基于电力线通信的配电网拓扑自动识别与应用

孙保华, 李永辉, 杜红卫， 张明， 马洲俊

(1.国电南瑞科技股份有限公司，江苏 南京211106；2.国网江苏省电力有限公司南京供电分公司，江苏 南京211100)

0 引 言

配电网中的电气一二次设备和管理系统通过电网、通信网两个实体网络实现互联和映射[1]。准确可靠的配电网拓扑模型及相关数据能够为配电网调度运行、检修和供电服务提升提供关键支撑，实现配电网主动抢修和故障自愈等智能化应用[2-3]。

目前，配电网拓扑多采用人工在PMS系统中维护的方式，存在配电网拓扑模型质量不高等问题[4]。近年来国内在配电网拓扑识别方面开展了部分研究[5-9]，主要集中在依靠智能终端通过对等通信网络的接力查询来实现[10-11]。低压户变对应关系检测应用等局部功能[12]。智能终端需要提前配置好对应开关的上下游位置关系，在中压线变关系拓扑识别方面研究进展较少。

为探索以上问题解决方案，研究者利用电力线通信信号通过配电网线路进行传感来反映一次线路拓扑的特性[13]。本文开展电力线通信在配电网拓扑识别关键技术研究，并在南京供电公司示范应用。

1 中压拓扑识别

1.1 识别原理

从配电用户变低压400 V侧产生特征电流脉冲，利用配电网电流波形的微小畸变来携带脉冲信息，如图1所示。该特征电流脉冲经10/0.4 kV配变耦合至中压10 kV配网线路上，能收到该特征电流脉冲的智能终端(DTU/FTU/故指)即都在同一条10 kV线路上，从而明确了线变拓扑关系，最后主站端更新线变拓扑关系。

图1 特征电流脉冲示意图

1.2 识别过程

本文以图2所示的中压线路结构为案例，进行中压拓扑识别流程的阐述，包括线路一次网架、二次设备安装、通信架构以及与主站系统的交互等。

图2 中压线路一二次设备结构图

识别过程包括以下步骤：

(1) 由主站下发信号给用户变1的智能配变终端TTU1。TTU1控制特征电流源产生电流调制脉冲，特征电流脉冲的流通路径如图2中虚线所示。

(2) 特征电流脉冲经过用户变1耦合到高压侧10 kV线路，该条10 kV线路上全部配电终端(DTU)均能检测到此特征电流脉冲。

(3) 检测到特征电流脉冲的全部终端(终端1～3#、故指G1#)将信息上送主站。

(4) 主站根据终端上送的信息更新实时拓扑。

(5) 主站依次逐个下发信号给控制用户变2的TTU2、用户变3的TTU3和用户变4的TTU4，从而完成10 kV线路和用户变2、用户变3、用户变4之间的线变拓扑关系。

图3描述了中压拓扑识别的一般流程。

图3 中压拓扑识别流程图

1.3 工程应用

在南京供电公司主站示范，如图4所示。拓扑识别的线路与配变的关系如果与主站现有拓扑模型不一致，校核系统会在图中用醒目标识进行提示，并发出相关告警提示用户，若线变关系与现有拓扑模型，则提示一致的标识。

图4 中压拓扑识别应用案例

2 低压拓扑识别

2.1 识别原理

低压台区拓扑为树状结构，如图5所示。台区拓扑层次关系识别利用小信号注入法，TTU控制末端的信号发送模块向台区注入小电流信号，改变线路内电流的幅值，通过节点模块采集该特征信号，上报TTU并由TTU记录末端模块对应的中间节点，完成整个台区的层次关系识别。

图5 低压台区拓扑示意图

2.2 识别过程

通过TTU、分支节点低压传感器和末端设备之间的载波通信的方式，生成二次设备之间的拓扑层次关系并形成文件，台区网架结构及一二次设备关系如图6所示。

图6 低压台区拓扑图

当TTU与D1通信时，要求其发生脉冲电流信号。分支箱F11K11n处、用户总表箱Y110n处的开关和用户智能电表都能检测到脉冲电流信号并上传，TTU判断出D1是K11n、Y110n和B11nn的上层节点。以此类推，识别低压线路的层次关系。

2.3 工程应用

在南京公司某条10 kV线路低压台区进行示范，如图7所示。在实际应用中，TTU每天主动上送拓扑识别文件，主站通过获取TTU内部的拓扑文件，关联后形成一次设备的拓扑层次关系，并与PMS系统的低压拓扑进行对比校验，将不一致的拓扑文件信息推送至供电服务指挥系统进行检查整改。

图7 台区层次关系示意图

3 拓展应用

3.1 线损精益化管理

在站变、线变拓扑关系明确的基础上，在10/0.4 kV配电变压器的高压侧安装中压电气传感器。不仅可以用于监测配电线路运行状态，而且还可以与其下游相应10/0.4 kV配电变压器低压侧TTU中相关的状态参数配合，共同计算出该10/0.4 kV配电变压器的变压器损耗,实现线路损耗在线监测的全线路覆盖。

3.2 故障定位

对于中压线路，在明确了站线变拓扑的基础上，主站向配电终端下发拓扑配置文件。通过边缘终端与传感器交互故障发生时刻的数据，智能配电终端能准确判断故障定位和故障类型，并将故障区段信息上告主站，主站通过供服平台下派工单至抢修人员进行精准抢修，从而实现中压故障准确定位，缩短线路平均抢修时长。

4 结束语

本文提出了一种基于配电智能终端的拓扑识别与应用方法，该方法有如下特点：

(1) 利用终端设备，在中压拓扑结构发生变化时可自主校验识别，无需人工配置，在配电网拓扑变更时能自动更新拓扑，提高了智能化程度。

(2) 利用终端设备和智能融合开关，自动生成低压拓扑文件，无需人工配置。

(3) 可以为配电网智能应用提供准确的拓扑信息支撑，应用于损精益化管理、中低压故障定位和精准抢修等场景，为配电网智能化、精益化运维提供基础支撑。