高压配电全真负荷控制实训考核系统的制作方法
专利名称：高压配电全真负荷控制实训考核系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于对电力营销负荷管理工作的人员的职业技能进行培训的全真实训考核系统，具体是涉及一种高压配电全真负荷控制实训考核系统，可以实现与现场完全一致的实际运行状况，达到全真设备上的考核效果。
背景技术：
上世纪八十年代到上世纪末，电力紧张，电力生产满足不了社会对电力的需求，加之电力配送能力的不足，经常发生变压器，线路过负荷情况。为缓解电力供需矛盾，提高电能利用效率，必须进行有效的负荷管理，使有限的电力资源获得更大的经济效益和社会效益。在计划经济体制下，对用户的电力分配政府主导，由政府计划部门进行电力分配，具有配给制的特点。电力部门对负荷管理工作主要是用电计划的和“削峰填谷”的政策的执行。 为适应这一阶段需求，管理手段以控制负荷，控制电量为重点。在这个阶段，负荷管理系统获得了较大的发展。技术方面完成了从定量器，音频控制技术到无线控制技术，单向到双向的技术演进，确立了以使用230M负荷管理专用频率的无线负荷控制技术为核心的负荷管理系统的基本建设方式。技术方面，这个阶段主站系统由初期的单机版升级到网络版。平台从DOS升级到 Windows，数据从单机的文件保存形式发展的到采用了专用的关系型数据库，终端设备原来 8位CPU发展到了 16位CPU。通信数率也从早期的100波特率提升到1200波特率。系统功能早期系统以功控，电控，厂休控等基本控制功能为主，在这个阶段的中、后期开始尝试利用负荷管理系统的软硬件资源拓展了远方抄表，防窃电，购电控等管理功能。随着电力供需矛盾的缓解，对负荷管理需求也相对减弱，负荷管理系统的建设它发展的第一个顶峰开始步入低谷，负荷管理系统开始转向管理方面的需求。本世纪初的五年基本处于这个发展阶段。负荷管理的工作内容转向到电能信息的自动采集和对用电营销的业务支持方面。远方抄表，防窃电，购电控，电能质量监测，谐波监测，线损计算等功能得到应用。其中远方抄表，防窃电，购电控，电能质量监测在这一方展阶段成为负荷管理系统的基本功能。伴随这我国从计划经济转向市场经济，传统的以控制为主的指令型负荷管理手段也转向“有序用电”和可中断负荷管理的市场化管理手段。在2005年重新出现电力紧张时，开始尝试向用户购买负荷的市场化调节方式。有些系统的采集范围也扩展到系统变压器、公用配电变压器和低压配电的集抄。在技术方面，这一时期主站设计更为重视对资源的共享和对营销系统的支持和系统间的互连。系统平台一般采用windows2000为操作系统，数据库采用了 ORACLE，DB2这样的大型关系型商用数据库，并使用多线程技术。系统的互连采用商用的中间件平台。终端开始使用32位CPU，运行嵌入式操作系统。引入了交流采样技术，采用SMT技术进行生产主板的生产。通信数率现提升到MOO波特率，并开始尝试使用公网GPRS、CDMA作为通信信道。电力系统中，负荷控制装置是非常重要的用户监控和自动装置设备。由于相关技术日新月异，对电能信息的自动采集和对电力营销的业务支持方面等功能的应用不断提高，如何在设备带电运行状态下实施负荷控制装置的培训使用，达到全真培训考核效果，使培训人员上岗即能具备其岗位职业技能是现代企业培训功能的需要，是企业亟待解决的一个问题。进行培训必须进行理论性的讲解，然后再进行生产技能的实践操作，以便使学员具有实际操作的职业技能。但是现有的实训设备不具有负荷控制的培训功能，没有考虑设置该功能，即只能实现对客户端从业人员的培训，不能满足电力企业职工生产技能培训需求。如果到客户端现场进行培训，可能对客户端的供电可靠性造成影响，不能对保证学员的人身安全，甚至还可能损坏现场设备，并且违背操作规程。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提出一种高压配电全真负荷控制实训考核系统，使得设备在带电运行状态下实施负荷控制装置的培训使用，达到全真培训考核效果。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是高压配电全真负荷控制实训考核系统，其特征在于包括有负控终端主站系统、虚拟负荷源加载系统、电能计量装置错误接线加载系统、全真IOkV配电系统、工业控制机及显示系统，其中负控终端主站系统和电能计量装置错误接线加载系统与全真IOkV配电系统相连，全真IOkV配电系统与虚拟负荷源加载系统相连，虚拟负荷源加载系统通过工业以太网与工业控制机及显示系统相连。按上述方案，所述的全真IOkV配电系统包括有综合保护器、高压进线柜、负控终端高压计量柜和高压出线柜，所述的综合保护器和高压进线柜通过负控终端高压计量柜与高压出线柜相连。本实用新型的负控终端主站系统负责对用户(终端)的用电信息进行采集，统计。 虚拟负荷源加载系统模拟IOkV供电系统给计量、交采等回路提供电源。电能计量装置错误接线加载系统实现二次回路的错误接线模拟(故障模拟)及计量。全真IOkV配电系统使用全真的IOkV配电系统以模拟真实的现场环境，以更出色的进行培训或考核，实现“仿真逼真、模拟操作”目的。工业控制机及显示系统实现对虚拟负荷源加载系统、电能计量装置错误接线加载系统的控制及整个系统运行状态的显示及对相关人员的培训、演示等。整体设备的载体为IOkV的双电源单母线分段典型供电系统，其一次侧加载真实的IOkV电压，二次侧的输出由虚拟负荷源加载系统负责输出，虚拟负荷源加载系统可以根据工业控制机及显示系统要求的电压、电流、功率因数、功率值来输出相应的物理参数，同时可以驱动二次侧所有仪表、电能表部分；加装电能计量装置错误接线加载系统，该系统串接在电压电流互感器二次侧和多功能电能表之间，工业控制机及显示系统可以通过设定电能计量装置错误接线加载系统的错误类型来进行错误接线的模拟培训；负荷终端主站系统通过放置在计量柜中的负荷控制终端，对电能信息进行采集，对负荷进行控制，完成电能采集、负荷的远程控制、预付费电费的实现、对窃电行为的及时发现.负荷终端主站系统系统由主站软硬件系统、前置机软硬件系统及负荷控制终端， 构成电能采集和控制系统，终端主MCU采用功能强大的32位ARM平台，满足了对用电现场各项功能的需求，并为后期的功能扩展及个性化的需求提供了充足的硬件资源。终端软件架构采用独特的“消息”处理机制，相对于传统的“流程化”设计，提高了终端的运行效率和稳定性。采用多用户结构，可以多人终端同时监控。虚拟负荷源加载系统系统由以太网通信控制器，三相交流信号波形发生器，功率放大控制器，信号采集反馈系统，上位控制软件系统，功率保护系统，电压升压器和电流升流器组成，可以通过上位机设定输出电压电流及功率因数，可以模拟产生二次侧的所有电参数信号。电能计量装置错误接线加载系统用于模拟电能表的错误接线，由通信网络控制器、电流接线控制系统、电压接线控制系统、电流接线控制完成TA 二次出线正反控制电流 (TA 二次)短路(混连)模块、电流换相、表尾电流方向切换；电压切换可控制相序切换、电压(TV—次、二次)通/断、电压跨相，可分别实现电压相序、电压线在电能表表尾不对应造成跨相等接线方式。工业控制机及显示系统主要负责整个系统的控制及数据的上传和显示功能.监控设备开关的合分闸状态，从而控制虚拟负荷功率源，实现二次电压、二次电流的升降与数值设定，真实模拟各种设备的负荷运行情况，具备电能计量、模拟现场功率控制、电量控制、 终端故障模拟(终端错接线，电压回路包括开路、断相，电流回路短路、开路等)等功能。下面详细介绍本实用新型的各组成部分1.负控终端主站系统构成负荷控制的主站，可以满足对负荷终端各类发送信号的接收与处理。负荷终端主站由系统操作软件和服务器前置机组成，操作软件功能满足《电力负荷管理系统数据传输规约-2004》的规定。以公网或专网通信方式对负荷终端进行初始工作参数设置工作、数据召测及指令下发等操作。主站与负控终端及IOkV系统可以构成独立运行的信息交换链，组成缩小版的单元完全真实的负荷管理系统；2.虚拟负荷源加载系统对于相应电路可以提供虚拟负荷，并设有虚负荷电流源保护电路，上述虚负荷电流源支路与出线负荷断路器的对应相构成的回路中设置有对应相的电流传感器，可以反映相应的故障与运行状况。3.电能计量装置错误接线加载系统可以模拟实现各种电能计量装置的错误接线状况，其利用工业阵列技术实现各种故障状况的接线切换，其切换方式通过专用连接电缆和连接端子接入高压计量柜；4.工业控制机及显示系统与负控终端主站系统配合，构成该系统对电力系统相关人员的生产技能的培训考核及系统演示等工作。5.全真IOkV配电系统使用全真的IOkV配电系统以模拟真实的IOkV配电现场环境，以进行培训或考核，实现“仿真逼真、模拟操作”目的。对于IOkV典型配电实训室，通过系统配置的主站系统可直接对IOkV配电系统中所安装的负荷终端进行控制，采集电能表数据，进行远程控制跳间等行为，可以真实实现不法用户实施窃电行为的模拟与监控，实施负控装置反窃电的培训考核。本实用新型以IOkV全真典型客户配电系统为基础，增加虚负荷加载系统、电能表错误接线模拟加载系统和负荷控制主站系统，用专用电缆将配电系统连接控制，依据负荷控制主站系统中获取的终端负荷信号，对高压配电装置实施全真的负荷控制，对于可能出现的电能计量装置的错误接线和窃电行为，由错接线模拟加载系统提供相关信号组成完整的全真仿真系统。[0025]本实用新型的培训设备与现场的真实IOkV真实设备完全一致，并且按照现场典型客户配电室真实带电运行，其负控终端主站系统和电能计量装置错误接线加载系统采集的是真实的数据。所有的二次回路保护输出都可以被上位机和主控程序遥控，同时根据培训的需要，带有以太网借口的程控功率电压电流源可以根据上位机的设定真实的输出保护回路所需信号，电能计量回路所需信号，从外部来看整个系统和现场的实际系统完全一致， 达到培训考核职工技能的需要。本实用新型同时可以做出多项要求的一次二次系统的故障模拟，例如可以控制需负荷源直接输出所需的无功量，和各种所需参数进行各种电气动作。本实用新型的优点在于除了传统的负荷监视与控制外，还利用负荷管理系统的通道和软硬件资源，可以开展如远方抄表、购电控制、短期负荷预测、计量设备在线监测、用配变监测、系统变采集和低压用户集抄等新型功能应用的培训考核。
图1为本实用新型的整体结构框图；图2为本实用新型的无线组网方案；图3为本实用新型的远程控制功能实现原理；图4为本实用新型的柜内加装线路原理框图；图5为本实用新型的系统软件结构示意图；图6为本实用新型的负荷终端远程数据采集原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。1、整体结构如图1所示高压配电全真负荷控制实训考核系统，其特征在于包括有负控终端主站系统、虚拟负荷源加载系统、电能计量装置错误接线加载系统、全真IOkV配电系统、工业控制机及显示系统，其中负控终端主站系统和电能计量装置错误接线加载系统与全真IOkV配电系统相连，全真IOkV配电系统与虚拟负荷源加载系统相连，虚拟负荷源加载系统通过工业以太网与工业控制机及显示系统相连。所述的全真IOkV配电系统包括有综合保护器、高压进线柜、负控终端高压计量柜和高压出线柜，所述的综合保护器和高压进线柜通过负控终端高压计量柜与高压出线柜相连。负控终端主站系统负责对用户(终端)的用电信息进行采集、统计。虚拟负荷源加载系统模拟IOkV供电系统对计量、交采等回路提供电源。电能计量装置错误接线加载系统实现二次回路的错误接线模拟(故障模拟)及计量。全真IOkV配电系统使用全真的IOkV 配电系统以模拟真实的现场环境，以进行培训或考核，实现“仿真逼真、模拟操作”目的。工业控制机及显示系统实现对虚拟负荷源加载系统、电能计量装置错误接线加载系统的控制及整个系统运行状态的显示及对相关人员的培训、演示等。[0041]2、通信系统的原理如图2所示本实用新型负控终端主站系统的通信系统采用无线或以太网方式，负控终端主站系统通过通信信道(无线通信或以太网)与全真IOkV配电系统现场的负控终端通信，负控终端可以采集电能表的数据，并可以通过电动执行机构对进线柜或出线柜的断路器跳闸和合闸。3、负控终端远程控制功能实现原理如图3所示1)负控终端的控制方式，可以分成遥控、功控、电控三大类型。而功控又细分成时段(功率)控、厂休控、紧急下浮控；电量控制又可细分成日电控、月电控及购电控。在通信规约中有其具体定义。以其中的遥控、时段控和购电控为例来说明控制的实现方式。2)遥控的实现过程遥控又称分合间，是让负控终端的某个继电器无条件进行分间或者取消分闸动作。在分闸状态下，负控终端周期性发送分闸信号，致使断路器分(跳)闸机构分闸并无法合闸。其原理如图3所示，这种控制的实现方式是负控终端主站系统只需要直接发送遥控命令即可。时段控的实现过程时段控是一种当地闭环控制，实现起来比较复杂一些，需要设置比较多的参数。设置功控轮次、设置功控时段及各时段功率定值；设置时段控投入、购电控的实现过程购电功控也是一种当地闭环控制，需要设置比较多的参数。设置电控轮次、设置购电控投入、下发购电单。每次下发购电单，都表示用户购买了相应的电量。负控终端根据当前剩余电量(剩余电量=购电量-用电量)决定是否进行分闸动作。4、负控终端主站系统采集电能表数据及电能表数据设定功能说明负控终端主站系统可以远程采集电能表数据，它提供了一点对多点的负荷控制、 远方自动抄表、防窃电、用户预购电等多种营销技术手段，在实现有序用电和限电不分闸等情况中发挥了重要作用。电力负荷管理系统的一个主要功能就是对所监控的装置进行运行参数遥测，因此实训系统的构建必须在模拟装置上有接近实际运行状态的电气参数量，在本方案中采取虚负荷接入方式模拟系统参数运行，用于给装置上的电能表和负控终端提供电流、电压和功率等电气量，并可平滑调节，实现了接近现场实际运行状态的创新。本实用新型在正常运行和发生事故时，使操作人员所看到的仪表显示、指示显示及事故现象与实际一模一样。实现高压断路器动作、指示显示、标示及事故现象等与真实现场一致。本方案中设计增加了虚负荷源加载柜体和电能表错误接线加载方式，在各配电装置互感器后端增加接线端子用于连接虚拟负荷功率源，故障模拟器。将各柜体中电压电流互感器的二次测量输出接入功率源，在这里功率源可检测互感器的实时电压电流数据，可反应系统实际加载的高低压电压电流数据，同时这种功率源带有工业以太网接口，与电脑通过工业以太网通信，可进行内部电路切换，通过电脑设置功率源的电压电流输出值，可以按照操作者具体的培训需要，设置相应的一次设备故障和二次设备故障(断路器拒分、拒合、表计错误、状态指示不正确、TV断线、控制回路断线、无功补偿接线错误等，以真实的仿真一次故障。各柜体内须加装电路接线原理框图如图4所示。配电装置内互感器二次测量线圈输出接入虚拟功率源测量单元，功率源根据测得的实时电压电流数据，输出与实际一致的电压电流值，同时也可以在电脑对功率源的输出进行切换，改为由电脑设定功率源的电压电流输出值。功率源电压电流输出接入综自保护单元，综自保护电流出线再接入计量故障模拟器，功率源电压出线并联接入综自保护单元和计量故障模拟器，故障模拟器的电压电流输出再接入计量表计(即电压表、电流表、电能表)。一次故障模拟时，功率源电压电流输出切换至由电脑控制，从而实现过流、速断、 欠压、过压的故障模拟；二次故障模拟时，功率源电压电流输出切换至由功率源内部控制， 即功率源根据测量的互感器值进行输出，同时通过电脑控制故障模拟器，从而实现电压电流回路短路、断路、反相序等电能表错误接线故障模拟。其中功率源、综自保护单元、故障模拟器、计量电能表均带有通信，通过工业以太网与电脑进行通信，实现电脑对系统的实时检测和控制。5、负荷控制在现场的实现负控终端主站系统由主站，通讯网络，电能采集设备所组成。主站又由后台工作站，应用服务器，数据库服务器，采集前置机系统所组成。通讯网络由230M专网、GPRS、CDMA 公网、电话、电力线等组成。采集设备为采集终端，负荷管理系统软件主要由主控程序模块、 自动任务程序模块、综合电力采集前置机模块及Web数据发布组成。1)主控程序模块与自动任务程序模块把主控程序与自动任务程序模块放到一起，是因为自动任务程序相当于一个定时执行的特殊的主控程序，且这两个程序间的采集任务模块都是共享的。这两个模块的开发环境都是Visual Basic6. 0+SP6,主控程序提供人机交互，完成档案管理、数据查询、终端调试安装等日常监测、管理工作；自动任务定时完成采集、数据分析等工作。2)综合电力采集前置机模块综合电力采集前置机模块使用Visual C+6. 0做为开发环境，主要完成对通信任务的管理、通信资源统一调度、通信协议(规约)解释等工作，在运行管理模块(主控程序与自动任务程序)与现场设备终端通信之间起桥梁作用3) Web 发布Web使用JavMcript做开发语言，IBM Websphere为发布平台进行发布，完成数据发布、提供数据查询、实现跨部门数据共享。软件系统的结构如图5所示，其逻辑组成主要包括前置通信系统、系统基础应用和系统高层应用系统、与外部系统的接口、数据存储、系统管理等几个主要部分。总体上而言，系统设计采用了软总线和模块化的思想，系统各组成部分之间保证相对的独立性，各组成部分的变化和修改不会引起其它部分的变化，保证了系统具有较高的扩展性。6、负控终端采集电能数据及控制断路器原理说明1)如图6所示，负控终端与主站系统通过无线信道传输数据，主站系统可以查询下位IOkV配电系统的用电情况，包括电压、电流、功率因数；系统通过做为上位机的工控机，控制虚负荷加载系统和故障模拟系统，产生电压电流功率因数等各类电信号，全面仿真模拟工业现场的用电情况，有功无功，累计时段内功率、电压、电流、功率因数各自对应的最大、最小值及具体发生时间、平均值等；三相不平衡分析；大用户关联表计的整点三相功率值、不平衡率，整点三相电流值、电流不平衡率。可以模拟供电可靠性分析；累计停电时间、停电次数、可靠性(％ )。供电质量分析，停电时间等。计量装置故障分析针对各种异常告警，分析其产生的可能原因。2)负控终端通过遥信的方式可以采集IOkV配电站的主回路开关的实际状态，通过遥控功能完成远距离跳闸，切断回路，可以用来演示有序用电，移峰填谷等负荷控制功
台匕
目匕· ο3)负荷控制可以演示现场的所有负荷控制功能支持主站远程下载多条限电荷曲线及强制跳闸命令。定值设置可以在终端设置功率定值(功控)，电量定值(电控)， 时段定值(时控)，定值和时段能由主站远程设置。自动控制在时间段，定值都符合要求的条件下，系统发出跳闸命令，同时支持以短信方式告警发送到预定号码手机，在设定时间 (如15分钟)内，若负荷未降到定值以下，则发出跳闸命令。遥控功能具备主站远程跳闸功能。主站对终端组进行群组遥控或单个终端遥控。安全性对跳间信号输出有防误动措施。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化和修饰，均仍属于本实用新型的范围内。
权利要求1.高压配电全真负荷控制实训考核系统，其特征在于包括有负控终端主站系统、虚拟负荷源加载系统、电能计量装置错误接线加载系统、全真IOkV配电系统、工业控制机及显示系统，其中负控终端主站系统和电能计量装置错误接线加载系统与全真IOkV配电系统相连，全真IOkV配电系统与虚拟负荷源加载系统相连，虚拟负荷源加载系统通过工业以太网与工业控制机及显示系统相连。
2.按权利要求1所述的高压配电全真负荷控制实训考核系统，其特征在于所述的全真 IOkV配电系统包括有综合保护器、高压进线柜、负控终端高压计量柜和高压出线柜，所述的综合保护器和高压进线柜通过负控终端高压计量柜与高压出线柜相连。
专利摘要本实用新型涉及一种高压配电全真负荷控制实训考核系统，包括有负控终端主站系统、虚拟负荷源加载系统、电能计量装置错误接线加载系统、全真10kV配电系统、工业控制机及显示系统，其中负控终端主站系统和电能计量装置错误接线加载系统与全真10kV配电系统相连，全真10kV配电系统与虚拟负荷源加载系统相连，虚拟负荷源加载系统通过工业以太网与工业控制机及显示系统相连。本实用新型的优点在于除了传统的负荷监视与控制外，还利用负荷管理系统的通道和软硬件资源，可以开展如远方抄表、购电控制、短期负荷预测、计量设备在线监测、用配变监测、系统变采集和低压用户集抄等新型功能应用的培训考核。
文档编号G09B23/18GK202134144SQ20112023340
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者乔新国, 刘亭, 庞龙剑, 杨毅, 熊桂芳, 王涛, 郑秀玉, 陈俊, 黄娜 申请人:武汉电力职业技术学院
技术领域：
本实用新型涉及一种用于对电力营销负荷管理工作的人员的职业技能进行培训的全真实训考核系统，具体是涉及一种高压配电全真负荷控制实训考核系统，可以实现与现场完全一致的实际运行状况，达到全真设备上的考核效果。
背景技术：
上世纪八十年代到上世纪末，电力紧张，电力生产满足不了社会对电力的需求，加之电力配送能力的不足，经常发生变压器，线路过负荷情况。为缓解电力供需矛盾，提高电能利用效率，必须进行有效的负荷管理，使有限的电力资源获得更大的经济效益和社会效益。在计划经济体制下，对用户的电力分配政府主导，由政府计划部门进行电力分配，具有配给制的特点。电力部门对负荷管理工作主要是用电计划的和“削峰填谷”的政策的执行。 为适应这一阶段需求，管理手段以控制负荷，控制电量为重点。在这个阶段，负荷管理系统获得了较大的发展。技术方面完成了从定量器，音频控制技术到无线控制技术，单向到双向的技术演进，确立了以使用230M负荷管理专用频率的无线负荷控制技术为核心的负荷管理系统的基本建设方式。技术方面，这个阶段主站系统由初期的单机版升级到网络版。平台从DOS升级到 Windows，数据从单机的文件保存形式发展的到采用了专用的关系型数据库，终端设备原来 8位CPU发展到了 16位CPU。通信数率也从早期的100波特率提升到1200波特率。系统功能早期系统以功控，电控，厂休控等基本控制功能为主，在这个阶段的中、后期开始尝试利用负荷管理系统的软硬件资源拓展了远方抄表，防窃电，购电控等管理功能。随着电力供需矛盾的缓解，对负荷管理需求也相对减弱，负荷管理系统的建设它发展的第一个顶峰开始步入低谷，负荷管理系统开始转向管理方面的需求。本世纪初的五年基本处于这个发展阶段。负荷管理的工作内容转向到电能信息的自动采集和对用电营销的业务支持方面。远方抄表，防窃电，购电控，电能质量监测，谐波监测，线损计算等功能得到应用。其中远方抄表，防窃电，购电控，电能质量监测在这一方展阶段成为负荷管理系统的基本功能。伴随这我国从计划经济转向市场经济，传统的以控制为主的指令型负荷管理手段也转向“有序用电”和可中断负荷管理的市场化管理手段。在2005年重新出现电力紧张时，开始尝试向用户购买负荷的市场化调节方式。有些系统的采集范围也扩展到系统变压器、公用配电变压器和低压配电的集抄。在技术方面，这一时期主站设计更为重视对资源的共享和对营销系统的支持和系统间的互连。系统平台一般采用windows2000为操作系统，数据库采用了 ORACLE，DB2这样的大型关系型商用数据库，并使用多线程技术。系统的互连采用商用的中间件平台。终端开始使用32位CPU，运行嵌入式操作系统。引入了交流采样技术，采用SMT技术进行生产主板的生产。通信数率现提升到MOO波特率，并开始尝试使用公网GPRS、CDMA作为通信信道。电力系统中，负荷控制装置是非常重要的用户监控和自动装置设备。由于相关技术日新月异，对电能信息的自动采集和对电力营销的业务支持方面等功能的应用不断提高，如何在设备带电运行状态下实施负荷控制装置的培训使用，达到全真培训考核效果，使培训人员上岗即能具备其岗位职业技能是现代企业培训功能的需要，是企业亟待解决的一个问题。进行培训必须进行理论性的讲解，然后再进行生产技能的实践操作，以便使学员具有实际操作的职业技能。但是现有的实训设备不具有负荷控制的培训功能，没有考虑设置该功能，即只能实现对客户端从业人员的培训，不能满足电力企业职工生产技能培训需求。如果到客户端现场进行培训，可能对客户端的供电可靠性造成影响，不能对保证学员的人身安全，甚至还可能损坏现场设备，并且违背操作规程。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提出一种高压配电全真负荷控制实训考核系统，使得设备在带电运行状态下实施负荷控制装置的培训使用，达到全真培训考核效果。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是高压配电全真负荷控制实训考核系统，其特征在于包括有负控终端主站系统、虚拟负荷源加载系统、电能计量装置错误接线加载系统、全真IOkV配电系统、工业控制机及显示系统，其中负控终端主站系统和电能计量装置错误接线加载系统与全真IOkV配电系统相连，全真IOkV配电系统与虚拟负荷源加载系统相连，虚拟负荷源加载系统通过工业以太网与工业控制机及显示系统相连。按上述方案，所述的全真IOkV配电系统包括有综合保护器、高压进线柜、负控终端高压计量柜和高压出线柜，所述的综合保护器和高压进线柜通过负控终端高压计量柜与高压出线柜相连。本实用新型的负控终端主站系统负责对用户(终端)的用电信息进行采集，统计。 虚拟负荷源加载系统模拟IOkV供电系统给计量、交采等回路提供电源。电能计量装置错误接线加载系统实现二次回路的错误接线模拟(故障模拟)及计量。全真IOkV配电系统使用全真的IOkV配电系统以模拟真实的现场环境，以更出色的进行培训或考核，实现“仿真逼真、模拟操作”目的。工业控制机及显示系统实现对虚拟负荷源加载系统、电能计量装置错误接线加载系统的控制及整个系统运行状态的显示及对相关人员的培训、演示等。整体设备的载体为IOkV的双电源单母线分段典型供电系统，其一次侧加载真实的IOkV电压，二次侧的输出由虚拟负荷源加载系统负责输出，虚拟负荷源加载系统可以根据工业控制机及显示系统要求的电压、电流、功率因数、功率值来输出相应的物理参数，同时可以驱动二次侧所有仪表、电能表部分；加装电能计量装置错误接线加载系统，该系统串接在电压电流互感器二次侧和多功能电能表之间，工业控制机及显示系统可以通过设定电能计量装置错误接线加载系统的错误类型来进行错误接线的模拟培训；负荷终端主站系统通过放置在计量柜中的负荷控制终端，对电能信息进行采集，对负荷进行控制，完成电能采集、负荷的远程控制、预付费电费的实现、对窃电行为的及时发现.负荷终端主站系统系统由主站软硬件系统、前置机软硬件系统及负荷控制终端， 构成电能采集和控制系统，终端主MCU采用功能强大的32位ARM平台，满足了对用电现场各项功能的需求，并为后期的功能扩展及个性化的需求提供了充足的硬件资源。终端软件架构采用独特的“消息”处理机制，相对于传统的“流程化”设计，提高了终端的运行效率和稳定性。采用多用户结构，可以多人终端同时监控。虚拟负荷源加载系统系统由以太网通信控制器，三相交流信号波形发生器，功率放大控制器，信号采集反馈系统，上位控制软件系统，功率保护系统，电压升压器和电流升流器组成，可以通过上位机设定输出电压电流及功率因数，可以模拟产生二次侧的所有电参数信号。电能计量装置错误接线加载系统用于模拟电能表的错误接线，由通信网络控制器、电流接线控制系统、电压接线控制系统、电流接线控制完成TA 二次出线正反控制电流 (TA 二次)短路(混连)模块、电流换相、表尾电流方向切换；电压切换可控制相序切换、电压(TV—次、二次)通/断、电压跨相，可分别实现电压相序、电压线在电能表表尾不对应造成跨相等接线方式。工业控制机及显示系统主要负责整个系统的控制及数据的上传和显示功能.监控设备开关的合分闸状态，从而控制虚拟负荷功率源，实现二次电压、二次电流的升降与数值设定，真实模拟各种设备的负荷运行情况，具备电能计量、模拟现场功率控制、电量控制、 终端故障模拟(终端错接线，电压回路包括开路、断相，电流回路短路、开路等)等功能。下面详细介绍本实用新型的各组成部分1.负控终端主站系统构成负荷控制的主站，可以满足对负荷终端各类发送信号的接收与处理。负荷终端主站由系统操作软件和服务器前置机组成，操作软件功能满足《电力负荷管理系统数据传输规约-2004》的规定。以公网或专网通信方式对负荷终端进行初始工作参数设置工作、数据召测及指令下发等操作。主站与负控终端及IOkV系统可以构成独立运行的信息交换链，组成缩小版的单元完全真实的负荷管理系统；2.虚拟负荷源加载系统对于相应电路可以提供虚拟负荷，并设有虚负荷电流源保护电路，上述虚负荷电流源支路与出线负荷断路器的对应相构成的回路中设置有对应相的电流传感器，可以反映相应的故障与运行状况。3.电能计量装置错误接线加载系统可以模拟实现各种电能计量装置的错误接线状况，其利用工业阵列技术实现各种故障状况的接线切换，其切换方式通过专用连接电缆和连接端子接入高压计量柜；4.工业控制机及显示系统与负控终端主站系统配合，构成该系统对电力系统相关人员的生产技能的培训考核及系统演示等工作。5.全真IOkV配电系统使用全真的IOkV配电系统以模拟真实的IOkV配电现场环境，以进行培训或考核，实现“仿真逼真、模拟操作”目的。对于IOkV典型配电实训室，通过系统配置的主站系统可直接对IOkV配电系统中所安装的负荷终端进行控制，采集电能表数据，进行远程控制跳间等行为，可以真实实现不法用户实施窃电行为的模拟与监控，实施负控装置反窃电的培训考核。本实用新型以IOkV全真典型客户配电系统为基础，增加虚负荷加载系统、电能表错误接线模拟加载系统和负荷控制主站系统，用专用电缆将配电系统连接控制，依据负荷控制主站系统中获取的终端负荷信号，对高压配电装置实施全真的负荷控制，对于可能出现的电能计量装置的错误接线和窃电行为，由错接线模拟加载系统提供相关信号组成完整的全真仿真系统。[0025]本实用新型的培训设备与现场的真实IOkV真实设备完全一致，并且按照现场典型客户配电室真实带电运行，其负控终端主站系统和电能计量装置错误接线加载系统采集的是真实的数据。所有的二次回路保护输出都可以被上位机和主控程序遥控，同时根据培训的需要，带有以太网借口的程控功率电压电流源可以根据上位机的设定真实的输出保护回路所需信号，电能计量回路所需信号，从外部来看整个系统和现场的实际系统完全一致， 达到培训考核职工技能的需要。本实用新型同时可以做出多项要求的一次二次系统的故障模拟，例如可以控制需负荷源直接输出所需的无功量，和各种所需参数进行各种电气动作。本实用新型的优点在于除了传统的负荷监视与控制外，还利用负荷管理系统的通道和软硬件资源，可以开展如远方抄表、购电控制、短期负荷预测、计量设备在线监测、用配变监测、系统变采集和低压用户集抄等新型功能应用的培训考核。
图1为本实用新型的整体结构框图；图2为本实用新型的无线组网方案；图3为本实用新型的远程控制功能实现原理；图4为本实用新型的柜内加装线路原理框图；图5为本实用新型的系统软件结构示意图；图6为本实用新型的负荷终端远程数据采集原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。1、整体结构如图1所示高压配电全真负荷控制实训考核系统，其特征在于包括有负控终端主站系统、虚拟负荷源加载系统、电能计量装置错误接线加载系统、全真IOkV配电系统、工业控制机及显示系统，其中负控终端主站系统和电能计量装置错误接线加载系统与全真IOkV配电系统相连，全真IOkV配电系统与虚拟负荷源加载系统相连，虚拟负荷源加载系统通过工业以太网与工业控制机及显示系统相连。所述的全真IOkV配电系统包括有综合保护器、高压进线柜、负控终端高压计量柜和高压出线柜，所述的综合保护器和高压进线柜通过负控终端高压计量柜与高压出线柜相连。负控终端主站系统负责对用户(终端)的用电信息进行采集、统计。虚拟负荷源加载系统模拟IOkV供电系统对计量、交采等回路提供电源。电能计量装置错误接线加载系统实现二次回路的错误接线模拟(故障模拟)及计量。全真IOkV配电系统使用全真的IOkV 配电系统以模拟真实的现场环境，以进行培训或考核，实现“仿真逼真、模拟操作”目的。工业控制机及显示系统实现对虚拟负荷源加载系统、电能计量装置错误接线加载系统的控制及整个系统运行状态的显示及对相关人员的培训、演示等。[0041]2、通信系统的原理如图2所示本实用新型负控终端主站系统的通信系统采用无线或以太网方式，负控终端主站系统通过通信信道(无线通信或以太网)与全真IOkV配电系统现场的负控终端通信，负控终端可以采集电能表的数据，并可以通过电动执行机构对进线柜或出线柜的断路器跳闸和合闸。3、负控终端远程控制功能实现原理如图3所示1)负控终端的控制方式，可以分成遥控、功控、电控三大类型。而功控又细分成时段(功率)控、厂休控、紧急下浮控；电量控制又可细分成日电控、月电控及购电控。在通信规约中有其具体定义。以其中的遥控、时段控和购电控为例来说明控制的实现方式。2)遥控的实现过程遥控又称分合间，是让负控终端的某个继电器无条件进行分间或者取消分闸动作。在分闸状态下，负控终端周期性发送分闸信号，致使断路器分(跳)闸机构分闸并无法合闸。其原理如图3所示，这种控制的实现方式是负控终端主站系统只需要直接发送遥控命令即可。时段控的实现过程时段控是一种当地闭环控制，实现起来比较复杂一些，需要设置比较多的参数。设置功控轮次、设置功控时段及各时段功率定值；设置时段控投入、购电控的实现过程购电功控也是一种当地闭环控制，需要设置比较多的参数。设置电控轮次、设置购电控投入、下发购电单。每次下发购电单，都表示用户购买了相应的电量。负控终端根据当前剩余电量(剩余电量=购电量-用电量)决定是否进行分闸动作。4、负控终端主站系统采集电能表数据及电能表数据设定功能说明负控终端主站系统可以远程采集电能表数据，它提供了一点对多点的负荷控制、 远方自动抄表、防窃电、用户预购电等多种营销技术手段，在实现有序用电和限电不分闸等情况中发挥了重要作用。电力负荷管理系统的一个主要功能就是对所监控的装置进行运行参数遥测，因此实训系统的构建必须在模拟装置上有接近实际运行状态的电气参数量，在本方案中采取虚负荷接入方式模拟系统参数运行，用于给装置上的电能表和负控终端提供电流、电压和功率等电气量，并可平滑调节，实现了接近现场实际运行状态的创新。本实用新型在正常运行和发生事故时，使操作人员所看到的仪表显示、指示显示及事故现象与实际一模一样。实现高压断路器动作、指示显示、标示及事故现象等与真实现场一致。本方案中设计增加了虚负荷源加载柜体和电能表错误接线加载方式，在各配电装置互感器后端增加接线端子用于连接虚拟负荷功率源，故障模拟器。将各柜体中电压电流互感器的二次测量输出接入功率源，在这里功率源可检测互感器的实时电压电流数据，可反应系统实际加载的高低压电压电流数据，同时这种功率源带有工业以太网接口，与电脑通过工业以太网通信，可进行内部电路切换，通过电脑设置功率源的电压电流输出值，可以按照操作者具体的培训需要，设置相应的一次设备故障和二次设备故障(断路器拒分、拒合、表计错误、状态指示不正确、TV断线、控制回路断线、无功补偿接线错误等，以真实的仿真一次故障。各柜体内须加装电路接线原理框图如图4所示。配电装置内互感器二次测量线圈输出接入虚拟功率源测量单元，功率源根据测得的实时电压电流数据，输出与实际一致的电压电流值，同时也可以在电脑对功率源的输出进行切换，改为由电脑设定功率源的电压电流输出值。功率源电压电流输出接入综自保护单元，综自保护电流出线再接入计量故障模拟器，功率源电压出线并联接入综自保护单元和计量故障模拟器，故障模拟器的电压电流输出再接入计量表计(即电压表、电流表、电能表)。一次故障模拟时，功率源电压电流输出切换至由电脑控制，从而实现过流、速断、 欠压、过压的故障模拟；二次故障模拟时，功率源电压电流输出切换至由功率源内部控制， 即功率源根据测量的互感器值进行输出，同时通过电脑控制故障模拟器，从而实现电压电流回路短路、断路、反相序等电能表错误接线故障模拟。其中功率源、综自保护单元、故障模拟器、计量电能表均带有通信，通过工业以太网与电脑进行通信，实现电脑对系统的实时检测和控制。5、负荷控制在现场的实现负控终端主站系统由主站，通讯网络，电能采集设备所组成。主站又由后台工作站，应用服务器，数据库服务器，采集前置机系统所组成。通讯网络由230M专网、GPRS、CDMA 公网、电话、电力线等组成。采集设备为采集终端，负荷管理系统软件主要由主控程序模块、 自动任务程序模块、综合电力采集前置机模块及Web数据发布组成。1)主控程序模块与自动任务程序模块把主控程序与自动任务程序模块放到一起，是因为自动任务程序相当于一个定时执行的特殊的主控程序，且这两个程序间的采集任务模块都是共享的。这两个模块的开发环境都是Visual Basic6. 0+SP6,主控程序提供人机交互，完成档案管理、数据查询、终端调试安装等日常监测、管理工作；自动任务定时完成采集、数据分析等工作。2)综合电力采集前置机模块综合电力采集前置机模块使用Visual C+6. 0做为开发环境，主要完成对通信任务的管理、通信资源统一调度、通信协议(规约)解释等工作，在运行管理模块(主控程序与自动任务程序)与现场设备终端通信之间起桥梁作用3) Web 发布Web使用JavMcript做开发语言，IBM Websphere为发布平台进行发布，完成数据发布、提供数据查询、实现跨部门数据共享。软件系统的结构如图5所示，其逻辑组成主要包括前置通信系统、系统基础应用和系统高层应用系统、与外部系统的接口、数据存储、系统管理等几个主要部分。总体上而言，系统设计采用了软总线和模块化的思想，系统各组成部分之间保证相对的独立性，各组成部分的变化和修改不会引起其它部分的变化，保证了系统具有较高的扩展性。6、负控终端采集电能数据及控制断路器原理说明1)如图6所示，负控终端与主站系统通过无线信道传输数据，主站系统可以查询下位IOkV配电系统的用电情况，包括电压、电流、功率因数；系统通过做为上位机的工控机，控制虚负荷加载系统和故障模拟系统，产生电压电流功率因数等各类电信号，全面仿真模拟工业现场的用电情况，有功无功，累计时段内功率、电压、电流、功率因数各自对应的最大、最小值及具体发生时间、平均值等；三相不平衡分析；大用户关联表计的整点三相功率值、不平衡率，整点三相电流值、电流不平衡率。可以模拟供电可靠性分析；累计停电时间、停电次数、可靠性(％ )。供电质量分析，停电时间等。计量装置故障分析针对各种异常告警，分析其产生的可能原因。2)负控终端通过遥信的方式可以采集IOkV配电站的主回路开关的实际状态，通过遥控功能完成远距离跳闸，切断回路，可以用来演示有序用电，移峰填谷等负荷控制功
台匕
目匕· ο3)负荷控制可以演示现场的所有负荷控制功能支持主站远程下载多条限电荷曲线及强制跳闸命令。定值设置可以在终端设置功率定值(功控)，电量定值(电控)， 时段定值(时控)，定值和时段能由主站远程设置。自动控制在时间段，定值都符合要求的条件下，系统发出跳闸命令，同时支持以短信方式告警发送到预定号码手机，在设定时间 (如15分钟)内，若负荷未降到定值以下，则发出跳闸命令。遥控功能具备主站远程跳闸功能。主站对终端组进行群组遥控或单个终端遥控。安全性对跳间信号输出有防误动措施。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化和修饰，均仍属于本实用新型的范围内。
权利要求1.高压配电全真负荷控制实训考核系统，其特征在于包括有负控终端主站系统、虚拟负荷源加载系统、电能计量装置错误接线加载系统、全真IOkV配电系统、工业控制机及显示系统，其中负控终端主站系统和电能计量装置错误接线加载系统与全真IOkV配电系统相连，全真IOkV配电系统与虚拟负荷源加载系统相连，虚拟负荷源加载系统通过工业以太网与工业控制机及显示系统相连。
2.按权利要求1所述的高压配电全真负荷控制实训考核系统，其特征在于所述的全真 IOkV配电系统包括有综合保护器、高压进线柜、负控终端高压计量柜和高压出线柜，所述的综合保护器和高压进线柜通过负控终端高压计量柜与高压出线柜相连。
专利摘要本实用新型涉及一种高压配电全真负荷控制实训考核系统，包括有负控终端主站系统、虚拟负荷源加载系统、电能计量装置错误接线加载系统、全真10kV配电系统、工业控制机及显示系统，其中负控终端主站系统和电能计量装置错误接线加载系统与全真10kV配电系统相连，全真10kV配电系统与虚拟负荷源加载系统相连，虚拟负荷源加载系统通过工业以太网与工业控制机及显示系统相连。本实用新型的优点在于除了传统的负荷监视与控制外，还利用负荷管理系统的通道和软硬件资源，可以开展如远方抄表、购电控制、短期负荷预测、计量设备在线监测、用配变监测、系统变采集和低压用户集抄等新型功能应用的培训考核。
文档编号G09B23/18GK202134144SQ20112023340
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者乔新国, 刘亭, 庞龙剑, 杨毅, 熊桂芳, 王涛, 郑秀玉, 陈俊, 黄娜 申请人:武汉电力职业技术学院
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