智能配電網仿真實驗教學

智能配電網仿真實驗教學是在智能配電網仿真平臺上實施的，該平臺主要包含三個功能模塊：一是智能電網運行規劃模塊，該模塊集信息技術、優化技術為一體，為電網運行規劃奠定實踐基礎;二是自愈控制技術模塊，該模塊提供含分布式電源的自愈配電網保護與控制技術;三是微電網運行與控制模塊，該模塊分析含分布式發電的微電網運行狀態，提供微電網優化運行的控制方式。

智能配電網仿真平臺介紹

本實驗平臺是基于美國電力科學研究院的OpenDSS仿真工具，在江蘇省智能電網信息工程綜合訓練中心現有實驗平臺基礎上，通過開發智能配電網運行規劃、自愈控制技術和并網/孤網運行控制等仿真模塊而實現的，能夠對智能配電網的實例場景進行仿真。如圖1所示，仿真平臺包含三個部分。第一部分是人機交互界面，提供配電網數據統計、結果輸出打印、信息告警等。第二部分是數據儲存與處理平臺，儲存大量的歷史和實時數據，并根據需要對數據進行處理。第三部分是功能模塊平臺，提供智能配電網運行規劃、自愈控制技術和微電網運行控制分析。

智能配電網運行規劃模塊

地理信息系統（GIS）將地學空間數據處理與計算機技術相結合，通過系統建立、操作與模型分析，產生對區域規劃及管理決策等方面的有用信息，因此地理信息系統非常合適作為配電網規劃設計的數據基礎。GIS系統具有強大的空間數據處理和網絡分析能力，可以方便地處理配電系統與空間有關的信息，這能極大地方便規劃數據的管理，提高配電網規劃工作效率。

該模塊是基于GIS的集數據管理、網絡分析與評價、網絡優化規劃為一體的規劃平臺，是智能配電網科學規劃的基礎，對配電網科學化管理和經濟運行有著非常重要的意義。模塊是通過借鑒國外一些基于GIS的配電網管理軟件，采用一些成熟的平臺和組件技術、規范信息結構和各組件的接口實現而來的。

自愈控制技術模塊

配電網自愈控制技術是指配電網的自我預防和自我恢復能力。實施自愈控制技術的目的是為了能及時發現、診斷和消除潛在隱患，避免配電網運行惡化;在故障發生后，能快速切除故障，維持配電網可靠運行;進行優化分析，提高配電網運行安全裕度;以及讓配電網運行在更經濟的狀態。

該模塊中自愈控制策略分為四步：緊急控制、恢復控制、校正控制和預防控制?？刂屏鞒倘鐖D2所示。仿真模擬時，基于實時調度結果，形成自愈控制策略，通過基于無線網絡傳感器的電氣設備在線監控系統，控制可編程邏輯的配電網保護裝置（邏輯編程達到保護的元件級并支持在線動態修改定值），調整配電網運行方式和分布式電源的投/退，完成智能配電網自愈控制。

微電網運行控制模塊

微電網構成主要包括分布式電源和負荷。在正常情況下，微電網與配電網之間的開關是閉合的，微電網與配電網并網運行，這種運行模式稱為聯網模式;當配電網發生故障或是配電網電能質量不滿足要求時，微電網與配電網之間的開關斷開，微電網獨立運行，這種運行模式稱為孤網模式。因此，微電網運行控制主要是指在保證配電網和微電網的安全穩定的前提下，控制微電網的運行模式切換。微電網模式切換分為計劃并網轉孤網和計劃孤網轉并網兩種情況。

該模塊采取分布式協調/自適應控制方式，基于3層Multi-Agent結構，可以實現繼電保護、穩定補救和無功補償裝指定值的自適應修改，以及實現解列后微電網的分布式智能控制。另外，各級EMS、DMS、廠站自動化系統之間的分布協調控制，也是由認知層、協作層和反應層構成的Multi-Agent來實現的。

智能配電網仿真平臺實驗內容

在智能配電網仿真平臺的基礎上，根據本科生所學的相關知識和培養要求，設計了一個適用于電氣工程專業本科生的2學時專業實驗，以提高本科生對配電網基本概念和配電網規劃的相關知識的理解。根據研究研究生所學的相關知識和培養要求，設計了兩個適用于電力系統專業研究生的6學時科研創新實驗，以提高研究對配電網運行與控制相關知識的理解，增強研究生在配電網相關領域研究的基礎和創造性。設計的3個實驗如表1所示。

表1 實驗項目設置

序號 實驗項目 實驗內容 學時 實驗類型 適用學生

1 智能配電網運行規劃 居民小區負荷特性分析和預測;小區配電網供電能力和可靠性分析;配電網無功分布優化分析 2 專業基礎 本科生

2 配電網自愈控制技術仿真 配電網故障風險分析;配電網分布式協調/自適應控制技術仿真 6 科研創新 研究生

3 微電網并網/孤網運行控制 微電網并網運行與控制仿真;微電網孤網運行與控制仿真;微電網故障診斷與分析;微電源對微電網保護策略的影響仿真 6 科研創新 研究生

智能配電網運行規劃

（1）實驗內容

本實驗內容包括以居民小區為單位，對負荷進行分類、特性分析和模式辨識，預測含分布式電源配電網的電力負荷;分析分布式電源對配電網各類指標的影響，評價考慮負荷轉移的配電網最大供電能力;分析含分布式電源的配電網的可靠性，分析分布式電源不同運行方式對配電網可靠性的影響;分析/規劃含分布式電源的智能配電網的無功分布。

開展智能配電網規劃，是為了找到最好的方法使得配電網建設投資方案最優。因此，在進行以上實驗內容時，需要滿足配電網規劃的一些基本要求：保證供電質量;滿足負荷增長的需要;經濟性;同環境協調一致。

（2）實驗效果和目的

基于GIS的配電網運行規劃模塊能夠直觀地展示以小區為單位的負荷時空變化曲線，便于學生理解配電網的電力負荷特性和運行模式。通過配電網電氣接線的顯示和聯絡開關操作的動畫演示，利于學生理解負荷轉移的具體過程。通過把相關電氣量顯示在配電網電氣接線圖上，并對電氣量變化進行動畫顯示，可以讓學生直觀地理解分布式電源對配電網可靠性和無功分布的影響。

配電網自愈控制技術仿真

（1）實驗內容

基于實時測量的概率風險評估，預測最有可能失敗的設備、發電設備和線路;實時應急分析配電網整體的健康水平，預測可能導致電網故障發展的早期故障事件;配電網出現故障或發生其他問題時，基于對地和遠程設備通信得到電壓、電能質量、過載等信息，分析應對配電網故障所采取的分布式協調/自適應控制手段的效果。

（2）實驗效果和目的

通過對配電網故障風險的評估、設備運行失敗的預測，讓學生理解配電網可靠性評估的具體內容和主要方法。平臺分別在時間和空間兩個維度上對配電網的電氣量進行動畫顯示，讓學生直觀感受分布式協調/自適應控制帶來的配電網自愈效果。

微電網并網/孤網運行控制

（1）實驗內容

微電網在并網運行情況下，對接入點的潮流方向進行控制;微電網在并網運行情況下，微電網內部故障對配電網的影響分析以及微電網對配電網故障的支持作用分析;微電網在孤網運行情況下，計算微電網內故障電流大小，設計合適的故障診斷方式;分析微電源（分布式發電系統、電動汽車、儲能元件）和負荷對保護的影響，制定合適的微電網保護策略。

（2）實驗效果和目的

平臺構建的微電源發電系統、微電網運行控制、電動汽車等仿真模塊，可使學生了解微電網的構成、運行方式和控制技術。通過開合微電網與配電網之間的開關，讓學生理解微電網并網/孤網運行方式。通過調整微電網內的微電源出力和負荷大小，掌握接入點的潮流方向控制方法。通過在微電網和配電網內設置故障，讓學生了解故障對微電網和配電網的影響，掌握故障電流大小計算方法。平臺對微電網和配電網對故障的響應進行動畫顯示，讓學生直觀感受配電網保護動作的全過程，利于學生對實驗結果和內容的理解。

智能配電網仿真實驗教學平臺可開展智能電網運行規劃、自愈控制技術和微電網控制技術的仿真實驗教學，可以滿足電氣工程類及相關專業本科、研究生的智能配電網課程的實驗教學工作。該仿真平臺是在GIS和OpenDSS等的基礎上通過開發相應的模塊實現的，能夠動畫顯示智能電網運行規劃結果、自愈控制技術給配電網運行狀態帶來的改變和微電網控制技術對微電網和配電網故障的支持作用，讓學生直觀感受仿真結果，利于學生對實驗內容和方法的加深理解。（作者供職于南京郵電大學自動化學院電氣工程系）