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01
工作背景?
在國家“3060戰(zhàn)略”建設以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的新時代背景下，浙江省響應國家能源局整縣屋頂分布式光伏建設試點工作，選取30個縣（市、區(qū)）進行試點示范。在支撐整縣屋頂分布式光伏試點建設工作中，低壓配電網(wǎng)已然成為實踐國網(wǎng)公司“建設具有中國特色國際領先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)”和浙江公司“建設能源互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)下多元融合高彈性電網(wǎng)”戰(zhàn)略的主戰(zhàn)場。依據(jù)國網(wǎng)公司總部下發(fā)的《國網(wǎng)設備部關于印發(fā)2021年臺區(qū)智能融合建設應用提升工作方案的通知》（設備配電﹝2021﹞37號）相關工作指導思想，通過建設配電物聯(lián)網(wǎng)臺區(qū)，利用核心技術裝備——臺區(qū)智能融合終端實現(xiàn)對接入設備和分布式電源（光伏）的全景監(jiān)控，從而支撐公司對分布式電源大規(guī)模消納與精益化運行運維及運營管理的業(yè)務應用需求。
近期，國網(wǎng)公司召開整縣光伏建設推進工作會指出，對于已接入分布式光伏的臺區(qū)，要求完成臺區(qū)智能融合終端全覆蓋。到2021年底，全省將完成全省9萬個臺區(qū)的智能終端部署工作。為有力支撐整縣屋頂光伏建設工作，浙江公司計劃于2022年在全省11個地市公司開展配電物聯(lián)網(wǎng)臺區(qū)向下延伸組網(wǎng)及應用規(guī)模化示范建設工作（每個地市公司選取1個供電所實現(xiàn)全覆蓋建設）。為了更好地支撐整縣屋頂?shù)蛪悍植际焦夥尤牒蟮呐_區(qū)精益運行運維運營管理，需要實現(xiàn)基于臺區(qū)智能融合終端的全景狀態(tài)感知配電物聯(lián)網(wǎng)臺區(qū)；其中，拓撲自動辨識技術則是實現(xiàn)配電物聯(lián)網(wǎng)臺區(qū)全景狀態(tài)感知的最核心基礎應用，其重要性不言而喻。
02
拓撲自動辨識技術概述
配電網(wǎng)電壓等級分為高壓配電電壓(110kV、63kV、35kV)，中壓配電電壓(10kV)和低壓配電電壓(0.4kV)，低壓配電臺區(qū)指10kV/0.4kV 配電變壓器的供電范圍或區(qū)域。因此，配電臺區(qū)拓撲主要聚焦于0.4kV 電壓等級的拓撲關系識別，即“變-戶”關系的識別（這里的“戶”可以專指低壓用戶）。由于技術和管理水平落后，低壓配電網(wǎng)在建設和維護方面較之于輸電網(wǎng)絡存在較大差距。配電臺區(qū)內(nèi)涉及資產(chǎn)較多且連接關系復雜，變壓器、表箱、電能表等資產(chǎn)信息及相互間拓撲連接關系都需要準確錄入信息化系統(tǒng)，以往常常采用人工手動錄入，消耗時間多且難以保證工作質量；且隨著時間的推移，農(nóng)網(wǎng)改造、表箱更換等施工項目的實施，使得臺區(qū)內(nèi)設備及拓撲圖變更頻繁。
低壓拓撲錯誤
主要表現(xiàn)
●?“戶-變”對應關系錯誤，即檔案劃分錯誤，將不是本臺區(qū)(一般為鄰近臺區(qū))的電表號加載到本臺區(qū)集中器中，影響臺區(qū)線損計算的準確性；
●?“戶-線”即用戶與分支線關系缺失，缺少用戶與配變之間線路連接信息，當臺區(qū)出現(xiàn)故障，無法快速準確判斷故障區(qū)間和停電區(qū)間。
導致低壓臺區(qū)拓撲錯誤的原因
1
由于低壓臺區(qū)建設期間用戶電表檔案錯誤，造成低壓配電拓撲錯誤；
2
對臺區(qū)重視不足，建設過程中只記錄部分臺區(qū)信息，造成低壓臺區(qū)拓撲信息缺失；
3
低壓臺區(qū)出現(xiàn)故障時，在巡檢搶修中調(diào)整接線時沒有記錄或記錄錯誤造成低壓臺區(qū)拓撲錯誤。
近年來，圍繞臺區(qū)拓撲識別的技術研究工作，涌現(xiàn)了許多技術方法，具體如表1所示。
表1 拓撲識別“戶-變”識別方法比對分析
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| 序號 | 方法 | 識別成功率 | 技術缺陷 | 適用場景 |
| 1 | 停電識別分析 | 較高 | 影響供電可靠性、識別周期長 | 可停電的臺區(qū) |
| 2 | 工頻過零序列相關性分析 | 較高 | 識別周期長、受時鐘誤差影響 | 諧波分量少、負荷差異大、接電合規(guī)性好臺區(qū) |
| 3 | 停電記錄相關性分析 | 較高 | 數(shù)據(jù)通信量大、時標需同步 | 有停電事件的臺區(qū) |
| 4 | 整點電壓曲線相關性分析 | 較高 |
數(shù)據(jù)通信量大、時標需同步、 識別周期長 |
臺區(qū)內(nèi)時鐘同步性較好的臺區(qū) |
| 5 | 工頻畸變設備介入增強臺區(qū)特征分析 | 高 | 影響供電質量、長期在線不安全、長臺區(qū)效果差、設備無法小型化 |
在線識別困難的 臺區(qū) |
| 6 | 工頻電壓畸變分析 | 高 | 影響供電可靠、設備無法小型化 | 供電半徑短的臺區(qū) |
| 7 | 工頻電流畸變分析 | 高 | 影響供電可靠性、難以識別負荷較大臺區(qū)、設備無法小型化 | 供電半徑短、負荷較輕的臺區(qū) |
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上述方法雖然能較好的實現(xiàn)戶變識別，但是方法2-4基于載波通信原理，受時鐘同步性、采樣誤差、臺區(qū)串擾等因素影響，識別準確率相對較低，且適用場景受載波通訊設備的限制，方法5-7需要造成瞬間短路在電壓、電流上產(chǎn)生巨大脈沖，才能實現(xiàn)識別，會引起電網(wǎng)電壓、電流的巨大波動，可能會危害用戶設備和配網(wǎng)的穩(wěn)定運行，并且難以實現(xiàn)相關設備的小型化，推廣成本高。
另外，大數(shù)據(jù)方法也是研究比較多的一類技術方案，這類方案主要是基于電表的電氣量數(shù)據(jù)（電壓、電流、電量、瞬時功率等）進行分析求解，基于一系列啟發(fā)式優(yōu)化算法、隨機模擬算法、最小二乘、回歸優(yōu)化等算法，得到戶變關系。這類方法無需增加投資成本，但是，受限于電氣量采集的同步性、精度、小表和零表、線路竊電、線損、采集和通信等因素的影響，在實際應用中準確率無法保證，難以實現(xiàn)大范圍推廣。
伴隨著整縣屋頂光伏建設、電動汽車以及分布式儲能、微電網(wǎng)的普及推廣，低壓配電網(wǎng)絡已逐步由無源發(fā)展成為有源的網(wǎng)絡結構，繼而對于低壓配電臺區(qū)的拓撲信息提出了更高的要求：一方面，“戶”發(fā)展成為廣義的“用戶”，包括分布式光伏、充電樁、分布式儲能等其他新增類型的末端節(jié)點；另一方面，低壓網(wǎng)絡拓撲的關鍵分支節(jié)點，包括分支箱、表箱等，也成為了拓撲識別的對象。而在配電物聯(lián)網(wǎng)建設中，臺區(qū)拓撲自動辨識是最核心的基礎應用，有了它就好比為配網(wǎng)運維檢修人員提供了“地圖導航”，可呈現(xiàn)直觀、實時的臺區(qū)結構及運行、故障情況，促進搶修效率提升，有效縮短停電時間。因此，在滿足浙江公司實際業(yè)務需求的基礎上，如何設計出可靠性好、準確率高、抗擾能力強的拓撲識別技術方案，將是推動配電物聯(lián)網(wǎng)建設與能源互聯(lián)網(wǎng)應用的關鍵所在。
03
拓撲識別技術測試
1、技術平臺研發(fā)
為了能夠更加全面、高效地對拓撲識別技術進行測試和驗證，國網(wǎng)浙江電科院自主研發(fā)了國內(nèi)首套配電物聯(lián)網(wǎng)臺區(qū)“邊-端”交互功能測試平臺，如圖1中所示。
該平臺根據(jù)測試需求，可接入充電樁、儲能、光伏、低壓監(jiān)測單元等各類新型智能設備和感知裝置，驗證接入裝置與智能融合終端之間的“邊-端”交互能力。通過半真型方式模擬實際臺區(qū)的物理特征，平臺可一鍵生成多臺區(qū)、多分支、多層級的復雜拓撲結構，能夠靈活構造浙江配電網(wǎng)典型臺區(qū)場景，并據(jù)此開展電能質量治理、智能自治等應用的功能測試。與傳統(tǒng)的實驗室原理性測試或現(xiàn)場運行測試相比，該平臺既高度還原了真實低壓臺區(qū)運行環(huán)境，又具備實驗室檢測平臺的靈活性和可定制化，能更好地量化評估被測設備的功能和性能，可滿足配電物聯(lián)網(wǎng)新技術、新業(yè)務的測試與研究需求。
2、測試工作開展情況
現(xiàn)階段，最為主流的拓撲識別技術類別為微電流注入法，較之于其他類別的方案（如大數(shù)據(jù)分析法或信號相關性法）在拓撲識別的有效性與可靠性方面具有顯著優(yōu)勢。針對微電流注入法，其實現(xiàn)方案上也存在一定的差異性，主要包括“有功電流注入+時域信號檢測”、“有功電流注入+頻域信號檢測”、“無功電流注入+時域信號檢測”、“無功電流注入+頻域信號檢測”4種實現(xiàn)方式。目前，在浙江省內(nèi)尚未有統(tǒng)一的技術路線，使得拓撲識別技術及其配套低壓延伸感知終端（如LTU低壓監(jiān)測單元）硬件存在顯著差異化，直接導致邊-端設備交互應用存在強耦合（即同一臺區(qū)下，所有TTU與LTU必須使用同一家設備，如圖2中所示），不利于全省的推廣建設與應用。
針對這一情況，為選取滿足浙江公司配電物聯(lián)網(wǎng)臺區(qū)建設應用需求的最優(yōu)拓撲識別技術方案、實現(xiàn)拓撲識別配套終端設備（低壓監(jiān)測單元）的功能規(guī)范統(tǒng)一與互聯(lián)互通兼容應用，2021年9月1日至15日期間，電科院對省內(nèi)四個主要技術供應商的拓撲識別方案進行了專項測試，各供應商相關專業(yè)技術人員參與并確認最終檢測結果。參與測評的技術方案如表2所示。
表2 參與專項測試的拓撲識別技術方案比對分析
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| 序號 | 技術方案 | 技術優(yōu)點 | 技術缺點 |
| 廠商A |
有功電流注入+ 頻域信號檢測 |
配套設備體積小，便于對存量設備進行改造，識別準確度較高。 | 算法實現(xiàn)較為復雜，對電網(wǎng)帶來一定程度的諧波污染。 |
| 廠商B | |||
| 廠商C |
有功電流注入+ 時域信號檢測 |
響應速度快（特征信號自帶通訊地址），識別準確度較高。 | 注入電流較大，需3-5A，易發(fā)熱；對采樣率要求高，需100kHz;對電網(wǎng)有一定沖擊電流影響。 |
| 廠商D |
無功電流注入+ 時域信號檢測 |
可靠性較高，對硬件無特殊要求，信號檢測簡單，對電網(wǎng)無污染，對線損統(tǒng)計無影響，無發(fā)熱。 | 占用空間稍大，導致設備體積略偏大，臺區(qū)無功功率波動頻繁時會導致無法識別。 |
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基于配電物聯(lián)網(wǎng)“邊-端”交互功能試驗平臺，省電科院從“設備即插即用、拓撲識別準確性、相位識別準確性、拓撲識別時間、識別抗擾能力“5個維度，對參評的臺區(qū)拓撲識別技術進行全方位測評。測試過程中，為被測試的拓撲識別技術方案設置了“4種拓撲結構、15個測試項目和15種測試運行工況”，通過多節(jié)點、多層級、多元素接入下的多種運行工況，對拓撲識別技術方案進行全方位評估測試，以更加高效、快捷、有效的方式掌握拓撲識別技術的優(yōu)勢和不足。
04
測試結果分析與建議
通過大量的測試和比對工作，對4個參評的方案進行了全方位的比對，得到了以下幾個方面的結論：
（1）分布式光伏接入、SVG無功補償、充電樁接入以及諧波電流注入與電源相位突變等工況，會影響拓撲識別算法的準確性；
（2）隨著拓撲節(jié)點、拓撲層級規(guī)模的增加，拓撲世界所需時間同步增加；但考慮到實際臺區(qū)拓撲結構的變化周期，現(xiàn)有拓撲識別算法的響應速度能夠滿足業(yè)務應用需求；
（3）基于HPLC構建本地通訊網(wǎng)絡時，相鄰臺區(qū)存在著串臺區(qū)干擾（即出現(xiàn)交叉組網(wǎng)的情況），會對拓撲識別算法產(chǎn)生影響；
（4）“有功電流注入+頻域檢測”技術路線在整個拓撲識別測試中所呈現(xiàn)出的表現(xiàn)最優(yōu)，識別準確率和適應性最好。
基于上述評價結果，省電科院從實現(xiàn)“配電物聯(lián)網(wǎng)邊-端設備互聯(lián)互通應用”的目標出發(fā)，對應用于浙江公司的拓撲辨識技術（特征電流物理特征）、拓撲識別交互數(shù)據(jù)項及相關功能進行了優(yōu)化和統(tǒng)一標準化，見表3。
表3 浙江公司基于特征電流注入的拓撲識別物理特征
| 拓撲識別 | 技術標準 | |||
| 調(diào)制頻率 | 833.3Hz | |||
| 占空比?可設 | 默認1/3,?≤50% | |||
| 單脈沖周期時間 | 1.2ms | |||
| 位寬時間 | 600ms | |||
| 特征電流發(fā)送時長 | 9.6s | |||
| 特征碼?主站設置可設 | 0xAAE9 | |||
| 發(fā)送間隔時間 | 默認3分鐘，≥180s | |||
| 幅值(峰值) | ? | 0.8Un(額定) | 1.0Un | 1.2Un |
| 恒阻 | ≥0.42A | 0.50A~0.65A | ≤0.75A | |
| 恒流 | ≥0.35A | 0.38A~0.45A | ≤0.50A | |
| 發(fā)送相位 | A相 | |||
| 拓撲識別結果存儲 | ≥300條 | |||
05
總結? ? ? ? ??
臺區(qū)拓撲識別技術作為基于臺區(qū)智能融合終端的配電物聯(lián)網(wǎng)建設的最核心基礎應用，也是后續(xù)開展更多云-邊-端協(xié)同下的配電網(wǎng)精益化運維管理和能源互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務應用基礎。通過此次專項測評工作，為后續(xù)更多全省各地市計劃部署的配電物聯(lián)網(wǎng)新技術、新裝備應用奠定了基礎，有利的推動了我省配電網(wǎng)數(shù)字化發(fā)展，滿足更安全、更可靠、更清潔、更多元化的用電需求，全力支撐新型電力系統(tǒng)建設。
審核編輯：黃飛
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工商網(wǎng)監(jiān)
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