低压台区复杂线路拓扑识别装置、系统及方法与流程

本发明涉及电力系统配电网诊断，特别涉及一种低压台区复杂线路拓扑识别装置、系统及方法。

背景技术：

1、低压配电台区位于电力系统供用电环节末端，是面向用户供电的关键环节，其内部通常包括配电变压器、低压出线、分支箱、表箱、用户接入点等多个节点以及连接各节点的分支线路。对于运维人员来说，如果能够准确掌握台区内各节点之间的连接关系，对于开展线损分析、故障定位、停电原因研判、窃电排查等工作具有重要意义。但在实际工作中，由于台区线路存在分支繁多、节点数量庞大且接线环境复杂，并且还可能存在用户改接、相别变化、表箱迁移等复杂因素，导致台区运维人员在现实工作中难以准确掌握台区各节点的电气连接关系。

2、目前，低压台区线路连接关系的识别主要依赖人工核查、停送电验证以及基于用电数据相关性分析。其中，人工核查依赖运维人员现场查线、核对表箱和用户档案，工作量大且效率低下，容易因现场接线隐蔽、线缆标识缺失以及地下走线等情况遗漏部分线路及节点，有时难以保障识别结果的准确性和完整性；停送电验证法需要通过中断用户供电来确认供电关系，虽然相较于人工核查而言能够在一定程度上提高识别结果的完整性，特别是对于隐藏线路的识别，但实施时需要中断用户供电；基于用电数据相关性识别则需要基于大量的电压、电流、功率以及用电曲线的运行数据进行相关性推断分析，对于数据的质量、时间同步精度、负荷波动特征和样本长度依赖较强，且当台区负荷变化不明显、用户负荷具有随机性时，相关性特征更容易被削弱或干扰，导致基于用电数据相关性的台区线路拓扑识别难以实施。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种低压台区复杂线路拓扑识别装置、系统及方法。该系统通过采用多个所述识别装置轮流作为发射节点向l-n回路主动注入特征电流，并在其中一所述识别装置作为发射节点时，其余的所述识别装置作为接收节点同步采集电流响应和l-n回路的电压扰动，并基于电压扰动信号和电流响应信号判断发射节点与接收节点的关系，轮询所有所述识别装置，依各节点间的关系建立该低压台区的线路拓扑图，如此以在免停电的状态下准确实现对复杂台区线路的拓扑识别。

2、一方面，本发明提供了一种低压台区复杂线路拓扑识别方法，所述低压台区复杂线路拓扑识别方法包括步骤：

3、s1、在低压台区的各节点部署识别装置；

4、s2、云平台依次指定其中一节点为发射节点，其余节点为接收节点，并向发射节点的所述识别装置下发发射指令；

5、s3、发射节点的所述识别装置向所在节点周期性加减负载以向l-n回路注入特征电流信号，并同步采集发射节点处的特征电流响应信号，当所述特征电流响应信号稳定后，通知所述云平台；

6、s4、所述云平台接收到通知后，命令所有的所述识别装置同时采集各自节点处的电压扰动信号和电流响应信号，并以发射节点处的电流响应信号作为注入l-n回路的特征电流信号；

7、s5、根据所述电压扰动信号判断所述发射节点与各接收节点之间是否存在电连接关系；

8、s6、对于存在电连接关系的节点，计算所述发射节点与所述接收节点之间的电流路径响应系数，判断所述发射节点与所述接收节点之间的上下游关系；

9、s7、计算所述发射节点与各上游接收节点之间的微扰转移阻抗，判断所述发射节点与各上游接收节点的连接拓扑；

10、s8、所述云平台依次将各识别装置设置为发射节点，重复上述步骤，获得覆盖全部节点的检测数据，并生成低压台区线路拓扑图。

11、进一步地，在s5中，所述发射节点与各接收节点之间是否存在电连接关系的判断方法如下：

12、当接收节点处电压扰动信号幅值大于或者等于电压扰动信号的第一阈值，且所述接收节点处电压扰动信号的频率及相位和发射节点处电压扰动信号的频率及相位一致时，判定所述接收节点与所述发射节点存在电连接关系；

13、当接收节点处的电压扰动信号幅值小于或者等于电压扰动信号的第二阈值，或者所述接收节点处电压扰动信号的频率及相位和所述发射节点处电压扰动信号的频率及相位不一致时，判断所述接收节点与所述发射节点不存在电连接关系；

14、当接收节点处的电压扰动信号幅值小于电压扰动信号的第一阈值，且大于电压扰动信号的第二阈值，通过后续设置该接收节点为发射节点时确认其与当前的发射节点的电连接关系；

15、其中，所述电压扰动信号的第一阈值取所述发射节点处电压扰动信号幅值的45%~55%中的预设值，所述电压扰动信号的第二阈值取发射节点处电压扰动信号幅值的5%~15%中的预设值。

16、进一步地，在s6中，所述发射节点与所述接收节点之间的上下游关系的判断方法如下：

17、当发射节点到接收节点处的电流路径响应系数大于或者等于电流路径响应系数的第一阈值时，判定所述接收节点位于发射节点的上游；

18、当发射节点到接收节点处的电流路径响应系数小于或者等于电流路径响应系数的第二阈值时，判定所述接收节点位于发射节点的下游或者为上游节点的旁路分支；

19、当发射节点到接收节点处的电流路径响应系数小于电流路径响应系数的第一阈值，且大于电流路径响应系数的第二阈值，通过后续设置该接收节点为发射节点时确认其与当前的发射节点的上下游关系；

20、其中，所述电流路径响应系数的第一阈值取0.7~0.9中的预设值，所述电流路径响应系数的第二阈值取0.2~0.4中的预设值。

21、进一步地，在s7中，判断所述发射节点与各上游接收节点的连接拓扑的方法如下：

22、对所述微扰转移阻抗求实部，其中实部最小者，判定该实部对应的该接收节点距离所述发射节点最近，依次排序，得到所述发射节点与各上游接收节点的连接拓扑。

23、进一步地，通过以下步骤计算所述微扰转移阻抗并形成所述微扰转移阻抗矩阵：

24、获取作为发射节点的所述识别装置于l-n回路的实际注入特征电流信号；

25、获取所述电压扰动信号，所述电压扰动信号包括作为接收节点的所述识别装置在所述特征电流信号被注入时采集的电压信号；

26、计算所述微扰转移阻抗，其中所述微扰转移阻抗等于所述电压扰动信号与所述实际注入特征电流信号的比值；

27、遍历作为接收节点的各所述识别装置，形成发射节点与各接收节点的微扰转移阻抗矩阵。

28、进一步地，通过以下步骤计算所述电流路径响应系数并形成电流路径响应系数矩阵：

29、获取接收节点的电流响应信号，所述电流响应信号为作为接收节点的各所述识别装置的特征电流接收电路模块采集到的特征电流信号；

30、获取作为发射节点的所述识别装置实际注入的特征电流信号；

31、计算所述电流路径响应系数，其中所述电流路径响应系数等于所述电流响应信号的幅值与所述实际注入的特征电流信号的幅值的比值；

32、遍历作为接收节点的各所述识别装置，形成发射节点与各接收节点的电流路径响应系数矩阵。

33、进一步地，通过以下步骤计算所述发射节点与各上游接收节点的综合评分以判断所述发射节点与各上游接收节点的连接拓扑：

34、基于所述电流路径响应系数矩阵中的各所述电流路径响应系数分别计算电流路径评分；

35、计算接收节点的驱动点阻抗，基于所述微扰转移阻抗矩阵中的各所述微扰转移阻抗分别与相应接收节点的驱动点阻抗之间的差值计算阻抗评分，其中所述驱动点阻抗为识别装置在接收节点处采集的电压扰动信号除以在所述接收节点处同步采集的电流响应信号；

36、将所述电流路径评分和所述阻抗评分分别加权求和，得到所述综合评分；其中所述综合评分的数值越大，表明所述发射节点与该上游接收节点的距离越近。

37、另一方面，本发明提供了一种执行所述低压台区复杂线路拓扑识别方法的低压台区复杂线路拓扑识别系统。其中，所述低压台区复杂线路拓扑识别系统包括：

38、多个识别装置，其中各所述识别装置被分布式部署于低压台区的节点中，其中所述识别装置包括特征电流发射电路模块、特征电流接收电路模块、控制处理模块、电压采集模块以及通信模块，其中所述特征电流发射电路模块、所述特征电流接收电路模块以及所述电压采集模块分别连接于台区l-n回路，并分别与所述控制处理模块和所述通信模块通信连接；和

39、云平台，其中所述云平台包括任务调度模块、数据传输模块以及拓扑识别模块，其中所述数据传输模块通信连接于各所述识别装置的所述通信模块，并分别与所述任务调度模块和所述拓扑识别模块通信连接，其中所述任务调度模块依次指定其中一所述识别装置作为发射节点，其余所述识别装置作为接收节点，所述云平台利用所述数据传输模块向被指定为发射节点的所述识别装置下发发射指令；

40、其中被指定为发射节点的所述识别装置的特征电流发射电路模块向所在节点周期性加减负载，特征电流接收电路模块同步采集特征电流响应信号，并当特征电流响应信号稳定后，所述通信模块通知所述云平台；

41、所述云平台接收到指定为发射节点的所述识别装置的通知后，命令所有的所述识别装置同时采集各自节点处的电压扰动信号和电流响应信号，并以发射节点处的电流响应信号作为注入l-n回路的特征电流信号，计算发射节点与接收节点之间的电流路径响应系数与微扰转移阻抗，判定发射节点与接收节点之间的拓扑连接关系。

42、进一步地，所述识别装置被设置在向l-n回路注入特征电流之前，先采集未注入状态下的背景l-n电压，再注入幅值较小的探测电流并同步采集注入所述探测电流状态下的l-n电压和实际注入电流，根据注入所述探测电流前后的电压扰动和探测电流，计算接入点向上游电源侧呈现的等效阻抗，所述等效阻抗等于电压扰动和探测电流的比值，根据所述等效阻抗调整注入l-n回路的特征电流大小。

43、再一方面，本发明提供一种用于所述低压台区复杂线路拓扑识别方法的低压台区复杂线路拓扑识别装置，所述识别装置适于被部署在低压台区中，并用于在台区线路拓扑识别中向台区l-n回路中注入特征电流信号和/或采集l-n回路中的电压扰动信号和电流响应信号，所述识别装置包括：

44、通信模块，其中所述通信模块用于接收云平台的发射指令和接收指令；

45、控制处理模块，其中所述控制处理模块通信连接于所述通信模块；

46、特征电流发射电路模块，其中所述特征电流发射电路模块连接于台区l-n回路，且所述特征电流发射电路模块通信连接于所述控制处理模块，所述控制处理模块被设置在所述通信模块接收到发射指令时，控制所述特征电流发射电路模块向台区l-n回路注入特征电流；

47、特征电流接收电路模块，其中所述特征电流接收电路模块连接于台区l-n回路，并分别与所述控制处理模块和所述通信模块通信连接，所述控制处理模块被设置在所述通信模块接收到接收指令时，与被部署于同一台区中的其他接收到接收指令的识别装置在统一的时间，控制所述特征电流接收电路模块自台区l-n回路采集电流响应信号；以及

48、电压采集模块，其中所述电压采集模块连接于台区l-n回路，并分别与所述控制处理模块和所述通信模块通信连接，所述控制处理模块被设置在所述通信模块接收到接收指令时，与被部署于同一台区中的其他接收到接收指令的识别装置在统一的时间，控制所述电压采集模块自台区l-n回路采集电压扰动信号。

49、上述技术方案具有如下优点或有益效果：

50、本发明通过识别装置主动向台区l-n回路注入幅值、频率、相位以及编码方式可控的特征电流，在台区线路中产生可识别的微扰响应，并通过其他识别装置同步采集电流响应和l-n回路电压扰动，以实现在不停电状态下开展拓扑识别，有效解决了传统停送电验证法需要中断供电的问题。

51、本发明通过主动向台区l-n回路注入特征电流的方式，不依赖负荷自然波动，解决了现有的数据相关性分析方法在负荷平稳时的拓扑判断不稳定的问题。

52、本发明通过云平台指定各识别装置执行发射或接收指令，并且每个识别装置均可独立执行发射或接收指令，任意一个识别装置均可作为发射节点，与其余各识别装置分别构成发射－接收关系，配合云平台的任务指定形成多轮检测数据，无需依赖人工查线即可实现对多分支、多表箱、线路复杂的台区进行线路拓扑智能识别。

53、本发明在识别过程中基于作为发射节点的识别装置向l-n回路的实际注入电流，作为接收节点的识别装置采集的电压和电流响应，以及在发射期间采集的电压量作为计算基础，能够降低因传感器误差、注入幅值偏差以及背景负荷波动造成的误判，提升拓扑识别准确性。

54、本发明通过电压扰动信号判断节点间是否存在电连接关系，通过电流路径响应系数反馈线路上下游关系，并通过微扰转移阻抗判断电气距离，能够提高复杂台区下的复杂现场环境的拓扑识别稳定性。

55、本发明选用非50hz及其整数倍的频率作为注入l-n回路的特征电流的特征频率，有效规避工频干扰和谐波污染，提升目标信号在复杂电磁环境下的信噪比。

56、本发明在正式向l-n回路注入特征电流前先以小幅探测电流进行线路阻抗预估，有助于提前识别异常接线和高阻接点，并据此自适应选择注入的幅值和频率，避免盲目注入而导致信号过弱或扰动过大，以提高单次检测的成功率。