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基于电力系统动态模拟交直流混合微电网实验室建设方案

1.项目名称：基于电力系统动态模拟交直流混合微电网实验室
2.申请理由
基于电力系统动态模拟交、直流混合微电网系统的优点并不局限于有效集成分布式能源，更具备能量管理与调度、电能质量治理与控制、支持各端口灵活地切除与投入（即插即用）、协同保护等作用。在主干电网的末端或关键连接点配置多端口变换器系统，取代传统模式下各种能源或负载直接接入电网的方式，具有以下优点：
（1）有效解决分布式能源与各种负载的间歇性与不确定性问题；
（2）优化主网运行控制，并参与电能质量的协同治理；
（3）潮流柔性可控，实现多品位能源的协调优化互补，提升电网运营水平；
（4）可提供不同等级、不同属性的定制化电能服务，适应负载多样化的需求；
（5）在少数端口故障情况下可实现故障穿越，保持其他端口正常工作等。
提高实验教学水平
新能源微电网技术将为我校电气专业注入新的内涵，技术方向符合国家新技术发展指南。新能源微电网实验平台的建设能在未来10年内为我校培养智能微电网与新能源方面的专业人才不少于1000人。新能源发电及微电网实验平台涉及电气众多学科，专业技术几乎涵盖了电气工程的主要核心课程：《电力电子技术》、《电力系统分析》、《供配电技术》、《电力系统继电保护》、《电机控制技术》、《新能源发电技术》、《配电网络》以及相关课程，通过新能源微电网的建设，能够使得我校在微电网方面的实验条件处于领先水平，为学生系统学习电力系统及新能源技术提供保障，培养具有动手能力与工程实践结合紧密的人才。
根据现有教学情况，采购实验设备需采用工业级产品，又与教学紧密结合，使学生通过对工业实际产品的学习，了解电力方面的基本法规和电力系统的最新进展与发展动态，从而具有较强的电气设备施工、安装、调试能力和电力工程技术管理的基本能力，具有较强的电厂、变电站、供配电系统及电气设备运行与维护能力和现场事故分析及处理的能力，具有应用新系统、新技术的初步能力。
加速学科建设步伐
根据初步调研，新能源微电网特别是多能源微网技术示范，目前在国内应用较少，我校通过在国内领先建设新能源微电网示范工程，对提高学生、教师的专业应用水平和研究能力产生巨大推动作用，主要体现在三个方面：一是提升人才培养方式，使学生从教学仪器的学习转变为对真实电气设备的学习，体现我院的应用型教学特色；二是建设多功能的实验与科研平台，为创新实验与课程设计以及教师科研项目的申报提供重要基础，提升我院的专业研究水平；三是助力电气学科评估与电气工程硕士学位授权点申报，促进提升电气特色优势专业。
提升服务社会能力
微电网实验平台的建设，力求采用真实环境下微电网建设需求，让老师和学生通过该平台的学习能熟练掌握微电网控制以及微电网与配电网并联运行技术，达到学校与社会、教学与科研、学习与应用的无缝连接，提高产教融合，培养应用型人才的效果，使我校电气工程专业能通过新能源发电及微电网实验平台的建设，以及教学科研的积累，通过产、学、研相结合，更好地服务社会，为当地的经济发展和科技进步做出贡献。
3.项目的必要性、方案的合理性、预算的可行性、招标技术参数的可操作性
根据学校的指导方针，为深化实践教学改革、优化实践教学团队、完善实践环境建设、拓展实践教学功能，构建以技术为主线，层次化、模块化的实践教学体系，满足多层次、多专业的实践需求，计算机与控制工程学院在现有实验教学条件下，将进一步完善“机电工程实训中心（强电部分）”的建设。机电工程实训中心（强电部分）现已建设5间实验室，但缺少《电工技术》、《电路》等课程的基础实验室。现有这些课程的实验内容基于实验室老师自制的电路板进行开设，造成实验内容数量少且单一；实验场地狭小、配套的实验设备陈旧、部分已经老化，仪器设备功能单一化，严重制约和影响了本科生的实践环节；导致有些基础实践性课程因为实验设备的不足或者条件不成熟正面临更改教学计划，这将会弱化学生的动手能力和实际应用能力，从而影响到后续的专业课程。随着专业实验室的不断完善，加快建设基础实验室势在必行。特依托机电工程实训中心提出电工基础实验室建成后，将对全校学生进行电工类基础实验的授课或培训，并创建开放式实验项目，以大大提高基础实验室的使用率和整体提升全校学生的实践操作能力。为了完成实验室的建设，制定了实验室建设方案和设备购置经费预算方案，为了确保实验室建设方案合理性，组织专家对设备购置方案进行论证。
4.基本要求
基于电力系统动态模拟交、直流混合微电网实验室系统不仅能满足本科高校传统的“电路分析”、“电工基础”、“电力电子技术”等有关课程实验教学要求，还能够满足本科院校的电路创新、电工电路虚拟仿真、工程训练、毕业设计及课程设计等功能要求，该系统和装备适合作为高校培养应用型人才的基础教学设备。
建设该实验平台不仅能够满足学院教学需求，还可以为师生搭建科研以及创新实践的平台。这对提升教师的科研水平和学生创新实践能力都有很大的帮助。
5.设计要求
为适应电力行业对电气相关专业毕业生能力的要求，提高我校电气工程领域实践教学水平，结合我校电气工程实验室管理及运行的实际情况，本项目拟建设新能源发电及微电网实验平台。
依托本实验平台，可以完成《电力电子技术》、《电力系统分析》、《供配电技术》、《电力系统继电保护》、《电机控制技术》、《新能源发电技术》、《配电网络》等教学实验，还可以完成相关课程的课程设计、专业综合设计、实践创新设计、毕业设计和生产实习；同时，该平台可作为“大学生电子设计大赛”“大学生挑战杯”“互联网+大学生创新创业大赛”等竞赛的实训平台。此外，依托该平台还可以开展与分布式电源并网和微电网系统相关的科研工作，培养一批面向智能微电网、新能源发电领域前沿科技的人才，满足地区及国内新能源发电产业的需求。
基于该平台，新开的实验项目具体包括10个大类：

（1）同步发电机及自动装置实验

直流电动机的调速实验；

微机励磁调节实验；

同步发电机的起励实验；

励磁系统控制方式及其相互切换实验；

逆变灭磁和跳灭磁开关灭磁实验；

同步发电机的强励实验；

欠励限制实验；

过励限制实验；

微机准同期基本操作实验；

手动准同期并网实验；

半自动准同期并网实验；

自动准同期并网实验；

发电机的空载特性实验；

发电机的负载特性实验；

发电机的外特性实验；

发电机的调整特性实验。

（2）发电机微机保护实验

比率制动式差动保护；

TA断线；

定子一点接地保护；

失磁静稳阻抗保护；

失磁异步阻抗保护；

逆功率保护；

复合电压记忆过流保护；

定子过负荷保护；

负序过流保护；

低电压保护；

过电压保护。

(3) 电力系统分析实验

单回路稳态对称运行实验；

电力系统故障计算分析实验；

切机、切负荷稳定实验；

无调节励磁时功率特性及功率极限的测定；

手动调节励磁时功率特性和功率极限的测定；

短路类型对电力系统暂态稳定性的影响实验；

故障切除时间对暂态稳定的影响实验；

有无强励磁对暂态稳定性影响实验；

线路重合闸及其对系统暂态稳定性影响的实验；

同步发电机异步运行和再同步实验；

甩负荷实验；

低周减载实验。

(4) 电力监控自动化系统实验

电力系统实时监控实验；

实时监测实验；

监控系统数据库基础数据表维护；

数据库中保护装置模板库及装置库配置；

监控软件组态及定义；

继保工程师站数据库基础数据表维护；

继保工程师站数据库中保护装置模板库及装置库配置；

继保工程师站监控界面的组态及定义；

故障录波；

报表、曲线及历史报警浏览；

系统日志及事故追忆；

遥测、遥信、遥控功能实验；

原始波形显示。

（5）光伏发电系统
1）光伏发电仿真平台认知实验；
2）三相电压采集实验（验证）；
3）直流电压采集实验（验证）；
4）光伏最大功率点跟踪实验（研究）；
5）光伏并网运行控制策略实验（创新）；
6）光伏孤岛运行控制策略实验（创新）；
7）光伏发电系统实时保护实验（研究）；
（6）风力发电系统
1）直驱式风力发电仿真平台认知；
2）背靠背式三相交流变频器原理验证实验（验证）；
3）自然风模拟控制实验（研究）；
4）背靠背式变频器电压、电流输出实验（验证）；
5）模拟风机三相交流并网实验（研究）；
6）背靠背式变频器控制方法研究实验（创新）；
7）背靠背式变频器SVPWM算法研究实验（创新）；
8）风力发电系统实时保护实验（研究）；
（7）储能平台部分实验
1）磷酸铁锂电池性能介绍；
2）锂电池组串并组合实验（验证）；
3）双向DC/DC恒压控制实验（研究）；
4）双向DC/DC恒流控制实验（研究）；
5）锂电池充电策略优化实验（创新）；
6）BMS电池管理系统实验（创新）；
7）锂电池保护实验（研究）；
（8）微网系统整体实验：
1）微网的认知；
2）系统接线及操作实验（研究）；
3）可控可调负载RLC部分实验（验证）；
4）交直流混合微电网运行实验（研究）；
5）直流微电网切除及独立运行实验（创新）；
6）交流微电网切除及独立运行实验（创新）；
7）本地监控和远程监控控制方式切换（研究）；
8）能量管理调度策略-系统出力控制（研究）；
9）能量管理调度策略-削峰填谷策略（研究）；
10)新能源高渗透率输电网影响实验；
11）风火打捆输出，电力系统影响实验；
12）储能电站在输电网能源调度影响实验；
（9）系统开源部分：
1）控制板、采集板、功率板、电容板、驱动板等板卡硬件原理（研究）；
2）DSP的入门、使用和烧写实验（研究）；
3）CCS软件使用（研究）；
4）软件开发流程讲解；
（6）新能源发电技术实验
1）直驱风力发电实验（创新）；
2）光伏发电实验（创新）；
（10）配网部分实验
1）低电压穿越实验（研究）；
2）过/欠压，过/欠频实验（研究）；
3）配电网防孤岛实验（创新）；
3）充电桩性能测试实验（验证）；
4）负载曲线设置与分析实验（验证）；
6.平台特点
（1）平台式设计，给学校带来自由空间，院校可设计符合自身学校要求的实验内容；
（2）开源式设计，在保证设备安全的前提下，提供部分控制算法源代码，并配合学校开展控制算法修改验证等功能试验；
（3）要求实验柜体采用透明玻璃门，使设备线路及元件一目了然，加强学生对线路及器件的感性认识；
（4）完善的保护功能，不仅保护学生的生命安全，也给学生独立完成实验提供了保障；
（5）多种实验模式:设计性、综合性、分析性、验证性等多种实验模式；
（6）方案为“交钥匙”工程，承制方需完成完整系统调试；
7.工作条件参数要求
（1）整机可接入容量：≥100kW；
（2）系统整体外形尺寸：＜15m（长）×5m（宽）×4 m（高）；
（3）总重量：≤3t；
（4）工作电源：三相三线/380V/50Hz/300Arms；
（5）工作环境温度：-10℃~40℃；
（6）工作环境湿度：＜60%；
（7）一次设备防护等级：IP20。

二、设备清单表

序号		货物名称	单位	数量
1	基于电力系统动态模拟实验系统	5kVA模拟火电机系统	套	1
2		三相隔离变压器	套	1
3		输电线路故障Ⅰ	套	1
4		输电线路故障Ⅱ	套	1
5		输电线路故障Ⅲ	套	1
6		输电线路故障Ⅳ	套	1
7		输电线路故障Ⅴ	套	1
8		50kVA无穷大变压器	套	1
9		50kVA无穷大调压器	套	1
10		30KW双向电网模拟器	套	1
11		综合自动化监控系统	套	1
12	基于源端新能源实验系统	光伏模拟源	套	1
13		光伏阵列模拟测试系统	套	1
14		光伏并网逆变柜（开放式架构）	套	1
15		直驱模拟风电机组	套	1
16		直驱风电机组模拟调速柜	套	1
17		直驱风力发电模拟调速系统	套	1
18		直驱风机背靠背变流柜（开放式架构）	套	1
19		双馈模拟风电机组	套	1
20		双馈风电机组模拟调速柜	套	1
21		双馈风力发电模拟调速系统	套	1
22		双馈风机变流柜（开放式架构）	套	1
23	基于380V交流微电网系统	并网接入柜	套	1
24		光伏模拟源	套	1
25		光伏阵列模拟测试系统	套	1
26		光伏并网逆变柜（开放式架构）	套	1
27		光伏发电能源监控系统	套	1
28		光伏变流开放式快速开发系统	套	1
29		直驱模拟风电机组	套	1
30		直驱风电机组模拟调速柜	套	1
31		直驱风力发电模拟调速系统	套	1
32		直驱风机背靠背变流柜（开放式架构）	套	1
33		直驱风力发电能源监控软件	套	1
34		直驱风力变流开放式快速开发系统	套	1
35		双馈模拟风电机组	套	1
36		双馈风电机组模拟调速柜	套	1
37		双馈风力发电模拟调速系统	套	1
38		双馈风机变流柜（开放式架构）	套	1
39		双馈风力发电能源监控软件	套	1
40		双馈风力变流开放式快速开发系统	套	1
41		RLC可编程模拟负载	套	1
42		交流充电桩	套	1
43		储能双向变流器PCS（开放式构架）	套	1
44	基于400V直流微电网系统	光伏PV阵列模拟源	套	1
45		光伏阵列模拟测试系统	套	1
46		光伏DC/DC变流器（开放式构架）	套	1
47		光伏DC-DC开源资料	套	1
48		直驱模拟风电机组	套	1
49		直驱风电机组模拟调速柜	套	1
50		直驱风力发电模拟调速系统	套	1
51		直驱风机AC-DC变流柜（开放式架构）	套	1
52		双向锂电池DC-DC变流器（开放式构架）	套	1
53		磷酸铁锂电池组	套	1
54		储能电池BMS管理系统	套	1
55		双向超级电容DC-DC变流器（开放式构架）	套	1
56		超级电容组	套	1
57		DC-DC变流开放式快速开发系统	套	1
58		可编程直流负载	套	1
59	微电网监控系统	微电网集中控制器	套	1
60		微电网集中通讯规约调度系统	套	1
61		智能微电网监控系统	套	1
62		智能微网管理优化与决策支持系统	套	1
63		操作琴台、电脑、交换机等	套	1
64		大型拼接监控视屏	套	1