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      基于低壓計量裝置快速定位及拓撲關(guān)系的研究

      2021-12-23 20:33:40朱迎春高偉洪一姍李天柱王亞暉李志偉左勇
      家園·電力與科技 2021年13期
      關(guān)鍵詞:研究

      朱迎春 高偉 洪一姍 李天柱 王亞暉 李志偉 左勇

      摘要:低壓配電網(wǎng)位于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)末端,連接眾多用電負荷與電網(wǎng),是輸電和用電之間的重要環(huán)節(jié),對保證用電質(zhì)量、用電安全起著至關(guān)重要的作用。正是由于低壓配電網(wǎng)設(shè)備數(shù)量巨大、點多面廣、結(jié)構(gòu)分散、型號不統(tǒng)一,對低壓配電網(wǎng)的監(jiān)測與管理造成較多困難,嚴重影響電網(wǎng)的運維效率和服務(wù)質(zhì)量。近年來,國家電網(wǎng)公司在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化方面做出了積極措施,顯著提升了電網(wǎng)的開放性、統(tǒng)一性。其中,低壓配電網(wǎng)的拓撲關(guān)系是電網(wǎng)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵組成部分,對電網(wǎng)的線損分析、故障診斷等應(yīng)用都有關(guān)鍵的作用。但拓撲信息主要依賴設(shè)計資料及人工錄入,一旦電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,更新不及時,就會導(dǎo)致電網(wǎng)拓撲信息的滯后。目前,國內(nèi)外已有對低壓配電網(wǎng)拓撲分析的技術(shù)研究,比如通過終端感知設(shè)備、檢測設(shè)備等輔助設(shè)備進行信號監(jiān)測,在通過對信號序列的變換分析,實現(xiàn)拓撲結(jié)構(gòu)的映射。上述方法不僅對信號的采集和分析有著較高的要求,更增加了低壓配電網(wǎng)用戶各負荷節(jié)點的輔助設(shè)備,增加投資費用,不利于大規(guī)模應(yīng)用和管理。本文提出一種低壓計量裝置快速定位及拓撲關(guān)系的研究技術(shù)及相關(guān)裝置。本裝置安裝在表箱內(nèi),依靠高速電力線載波(highspeedpowerlinecarrier,HPLC),采集電壓信息,根據(jù)同一個表箱內(nèi)電壓特征趨近一致的現(xiàn)象,通過智能融合終端內(nèi)APP算法計算任意2個智能電表的相關(guān)性,判斷下級智能電表的定位,再根據(jù)各分支的計量數(shù)據(jù),自動生成臺區(qū)拓撲。

      關(guān)鍵詞:低壓計量裝置;快速定位;拓撲關(guān)系;研究

      1、HPLC概述

      HPLC技術(shù)是一種高速電力線通信技術(shù),電力線通信技術(shù)是指利用電力線作為通信介質(zhì)進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通信技術(shù)。由于電力線是最普及、覆蓋范圍最為廣闊的一種物理媒體,利用電力線傳輸數(shù)據(jù)信息,具有極大的便捷性,無需重新布線,即可將所有與電力線相連接的電器組成一個通信網(wǎng)絡(luò),進行信息交互和通信。這種方式實施簡單,維護方便,可以有效降低運營成本、減少構(gòu)建新的通信網(wǎng)絡(luò)的支出,因而已成為智能電網(wǎng)、能源管理、智慧家庭、光伏發(fā)電、電動汽車充電等應(yīng)用的主要通信手段。

      電力線通信按工作頻帶可分為窄帶低速電力線通信、窄帶高速電力線通信、和寬帶高速電力線通信,窄帶電力線通信可使用的頻率范圍為3kHz至500kHz,由于帶寬相對較窄,只能提供較低傳輸速率的通信服務(wù),且抗干擾能力較弱,一次抄表成功率很難突破90%以上。面向電力抄表的寬帶高速電力線通信工作頻率范圍包含2.4MHz~5.6MHz、2MHz~12MHz、0.7MHz~3MHz、1.7MHz~3MHz,具有相對較寬的帶寬,能夠提供數(shù)百kbps至幾Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率,且電力線在高頻段的噪聲相對較弱,相對于窄帶電力線通信,通信可靠性和穩(wěn)定性顯著提升。

      2、拓撲識別技術(shù)概述

      隨著電網(wǎng)的不斷擴大,電網(wǎng)結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜。由于用戶數(shù)量眾多,負荷類型多變,各臺區(qū)的拓撲結(jié)構(gòu)各不相同,用電特性也不盡相同。但由于各負荷對時間序列的特征均可呈現(xiàn)出規(guī)律性,因此,不同用戶具有其用電特征。通過采集某一時間段內(nèi)某一用戶的用電數(shù)據(jù),可分析得出該用戶的用電特征。本文中,裝置支持HPLC主節(jié)點設(shè)備通過DL/T698.45-2017通信協(xié)議對設(shè)備進行數(shù)據(jù)查詢和參數(shù)設(shè)置,支持監(jiān)測DL/T645-2007和DL/T698.45-2017通信協(xié)議的HPLC從節(jié)點設(shè)備的通信報文。裝置將自動監(jiān)測HPLC臺區(qū)中所有設(shè)備之間的通信報文,收集HPLC從節(jié)點的地址信息,包含但不限于低壓表計、低壓表箱等,自動生成設(shè)備地址、位置信息、狀態(tài)信息。通過大數(shù)據(jù)篩查,剔除其他臺區(qū)串?dāng)_數(shù)據(jù)等無關(guān)報文,建立本臺區(qū)節(jié)點檔案表格。所形成的檔案供HPLC主節(jié)點設(shè)備查詢。主節(jié)點對從節(jié)點電壓、功率等數(shù)據(jù)進行分析,并對比該節(jié)點用戶特征曲線,綜合各類特征信息,可判斷多個從節(jié)點是否屬于同一表箱。同時,結(jié)合定位系統(tǒng),可得出該表箱的地理位置,從而確定其拓撲結(jié)構(gòu)。

      3、系統(tǒng)功能設(shè)計

      3.1定位功能

      通過北斗/GPS模組自動獲取實時的時間、經(jīng)度、緯度等時間及定位狀態(tài)信息;GPS和北斗自動切換。

      3.2自組網(wǎng)功能

      自動進行自檢,自動識別HPLC網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點信息,不影響現(xiàn)有HPLC網(wǎng)絡(luò)通信功能;

      4、系統(tǒng)硬件設(shè)計

      MCU模塊主要實現(xiàn)對抄控器、STA模塊以及北斗/GPS定位模塊的管理,實現(xiàn)對抄控器所監(jiān)測的信息的解析與存儲,以及協(xié)議的解析及組包。

      北斗/GPS定位模塊獲取該表箱的地理位置,其信息數(shù)據(jù)通過STA模塊

      傳至集中器端。

      抄控模塊主要監(jiān)測該表箱線路上所有的通訊報文,并傳遞該通訊報文給MCU端進行解析以及存儲,從而供集中器抄讀。

      STA模塊主要用于注冊至集中器的CCO中,架起集中器和表箱檢測單元溝通的橋梁,實現(xiàn)該表箱的線路所有的表地址以及定位位置的抄讀。

      5、技術(shù)指標(biāo)

      本裝置使用HPLC通訊,應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等網(wǎng)絡(luò)管理功能。HPLC工作頻率基本頻帶為0.7MHz~12MHz,可支持分段使用。發(fā)送功率頻譜密度在工作頻帶內(nèi)不大于-45dBm/Hz,工作頻帶外不大于-75dBm/Hz。

      HPLC靜態(tài)功耗不大于1W,動態(tài)功耗不大于6W。在隔離電源、屏蔽環(huán)境、無競爭場景、主從節(jié)點1:1配比,測試包長為512(1024)字節(jié)時,通信速率應(yīng)不小于1Mbps。在隔離電源、屏蔽空間環(huán)境,主從配比1:1情況下,業(yè)務(wù)幀長不小于1k字節(jié)下的載波報文發(fā)送端發(fā)送時刻與接收端接收時刻的上下行時延,測試時間20s,網(wǎng)絡(luò)平均時延應(yīng)小于30ms。在交流電網(wǎng)環(huán)境,兼容智能電表通信口時延。在隔離電源、屏蔽空間環(huán)境,主從節(jié)點1:1配比下,測試包大小不小于1k字節(jié),90%吞吐量,2小時測試時間的情況下,上、下行丟幀率應(yīng)小于1%。在隔離電源、屏蔽環(huán)境、誤包率小于10%(業(yè)務(wù)報文包長<100字節(jié))、帶內(nèi)發(fā)射功率譜密度為-45dBm/Hz的條件下,其抗衰減性能應(yīng)不小于85dB。

      本裝置使用北斗/GPS雙模衛(wèi)星定位系統(tǒng),北斗為國產(chǎn)芯片,且可獨立工作。定位精度應(yīng)滿足水平誤差不大于10m,高程誤差不大于15m。首次定位時間不超過5s。在GPS/北斗信號接收強度-130dBm情況下,從系統(tǒng)加電運行到實現(xiàn)定位的時間不超過60s,冷啟動不低于-140dBm。通道數(shù)不小于12個。

      6、結(jié)束語

      智能表箱監(jiān)測設(shè)備是一款具有HPLC通信、北斗/GPS定位以及監(jiān)測和記錄HPLC臺區(qū)下所有設(shè)備的地址信息,并支持查詢所有監(jiān)測到的設(shè)備的位置信息的設(shè)備,通過在表箱端安裝表箱監(jiān)測設(shè)備實現(xiàn)臺區(qū)所有設(shè)備實時定位、臺區(qū)系統(tǒng)的戶變關(guān)系及拓撲識別。不但有助于現(xiàn)場人員快速準(zhǔn)確的開展客戶業(yè)務(wù),也可輔助主動搶修等業(yè)務(wù)開展。

      本論文出自基于低壓計量裝置快速定位及拓撲關(guān)系模塊研究項目參考文獻:[1]基于配電物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的臺區(qū)拓撲自動生成方法研究_鮑音夫[2]基于智能電表數(shù)據(jù)的供電網(wǎng)絡(luò)拓撲識別方法研究-張麗強[3]低壓電網(wǎng)拓撲實時生成平臺產(chǎn)品化研究-方鵬

      [4]基于HPLC通信模塊的智能電表改進分析-徐文濤[5]基于動態(tài)規(guī)劃的配電臺區(qū)三相負荷不平衡治理方法_唐冬來[6]基于數(shù)據(jù)挖掘的戶變拓撲關(guān)系辨識算法研究-谷海彤[7]臺區(qū)拓撲結(jié)構(gòu)自動繪制方法研究-張瑋[8]小波變換在供電網(wǎng)絡(luò)拓撲辨識波形特征提取中的應(yīng)用-陳霄[9]智能電表自動化檢定系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用分析-李青

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