一种基于分布式电源接入配电网的继电保护仿真培训系统的制作方法

1.本发明涉及配电网技术领域，尤其涉及一种基于分布式电源接入配电网的继电保护仿真培训系统。


背景技术：

2.新能源设备日益增新，接入并网极为紧迫，规模也越来越大，大规模新能源并网改变了电网原有的线路传输功率、潮流分布以及电能质量等，特别是光伏电源接入会有保护问题：潮流的改变，会导致本线路保护的灵敏度降低及拒动；会导致本线路保护误动；会导致相邻线路的瞬时速断保护误动并失去选择性；也会导致重合闸不成功等。加强相关业务人员的继电保护培训，使其熟练掌握各种保护装置的原理、了解电网发生故障后电网的暂态变化过程、保护动作信息，分析分布式电源加入配电网后对电网继电保护产生的影响等具有重要意义。
3.目前针对有源配电网在继电保护方面的培训手段比较匮乏，传统继电保护方面的培训方式主要有传统授课方式和基于实验平台在实际继电保护装置上接线、设置整定值调试等方法，而这些培训方式受培训场地、设备资源、培训模式等因素的限制，导致培训效果较差，影响了培训业务的大范围开展。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种基于分布式电源接入配电网的继电保护仿真培训系统，以提供一种基于分布式电源接入配电网的继电保护仿真培训系统，支持进行理论培训的同时对分布式电源接入配电网的情况进行模拟仿真，并对仿真结果进行可视化展示，可仿真多种配电网场景，提高培训灵活性及培训范围，且使培训效果更佳。
5.根据本发明的一方面，提供了一种基于分布式电源接入配电网的继电保护仿真培训系统，该系统包括：理论展示模块、电网模型构建与仿真模块和可视化模块；
6.所述理论展示模块，用于向用户展示继电保护的基础培训理论和分布式电源接入配电网后的继电保护培训理论；
7.所述电网模型构建与仿真模块，用于构建至少一个电网模型，并基于所述至少一个电网模型进行至少一类电网特性仿真，将仿真结果传输给可视化模块；
8.所述可视化模块，用于将所述仿真结果以图表形式向用户展示。
9.本发明实施例的技术方案，通过向用户展示继电保护的基础培训理论和分布式电源接入配电网后的继电保护培训理论的理论展示模块，用于构建至少一个电网模型，并基于至少一个电网模型进行至少一类电网特性仿真，将仿真结果传输给可视化模块的电网模型构建与仿真模块，以及用于将仿真结果以图表形式向用户展示的可视化模块，提供一种基于分布式电源接入配电网的继电保护仿真培训系统，解决了传统继电保护培训传统方式导致受限制较多无法大范围开展及培训效果差的问题，支持进行理论培训的同时对分布式电源接入配电网的情况进行模拟仿真，并对仿真结果进行可视化展示，可仿真多种配电网
场景，提高培训灵活性及培训范围，且使培训效果更佳。
10.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1为本发明实施例一提供的一种基于分布式电源接入配电网的继电保护仿真培训系统的结构图；
13.图2为本发明实施例二提供的另一种基于分布式电源接入配电网的继电保护仿真培训系统的结构图；
14.图3为本发明实施例二提供的一种含有分布式电源的典型配电网示意图。
具体实施方式
15.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
16.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
17.实施例一
18.图1为本发明实施例一提供的一种基于分布式电源接入配电网的继电保护仿真培训系统的结构图，本实施例可适用于对基于分布式电源接入配电网的继电保护向学员进行仿真培训的情况。如图1所示，该基于分布式电源接入配电网的继电保护仿真培训系统包括：理论展示模块101、电网模型构建与仿真模块102和可视化模块103；
19.理论展示模块101，用于向用户展示继电保护的基础培训理论和分布式电源接入配电网后的继电保护培训理论；
20.电网模型构建与仿真模块102，用于构建至少一个电网模型，并基于至少一个电网模型进行至少一类电网特性仿真，将仿真结果传输给可视化模块；
21.可视化模块103，用于将仿真结果以图表形式向用户展示。
22.其中，理论展示模块101可以利用二维、三维动画及多媒体技术，通过基础知识、结
构原理与操作培训相结合的方式，以精细完整的讲解内容，实现岗位技能基础培训、工作技能培训等功能，提高受训人员的技术水平和生产培训效率。整个模块的建成，将为受训人员规范化作业培训起到指导和培训的作用。
23.继电保护方向的培训不仅是要让学员熟悉变电站的常见二次设备,还需要对主要设备在原理上和结构上掌握，最主要是针对继电保护专业不同类型装置，测试不同故障时保护装置的动作反应，引导学员学习和了解继电保护知识。
24.理论展示模块利用二维、三维动画及多媒体技术，结合一次设备、二次设备、通讯系统原理结构图，通过基础知识、结构原理与操作培训相结合的方式，进行各种知识的全面讲解，内容丰富、直观、生动、实用，能满足岗位技能基础培训、工作技能培训等工作需要，提高受训人员的技术水平和生产培训效率。
25.可视化模块103基于电网模型构建与仿真模块102传输的数据利用饼状图、柱状图等形式展示，能够将分布式电源加入电网前后的各类曲线进行分析对比并生成评估报表。
26.本发明实施例的技术方案，通过向用户展示继电保护的基础培训理论和分布式电源接入配电网后的继电保护培训理论的理论展示模块，用于构建至少一个电网模型，并基于至少一个电网模型进行至少一类电网特性仿真，将仿真结果传输给可视化模块的电网模型构建与仿真模块，以及用于将仿真结果以图表形式向用户展示的可视化模块，提供一种基于分布式电源接入配电网的继电保护仿真培训系统，解决了传统继电保护培训传统方式导致受限制较多无法大范围开展及培训效果差的问题，支持进行理论培训的同时对分布式电源接入配电网的情况进行模拟仿真，并对仿真结果进行可视化展示，可仿真多种配电网场景，提高培训灵活性及培训范围，且使培训效果更佳。
27.实施例二
28.图2为本发明实施例二提供的另一种基于分布式电源接入配电网的继电保护仿真培训系统的结构图，本实施例在上述各实施例的基础上，将理论展示模块101、电网模型构建与仿真模块102和可视化模块103分别进行细化。如图2所示，该系统包括：理论展示模块101、电网模型构建与仿真模块102和可视化模块103；理论展示模块101包括：模型管理子模块1011和多媒体方案配置子模块1012；电网模型构建与仿真模块102包括：电网模型构建子模块1021和电网特性仿真子模块1022；可视化模块103包括：第一展示子模块1031、第二展示子模块1032和第三展示子模块1033。
29.可选的，理论展示模块101，用于向用户展示继电保护的基础培训理论和分布式电源接入配电网后的继电保护培训理论；
30.模型管理子模块1011，用于展示保护装置型号库、定值清单库、分布式电源配置库、试验模板库和保护现象库；
31.具体的，保护装置型号库，可以用于展示保护装置设备的型号；例如市场上主流保护装置型号；定值清单库，可以用于将定值按线路、主变压器、母线和馈线进行分类；分布式电源配置库，可以用于管理分布式电源的类型以及分布式电源接入配电网的方式、位置、相别和容量；试验模板库，可以用于将预先编制好的试验项目内容以线路、主变压器、母线和馈线进行分类，并提供各类故障的选择设置功能；保护现象库，可以用于展示试验项目对应的故障前和故障态两种状态。
32.多媒体方案配置子模块1012，用于配置分布式电源接入配电网的至少一种方案，
并基于至少一种方案向用户展示分布式电源接入配电网对继电保护的影响。
33.可选的，多媒体方案配置子模块1012，具体可以用于：基于分布式电源接入配电网的方式、位置、相别和容量中的至少一种，配置至少一种接入对比方案，并基于所述至少一种接入对比方案向用户展示分布式电源接入配电网对继电保护的影响。
34.具体的，多媒体方案配置子模块1012，可提供如表1所示的内容：
35.表1
[0036][0037][0038]
可选的，电网模型构建与仿真模块102，用于构建至少一个电网模型，并基于至少一个电网模型进行至少一类电网特性仿真，将仿真结果传输给可视化模块；
[0039]
电网模型构建子模块1021，用于基于模型管理子模块构建配网模型、分布式电源模型和故障模型；
[0040]
具体的，配网模型，可以包括发电机、负荷、交流线路、变压器和馈线中的至少一种；分布式电源模型，可以包括分布式电源类型，及分布式电源在配电网的接入位置、接入相别和接入容量；故障模型，可以包括故障位置、故障类型和故障相别。
[0041]
为了实现分布式电源加入配电网后对继电保护影响方面的培训，本方法提供了配网模型、分布式电源模型和故障模型，根据设备类型、所研究的实验类型对每种模型进行了细致划分,电网模型构建子模块1021具体可以如表2所示：
[0042]
表2
[0043][0044][0045]
电网特性仿真子模块1022，用于基于配网模型、分布式电源模型和故障模型，实现故障短路电流计算仿真、保护动作仿真和典型暂态仿真，并将仿真结果传输给可视化模块。
[0046]
具体的，故障短路电流计算仿真通过实现三相故障、两相故障、两相接地故障和单相接地故障中的至少一种，输出故障点三相的电压和电流波形；保护动作仿真通过实现相间过流、零序过流、相间距离和接地距离中的至少一种，输出电气参数波形和断路器动作；典型暂态仿真通过实现过渡电阻和系统振荡中的至少一种，输出暂态波形。
[0047]
电网特性仿真模块1022主要可以实现故障仿真、保护动作仿真和典型暂态仿真，从短路电流、保护动作情况、仿真波形等方面进行结果展示，主要实现如表3所示的仿真与培训：
[0048]
表3
[0049][0050][0051]
可选的，所述电网模型构建与仿真模块102还可以用于向用户提供保护装置型号和定值的修改功能；所述电网模型构建与仿真模块102还可以用于向用户提供保护装置的投、退、误动和拒动中至少一种的设置功能。
[0052]
具体的，电网模型构建与仿真模块102可以按照实际电网进行电网模型搭建、数据获取和保护装置配置，可模拟真实的电网发生故障后保护动作情况、电流暂态变化情况等，在此模拟过程中，可修改各类设备配置的保护装置型号、整定值等，还可进行保护装置的投、退、误动、拒动等情况的设置，更加全面、多维度的了解到继电保护装置对电网的影响。
[0053]
可选的，可视化模块103，用于将仿真结果以图表形式向用户展示；
[0054]
第一展示子模块1031、第二展示子模块1032和第三展示子模块1033分别与电网特性仿真子模块通信连接；
[0055]
第一展示子模块1031，用于展示故障短路电流计算仿真的电压和电流波形；
[0056]
第二展示子模块1032，用于展示保护动作仿真的电气参数波形和断路器动作；
[0057]
第三展示子模块1033，用于展示典型暂态仿真的暂态波形。
[0058]
具体的，可视化模块103可以从是否含有分布式电源、分布式电源位置、分布式电源接入相别、分布式电源容量、故障位置、故障类型等属性将多个场景的仿真结果，通过柱状图、饼状图、同时间轴的曲线等多种方式进行对比展示，便于更清晰的了解配电网发生故障后电流变化、保护动作情况、保护信号点亮情况、分布式电源接入配电网后对继电保护的影响等等。
[0059]
如图3所示，以含有分布式电源的典型配电网为示例，将如表4所示多个场景下分布式电源的配置与故障模拟的配置进行举例说明：
[0060]
通过场景一和场景二模拟的各相电流变化曲线、保护动作情况、保护信号点亮情况、暂态波形情况等对比，可以分析分布式电源接入配电网后对继电保护的影响(一个是无分布式电源接入，一个是有分布式电源接入)。
[0061]
通过场景二和场景三模拟的各相电流变化曲线、保护动作情况、保护信号点亮情况、暂态波形情况等对比，可以分析分布式电源接入位置对继电保护的影响(一个故障处于分布式电源上游，故障处于分布式电源下游)。
[0062]
通过场景二和场景n模拟的各相电流变化曲线、保护动作情况、保护信号点亮情况、暂态波形情况等对比，可以分析分布式电源接入容量对继电保护的影响(一个是100mw，一个是200mw)。
[0063]
表4
[0064][0065][0066]
可视化模块103，通过表格形式展示出了不同容量分布式电源接入配电网不同位置的多个培训场景下电网发生故障后的短路电流计算结果、保护动作情况、保护逻辑判断的动画展示等，在研究分析的过程，可通过勾选有单一变量变化的两个场景，查看其定量的对比结果，从而更加直观的学习到分布式电源接入配电网后的影响。
[0067]
本发明实施例的技术方案，通过向用户展示继电保护的基础培训理论和分布式电源接入配电网后的继电保护培训理论的理论展示模块，用于构建至少一个电网模型，并基于至少一个电网模型进行至少一类电网特性仿真，将仿真结果传输给可视化模块的电网模型构建与仿真模块，以及用于将仿真结果以图表形式向用户展示的可视化模块，提供一种
基于分布式电源接入配电网的继电保护仿真培训系统，解决了传统继电保护培训传统方式导致受限制较多无法大范围开展及培训效果差的问题，支持进行理论培训的同时对分布式电源接入配电网的情况进行模拟仿真，并对仿真结果进行可视化展示，可仿真多种配电网场景，提高培训灵活性及培训范围，且使培训效果更佳。
[0068]
本发明提出的基于分布式电源接入配电网的继电保护仿真培训系统，有如下几个特点：
[0069]
(1)基于仿真平台实现，交互性好，能够获取实时配电网的数据，更贴近实际，且采用图形化界面，方便实验设置与对比分析，真实性强。
[0070]
(2)能够展示更多种保护装置与多种类分布式电源接入的情况，能够模拟出更多的现象，便于研究，同时降低了设备的维护费用和培训费用。
[0071]
(3)基于本仿真平台，能够展示多个保护装置的影响和联动，配置灵活方便。
[0072]
(4)投资成本低，仿真精度高，便于后期软件和模型的拓展升级，且无触电的危险等优势。
[0073]
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于分布式电源接入配电网的继电保护仿真培训系统，其特征在于，包括：理论展示模块、电网模型构建与仿真模块和可视化模块；所述理论展示模块，用于向用户展示继电保护的基础培训理论和分布式电源接入配电网后的继电保护培训理论；所述电网模型构建与仿真模块，用于构建至少一个电网模型，并基于所述至少一个电网模型进行至少一类电网特性仿真，将仿真结果传输给可视化模块；所述可视化模块，用于将所述仿真结果以图表形式向用户展示。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述理论展示模块包括模型管理子模块和多媒体方案配置子模块；所述模型管理子模块，用于展示保护装置型号库、定值清单库、分布式电源配置库、试验模板库和保护现象库；所述多媒体方案配置子模块，用于配置分布式电源接入配电网的至少一种方案，并基于所述至少一种方案向用户展示分布式电源接入配电网对继电保护的影响。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，包括：所述保护装置型号库，用于展示保护装置设备的型号；所述定值清单库，用于将定值按线路、主变压器、母线和馈线进行分类；所述分布式电源配置库，用于管理分布式电源的类型以及分布式电源接入配电网的方式、位置、相别和容量；所述试验模板库，用于将预先编制好的试验项目内容以线路、主变压器、母线和馈线进行分类，并提供各类故障的选择设置功能；所述保护现象库，用于展示试验项目对应的故障前和故障态两种状态。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多媒体方案配置子模块，具体用于：基于分布式电源接入配电网的方式、位置、相别和容量中的至少一种，配置至少一种接入对比方案，并基于所述至少一种接入对比方案向用户展示分布式电源接入配电网对继电保护的影响。5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电网模型构建与仿真模块包括：电网模型构建子模块和电网特性仿真子模块；所述电网模型构建子模块，用于基于所述模型管理子模块构建配网模型、分布式电源模型和故障模型；所述电网特性仿真子模块，用于基于所述配网模型、所述分布式电源模型和所述故障模型，实现故障短路电流计算仿真、保护动作仿真和典型暂态仿真，并将仿真结果传输给所述可视化模块。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述配网模型，包括发电机、负荷、交流线路、变压器和馈线中的至少一种；所述分布式电源模型，包括分布式电源类型，及分布式电源在所述配电网的接入位置、接入相别和接入容量；所述故障模型，包括故障位置、故障类型和故障相别。7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述故障短路电流计算仿真通过实现三相故障、两相故障、两相接地故障和单相接地故障中的至少一种，输出故障点三相的电压和电
流波形；所述保护动作仿真通过实现相间过流、零序过流、相间距离和接地距离中的至少一种，输出电气参数波形和断路器动作；所述典型暂态仿真通过实现过渡电阻和系统振荡中的至少一种，输出暂态波形。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述可视化模块包括第一展示子模块、第二展示子模块和第三展示子模块；所述第一展示子模块、所述第二展示子模块和所述第三展示子模块分别与所述电网特性仿真子模块通信连接。9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一展示子模块，用于展示所述故障短路电流计算仿真的电压和电流波形；所述第二展示子模块，用于展示所述保护动作仿真的电气参数波形和断路器动作；所述第三展示子模块，用于展示所述典型暂态仿真的暂态波形。10.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述电网模型构建与仿真模块还用于向用户提供保护装置型号和定值的修改功能；所述电网模型构建与仿真模块还用于向用户提供保护装置的投、退、误动和拒动中至少一种的设置功能。

技术总结
本发明公开了一种基于分布式电源接入配电网的继电保护仿真培训系统。该系统包括用于向用户展示继电保护的基础培训理论和分布式电源接入配电网后的继电保护培训理论的理论展示模块，用于构建至少一个电网模型，并基于至少一个电网模型进行至少一类电网特性仿真，将仿真结果传输给可视化模块的电网模型构建与仿真模块，以及用于将仿真结果以图表形式向用户展示的可视化模块。本发明的技术方案提供一种基于分布式电源接入配电网的继电保护仿真培训系统，支持进行理论培训的同时对分布式电源接入配电网的情况进行模拟仿真，并对仿真结果进行可视化展示，可仿真多种配电网场景，提高培训灵活性及培训范围，且使培训效果更佳。佳。佳。


技术研发人员：罗步升 张作刚 蔡伟君 赵云军 韩佳兵 李玉凯
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司惠州供电局
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/10/11