——软件介绍——

软件包含虚拟仿真变电站的配电室、开关操作、安全措施、配电线路、故障场景等配电网单相接地故障保护系统相关的实际运行环境。

利用人工智能的自编码器算法，训练各馈线的单相接地故障暂态零序电流波形，收敛后的自编码器的隐含层输出作为其特征量，再由模糊C均值聚类算法对得到的各特征量进行聚类，选出接地馈线，实现人工智能选线保护算法。

配电网单相接地故障保护虚拟仿真实验

10kV线路复役操作

——软件特点——

情景交互实验：实验基于真实的配电网场景，所涉及的变电站配电室、配电网接地故障保护系统、监控中心、配电线路等都与实际的配电网的一致，学生置身于虚拟场景中，包含安全防护在内的所有操作，均与真实配电网运行场景相同，实现情景式教与学。实验过程中，学生以配电网运行维护人员的角色，观察配电网中与实验相关的设备的运行状态，如出线断路器的状态、接地故障保护系统的状态等，并进行操作控制。通过人工选线实验，观察波形数据及其实验变化现象与规律，理解单相接地故障保护系统工作原理。

探究创新实验：实验的操作界面与功能与实际系统一致，实验对象配电网的仿真模型是基于实际配电网构建的，在实验过程中，学生可充分利用实验系统选取不同的故障类型、故障波形范围、故障相别等，对保护算法的适应性进行探究，从而深刻理解单相接地故障保护系统的工作原理。实验系统中的故障保护测试采用案例方式，故障参数取自真实系统参数，提供工程实际故障案例的数据和数据接口，学生可选择或导入不同案例，对不同的接地故障保护算法进行验证，并作对比分析，同时将最新的科研成果基于人工智能的保护算法引入实验教学，培养学生探究问题及自主创新的能力。

配电网单相接地故障保护虚拟仿真实验

互相关系数法选线过程界面

——实验原理——

(1)配电网单相接地故障保护系统运行环境。

虚拟仿真变电站的配电室、开关操作、安全措施、配电线路、故障场景等配电网单相接地故障保护系统相关的实际运行环境。配电网发生单相接地故障，零序电压突变；故障线路暂态零序电流为所有非故障线路暂态零序电流的叠加，故障线路暂态零序电流幅值比非故障线路的大，且二者极性相反，而非故障线路在同一零序电压源作用下，其故障暂态零序电流具有相同的表达式，变化趋势相同，且相位一致，幅值因各线路参数不同而存在差异，因此故障线路与非故障线路间暂态零序电流波形的相似程度远比非故障线路间的小，利用故障线路与非故障线路暂态零序电流间的这种机理关系，实现接地故障保护。

(2)配电网单相接地故障保护系统的实现原理。

主虚拟仿真工程现场实际运行的配电网单相接地故障保护系统，系统由各馈线电流监测终端、母线电压监测终端和上位机算法软件构成。接地故障发生后，电压、电流监测终端记录的单相接地故障波形数据，通过网络通信发送给上位机，由上位机的接地故障保护算法选出故障馈线。

(3)影响配电网单相接地故障波形的主要因素，常用保护算法对不同类型单相接地故障的适应性。

配电网单相接地故障波形受不同线路、接地过渡电阻、故障位置、故障相电压初相角、网络结构、消弧线圈补偿度、采样不同步、互感器极性反接、两点接地等因素影响。虚拟仿真了人工拉线法、首半波极性法、互相关系数法等3种工程应用的传统接地故障选线保护方法的原理、保护动作行为和产生的结果，并验证首半波极性法、互相关系数法对不同类型单相接地故障的适应性。

(4)人工智能选线保护算法的原理及其训练参数设置。

短利用人工智能的自编码器算法，训练各馈线的单相接地故障暂态零序电流波形，收敛后的自编码器的隐含层输出作为其特征量，再由模糊C均值聚类算法对得到的各特征量进行聚类，选出接地馈线，实现人工智能选线保护算法。自编码器的隐含层神经元数量、训练次数等，在仿真实验过程中均可在线设置，且其产生的影响以图形化方式直观展示。

配电网单相接地故障保护虚拟仿真实验

人工智能选线过程界面

——教学与实训内容——

安全防护用具穿戴

10kV 线路停电操作

电压、电流监测终端实验接线

线路的复役操作

单相接地故障的设置

人工拉线法选线保护

首半波法选线保护

互相关系数法选线保护

人工智能法选线保护

三种自动选线保护方法分析对比