(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111521378.2 (22)申请日 2021.12.14 (71)申请人 福建省电力有限公司泉州电力技能 研究院 地址 362013 福建省泉州市洛江区河市镇 洛滨北路 申请人 国网福建省电力有限公司 　 福建电力职业 技术学院　 国网福建省电力有限公司莆田供电 公司 (72)发明人 曾小平　刘波　庄建煌　刘毅　 洪海涛　林超平　郭清彬　黄志良　 程志杰　 (74)专利代理 机构 福州元创专利商标代理有限 公司 35100 代理人 丘鸿超　蔡学俊(51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 50/06(2012.01) G06Q 50/20(2012.01) (54)发明名称 基于多时间尺度的电力电缆培训仿真系统 (57)摘要 本发明提出一种基于多时间尺度的电力电 缆培训仿真系统， 基于三维虚拟仿真， 采用多时 间尺度对多种作业运行工况环 境进行扩充， 根据 作业要求选择数字电网的运行工况， 包括： 对电 力电缆的识别采用数字电网的稳态计算模型进 行模拟， 对电力电缆主绝缘故障的检测采用数字 电网的暂态计算模型进行模拟 。 以解决传统电力 电缆作业仿真培训中没有考虑真实电网运行工 况， 不能使培训人员真切地 感受到电力电缆的运 维检修和试验检测 中的技术运用结果及使用技 巧的问题。 权利要求书2页 说明书9页 附图3页 CN 114186422 A 2022.03.15 CN 114186422 A 1.一种基于多时间尺度的电力电缆培训仿真系统， 其特征在于： 基于三维虚拟仿真， 采 用多时间尺度对多种作业运行工况环境进行扩充， 根据作业要求选择数字电网的运行工 况， 包括： 对电力电缆的识别采用数字电网的稳态计算模型进 行模拟， 对电力电缆主绝缘 故 障的检测采用数字电网的暂态计算模型进行模拟。 2.根据权利要求1所述的基于多时间尺度的电力电缆培训仿真系统， 其特征在于： 所述 数字电网的稳态计算模型从静态电压稳定出发， 基于电力系统潮流计算来进行分析和识 别， 仿真计算的步长以秒为单位。 3.根据权利要求2所述的基于多时间尺度的电力电缆培训仿真系统， 其特征在于： 以电 力电缆作为培训对象， 选择线路类、 变压器类、 发电机类、 开关类和负荷来构建培训所有的 数字电网， 其建模如下： （1） 发电机组的数 学模型 将发电机组在稳态运行时的数 学模型以两个 变量表示： 方式一： 发出的有功功率P和端电压U， 同时给出响应的无功功率限额， 即允许发出的最 大、 最小无功 功率； 方式二： 发出的有功 功率P和无功 功率Q； （2） 变压器的参数及数 学模型 1） 双绕组变压器的参数和数 学模型 变压器的等值电路有两种， 即 型等值电路和T型等值电路； 在电力系统计算 中， 双绕组 变压器的近似等 值电路将励磁支路迁移到电源侧， 形成 型等值电路； 2） 三绕组变压器的参数和数 学模型 三侧绕组容量不相同时， 变压器的额定容量为高压侧最大容量绕组的额定容量； 二短 路实验按照最小容量绕组的额定电流进行： 首先需要将短路损耗归算至按变压器额定容量 进行短路实验时的值； 绕组额定电流与其额定容量成正比， 短路损耗与电流的平方成正比， 短路电压与电流成正比； （3） 电力线路的参数及数 学模型 在电力系统稳态分析中的电力线路模型用全线路每相的总电阻、 电抗、 电纳、 电导标识 它们的等值电路； （4） 负荷模型 在电力系统的稳态分析中， 负荷的数学模型以给定的有功功率和无功功率标识， 只有 在对计算精度要求较高时， 才需计及负荷的静态特性。 4.根据权利要求3所述的基于多时间尺度的电力电缆培训仿真系统， 其特征在于： 在三 维作业应用程序中提供进 行电力电缆的多种识别方法的训练模拟， 包括： 工频感应法、 音频 感应法、 脉冲电流法的模拟。 5.根据权利要求3所述的基于多时间尺度的电力电缆培训仿真系统， 其特征在于： 基于 所述数字电网的暂态计算模型， 在电力电缆暂态检测培训仿真中， 暂态仿真计算可以允许 运行任意时长， 以配合培训人员的操作； 将电力系统电磁暂态仿真等价于对动力学系统时 域响应的求取， 包括系统本身的数学模型和与之相适应的数值算法， 其数学模型包括两部 分： 一类是由系统的网络拓扑结构决定的约束 方程， 即 KCL和KVL 方程； 另一类则是由系统 中各元件自身 特性决定的伏安关系方程； 对电力系统电磁暂态建模即是将系统中各元件的权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114186422 A 2自身特性采用数 学表达式描述， 并最终将电网模型采用节点电压方程的形式表达 。 6.根据权利要求5所述的基于多时间尺度的电力电缆培训仿真系统， 其特征在于： 选择 线路类、 变压器类、 母线类、 发电机类、 断路器类和负荷来构建培训所有的数字电网， 其中 断 路器类和线路类的建模如下： （1） 断路器模型 1） 不考虑动态特性的断路器模型 断路器采用插入电阻法模拟分合操作， 始终保持断路器两端节点号不变， 当开关合上 时插入小电阻， 当开关断开时插入大电阻； 以便在不改变网络的拓扑结构的情况下， 在换路 时修改导纳矩阵； 断路器开断时的电阻切换在收到跳闸指令后的第一个开断回路电流过零点时执行切 换； 2） 考虑动态特性的断路器模型 通过模拟电弧特性修正插入电阻， 模拟断路器开断过程： 其中电弧电阻模拟时间的函 数， 采用指数函数拟合； （2） 输电线路模型模型 1） 集中参数模型 采用 π节等 值电路模型； 2） 考虑电阻损耗的输电线路模型 对于计及损耗的输电线路， 应用集中参数电阻近似的方法， 把输电线分成若干小段， 将 电阻串入每 个小段线路间进行近似。 7.根据权利要求6所述的基于多时间尺度的电力电缆培训仿真系统， 其特征在于： 在所 述考虑电阻损耗的输电线路模型中， 将线路分为两段， 两端分别串入R/4， 中间则串入R/2， 即集中电阻线路模型。 8.根据权利要求1所述的基于多时间尺度的电力电缆培训仿真系统， 其特征在于： 还包 括离线的运行工况， 用于电缆附件离线安装制作的模拟。 9.根据权利要求8所述的基于多时间尺度的电力电缆培训仿真系统， 其特征在于： 包括 学习模式、 练习模式和考核模式。 10.根据权利要求9所述的基于多时间尺度的电力电缆培训仿真系统， 其特征在于： 在 所述练习模式和考核模式中， 将被识线路上 的多条电缆进行混合或埋入地下， 增加学员的 识别难度； 预埋开路故障、 低阻故障或高阻故障， 使学员能看到线路的电路或电压波形， 并 进行高频局部放电检测故障； 带有虚拟仿真模块， 使培训人员可以从数字电网的运行工况 中体验到自己操作所产生的电网变化； 在所述考核模式中， 利用数字电网中线路潮流转移 状况校核对培训人员所识别的电缆正确与否； 用数字电网中所计算的线路故障点校核培训 人员所检测的缆主绝 缘故障点是否有偏离， 以及偏离的程度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114186422 A 3