宿剑飞 马晓昆 张喆 张传远

摘  要：针对目前配电网拓扑模型质量不高、拓扑关系不完整及连接混乱、模型变化无法感知、一致性无法保证等问题，文章基于工频通信技术，开展工频畸变调制信号传输特点研究，设计出一种中压配电网线变关系识别方法。利用工频畸变调制信号可跨变压器耦合到中压侧远距离传输，且只在配电变压器所在的线路上传输的特点，结合电力线通信，实现配电变压器与10kV线路间拓扑连接关系的自动识别，构建出清晰、完整的中压配电网络，同时为线损计算、故障判别提供技术与数据支撑。

关键词：配电网;线变关系;工频畸变调制信号

中图分类号：TM726.3 文献标志码：A         文章编号：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

配電网拓扑是对配电网设备、线路以及连接关系的完整描述，是实现配电网智能化应用的重要基础，完整、一致、准确、及时、可靠的配电网中压线变关系及相关数据能够为配电网调度运行、检修、供电服务提升提供关键支撑，实现配电网主动抢修等智能化应用。

配电网规模大、设备数量多、结构复杂，线路及其所连接变压器数量众多，使用人工手动维护配电网拓扑模型工作量大、工作效率低、模型信息直观性差，难以保证配电网拓扑模型的完整性及正确性，存在配电网拓扑模型质量不高、拓扑关系不完整及连接混乱、模型变化无法感知、一致性无法保证等问题。近年来国内在低压配电网拓扑识别方面开展了部分研究，但主要集中在低压户-变对应关系检测应用等方面，在中压线变关系识别、拓扑识别方面研究进展较少。

为探索解决以上问题，本文根据工频畸变调制信号可跨变压器且只沿变压器所在线路传输的特点，提出了基于工频畸变技术的中压线变关系识别方法，支撑中压配电网线-变关系和中压配电网拓扑结构的全方位一体化识别。

1 工频畸变技术理论基础

配电网工频电力双向通信技术-工频畸变技术是利用电网电压和电流的微小畸变携带信息，以配电网络为介质，实现数字双向通信。

工频畸变调制信号可跨越变压器耦合到中压侧馈线远距离传输，只在配电变压器所在的线路上传输，不会耦合到配电变压器之外的线路上，并且工频畸变调制信号只能在信号发生器端的变压器、变压器归属的变电站及变压器所属线路组成的电流回路上传输。利用工频畸变调制信号的此种特性可实现中压线变关系识别。

本文中压线-变关系识别需要用到工频畸变调制信号，工频畸变信号调制如图1所示，SA1、SA2、SB1、SB2、SC1、SC2为双向晶闸管，LA、LB、LC为调制电感。信号调制电路采用双向晶闸管，可以在工频电压由正到负或者由负到正的过零点前约30°瞬时导通，在调制电感上产生瞬间尖峰电流ie叠加于负载电流上，使负载电流产生微小畸变，当瞬时电流值为零时，晶闸管断开，完成一次工频畸变信号调制。调制信号波形如图2所示。

工频畸变调制信号检测如图3所示。滤波器滤除噪声及干扰，只允许特定频率范围的信号通过;信号增强电路用于对滤波后信号的峰值进行增强及平滑处理，用以增强工频畸变信号的强度及可检测性;取绝对值单元用于对增强及平滑处理后的信号取绝对值;信号峰值检测单元用于接收信号的峰值检测;A/D转换以检测出接收信号中带有的工频畸变调制信号。

2 中压线变关系识别

工频畸变通信技术具有传输距离长、通信距离远、可靠性与抗干扰性强、信号可跨变压器传输而无需中继的特点。畸变信号可采用单相调制，以A相为例，图4为中压线-变关系识别简图。

信号发生装置安装于配电变压器低压侧，调制电流脉冲波形，信号发生装置发出带有对应配电变压器唯一序列码的工频畸变调制信号，调制信号跨变压器传输至中压侧的信号检测装置。信号监测装置可安装于配电变压器高压侧、配电网线路主干线路节点和各分支节点。

信号监测装置通过电力线提取带有固定且唯一编码的工频畸变调制信号。根据工频畸变调制信号的传输特点，只需根据信号监测装置是否接收到带有变压器唯一序列码的工频畸变调制信号即可判断变压器与10kV线路间的连接关系，实现中压配电网线-变关系的识别。若信号监测装置可接收到变压器低压侧的信号发生装置发出的工频畸变调制信号，则说明变压器属于信号监测装置所在的线路。

3 应用

因供电电源的变化、联络开关的开断等引起中压配电网线变关系发生改变，通过人工巡检维护工作效率低且难以保证配电网拓扑关系的准确性，因此造成线损异常、计算不正确等现象。基于工频畸变调制信号的中压线变关系识别方法可有效实现中压配电网拓扑的自动识别。

如图5所示的双电源系统，线路上的各个分支、节点都有联络开关，其开合状态由配电主站控制，此处只标出开关A、开关B展开描述。线路中只能有一个变电站供电，双电源模式下为一主一备。当处于联络开关A闭合，联络开关B断开状态时，安装于变压器A、B、C、D、E低压侧的信号发生装置发出工频畸变调制信号。

根据工频畸变调制信号的传输特点可以得到：

（1）变压器A低压侧的信号发生装置发出的调制信号只能被变电站1出线上的信号监测装置1监测到。

（2）变压器B低压侧的信号发生装置发出的调制信号只能被变电站1出线上的信号监测装置2、1监测到。

（3）变压器C低压侧的信号发生装置发出的调制信号只能被变电站1出线上的信号监测装置4、3、1监测到。

（4）变压器D低压侧的信号发生装置发出的调制信号只能被变电站1出线上的信号监测装置3、1监测到。

（5）变压器E低压侧的信号发生装置发出的调制信号只能被变电站2出线上的信号监测装置6、7监测到。

由此不仅可判断变压器A、B、C、D属于变电站1的出线，变压器E属于变电站2的出线，实现中压线-变关系的识别;还可以生成变电站、变压器、10kV线路之间不带距离的网络连接拓扑图。图6是图5示意图下的配电网络拓扑连接图。

4 工程拓展

基于工频畸变通信技术的识别法方法不仅可应用于中压配电网，也可应用于低压台区，实现中低压配网拓扑自动生成，为线损治理、停电范围研判、计量、运维等提供支撑。

如图7所示，工频畸变调制信号的发生装置安装于低压台区用户端及配电变压器低压侧，信号监测装置安装于配電变压器高压侧、配电网线路主干线路节点和各分支节点。信号发生装置、信号监测装置、主站共同形成覆盖同一变电站范围内的中低压供电线路的配电网络拓扑识别系统。此系统无需中继，采用集中式组网方式，信号监测装置直接接收信号发生装置发出的工频畸变调制信号，根据信号的传输特点，形成中低压各设备间、设备与线路间的拓扑连接关系。

也可采用分布式组网方式，除了在配电变压器高压侧、配电网线路主干线路节点和各分支节点安装信号接收装置外，在配电室也安装信号接收装置，用于接收该配电变压器范围内所有安装在用户侧的信号发生装置发送的工频畸变调制信号，起中继作用。

5 结束语

本文通过研究基于工频通信技术的中压线-变关系识别方法，支持中压配电网线变关系识别及中压配电网络自动检测、分析和生成，自动识别配电变压器与10kV线路间的拓扑连接关系，动态构建出清晰、完整的中压线-变关系和配网拓扑，可支撑中压配电网线变关系和中压配电网拓扑结构的全方位一体化识别，为建立中压配电网设备的相互识别和物物相连的新模式打下坚实的基础，同时也为线损计算、故障判别提供技术与数据支撑。

参考文献：

[1]唐泽阳，周鲲鹏，曹侃，等.基于配电网运行数据的线变关系校验方法[J].高压电技术，2018，44（4）：1059-1068.

[2]王媚，徐剑，杨健，等.多路并行工频通信设备及系统关键技术研究[J].电力自动化设备，2013，33（2）：136-141，146.

[3]李建岐，黄毕尧，王智慧.配电网工频通信技术及其应用[J].电力系统通信，2009，30（197）：74-80.

[4]潘彬彬.浅析基于工频畸变技术下的自动化抄表[J].中国科技信息，2010（44）：167-168.

[5]陈冠华，唐云峰.基于工频畸变技术的抄表系统[J].现代电子技术，2010（19）：17-119，122.

[6]魏哲明.工频畸变技术在配网中的应用前景[J].内蒙古电力技术，2005（4）：12-14，17.