CN113640733A - 一种台区负荷还原模拟仿真系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种台区负荷还原模拟仿真系统，包括数据输入模块、数据运算模块、标准数据库模拟模块和数据输出模块，数据输入模块与数据运算模块连接，采集所在台区负荷的运行参数之数据信息，并向数据运算模块输入，标准数据库模拟模块与数据运算模块连接，提供所在台区负荷的理论数学参数模型，在生成模拟数据信息后向数据运算模块输入，数据运算模块对所在台区负荷数据的运行参数据信息经过运算得到表征所在台区负荷的特征参数，并和理论数学参数模型进行比较运算后，再将运算结果向数据输出模块输入；本发明还包括了其使用方法；本发明能够分析环境参数对宽带电力线载波HPLC模块型电能表的量化影响，并指导其深化应用与性能提升。
Description
技术领域
本发明属于电网测试技术领域，具体涉及一种台区负荷还原模拟仿真系统，并且包含了其使用方法。
背景技术
在实际生产生活中，不同台区范围内的用电特点有所不同，譬如工业区的用电量比居民区的用电量更大，负荷特征也不同，这是区位信息；不同季节、天气，同一台区范围的用电特点也不一样，这是水文环境信息；台区范围内某个地区的临时施工如地铁修建也会改变该地区的用电特征，这是城市建设信息，以上这些都会对用电特征造成影响；因此，除了用电信息以外，电力计量单位应当融合多个数据源的信息，如区位信息、水文气候信息、城市建设信息等，排除干扰，提高台区负荷还原复现的精确度。
国家电网公司持续推进智能电网建设，随着特殊电源或分布式电源接入等非常规电网运行环境以及大量电力电子设备的应用，从而产生了电网中的特殊和复杂工况，对电能计量装置计量性能等产生各种影响，造成安全生产不稳定、供电企业优质服务存在隐患，主要体现在以下方面：
（1）现有检测标准、规范存在的不足
现有电能计量装置检测规范、标准中的部分检测项目及方法已滞后于电能计量装置本身和所处运行环境的变化，相关试验方法已无法满足对于新出现或非常规电网运行环境的适应性考核要求。
（2）故障分析中复杂电网环境难以复现
电网运行环境因素是造成电能计量装置故障主要原因之一，此类故障往往需要还原实际运行环境，通过装置的故障复现开展故障分析，但当前现有实验室复杂运行工况下计量环境的再现与复杂工况对电能计量装置各项性能、功能影响的试验能力存在不足，相关故障分析往往无从下手。
目前对宽带电力线载波HPLC模块型电能表进行还原测试的系统很少，效果不太理想，因此需要一套还原模拟仿真系统，用来解决负荷对其影响的分析。
发明内容
本发明针对宽带电力线载波HPLC模块型电能表进行还原测试系统很少的缺陷，提供一种台区负荷还原模拟仿真系统，目的在于帮助电网测试人员分析、解决台区负荷对其的影响的问题。
本发明的一方面，该台区负荷还原模拟仿真系统的技术方案为，包括数据输入模块1、数据运算模块2、标准数据库模拟模块3和数据输出模块4；所述数据输入模块1与数据运算模块2连接，采集所在台区负荷的运行参数之数据信息，并向数据运算模块2输入相应的运行参数数据信息；所述标准数据库模拟模块3与数据运算模块2连接，提供所在台区负荷的理论数学参数模型，电网测试人员预设所在台区负荷的参数并生成模拟数据的信息，则向数据运算模块2输入相应的理论数学参数模型；所述数据运算模块2对所在台区负荷数据的运行参数据信息经过运算得到表征所在台区负荷的特征参数，并和理论数学参数模型进行比较运算后，再将运算结果向数据输出模块4输入，从而还原模拟出所在台区负荷的仿真电网运行环境，进而还原了所在台区负荷对宽带电力线载波HPLC模块型电能表的影响电网运行的各种因素分析结果。
进一步的，所述数据输入模块1采用录波仪采集模块，其与台区负荷连接，与数据运算模块2连接，用于采集所在台区负荷现场中的电网运行数据及各类电气信息并进行存储；由于录波仪采集模块所具有的存储功能，电网测试人员只需将其携带到所在台区负荷现场，在进行数据采集后，再将其接入至台区负荷还原模拟仿真系统中进行作业，因而具有了良好的灵活性和便捷性。
进一步的，所述数据输出模块4采用宽带电力线载波HPLC模块型电能表，其与数据运算模块2连接，用于还原所在台区负荷现场中的电网运行数据及各类电气信息对宽带电力线载波HPLC模块型电能表的影响分析结果。
进一步的，所述标准数据库模拟模块3包括Matlab工况模拟仿真系统数据处理模块和波形发生器，其与数据运算模块2连接，电网测试人员通过Matlab工况模拟仿真系统数据处理模块预设所在台区负荷的参数，则波形发生器产生模拟化的标准波形，作为参考波形并向数据运算模块2输入。
进一步的，所述数据运算模块2包括LabVIEW仿真系统数据处理模块、信号发生器、D/A数模转换板卡和功率源模块，电网测试人员通过LabVIEW仿真系统数据处理模块将台区负荷现场中的电网运行数据及各类电气信息进行输入和计算，则信号发生器产生具有基波与谐波的叠加波形，通过D/A数模转换板卡将该模拟波形转化为模拟波形，再通过功率源模块放大成为仿真波形，最后将该仿真波形与标准波形进行比较运算后，向宽带电力线载波HPLC模块型电能表输出影响分析结果，从而电网测试人员可以准确分析和得到影响电网运行的各种因素，并能够有效的控制台区负荷的电网运行参数。
本发明的另一方面，该台区负荷还原模拟仿真系统的使用方法包括以下步骤：
S1、台区录波：在所在台区负荷现场通过录波仪采集模块进行数据采集；
S2、数据输入：将录波仪采集模块中的数据输入至数据运算模块2中；
S3、LabVIEW系统生成叠加波形：数据运算模块2中的LabVIEW系统生成叠加波形；
S4、叠加波形转换为仿真波形：数据运算模块2中的将D/A数模转换板卡将该模拟波形转化为模拟波形，数据运算模块2中的功率源模块将模拟波形放大成为仿真波形；
S5、Matlab系统生成标准波形：Matlab工况模拟仿真系统数据处理模块预设所在台区负荷的参数，则波形发生器产生模拟化的标准波形；
S6、波形是否相同：比较仿真波形与标准波形，当波形相同时，执行步骤S7，当波形不同时，返回步骤S1；
S7、数据输出至宽带电力线载波HPLC模块型电能表：还原出台区负荷的运行环境。
本发明所述的台区负荷还原模拟仿真系统利用录波仪采集模块在所在台区现场录波采集数据，和利用Matlab工况模拟仿真系统数据处理模块所形成的仿真数据，将两者输入到LabVIEW模块通信环境中，可以实现对输入波形的分析，提取特征参数，在此基础上生成表征环境影响的特殊波形，并通过D/A板卡输出，实现通信环境的模拟波形还原输出；同时，利用功率源模块实现仿真波形的功率特征输出，输出的仿真波形加载到实验室中的宽带电力线载波HPLC模块型电能表的采集网络上，最后通过该台区负荷还原模拟仿真系统分析环境参数对HPLC的量化影响，可据此形成特征库，用来指导宽带电力线载波HPLC模块型电能表的深化应用与性能提升，从而实现电网运行的各种因素的分析和优化。
实施本发明能够通过该台区负荷还原模拟仿真系统分析环境参数对宽带电力线载波HPLC模块型电能表的量化影响，并据此形成特征库，用来指导宽带电力线载波HPLC模块型电能表的深化应用与性能提升，从而实现电网运行的各种因素的分析和优化，帮助电网测试人员分析、解决台区负荷对其的影响的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：台区负荷还原模拟仿真系统模块组成框图；
图2：台区负荷还原模拟仿真系统结构示意图；
图3：台区负荷还原模拟仿真系统使用步骤；
图4：电压变化图1；
图5：电流分布图1；
图6：各点功率分布图1；
图7：电压变化图2；
图8：电流分布图2；
图9：谐波次数图；
图中：1、数据输入模块；2、数据运算模块；3、标准数据库模拟模块；4、数据输出模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在附图1中，在本发明其中一个实施例中，该台区负荷还原模拟仿真系统的结构包括数据输入模块1、数据运算模块2、标准数据库模拟模块3和数据输出模块4；
所述数据输入模块1与数据运算模块2连接，采集所在台区负荷的运行参数之数据信息，并向数据运算模块2输入相应的运行参数数据信息；
所述标准数据库模拟模块3与数据运算模块2连接，提供所在台区负荷的理论数学参数模型，电网测试人员预设所在台区负荷的参数并生成模拟数据的信息，则向数据运算模块2输入相应的理论数学参数模型；
所述数据运算模块2对所在台区负荷数据的运行参数据信息经过运算得到表征所在台区负荷的特征参数，并和理论数学参数模型进行比较运算后，再将运算结果向数据输出模块4输入，从而还原模拟出所在台区负荷的仿真电网运行环境，进而还原了所在台区负荷对宽带电力线载波HPLC模块型电能表的影响电网运行的各种因素分析结果。
具体的，在附图2中，在本发明其中一个实施例中，所述数据输入模块1采用录波仪采集模块，其与台区负荷连接，与数据运算模块2连接，用于采集所在台区负荷现场中的电网运行数据及各类电气信息并进行存储；由于录波仪采集模块所具有的存储功能，电网测试人员只需将其携带到所在台区负荷现场，在进行数据采集后，再将其接入至台区负荷还原模拟仿真系统中进行作业，因而具有了良好的灵活性和便捷性。
所述数据输出模块4采用宽带电力线载波HPLC模块型电能表，其与数据运算模块2连接，用于还原所在台区负荷现场中的电网运行数据及各类电气信息对宽带电力线载波HPLC模块型电能表的影响分析结果。
所述标准数据库模拟模块3包括Matlab工况模拟仿真系统数据处理模块和波形发生器，其与数据运算模块2连接，电网测试人员通过Matlab工况模拟仿真系统数据处理模块预设所在台区负荷的参数，则波形发生器产生模拟化的标准波形，作为参考波形并向数据运算模块2输入。
所述数据运算模块2包括LabVIEW仿真系统数据处理模块、信号发生器、D/A数模转换板卡和功率源模块，电网测试人员通过LabVIEW仿真系统数据处理模块将台区负荷现场中的电网运行数据及各类电气信息进行输入和计算，则信号发生器产生具有基波与谐波的叠加波形，通过D/A数模转换板卡将该模拟波形转化为模拟波形，再通过功率源模块放大成为仿真波形，最后将该仿真波形与标准波形进行比较运算后，向宽带电力线载波HPLC模块型电能表输出影响分析结果，从而电网测试人员可以准确分析和得到影响电网运行的各种因素，并能够有效的控制台区负荷的电网运行参数。
在附图3中，作为本发明所述的台区负荷还原模拟仿真系统的使用方法包括以下步骤：
S1、台区录波：在所在台区负荷现场通过录波仪采集模块进行数据采集；
S2、数据输入：将录波仪采集模块中的数据输入至数据运算模块2中；
S3、LabVIEW系统生成叠加波形：数据运算模块2中的LabVIEW系统生成叠加波形；
S4、叠加波形转换为仿真波形：数据运算模块2中的将D/A数模转换板卡将该模拟波形转化为模拟波形，数据运算模块2中的功率源模块将模拟波形放大成为仿真波形；
S5、Matlab系统生成标准波形：Matlab工况模拟仿真系统数据处理模块预设所在台区负荷的参数，则波形发生器产生模拟化的标准波形；
S6、波形是否相同：比较仿真波形与标准波形，当波形相同时，执行步骤S7，当波形不同时，返回步骤S1；
S7、数据输出至宽带电力线载波HPLC模块型电能表：还原出台区负荷的运行环境。
本发明所述的台区负荷还原模拟仿真系统利用录波仪采集模块在所在台区现场录波采集数据，和利用Matlab工况模拟仿真系统数据处理模块所形成的仿真数据，将两者输入到LabVIEW模块通信环境中，可以实现对输入波形的分析，提取特征参数，在此基础上生成表征环境影响的特殊波形，并通过D/A板卡输出，实现通信环境的模拟波形还原输出；同时，利用功率源模块实现仿真波形的功率特征输出，输出的仿真波形加载到实验室中的宽带电力线载波HPLC模块型电能表的采集网络上，最后通过该台区负荷还原模拟仿真系统分析环境参数对HPLC的量化影响，可据此形成特征库，用来指导宽带电力线载波HPLC模块型电能表的深化应用与性能提升，从而实现电网运行的各种因素的分析和优化。
在本发明的具体实施中，发明人将测试日期选择在工作日，发明人利用本发明在某公网变采集点进行电压测试，以获取该台区供电范围内电压的变化情况，可以通过本发明得到，该台区的电压在227V到250V的范围内变动，其电压波动范围较大，见附图4；
同时，发明人利用本发明在该公网变采集点进行电流测试，以获得该台区供电范围内用户电流的变化情况，可以通过本发明得到，该用户使用的电流在10A至60A之间波动，该用户的电流在早上7点至9点的时间段，以及下午的19点至21点均处于大电流情况，见附图5；
同时，发明人利用本发明在该公网变采集点进行功率测试，以获得该台区供电范围内功率的变化情况，可以通过本发明得到，该台区在49点至52点附近，其对应的时间为12点至13点之间，用电功率达到最大值，此外，在时间点77至88时间点，即晚上的7点至10点这段时间，用电功率达到次高峰，而在早上8点以前，功率达到最小值，因此这个时间段可以作为轻负荷时间段考虑，见附图6；
另外，发明人将测试日期选择在周末，发明人利用本发明在该公网变采集点进行电压测试，以获取该台区供电范围内电压的变化情况，该台区的电压在227V到250V的范围内变动，其电压波动范围较大，其波动曲线和正常工作日相同，见附图7；
同时，发明人利用本发明在该公网变采集点进行电流测试，以获得该台区供电范围内用户电流的变化情况，可以通过本发明得到，该用户使用的电流在10A至20A之间波动，该用户的电流在晚上的21点附近达到最大值55A，见附图8；
同时，发明人利用本发明在该公网变采集点进行功率测试，以获得该台区供电范围内功率的变化情况，可以通过本发明得到，该台区在77点至86点附近，其对应的时间为晚上19点至22点之间，用电功率达到最大值，且一直持续到晚上11点左右，由此曲线可以看出，由于是周末，用户的用电习惯较工作日有一定的差别；此外，在时间点53至57时间点，即下午15点至16点这个时间点功率达到最小值，因此这个时间段可以作为轻负荷时间段考虑。
另外，发明人利用本发明对所在台区进行现场录波，并通过本发明进行测试分析，波形加载到宽带电力线载波HPLC模块型电能表进行测试，将现场录波波形分成基波和谐波，谐波次数主要集中在16次、21次、24次、31次、35次，通过加载到宽带电力线载波HPLC模块型电能表的实际还原功率数值与功率源输出的标准值进行比较得到的误差数据比对，验证了方法的可行性，见下表：
不同次谐波功率误差测试数据
| 谐波次数 | 16 | 21 | 24 | 31 | 35 |
| 有功标准分析值/W | 28.991 | 28.995 | 28.995 | 28.995 | 28.995 |
| 有功测量还原值/W | 28.982 | 28.978 | 28.888 | 28.722 | 28.691 |
| 相对误差/% | -0.045 | -0.060 | -0.369 | -0.942 | -1.048 |
上表为误差数据表，将其制成误差结果图（见附图9）可以直观的观察到结果，从上表可以得知，在21次谐波以前误差波动很小比较平稳，控制在-0.050%左右，当输出超过21次谐波时，误差呈线性快速增加，到35次谐波误差一度达到了-1.048%，因此，我们需要尽量将谐波次数降到最低，抑制高次谐波的产生，以此避免电表出现较大的误差。
在上述具体实施例的测试结果中，将该发明用于电网测试人员的具体测试工作中，具有准确的测量结果，并能通过测试结果分析到电网的不同运行参数，从而可以更好的管控电网的运行。
同时，电网测试人员可以结合所在电网的当前宽带电力线载波HPLC模块型电能表配置情况，通过现场用电信息特征分析，开展典型台区负载类型分类、归纳研究，搭建台区物理架构，具备边缘计算、硬件模块化，搭建基于用户负荷性质、通讯组合模式、地域分布等维度，搭建典型台区，建立典型台区特征信息库，对应实验室仿真模拟量，开展多模态信息融合的用电特征与运行特征仿真技术研究，搭建台区分级监测体系，从而实现对典型台区的复现和计量设备运行情况的智能监测。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种台区负荷还原模拟仿真系统，其特征在于，包括数据输入模块（1）、数据运算模块（2）、标准数据库模拟模块（3）和数据输出模块（4）；所述数据输入模块（1）与数据运算模块（2）连接，采集所在台区负荷的运行参数之数据信息，并向数据运算模块（2）输入相应的运行参数数据信息；所述标准数据库模拟模块（3）与数据运算模块（2）连接，提供所在台区负荷的理论数学参数模型，电网测试人员预设所在台区负荷的参数并生成模拟数据的信息，则向数据运算模块（2）输入相应的理论数学参数模型；所述数据运算模块（2）对所在台区负荷数据的运行参数据信息经过运算得到表征所在台区负荷的特征参数，并和理论数学参数模型进行比较运算后，再将运算结果向数据输出模块（4）输入，从而还原模拟出所在台区负荷的仿真电网运行环境，进而还原了所在台区负荷对宽带电力线载波HPLC模块型电能表的影响电网运行的各种因素分析结果。
2.根据权利要求1所述的一种台区负荷还原模拟仿真系统，其特征在于，所述数据输入模块（1）采用录波仪采集模块，其与台区负荷连接，与数据运算模块（2）连接，用于采集所在台区负荷现场中的电网运行数据及各类电气信息并进行存储。
3.根据权利要求1所述的一种台区负荷还原模拟仿真系统，其特征在于，所述数据输出模块（4）采用宽带电力线载波HPLC模块型电能表，其与数据运算模块（2）连接，用于还原所在台区负荷现场中的电网运行数据及各类电气信息对宽带电力线载波HPLC模块型电能表的影响分析结果。
4.根据权利要求1所述的一种台区负荷还原模拟仿真系统，其特征在于，所述标准数据库模拟模块（3）包括Matlab工况模拟仿真系统数据处理模块和波形发生器，其与数据运算模块（2）连接，电网测试人员通过Matlab工况模拟仿真系统数据处理模块预设所在台区负荷的参数，则波形发生器产生模拟化的标准波形，作为参考波形并向数据运算模块（2）输入。
5.根据权利要求1所述的一种台区负荷还原模拟仿真系统，其特征在于，所述数据运算模块（2）包括LabVIEW仿真系统数据处理模块、信号发生器、D/A数模转换板卡和功率源模块，电网测试人员通过LabVIEW仿真系统数据处理模块将台区负荷现场中的电网运行数据及各类电气信息进行输入和计算，则信号发生器产生具有基波与谐波的叠加波形，通过D/A数模转换板卡将该模拟波形转化为模拟波形，再通过功率源模块放大成为仿真波形，最后将该仿真波形与标准波形进行比较运算后，向宽带电力线载波HPLC模块型电能表输出影响分析结果，从而电网测试人员可以准确分析和得到影响电网运行的各种因素，并能够有效的控制台区负荷的电网运行参数。
6.一种台区负荷还原模拟仿真系统的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、台区录波：在所在台区负荷现场通过录波仪采集模块进行数据采集；
S2、数据输入：将录波仪采集模块中的数据输入至数据运算模块2中；
S3、LabVIEW系统生成叠加波形：数据运算模块2中的LabVIEW系统生成叠加波形；
S4、叠加波形转换为仿真波形：数据运算模块2中的将D/A数模转换板卡将该模拟波形转化为模拟波形，数据运算模块2中的功率源模块将模拟波形放大成为仿真波形；
S5、Matlab系统生成标准波形：Matlab工况模拟仿真系统数据处理模块预设所在台区负荷的参数，则波形发生器产生模拟化的标准波形；
S6、波形是否相同：比较仿真波形与标准波形，当波形相同时，执行步骤S7，当波形不同时，返回步骤S1；
S7、数据输出至宽带电力线载波HPLC模块型电能表：还原出台区负荷的运行环境。
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