智慧電力園區——運行控制虛擬仿真實驗是浙江工業大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：智慧電力園區——運行控制虛擬仿真實驗
- 建設院校： 浙江工業大學
- 課程負責人： 張有兵
- 授課教師：謝路耀、翁國慶、馮昌森、魏春
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
2020年9月，國家主席習近平在第75屆聯合國大會宣布，中國將採取強有力的政策和措施，力爭於2030年、2060年前 分別實現“碳達峰”和“碳中和”。“雙碳目標”展示了我國積極應對全球氣候變化,推動構建人類命運共同體的責任擔當，也將重構我國產業格局，引發巨大的人才缺口。在此背景下，我國高等教育應該擔當起人才培養的重任，培養出一大批具備能源與環境可持續發展的正確價值觀、具有新時代電氣能源知識並有能力進行相關綜合實踐創新的新型人才。
但是，近年來電氣能源領域新能源、智慧型電網、泛在電力物聯網、能源網際網路等相關技術不斷更新發展，相關內容的教學存在課時有限和知識爆炸的教學矛盾，且多能互補、最佳化調度、協調控制等系統級複雜工程問題的實踐教學缺乏大型實物實驗系統支持。為了引導學生研究、探索電氣能源行業的關鍵前沿問題，同時提高知識傳授效率和效果，項目組進行了“智慧電力園區一- -運行控制”虛擬仿真實驗的教學實踐和探索。
智慧電力園區運行控制實驗是一項大型綜合訓練實驗，注重培養學生解決系統級複雜工程問題的能力。智慧電力園區是能源網際網路在用戶終端側的關鍵環節，是一種區域能源互聯繫統，可以滿足電力用戶對用能經濟性、電能可靠性與電能
質量的迫切需求。智慧電力園區旨在通過先進的負荷預測、能源管理與電能質量調控策略，實現園區內多能互補能源系統的最佳化運行與電能質量的有效治理，顯著提高能源利用效率、降低用戶用電成本、並提高園區內的電能質量。其能源供能系統包含大電網、燃氣網與微燃機、熱能網、光伏發電、儲能系統等，配備的電能質量調控裝置包括SVG、APF與DVR等。
目前高校開展“智慧電力園區運行控制”的實物教學實驗難度很大，主要原因在於: （1）工業園區電壓高、功率大，實驗環境具有高危險性; （2）電網電壓跌落、各類諧波負荷、電壓閃變等工況的模擬極易造成設備損壞與財產損失，具有不可逆性; （3）實際工業負荷曲線、分散式發電曲線受生產計畫與自然環境制約，無法靈活改變，經濟調度所需時間按日、月為單位計算，耗時長，具有環境與時空局限性; （4）本實驗屬於大型綜合性實驗，需要的實物設備眾多，價格昂貴，且拆裝困難、程式固化不可修改，不利於內部結構、運行機理的深層教學，具有成本高卻不適合教學的缺陷。綜上， “智慧電力園區運行控制”的實物實驗難以開展。相反，虛擬仿真實驗的形式則能夠打破實驗時間與空間的限制，不但有利於提升實驗教學的效率和質量，還能夠促進實驗的信息化與資源共享。
教學目標
本虛擬仿真實驗的教學目的（學生掌握的知識、能力和素質目標）如下:
（1）通過智慧電力園區的結構認知學習，學生能認知智慧電力園區的電力一次接線結構以及園區內光伏、儲能、SVG、APF、DVR等關鍵設備的內、外部結構、基本運行原理（知識目標） ;學生掌握並、離網啟停時的邏輯操作順序原則，能夠正確操作各設備實現並離網啟停（能力目標）。
（2）通過園區光伏運行控制學習，學生掌握環境條件對光伏輸出特性的影響，了解兩級式光伏發電系統的結構和控制原理（知識目標） ;學生掌握三種典型MPPT控制算法，能夠分析其優缺點，並根據套用需要制定合適的MPPT控制策略（能力目標）。
（3）通過園區儲能運行控制學習，學生能認知儲能變流器的拓撲結構，認知PQ控制、VF控制兩種控制模式的基本原理（知識目標） ;能夠根據套用需求，操作儲能變流器工作在合理的工作模式，並調節參數實現目標功能（能力目標）。
（4）通過園區電能質量治理綜合設計實踐，學生能夠分析電壓波動和閃變、諧波污染、電壓暫降驟升三類電能質量問題的起因，能夠設計算法、調整參數從電能質量問題波形中提取出合理的治理補償量，並操作設備達到良好的治理效果（綜合實踐能力目標）。
（5）通過園區能量最佳化調度綜合設計實踐，學生能夠在智慧電力園區併網運行、離網運行下制定簡單的最佳化調度策略，達到園區內電能的可靠供應與經濟運行（綜合實踐能力目標）。
（6）通過本虛擬仿真實驗的互動式、沉浸式學習體驗，學生對電氣前沿知識產生較強的求知慾、探索欲，學生樹立節能環保、可持續發展的價值觀，學生增強作為新時代電氣人在保障國家能源安全、保護環境方面的責任感、使命感（素質目標）。
