路逐相自动组成电力载波通信网络，实现两类拓扑模块在配电终端内的逐相信息接入，该过程需要一定时间；

(2)两类拓扑模块在接入配电终端时，各自上报唯一地址识别码以及功能特征代码，配电终端逐相自动记录两类拓扑模块相关信息，并且记录其所在相(低压配电系统以A、B、C三相交流供电为主)；

(3)配变终端在收到并记录拓扑识别模块信息后，在三相线路各相正常电流过零点并且电压正方向时，以电力载波通信方式逐个命令末端拓扑模块，以电力电子开关完成瞬时拓扑脉冲电流信号的发送；如前文所述，低压配电网其线路负载特性以电阻及电抗为主，单相的电压方向总是超前于电流方向；同时，为了自动拓扑识别技术的简单可实现性，电力载波通信方式根据末端拓扑模块所在相逐相开展；

(4)配变终端在逐个命令末端拓扑模块产生瞬时拓扑脉冲电流信号的同时，通知该相各中间节点拓扑识别模块接收并识别拓扑脉冲电流信号；

(5)各中间节点拓扑识别模块在识别拓扑脉冲电流信号后，结合节点自身所在电压方向，计算瞬时拓扑脉冲电流信号流向，将结果上送配变终端；

(6)配变终端完全接收该相中间节点拓扑识别模块上送的信息后，综合此次控制的末端拓扑模块，实现该末端拓扑节点(电表)沿配电线路，经中间低压线路及各配电开关节点至低压配电台区的自动拓扑识别；

(7)如图2中，如果配变终端首先命令⑧号关联的末端拓扑模块发送拓扑脉冲电流信号，由于正确的脉冲电流信号流向都是从根节点0至末端节点，⑥、⑤、②并且也只有这三个节点都能采集到正确的脉冲电流信号流向，因此配变终端在接收所有拓扑模块信息后就能判断⑧号电表其拓扑关系，沿线路8经过开关节点⑥再沿线路6到开关节点⑤又沿线路5至开关节点②；开关节点②至根节点0之间的连接关系，属于台区低压配电箱内铜排的直连关系，必定是上下级从属关系；

(8)按照上述方式，配变终端逐个控制末端拓扑模块，依次自动实现其台区低压配电系统及网架结构内电表至台区低压配电箱的拓扑关系，同时通过4G/5G无线通信模块，以电力行业固有标准，实现低压台区系统及以下网架结构拓扑信息的上送功能。

在配变终端侧可以设计为按小时为单位进行整定的，周期性进行的自动拓扑识别过程(小时为单位周期性的发生自动拓扑命令)，其余时间用于配变终端识别判断有无拓扑模块的接入和变更。