CN109256866A - 提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端，包括管理终端、拓扑识别终端和手持PDA装置，其中：拓扑识别终端，用于获取分支接入点的电能和拓扑数据并上传到管理终端；手持PDA装置，用于将拓扑识别终端和分支接入点之间的绑定信息传输到管理终端；管理终端，用于根据接收到的电能和拓扑数据以及拓扑识别终端和分支接入点之间的绑定信息绘制拓扑图。本发明解决了现有技术存在的线损率检测波动起伏大，线损考核制定上不够客观的问题，提供提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端，其应用时采用工频通信技术，实现配电低压拓扑关系信息的测量、采集、存储及传输，提高了供电企业对用户的高质量和高效率管理。

Description

提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端

技术领域

本发明涉及智能电网，具体涉及提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端。

背景技术

随着城市化迅猛发展，用电数量剧增，用电负荷不断加大。供电公司业在实际运营管理中，为保证客户档案准确，需要将客户档案与现场数据进行比对核实，比如台区归属、台变拓扑关系、用电相位等，这些是运营管理的基础数据，是推进智能电网建设的基本要素。面对不断提高的电能质量要求，如何提高配网供电可靠性和生产管理水平成了一大难题。

电力系统的线损是衡量供电企业管理水平的一项重要指标，直接关系着供电企业的经济效益。而配电线损占据了整个电网线损较大的份额,尤为重要。台区线损管理作为线损管理的一个重要组成部分，全面体现了电网经营企业对台区设备及用户的管理水平，反映了企业的经营成本和经济效益。通过台区线损能够及时有效地监测低压配电网线损构成和台区内用户电量的突变情况，为台区管理者规范低压客户管理、有针对性地控制窃电现象提供依据，并进一步为业扩及配网改造提供计算资料。

电网公司已开始实施营配信息集成、数据共享，深入开展低压台区普查工作，建立配变低压拓扑关系。配网低压拓扑是指从配变低压侧出线到各级分支柜(箱)再到各个用电接入点之间电气上的连接关系。传统的配变低压拓扑识别方式存在种种不足和弊端，比如地下电缆基本肉眼不可见，无法通过人工观察辨别。若采取“拉闸停电”方式，手续繁琐，工作量大，还会影响正常用电秩序。目前市场上存在的拓扑识别设备，普遍存在识别结果易受现场环境影响，准确度偏低，体积庞大携带不便等问题。

低压线路特有的技术状况和用户用电的多样性决定了台区线损统计错综复杂，线损计算方法和手段的不足严重制约着降损工作的进展。一直以来线损工作采用传统简单的线损率计算公式进行计算，线损率波动起伏较大，不能真实地反映线损状况，甚至偶尔出现凭借经验制定线损率指标的情况，使线损考核制定上不够客观、准确、合理。线损管理工作简单粗放，不够科学，统计线损与实际线损之间的偏离比较严重。因此研发一种成熟可靠的配变低压拓扑识别及线损定位方案显得特别急迫与重要。

利用工频基波进行信号传输，克服了电力线载波通信的缺点，可靠性更高，抗干扰能力更强。工频通信技术的工作原理决定了它在复杂的电网环境中能够实现稳定传输。现如今这种技术越发受到社会上的关注，在通信速率要求不高的情况下，工频通信比载波通信更有优越性。从实用性的角度，从技术独特性的角度来看，工频通信技术能为配电网的电力线通信提供一个崭新的平台，它的应用将会对电力企业的发展产生积极的影响。

发明内容

本发明解决了现有技术存在的台区拓扑识别率不高导致台区线损治理成功率低的问题，提供提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端，其应用时采用工频通信技术，将高速A/D交流采样与高速DSP数字处理技术结合，实现配电低压拓扑关系信息的测量、采集、存储及传输，提高了供电企业对用户的高质量和高效率管理。实现低压配电网线损异常的智能诊断，精准定位异常节点。通过低压台区线损的准确、实时和各历史时间段计算和分析，能够实现台区线损的现代化管理，大大提高线损计算、管理的工作效率和工作质量，并可以极大提高线损管理水平，取得显著的管理效益、经济效益和社会效益。

本发明通过下述技术方案实现：

提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端，包括管理终端、拓扑识别终端和手持PDA装置，其中：

拓扑识别终端，用于获取分支接入点的电能和拓扑数据并上传到管理终端；

手持PDA装置，用于将拓扑识别终端和分支接入点之间的绑定信息传输到管理终端；

管理终端，用于根据接收到的电能和拓扑数据以及拓扑识别终端和分支接入点之间的绑定信息绘制拓扑图。

本发明由管理终端、拓扑识别终端、手持PDA等装置组成，为了获取台区-分支开关-表箱-电表的准确定位数据和各处电量，在配变低压二次侧安装管理终端，在配变低压出线开关、各级分支箱(柜)、电表箱等处安装拓扑识别终端，在电表处使用手持PDA录入表地址，能实时采集电压、电流、功率、电能等电参数，能判定低压户变归属关系，能实现低压分支线路识别，能通过绑定电表与末级拓扑终端将电表纳入拓扑图，即从配变低压侧出线到各级分支柜(箱)再到各个电表箱最终到各块电表之间电气上的连接关系。拓扑识别终端负责获取上传每个接入点的电能和拓扑数据。管理终端负责汇总所有接入点数据，通过算法在接入点之间实现连线，生成拓扑关系，基于此关系，分级计算线损状况。手持PDA负责建立拓扑识别终端、电表箱、电表之间的映射档案，并将档案传给管理终端。管理终端排查载波故障或者非同台区的设备，启动拓扑识别绘制拓扑图，抄读冻结电量，计算线损。

进一步的，提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端，所述分支接入点包括配变低压出线开关、各级分支箱、电表箱。

进一步的，提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端，所述拓扑识别终端包括嵌入式处理器以及与所述嵌入式处理器分别连接的第一电源管理模块、电力参数采样和计量模块、工频载波信号调制保护模块、工频载波信号解调模块、时钟模块、数据交互模块、电能数据及信息存储模块。

进一步的，提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端，所述工频载波信号解调模块包括采样电阻和滤波网络。

进一步的，提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端，所述数据交互模块包括远程通信接口和本地通信接口。

进一步的，提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端，所述管理终端包括中央处理器以及与所述中央处理器分别连接的第二电源管理模块、电力线载波接口、RS232接口、蓝牙接口、时钟模块、数据及信息存储模块。

进一步的，提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端，还包括集抄集中器，集抄集中器与所述RS232接口连接。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明应用时采用工频通信技术，将高速A/D交流采样与高速DSP数字处理技术结合，实现配电低压拓扑关系信息的测量、采集、存储及传输，提高了供电企业对用户的高质量和高效率管理。

2、本发明实现低压配电网线损异常的智能诊断，精准定位异常节点。通过低压台区线损的准确、实时和各历史时间段计算和分析。能够实现台区线损的现代化管理，大大提高线损计算、管理的工作效率和工作质量，并可以极大提高线损管理水平，取得显著的管理效益、经济效益和社会效益。

3、本发明多种功能集成融合，成本开销小，性价比高；信号调制解调方式简单。信号抗干扰强，衰减小，传输距离远，可靠性高；直接访问远端设备，无需中继环节；克服电力线载波通信的缺点，不会出现共电缆沟、共地、共高压等串扰；无需停电，快速准确。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图；

图2为拓扑识别终端结构示意图；

图3为管理终端结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-变压器，2-管理终端，3-拓扑识别终端，4-手持PDA装置，5-电表箱，6-电表，7-集抄集中器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1至图3所示，提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端，包括管理终端2、拓扑识别终端3和手持PDA装置，其中：

所述拓扑识别终端3包括嵌入式处理器以及与所述嵌入式处理器分别连接的第一电源管理模块、电力参数采样和计量模块、工频载波信号调制保护模块、工频载波信号解调模块、时钟模块、数据交互模块、电能数据及信息存储模块，拓扑识别终端3，用于获取分支接入点的电能和拓扑数据并上传到管理终端2。所述工频载波信号解调模块包括采样电阻和滤波网络。所述数据交互模块包括远程通信接口和本地通信接口。

手持PDA装置4，用于将拓扑识别终端3和分支接入点之间的绑定信息传输到管理终端2，所述分支接入点包括配变低压出线开关、各级分支箱、电表箱5；

所述管理终端2包括中央处理器以及与所述中央处理器分别连接的第二电源管理模块、电力线载波接口、RS232接口、蓝牙接口、时钟模块、数据及信息存储模块，管理终端2，用于根据接收到的电能和拓扑数据以及拓扑识别终端3和分支接入点之间的绑定信息绘制拓扑图。还包括集抄集中器7，集抄集中器7与所述RS232接口连接。

本发明由管理终端2、拓扑识别终端3、手持PDA等装置组成，为了获取台区-分支开关-表箱-电表6的准确定位数据和各处电量，在配变低压二次侧安装管理终端2，在配变低压出线开关、各级分支箱(柜)、电表箱5等处安装拓扑识别终端3，在电表6处使用手持PDA录入表地址，一、能实时采集电压、电流、功率、电能等电参数，二、能判定低压户变归属关系，三、能实现低压分支线路识别，四能通过绑定电表6与末级拓扑终端将电表6纳入拓扑图，即从配变低压侧出线到各级分支柜(箱)再到各个电表箱5最终到各块电表6之间电气上的连接关系。拓扑识别终端3负责获取上传每个接入点的电能和拓扑数据。管理终端2负责汇总所有接入点数据，通过算法在接入点之间实现连线，生成拓扑关系，基于此关系，分级计算线损状况。手持PDA负责建立拓扑识别终端3、电表箱5、电表6之间的映射档案，并将档案传给管理终端2。管理终端2排查载波故障或者非同台区的设备，启动拓扑识别绘制拓扑图，抄读冻结电量，计算线损。

本发明中拓扑识别终端3采用三相四线供电方式，支持三相电压、三相电流、零线电流采样，对外提供远程遥控通道。每台拓扑识别终端3拥有唯一地址编号，由6个字节构成。工作原理如下：首先接收远程遥控指令，根据指令执行工频通信信号调制流程，将信号加载到电力线上，然后余下的同类设备接收来自电力线的工频通信信号，操作信号解调模块解析信号，并将信息存储起来，等待远程抄读。

拓扑识别终端3中，第一电源管理模块，采用定制的高抗扰性开关电源，不影响通讯性能，电压稳定，同时降低了设备的功耗和重量。电源管理模块为设备提供工作电压，波纹噪声小，具有安全保护和良好的电气兼容性。嵌入式处理器模块，设备控制中枢模块，具备数据和信息中转、工频载波信号调制控制、系统复位、通讯控制等一系列核心功能。采用高性能微处理器，完成数据集中处理和控制指令输出，根据工频信号编码规则，输出调制信号控制指令。电力参数采样和计量模块，采用多通道A/D准同步采样和高速DSP完成电力线参数的采样及运算，测量电流、电压、功率、电能、功率因数等电力数据。电力参数采集模块三相电压采样主要由分压网络、采样电阻和滤波网络三部分组成。一组电阻所组成的分压网络将三相电压信号值降至合理区间，分压后的信号由采样电阻完成采样功能，再经一阶RC网络滤波后接入ADC芯片信号输入端。电力参数采集模块三相电流采样主要由采样电阻和滤波网络两部分组成。三相电流信号经由高精度电阻采样后，再通过一阶RC网络完成滤波，最后接入ADC芯片信号输入端。电参量运算模块ACD采用AnalogDevices公司的16位六通道同步采样芯片AD73360，该芯片支持四种可选的信号采样速率，最高可达64kS/s。AD73360内嵌采样基准电压产生电路，基准电压作用于待采样信号，再以差分模式接入芯片模拟输入管脚。芯片通过专用SPORT串行接口与DSP处理器实现连接，一次性传输所有通道的采样数据。电力参数计量模块DSP处理器采用AnalogDevices公司的Blackfin系列芯片BF532，该芯片内嵌16位定点DSP内核，可以实现400MHz的持续高性能工作。BF532特有的dual-MAC信号处理引擎具备高速数据处理能力，再结合高效的DMA控制器，能够完成大数据量的自动传输、快速运算。电参数计量算法充分发挥AD73360和BF532芯片的性能优势，以傅里叶运算为基础，配合恰当的计量常数，对三相采样信号进行高频次计量。然后计量算法结合一定量数学运算，输出高精度的电参量计量数据。工频载波信号调制保护模块具备工频载波信号调制和电力线环境检测功能，使载波信号能安全、有效的传输在电力线上。模块由过零检测电路、控制电路和信号调制电路组成。过零检测电路确定工频波形过零点，控制电路以过零点为基准点在其附近特定位置启停信号调制电路，完成通信信号的生成。工频载波信号解调模块采用多通道A/D准同步采样和高速DSP完成电力线上信号的采样及处理，进行工频载波信号解调及运算处理，给出电网线路拓扑识别结果。工频载波信号解调模块电压采样主要由分压网络、采样电阻和滤波网络三部分组成。一组电阻组成的分压网络将三相电压信号值、降至合理区间，分压后的信号由采样电阻完成采样，再经由一阶RC网络滤波后接入ADC芯片信号输入端。工频载波信号解调模块电流互感器采样主要由采样电阻和滤波网络两部分组成。三相电流信号经由采样电阻采样后，再通过一阶RC网络完成滤波，最后接入ADC芯片信号输入端。工频载波信号解调模块ADC采用AnalogDevices公司的16位六通道同步采样芯片AD73360，该芯片支持四种可选的信号采样速率，最高可达64kS/s。AD73360内嵌采样基准电压产生电路，基准电压作用于待采样信号，再以差分模式接入芯片模拟输入管脚。芯片通过专用SPORT串行接口与DSP处理器实现连接，一次性传输所有通道的采样数据。工频载波信号解调模块DSP处理器采用AnalogDevices公司的Blackfin系列芯片BF532，该芯片内嵌16位定点DSP内核，可以实现400MHz的持续高性能工作。BF532特有的dual-MAC信号处理引擎具备高速数据处理能力，再结合高效的DMA控制器，能够完成大数据量的自动传输、快速运算。工频载波信号解调算法充分运用AD73360和BF532芯片的性能优势，解调特定的负荷载波信号，辅以一定的限定条件，有效剔除电力线干扰噪声。不同的负荷载波信号组合，携带了不同的电网线路拓扑信息，通过算法解析得到这些拓扑信息，再对信息进行判定处理，最后依照编码规则给出电网线路拓扑识别结果。时钟模块提供包括日期、时间在内的时钟功能。数据交互模块包含本地和远程两种通信类型。远程通信接口负责响应远程控制指令，上传电压、电流、功率、电能、冻结电量等电参数和户变归属关系、分支线路识别结果。本地通信接口主要用于仪器状态抄读、设备调试等本地定点操作。电能数据及信息存储模块，现场使用过程中获得的电能和信息数据直接存储在设备的FLASH中。信息存储模块将信号解调后获得的现场结果存储起来，供远程遥控抄读。同时支持清零、编程、各相失压、各相断相、累计停电时间等事件记录。

管理终端2中，第二电源管理模块采用定制的高抗扰性开关电源，不影响通讯性能，电压稳定，同时降低了设备的功耗和重量。电源管理模块为设备提供工作电压，波纹噪声小，具有安全保护和良好的电气兼容性。中央处理器，设备控制中枢模块，具备数据和信息中转、系统复位、通讯控制等一系列核心功能。采用高性能CPU，完成数据集中处理和控制指令输出。电力线载波接口负责远程指令发送和远程数据接收两类功能。内容主要包括台区识别、拓扑识别的启动和台区识别结果、拓扑识别结果、电力参数和冻结电量的抄读。RS232接口连接集抄集中器7调试口，负责抄读电表6档案所含电表6的冻结电量。蓝牙接口支持蓝牙4.0版本，负责接收手持PDA建立的电表6绑定档案和发送按照档案生成的拓扑图(包含线损数据)。时钟模块提供包括日期、时间在内的时钟功能。数据及信息存储模块负责保存录入或者导入的设备档案，供用户调用查看。同时支持存储拓扑图、线损分析等历史记录。

手持PDA装置4，录入终端设备号，扫描电表6资产号，实现电表6与终端的绑定关系。所有电表6完成绑定后，通过蓝牙传给管理终端2。通过蓝牙接收管理终端2的拓扑图。选择要显示的拓扑图数据文件。在屏幕上呈现出拓扑图，在屏幕上呈现出设备号、设备名称、冻结电量等相关数据。

本发明智能分析节点间的电气连接情况，由遍历搜索算法确定节点上下级和并行关系，实现台区“配变-分支-表箱-电表6”的电气物理拓扑在线自动识别，完成配变台区树属性结构的构筑。通过精确计算、准确定位，对台区线损做出科学精准的诊断，快速高效地查找到线损原因和位置，能够极大地提升台区线损管理水平。

本发明采用脉冲式工频通信技术，将过零检测技术和过采样技术结合起来，通过滤波过滤噪声和干扰信号。采用幅值做差的方式提取工频信号的特征，实现信号解调。由于电网环境复杂多变，噪声和干扰种类多，信号传输错误率随之增大，本发明使用一种准确高效的信号调制解调技术，用以提高通信成功率和辨识度。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端，其特征在于，包括管理终端(2)、拓扑识别终端(3)和手持PDA装置(4)，其中：

拓扑识别终端(3)，用于获取分支接入点的电能和拓扑数据并上传到管理终端(2)；

手持PDA装置(4)，用于将拓扑识别终端(3)和分支接入点之间的绑定信息传输到管理终端(2)；

管理终端(2)，用于根据接收到的电能和拓扑数据以及拓扑识别终端(3)和分支接入点之间的绑定信息绘制拓扑图。

2.根据权利要求1所述的提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端，其特征在于，所述分支接入点包括配变低压出线开关、各级分支箱、电表箱(5)。

3.根据权利要求1所述的提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端，其特征在于，所述拓扑识别终端(3)包括嵌入式处理器以及与所述嵌入式处理器分别连接的第一电源管理模块、电力参数采样和计量模块、工频载波信号调制保护模块、工频载波信号解调模块、时钟模块、数据交互模块、电能数据及信息存储模块。

4.根据权利要求3所述的提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端，其特征在于，所述工频载波信号解调模块包括采样电阻和滤波网络。

5.根据权利要求3所述的提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端，其特征在于，所述数据交互模块包括远程通信接口和本地通信接口。

6.根据权利要求1所述的提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端，其特征在于，所述管理终端(2)包括中央处理器以及与所述中央处理器分别连接的第二电源管理模块、电力线载波接口、RS232接口、蓝牙接口、时钟模块、数据及信息存储模块。

7.根据权利要求4所述的提升台区拓扑识别效率及线损精度的检测终端，其特征在于，还包括集抄集中器(7)，集抄集中器(7)与所述RS232接口连接。