一種智能變電站混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種智能變電站混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，屬于培訓(xùn)教學(xué)用的系統(tǒng)。本實(shí)用新型的系統(tǒng)包括電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)、一次設(shè)備模擬裝置和智能變電站的二次設(shè)備；電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)包括電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器、教員機(jī)和I/O接口；一次設(shè)備模擬裝置包括電子式互感器模擬裝置、低壓開(kāi)關(guān)模擬裝置、斷路器模擬裝置和刀閘模擬裝置；電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)與一次設(shè)備模擬裝置相連接，一次設(shè)備模擬裝置與二次設(shè)備之間相連。本實(shí)用新型是針對(duì)智能電網(wǎng)的專業(yè)培訓(xùn)建立的綜合培訓(xùn)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)維人員的全范圍、全過(guò)程、全場(chǎng)景的仿真培訓(xùn)；本實(shí)用新型在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和硬件配置上都遵循開(kāi)放性原則，使得系統(tǒng)的可擴(kuò)充性和可維護(hù)性強(qiáng)；在網(wǎng)絡(luò)的配置和功能上具有適度超前性，滿足進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和培訓(xùn)的需要，為以后的功能升級(jí)奠定了良好的基礎(chǔ)。
【專利說(shuō)明】一種智能變電站混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及用于培訓(xùn)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，電子式互感器、智能高壓電氣、光纖以態(tài)網(wǎng)絡(luò)和IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信等技術(shù)在智能變電站中逐步得到了推廣應(yīng)用。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)于智能電網(wǎng)的新技術(shù)、新設(shè)備缺乏了解，大多數(shù)運(yùn)維人員沒(méi)有掌握智能變電站的運(yùn)行和檢修技術(shù)，急需對(duì)變電站運(yùn)維人員進(jìn)行全面的智能變電站實(shí)訓(xùn)。現(xiàn)有面向傳統(tǒng)變電站的培訓(xùn)系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足智能電網(wǎng)發(fā)展的要求，有必要研究開(kāi)發(fā)智能變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。
[0003]通常智能變電站是由一次設(shè)備和二次設(shè)備組成的，圖1所示為現(xiàn)有智能變電站的組成結(jié)構(gòu)圖。
[0004]一次設(shè)備包括系統(tǒng)電源、變壓器、母線、輸電線路、電子式互感器、低壓互感器、低壓開(kāi)關(guān)、斷路器和刀閘等，二次設(shè)備包括合并單元、智能終端、保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析裝置、低壓測(cè)保一體裝置、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)等，其中保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析裝置以及低壓測(cè)保一體裝置之間通過(guò)麗S (manufacturing messagespecification，制造報(bào)文規(guī)范)網(wǎng)與后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)相連。電子式互感器將電網(wǎng)的一次電流、電壓電信號(hào)變?yōu)槎坞娏鳌㈦妷汗庑盘?hào)后通過(guò)光纜與接入二次設(shè)備中的合并單元的輸入端，合并單元通過(guò)SV (sampled value，采樣值)網(wǎng)與保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析裝置相連接；低壓互感器將電網(wǎng)的一次電流和電壓轉(zhuǎn)換為模擬小信號(hào)直接輸入到二次設(shè)備中的低壓測(cè)保一體裝置，低壓測(cè)保一體裝置通過(guò)電纜與一次設(shè)備的低壓開(kāi)關(guān)相連，低壓開(kāi)關(guān)的通過(guò)電纜接入電網(wǎng)；
[0005]保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析裝置通過(guò)GOOSE (面向通用對(duì)象的變電站事件)網(wǎng)與智能終端相連；智能終端通過(guò)電纜與斷路器和刀閘相連，斷路器和刀閘通過(guò)電纜接入電網(wǎng)。
[0006]現(xiàn)在，并沒(méi)有一個(gè)適用于對(duì)智能變電站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)的仿真系統(tǒng)。對(duì)于智能變電站的培訓(xùn)，有一種全數(shù)字仿真系統(tǒng)可用，但是該系統(tǒng)雖然可以模擬變電站的正常運(yùn)行和操作過(guò)程，難以仿真系統(tǒng)故障的動(dòng)態(tài)過(guò)程；同時(shí)由于沒(méi)有真實(shí)設(shè)備，不能達(dá)到培訓(xùn)維護(hù)和檢修技能的目的。
[0007]全物理的仿真系統(tǒng)需要使用物理設(shè)備模擬實(shí)際電網(wǎng)一次系統(tǒng)，可以模擬變電站的正常運(yùn)行故障狀態(tài)下的電流電壓與真實(shí)的二次設(shè)備有機(jī)結(jié)合，但接線方式不靈活、故障不能任意設(shè)置、一次設(shè)備投資大且后期的升級(jí)、維護(hù)較困難。
[0008]基于電磁暫態(tài)過(guò)程的實(shí)時(shí)計(jì)算技術(shù)是數(shù)字物理混合仿真的核心，也是智能電網(wǎng)研究、分析、測(cè)試和培訓(xùn)的重要手段。目前，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者已經(jīng)開(kāi)始嘗試將混合仿真技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)的研究和測(cè)試，取得了很好的效果。但由于技術(shù)難度大，還僅僅處于研究階段。而智能變電站混合仿真培訓(xùn)功能更加復(fù)雜多樣，相比之下難度更大，迄今為止取得突破性進(jìn)展的機(jī)構(gòu)很少。研究和開(kāi)發(fā)智能變電站混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，填補(bǔ)該領(lǐng)域的技術(shù)空白，具有重大的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0009]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種智能變電站混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)、一次設(shè)備模擬裝置與真實(shí)的智能變電站的二次設(shè)備置于同一個(gè)仿真系統(tǒng)中，各設(shè)備之間有機(jī)連接、靈活配置、營(yíng)造了更為逼真的運(yùn)行環(huán)境，可滿足變電站運(yùn)維人員對(duì)智能站運(yùn)行維護(hù)的實(shí)訓(xùn)需求。
[0010]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:一種智能變電站混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，包括電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)、一次設(shè)備模擬裝置和智能變電站的二次設(shè)備；所述電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)包括電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器、教員機(jī)和I/O接口 ；一次設(shè)備模擬裝置包括電子式互感器模擬裝置、低壓開(kāi)關(guān)模擬裝置、斷路器模擬裝置和刀閘模擬裝置；
[0011]所述教員機(jī)與電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器之間相互連接，電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器通過(guò)i/o接口與一次設(shè)備模擬裝置相連接；
[0012]一次設(shè)備模擬裝置與二次設(shè)備之間及二次設(shè)備之間按實(shí)際智能變電站內(nèi)的連接方式進(jìn)行連接；
[0013]電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)輸出的模擬小信號(hào)輸入到二次設(shè)備中的低壓測(cè)保一體裝置。
[0014]所述一次設(shè)備模擬裝置中的電子式互感器模擬裝置包括與電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器相連接的互感器模擬板卡和與合并單元相連接的光電轉(zhuǎn)換模塊；所述互感器模擬板卡包括依次順序單向連接的橋芯片、信號(hào)處理器、隔離單元和第一驅(qū)動(dòng)單元，所述光電轉(zhuǎn)換模塊包括依次順序單向連接的編碼單元、第二驅(qū)動(dòng)單元和轉(zhuǎn)換單元；所述互感器模擬板卡中第一驅(qū)動(dòng)單元的輸出端與光電轉(zhuǎn)換模塊中編碼單元的輸入端相連接。
[0015]電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器與互感器模擬板卡的橋芯片之間單向連接，光電轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換單元與合并單元之間單向連接。
[0016]所述一次設(shè)備組中的電子式互感器模擬裝置包括與電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器相連接的互感器模擬板卡和與合并單元相連接的光電轉(zhuǎn)換模塊；所述互感器模擬板卡包括依次順序連接的橋芯片、信號(hào)處理器、隔離單元和第一驅(qū)動(dòng)單元，所述橋芯片的輸出端與信號(hào)處理器的輸入端相連接，所述信號(hào)處理器與隔離單元之間雙相連接，隔離單元與第一驅(qū)動(dòng)單元之間雙向連接；所述光電轉(zhuǎn)換模塊包括依次順序連接的編碼單元、第二驅(qū)動(dòng)單元和轉(zhuǎn)換單元，所述編碼單元與轉(zhuǎn)換單元、轉(zhuǎn)換單元與第二驅(qū)動(dòng)單元之間均為雙向連接；所述互感器模擬板卡的第一驅(qū)動(dòng)單元的與光電轉(zhuǎn)換模塊的編碼單元之間雙向連接。
[0017]電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器與互感器模擬板卡的橋芯片之間單向連接，光電轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換單元與合并單元之間雙向連接。
[0018]采用上述技術(shù)方案取得的技術(shù)進(jìn)步為:
[0019]本實(shí)用新型是針對(duì)智能電網(wǎng)為繼電保護(hù)、自動(dòng)化、變電運(yùn)行等專業(yè)培訓(xùn)建立的綜合培訓(xùn)平臺(tái)，實(shí)用新型將電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)、一次設(shè)備模擬裝置與真實(shí)的智能變電站的二次設(shè)備置于同一個(gè)仿真系統(tǒng)中，電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)可產(chǎn)生真實(shí)電網(wǎng)中的電流、電壓等信號(hào)，一次設(shè)備模擬裝置也可真實(shí)的模擬實(shí)際一次設(shè)備的各種功能，系統(tǒng)中各設(shè)備之間有機(jī)連接、靈活配置、營(yíng)造了更為逼真的運(yùn)行環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)維人員的全范圍、全過(guò)程、全場(chǎng)景的仿真培訓(xùn)；本實(shí)用新型在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和硬件配置上都遵循開(kāi)放性原則，使得系統(tǒng)的可擴(kuò)充性和可維護(hù)性強(qiáng)；在網(wǎng)絡(luò)的配置和功能上具有適度超前性，可滿足進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和培訓(xùn)的需要，為以后的功能升級(jí)奠定了良好的基礎(chǔ)。
[0020]本實(shí)用新型中開(kāi)創(chuàng)性的使用了電子式互感器模擬裝置，該裝置可與真實(shí)的電子式互感器得功效相同，不僅可以模擬真實(shí)設(shè)備的正常運(yùn)行，還可模擬其異常運(yùn)行，既減少了購(gòu)買(mǎi)真實(shí)設(shè)備的費(fèi)用，又滿足了培訓(xùn)要求，大大降低了建設(shè)成本，應(yīng)用價(jià)值極高。該裝置的使用使得本實(shí)用新型的系統(tǒng)成本大大減小，使其更加適用于電力部門(mén)的培訓(xùn)課程。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為現(xiàn)有智能變電站的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0022]圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本實(shí)用新型電子式互感器模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]由圖2所示可知，一種智能變電站混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，包括電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)、一次設(shè)備模擬裝置和智能變電站的二次設(shè)備；所述電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)包括電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器、教員機(jī)和I/o接口 ；一次設(shè)備模擬裝置包括電子式互感器模擬裝置、低壓開(kāi)關(guān)模擬裝置、斷路器模擬裝置和刀閘模擬裝置；
[0025]所述教員機(jī)與電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器之間相互連接，電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器通過(guò)I/O接口與一次設(shè)備模擬裝置相連接。
[0026]一次設(shè)備模擬裝置與二次設(shè)備之間及二次設(shè)備之間按實(shí)際智能變電站內(nèi)的連接方式進(jìn)行連接；
[0027]電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)輸出的模擬小信號(hào)輸入到二次設(shè)備中的低壓測(cè)保一體裝置。
[0028]在實(shí)際的智能變電站中，電網(wǎng)是由真實(shí)一次設(shè)備連接構(gòu)成，在本實(shí)用新型中電網(wǎng)一次設(shè)備中的斷路器、刀閘、電子式互感器采用物理模擬裝置；電源、負(fù)荷、變壓器、線路、母線等一次設(shè)備均采用數(shù)學(xué)模型搭建，采用數(shù)字模擬，由電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)模擬其運(yùn)行。電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)包括電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器、教員機(jī)和I/o接口。電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)采用電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真技術(shù)完整模擬智能變電站一次系統(tǒng)(由一次設(shè)備連接而成)的各種運(yùn)行工況，通過(guò)一次設(shè)備模擬裝置與真實(shí)的二次設(shè)備有機(jī)結(jié)合，為真實(shí)的二次系統(tǒng)(由二次設(shè)備連接而成)提供精準(zhǔn)的電流電壓的數(shù)據(jù)源:變電站正常運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)為二次系統(tǒng)提供正常負(fù)荷；變電站內(nèi)某處故障時(shí)，為二次系統(tǒng)提供所需的故障電流、電壓，相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作、考核保護(hù)的配合性能，并能對(duì)保護(hù)裝置的性能進(jìn)行全面細(xì)致的測(cè)試，同時(shí)將斷路器模擬裝置跳閘后的實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋到電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)根據(jù)改變的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重新計(jì)算，為二次系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的電流電壓。
[0029]電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器可以產(chǎn)生電網(wǎng)在正常運(yùn)行及一次系統(tǒng)發(fā)生各種故障時(shí)的電流電壓量，教員機(jī)是用來(lái)實(shí)時(shí)控制此仿真服務(wù)器的，因此兩者之間需要雙向通信。電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器通過(guò)I/o接口與一次設(shè)備模擬裝置相連接，為一次設(shè)備模擬裝置中的電子式互感器發(fā)送電流電壓量，并接收來(lái)自低壓開(kāi)關(guān)模擬裝置、斷路器模擬裝置和刀閘模擬裝置的實(shí)際位置。一次設(shè)備模擬裝置與二次設(shè)備之間的連接方式和信號(hào)傳送方向等與實(shí)際智能變電站內(nèi)中相應(yīng)的一次設(shè)備和二次設(shè)備之間的連接方式和信號(hào)傳送方向完全相同。[0030]本實(shí)用新型的具體工作過(guò)程為:教員在教員機(jī)上設(shè)置電網(wǎng)常見(jiàn)故障，然后電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器根據(jù)此故障通過(guò)電磁暫態(tài)計(jì)算得出故障時(shí)的電網(wǎng)應(yīng)有的電流電壓信號(hào)，電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器將此故障電流電壓通過(guò)I/o接口輸入到電子式互感器模擬裝置，該裝置將數(shù)字信號(hào)形式的故障量轉(zhuǎn)換為合并單元需要的光信號(hào)形式輸入到合并單元，合并單元將此光信號(hào)通過(guò)SV網(wǎng)上傳到保護(hù)裝置、故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析裝置，待相應(yīng)保護(hù)裝置感受到故障動(dòng)作后，再通過(guò)GOOSE網(wǎng)將動(dòng)作信號(hào)發(fā)送到智能終端；
[0031]在智能終端控制下，相應(yīng)的斷路器模擬裝置、刀閘模擬裝置跳閘，再將跳閘后的實(shí)時(shí)狀態(tài)通過(guò)I/o接口反饋給電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)再根據(jù)改變的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重新計(jì)算，為二次設(shè)備組成的二次系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的電流電壓。
[0032]電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器輸出的模擬小信號(hào)輸入到低壓測(cè)保一體裝置，該裝置動(dòng)作后將信號(hào)處理并發(fā)回到低壓開(kāi)關(guān)模擬裝置，低壓開(kāi)關(guān)模擬裝置動(dòng)作后將自身的動(dòng)作狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋給電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器，電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器根據(jù)狀態(tài)信號(hào)調(diào)整其內(nèi)部數(shù)據(jù)，使其始終與該培訓(xùn)系統(tǒng)的最新?tīng)顟B(tài)保持一致；
[0033]教員機(jī)實(shí)時(shí)與電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器保持通信，從教員機(jī)上可以觀察到電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器的實(shí)時(shí)狀態(tài)。
[0034]上述是教員進(jìn)行的故障設(shè)置操作以及各設(shè)備之間的信號(hào)傳輸關(guān)系。
[0035]由于本系統(tǒng)是用于培訓(xùn)學(xué)員，因此，教員設(shè)置故障之后，學(xué)員根據(jù)保護(hù)裝置、智能終端、斷路器模擬裝置的動(dòng)作行為、動(dòng)作報(bào)告、監(jiān)控后臺(tái)的動(dòng)作信息、故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析裝置電流、電壓波形分析，判斷故障類型、故障性質(zhì)、故障地點(diǎn)、保護(hù)裝置動(dòng)作行為是否正確等，已達(dá)到培訓(xùn)的目的。
[0036]本實(shí)用新型按照典型220kV智能變電站搭建，一次系統(tǒng)主接線包括兩臺(tái)主變、220kV、IlOkV和IOkV三個(gè)電壓等級(jí)，其中220kV、IlOkV采用雙母線接線形式，IOkV為單母線分段接線方式。該培訓(xùn)系統(tǒng)具有完整的二次回路、通信網(wǎng)絡(luò)及二次設(shè)備所需的電流電壓的數(shù)據(jù)源。220kV、IlOkV側(cè)仿真系統(tǒng)輸出光信號(hào)，IOkV側(cè)仿真系統(tǒng)輸出模擬小信號(hào)。
[0037]在本實(shí)用新型中，電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器與電子式互感器模擬裝置、斷路器模擬裝置、刀閘模擬裝置、低壓開(kāi)關(guān)模擬裝置之間通過(guò)PCI總線相連接。
[0038]電子式互感器模擬裝置與合并單元輸入之間通過(guò)光纖相連接，合并單元保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析裝置通過(guò)光纖接入SV網(wǎng)。
[0039]保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析裝置通過(guò)光纖接入GOOSE網(wǎng)，智能終端通過(guò)光纖接入GOOSE網(wǎng)。智能終端與斷路器模擬裝置、刀閘模擬裝置之間通過(guò)二次電纜連接。
[0040]保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析裝置、低壓測(cè)保一體裝置通過(guò)網(wǎng)線接入MMS 網(wǎng)。
[0041]低壓測(cè)保一體裝置與低壓開(kāi)關(guān)模擬裝置之間通過(guò)二次電纜連接。
[0042]本實(shí)用新型中電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器是一臺(tái)裝有電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真軟件的服務(wù)器，此仿真服務(wù)器還可以是具有電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)計(jì)算功能的電路裝置，只要其能實(shí)現(xiàn)電磁暫態(tài)計(jì)算功能、提供相應(yīng)的信號(hào)即可。斷路器模擬裝置、刀閘模擬裝置、低壓開(kāi)關(guān)模擬裝置為廠家定做的設(shè)備，型號(hào)分別為:ISU2000、ISU2002、ISU2003。保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析裝置、低壓測(cè)保一體裝置均采用真實(shí)的二次設(shè)備，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)需要選擇合適型號(hào)即可。
[0043]本實(shí)用新型具有以下幾個(gè)特點(diǎn):
[0044]1、本實(shí)用新型設(shè)計(jì)全面、完整，建立與真實(shí)智能站一致的全過(guò)程、高逼真度實(shí)訓(xùn)環(huán)境;
[0045]2、能精確再現(xiàn)智能變電站各種運(yùn)行工況下的電磁暫態(tài)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)數(shù)字仿真系統(tǒng)與真實(shí)物理設(shè)備的無(wú)縫對(duì)接；
[0046]3、成功開(kāi)發(fā)了與不同廠家合并單元的互連的電子式互感器模擬裝置，可滿足培訓(xùn)學(xué)員對(duì)多個(gè)廠家合并單元的調(diào)試檢驗(yàn)、缺陷處理的實(shí)訓(xùn)需求；
[0047]4、系統(tǒng)能模擬智能變電站線路、變壓器、母線各種故障，故障的形式可靈活設(shè)置，故障的波形具有高度的真實(shí)性；
[0048]5、系統(tǒng)能反演智能站的各種事故及常見(jiàn)缺陷，能夠很好的滿足變電站運(yùn)維人員對(duì)智能變電站的事故分析及二次系統(tǒng)缺陷處理的實(shí)訓(xùn)需求；
[0049]6、設(shè)備涵蓋多個(gè)國(guó)內(nèi)知名廠家的最新技術(shù)的產(chǎn)品，種類繁多、型號(hào)齊全，可滿足培訓(xùn)學(xué)員對(duì)多個(gè)廠家的不同種類設(shè)備的培訓(xùn)需求。
[0050]本實(shí)用新型中的電子式互感器模擬裝置是本實(shí)用新型的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)，該裝置是實(shí)用新型人根據(jù)多年的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際需要制作的一種模擬裝置。該裝置具有電子式互感器的基本功能，但是成本卻大大低于現(xiàn)有的各類互感器設(shè)備，非常適用于培訓(xùn)系統(tǒng)。
[0051]圖3所示為電子式互感器模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其包括與電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器相連接的互感器模擬板卡和與合并單元相連接的光電轉(zhuǎn)換模塊。
[0052]本實(shí)用新型中電子式互感器可以有兩種結(jié)構(gòu)，其中一種結(jié)構(gòu)為:所述互感器模擬板卡包括依次順序單向連接的橋芯片、信號(hào)處理器、隔離單元和第一驅(qū)動(dòng)單元，所述光電轉(zhuǎn)換模塊包括依次順序單向連接的編碼單元、第二驅(qū)動(dòng)單元和轉(zhuǎn)換單元；所述互感器模擬板卡中第一驅(qū)動(dòng)單元的輸出端與光電轉(zhuǎn)換模塊中編碼單元的輸入端相連接；電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器與互感器模擬板卡的橋芯片之間單向連接，光電轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換單元與合并單元之間單向連接。
[0053]電子式互感器模擬裝置的工作原理為:互感器模擬板卡具有多路輸入多路輸出，通過(guò)PCI總線與電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互?；ジ衅髂M板卡將從主機(jī)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行組包、轉(zhuǎn)換，再將組好的數(shù)據(jù)發(fā)送至光電裝換模塊。
[0054]來(lái)自于電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)入互感器模擬板卡后，首先進(jìn)入通過(guò)PCI總線進(jìn)入橋芯片，此橋芯片為專用于PCI總線的接口芯片，橋芯片將PCI總線上的數(shù)據(jù)發(fā)送至信號(hào)處理器，信號(hào)處理器將數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換及組包處理后發(fā)送至隔離單元，隔離單元主要負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)處理器輸出信號(hào)進(jìn)行隔離，防止外部干擾對(duì)內(nèi)部信號(hào)處理器的干擾和損壞，處理之后隔離單元將信號(hào)發(fā)送至第一驅(qū)動(dòng)單元，第一驅(qū)動(dòng)單元對(duì)隔離后的信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以使此信號(hào)更良好更完整地傳送到光電轉(zhuǎn)換模塊。至此，互感器模擬板卡的數(shù)據(jù)處理任務(wù)就完成了。
[0055]光電轉(zhuǎn)換模塊的主要功能是將來(lái)自互感器模擬板卡上所有通道的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成合并單元需要的光信號(hào)，以適應(yīng)與合并單元光纖接口的連接，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)曼徹斯特編碼、通道切換等功能。
[0056]光電轉(zhuǎn)換模塊也具有多路輸入多路輸出，并通過(guò)集成電纜與互感器模擬板卡相連。
[0057]來(lái)自互感器模擬板卡的電信號(hào)通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)單元后進(jìn)行入光電轉(zhuǎn)換模塊，其首先進(jìn)入編碼單元，編碼單元將此電信號(hào)進(jìn)行曼徹斯特編碼，然后將編碼信號(hào)再發(fā)送至第二驅(qū)動(dòng)單元，第二驅(qū)動(dòng)單元將信號(hào)驅(qū)動(dòng)后發(fā)送至轉(zhuǎn)換單元，轉(zhuǎn)換單元將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，最后發(fā)送至合并單元。
[0058]通過(guò)上述實(shí)現(xiàn)的電子式互感器模擬裝置的工作方式為異步式:電子互感器模擬裝置采用的是根據(jù)采樣頻率自主定時(shí)發(fā)送的方式，互感器模擬板卡按照自己的晶振來(lái)獲得發(fā)送的時(shí)間間隔，發(fā)送時(shí)間點(diǎn)到了之后再進(jìn)行組包和發(fā)送。這樣電子式互感器模擬裝置與合并單元之間并不同步，因此稱為異步式。
[0059]還有一種同步式結(jié)構(gòu)，同步式電子式互感器模擬裝置組成部分與異步式的相同，僅僅是連接關(guān)系上存在區(qū)別:互感器模擬板卡中的信號(hào)處理器與隔離單元之間雙相連接，隔離單元與第一驅(qū)動(dòng)單元之間雙向連接；光電轉(zhuǎn)換模塊中的編碼單元與轉(zhuǎn)換單元、轉(zhuǎn)換單元與第二驅(qū)動(dòng)單元之間均為雙向連接，互感器模擬板卡的第一驅(qū)動(dòng)單元的與光電轉(zhuǎn)換模塊的編碼單元之間雙向連接；光電轉(zhuǎn)換模塊的第二驅(qū)動(dòng)單元與合并單元之間雙向連接。
[0060]同步式電子式互感器模擬裝置的工作方式為:合并單元將同步脈沖信號(hào)發(fā)送到光電轉(zhuǎn)換模塊的第二驅(qū)動(dòng)單元，第二驅(qū)動(dòng)單元的信號(hào)依次經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換單元、編碼單元、互感器模擬板卡的第一驅(qū)動(dòng)單元、隔離單元，最后送至信號(hào)處理器，信號(hào)處理器接收到此同步脈沖信號(hào)后，再對(duì)來(lái)自電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器的信號(hào)進(jìn)行組包和發(fā)送，這樣，整個(gè)模擬裝置發(fā)送信號(hào)的時(shí)間間隔即采樣頻率就與合并單元同步了，因此稱為同步式工作方式。
[0061]本實(shí)用新型中橋芯片采用的是CYPRESS公司的CY7C系列產(chǎn)品，信號(hào)處理器采用的是TI公司的TMS320F系列DSP處理器，隔離單元的主要芯片采用的是IL711，驅(qū)動(dòng)單元采用的主要芯片為T(mén)I公司的74AHC245。
[0062]在本實(shí)用新型中編碼單元采用的芯片為3D7521，第二驅(qū)動(dòng)單元采用的芯片為75452，轉(zhuǎn)換單元采用的是光電耦合器，其型號(hào)為HFBR1414。
[0063]下面給出一組優(yōu)選的互感器模擬板卡和光電轉(zhuǎn)換模塊的性能參數(shù)。
[0064]互感器模擬板卡的具體參數(shù)如下:
[0065]I通道數(shù):16路輸出，16路輸入
[0066]I總線類型:PCI總線ν2.2
[0067]I接口類型:37針D型插頭(插孔)
[0068]I支持同步或異步方式
[0069]I支持多種采樣率
[0070]I支持多種波特率
[0071]I 隔離電壓:2500Vrms (Imin)
[0072]I工作溫度范圍:0?70°C
[0073]I存儲(chǔ)溫度范圍:-65?150°C
[0074]I接口類型:37針D型插頭(插孔)
[0075]I采用高速DSP芯片作為處理器，其主頻可達(dá)150MHz
[0076]光電轉(zhuǎn)換模塊的具體參數(shù)為:配置成32路發(fā)送通道或16路發(fā)送16路接收通道；通過(guò)37針電纜與互感器模擬板卡相連；轉(zhuǎn)換單元采用高性能的安捷倫光電耦合器，最高通信速度可達(dá)lOMBd，裝置帶有指示燈指示所有通道目前的狀態(tài)。
[0077] 電子式互感器模擬裝置可以模擬智能變電站所有間隔電子式互感器的基本功能，可與真實(shí)的電子式互感器得功效相同，不僅可以模擬真實(shí)設(shè)備的正常運(yùn)行，還可模擬其異常運(yùn)行。除此之外可以模擬基于羅科夫斯基線圈的互感器(簡(jiǎn)稱羅氏互感器)和基于法拉第磁旋光效應(yīng)的電子式電流互感器、基于電阻或電容分壓原理(電子式)和基于Pockets效應(yīng)(光學(xué))的電子式電壓互感器，功能非常齊全。目前一臺(tái)110 kV以上的電子式互感器的價(jià)格一般在15-20萬(wàn)元，而一臺(tái)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的電子式互感器模擬裝置成本約5萬(wàn)元，用電子式互感器模擬裝置代替實(shí)際設(shè)備，一臺(tái)電子式互感器節(jié)約成本10-15萬(wàn)元，減少了購(gòu)買(mǎi)真實(shí)設(shè)備的費(fèi)用，又滿足了培訓(xùn)要求，大大降低了建設(shè)成本，應(yīng)用價(jià)值極高。
【權(quán)利要求】
1.一種智能變電站混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于包括電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)、一次設(shè)備模擬裝置和智能變電站的二次設(shè)備；所述電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)包括電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器、教員機(jī)和I/o接口 ；一次設(shè)備模擬裝置包括電子式互感器模擬裝置、低壓開(kāi)關(guān)模擬裝置、斷路器模擬裝置和刀閘模擬裝置； 所述教員機(jī)與電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器之間相互連接，電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器通過(guò)I/o接口與一次設(shè)備模擬裝置相連接； 一次設(shè)備模擬裝置與二次設(shè)備之間及二次設(shè)備之間按實(shí)際智能變電站內(nèi)的連接方式進(jìn)行連接； 電網(wǎng)數(shù)字仿真系統(tǒng)輸出的模擬小信號(hào)輸入到二次設(shè)備中的低壓測(cè)保一體裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能變電站混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述一次設(shè)備模擬裝置中的電子式互感器模擬裝置包括與電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器相連接的互感器模擬板卡和與合并單元相連接的光電轉(zhuǎn)換模塊；所述互感器模擬板卡包括依次順序單向連接的橋芯片、信號(hào)處理器、隔離單元和第一驅(qū)動(dòng)單元，所述光電轉(zhuǎn)換模塊包括依次順序單向連接的編碼單元、第二驅(qū)動(dòng)單元和轉(zhuǎn)換單元；所述互感器模擬板卡中第一驅(qū)動(dòng)單元的輸出端與光電轉(zhuǎn)換模塊中編碼單元的輸入端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種智能變電站混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器與互感器模擬板卡的橋芯片之間單向連接，光電轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換單元與合并單元之間單向連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能變電站混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述一次設(shè)備模擬裝置中的電子式互感器模擬裝置包括與電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器相連接的互感器模擬板卡和與合并單元相連接的光電轉(zhuǎn)換模塊；所述互感器模擬板卡包括依次順序連接的橋芯片、信號(hào)處理器、隔離單元和第一驅(qū)動(dòng)單元，所述橋芯片的輸出端與信號(hào)處理器的輸入端相連接，所述信號(hào)處理器與隔離單元之間雙相連接，隔離單元與第一驅(qū)動(dòng)單元之間雙向連接；所述光電轉(zhuǎn)換模塊包括依次順序連接的編碼單元、第二驅(qū)動(dòng)單元和轉(zhuǎn)換單元，所述編碼單元與轉(zhuǎn)換單元、轉(zhuǎn)換單元與第二驅(qū)動(dòng)單元之間均為雙向連接；所述互感器模擬板卡的第一驅(qū)動(dòng)單元的與光電轉(zhuǎn)換模塊的編碼單元之間雙向連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種智能變電站混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真服務(wù)器與互感器模擬板卡的橋芯片之間單向連接，光電轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換單元與合并單元之間雙向連接。
【文檔編號(hào)】G09B23/18GK203630997SQ201320688625
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】田青, 曹苒, 楊東方, 高艷萍, 劉潔云, 夏英 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)河北省電力公司培訓(xùn)中心