宿劍飛 馬曉昆 張喆 張傳遠(yuǎn)

摘? 要：針對目前配電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ唾|(zhì)量不高、拓?fù)潢P(guān)系不完整及連接混亂、模型變化無法感知、一致性無法保證等問題，文章基于工頻通信技術(shù)，開展工頻畸變調(diào)制信號傳輸特點研究，設(shè)計出一種中壓配電網(wǎng)線變關(guān)系識別方法。利用工頻畸變調(diào)制信號可跨變壓器耦合到中壓側(cè)遠(yuǎn)距離傳輸，且只在配電變壓器所在的線路上傳輸?shù)奶攸c，結(jié)合電力線通信，實現(xiàn)配電變壓器與10kV線路間拓?fù)溥B接關(guān)系的自動識別，構(gòu)建出清晰、完整的中壓配電網(wǎng)絡(luò)，同時為線損計算、故障判別提供技術(shù)與數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);線變關(guān)系;工頻畸變調(diào)制信號

中圖分類號：TM726.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）36-0096-03

Abstract： At present， there are some problems in the distribution network， such as the low quality of topology model， the incomplete topology model， the confusion of connectivity， the imperceptibility of model changes， and the lack of consistency. In view of the above problems， based on the power frequency communication technology， this paper studies the transmission characteristics of power frequency distortion modulation signal， and designs a method to identify the line and transformer relationship in the medium voltage distribution network. Using the characteristics that the power frequency distortion modulation signal can be coupled to the medium voltage side for long-distance transmission across the transformer， and only on the line where the distribution transformer is located， while combing with the power line communication， this paper is intended to realize the automatic identification of the topological connection between the distribution transformer and the 10kV line， build a clear and complete medium voltage distribution network， and provide technical and data support for line loss calculation and fault identification.

Keywords： distribution network; relationship between line and transformer; power frequency distortion modulation signal

引言

配電網(wǎng)拓?fù)涫菍ε潆娋W(wǎng)設(shè)備、線路以及連接關(guān)系的完整描述，是實現(xiàn)配電網(wǎng)智能化應(yīng)用的重要基礎(chǔ)，完整、一致、準(zhǔn)確、及時、可靠的配電網(wǎng)中壓線變關(guān)系及相關(guān)數(shù)據(jù)能夠為配電網(wǎng)調(diào)度運行、檢修、供電服務(wù)提升提供關(guān)鍵支撐，實現(xiàn)配電網(wǎng)主動搶修等智能化應(yīng)用。

配電網(wǎng)規(guī)模大、設(shè)備數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，線路及其所連接變壓器數(shù)量眾多，使用人工手動維護(hù)配電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ凸ぷ髁看?、工作效率低、模型信息直觀性差，難以保證配電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ偷耐暾约罢_性，存在配電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ唾|(zhì)量不高、拓?fù)潢P(guān)系不完整及連接混亂、模型變化無法感知、一致性無法保證等問題。近年來國內(nèi)在低壓配電網(wǎng)拓?fù)渥R別方面開展了部分研究，但主要集中在低壓戶-變對應(yīng)關(guān)系檢測應(yīng)用等方面，在中壓線變關(guān)系識別、拓?fù)渥R別方面研究進(jìn)展較少。

為探索解決以上問題，本文根據(jù)工頻畸變調(diào)制信號可跨變壓器且只沿變壓器所在線路傳輸?shù)奶攸c，提出了基于工頻畸變技術(shù)的中壓線變關(guān)系識別方法，支撐中壓配電網(wǎng)線-變關(guān)系和中壓配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的全方位一體化識別。

1 工頻畸變技術(shù)理論基礎(chǔ)

配電網(wǎng)工頻電力雙向通信技術(shù)-工頻畸變技術(shù)是利用電網(wǎng)電壓和電流的微小畸變攜帶信息，以配電網(wǎng)絡(luò)為介質(zhì)，實現(xiàn)數(shù)字雙向通信。

工頻畸變調(diào)制信號可跨越變壓器耦合到中壓側(cè)饋線遠(yuǎn)距離傳輸，只在配電變壓器所在的線路上傳輸，不會耦合到配電變壓器之外的線路上，并且工頻畸變調(diào)制信號只能在信號發(fā)生器端的變壓器、變壓器歸屬的變電站及變壓器所屬線路組成的電流回路上傳輸。利用工頻畸變調(diào)制信號的此種特性可實現(xiàn)中壓線變關(guān)系識別。

本文中壓線-變關(guān)系識別需要用到工頻畸變調(diào)制信號，工頻畸變信號調(diào)制如圖1所示，SA1、SA2、SB1、SB2、SC1、SC2為雙向晶閘管，LA、LB、LC為調(diào)制電感。信號調(diào)制電路采用雙向晶閘管，可以在工頻電壓由正到負(fù)或者由負(fù)到正的過零點前約30°瞬時導(dǎo)通，在調(diào)制電感上產(chǎn)生瞬間尖峰電流ie疊加于負(fù)載電流上，使負(fù)載電流產(chǎn)生微小畸變，當(dāng)瞬時電流值為零時，晶閘管斷開，完成一次工頻畸變信號調(diào)制。調(diào)制信號波形如圖2所示。

工頻畸變調(diào)制信號檢測如圖3所示。濾波器濾除噪聲及干擾，只允許特定頻率范圍的信號通過;信號增強電路用于對濾波后信號的峰值進(jìn)行增強及平滑處理，用以增強工頻畸變信號的強度及可檢測性;取絕對值單元用于對增強及平滑處理后的信號取絕對值;信號峰值檢測單元用于接收信號的峰值檢測;A/D轉(zhuǎn)換以檢測出接收信號中帶有的工頻畸變調(diào)制信號。

2 中壓線變關(guān)系識別

工頻畸變通信技術(shù)具有傳輸距離長、通信距離遠(yuǎn)、可靠性與抗干擾性強、信號可跨變壓器傳輸而無需中繼的特點?；冃盘柨刹捎脝蜗嗾{(diào)制，以A相為例，圖4為中壓線-變關(guān)系識別簡圖。

信號發(fā)生裝置安裝于配電變壓器低壓側(cè)，調(diào)制電流脈沖波形，信號發(fā)生裝置發(fā)出帶有對應(yīng)配電變壓器唯一序列碼的工頻畸變調(diào)制信號，調(diào)制信號跨變壓器傳輸至中壓側(cè)的信號檢測裝置。信號監(jiān)測裝置可安裝于配電變壓器高壓側(cè)、配電網(wǎng)線路主干線路節(jié)點和各分支節(jié)點。

信號監(jiān)測裝置通過電力線提取帶有固定且唯一編碼的工頻畸變調(diào)制信號。根據(jù)工頻畸變調(diào)制信號的傳輸特點，只需根據(jù)信號監(jiān)測裝置是否接收到帶有變壓器唯一序列碼的工頻畸變調(diào)制信號即可判斷變壓器與10kV線路間的連接關(guān)系，實現(xiàn)中壓配電網(wǎng)線-變關(guān)系的識別。若信號監(jiān)測裝置可接收到變壓器低壓側(cè)的信號發(fā)生裝置發(fā)出的工頻畸變調(diào)制信號，則說明變壓器屬于信號監(jiān)測裝置所在的線路。

3 應(yīng)用

因供電電源的變化、聯(lián)絡(luò)開關(guān)的開斷等引起中壓配電網(wǎng)線變關(guān)系發(fā)生改變，通過人工巡檢維護(hù)工作效率低且難以保證配電網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系的準(zhǔn)確性，因此造成線損異常、計算不正確等現(xiàn)象?；诠ゎl畸變調(diào)制信號的中壓線變關(guān)系識別方法可有效實現(xiàn)中壓配電網(wǎng)拓?fù)涞淖詣幼R別。

如圖5所示的雙電源系統(tǒng)，線路上的各個分支、節(jié)點都有聯(lián)絡(luò)開關(guān)，其開合狀態(tài)由配電主站控制，此處只標(biāo)出開關(guān)A、開關(guān)B展開描述。線路中只能有一個變電站供電，雙電源模式下為一主一備。當(dāng)處于聯(lián)絡(luò)開關(guān)A閉合，聯(lián)絡(luò)開關(guān)B斷開狀態(tài)時，安裝于變壓器A、B、C、D、E低壓側(cè)的信號發(fā)生裝置發(fā)出工頻畸變調(diào)制信號。

根據(jù)工頻畸變調(diào)制信號的傳輸特點可以得到：

（1）變壓器A低壓側(cè)的信號發(fā)生裝置發(fā)出的調(diào)制信號只能被變電站1出線上的信號監(jiān)測裝置1監(jiān)測到。

（2）變壓器B低壓側(cè)的信號發(fā)生裝置發(fā)出的調(diào)制信號只能被變電站1出線上的信號監(jiān)測裝置2、1監(jiān)測到。

（3）變壓器C低壓側(cè)的信號發(fā)生裝置發(fā)出的調(diào)制信號只能被變電站1出線上的信號監(jiān)測裝置4、3、1監(jiān)測到。

（4）變壓器D低壓側(cè)的信號發(fā)生裝置發(fā)出的調(diào)制信號只能被變電站1出線上的信號監(jiān)測裝置3、1監(jiān)測到。

（5）變壓器E低壓側(cè)的信號發(fā)生裝置發(fā)出的調(diào)制信號只能被變電站2出線上的信號監(jiān)測裝置6、7監(jiān)測到。

由此不僅可判斷變壓器A、B、C、D屬于變電站1的出線，變壓器E屬于變電站2的出線，實現(xiàn)中壓線-變關(guān)系的識別;還可以生成變電站、變壓器、10kV線路之間不帶距離的網(wǎng)絡(luò)連接拓?fù)鋱D。圖6是圖5示意圖下的配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接圖。

4 工程拓展

基于工頻畸變通信技術(shù)的識別法方法不僅可應(yīng)用于中壓配電網(wǎng)，也可應(yīng)用于低壓臺區(qū)，實現(xiàn)中低壓配網(wǎng)拓?fù)渥詣由?，為線損治理、停電范圍研判、計量、運維等提供支撐。

如圖7所示，工頻畸變調(diào)制信號的發(fā)生裝置安裝于低壓臺區(qū)用戶端及配電變壓器低壓側(cè)，信號監(jiān)測裝置安裝于配電變壓器高壓側(cè)、配電網(wǎng)線路主干線路節(jié)點和各分支節(jié)點。信號發(fā)生裝置、信號監(jiān)測裝置、主站共同形成覆蓋同一變電站范圍內(nèi)的中低壓供電線路的配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥R別系統(tǒng)。此系統(tǒng)無需中繼，采用集中式組網(wǎng)方式，信號監(jiān)測裝置直接接收信號發(fā)生裝置發(fā)出的工頻畸變調(diào)制信號，根據(jù)信號的傳輸特點，形成中低壓各設(shè)備間、設(shè)備與線路間的拓?fù)溥B接關(guān)系。

也可采用分布式組網(wǎng)方式，除了在配電變壓器高壓側(cè)、配電網(wǎng)線路主干線路節(jié)點和各分支節(jié)點安裝信號接收裝置外，在配電室也安裝信號接收裝置，用于接收該配電變壓器范圍內(nèi)所有安裝在用戶側(cè)的信號發(fā)生裝置發(fā)送的工頻畸變調(diào)制信號，起中繼作用。

5 結(jié)束語

本文通過研究基于工頻通信技術(shù)的中壓線-變關(guān)系識別方法，支持中壓配電網(wǎng)線變關(guān)系識別及中壓配電網(wǎng)絡(luò)自動檢測、分析和生成，自動識別配電變壓器與10kV線路間的拓?fù)溥B接關(guān)系，動態(tài)構(gòu)建出清晰、完整的中壓線-變關(guān)系和配網(wǎng)拓?fù)洌芍沃袎号潆娋W(wǎng)線變關(guān)系和中壓配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的全方位一體化識別，為建立中壓配電網(wǎng)設(shè)備的相互識別和物物相連的新模式打下堅實的基礎(chǔ)，同時也為線損計算、故障判別提供技術(shù)與數(shù)據(jù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐澤陽，周鯤鵬，曹侃，等.基于配電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)的線變關(guān)系校驗方法[J].高壓電技術(shù)，2018，44（4）：1059-1068.

[2]王媚，徐劍，楊健，等.多路并行工頻通信設(shè)備及系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電力自動化設(shè)備，2013，33（2）：136-141，146.

[3]李建岐，黃畢堯，王智慧.配電網(wǎng)工頻通信技術(shù)及其應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)通信，2009，30（197）：74-80.

[4]潘彬彬.淺析基于工頻畸變技術(shù)下的自動化抄表[J].中國科技信息，2010（44）：167-168.

[5]陳冠華，唐云峰.基于工頻畸變技術(shù)的抄表系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（19）：17-119，122.

[6]魏哲明.工頻畸變技術(shù)在配網(wǎng)中的應(yīng)用前景[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2005（4）：12-14，17.