低壓臺(tái)區(qū)拓?fù)浔孀R(shí)方法綜述

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.08.021

摘? 要：在對(duì)低壓臺(tái)區(qū)拓?fù)渥R(shí)別實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，文章分析了“基于用電信息的分析法”“電流注入法”“停復(fù)電分析法”“手機(jī)APP沿布圖方法”4種拓?fù)浔孀R(shí)方法的原理及實(shí)現(xiàn)步驟，闡述了拓?fù)浔孀R(shí)CIM文件的標(biāo)準(zhǔn)及格式。從“建設(shè)成本、施工量、辨識(shí)精度、拓?fù)浒l(fā)生變化后是否能自動(dòng)更新”4個(gè)角度總結(jié)對(duì)比了4種拓?fù)浔孀R(shí)方法的差異，施工單位可根據(jù)不同的需求和情境采用不同的方法。

關(guān)鍵詞：低壓臺(tái)區(qū);拓?fù)浔孀R(shí);CIM文件

中圖分類號(hào)：TP391.4? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2021）08-0071-05

Overview of Topology Identification Methods for Low Voltage Stations

MA Biyan

（Guangzhou Dongfang Dianke Automation Co.，Ltd.，Guangzhou? 510000，China）

Abstract：Based on the study of the implementation method of topology recognition in low voltage stations，this paper analyzes the principles and implementation steps of four topology identification methods，including “analysis method based on power consumption information”，“current injection method”，“analysis method of stopping and resuming power”，“l(fā)ayout method of mobile APP”. The standard and format of topology identification CIM file are elaborated. This paper summarizes and compares the differences of four topology identification methods from four aspects of “construction cost，construction quantity，identification accuracy，and whether the topology can be automatically updated after changing”. The construction unit can adopt different methods according to different needs and situations.

Keywords：low voltage station;topology identification;CIM file

0? 引? 言

長(zhǎng)期以來(lái)，配電房及低壓臺(tái)區(qū)存在戶變連接關(guān)系不清晰的問(wèn)題，尤其是新建臺(tái)區(qū)，部分拓?fù)涓緹o(wú)法直接獲取，需要采取人工摸查的方式，工作量巨大，造成了人力物力的浪費(fèi)。“戶-變”關(guān)系的缺失導(dǎo)致無(wú)法為臺(tái)區(qū)總線損提供精確數(shù)據(jù)源;“戶-線”關(guān)系缺失導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行分級(jí)線損的分析計(jì)算。當(dāng)前線損精益化管理工作、故障定位、三相不平衡分析等高級(jí)應(yīng)用亟須開(kāi)展低壓臺(tái)區(qū)拓?fù)浔孀R(shí)，以支撐臺(tái)區(qū)分布智能化監(jiān)控工作，故障自動(dòng)上報(bào)并能根據(jù)臺(tái)區(qū)拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)故障定位及故障分析，實(shí)現(xiàn)線損精細(xì)化分析、提高配電臺(tái)區(qū)的電能質(zhì)量、供電可靠性和自動(dòng)化水平。

目前實(shí)現(xiàn)配電臺(tái)區(qū)電氣網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥R(shí)別的方法有：

（1）基于用電信息的分析法。利用目前的低壓線路電力線載波通信技術(shù)，包括窄帶電力線載波或?qū)拵щ娏€載波，通過(guò)用電信息采集的配電臺(tái)區(qū)用戶用電信息，使用電壓數(shù)據(jù)相似性或相關(guān)性分析方法，不增加硬件成本，自動(dòng)分析臺(tái)區(qū)供電電源與用電設(shè)備間的連接關(guān)系。

（2）電流注入法。在低壓配電線路（或母線）上，通過(guò)在工頻信號(hào)中注入小電流信號(hào)，各級(jí)逐層捕獲該電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)拓?fù)浔孀R(shí)。

（3）停復(fù)電分析法。通過(guò)對(duì)低壓臺(tái)區(qū)的主干分支有序停復(fù)電，由網(wǎng)關(guān)抄讀用戶停復(fù)電數(shù)據(jù)，與主干分支的停復(fù)電信息進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)低成本的“戶—線—變”拓?fù)渥詣?dòng)辨識(shí)方案。

（4）手機(jī)APP沿布圖方法。通過(guò)手機(jī)APP應(yīng)用，完成低壓建模業(yè)務(wù)的“建立臺(tái)賬、關(guān)聯(lián)拓?fù)洹⒔K端配置、點(diǎn)圖操作”全過(guò)程管理，供電所人員經(jīng)授權(quán)后通過(guò)低壓APP開(kāi)展相關(guān)業(yè)務(wù)。

1? 用電信息分析方法

應(yīng)用該方法的臺(tái)區(qū)，用戶電表及分支電表需使用藍(lán)牙及寬帶載波通信雙模模塊方法與集中器通信，網(wǎng)關(guān)通過(guò)集中器抄讀各分路及用戶的停電信息、凍結(jié)電流、電壓等電氣量;并根據(jù)這些狀態(tài)信息及電氣量信息，使用算法實(shí)現(xiàn)拓?fù)渥R(shí)別，并最終形成拓?fù)湮募負(fù)渥R(shí)別系統(tǒng)如圖1所示。

基于用電信息的臺(tái)區(qū)電網(wǎng)拓?fù)渲貥?gòu)方案主要包含三個(gè)步驟：

（1）臺(tái)區(qū)區(qū)分。

（2）相位識(shí)別。

（3）分支還原。

1.1? 臺(tái)區(qū)區(qū)分

臺(tái)區(qū)區(qū)分基于寬帶載波技術(shù)特有的時(shí)鐘檢測(cè)功能，根據(jù)每個(gè)用戶的電壓過(guò)零點(diǎn)來(lái)識(shí)別該用戶是否屬于本臺(tái)區(qū)，并且識(shí)別該用戶歸屬于臺(tái)區(qū)的A、B、C相的哪一相，如果該用戶的過(guò)零點(diǎn)離主節(jié)點(diǎn)ABC三相的過(guò)零點(diǎn)時(shí)鐘偏差都較大，則認(rèn)為該用戶不是本臺(tái)區(qū)的用戶。

1.2? 相位識(shí)別

相位識(shí)別的技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，以從節(jié)點(diǎn)的極大似然結(jié)果為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)相位識(shí)別。具體做法是電力線載波通信主節(jié)點(diǎn)在某確定象限，例如A相過(guò)零點(diǎn)時(shí)定向發(fā)送相位識(shí)別命令至未知相位的從節(jié)點(diǎn)。從節(jié)點(diǎn)過(guò)零點(diǎn)若偏差在0±200 μs以內(nèi)，則認(rèn)為從節(jié)點(diǎn)是A相。當(dāng)偏差等于6.7 ms±200 μs或13.3 ms±200 μs時(shí)，則認(rèn)為目標(biāo)從節(jié)點(diǎn)是B相或C相。

臺(tái)區(qū)區(qū)分及相位識(shí)別的結(jié)果，目前寬帶載波模組都已具備，由智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)集中器抄讀，報(bào)文遵循《計(jì)量自動(dòng)化終端上行通信規(guī)約（2017版）》協(xié)議。

前兩步后，能實(shí)現(xiàn)戶變關(guān)系及相位識(shí)別，即拓?fù)浣Y(jié)果如圖2所示。

1.3? 分支還原

1.3.1? 數(shù)學(xué)求解法

分支還原可通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算方法求解，首先將用戶電表通過(guò)表箱的模式聚類，同一表箱的用戶認(rèn)為屬于同一分支，然后通過(guò)求解“表箱總電流”與“分支電流”的電流和公式，得到表箱與分支的歸屬關(guān)系：

（1）表箱聚類。用戶電表載波模塊中含有藍(lán)牙通信模塊，距離相近的電表，藍(lán)牙模塊間能相互通信，通過(guò)電表間藍(lán)牙通信成功次數(shù)聚類末端用戶，通信成功次數(shù)多的電表聚類到同一表箱中，聚類結(jié)果由智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)集中側(cè)的載波匯聚單元抄讀，抄讀協(xié)議為內(nèi)部通信規(guī)約。

末端表箱聚類能將分散的用戶聚合成虛擬的表箱，末端拓?fù)溆捎脩魵w屬求解轉(zhuǎn)化為表箱歸屬求解，由于虛擬表箱個(gè)數(shù)少、聚合電流大，可有效降低求解難度。

（2）表箱歸屬辨識(shí)。利用用電信息采集系統(tǒng)的瞬時(shí)凍結(jié)功能，可以獲得各分支總表及用戶電表在同一時(shí)刻的電流。然后通過(guò)對(duì)同相位內(nèi)的分支總表電流使用嘗試法或一些優(yōu)化算法（如粒子群或羊群法）計(jì)算，確定各分支與表箱的連接關(guān)系。例如臺(tái)區(qū)有三個(gè)分支，并聚類好20個(gè)表箱，將分支總表x，y，z的瞬時(shí)電流記為I_x，I_y，I_z，20個(gè)表箱的電流分別為I_b1、I_b2、…、I_b20，若滿足I_x=I_b1+I_b5+I_b7+I_b12，則認(rèn)為表箱1、5、7、12為分支x下屬表箱。

2? 小電流注入法

該方法通過(guò)在用戶電表及各分支斷路器（或低壓分支監(jiān)測(cè)單元）的載波模塊中增加特征電流（小電流）注入電路，同時(shí)，分支斷路器（或低壓分支監(jiān)測(cè)單元）上裝有核心小板，通過(guò)依次控制用戶電表及支路斷路器（或低壓分支監(jiān)測(cè)單元）的載波模塊注入特征電流，核心小板檢測(cè)本斷路器（或低壓分支監(jiān)測(cè)單元）上是否流過(guò)特征電流來(lái)判斷用戶電表及各分支的等級(jí)關(guān)系。

整體識(shí)別流程如下：

（1）發(fā)送臺(tái)區(qū)識(shí)別信號(hào)。人工啟動(dòng)臺(tái)區(qū)拓?fù)渥R(shí)別流程，臺(tái)區(qū)側(cè)智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)工頻畸變信號(hào)發(fā)送臺(tái)區(qū)唯一標(biāo)識(shí)，A＼B＼C相各一次，臺(tái)區(qū)的分支斷路器（或低壓分支監(jiān)測(cè)單元）即可收到并記錄該標(biāo)識(shí)。

（2）寬帶載波組網(wǎng)。信號(hào)發(fā)送完成后，復(fù)位智能網(wǎng)關(guān)的載波CCO模塊，刪除CCO模塊中白名單信息，等待CCO組網(wǎng)流程。待組網(wǎng)結(jié)束后，智能網(wǎng)關(guān)的載波CCO對(duì)入網(wǎng)的寬帶載波STA節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行注冊(cè)。

（3）特征電流注入及識(shí)別。對(duì)注冊(cè)到的分支斷路器（或低壓分支監(jiān)測(cè)單元）及用戶電表進(jìn)行點(diǎn)名發(fā)送特征電流識(shí)別信號(hào)，同時(shí)各分支斷路器（或低壓分支監(jiān)測(cè)單元）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是否流過(guò)特征電流。

（4）拓?fù)浞治觥８鞣种嗦菲鳎ɑ虻蛪悍种ПO(jiān)測(cè)單元）將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是否流過(guò)特征電流的結(jié)果上送到智能網(wǎng)關(guān)，由智能網(wǎng)關(guān)完成拓?fù)浞治觥?/p>

（5）上送主站。智能網(wǎng)關(guān)將變壓器—分支斷路器（或低壓分支監(jiān)測(cè)單元）—用戶電表的拓?fù)潢P(guān)系文件信息上傳至主站，用于主站完成高級(jí)應(yīng)用分析。

電流注入法拓?fù)浔孀R(shí)流程如圖3所示。

3? 停電分析法

針對(duì)農(nóng)網(wǎng)地區(qū)各用戶距離較遠(yuǎn)，表箱聚類不理想的情況，可通過(guò)電表載波模塊帶超級(jí)電容，上報(bào)停電信息的方法，對(duì)臺(tái)區(qū)的分支依次停電，收集分支電表及末端用戶的停電信息，完成用戶與分支的歸屬關(guān)系分析。

通過(guò)低壓線路有序分合閘，生成分支線路的停復(fù)電時(shí)間，在臺(tái)區(qū)全面復(fù)電后，由臺(tái)區(qū)智能網(wǎng)關(guān)抄讀停復(fù)電時(shí)間，完成拓?fù)浔孀R(shí)，該方法主要步驟為：

（1）有序停復(fù)電。在低壓臺(tái)區(qū)需發(fā)生主動(dòng)停電時(shí)，如臺(tái)區(qū)變壓器檢修、斷路器維護(hù)等情況，各用戶電表生成帶時(shí)間戳的停電事件，保存在電表中，檢修或維護(hù)完畢，臺(tái)區(qū)復(fù)電時(shí)，可有序執(zhí)行臺(tái)區(qū)大分支的復(fù)電，如先閉合主干分支1的塑殼斷路器，30 s后再閉合主干分支2的塑殼斷路器，依次類推，錯(cuò)開(kāi)一定的時(shí)間有序完成各主干大分支的復(fù)電。當(dāng)主干分支復(fù)電時(shí)，該分支下的用戶電表會(huì)生成帶時(shí)間戳的復(fù)電信息，并保存在用戶電表中。

（2）抄讀用戶電表信息。臺(tái)區(qū)智能網(wǎng)關(guān)連接到集中器中，當(dāng)各區(qū)全面復(fù)電后，智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)集中器抄讀臺(tái)區(qū)所屬用戶電表的最近一次停復(fù)電信息，記錄到智能網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)（或文件）中。由于拓?fù)浔孀R(shí)時(shí)效性要求不高，該抄讀行為可以錯(cuò)開(kāi)抄表高峰期進(jìn)行。

（3）拓?fù)浞治觥Ｅ_(tái)區(qū)智能網(wǎng)關(guān)根據(jù)各用戶電表停復(fù)電起止時(shí)間（基于載波通信的低壓臺(tái)區(qū)，用戶電表統(tǒng)一由集中器對(duì)時(shí)，電表的時(shí)間一致性好），停復(fù)電時(shí)間相近的用戶電表歸屬于同一個(gè)主干分支，把所有用戶電表歸類存放，形成“戶—線—變”關(guān)系。

4? 手機(jī)APP生成沿布圖方法

該方法通過(guò)移動(dòng)端APP，逐一對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的電能表進(jìn)行建檔，并勾選電表的上級(jí)開(kāi)關(guān)/斷路器/分支監(jiān)測(cè)單元，同時(shí)記錄下電表的地理位置，最終在手機(jī)APP上實(shí)現(xiàn)“戶—線—變”完整的拓?fù)鋱D，并在地圖上繪制沿布圖。

沿布圖以臺(tái)區(qū)為單位，先建立低壓設(shè)備的臺(tái)賬，然后繪制出低壓設(shè)備的連接關(guān)系，具體內(nèi)容如下：

（1）低壓設(shè)備臺(tái)賬維護(hù)。在移動(dòng)端APP中，提供以低壓臺(tái)區(qū)為單位，對(duì)低壓配網(wǎng)電氣設(shè)備的建模功能。用戶借助APP建模工具錄入設(shè)備位置信息、臺(tái)賬參數(shù)等。目前模型主要包含以下元素：

1）臺(tái)區(qū)類。

2）桿塔類和街碼類。

3）低壓分支箱類。

4）開(kāi)關(guān)類。

5）電纜井類。

6）監(jiān)測(cè)箱類（“刀閘+開(kāi)關(guān)+刀閘”的容器類型）。

7）通訊裝置類（屬于二次設(shè)備，虛擬用來(lái)關(guān)聯(lián)采集設(shè)備和真實(shí)拓?fù)湓O(shè)備）。

8）電表類。通過(guò)上述元素，建模出一個(gè)臺(tái)區(qū)完整的參數(shù)臺(tái)賬，為其他應(yīng)用提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。

（2）低壓設(shè)備連接關(guān)系管理。通過(guò)移動(dòng)端APP采集低壓設(shè)備真實(shí)地理經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，并在應(yīng)用中選擇其關(guān)聯(lián)的父節(jié)點(diǎn)信息，在邏輯上創(chuàng)建低壓設(shè)備的樹(shù)形拓?fù)潢P(guān)系。

以臺(tái)區(qū)為單位，生成拓?fù)銫IM模型文件，并同步至智能網(wǎng)關(guān)，智能網(wǎng)關(guān)對(duì)拓?fù)湮募馕鋈霂?kù)，并以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)高級(jí)應(yīng)用。

5? 拓?fù)淠Ｐ臀募?/p>

拓?fù)銫IM文件遵循IEC61970 501標(biāo)準(zhǔn)所描述的CIM RDF模式，一個(gè)低壓配網(wǎng)電氣拓?fù)淠Ｐ虲IM XML模型交換格式能被轉(zhuǎn)換導(dǎo)出為一個(gè)XML文檔。這個(gè)文檔稱為CIM XML文檔。CIM RDF模式提供CIM XML文檔所使用的資源描述格式。最終CIM XML模型交換文檔能被解析。

5.1? CIM文件編碼

編碼統(tǒng)一采用GB18030編碼，以下為示例：

<？xml version="1.0" encoding="GB18030"？>

5.2? 配電變壓器模型

配電變壓器的保留“名字”屬性，擴(kuò)展“用戶等級(jí)（標(biāo)識(shí)重要用戶、普通用戶）”“用戶屬性（公變、專變）”“IP地址（TTU對(duì)應(yīng)的IP地址）”屬性，CIM文件建模示例為：

**花園公用配電站#1變壓器

1

public

10.241.192.236

5.3? 母線模型

母線保留“名字”屬性，CIM文件建模示例如下：

Busbar#92413

5.4? 支路開(kāi)關(guān)模型

支路開(kāi)關(guān)的保留“名字”屬性，擴(kuò)展“支路電表地址”屬性，CIM文件建模示例為：

4044開(kāi)關(guān)

211700520471

5.5? 用戶模型

用戶保留“名字”屬性，擴(kuò)展“用戶電表地址”、“用戶住址”屬性，CIM文件建模示例為：

郭**

'091701506130

**市**花園2期13棟1101房

5.6? 關(guān)聯(lián)關(guān)系

通過(guò)定義Terminal，并使用Node將各設(shè)備的相連關(guān)系進(jìn)行表達(dá)，如下文所示，母線與分支開(kāi)關(guān)通過(guò)同一個(gè)命名為“#Busbar_id_5512”的ConnectivityNode相連。

同理，用戶與分支開(kāi)關(guān)的相連關(guān)系通過(guò)同一個(gè)命名為“#Breaker_id_9177”的ConnectivityNode相連，CIM文件中定義為：

6? 拓?fù)渌惴▋?yōu)劣勢(shì)及適用情境對(duì)比

4種低壓臺(tái)區(qū)拓?fù)浔孀R(shí)的原理各不相同，實(shí)現(xiàn)的效果也稍有差異。下面從建設(shè)成本、施工量、辨識(shí)精度、拓?fù)浒l(fā)生變化后是否能自動(dòng)更新4個(gè)角度對(duì)4種拓?fù)浔孀R(shí)方法進(jìn)行對(duì)比，比較結(jié)果如表1所示。由表1可知，不同情境下可根據(jù)相關(guān)原則采取合適的辨識(shí)方法。

7? 結(jié)? 論

目前，還未找到一種施工簡(jiǎn)單、能100%精確識(shí)別“戶—線—變”關(guān)系及分支層級(jí)關(guān)系，且拓?fù)浒l(fā)生變化后能自動(dòng)完成拓?fù)浔孀R(shí)的方法，目前采用的各種方式均有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用情境。近年來(lái)，各研究院及自動(dòng)化廠家仍在不斷地創(chuàng)新，嘗試各種針對(duì)低壓臺(tái)區(qū)的拓?fù)渥R(shí)別方法，因此，總結(jié)業(yè)界已實(shí)現(xiàn)的方法，對(duì)各種方法進(jìn)行對(duì)比，有助于工程化的選型，并為多種方法融合提供參考及依據(jù)。

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作者簡(jiǎn)介：馬碧燕（1982—），女，漢族，廣東廣州人，工程師，碩士，研究方向：電力系統(tǒng)自動(dòng)化。

收稿日期：2021-03-07