摘要：隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得顯著成就，為電力終端的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了技術(shù)支撐。當(dāng)前正值低壓臺(tái)區(qū)高質(zhì)量建設(shè)與高水準(zhǔn)運(yùn)營(yíng)時(shí)期，供電企業(yè)有必要加強(qiáng)低壓臺(tái)區(qū)監(jiān)測(cè)終端探究為其實(shí)踐賦能。該文概述了低壓臺(tái)區(qū)監(jiān)測(cè)終端的基礎(chǔ)知識(shí)，并在剖析低壓臺(tái)拓?fù)渥R(shí)別常用技術(shù)的基礎(chǔ)上，分別從背景技術(shù)和拓?fù)渥R(shí)別方法實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面，對(duì)一種基于監(jiān)測(cè)終端的低壓臺(tái)區(qū)拓?fù)渥R(shí)別方法進(jìn)行了具體闡述。

關(guān)鍵詞：監(jiān)測(cè)終端；低壓臺(tái)區(qū)；拓?fù)渥R(shí)別方法

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.08.015

中圖分類號(hào)：TP 277" " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）08-00-04

Exploration of Low Voltage Substation Topology Identification Method

Based on Monitoring Terminals

ZHANG Guorui， HE Fangming， LIU Tao， WU Tao， WANG Jiapeng

（State Grid Beijing Tongzhou Power Supply Company， Beijing 101100， China）

Abstract： With significant achievements in the construction of the digital economy， it has provided technical support for the digital transformation of power terminals. At present， during the period of high-quality construction and high-level operation in low-voltage substations， it is necessary for power supply enterprises to strengthen the exploration of low-voltage substation monitoring terminals to empower their practice. This article provides an overview of the basic knowledge of low-voltage substation monitoring terminals， and based on the analysis of common technologies for low-voltage substation topology recognition， a specific low-voltage substation topology recognition method based on monitoring terminals is elaborated from two aspects： background technology and topology recognition method implementation.

Keywords： monitoring terminals; low voltage substation area; topology recognition methods

0" "引言

電力系統(tǒng)以電能生產(chǎn)與消費(fèi)為核心，主要包括發(fā)電、變電、輸電、配電、用電等環(huán)節(jié)。低壓臺(tái)區(qū)是末端環(huán)節(jié)的基層單元，與用戶側(cè)的用電感知密切關(guān)聯(lián)。低壓臺(tái)區(qū)涉及居民用戶、工業(yè)用戶及其他用戶，新時(shí)代因生活質(zhì)量提升、經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展，出現(xiàn)了不同的用戶需求，而且在點(diǎn)多面廣的終端設(shè)施配置條件下，故障發(fā)生率相對(duì)增多，不同業(yè)務(wù)之間的信息貫通難度較大，阻礙了低壓臺(tái)區(qū)數(shù)字化轉(zhuǎn)型及智能化監(jiān)管。因而，在當(dāng)前階段亟需開發(fā)一些新型監(jiān)測(cè)終端[1]。

1" "低壓臺(tái)區(qū)拓?fù)渥R(shí)別常用技術(shù)分析

1.1 HPLC技術(shù)

HPLC是英文high power line communication的首字母縮寫，中文翻譯為寬帶電力線載波。與傳統(tǒng)的載波技術(shù)相比，該技術(shù)在傳輸速率、帶寬方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。具體而言，該技術(shù)與電網(wǎng)拓?fù)浞植济芮嘘P(guān)聯(lián)，可以自動(dòng)識(shí)別戶變拓?fù)潢P(guān)系。尤其在大帶寬支持下，它的通信網(wǎng)絡(luò)以電力線為媒介，可以高質(zhì)量地完成低壓臺(tái)區(qū)電力用戶的用電信息傳輸、處理及交互。從目前低壓臺(tái)區(qū)監(jiān)測(cè)終端對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用成效看，其可以全天候24h不間斷地保障用電信息的安全傳輸，并為監(jiān)測(cè)終端提供信息獲取、臺(tái)區(qū)識(shí)別、相位識(shí)別等服務(wù)。另外，將該技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)融合應(yīng)用后，有利于開展針對(duì)用電信息的關(guān)聯(lián)分析并挖掘其中的潛在價(jià)值。

1.2 邊緣計(jì)算

邊緣計(jì)算以網(wǎng)絡(luò)邊緣位置設(shè)備為對(duì)象，可以通過分布式計(jì)算框架完成對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的分析、處理、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)等。從優(yōu)勢(shì)看，該技術(shù)延遲低、數(shù)據(jù)主權(quán)特征鮮明、數(shù)據(jù)處理效率遠(yuǎn)高于常規(guī)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以滿足低壓臺(tái)區(qū)監(jiān)測(cè)終端提升運(yùn)算效率的需求。應(yīng)用時(shí)，供電企業(yè)僅需要將其配置至靠近監(jiān)測(cè)終端的設(shè)備或數(shù)據(jù)源一端，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)終端設(shè)備的控制及數(shù)據(jù)管理，并在“云邊協(xié)同”方案下減少云端數(shù)據(jù)處理時(shí)面臨的負(fù)荷過大壓力。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，該技術(shù)以軟件定義，將其與低壓臺(tái)區(qū)監(jiān)測(cè)終端硬件資源進(jìn)行嘗試融合應(yīng)用時(shí)，不需要更新硬件資源，也能夠?qū)崿F(xiàn)低壓臺(tái)區(qū)多樣化配電需求，有利于拓展監(jiān)測(cè)終端的應(yīng)用功能，使其更好地為低壓配電網(wǎng)提供算力支持[2]。

1.3 拓?fù)渥R(shí)別

拓?fù)渥R(shí)別屬于算法范疇，早期常用基于協(xié)議的方法，新時(shí)代將重點(diǎn)放在中間信息節(jié)點(diǎn)反饋方面。我國(guó)從傳統(tǒng)電網(wǎng)轉(zhuǎn)向“智能電網(wǎng)”建設(shè)后，低壓臺(tái)區(qū)拓?fù)渥兊迷絹碓街匾页蔀榱酥悄茈娋W(wǎng)建設(shè)中的基礎(chǔ)之一。近幾年，低壓臺(tái)區(qū)監(jiān)測(cè)終端通過對(duì)拓?fù)渥R(shí)別方法的應(yīng)用，一方面能夠借助對(duì)其拓?fù)潢P(guān)系的精準(zhǔn)識(shí)別，提高低壓臺(tái)區(qū)線損計(jì)算精度，還可解決故障區(qū)間研判斷及三相不平衡等問題，為供電企業(yè)開展精益化低壓臺(tái)區(qū)管理賦能。事實(shí)上，新時(shí)代低壓配電網(wǎng)發(fā)生了較大變化，在資金投入不足、臺(tái)區(qū)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、用戶數(shù)量及用電需求多樣化的客觀條件下，低壓拓?fù)淙菀装l(fā)生“戶-變”“戶-相”“戶-線”關(guān)系判斷不準(zhǔn)的情況，故障和停電區(qū)間判斷效率與精度均有所不足。為彌補(bǔ)該方面的不足，供電企業(yè)往往要輔之以人工記錄、增加實(shí)地巡測(cè)，整體上增加了巡檢運(yùn)維成本，阻礙了綜合效益產(chǎn)出。因而，供電企業(yè)亟需在上述常用技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)設(shè)計(jì)一些適配性較高的監(jiān)測(cè)終端以滿足復(fù)雜低壓臺(tái)區(qū)拓?fù)渥R(shí)別需求[3]。

2" "一種基于監(jiān)測(cè)終端的低壓臺(tái)區(qū)拓?fù)渥R(shí)別方法

2.1 背景技術(shù)

復(fù)雜低壓臺(tái)區(qū)監(jiān)測(cè)終端應(yīng)用目標(biāo)主要集中在三個(gè)方面：一是低壓配電監(jiān)測(cè)終端通過與集中器級(jí)聯(lián)口互聯(lián)獲取用戶側(cè)電表信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)營(yíng)銷數(shù)據(jù)本地共享；二是主站通過低壓配電監(jiān)測(cè)終端匯集臺(tái)區(qū)“監(jiān)控、監(jiān)測(cè)”智能設(shè)備返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合研判，快速精準(zhǔn)定位故障點(diǎn)或故障范圍，提高故障搶修效率；三是低壓配電監(jiān)測(cè)終端作為數(shù)字化智能管理的關(guān)鍵所在，匯集、交互低壓配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)各節(jié)點(diǎn)智能設(shè)備信息，有效避免數(shù)據(jù)孤島、系統(tǒng)孤島、業(yè)務(wù)孤島、管控孤島等局限，快速打造實(shí)時(shí)連接、萬物互聯(lián)的數(shù)字化生態(tài)應(yīng)用，全面支撐透明化。配電網(wǎng)低壓臺(tái)區(qū)數(shù)字應(yīng)用建設(shè)。從不同地區(qū)的低壓臺(tái)區(qū)監(jiān)測(cè)終端開發(fā)及應(yīng)用情況看，此類產(chǎn)品需要滿足不停電安裝、接口豐富、邊緣計(jì)算、加密傳輸?shù)葪l件。

本次研究從集成一體化外置獨(dú)立終端應(yīng)用出發(fā)，提出一種基于監(jiān)測(cè)終端的低壓臺(tái)區(qū)拓?fù)渥R(shí)別方法，分為監(jiān)測(cè)終端裝置（性能參數(shù)見表1）和拓?fù)渥R(shí)別方法實(shí)現(xiàn)兩大部分。其中，裝置主要功能定位如下：設(shè)備定位、停電事件告警、供用電信息傳輸、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、智能控制、就地化分析決策等。應(yīng)用時(shí)，首先將該裝置與HPLC連接的設(shè)備、LoRa連接的設(shè)備、RS485連接的設(shè)備，以及邊緣物聯(lián)采集器進(jìn)行連接。其次，將低壓臺(tái)區(qū)監(jiān)測(cè)終端裝置連接到提供QoS數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制的配電自動(dòng)化系統(tǒng)與其他系統(tǒng)。最后，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)側(cè)到用戶側(cè)的首、末端設(shè)備的全量數(shù)據(jù)采集和低壓臺(tái)區(qū)狀態(tài)全感知。與主站系統(tǒng)結(jié)合后可以進(jìn)行停電上報(bào)、故障研判、線損在線監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量協(xié)調(diào)處理、供電可靠性提升、用戶漏電監(jiān)測(cè)、反竊電精準(zhǔn)定位、精準(zhǔn)搶修、臺(tái)區(qū)定位、邊緣蒙西數(shù)字共享，全面支撐數(shù)字化平臺(tái)建設(shè)[4]。

2.2 拓?fù)渥R(shí)別方法實(shí)現(xiàn)

基于上述低壓臺(tái)區(qū)監(jiān)測(cè)裝置的拓?fù)渥R(shí)別具有一定的復(fù)雜性，綜合考慮低壓臺(tái)區(qū)“戶-變”“戶-相”“戶-線”方面的關(guān)系后，工作人員在“大平臺(tái)+小系統(tǒng)”基本框架下采用模塊化設(shè)計(jì)思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，旨在實(shí)現(xiàn)出線柜與分支箱、分支箱與電表箱、電表箱與電表等方面的拓?fù)渥R(shí)別目標(biāo)。拓?fù)渥R(shí)別方法如圖1所示。

2.2.1 基本原理

首先，劃分出線柜與分支箱、分支箱與電表箱、電表箱與電表等模塊，然后針對(duì)各模塊的進(jìn)線電流有效值進(jìn)行監(jiān)測(cè)、采集與拓?fù)渥R(shí)別。以出線柜與分支箱拓?fù)渥R(shí)別為例，工作人員可以通過大數(shù)據(jù)算法，假定S為全部采集電流合集，記為S={I1，I2，I3，…IK}，同時(shí)分支箱電流為I，那么對(duì)其電流求和后可以得到S′={I1'，I2'，I3'…In'}。然后，在S集合中減去S′，與其中的最小電流值I'min，此時(shí)就可以得到新的合集S1={I1，I2，I3，…Im}。最后，僅需要對(duì)合集S1中的值和I1'求差即可以得到3個(gè)最小值。依此類推完成96個(gè)/15 min，并對(duì)其中的3個(gè)最小值分別求取均方差，即可把求取的最小均方差作為確定上級(jí)出線柜或分支箱的數(shù)據(jù)。判定上下級(jí)關(guān)系時(shí)，可以根據(jù)上級(jí)電流值與分支箱分項(xiàng)電流值之間的關(guān)系確認(rèn)，當(dāng)前者屬于后者則判定為兩個(gè)分支箱級(jí)別，若不屬于則確認(rèn)上級(jí)為出線柜。其他模塊的拓?fù)渥R(shí)別方法與其一致[5]。

其次，在實(shí)際應(yīng)用大數(shù)據(jù)算法時(shí)，考慮到分支箱存在一進(jìn)多出的情況，參考統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)認(rèn)為真實(shí)有效值和數(shù)據(jù)采集電流值之間存在至少2.6%的誤差。在這種情況下，對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的算法修正。具體而言，運(yùn)用“和差法”對(duì)各模塊的上下級(jí)關(guān)系進(jìn)行確定時(shí)基本準(zhǔn)確，此時(shí)可以結(jié)合各出線電流矢量值獲取分壇箱進(jìn)線電流有效值，并通過與出線柜出線電流的對(duì)比修正整個(gè)拓?fù)浣Y(jié)果，這樣做的好處是減少了在電表箱內(nèi)安裝電流傳感器的環(huán)節(jié)。同時(shí)，在拓?fù)涑尸F(xiàn)時(shí)可以借助節(jié)點(diǎn)與父節(jié)點(diǎn)的電流、電壓及其關(guān)系等，梳理各模塊關(guān)系，并實(shí)現(xiàn)分段拓?fù)涑尸F(xiàn)。

2.2.2 平臺(tái)設(shè)計(jì)

在上述拓?fù)渥R(shí)別方法應(yīng)用時(shí)，需要搭建與之適配的低壓臺(tái)區(qū)物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)，使物聯(lián)設(shè)備、邊緣網(wǎng)關(guān)、監(jiān)測(cè)終端實(shí)現(xiàn)集成一體化設(shè)置，并經(jīng)統(tǒng)一采集多元異常數(shù)據(jù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分發(fā)使用，滿足不同服務(wù)對(duì)象的服務(wù)需求。系統(tǒng)架構(gòu)如下：一是連接管理層，包括協(xié)議適配、接入Hub、安全認(rèn)證；二是第三方系統(tǒng)集成層包括數(shù)據(jù)管理層、能力開放層。數(shù)據(jù)管理層設(shè)置數(shù)據(jù)處理、設(shè)備管理、應(yīng)用管理、標(biāo)識(shí)管理。其中，數(shù)據(jù)處理中配置規(guī)則引擎、實(shí)時(shí)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)緩存技術(shù)；設(shè)備管理配置設(shè)備拓?fù)?、設(shè)備影子、實(shí)時(shí)監(jiān)控等技術(shù)，并借助物模型、邊緣計(jì)算等進(jìn)行遠(yuǎn)程運(yùn)維管理；應(yīng)用管理中設(shè)置應(yīng)用商店與應(yīng)用升級(jí)；標(biāo)識(shí)管理則以標(biāo)識(shí)發(fā)碼與解析、標(biāo)識(shí)管理服務(wù)為準(zhǔn)。能力開放層設(shè)置對(duì)外服務(wù)接口、物聯(lián)應(yīng)用開發(fā)SDK。這樣做，實(shí)際上可以保障HPLC連接的設(shè)備、LoRa連接的設(shè)備、RS485連接的設(shè)備，以及邊緣物聯(lián)采集器的有效連接與應(yīng)用，進(jìn)而使監(jiān)測(cè)終端裝置向服務(wù)對(duì)象提供所需的服務(wù)[6]。

2.2.3 識(shí)別策略

從識(shí)別策略方面看，在電力線路徑下HPLC通信通過末端感知終端、分支線路監(jiān)測(cè)終端、集中器（I型、II型）等向邊緣網(wǎng)關(guān)傳輸數(shù)據(jù)。同時(shí)，邊緣網(wǎng)關(guān)可以通過MQTT協(xié)議等，將邊緣感知到的設(shè)備或數(shù)據(jù)源上報(bào)給管理平臺(tái)，再由該平臺(tái)通過第三方系統(tǒng)集成層為其提供相應(yīng)的管理服務(wù)，并把處理信息上傳到能力開放層的服務(wù)體系。在拓?fù)渥R(shí)別算法方面，邊緣網(wǎng)關(guān)自帶功能架構(gòu)下，可以通過硬件層-操作系統(tǒng)層-基礎(chǔ)功能層-邊緣服務(wù)層，完成對(duì)監(jiān)測(cè)終端設(shè)備采集數(shù)據(jù)的計(jì)算并對(duì)低壓臺(tái)拓?fù)潢P(guān)系做出精準(zhǔn)判斷，并向平臺(tái)輸出相應(yīng)的結(jié)果。需要說明的是，該技術(shù)采用了分段識(shí)別監(jiān)測(cè)技術(shù)線路，在其實(shí)施分段識(shí)別監(jiān)測(cè)時(shí)，可以設(shè)置三級(jí)感應(yīng)器，具體包括一級(jí)感應(yīng)器連接出線柜、二級(jí)感應(yīng)器連接分支箱、三級(jí)感應(yīng)器與電表箱連接。然后，以App形式運(yùn)行算法，可以減少通信沖突并保障節(jié)點(diǎn)連接后按照96個(gè)/15 min的頻率，實(shí)現(xiàn)分段識(shí)別監(jiān)測(cè)等。需要說明的是，如果在發(fā)展比較滯后的低壓臺(tái)區(qū)（如老舊小區(qū)）應(yīng)用該監(jiān)測(cè)裝置及拓?fù)渥R(shí)別方法，應(yīng)先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)配置設(shè)備情況開展全面調(diào)查，再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行安裝應(yīng)用。

3" "結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，低壓臺(tái)區(qū)監(jiān)測(cè)終端豐富、功能強(qiáng)大，供電企業(yè)在新時(shí)期高質(zhì)量發(fā)展過程中開發(fā)并應(yīng)用智能融合終端，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。由于此類終端以拓?fù)渥R(shí)別為核心，因而建議供電企業(yè)在實(shí)踐過程中，一方面加強(qiáng)對(duì)低壓臺(tái)區(qū)拓?fù)渥R(shí)別常用技術(shù)的分析，盡可能選擇適配性較高的技術(shù)，另一方面結(jié)合監(jiān)測(cè)終端的實(shí)際需求進(jìn)行拓?fù)渥R(shí)別，進(jìn)而在提升其整體性能的基礎(chǔ)上，使自身產(chǎn)出有利于電力系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的綜合效益。

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作者簡(jiǎn)介：張國(guó)瑞（1987—），男，山西芮城人，高級(jí)工程師，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏υO(shè)備狀態(tài)檢修與維護(hù)。

何方明（1987—），男，陜西渭南人，高級(jí)工程師，碩士研究生，研究方向?yàn)檩斪冸娫O(shè)備運(yùn)行檢修。

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王家蓬（1990—），男，遼寧鐵嶺人，工程師，本科，研究方向?yàn)檩斪冸娭悄苓\(yùn)維。