基于5g网络的配网区域拓扑识别方法及系统
阅读说明：本技术 基于5g网络的配网区域拓扑识别方法及系统 (Distribution network area topology identification method and system based on 5G network ) 是由 周可慧 唐海国 张帝 朱吉然 李红青 任磊 游金梁 康童 邓威 刘奕 周恒逸 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了基于5G网络的配网区域拓扑识别方法及系统,通过为配网区域的DTU配置5G模组,使配网区域的DTU通过5G模组接入配网区域对应的本地5G核心网,以构建配网区域的5G网络；将配网区域内的带有联络点开关的DTU设为主机,将配网区域内不带有联络点开关的DTU设为从机,并分别为配网区域的每台DTU设置唯一编号信息,并在主机的编号信息中添加主机标识；配网区域的各个DTU对等通信,并通过各自的5G模组将各自的编号信息/接收到的其他DTU的编号信息传送给相邻两侧的DTU,以使得主机通过5G通信网络收集各个DTU的编号信息,从而快速识别出该配网区域的拓扑,实现配网区域的拓扑的自动识别。(The invention discloses a distribution network area topology identification method and a distribution network area topology identification system based on a 5G network, wherein a 5G module is configured for a DTU of a distribution network area, so that the DTU of the distribution network area is accessed to a local 5G core network corresponding to the distribution network area through the 5G module to construct the 5G network of the distribution network area; setting a DTU with a contact point switch in a distribution network area as a host, setting a DTU without the contact point switch in the distribution network area as a slave, respectively setting unique serial number information for each DTU in the distribution network area, and adding a host identifier in the serial number information of the host; each DTU in the distribution network area communicates peer to peer, and the respective number information/the received number information of other DTUs is transmitted to the DTUs on the two adjacent sides through the respective 5G module, so that the host computer collects the number information of each DTU through the 5G communication network, the topology of the distribution network area is rapidly identified, and the automatic identification of the topology of the distribution network area is realized.)
技术领域
本发明涉及配电自动化领域，具体涉及基于5G网络的配网区域拓扑识别方法及系统。
背景技术
随着城市用电量持续增长，对供电可靠性、电能质量、服务水平等要求不断提升；同时，分布式能源上网，灵活负荷的增加，电动汽车应用等都对配电网运行的稳定性要求越来越高，传统配电网的无法快速对故障进行有效处理。5G通信解决“物与物互连”的通信技术，具有高速度、泛在网、低功耗以及低时延的技术特点，5G通信技术可满足电力业务需求，扩展无线通信在配网中的应用场景。
拓扑自动识别是提高配电自动化的一个重要措施，目前拓扑识别主要依靠配电自动化主站系统，如何通过5G网络应用，基于终端通信解决拓扑识别问题成为本领域亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明提供了基于5G网络的配网区域拓扑识别方法及系统，用于解决利用5G网络，实现基于终端通信的拓扑识别。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种基于5G网络的配网区域拓扑识别方法，包括以下步骤：
为配网区域的DTU配置5G模组，使配网区域的DTU通过5G模组接入配网区域对应的本地5G核心网，以构建配网区域的5G网络；
将配网区域内的带有联络点开关的DTU设为主机，将配网区域内不带有联络点开关的DTU设为从机，并分别为配网区域的每台DTU设置唯一编号信息，并在主机的编号信息中添加主机标识；
配网区域的各个DTU对等通信，并通过各自的5G模组将各自的编号信息/接收到的其他DTU的编号信息传送给相邻两侧的DTU，以使得主机通过5G通信网络收集各个DTU的编号信息识别出该配网区域的拓扑。
优选的，配网区域为两电源一联络点线路系统，主机通过5G通信网络收集各个DTU的基本信息识别出该配网区域的拓扑，具体包括以下步骤：
配网区域的所有DTU通过各自的5G模组与相邻的DTU进行点对点通信，通信内容为自己的编号信息，其中，电源直接连接的环网箱的DTU收到相邻一侧的DTU编号信息，其他DTU收到相邻两侧的DTU编号信息；
给定一个搜索信息，根据各台DTU接收到的编号信息种类的个数确定与电源源直接连接的环网箱的DTU1，并控制DTU1将自己的编号信息再一次发送给与其相邻一侧的DTU2，DTU2再将自己的编号信息以及接收到的编号信息发送给与另一个与其相邻的DTU3，DTU32再将自己的编号信息以及接收到的编号信息发送给与另一个与其相邻DTU4，依次类推，直至搜索到带有标志信息的主机DTU后，停止搜索，主干线路所有DTU编号信息按靠近电源点的顺序依次传递给主机DTU，以使主机DTU感知整条线路静态拓扑。
优选的，编号信息包括DTU的IP地址、位置以及对应环网箱的编号，对于任意一台DTU，通过其与电源点和联络点之间的相对位置关系，确定DTU对应的主干线开关的上下游关系，对于其中任何一个节点，将其两侧节点中靠近电源点一侧确定为上游，靠近开环点一侧确定为下游。
优选的，配网区域的主干线路采用纵联差动保护，辅以拓扑识别，母线采用母差保护，支干线路采用过流保护。
优选的，还包括以下步骤：
配网区域的5G网络采用5G LAN模式，通过UPF设备下沉到配网区域的5G网络边缘，并使靠近用电用户的DTU设备并完成相应的LAN SWITCH功能，节约汇聚层以上的传输和交换时延。
优选的，还包括以下步骤：
当监测到配电区域存在线路发生故障时，定位故障区域，并将故障区域相邻两侧开关跳闸，并发送转供信号给联络点，联络点接收转供信号，并根据转供信号执行转供动作：延时合闸，恢复故障区域供电。
优选的，联络点必须同时满足以下条件，且经过一定延时，才能执行转供动作：
A、联络点所在线路的断路器无异常，有且只有一个开环点，无检修开关；
B、联络点所在线路通信正常；
C、联络点开关处于分位；
D、联络点对应的开环点两侧都有压；
E、联络点不满足放电条件。
优选的，当存在以下任意条件，联络点停止转供：
1)联络点对应的分布式FA退出；
2)联络点对应的开环点不具备合闸条件；
3)联络点对应的开环点两侧均无压，并经过一段延时；
4)联络点对应的开环点所在环网箱母线保护动作或失灵保护动作；
5)故障区域供电恢复动作。
优选的，当配网区域投入分布式FA后，且配网区域内存在开关满足分闸条件，在失灵判断时间后未动作，发出开关拒动信号时，启动失灵保护动作，拒动开关的上一级开关分闸。
一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明中的基于5G网络的配网区域拓扑识别方法及系统，通过为配网区域的DTU配置5G模组，使配网区域的DTU通过5G模组接入配网区域对应的本地5G核心网，以构建配网区域的5G网络；将配网区域内的带有联络点开关的DTU设为主机，将配网区域内不带有联络点开关的DTU设为从机，并分别为配网区域的每台DTU设置唯一编号信息，并在主机的编号信息中添加主机标识；配网区域的各个DTU对等通信，并通过各自的5G模组将各自的编号信息/接收到的其他DTU的编号信息传送给相邻两侧的DTU，以使得主机通过5G通信网络收集各个DTU的编号信息，拓扑识别不需要依靠主站系统，通过终端之间的相互通信并可得知整条线路的拓扑结构，从而快速识别出该配网区域的拓扑，实现配网区域的拓扑的自动识别。
2、在优选方案中，本发明聚焦于城市配电网核心区，将区域保护控制技术、通信技术和配电自动化有机结合，实现线路拓扑自动识别，故障区段快速定位、隔离及非故障区域转供复电，极大程度上缩短了故障停电时间，提高了配电网运行效率。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例中的基于5G网络的线路拓扑示意图，其中，(a)为主线故障，(b)为母线故障，(c)为支线故障；
图2是本发明优选实施例中的拓扑识别方法示意图；
图3是基于5G网络的配网区域拓扑识别方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例一：
如图3所示，本发明公开了一种基于5G网络的配网区域拓扑识别方法，包括以下步骤：
为配网区域的DTU配置5G模组，使配网区域的DTU通过5G模组接入配网区域对应的本地5G核心网，以构建配网区域的5G网络；
将配网区域内的带有联络点开关的DTU设为主机，将配网区域内不带有联络点开关的DTU设为从机，并分别为配网区域的每台DTU设置唯一编号信息，并在主机的编号信息中添加主机标识；
配网区域的各个DTU对等通信，并通过各自的5G模组将各自的编号信息/接收到的其他DTU的编号信息传送给相邻两侧的DTU，以使得主机通过5G通信网络收集各个DTU的编号信息识别出该配网区域的拓扑。
另外，在本实施例中，本发明还公开了一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明中的基于5G网络的配网区域拓扑识别方法及系统，通过为配网区域的DTU配置5G模组，使配网区域的DTU通过5G模组接入配网区域对应的本地5G核心网，以构建配网区域的5G网络；将配网区域内的带有联络点开关的DTU设为主机，将配网区域内不带有联络点开关的DTU设为从机，并分别为配网区域的每台DTU设置唯一编号信息，并在主机的编号信息中添加主机标识；配网区域的各个DTU对等通信，并通过各自的5G模组将各自的编号信息/接收到的其他DTU的编号信息传送给相邻两侧的DTU，以使得主机通过5G通信网络收集各个DTU的编号信息，从而快速识别出该配网区域的拓扑，实现配网区域的拓扑的自动识别。
实施例二：
实施例二是实施例的拓展实施例，其与实施例一的不同之处在于，对于配网区域拓扑识别方法进行了细化：
在本实施例中，公开了一种基于5G网络的配网区域拓扑识别方法，其包括：针对两电源一联络点线路系统，采用主从式结构，将带有联络点开关的DTU设定为主机，基于5G网络构建各节点之间的对等通信，通过每台DTU编号信息自动识别拓扑系统，当相应区域内发生故障时，配网区域保护系统能根据制定的策略进行综合判断、决策，实现故障定位、隔离及恢复供电功能，具体包括以下内容：
在DTU安装5G无线模组，通过承载网和传输网接入本地核心网实现基站互通，采用手拉手组网形式，即本节点的信息通过5G前端设备传送给相邻两侧的节点，再将信息逐步累加至主机，由主机装置汇集整个网络信息。采用5G LAN模式，通过UPF(用户面功能，UserPlane Function，是3GPP 5G核心网系统架构的重要组成部分，主要负责5G核心网用户面数据包的路由和转发相关功能。)设备下沉到网络边缘，靠近客户的终端设备并完成相应的LAN SWITCH(交换)功能，节约汇聚层以上的传输和交换时延；针对不同类型故障，采取相应故障处理策略。主干线路采用纵联差动保护，辅以拓扑识别，母线采用母差保护，支干线路采用过流保护。
其中，拓扑识别的主要步骤为：
(1)主干线路每台DTU设置唯一的编号信息，主机DTU的编号添加一个标志信息，以区分从机。
(2)第一次编号信息收集：所有DTU相互通过无线模块进行点对点通信，与电源直接连接的环网箱DTU收到一侧的DTU编号信息，其他DTU收到相邻两侧的DTU编号信息。
(3)第二次编号信息收集：给定一个搜索信号，搜索只收到单侧编号信息的DTU-1，将DTU-1编号传递给收到过其编号的DTU-2。DTU-2比较两次收到的编号信息，将第二次收集到的编号信息(DTU-1和DTU-2)，传递给第一次编号信息收集到的但第二次编号信息未收集到的DTU-3。
(4)以此类推，DTU-3将第二次收集到的编号信息(DTU-1，DTU-2，DTU-3)传递给第一次编号信息收集到的但第二次编号信息未收集到的DTU-4。
(5)当搜索到带有标志信息的主机DTU后，停止搜索，主干线路所有DTU编号信息按靠近电源点的顺序依次传递给主机DTU，主机DTU得知整条线路静态拓扑。
(6)动态拓扑识别：对于其中任何一个节点，将其两侧节点中靠近电源点一侧确定为上游，靠近开环点一侧确定为下游。
其中，所述5G网络通信通过承载网和传输网接入本地核心网实现基站互通，采用手拉手组网形式，即本节点的信息通过5G前端设备传送给相邻两侧的节点，再将信息逐步累加至主机，由主机装置汇集整个网络信息。
其中，针对不同类型故障，采取相应故障处理策略。主干线路采用纵联差动保护，辅以拓扑识别，母线采用母差保护，支干线路采用过流保护。
其中，主机通过通信网络收集各节点，识别出该区域的静态拓扑，从而得知联络点和电源点位置及各个环网箱编号及其IP信息。在动态拓扑识别时，对于其中任何一个节点，将其两侧节点中靠近电源点一侧确定为上游，靠近开环点一侧确定为下游。
其中，当线路发生故障后，采取故障处理策略，定位故障区域，并将故障区域相邻两侧开关跳闸，联络点收到相应处理信号，延时合闸，恢复故障区域供电。
其中，为保证系统运行的稳定性，联络点动作需满足以下条件：
(1)前提条件：线路断路器无异常，有且只有一个开环点，无检修开关。
(2)判断条件：只有以下条件均满足，且经过一定延时，才会将此开关判断为联络点。
1)线路通信正常；
2)本节点开关处于分位；
3)开环点两侧都有压；
4)不满足放电条件；
(3)放电条件：满足以下任一条件时，转供瞬间放电，不具备转供条件。
1)分布式FA退出；
2)开环点不具备合闸条件：弹簧未储能开入动作、控制回路断线等；
3)开环点两侧均无压，并经过一段延时；
4)开环点所在环网箱母线保护动作或失灵保护动作；
5)供电恢复动作；
在优选方案中，当投入分布式FA后，开关满足分闸条件，在失灵判断时间后未动作，发出开关拒动信号，启动失灵保护动作，拒动开关的上一级开关分闸。
实施例三
本实施例以附图1所示的线路拓扑图为实施例来介绍基于5G网络的配网区域拓扑自动识别及其保护系统构建。
如图1所示，搭建一个手拉手模式的线路拓扑图，采用5G网络构建各节点之间的对等通信，将3号环网箱DTU作为主机，其他为子机，开关5设定为联络点，主干线路配置纵联差动保护，辅以拓扑保护，母线配置母差保护，支干线路配置过流保护。
(1)5G网络通信
在DTU安装5G无线模组，采用5G LAN模式，点对点通信，通过UPF设备下沉到网络边缘，靠近客户的终端设备并完成相应的LAN SWITCH功能。本节点的信息通过5G前端设备传送给相邻两侧的节点，再将信息逐步累加至主机，由主机装置汇集整个网络信息。点对点通信的时延主要由终端上行时延、网络侧时延(UPF的交换时延)、终端下行时延组成，时延约为15-20ms。
(2)拓扑自动识别
如附图2所示，将每台环网箱DTU设置编号，主机DTU的编号信息添加一个标志位，区别从机。
第一次DTU编号收集结果为：
1号环网箱：收到本身和2号环网箱DTU信息(DTU1，DTU2)；
2号环网箱：收到本身和1号，3号环网箱DTU信息(DTU1，DTU2，DTU3)；
3号环网箱：收到本身和2号，4号环网箱DTU信息(DTU2，DTU3，DTU4)；
4号环网箱：收到本身和3号环网箱DTU信息(DTU3，DTU4)；
第二次DTU编号收集：
搜索只收到一侧环网箱DTU编号信息的DTU(DTU1，DTU4)；
1号环网箱将其DTU信息传递给可以收到信息的2号环网箱DTU，此时，2号环网箱收集到的DTU信息为DTU1，DTU2；
2号环网箱将其DTU信息传递给可以收到信息而第二次DTU编号收集未收到信号的3号环网箱DTU，此时，3号环网箱收集到的DTU信息为DTU1，DTU2，DTU3，3号环网箱DTU为主机，将停止搜索；
同理，3号也可以收集到4号环网箱DTU的信息，将收集信息整合，则得到主干线拓扑关系，并通过与电源点和联络点之间的相对位置关系，确定主干线开关的上下游关系。
(3)故障处理
主线故障：
如图1中(a)所示，若1号环网箱和2号环网箱之间母线发生故障，开关2和开关3通过5G网络通信得到相邻开关信号，纵联差动保护使开关2和开关3跳开，并将动作信息依次传递给主机，DTU收到故障隔离成功信号，并检测到联络点单侧失压后，联络点动作，合闸，恢复非故障区域供电。
若1号环网箱开关2在失灵判断时间后仍未动作，开关2发出拒动信号，开关1接收到拒动信号，判断开关2拒动，启动失灵保护动作，开关1跳闸。同时将开关1和开关3信号传递给主机，收到故障隔离成功信号，并检测到联络点单侧失压，联络点动作。
支线故障：
如图1中(b)所示，若1号环网箱支线发生故障，检测到馈线开关9有过流信号，启动支线过流保护，开关9跳闸，并将故障隔离成功信号通过5G网络传递给主机，由于主线无故障，联络点没有单侧失压信号，联络点不动作。
若1号环网箱开关9在失灵判断时间后仍未动作，开关9发出拒动信号，开关1和开关2接收到拒动信号，判断开关9拒动，启动失灵保护动作，开关1和开关2跳闸。同时将开关动作信号传递给主机，DTU收到故障隔离成功信号，并检测联络点单侧失压，联络点动作。
母线故障：
如图1中(c)所示，1号环网箱母线故障，启动母线保护动作，将本环网箱主干线路开关跳开，并将故障隔离成功信号传递给主机之后，主机DTU收到信号，并检测到联络点单侧，联络点开关合闸动作。
综上可知，本发明聚焦于城市配电网核心区，将区域保护控制技术、通信技术和配电自动化有机结合，实现线路拓扑自动识别，故障区段快速定位、隔离及非故障区域转供复电，极大程度上缩短了故障停电时间，提高了配电网运行效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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