一种配电网物理模拟装置的制作方法

本实用新型涉及一种配电网物理模拟装置。

背景技术：

配电网是电力系统与用户最贴近的环节，随着用电负荷不断增多，规模变得越来越庞大。若要提高配电网的稳定性和安全性，研究其故障特性和监测办法就显得尤为重要。物理模拟是根据相似性原理，使用与实际系统具有相同物理性质且参数标幺值一致的模拟元件，将一个真实的配电网复制到实验室中，保证在模型上所反映的过程和实际系统中的过程相似，具有直观性、广泛性、灵活性和整体性等特点。

技术实现要素：

本实用新型提供一种配电网物理模拟装置，可模拟多种运行工况如拒动、误动、抖动等，也可模拟配电网中常见的短路、接地、断线等故障。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种配电网物理模拟装置，包括核心控制模块、人机交互模块、继电保护设备、故障模拟装置、数据采集模块以及若干模拟断路器，所述核心控制模块分别与人机交互模块、继电保护设备、数据采集模块、故障模拟装置和模拟断路器电连接；

所述人机交互模块与核心控制模块之间通过RS232进行通信，所述继电保护设备、数据采集模块与核心控制模块之间通过RS485进行通信；所述故障模拟装置用于模拟配电网中常见的短路、接地、断线故障，所述数据采集模块用于实时检测配电网数据，通过核心控制器传输并在人机交互模块上显示给用户，所述人机交互模块根据用户操作向核心控制模块发送控制命令，所述继电保护设备通过电压互感器、电流互感器获取配电网的电压、电流数据，当该数据超过继电保护设备设置的保护阈值时，继电保护设备进行保护动作并向核心控制模块发送控制命令；所述核心控制模块根据协议解析和算法控制相应的模拟断路器分/合动作，进行馈线/负荷投、切操作，并能获取各模拟断路器的实时状态，反馈给继电保护设备和人机交互模块。

进一步的，所述模拟装置还包括上位机，所述上位机与核心控制模块电连接，与核心控制模块之间通过TCP/IP进行通信，所述上位机用于向核心控制模块输入设定的各种参数与控制命令控制相应的模拟断路器分/合动作，进行馈线/负荷投、切操作。

进一步的，所述人机交互模块包括集中控制人机界面和分散控制人机界面，集中控制人机界面安装在监控中心，用于对整个配电网进行集中操作和状态监视；分散控制人机界面安装于各个就地屏柜中，用于对该屏柜的设备进行操作和状态监视。

进一步的，所述故障模拟装置包括接地电阻模块、电弧生成模块、以及设置在三相线路首端与三相线路末端中间的第一开关、用于连接三相线路首端与接地电阻模块输入端的第二开关、用于连接三相线路末端与接地电阻模块输入端的第三开关，所述接地电阻模块包括可调电阻、用于控制可调电阻投入不同阻值的第四开关，所述接地电阻模块输入端与电弧生成模块输入端连接，所述接地电阻模块输出端与电弧生成模块输出端接地，第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、电弧生成模块均与所述核心控制模块连接。

进一步的，所述电弧生成模块包括平台、固定设置在平台上的第一支柱、可相对第一支柱移动的设置在平台上的第二支柱、分别设置在第一、第二支柱上的第一、第二放电尖端和通过传动机构连接驱动第二支柱移动的电机，第一、第二放电尖端中的一方与线路连接，另一方接地，电机与所述核心控制模块连接。

进一步的，所述数据采集模块是多个数据采集模块，多个数据采集模块接线拓扑采用总线方式。

进一步的，所述核心控制模块为可编程逻辑控制器。

较佳的，所述模拟装置还包括继电器，所述继电器连接在可编程逻辑控制器与模拟断路器之间，所述继电器的控制端连接可编程逻辑控制器，所述继电器输出端连接模拟断路器，通过继电器隔离可编程逻辑控制器与模拟断路器。

进一步的，所述数据采集模块采用韦伯三相电参数采集器WB6830R2-P型号。

进一步的，所述模拟断路器采用LC1-D115M7C型号和LC1-D50M7C型号，所述LC1-D115M7C接触器能配保护装置分断故障电流，所述LC1-D50M7C接触器能用于分断负荷。

进一步的，所述集中控制人机界面采用MT4512TE型号，所述分散控制人机界面采用eviewET070型号。

本实用新型具有以下有益效果：可模拟配电网正常工况、异常工况，包括拒动、误动、抖动等，也可模拟配电网中常见的短路、电阻接地、弧光接地、断线等故障。

附图说明

图1为本实用新型的模块结构示意图；

图2为本实用新型的故障模拟装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，配电网物理模拟装置，包括核心控制模块、上位机、人机交互模块、继电保护设备、故障模拟装置、数据采集模块以及若干模拟断路器，所述核心控制模块分别与人机交互模块、继电保护设备、数据采集模块、故障模拟装置和模拟断路器电连接；所述上位机与核心控制模块之间通过TCP/IP进行通信，所述人机交互模块与核心控制模块之间通过RS232进行通信，所述继电保护设备、数据采集模块与核心控制模块之间通过RS485进行通信；所述上位机用于向核心控制模块输入设定的各种参数与控制命令，所述故障模拟装置用于模拟配电网中常见的短路、接地、断线等故障，所述数据采集模块用于实时检测配电网数据，通过核心控制器传输并在人机交互模块上显示给用户，所述人机交互模块根据用户操作向核心控制模块发送控制命令，所述继电保护设备通过电压互感器、电流互感器获取配电网的电压、电流数据，当该数据超过继电保护设备设置的保护阈值时，继电保护设备进行保护动作并向核心控制模块发送控制命令；所述核心控制模块根据协议解析和算法控制相应的模拟断路器分/合动作，进行馈线/负荷投、切操作，并能获取各模拟断路器的实时状态，反馈给继电保护设备和人机交互模块。

如图2所示，故障模拟装置包括接地电阻模块、电弧生成模块、以及设置在线路A、B、C三相首端与三相线路末端中间的第一开关1、用于连接三相线路首端与接地电阻模块输入端的第二开关2、用于连接三相线路末端与接地电阻模块输入端的第三开关3，所述接地电阻模块包括可调电阻、用于控制可调电阻投入不同阻值的第四开关4，所述接地电阻模块输入端与电弧生成模块输入端连接，所述接地电阻模块输出端与电弧生成模块输出端接地，第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、电弧生成模块均与所述核心控制模块连接。所述电弧生成模块包括平台E、固定设置在平台上的第一支柱C、可相对第一支柱移动的设置在平台上的第二支柱D、设置在第一支柱C上的放电尖端A，采用铜棒、设置在第二支柱D上的放电尖端B，采用碳棒、通过传动机构连接驱动第二支柱D移动的电机F，放电尖端A与线路连接，放电尖端B接地。第一开关1包括开关K1、K2、K3，第二开关2包括开关K4、K5、K6，第三开关包括K7、K8、K9，第四开关包括开关Ka、Kb、Kc、Kd，当Ka、Kb、Kc断开，Kd闭合时，接地电阻为0，模拟直接接地，当Ka、Kb、Kd断开，Kc闭合时，可调电阻投入的阻值较低，模拟低阻接地，当Ka、Kc、Kd 断开，Kb闭合时，可调电阻投入的阻值适中，模拟中阻接地，当Kb、Kc、Kd断开，Ka闭合时，可调电阻投入的阻值较高，模拟高阻接地。

在本实施例中，人机交互模块包括集中控制人机界面和分散控制人机界面，集中控制人机界面安装在监控中心，用于对整个配电网进行集中操作和状态监视；分散控制人机界面安装于各个就地屏柜中，用于对该屏柜的设备进行操作和状态监视。

在本实施例中，数据采集模块是多个数据采集模块，多个数据采集模块接线拓扑采用总线方式。

在本实施例中，核心控制模块是可编程逻辑控制器（PLC）。所述模拟装置还包括继电器，所述继电器连接在可编程逻辑控制器与模拟断路器之间，所述继电器的控制端连接可编程逻辑控制器，所述继电器输出端连接模拟断路器，通过继电器隔离可编程逻辑控制器与模拟断路器。

在本实施例中，所述数据采集模块采用韦伯三相电参数采集器WB6830R2-P型号。

在本实施例中，所述模拟断路器采用LC1-D115M7C型号和LC1-D50M7C型号，LC1-D115M7C接触器配保护装置分断故障电流，LC1-D50M7C接触器用于分断负荷

在本实施例中，所述集中控制人机界面采用MT4512TE型号，所述分散控制人机界面采用eviewET070型号。

在本实施例中，正常工况模拟时，PLC接收上位机或人机交互装置下发的控制命令，根据协议解析和算法控制配电网中相应模拟断路器分/合动作，进行馈线/负荷投、切操作，同时PLC将获取模拟断路器当前状态，反馈给继电保护设备、人机交互装置及上位机，并可扩展以供馈线自动化装置(FA)、配电开关监控终端(FTU)、用户配电站监控终端(DTU)等外接设备检测使用；异常工况模拟时，通过上位机或人机交互装置设置模拟断路器状态及时间，如拒动工况模拟，在实验持续时间内，闭锁指定模拟断路器状态，上位机、人机交互装置、继电保护设备均无法进行分、合闸控制；误动工况模拟，改变指定模拟断路器状态，并在实验持续时间内闭锁当前状态；抖动工况模拟，考虑模拟断路器的使用年限与分合闸次数有关，由PLC输出频率为1Hz的方波开关信号，供给上位机、人机交互装置、继电保护设备使用。

在本实施例中，模拟配电网中常见的短路、接地、断线等故障时，故障模拟装置一共设有13个接触器控制开关，通过不同的开关切换，以生成不同故障类型。故障类型与接触器状态密切相关，其中K1至K9控制故障类型，Ka至Kd控制接地故障电阻。几种常规故障类型如表1所示，其中1表示闭合，0表示断开。

在本实施例中，模拟电弧故障时，为了更加精准控制电弧间隙，采用点控方式，PLC通过控制继电器分合向电机驱动正转反转口输入高电平信号，从而驱动电机前进后退，PLC通过控制继电器分合频率控制电机转动速度，从而选择拉弧距离和拉弧速度，在接地瞬间配合产生弧光接地故障。

在本实施例中，PLC还可通过RS485方式与温湿度计通信，获取当前实验环境，并将信息传递给上位机，通过控制接触器的分合闸，切换燃弧接地电阻值及散热风扇。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。