配电网拓扑辨识方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 112234712 A(43)申请公布日 2021.01.15

(21)申请号 202011085001.2(22)申请日 2020.10.12

(71)申请人 国网河北省电力有限公司信息通信

分公司

地址 050000 河北省石家庄市裕华区富强

大街10号

申请人 国家电网有限公司(72)发明人 尚立　赵炜　孟显　陈方正　付强　

张志钦　王旭蕊　李英敏　刘文昭　魏肖明　王九成　(74)专利代理机构 石家庄国为知识产权事务所

13120

代理人 祁静(51)Int.Cl.

H02J 13/00(2006.01)

权利要求书2页 说明书6页 附图1页

H02J 3/00(2006.01)G06F 30/18(2020.01)H04L 12/24(2006.01)H04L 29/08(2006.01)G06F 113/04(2020.01)

CN 112234712 A(54)发明名称

配电网拓扑辨识方法(57)摘要

属于拓本发明提供了配电网拓扑辨识方法，

扑识别技术领域，包括设定多个检测点，多个检测点上设定有与变压器、分支箱、电表箱单元和电表一一对应的标识信息；在多个检测点之间建立通信网络。在多个检测点中选取出检测起点和检测终点，由检测起点发出问询信号，由检测终点接收并应答问询信号，除检测起点和检测终点之外的检测点用于转发问询信号。在相关的检测点转发问询信号后将相对应的标识信息机上传至通信网络，根据通信网络先后接受到的多个标识信息的顺序从而确定出检测起点和检测终点之间的连接关系；重新选择检测起点和检测终点直至得到拓扑结构。本发明提供的配电网拓扑辨识方法精度较高，并且速度较快，提高了网络拓扑结构的识别效率。

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权　利　要　求　书

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1.配电网拓扑辨识方法，其特征在于，包括：设定多个检测点，多个检测点上设定有与变压器、分支箱、电表箱单元和电表一一对应的标识信息；在多个所述检测点之间建立通信网络；

在多个所述检测点中选取出检测起点和检测终点，由所述检测起点发出问询信号，由所述检测终点接收并应答所述问询信号，除所述检测起点和所述检测终点之外的检测点用于转发所述问询信号；

在相关的检测点转发所述问询信号后将相对应的标识信息机上传至所述通信网络，根据所述通信网络先后接受到的多个标识信息的顺序从而确定出所述检测起点和所述检测终点之间的连接关系；重新选择检测起点和检测终点直至得到拓扑结构。

2.如权利要求1所述的配电网拓扑辨识方法，其特征在于，在所述在多个所述检测点之间建立通信网络之前还包括：

在所述检测点上设置载波通信模块和用于控制所述载波通信模块的MCU，所述通信网络通过所述MCU控制所述载波通信模块。

3.如权利要求2所述的配电网拓扑辨识方法，其特征在于，所述标识信息设定在所述载波通信模块内，所述MCU用于在转发所述问询信号后控制所述载波通信模块向所述通信网络发送所述标识信息。

4.如权利要求1所述的配电网拓扑辨识方法，其特征在于，所述根据所述通信网络先后接受到的多个标识信息的顺序从而确定出所述检测起点和所述检测终点之间的连接关系包括：

根据所述通信网络接收到多个所述标识信息的前后顺序，从而标定出所述检测起点与检测终点之间的多个检测点。

5.如权利要求1所述的配电网拓扑辨识方法，其特征在于，在所述在相关的检测点转发所述问询信号后将相对应的标识信息机上传至所述通信网络之后还包括：

当所述检测终点接收到所述问询信号之后，所述检测起点再发出新的问询信号。6.如权利要求1所述的配电网拓扑辨识方法，其特征在于，在所述根据所述通信网络先后接受到的多个标识信息的顺序从而确定出所述检测起点和所述检测终点之间的连接关系之前还包括：

由所述检测起点发出多个所述问询信号，若所述检测终点无法接收所述问询信号或者接收到的所述问询信号的信噪比低于预设标准时，更换所述检测起点和所述检测终点。

7.如权利要求1所述的配电网拓扑辨识方法，其特征在于，所述标识信息包括所述检测点的物理位置以及所对应的变压器、分支箱、电表箱单元和电表中的一种。

8.如权利要求1所述的配电网拓扑辨识方法，其特征在于，所述重新选择检测起点和检测终点直至得到拓扑结构包括：

在所述检测点中重新选择检测起点和检测终点，并由新的检测起点发出问询信号，由新的检测终点接收问询信号，并再次确定出新的连接关系。

9.如权利要求8所述的配电网拓扑辨识方法，其特征在于，在所述并再次确定出新的连接关系包括：

整合确定的多个连接关系，并最终得到所述拓扑结构。10.如权利要求1所述的配电网拓扑辨识方法，其特征在于，所述在多个所述检测点中

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选取出检测起点和检测终点包括：

在多个所述检测点中随机选择两个检测点作为所述检测起点和所述检测终点；获取所述检测起点和所述检测终点相对应的标识信息。

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说　明　书配电网拓扑辨识方法

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技术领域

[0001]本发明属于拓扑识别技术领域，更具体地说，是涉及配电网拓扑辨识方法。背景技术

[0002]随着电力用户数量大量增加，在智能化用电管理过程中首先需要获取配电网的拓扑结构信息。低压台区的用户数量众多，台区内的线路复杂，配变台区线路分支多，电网拓扑结构的获取一直是供电服务中的难题。

[0003]目前主要依靠集抄系统的抄表档案来对台区电能表进行管理，通过低压台区的维护人员拉闸观察和人工描绘的方式记录台区拓扑结构，该方式效率低，缺乏动态拓扑识别管理，准确性不高。现有的多通过载波通信技术进行网络拓扑的识别，但是由于信道干扰和噪声因素，线路的长度对通信信道的通信质量有较大影响，线路越长信号衰减越大，使得拓扑识别精度和效率均比较低。

发明内容

[0004]本发明的目的在于提供配电网拓扑辨识方法，旨在解决线路越长信号衰减越大，使得拓扑识别精度和效率均比较低的问题。[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供配电网拓扑辨识方法，包括：[0006]设定多个检测点，多个检测点上设定有与变压器、分支箱、电表箱单元和电表一一对应的标识信息；在多个所述检测点之间建立通信网络；

[0007]在多个所述检测点中选取出检测起点和检测终点，由所述检测起点发出问询信号，由所述检测终点接收并应答所述问询信号，除所述检测起点和所述检测终点之外的检测点用于转发所述问询信号；

[0008]在相关的检测点转发所述问询信号后将相对应的标识信息机上传至所述通信网络，根据所述通信网络先后接受到的多个标识信息的顺序从而确定出所述检测起点和所述检测终点之间的连接关系；重新选择检测起点和检测终点直至得到拓扑结构。[0009]作为本申请另一实施例，在所述在多个所述检测点之间建立通信网络之前还包括：

[0010]在所述检测点上设置载波通信模块和用于控制所述载波通信模块的MCU，所述通信网络通过所述MCU控制所述载波通信模块。[0011]作为本申请另一实施例，所述标识信息设定在所述载波通信模块内，所述MCU用于在转发所述问询信号后控制所述载波通信模块向所述通信网络发送所述标识信息。[0012]作为本申请另一实施例，所述根据所述通信网络先后接受到的多个标识信息的顺序从而确定出所述检测起点和所述检测终点之间的连接关系包括：[0013]根据所述通信网络接收到多个所述标识信息的前后顺序，从而标定出所述检测起点与检测终点之间的多个检测点。[0014]作为本申请另一实施例，在所述在相关的检测点转发所述问询信号后将相对应的

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标识信息机上传至所述通信网络之后还包括：

[0015]当所述检测终点接收到所述问询信号之后，所述检测起点再发出新的问询信号。[0016]作为本申请另一实施例，在所述根据所述通信网络先后接受到的多个标识信息的顺序从而确定出所述检测起点和所述检测终点之间的连接关系之前还包括：[0017]由所述检测起点发出多个所述问询信号，若所述检测终点无法接收所述问询信号或者接收到的所述问询信号的信噪比低于预设标准时，更换所述检测起点和所述检测终点。

[0018]作为本申请另一实施例，所述标识信息包括所述检测点的物理位置以及所对应的变压器、分支箱、电表箱单元和电表中的一种。[0019]作为本申请另一实施例，所述重新选择检测起点和检测终点直至得到拓扑结构包括：

[0020]在所述检测点中重新选择检测起点和检测终点，并由新的检测起点发出问询信号，由新的检测终点接收问询信号，并再次确定出新的连接关系。[0021]作为本申请另一实施例，在所述并再次确定出新的连接关系包括：[0022]整合确定的多个连接关系，并最终得到所述拓扑结构。[0023]作为本申请另一实施例，所述在多个所述检测点中选取出检测起点和检测终点包括：

[0024]在多个所述检测点中随机选择两个检测点作为所述检测起点和所述检测终点；[0025]获取所述检测起点和所述检测终点相对应的标识信息。[0026]本发明提供的配电网拓扑辨识方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明配电网拓扑辨识方法中设定多个检测点，多个检测点上设定有与变压器、分支箱、电表箱单元和电表一一对应的标识信息；在多个检测点之间建立通信网络。在多个检测点中选取出检测起点和检测终点，由检测起点发出问询信号，由检测终点接收并应答问询信号，除检测起点和检测终点之外的检测点用于转发问询信号。在相关的检测点转发问询信号后将相对应的标识信息机上传至通信网络，根据通信网络先后接受到的多个标识信息的顺序从而确定出检测起点和检测终点之间的连接关系；重新选择检测起点和检测终点直至得到拓扑结构。

[0027]通过在检测点中选定检测起点和检测终点，当检测起点发出问询信号之后，经过多个检测点的转发之后由检测终点接收，在检测起点和检测终点的位置明确之后，每当一个问询信号经过一个检测点时，该检测点中的标识信息即发送至通信网络，由于问询信号是按照顺序依次上传至通信网络，因此检测起点、检测终点和之间相关的连接点已经标明，重复上述步骤从而确定出整个拓扑结构。[0028]本申请中的，通过确定出检测起点和检测终点之间的连接关系，从而能够准确确定出检测点之间的关系，不仅提高了识别的效率，同时提高了网络拓扑的准确度。附图说明

[0029]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附

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图获得其他的附图。

[0030]图1为本发明实施例提供的配电网拓扑辨识方法的流程图。

具体实施方式

[0031]为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0032]请参阅图1，现对本发明提供的配电网拓扑辨识方法进行说明。配电网拓扑辨识方法，包括设定多个检测点，多个检测点上设定有与变压器、分支箱、电表箱单元和电表一一对应的标识信息；在多个检测点之间建立通信网络。[0033]在多个检测点中选取出检测起点和检测终点，由检测起点发出问询信号，由检测终点接收并应答问询信号，除检测起点和检测终点之外的检测点用于转发问询信号。[0034]在相关的检测点转发问询信号后将相对应的标识信息机上传至通信网络，根据通信网络先后接受到的多个标识信息的顺序从而确定出检测起点和检测终点之间的连接关系；重新选择检测起点和检测终点直至得到拓扑结构。

[0035]本发明提供的配电网拓扑辨识方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明配电网拓扑辨识方法中设定多个检测点，多个检测点上设定有与变压器、分支箱、电表箱单元和电表一一对应的标识信息；在多个检测点之间建立通信网络。在多个检测点中选取出检测起点和检测终点，由检测起点发出问询信号，由检测终点接收并应答问询信号，除检测起点和检测终点之外的检测点用于转发问询信号。在相关的检测点转发问询信号后将相对应的标识信息机上传至通信网络，根据通信网络先后接受到的多个标识信息的顺序从而确定出检测起点和检测终点之间的连接关系；重新选择检测起点和检测终点直至得到拓扑结构。

[0036]通过在检测点中选定检测起点和检测终点，当检测起点发出问询信号之后，经过多个检测点的转发之后由检测终点接收，在检测起点和检测终点的位置明确之后，每当一个问询信号经过一个检测点时，该检测点中的标识信息即发送至通信网络，由于问询信号是按照顺序依次上传至通信网络，因此检测起点、检测终点和之间相关的连接点已经标明，重复上述步骤从而确定出整个拓扑结构。[0037]本申请中的，通过确定出检测起点和检测终点之间的连接关系，从而能够准确确定出检测点之间的关系，不仅提高了识别的效率，同时提高了网络拓扑的准确度。[0038]作为本发明提供的配电网拓扑辨识方法的一种具体实施方式，在在多个检测点之间建立通信网络之前还包括：

[0039]在检测点上设置载波通信模块和用于控制载波通信模块的MCU，通信网络通过MCU控制载波通信模块。

[0040]为了便于分析，第一级为变压器，第二级为分支箱，上述变压器与若干分支箱相连，各分支箱之间为并列关系；第三级为电表箱单元，每一分支箱单元会出ABC三相，每一相下会连接若干电表箱单元；第四级为电表，每一电表箱单元下会连接若干电表。[0041]将变压器、分支箱、电表箱单元和电表与多个检测点进行一一对应，因此本申请中包括多个检测点，在检测点上设定一一对应且特定的标识信息，标识信息用于代表该检测

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点，并作为该检测点的特定标识。在检测终点接收到问询信号之后，根据连同问询信号一同传输的多个标识信息，根据标识信息的顺序即可确定出检测起点和检测终点之间有哪些连接点，继而判断出检测起点与检测终点之间的连接关系。

[0042]为了能够实现对各检测点中载波通信模块的控制，因此还需要设置无线通信模块。无线通信模块可通过自动组网技术与其他识别装置主动组建通信网络，自主协商通信信道类型和频点，以实现信息自动中继和传输。无线通信模块具体可采用GPRS通信和光纤通信等通信技术。

[0043]载波通信模块、无线通信模块与MCU连接，实现模块间的相互通信，完成本地通信与远程通信。同时MCU通过无线通信模块接收指令，进而改变载波通信模块的状态。[0044]多个检测点之间建立通信网络，同样通过通信网路能够实现将各检测点之间的连接关系上传至智能配变终端，进而生成拓扑结构。[0045]本申请中，在每个检测点上均设置有识别装置，而在识别装置内设置有MCU和载波通信模块。其中，载波通信模块用于在MCU的控制下，发送电力载波信号或接收电力载波信号。电力载波信号包括问询信号和应答信号；检测起点生成并发送问询信号，并向其他检测点转发问询信号，检测终点接收问询信号和多个标识信息，并在一定的情况下生成并返回应答信号。

[0046]作为本发明提供的配电网拓扑辨识方法的一种具体实施方式，标识信息设定在载波通信模块内，MCU用于在转发问询信号后控制载波通信模块向通信网络发送标识信息。[0047]本申请中，检测起点用于发出问询信号，检测终点用于接收和应答问询信号，而其他的检测点仅用于转发问询信号。由于需要MCU与在载波通信模块之间的配合。通信网络通过检测点上MCU控制载波通信模块。标识信息也可直接设定在载波通信模块内，在实际使用过程中，当位于检测起点和检测终点之间的检测点接收到问询信号之后，即将问询信号进行转发，同时由MCU控制载波通信模块向通信网络发出标识信息，通信网络会先后得到多个标识信息，从而能够确定出检测起点和检测终点之间的连接关系。[0048]本申请中，需要设定多个检测点与变压器、分支箱、电表箱单元和电表进行一一对应，每个检测点均具有特定的标识信息，标识信息用于说明该检测点的位置信息。当问询信号经过检测点时，在该检测点对问询信号进行转发后，该检测点的标识信息随即发送至通信网络，从而能够可视化的展示出问询信号具体的流向。

[0049]作为本发明提供的配电网拓扑辨识方法的一种具体实施方式，根据通信网络先后接受到的多个标识信息的顺序从而确定出检测起点和检测终点之间的连接关系包括：[0050]根据通信网络接收到多个标识信息的前后顺序，从而标定出检测起点与检测终点之间的多个检测点。[0051]本申请中，问询信号会经过多个检测点最终被检测终点接收，由于问询信号依次经过多个检测点，因此多个标识信息会按照先后顺序上传至通信网络，因此根据检测起点和检测终点，以及通信网络接收到的多个标识信息的顺序，即可确定出一个检测起点与检测终点之间的连接关系，通过获得多个连接关系，最终得到整个拓扑结构。[0052]作为本发明提供的配电网拓扑辨识方法的一种具体实施方式，在在相关的检测点转发问询信号后将相对应的标识信息机上传至通信网络之后还包括：[0053]当检测终点接收到问询信号之后，检测起点再发出新的问询信号。

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本申请中，为了能够更清晰的确定出检测起点和检测终点之间的连接关系，避免

检测起点一次发出多个问询信号对连接关系判断的混淆。因此通过MCU控制检测起点的载波通信模块一次仅发送一个问询信号，并且当检测终点接收和应答问询信号之后，检测起点才发出另一个问询信号。

[0055]由于检测起点和检测终点均为随机产生，若之间没有连接关系，则问询信号不会被检测终点接收，即便检测起点发出多个问询信号，情况也如此。为了提高识别的效率，当检测终点在一定时间内未受到检测信号时，则该检测终点作废，同时问询信号流经的多个检测点所获得的标识信息也予以删除。

[0056]作为本发明提供的配电网拓扑辨识方法的一种具体实施方式，在根据通信网络先后接受到的多个标识信息的顺序从而确定出检测起点和检测终点之间的连接关系之前还包括：

[0057]由检测起点发出多个问询信号，若检测终点无法接收问询信号或者接收到的问询信号的信噪比低于预设标准时，更换检测起点和检测终点。[0058]本申请中，由于检测点之间连接关系较为复杂，为了能够准确确定出检测起点和检测终点之间的连接关系，因此检测起点需要发出多个问询信号，而检测终点同样会依次接收多个问询信号，当检测起点和检测终点距离较远时，由于问询信号衰减较多，因此若检测终点接收到问询信号，或者即便接收到问询信号但问询信号此时的信噪比均较低时，表明此时检测起点和检测终点中间存在较多的检测点，此时可更换检测终点，直至接收到的问询信号的信噪比满足要求。[0059]本申请中，当分支箱、电表箱单元和电表的数量均为多个时，从检测起点发出的问询信号，在未进入检测终点时在多个检测点之间传递。而电力载波信号与通信节点的空间位置无关，与通信节点的物理位置有关，同一线路，相邻的通信节点之间的信噪比最大，不同线路之间，电力载波信号需要通过变压器相间耦合或通过分支点传输，信号传输距离增加，信号衰减明明显，信噪比较小。而随着信噪比的减小，信号中的有用成分降低。[0060]为了提高准确度，本申请中设定信噪比的值，当信噪比低于某个值时，则将该问询信号连同多个标识信息进行剔除。因此仅剩下信噪比高的信号，通过这些信号，即可确定出与检测终点相近的连接点，提高了精度。

[0061]作为本发明提供的配电网拓扑辨识方法的一种具体实施方式，标识信息包括检测点的物理位置以及所对应的变压器、分支箱、电表箱单元和电表中的一种。[0062]本申请中，标识信息用于显示检测点所处的物理位置，以及所处的连接关系，标识信息作为显示检测点的特征信息的窗口，通过标识信息即可确定出变压器、分支箱、电表箱单元和电表之间具体的连接关系，最终确定出拓扑的具体结构。

[0063]作为本发明提供的配电网拓扑辨识方法的一种具体实施方式，重新选择检测起点和检测终点直至得到拓扑结构包括：

[0064]在检测点中重新选择检测起点和检测终点，并由新的检测起点发出问询信号，由新的检测终点接收问询信号，并再次确定出新的连接关系。[0065]本申请中，若检测起点和检测终点之间不存在连接关系，此时可使检测起点保持不变，而更换检测终点，并直至检测终点能够接收到问询信号为止。可设定一定的时间段，若检测终点在该时间段内仍未接收到问询信号，则更滑检测终点。

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若在更换多个检测终点之后，仍无法使检测终点检测到问询信号，则更换检测起

点。

作为本发明提供的配电网拓扑辨识方法的一种具体实施方式，在并再次确定出新

的连接关系包括：

[0068]整合确定的多个连接关系，并最终得到拓扑结构。[0069]本申请中，由于连接关系更多表明检测起点与检测终点之间的一条连接关系，若要得到最终的拓扑结构需要将多个连接关系进行整合，将已经探明的连接关系进行整合，从而完成最终结构的标识。[0070]本申请中，为了进一步提高网络拓扑结构形成的效率，由于变压器处于第一级、分支箱作为第二级、电表箱单元作为第三级和电表作为第四级。因此通常情况下变压器仅用于作为问询信号的发出端，而电表仅用于作为问询信号的应答端。因此变压器可设定为检测起点，而电表可作为检测终点。[0071]但是由于某些特殊情况，同时变压器所连接的分支箱数量较多等原因，以变压器为检测起点时，检测终点得到的信号的信噪比较低。因此此时可将安装于变压器中的MCU通过控制载波通信模块对接收到的问询信号进行应答。

[0072]安装于分支箱中的MCU通过控制载波通信模块在ABC三相分别发送生成的问询信号，或者控制载波通信模块在ABC三相分别转发问询信号。安装于电表上中的MCU用于控制载波通信模块发出问询信号。

[0073]作为本发明提供的配电网拓扑辨识方法的一种具体实施方式，在多个检测点中选取出检测起点和检测终点包括：

[0074]在多个检测点中随机选择两个检测点作为检测起点和检测终点。[0075]获取检测起点和检测终点相对应的标识信息。[0076]本申请中，在检测原点发出问询信号之前，需要确定出检测起点和检测终点相对的位置，可将多个检测点相对应的标识信息均通过通信网络上传至分析中心。然后在多个标识信息中选取检测起点和检测终点，再通过通信网络控制检测起点的载波通信模块和检测终点的载波通信模块进行相应的操作，当确定出检测起点和检测终点之间的连接关系之后，通过各自的标识信息，即可确定出具体的连接方式。[0077]以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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图1

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