中壓配電網線變關系識別方法研究

宿劍飛 馬曉昆 張喆 張傳遠

摘? 要：針對目前配電網拓撲模型質量不高、拓撲關系不完整及連接混亂、模型變化無法感知、一致性無法保證等問題，文章基于工頻通信技術，開展工頻畸變調制信號傳輸特點研究，設計出一種中壓配電網線變關系識別方法。利用工頻畸變調制信號可跨變壓器耦合到中壓側遠距離傳輸，且只在配電變壓器所在的線路上傳輸的特點，結合電力線通信，實現配電變壓器與10kV線路間拓撲連接關系的自動識別，構建出清晰、完整的中壓配電網絡，同時為線損計算、故障判別提供技術與數據支撐。

關鍵詞：配電網;線變關系;工頻畸變調制信號

中圖分類號：TM726.3 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）36-0096-03

Abstract： At present， there are some problems in the distribution network， such as the low quality of topology model， the incomplete topology model， the confusion of connectivity， the imperceptibility of model changes， and the lack of consistency. In view of the above problems， based on the power frequency communication technology， this paper studies the transmission characteristics of power frequency distortion modulation signal， and designs a method to identify the line and transformer relationship in the medium voltage distribution network. Using the characteristics that the power frequency distortion modulation signal can be coupled to the medium voltage side for long-distance transmission across the transformer， and only on the line where the distribution transformer is located， while combing with the power line communication， this paper is intended to realize the automatic identification of the topological connection between the distribution transformer and the 10kV line， build a clear and complete medium voltage distribution network， and provide technical and data support for line loss calculation and fault identification.

Keywords： distribution network; relationship between line and transformer; power frequency distortion modulation signal

引言

配電網拓撲是對配電網設備、線路以及連接關系的完整描述，是實現配電網智能化應用的重要基礎，完整、一致、準確、及時、可靠的配電網中壓線變關系及相關數據能夠為配電網調度運行、檢修、供電服務提升提供關鍵支撐，實現配電網主動搶修等智能化應用。

配電網規模大、設備數量多、結構復雜，線路及其所連接變壓器數量眾多，使用人工手動維護配電網拓撲模型工作量大、工作效率低、模型信息直觀性差，難以保證配電網拓撲模型的完整性及正確性，存在配電網拓撲模型質量不高、拓撲關系不完整及連接混亂、模型變化無法感知、一致性無法保證等問題。近年來國內在低壓配電網拓撲識別方面開展了部分研究，但主要集中在低壓戶-變對應關系檢測應用等方面，在中壓線變關系識別、拓撲識別方面研究進展較少。

為探索解決以上問題，本文根據工頻畸變調制信號可跨變壓器且只沿變壓器所在線路傳輸的特點，提出了基于工頻畸變技術的中壓線變關系識別方法，支撐中壓配電網線-變關系和中壓配電網拓撲結構的全方位一體化識別。

1 工頻畸變技術理論基礎

配電網工頻電力雙向通信技術-工頻畸變技術是利用電網電壓和電流的微小畸變攜帶信息，以配電網絡為介質，實現數字雙向通信。

工頻畸變調制信號可跨越變壓器耦合到中壓側饋線遠距離傳輸，只在配電變壓器所在的線路上傳輸，不會耦合到配電變壓器之外的線路上，并且工頻畸變調制信號只能在信號發生器端的變壓器、變壓器歸屬的變電站及變壓器所屬線路組成的電流回路上傳輸。利用工頻畸變調制信號的此種特性可實現中壓線變關系識別。

本文中壓線-變關系識別需要用到工頻畸變調制信號，工頻畸變信號調制如圖1所示，SA1、SA2、SB1、SB2、SC1、SC2為雙向晶閘管，LA、LB、LC為調制電感。信號調制電路采用雙向晶閘管，可以在工頻電壓由正到負或者由負到正的過零點前約30°瞬時導通，在調制電感上產生瞬間尖峰電流ie疊加于負載電流上，使負載電流產生微小畸變，當瞬時電流值為零時，晶閘管斷開，完成一次工頻畸變信號調制。調制信號波形如圖2所示。

工頻畸變調制信號檢測如圖3所示。濾波器濾除噪聲及干擾，只允許特定頻率范圍的信號通過;信號增強電路用于對濾波后信號的峰值進行增強及平滑處理，用以增強工頻畸變信號的強度及可檢測性;取絕對值單元用于對增強及平滑處理后的信號取絕對值;信號峰值檢測單元用于接收信號的峰值檢測;A/D轉換以檢測出接收信號中帶有的工頻畸變調制信號。

2 中壓線變關系識別

工頻畸變通信技術具有傳輸距離長、通信距離遠、可靠性與抗干擾性強、信號可跨變壓器傳輸而無需中繼的特點?；冃盘柨刹捎脝蜗嗾{制，以A相為例，圖4為中壓線-變關系識別簡圖。

信號發生裝置安裝于配電變壓器低壓側，調制電流脈沖波形，信號發生裝置發出帶有對應配電變壓器唯一序列碼的工頻畸變調制信號，調制信號跨變壓器傳輸至中壓側的信號檢測裝置。信號監測裝置可安裝于配電變壓器高壓側、配電網線路主干線路節點和各分支節點。

信號監測裝置通過電力線提取帶有固定且唯一編碼的工頻畸變調制信號。根據工頻畸變調制信號的傳輸特點，只需根據信號監測裝置是否接收到帶有變壓器唯一序列碼的工頻畸變調制信號即可判斷變壓器與10kV線路間的連接關系，實現中壓配電網線-變關系的識別。若信號監測裝置可接收到變壓器低壓側的信號發生裝置發出的工頻畸變調制信號，則說明變壓器屬于信號監測裝置所在的線路。

3 應用

因供電電源的變化、聯絡開關的開斷等引起中壓配電網線變關系發生改變，通過人工巡檢維護工作效率低且難以保證配電網拓撲關系的準確性，因此造成線損異常、計算不正確等現象?；诠ゎl畸變調制信號的中壓線變關系識別方法可有效實現中壓配電網拓撲的自動識別。

如圖5所示的雙電源系統，線路上的各個分支、節點都有聯絡開關，其開合狀態由配電主站控制，此處只標出開關A、開關B展開描述。線路中只能有一個變電站供電，雙電源模式下為一主一備。當處于聯絡開關A閉合，聯絡開關B斷開狀態時，安裝于變壓器A、B、C、D、E低壓側的信號發生裝置發出工頻畸變調制信號。

根據工頻畸變調制信號的傳輸特點可以得到：

（1）變壓器A低壓側的信號發生裝置發出的調制信號只能被變電站1出線上的信號監測裝置1監測到。

（2）變壓器B低壓側的信號發生裝置發出的調制信號只能被變電站1出線上的信號監測裝置2、1監測到。

（3）變壓器C低壓側的信號發生裝置發出的調制信號只能被變電站1出線上的信號監測裝置4、3、1監測到。

（4）變壓器D低壓側的信號發生裝置發出的調制信號只能被變電站1出線上的信號監測裝置3、1監測到。

（5）變壓器E低壓側的信號發生裝置發出的調制信號只能被變電站2出線上的信號監測裝置6、7監測到。

由此不僅可判斷變壓器A、B、C、D屬于變電站1的出線，變壓器E屬于變電站2的出線，實現中壓線-變關系的識別;還可以生成變電站、變壓器、10kV線路之間不帶距離的網絡連接拓撲圖。圖6是圖5示意圖下的配電網絡拓撲連接圖。

4 工程拓展

基于工頻畸變通信技術的識別法方法不僅可應用于中壓配電網，也可應用于低壓臺區，實現中低壓配網拓撲自動生成，為線損治理、停電范圍研判、計量、運維等提供支撐。

如圖7所示，工頻畸變調制信號的發生裝置安裝于低壓臺區用戶端及配電變壓器低壓側，信號監測裝置安裝于配電變壓器高壓側、配電網線路主干線路節點和各分支節點。信號發生裝置、信號監測裝置、主站共同形成覆蓋同一變電站范圍內的中低壓供電線路的配電網絡拓撲識別系統。此系統無需中繼，采用集中式組網方式，信號監測裝置直接接收信號發生裝置發出的工頻畸變調制信號，根據信號的傳輸特點，形成中低壓各設備間、設備與線路間的拓撲連接關系。

也可采用分布式組網方式，除了在配電變壓器高壓側、配電網線路主干線路節點和各分支節點安裝信號接收裝置外，在配電室也安裝信號接收裝置，用于接收該配電變壓器范圍內所有安裝在用戶側的信號發生裝置發送的工頻畸變調制信號，起中繼作用。

5 結束語

本文通過研究基于工頻通信技術的中壓線-變關系識別方法，支持中壓配電網線變關系識別及中壓配電網絡自動檢測、分析和生成，自動識別配電變壓器與10kV線路間的拓撲連接關系，動態構建出清晰、完整的中壓線-變關系和配網拓撲，可支撐中壓配電網線變關系和中壓配電網拓撲結構的全方位一體化識別，為建立中壓配電網設備的相互識別和物物相連的新模式打下堅實的基礎，同時也為線損計算、故障判別提供技術與數據支撐。

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