概述
随着大量分布式能源的接入，主动配电网中控制变量数量大大增加，配网的分层分区控制需要以精准的低压配电网拓扑为基础。同时低压配电网的精准线损计算与防窃电等技术也需要更加精准的配网拓扑识别。目前国网开封供电公司的数据采录工作已基本完成，但台区拓扑连接档案准确度有待提升，台户关系人工纠错难度大。目前少量已建立低压台区拓扑的地区，尚未实现分支开关等低压线路及设备的状态动态识别，静态拓扑限制了故障研判效果。因此，亟需一套能够准确进行台区拓扑动态识别的分析模型与实现装置，实现户变关系在线100%精确识别。
本文正是以快速响应客户诉求为目标，基于工频的潮流跟随技术，研究低压配电网拓扑精准识别实现技术，从而为配网分路隶属及台户数据库的完善提供支撑，提升供电服务指挥系统性能事件预警能力及快速响应能力。
1.电网拓扑识别技术
电网拓扑识别的准确性对电力系统分析具有重要的意义，能够直接影响着规划运行的合理性以及控制保护的可靠性。为了能够用数学方法对电网拓扑结构进行分析，一些研究人员使用包含点、线结构的节点、支路模型对电网拓扑进行建模。对节点、支路建立关联表，表示实际电网中厂站、变压器等其他物理设备之间的连接情况，然后应用搜索法沿支路依次搜索网络中的节点，并用搜索结果确定关联表，最终确定网络的拓扑。除此之外，研究人员也会使用网络矩阵模型对电网拓扑进行等效，如建立网基矩阵、节点状态矩阵、弧结构矩阵、归一化负荷矩阵等，通过监测设备对开关状态进行监测，当开关状态发生变化时，通过矩阵运算得出实际的电网拓扑连接情况。目前拓扑识别的主要方法有树状搜索法、邻接矩阵法、离散处理法、节点消去法、关联矩阵表示法等方法。
在低压台区拓扑分析方面，目前主要基于载波通信技术和电压相似特性分析两种方法。前者利用电力载波信息在低压配电网络传播过程中无法跨越配电变压器而只能在所属台区传播的特性，在配电变压器低压侧出口调制高频编码信息，通过配电网络传输至用户侧接收装置中，从而判断其台区属性。后者利用同一台区用户的电压曲线相似这一特点，通过计算不同电力用户的智能电表电压曲线之间的相关系数，判断两个用户是否属于同一台区。然而，这两种方法只能用于台户关系判别，无法进行台区拓扑识别，具有很大的局限性，且后者的判别效果受智能电表电压数据的准确性和同步性影响较大。
本文提出基于工频的潮流跟随技术，实现配网拓扑结构的准确识别，同时实现线路长度的准确估计和计算，推进配网分路隶属及台户数据库的完善，为精准线损计算提供支撑。
2电力线通信的工频潮流跟随技术
在大量新能源及储能设备运行下，频繁的投切会导致配电网不同节点的电压过零时刻出现差异，如果依托传统工频通信以本地电压过零为基准进行解调会出现时域偏差。
针对此，在台区内电力线工频通信中，本文采用基于时频分析方法确定接收调制信号时域，然后通过互相关或匹配滤波的方法进行解调，使其能自适应大量新能源设备运行环境下的TWACS接收起始电压相位差的频繁变化，使TWACS的性能得以增强。传统的TWACS在电压过零时进行信号的解调，时域偏差会很大，造成TWACS无法进行正常通信，这种影响是无法通过降低背景噪声的方法来彻底解决的。本文通过采用时频分析的方法，确定终端接收到调制信号的时域，然后进行解调的方法。通过该方法能够自适应TWACS信号收发端的变化的电压相位差，保障TWACS信号在低压配电网中的通信能力。具体方案见下图。
图1 基于工频潮流跟随的信号检测方案
3基于工频潮流跟随的拓扑路径识别技术
根据低压电力线存在的用电负荷随机性大，三相不平衡等问题，本文通过分析低压电力线拓扑结构，对电力线工频潮流跟随与载波通信二者融合后的拓扑识别可行性进行研究。结合电力线载波与工频潮流跟随融合技术，研究融合电力线工频通信的线路路线拓扑及载波中继接力，达到满足多种业务要求，提高通信性能的目的。
图2 拓扑识别方案
智能台区配电低压电网存在位置较为分散、数量较多、用电负荷随机性大等问题，而且随着分布式电源入网，低压电网结构逐渐复杂，给供电电能质量带来了很大影响。因此，本文通过研究低压配电网路径拓扑，可以改善配电网结构，提高供电质量和可靠性，满足智能台区配电
基于低压电力线载波节点的物理连接关系为树形连接，最小生成树是其最佳拓扑结构基础上，为了有效地获取低压电力载波网络的拓扑关系，本文提出基于最小信号衰减强度的拓扑发现算法（MSSA－TDA Topology discovery algorithm based on the minimum strength of signal attenuation），算法依据信号强度及载波节点邻接关系建立电力载波网络最小生成树拓扑模型。针对最小生成树的拓扑模型的NP难问题，以最小信号强度衰减为目标，采用遗传算法加快收敛，采用模拟退火算法进行全局优化避免算法陷入局部最优，从而快速获得全网高性能的拓扑结构。
算法以最小信号衰减强度为目标，对目标函数进行求解，将遗传和模拟退火算法相结合以克服传统优化算法在构建最小生成树时收敛速度慢或者易陷入局部最优的不足问题，得到满足低衰减、低时延特性要求的低压电力载波网络的拓扑结构。
4.应用场景
本文针对低压台区的环境特点，开展基于工频潮流跟随的低压配电网拓扑精准识别关键技术研究，基于信号测量结合多种数学模型自动识别供电线路拓扑结构，全面提升低压台区数据采集的维度和深度，解决当前台区拓扑连接档案准确度不高、台区拓扑识别精度不高等问题。
通过本文研发的低压配电网电网精准拓扑识别终端，可以准确监测电网信息，实现线路长度估计和配电网拓扑自动成像。根据精准配网拓扑，可实现准确计算各线段各相别的电能线损，基于精准拓扑配电网可实现递推式防窃电技术，为改善配网结构、实现低压配电网综合能源管理提供有效数据支撑。
基于工频潮流跟随的低压配电网拓扑精准识别技术还可推广应用至配电网智能运检、智能电表用电信息采集等应用场景，成果转化前景广泛。
5.结束语
本文通过研究提出基于工频潮流跟随的低压配电网拓扑关系精准识别技术，该工频包含三相通信技术，实现台区内各节点间拓扑关系的精准识别，包括节点的相别识别、分支隶属关系识别、户变关系识别。
通过本方法实施，能使电网公司在以下几个方面得到提升：
1）本方法建立低压台区拓扑自动识别模型，实现台区分相拓扑及电气参数自动识别，生成台区拓扑等效单线图，从而有效指导基层单位开展台区拓扑现场排查，奠定台区线损精确计算的基础。
2）能够支撑配网高级应用的开展，如低压拓扑自动识别、低压供电全景监控、台区故障就地研判、配网设备状态评估等应用；
3）深化营配调业务协同应用。基于智能电表、配电网络拓扑、台区信息的深度融合，统一配用电信息模型，实现配电设备运行工况及用户用电状态的全景监控，开展停电研判指挥及主动工单派发，支撑供电服务指挥平台建设。
参考文献：
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