基于電力線通信的配電網(wǎng)拓撲自動識別與應(yīng)用

孫保華, 李永輝, 杜紅衛(wèi)， 張明， 馬洲俊

(1.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京211106；2.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司南京供電分公司，江蘇 南京211100)

0 引 言

配電網(wǎng)中的電氣一二次設(shè)備和管理系統(tǒng)通過電網(wǎng)、通信網(wǎng)兩個實體網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)和映射[1]。準確可靠的配電網(wǎng)拓撲模型及相關(guān)數(shù)據(jù)能夠為配電網(wǎng)調(diào)度運行、檢修和供電服務(wù)提升提供關(guān)鍵支撐，實現(xiàn)配電網(wǎng)主動搶修和故障自愈等智能化應(yīng)用[2-3]。

目前，配電網(wǎng)拓撲多采用人工在PMS系統(tǒng)中維護的方式，存在配電網(wǎng)拓撲模型質(zhì)量不高等問題[4]。近年來國內(nèi)在配電網(wǎng)拓撲識別方面開展了部分研究[5-9]，主要集中在依靠智能終端通過對等通信網(wǎng)絡(luò)的接力查詢來實現(xiàn)[10-11]。低壓戶變對應(yīng)關(guān)系檢測應(yīng)用等局部功能[12]。智能終端需要提前配置好對應(yīng)開關(guān)的上下游位置關(guān)系，在中壓線變關(guān)系拓撲識別方面研究進展較少。

為探索以上問題解決方案，研究者利用電力線通信信號通過配電網(wǎng)線路進行傳感來反映一次線路拓撲的特性[13]。本文開展電力線通信在配電網(wǎng)拓撲識別關(guān)鍵技術(shù)研究，并在南京供電公司示范應(yīng)用。

1 中壓拓撲識別

1.1 識別原理

從配電用戶變低壓400 V側(cè)產(chǎn)生特征電流脈沖，利用配電網(wǎng)電流波形的微小畸變來攜帶脈沖信息，如圖1所示。該特征電流脈沖經(jīng)10/0.4 kV配變耦合至中壓10 kV配網(wǎng)線路上，能收到該特征電流脈沖的智能終端(DTU/FTU/故指)即都在同一條10 kV線路上，從而明確了線變拓撲關(guān)系，最后主站端更新線變拓撲關(guān)系。

圖1 特征電流脈沖示意圖

1.2 識別過程

本文以圖2所示的中壓線路結(jié)構(gòu)為案例，進行中壓拓撲識別流程的闡述，包括線路一次網(wǎng)架、二次設(shè)備安裝、通信架構(gòu)以及與主站系統(tǒng)的交互等。

圖2 中壓線路一二次設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

識別過程包括以下步驟：

(1) 由主站下發(fā)信號給用戶變1的智能配變終端TTU1。TTU1控制特征電流源產(chǎn)生電流調(diào)制脈沖，特征電流脈沖的流通路徑如圖2中虛線所示。

(2) 特征電流脈沖經(jīng)過用戶變1耦合到高壓側(cè)10 kV線路，該條10 kV線路上全部配電終端(DTU)均能檢測到此特征電流脈沖。

(3) 檢測到特征電流脈沖的全部終端(終端1～3#、故指G1#)將信息上送主站。

(4) 主站根據(jù)終端上送的信息更新實時拓撲。

(5) 主站依次逐個下發(fā)信號給控制用戶變2的TTU2、用戶變3的TTU3和用戶變4的TTU4，從而完成10 kV線路和用戶變2、用戶變3、用戶變4之間的線變拓撲關(guān)系。

圖3描述了中壓拓撲識別的一般流程。

圖3 中壓拓撲識別流程圖

1.3 工程應(yīng)用

在南京供電公司主站示范，如圖4所示。拓撲識別的線路與配變的關(guān)系如果與主站現(xiàn)有拓撲模型不一致，校核系統(tǒng)會在圖中用醒目標識進行提示，并發(fā)出相關(guān)告警提示用戶，若線變關(guān)系與現(xiàn)有拓撲模型，則提示一致的標識。

圖4 中壓拓撲識別應(yīng)用案例

2 低壓拓撲識別

2.1 識別原理

低壓臺區(qū)拓撲為樹狀結(jié)構(gòu)，如圖5所示。臺區(qū)拓撲層次關(guān)系識別利用小信號注入法，TTU控制末端的信號發(fā)送模塊向臺區(qū)注入小電流信號，改變線路內(nèi)電流的幅值，通過節(jié)點模塊采集該特征信號，上報TTU并由TTU記錄末端模塊對應(yīng)的中間節(jié)點，完成整個臺區(qū)的層次關(guān)系識別。

圖5 低壓臺區(qū)拓撲示意圖

2.2 識別過程

通過TTU、分支節(jié)點低壓傳感器和末端設(shè)備之間的載波通信的方式，生成二次設(shè)備之間的拓撲層次關(guān)系并形成文件，臺區(qū)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及一二次設(shè)備關(guān)系如圖6所示。

圖6 低壓臺區(qū)拓撲圖

當TTU與D1通信時，要求其發(fā)生脈沖電流信號。分支箱F11K11n處、用戶總表箱Y110n處的開關(guān)和用戶智能電表都能檢測到脈沖電流信號并上傳，TTU判斷出D1是K11n、Y110n和B11nn的上層節(jié)點。以此類推，識別低壓線路的層次關(guān)系。

2.3 工程應(yīng)用

在南京公司某條10 kV線路低壓臺區(qū)進行示范，如圖7所示。在實際應(yīng)用中，TTU每天主動上送拓撲識別文件，主站通過獲取TTU內(nèi)部的拓撲文件，關(guān)聯(lián)后形成一次設(shè)備的拓撲層次關(guān)系，并與PMS系統(tǒng)的低壓拓撲進行對比校驗，將不一致的拓撲文件信息推送至供電服務(wù)指揮系統(tǒng)進行檢查整改。

圖7 臺區(qū)層次關(guān)系示意圖

3 拓展應(yīng)用

3.1 線損精益化管理

在站變、線變拓撲關(guān)系明確的基礎(chǔ)上，在10/0.4 kV配電變壓器的高壓側(cè)安裝中壓電氣傳感器。不僅可以用于監(jiān)測配電線路運行狀態(tài)，而且還可以與其下游相應(yīng)10/0.4 kV配電變壓器低壓側(cè)TTU中相關(guān)的狀態(tài)參數(shù)配合，共同計算出該10/0.4 kV配電變壓器的變壓器損耗,實現(xiàn)線路損耗在線監(jiān)測的全線路覆蓋。

3.2 故障定位

對于中壓線路，在明確了站線變拓撲的基礎(chǔ)上，主站向配電終端下發(fā)拓撲配置文件。通過邊緣終端與傳感器交互故障發(fā)生時刻的數(shù)據(jù)，智能配電終端能準確判斷故障定位和故障類型，并將故障區(qū)段信息上告主站，主站通過供服平臺下派工單至搶修人員進行精準搶修，從而實現(xiàn)中壓故障準確定位，縮短線路平均搶修時長。

4 結(jié)束語

本文提出了一種基于配電智能終端的拓撲識別與應(yīng)用方法，該方法有如下特點：

(1) 利用終端設(shè)備，在中壓拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時可自主校驗識別，無需人工配置，在配電網(wǎng)拓撲變更時能自動更新拓撲，提高了智能化程度。

(2) 利用終端設(shè)備和智能融合開關(guān)，自動生成低壓拓撲文件，無需人工配置。

(3) 可以為配電網(wǎng)智能應(yīng)用提供準確的拓撲信息支撐，應(yīng)用于損精益化管理、中低壓故障定位和精準搶修等場景，為配電網(wǎng)智能化、精益化運維提供基礎(chǔ)支撐。