電力系統vr培訓

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第1篇

關鍵詞：智能電網；虛擬仿真；網絡共享；實驗教學

中圖分類號：G642.423 ； ； ； ； ；文獻標識碼：A ； ； ； ； ；文章編號：1007-0079（2014）17-0094-02

智能電網虛擬仿真實驗教學是在虛擬通信網絡基礎上實現的。在江蘇省智能電網信息工程綜合訓練中心現有實驗基礎上，充分依托校企合作實驗資源與經驗，建設成三個虛擬仿真實驗子平臺：一是可再生能源并網控制虛擬仿真平臺；二是微電網運行控制虛擬仿真平臺；三是電動汽車與電網互動虛擬仿真平臺。可實現電力網絡通信、可再生能源發電、分布式電源協調控制、微電網智能調度、電動汽車監控等智能電網領域的虛擬仿真與實體交互實驗。該平臺可仿真具有高危、大電壓、高成本、高消耗等特點的智能電網系統。[1，2]

一、智能電網虛擬仿真實驗教學平臺開發

本實驗平臺基于PSCAD電力仿真軟件搭建虛擬電力網拓撲架構，[3]基于MATLAB編寫虛擬通信網協議及控制策略，基于虛擬網絡與實體網絡相結合的網絡通信平臺，實現智能電網、可再生能源、智能用電系統之間的信息傳輸，完成該平臺內各子實驗平臺仿真，并通過實體網絡實現資源共享，如圖1所示。其中，能量流基于虛擬電力網傳輸及交互，信息流基于虛擬電力專網傳輸及交互，整個智能電網虛擬仿真平臺可通過實體網絡實現資源共享。

1.可再生能源并網控制虛擬仿真平臺

可再生能源并網控制虛擬仿真平臺由可再生能源模塊、智能用電系統及智能電網模型、信息數據采集系統及互動協調控制系統組成，智能電網負荷潮流信息經信息數據采集系統采集傳輸給互動協調控制系統，以便實現風電、光伏發電并網研究。基于該平臺可開展以下課程實驗：風電并網技術、光伏發電并網技術、信息采集技術、互動協調控制技術及相關軟件開發等，培養學生在風力發電、光伏發電等方面的技能。

2.微電網運行控制虛擬仿真實驗平臺

微電網運行控制虛擬仿真實驗平臺由可再生能源模塊、智能用電系統、微電網、信息數據采集系統、互動協調控制系統組成，與傳統能源隔離，微電網虛擬運行控制子系統由可再生能源供電，形成微電網孤島運行，圖1給出該微電網通信網絡拓撲架構。基于該平臺可開展以下課程實驗：風力發電技術、光伏發電技術、以太網通信技術、智能電表技術、微電網運行控制技術等，培養學生在微電網運行控制方面的技能。

3.電動汽車與電網互動虛擬仿真實驗平臺

電動汽車與電網互動虛擬仿真實驗平臺由虛擬智能電網、智能用電系統、信息數據采集系統、互動協調控制系統組成，規模化電動汽車既可作為負載從電網吸收能量，亦可作為移動儲能單元給電網供電，另外電動汽車可單獨為智能家庭和智能樓宇緊急供電。該平臺的建立需要通過信息數據采集系統和互動協調控制系統實現信息交互，保證互動過程合理有序進行，達到使智能配電網負荷曲線平滑、智能家庭/樓宇不間斷供電等目的，減小峰谷差、提高電能質量，實現信息、數據收集分析、互動交流、成果展示等功能。基于該平臺可開展以下課程實驗：電動汽車充放電逆變整流技術、電動汽車BMS技術、智能電器用電、配電網負荷潮流計算、電動汽車有序充放電、海量信息處理技術等，培養學生在電動汽車充放電、智能電網潮流計算、智能電器用電等方面的技能。

二、智能電網虛擬仿真實驗平臺的實驗內容及功能效果

智能電網虛擬仿真實驗教學平臺可開展的實驗項目如表1所示。

表1 ；可開展實驗項目、內容及類型

序號 實驗項目 實驗內容 實驗類型

一 可再生能源并網控制虛擬仿真 可再生能源發電設備仿真建模；電力電子功率變換器仿真建模；逆變器并網建模仿真；并網控制系統仿真分析等。 基礎實驗、專業實驗

二 微電網運行控制虛擬仿真 虛擬元件通過網絡接入微電網仿真分析；微電網經濟調度運行仿真分析；微電網動態特性分析與控制。 綜合實驗、科研創新

三 電動汽車與電網互動虛擬仿真 電動汽車多時空尺度充電特性分析；充換電設施與電網互動機理分析，建立電動汽車與電網之間的快速可靠通信連接，實現實時控制。 綜合實驗、科研創新

1.可再生能源并網控制虛擬仿真實驗

（1）實驗內容。采用PSCAD軟件、MATLAB軟件、3DSMAX開發平臺以及VR-Platform虛擬現實技術，[4]對風能、光伏、微型燃氣輪機等可再生能源發電設備進行虛擬建模，實驗仿真可再生能源逆變器并網工作過程，分析并網控制系統的安全性、靈活性、可調度性，研究可再生能源接入對電網諧波、系統壓降作用及其與電網協調控制。

（2）實驗功能及效果。模擬大型風力發電機組零部件應力應變的變化情況，突破了傳統的二維顯示的動力學設計模式和分析方法，增加了對風電機組模型和運行特性的感知性與真實性，便于學生更好地掌握風力機運行原理與風力發電機工作原理；開發了光伏發電逆變器虛擬實現模型，便于學生更好地掌握光伏發電工作原理；在虛擬通信網絡和工業總線網絡平臺基礎上，采用Cyber Maker和VR-Platform作為虛擬現實技術開發平臺，模擬可再生能源拓展虛擬仿真實驗教學范圍、豐富虛擬仿真實驗教學內容。

2.微電網運行控制虛擬仿真

（1）實驗內容。構建微電網中光伏機組、風電機組、儲能元件、燃料電池裝置、電動汽車、保護信號和開關狀態等虛擬元件，模擬虛擬元件通過網絡接入微電網的動態過程，仿真分析微電網孤島與并網運行的潮流分析及其動態運行特性，掌握適用于微電網分布式發電逆變接口系統技術、在線網絡支撐控制技術、多類型機組并聯技術等研究，探索微電網運行頻率控制、電壓控制策略。

（2）實驗功能及效果。拓展微電網并網及孤島運行虛擬仿真實驗教學范圍、豐富虛擬仿真實驗教學內容，開拓學生視野、提升知識結構、培養綜合設計和創新能力；完成包括帶方向過流及負序保護、欠/過電壓、欠/過頻率保護等，完成并網點遙測、遙信、遙控等，使學生掌握微電源孤島運行與并網運行模型、原理等；實現了微電網負荷潮流計算方法、節點配置方法、協調控制策略，使學生掌握儲能對微電網穩定運行的作用機理與控制方法、分布式儲能的規劃設計方法等。

3.電動汽車與電網互動虛擬仿真

（1）實驗內容。探索電動汽車充放電特性、充換電設施與電網互動機理與規律，分析電動汽車和分布式可再生能源互補消納的理論和方法、電動汽車對供電充裕性的影響機理及接入后電力系統規劃/調度的理論和方法、配電系統保護/控制的理論和方法等，研究電動汽車與智能家庭、智能樓宇的互動技術，用電信息采集、雙向互動服務、小區配電自動化、電動汽車有序充電、分布式電源運行控制、智能家居等技術。

（2）實驗功能及效果。開發了電動汽車與電網互動虛擬仿真實驗教學模型，包括V2G、V2B、V2H等，可使學生掌握配電網潮流計算、電力系統保護、電壓和頻率穩定、信息處理、通信工程、控制策略分析等知識；實現了電動汽車充放電的負荷特性預測仿真方法；實現了電動汽車SOC、電動汽車及充電樁等位置信息、電網負荷潮流等不同量之間信息融合及海量信息處理技術。

三、結論

智能電網虛擬仿真實驗教學平臺可開展可再生能源虛擬發電并網、微電網虛擬運行控制、電動汽車與電網互動等虛擬仿真實驗教學，依托虛擬通信網絡實現網絡教學共享，滿足電氣工程類及相關專業本科、研究生實驗教學工作，實現國內高校、境外高校及相關行業間資源共享與輻射，最大程度發揮該平臺虛擬仿真高危、大電壓、高成本、高消耗等智能電網系統虛擬現實對象的功能。發揮了南京郵電大學大信息領域的學科優勢，合理開展滿足多種應用對象需求的多層次、立體化、虛實結合的多學科交叉融合虛擬仿真實驗教學和科學研究。

參考文獻：

[1]劉振亞.智能電網技術[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2]趙爽.智能電網環境下電力培訓中心的發展策略[J].中國電力教育，2012，（15）.