基于電力線通信的配電網拓撲自動識別與應用

孫保華, 李永輝, 杜紅衛， 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

配電網中的電氣一二次設備和管理系統通過電網、通信網兩個實體網絡實現互聯和映射[1]。準確可靠的配電網拓撲模型及相關數據能夠為配電網調度運行、檢修和供電服務提升提供關鍵支撐，實現配電網主動搶修和故障自愈等智能化應用[2-3]。

目前，配電網拓撲多采用人工在PMS系統中維護的方式，存在配電網拓撲模型質量不高等問題[4]。近年來國內在配電網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絡的接力查詢來實現[10-11]。低壓戶變對應關系檢測應用等局部功能[12]。智能終端需要提前配置好對應開關的上下游位置關系，在中壓線變關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拓撲識別關鍵技術研究，并在南京供電公司示范應用。

1 中壓拓撲識別

1.1 識別原理

從配電用戶變低壓400 V側產生特征電流脈沖，利用配電網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10/0.4 kV配變耦合至中壓10 kV配網線路上，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系，最后主站端更新線變拓撲關系。

圖1 特征電流脈沖示意圖

1.2 識別過程

本文以圖2所示的中壓線路結構為案例，進行中壓拓撲識別流程的闡述，包括線路一次網架、二次設備安裝、通信架構以及與主站系統的交互等。

圖2 中壓線路一二次設備結構圖

識別過程包括以下步驟：

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

(2) 特征電流脈沖經過用戶變1耦合到高壓側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) 主站根據終端上送的信息更新實時拓撲。

(5) 主站依次逐個下發信號給控制用戶變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系如果與主站現有拓撲模型不一致，校核系統會在圖中用醒目標識進行提示，并發出相關告警提示用戶，若線變關系與現有拓撲模型，則提示一致的標識。

圖4 中壓拓撲識別應用案例

2 低壓拓撲識別

2.1 識別原理

低壓臺區拓撲為樹狀結構，如圖5所示。臺區拓撲層次關系識別利用小信號注入法，TTU控制末端的信號發送模塊向臺區注入小電流信號，改變線路內電流的幅值，通過節點模塊采集該特征信號，上報TTU并由TTU記錄末端模塊對應的中間節點，完成整個臺區的層次關系識別。

圖5 低壓臺區拓撲示意圖

2.2 識別過程

通過TTU、分支節點低壓傳感器和末端設備之間的載波通信的方式，生成二次設備之間的拓撲層次關系并形成文件，臺區網架結構及一二次設備關系如圖6所示。

圖6 低壓臺區拓撲圖

當TTU與D1通信時，要求其發生脈沖電流信號。分支箱F11K11n處、用戶總表箱Y110n處的開關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的上層節點。以此類推，識別低壓線路的層次關系。

2.3 工程應用

在南京公司某條10 kV線路低壓臺區進行示范，如圖7所示。在實際應用中，TTU每天主動上送拓撲識別文件，主站通過獲取TTU內部的拓撲文件，關聯后形成一次設備的拓撲層次關系，并與PMS系統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指揮系統進行檢查整改。

圖7 臺區層次關系示意圖

3 拓展應用

3.1 線損精益化管理

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

3.2 故障定位

對于中壓線路，在明確了站線變拓撲的基礎上，主站向配電終端下發拓撲配置文件。通過邊緣終端與傳感器交互故障發生時刻的數據，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，從而實現中壓故障準確定位，縮短線路平均搶修時長。

4 結束語

本文提出了一種基于配電智能終端的拓撲識別與應用方法，該方法有如下特點：

(1) 利用終端設備，在中壓拓撲結構發生變化時可自主校驗識別，無需人工配置，在配電網拓撲變更時能自動更新拓撲，提高了智能化程度。

(2) 利用終端設備和智能融合開關，自動生成低壓拓撲文件，無需人工配置。

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