一种高效的低压配电物联网实景仿真培训系统的制作方法

1.本发明涉及物联网实景仿真培训系统技术领域，具体为一种高效的低压配电物联网实景仿真培训系统。


背景技术：

2.随着配电物联网持续深化建设，低压配电台区面临海量低压智能终端的接入，低压智能终端种类数量更多、性能配置偏低，而且由于前期低压配电台区建设缺乏高度重视，存在设备标准化程度低、终端安装调试工作量大等诸多问题，使得低压配电台区现场对安装调试、运行维护、试验检修人员的需求量迅速增大，对低压配电人员的能力水平提出了更高的要求。目前的低压配电培训装置主要针对低压配电装表接线、故障排查等常规断路器、电能表为主的传统配电网，对于新接入的低压智能终端尚无相关培训产品。
3.为此，我们提出一种高效的低压配电物联网实景仿真培训系统。


技术实现要素：

4.鉴于上述和/或现有一种高效的低压配电物联网实景仿真培训系统中存在的问题，提出了本发明。
5.因此，本发明的目的是提供一种高效的低压配电物联网实景仿真培训系统，能够解决上述提出现有的问题。
6.为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
7.一种高效的低压配电物联网实景仿真培训系统，包括仿真培训系统，所述仿真培训系统包括电源系统、模拟一次系统、通信系统、二次控制系统和配电物联网监控培训系统，所述模拟一次系统与所述通信系统通信连接，所述二次控制系统和所述配电物联网监控培训系统均与所述通信系统通信连接以进行信息交互，所述模拟一次系统用于模拟真实低压配电物联网一次运行场景，所述二次控制系统用于对所述模拟一次系统的模拟过程进行控制，所述配电物联网监控培训系统用于进行系统运行特性培训并对所述二次控制系统进行监控，所述电源系统与所述模拟一次系统电连接进行供电。
8.可选的，所述模拟一次系统包括剩余电流保护断路器、电容器组、智能电表、智能微断装置、负载模拟装置和故障发生装置，所述剩余电流保护断路器连接在模拟配电线路中，用于对所述模拟配电线路中的剩余电流进行保护，所述电容器组并联在系统母线处，用于对所述模拟一次系统进行无功补偿，所述智能电表串联在所述模拟配电线路中，用于监测所述模拟配电线路中下游线路的用电情况，所述负载模拟装置串联在所述配电模拟线路末端，用于在所述配电模拟线路中模拟现场负载有功无功出力，所述故障发生装置并联在所述模拟配电线路中，用于模拟现场发生的真实故障，所述智能微断装置连接在所述模拟配电线路末端和所述负载模拟装置上游之间，用于对所述模拟配电线路进行保护。
9.可选的，所述二次控制系统包括融合终端、配电物联网综合柜、隔离变压器柜、故障模拟柜、负载模拟柜、配电物联网仿真培训软件模块、线路模拟柜、能馈负载柜和光伏模
拟柜，所述融合终端用于采集低压配电物联网中智能设备模拟量信息，并通过所述通信系统将所述模拟量信息上传至所述配电物联网监控培训系统，所述隔离变压器柜用于对低压配电物联网台区进行电气隔离，所述故障模拟柜用于模拟低压配电网物联网的低压故障，所述负载模拟柜和所述能馈负载柜用于为所述模拟低压配电物联网提供模拟负载，所述光伏模拟柜用于模拟光伏分布式电源在所述模拟低压配电物联网的输出特性，以丰富低压配电物联网的运行场景；所述线路模拟柜用于模拟真实运行环境下的所述模拟低压配电物联网中配电线路运行特性，所述配电物联网仿真培训软件模块用于接收所述融合终端上传的模拟量信息，并通过下发指令至所述故障模拟柜、所述负载模拟柜和所述光伏模拟柜，以控制所述故障模拟柜的故障设置、设置所述负载模拟柜和所述能馈负载柜的有功无功功率、调节所述光伏模拟柜的输出功率。
10.可选的，所述模拟量信息包括电压信息和电流信息，所述低压故障包括两相短路、三相短路，两相短路接地、单相接地、漏电、过压欠压中的至少一种，所述模拟负载包括三相负载、单相负载和能馈式负载中的至少一种。
11.可选的，所述配电物联网监控培训系统包括系统原理培训模块、融合终端监控模块、培训场景管理模块和app功能展示模块，所述系统原理培训模块用于对所述模拟一次系统的运行特性进行培训，所述融合终端监控模块通过串口或者网口将所述融合终端接入培训工作站，并对所述融合终端采集的信息进行展示，所述培训场景管理模块用于对培训场景一键下发和管理，所述app功能展示模块通过所述配电物联网仿真培训软件模块与所述故障模拟柜、所述负载模拟柜、所述光伏模拟柜通信连接，以用于实现负荷专供、保护功能验证、分布式能源协同优化、电能质量治理、停复电事件上报。
12.可选的，所述系统原理培训模块包括配电物联网基础培训单元、终端设备原理培训单元和通信协议培训单元。
13.可选的，所述融合终端监控模块还用于配电台区网架设置。
14.可选的，所述培训场景管理模块管理的培训场景包括电能质量治理场景、故障场景和负载场景。
15.可选的，所述app功能展示模块包括拓扑识别、线损计算和故障研判。
16.与现有技术相比：
17.本发明具有以下特点：
18.1.本系统搭建低压配电物联网真实终端设备、通信系统和监控系统，包含实际融合终端、剩余电流保护断路器、智能电能表、集中器、低压分路监测终端等智能台区真实终端设备，模拟低压配电网真实运行过程，利用低压台区真实的智能终端设备，让学员对智能终端设备的工作原理、通信协议、连接方式、应用功能有切身的体验，对低压配电物联网有整体的认识；
19.2.本系统可实现配电典型故障的模拟，可以在低压台区三级配电各层级处添加短路与接地故障，接地故障主要模拟tt接地系统常见的设备碰壳接地故障，接地漏电电阻有级可调，同时可模拟tn接地系统碰壳故障，接地电阻有级可调，实现低压配电真实故障电气特性；
20.3.本系统不仅可以模拟常见的低压接地故障，还可模拟正常负荷电流，通过低压感性负载模拟接入，可实现低压台区功率因数低、三相负载不平衡、过负荷等低压台区用电
场景模拟；
21.4.本系统可以设置低压配电三级剩余电流保护，一级、二级、三级均可设置剩余电流保护与故障模拟，通过融合终端或本地设置剩余电流保护值、动作时间等参数，实现三级剩余电流保护异常处理仿真培训与教学；
22.5.本系统可实现低压台区终端设备的真实一次接线与通信连接，可展示低压终端设备多种通信连接方式，开展通信协议的仿真培训；
23.6.本系统具备完善的低压台区高级应用app安装与功能展示，可实现低压网络拓扑管理、台区及相位识别、电能质量治理、低压故障研判等场景模拟与应用功能过程培训；
24.7.本系统可配套监控管理系统，利用监控管理系统可实现场景的快速构建与应用场景展示；
25.8.系统仅需极少的专业人员即可开展培训，培训与考核众多学员，大幅提高培训效率，大大减小培训考核工作的人力、物力和财力的投入。
附图说明
26.图1为本发明所述高效的低压配电物联网实景仿真培训系统的整体结构图。
27.图2为本发明所述高效的低压配电物联网实景仿真培训系统的结构框图。
28.图3为本发明所述高效的低压配电物联网实景仿真培训系统中电源系统的结构框图。
29.图4为本发明所述高效的低压配电物联网实景仿真培训系统中模拟一次的结构框图。
30.图5为本发明所述高效的低压配电物联网实景仿真培训系统中二次控制系统的结构框图。
31.图6为本发明所述高效的低压配电物联网实景仿真培训系统中配电物联网监控培训系统的结构框图。
具体实施方式
32.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
33.本发明提供一种高效的低压配电物联网实景仿真培训系统，请参阅图1-图6，包括仿真培训系统1，所述仿真培训系统1包括电源系统2、模拟一次系统3、通信系统4、二次控制系统5和配电物联网监控培训系统6，所述模拟一次系统3与所述通信系统4通信连接，所述二次控制系统5和所述配电物联网监控培训系统6均与所述通信系统4通信连接以进行信息交互，所述模拟一次系统3用于模拟真实低压配电物联网一次运行场景，所述二次控制系统5用于对所述模拟一次系统3的模拟过程进行控制，所述配电物联网监控培训系统6用于进行系统运行特性培训并对所述二次控制系统5进行监控，所述电源系统2与所述模拟一次系统3电连接进行供电。
34.在本实施例中，所述仿真培训系统通过模拟低压配电物联网网络，搭建真实的一次系统和二次控制系统，仿真真实运行环境下的低压配电物联网，利用配电物联网监控培训系统的模块化设定完成一次系统的信息采集，场景管理，二次系统的通信交互，高级应用
的功能展示，进而完成低压配电物联网的实景仿真培训。
35.其中，所述电源系统2是提供仿真低压配电网的安全电源，保证了人员安全和电网运行真实仿真，其中，供电电源为ac380v，额定功率为100kva，工作环境温度为-10℃～+40℃，存储环境温度为-20℃～+70℃，湿度为≤90％无凝结。
36.在一些实施例中，所述模拟一次系统3包括剩余电流保护断路器、电容器组、智能电表、智能微断装置、负载模拟装置和故障发生装置，所述剩余电流保护断路器连接在模拟配电线路中，用于对所述模拟配电线路中的剩余电流进行保护，所述电容器组并联在系统母线处，用于对所述模拟一次系统3进行无功补偿，所述智能电表串联在所述模拟配电线路中，用于监测所述模拟配电线路中下游线路的用电情况，所述负载模拟装置串联在所述配电模拟线路末端，用于在所述配电模拟线路中模拟现场负载有功无功出力，所述故障发生装置并联在所述模拟配电线路中，用于模拟现场发生的真实故障，所述智能微断装置连接在所述模拟配电线路末端和所述负载模拟装置上游之间，用于对所述模拟配电线路进行保护。
37.在本实施例中，所述模拟一次系统3用于复现真实低压配电物联网一次运行场景，包括上述低压配电物联网一次系统中的典型设备。具体的，模拟一次系统3搭建简易的低压配电仿真网络，利用电源系统，模拟真实配电网运行情况，利用故障发生装置模拟不同接地方式的常见低压故障，利用剩余电流保护断路器、电能表、低压分路监测终端、智能电容器等终端设备构建低压物联网台区网络，利用灯带反映台区的带电指示，直观反映断路器故障处理结果；
38.模拟一次系统3中的智能电表是智能电网数据采集的基本设备之一，承担着原始电能数据采集、计量和传输的任务，是实现信息集成、分析优化和信息展现的基础，智能电表除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用它还具有双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等智能化的功能。
39.剩余电流保护断路器可实现模拟配电线路中剩余电流的保护功能，线路中剩余电流一旦超过保护定值，剩余电流保护断路器跳闸切断下游供电，防止出现人身和设备安全问题，该设备串联在线路中。
40.通信系统4是提供模拟设备、融合终端与监控培训系统的通信。
41.在一些实施例中，所述二次控制系统5包括融合终端、配电物联网综合柜、隔离变压器柜、故障模拟柜、负载模拟柜、配电物联网仿真培训软件模块、线路模拟柜、能馈负载柜和光伏模拟柜，所述融合终端用于采集低压配电物联网中智能设备模拟量信息，并通过所述通信系统4将所述模拟量信息上传至所述配电物联网监控培训系统6，所述隔离变压器柜用于对低压配电物联网台区进行电气隔离，所述故障模拟柜用于模拟低压配电网物联网的低压故障，所述负载模拟柜和所述能馈负载柜用于为所述模拟低压配电物联网提供模拟负载，所述光伏模拟柜用于模拟光伏分布式电源在所述模拟低压配电物联网的输出特性，以丰富低压配电物联网的运行场景；所述线路模拟柜用于模拟真实运行环境下的所述模拟低压配电物联网中配电线路运行特性，所述配电物联网仿真培训软件模块用于接收所述融合终端上传的模拟量信息，并通过下发指令至所述故障模拟柜、所述负载模拟柜和所述光伏模拟柜，以控制所述故障模拟柜的故障设置、设置所述负载模拟柜和所述能馈负载柜的有
功无功功率、调节所述光伏模拟柜的输出功率，所述配电物联网综合柜分别与线路模拟柜、负载模拟柜、能馈负载柜、光伏模拟柜、融合终端电连接，完成所述线路的故障模拟功能，所述交换机、所述培训工作站和所述配电物联网仿真培训软件模块组成上位机监控系统，并通过串口或者网口与所述融合终端通信实现信息管理。
42.所述模拟量信息包括电压信息和电流信息，所述低压故障包括两相短路、三相短路，两相短路接地、单相接地、漏电、过压欠压中的至少一种，所述模拟负载包括三相负载、单相负载和能馈式负载中的至少一种。
43.具体的，融合终端采集低压配电物联网中智能设备的电压、电流等模拟量信息，并上传至配电物联网监控培训系统6，对仿真培训系统中的信息进行综合管理，隔离变压器柜对低压配电物联网台区进行电气隔离，故障模拟柜可模拟低压配电物联网典型的低压故障，包括两相短路、三相短路，两相短路接地、单相接地、漏电、过压欠压等故障；负载模拟柜和能馈负载柜主要为仿真配电物联网提供有效的负载模拟，可模拟三相负载，单相负载和能馈式负载；配电物联网仿真培训软件可接收融合终端上传的模拟量信息，并通过下发指令控制故障模拟柜的故障设置、设置负载模拟柜能馈负载柜的有功无功功率、调节光伏模拟柜的输出功率；光伏模拟柜主要模拟光伏分布式电源在低压配电物联网的输出特性，丰富低压配电物联网的运行场景；线路模拟柜可模拟真实运行环境下的输配电线路运行特性。
44.配电物联网综合柜通过一进n出的环网箱下挂线路模拟柜、负载模拟柜、能馈负载柜和光伏模拟柜，融合终端接入进线端二次侧，出线端任一一条线路可串接故障模拟柜，完成本条线路的故障模拟功能，交换机、培训工作站和配电物联网仿真培训软件组成上位机监控系统，与下游融合终端通过网口或串口进行通信，综合管理设备信息。
45.隔离变压器柜：额定电压：380v，变比：0.38/0.38kv，连接方式：yn/yn，短路阻抗比：4％，容量：100kva；
46.负载模拟柜：额定电压：380v，额定功率：电阻30kw，电感30kva，负载调节精度：分相独立控制、电阻0.1kw、电感0.1kva，负载精度：
±
5％，控制方式：本地/远程切换，保护功能：急停保护、过温保护、过温报警；
47.故障模拟柜：模拟不同电流的低压短路、接地、漏电故障，其中，短路电流：60a/80a/100a可选，接地故障：2a/4a/6a可选，漏电故障：100ma/300ma/500ma可选，控制方式：本地/远程切换；
48.配电物联网综合柜包含由模拟低压台区网架、剩余电流保护断路器、智能电表、灯带、智能电容器、智能微断、低压分路监测单元、融合终端、构成的低压台区；
49.1.模拟低压台区网架：
50.a.网架规模根据需求定制；
51.b.故障点根据需求定制；
52.2.剩余电流保护断路器：
53.a.极数：3p+n；
54.b.额定电流：125a；
55.c.额定电压：400v；
56.d.测量电流和电压精度：1级；
57.e.有功无功精度：2级；
58.f.通信接口：具有本地通信接口(rs-485)与hplc通信方式的标准接口；
59.3.智能电表：
60.a.准确度等级：有功1级，无功2级；
61.b.通信方式：载波通讯、rs485通讯、红外通讯；
62.4.灯带：
63.a.供电电源：110vac～230vac；
64.b.颜色：黄绿红蓝4色；
65.5.智能电容器：
66.a.额定电压：ac220v/380v，50hz；
67.b.总容量：共补20kvar，分补10kvar；
68.c.电容器投切时隔：大于10s；
69.6.融合终端：
70.a.额定电压：ac220v/380v，50hz；
71.b.额定电流：5a；
72.c.测量电流和电压精度：0.5级；
73.d.有功无功精度：1级；
74.e.终端整机工作功耗：≤25va；
75.f.本地通信支持dl/t698.44、modbus、dl/t 698.45、dl/t 645、q/gdw1376.2协议；
76.交换机：12个10/100/1000m自适应rj45端口，宽温设计(-40℃～﹢85℃)，自然冷却；
77.培训工作站：用于安装培训软件、维护软件；
78.配电物联网仿真培训软件：用于配电物联网培训；
79.线路模拟柜：模拟不同长度的低压线路，用于低压线路线损管理培训；
80.能馈负载柜：3至5个独立3kw单相负载；
81.光伏模拟柜：5kw户用单相光伏，用于台区能量协调管理培训。
82.在一些实施例中，所述配电物联网监控培训系统6包括系统原理培训模块、融合终端监控模块、培训场景管理模块和app功能展示模块，所述系统原理培训模块用于对所述模拟一次系统3的运行特性进行培训，所述融合终端监控模块通过串口或者网口将所述融合终端接入培训工作站，并对所述融合终端采集的信息进行展示，所述培训场景管理模块用于对培训场景一键下发和管理，所述app功能展示模块通过所述配电物联网仿真培训软件模块与所述故障模拟柜、所述负载模拟柜、所述光伏模拟柜通信连接，以用于实现负荷专供、保护功能验证、分布式能源协同优化、电能质量治理、停复电事件上报。
83.示例性的，所述系统原理培训模块包括配电物联网基础培训单元、终端设备原理培训单元和通信协议培训单元，以针对系统运行特性进行培训，通过各个设备的运行信息、就地操作、远方操作以及对配电物联网的影响进行理论和实操的综合培训。
84.所述融合终端监控模块还用于配电台区网架设置，通过网口或串口将融合终端接入培训工作站中，融合终端采集到的线路和设备信息全部上传至工作站，通过同一性和选择性原则展示在监控系统中，实现监控功能。
85.所述培训场景管理模块管理的培训场景包括电能质量治理场景、故障场景和负载场景。具体包括短路接地故障场景复现，光伏等分布式能源投入，配电线路运行模拟和负荷投切，通过配电物联网仿真培训软件模块可实现对培训场景的一键下发和综合管理。
86.所述app功能展示模块包括拓扑识别单元、线损计算单元和故障研判单元，以分别实现拓扑识别、线损计算和故障研判。具体的，app功能展示模块实现的功能包括负荷专供、保护功能验证、分布式能源协同优化、电能质量治理、停复电事件上报等，通过配电物联网仿真培训软件与故障模拟柜、负载模拟柜、光伏模拟柜的通信配合实现app功能展示模块的各个功能。
87.工作原理：通过模拟一次系统3搭建简易的低压配电仿真网络，并利用电源系统2提供电力，模拟真实配电网运行情况，通过通信系统4提供模拟设备、融合终端与监控培训系统的通信，二次控制系统5对模拟一次系统3的过程进行控制，并通过配电物联网监控培训系统6提供仿真培训主机针对融合终端进行监控和管理，能够模拟多种实景仿真，提高了培训效率。
88.虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。