专利名称：10kV数字化配电室仿真培训系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种仿真培训系统，尤其涉及一种IOkV数字化配电室仿真培训系统。
背景技术：
随着智能电网的发展，对智能配电、用电系统提出了更高的技术要求，IOkV数字化或智能化配电室近期得到了广泛的运用。传统的IOkV配电室不具备数字化设备和远程实时监控的能力，因此传统配电室的运行、检修人员都需要对新的数字化技术进行再培训，以适应新的满足智能配电要求的数字化配电室运行维护需求。虽然现阶段国内已有一些针对IOkV配电室的仿真系统，但是都是在高低压开关柜的基础上附加使用所谓的硬件故障模拟器和程控负载源来实现的。这些设计方法都存在安全性低、成本高、真实度差、灵活性差和调试复杂等缺陷，并且也不全是数字化设备，不符合智能电网的发展趋势要求。国外对数字化配电室的仿真主要使用了纯软件模式，例如通过时分复用访问的数据库对配电室进行在线执行和模拟操作使用等。这种方法存在缺乏真实感，不具备视觉直观和操作逼真效果的问题。因此，针对上述问题有必要开发具有较高现场模拟度、操作逼真、低成本的IOkV数字化配电室仿真培训系统，采用智能化设备和数字化技术，在指导学生完成IOkV配电室电气运行过程中的操作规程、故障处理、配电管理等方面课程的基础上，还要保证现场教学操作过程中的安全性。
实用新型内容本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种IOkV数字化配电室仿真培训系统。本实用新型的目的通过以下技术方案来实现:IOkV数字化配电室仿真培训系统，包括有仿真控制装置，其中:所述的仿真控制装置通过网络通讯组件连接前置控制装置，所述的前置控制装置通过现场总线连接有现场操作装置，所述的前置控制装置为数据采集柜，所述的数据采集柜内设置有通讯管理机，所述通讯管理机上设置有网络通讯端口与现场总线通讯端口，所述的现场操作装置包括有高压柜与低压柜。进一步地，上述的IOkV数字化配电室仿真培训系统，其中:所述的高压柜内设置有现场总线，所述的现场总线上设置有通讯接口，所述的通讯接口上分别连接有中压综保模块与数字仪表模块。更进一步地，上述的IOkV数字化配电室仿真培训系统，其中:所述的低压柜内设置有现场总线，所述的现场总线上设置有通讯接口，所述的通讯接口上分别连接有智能框架断路器、智能塑壳断路器、数字仪表模块、智能无功补偿控制器。[0012]更进一步地，上述的IOkV数字化配电室仿真培训系统，其中:所述的数据采集柜设置有触控显示屏，所述的触控显示屏通讯端口与通讯管理机相连。更进一步地，上述的IOkV数字化配电室仿真培训系统，其中:所述的仿真控制装置包括有仿真培训主机，所述仿真培训主机上设置有以太网通讯接口与网络通讯接口，所述的网络通讯接口通过网线与前置控制装置相连，所述网线上连接有交换机。更进一步地，上述的IOkV数字化配电室仿真培训系统，其中:所述的仿真培训主机上连接有液晶显示器。更进一步地，上述的IOkV数字化配电室仿真培训系统，其中:所述的仿真培训主机上连接有打印机。再进一步地，上述的IOkV数字化配电室仿真培训系统，其中:所述的现场总线为屏蔽型双绞线。本实用新型技术方案的优点主要体现在:I)软硬件一体化仿真技术和基于虚拟采样的参数仿真技术:本系统采用了智能二次设备与仿真软件一体化仿真技术，特别定制智能二次设备以支持仿真软件对其电气运行参数进行仿真调整，再通过向导式课件和故障仿真功能来实现场景仿真。智能设备不再从互感器上进行数据采样，而是接收后台仿真软件通过现场总线通讯技术发送的虚拟采样数据作为测量参数，并实现与互感器采样相同的保护、控制和报警功能。与现有仿真技术相比较，该技术具有明显创新和优势:与纯软件模式相比较，解决了缺乏真实感，不具备视觉直观和操作逼真效果的问题；与全实物加负载系统模式相比较，又解决了造价高，安全性、可维护性、可扩展性和适应性差的问题。2)在实现仿真培训功能的同时，提供了选择性区域连锁保护和需量保护、变压器经济运行、电能质量监测、自动无功补偿以及设备管理维护等功能，保证学员在受训的同时感受当前最前沿的技术，符合智能配电发展 方向。3)仿真与管理并举，系统在实现电气运行仿真培训的同时也兼顾了数字化配电室监控管理功能的培训，适应新时期智能配电的需求。4)节约成本，减少占地面积:软硬件一体化仿真技术摒弃了造价高昂、占用额外空间的信号发生器和负载系统，节约了成本，减少了占地面积，同时使得培训环境更为简洁、真实。5)工程集成和调试更为便捷:由于使用了全数字化方案，硬件接线、系统调试以及培训课件制作更为快速简便，系统具有更好的可维护性。
本实用新型的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本实用新型技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。图1是本IOkV数字化配电室仿真培训系统的构造示意图。
I I数据采集柜|2 I通讯管理机
3高压柜_4低压柜_
~现场总线—~智能框架断路器
7智能塑壳断路器_8数字仪表模块
9智能无功补偿控制器10中压综保模块
11仿真培训主机_12以太网通讯接口
通讯接口TI网线
15液晶显示器_16打印机_
17|触控显示屏|l8|交换机具体实施方式
如图1所示的IOkV数字化配电室仿真培训系统，包括有仿真控制装置，其与众不同之处在于:本实用新型所采用的仿真控制装置通过网络通讯组件连接前置控制装置，前置控制装置通过现场总线5连接有现场操作装置。具体来说，前置控制装置为数据采集柜I，在数据采集柜I内设置有通讯管理机2。同时，为了便于数据通讯便利，同时可以有效引入外接其他系统的模拟数据，通讯管理机2上设置有网络通讯端口与现场总线5通讯端口。并且，考虑到适应实际操作的拟真环境，采用的现场操作装置包括有高压柜3与低压柜4。就本实用新型一较佳的实施方式来看，从整体仿真模拟的教学便利程度考虑，在高压柜3内设置有现场总线5，现场总线5上设置有通讯接口，通讯接口上分别连接有中压综保模块10与数字仪表模块8。与之对应的是，本实用新型采用的低压柜4内也同样设置有现场总线5，通过现场总线5上设置有通讯接口，分别连接有智能框架断路器6、智能塑壳断路器7、数字仪表模块8、智能无功补偿控制器9。由此，能够从最大程度上实现真正的现场工作状况仿真，利于教学和实际模拟操作。具体来说，为配合仿真软件实现全功能的仿真培训，必须对数字化配电室中的所有智能二次设备进行改造定制，主要思路是在保持已有设备保护、控制等功能不变的基础上使得该设备不再从互感器上进行数据采样，而是使用基于虚拟采样的参数仿真技术，支持仿真软件对其电气运行参数进行仿真调整，包括可整定参数和所有电流、电压等电气测量参数，显然可省去信号发生器和所谓的负载系统。采用数字仪表模块8，可配合仿真运行系统，并直观显示模拟的电气回路运行参数，同时可以接收仿真运行软件的指令，将给定的电气参数醒目地显示出来，以便学员观察和体会。采用中压微机综合保护装置，能够接收仿真运行软件的指令，根据指令模拟展示各种电气运行参数、保护特性和控制功能，实现故障模拟。采用智能框架断路器6和智能塑壳断路器7，能够接收仿真运行软件的指令，根据指令仿真各种电气运行参数、保护特性和控制功能，实现故障模拟。采用智能无功补偿综合控制，能够接收仿真运行软件的指令，根据指令仿真各种低压无功补偿状态，使学员能动态直观的了解无功补偿的原理和意义以及实施无功补偿过程中对电气运行状态的影响。进一步来看，为了便于对现场环境进行及时监控和快速配置，数据采集柜I设置有触控显示屏17，触控显示屏17通讯端口与通讯管理机2相连。为了便于擦空，可以采用12寸工业可触摸液晶显示屏。再进一步来看，为了能够模拟不同的工作环境，提高仿真教学与实际操作的结合，采用的仿真控制装置包括有仿真培训主机11。具体来说，该仿真培训主机11上设置有以太网通讯接口 12与网络通讯接口 13，网络通讯接口 13通过网线14与前置控制装置相连。同时在网线14上连接有交换机18，提供不同的数据交流渠道。当然，考虑到实现及时的仿真状态切换，在主机内设置有仿真软件。并且，为了及时知晓当前仿真培训主机11的状态，仿真培训主机11上连接有液晶显示器15。并且，考虑到能够及时想操作信息和各种配置信息向外输出，便于后续的教学，在仿真培训主机11上连接有打印机16。再者，考虑到防止出现不必要的信号干扰，提高仿真操控的真实性，现场总线5为屏蔽型双绞线。由此，通过现场总线5与相关设备模块进行最佳的通讯，实现各电气回路运行数据上传及控制命令下发。结合本实用新型的实际使用情况来看，仿真软件采用了基于组件的软件开发技术，在总体上由三个层次组成:通信层、数据层和应用层。通信层包含数据通信组件和分布式中间件平台，完成与智能设备的现场总线通信和数据交换；数据层包含实时数据库和历史数据库，其中实时数据库是整个软件系统的数据存储、处理和交换中心，历史数据库则使用了商业数据库(SQL Server 2008);应用层是仿真软件的所有应用的集合，包括实时监控、向导式课件、故障仿真、用电管理仿真、操作票模拟开票、考评管理、定值管理和设备管理等组件。应用层组件是教师与学员的人机交互接口。通过故障仿真和向导式课件组件，教师能够模拟配电室电气运行的正常状态和故障状态，指导学员完成操作规程、故障处理、配电管理等方面的课程。具体来说，在实际操作中可以实现如下功能:配电监控管理实现的功能，包括:实时监控:系统监控界面主要以电气一次系统图或柜面布置图的形式体现，实现对现场各个电气回路的状态监视，同时辅以文本和按钮实现相应回路的电气参数的监测和实现在对现场设备的分/合闸遥控操作。故障/报警监视:S0E、状态变化报警、人工操作、工况投退、条件报警和变量报警。数据管理:包括实时数据字典、历史数据字典、负荷分析、故障分析、数据转储等功能。报表功能:用户可根据需要定制报表的格式(日报表、月报表、年报表)，可用表格、柱状图等多种形式体现，也可以定时打印、存档及导出。系统管理:实现网络管理和运行日志。安全管理:包括用户管理和交接班管理。数据共享和应用集成功能:将本系统的数据通过CIS、0PC Server.MODBUS Server等方式发布给其他的应用系统，便于与其他电力自动化系统应用集成。设备管理维护功能:将与数字化配电室有关的技术资料储存在系统中；实时监测设备维护参数(例如操作机构寿命)，当设备老化或者故障时及时报警；记录设备维护(更换、新增或者修理)历史信息，方便查询。另外实现了设备状态在线监测:对开关触头、母排连接点、电缆连接点、变压器绕组等重点故障易发部位进行温度监测，早期发现故障隐患，及时通报电气检修人员，以提前安排报修维护，杜绝累积事故的发生。仿真培训实现的功能，包括:参数仿真:为了支持教学课程，系统中所有二次设备(综保、仪表、智能控制器)支持系统软件对其电气运行参数进行仿真调整，包括可整定参数和所有电流、电压等测量参数。向导式课件:根据教学需要制作各种向导式课件，采用图形化窗口指导学生按步骤完成学习任务。场景仿真:仿真培训软件配合实际带电运行的开关柜和电气元器件，可仿真配电室电气运行状态，包括正常运行状态和故障状态。可仿真的场景包括:(I)正常运行，负载在0.5,0.8、1.0倍等情况下的运行状态；(2)变压器过负荷运行(例如负载在1.1倍，20s)，变压器状态变化模拟，包括油温、变压器声音等；(3)故障仿真与处理:根据教学需要调动现场电气设备模拟各种故障状况，然后指导学生进行故障处理。可仿真的故障类型包括但不限于以下几种:低压出线开关跳闸(瞬动、长延时、接地)、低压进线开关跳闸(长延时、短延时、瞬动、接地)、变压器进线开关跳闸、高压进线或者母联开关跳闸等。(4)双电源切换仿真。自动电压无功补偿过程仿真:在给定的电气环境中模拟自动电容投切，并显示无功补偿过程中的各项电气参数的变化状况。变压器经济运行模拟:用于具有两台及以上配电变压器的配电室。根据变压器的容量、负荷大小进行计算，模拟自动按变压器经济运行的方式投切变压器。操作票开票模拟:模拟操作票开票流程，并根据工作内容按步骤实施模拟操作，操作过程中与现场电气设备实现真实互动。用电管理仿真:测量并记录进线回路和各出线回路的用电负荷以及电能使用情况(由于没有负载，因此将数据按既定规律仿真)，提供用电报表(日报、月报、年报)，并使用负荷曲线来比较指定周期时间内的负荷使用状况，便于负荷分析和负荷估计。学员考评管理:提供学员操作技能考评管理功能。当输入学员相关信息后，教师可从试题库中随机抽取试题对学员进行考评，并对考评过程计时。学员考评完成后，教师根据考评结果进行计分，并存入考评结果数据库，最后打印考评结果。支持对考评结果的查询和打印功能。通过上述的文字表述可以看出，采用本实用新型后，有如下优点:I)软硬件一体化仿真技术和基于虚拟采样的参数仿真技术:本系统采用了智能二次设备与仿真软件一体化仿真技术，特别定制智能二次设备以支持仿真软件对其电气运行参数进行仿真调整，再通过向导式课件和故障仿真功能来实现场景仿真。智能设备不再从互感器上进行数据采样，而是接收后台仿真软件通过现场总线通讯技术发送的虚拟采样数据作为测量参数，并实现与互感器采样相同的保护、控制和报警功能。与现有仿真技术相比较，该技术具有明显创新和优势:与纯软件模式相比较，解决了缺乏真实感，不具备视觉直观和操作逼真效果的问题；与全实物加负载系统模式相比较，又解决了造价高，安全性、可维护性、可扩展性和适应性差的问题。2)在实现仿真培训功能的同时，提供了选择性区域连锁保护和需量保护、变压器经济运行、电能质量监测、自动无功补偿以及设备管理维护等功能，保证学员在受训的同时感受当前最前沿的技术，符合智能配电发展方向。3 )仿真与管理并举，系统在实现电气运行仿真培训的同时也兼顾了数字化配电室监控管理功能的培训，适应新时期智能配电的需求。4)节约成本，减少占地面积:软硬件一体化仿真技术摒弃了造价高昂、占用额外空间的信号发生器和负载系统，节约了成本，减少了占地面积，同时使得培训环境更为简洁、真实。5 )工程集成和调试更为便捷:由于使用了全数字化方案，硬件接线、系统调试以及培训课件制作更为快速简便，系统具有更好的可维护性。
权利要求1.1OkV数字化配电室仿真培训系统，包括有仿真控制装置，其特征在于:所述的仿真控制装置通过网络通讯组件连接前置控制装置，所述的前置控制装置通过现场总线连接有现场操作装置，所述的前置控制装置为数据采集柜，所述的数据采集柜内设置有通讯管理机，所述通讯管理机上设置有网络通讯端口与现场总线通讯端口，所述的现场操作装置包括有高压柜与低压柜。
2.根据权利要求1所述的IOkV数字化配电室仿真培训系统，其特征在于:所述的高压柜内设置有现场总线，所述的现场总线上设置有通讯接口，所述的通讯接口上分别连接有中压综保模块与数字仪表模块。
3.根据权利要求1所述的IOkV数字化配电室仿真培训系统，其特征在于:所述的低压柜内设置有现场总线，所述的现场总线上设置有通讯接口，所述的通讯接口上分别连接有智能框架断路器、智能塑壳断路器、数字仪表模块、智能无功补偿控制器。
4.根据权利要求1所述的IOkV数字化配电室仿真培训系统，其特征在于:所述的数据采集柜设置有触控显示屏，所述的触控显示屏通讯端口与通讯管理机相连。
5.根据权利要求1所述的IOkV数字化配电室仿真培训系统，其特征在于:所述的仿真控制装置包括有仿真培训主机，所述仿真培训主机上设置有以太网通讯接口与网络通讯接口，所述的网络通讯接口通过网线与前置控制装置相连，所述网线上连接有交换机。
6.根据权利要求5所述的IOkV数字化配电室仿真培训系统，其特征在于:所述的仿真培训主机上连接有液晶显示器。
7.根据权利要求5所述的IOkV数字化配电室仿真培训系统，其特征在于:所述的仿真培训主机上连接有打印机。
8.根据权利要求1所述的IOkV数字化配电室仿真培训系统，其特征在于:所述的现场总线为屏蔽型双绞线。
专利摘要本实用新型涉及一种10kV数字化配电室仿真培训系统，包括有仿真控制装置，其特点是仿真控制装置通过网络通讯组件连接前置控制装置，前置控制装置通过现场总线连接有现场操作装置，前置控制装置为数据采集柜。同时，数据采集柜内设置有通讯管理机，在通讯管理机上设置有网络通讯端口与现场总线通讯端口，现场操作装置包括有高压柜与低压柜。由此，实现了软硬件一体化仿真技术和基于虚拟采样的参数仿真技术。在实现仿真培训功能的同时，保证学员在受训的同时感受当前最前沿的技术，符合智能配电发展方向。并且，仿真与管理并举，节约成本，减少占地面积。再者，工程集成和调试更为便捷。
文档编号G09B23/18GK203013082SQ20122070548
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者吴琦, 陈丁剑, 韩彦召 申请人:安徽省电力公司培训中心, 苏州万龙电气集团股份有限公司