本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)模擬系統(tǒng)。

背景技術：

配電網(wǎng)供電可靠性是居民提高生產(chǎn)生活質(zhì)量的前提條件。繼電保護是配電網(wǎng)的基礎支撐技術，很大程度的影響了配電網(wǎng)的供電可靠性，在配電網(wǎng)的安全運行和未來發(fā)展中，繼電保護技術的應用具有重大的現(xiàn)實意義。目前，我國的電網(wǎng)朝著智能化的方向發(fā)展，隨著分布式電源的提出，主動配電網(wǎng)應運而生。主動配電網(wǎng)是指有分布式能源、具有主動控制和運行能力的配電網(wǎng)，是智能電網(wǎng)的一個前沿分支，繼電保護技術是保障主動配電網(wǎng)安全可靠供電的重要反事故措施。主動配電網(wǎng)繼電保護的實物模擬技術，可直觀方便地實現(xiàn)配電網(wǎng)保護實物化展示，提高繼電保護培訓工作的標準化以及規(guī)范化水平，縮短繼保人員的培養(yǎng)周期。

但在主動配電網(wǎng)領域，通過單純的數(shù)字仿真，無法真實地模擬實際現(xiàn)場的各種現(xiàn)象，因此需要采用物理仿真的方式對配電網(wǎng)進行模擬。物理仿真是根據(jù)相似性原理，使用與實際系統(tǒng)具有相同物理性質(zhì)且參數(shù)標幺值一致的模擬元件，將一個真實的配電網(wǎng)復制到實驗室中，保證在模型上所反映的過程和實際系統(tǒng)中的過程相似?，F(xiàn)有物理仿真系統(tǒng)多用于110kV及以上電壓等級的系統(tǒng)或是以發(fā)電廠作為研究應用對象，對配電網(wǎng)的仿真模擬研究較少。與高壓輸電網(wǎng)相比，配電網(wǎng)存在著網(wǎng)架薄弱、技術裝備水平低等問題，且二者的網(wǎng)絡結構特點、保護配置及整定計算也不完全相同，且已有的配電網(wǎng)實物模擬系統(tǒng)規(guī)模較為簡單， 由基本的一次元件和一定的自動化裝置組成，為短路或單相接地提供基本的數(shù)據(jù)，模擬系統(tǒng)發(fā)生故障時的暫態(tài)過程與原系統(tǒng)相似度不夠高；對線路阻抗敏感，在不同的電源環(huán)境下運行時的系統(tǒng)阻抗變化較大，通用性不強；故障的模擬均是在未考慮故障相角的情況下進行的，導致配電網(wǎng)故障模擬存在一定的缺陷。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種配電網(wǎng)模擬系統(tǒng)，能夠全面、準確地模擬配電網(wǎng)的正常運行和故障情況下的動態(tài)行為。

本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種配電網(wǎng)模擬系統(tǒng)，包括模擬的配電網(wǎng)、設置在配電網(wǎng)中用于觸發(fā)配電網(wǎng)發(fā)生故障的故障模擬裝置、分布在配電網(wǎng)中用于隔離故障的分段開關、設置在配電網(wǎng)中用于采集配電網(wǎng)各節(jié)點電壓和電流的采集裝置、分別與故障模擬裝置、分段開關和采集裝置連接的控制裝置、與控制裝置通信連接用于設置配電網(wǎng)故障的人機交互裝置、設置在配電網(wǎng)中與人機交互裝置通信連接用于記錄配電網(wǎng)在故障前后電氣量的變化并反饋至人機交互裝置的錄波裝置，控制裝置控制故障模擬裝置觸發(fā)配電網(wǎng)發(fā)生故障，故障發(fā)生后，控制裝置根據(jù)采集裝置反饋的電壓和電流數(shù)據(jù)判斷故障點，并控制分段開關動作以隔離故障點。

進一步的，所述配電網(wǎng)包括至少一個配電單元，配電單元包括電源、輸入端與電源輸出端連接的電抗器、輸入端與電抗器輸出端連接的變壓器、與變壓器輸出端連接的母線、從母線引出的至少一路饋線、與每路饋線連接的負載。

進一步的，所述配電網(wǎng)包括兩所述配電單元，兩所述配電單元的一路饋線相互連接構成拉手式供電線路。

進一步的，所述電抗器包括相互串接的兩個電感和與其中一個電感并聯(lián)的投切開關，其中一個電感與所述電源輸出端連接，另一個電感與變壓器輸入端 連接，投切開關與所述控制裝置連接，控制裝置通過控制投切開關的通斷來控制電抗的投入量，從而控制配電網(wǎng)運行的模式，投切開關斷開時，所述配電網(wǎng)以大阻抗模式運行，投切開關閉合時，所述配電網(wǎng)以小阻抗模式運行。

進一步的，所述饋線包括電纜線路、架空線路和/或混合線路。

進一步的，所述錄波裝置與控制裝置連接，包括用于采集配電網(wǎng)故障點電壓和電流并反饋至所述控制裝置的互感器、用于采集并存儲配電網(wǎng)各電氣量數(shù)據(jù)的采集卡，通過所述人機交互裝置設置錄波裝置開啟閾值，當故障點電壓或者電流超過開啟閾值時，所述控制裝置控制采集卡采集并存儲配電網(wǎng)電氣量數(shù)據(jù)，并反饋至所述人機交互裝置以實現(xiàn)對配電網(wǎng)運行情況的監(jiān)控。

進一步的，所述故障模擬裝置包括分別與所述控制裝置、配電網(wǎng)連接的過零時刻獲取單元、從所述配電網(wǎng)引出至接地用于觸發(fā)所述配電網(wǎng)發(fā)生阻性接地故障及相間短路故障的電阻接地故障單元、從所述配電網(wǎng)引出至接地用于觸發(fā)所述配電網(wǎng)發(fā)生弧光接地故障的電弧故障單元、設置在配電網(wǎng)中電阻接地故障單元引出點與電弧故障單元引出點之間的用于觸發(fā)所述配電網(wǎng)線路斷路的斷路開關，電阻接地故障單元、電弧故障單元、斷路開關均與所述控制裝置連接，控制裝置根據(jù)過零時刻獲取單元反饋的配電網(wǎng)線路的過零時刻及人機交互裝置設置的故障相角，計算動作時刻，并在動作時刻來臨時，控制電阻接地故障單元、電弧生成單元或者斷路開關動作，以觸發(fā)所述配電網(wǎng)在給定的故障相角下模擬各種故障。

進一步的，所述分段開關、投切開關均為接觸器觸點，對應的接觸器線圈的通斷由所述控制裝置控制。

進一步的，所述采集裝置包括電壓互感器和電流互感器。

進一步的，還包括設置在所述配電網(wǎng)中由所述控制裝置控制投切的分布式 電源。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明使用與真實配電網(wǎng)系統(tǒng)具有相同物理性質(zhì)的模擬元件，全面、準確地模擬配電網(wǎng)正常運行和故障情況下的動態(tài)行為，能夠模擬配電網(wǎng)的不同運行模式、改變配電網(wǎng)的拓撲結構、模擬停電轉供的供電策略，具有直觀性、廣泛性、靈活性和整體性。

2、本發(fā)明電抗器的電感值在系統(tǒng)阻抗的變化中起主導作用，與不同阻抗的電源連接時，系統(tǒng)阻抗變化較小，因此適用于各種電源環(huán)境下的仿真，通用性強。

3、本發(fā)明的錄波裝置能夠記錄系統(tǒng)故障前后的運行數(shù)據(jù)并傳輸至人機交互裝置，人機交互裝置可據(jù)此對配電網(wǎng)運行情況進行監(jiān)控，并對各類故障進行研究，從而對模擬裝置設計的合理性進行驗證及改進。

4、本發(fā)明的故障模擬裝置能夠精確地實現(xiàn)故障相角控制，從而實現(xiàn)在任意故障相角下進行配電網(wǎng)故障模擬，且可實現(xiàn)任意故障相角重復試驗，故障模擬結果準確可信。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。

圖1為本發(fā)明的原理框圖。

圖2為本發(fā)明配電網(wǎng)的電路圖。

圖3為本發(fā)明故障模擬裝置的原理圖。

具體實施方式

如圖1至圖3所示，配電網(wǎng)模擬裝置包括模擬的配電網(wǎng)1、設置在配電網(wǎng)1中用于觸發(fā)配電網(wǎng)1發(fā)生各種故障的故障模擬裝置2、分布在配電網(wǎng)1中用于隔離故 障的分段開關3、設置在配單網(wǎng)1中用于采集配電網(wǎng)各節(jié)點電壓和電流的采集裝置4、分別與故障模擬裝置2、分段開關3和采集裝置4連接的控制裝置5、與控制裝置5通信連接用于設置配單網(wǎng)1故障的人機交互裝置6、設置在配電網(wǎng)1中與人機交互裝置6通信連接用于記錄配電網(wǎng)1在故障前后電氣量并反饋至人機交互裝置6的錄波裝置7、設置在配電網(wǎng)1中由控制裝置5控制投切的分布式電源8，控制裝置5控制故障模擬裝置2觸發(fā)配電網(wǎng)1發(fā)生故障，故障發(fā)生后，控制裝置5根據(jù)采集裝置4反饋的電壓和電流數(shù)據(jù)判斷故障點，并控制分段開關3動作以隔離故障點。

本實施例中，配電網(wǎng)1包括兩個配電單元11，配電單元11包括電源12、輸入端與電源12輸出端連接的電抗器13、輸入端與電抗器13輸出端連接的變壓器14、與變壓器14輸出端連接的母線15、從母線15引出的饋線、與饋線連接的負載17，電源12為變電站，電抗器13包括相互串接的電感131、電感132和與電感131并聯(lián)的投切開關K1，電感131的一端與電源12輸出端連接，電感131的另一端與電感132的一端連接，電感132的另一端與變壓器14輸入端連接，投切開關K1與控制裝置5連接，控制裝置5通過控制投切開關K1的通斷來控制電抗的投入量，從而控制配電網(wǎng)1運行的模式，投切開關K1斷開時，配電網(wǎng)1以大阻抗模式運行，投切開關K1閉合時，配電網(wǎng)1以小阻抗模式運行，電感131和電感132的電抗值較大，在系統(tǒng)阻抗的變化中起主導作用，當連接不同變電站時，即使各個變電站的阻抗不同，也不會影響模擬裝置的系統(tǒng)阻抗，因此在不同的變電站環(huán)境中模擬的結果一致，具有很強的通用性，圖2中左邊配電單元11的饋線包括分別從母線15引出的電纜線路161、架空線路162和由電纜和架空線混合連接形成的混合線路163，右邊的饋線包括分別從母線15引出的混合線路163、兩條架空線路162，兩母線15通過線路164相互連接構成饋線首端拉手式供電線路，兩混合線路163末 端通過線路165相互連接構成饋線末端拉手式供電線路，分段開關3包括設置在電抗器13和變壓器14連接線上的開關K2、設置在變壓器14和母線15連接線上的開關K3、間隔設置在電纜線路161上的兩個開關K4和K5、間隔設置在架空線路162上的兩個開關K6和K7、間隔設置在混合線路163上的兩個開關K8和K9、設置在線路164上的開關K10、設置在線路165上的開關K11。

錄波裝置7還與控制裝置5連接，人機交互裝置6可設置錄波裝置7的開啟閾值，錄波裝置7包括用于采集配電網(wǎng)1故障點電壓和電流并反饋至控制裝置5的互感器、用于采集并存儲配電網(wǎng)1電壓、電流等電氣量數(shù)據(jù)的采集卡，當故障點電壓或者電流超過開啟閾值時，控制裝置5控制采集卡采集并存儲配電網(wǎng)1的電氣量數(shù)據(jù)，并將電氣量數(shù)據(jù)實時發(fā)送至人機交互裝置6，以實現(xiàn)對配電網(wǎng)1運行情況的監(jiān)控，人機交互裝置6可獲取采集卡存儲的數(shù)據(jù)對配電網(wǎng)1發(fā)生的故障進行研究，以此對模擬裝置設計的合理性進行驗證及改進。

故障模擬裝置2包括分別與控制裝置5、配電網(wǎng)1連接的過零時刻獲取單元(圖3中未畫出)、從配電網(wǎng)1引出至接地用于觸發(fā)配電網(wǎng)1發(fā)生阻性接地故障及相間短路故障的電阻接地故障單元22、從配電網(wǎng)1引出至接地用于觸發(fā)配電網(wǎng)發(fā)生弧光接地故障的電弧故障單元23、設置在配電網(wǎng)1中電阻接地故障單元22引出點與電弧故障單元23引出點之間的用于觸發(fā)配電網(wǎng)1線路斷路的斷路開關，電阻接地故障單元22、電弧故障單元23和斷路開關均與控制裝置5連接，過零時刻獲取單元包括電壓轉換電路和過零比較電路，電壓轉換電路與配電網(wǎng)1連接用于采集供配電網(wǎng)1電壓并對采集的電壓進行降壓處理，過零比較電路分別與控制裝置5和電壓轉換電路連接，用于對降壓處理后的電壓信號進行過零比較，獲取配電網(wǎng)1電壓的過零時刻并反饋至控制裝置1，電阻接地故障單元22包括開關K12-K14、可變電阻R1、可控制可變電阻R1接入電阻量大小的開關K15-K18，電 弧故障單元23包括開關K19-K21和電弧觸發(fā)裝置231，斷路開關包括開關K22-K24，人機交互裝置6可設置故障相角θ，控制裝置5根據(jù)過零時刻獲取單元反饋的配電網(wǎng)1電壓的過零時刻t₁及故障相角θ，計算動作時刻并在動作時刻t₂來臨時，控制電阻接地故障單元22、電弧生成單元23或者斷路開關動作，以觸發(fā)所述配電網(wǎng)1在設定的故障相角θ下模擬各種故障，其中，f_z為配電網(wǎng)1電壓的頻率。

本實施例中，分段開關3和投切開關K1均為接觸器觸點，各接觸器觸點對應的接觸器線圈的通斷由控制裝置5控制，采集裝置4包括電壓互感器和電流互感器，開關K12-K14、K19-K24均為雙向晶閘管，開關K15-K18為接觸器，變壓器14變比為380/380V。

本發(fā)明工作原理如下：

如圖2中F1為電纜線路161上的一個故障點，正常運行時，故障點F1兩端通過短接片進行短接，進行故障實驗時，斷開短接片，將故障模擬裝置2的D、E兩端分別與故障點F1兩端連接，使故障模擬裝置2的A、B、C三相與配電網(wǎng)1的A、B、C三相對應連接，即可通過故障模擬裝置2觸發(fā)配電網(wǎng)1模擬斷路、相間短路、阻性短路和弧光短路等故障，故障發(fā)生后，控制裝置5通過采集裝置4反饋的配電網(wǎng)1電壓和電流，判斷出故障點F1所在位置，并控制開關K4、K5斷開以隔離故障；錄波裝置7并聯(lián)在電纜線路161上，可采集并存儲電纜線路161故障前后的電壓、電流等電氣量，從而記錄故障前后各電氣量的變化，并傳輸至人機交互裝置6，為監(jiān)控配電網(wǎng)1運行情況及后期故障分析提供數(shù)據(jù)。

故障模擬裝置2可模擬的故障包括：

a、短路故障：

a1、兩相短路：K22-K24閉合，K12、K13閉合，K14斷開，K9-K21斷開；

a1、三相短路：K22-K24閉合，K12-K14閉合，K9-K21斷開；

b、斷路故障：

b1、單相斷路：K22、K23閉合，K24斷開，K12-K14、K19-K21斷開；

b2、兩相斷路：K22閉合，K23、K24斷開，K12-K14、K19-K21斷開；

b3、三相斷路：K12-K14、K19-K34斷開；

b4、單相斷路，首端落地：K22、K23閉合，K24斷開，K12閉合，K13、K14斷開，K19-K21斷開，K18閉合，K15-K17斷開；

b5、單相斷路，末端落地：K22、K23閉合，K24斷開，K19閉合，K20、K21斷開，K12-K14斷開，K18閉合，K15-K17斷開；

b6、兩相斷路，首端落地：K22閉合，K23、K24斷開，K12、K13閉合，K14斷開，K19-K21斷開，K18閉合，K15-K17斷開；

b7、兩相斷路，末端落地：K22閉合，K23、K24斷開，K19、K20閉合，K21斷開，K12-K14斷開，K18閉合，K15-K17斷開；

b8、三相斷路，首端落地：K22-K24斷開，K12-K14閉合，K19-K21斷開，K18閉合，K15-K17斷開；

b9、三相斷路，末端落地：K22-K24斷開，K12-K14斷開，K19-K21閉合，K18閉合，K15-K17斷開；

c、接地故障：

c1、單相接地：K22-K24閉合，K12閉合，K13、K14斷開，K19-K21斷開，可調(diào)電阻R1可選擇高阻、中阻、低阻或者直接接地；

c2、兩相接地：K22-K24閉合，K12、K13閉合，K14斷開，K19-K21斷開，可調(diào)電阻R1可選擇高阻、中阻、低阻或者直接接地；

c3、弧光接地：K22-K24閉合，K12閉合，K13、K14斷開，K19-K21斷開，并控制電弧生成單元R1形成弧光。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，故不能以此限定本發(fā)明實施的范圍，即依本發(fā)明申請專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。