中壓配電網(wǎng)線變關(guān)系識(shí)別方法研究

宿劍飛 馬曉昆 張喆 張傳遠(yuǎn)

摘? 要：針對(duì)目前配電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ唾|(zhì)量不高、拓?fù)潢P(guān)系不完整及連接混亂、模型變化無(wú)法感知、一致性無(wú)法保證等問(wèn)題，文章基于工頻通信技術(shù)，開展工頻畸變調(diào)制信號(hào)傳輸特點(diǎn)研究，設(shè)計(jì)出一種中壓配電網(wǎng)線變關(guān)系識(shí)別方法。利用工頻畸變調(diào)制信號(hào)可跨變壓器耦合到中壓側(cè)遠(yuǎn)距離傳輸，且只在配電變壓器所在的線路上傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，結(jié)合電力線通信，實(shí)現(xiàn)配電變壓器與10kV線路間拓?fù)溥B接關(guān)系的自動(dòng)識(shí)別，構(gòu)建出清晰、完整的中壓配電網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)為線損計(jì)算、故障判別提供技術(shù)與數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);線變關(guān)系;工頻畸變調(diào)制信號(hào)

中圖分類號(hào)：TM726.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）36-0096-03

Abstract： At present， there are some problems in the distribution network， such as the low quality of topology model， the incomplete topology model， the confusion of connectivity， the imperceptibility of model changes， and the lack of consistency. In view of the above problems， based on the power frequency communication technology， this paper studies the transmission characteristics of power frequency distortion modulation signal， and designs a method to identify the line and transformer relationship in the medium voltage distribution network. Using the characteristics that the power frequency distortion modulation signal can be coupled to the medium voltage side for long-distance transmission across the transformer， and only on the line where the distribution transformer is located， while combing with the power line communication， this paper is intended to realize the automatic identification of the topological connection between the distribution transformer and the 10kV line， build a clear and complete medium voltage distribution network， and provide technical and data support for line loss calculation and fault identification.

Keywords： distribution network; relationship between line and transformer; power frequency distortion modulation signal

引言

配電網(wǎng)拓?fù)涫菍?duì)配電網(wǎng)設(shè)備、線路以及連接關(guān)系的完整描述，是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)智能化應(yīng)用的重要基礎(chǔ)，完整、一致、準(zhǔn)確、及時(shí)、可靠的配電網(wǎng)中壓線變關(guān)系及相關(guān)數(shù)據(jù)能夠?yàn)榕潆娋W(wǎng)調(diào)度運(yùn)行、檢修、供電服務(wù)提升提供關(guān)鍵支撐，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)主動(dòng)搶修等智能化應(yīng)用。

配電網(wǎng)規(guī)模大、設(shè)備數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，線路及其所連接變壓器數(shù)量眾多，使用人工手動(dòng)維護(hù)配電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ凸ぷ髁看?、工作效率低、模型信息直觀性差，難以保證配電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ偷耐暾约罢_性，存在配電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ唾|(zhì)量不高、拓?fù)潢P(guān)系不完整及連接混亂、模型變化無(wú)法感知、一致性無(wú)法保證等問(wèn)題。近年來(lái)國(guó)內(nèi)在低壓配電網(wǎng)拓?fù)渥R(shí)別方面開展了部分研究，但主要集中在低壓戶-變對(duì)應(yīng)關(guān)系檢測(cè)應(yīng)用等方面，在中壓線變關(guān)系識(shí)別、拓?fù)渥R(shí)別方面研究進(jìn)展較少。

為探索解決以上問(wèn)題，本文根據(jù)工頻畸變調(diào)制信號(hào)可跨變壓器且只沿變壓器所在線路傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，提出了基于工頻畸變技術(shù)的中壓線變關(guān)系識(shí)別方法，支撐中壓配電網(wǎng)線-變關(guān)系和中壓配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的全方位一體化識(shí)別。

1 工頻畸變技術(shù)理論基礎(chǔ)

配電網(wǎng)工頻電力雙向通信技術(shù)-工頻畸變技術(shù)是利用電網(wǎng)電壓和電流的微小畸變攜帶信息，以配電網(wǎng)絡(luò)為介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字雙向通信。

工頻畸變調(diào)制信號(hào)可跨越變壓器耦合到中壓側(cè)饋線遠(yuǎn)距離傳輸，只在配電變壓器所在的線路上傳輸，不會(huì)耦合到配電變壓器之外的線路上，并且工頻畸變調(diào)制信號(hào)只能在信號(hào)發(fā)生器端的變壓器、變壓器歸屬的變電站及變壓器所屬線路組成的電流回路上傳輸。利用工頻畸變調(diào)制信號(hào)的此種特性可實(shí)現(xiàn)中壓線變關(guān)系識(shí)別。

本文中壓線-變關(guān)系識(shí)別需要用到工頻畸變調(diào)制信號(hào)，工頻畸變信號(hào)調(diào)制如圖1所示，SA1、SA2、SB1、SB2、SC1、SC2為雙向晶閘管，LA、LB、LC為調(diào)制電感。信號(hào)調(diào)制電路采用雙向晶閘管，可以在工頻電壓由正到負(fù)或者由負(fù)到正的過(guò)零點(diǎn)前約30°瞬時(shí)導(dǎo)通，在調(diào)制電感上產(chǎn)生瞬間尖峰電流ie疊加于負(fù)載電流上，使負(fù)載電流產(chǎn)生微小畸變，當(dāng)瞬時(shí)電流值為零時(shí)，晶閘管斷開，完成一次工頻畸變信號(hào)調(diào)制。調(diào)制信號(hào)波形如圖2所示。

工頻畸變調(diào)制信號(hào)檢測(cè)如圖3所示。濾波器濾除噪聲及干擾，只允許特定頻率范圍的信號(hào)通過(guò);信號(hào)增強(qiáng)電路用于對(duì)濾波后信號(hào)的峰值進(jìn)行增強(qiáng)及平滑處理，用以增強(qiáng)工頻畸變信號(hào)的強(qiáng)度及可檢測(cè)性;取絕對(duì)值單元用于對(duì)增強(qiáng)及平滑處理后的信號(hào)取絕對(duì)值;信號(hào)峰值檢測(cè)單元用于接收信號(hào)的峰值檢測(cè);A/D轉(zhuǎn)換以檢測(cè)出接收信號(hào)中帶有的工頻畸變調(diào)制信號(hào)。

2 中壓線變關(guān)系識(shí)別

工頻畸變通信技術(shù)具有傳輸距離長(zhǎng)、通信距離遠(yuǎn)、可靠性與抗干擾性強(qiáng)、信號(hào)可跨變壓器傳輸而無(wú)需中繼的特點(diǎn)?；冃盘?hào)可采用單相調(diào)制，以A相為例，圖4為中壓線-變關(guān)系識(shí)別簡(jiǎn)圖。

信號(hào)發(fā)生裝置安裝于配電變壓器低壓側(cè)，調(diào)制電流脈沖波形，信號(hào)發(fā)生裝置發(fā)出帶有對(duì)應(yīng)配電變壓器唯一序列碼的工頻畸變調(diào)制信號(hào)，調(diào)制信號(hào)跨變壓器傳輸至中壓側(cè)的信號(hào)檢測(cè)裝置。信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置可安裝于配電變壓器高壓側(cè)、配電網(wǎng)線路主干線路節(jié)點(diǎn)和各分支節(jié)點(diǎn)。

信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)電力線提取帶有固定且唯一編碼的工頻畸變調(diào)制信號(hào)。根據(jù)工頻畸變調(diào)制信號(hào)的傳輸特點(diǎn)，只需根據(jù)信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置是否接收到帶有變壓器唯一序列碼的工頻畸變調(diào)制信號(hào)即可判斷變壓器與10kV線路間的連接關(guān)系，實(shí)現(xiàn)中壓配電網(wǎng)線-變關(guān)系的識(shí)別。若信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置可接收到變壓器低壓側(cè)的信號(hào)發(fā)生裝置發(fā)出的工頻畸變調(diào)制信號(hào)，則說(shuō)明變壓器屬于信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置所在的線路。

3 應(yīng)用

因供電電源的變化、聯(lián)絡(luò)開關(guān)的開斷等引起中壓配電網(wǎng)線變關(guān)系發(fā)生改變，通過(guò)人工巡檢維護(hù)工作效率低且難以保證配電網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系的準(zhǔn)確性，因此造成線損異常、計(jì)算不正確等現(xiàn)象?；诠ゎl畸變調(diào)制信號(hào)的中壓線變關(guān)系識(shí)別方法可有效實(shí)現(xiàn)中壓配電網(wǎng)拓?fù)涞淖詣?dòng)識(shí)別。

如圖5所示的雙電源系統(tǒng)，線路上的各個(gè)分支、節(jié)點(diǎn)都有聯(lián)絡(luò)開關(guān)，其開合狀態(tài)由配電主站控制，此處只標(biāo)出開關(guān)A、開關(guān)B展開描述。線路中只能有一個(gè)變電站供電，雙電源模式下為一主一備。當(dāng)處于聯(lián)絡(luò)開關(guān)A閉合，聯(lián)絡(luò)開關(guān)B斷開狀態(tài)時(shí)，安裝于變壓器A、B、C、D、E低壓側(cè)的信號(hào)發(fā)生裝置發(fā)出工頻畸變調(diào)制信號(hào)。

根據(jù)工頻畸變調(diào)制信號(hào)的傳輸特點(diǎn)可以得到：

（1）變壓器A低壓側(cè)的信號(hào)發(fā)生裝置發(fā)出的調(diào)制信號(hào)只能被變電站1出線上的信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置1監(jiān)測(cè)到。

（2）變壓器B低壓側(cè)的信號(hào)發(fā)生裝置發(fā)出的調(diào)制信號(hào)只能被變電站1出線上的信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置2、1監(jiān)測(cè)到。

（3）變壓器C低壓側(cè)的信號(hào)發(fā)生裝置發(fā)出的調(diào)制信號(hào)只能被變電站1出線上的信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置4、3、1監(jiān)測(cè)到。

（4）變壓器D低壓側(cè)的信號(hào)發(fā)生裝置發(fā)出的調(diào)制信號(hào)只能被變電站1出線上的信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置3、1監(jiān)測(cè)到。

（5）變壓器E低壓側(cè)的信號(hào)發(fā)生裝置發(fā)出的調(diào)制信號(hào)只能被變電站2出線上的信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置6、7監(jiān)測(cè)到。

由此不僅可判斷變壓器A、B、C、D屬于變電站1的出線，變壓器E屬于變電站2的出線，實(shí)現(xiàn)中壓線-變關(guān)系的識(shí)別;還可以生成變電站、變壓器、10kV線路之間不帶距離的網(wǎng)絡(luò)連接拓?fù)鋱D。圖6是圖5示意圖下的配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接圖。

4 工程拓展

基于工頻畸變通信技術(shù)的識(shí)別法方法不僅可應(yīng)用于中壓配電網(wǎng)，也可應(yīng)用于低壓臺(tái)區(qū)，實(shí)現(xiàn)中低壓配網(wǎng)拓?fù)渥詣?dòng)生成，為線損治理、停電范圍研判、計(jì)量、運(yùn)維等提供支撐。

如圖7所示，工頻畸變調(diào)制信號(hào)的發(fā)生裝置安裝于低壓臺(tái)區(qū)用戶端及配電變壓器低壓側(cè)，信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置安裝于配電變壓器高壓側(cè)、配電網(wǎng)線路主干線路節(jié)點(diǎn)和各分支節(jié)點(diǎn)。信號(hào)發(fā)生裝置、信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置、主站共同形成覆蓋同一變電站范圍內(nèi)的中低壓供電線路的配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥R(shí)別系統(tǒng)。此系統(tǒng)無(wú)需中繼，采用集中式組網(wǎng)方式，信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置直接接收信號(hào)發(fā)生裝置發(fā)出的工頻畸變調(diào)制信號(hào)，根據(jù)信號(hào)的傳輸特點(diǎn)，形成中低壓各設(shè)備間、設(shè)備與線路間的拓?fù)溥B接關(guān)系。

也可采用分布式組網(wǎng)方式，除了在配電變壓器高壓側(cè)、配電網(wǎng)線路主干線路節(jié)點(diǎn)和各分支節(jié)點(diǎn)安裝信號(hào)接收裝置外，在配電室也安裝信號(hào)接收裝置，用于接收該配電變壓器范圍內(nèi)所有安裝在用戶側(cè)的信號(hào)發(fā)生裝置發(fā)送的工頻畸變調(diào)制信號(hào)，起中繼作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)研究基于工頻通信技術(shù)的中壓線-變關(guān)系識(shí)別方法，支持中壓配電網(wǎng)線變關(guān)系識(shí)別及中壓配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)檢測(cè)、分析和生成，自動(dòng)識(shí)別配電變壓器與10kV線路間的拓?fù)溥B接關(guān)系，動(dòng)態(tài)構(gòu)建出清晰、完整的中壓線-變關(guān)系和配網(wǎng)拓?fù)?，可支撐中壓配電網(wǎng)線變關(guān)系和中壓配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的全方位一體化識(shí)別，為建立中壓配電網(wǎng)設(shè)備的相互識(shí)別和物物相連的新模式打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也為線損計(jì)算、故障判別提供技術(shù)與數(shù)據(jù)支撐。

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