智能配電網(wǎng)仿真實驗教學是在智能配電網(wǎng)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(wǎng)運行規(guī)劃模塊，該模塊集信息技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)為一體，為電網(wǎng)運行規(guī)劃奠定實踐基礎(chǔ);二是自愈控制技術(shù)模塊，該模塊提供含分布式電源的自愈配電網(wǎng)保護與控制技術(shù);三是微電網(wǎng)運行與控制模塊，該模塊分析含分布式發(fā)電的微電網(wǎng)運行狀態(tài)，提供微電網(wǎng)優(yōu)化運行的控制方式。

智能配電網(wǎng)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(wǎng)信息工程綜合訓練中心現(xiàn)有實驗平臺基礎(chǔ)上，通過開發(fā)智能配電網(wǎng)運行規(guī)劃、自愈控制技術(shù)和并網(wǎng)/孤網(wǎng)運行控制等仿真模塊而實現(xiàn)的，能夠?qū)χ悄芘潆娋W(wǎng)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(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、結(jié)果輸出打印、信息告警等。第二部分是數(shù)據(jù)儲存與處理平臺，儲存大量的歷史和實時數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要對數(shù)據(jù)進行處理。第三部分是功能模塊平臺，提供智能配電網(wǎng)運行規(guī)劃、自愈控制技術(shù)和微電網(wǎng)運行控制分析。

智能配電網(wǎng)運行規(guī)劃模塊

地理信息系統(tǒng)（GIS）將地學空間數(shù)據(jù)處理與計算機技術(shù)相結(jié)合，通過系統(tǒng)建立、操作與模型分析，產(chǎn)生對區(qū)域規(guī)劃及管理決策等方面的有用信息，因此地理信息系統(tǒng)非常合適作為配電網(wǎng)規(guī)劃設計的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。GIS系統(tǒng)具有強大的空間數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡分析能力，可以方便地處理配電系統(tǒng)與空間有關(guān)的信息，這能極大地方便規(guī)劃數(shù)據(jù)的管理，提高配電網(wǎng)規(guī)劃工作效率。

該模塊是基于GIS的集數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡分析與評價、網(wǎng)絡優(yōu)化規(guī)劃為一體的規(guī)劃平臺，是智能配電網(wǎng)科學規(guī)劃的基礎(chǔ)，對配電網(wǎng)科學化管理和經(jīng)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(wǎng)管理軟件，采用一些成熟的平臺和組件技術(shù)、規(guī)范信息結(jié)構(gòu)和各組件的接口實現(xiàn)而來的。

自愈控制技術(shù)模塊

配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)是指配電網(wǎng)的自我預防和自我恢復能力。實施自愈控制技術(shù)的目的是為了能及時發(fā)現(xiàn)、診斷和消除潛在隱患，避免配電網(wǎng)運行惡化;在故障發(fā)生后，能快速切除故障，維持配電網(wǎng)可靠運行;進行優(yōu)化分析，提高配電網(wǎng)運行安全裕度;以及讓配電網(wǎng)運行在更經(jīng)濟的狀態(tài)。

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(diào)度結(jié)果，形成自愈控制策略，通過基于無線網(wǎng)絡傳感器的電氣設備在線監(jiān)控系統(tǒng)，控制可編程邏輯的配電網(wǎng)保護裝置（邏輯編程達到保護的元件級并支持在線動態(tài)修改定值），調(diào)整配電網(wǎng)運行方式和分布式電源的投/退，完成智能配電網(wǎng)自愈控制。

微電網(wǎng)運行控制模塊

微電網(wǎng)構(gòu)成主要包括分布式電源和負荷。在正常情況下，微電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的開關(guān)是閉合的，微電網(wǎng)與配電網(wǎng)并網(wǎng)運行，這種運行模式稱為聯(lián)網(wǎng)模式;當配電網(wǎng)發(fā)生故障或是配電網(wǎng)電能質(zhì)量不滿足要求時，微電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的開關(guān)斷開，微電網(wǎng)獨立運行，這種運行模式稱為孤網(wǎng)模式。因此，微電網(wǎng)運行控制主要是指在保證配電網(wǎng)和微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定的前提下，控制微電網(wǎng)的運行模式切換。微電網(wǎng)模式切換分為計劃并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤網(wǎng)和計劃孤網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)兩種情況。

該模塊采取分布式協(xié)調(diào)/自適應控制方式，基于3層Multi-Agent結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)繼電保護、穩(wěn)定補救和無功補償裝指定值的自適應修改，以及實現(xiàn)解列后微電網(wǎng)的分布式智能控制。另外，各級EMS、DMS、廠站自動化系統(tǒng)之間的分布協(xié)調(diào)控制，也是由認知層、協(xié)作層和反應層構(gòu)成的Multi-Agent來實現(xiàn)的。

智能配電網(wǎng)仿真平臺實驗內(nèi)容

在智能配電網(wǎng)仿真平臺的基礎(chǔ)上，根據(jù)本科生所學的相關(guān)知識和培養(yǎng)要求，設計了一個適用于電氣工程專業(yè)本科生的2學時專業(yè)實驗，以提高本科生對配電網(wǎng)基本概念和配電網(wǎng)規(guī)劃的相關(guān)知識的理解。根據(jù)研究研究生所學的相關(guān)知識和培養(yǎng)要求，設計了兩個適用于電力系統(tǒng)專業(yè)研究生的6學時科研創(chuàng)新實驗，以提高研究對配電網(wǎng)運行與控制相關(guān)知識的理解，增強研究生在配電網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域研究的基礎(chǔ)和創(chuàng)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(nèi)容 學時 實驗類型 適用學生

1 智能配電網(wǎng)運行規(guī)劃 居民小區(qū)負荷特性分析和預測;小區(qū)配電網(wǎng)供電能力和可靠性分析;配電網(wǎng)無功分布優(yōu)化分析 2 專業(yè)基礎(chǔ) 本科生

2 配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)仿真 配電網(wǎng)故障風險分析;配電網(wǎng)分布式協(xié)調(diào)/自適應控制技術(shù)仿真 6 科研創(chuàng)新 研究生

3 微電網(wǎng)并網(wǎng)/孤網(wǎng)運行控制 微電網(wǎng)并網(wǎng)運行與控制仿真;微電網(wǎng)孤網(wǎng)運行與控制仿真;微電網(wǎng)故障診斷與分析;微電源對微電網(wǎng)保護策略的影響仿真 6 科研創(chuàng)新 研究生

智能配電網(wǎng)運行規(guī)劃

（1）實驗內(nèi)容

本實驗內(nèi)容包括以居民小區(qū)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(wǎng)的電力負荷;分析分布式電源對配電網(wǎng)各類指標的影響，評價考慮負荷轉(zhuǎn)移的配電網(wǎng)最大供電能力;分析含分布式電源的配電網(wǎng)的可靠性，分析分布式電源不同運行方式對配電網(wǎng)可靠性的影響;分析/規(guī)劃含分布式電源的智能配電網(wǎng)的無功分布。

開展智能配電網(wǎng)規(guī)劃，是為了找到最好的方法使得配電網(wǎng)建設投資方案最優(yōu)。因此，在進行以上實驗內(nèi)容時，需要滿足配電網(wǎng)規(guī)劃的一些基本要求：保證供電質(zhì)量;滿足負荷增長的需要;經(jīng)濟性;同環(huán)境協(xié)調(diào)一致。

（2）實驗效果和目的

基于GIS的配電網(wǎng)運行規(guī)劃模塊能夠直觀地展示以小區(qū)為單位的負荷時空變化曲線，便于學生理解配電網(wǎng)的電力負荷特性和運行模式。通過配電網(wǎng)電氣接線的顯示和聯(lián)絡開關(guān)操作的動畫演示，利于學生理解負荷轉(zhuǎn)移的具體過程。通過把相關(guān)電氣量顯示在配電網(wǎng)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(wǎng)可靠性和無功分布的影響。

配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)仿真

（1）實驗內(nèi)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(fā)電設備和線路;實時應急分析配電網(wǎng)整體的健康水平，預測可能導致電網(wǎng)故障發(fā)展的早期故障事件;配電網(wǎng)出現(xiàn)故障或發(fā)生其他問題時，基于對地和遠程設備通信得到電壓、電能質(zhì)量、過載等信息，分析應對配電網(wǎng)故障所采取的分布式協(xié)調(diào)/自適應控制手段的效果。

（2）實驗效果和目的

通過對配電網(wǎng)故障風險的評估、設備運行失敗的預測，讓學生理解配電網(wǎng)可靠性評估的具體內(nèi)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(wǎng)的電氣量進行動畫顯示，讓學生直觀感受分布式協(xié)調(diào)/自適應控制帶來的配電網(wǎng)自愈效果。

微電網(wǎng)并網(wǎng)/孤網(wǎng)運行控制

（1）實驗內(nèi)容

微電網(wǎng)在并網(wǎng)運行情況下，對接入點的潮流方向進行控制;微電網(wǎng)在并網(wǎng)運行情況下，微電網(wǎng)內(nèi)部故障對配電網(wǎng)的影響分析以及微電網(wǎng)對配電網(wǎng)故障的支持作用分析;微電網(wǎng)在孤網(wǎng)運行情況下，計算微電網(wǎng)內(nèi)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(fā)電系統(tǒng)、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(wǎng)保護策略。

（2）實驗效果和目的

平臺構(gòu)建的微電源發(fā)電系統(tǒng)、微電網(wǎng)運行控制、電動汽車等仿真模塊，可使學生了解微電網(wǎng)的構(gòu)成、運行方式和控制技術(shù)。通過開合微電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的開關(guān)，讓學生理解微電網(wǎng)并網(wǎng)/孤網(wǎng)運行方式。通過調(diào)整微電網(wǎng)內(nèi)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(wǎng)和配電網(wǎng)內(nèi)設置故障，讓學生了解故障對微電網(wǎng)和配電網(wǎng)的影響，掌握故障電流大小計算方法。平臺對微電網(wǎng)和配電網(wǎng)對故障的響應進行動畫顯示，讓學生直觀感受配電網(wǎng)保護動作的全過程，利于學生對實驗結(jié)果和內(nèi)容的理解。

智能配電網(wǎng)仿真實驗教學平臺可開展智能電網(wǎng)運行規(guī)劃、自愈控制技術(shù)和微電網(wǎng)控制技術(shù)的仿真實驗教學，可以滿足電氣工程類及相關(guān)專業(yè)本科、研究生的智能配電網(wǎng)課程的實驗教學工作。該仿真平臺是在GIS和OpenDSS等的基礎(chǔ)上通過開發(fā)相應的模塊實現(xiàn)的，能夠動畫顯示智能電網(wǎng)運行規(guī)劃結(jié)果、自愈控制技術(shù)給配電網(wǎng)運行狀態(tài)帶來的改變和微電網(wǎng)控制技術(shù)對微電網(wǎng)和配電網(wǎng)故障的支持作用，讓學生直觀感受仿真結(jié)果，利于學生對實驗內(nèi)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）