CN114063470A - 一种馈线自动化物理仿真验证平台与测试方法 - Google Patents

Abstract

一种馈线自动化物理仿真验证平台与测试方法，所述平台包括综合控制系统、综合测试系统及若干个物理仿真子系统，且所述若干个物理仿真子系统与综合控制系统、综合测试系统相连接，所述综合测试系统与被测配电终端和配电自动化主站相连接，能够同时接入12台配电终端开展馈线自动化功能仿真验证。本发明实例中，通过低压一次设备搭建的物理仿真系统能够实现主动配电网带配电终端闭环性能测试，为馈线自动化系统的功能逻辑验证提供了高效的检测平台与测试方法，有效提高了主动配电网下终端馈线自动化功能测试能力。

Description

一种馈线自动化物理仿真验证平台与测试方法

技术领域

本发明涉及一种馈线自动化物理仿真验证平台与测试方法，属于配电设备检测技术领域。

背景技术

馈线自动化作为配电自动化的重要组成部分，其动作逻辑的正确与否将直接影响到配电自动化系统的故障处理与自愈能力。由于配电网停电检修可控时间较少，而针对带负荷运行的配电线路开展馈线自动化试验时不仅难以同步注入故障信息，一旦馈线自动化系统发生现场异动，可能造成事故停电范围的扩大从而严重影响配电网安全运行水平。

为降低电网安全风险，减少用户停电损失，有必要针对馈线自动化控制策略的正确性开展完整的动作逻辑验证，提供一种能够适应全工况配电网运行方式下的馈线自动化系统功能测试方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，为了解决现有技术对馈线自动化测试功能单一，无法模拟实际10kV配电线路多种运行状况（如开关慢动、开关拒动、通信中断、单相接地故障、转供容量不足等异常情况），测试馈线自动化功能逻辑是否正确动作等问题，提出一种馈线自动化物理仿真验证平台与测试方法。

本发明实现的技术方案如下，一种馈线自动化物理仿真验证平台与测试方法，包括馈线自动化物理仿真验证平台和馈线自动化物理仿真验证测试方法。

一种馈线自动化物理仿真验证平台，所述平台包括综合控制系统、综合测试系统及若干个物理仿真子系统；所述若干个物理仿真子系统与综合控制系统连接；所述综合控制系统与综合测试系统互联；所述综合测试系统通过被测配电终端和配电自动化主站相连接；能够同时接入12台配电终端开展馈线自动化功能仿真验证。

所述综合控制系统用于平台所有一次设备运行状态的可视化管理与运行监视，具备故障录波分析功能。

所述综合测试系统用于集成馈线自动化测试所需的各种遥信、遥测、遥控信号，实现被测馈线终端的高效接入和联调测试。

所述若干个物理仿真子系统用于生成馈线自动化终端测试中的电压信号、电流信号、开关状态量、故障状态量和控制输入量。

所述综合控制系统包括模拟量采集分析模块、主控制器和故障录波分析模块；所述主控制器分别与所述模拟量采集分析模块与故障录波分析模块相连接；主控制器还分别连接综合测试系统和物理仿真子系统。

所述主控制器用于接收与解析测试模拟量采集分析模块结果与故障录波分析模块结果，同时实现所有保护测控单元的集中远端控制。

所述模拟量采集分析模块用于根据所述若干个物理仿真子系统负荷接入数据，结合所述主控制器所反馈的模拟量及状态量分析当前运行工况下的平台潮流分布。

所述故障录波分析模块用于系统分析与配电终端测试波形对比，可根据平台零序电压和任意一点相电流超过限定值启动故障录波。

所述综合控制系统集成设备状态监视及控制、电压电流监测、故障投入监测功能，可实现对平台所有一次设备运行状态的可视化管理与运行监视。具备故障录波分析功能，满足comtrade99、ARMWaveDpr对波形文件的格式要求，系统配置千兆双网卡，实现内外网通讯分离，内网作为控制系统与真实变电站控制系统一致，同时支持远传104规约与配电自动化主站通讯，所述配电自动化主站可通过综合控制系统对平台进行远程遥控操作。

所述综合测试系统包括控制单元、模拟量输入模块、模拟量输出模块、状态量开入模块和状态量开出模块；所述模拟量输入模块、模拟量输出模块、状态量开入模块和状态量开出模块与所述控制单元相连接。

模拟量输入模块和状态量开入模块的输入端连接控制单元的输出端；模拟量输出模块和状态量开出模块的输出端连接控制单元的输入端。

模拟量输入模块和状态量开入模块的输出端与模拟量输出模块和状态量开出模块的输入端共联后，与主控制器互联。

所述模拟量输入模块用于将所述开关控制单元中的测试电压、电流值输入至综合控制系统中的主控制器中。

所述状态量开入模块用于将所述开关控制单元中的开关状态量输入至综合控制系统中的主控制器中。

所述模拟量输出模块用于输出平台电压、电流值。

所述状态量开出模块用于输出平台开关运行状态。

所述控制单元包括电源开关控制单元、分段开关控制单元、联络开关控制单元；所述电源开关控制单元、分段开关控制单元、联络开关控制单元用于执行所述平台对应开关的实际动作，同时接收测试过程中模拟量与状态量的输出结果以及控制开关量的输入结果。

所述综合测试系统集成馈线自动化测试所需的各种遥信、遥测、遥控信号，采用配网终端设备标准航空端子接头，提供包括电磁式及电子式电压、电流测试接口、9个分段开关及3个联络开关的开入开出接口、24V及48V电源接口，可实现被测馈线终端的高效接入和联调测试。

所述若干个物理仿真子系统包括保护测控单元、电源变电系统、中性点成套系统、模拟馈线及负载系统、故障模拟系统、分布式电源模拟系统和高压馈线系统；各个物理仿真子系统通过其保护测控单元与所述主控制器互联。

所述保护测控单元设置过流、速断、重合闸等保护功能，结合主控制器用于实现物理仿真子系统的远方/就地控制与电压、电流精确测量。

所述电源变电系统采用三相380V电源，配置隔离变压器，用于实现低压模拟馈线及负载系统供电、电容电流补偿及三相电源隔离，并具备电压、电流监测功能。

所述中性点成套系统用于实现平台中性点不接地、经消弧线圈、小电阻、高阻接地的多种运行方式模拟。

所述模拟馈线及负载系统用于模拟三分段三联络馈出线线路，包括线路参数单元和负载单元。所述线路参数单元包括串接形式的电阻、电感及并接形式的电容，所述负载单元配置可按功率因数调节的阻性、容性、感性负载。

所述故障模拟系统用于实现线路短路、接地故障仿真验证功能，可实现线路单相金属性接地、低电阻接地、高阻接地、弧光接地、同相两点接地故障、相间短路、三相短路故障模拟，具备在线路不同故障位置实现两相同相接地故障、两相异相接地短路故障仿真验证功能。

所述分布式电源模拟系统用于实时仿真分布式小水电系统接入，采用电动机+发电机连杆驱动模式模拟水电站出力，通过准同期及保护设备连接至模拟配电线路的任一接入点，可对水电站的正常和异常事故进行模拟，具备在线路不同故障位置实现两相同相接地故障、两相异相接地短路故障仿真验证功能。

所述高压馈线输出系统用于模拟10kV配电线路，可根据测试需求三相串接至测试系统，实现模拟实际10kV配电线路短路故障、接地故障、重合闸、人工投切大负荷、负荷波动、非故障线路重合闸等多种运行工况，满足故障指示器录波波形及动作逻辑正确性的功能验证。

一种馈线自动化物理仿真测试方法，步骤如下：

（1）将待测试终端接入物理仿真验证平台；

（2）制定馈线自动化测试类型，是就地测试，还是智能分布式远程测试；

（3）配置测试环境，包括配置开关运行状态、电源接入状态、故障状态；

（4）发布测试命令，进行终端馈线自动化功能的仿真验证，生成测试报告。

本发明的有益效果在于，本发明所提出的馈线自动化物理仿真验证平台，设计了适应于多态故障与分布式电源接入的测试环境，可开展经电阻接地故障、弧光接地故障、三相短路故障、两相短路故障等多种故障模式下就地型、智能分布式馈线自动化测试，并采集故障波形以供分析。通过测试仿真平台与配电自动化主站的协同运行，能够同时接入多台配电终端开展仿真验证，可有效提高主动配电网下终端馈线自动化功能测试能力。

附图说明

图1为本发明实例中馈线自动化物理仿真验证平台的架构示意图；

图2为本发明实例中馈线自动化物理仿真验证平台的具体结构组成示意图；

图3为本发明实例中馈线自动化物理仿真验证平台的测试方法流程示意图。

图4为本发明第一实施例的故障区段仿真验证示意图；

图5为本发明第二实施例的故障区段仿真验证示意图。

具体实施方式

如图1所示为本发明实例中馈线自动化物理仿真验证平台的架构示意图，所述仿真验证平台包括综合测试系统、综合控制系统和若干个物理仿真子系统，能够生成馈线自动化终端测试中的电压信号、电流信号、开关状态量、故障状态量和控制输入量，所述平台采用低压380V物理模仿真10kV配电网系统，通过搭建单段母线及三回出线形成了三分段三联络配电网拓扑网架。

请参阅图2，图2示出了本发明实例中馈线自动化物理仿真验证平台的具体结构组成示意图，可对图1中的仿真验证平台各个组成部分进行展开说明，如下：

所述综合测试系统中包括电源开关控制单元、分段开关控制单元、联络开关控制单元、模拟量输入模块、模拟量输出模块、状态量开入模块和状态量开出模块，且所述模拟量输入模块、模拟量输出模块、状态量开入模块和状态量开出模块与所述控制单元相连接。

在实例实施过程中，所述电源开关控制单元、分段开关控制单元、联络开关控制单元用于执行仿真平台对应开关的实际动作，同时接收测试过程中模拟量与状态量的输出结果以及控制开关量的输入结果；所述模拟量输入模块与状态量开入模块用于将所述开关控制单元中的测试电压、电流、开关状态量输入至综合控制系统中的主控制器中；所述模拟量输出模块与状态量开出模块可根据主控制器设定的信号参数，结合物理仿真子系统投入情况，输出对应电压、电流及开关运行状态。

所述综合控制系统包括模拟量采集分析模块、主控制器和故障录波分析模块，且所述主控制器分别与所述模拟量采集分析模块与故障录波分析模块相连接。

所述若干个物理仿真子系统包括保护测控单元、电源变电系统、中性点成套系统、模拟馈线及负载系统、故障模拟系统、分布式电源模拟系统和高压馈线系统，且各个物理仿真子系统通过保护测控单元与所述主控制器相连。

在实例实施过程中，所述主控制器用于接收与解析测试模拟量采集分析模块结果与故障录波分析模块结果，同时实现所有保护测控单元的集中远端控制；所述模拟量采集分析模块可根据所述若干个物理仿真子系统负荷接入数据，结合所述主控制器所反馈的模拟量及状态量分析当前运行工况下的平台潮流分布；所述故障录波分析模块可根据平台零序电压和任意一点相电流超过限定值启动故障录波，录取故障前4个周波及故障后8个周波用于系统分析与配电终端测试波形对比。

此外，如图3所示，是本发明实例提出的馈线自动化物理仿真验证平台的测试方法的流程示意图，该测试方法包括以下步骤：待被测配电终端接入测试平台后，根据馈线自动化的测试类型（就地型、智能分布式）配置系统开关运行状态、电源接入状态、故障状态等测试环境，即可完成终端馈线自动化功能的仿真验证并自动生成测试报告，实现全工况配电网运行方式下馈线自动化功能检测与分析，同时保证测试工作的安全和高效率。

下面将结合附图以馈线自动化测试实例为例，对本发明做进一步说明。

实施例一：

如图4所示，测试两相短路故障位于断路器分段点，D05开关拒动，电压时间型馈线自动化策略正确动作隔离故障。

本实施例中，所述故障模拟系统接入D05后侧、D06前侧线路单元，所述保护测控单元检测到故障电流信号，经所述主控制器至状态量开出模块控制CB过流跳闸，被测终端控制D04、D06失压分闸；所述主控制器控制CB重合闸成功后，被测终端控制D04来电X时间后自动合闸，因Y时间内重合于故障，CB再次检测到故障信息后加速跳闸，被测终端控制D04失压分闸并正向闭锁、D06反向闭锁；CB二次重合闸成功后，LS2经X时间合闸转供成功，完成故障隔离与恢复供电，同时完成电压时间型馈线自动化功能测试。

实施例二：

如图5所示，测试单相接地故障位于线路联络开关前侧，各开关运行工况正常，自适应综合型馈线自动化策略正确动作隔离故障。

本实施例中，所述故障模拟系统接入D06后侧、LS2前侧线路单元，D04侧被测终端投入故障选线模式，经故障选线时间后控制D04开关接地故障跳闸，D05、D06失压分闸；D04一次重合闸成功后，D05、D06分别经X时间来电自动合闸；D06合闸后因Y时间内重合于故障，D06开关侧被测终端检测到接地故障后加速跳闸并闭锁，LS2反向闭锁，完成故障隔离与恢复供电，同时完成自适应综合型馈线自动化功能测试。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

本发明实施例所提出的馈线自动化物理仿真验证平台与测试方法，通过低压一次设备搭建的物理仿真系统与配电主站进行通讯能够实现主动配电网带配电终端闭环性能测试。对于不同类型的馈线自动化系统，提供主动干扰功能测试系统可实现不同开关工况、网络架构下的配电网故障暂态特征发掘，为馈线自动化系统的功能逻辑验证提供了高效的检测平台与测试方法，有效提高了主动配电网下终端馈线自动化功能测试能力。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种馈线自动化物理仿真验证平台，其特征在于，所述平台包括综合控制系统、综合测试系统及若干个物理仿真子系统；所述若干个物理仿真子系统与综合控制系统连接；所述综合控制系统与综合测试系统互联；所述综合测试系统通过被测配电终端和配电自动化主站相连接；能够同时接入12台配电终端开展馈线自动化功能仿真验证；

所述综合控制系统用于平台所有一次设备运行状态的可视化管理与运行监视，具备故障录波分析功能；

所述综合测试系统用于集成馈线自动化测试所需的各种遥信、遥测、遥控信号，实现被测馈线终端的高效接入和联调测试；

所述若干个物理仿真子系统用于生成馈线自动化终端测试中的电压信号、电流信号、开关状态量、故障状态量和控制输入量。

2.根据权利要求1所述的一种馈线自动化物理仿真验证平台，其特征在于，

所述综合控制系统包括模拟量采集分析模块、主控制器和故障录波分析模块；所述主控制器分别与所述模拟量采集分析模块与故障录波分析模块相连接；主控制器还分别连接综合测试系统和物理仿真子系统；

所述主控制器用于接收与解析测试模拟量采集分析模块结果与故障录波分析模块结果，同时实现所有保护测控单元的集中远端控制；

所述模拟量采集分析模块用于根据所述若干个物理仿真子系统负荷接入数据，结合所述主控制器所反馈的模拟量及状态量分析当前运行工况下的平台潮流分布；

所述故障录波分析模块用于系统分析与配电终端测试波形对比，根据平台零序电压和任意一点相电流超过限定值启动故障录波。

3.根据权利要求1所述的一种馈线自动化物理仿真验证平台，其特征在于，

所述综合测试系统包括控制单元、模拟量输入模块、模拟量输出模块、状态量开入模块和状态量开出模块；所述模拟量输入模块、模拟量输出模块、状态量开入模块和状态量开出模块与所述控制单元相连接；

模拟量输入模块和状态量开入模块的输入端连接控制单元的输出端；模拟量输出模块和状态量开出模块的输出端连接控制单元的输入端；

模拟量输入模块和状态量开入模块的输出端与模拟量输出模块和状态量开出模块的输入端共联后，与主控制器互联；

所述模拟量输入模块用于将所述开关控制单元中的测试电压、电流值输入至综合控制系统中的主控制器中；

所述状态量开入模块用于将所述开关控制单元中的开关状态量输入至综合控制系统中的主控制器中；

所述模拟量输出模块用于输出平台电压、电流值；

所述状态量开出模块用于输出平台开关运行状态。

4.根据权利要求3所述的一种馈线自动化物理仿真验证平台，其特征在于，所述控制单元包括电源开关控制单元、分段开关控制单元和联络开关控制单元；所述电源开关控制单元、分段开关控制单元、联络开关控制单元用于执行所述平台对应开关的实际动作，同时接收测试过程中模拟量与状态量的输出结果以及控制开关量的输入结果。

5.根据权利要求1所述的一种馈线自动化物理仿真验证平台，其特征在于，所述若干个物理仿真子系统包括保护测控单元、电源变电系统、中性点成套系统、模拟馈线及负载系统、故障模拟系统、分布式电源模拟系统和高压馈线系统；各个物理仿真子系统通过其保护测控单元与所述主控制器互联；

所述保护测控单元设置过流、速断、重合闸保护功能，结合主控制器用于实现物理仿真子系统的远方/就地控制与电压、电流精确测量；

所述电源变电系统用于实现低压模拟馈线及负载系统供电、电容电流补偿及三相电源隔离；

所述中性点成套系统用于实现平台中性点不接地、经消弧线圈、小电阻、高阻接地的多种运行方式模拟；

所述模拟馈线及负载系统用于模拟三分段三联络馈出线线路，包括线路参数单元与负载单元；

所述故障模拟系统用于实现线路短路、接地故障仿真验证功能；

所述分布式电源模拟系统用于实时仿真分布式小水电系统接入，可对水电站的正常和异常事故进行模拟；

所述高压馈线输出系统用于模拟实际10kV配电线路短路故障、接地故障、重合闸、人工投切大负荷、负荷波动及非故障线路重合闸运行工况。

6.采用如权利要求1-5所述馈线自动化物理仿真验证平台的馈线自动化物理仿真测试方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

（1）将待测试终端接入物理仿真验证平台；

（2）制定馈线自动化测试类型，是就地测试，还是智能分布式远程测试；

（3）配置测试环境，包括配置开关运行状态、电源接入状态、故障状态；

（4）发布测试命令，进行终端馈线自动化功能的仿真验证，生成测试报告。

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