智能电网学科实验资源建设的研究与实践

顾亦然　付蓉　王乃艳　朱松豪

摘 要：以产学研联合方式建设虚实结合、集成开放的智能电网实验资源，能够培养出胜任新技术研究开发、新成果转化、新产品推广和企业新技术改造等工作的基础扎实、素质全面、工程实践能力强并具有较强创新能力的应用型、复合型高层次工程技术和工程管理人才，并能将“智能电网与控制技术”建成省级优势特色学科。

关键词：智能电网；实验室建设；人才培养

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2016）13-0256-232

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.13.092

智能电网学科实验资源的建设主要是构架融智能电网技术、信息技术、网络控制技术、通讯技术于一体，进行智能电网领域相关教学与关键技术研究的实验与实践资源建设，提高实验资源的科研水平，大力推进成果提升、关键技术攻关和成果转化。

一、智能电网实验平台资源建设

智能电网实验资源包含大量分布式可调节设备（如光伏发电、风电机组、同步发电机组、燃料电池、储能、柔性负荷等多类型分布式单元）和多种结构形式电网线路。由于智能配电网系统规模大，分布式设备容量小、数量多、地域分散等特征，单一的集中控制模式或分散控制模式均难以适应有源配电网的特征需求。因此，智能电网研究生实验资源的整体控制结构拟采用“上层集中协调、下层分布式协同”的控制框架。在此控制框架下，电网被划分成若干分布式设备群或控制区域。电网集中控制中心负责集中协调各分布式设备群或区域，而在分布式设备群或区域内部则通过协调各分布式可调单元来完成集控中心下达的任务。

集成化智能电网半实物仿真实验环境建设主要包括：（1）电网安全运行与控制监视屏区、模拟电网动态仿真运行以及模拟电网管理与控制区。其中，监视屏区主要用于显示系统的运行状态和控制效果。（2）模拟电网动态运行区包含虚拟配电网系统和部分实际物理设备（如储能、光伏单元等），两者通过功放接口设备实现“虚实互联”，可用于模拟有源配电网管理与控制区域包含集控中心、区域控制中心和数据存储与分析。

二、智能电网实验课题资源建设

实验课题资源的建设是学科实验室的一个软核心。丰富和有创意的实验课题既能实现研究生课内外教学与实践活动的统一，也可满足综合实验与科研实验的统一。智能电网实验室充分依托校企合作实验资源与经验，集成化建设智能电网实验资源，主要包括上层系统集中控制、中层区域分布式控制和底层可调单元控制的协调运行。

（一）上层系统级集中控制的实验课题

智能电网实验室上层系统可进行电网运行分析和动态仿真；电网集中式状态估计；电网集中优化协调调度；网络故障后网架重构；智能变电站实时监控研究；复杂电网的控制策略等。根据智能电网的网架结构特征，研究包含多种量测设备（PMU、RTU、SCADA）的布点优化方法，以及研究量测数据具有多时空尺度、不完备性（如通信网络产生的丢包）等特征的状态估计方法。在负荷预测和发电预测支撑下，研究电网多目标、多约束情况下的有功、无功优化调度策略。

（二）中层区域级分布式控制的实验课题

与传统的集中式运行与控制不同，分布式运行与控制是通过区域间协调变量相互通信交换信息，最终进行全系统的状态数据估计与运行控制。实验室可模拟常见的信息不确定性因素（如延时、丢包等），分析电力通信信号传输。在各子区域状态估计基础上，通过区域间协调变量相互通信交换信息，最终估计出全系统的状态数据，在各区域之间能够进行相互通信。研究分布式协同控制，将多个相互依赖的可调节单元有机地组织起来，以共同完成某一任务的分布式控制策略。

（三）底层可调节单元控制的实验课题

在电网底层，智能电网实验室主要开展电力电子逆变器控制等相关实验课题，依托现有产学研模式下研制的500kV光伏逆变器装置等，进一步开展分布式电源（光伏、风电机组、储能等）以及FACTS装置的控制系统设计研究工作；研究发电机组的调速与调压控制的相关问题，搭建控制系统进行实现物理电力电子变换器控制，以及硬件在环测试等功能。

可见，通过建设智能电网实验资源，可以开展可再生能源发电并网、微电网运行控制、综合负荷与电网互动等智能电网方面的多项实验课题，实现电力网络信息通信技术、可再生能源发电技术、分布式电源协调控制技术、微电网智能调度技术、柔性负荷监控技术等智能电网相关领域的虚拟仿真与实体交互实验等。同时，依托虚拟通信网络实现网络教学共享，最大限度发挥该平台仿真高危、大电压、高成本、高消耗等智能电网系统虚拟现实对象的功能。利用PSCAD、RTLAB等软件，仿真电网发电、输电、变配电、用电全过程，结合实体元件和虚拟通信网络，实现虚实结合的智能电网中能量流与信息流的交互。

综上所述，智能电网实验室建设基于“实践教学社会化、企业化”的理念，利用自身学科优势，依托省部级重点实验室、工程项目研究中心等各类科研平台，全方位、多层面利用社会资源提高学生实践素质，引导学生系统参与实验实践活动，强化学生工程实践能力和工程素质的培养，提升学生的实践能力与创新精神。这样就为智能电网专业人才培养、开展高层次高水平的科研活动、展现高水平智能电网科研成果提供了更加坚实的基础，增强了学校服务于江苏以及区域经济建设和社会发展的综合实力。