采集终端故障模拟仿真试验平台的制作方法

1.本发明主要涉及的技术领域，具体涉及采集终端故障模拟仿真试验平台。


背景技术：

2.目前，往往通过开展采集终端故障模拟仿真试验建设，在仿真环境下检测采集终端，模拟故障环境，实现对采集终端的检测，提供评价体系功能。
3.实验室环境下载波节点较多，载波信号空间耦合严重，导致载波信号无法实现真正的有效隔离的情况，现场台区供电线路及网络通信拓扑结构复杂。


技术实现要素：

4.本发明主要提供了采集终端故障模拟仿真试验平台用以解决上述背景技术中提出的技术问题。
5.本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
6.采集终端故障模拟仿真试验平台，包括：
7.模拟单元，用于作为台区物理拓扑的可调整单元，通过调整各单元间的连线，实现模拟台区类型组合，所述模拟台区类型组合包括线型、星型、树型及环型；
8.三相程控电源，用于为模拟单元中的设备供电；
9.所述模拟单元包括：
10.主站，通过串口服务器下发控制命令到每一个独立衰减器，改变衰减器衰减参数；
11.继电器控制板，接收串口服务器下发的控制命令，改变继电器控制板状态，控制rs总线接入或断开；
12.线序控制板，接收串口服务器下发的控制命令，改变线序控制板控制状态；
13.噪声采集及回放设备，接收以太网下发的报文，控制噪声采集及回放设备输出波形；
14.继电器控制单元柜，控制继电器打开闭合状态，更改拓扑结构。
15.进一步的，所述模拟单元还包括：
16.手动切换空开，用于手动切换单三相表固定负载接入以及单三相表虚拟负载接入；
17.五孔插座，用于手动切换单三相表外接负载接入。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
19.其一，本发明建立互相隔离的网络通讯节点单元，针对实验室环境下载波节点较多，载波信号空间耦合严重，导致载波信号无法实现真正的有效隔离的情况，采用程控衰减器配合低通滤波器，实现载波信号无极衰减调节，最大限度的避免载波节点线路之间的信号串扰。网络通信节点单元相互隔离，保证网络通讯拓扑结构切换的准确度。
20.其二，本发明能够搭建拓扑结构切换控制系统，具体为：针对现场台区供电线路及网络通信拓扑结构复杂的情况，根据实验室条件及项目规模搭建拓扑结构控制切换系统，
采用继电器开关实现线路网络拓扑结构的变换，通过自动、手动切换相结合的方式拓展实验室模拟台区的拓扑结构切换自由度，复现线型、星型、树型及环型等现场配电台区的典型拓扑结构。
21.其三，本发明设计在仿真平台模拟现场复杂通信环境的解决办法，具体为：针对现场台区通信环境中存在的客观影响因素，通过研究分析衰减、噪声、负荷、拓扑、用户数等因素对通信信道的影响，建立不同环境因素对通信信道质量的影响模型。结合现场通信环境，对于变化小、相对稳定的影响因素通过现场采样后在系统通过影响模型进行现场通信环境还原。对于持续变化、不稳定的影响因素，可采用现场录波采样后，在仿真平台中重新注入的方式(如：噪声)。通过上述方法，解决现场复杂通信环境还原困难的问题。
22.其四，本发明设计全链路监测方法对通信内容和通信机制进行监测分析,实现故障分析定位，具体为：针对现场多样的通信设备和通信环节，通过研究设备间的通信内容和通信机制，形成不同设备间的通信配合方式以及通信协议内容的整体分析方案，设计适用于进行全链路监测的数据监测手段和分析评价体系。通过标准通信机制和通信内容分析评价体系，实现对于故障点的精确定位。
23.以下将结合附图与具体的实施例对本发明进行详细的解释说明。
附图说明
24.图1为本发明的结构示意图；
25.图2为本发明的流程图；
26.图3为本发明拓扑切换示意图；
27.图4为本发明实施例二的示意图；
28.图5为本发明实施例三的示意图；
29.图6为本发明实施例四的示意图；
30.图7为本发明实施例五的示意图；
31.图8为本发明实施例六的示意图；
32.图9为本发明实施例七的示意图。
33.图中：10、模拟单元；11、主站；12、继电器控制板；13、线序控制板；14、噪声采集及回放设备；15、继电器控制单元柜；16、手动切换空开；17、五孔插座；20、三相程控电源。
具体实施方式
34.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。
35.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
36.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具
体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
37.实施1，请参照附图1-9，采集终端故障模拟仿真试验平台，其特征在于，包括：
38.模拟单元10，用于作为台区物理拓扑的可调整单元，通过调整各单元间的连线，实现模拟台区类型组合，所述模拟台区类型组合包括线型、星型、树型及环型；
39.三相程控电源20，用于为模拟单元10中的设备供电；
40.所述模拟单元10包括：
41.主站11，通过串口服务器下发控制命令到每一个独立衰减器，改变衰减器衰减参数；
42.继电器控制板12，接收串口服务器下发的控制命令，改变继电器控制板状态，控制rs485总线接入或断开；
43.线序控制板13，接收串口服务器下发的控制命令，改变线序控制板控制状态；
44.噪声采集及回放设备14，接收以太网下发的报文，控制噪声采集及回放设备输出波形；
45.继电器控制单元柜15，控制继电器打开闭合状态，更改拓扑结构；
46.需要说明的是，在本实施例中，模拟公变台区包含一台大功率三相程控电源和一组包含现场不同电能表用户情况的模拟单元，通过改变模拟单元之间的接线组成不同的台区物理拓扑。模拟环境中电能表大于等于500只，实体表位占比10％-15％,实体表位中单三相比例为5：1，实体表位不少于包含现场的所有采集方式，如通过ii型采集器的半载方式、全载方式、485通信等。并复现台区典型拓扑结构，能够检测各个供电线路拓扑段与段之间的通信数据。
47.同台区可最多同时接入3个采集终端，验证多采集终端在模拟平台上的工作情况。
48.现场台区模拟平台可选择采用大功率三相程控电源与市电隔离供电，实现独立供电。所有设备单元及所含的各种设备均需编号，控制主站按编号及配置方案来调整需要仿真的目标台区的各项参数。模拟平台包含10个模拟单元，每个模拟单元为台区物理拓扑的可调整单元，通过调整各单元间的连线，实现线型、星型、树型及环型等典型台区拓扑。在每个设备单元均有扩展接入口，可采用接入新设备单元的方式。
49.无噪台区模拟台区类型组合如表一所示；
50.表一：
[0051][0052]
有噪台区模拟台区类型组合如表二所示；
[0053]
表二：
[0054][0055]
进一步的，所述模拟单元10还包括：
[0056]
手动切换空开16，用于手动切换单三相表固定负载接入以及单三相表虚拟负载接入；
[0057]
五孔插座17，用于手动切换单三相表外接负载接入。
[0058]
进一步的，每一个节点都可以作为噪声注入口，信号发生器通过载波耦合器向电力线发出特定的干扰信号，包括：白噪声、窄带噪声、单频脉冲噪声等。选择噪声注入口，通过噪声采集及回放设备注入噪声根据工况典型噪声环境，录制典型噪声类型，预制噪声样本。根据时间设置噪声运行叠加测试，启动噪声源接入电力线耦合；噪声源按照设置模拟启动运行，注入典型工况环境噪声，模拟全时段工况噪声环境。选择负载接入口，通过谐波电源注入噪声，谐波电源为没有emi方案的开关电源，功率100w左右，可以向电力线馈高频噪声。
[0059]
部分表位预留光伏接口(智能断路器)，用于光伏模拟设备接入，光伏模拟设备包含：太阳能电池模拟器及光伏逆变器，每个表位配置负载，接入负载类型如下：固定负载接入，每个固定负载接入上设有空开，通过人工控制单相空开的导通与关断，控制单相固定负载接入，单相固定负载为10-50w不等的led灯；外接负载接入，通过预留5孔插座，可人工接入单相电机或谐波电源，单相电机功率150w左右；虚拟负载接入，通过闭合空开的方式接入虚拟负载。
[0060]
进一步的，模拟平台通过电源调控、线路阻抗调控、噪声调控、负荷控制、信号衰减等手段还原现场台区的供电、负载、噪声等情况，复现现场因用电环境影响而导致的漏抄缺抄、抄表不稳定问题，包括：
[0061]
①
居民用电设备产生的电力线噪声，干扰载波通讯；
[0062]
②
居民的负载与线路的共同作用导致阻抗变化，影响载波信号的发送和传输；
[0063]
③
台区孤岛现象通常是由于台区某一段线路过长，中间无用户，载波通信信号衰减大，载波信号无法到达表端，采集系统无法抄到；
[0064]
④
线路老化会影响阻抗和衰减，影响载波信号的发送和传输；
[0065]
⑤
线路电压异常会影响载波模块的正常工作；
[0066]
模拟现场常用的采集方式，采集方案包含全载波方案、半载波方案、全485方案，其中全载波方案占台区比例不低于50％，通过配套软件调整采集方案。ii集中器、i型采集器及ii型采集器通过rs485总线连接一起，测试平台通过控制采集节点数量及连接方式，调整采集器下电能表的数量，实现半载波采集方案的调整。通过控制集中器rs485总线接入情况，实现集中器抄表485端口下485电能表数量调控，模拟不同采集方案的台区类型。复现现场因485总线问题导致的漏抄缺抄及抄读不稳定的问题，包括：
①
i型、ii型采集器和ii型集中器485线接错；
②
485线路老化、脱落、故障；
③
多表型共存时，485带载能力有问题。同时可通过更换电能表类型实现698表和645电表混装台区的模拟，排查此类台区中采集器处理机制有问题而导致的现场问题。
[0067]
实施例2，与实施例1的区别在于，k1-k9动作，模拟线型拓扑结构。
[0068]
实施例3，与实施例1的区别在于，k1-k10动作，模拟环型拓扑结构。
[0069]
实施例4，与实施例1的区别在于，k1、k11、k12、k14、k16、k21、k23、k25、k26，模拟星型拓扑结构。
[0070]
实施例5，与实施例的区别在于，k1、k11、k12、k14、k15、k17、k18、k19、k20，模拟3级树型拓扑结构。
[0071]
实施例6，与实施例的区别在于，k1、k12、k13、k14、k16、k17、k20、k22、k27，模拟4级树型拓扑结构。
[0072]
实施例7，与实施例的区别在于，k1、k12、k13、k14、k28、k21、k24、k25、k26，模拟5级树型拓扑结构；
[0073]
进一步的，在集中器与路由之间加装报文监控工装，监控集中器与路由之间376.2交互通讯报文。
[0074]
在集中器与gps模块之间加装报文监控工装，监控集中器与gps模块之间at指令报文。
[0075]
监听工装放置与终端与路由之间，工装监听376.2报文，通过rs485串口服务器，上
传给上位机，上位机进行报文解析。
[0076]
上述结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.采集终端故障模拟仿真试验平台，其特征在于，包括：模拟单元(10)，用于作为台区物理拓扑的可调整单元，通过调整各单元间的连线，实现模拟台区类型组合，所述模拟台区类型组合包括线型、星型、树型及环型中的任意一种；三相程控电源(20)，用于为模拟单元(10)中的设备供电；所述模拟单元(10)包括：主站(11)，通过串口服务器下发控制命令到每一个独立衰减器，改变衰减器衰减参数；继电器控制板(12)，接收串口服务器下发的控制命令，改变继电器状态，与rs485总线连接，控制rs485总线接入或断开；线序控制板(13)，接收串口服务器下发的控制命令，改变线序控制板控制状态；噪声采集及回放设备(14)，接收以太网下发的报文，控制噪声采集及回放设备输出波形；继电器控制单元柜(15)，控制继电器打开闭合状态，更改拓扑结构。2.根据权利要求1所述的采集终端故障模拟仿真试验平台，其特征在于，所述模拟单元(10)还包括：手动切换空开(16)，用于手动切换单三相表固定负载接入以及单三相表虚拟负载接入；五孔插座(17)，用于手动切换单三相表外接负载接入。

技术总结
本发明提供了采集终端故障模拟仿真试验平台，包括：模拟单元，用于作为台区物理拓扑的可调整单元，通过调整各单元间的连线，实现模拟台区类型组合，所述模拟台区类型组合包括线型、星型、树型及环型；三相程控电源，用于为模拟单元中的设备供电。本发明通过自动、手动切换相结合的方式拓展实验室模拟台区的拓扑结构切换自由度，复现线型、星型、树型及环型等现场配电台区的典型拓扑结构。场配电台区的典型拓扑结构。场配电台区的典型拓扑结构。


技术研发人员：赵舫 江剑峰 冯嘉俊 周菁菁 朱文君 沈滢 盛青 黄亮 黄睿力
受保护的技术使用者：国网上海市电力公司
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/6