劉嘉文 王皓

摘要：本文提出一種使用低壓分路智能傳感器分布在配電臺區(qū)各個支線上，由所連接的采集單元完成就地自激短路、波形錄波和波形特征量提取，再將各采集單元得到的波形特征量匯總到數(shù)據(jù)集中器，再集中進(jìn)行全網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆嬎?。該算法綜合了以往方法的優(yōu)點，簡單可靠，準(zhǔn)確度高，易于實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：智能傳感器 自激短路 特征量提取 矩陣運算 拓?fù)鋱D

0? 引言

電氣網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系自動識別可以將配電臺區(qū)所連接的園區(qū)、小區(qū)、樓宇等電氣連接關(guān)系描繪出來，這對電力公司提高供電可靠性管理水平和供電服務(wù)能力至關(guān)重要。

目前比較常見的實現(xiàn)配電臺區(qū)電氣網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥R別的方法都有些缺點：比如利用電力線載波通信技術(shù)[2]，通過用電信息采集系統(tǒng)的集中器和采集器實現(xiàn)載波信號的發(fā)送和回傳，但是受配電臺區(qū)負(fù)載影響大，且存在傳送死區(qū);又如工頻信號注入法，在低壓配電母線短路，用移動采集設(shè)備在用電設(shè)備或電能計量設(shè)備處測量注入的工頻信號，但是現(xiàn)場測試接線麻煩，還存在一定的安全隱患。

1? 配電臺區(qū)監(jiān)測和通信

圖1.1為配電臺區(qū)電氣及監(jiān)測和通信設(shè)備連接圖。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆嬎阋蕾囉诟呔葞т洸ê妥约ざ搪饭δ艿闹悄軅鞲衅?，圖中監(jiān)測設(shè)備將監(jiān)測得到的電壓、電流、有功、無功、頻率以及自激短路錄波信息上送到所連接的采集單元，進(jìn)行波形分析和特征量提取，匯集到集中器，進(jìn)行配電臺區(qū)全網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆嬎?，最后形成臺區(qū)電氣連接關(guān)系圖。

1.1低壓分路智能傳感器

低壓分路智能傳感器具有0.1%級的高測量精度，具備定時錄波功能，可自激電流信號，它是配電臺區(qū)電氣網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系自動識別的基礎(chǔ)。

傳感器具備自激電流信號的能力，由于體積和功率的限制，電流信號最大5安培，需要0.1S級精度的測量才能滿足。常規(guī)工頻大電流傳感器產(chǎn)品精度低、測量范圍小、非線性、易飽和的問題，應(yīng)該使用開合式開環(huán)霍爾傳感器進(jìn)行高精度工頻大電流測量。

定時錄波要求該傳感器具備串口軟報文對時功能，使得錄波波形包涵自激電流信號，對時精度為秒。

傳感器按照規(guī)定時間進(jìn)行3秒錄波，采樣電流信號，以方便后臺進(jìn)行波形特征分析，確定是否為自激電流信號。

1.2小波分析錄波數(shù)據(jù)

錄波的數(shù)據(jù)，一般為16位，不小于10K的采樣數(shù)率和不低于2.5秒的錄波時間，使得足以判斷是否為自激電流信號。

對該錄波數(shù)據(jù)使用小波分析得到波形相似度，從而確定是同一種拓?fù)潆娏餍盘枺墨I(xiàn)[3]詳細(xì)介紹了小波特征提取算法。

1.3數(shù)據(jù)傳輸通信單元

數(shù)據(jù)傳輸通信單元是連接各個低壓分路智能傳感器的數(shù)據(jù)集中器，進(jìn)行計算形成波形特征量提取，并將數(shù)據(jù)傳送到后端服務(wù)器，形成總拓?fù)鋱D。

2建立配網(wǎng)專有關(guān)聯(lián)矩陣

2.1監(jiān)測和通信設(shè)備連接圖

如圖1-1所示的配電臺區(qū)電氣接線圖， 把各個匯總節(jié)點作為拓?fù)鋱D的節(jié)點;把低壓分路智能傳感器所監(jiān)測的支路作為拓?fù)鋱D的支路，當(dāng)監(jiān)測到有電流時該支路連通， 無電流時該支路斷開;數(shù)據(jù)通信單元所連接的低壓分路智能傳感器組成一塊區(qū)域。

配電臺區(qū)變壓器低壓側(cè)母線節(jié)點①為電源側(cè)，監(jiān)測支路⑴負(fù)荷為最大;在通信區(qū)域（A）變電柜節(jié)點⑤分出三條支路⑵⑶⑷到小區(qū)配電間三個節(jié)點②③④;配電間②分出兩條支路⑸⑹通過通信區(qū)域（B）到樓宇間⑥⑦⑧，其中支路⑹又分出⑺⑻兩條支路，分別到樓宇節(jié)點⑦⑧;配電間③④分別通過支路⑼⑽通過通信區(qū)域 （C）、（D）區(qū)域分別連接節(jié)點⑨和⑩。

2.2節(jié)點-支路布爾有向矩陣

對于一個任意的電力系統(tǒng)配網(wǎng)拓?fù)鋱D，一般為電源輻射型網(wǎng)絡(luò)，其中變壓器低壓側(cè)為根節(jié)點，可以用節(jié)點-支路布爾有向矩陣來描述其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。假設(shè)節(jié)點-支路布爾有向矩陣ij，行為節(jié)點，列為支路，方向為實際負(fù)荷有功功率方向，每個元素表示意義如下：

如果某支路的有功為0，即支路跳閘或無負(fù)荷運行狀態(tài)，這時對應(yīng)的支路布爾值為0，對應(yīng)的矩陣為A。

由公式（1）知節(jié)點可以與相關(guān)支路形成有功功率流向鏈路，按照從大到小樹狀排布，顯然最大值，即是根節(jié)點。

由公式（2）知節(jié)點-支路布爾有向矩陣為上三角矩陣，且有以下特殊的結(jié)構(gòu)和特性：

（1）鏈狀網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點-支路布爾有向矩陣就是一個上三角矩陣;

（2）樹狀網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點-支路布爾有向矩陣第一行和對角元素為“1”，其余元素均為“0”同樣具有上三角矩陣的特征。

鏈狀和樹狀網(wǎng)絡(luò)形成最簡單的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，任何A矩陣都是由最簡單的鏈狀和樹狀的集合體。

2.3 節(jié)點-節(jié)點布爾關(guān)聯(lián)矩陣

假設(shè)節(jié)點-支路布爾有向矩陣ij，支路-節(jié)點布爾有向矩陣ji，有B= AT;節(jié)點-節(jié)點布爾矩陣ik，可以得到

同理可得N′= ·T，該矩陣為排序后的初始節(jié)點-節(jié)點布爾關(guān)聯(lián)矩陣，按照各節(jié)點升序，即節(jié)點有功從大到小的樹狀順序排列。

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中點與點間的連通關(guān)系是可以通過支路傳遞的。例如點①與點⑤相連，同時點⑤又與點②相連，則無論點①與點②是否直接相連點，①與點②也一定是相連的。

設(shè)N′為一級初始節(jié)點-節(jié)點布爾關(guān)聯(lián)矩陣進(jìn)行矩陣乘法運算，則有：

3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)識別步驟

圖1.1中首先找出拓?fù)鋱D根節(jié)點。各個通信區(qū)域?qū)⒈O(jiān)測點采集的有功功率匯總在后臺服務(wù)器，按從大到小排序，顯然節(jié)點①處支路⑴監(jiān)測點有功功率最大，為拓?fù)鋱D根節(jié)點。

（C）（D）由于各監(jiān)測點無有功功率，則為斷開或稱無效區(qū)域;

（A）區(qū)域有8個監(jiān)測點，分別是⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑼⑽，其中⑵⑼⑽有功功率為0 ，支路斷開，不參與計算。假設(shè)⑴⑶⑷⑸⑹按照負(fù)荷大小降序排列得到：⑴⑶⑷⑸⑹，假設(shè)它們對應(yīng)的安裝處節(jié)點分別為a1，a2，a3，a4，a5，連接關(guān)系未知。

（B）區(qū)域有2個監(jiān)測點，其中⑺斷開，⑻有效， 假設(shè)⑻對應(yīng)的安裝處節(jié)點b1。結(jié)合（A）區(qū)域按照負(fù)荷大小降序排列得到：⑴⑶⑷⑸⑹⑻，對應(yīng)的安裝處節(jié)點分別為a1，a2，a3，a4，a5， b1連接關(guān)系未知。

依次將節(jié)點按照負(fù)荷大小升序，做自激發(fā)短路電流信號，通過小波分析得到一組電流特征量相同的支路，做節(jié)點-支路布爾有向矩陣。如圖2.1連接關(guān)系生成圖（a），即按照負(fù)荷大小降序排序后支路節(jié)點集合。

矩陣乘以6維全“l(fā)”列向量S，并排序得到圖2.1 （b）終端支路區(qū)域矩陣，從中可以看出⑶⑷⑻為終端支路，其節(jié)點 a2，a4， b1分別連接支路⑴、⑷、⑹的節(jié)點a1，a3， a5。

分析其余區(qū)域為標(biāo)準(zhǔn)的樹狀區(qū)域，如圖3.1（c） 樹狀區(qū)域。⑴⑷⑹為樹連接。

根據(jù)公式（3） （4）得到類似（5）的節(jié)點關(guān)聯(lián)矩陣，至此，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渫瓿伞?/p>

4結(jié)束語

具備自激短路、波形錄波和軟報文校時的低壓分路智能傳感器分布在配電臺區(qū)各個支線上，波形特征量提取后進(jìn)行關(guān)聯(lián)支路的識別，按照負(fù)荷大小進(jìn)行節(jié)點排序，按照關(guān)聯(lián)的支路數(shù)目排序，通過矩陣運算后分解成基本的鏈狀結(jié)構(gòu)和數(shù)狀結(jié)構(gòu)，從而繪制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。該算法簡單明了，現(xiàn)場易于實施，具備推廣性。

參考文獻(xiàn)

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[3]陳霄，嚴(yán)永輝，王黎明，小波變換在供電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔孀R波形特征提取中的應(yīng)用 《電子設(shè)計工程》 2019年