基于低壓計量裝置快速定位及拓撲關(guān)系的研究

朱迎春 高偉 洪一姍 李天柱 王亞暉 李志偉 左勇

摘要：低壓配電網(wǎng)位于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)末端，連接眾多用電負荷與電網(wǎng)，是輸電和用電之間的重要環(huán)節(jié)，對保證用電質(zhì)量、用電安全起著至關(guān)重要的作用。正是由于低壓配電網(wǎng)設(shè)備數(shù)量巨大、點多面廣、結(jié)構(gòu)分散、型號不統(tǒng)一，對低壓配電網(wǎng)的監(jiān)測與管理造成較多困難，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的運維效率和服務(wù)質(zhì)量。近年來，國家電網(wǎng)公司在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化方面做出了積極措施，顯著提升了電網(wǎng)的開放性、統(tǒng)一性。其中，低壓配電網(wǎng)的拓撲關(guān)系是電網(wǎng)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵組成部分，對電網(wǎng)的線損分析、故障診斷等應(yīng)用都有關(guān)鍵的作用。但拓撲信息主要依賴設(shè)計資料及人工錄入，一旦電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，更新不及時，就會導(dǎo)致電網(wǎng)拓撲信息的滯后。目前，國內(nèi)外已有對低壓配電網(wǎng)拓撲分析的技術(shù)研究，比如通過終端感知設(shè)備、檢測設(shè)備等輔助設(shè)備進行信號監(jiān)測，在通過對信號序列的變換分析，實現(xiàn)拓撲結(jié)構(gòu)的映射。上述方法不僅對信號的采集和分析有著較高的要求，更增加了低壓配電網(wǎng)用戶各負荷節(jié)點的輔助設(shè)備，增加投資費用，不利于大規(guī)模應(yīng)用和管理。本文提出一種低壓計量裝置快速定位及拓撲關(guān)系的研究技術(shù)及相關(guān)裝置。本裝置安裝在表箱內(nèi)，依靠高速電力線載波（highspeedpowerlinecarrier，HPLC），采集電壓信息，根據(jù)同一個表箱內(nèi)電壓特征趨近一致的現(xiàn)象，通過智能融合終端內(nèi)APP算法計算任意2個智能電表的相關(guān)性，判斷下級智能電表的定位，再根據(jù)各分支的計量數(shù)據(jù)，自動生成臺區(qū)拓撲。

關(guān)鍵詞：低壓計量裝置;快速定位;拓撲關(guān)系;研究

1、HPLC概述

HPLC技術(shù)是一種高速電力線通信技術(shù)，電力線通信技術(shù)是指利用電力線作為通信介質(zhì)進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通信技術(shù)。由于電力線是最普及、覆蓋范圍最為廣闊的一種物理媒體，利用電力線傳輸數(shù)據(jù)信息，具有極大的便捷性，無需重新布線，即可將所有與電力線相連接的電器組成一個通信網(wǎng)絡(luò)，進行信息交互和通信。這種方式實施簡單，維護方便，可以有效降低運營成本、減少構(gòu)建新的通信網(wǎng)絡(luò)的支出，因而已成為智能電網(wǎng)、能源管理、智慧家庭、光伏發(fā)電、電動汽車充電等應(yīng)用的主要通信手段。

電力線通信按工作頻帶可分為窄帶低速電力線通信、窄帶高速電力線通信、和寬帶高速電力線通信，窄帶電力線通信可使用的頻率范圍為3kHz至500kHz，由于帶寬相對較窄，只能提供較低傳輸速率的通信服務(wù)，且抗干擾能力較弱，一次抄表成功率很難突破90%以上。面向電力抄表的寬帶高速電力線通信工作頻率范圍包含2.4MHz～5.6MHz、2MHz～12MHz、0.7MHz～3MHz、1.7MHz～3MHz，具有相對較寬的帶寬，能夠提供數(shù)百kbps至幾Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，且電力線在高頻段的噪聲相對較弱，相對于窄帶電力線通信，通信可靠性和穩(wěn)定性顯著提升。

2、拓撲識別技術(shù)概述

隨著電網(wǎng)的不斷擴大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜。由于用戶數(shù)量眾多，負荷類型多變，各臺區(qū)的拓撲結(jié)構(gòu)各不相同，用電特性也不盡相同。但由于各負荷對時間序列的特征均可呈現(xiàn)出規(guī)律性，因此，不同用戶具有其用電特征。通過采集某一時間段內(nèi)某一用戶的用電數(shù)據(jù)，可分析得出該用戶的用電特征。本文中，裝置支持HPLC主節(jié)點設(shè)備通過DL/T698.45-2017通信協(xié)議對設(shè)備進行數(shù)據(jù)查詢和參數(shù)設(shè)置，支持監(jiān)測DL/T645-2007和DL/T698.45-2017通信協(xié)議的HPLC從節(jié)點設(shè)備的通信報文。裝置將自動監(jiān)測HPLC臺區(qū)中所有設(shè)備之間的通信報文，收集HPLC從節(jié)點的地址信息，包含但不限于低壓表計、低壓表箱等，自動生成設(shè)備地址、位置信息、狀態(tài)信息。通過大數(shù)據(jù)篩查，剔除其他臺區(qū)串?dāng)_數(shù)據(jù)等無關(guān)報文，建立本臺區(qū)節(jié)點檔案表格。所形成的檔案供HPLC主節(jié)點設(shè)備查詢。主節(jié)點對從節(jié)點電壓、功率等數(shù)據(jù)進行分析，并對比該節(jié)點用戶特征曲線，綜合各類特征信息，可判斷多個從節(jié)點是否屬于同一表箱。同時，結(jié)合定位系統(tǒng)，可得出該表箱的地理位置，從而確定其拓撲結(jié)構(gòu)。

3、系統(tǒng)功能設(shè)計

3.1定位功能

通過北斗/GPS模組自動獲取實時的時間、經(jīng)度、緯度等時間及定位狀態(tài)信息;GPS和北斗自動切換。

3.2自組網(wǎng)功能

自動進行自檢，自動識別HPLC網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點信息，不影響現(xiàn)有HPLC網(wǎng)絡(luò)通信功能;

4、系統(tǒng)硬件設(shè)計

MCU模塊主要實現(xiàn)對抄控器、STA模塊以及北斗/GPS定位模塊的管理，實現(xiàn)對抄控器所監(jiān)測的信息的解析與存儲，以及協(xié)議的解析及組包。

北斗/GPS定位模塊獲取該表箱的地理位置，其信息數(shù)據(jù)通過STA模塊

傳至集中器端。

抄控模塊主要監(jiān)測該表箱線路上所有的通訊報文，并傳遞該通訊報文給MCU端進行解析以及存儲，從而供集中器抄讀。

STA模塊主要用于注冊至集中器的CCO中，架起集中器和表箱檢測單元溝通的橋梁，實現(xiàn)該表箱的線路所有的表地址以及定位位置的抄讀。

5、技術(shù)指標(biāo)

本裝置使用HPLC通訊，應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等網(wǎng)絡(luò)管理功能。HPLC工作頻率基本頻帶為0.7MHz～12MHz，可支持分段使用。發(fā)送功率頻譜密度在工作頻帶內(nèi)不大于-45dBm/Hz，工作頻帶外不大于-75dBm/Hz。

HPLC靜態(tài)功耗不大于1W，動態(tài)功耗不大于6W。在隔離電源、屏蔽環(huán)境、無競爭場景、主從節(jié)點1：1配比，測試包長為512（1024）字節(jié)時，通信速率應(yīng)不小于1Mbps。在隔離電源、屏蔽空間環(huán)境，主從配比1：1情況下，業(yè)務(wù)幀長不小于1k字節(jié)下的載波報文發(fā)送端發(fā)送時刻與接收端接收時刻的上下行時延，測試時間20s，網(wǎng)絡(luò)平均時延應(yīng)小于30ms。在交流電網(wǎng)環(huán)境，兼容智能電表通信口時延。在隔離電源、屏蔽空間環(huán)境，主從節(jié)點1：1配比下，測試包大小不小于1k字節(jié)，90%吞吐量，2小時測試時間的情況下，上、下行丟幀率應(yīng)小于1%。在隔離電源、屏蔽環(huán)境、誤包率小于10%（業(yè)務(wù)報文包長<100字節(jié)）、帶內(nèi)發(fā)射功率譜密度為-45dBm/Hz的條件下，其抗衰減性能應(yīng)不小于85dB。

本裝置使用北斗/GPS雙模衛(wèi)星定位系統(tǒng)，北斗為國產(chǎn)芯片，且可獨立工作。定位精度應(yīng)滿足水平誤差不大于10m，高程誤差不大于15m。首次定位時間不超過5s。在GPS/北斗信號接收強度-130dBm情況下，從系統(tǒng)加電運行到實現(xiàn)定位的時間不超過60s，冷啟動不低于-140dBm。通道數(shù)不小于12個。

6、結(jié)束語

智能表箱監(jiān)測設(shè)備是一款具有HPLC通信、北斗/GPS定位以及監(jiān)測和記錄HPLC臺區(qū)下所有設(shè)備的地址信息，并支持查詢所有監(jiān)測到的設(shè)備的位置信息的設(shè)備，通過在表箱端安裝表箱監(jiān)測設(shè)備實現(xiàn)臺區(qū)所有設(shè)備實時定位、臺區(qū)系統(tǒng)的戶變關(guān)系及拓撲識別。不但有助于現(xiàn)場人員快速準(zhǔn)確的開展客戶業(yè)務(wù)，也可輔助主動搶修等業(yè)務(wù)開展。

本論文出自基于低壓計量裝置快速定位及拓撲關(guān)系模塊研究項目參考文獻：[1]基于配電物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的臺區(qū)拓撲自動生成方法研究_鮑音夫[2]基于智能電表數(shù)據(jù)的供電網(wǎng)絡(luò)拓撲識別方法研究-張麗強[3]低壓電網(wǎng)拓撲實時生成平臺產(chǎn)品化研究-方鵬

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