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摘要：智能电网虚拟仿真实验教学依托虚拟通信网络实现网络教学共享，满足电气工程类及相关专业本科、研究生实验教学及科研工作，最大程度发挥虚拟仿真高危、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，实现多层次、立体化、虚实结合的多学科交叉融合虚拟仿真实验教学和科学研究。
关键词：智能电网；虚拟仿真；网络共享；实验教学
中图分类号：G642.423 ； ； ； ； ；文献标识码：A ； ； ； ； ；文章编号：1007-0079（2014）17-0094-02
智能电网虚拟仿真实验教学是在虚拟通信网络基础上实现的。在江苏省智能电网信息工程综合训练中心现有实验基础上，充分依托校企合作实验资源与经验，建设成三个虚拟仿真实验子平台：一是可再生能源并网控制虚拟仿真平台；二是微电网运行控制虚拟仿真平台；三是电动汽车与电网互动虚拟仿真平台。可实现电力网络通信、可再生能源发电、分布式电源协调控制、微电网智能调度、电动汽车监控等智能电网领域的虚拟仿真与实体交互实验。该平台可仿真具有高危、大电压、高成本、高消耗等特点的智能电网系统。[1，2]
一、智能电网虚拟仿真实验教学平台开发
本实验平台基于PSCAD电力仿真软件搭建虚拟电力网拓扑架构，[3]基于MATLAB编写虚拟通信网协议及控制策略，基于虚拟网络与实体网络相结合的网络通信平台，实现智能电网、可再生能源、智能用电系统之间的信息传输，完成该平台内各子实验平台仿真，并通过实体网络实现资源共享，如图1所示。其中，能量流基于虚拟电力网传输及交互，信息流基于虚拟电力专网传输及交互，整个智能电网虚拟仿真平台可通过实体网络实现资源共享。
1.可再生能源并网控制虚拟仿真平台
可再生能源并网控制虚拟仿真平台由可再生能源模块、智能用电系统及智能电网模型、信息数据采集系统及互动协调控制系统组成，智能电网负荷潮流信息经信息数据采集系统采集传输给互动协调控制系统，以便实现风电、光伏发电并网研究。基于该平台可开展以下课程实验：风电并网技术、光伏发电并网技术、信息采集技术、互动协调控制技术及相关软件开发等，培养学生在风力发电、光伏发电等方面的技能。
2.微电网运行控制虚拟仿真实验平台
微电网运行控制虚拟仿真实验平台由可再生能源模块、智能用电系统、微电网、信息数据采集系统、互动协调控制系统组成，与传统能源隔离，微电网虚拟运行控制子系统由可再生能源供电，形成微电网孤岛运行，图1给出该微电网通信网络拓扑架构。基于该平台可开展以下课程实验：风力发电技术、光伏发电技术、以太网通信技术、智能电表技术、微电网运行控制技术等，培养学生在微电网运行控制方面的技能。
3.电动汽车与电网互动虚拟仿真实验平台
电动汽车与电网互动虚拟仿真实验平台由虚拟智能电网、智能用电系统、信息数据采集系统、互动协调控制系统组成，规模化电动汽车既可作为负载从电网吸收能量，亦可作为移动储能单元给电网供电，另外电动汽车可单独为智能家庭和智能楼宇紧急供电。该平台的建立需要通过信息数据采集系统和互动协调控制系统实现信息交互，保证互动过程合理有序进行，达到使智能配电网负荷曲线平滑、智能家庭/楼宇不间断供电等目的，减小峰谷差、提高电能质量，实现信息发布、数据收集分析、互动交流、成果展示等功能。基于该平台可开展以下课程实验：电动汽车充放电逆变整流技术、电动汽车BMS技术、智能电器用电、配电网负荷潮流计算、电动汽车有序充放电、海量信息处理技术等，培养学生在电动汽车充放电、智能电网潮流计算、智能电器用电等方面的技能。
二、智能电网虚拟仿真实验平台的实验内容及功能效果
智能电网虚拟仿真实验教学平台可开展的实验项目如表1所示。
表1 ；可开展实验项目、内容及类型
序号 实验项目 实验内容 实验类型
一 可再生能源并网控制虚拟仿真 可再生能源发电设备仿真建模；电力电子功率变换器仿真建模；逆变器并网建模仿真；并网控制系统仿真分析等。 基础实验、专业实验
二 微电网运行控制虚拟仿真 虚拟元件通过网络接入微电网仿真分析；微电网经济调度运行仿真分析；微电网动态特性分析与控制。 综合实验、科研创新
三 电动汽车与电网互动虚拟仿真 电动汽车多时空尺度充电特性分析；充换电设施与电网互动机理分析，建立电动汽车与电网之间的快速可靠通信连接，实现实时控制。 综合实验、科研创新
1.可再生能源并网控制虚拟仿真实验
（1）实验内容。采用PSCAD软件、MATLAB软件、3DSMAX开发平台以及VR-Platform虚拟现实技术，[4]对风能、光伏、微型燃气轮机等可再生能源发电设备进行虚拟建模，实验仿真可再生能源逆变器并网工作过程，分析并网控制系统的安全性、灵活性、可调度性，研究可再生能源接入对电网谐波、系统压降作用及其与电网协调控制。
（2）实验功能及效果。模拟大型风力发电机组零部件应力应变的变化情况，突破了传统的二维显示的动力学设计模式和分析方法，增加了对风电机组模型和运行特性的感知性与真实性，便于学生更好地掌握风力机运行原理与风力发电机工作原理；开发了光伏发电逆变器虚拟实现模型，便于学生更好地掌握光伏发电工作原理；在虚拟通信网络和工业总线网络平台基础上，采用Cyber Maker和VR-Platform作为虚拟现实技术开发平台，模拟可再生能源拓展虚拟仿真实验教学范围、丰富虚拟仿真实验教学内容。
2.微电网运行控制虚拟仿真
（1）实验内容。构建微电网中光伏机组、风电机组、储能元件、燃料电池装置、电动汽车、保护信号和开关状态等虚拟元件，模拟虚拟元件通过网络接入微电网的动态过程，仿真分析微电网孤岛与并网运行的潮流分析及其动态运行特性，掌握适用于微电网分布式发电逆变接口系统技术、在线网络支撑控制技术、多类型机组并联技术等研究，探索微电网运行频率控制、电压控制策略。 （2）实验功能及效果。拓展微电网并网及孤岛运行虚拟仿真实验教学范围、丰富虚拟仿真实验教学内容，开拓学生视野、提升知识结构、培养综合设计和创新能力；完成包括带方向过流及负序保护、欠/过电压、欠/过频率保护等，完成并网点遥测、遥信、遥控等，使学生掌握微电源孤岛运行与并网运行模型、原理等；实现了微电网负荷潮流计算方法、节点配置方法、协调控制策略，使学生掌握储能对微电网稳定运行的作用机理与控制方法、分布式储能的规划设计方法等。
3.电动汽车与电网互动虚拟仿真
（1）实验内容。探索电动汽车充放电特性、充换电设施与电网互动机理与规律，分析电动汽车和分布式可再生能源互补消纳的理论和方法、电动汽车对供电充裕性的影响机理及接入后电力系统规划/调度的理论和方法、配电系统保护/控制的理论和方法等，研究电动汽车与智能家庭、智能楼宇的互动技术，用电信息采集、双向互动服务、小区配电自动化、电动汽车有序充电、分布式电源运行控制、智能家居等技术。
（2）实验功能及效果。开发了电动汽车与电网互动虚拟仿真实验教学模型，包括V2G、V2B、V2H等，可使学生掌握配电网潮流计算、电力系统保护、电压和频率稳定、信息处理、通信工程、控制策略分析等知识；实现了电动汽车充放电的负荷特性预测仿真方法；实现了电动汽车SOC、电动汽车及充电桩等位置信息、电网负荷潮流等不同量之间信息融合及海量信息处理技术。
三、结论
智能电网虚拟仿真实验教学平台可开展可再生能源虚拟发电并网、微电网虚拟运行控制、电动汽车与电网互动等虚拟仿真实验教学，依托虚拟通信网络实现网络教学共享，满足电气工程类及相关专业本科、研究生实验教学工作，实现国内高校、境外高校及相关行业间资源共享与辐射，最大程度发挥该平台虚拟仿真高危、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。发挥了南京邮电大学大信息领域的学科优势，合理开展满足多种应用对象需求的多层次、立体化、虚实结合的多学科交叉融合虚拟仿真实验教学和科学研究。
参考文献：
[1]刘振亚.智能电网技术[M].北京：中国电力出版社，2010.
[2]赵爽.智能电网环境下电力培训中心的发展策略[J].中国电力教育，2012，（15）.
[3]余贻鑫，徐臣，贾宏杰.智能电网快速仿真与模拟任务调度优化方法[J].计算机工程与应用，2002，（3）.
[4]周永勤，周美兰，戈宝军，等.基于多组态平台工控设备虚拟仿真实验教学的研究[J].电气电子教学学报，2005，27（1）.
（责任编辑：孙晴）
关键词：智能电网；虚拟仿真；网络共享；实验教学
中图分类号：G642.423 ； ； ； ； ；文献标识码：A ； ； ； ； ；文章编号：1007-0079（2014）17-0094-02
智能电网虚拟仿真实验教学是在虚拟通信网络基础上实现的。在江苏省智能电网信息工程综合训练中心现有实验基础上，充分依托校企合作实验资源与经验，建设成三个虚拟仿真实验子平台：一是可再生能源并网控制虚拟仿真平台；二是微电网运行控制虚拟仿真平台；三是电动汽车与电网互动虚拟仿真平台。可实现电力网络通信、可再生能源发电、分布式电源协调控制、微电网智能调度、电动汽车监控等智能电网领域的虚拟仿真与实体交互实验。该平台可仿真具有高危、大电压、高成本、高消耗等特点的智能电网系统。[1，2]
一、智能电网虚拟仿真实验教学平台开发
本实验平台基于PSCAD电力仿真软件搭建虚拟电力网拓扑架构，[3]基于MATLAB编写虚拟通信网协议及控制策略，基于虚拟网络与实体网络相结合的网络通信平台，实现智能电网、可再生能源、智能用电系统之间的信息传输，完成该平台内各子实验平台仿真，并通过实体网络实现资源共享，如图1所示。其中，能量流基于虚拟电力网传输及交互，信息流基于虚拟电力专网传输及交互，整个智能电网虚拟仿真平台可通过实体网络实现资源共享。
1.可再生能源并网控制虚拟仿真平台
可再生能源并网控制虚拟仿真平台由可再生能源模块、智能用电系统及智能电网模型、信息数据采集系统及互动协调控制系统组成，智能电网负荷潮流信息经信息数据采集系统采集传输给互动协调控制系统，以便实现风电、光伏发电并网研究。基于该平台可开展以下课程实验：风电并网技术、光伏发电并网技术、信息采集技术、互动协调控制技术及相关软件开发等，培养学生在风力发电、光伏发电等方面的技能。
2.微电网运行控制虚拟仿真实验平台
微电网运行控制虚拟仿真实验平台由可再生能源模块、智能用电系统、微电网、信息数据采集系统、互动协调控制系统组成，与传统能源隔离，微电网虚拟运行控制子系统由可再生能源供电，形成微电网孤岛运行，图1给出该微电网通信网络拓扑架构。基于该平台可开展以下课程实验：风力发电技术、光伏发电技术、以太网通信技术、智能电表技术、微电网运行控制技术等，培养学生在微电网运行控制方面的技能。
3.电动汽车与电网互动虚拟仿真实验平台
电动汽车与电网互动虚拟仿真实验平台由虚拟智能电网、智能用电系统、信息数据采集系统、互动协调控制系统组成，规模化电动汽车既可作为负载从电网吸收能量，亦可作为移动储能单元给电网供电，另外电动汽车可单独为智能家庭和智能楼宇紧急供电。该平台的建立需要通过信息数据采集系统和互动协调控制系统实现信息交互，保证互动过程合理有序进行，达到使智能配电网负荷曲线平滑、智能家庭/楼宇不间断供电等目的，减小峰谷差、提高电能质量，实现信息发布、数据收集分析、互动交流、成果展示等功能。基于该平台可开展以下课程实验：电动汽车充放电逆变整流技术、电动汽车BMS技术、智能电器用电、配电网负荷潮流计算、电动汽车有序充放电、海量信息处理技术等，培养学生在电动汽车充放电、智能电网潮流计算、智能电器用电等方面的技能。
二、智能电网虚拟仿真实验平台的实验内容及功能效果
智能电网虚拟仿真实验教学平台可开展的实验项目如表1所示。
表1 ；可开展实验项目、内容及类型
序号 实验项目 实验内容 实验类型
一 可再生能源并网控制虚拟仿真 可再生能源发电设备仿真建模；电力电子功率变换器仿真建模；逆变器并网建模仿真；并网控制系统仿真分析等。 基础实验、专业实验
二 微电网运行控制虚拟仿真 虚拟元件通过网络接入微电网仿真分析；微电网经济调度运行仿真分析；微电网动态特性分析与控制。 综合实验、科研创新
三 电动汽车与电网互动虚拟仿真 电动汽车多时空尺度充电特性分析；充换电设施与电网互动机理分析，建立电动汽车与电网之间的快速可靠通信连接，实现实时控制。 综合实验、科研创新
1.可再生能源并网控制虚拟仿真实验
（1）实验内容。采用PSCAD软件、MATLAB软件、3DSMAX开发平台以及VR-Platform虚拟现实技术，[4]对风能、光伏、微型燃气轮机等可再生能源发电设备进行虚拟建模，实验仿真可再生能源逆变器并网工作过程，分析并网控制系统的安全性、灵活性、可调度性，研究可再生能源接入对电网谐波、系统压降作用及其与电网协调控制。
（2）实验功能及效果。模拟大型风力发电机组零部件应力应变的变化情况，突破了传统的二维显示的动力学设计模式和分析方法，增加了对风电机组模型和运行特性的感知性与真实性，便于学生更好地掌握风力机运行原理与风力发电机工作原理；开发了光伏发电逆变器虚拟实现模型，便于学生更好地掌握光伏发电工作原理；在虚拟通信网络和工业总线网络平台基础上，采用Cyber Maker和VR-Platform作为虚拟现实技术开发平台，模拟可再生能源拓展虚拟仿真实验教学范围、丰富虚拟仿真实验教学内容。
2.微电网运行控制虚拟仿真
（1）实验内容。构建微电网中光伏机组、风电机组、储能元件、燃料电池装置、电动汽车、保护信号和开关状态等虚拟元件，模拟虚拟元件通过网络接入微电网的动态过程，仿真分析微电网孤岛与并网运行的潮流分析及其动态运行特性，掌握适用于微电网分布式发电逆变接口系统技术、在线网络支撑控制技术、多类型机组并联技术等研究，探索微电网运行频率控制、电压控制策略。 （2）实验功能及效果。拓展微电网并网及孤岛运行虚拟仿真实验教学范围、丰富虚拟仿真实验教学内容，开拓学生视野、提升知识结构、培养综合设计和创新能力；完成包括带方向过流及负序保护、欠/过电压、欠/过频率保护等，完成并网点遥测、遥信、遥控等，使学生掌握微电源孤岛运行与并网运行模型、原理等；实现了微电网负荷潮流计算方法、节点配置方法、协调控制策略，使学生掌握储能对微电网稳定运行的作用机理与控制方法、分布式储能的规划设计方法等。
3.电动汽车与电网互动虚拟仿真
（1）实验内容。探索电动汽车充放电特性、充换电设施与电网互动机理与规律，分析电动汽车和分布式可再生能源互补消纳的理论和方法、电动汽车对供电充裕性的影响机理及接入后电力系统规划/调度的理论和方法、配电系统保护/控制的理论和方法等，研究电动汽车与智能家庭、智能楼宇的互动技术，用电信息采集、双向互动服务、小区配电自动化、电动汽车有序充电、分布式电源运行控制、智能家居等技术。
（2）实验功能及效果。开发了电动汽车与电网互动虚拟仿真实验教学模型，包括V2G、V2B、V2H等，可使学生掌握配电网潮流计算、电力系统保护、电压和频率稳定、信息处理、通信工程、控制策略分析等知识；实现了电动汽车充放电的负荷特性预测仿真方法；实现了电动汽车SOC、电动汽车及充电桩等位置信息、电网负荷潮流等不同量之间信息融合及海量信息处理技术。
三、结论
智能电网虚拟仿真实验教学平台可开展可再生能源虚拟发电并网、微电网虚拟运行控制、电动汽车与电网互动等虚拟仿真实验教学，依托虚拟通信网络实现网络教学共享，满足电气工程类及相关专业本科、研究生实验教学工作，实现国内高校、境外高校及相关行业间资源共享与辐射，最大程度发挥该平台虚拟仿真高危、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。发挥了南京邮电大学大信息领域的学科优势，合理开展满足多种应用对象需求的多层次、立体化、虚实结合的多学科交叉融合虚拟仿真实验教学和科学研究。
参考文献：
[1]刘振亚.智能电网技术[M].北京：中国电力出版社，2010.
[2]赵爽.智能电网环境下电力培训中心的发展策略[J].中国电力教育，2012，（15）.
[3]余贻鑫，徐臣，贾宏杰.智能电网快速仿真与模拟任务调度优化方法[J].计算机工程与应用，2002，（3）.
[4]周永勤，周美兰，戈宝军，等.基于多组态平台工控设备虚拟仿真实验教学的研究[J].电气电子教学学报，2005，27（1）.
（责任编辑：孙晴）