智能微電網(wǎng)集信息技術(shù)、新能源技術(shù)、分布式發(fā)電技術(shù)等為一體，以專(zhuān)業(yè)智慧構(gòu)建節(jié)能高效、綠色環(huán)保、安全可靠的電力系統(tǒng)，助力國(guó)家堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展。微電網(wǎng)作為智能電網(wǎng)重要的組成部分，對(duì)新能源推廣、節(jié)能降耗、降低炭排放具有重要意義[1-2,6]。

    我校電氣工程專(zhuān)業(yè)類(lèi)依托我省電力行業(yè)快速發(fā)展和壯大，有著明顯的行業(yè)背景與特色。在山西乃至全國(guó)電力行業(yè)，有著不可替代的作用。電力系統(tǒng)是現(xiàn)代化技術(shù)集成最高的行業(yè)之一，對(duì)學(xué)生知識(shí)、技能的要求不斷提高。微電網(wǎng)是電力系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向之一，其是以分布式電源為基礎(chǔ)的小型模塊化、分散式的供能網(wǎng)絡(luò)，是發(fā)揮分布式發(fā)電效益的有效途徑。

    它不僅能提高供電質(zhì)量和可靠性，而且能減輕環(huán)境和能源壓力，還可以為大電網(wǎng)黑起動(dòng)提供后備電源，是大電網(wǎng)的有力補(bǔ)充，更是智能電網(wǎng)的重要組成部分。

     微電網(wǎng)的最大優(yōu)勢(shì)是提高了電力系統(tǒng)面臨突發(fā)災(zāi)難時(shí)的抗災(zāi)能力。大電網(wǎng)中超大型電站與微電網(wǎng)中分散微型電站的結(jié)合，可以減少電力輸送距離、降低輸電線(xiàn)路的投資和電力系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本，削峰填谷，降低電網(wǎng)損耗，降低電價(jià)。

多年來(lái)，我校一直在推行教育教學(xué)改革，學(xué)科建設(shè)取得長(zhǎng)足的進(jìn)展。目前電氣工程類(lèi)有“電力系統(tǒng)及自動(dòng)化”研究生專(zhuān)業(yè)及“電氣工程及自動(dòng)化”本科專(zhuān)業(yè)。但我校原有電力專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室偏重教學(xué)體系，面對(duì)電力系統(tǒng)新技術(shù)就顯得不足，主要體現(xiàn)在教師科研水平不高，學(xué)生參與分析現(xiàn)場(chǎng)事故能力不夠的現(xiàn)象。

    鑒于此，通過(guò)建立智能微電網(wǎng)運(yùn)行與控制實(shí)驗(yàn)室，可以給教師提供進(jìn)行科學(xué)研究，學(xué)習(xí)掌握現(xiàn)代先進(jìn)電力系統(tǒng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室[3-5];給學(xué)生提供見(jiàn)識(shí)現(xiàn)代電力系統(tǒng)實(shí)際場(chǎng)景，提高專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力的基地。

目前，國(guó)內(nèi)外不少高校、科研院所在微電網(wǎng)系統(tǒng)平臺(tái)研究方面取得一定的成果，如天津大學(xué)及浙江電力科學(xué)研究院等，這些平臺(tái)主要面向科學(xué)研究或工程示范，投資比較大。

本平臺(tái)主要面向本科生、研究生的培養(yǎng)，另外，其的一次、二次系統(tǒng)均有開(kāi)放接口，滿(mǎn)足不同組網(wǎng)方式及控制策略的研究。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)建

1.1 系統(tǒng)的組成

1)一次系統(tǒng)的組成

本實(shí)驗(yàn)室的微電網(wǎng)為兩級(jí)交流智能微電網(wǎng)架構(gòu)，包括：由5kW太陽(yáng)能發(fā)電模擬系統(tǒng)、10kW模擬風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、30kW˙h磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能穩(wěn)定系統(tǒng)、30kW/10s超級(jí)電容系統(tǒng)、10kWRLC可控式模擬負(fù)載系統(tǒng)、12kW充電機(jī)組成的一級(jí)微電網(wǎng)。由5kW屋頂太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、9.6kW˙h鉛酸儲(chǔ)能系統(tǒng)組成的二級(jí)微電網(wǎng)。

整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)包含1面網(wǎng)關(guān)接口柜、2面微網(wǎng)智能配電柜、1面微網(wǎng)通信柜、1面鋰電池儲(chǔ)能雙向變流柜、1面超級(jí)電容儲(chǔ)能雙向變流柜、1套微電網(wǎng)監(jiān)控及中央控制系統(tǒng)、1套即插即用電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、1套一體式故障錄波裝置及微電網(wǎng)專(zhuān)用保護(hù)裝置系統(tǒng)等，如圖1所示。

2)二次系統(tǒng)的組成

二次系統(tǒng)包括：1套MG2500型微電網(wǎng)中央控制及快速測(cè)控系統(tǒng)、1套MG1100微電網(wǎng)監(jiān)控軟件，1套MG1600微電網(wǎng)控制策略軟件，1套MG2200微網(wǎng)通訊轉(zhuǎn)換裝置，1套微網(wǎng)時(shí)鐘，1套一體式故障錄波系統(tǒng)，1套電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。

通過(guò)配置的通信管理機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)中各設(shè)備的通信處理及轉(zhuǎn)發(fā)。包括保護(hù)裝置、電力儀表、中央控制單元及快速測(cè)控、光伏逆變器、風(fēng)力逆變器、穩(wěn)定控制器(PCS)、電池管理系統(tǒng)BMS、超級(jí)電容管理系統(tǒng)CMS等，通過(guò)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視與控制，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)、負(fù)荷以及模擬新能源電源的協(xié)調(diào)與優(yōu)化控制，如圖2所示。

1.2 系統(tǒng)的功能需求

主要功能有：分布式電源特性研究;分布式電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化;分布式電源與能量轉(zhuǎn)換單元的布局優(yōu)化、選型與設(shè)計(jì);分布式電源與能量轉(zhuǎn)換單元的性能測(cè)試;分布式電源與能量轉(zhuǎn)換單元的并網(wǎng)特性及控制，包括穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)特性;分布式發(fā)電能效對(duì)比及能效提高技術(shù)研究;儲(chǔ)能電池特性研究;各種儲(chǔ)能形式在微電網(wǎng)中的應(yīng)用研究;新型儲(chǔ)能電池試驗(yàn);儲(chǔ)能逆變器的研究;電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)研究;電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)網(wǎng)互動(dòng)(vehicle to grid, V2G)技術(shù);微電網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì);微電網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)、孤島兩種方式及其過(guò)渡過(guò)程的安全穩(wěn)定運(yùn)行;微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制、保護(hù)與通信;微電網(wǎng)控制策略研究;微電網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控與能量管理;微電網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估;微電網(wǎng)參與削峰填谷的優(yōu)化調(diào)度技術(shù);微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量管理;微電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)大電網(wǎng)系統(tǒng)的影響;電價(jià)方案的設(shè)計(jì)與優(yōu)化;智能負(fù)荷控制與調(diào)節(jié)措施的研究;用戶(hù)需求側(cè)管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與研究;微電網(wǎng)展示技術(shù)與方法的研究等，國(guó)內(nèi)在這方面進(jìn)行了廣泛的研究[7-10]。

1.3 系統(tǒng)的特色

該微電網(wǎng)系統(tǒng)具有如下特色。

1)可以并網(wǎng)、孤網(wǎng)運(yùn)行，無(wú)縫切換，可以多種運(yùn)行模式相互自動(dòng)或手動(dòng)方式切換，一、二級(jí)微電網(wǎng)可以分別獨(dú)立孤網(wǎng)運(yùn)行、并網(wǎng)運(yùn)行及聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。

2)能與大電網(wǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的功率大小及方向可調(diào)可控。

3)可以快速平滑光伏發(fā)電、風(fēng)機(jī)發(fā)電、負(fù)荷變化等造成的功率波動(dòng)。

4)配置專(zhuān)用保護(hù)裝置，在微電網(wǎng)內(nèi)部故障、外部故障情況下，均保證其準(zhǔn)確、快速動(dòng)作，使系統(tǒng)安全運(yùn)行。

5)可實(shí)現(xiàn)對(duì)接入微電網(wǎng)系統(tǒng)的負(fù)荷進(jìn)行分級(jí)管理。

6)具有開(kāi)放接口，可以接入其他廠(chǎng)家的智能設(shè)備。

系統(tǒng)起動(dòng)后，進(jìn)入監(jiān)控畫(huà)面，如圖3所示的主要研究方向，智能微電網(wǎng)運(yùn)行與控制實(shí)驗(yàn)室、風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)室、新能源實(shí)驗(yàn)室組成聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，為創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的科研工程提供了重要的實(shí)驗(yàn)條件。

                                                    智能微電網(wǎng)二次系統(tǒng)圖

                                      微電網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控圖