CN111464366A - 一种基于电量比对和地理定位的台区拓扑识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电量比对和地理定位的台区拓扑识别方法，步骤为：（一）在现场记录线路中各层中各节点所包含的装置的信息，并记录各节点的进线装置与出线装置之间的所属关系以及各装置的地理位置信息；（二）采集各节点在一段时间内的电量数据；（三）通过电量数据的比对来确定相邻层中上一层各节点的出线装置与下一层各节点的进线装置之间的所属关系。本方法将智能移动终端、台区各节点的智能计量设备和***主站相结合，通过现场数据采集与交互，在不增加额外装置和不注入其他信号的前提下，通过移动终端的地理定位功能和大数据比对算法，得到台区拓扑关系，为台区建设提供可靠的技术支撑。

Description

一种基于电量比对和地理定位的台区拓扑识别方法

技术领域

本发明涉及一种台区拓扑识别方法，尤其是一种基于电量比对和地理定位的台区拓扑识别方法。

背景技术

现有技术中实现配电台区电气网络拓扑识别的方法有以下几种：

（1）利用目前的低压线路电力线载波通信技术，包括窄带电力线载波或宽带电力线载波，通过载波通信中继节点的传输形式，形成通讯拓扑网络。该方法的特点是简单易行、无需增加设备和成本。但是由于载波通讯拓扑结构是通过载波通信的中继节点实现的，不能准确反映台区真实拓扑，且载波通讯受用电负荷影响，导致拓扑结构多变复杂，无法准确支撑电力业务的深入应用。

（2）在低压配电线路（或母线）上，注入较大功率的工频信号，采用设备在台区出线和分支节点处注入工频信号，通过对工频信号的获取，实现台区拓扑的识别。该方法的优点是准确性较高，但是现场需增加大量设备，涉及人工选点、安装和测试等工作，增加硬件和人工成本，且不支持动态调整功能。另一方面注入的工频信号会给电网带来谐波的危害，增加电网安全隐患。

（3）利用用电信息采集***采集的配电台区用户用电信息，通过电压数据相似性或相关性分析方法，不增加硬件成本，自动分析台区供电电源与用电设备间的连接关系。该方法优点是不需要增加投资，方法新颖。但是该方法拓扑识别准确性有待提高，对线路重载或有分布式电源接入线路电压特殊分布适应性较差。

发明内容

本发明提出了一种基于电量比对和地理定位的台区拓扑识别方法，其目的是：提高拓扑识别的准确性和实时性，降低硬件和人工成本，减少对电网运行的影响。

本发明技术方案如下：

一种基于电量比对和地理定位的台区拓扑识别方法，步骤为：

（一）在现场记录线路中各层中各节点所包含的装置的信息，并记录各节点的进线装置与出线装置之间的所属关系以及各装置的地理位置信息；

（二）采集各节点在一段时间内的电量数据；

（三）通过电量数据的比对来确定相邻层中上一层各节点的出线装置与下一层各节点的进线装置之间的所属关系。

作为本方法的进一步改进：步骤（一）中使用智能移动终端进行记录；

所述智能移动终端包括平板状的壳体，所述壳体内安装有CPU、存储模块、接收发送电路、增益控制模块、按键电路、电池、电源电路、无线模块和定位模块；所述壳体的前侧安装有触控屏，壳体的后侧安装有摄像头，壳体上还设置有按钮；

所述接收发送电路与摄像头以及触控屏分别相连接，还与CPU相连接；所述摄像头用于拍摄电量装置上的二维码；

所述存储模块与CPU相连接；所述存储模块用于存放采集到的信息；

所述按钮通过所述按键电路与所述增益控制模块相连接，所述增益控制模块与CPU相连接；所述增益控制模块用于将按键电路的信号进行增益调节并发送至CPU；

所述电池与电源电路相连接，用于通过电源电路为CPU供电；

所述无线模块和定位模块分别与CPU相连接；

记录时，使用摄像头拍摄电量装置上的二维码以识别出装置的信息，同时利用定位模块获取当前装置的地理位置信息，然后根据现场观察到的连接情况，通过触控屏录入已知的装置间的所属关系；得到的信息与所属关系保存在存储模块中，并上传到主站***。

作为本方法的进一步改进：步骤（三）中所属关系的确定方法为：针对上一层中某出线装置，使用穷举法从还未建立所属关系的下一层进线装置中找到一个集合，该集合的电量之和与该上一层出线装置的电量相等，然后判定该集合包含的进线装置从属于该上一层的出线装置。

作为本方法的进一步改进：步骤（二）中还采集电流信号；

步骤（三）中，先提取所有装置的电流变化特征，然后将相同时间段内电流特征相同的上一层出线装置和下一层进线装置归于同一类，判定同类中的下一层进线装置从属于该类中的上一层出线装置；将没有归类的下一层进线装置归于待定集合；

然后，针对上一层中某出线装置，计算已知的从属于该出线装置的下一层进线装置的电量和，然后计算该出线装置的电量与该电量和的电量差值；再使用穷举法从待定集合中找到一个子集合，该子集合的电量之和应与该电量差值相等，然后判定该子集合包含的进线装置从属于该出线装置，完成该出线装置的所属关系判定；再将上述子集合从待定集合中剔除，得到新的待定集合，然后继续进行其它出线装置的关系匹配判定。

作为本方法的进一步改进：在使用穷举法之前，将待定集合中电量大于电量差值的进线装置排除，使之不参与针对当前上一层出线装置的穷举；

穷举时，从待定集合中选择一个进线装置，然后将该进线装置与待定集合中其它进线装置进行组合，对于每种组合分别求取电量和：

如果所有组合各自的电量和都不与所述电量差值相等，则将当前选择的进线装置排除，使之不再参与针对当前上一层出线装置的穷举，继续选择下一个进线装置进行组合、匹配判断；如果某一组合的电量和与所述电量差值相等，则完成所属关系的匹配，再将上述组合从待定集合中剔除，得到新的待定集合，然后继续进行其它出线装置的关系匹配判定。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：（1）本方法将智能移动终端、台区各节点的智能计量设备（如带计量的低压开关、分支监测单元等）和***主站相结合，通过现场数据采集与交互，在不增加额外装置和不注入其他信号的前提下，通过移动终端的地理定位功能和大数据比对算法，得到台区拓扑关系，可有效支撑台区的线损计量、故障定位和主动抢修等业务场景，为电力建设节约大量人力和物力，降低电网运行电能损耗、减少停电时间、提高供电可靠性，为台区建设提供可靠的技术支撑；（2）本方法进一步通过提取特征进行分析，先完成部分匹配工作，形成部分上下层对应关系，再进一步通过穷举法完成匹配判断，降低了穷举法的计算量，提高了识别的准确率和效率。

附图说明

图1为实施例中的台区拓扑示意图。

图2为电流的正常波形图。

图3为电磁炉接入后的电流波形图。

图4为冰箱接入后的电流波形图。

图5为空调接入后的电流波形图。

图6为智能移动终端的电气结构示意图。

图7为智能移动终端的外形结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的技术方案：

本实施例针对架构如图1所示的台区进行拓扑识别。该台区的层级关系具有一定的代表性，基本分为三层：箱变/JP柜节点、分支节点以及表箱节点。其中，A层箱变/JP柜节点主要包括总台区总进线和配电室/JP柜出线；B层分支箱节点包括分支进线和分支出线；C层表箱节点主要包括表箱进线和智能电能表。

由台区架构分析可以得出，台区总进线对应所有箱变/JP柜出线；每一条箱变/JP柜出线都相对应下端分支箱进线；每一条分支箱出线都对应下端一条或多条表箱进线。理论上，同一时间段上层节点出线电量等于下层各节点进线电量。由于箱变/JP柜出线、分支和表箱点多面广，台区拓扑识别的难点主要集中在如何对台区上下级层级关联进行识别。

本发明所提出的方法步骤如下：

（一）在现场记录线路中各层中各节点所包含的装置的信息，并记录各节点的进线装置与出线装置之间的所属关系以及各装置的地理位置信息。

具体的，使用智能移动终端进行记录；所述智能移动终端的结构如下：

如图6和7，智能移动终端包括平板状的壳体，所述壳体内安装有CPU7、打印电路2、串口转换电路3、存储模块4、接收发送电路6、增益控制模块10、按键电路11、电池13、电源电路14、无线模块17、定位模块18、蜂鸣器19和控制电路20。

所述壳体的前侧安装有触控屏5，壳体的后侧安装有摄像头1和手电筒15。壳体上还设置有按钮12，用于进行按键输入操作。

进一步的：

所述接收发送电路6与摄像头1以及触控屏5分别相连接，还与CPU7相连接。

所述摄像头1型号为OV7076，用于扫描、拍摄电量装置上的二维码，方便进一步识别出设备信息。识别出的信息通过接收发送电路6传输给CPU7。摄像头1配备闪光灯，在拍摄时照亮设备。闪光灯可以作为手电筒15使用，也可以是在壳体顶部单独配备手电筒15。

所述触控屏5用于显示操作界面，还可进行输入。

所述的接收发送电路6，用于接收并传输CPU7的操作指令，并将指令传达给摄像头1和触控屏5，同时还接收摄像头1扫描到的条码信息以及触控屏5的输入信号，传输给CPU7。

所述存储模块4为FLASH，与CPU7相连接，同时还与打印电路2相连接。所述存储模块4用于存放CPU7编辑过的采集信息档案以及地理定位信息等。所述打印电路2用于将存储模块4中的信息以文本的形式打印输出。

所述控制电路20与串口转换电路3以及蜂鸣器19分别相连接，所述控制电路20还与CPU7相连接。

所述控制电路20用于将CPU7接收和处理的指令，经过串口转换电路3转换成串口输出模式进行输出，还用于控制蜂鸣器19发出各种提示音，如操作成功或失败音、电源欠压信号等。

所述的串口转换电路3，用于与电脑数据交互。CPU7通过控制电路20，经过串口转换电路3将数据转换成串口输出模式，与外置设备完成数据交互，主要用于智能移动终端程序的升级，导出台区定位信息和档案等。所述串口转换电路3基于CP2012芯片。

所述的蜂鸣器19为声音输出模块。CPU7汇集和分析处理各种指令，需要发出提示时，经控制电路20将发声指令传达给蜂鸣器19，蜂鸣器19根据指令发出相应提示音。

所述按钮12通过所述按键电路11与所述增益控制模块10相连接，所述增益控制模块10与CPU7相连接。所述增益控制模块10用于将按键电路11的信号进行增益调节并发送至CPU7。所述增益控制模块10基于AD603芯片。

所述电池13与电源电路14相连接，用于通过电源电路14为CPU7以及手电筒15供电。电源电路14还用于实现充电功能。进一步的，终端还包括电压检测模块16，所述电压检测模块16与CPU7和电源电路14分别相连接。所述电压检测模块16采用双路电压检测器集成芯片XCM410，用于检测电源电路14的稳定性，并具备稳压功能。

所述无线模块17和定位模块18分别与CPU7相连接。

所述无线模块17包括4G模块和5G模块，可以进行远程数据传输。所述定位模块18为GPS模块，也可以是支持北斗等其它定位***的模块芯片。

所述CPU7还连接有蓝牙模块和红外模块。

终端还包括振荡器8和时钟电路9，所述振荡器8通过时钟电路9与增益控制模块10相连接；所述增益控制模块10还用于将时钟信号进行增益调节并发送至CPU7。振荡器8起到控制***时钟准确性的作用。

所述CPU7为64位ARM CPU7处理器，主频为66MHz，用于：接收按钮12、触控屏5输入的指令，以及摄像头1、无线模块17、串口、定位模块18发送来的数据、指令，经过分析处理，通过触控屏5展现数据，并通过控制电路20控制串口转换电路3进行数据输出，还能控制蜂鸣器19发出提示音等。

其它方面：所述壳体为塑胶材质，壳体的顶部左右两端设有向上的凸起21，底部左右两端设有向下的凸起21，用于在终端跌落式起缓冲作用。

记录时，使用摄像头拍摄电量装置上的二维码以识别出装置的信息，同时利用定位模块获取当前装置的地理位置信息，然后根据现场观察到的连接情况，通过触控屏录入已知的装置间的所属关系；得到的信息与所属关系保存在存储模块中，并上传到主站***。

步骤（一）的详细步骤如下：

（1.1）首先通过现场智能移动终端，在安装和维护的过程中，针对台区总进线电流装置和箱变/JP柜出线电量装置，通过二维码扫描获取到装置的资产档案信息，并通过触摸屏关联同一位置的电量装置的上下层所属关系，如箱变/JP柜内台区总进线电量装置和箱变/JP柜各出线电量装置在台区同一位置（箱变/JP柜内），即可人工进行上下层所属关系的关联，并在智能移动终端上进行成图处理；同时通过智能移动终端GPS定位***，定位出设备所在的具体地理位置信息，并将所有信息保存至智能移动终端内部，同时上传主站***。

（1.2）在分支箱节点通过智能移动终端对同一个分支箱内分支总进线电量装置和各分支出线电量装置进行资产信息扫描，形成装置的资产档案信息，并在智能移动终端上进行所属关系的关联，成图处理，同时通过移动终端GPS定位***，定位出设备所在的具体地理位置信息，并将所有信息保存至智能移动终端内部，同时上传主站***。

（1.3）在表箱节点通过智能移动终端，对每一个表箱的进线电量计量装置和各电能表进行资产信息扫描，并形成所属逻辑关系，并在移动终端上进行成图处理，并通过移动终端GPS定位***，定位出设备所在的具体地理位置信息，并将所有信息保存至智能移动终端内部，同时上传主站***。

至此，各节点内部的进线装置与出线装置之间的所属关系已经明确，但是层之间的所属关系仍未明确，例如分支节点与表箱节点之间的从属关系（即分支箱出线装置与表箱进线装置之间的所属关系）。

（二）通过智能终端广播冻结的方式，采集各节点15分钟电量数据（包括电压、电流等数据）。

（三）通过电量数据的比对来确定相邻层中上一层各节点的出线装置与下一层各节点的进线装置之间的所属关系。

实施例一

步骤（三）中的确定方法为：针对上一层中某出线装置（如分支箱层B层的第i个出线装置Bi），使用穷举法从还未建立所属关系的下一层进线装置（表箱层C层的进线装置）中找到一个集合C_Bi，该集合的电量之和与该上一层出线装置Bi的电量相等，然后判定该集合C_Bi包含的进线装置从属于该上一层的出线装置，即二者为连接关系。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于步骤（三）：

步骤（三）中，在采集完电流信号的基础上，先提取所有装置的电流变化特征。利用台区分支识别电流信号只有本分支回路才能识别到该分支电流信号、而其它分支（包括相邻分支）的电量装置均不能收到此信号的原理，在不增加任何注入脉冲和信号的情况下，通过提取相关电器设备接入的电流变化特征（电流方向为从下层到上层）、借助于智能移动终端分析出在同一分支中上下层电量装置的电流特征曲线，如图2至5。

进一步的，将相同时间段内电流特征相同的上一层出线装置和下一层进线装置归于同一类，判定同类中的下一层进线装置从属于该类中的上一层出线装置；将没有归类的下一层进线装置归于待定集合。

本实施例中，当上一层为分支箱层B层，下一层是表箱层C层时（其它相邻层之间同理），假设对于分支箱层B层的第i个出线装置Bi，通过电流特征分析，发现C层中的若干进线装置{C_Bi1，……C_Bim}与之特征相同，同时将未归类的下一层进线装置归于待定集合C_p中。

然后，针对上一层中的出线装置Bi，计算已知的从属于该出线装置的下一层进线装置{C_Bi1，……C_Bim}的电量和Sum_C1，然后计算该出线装置的电量Q_Bi与该电量和Sum_C1的电量差值δ=Q_Bi- Sum_C1。

然后将待定集合C_p中电量大于电量差值δ的进线装置排除，使之不参与后面针对当前Bi的穷举，原因在于这些进线装置无论如何参与穷举组合，电量与Sum_C1相加后都会大于当前针对的出线装置的电量Q_Bi，违背了守恒定律。

排除后进行穷举，从待定集合C_p中选择一个C层的进线装置C_j（可以按电量从大到小的顺序，也可以按其它顺序），然后将该进线装置C_j与待定集合中其它进线装置进行组合，对于每种组合分别求取出组合中包含的进线装置的电量和Sum_C2，进一步判断：

如果所有组合各自的电量和Sum_C2都不与所述电量差值δ相等，则说明当前的C_j与Bi之间不会存在所属关系，将当前选择的进线装置C_j排除，使之不再参与针对Bi的穷举，继续选择下一个进线装置C_j+1进行组合、匹配判断。如果某一组合的电量和Sum_C2与所述电量差值δ相等，则完成Bi的所属关系的匹配（即该组合包含的下一层进线装置均从属于Bi），再将上述组合从待定集合中剔除，得到新的待定集合C_p，然后继续进行其它出线装置的关系匹配判定。

本实施例通过提取特征进行分析，先完成部分匹配工作，形成部分上下层对应关系，再进一步通过穷举法完成匹配判断，相对于实施例一，降低了穷举法的计算量，提高了识别的准确率和效率。

Claims (5)

1.一种基于电量比对和地理定位的台区拓扑识别方法，其特征在于步骤为：

（一）在现场记录线路中各层中各节点所包含的装置的信息，并记录各节点的进线装置与出线装置之间的所属关系以及各装置的地理位置信息；

（二）采集各节点在一段时间内的电量数据；

（三）通过电量数据的比对来确定相邻层中上一层各节点的出线装置与下一层各节点的进线装置之间的所属关系。

2.如权利要求1所述的基于电量比对和地理定位的台区拓扑识别方法，其特征在于：步骤（一）中使用智能移动终端进行记录；

所述智能移动终端包括平板状的壳体，所述壳体内安装有CPU（7）、存储模块（4）、接收发送电路（6）、增益控制模块（10）、按键电路（11）、电池（13）、电源电路（14）、无线模块（17）和定位模块（18）；所述壳体的前侧安装有触控屏（5），壳体的后侧安装有摄像头（1），壳体上还设置有按钮（12）；

所述接收发送电路（6）与摄像头（1）以及触控屏（5）分别相连接，还与CPU（7）相连接；所述摄像头（1）用于拍摄电量装置上的二维码；

所述存储模块（4）与CPU（7）相连接；所述存储模块（4）用于存放采集到的信息；

所述按钮（12）通过所述按键电路（11）与所述增益控制模块（10）相连接，所述增益控制模块（10）与CPU（7）相连接；所述增益控制模块（10）用于将按键电路（11）的信号进行增益调节并发送至CPU（7）；

所述电池（13）与电源电路（14）相连接，用于通过电源电路（14）为CPU（7）供电；

所述无线模块（17）和定位模块（18）分别与CPU（7）相连接；

记录时，使用摄像头（1）拍摄电量装置上的二维码以识别出装置的信息，同时利用定位模块（18）获取当前装置的地理位置信息，然后根据现场观察到的连接情况，通过触控屏（5）录入已知的装置间的所属关系；得到的信息与所属关系保存在存储模块（4）中，并上传到主站***。

3.如权利要求1所述的基于电量比对和地理定位的台区拓扑识别方法，其特征在于：步骤（三）中所属关系的确定方法为：针对上一层中某出线装置，使用穷举法从还未建立所属关系的下一层进线装置中找到一个集合，该集合的电量之和与该上一层出线装置的电量相等，然后判定该集合包含的进线装置从属于该上一层的出线装置。

4.如权利要求1所述的基于电量比对和地理定位的台区拓扑识别方法，其特征在于：步骤（二）中还采集电流信号；

步骤（三）中，先提取所有装置的电流变化特征，然后将相同时间段内电流特征相同的上一层出线装置和下一层进线装置归于同一类，判定同类中的下一层进线装置从属于该类中的上一层出线装置；将没有归类的下一层进线装置归于待定集合；

然后，针对上一层中某出线装置，计算已知的从属于该出线装置的下一层进线装置的电量和，然后计算该出线装置的电量与该电量和的电量差值；再使用穷举法从待定集合中找到一个子集合，该子集合的电量之和应与该电量差值相等，然后判定该子集合包含的进线装置从属于该出线装置，完成该出线装置的所属关系判定；再将上述子集合从待定集合中剔除，得到新的待定集合，然后继续进行其它出线装置的关系匹配判定。

5.如权利要求4所述的基于电量比对和地理定位的台区拓扑识别方法，其特征在于：在使用穷举法之前，将待定集合中电量大于电量差值的进线装置排除，使之不参与针对当前上一层出线装置的穷举；

穷举时，从待定集合中选择一个进线装置，然后将该进线装置与待定集合中其它进线装置进行组合，对于每种组合分别求取电量和：

如果所有组合各自的电量和都不与所述电量差值相等，则将当前选择的进线装置排除，使之不再参与针对当前上一层出线装置的穷举，继续选择下一个进线装置进行组合、匹配判断；如果某一组合的电量和与所述电量差值相等，则完成所属关系的匹配，再将上述组合从待定集合中剔除，得到新的待定集合，然后继续进行其它出线装置的关系匹配判定。

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