基于5G通信的配网自动化改进方法与流程

基于5g通信的配网自动化改进方法
技术领域
1.本发明涉及配网自动化技术领域，具体的，涉及基于5g通信的配网自动化改进方法。


背景技术：

2.配电网中大量的分布式电源因其间歇性、不确定性等特点对配电网安全可靠运行提出了新的挑战，并且其短路故障特征也与传统电源的相异。为了实现电力系统稳定运行，提高电网智能化，研究适应新时代配网结构的新型保护方法有其必要性。目前配电网保护仍采用分段电流保护、重合闸等较为简单的保护策略。部分地区采用了集中型馈线自动化来隔离故障，但集中型馈线自动化方式需要配网主站系统参与，保护动作时间较长且对主站可靠性要求较高。随着越来越多的分布式电源接入到10kv配电网中，配电网变成了具有双端或者多端电源的网络。这使得故障时线路潮流方向不确定，传统配电网保护将不再适用。随着通信技术，尤其是第五代通信技术的长足发展，在配电网中实现高速点对点通信成为可能。然而站内分布式子站数目众多，需要定期对于线路进行巡检，巡检的大量数据若都经过5g基站发送至主站进行故障研判，势必会导致网络拥塞和冗余现象的发生，因此，开发适合新型配电网的边缘运算网关系统是势在必行。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提出一种基于5g通信的配网自动化改进方法，采用5g通信技术，不依赖于主站，自主快速地完成配网故障区段的定位、隔离、非故障区供电恢复，从而达到缩小停电面积，降低停电时间，减少停电次数的目的，极大提高配网供电可靠性；仅仅需要将故障区段数据发送至主站进行故障定位，避免了将所有数据通过主站处理造成的数据冗余现象，采用网络切片技术实现专网专用，避免了网络拥塞现象。
4.为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，基于5g通信的配网自动化改进方法，包括如下步骤：构建配网系统拓扑结构树，拓扑结构树的子节点作为分布式子站，根据距离主站的远近定义分布式子站的上下级关系；通过网络切片技术对5g通信终端进行切片，建立分布式子站之间的站内通信子切片网络；通过网络切片技术对5g通信终端进行切片，建立各分布式子站与主站之间的站外通信子切片网络；计算相邻分布式子站采样电流数据的相关性系数，根据相关性系数进行本级分段器闭锁或断开操作；同步的，根据相邻电流相关性系数确定故障区段，主站获取故障区段信息进行故障定位。
5.作为优选，所述主站包括有电力监控服务器、第一供应电源、第二供应电源以及受控于电力监控服务器的第一断路器、第二断路器和联络开关，所述第一供应电源与第二供
应电源互为主备，所述第一供应电源、第一断路器以及联络开关组成第一供应电路，所述第二供应电源、第二断路器以及联络开关组成第二供应电路。
6.作为优选，建立分布式子站之间的站内通信子切片网络包括如下步骤：根据上下级关系对站内分布式子站进行标签化，站内通信子切片网络根据站内所有分布式子站的个数分配相同数量的网关；首次连接时：分布式子站根据其线路导通顺序，依次向站内通信子切片网络发送网络连接请求信号，站内通信子切片网络根据其标签化信息分配网关地址并进行绑定，所有分布式子站与站内通信子切片网络依次连接完成后，根据标签与网关地址绑定关系获取巡检编码；当进行定期巡检时：根据巡检编码的网络连接顺序依次获取各级分布式子站的电流采样信息并进行交互和存储。
7.作为优选，建立各分布式子站与主站之间的站外通信子切片网络包括如下步骤：站外通信子切片网络根据巡检编码的编号分配表征相邻区段的私密网关编号；当分布式子站端根据相邻电流相关性系数确定故障区段后，通过故障区段对应的私密网关将故障信息发送至电力监控服务器，电力监控服务器根据故障区段定位到故障分布式子站。
8.作为优选，计算相邻分布式子站采样电流数据的相关性系数，根据相关性系数进行本级分段器闭锁或断开操作，包括如下步骤：获取各分布式子站的站内电流采样数据：其中，分布式子站i处的电流采样数据表示为：i
i,k
＝{i
i,1
,i
i,2
,
…ii,n
},i∈[1,m],k∈[1,n]；其中，i
i,k
为分布式子站i在时刻k采集的电流，k为时间标签，m表示配电网中分布式子站的数量，n表示采样点数量；分布式子站j处的电流采样数据为：i
j,k
＝{i
j，1
,i
j，2
,
…ij,n
},j∈[1,m],k∈[1,n]其中，i
j,k
为分布式子站j在时刻k采集的电流，k为时间标签，m表示配电网中分布式子站数量，n表示采样点数量；当前分布式主站收到相邻分布式子站发来的电流数据后，对电流数据进行相关性分析从而获取相关性系数，相关性分析为：其中，和分别为序列i
i,k
和i
j,k
的平均值，相关系数取值范围为-1≤r≤1，当r＞0时两序列呈正相关，当r＜0时两序列呈负相关；若分布式子站i和分布式子站j间的相关系数r
i,j
为负相关时；则判定分布式子站i和分布式子站j间的线路发生故障；根据当前分布式子站的上下级关系确定本级分段器闭锁或断开；若分布式子站i为分布式子站j的上级，则分布式子站i端的分段器闭锁，分布式
子站j端的分段器断开。
[0009]
作为优选，当故障区段隔离完成后，根据拓扑结构的层级关系由下及上的进行分段器闭锁操作，直至第一断路器进行闭锁，实现重新上电操作；当第一供应电源发生故障，联络开关受控于电力监控服务器实现开关切换，第二断路器受控于电力监控服务器实现闭锁，第二供应电源作为备用电源给配网线路供电。
[0010]
作为优选，所述分布式子站包括有电流互感器、数据存储器、分段器、无线边缘网关以及终端控制器，所述无线源网关与5g通信终端通信连接，所述电流互感器采集各分布式子站的电流数据；所述数据存储器存储有各分布式子站和相邻分布式子站的电流采样数据；所述终端控制器用于对获取的电流数据进行相关性分析，所述分段器受控于终端控制器执行隔绝任务。
[0011]
本发明的有益效果：一种基于5g通信的配网自动化改进方法，采用5g通信技术，不依赖于主站，自主快速地完成配网故障区段的定位、隔离、非故障区供电恢复，从而达到缩小停电面积，降低停电时间，减少停电次数的目的，极大提高配网供电可靠性；仅仅需要将故障区段数据发送至主站进行故障定位，避免了将所有数据通过主站处理造成的数据冗余现象，采用网络切片技术实现专网专用，避免了网络拥塞现象。
附图说明
[0012]
图1为本发明的配网自动化线路拓扑结构图。
[0013]
图2为本发明的配电网故障识别和故障隔绝示意图。
[0014]
图中标记说明：电力监控服务器11、第一供应电源12、第二供应电源13、第一断路器14、第二断路器15、联络开关16、分布式子站2、站内通信子切片网络31、站外通信子切片网络32。
具体实施方式
[0015]
为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016]
实施例：基于5g通信的配网自动化改进方法，包括如下步骤：构建配网系统拓扑结构树，拓扑结构树的子节点作为分布式子站2，根据距离主站的远近定义分布式子站的上下级关系；通过网络切片技术对5g通信终端进行切片，建立分布式子站之间的站内通信子切片网络31；通过网络切片技术对5g通信终端进行切片，建立各分布式子站与主站之间的站外通信子切片网络32；计算相邻分布式子站采样电流数据的相关性系数，根据相关性系数进行本级分段器闭锁或断开操作；同步的，根据相邻电流相关性系数确定故障区段，主站获取故障区段信息进行故障定位。
[0017]
如图1所示，配网自动化线路拓扑中，主站包括有电力监控服务器11、第一供应电源12、第二供应电源13以及受控于电力监控服务器的第一断路器14、第二断路器15和联络开关16，所述第一供应电源与第二供应电源互为主备，所述第一供应电源、第一断路器以及联络开关组成第一供应电路，所述第二供应电源、第二断路器以及联络开关组成第二供应电路；分布式子站包括有电流互感器(未示出)、数据存储器(未示出)、分段器(未示出)、无线边缘网关(未示出)以及终端控制器(未示出)，无线源网关与5g通信终端通信连接，所述电流互感器采集各分布式子站的电流数据；所述数据存储器存储有各分布式子站和相邻分布式子站的电流采样数据；所述终端控制器用于对获取的电流数据进行相关性分析，所述分段器受控于终端控制器执行隔绝任务。
[0018]
建立分布式子站之间的站内通信子切片网络包括如下步骤：根据上下级关系对站内分布式子站进行标签化，站内通信子切片网络根据站内所有分布式子站的个数分配相同数量的网关(这里面有m个分布式子站，则有m个相同数量的网关)；首次连接时：分布式子站根据其线路导通顺序，依次向站内通信子切片网络发送网络连接请求信号，站内通信子切片网络根据其标签化信息分配网关地址并进行绑定，所有分布式子站与站内通信子切片网络依次连接完成后，根据标签与网关地址绑定关系获取巡检编码；当进行定期巡检时：根据巡检编码的网络连接顺序依次获取各级分布式子站的电流采样信息并进行交互和存储。
[0019]
建立各分布式子站与主站之间的站外通信子切片网络包括如下步骤：站外通信子切片网络根据巡检编码的编号分配表征相邻区段的私密网关编号(私密网关的个数为m-1个)；当分布式子站端根据相邻电流相关性系数确定故障区段后，通过故障区段对应的私密网关将故障信息发送至电力监控服务器，电力监控服务器根据故障区段定位到故障分布式子站。
[0020]
计算相邻分布式子站采样电流数据的相关性系数，根据相关性系数进行本级分段器闭锁或断开操作，包括如下步骤：获取各分布式子站的站内电流采样数据：其中，分布式子站i处的电流采样数据表示为：i
i,k
＝{i
i,1
,i
i,2
,
…ii,n
},i∈[1,m],k∈[1,n]；其中，i
i,k
为分布式子站i在时刻k采集的电流，k为时间标签，m表示配电网中分布式子站的数量，n表示采样点数量；分布式子站j处的电流采样数据为：i
j,k
＝{i
j，1
,i
j，2
,...i
j,n
},j∈[1,m],k∈[1,n]其中，i
j,k
为分布式子站j在时刻k采集的电流，k为时间标签，m表示配电网中分布式子站数量，n表示采样点数量；当前分布式主站收到相邻分布式子站发来的电流数据后，对电流数据进行相关性分析从而获取相关性系数，相关性分析为：
其中，和分别为序列i
i,k
和i
j,k
的平均值，相关系数取值范围为-1≤r≤1，当r＞0时两序列呈正相关，当r＜0时两序列呈负相关；若分布式子站i和分布式子站j间的相关系数r
i,j
为负相关时；则判定分布式子站i和分布式子站j间的线路发生故障；根据当前分布式子站的上下级关系确定本级分段器闭锁或断开；若分布式子站i为分布式子站j的上级，则分布式子站i端的分段器闭锁，分布式子站j端的分段器断开。
[0021]
当故障区段隔离完成后，根据拓扑结构的层级关系由下及上的进行分段器闭锁操作，直至第一断路器进行闭锁，实现重新上电操作；当第一供应电源发生故障，联络开关受控于电力监控服务器实现开关切换，第二断路器受控于电力监控服务器实现闭锁，第二供应电源作为备用电源给配网线路供电。
[0022]
一种具体应用场景如下：如图2所示，为某地区配电网(架空线路)结构故障识别和故障隔绝示意图。在传统的配网节点(分布式主站)上配置边缘网关系统用于实现边缘运算，并根据距离重合器的远近定义边缘网关系统的上下级关系。当线路发生故障时，位于故障点上级的边缘网关系统都可以感知到故障时的过电流信号(故障过流信号)，而下级边缘网关系统则无法感知到故障过流信号。当重合器所在的当前边缘网关系统感知到过流信号后控制重合器断开。当边缘网关系统感知到过流信号后向上级边缘网关系统发送闭锁信号，收到该信号后边缘网关系统控制本级分段器闭锁，未收到该信号的边缘网关系统控制本级分段器断开，经过时延后重合器合闸可以迅速恢复非故障区段的供电。分支线路非故障区段依靠联络开关实现负荷转供。
[0023]
边缘网关系统之间的关系为：以如eg1是eg5的上级、eg6是eg7的上级。以eg6与eg7之间的f点发生故障为例，边缘网关系统eg1\eg5\eg6都可以感知到故障时的过电流信号(故障过流信号)，而下级边缘网关系统eg7则无法感知到故障过流信号。首先由eg1控制重合器k11断开，eg5与eg6分别向上级eg1与eg5发送闭锁信号，收到该信号后由eg1与eg5分别控制k13和k52可靠闭锁(即不断开)，而eg6由于未收到闭锁信号，故而控制分段器k62断开。经过时延后重合器合闸，可以完成非故障区段的供电。本实施例方案在传统自动重合闸的基础上结合通信技术进行改进，实现一次重合恢复非故障线路的供电，避免了重合于永久性故障导致系统的二次冲击，解决了非故障线路停电时间长的问题。
[0024]
以上所述之具体实施方式为本发明基于5g通信的配网自动化改进方法的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。