CN105810062A - 一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实现了一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统,通过网络通讯组件连接仿真控制装置和前置控制装置,通过现场总线连接前置控制装置和现场操作装置,其中前置控制装置为数据采集柜。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。本发明把当前最先进的实际操作系统与电力行业的生产实际相结合,将电力系统供、配电各环节最基础、最实际的操作内容通过实物与仿真相结合的方式,保证了学员在受训时能够接触到当前最前沿的技术。本发明符合智能配电网的发展方向,并且实现了仿真与管理并举,同时节约了投入成本,减少了占地面积,也使得工程集成和调试更为便捷。
Description
技术领域
本发明涉及到一种仿真培训系统,尤其涉及一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统。
背景技术
随着我国大中型企业逐年增多,10kV电力客户成倍增长,因此对变配电室值班电工需求越来越多,对供电系统的要求也越来越高。国内对高压35kV以上系统的变电仿真较多,但是对于10kV系统目前还没有单位涉及,且仿真系统均是通过计算机进行软仿真。由于是纯软件模式模拟的系统方案,使得这种方法缺乏真实感,且不具备视觉直观和操作逼真效果等问题,难以达到对于检验人员培训应有的感官体验要求,也不利于学员理解应用此系统无设备实体,与现场实际操作相距甚远。同时忽略了电力系统职工和电力从业人员培训、考核和技能鉴定的安装、测试、调试、整定、设备监视、操作、维护、运行等方面的技能培训。
因此,针对上述方案中出现的诸多问题,开发具有较高现场模拟度、操作效果逼真、低成本的一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统变得异常重要。本发明采用计算机虚拟技术及智能化仿真设备技术,真实的模拟10kV变电站的整个运行环境,采用真实的一次设备、二次设备,运行参数、暂态及稳态数据与真实现场高度一致,能够让学员直观的感受到现场的工作情景。同时10kV高压侧不实际带电运行,但各种电测仪表、继电保护、二次操作设备运行与现场现象一致。同时系统使用虚负荷电源供电,并且设置各种漏电保护功能,保证培训师、学员和设备的安全。
仿真实训系统结合当前最先进的实际操作系统与电力行业的生产,将电力系统供、配电各环节最基础、最实际的操作内容通过实物与仿真相结合的方式,呈现在学员面前。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的问题,提供一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统。
本发明的目的通过以下技术方案来实现:
一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统,包括仿真控制装置,其特征在于:通过网络通讯组件连接仿真控制装置和前置控制装置,通过现场总线连接前置控制装置和现场操作装置,其中前置控制装置为数据采集柜。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,现场操作装置包括高压柜与低压柜。
进一步地,上述的一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统,其中:高压柜内设置有现场总线,现场总线上设置有通讯接口,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,上述的一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统,其中:低压柜内设置有现场总线,现场总线上设置有通讯接口,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。
更进一步地,上述的一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统,其中:数据采集柜设置有触控显示屏,触控显示屏通讯端口与通讯管理机相连。
更进一步地,上述的一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统,其中:仿真控制装置包括有仿真培训主机,仿真培训主机上设置有以太网通讯接口与网络通讯接口,网络通讯接口通过网线与前置控制装置相连,网线上连接有交换机。
更进一步地,上述的一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统,其中:仿真培训主机上连接有液晶显示器。
更进一步地,上述的一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统,其中:仿真培训主机上连接有打印机。
再进一步地,上述的一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统,其中:现场总线为屏蔽型双绞线。
本发明技术方案的优点主要体现在:1)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用来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。智能设备将不再从互感器上进行数据采样,而是直接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,同时符合智能配电的发展方向。3)将仿真与管理相结合,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)大幅度节约成本,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。
附图说明
本发明的目的、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发明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,均落在本发明要求保护的范围之内。
图1是本10kV典型客户变电站智能仿真实训系统的构造示意图。
1 | 数据采集柜 | 2 | 通讯管理机 |
3 | 高压柜 | 4 | 低压柜 |
5 | 现场总线 | 6 | 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 |
13 | 网络通讯接口 | 14 | 网线 |
15 | 液晶显示器 | 16 | 打印机 |
17 | 触控显示屏 | 18 | 交换机 |
具体实施方式
如图1所示的一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统,包括有仿真控制装置,其与众不同之处在于:本发明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1,在数据采集柜1内设置有通讯管理机2。同时,为了便于数据通讯便利,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。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。
就本发明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,本发明采用的低压柜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,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1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。
结合本发明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(SQLServer2008);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:SOE、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、OPCServer、MODBUSServer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:(1)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,采用本发明后,有如下优点:
1)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。
Claims (8)
1.一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统,包括仿真控制装置,其特征在于:通过网络通讯组件连接仿真控制装置和前置控制装置,通过现场总线连接前置控制装置和现场操作装置,其中前置控制装置为数据采集柜;
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,现场操作装置包括高压柜与低压柜。
2.根据权利要求1所述的一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统,其特征在于:仿真控制装置包括有仿真培训主机,仿真培训主机上设置有以太网通讯接口与网络通讯接口,网络通讯接口通过网线与前置控制装置相连,网线上连接有交换机。
3.根据权利要求1所述的一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统,其特征在于:高压柜内设置有现场总线,现场总线上设置有通讯接口,通讯接口上分别连接有中压综保模块与数字仪表模块。
4.根据权利要求1所述的一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统,其特征在于:低压柜内设置有现场总线,现场总线上设置有通讯接口,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。
5.根据权利要求1所述的一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统,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。
6.根据权利要求2所述的一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统,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2所述的一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统,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所述的一种10kV典型客户变电站智能仿真实训系统,其特征在于:所述的现场总线为屏蔽型双绞线。
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