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智能配电网仿真实验教学是在智能配电网仿真平台上实施的，该平台主要包含三个功能模块：一是智能电网运行规划模块，该模块集信息技术、优化技术为一体，为电网运行规划奠定实践基础;二是自愈控制技术模块，该模块提供含分布式电源的自愈配电网保护与控制技术;三是微电网运行与控制模块，该模块分析含分布式发电的微电网运行状态，提供微电网优化运行的控制方式。
智能配电网仿真平台介绍
本实验平台是基于美国电力科学研究院的OpenDSS仿真工具，在江苏省智能电网信息工程综合训练中心现有实验平台基础上，通过开发智能配电网运行规划、自愈控制技术和并网/孤网运行控制等仿真模块而实现的，能够对智能配电网的实例场景进行仿真。如图1所示，仿真平台包含三个部分。第一部分是人机交互界面，提供配电网数据统计、结果输出打印、信息告警等。第二部分是数据储存与处理平台，储存大量的历史和实时数据，并根据需要对数据进行处理。第三部分是功能模块平台，提供智能配电网运行规划、自愈控制技术和微电网运行控制分析。
智能配电网运行规划模块
地理信息系统（GIS）将地学空间数据处理与计算机技术相结合，通过系统建立、操作与模型分析，产生对区域规划及管理决策等方面的有用信息，因此地理信息系统非常合适作为配电网规划设计的数据基础。GIS系统具有强大的空间数据处理和网络分析能力，可以方便地处理配电系统与空间有关的信息，这能极大地方便规划数据的管理，提高配电网规划工作效率。
该模块是基于GIS的集数据管理、网络分析与评价、网络优化规划为一体的规划平台，是智能配电网科学规划的基础，对配电网科学化管理和经济运行有着非常重要的意义。模块是通过借鉴国外一些基于GIS的配电网管理软件，采用一些成熟的平台和组件技术、规范信息结构和各组件的接口实现而来的。
自愈控制技术模块
配电网自愈控制技术是指配电网的自我预防和自我恢复能力。实施自愈控制技术的目的是为了能及时发现、诊断和消除潜在隐患，避免配电网运行恶化;在故障发生后，能快速切除故障，维持配电网可靠运行;进行优化分析，提高配电网运行安全裕度;以及让配电网运行在更经济的状态。
该模块中自愈控制策略分为四步：紧急控制、恢复控制、校正控制和预防控制。控制流程如图2所示。仿真模拟时，基于实时调度结果，形成自愈控制策略，通过基于无线网络传感器的电气设备在线监控系统，控制可编程逻辑的配电网保护装置（逻辑编程达到保护的元件级并支持在线动态修改定值），调整配电网运行方式和分布式电源的投/退，完成智能配电网自愈控制。
微电网运行控制模块
微电网构成主要包括分布式电源和负荷。在正常情况下，微电网与配电网之间的开关是闭合的，微电网与配电网并网运行，这种运行模式称为联网模式;当配电网发生故障或是配电网电能质量不满足要求时，微电网与配电网之间的开关断开，微电网独立运行，这种运行模式称为孤网模式。因此，微电网运行控制主要是指在保证配电网和微电网的安全稳定的前提下，控制微电网的运行模式切换。微电网模式切换分为计划并网转孤网和计划孤网转并网两种情况。
该模块采取分布式协调/自适应控制方式，基于3层Multi-Agent结构，可以实现继电保护、稳定补救和无功补偿装指定值的自适应修改，以及实现解列后微电网的分布式智能控制。另外，各级EMS、DMS、厂站自动化系统之间的分布协调控制，也是由认知层、协作层和反应层构成的Multi-Agent来实现的。
智能配电网仿真平台实验内容
在智能配电网仿真平台的基础上，根据本科生所学的相关知识和培养要求，设计了一个适用于电气工程专业本科生的2学时专业实验，以提高本科生对配电网基本概念和配电网规划的相关知识的理解。根据研究研究生所学的相关知识和培养要求，设计了两个适用于电力系统专业研究生的6学时科研创新实验，以提高研究对配电网运行与控制相关知识的理解，增强研究生在配电网相关领域研究的基础和创造性。设计的3个实验如表1所示。
表1 实验项目设置
序号 实验项目 实验内容 学时 实验类型 适用学生
1 智能配电网运行规划 居民小区负荷特性分析和预测;小区配电网供电能力和可靠性分析;配电网无功分布优化分析 2 专业基础 本科生
2 配电网自愈控制技术仿真 配电网故障风险分析;配电网分布式协调/自适应控制技术仿真 6 科研创新 研究生
3 微电网并网/孤网运行控制 微电网并网运行与控制仿真;微电网孤网运行与控制仿真;微电网故障诊断与分析;微电源对微电网保护策略的影响仿真 6 科研创新 研究生
智能配电网运行规划
（1）实验内容
本实验内容包括以居民小区为单位，对负荷进行分类、特性分析和模式辨识，预测含分布式电源配电网的电力负荷;分析分布式电源对配电网各类指标的影响，评价考虑负荷转移的配电网最大供电能力;分析含分布式电源的配电网的可靠性，分析分布式电源不同运行方式对配电网可靠性的影响;分析/规划含分布式电源的智能配电网的无功分布。
开展智能配电网规划，是为了找到最好的方法使得配电网建设投资方案最优。因此，在进行以上实验内容时，需要满足配电网规划的一些基本要求：保证供电质量;满足负荷增长的需要;经济性;同环境协调一致。
（2）实验效果和目的
基于GIS的配电网运行规划模块能够直观地展示以小区为单位的负荷时空变化曲线，便于学生理解配电网的电力负荷特性和运行模式。通过配电网电气接线的显示和联络开关操作的动画演示，利于学生理解负荷转移的具体过程。通过把相关电气量显示在配电网电气接线图上，并对电气量变化进行动画显示，可以让学生直观地理解分布式电源对配电网可靠性和无功分布的影响。 配电网自愈控制技术仿真
（1）实验内容
基于实时测量的概率风险评估，预测最有可能失败的设备、发电设备和线路;实时应急分析配电网整体的健康水平，预测可能导致电网故障发展的早期故障事件;配电网出现故障或发生其他问题时，基于对地和远程设备通信得到电压、电能质量、过载等信息，分析应对配电网故障所采取的分布式协调/自适应控制手段的效果。
（2）实验效果和目的
通过对配电网故障风险的评估、设备运行失败的预测，让学生理解配电网可靠性评估的具体内容和主要方法。平台分别在时间和空间两个维度上对配电网的电气量进行动画显示，让学生直观感受分布式协调/自适应控制带来的配电网自愈效果。
微电网并网/孤网运行控制
（1）实验内容
微电网在并网运行情况下，对接入点的潮流方向进行控制;微电网在并网运行情况下，微电网内部故障对配电网的影响分析以及微电网对配电网故障的支持作用分析;微电网在孤网运行情况下，计算微电网内故障电流大小，设计合适的故障诊断方式;分析微电源（分布式发电系统、电动汽车、储能元件）和负荷对保护的影响，制定合适的微电网保护策略。
（2）实验效果和目的
平台构建的微电源发电系统、微电网运行控制、电动汽车等仿真模块，可使学生了解微电网的构成、运行方式和控制技术。通过开合微电网与配电网之间的开关，让学生理解微电网并网/孤网运行方式。通过调整微电网内的微电源出力和负荷大小，掌握接入点的潮流方向控制方法。通过在微电网和配电网内设置故障，让学生了解故障对微电网和配电网的影响，掌握故障电流大小计算方法。平台对微电网和配电网对故障的响应进行动画显示，让学生直观感受配电网保护动作的全过程，利于学生对实验结果和内容的理解。
智能配电网仿真实验教学平台可开展智能电网运行规划、自愈控制技术和微电网控制技术的仿真实验教学，可以满足电气工程类及相关专业本科、研究生的智能配电网课程的实验教学工作。该仿真平台是在GIS和OpenDSS等的基础上通过开发相应的模块实现的，能够动画显示智能电网运行规划结果、自愈控制技术给配电网运行状态带来的改变和微电网控制技术对微电网和配电网故障的支持作用，让学生直观感受仿真结果，利于学生对实验内容和方法的加深理解。（作者供职于南京邮电大学自动化学院电气工程系）
智能配电网仿真平台介绍
本实验平台是基于美国电力科学研究院的OpenDSS仿真工具，在江苏省智能电网信息工程综合训练中心现有实验平台基础上，通过开发智能配电网运行规划、自愈控制技术和并网/孤网运行控制等仿真模块而实现的，能够对智能配电网的实例场景进行仿真。如图1所示，仿真平台包含三个部分。第一部分是人机交互界面，提供配电网数据统计、结果输出打印、信息告警等。第二部分是数据储存与处理平台，储存大量的历史和实时数据，并根据需要对数据进行处理。第三部分是功能模块平台，提供智能配电网运行规划、自愈控制技术和微电网运行控制分析。
智能配电网运行规划模块
地理信息系统（GIS）将地学空间数据处理与计算机技术相结合，通过系统建立、操作与模型分析，产生对区域规划及管理决策等方面的有用信息，因此地理信息系统非常合适作为配电网规划设计的数据基础。GIS系统具有强大的空间数据处理和网络分析能力，可以方便地处理配电系统与空间有关的信息，这能极大地方便规划数据的管理，提高配电网规划工作效率。
该模块是基于GIS的集数据管理、网络分析与评价、网络优化规划为一体的规划平台，是智能配电网科学规划的基础，对配电网科学化管理和经济运行有着非常重要的意义。模块是通过借鉴国外一些基于GIS的配电网管理软件，采用一些成熟的平台和组件技术、规范信息结构和各组件的接口实现而来的。
自愈控制技术模块
配电网自愈控制技术是指配电网的自我预防和自我恢复能力。实施自愈控制技术的目的是为了能及时发现、诊断和消除潜在隐患，避免配电网运行恶化;在故障发生后，能快速切除故障，维持配电网可靠运行;进行优化分析，提高配电网运行安全裕度;以及让配电网运行在更经济的状态。
该模块中自愈控制策略分为四步：紧急控制、恢复控制、校正控制和预防控制。控制流程如图2所示。仿真模拟时，基于实时调度结果，形成自愈控制策略，通过基于无线网络传感器的电气设备在线监控系统，控制可编程逻辑的配电网保护装置（逻辑编程达到保护的元件级并支持在线动态修改定值），调整配电网运行方式和分布式电源的投/退，完成智能配电网自愈控制。
微电网运行控制模块
微电网构成主要包括分布式电源和负荷。在正常情况下，微电网与配电网之间的开关是闭合的，微电网与配电网并网运行，这种运行模式称为联网模式;当配电网发生故障或是配电网电能质量不满足要求时，微电网与配电网之间的开关断开，微电网独立运行，这种运行模式称为孤网模式。因此，微电网运行控制主要是指在保证配电网和微电网的安全稳定的前提下，控制微电网的运行模式切换。微电网模式切换分为计划并网转孤网和计划孤网转并网两种情况。
该模块采取分布式协调/自适应控制方式，基于3层Multi-Agent结构，可以实现继电保护、稳定补救和无功补偿装指定值的自适应修改，以及实现解列后微电网的分布式智能控制。另外，各级EMS、DMS、厂站自动化系统之间的分布协调控制，也是由认知层、协作层和反应层构成的Multi-Agent来实现的。
智能配电网仿真平台实验内容
在智能配电网仿真平台的基础上，根据本科生所学的相关知识和培养要求，设计了一个适用于电气工程专业本科生的2学时专业实验，以提高本科生对配电网基本概念和配电网规划的相关知识的理解。根据研究研究生所学的相关知识和培养要求，设计了两个适用于电力系统专业研究生的6学时科研创新实验，以提高研究对配电网运行与控制相关知识的理解，增强研究生在配电网相关领域研究的基础和创造性。设计的3个实验如表1所示。
表1 实验项目设置
序号 实验项目 实验内容 学时 实验类型 适用学生
1 智能配电网运行规划 居民小区负荷特性分析和预测;小区配电网供电能力和可靠性分析;配电网无功分布优化分析 2 专业基础 本科生
2 配电网自愈控制技术仿真 配电网故障风险分析;配电网分布式协调/自适应控制技术仿真 6 科研创新 研究生
3 微电网并网/孤网运行控制 微电网并网运行与控制仿真;微电网孤网运行与控制仿真;微电网故障诊断与分析;微电源对微电网保护策略的影响仿真 6 科研创新 研究生
智能配电网运行规划
（1）实验内容
本实验内容包括以居民小区为单位，对负荷进行分类、特性分析和模式辨识，预测含分布式电源配电网的电力负荷;分析分布式电源对配电网各类指标的影响，评价考虑负荷转移的配电网最大供电能力;分析含分布式电源的配电网的可靠性，分析分布式电源不同运行方式对配电网可靠性的影响;分析/规划含分布式电源的智能配电网的无功分布。
开展智能配电网规划，是为了找到最好的方法使得配电网建设投资方案最优。因此，在进行以上实验内容时，需要满足配电网规划的一些基本要求：保证供电质量;满足负荷增长的需要;经济性;同环境协调一致。
（2）实验效果和目的
基于GIS的配电网运行规划模块能够直观地展示以小区为单位的负荷时空变化曲线，便于学生理解配电网的电力负荷特性和运行模式。通过配电网电气接线的显示和联络开关操作的动画演示，利于学生理解负荷转移的具体过程。通过把相关电气量显示在配电网电气接线图上，并对电气量变化进行动画显示，可以让学生直观地理解分布式电源对配电网可靠性和无功分布的影响。 配电网自愈控制技术仿真
（1）实验内容
基于实时测量的概率风险评估，预测最有可能失败的设备、发电设备和线路;实时应急分析配电网整体的健康水平，预测可能导致电网故障发展的早期故障事件;配电网出现故障或发生其他问题时，基于对地和远程设备通信得到电压、电能质量、过载等信息，分析应对配电网故障所采取的分布式协调/自适应控制手段的效果。
（2）实验效果和目的
通过对配电网故障风险的评估、设备运行失败的预测，让学生理解配电网可靠性评估的具体内容和主要方法。平台分别在时间和空间两个维度上对配电网的电气量进行动画显示，让学生直观感受分布式协调/自适应控制带来的配电网自愈效果。
微电网并网/孤网运行控制
（1）实验内容
微电网在并网运行情况下，对接入点的潮流方向进行控制;微电网在并网运行情况下，微电网内部故障对配电网的影响分析以及微电网对配电网故障的支持作用分析;微电网在孤网运行情况下，计算微电网内故障电流大小，设计合适的故障诊断方式;分析微电源（分布式发电系统、电动汽车、储能元件）和负荷对保护的影响，制定合适的微电网保护策略。
（2）实验效果和目的
平台构建的微电源发电系统、微电网运行控制、电动汽车等仿真模块，可使学生了解微电网的构成、运行方式和控制技术。通过开合微电网与配电网之间的开关，让学生理解微电网并网/孤网运行方式。通过调整微电网内的微电源出力和负荷大小，掌握接入点的潮流方向控制方法。通过在微电网和配电网内设置故障，让学生了解故障对微电网和配电网的影响，掌握故障电流大小计算方法。平台对微电网和配电网对故障的响应进行动画显示，让学生直观感受配电网保护动作的全过程，利于学生对实验结果和内容的理解。
智能配电网仿真实验教学平台可开展智能电网运行规划、自愈控制技术和微电网控制技术的仿真实验教学，可以满足电气工程类及相关专业本科、研究生的智能配电网课程的实验教学工作。该仿真平台是在GIS和OpenDSS等的基础上通过开发相应的模块实现的，能够动画显示智能电网运行规划结果、自愈控制技术给配电网运行状态带来的改变和微电网控制技术对微电网和配电网故障的支持作用，让学生直观感受仿真结果，利于学生对实验内容和方法的加深理解。（作者供职于南京邮电大学自动化学院电气工程系）