CN102508081B - 一种配电网故障模拟方法、装置及配电网系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于仿真模拟领域，尤其涉及一种配电网故障模拟方法、装置及配电网系统；配电网故障模拟装置包括：双源供电线路、模拟保护模块、多个模拟配电终端模块和模拟故障恢复模块；该配电网故障模拟装置可以模拟现场设备和故障，模拟变电站模拟保护模块和多个模拟配电终端模块分别与模拟配电主站进行通信，模拟实际负荷电流、模拟故障电流并上报故障信息，模拟执行遥控分合闸动作，实现模拟故障电流切除、正常电流合闸动作。可以完全替代保护装置、配电终端的实际硬件设备，减少设备场地、接线、调试的工作量，节省人力、提高工作效率。

Description

一种配电网故障模拟方法、装置及配电网系统

技术领域

本发明属于仿真模拟领域，尤其涉及一种配电网故障模拟方法、装置及配电网系统。

背景技术

现有配电自动化系统中，通常由配电主站系统和多个配电终端形成一个配电网络；在配电终端上施加交流电压电流，当施加的交流电流超过额定测量值并保持一段时间，该时间超过终端内一段过流保护时间定值时，终端上报故障总信号和过流信息。配电主站系统根据多个终端上报的信息，进行分析、处理，确定故障发生地点；并根据主站预先制定的方案，给相关的配电终端发出遥控命令，执行故障隔离、恢复供电等一系列动作。

由于配电主站进行故障处理时，需要变电站保护装置和多个配电终端下发一系列的遥控命令，由保护装置和配电终端分别执行不同的分合闸动作；所以需要实际现场才能完整执行配电主站的故障处理流程；在实验室和研发过程中，往往无法满足这些试验条件。即使该设备条件可以满足，也没有10kV线路进行故障模拟和遥控分闸保护动作后切除故障电流。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种配电网故障模拟方法及装置，旨在解决在没有实际现场和10kV线路的情况下不能进行配电网故障模拟实验的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种配电网故障模拟装置，与模拟配电主站连接；包括：

用于加载负荷电流和模拟故障电流的双源供电线路；

模拟保护模块，通过第一网络口与所述模拟配电主站进行通信，根据所述模拟配电主站发送的第一遥控命令执行合闸保护动作，并将执行动作信息反馈给所述模拟配电主站；

多个模拟配电终端模块，通过第二网络口与所述模拟配电主站进行通信，将检测到的模拟故障电流上报给所述模拟配电主站，根据所述模拟配电主站发送的第二遥控命令执行切断所述模拟故障电流动作；并将执行动作信息反馈给所述模拟配电主站；

模拟故障恢复模块，切除模拟故障电流后，控制开关执行合闸动作并恢复非故障区域的供电。

更进一步地，所述第一网络口为UDP，所述第二网络口为UDP。

更进一步地，所述双源供电线路为10KV的线路。

更进一步地，所述开关为联络开关。

更进一步地，所述多个模拟配电终端模块中每一个配电终端模块包括：配电终端单元以及一次开关；所述一次开关有三端，一端和二端连接在所述双源供电线路上，三端通过电缆与所述配电终端单元连接。

更进一步地，所述配电网故障模拟装置还包括：显示模块，用于显示配电网的线路接线图、所述双源供电线路上的电流流动方向以及正常状态下或发生故障时的状态信息。

本发明实施例的目的还在于提供一种配电网系统，包括模拟配电主站以及与所述模拟配电主站连接的配电网故障模拟装置，所述配电网故障模拟装置为上述的配电网故障模拟装置。

本发明实施例的目的还在于提供一种采用上述的配电网故障模拟装置进行配电网故障模拟的方法，所述方法包括下述步骤：

S1：在双源供电线路上加载模拟故障电流并持续一段时间；

S2：多个模拟配电终端模块将检测到的模拟故障电流上报给模拟配电主站；

S3：模拟配电主站下令模拟保护模块执行合闸保护动作；

S4：保护动作后，多个模拟配电终端模块再次检测并将检测到的模拟故障电流上报给模拟配电主站；

S5：模拟配电主站根据多个模拟配电终端模块上报的模拟故障电流判断是否为永久性故障；

S6：若是，则模拟配电主站实现故障定位，并控制一次开关切除线路上的模拟故障电流，实现故障隔离；若否，则结束；

S7：模拟故障恢复模块实现非故障区域供电，并通过显示模块显示配电网线路供电处于正常状态。

更进一步地，所述步骤S6进一步包括：

S61：模拟配电主站确定第一配电终端模块和第二模拟配电终端模块实现故障定位；

S62：第一配电终端模块根据模拟配电主站的遥控命令执行一次分闸保护动作；

S63：第二模拟配电终端模块根据模拟配电主站的遥控命令执行一次分闸保护动作；

S64：一次开关切除双源供电线路上的模拟故障电流，实现第一配电终端模块与第二模拟配电终端模块之间的故障隔离。

更进一步地，所述双源供电线路为10KV的线路。

本发明提供的配电网故障模拟装置可以模拟现场设备和故障，模拟变电站模拟保护模块和多个模拟配电终端模块分别与模拟配电主站进行通信，模拟实际负荷电流、模拟故障电流并上报故障信息，模拟执行遥控分合闸动作，实现模拟故障电流切除、正常电流合闸动作。可以完全替代保护装置、配电终端的实际硬件设备，减少设备场地、接线、调试的工作量，节省人力、提高工作效率。

附图说明

图1是本发明提供的配电网故障模拟装置的模块结构示意图；

图2是本发明第一实施例提供的配电网故障模拟装置的模块结构图；

图3是本发明提供的配电终端模块的结构图；

图4是本发明提供的配电网故障模拟方法的流程图；

图5是本发明提供的配电网故障模拟方法中步骤S6的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的配电网故障模拟装置主要应用于配电网系统中，包括模拟配电主站以及与模拟配电主站连接的配电网故障模拟装置，其中配电网故障模拟装置的模块结构如图1所示，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分，详述如下：

配电网故障模拟装置包括：模拟配电主站1、模拟保护模块2、多个模拟配电终端模块3、模拟故障恢复模块4以及用于加载负荷电流和模拟故障电流的双源供电线路；其中，模拟保护模块2通过第一网络口与模拟配电主站1进行通信，根据模拟配电主站1发送的第一遥控命令执行合闸保护动作，并将执行动作信息反馈给模拟配电主站1；多个模拟配电终端模块3通过第二网络口与模拟配电主站1进行通信，将检测到的模拟故障电流上报给模拟配电主站1，根据模拟配电主站1发送的第二遥控命令执行切断模拟故障电流动作；并将执行动作信息反馈给模拟配电主站1；在切除模拟故障电流后，模拟故障恢复模块4用于控制开关执行合闸动作并恢复非故障区域的供电。

在本发明中，双源供电线路可以采用10KV的线路；在10KV的线路模拟加载正常的负荷电流和模拟故障电流并持续一段时间，多个模拟配电终端模块3检测到信息后将检测到的故障信息上报给模拟配电主站1；模拟保护模块2根据模拟配电主站1的遥控命令执行一次重合闸保护动作，并上报信息给模拟配电主站1；模拟一次开关执行遥控分合闸保护动作，一次开关进行遥控分闸动作后切除10KV的线路上的模拟故障电流，在故障区段后端的一次开关遥控分闸动作后，线路上没有电流。模拟故障恢复模块4是在10KV的线路上的模拟故障电流被切除后，检测到存在非故障区域和可以通过开关进行恢复供电。作为本发明的一个实施例，开关可以为联络开关。通过本发明实施例提供的配电网故障模拟装置可以对配电网络系统中实际现场的设备状况及运行状态进行测试，满足配电自动化主站通信网络建设的要求，实现了模拟配电主站各种通信控制功能和故障处理方案流程的执行，可以更好地测试模拟配电主站的功能和性能。

在本发明中，配电网故障模拟装置还包括：显示模块5，用于显示配电网的线路接线图、双源供电线路上的电流流动方向以及正常状态下或发生故障时各个设备状态信息。其中，各个设备的状态信息具体包括：模拟保护模块的状态、配电终端模块的状态、故障定位标志、故障隔离标志以及开关信息等等。采用显示模块5可以清晰明了的显示配电网络的一次接线图，各个设备运行状态、电流流动状态以及故障发生状态，图文并茂且操作简单。

本发明提供的配电网故障模拟装置是采用面对对象的程序设计软件开发工具开发的一套计算机软件系统；主要是模拟现场的变电站模拟保护模块2、多个模拟配电终端模块3、10kV线路、一次开关设备以及模拟故障恢复模块4；其中模拟保护模块2和多个模拟配电终端模块3与模拟配电主站1是通过网络进行通信的；具体地，模拟保护模块2通过第一网络口与模拟配电主站1进行通信，多个模拟配电终端模块3通过第二网络口与模拟配电主站1进行通信，当模拟配电主站1与配电网故障模拟装置是装在一个计算机上运行时，变电站模拟保护模块2可以通过UDP（User Datagram Protocol，数据包协议）与模拟配电主站进行通信，配电终端模块3也可以通过UDP与模拟配电主站进行通信；具体地可以通过参数设置：

第一网络口端口号可设（缺省2404），UDP端口号可设（缺省8031）；第二网络口端口号可设（缺省2404），UDP端口号可设（缺省2500）。多个模拟配电终端模块3可以模拟与模拟配电主站1通信，每个配电终端的通信端口号可设（缺省2500至5500）；配电终端模块3作为一个对象，具有测量、控制和通信功能；其中，可以测量的测量值包括遥测值、遥信值、电池状态值，具体地，遥测值包括三相电压、三相电流、有功、无功、总功率、频率以及三段式过流保护的门限值和时限值；遥信值包括运行标志、一次开关状态（分/合）、事故总信号、当地/远方标志、电压越限标志、电流过流标志、故障类型标志；电池状态值包括电池电压大小、欠压限值、告警限值。控制包含：执行遥控命令，控制所连接的一次开关动作（分/合闸），切断线路上的电流，显示线路上电流流动状态；通信功能：具有IEC60870-5-101、104标准通信协议的服务端功能，获取终端测量数据、测量结果，组成命令应答报文，上报模拟配电主站。

图2示出了本发明优选的第一实施例提供的配电网故障模拟装置的模块具体构成，为了便于说明，仅示出了与本发明第一实施例相关的部分，详述如下：

在电源A与电源B之间依次连接的有模拟保护模块2、第一配电终端模块31、第二模拟配电终端模块32、第三模拟配电终端模块33、联络开关40、第四模拟配电终端模块34、第五模拟配电终端模块35、第六模拟配电终端模块36；在在电源A与电源B之间加载正常的负荷电流、模拟故障电流并持续一段时间，第一配电终端模块31、第二模拟配电终端模块32、第三模拟配电终端模块33、第四模拟配电终端模块34、第五模拟配电终端模块35和第六模拟配电终端模块36分别对供电线路上的电流进行检测，并将检测的故障信息上报给模拟配电主站1；该故障信息包括瞬时性故障、永久性故障、单相接地和相间短路故障；具体操作时，需要选择某段线路并设置故障类型、故障负荷过流以及过流保持时间。模拟配电主站1根据上报的信息发送遥控命令，第一配电终端模块31、第二模拟配电终端模块32、第三模拟配电终端模块33、第四模拟配电终端模块34、第五模拟配电终端模块35或第六模拟配电终端模块36执行模拟配电主站1下发的遥控命令，对其相连的一次开关进行遥控分合闸保护动作，一次开关分闸动作后切除线路上的模拟故障电流；遥控合闸动作后，线路上的电流消失，配电终端模块测量到线路上的正常电流。模拟故障恢复模块，是在切除模拟故障电流之后，恢复非故障区域供电，首先检测到存在非故障区域和可以通过联络开关进行恢复供电。控制时，先确定联络开关是分闸状态，控制联络开关进行合闸保护动作，合闸成功后，非故障区域内电压电流恢复正常状态。采用双源供电线路的好处在于，当一个电源出现故障时，通过联络开关40把故障电源的负荷转移到另一个电源，提高了供电的可靠性。

在本发明第一实施例中，第一配电终端模块31、第二模拟配电终端模块32、第三模拟配电终端模块33、第四模拟配电终端模块34、第五模拟配电终端模块35和第六模拟配电终端模块36的内部结构是一样的，包括配电终端单元以及一次开关；一次开关有三端，其中，一端和二端连接在双源供电线路上，三端通过电缆与配电终端单元连接。可以将断路器、负荷开关、隔离开关、接地刀闸等都称为一次开关。为了更进一步的说明，图3示出了第一配电终端模块31的内部结构，具体地，第一配电终端模块31包括第一模拟配电终端单元311以及一次开关41；一次开关41有三端，其中，一端和二端连接在双源供电线路60上，三端通过电缆61与第一模拟配电终端单元311连接。

本发明提供的配电网故障模拟装置模拟了现场的变电站保护装置、配电自动化终端、10kV线路、一次开关设备，并实现保护装置、配电终端与模拟配电主站进行网络通信，按模拟配电主站的要求执行分合闸动作；解决了模拟配电主站运行、测试、验证工作需要的试验设备和设备功能的环境条件，减少试验场所，节约资源；另外还使得模拟配电主站的故障处理流程得到完整的执行；各个设备在10kV线路上进行故障模拟和遥控分闸保护动作后切除模拟故障电流，同时上报信息给模拟配电主站。

本发明还提供了一种采用配电网故障模拟装置的配电网故障模拟方法，具体的流程如图4所示，包括下述步骤：

步骤S1：在双源供电线路上加载模拟故障电流并持续一段时间；其中，模拟故障电流包含三段式过流保护的零序电流值，当零序电流值大于门限并超过一段时间限值时，发生一段过流现象，给模拟配电终端模块传送一段过流信息；当零序电流值突然增大超过门限并超过二段时间限值时，发生二段过流现象，立即给配电终端模块传送二段过流信息；三段过流保护类此；各段过流保护的门限值和时间限值不同，门限值越大时间限值越短。

步骤S2：多个模拟配电终端模块将检测到的模拟故障电流上报给模拟配电主站；

步骤S3：模拟配电主站下令模拟保护模块执行合闸保护动作；

步骤S4：保护动作后，多个模拟配电终端模块再次检测并将检测到的模拟故障电流上报给模拟配电主站；

步骤S5：模拟配电主站根据多个模拟配电终端模块上报的模拟故障电流判断是否为永久性故障；

步骤S6：若是，则模拟配电主站实现故障定位，并控制一次开关切除线路上的模拟故障电流，实现故障隔离；若否，则结束；

步骤S7：模拟故障恢复模块实现非故障区域供电，并通过显示模块显示配电网线路供电处于正常状态。

在本发明实施例中，步骤S6的流程如图5所示，具体包括：

步骤S61：模拟配电主站确定第一配电终端模块和第二模拟配电终端模块实现故障定位；

步骤S62：第一配电终端模块根据模拟配电主站的遥控命令执行一次分闸保护动作；

步骤S63：第二模拟配电终端模块根据模拟配电主站的遥控命令执行一次分闸保护动作；

步骤S64：一次开关切除双源供电线路上的模拟故障电流，实现第一配电终端模块与第二模拟配电终端模块之间的故障隔离。

作为本发明的一个实施例，双源供电线路可以采用10KV的线路。

在本发明实施例中，模拟配电主站系统控制变电站保护装置，执行一次重合闸（二次重合闸）保护动作，保护动作后，再根据配电线路上的配电终端上报信息做判断；如果配电终端没有再上报故障信息，则判断配电线路上发生了瞬时性故障，方案结束；如果配电终端继续上报故障信息（包括：故障总信号和过流信息），则判断配电线路上发生了永久性故障；执行方案中的故障定位判断，从变电站出口开关做为起点，到故障发生点为终点。从配电线路的起点到终点，所有的配电终端都有故障信息上报模拟配电主站。从终点到配电线路末段的线路上的配电终端没有故障信息上报，所以从变电站出口开关开始，最后一个上报故障信息的终端为终点；故障定位在最后一个上报故障信息的终端和第一个不上报故障信息的终端之间。故障定位之后，需要执行故障隔离动作，模拟配电主站控制第一配电终端模块进行分闸动作，控制第二模拟配电终端模块进行分闸动作；从而隔离第一配电终端模块与第二模拟配电终端模块之间的故障，切除模拟故障电流。模拟配电主站的方案执行命令都是通过网络通信来进行的。

本发明实施例提供的配电网故障模拟装置可以模拟现场设备和故障，模拟变电站模拟保护模块和多个模拟配电终端模块分别与模拟配电主站进行通信，模拟实际负荷电流、模拟故障电流并上报故障信息，模拟执行遥控分合闸动作，实现模拟故障电流切除、正常电流合闸动作。满足所有配电自动化主站、子站、终端上级站、配电工程师站、配电网调度系统、配电维护软件等主控层通信系统所需要的通信和功能测试、演示、推广的设备环境和条件，可以完全替代保护装置、配电终端的实际硬件设备，减少设备场地、接线、调试的工作量，节省人力、提高工作效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种配电网故障模拟装置，与模拟配电主站连接；其特征在于，所述装置包括：

用于加载模拟负荷电流和模拟故障电流的双源供电线路；

模拟保护模块，通过第一网络口与所述模拟配电主站进行通信，根据所述模拟配电主站发送的第一遥控命令执行合闸保护动作，并将执行动作信息反馈给所述模拟配电主站；

多个模拟配电终端模块，通过第二网络口与所述模拟配电主站进行通信，将检测到的模拟故障电流上报给所述模拟配电主站，根据所述模拟配电主站发送的第二遥控命令执行切断所述模拟故障电流动作；并将执行动作信息反馈给所述模拟配电主站；

模拟故障恢复模块，切除模拟故障电流后，控制开关执行合闸动作并恢复非故障区域的供电;

所述多个模拟配电终端模块中每一个模拟配电终端模块包括：

模拟配电终端单元以及一次开关；所述一次开关有三端，一端和二端连接在所述双源供电线路上，三端通过电缆与所述模拟配电终端单元连接。

2.如权利要求1所述的配电网故障模拟装置，其特征在于，所述第一网络口为UDP，所述第二网络口为UDP。

3.如权利要求1所述的配电网故障模拟装置，其特征在于，所述双源供电线路为10KV的线路。

4.如权利要求1所述的配电网故障模拟装置，其特征在于，所述开关为联络开关。

5.如权利要求1所述的配电网故障模拟装置，其特征在于，所述配电网故障模拟装置还包括：

显示模块，用于显示模拟配电网的线路接线图、所述双源供电线路上的电流流动方向以及正常状态下或发生故障时的状态信息。

6.一种模拟配电网系统，包括模拟配电主站以及与所述模拟配电主站连接的配电网故障模拟装置，其特征在于，所述配电网故障模拟装置为权利要求1-5任一项所述的配电网故障模拟装置。

7.一种采用权利要求1所述的配电网故障模拟装置进行配电网故障模拟的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

S1：在双源供电线路上加载模拟故障电流并持续一段时间；

S2：多个模拟配电终端模块将检测到的模拟故障电流上报给模拟配电主站；

S3：模拟配电主站下令模拟保护模块执行合闸保护动作；

S4：保护动作后，多个模拟配电终端模块再次检测并将检测到的模拟故障电流上报给模拟配电主站；

S5：模拟配电主站根据多个模拟配电终端模块上报的模拟故障电流判断是否为永久性故障；

S6：若是，则模拟配电主站实现故障定位，并控制一次开关切除线路上的模拟故障电流，实现故障隔离；若否，则结束；

S7：模拟故障恢复模块实现非故障区域供电，并通过显示模块显示模拟配电网线路供电处于正常状态。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S6进一步包括：

S61：模拟配电主站确定第一模拟配电终端模块和第二模拟配电终端模块实现故障定位；

S62：第一模拟配电终端模块根据模拟配电主站的遥控命令执行一次分闸保护动作；

S63：第二模拟配电终端模块根据模拟配电主站的遥控命令执行一次分闸保护动作；

S64：一次开关切除双源供电线路上的模拟故障电流，实现第一模拟配电终端模块与第二模拟配电终端模块之间的故障隔离。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述双源供电线路为10KV的线路。

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