喬新國，陳俊，王濤

（1.武漢電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430079；2.湖北省電力公司試驗研究院，湖北 武漢 430077）

0 引 言

高壓配電全真負(fù)荷控制實訓(xùn)考核系統(tǒng)是用于對電力營銷負(fù)荷管理工作的人員的職業(yè)技能進行培訓(xùn)的全真實訓(xùn)考核系統(tǒng)，可以實現(xiàn)與現(xiàn)場完全一致的實際運行狀況，達(dá)到全真設(shè)備上的培訓(xùn)考核效果。

電力系統(tǒng)中，負(fù)荷控制裝置是非常重要的用戶監(jiān)控和自動裝置設(shè)備。由于相關(guān)技術(shù)日新月異，對電能信息的自動采集和對電力營銷的業(yè)務(wù)支持方面等功能的應(yīng)用不斷提高，如何在設(shè)備帶電運行狀態(tài)下實施負(fù)荷控制裝置的培訓(xùn)使用，達(dá)到全真培訓(xùn)考核效果，使培訓(xùn)人員上崗即能具備其崗位職業(yè)技能是現(xiàn)代電力企業(yè)培訓(xùn)功能的需要，是亟待解決的一個問題。

進行培訓(xùn)必須進行理論性的講解，然后再進行生產(chǎn)技能的實踐操作，以便使學(xué)員具有實際操作的職業(yè)技能。但是現(xiàn)有的實訓(xùn)設(shè)備不具有負(fù)荷控制的培訓(xùn)功能，沒有考慮設(shè)置該功能，即只能實現(xiàn)對客戶端從業(yè)人員的培訓(xùn)，不能滿足電力企業(yè)職工生產(chǎn)技能培訓(xùn)需求。如果到客戶端現(xiàn)場進行培訓(xùn)，可能對客戶端的供電可靠性造成影響，不能對保證學(xué)員的人身安全，甚至還可能損壞現(xiàn)場設(shè)備，并且違背操作規(guī)程。

針對上述現(xiàn)有技術(shù)要求，建設(shè)一種高壓配電全真負(fù)荷控制實訓(xùn)考核系統(tǒng)，使得設(shè)備在帶電運行狀態(tài)下實施負(fù)荷控制裝置的培訓(xùn)使用，以達(dá)到全真培訓(xùn)考核效果。

1 技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，須采用相應(yīng)的技術(shù)方案滿足要求。高壓配電全真負(fù)荷控制實訓(xùn)考核系統(tǒng)的實現(xiàn)，包括有負(fù)控終端主站系統(tǒng)、虛擬負(fù)荷源加載系統(tǒng)、電能計量裝置錯誤接線加載系統(tǒng)、全真10kV配電系統(tǒng)、工業(yè)控制機及顯示系統(tǒng)，其中負(fù)控終端主站系統(tǒng)和電能計量裝置錯誤接線加載系統(tǒng)與全真10kV配電系統(tǒng)相連，全真10kV配電系統(tǒng)與虛擬負(fù)荷源加載系統(tǒng)相連，虛擬負(fù)荷源加載系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)與工業(yè)控制機及顯示系統(tǒng)相連。

全真的10kV配電系統(tǒng)包括有綜合保護器、高壓進線柜、負(fù)控終端高壓計量柜和高壓出線柜，所述的綜合保護器和高壓進線柜通過負(fù)控終端高壓計量柜與高壓出線柜相連。

負(fù)控終端主站系統(tǒng)負(fù)責(zé)對用戶（終端）的用電信息進行采集，統(tǒng)計。虛擬負(fù)荷源加載系統(tǒng)模擬10kV供電系統(tǒng)給計量、交采等回路提供電源。電能計量裝置錯誤接線加載系統(tǒng)實現(xiàn)二次回路的錯誤接線模擬（故障模擬）及計量。全真10 kV配電系統(tǒng)使用全真的10kV配電系統(tǒng)以模擬真實的現(xiàn)場環(huán)境，以更出色的進行培訓(xùn)或考核，實現(xiàn)全真培訓(xùn)目的。工業(yè)控制機及顯示系統(tǒng)實現(xiàn)對虛擬負(fù)荷源加載系統(tǒng)、電能計量裝置錯誤接線加載系統(tǒng)的控制及整個系統(tǒng)運行狀態(tài)的顯示及對相關(guān)人員的培訓(xùn)、演示等。

整體設(shè)備的載體為10kV的雙電源單母線分段典型供電系統(tǒng)，其一次側(cè)加載真實的10kV電壓，二次側(cè)的輸出由虛擬負(fù)荷源加載系統(tǒng)輸出，虛擬負(fù)荷源加載系統(tǒng)可以根據(jù)工業(yè)控制機及顯示系統(tǒng)要求的電壓、電流、功率因數(shù)、功率值來輸出相應(yīng)的物理參數(shù)，同時可以驅(qū)動二次側(cè)所有儀表、電能表部分；加裝電能計量裝置錯誤接線加載系統(tǒng)，該系統(tǒng)串接在電壓電流互感器二次側(cè)和多功能電能表之間，工業(yè)控制機及顯示系統(tǒng)可以通過設(shè)定電能計量裝置錯誤接線加載系統(tǒng)的錯誤類型來進行錯誤接線的模擬培訓(xùn)；負(fù)荷終端主站系統(tǒng)通過放置在計量柜中的負(fù)荷控制終端，對電能信息進行采集，對負(fù)荷進行控制，完成電能采集、負(fù)荷的遠(yuǎn)程控制、預(yù)付電費的實現(xiàn)、對計量裝置錯誤行為的及時發(fā)現(xiàn)。

負(fù)荷終端主站系統(tǒng)由主站軟硬件系統(tǒng)、前置機軟硬件系統(tǒng)及負(fù)荷控制終端，構(gòu)成電能采集和控制系統(tǒng)，終端主MCU采用功能強大的32位ARM平臺，滿足了對用電現(xiàn)場各項功能的需求，并為后期的功能擴展及個性化的需求提供了充足的硬件資源。終端軟件架構(gòu)采用獨特的“消息”處理機制，相對于傳統(tǒng)的“流程化”設(shè)計，提高了終端的運行效率和穩(wěn)定性。采用多用戶結(jié)構(gòu)，可以多人終端同時監(jiān)控。

虛擬負(fù)荷源加載系統(tǒng) 系統(tǒng)由以太網(wǎng)通信控制器，三相交流信號波形發(fā)生器，功率放大控制器，信號采集反饋系統(tǒng)，上位控制軟件系統(tǒng)，功率保護系統(tǒng)，電壓升壓器和電流升流器組成，可以通過上位機設(shè)定輸出電壓電流及功率因數(shù)，可以模擬產(chǎn)生二次側(cè)的所有電的參數(shù)信號。

電能計量裝置錯誤接線加載系統(tǒng) 用于模擬電能表的錯誤接線，由通信網(wǎng)絡(luò)控制器、電流接線控制系統(tǒng)、電壓接線控制系統(tǒng)、電流接線控制完成TA二次出線正反控制電流（TA二次）短路（混連）模塊、電流換相、表尾電流方向切換；電壓切換可控制相序切換、電壓（TV一次、二次）通／斷、電壓跨相，可分別實現(xiàn)電壓相序、電壓線在電能表表尾不對應(yīng)造成跨相等接線方式。

工業(yè)控制機及顯示系統(tǒng) 主要負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制及數(shù)據(jù)的上傳和顯示功能.監(jiān)控設(shè)備開關(guān)的合分閘狀態(tài)，從而控制虛擬負(fù)荷功率源，實現(xiàn)二次電壓、二次電流的升降與數(shù)值設(shè)定，真實模擬各種設(shè)備的負(fù)荷運行情況，具備電能計量、模擬現(xiàn)場功率控制、電量控制、終端故障模擬（終端錯接線，電壓回路包括開路、斷相，電流回路短路、開路等）等功能。

對于10kV典型配電實訓(xùn)室，通過系統(tǒng)配置的主站系統(tǒng)可直接對10kV配電系統(tǒng)中所安裝的負(fù)荷終端進行控制，采集電能表數(shù)據(jù)，進行遠(yuǎn)程控制跳閘等行為，可以真實實現(xiàn)對不法用戶實施竊電行為的模擬與監(jiān)控，實施負(fù)控裝置反竊電的培訓(xùn)考核。

該系統(tǒng)的設(shè)備與現(xiàn)場的真實10kV真實設(shè)備完全一致，并且按照現(xiàn)場典型客戶配電室真實帶電運行，其負(fù)控終端主站系統(tǒng)和電能計量裝置錯誤接線加載系統(tǒng)采集的是真實的數(shù)據(jù)。所有的二次回路保護輸出都可以被上位機和主控程序遙控，同時根據(jù)培訓(xùn)的需要，帶有以太網(wǎng)接口的程控功率電壓電流源可以根據(jù)上位機的設(shè)定真實的輸出保護回路所需信號，電能計量回路所需信號，可以開展如遠(yuǎn)方抄表、購電控制、短期負(fù)荷預(yù)測、計量設(shè)備在線監(jiān)測、用配變監(jiān)測、系統(tǒng)變采集和低壓用戶集抄等新型功能應(yīng)用的培訓(xùn)考核，可達(dá)到培訓(xùn)考核職工技能的需要。

2 主要方式

2.1 整體結(jié)構(gòu)

高壓配電全真負(fù)荷控制實訓(xùn)考核系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其特征在于包括有負(fù)控終端主站系統(tǒng)、虛擬負(fù)荷源加載系統(tǒng)、電能計量裝置錯誤接線加載系統(tǒng)、全真10kV配電系統(tǒng)、工業(yè)控制機及顯示系統(tǒng)，其中負(fù)控終端主站系統(tǒng)和電能計量裝置錯誤接線加載系統(tǒng)與全真10kV配電系統(tǒng)相連，全真10kV配電系統(tǒng)與虛擬負(fù)荷源加載系統(tǒng)相連，虛擬負(fù)荷源加載系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)與工業(yè)控制機及顯示系統(tǒng)相連。

圖1 整體結(jié)構(gòu)框圖

全真10kV配電系統(tǒng)包括綜合保護器、高壓進線柜、負(fù)控終端高壓計量柜和高壓出線柜，綜合保護器和高壓進線柜通過負(fù)控終端高壓計量柜與高壓出線柜相連。負(fù)控終端主站系統(tǒng)負(fù)責(zé)對用戶（終端）的用電信息進行采集、統(tǒng)計。虛擬負(fù)荷源加載系統(tǒng)模擬10kV供電系統(tǒng)對計量、交采等回路提供電源。電能計量裝置錯誤接線加載系統(tǒng)實現(xiàn)二次回路的錯誤接線模擬（故障模擬）及計量。使用全真的10kV配電系統(tǒng)以模擬真實的現(xiàn)場環(huán)境，進行培訓(xùn)或考核，實現(xiàn)“仿真逼真、模擬操作”目的。工業(yè)控制機及顯示系統(tǒng)實現(xiàn)對虛擬負(fù)荷源加載系統(tǒng)、電能計量裝置錯誤接線加載系統(tǒng)的控制及整個系統(tǒng)運行狀態(tài)的顯示及對相關(guān)人員的培訓(xùn)、演示等。

2.2 負(fù)控終端主站系統(tǒng)采集電能表數(shù)據(jù)及設(shè)定功能說明

負(fù)控終端主站系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程采集電能表數(shù)據(jù)，它提供了一點對多點的負(fù)荷控制、遠(yuǎn)方自動抄表、防竊電、用戶預(yù)購電等多種營銷技術(shù)手段，在實現(xiàn)有序用電和限電不分閘等情況中發(fā)揮了重要作用。電力負(fù)荷管理系統(tǒng)的一個主要功能就是對所監(jiān)控的裝置進行運行參數(shù)遙測，因此實訓(xùn)系統(tǒng)的構(gòu)建必須在模擬裝置上有接近實際運行狀態(tài)的電氣參數(shù)量，在本方案中采取虛負(fù)荷接入方式模擬系統(tǒng)參數(shù)運行，用于給裝置上的電能表和負(fù)控終端提供電流、電壓和功率等電氣量，并可平滑調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了接近現(xiàn)場實際運行狀態(tài)的創(chuàng)新。

在正常運行和發(fā)生事故時，使操作人員所看到的儀表顯示、指示顯示及事故現(xiàn)象與實際一模一樣。實現(xiàn)高壓斷路器動作、指示顯示、標(biāo)示及事故現(xiàn)象等與真實現(xiàn)場一致。本方案中增加了虛負(fù)荷源加載柜體和電能表錯誤接線加載方式，在各配電裝置互感器后端增加接線端子用于連接虛擬負(fù)荷功率源，故障模擬器。將各柜體中電壓電流互感器的二次測量輸出接入功率源，在這里功率源可檢測互感器的實時電壓電流數(shù)據(jù)，可反應(yīng)系統(tǒng)實際加載的高低壓電壓電流數(shù)據(jù)，同時這種功率源帶有工業(yè)以太網(wǎng)接口，與電腦通過工業(yè)以太網(wǎng)通信，可進行內(nèi)部電路切換，通過電腦設(shè)置功率源的電壓電流輸出值，可以按照操作者具體的培訓(xùn)需要，設(shè)置相應(yīng)的一次設(shè)備故障和二次設(shè)備故障（斷路器拒分、拒合、表計錯誤、狀態(tài)指示不正確、TV斷線、控制回路斷線、無功補償接線錯誤等，以真實的仿真一次故障。各柜體內(nèi)須加裝電路接線原理框圖如圖2所示。

配電裝置內(nèi)互感器二次測量線圈輸出接入虛擬功率源測量單元，功率源根據(jù)測得的實時電壓電流數(shù)據(jù)，輸出與實際一致的電壓電流值，同時也可以在電腦對功率源的輸出進行切換，改為由電腦設(shè)定功率源的電壓電流輸出值。功率源電壓電流輸出接入綜自保護單元，綜自保護電流出線再接入計量故障模擬器，功率源電壓出線并聯(lián)接入綜自保護單元和計量故障模擬器，故障模擬器的電壓電流輸出再接入計量表計（即電壓表、電流表、電能表）。

一 次故障模擬時，功率源電壓電流輸出切換至由電腦控制，從而實現(xiàn)過流、速 斷、欠壓、過壓的故障模擬。二次故障模擬時，功率源電壓電流輸出切換至由功率源內(nèi)部控制，即功率源根據(jù)測量的互感器值進行輸出，同時通過電腦控制故障模擬器，從而實現(xiàn)電壓電流回路短路、斷路、反相序等電能表錯誤接線故障模擬。其中功率源、綜自保護單元、故障模擬器、計量電能表均帶有通信，通過工業(yè)以太網(wǎng)與電腦進行通信，實現(xiàn)電腦對系統(tǒng)的實時檢測和控制。

圖2 柜內(nèi)加裝線路原理框圖

2.3 負(fù)荷控制在現(xiàn)場的實現(xiàn)

負(fù)控終端主站系統(tǒng)由主站，通訊網(wǎng)絡(luò)，電能采集設(shè)備所組成。主站又由后臺工作站，應(yīng)用服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，采集前置機系統(tǒng)所組成。通訊網(wǎng)絡(luò)由230M專網(wǎng)、GPRS、CDMA公網(wǎng)、電話、電力線等組成。采集設(shè)備為采集終端，負(fù)荷管理系統(tǒng)軟件主要由主控程序模塊、自動任務(wù)程序模塊、綜合電力采集前置機模塊及Web數(shù)據(jù)發(fā)布組成。

2.3.1 主控程序模塊與自動任務(wù)程序模塊

把主控程序與自動任務(wù)程序模塊放到一起，是因為自動任務(wù)程序相當(dāng)于一個定時執(zhí)行的特殊的主控程序，且這兩個程序間的采集任務(wù)模塊都是共享的。

這兩個模塊的開發(fā)環(huán)境都是Visual Basic6.0＋SP6，主控程序提供人機交互，完成檔案管理、數(shù)據(jù)查詢、終端調(diào)試安裝等日常監(jiān)測、管理工作；自動任務(wù)定時完成采集、數(shù)據(jù)分析等工作。

2.3.2 綜合電力采集前置機模塊

綜合電力采集前置機模塊使用Visual C＋6.0做為開發(fā)環(huán)境，主要完成對通信任務(wù)的管理、通信資源統(tǒng)一調(diào)度、通信協(xié)議（規(guī)約）解釋等工作，在運行管理模塊（主控程序與自動任務(wù)程序）與現(xiàn)場設(shè)備終端通信之間起橋梁作用。

2.3.3 Web發(fā)布

Web使用JavaScript做開發(fā)語言，IBM Websphere為發(fā)布平臺，完成數(shù)據(jù)發(fā)布、提供數(shù)據(jù)查詢、實現(xiàn)跨部門數(shù)據(jù)共享。

軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其邏輯組成主要包括：前置通信系統(tǒng)、系統(tǒng)基礎(chǔ)應(yīng)用和系統(tǒng)高層應(yīng)用系統(tǒng)、與外部系統(tǒng)的接口、數(shù)據(jù)存儲、系統(tǒng)管理等幾個主要部分?？傮w上而言，系統(tǒng)設(shè)計采用了軟總線和模塊化的思想，系統(tǒng)各組成部分之間保證相對的獨立性，各組成部分的變化和修改不會引起其它部分的變化，保證了系統(tǒng)具有較高的擴展性。

圖3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)束語

采用現(xiàn)代工業(yè)控制技術(shù)與高壓電力負(fù)荷控制技術(shù)理論結(jié)合，以虛擬功率源和故障模擬器及計算機技術(shù)等組成的實訓(xùn)系統(tǒng)，解決了高壓負(fù)荷控制裝置在全真條件下檢測培訓(xùn)的技術(shù)難題，實現(xiàn)了對相關(guān)技術(shù)人員在全真高壓配電設(shè)備上的技能培訓(xùn)，培訓(xùn)對象可以在培訓(xùn)考核評價系統(tǒng)中進行技能的操作，解決真實設(shè)備不能操作的難題，培訓(xùn)效果均與真實的設(shè)備完全相同，滿足電力企業(yè)對職工技能培訓(xùn)及考核需求。

［1］湖北省電力公司.電力營銷標(biāo)準(zhǔn)［S］.湖北：湖北省科學(xué)技術(shù)出版社，2005（2）：306-308.

［2］穆習(xí)主編.電能計量裝置接線檢查實用指南［M］.遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2008（6）：15-19.

［3］喬新國主編.電力營銷基本知識［M］.北京：中國電力出版社，2007（5）：177-178.

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［5］喬新國，王濤，陳俊，等.高壓配電全真負(fù)荷控制實訓(xùn)考核系統(tǒng)；中國，201120233404.7［P］，2012-02-01.