基于网格架构的即插即用式智能电网实验实训系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于网格架构的即插即用式智能电网实验实训系统。它包括多个单元柜，各单元柜组成m×n阵列，其中m和n为整数；各单元柜设有一次系统模块、二次测控模块和通信模块；一次系统模块，设有一次电气接口，单元柜通过一次电气接口连接相邻单元柜及二次测控模块；二次测控模块，完成对一次系统模块中各线路电流、母线电压的量测与断路器的控制，并将一次系统模块的电压、电流转换为与实际系统一致的二次电压和电流后向监控中心传送；通信模块，通过不同通信信道实现监控中心、单元柜及其他一、二次设备相互之间实时通信，通过单元柜通信模块的标准通信接口接入系统的通信网络，从而与各单元柜、监控中心实现通信功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于网格架构的即插即用式智能电网实验实训系统。
技术介绍
电力系统物理模拟系统是根据相似性原理建立起来的、具有与原型电力系统相同物理性质的物理模型，主要由模拟发电机、模拟变压器、模拟输配电线路、模拟负荷和有关调节、控制、测量、保护等模拟装置组成。电力系统物理模拟系统具有下列特点1、可以在模型上直接观察到所研究的课题在电力系统中产生的全部物理过程，获得明确的物理概念，并可很方便地对电力系统特性和诸过程进行定性的研究。2、对目前还不能或不完全能用数学方程很好地描述的问题，可以方便地利用物理模拟探求问题的物理本质，也可以校验现有理论和教学模拟的合理性、正确性，使理论和数学模型更加完善。3、对一些新型的继电保护和自动装置，可以直接接入物理模拟系统来研究。例如， 新型的继电保护可以接在物理模拟系统中，进行各种短路故障试验，考核保护装置的各种性能。当前，电力系统物理模拟系统中设备种类和数量繁多，受场地制约，网络结构相对简单，结构和参数的调整范围受到一定限制。对比较复杂的原型电力系统一般需要进行一些简化，才能进行物理模拟实验研究。随着现代电力技术的不断发展，智能电网建设逐步深入，电力系统对智能化运行和控制技术的要求越来越高，电力系统规模不断扩大，电压等级逐步升高，新技术和新设备更为丰富，网络结构、运行方式和日趋复杂，现有物理模拟技术和系统已不能满足现代电力系统日益发展的模拟需求。
技术实现思路
为了克服现有的电力系统物理模拟系统难以满足现代电力系统越来越高的模拟需求的不足，本专利技术提出一种基于网格架构的即插即用式智能电网实验实训系统，该实验实训系统在现有电力系统物理模拟的技术基础上，系统采用标准化、模块化设计的组件，即插即用，组网灵活，扩展方便，通过配置具有监视、保护、控制与管理功能的监控中心，能根据不同需求方便的改变网络拓扑结构、运行方式和元件参数，为分布式发电、微网、新能源发电并网和智能电网的物理模拟提供平台，它能够进行多种电力网络结构与参数的智能电网物理模拟，同时满足开展技术、技能培训与科学研究实验的要求。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种基于网格架构的即插即用式智能电网实验实训系统，它包括多个单元柜，各单元柜组成mXη阵列，其中m和η为整数；各单元柜设有一次系统模块、二次测控模块和通信模块；单元柜设有一次电气接口、二次电气接口 ；单元柜通过一次电气接口连接相邻单元柜；本单元柜内一次系统模块通过端子排与二次测控模块连接，同时一次系统模块还设有电网模拟元件模块，通过电网模拟元件类型和参数的更改实现对不同系统电压等级和不同线路长度的电力系统模拟；二次测控模块，完成对一次系统模块中各线路电流、母线电压的量测与断路器的控制，并将一次系统模块的电压、电流转换为与实际系统一致的二次电压和电流后向监控中心传送，在监控中心的统一控制下完成故障检测和隔离、孤岛检测与运行控制、新能源发电并网控制；通信模块，通过不同通信信道实现监控中心、单元柜及其他一、二次设备相互之间实时通信，系统中所有单元柜通信模块与监控中心的通信设备连接在一起，组成本物理模拟系统的通信网络，对连接于单元柜一次电气接口、二次电气接口上的所有外部设备，均通过单元柜通信模块的标准通信接口接入系统的通信网络，从而与各单元柜、监控中心实现通信；监控中心主要由工作站和/或服务器组成，完成整个系统的管理。所述单元柜设有J型屏蔽层，其中通信模块设置在单元柜顶部同时也位于J型屏蔽层的上部，二次测控模块设置在单元柜背面同时也位于J型屏蔽层的左侧，从而实现一次系统模块、二次测控模块和通信模块相隔离；在单元柜的正面设有一次系统模块，正面底部设有一次系统模块中的电网模拟元件模块，两者电连接；模拟地线和中性线接口设置在一次系统模块上；一次系统模块、电网模拟元件模块位于J型屏蔽层的右侧与下方，但两者与二次测控模块间由J型屏蔽层隔开。所述一次系统模块还包括一条中性线，该中性线用断路器分为中性线I段和中性线II段，该中性线的两端分别与一次电气接口的中性线连接；一条模拟地线，其两端分别与一次电气接口的地线连接；所述中性线I段和中性线II段、模拟地线分别连接于单元柜的模拟地线中性线接口和模拟地线中性线接口，通过与中性线接口和模拟地线模拟地线接口和中性线接口之间的不同连接，实现多种电力系统中性点运行方式；母线模块，它是采用单母线或双母线形式的三相母线，三相母线与电压互感器一次回路连接，电压互感器二次回路通过端子排与二次测控模块连接；同时，母线模块还与k条模拟线路连接；其中的k_2条模拟线路上通过电流互感器和断路器后与一次电气接口连接，电流互感器二次侧、断路器控制回路通过端子排与二次测控模块连接；剩余两条模拟线路也与相应的电流互感器和断路器连接后与电网模拟元件模块两端分别连接，其中电流互感器二次回路和断路器控制回路也通过端子排与二次测控模块连接；电网模拟元件模块一端通过相应断路器与一次电气接口连接，该断路器控制回路通过端子排与二次测控模块连接；电网模拟元件模块的中性点接至一次系统模块的中性线，地线端接至一次系统模块的模拟地线。所述电网模拟元件模块主要为模拟线路或变压器，它们安装在标准化小车上，采用π型集中参数模型的模拟线路。所述二次测控模块包括多个测控装置、显示面板；显示面板设置在单元柜顶部，显示面板接收并显示由监控中心发送来的信息。所述监控中心设有GPS时钟授时设备。本专利技术整体结构采用网格构架，可由mXn(m和η为整数)个单元柜及一个监控中心组成，并可灵活的扩充，各单元柜空间位置及其相互连接关系如图1所示，m和η受系统设计规模和安装场地制约，最小的系统可由一个单元柜和一台(套)监控中心构成。系统中每个单元柜均采取统一的标准和结构，如图2a、图2b、图2c、图2d、图加所示，单元柜配备标准的一次电气接口、二次电气接口、多种通信接口、模拟地线接口和中性线接口，能够方便的进行扩展和连接，可实现单元柜的即插即用。其中，一次电气接口用于单元柜、电源、负载及电网一次侧其它设备(如SVC、短路故障发生装置等)的连接；二次电气接口用于在单元柜扩展本地安装的二次设备(如电能质量监测、本地化的保护装置等需要在二次回路上安装的设备)使用；通信接口用于监控中心、单元柜、电源、负载、电网一次侧其它设备及本地安装的二次设备等所有接入本系统的控制与被控制设备的通信系统之间的互联及相互通信，且通信方式及通信时间满足系统实时测控要求。单元柜的外形和尺寸可根据不同的系统设计规模和安装场地大小而调整。单元柜外壳安装时应与安装场所地线可靠连接，保证人身安全。如加所示，单个单元柜均由一次系统模块、二次测控模块和通信模块组成，模块间设计有效的屏蔽措施，避免相互间的电磁干扰。其中，一次系统模块由母线模块(含母线、相应线路、断路器及其电流互感器)、电网模拟元件模块(安装在标准化小车上可灵活更换的电网模拟元件，如图3所示采用π型集中参数模型的模拟线路，通过元件参数的更改可实现对不同系统电压等级和不同线路长度的电力系统模拟，从而满足不同的实验需求)、标准化的一次电气接口、由断路器连接的一条分两段的中性线、模拟地线组成；具体母线形式(如单母线、双母线等)、电网模拟元件的类型及标准化的一次电气接口形式可由具体系统设计需本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于网格架构的即插即用式智能电网实验实训系统，其特征是，它包括多个单元柜，各单元柜组成ｍ×ｎ阵列，其中ｍ和ｎ为整数；各单元柜设有一次系统模块、二次测控模块和通信模块；单元柜设有一次电气接口、二次电气接口，单元柜通过一次电气接口连接相邻单元柜；本单元柜内一次系统模块通过端子排与二次测控模块连接，同时一次系统模块还设有电网模拟元件模块，通过电网模拟元件类型和参数的更改实现对不同系统电压等级和不同线路长度的电力系统模拟；二次测控模块，完成对一次系统模块中各线路电流、母线电压的量测与断路器的控制，并将一次系统模块的电压、电流转换为与实际系统一致的二次电压和电流后向监控中心传送，在监控中心的统一控制下完成故障检测和隔离、孤岛检测与运行控制、新能源发电并网控制；通信模块，通过不同通信信道实现监控中心、单元柜及其他一、二次设备相互之间实时通信，系统中所有单元柜通信模块与监控中心的通信设备连接在一起，组成本物理模拟系统的通信网络，对连接于单元柜一次电气接口、二次电气接口上的所有外部设备，均通过单元柜通信模块的标准通信接口接入系统的通信网络，从而与各单元柜、监控中心实现通信；监控中心主要由工作站和／或服务器组成，完成整个系统的管理。...

【技术特征摘要】
1. 一种基于网格架构的即插即用式智能电网实验实训系统，其特征是，它包括多个单元柜，各单元柜组成mXn阵列，其中m和η为整数；各单元柜设有一次系统模块、二次测控模块和通信模块；单元柜设有一次电气接口、二次电气接口，单元柜通过一次电气接口连接相邻单元柜； 本单元柜内一次系统模块通过端子排与二次测控模块连接，同时一次系统模块还设有电网模拟元件模块，通过电网模拟元件类型和参数的更改实现对不同系统电压等级和不同线路长度的电力系统模拟；二次测控模块，完成对一次系统模块中各线路电流、母线电压的量测与断路器的控制， 并将一次系统模块的电压、电流转换为与实际系统一致的二次电压和电流后向监控中心传送，在监控中心的统一控制下完成故障检测和隔离、孤岛检测与运行控制、新能源发电并网控制；通信模块，通过不同通信信道实现监控中心、单元柜及其他一、二次设备相互之间实时通信，系统中所有单元柜通信模块与监控中心的通信设备连接在一起，组成本物理模拟系统的通信网络，对连接于单元柜一次电气接口、二次电气接口上的所有外部设备，均通过单元柜通信模块的标准通信接口接入系统的通信网络，从而与各单元柜、监控中心实现通监控中心主要由工作站和/或服务器组成，完成整个系统的管理。2.如权利要求1所述的基于网格架构的即插即用式智能电网实验实训系统，其特征是，所述单元柜设有J型屏蔽层，其中通信模块设置在单元柜顶部同时也位于J型屏蔽层的上部，二次测控模块设置在单元柜背面同时也位于J型屏蔽层的左侧，从而实现一次系统模块、二次测控模块和通信模块相隔离；在单元柜的正面设有一次系统模块，正面底部设有一次系统模块中的电网模拟元件模块，两者电连接；模拟地线和中性线接口设置在一次系统模块上；一次系统模块、电网模拟元件模块位于J型屏蔽层的右侧与下方，但两者与二次测控模块间由J型屏蔽层隔开。3.如权利要求1或2所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵义术，战杰，马梦朝，张彦，姜亚伟，韩丽辉，李晓蕾，
申请(专利权)人：国网技术学院，
类型：发明
国别省市：88