本发明涉及一种中压配电自动化仿真培训装置，具体地说是一种对应6kv、10kv、20kv、35kv等级配电网馈线自动化的仿真培训系统。
背景技术：
随着我国城市化进程的加快和国民物质文化生活水平的提高，电力供应的可靠性要求越来越高，我国城市电网的供电可靠率正由99.9％向99.99％发展。6kv、10kv、35kv等级中压配电网的馈线自动化推广迅速，馈线自动化线路不断加长，epon系统及配电终端的大量应用，带来了运维工作量的大幅度提高。同时，配电自动化系统涉及电力系统自动化、继电保护、通信技术、计算机技术等专业，要求运维人员知识与技能面较宽，单一的专业人员学习周期长，生产系统难以实现培训性频繁操作，为馈线自动化仿真系统的应用提供了广泛空间。
实际的配电自动化系统各个组成部分地理分布分散，配电主站、通信、检测、配电网网架结构庞大，直观性不强，而且配电工程一旦投运，供电可靠性要求高，运维检修试验时间短，难以满足培训要求。
技术实现要素：
本发明为了克服上述缺陷,提供了馈线自动化仿真培训系统，与现有技术相比，其具有结构简明，功能完备,使用方便，对配电网馈线自动化运行进行仿真的优点。
本发明采用的技术方案是：
馈线自动化仿真培训系统，由配电主站、epon通信网络、配电终端和馈线网架仿真系统等组成。
所述配电主站为功能性的软件，安装在仿真系统微机上,在仿真系统微机还设置有仿真系统服务端软件。
配电主站由操作系统、支撑平台软件和配电网应用软件组成，功能包括数据库与图模管理等公共服务功能，以及配电scada、馈线故障处理、配电网自愈等功能。所述仿真系统服务端软件作为主站高级应用功能，包括馈线故障仿真软件与二维虚拟馈线试验模块,所述二维虚拟馈线试验模块包括虚拟操作学习模块(遥控结果不输出)和馈线操作试验模块(“三遥”功能投入应用)。
仿真系统微机安装有通信网管软件，微机的通信口与epon通信网络链接。主站通过通信系统与数据采集终端通信，实现配电网运行监控、操作调度、运行维护。
所述epon通信网络包括点到多点结构的光线路终端olt，色散补偿光模块，光网络单元onu，无源光分配器odn，光衰耗器，以及尾纤等组成，用于数据采集终端与配电自动化主站通信。
由通信网络管理软件对olt进行设备管理，包括参数配置、运行监测等。以尾纤模拟光缆，沿模拟配电网一次接线敷设，链接至柱上开关的配电终端ftu。每条光缆链路采用星型接线方式，olt设备对多个方向的光缆链路实现光口汇聚，分支网采用epon技术，任何一个终端设备故障都不会影响其他终端设备，使得设备的故障率低，容易维护。
所述配电终端ftu，与配电网模拟设备配合使用，通过通信网络与配电自动化主站通信，实现对出线开关、模拟柱上馈线开关、联络开关的运行监视、故障检测、远程控制；除能够根据就地测量信息进行保护控制操作外，还支持相关节点上终端装置之间对等交换实时监控数据，完成线路故障快速自愈、分布式电源并网控制等智能配电网高级应用功能。配电终端以tcp/ip方式接入epon，每个柱上开关的onu设备具备10/100m端口，支持tcp/ip协议，配置一个ip地址，实现配电自动化主站系统与配电终端ftu的端到端连接。与传统的配电自动化通信系统相比，不设置中间子站，每个ftu终端单独作为一个子站，主站与子站的通信采用104规约，简化配电自动化系统结构，提高了仿真系统的可观性。
馈线网架模拟系统，两侧进线为三相交流输入，以380v模拟10kv(6kv、20kv、35kv)等中压配电网；配电网架空线路以及电力电缆以低压导线模拟；线路断路器、负荷开关以交流接触器模拟；出线及分支线路的负荷以集中的电阻箱、电容器组模拟。对线路取样的线电压、相电流不经过电压互感器、电流互感器，直接接入馈线终端的电压、电流端子，零序电流互感器安装在进线母线处。线路断路器、负荷开关的状态量从交流接触器的主触点、辅助触点提取，送至馈线终端的开关状态端子。
本发明所达到的有益效果:
本发明基于epon的馈线自动化仿真系统,通过建立数字仿真与物理仿真相结合的系统,形成与工程实际系统外观和功能完全相似的仿真模型,建立与工程试验、维护操作环境完全一致的半实物仿真(hardwareintheloopsimulation，hls),用户通过交互操作方式来进行包括主站建模、通信系统搭建、二次系统接线、馈线自动化算法设置、线路停送电操作、故障设置与排除等运行、维护、试验项目,从而能够完全仿真实际的馈线自动化系统运维操作,降低操作与培训过程的危险性，提高考核针对性。
本发明不仅仅为从事配电自动化运维的技术人员提供了一种先进的培训平台,还可广泛应用于配电线路、变电检修等其它相关工种的培训。
附图说明
图1为本发明的配电网单环网馈线自动化系统图；
图2为本发明的epon系统结构举例；
图3为本发明epon系统层次结构；
图4为基于多级分光的epon组网方式；
图5为虚拟试验数学模型。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步描述.
图1为本发明的一种实施例，本发明的技术方案是：馈线自动化仿真培训系统，由配电主站、epon通信网络、配电终端和馈线网架仿真系统等物理仿真与二维虚拟馈线试验数字模拟模块组成。
在仿真系统微机上设置有仿真系统服务端软件、配电scada(distributionsupervisorycontrolanddataacquisition，简称配电scada),所述仿真系统服务端软件包括馈线故障仿真软件与二维虚拟馈线试验模块,所述二维虚拟馈线试验模块包括虚拟操作学习模块和馈线操作试验模块。
配电主站与配电终端等采用epon通信网络。
[1]epon通信系统搭建
1.1在实验台上备置1台olt、各台onu及1：2分光器、1:4分光器等，各设备连接电源，暂不通电。
1.2将1:2分光器的上行纤连接到olt的任意pon口，下行纤连接到下一组1:2分光器与一组onu的任意pon口，该组onu接至一组ftu，如图3或者图4所示。上述第二组1:2分光器下行纤连接与上述相同，可以形成与图1对应的手拉手拓扑网络结构。
1:4分光器的与olt的连接如下图所示，可以单独进行监测试验。
1.3所有光通信设备接通电源，通电5分钟后，观察所示的olt设备指示灯，包括电源指示灯、运行指示灯、pon连接灯等指示正常。
per:绿色常亮(正常)
run:绿色快闪(启动中)、慢闪(正常运行)
ponn：绿色常亮(连接)
gen：绿色常亮(连接)
alm：红色灭(正常)、亮(告警)
1.4观察所示的onu设备状态：
power:绿色常亮(正常)
ponn：绿色常亮(连接)
link：绿色常亮(连接)
alarm：红色灭(正常)、亮(告警)
1.5网管实验：将网管pc机(与主站pc机共用)的网络线连接到olt的mn端口，设置pc机端口地址192.168.1.20。启动网管软件,缺省用户名及密码可设置为admin、admin，进行网络管理配置与操作：
创建olt；
配置保存；
olt配置管理；
onu授权认证；
告警管理；
性能管理；
安全管理。
以常用监测方法，包括ping、telnet等进行监测确认。
1.6配置网管软件确保olt的pon端口与onu的网络端口在同一vlan。
1.7配电主站启动后的链接：连接pc机通信口到olt的任意ge端口。配电主站软件与epon网管软件使用同一微机，可以在电脑上配置双网卡或者双网络地址。
1.8将各个ftu数据网络线连接到oun的网络端口，并通电。
1.9将馈线及模拟负荷系统的负载置于最小位置，连接到ftu，并通电。
1.10操作配电主站软件，通过epon网络传输控制指令，在主站、ftu处，操控配电网一次系统，观察主站上主接线图母线及线路电压、电流，以及出线开关的位置指示，开关变位后的电气量、开关量变化，验证“三遥”功能。一次系统出线负荷的调整，通过投切馈线及用户模拟箱的阻抗实现。
1.11pon功率计试验：断开被测节点，将其中一侧连接到pon功率计，再用尾纤连接pon功率计与另一侧，pon功率计的端口“olt/video”连接olt方向，端口“ont”连接到onu方向。启动pon功率计，观察并记录测量数据。
odn网络常用测量节点参考：光纤配线架odf(opticaldistributionframe，odf)用于光纤通信系统中局端主干光缆的成端和分配，可方便地实现光纤线路的连接、分配和调度。
1.12智能衰耗器实验：在pon功率计测试的光通路上，选择某一节点，参考pon功率计连接方法，连接智能光衰耗器。启动电源，调节衰耗器衰耗步进、衰耗数值等参数，衰耗量程为0～64db。观察并记录pon功率计测量数据，同时观察olt、onu的设备指示灯，通过epon网管软件，查看设备运行告警状态与性能参数。
通过衰耗器实验，测试olt、onu的pon接口模块的光灵敏度，并与说明设备标称数据进行比较。
调出配网主站系统软件，尝试进行实验操作。
过程如下：
[2]虚拟中压配电网的主站建模
2.1配电网图形绘制与编辑：
在pc机上启动配电主站软件。
按照给定如图1所示的配电网络图，在主站进行图形绘制：熟悉主站中界面窗体结构分布，各项编辑功能，工具栏的应用，内嵌的电力系统一次接线图的画面、子图、图元，供绘图时引用，从而提高制图的灵活性和速度；利用文字图元、图像图元、连接图元、端子图元、表格图元、电力组员、区域图元、量测图元、量测组图元等，完善接线图，并存储为图形文件。
打开图元编辑器，然后打开图形文件，修改维护图元，并保存图元，装载图元。
2.2图元cim模型配置：
利用设备图元编辑功能，依次对绘制的配电网络图中电压等级、母线、量测装置、测控设置、开关、刀闸、变压器、组合图元、工况图元等进行配置。对两个电源点进行定义，以拓扑验证图元配置的完整性，对整体设置进行维护。
[3]配电网一、二次系统接线
图1为配电网连接的实施例之一。从两侧进线电源1、电源2的三相交流输入，以380v模拟10kv(6kv、20kv、35kv)等级电压，以电力电缆、低压绝缘导线顺次连接模拟线路断路器、负荷开关以及联络开关的交流接触器qf1、q11、q12、ql、qf2、q21、q22。出线及分支线路的负荷以用户模拟箱中集中的电阻箱、电容器组模拟。
对线路取样的线电压、相电流不经过电压互感器、电流互感器，直接从母线、主干线及各个ftu对应的监测位置，引接至馈线终端的电压、电流端子。电源1、电源2出线的零序电流互感器安装在进线母线处。线路断路器、负荷开关的状态量从交流接触器的主触点、辅助触点提取，送至馈线终端的开关状态端子。
[4]馈线自动化算法仿真
本仿真可分别在本发明的物理仿真系统与数字仿真系统实现。
4.1集中智能型
如图1所示配电网，电源1出线属于开环运行配电网，当f处发生故障，qf1、q11流过故障电流，q12未流过故障电流，算法判断故障发生在q11、q12之间，自动断开qf1后，断开q11及q12，然后合上qf1，完成故障隔离与健全区域的恢复供电。
如图1所示配电网，若配电网运行在ql闭合的合环状态，当f点处发生故障，算法按照故障后的功率方向进行故障定位，故障点两侧的开关处的功率方向都指向区域内部。判断f点故障后，可以自动断开qf1、ql后，断开q11及q12，然后合上qf11、ql，完成故障隔离与健全区域的恢复供电。
4.2自动化开关相互配合型
该型具体实施例较多，包括重合器与电压—时间型分段器配合型、重合器与过流脉冲计数型分段器配合型、重合速断型、重合器与电压—电流型分段器配合型、重合器与重合器配合型、分布智能快速自愈型等。
数字仿真的实现，在配电主站设立“馈线自动化仿真”菜单，在工程师站通过点击配电网架不同位置，设置故障点与故障类型，发布到各个训练位，由学员进行处置。
[5]线路停送电操作
电源1出线的送电：将各个ftu的控制方式开关置于“遥控”位置，可以通过主站的遥控操作送电，顺次合上q12、q11开关，最后合上qf1开关，观察核对线路电压、电流及各个开关位置等显示正确。
也可以将各个ftu的控制方式开关置于“就地”位置，在ftu的操作面板上，顺次揿动“合”按钮，合上q12、q11开关，最后合上qf1开关，观察核对线路电压、电流及各个开关位置等显示正确。
电源1出线的停电：将各个ftu的控制方式开关置于“遥控”位置，可以通过主站的遥控操作停电，首先断开qf1开关，然后顺次断开q11、q12开关，观察核对线路电压、电流及各个开关位置等显示正确。
也可以将各个ftu的控制方式开关置于“就地”位置，在ftu的操作面板上，顺次揿动“断”按钮，首先断开qf1开关，然后顺次断开q11、q12开关，观察核对线路电压、电流及各个开关位置等显示正确。
电源2出线的停、送电操作与电源1出线的停、送电操作方法、步骤相同。
“合环”负荷转供的操作：
以电源1出线qf1开关计划检修为例，在主站实施负荷转供的步骤：
检查合环点ql两侧三相电压相序一致；测定合环点ql两侧三相电压相位相同；检查该系统的继电保护、自动装置设置适应合环运行方式。
合上ql断路器；断开qf1开关；断开q11开关，观察核对q12开关两侧分支线负荷大小，以及线路电压、电流及各个开关位置等显示正确。
[6]电气试验过程的数学模型
配电网虚拟试验过程的数学模型在matlab系统的环境下进行建模。在本发明中,每一个试验对应一个数学模型,每个模型由多个功能模块组成。模型的结构如图5所示。
故障设置在工程师站进行，设置完成后发送到各个试验组(台)。
epon系统故障库模块:根据来自虚拟试验的数据和所选择的试验项目，自动判断epon系统故障库内的故障类型与故障点。判断的结果送“epon管理软件”模块，显示在通信系统图上。
二次系统故障库模块：根据来自虚拟试验的数据和所选择的试验项目，自动判断二次系统故障库内的故障类型与故障点。判断的结果送“主站管理软件”模块，显示在主站系统图上。不同的类型、故障点有其对应的模块,包括以下模块:配电网各处电压互感器二次接线极性错误、电流互感器二次接线极性错误，断路器、分段开关、联络断路器控制回路断路及位置信号接错等。
一次系统故障库模块：根据来自虚拟试验的数据和所选择的试验项目，自动判断一次系统故障库内的故障类型与故障点。判断的结果送“主站管理软件”模块，fa启动，进行故障隔离及非故障区域恢复供电，相关过程及状态显示在主站系统图上。不同的类型、故障点有其对应的模块,包括以下模块:如图1中f点所示的配电网各处单相接地、两相接地故障、相间短路故障，以及各个故障类型对应的瞬时故障、永久故障等。
物理模拟运行试验培训模块具体内容包括:
故障点、故障类型与以上虚拟仿真相同。不同之处在于试验前先在特定的故障点设置某故障类型，然后启动系统，进行观察分析和处理。
1)通信系统故障的测试与排除
被试品:epon系统；
使用仪器:pon功率计
2)二次系统故障的测试与排除
被试品:零序电流互感器，ftu；
使用仪器:万用表
3)一次系统故障的测试与排除
被试品:电力电缆，绝缘导线，交流接触器，接地器，ftu；
使用仪器:万用表，钳形电流表。