一种多模馈线自动化培训系统及其运行特性缩比模拟方法

1.本发明涉及一种多模馈线自动化培训系统及其运行特性缩比模拟方法。


背景技术：

2.随着配电网自动化的发展，越来越多的馈线自动化设备投入电网使用，但是实用化程度不高。为了提升配电运维人员的专业技能，充分发挥馈线自动化设备和系统的优异性能，许多馈线自动化培训系统逐渐出现。馈线自动化培训系统主要针对配电自动化基础知识、fa的动作原理、终端参数配置、远动规约等方面展开培训，旨在增加学员的专业知识，提升学员的馈线自动化运维能力，使配电自动化建设落实到实际应用中。目前，对于fa培训系统的实现方式主要分为以下两种：
3.(1)数字式仿真fa培训系统：通过仿真软件对fa逻辑进行功能仿真，实现fa动作过程的展示，对学员进行培训。然而此种培训系统，可实现的fa模式有限，且培训过程脱离真实设备，培训方式不够生动直接，培训效果不佳。
4.(2)基于真实设备的fa培训系统：此种培训系统的基础是搭建一个真实的配电网架，并配置真实的一二次设备，对馈线自动化进行培训。然而此种培训系统则面临着系统正常运行态和故障运行态的切换问题，且系统配置不够灵活，延展性不强。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种多模馈线自动化培训系统及其运行特性缩比模拟方法，采用缩比方法模拟真实配电系统的系统运行特性，通过该仿真培训系统模拟真实系统的正常工况和故障工况。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种多模馈线自动化培训系统，包括模拟开关组、真实开关组、故障模拟模块、接地模拟模块；模拟开关组包括n个模拟开关，真实开关组包括与n个模拟开关相对应的n个真实开关，模拟开关的主回路与故障模拟模块、接地模拟模块连接，模拟开关的主回路还通过配电终端与真实开关连接，模拟开关的辅助回路与真实开关的遥控回路进行电气连接，以实现模拟开关与真实开关之间通过电气状态量的物理联动，其中n为大于等于1的自然数。模拟开关的两侧均配置与配电终端连接的电压互感器，每侧电压互感器分别与连接在模拟开关同侧三相导线中的相应相导线相连，用于采集模拟开关两侧的线电压，其中，一侧的电压互感器用于采集ab相线电压、另一侧电压互感器用于采集cb相线电压；在连接在模拟开关两侧或一侧的三相导线上各配置与配电终端连接的相电流互感器、零序电压互感器和零序电流互感器，相电流互感器用于采集三相电流，零序电压互感器用于采集零序电压，零序电流互感器用于采集零序电流；当发生故障时，多模馈线自动化培训系统将模拟开关的状态量直接反馈给配电终端，启动配电终端的fa逻辑，控制真实开关的分合闸，同时模拟开关随着真实开关同步动作，进而实现系统级的馈线自动化功能。
7.本发明还提供了一种上述所述的多模馈线自动化培训系统的运行特性缩比模拟
方法，包括如下步骤：
8.使用缩比模拟方法，用400v额定电压的多模馈线自动化培训系统模拟10kv额定电压的真实配电网架，根据计算得到的电压模拟比mv、功率模拟比m
p
、电流模拟比mi和阻抗模拟比mz选择系统设备和元件；
9.使用等比模拟思想进行接地模拟参数的计算，多模馈线自动化培训系统根据接地模拟模块投入的接地方式不同，实现系统级的不同接地方式运行特性的模拟；
10.使用等比模拟思想进行故障模拟参数的计算，当达到预设的故障时间时，在多模馈线自动化培训系统的预设的故障位置投入故障模拟模块，通过故障模拟模块模拟预设的故障类型；当发生故障后，多模馈线自动化培训系统把通过电压互感器、相电流互感器、零序电压互感器以及零序电流互感器采集的状态量直接反馈给配电终端，启动配电终端的fa逻辑，控制真实开关的分合闸，同时模拟开关随着真实开关同步动作，进而实现系统级的馈线自动化功能。
11.相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
12.(1)使用400v缩比模拟真实10kv网架，仿真系统具备原有系统的物理特性，仿真效果优于数字仿真。此外相比真型系统减少了大电流风险，减小了系统设备投资，具有一定的安全性和经济性；
13.(2)本发明提供的方法基于真实开关的状态量反馈，可以实现真实开关与模拟开关的物理联动，使两个开关同时动作，具有更好的培训展示效果；
14.(3)本发明提供的方法可实现系统级的不同接地方式运行特性的模拟，如不接地、小电阻接地、消弧线圈接地等；
15.(4)本发明提供的方法可实现多种故障工况运行特性的模拟，如不同接地电阻下的单相短路接地故障、相间短路故障模拟等；
16.(5)本发明提供的方法可实现不同接地方式和不同故障工况的组合运行，实现多种运行特性下的馈线自动化仿真和培训效果。
附图说明
17.图1是本发明一种多模馈线自动化培训装置的整体构架。
18.图2为模拟开关配置原理图。
19.图3为故障模拟模块原理图。
20.图4为接地模拟模块原理图。
具体实施方式
21.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
22.本发明一种多模馈线自动化培训系统，包括模拟开关组、真实开关组、故障模拟模块、接地模拟模块；模拟开关组包括n个模拟开关，真实开关组包括与n个模拟开关相对应的n个真实开关，模拟开关的主回路与故障模拟模块、接地模拟模块连接，模拟开关的主回路
还通过配电终端与真实开关连接，模拟开关的辅助回路与真实开关的遥控回路进行电气连接，以实现模拟开关与真实开关之间通过电气状态量的物理联动，其中n为大于等于1的自然数。
23.以下为本发明具体实例。
24.以典型的架空手拉手配电网架为例，对该网架进行缩比模拟，得到的馈线自动化缩比仿真培训系统的整体构架如图1所示。该馈线自动化缩比仿真培训系统由模拟开关组k1～k5、真实开关组s1～s5、故障模拟模块、接地模拟模块等组成。
25.馈线自动化缩比仿真培训系统采用400v电源等比模拟10kv真实系统，通过故障模拟模块和接地模拟模块的投入投出，实现不同故障工况和不同接地方式的运行特性模拟。通过模拟开关和真实开关的联动设计，实现仿真系统与真实系统的同时动作。
26.下面将对各个模块的功能原理进行详细介绍：
27.(1)系统缩比模拟原理
28.考虑到馈线自动化缩比仿真培训系统的具体应用情况，采用400v额定电压对真实10kv配网进行模拟。馈线自动化缩比仿真培训系统的额定电压选为400v，则电压模拟比10kv配网进行模拟。馈线自动化缩比仿真培训系统的额定电压选为400v，则电压模拟比
29.功率模拟比是配电网模拟系统设计要确定的主要参数，功率模拟比的选择，必须兼顾技术与经济两方面进行综合考虑。本馈线自动化缩比仿真培训系统选定功率模拟比m
p
＝1000，则有：
30.电流模拟比
31.阻抗模拟比
32.本发明提供的馈线自动化缩比仿真培训系统的设计按照上述电压模拟比mv、功率模拟比m
p
、电流模拟比mi和阻抗模拟比mz选择合适的系统设备和元件，如：隔离变压器、交流接触器、电阻、电容和电感等。
33.(2)真实开关和模拟开关的联动设计
34.馈线自动化缩比仿真培训系统的拓扑结构主要由模拟开关组成，模拟开关采用交流接触器，图1中的实线部分表示交流接触器的主回路，虚线部分表示交流接触器的辅助回路。每个交流接触器与实际的柱上开关或者环网柜对应，交流接触器的辅助回路通过控制电缆与真实开关的遥控线进行物理连接，这样就使得模拟开关和真实开关的开合实现物理联动。馈线自动化缩比仿真培训系统进行fa动作培训时主要对真实开关分合闸进行控制，当真实开关合闸时，交流接触器的辅助回路合位节点得电，控制交流接触器的主回路闭合；当真实开关分闸时，交流接触器的辅助回路分位节点得电，控制交流接触器的主回路开断。本发明中，模拟开关和真实开关之间是通过电气状态量实现物理联动，同步分合闸，无时滞。
35.为了实现馈线自动化功能，需要给配电终端提供相应的电压、电流等状态量，故将模拟开关周围配置电压互感器与电流互感器等，其原理如图2所示。模拟开关两侧均配置了电压互感器pt，每侧电压互感器pt分别与连接在模拟开关同侧三相导线中的相应相导线相连，用于采集模拟开关两侧的线电压，其中，一侧的电压互感器pt用于采集ab相线电压、另
一侧电压互感器pt则用于采集cb相线电压。在连接在模拟开关两侧或一侧的三相导线上各配置相电流互感器ct、零序电压互感器pt和零序电流互感器ct，相电流互感器ct用于采集三相电流，零序电压互感器pt用于采集零序电压，零序电流互感器ct用于采集零序电流。当发生故障时，馈线自动化缩比仿真培训系统把开入开出信号、电压电流等状态量直接反馈给配电终端，启动配电终端的fa逻辑，控制真实开关的分合闸，同时模拟开关随着真实开关同步动作，进而实现系统级的馈线自动化功能。
36.(3)故障模拟模块原理
37.馈线自动化缩比仿真培训系统的故障运行特性主要通过故障模拟模块实现。故障模拟模块可用于模拟配电网多种典型故障，如单相接地故障、短路故障等故障类型，且故障过渡电阻有级可调，此外，还可对故障合闸角进行精确控制，故障合闸角可在0～360
°
连续可调。故障模拟模块主要由合闸角控制器、短路故障模拟子模块、接地故障模拟子模块、多态故障模拟控制器等组成，其原理如图3所示。
38.如图3所示，合闸角控制器主要实现故障相的选择、故障初相角的控制。短路故障模拟子模块主要由短路故障模拟电阻以及对应的交流接触器组成，主要用于短路故障的模拟。接地故障模拟子模块主要由接地故障模拟电阻以及对应的交流接触器组成，主要用于单相接地故障的模拟。多态故障模拟控制器主要实现故障类型的模拟以及故障过渡电阻的选择。其中，馈线自动化缩比仿真培训系统中的故障电流按照实际配电网中的故障电流值进行缩比计算，故障过渡电阻根据故障电流和系统电压进行合理配置。
39.在实现系统级馈线自动化培训时，需要将故障模拟模块投入到馈线自动化缩比仿真培训系统的相应故障位置，通过设置故障类型和故障参数，使馈线自动化缩比仿真培训系统发生故障。馈线自动化缩比仿真培训系统随着故障的发生产生相应的电气状态量，基于状态量反馈实现馈线自动化过程的仿真培训与功能验证。
40.(4)接地模拟模块原理
41.馈线自动化缩比仿真培训系统可以通过接地模拟模块实现不同接地方式运行特性的模拟。接地模拟模块主要用于解决当前配电网仿真培训系统中性点接地方式单一、不能实现不同中性点接地方式场景的灵活构建等问题。培训实验时，利用接地模拟模块，无需更改接线，通过上位机远程操作即可实现不同中性点接地方式的灵活切换。
42.如图4所示，接地模拟模块主要由z型接地变压器、小电阻接地模块、消弧线圈接地模块、交流接触器、多模接地故障控制器等组成，其具体原理图如图4所示。z型接地变压器主要用于构建中性点；小电阻接地模块主要用于模拟小电阻接地系统；消弧线圈接地模块主要用于模拟消弧线圈接地系统，且实现消弧线圈补偿容流的功能；多模接地故障控制器是接地模拟模块的核心，主要实现对多种接地方式的灵活切换。
43.其中，接地变压器、小电阻和消弧线圈等元器件的参数根据实际系统进行缩比计算得到。当交流接触器s1断开，馈线自动化缩比仿真培训系统为不接地方式运行；当交流接触器s1和s2闭合，交流接触器s3断开时，馈线自动化缩比仿真培训系统为小电阻接地方式运行；当交流接触器s1和s3闭合，交流接触器s2断开时，馈线自动化缩比仿真培训系统为消弧线圈接地方式运行。
44.基于上述所述的多模馈线自动化培训系统的运行特性缩比模拟方法，包括如下步骤：
45.步骤s1、使用等比模拟的思维进行仿真系统参数的计算，搭建与真实10kv配电网网架一致的仿真网架；
46.步骤s2、模拟开关的辅助回路与真实开关的遥控回路进行电气物理连接，实现真实开关与模拟开关的无时滞联动开合；
47.步骤s3、使用等比模拟思想进行接地模拟参数的计算，根据接地模拟模块投入的接地方式不同，实现系统级的不同接地方式运行特性的模拟，如不接地、小电阻接地、消弧线圈接地等；
48.步骤s4、使用等比模拟思想进行故障电流、故障过渡电阻等模拟参数的计算，通过设置故障位置、故障类型和故障时间实现系统级的故障工况运行特性的模拟；
49.步骤s5、使用该仿真系统开展馈线自动化培训。通过设置接地模拟模块和故障模拟模块实现多种工况组合运行方式下的馈线自动化培训。
50.以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。