CN107025344B - 一种用于配电dts的配电自动化仿真系统及仿真方法 - Google Patents

一种用于配电dts的配电自动化仿真系统及仿真方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及配电自动化技术领域，具体来说是一种用于配电DTS的配电自动化仿真系统级仿真方法，包括DTS培训系统、前置模块、故障采集模块、仿真数据库、DA仿真系统和DTS培训系统，用于设置故障事件；仿真数据库，用于存储配电网络模型和实时数据；前置模块用于采集电网仿真数据和转发控制命令；故障采集模块，用于故障的检测，生成配电线路的故障信号；DA仿真系统，用于根据DTS培训系统设置的故障事件进行仿真，并进行配电线路的故障处理，生成控制命令，DTS培训系统依照控制命令，完成故障隔离和故障恢复。本系统可使配电自动化过程更加逼真的呈现在学员的面前，可以真实仿真故障前、故障时以及故障后的系统工况。

Description

一种用于配电DTS的配电自动化仿真系统及仿真方法
技术领域
本发明涉及配电自动化技术领域，具体来说是一种用于配电DTS的配电自动化仿真系统及仿真方法。
背景技术
随着计算机技术的快速发展和各种技术要求的不断提高，配电自动化技术越来越显现出来其必要性和重要性，它不但可以提高配电可靠性，改进电能质量，还可以向用户提供优质服务，降低运行费用，减轻运行人员的劳动强度。相对于国外配电自动化的运营实施，国内配电自动化应用尚在普及和投入阶段。
相对于正日益趋于成熟稳定的配电自动化技术，配电自动化的调度人员对运营实施过程的熟悉程度不足以及缺乏调度经验都影响着配电自动化的普及和实施运营进程，另外，配电网络发生永久性故障后，配电自动化无法总是完全正确的进行故障处理或报警，正确处置并纠正这类问题，是推广并使用配电自动化的关键因素之一。因此，面向配电自动化运行维护人员，用于配电自动化相关技术与技能培训的仿真系统日益凸显出其重要性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于配电DTS的配电自动化仿真系统及仿真方法，基于电网仿真模型对配电自动化技术进行模拟，以呈现配电自动化技术和原理为目标，配合DTS系统对配电网调度员进行技能培训，真实地反应配电系统中的故障。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种用于配电DTS的配电自动化仿真系统，包括DTS培训系统、前置模块、故障采集模块、仿真数据库、DA仿真系统，
DTS培训系统，用于设置故障事件；
仿真数据库，用于存储配电网络模型和实时数据，并通过前置模块与DTS培训系统建立数据连接；
前置模块，用于采集电网仿真数据和转发控制命令，将采集的电网仿真数据写入仿真数据库，并与DTS培训系统和DA仿真系统建立连接进行通信；
故障采集模块，用于故障的检测，并相应生成配电线路的故障信号，将故障事件对应写入仿真数据库；
DA仿真系统，用于根据DTS培训系统设置的故障事件进行仿真，并进行配电线路的故障处理，生成控制命令，DA仿真系统通过前置模块与DTS培训系统通信，DTS培训系统依照控制命令，完成故障隔离和故障恢复。
进一步地，所述的DA仿真系统包括故障识别模块、故障处理模块及序列控制模块，
故障识别模块，根据故障采集模块的故障信号而启动，根据故障事件找到故障前的网络断面，基于故障前的网络断面检测故障线路的拓扑结构，给出故障信息，交给故障处理模块进一步处理；
故障处理模块，根据检测到故障信息后启动，在故障前的网络断面寻找恢复供电线路，并根据拓扑结构分析并给出多种恢复供电方案，得出故障处理结果；
序列控制模块，根据故障处理结果，生成故障隔离、故障恢复的控制操作序列，将控制操作序列写入仿真数据库。
进一步地，所述的DA仿真系统还包括建模模块、断面缓存模块，
建模模块用于建立拓扑结构，以将DTS培训系统的仿真数据映射到DA仿真系统；
断面缓存模块以固定的步长保存配电网络的状态并生成网络断面，并给每个网络断面加上时间标签，同时实时检测配电网络状态，当检测到拓扑结构变化时主动插入断面快照。
进一步地，所述的故障信息包括故障点、故障类型、故障发生前的线路负荷。
进一步地，所述的序列控制模块有手动模式、自动模式、半自动模式的控制方式，
手动模式需手动进行故障隔离和故障恢复的操作；
自动模式下由序列控制模块自动完成故障隔离和故障恢复的操作；
半自动模式由序列控制模块完成故障隔离的操作，并手动完成故障恢复的操作。
进一步地，所述的拓扑结构包括配电网络模型和RTU模型，所述的配电网络模型包括设备参数和关系库；RTU模型包括前置模块的量测模型和通道模型。
本发明另外还提供一种用于配电DTS的配电自动化仿真系统的仿真方法，所述的仿真方法包括以下步骤：
S1.设置故障事件；
S2.启动DTS培训系统和DA仿真系统；
S3.DTS培训系统根据故障事件中设定的故障时间触发故障事件；
S4.故障采集模块检测到故障，生成配电线路的故障信号，触发DA仿真系统对配电线路进行故障处理，生成控制命令；
S5.DTS培训系统依照控制命令，完成故障隔离和故障恢复。
进一步地，所述的步骤S4进一步包括以下步骤：
S4-1.根据故障事件找到故障前的网络断面，基于故障前的网络断面检测故障线路的拓扑结构，给出故障信息；
S4-2.寻找恢复供电线路，分析并给出多种恢复供电方案，得出故障处理结果；
S4-3.根据故障处理结果，生成故障隔离、故障恢复的控制操作序列，控制操作序列写入仿真数据库。
进一步地，所述的DA仿真系统在启动时建立拓扑结构。
进一步地，所述的DA仿真系统以固定的步长保存配电网络的状态并生成网络断面，并给每个网络断面加上时间标签，同时实时检测配电网络状态，当检测到拓扑结构变化时主动插入断面快照。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1.本仿真系统及仿真方法针对配电自动化中的各种故障，通过DTS培训系统设置的故障事件，使配电自动化过程更加逼真的呈现在学员的面前，给培训人员提供一个动态、持续的仿真环境，可以真实仿真故障前、故障时以及故障后的配电网络的情况；
2.本系统综合前置模块、故障采集模块、仿真数据库，使得DA仿真系统通过采集DTS培训系统的电网仿真数据进行故障定位、处理，并使得DTS培训系统依据DA仿真系统的控制命令，进行故障隔离、故障恢复的处理，控制过程精准，能实现多种培训场景的仿真应用，且其中的功能模块有很强的复用性能和灵活的扩展性。
附图说明
图1是本发明的各模块的示意图；
图2是本发明中DA仿真系统的功能框图；
图3是本发明中仿真方法的流程图；
图4是本发明中DA仿真系统的故障处理过流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的技术方案进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
为实现对多种配电自动化技术的仿真，本发明将多种配网应用技术综合到一起，模拟各种异常状态，给培训人员提供一个完整的仿真培训系统环境，检验调度员应对系统故障的能力。本发明主要是通过前置模块、故障采集模块、仿真数据库，使得DA仿真系统从DTS培训系统获得仿真数据，并进行故障的收集和处理，再将处理结果反馈到DTS培训系统，最终完成故障的仿真、检测、隔离到恢复的过程，在此过程中，DTS培训系统将DA仿真系统的处理过程呈现给培训人员。
参见图1，本配电自动化仿真系统主要包括DTS培训系统、前置模块、故障采集模块、仿真数据库、DA仿真系统，DTS培训系统，用于设置故障事件；仿真数据库，用于存储配电网络模型和实时数据，并通过前置模块与DTS培训系统建立数据连接；前置模块，用于采集电网仿真数据和转发控制命令，将采集的电网仿真数据写入仿真数据库，并与DTS培训系统和DA仿真系统建立连接进行通信；故障采集模块，用于故障的检测，并相应生成配电线路的故障信号，将故障事件对应写入仿真数据库；DA仿真系统，用于根据DTS培训系统设置的故障事件进行仿真，并进行配电线路的故障处理，生成控制命令，DA仿真系统通过前置模块与DTS培训系统通信，DTS培训系统依照控制命令，完成故障隔离和故障恢复。即DA仿真系统主要是通过采集DTS培训系统的电网仿真数据进行故障定位、隔离、恢复的处理。以下针对每一模块进行具体说明。
DTS培训系统除了进行仿真模拟，还包括教员、学员界面管理、教案的制作、培训控制等，是教员、学员的学习平台，主要是用于教员设置故障事件，以便学员完成教员设定的故障任务,DTS培训系统可以设置DA仿真系统的控制方式，可将故障处理权限交给学员，并可设置多种干扰状态模拟合到故障线路、转供容量不足、设备检修等。
仿真数据库用于存储配电网络模型和实时数据，是存储在内存中的数据集，并对外提供访问数据的服务。仿真数据库定时将内存数据保存到磁盘，并在系统加载时从磁盘恢复数据到内存空间。仿真数据库构建了DA仿真系统运行所必须的数据表，用以存储仿真配电网的量测数据和系统运行信息及控制信息等。DA仿真系统在建模后生成的各种设备数据、线路参数、拓扑信息都会在仿真数据库中建立对应的表记录，从前置模块采集的数据也会根据模型参数写到对应的设备表中。
前置模块负责电网仿真数据的采集和控制命令的转发，通过在DA仿真系统中建立的RTU模型和通道模型与外部模块通信，并将采集的数据写入仿真数据库。在本实施例中，前置模块是通过104规约与DTS培训系统进行通信。前置模块通过读取仿真数据库的控制表响应DA仿真系统的遥控命令。
故障采集模块负责故障的检测，并生成线路的故障信号。故障采集模块根据仿真数据库中配电网络模型和前置模块采集的SOE事件进行故障采集。故障采集模块还会对过流信号进行预处理，找出故障线路对应的SOE事件和网络断面，将故障信息结果填入仿真数据库通知DA仿真系统进行处理。当配电网络发生相间或接地故障时，故障上游将产生过流信号，DTS培训系统将过流信号发送到DA仿真系统，DA仿真模块检测到故障信息后启动故障处理。在接收到故障处理信号时，DTS培训系统的二次设备仿真模块将模拟保护动作跳开出口断路器，同时将动作事件和变位信号发到DA仿真系统。
DA仿真系统通过收集仿真配电网的故障信息定位故障点、隔离故障区域并恢复非故障区域的供电。DA仿真系统由建模模块、断面缓存模块、故障识别模块、故障处理模块、序列控制模块组成，DA仿真系统的功能框图如图2所示。
建模模块的目的是建立配电网络的设备参数和通信参数以及设备的拓扑结构，以将DTS系统的仿真数据映射到DA仿真系统；拓扑结构包括配电网络模型和RTU模型，配电网络模型包括设备参数和关系库，如开关、负荷、线路等设备的属性参数及其连接关系；RTU模型包括前置模块的量测模型和通道模型，通过在DTS系统建立对应的网络模型和量测模型，将DTS系统的仿真数据映射到DA仿真系统。
DA仿真系统的故障处理基于故障发生前的网络断面，因此，断面缓存模块以固定的步长保存配电网络的状态并生成网络断面，给每个断面加上时间标签。断面缓存模块实时检测配电网络状态，当检测到拓扑结构变化时主动插入断面快照，故障处理系统根据断面快照和时间标签，结合故障事件处理故障。
故障识别模块根据故障采集模块的故障信号启动故障检测，故障识别模块根据故障事件找到故障前的网络断面，基于故障前的断面快照检测故障线路的拓扑连接，过滤异常信号补充遗漏信号，经过对故障信息的容错处理，故障识别模块给出故障点、故障类型、故障发生前的线路负荷等故障信息，并将其交给故障处理模块进一步处理。
故障处理模块根据故障信息划定故障区域，根据故障前网络断面寻找可能的恢复供电线路。故障处理模块优选负载裕度大的线路作为备供线路，并根据拓扑结构分析给出多种恢复供电的方案。当故障处理结束后，故障处理模块将处理结果发送给序列控制模块进行控制操作。
序列控制模块根据故障处理结果，生成故障隔离、故障恢复的操作序列，将操作序列写入仿真数据库，并等待前置模块的遥控反馈。序列控制模块有手动模式、自动模式、半自动模式的控制方式，手动模式需要学员手动确认进行故障隔离、故障恢复的操作；自动模式下由序列控制模块自动完成故障隔离和故障恢复的操作；半自动模式由序列控制模块完成故障隔离操作，并由学员完成故障恢复的操作。故障隔离和故障恢复的操作可由一系列遥控命令组成，前置模块在仿真数据库中轮询到DA仿真系统的控制命令后通过104规约将控制命令转发到DTS培训系统，DTS培训系统收到控制命令后改变开关的位置，完成故障隔离和恢复的操作流程。
实施例2
本发明是将DA仿真与DTS培训仿真相结合，更真实的反映了现场的实际情况，也更有助于调度员的培训训练，现参照图3介绍仿真方法的具体操作流程：
S1.首先，设置故障事件，故障事件的设定可包括故障路线、故障时间、瞬时故障和永久故障的故障类型等；
S2.启动DTS培训系统和DA仿真系统，此时，DA仿真系统建立拓扑结构，并以固定的步长保存配电网络的状态并生成网络断面，并给每个网络断面加上时间标签，同时实时检测配电网络状态，当检测到拓扑结构变化时主动插入断面快照，以便后续处理；
S3.DTS培训系统根据故障事件中设定的故障时间触发故障事件；
S4.故障采集模块检测到故障，生成配电线路的故障信号，触发DA仿真系统对配电线路进行故障处理，生成控制命令；
S5.DTS培训系统依照控制命令，完成故障隔离和故障恢复。
此外，参见图4，DA仿真系统中故障处理的过程具体步骤为：
S4-1.根据故障事件找到故障前的网络断面，基于故障前的网络断面检测故障线路的拓扑结构，给出故障信息；
S4-2.寻找恢复供电线路，分析并给出多种恢复供电方案，得出故障处理结果；
S4-3.根据故障处理结果，生成故障隔离、故障恢复的控制操作序列，控制操作序列写入仿真数据库。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于配电DTS的配电自动化仿真系统，其特征在于，包括DTS培训系统、前置模块、故障采集模块、仿真数据库、DA仿真系统，
DTS培训系统，用于设置故障事件；
仿真数据库，用于存储配电网络模型和实时数据，并通过前置模块与DTS培训系统建立数据连接；
前置模块，用于采集电网仿真数据和转发控制命令，将采集的电网仿真数据写入仿真数据库，并与DTS培训系统和DA仿真系统建立连接进行通信；
故障采集模块，用于故障的检测，并相应生成配电线路的故障信号，将故障事件对应写入仿真数据库；
DA仿真系统，用于根据DTS培训系统设置的故障事件进行仿真，并进行配电线路的故障处理，生成控制命令，DA仿真系统通过前置模块与DTS培训系统通信，DTS培训系统依照控制命令，完成故障隔离和故障恢复。
2.根据权利要求1所述的一种用于配电DTS的配电自动化仿真系统，其特征在于，所述的DA仿真系统包括故障识别模块、故障处理模块及序列控制模块，
故障识别模块，根据故障采集模块的故障信号而启动，根据故障事件找到故障前的网络断面，基于故障前的网络断面检测故障线路的拓扑结构，给出故障信息，交给故障处理模块进一步处理；
故障处理模块，根据检测到故障信息后启动，在故障前的网络断面寻找恢复供电线路，并根据拓扑结构分析并给出多种恢复供电方案，得出故障处理结果；
序列控制模块，根据故障处理结果，生成故障隔离、故障恢复的控制操作序列，将控制操作序列写入仿真数据库。
3.根据权利要求2所述的一种用于配电DTS的配电自动化仿真系统，其特征在于，所述的DA仿真系统还包括建模模块、断面缓存模块，
建模模块用于建立拓扑结构，以将DTS培训系统的仿真数据映射到DA仿真系统；
断面缓存模块以固定的步长保存配电网络的状态并生成网络断面，并给每个网络断面加上时间标签，同时实时检测配电网络状态，当检测到拓扑结构变化时主动插入断面快照。
4.根据权利要求2所述的一种用于配电DTS的配电自动化仿真系统，其特征在于，所述的故障信息包括故障点、故障类型、故障发生前的线路负荷。
5.根据权利要求2所述的一种用于配电DTS的配电自动化仿真系统，其特征在于，所述的序列控制模块有手动模式、自动模式、半自动模式的控制方式，
手动模式需手动进行故障隔离和故障恢复的操作；
自动模式下由序列控制模块自动完成故障隔离和故障恢复的操作；
半自动模式由序列控制模块完成故障隔离的操作，并手动完成故障恢复的操作。
6.根据权利要求3所述的一种用于配电DTS的配电自动化仿真系统，其特征在于，所述的拓扑结构包括配电网络模型和RTU模型，所述的配电网络模型包括设备参数和关系库；RTU模型包括前置模块的量测模型和通道模型。
7.一种用于配电DTS的配电自动化仿真方法，其特征在于，所述的仿真方法包括以下步骤：
S1：分别创建用于设置故障事件的DTS培训系统及对故障事件进行仿真的DA仿真系统；
S2：将DTS培训系统中的配电网络模型和实时数据存储于仿真数据库；
S3：在DTS培训系统中设置故障事件，前置模块实时采集电网仿真数据和转发控制命令，将采集的电网仿真数据写入仿真数据库，并与DTS培训系统和DA仿真系统建立连接进行通信；
S4：开启故障检测模块，当检测到故障事件时，生成相应的配电线路的故障信号，并将故障事件对应写入仿真数据库；
S5：DA仿真系统对配电线路的故障进行处理，并生成控制命令传输给DTS培训系统；
S6：DTS培训系统依照控制命令，完成故障隔离和故障恢复。
8.根据权利要求7所述的一种用于配电DTS的配电自动化仿真方法，其特征在于，所述的步骤S4进一步包括以下步骤：
S4-1.根据故障事件找到故障前的网络断面，基于故障前的网络断面检测故障线路的拓扑结构，给出故障信息；
S4-2.寻找恢复供电线路，分析并给出多种恢复供电方案，得出故障处理结果；
S4-3.根据故障处理结果，生成故障隔离、故障恢复的控制操作序列，控制操作序列写入仿真数据库。
9.根据权利要求7所述的一种用于配电DTS的配电自动化仿真方法，其特征在于，所述的DA仿真系统在启动时建立拓扑结构。
10.根据权利要求7所述的一种用于配电DTS的配电自动化仿真方法，其特征在于，所述的DA仿真系统以固定的步长保存配电网络的状态并生成网络断面，并给每个网络断面加上时间标签，同时实时检测配电网络状态，当检测到拓扑结构变化时主动插入断面快照。
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适应多种模式的配电自动化培训仿真系统;徐飞 等;《南方能源建设》;20170325;第4卷(第1期);第96-101页 *
配网自动化主站系统研究;陈健;《万方数据库-学位论文库》;20070522;第5章 *

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