案例分享 | 智能电网变电站综合自动化虚拟仿真实验

电能作为一种经济、实用、清洁且容易控制和转换的能源形态，在国民经济各个领域中广泛应用，是人民生活中不可或缺的主要能源应用形式。日常生活中使用的电能主要来自其他形式能量的转换，其转换与控制是由电力系统及其控制系统完成的，而电网综合自动化系统是保证电力系统可靠运行的基础。

 背景与痛点

随着国民经济的不断发展，我国也已进入第三代智能电网大规模发展和建设的阶段，对相关人才的需求较为迫切，培养满足第三代电网建设需求的电气工程专业技术人才成为高等学校相关学科的紧迫任务。

目前，从培养满足第三代电网技术要求的专业技术人才的角度来看，传统的教学方法与设施存在着教学内容滞后、学生感性认知度低、实验操作具有危险性、学生实践机会较少等诸多不足，因此，基于虚拟仿真技术的智能电网实验教学平台可以克服上述缺点，已成为实验教学的发展方向。

解决方案：原则与方针

基于此，恒点与东南大学共同开发设计智能电网变电站综合自动化虚拟仿真实验。实验以实际江苏电网为蓝本，融合国家“双碳目标”的关键元素，聚集于“新能源”和“电力系统调度”两个焦点，有力推进国家低碳发展。大规模电力系统中新能源并网处于高电压大电流的危险环境中，同时电网安全关系到国计民生，无法在实际系统中做故障实验或电网崩溃实验。

本实验项目源于工程实际和科研前沿，经过精心设计，构建出“理论方法教学+虚拟实物仿真+工程实际操作”的实验体系，掌握《电力系统稳态分析》、《电力系统暂态分析》等专业核心课程的关键知识点，让学生通过“理论方法教学”夯实调度知识，通过“虚拟实物仿真”加强系统感知和知识理解，最终在虚拟真实环境下进行“工程实际操作”提升操作技能和培养创新能力。

解决方案：设计亮点

实验根据教学需求，共分为电力系统认知和电网调度、电力系统运行调度、电力系统故障处置三个板块。

（1）电力系统认知和电网调度

学生首先会进入虚拟调度大厅，浏览真实的调度场景。调度大厅内部主要包含大屏、工位、虚拟电脑。大屏上上方展示系统的全局统计信息，并且将根据实时电网调度结果动态变化。调度大厅中大屏上的各个模块闪烁，学生可以依次点击闪烁的模块进入子场景认知设备结构及运行原理。

在电力系统认知网络拓扑子界面，分别点击沙盘上闪烁的“火电厂”、“风电场”、“光伏电站”、“变电站”和“线路”，可以观察电气设备的相应实际模型，子界面会出现相应标签说明其组成部分。其中，在风电场和光伏电站中，会计及天气状况的随机性，展现出新能源出力的特性曲线，并为后续实验做基础。

（2）电力系统运行调度

运行系统对电压的控制，是安排和充分利用电网中的无功功率补偿容最和调节能力，随时保持正常运行情祝下和事故情况后电网中各枢纽点电压值不超过规定限颊，并保证电力系统的安全稳定运行。

当大量的温控负荷被合理的控制时,能发挥出高度有效的聚合灵活性,这种特性使得温控负荷为智能电网提供多种多样的辅助服务。

（3）电力系统故障处置

故障不处置：三维的场景沉浸式的展现故障的危害。

故障处置：在相对应的各个变电站和发电厂接收到调度大厅的调度指令，调整至目标值后，进入故障处理的实践环节。

结语

恒点与东南大学共同开发设计的智能电网综合自动化虚拟仿真实验，通过教学软件平台能够重现智能电网系统中自动装置与继电保护功能实现的原理及各种物理过程，使得学生通过仿真教学软件平台的操作与练习，理解和掌握电力系统运行、故障、自动装置与继电保护的原理。

通过交互式虚拟仿真实验教学平台，避免传统实验教学中的可能接触到高电压、大电流的危险性，学生可以自主设计和改进实验环节，培养学生的创新思维和创新设计能力，达到良好的教学效果与目的。