一种基于特征信号的低压台区拓扑识别方法及装置与流程

1.本发明涉及一种基于特征信号的低压台区拓扑识别方法及装置，属于低压配用电技术领域。


背景技术：

2.随着我国电网系统的迅速发展建设，配用电领域也在朝着智能化不断的发展，电力用户的数量逐年增加，用电信息采集系统几乎实现全面性覆盖，
3.但低压台区用户众多、台区内线路复杂的问题一直存在，台区内的一些电力设施也将因不可抗拒的因素随之调整，如：迁建、改造、扩容等，后期并没有对改变的线路进行档案变更记录，久而久之导致了台区档案与实际线路不符的问题；还存在一些窃电、漏电、用户私自乱接线的现象，加重了台区的错乱程度；当台区故障需要检修时，排查问题点成为了难题，短时间无法定位到故障发生的节点，需要利用人工逐点排查，耗费大量人力及时间的同时，故障修复时间长，大大影响了用电质量。
4.如何加强低压台区治理、完善低压台区各个用电设备之间的拓扑关系识别机制，成为低压台区实现智能化、精细化管理的重大挑战，也是台区实现线损率分析、三相不平衡分析与治理、台区故障定位、快速精准抢修的关键因素。
5.传统的低压台区拓扑识别的方法主要有以下几种：
6.(1)通过工作人员手动拉闸排查并记录当前拓扑识别关系的方式。这种是过去常用的一种手段，但往往由于低压配电线路分布复杂且架空线路环境恶劣，人工排查极为困难，不仅耗费人力，提高了成本，而且准确率不高，缺乏实时性、动态性。
7.(2)通过载波技术识别拓扑结构分析的方法。这种方法成本较低且易于实现，但由于电力线在相邻台区之间存在共高压、共地和共电缆的问题，导致了载波组网越界，无法避免台区串扰问题，同时信号衰减程度受线路长短的影响较大，线路距离长将大大降低通信质量，因此基于宽带或窄带电力线载波进行拓扑结构识别效率很低。
8.(3)通过采集大量的用户电量数据及电能信息数据进行大数据分析的方法。通过采集器或电表采集足够多的用电数据组成大数据源，采用信息融合策略对数据进行分析得出最后拓扑结构，但这种方式只能实现对电表一侧的识别，融合结构不完整。
9.综上所述，如何提供一种有效的拓扑识别方法分析台区拓扑识别关系，是提高用电信息采集系统的稳定性、实现台区智能化管理的关键因素。


技术实现要素：

10.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种下发至少两轮拓扑识别参数，能源控制器根据主站下发的拓扑识别参数分别创建至少两轮拓扑识别执行结果表；同时通过至少两轮次拓扑识别任务执行，使得主站能够准确获取各个台区的识别结果，进而能够精准的梳理出台区拓扑识别结构图，快速、精确的完成台区的拓扑识别，方案简单、实用，易于实现的基于特征信号的低压台区拓扑识别方法及装置。
11.为实现上述目的，本发明的技术方案为：
12.一种基于特征信号的低压台区拓扑识别方法，
13.包括以下步骤：
14.第一步，主站下发开始拓扑识别的指令之前，下发至少两轮拓扑识别参数，能源控制器将根据主站下发的拓扑识别参数分别创建至少两轮拓扑识别执行结果表；同时，依据设备识别号大小对当前台区存在的设备进行排序；
15.第二步，能源控制器收到主站下发的开始拓扑识别的指令之前，下发广播校时指令将可识别设备、能源控制器及智能电表进行时钟同步；
16.第三步，当能源控制器接收到主站下发的拓扑识别指令之后，能源控制器根据拓扑识别参数开始特征电流信号的发送；
17.第四步，能源控制器在第一轮拓扑识别执行过程中，向设备发送特征电流信号发送指令后将等待设备的确认回复，并将未收到回复的设备默认为失败设备；
18.第五步，能源控制器在第一轮拓扑识别执行完毕后，将根据拓扑识别参数继续向第一轮拓扑识别结果中失败的设备进行新一轮的指令重发；根据主站下发的最大重发次数进行最大轮次的重发，若设备仍未回复则默认为拓扑识别失败设备；
19.第六步，主站获取各个台区的识别结果，经过相应的计算，梳理出最后的台区拓扑识别结构图。
20.本发明经过不断探索以及试验，下发至少两轮拓扑识别参数，能源控制器根据主站下发的拓扑识别参数分别创建至少两轮拓扑识别执行结果表；同时进行至少两轮次拓扑识别任务执行，使得主站能够准确获取各个台区的识别结果，进而能够精准的梳理出台区拓扑识别结构图，快速、精确的完成台区的拓扑识别，方案简单、实用，易于实现。
21.进一步，本发明通过电力线串联当前台区内的设备，无需人工以及台区以外的设备进行辅助，节省了人力、物力，并通过两轮拓扑识别的执行，避免第一轮次因通讯故障等原因误判失败设备，提高了拓扑识别的准确性、高效性，层层梳理、传输，最终将识别结果发送至主站，快速、准确的得出低压台区的拓扑结构图，为实现线损率分析、三相不平衡分析与治理、台区故障定位提供了可靠性依据；进而提高了用电信息采集系统的稳定性、实现了台区智能化管理。
22.作为优选技术措施：
23.所述第一步中，两轮拓扑识别参数包括全局任务参数、具体任务参数；
24.所述全局任务参数、具体任务参数配置于主站中，并通过4g/5g向能源控制器发送拓扑识别开始指令；
25.全局任务参数包括：任务编号、方案编号、任务执行周期、延时时间；
26.任务编号作为自身标识；
27.方案编号锁定为1，表示第一轮执行方案，并与能源控制器方案进行匹配；
28.具体任务参数包括：任务编号、方案编号、延时时间，功能与全局任务相同；
29.其中方案编号锁定为2，表示第二轮执行方案；
30.主站或能源控制器设置失败重试周期，即发送指令后等待时间，超时未回复则进行指令重发；
31.主站或能源控制器设置失败最大重试次数n，即对于失败设备，能源控制器将进行
指令重发，重发n次后仍未收到回复则默认该设备为失败设备。
32.作为优选技术措施：
33.所述第二步中，能源控制器在收到拓扑识别指令之前：
34.首先根据当前台区存在的设备建立拓扑识别设备档案，其中包括设备序号、设备类型、设备识别号，设备类型为智能电表、智能断路器、低压分支监测单元及智能表箱监测单元且设备具有全网唯一的设备识别号；
35.然后建立用于拓扑识别的全局方案、具体方案；
36.所述全局方案、具体方案分别包括方案编号、设备集合、方案类型；
37.所述设备集合为方案执行时需发送特征电流开始发送指令的设备；
38.方案类型区分全局方案或者具体方案；
39.方案编号用于拓扑识别任务与相关方案的匹配；
40.并建立两轮拓扑识别执行结果表，记录当前拓扑识别流程的执行结果。
41.作为优选技术措施：
42.所述第三步中，特征电流信号的发送，具体包括以下内容：
43.能源控制器按照设备识别号的顺序依次向对应的设备发送特征电流发送开启指令，并将除当前设备的所有可识别设备开启特征电流信号识别功能，准备接收当前设备传输的特征电流信号；
44.所述可识别设备在拓扑识别开始后，随时能接收特征电流信号，并对特征电流信号进行识别操作、存储操作、处理操作、转换操作；
45.可识别设备采用位串的方式实现对特征电流信号的记录。
46.作为优选技术措施：
47.所述第四步，第一轮拓扑识别执行，具体包括以下内容：
48.(1)能源控制器根据第一轮拓扑识别任务关联方案类型进行拓扑识别方案匹配，主要为识别全局方案中的设备集合；
49.(2)能源控制器依据全局拓扑识别方案中的设备序号依次进行开始发送特征电流信号指令的发送，并在单个周期内持续等待对应设备的确认回复，同时向除了当前发送特征电流设备外的所有设备发送当前发送特征电流信号的设备信息；
50.(3)若单个周期结束前能源控制器接收到该设备的确认回复，则在全局方案执行结果中对是否回复的标志位置1，表示该设备收到特征电流信号开始发送指令并执行，否则将标志位置0，默认为失败设备；
51.(4)设备接收到开始发送的指令后发出特征电流信号，此时除当前设备外的其余可识别设备均可接收发出的特征电流信号，并将接收到的特征电流信号采用位串记录的方式存储，若可识别设备接收到特征信号，则根据当前发送特征电流的设备信息将位串相应位置1，表示可识别设备能识别到发送特征电流的设备，位串默认为全0，仅当接收到特征信号后才会将对应设备的标志位置1；
52.(5)单个周期结束后，不管是否接收到设备的确认回复都不在进行指令的重发，而是直接进行下一个周期的开始；
53.(6)任务持续执行直至所有设备指令发送完毕，能源控制器将根据全局方案执行结果筛选出失败设备，开始执行拓扑识别具体任务，若全局任务执行后，无失败设备则不执
行具体任务。
54.作为优选技术措施：
55.所述第五步中，所述第二轮拓扑识别执行，具体包括以下内容：
56.(1)第一轮拓扑识别执行结束后能源控制器根据执行结果筛选出失败设备，并重新建立需要进一步发送特征电流发送开始指令的设备档案；
57.(2)能源控制器根据拓扑识别具体方案中存在的设备档案，按照设备序号的顺序依次发送特征电流开始指令，并在周期内等待对应设备的确认回复，同时向除了当前发送特征电流设备外的所有设备发送当前发送特征电流信号的设备信息；
58.(3)能源控制器在发出特征电流发送开始指令后将持续等待设备回复，等待时间可为10s；
59.(4)若能源控制器在发出指令后在等待时间内收到了该设备的确认回复则进入步骤(5)，否则进入步骤(6)；
60.(5)能源控制器不再继续向该设备发送特征电流开始指令，并在具体方案执行结果中将是否回复的标志位置1，表示该设备收到特征电流信号开始发送指令并执行；
61.(6)首先执行失败重发次数i＝i 1，并判断i是否小于最大重发次数n，若小于，则能源控制器再次向该设备发送特征电流开始发送指令，并执行步骤(3)、(4)，若i等于最大重发次数，则进入步骤(7)；
62.(7)能源控制器不再继续向该设备发送特征电流开始指令，并在具体方案执行结果中将是否回复的标志位置0，表示该设备未收到特征电流信号开始发送指令，将其视为失败设备。
63.作为优选技术措施：
64.所述能源控制器在特征电流信号发送结束后，通过电力线载波向各个可识别设备召测所有可识别设备的位串记录信息，并分别对比第一、二轮拓扑识别执行结果，将所有可识别设备的位串记录值纠正后整理并将最终识别结果上报给主站，同时能源控制器将拓扑识别结果存储至能源控制器中，等待主站召测。
65.作为优选技术措施：
66.一种基于特征信号的低压台区拓扑识别装置，
67.应用上述的一种基于特征信号的低压台区拓扑识别方法；
68.其包括主站、能源控制器、智能断路器、智能表箱单元、低压分支监测单元、智能电表；
69.所述主站通过4g/5g或以太网与能源控制器实现远程通讯；
70.所述能源控制器能下发拓扑识别指令、召测拓扑识别结果信息，并依据拓扑识别算法生成低压台区拓扑结构图。
71.本发明下发至少两轮拓扑识别参数，能源控制器根据主站下发的拓扑识别参数分别创建至少两轮拓扑识别执行结果表；同时通过至少两轮次拓扑识别任务执行，使得主站能够准确获取各个台区的识别结果，进而能够精准的梳理出台区拓扑识别结构图，有效避免可识别设备的遗漏以及误判，进而能够快速、精确的完成台区的拓扑识别，方案简单、实用，易于实现。
72.作为优选技术措施：
73.所述能源控制器通过载波模块与可识别设备及智能电表通讯；
74.所述可识别设备具有发送特征电流信号及识别特征电流信号的模块，其包括带有载波模块的智能断路器、低压分支监测单元、智能表箱单元。
75.作为优选技术措施：
76.所述智能电表，用于对用户用电量的实时采集、计量并通过电力线载波进行数据的传输，同时具有特征电流发送模块，但作为拓扑识别结构的最低层次，智能电表不设置接收特征电流信号的模块。
77.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
78.本发明经过不断探索以及试验，打破现有方案，只进行一轮拓扑识别任务执行的技术偏见。本发明通过至少两轮次拓扑识别任务执行，使得主站能够准确获取各个台区的识别结果，进而能够精准的梳理出台区拓扑识别结构图，快速、精确的完成台区的拓扑识别，方案简单、实用，易于实现。
79.进一步，本发明通过电力线串联当前台区内的设备，无需人工以及台区以外的设备进行辅助，节省了人力、物力，并通过两轮拓扑识别的执行，避免第一轮次因通讯故障等原因误判失败设备，提高了拓扑识别的准确性、高效性，层层梳理、传输，最终将识别结果发送至主站，快速、准确的得出低压台区的拓扑结构图，为实现线损率分析、三相不平衡分析与治理、台区故障定位提供了可靠性依据。
附图说明
80.图1是本发明的低压台区拓扑识别结构图。
81.图2是本发明的全局任务执行方法流程图。
82.图3是本发明的具体任务执行方法流程图。
83.图4是应用本发明的一种实施例拓扑结构图。
84.附图标记说明：
85.s1
‑
s8为智能断路器、智能表箱单元、低压分支监测单元，m1
‑
m8为智能电表，x为当前重试次数，y为失败最大重试次数，max为当前方案中设备数量。
具体实施方式
86.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
87.相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
88.一种基于特征信号的低压台区拓扑识别方法，
89.包括以下步骤：
90.第一步，主站下发开始拓扑识别的指令之前，下发至少两轮拓扑识别参数，能源控制器将根据主站下发的参数分别创建至少两轮次执行结果表；
91.第二步，能源控制器收到主站下发的开始拓扑识别的指令之前，下发广播校时指令将各设备进行时钟同步；
92.第三步，当能源控制器接收到主站下发的拓扑识别指令之后，能源控制器根据拓扑识别参数开始特征电流信号的发送；
93.第四步，能源控制器在第一轮拓扑识别执行过程中，向设备发送特征电流信号发送指令后将等待设备的确认回复，并将未收到回复的设备默认为失败设备；
94.第五步，能源控制器在第一轮拓扑识别执行完毕后，将根据拓扑识别参数继续向第一轮拓扑识别结果中失败的设备进行新一轮的指令重发；
95.第六步，主站获取各个台区的识别结果，经过相应的计算，梳理出最后的台区拓扑识别结构图。
96.本发明经过不断探索以及试验，打破现有方案，只进行一轮拓扑识别任务执行的技术偏见。本发明下发至少两轮拓扑识别参数，能源控制器根据主站下发的拓扑识别参数分别创建至少两轮拓扑识别执行结果表；同时通过至少两轮次拓扑识别任务执行，使得主站能够准确获取各个台区的识别结果，进而能够精准的梳理出台区拓扑识别结构图，快速、精确的完成台区的拓扑识别，方案简单、实用，易于实现。
97.进一步，本发明通过电力线串联当前台区内的设备，无需人工以及台区以外的设备进行辅助，节省了人力、物力，并通过两轮拓扑识别的执行，避免第一轮次因通讯故障等原因误判失败设备，提高了拓扑识别的准确性、高效性，层层梳理、传输，最终将识别结果发送至主站，快速、准确的得出低压台区的拓扑结构图，为实现线损率分析、三相不平衡分析与治理、台区故障定位提供了可靠性依据。
98.如图1所示，本发明拓扑识别装置的一种最优实施例：
99.一种基于特征信号的低压台区拓扑识别装置，主要包括主站、能源控制器、智能断路器、智能表箱单元、低压分支监测单元、智能电表。
100.主站主要用于通过4g/5g或以太网与能源控制器实现远程通讯，负责向能源控制器下发拓扑识别指令，同时主站支持拓扑识别相关参数的配置，拓扑识别结束后主站可召测拓扑识别结果并依据识别结果整理出拓扑结构图。
101.能源控制器主要通过载波模块与可识别设备及智能电表通讯，在接收到主站下发的执行参数及拓扑识别开始指令后，开始执行全局任务及具体任务。
102.其中可识别设备主要包括带有载波模块的智能断路器、智能表箱单元及低压分支监测单元，在开始拓扑识别之前，能源控制器将向可识别设备下发开启特征电流信号识别功能，此时可识别设备开始特征信号识别功能。
103.智能电表及可识别设备在接收到发送特征电流信号指令后，向能源控制器发送确认回复并开始发送特征电流信号，同时可识别设备准备对接收到的特征电流信号识别、处理，并将识别结果存储起来。
104.如图1
‑
3所示，本发明拓扑识别方法的一种最优实施例：
105.一种基于特征信号的低压台区拓扑识别方法，主要包括如下步骤：
106.1、操作员可通过主站配置拓扑识别全局任务、具体任务参数并通过4g/5g向能源控制器发送拓扑识别开始指令，全局任务主要包括：任务执行周期，默认为10s；延时时间，默认为5s；任务编号作为自身标识；方案编号锁定为1(第一轮执行方案)，与能源控制器方
案进行匹配。具体任务主要包括：任务编号、方案编号、延时时间，功能与全局任务相同，其中方案编号锁定为2(第二轮执行方案)；失败重试周期，发送指令后等待时间，超时未回复则进行指令重发，默认为10s；失败最大重试次数n，对于失败设备能源控制器将进行指令重发，重发n次后仍未收到回复则默认该设备为失败设备，默认n为3次。
107.2、能源控制器在收到拓扑识别指令之前，首先根据当前台区存在的设备建立拓扑识别设备档案，其中包括设备序号、设备类型、设备识别号，设备类型为智能电表、智能断路器、低压分支监测单元及智能表箱监测单元且设备具有全网唯一的设备识别号。
108.3、能源控制器在收到拓扑识别指令之前，建立拓扑识别全局方案、拓扑识别具体方案，其中包括方案编号、设备集合、方案类型，设备集合为此方案执行时需发送特征电流开始发送指令的设备，方案类型区分全局方案或者具体方案，方案编号用于拓扑识别任务与相关方案的匹配。并建立两轮拓扑识别执行结果表，记录当前拓扑识别流程的执行结果。
109.4、能源控制器在接收到拓扑识别指令之后，首先根据第一轮拓扑识别参数开启拓扑识别功能，如图2所示，其具体表现为：
110.(1)能源控制器根据第一轮拓扑识别任务关联方案类型进行拓扑识别方案匹配，主要为识别全局方案中的设备集合。
111.(2)如图1所示，能源控制器依据全局拓扑识别方案中的设备序号依次进行开始发送特征电流信号指令的发送，并在单个周期内持续等待对应设备的确认回复，同时向除了当前发送特征电流设备外的所有设备发送当前发送特征电流信号的设备信息。
112.(3)若单个周期结束前能源控制器接收到该设备的确认回复，则在全局任务方案执行结果中对是否回复的标志位置1，表示该设备收到特征电流信号开始发送指令并执行，否则将标志位置0，默认为失败设备。
113.(4)设备接收到开始发送的指令后发出特征电流信号，此时除当前设备外的其余可识别设备均可接收发出的特征电流信号，并将接收到的特征电流信号采用位串记录的方式存储，若可识别设备接收到特征信号，则根据当前发送特征电流的设备信息将位串相应位置1，表示可识别设备能识别到发送特征电流的设备，值得一提的是位串默认为全0，仅当接收到特征信号后才会将对应设备的标志位置1。
114.(5)单个周期结束后，不管是否接收到设备的确认回复都不在进行指令的重发，而是直接进行下一个周期的开始。
115.(6)任务持续执行直至所有设备指令发送完毕，能源控制器将根据全局任务方案执行结果筛选出失败设备，开始执行拓扑识别具体任务，若全局透明任务执行后，无失败设备则不执行具体任务。
116.5、拓扑识别第一轮任务执行后存在失败设备，则执行第二轮拓扑识别任务，如图3所示，其主要表现为：
117.(1)第一轮拓扑识别执行结束后能源控制器根据执行结果筛选出失败设备，并重新建立需要进一步发送特征电流发送开始指令的设备档案。
118.(2)能源控制器根据拓扑识别具体方案中存在的设备档案，按照设备序号的顺序依次发送特征电流开始指令，并在周期内等待对应设备的确认回复，同时向除了当前发送特征电流设备外的所有设备发送当前发送特征电流信号的设备信息。(3)能源控制器在发出特征电流发送开始指令后将持续等待设备回复，等待时间为10s。
119.(4)若能源控制器在发出指令后在等待时间内收到了该设备的确认回复则进入步骤(5)，否则进入步骤(6)。
120.(5)能源控制器不再继续向该设备发送特征电流开始指令，并在具体任务方案执行结果中将是否回复的标志位置1，表示该设备收到特征电流信号开始发送指令并执行。
121.(6)首先执行失败重发次数i＝i 1，并判断i是否小于最大重发次数n，若小于，则能源控制器再次向该设备发送特征电流开始发送指令，并执行步骤(3)、(4)，若i等于最大重发次数，则进入步骤(7)。
122.(7)能源控制器不再继续向该设备发送特征电流开始指令，并在具体任务方案执行结果中将是否回复的标志位置0，表示该设备未收到特征电流信号开始发送指令，将其视为失败设备。
123.6、在台区设备收到开始发送特征电流指令并开始执行后，除发出特征电流外所有可识别设备准备接收特征信号，当接收到特征信号后根据当前发送特征电流的设备信息将相应位置1，表示可识别设备能识别到发送特征电流的设备，值得一提的是位串默认为全0，仅当接收到特征信号后才会将对应设备的标志位置1，且区别于全局任务执行中各个可识别设备的位串记录值。
124.7、能源控制器召测所有可识别设备的位串记录信息，并分别对比第一二轮拓扑识别执行结果，将所有可识别设备的位串记录值纠正后整理并将最终识别结果上报给主站，同时能源控制器将拓扑识别结果存储至能源控制器中，等待主站召测。
125.8.主站召测能源控制器拓扑识别结果及两轮拓扑识别执行过程的结果记录表，并通过对比分析得出拓扑识别结构图。
126.应用本本发明的一种具体实施例：
127.假设当前台区存在可识别设备a、b、c、d，智能电表1、2、3、4、5、6共十台设备，执行拓扑识别结果后，主站召测到全局任务方案执行结果为无失败设备，则分析所有可识别设备a、b、c、d的位串记录信息，假设a＝0100100010，b＝0000100010，c＝0000011001，d＝0000000100，则当前台区拓扑识别结果如图4所示。
128.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
129.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。