基于“源网荷储”的新型配电系统真型实训平台设计

黄 洁, 赵岱平, 李慧军

(1.国网安徽电力有限公司培训中心, 安徽 合肥 230022;2.国网安徽省电力有限公司, 安徽 合肥 230022)

0 引言

当前，我国深入实施“四个革命、一个合作”能源安全新战略，做出“碳达峰、碳中和”承诺，提出构建以新能源为主体的新型电力系统。国家能源局启动整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点工作，整合各类资源加速推动分布式新能源发展，新能源的发展从规模化开发、远距离输送为主转变为集中式、分布式并重的态势，配电网随之面临保障电力持续稳定供应和加快清洁低碳转型的双重挑战。“源网荷储”(电源、电网、负荷、储能)一体化运行的新型配电系统已逐步形成，运维难度大大增加，运维人员素质要求显著提升，因此，设计基于“源网荷储”的新型配电系统真型实训平台非常必要[1-3]。

为服务构建新型电力系统，助力国家“碳达峰、碳中和”目标实现，基于“源网荷储”的新型配电系统真型实训平台构建“交直流混合柔性坚强配网网架、‘源网荷储’协调控制、配电自动化、智慧物联配电台区、供电服务指挥系统”五大场景，对“供电模式、典型建设、设备运检、通信控制、供电指挥、灵活互动”六大环节全覆盖，满足新型配电系统运维检修等全业务培训需求。

1 新型配电系统真型实训平台

1.1 交直流混合柔性坚强配网网架设计

为满足新型配电系统运维检修等全业务培训需求，并兼顾经济性，新型配电系统真型实训平台配网网架为包含“双花瓣”的交直流混联网架结构，屋顶光伏等新能源接入配网系统，5G基站、新能源汽车等新型直流负荷有效接入，配网线路包含10 kV架空线路和电缆线路、设备主要包含10 kV开关站、环网室(箱)、柱上变压器等。

1.2 配电自动化实训系统设计

配电自动化实训系统以本平台交直流混合柔性坚强配网网架和设备为基础，充分模拟现场实际，在10 kV开关站、环网室、环网箱内安装开闭所终端(DTU)在低压线路开关处安装馈线终端(FTU)，采用5G、光纤通信等多种方式，与配电自动化主站实现信息交互以及开关控制，并且通过对一次系统各种故障的仿真模拟，充分锻炼学员利用配电自动化处理系统各种故障的能力。

为满足规模化培训需求，亦需要单独设置室内配电自动化主站实训室、终端实训室。配电自动化主站实训室配置工作站40台，终端实训室配置“环网柜+DTU终端”实训工位10台，“柱上开关+FTU终端”实训工位10台，通过继电保护测试仪加量方式模拟一次系统各类故障，实现终端调试、终端与主站联调、故障分析等培训功能。

为和现场保持一致，建设集中型馈线自动化系统，在发生故障时依靠配电主站判断故障区域，并通过自动遥控或人工方式隔离故障区域，恢复非故障区域供电。对于配电线路关键性节点，如主干线联络开关、分段开关，进出线较多的节点，配置三遥配电终端。非关键性节点如分支开关、无联络的末端站室等，可不配三遥配电终端。出线开关应配置断路器，具备故障跳闸功能。

1.3 配网智慧物联台区实训系统设计

配网智慧物联台区实训系统[4-6]以本平台交直流混合柔性坚强配网网架为基础，在10 kV开关站同期建设低压配电室1座、在10 kV架空线路走线建设柱上台区1座、在10 kV电缆线路走线建设箱变台区1座。各台区智能物联感知设备部署结构可分为中压侧、配变侧、低压侧、线路侧和用户侧五个层级，各层级感知数据及信息都应统一汇聚至台区智能终端内进行本地数据计算及分析应用。柱上变台区设备部署结构图如下图1所示。

图1 柱上变台区智慧物联设备部署结构

台区低压侧通过加装新型智能配变终端和开口式CT来配合软件交采APP实现基本配变监测功能；台区环境侧通过加装相关传感器或者更换智能开关设备实现环境数据采集，并通过RS485和开入信号方式接入TTU；分支箱侧通过加装低压分支监测单元设备或者升级更换带有IP化载波通讯功能的塑壳开关设备实现数据采集，TTU通过宽带载波、无线双模方式以分钟级采样速率获得分支箱内各种数据；用户侧通过RS485与集中器交互，每15 min得到用户电表电量信息。

1.4 配网“源网荷储”协调运行实训系统设计

配网“源网荷储”协调运行实训系统同时满足培训和实际使用功能，构建分布式电源、储能、电动汽车一体直流配电系统以及微网系统[7]。

1.4.1 交流微网系统

微网系统由5 kW光伏发电、4 kW风力发电、12 kWh电池储能、5 kW模拟负载组成。系统结构如下图2所示，既可以并网运行，也可以离网运行。

图2 交流微网系统结构图

光照、风力充足时，太阳能、风能优先给负载供电；光照、风力不够或没有时，蓄电池储能优先供电，市电补充；蓄电池始终留有部分能量，在停电时，提供给应急负载。

交流微网系统中，光伏MPPT控制器选用XTENDER VARIO TRACK系列光伏MPPT控制器，该控制器与储能逆变器深度集成，可实现设备间同步协调控制，确保光伏最大化利用及储能电池安全；风机控制器采用3 kW风机控制器，直流侧电压48 V；风光储微网智能控制器实时采集系统运行信息，采用优化的电池备电管理策略，最大化利用可再生能源发电，同时确保电网停电时重要负荷的持续供电。电池储能系统选用磷酸铁锂电池，由5个48 V/50 Ah模组并联。

1.4.2 直流微网系统 (1)分布式光伏系统

分布式光伏系统总装机容量50 kWp，按照接入配电网标准和典型设计中的要求配置光伏发电系统，主要包括光伏组件、逆变器、并网柜、并网开关、计量表等。

图3 直流微网系统结构图

光伏方阵部署在10 kV开关站和教学楼楼顶，采用水泥配重块的安装方式，不破坏屋面防水，安全可靠，总装机容量50 kWp，采用单板功率405 Wp的单晶硅，分为3组,总占地面积预计500 m2。

光伏逆变器采用组串式光伏逆变器，共3台，每台额定功率30 kW。

光伏并网柜包含并网断路器、计量用互感器、计量电表和柜体。

并网点保护通过10 kV电压等级T接线路接入系统时在光伏发电站侧配置过流保护装置。当检测到配电网侧发生短路时，分布式发电项目系统向配电网输出的短路电流应不大于额定电流的150%，同时分布式发电项目应立即与配电网断开。

(2)储能系统

储能系统总装机容量100 kW/100 kWh，按照电化学储能电站设计规范进行设计，符合储能电站接入电力系统的相关规定，包括：电池组、电池管理系统、储能变流器、计量柜、保护装置、通信和自动化装置、储能预制舱等。

(3)电动汽车充电系统

电动汽车充电系统采取基于台区融合终端的电动汽车柔性充电网络设计，其中，台区融合终端通过本地数据采集获得配电台区内实时负荷信息，通过配电主站系统的充放电运营调控平台，获取用户侧对有序充放电的响应状态，通过与柔性互动充电桩实时通讯连接获取电动汽车充电需求和充电桩的实时运行状态。台区融合终端根据以上信息制定并更新电动汽车有序充放电控制策略，下发给电动汽车柔性互动充电桩执行。

基于台区融合终端边缘计算能力，开发多目标优化调度控制策略，动态调节电动汽车充放电功率，辅助台区电网的调峰、三相不平衡和线损的治理。基于分时电价、实时电价、需求响应等新型电力市场交易模式，通过算法优化充电效率和降低动力电池损耗，降低用户充电成本。

主站有序充电模块根据区域负荷分布和调控需求，制定大尺度范围的充电桩负荷调配策略并下发到台区融合终端。同时接收融合终端上报的实际充电运行数据，做运行状态展示和数据分析，不断优化有序充电策略。在主站系统开发部署电动汽车充放电运行调控模块，模块主要包括充电桩管理、充电桩状态展示及台区实时充电状态展示、支持用户自定义的有序充放电策略、有序充放电综合数据分析及充放电策略优化等功能。主站系统通过电动汽车充放电运行调控模块连接车联网平台，实现和电动汽车用户的互动，完成用户响应有序充放电控制意愿的统计收集。

本平台拟在1个专变台区下新增1台60 kW柔性互动充电桩、2台15 kW柔性互动充电桩，以满足公交车、旅游观光车、市民电动乘用车的充电服务，并对融合终端和主站系统进行建设和改造，通过台区融合终端连接主站系统，实现配电网和柔性充电负荷的友好互动。

1.5 新型配网供电服务指挥实训系统设计

基于智能化的供电服务指挥系统，可对配电网运行工况、设备状态、业务管理、指标数据等进行全景化展示，并能开展配电网发展趋势研判、隐患环节定位、运行方式优化调整、供电服务高效指挥、建设改造投资评价、人员绩效优化评估、物联设备接入、工单驱动等业务培训。

1.5.1 供电服务指挥中心培训系统建设

通过在省公司互联网大区云平台开辟单独空间，重新建立访问终端口，将原省公司供电服务指挥系统进行复制部署，实现生产与培训隔离，满足供电服务指挥业务培训需求。

1.5.2 可视化大屏幕展示系统建设

建设供电服务指挥中心多功能展示系统，在满足日常供电服务指挥培训基础上，开展新型配网“源网荷储”协调控制、配电自动化实时仿真测试等方面展示建设，全面满足新型配网分布式发电与电网友好协调的有序接入、灵活并网，微电网以及协调控制与能量管理等可视化培训需求。

在服务指挥中心部署高清无缝拼接LED屏幕，组成宽高尺寸为7 680 mm×2 400 mm，共计18 m2的大屏。显示系统可以根据需要，划分成多个独立的显示区域，各区域可独立控制。

2 总结

基于“源网荷储”的新型配电系统真型实训平台以实际配电系统为蓝本，接入小规模风力发电及光伏发电系统，模拟较复杂配网网络，架空线路、电缆线路对半分布，建立真实电动汽车充电桩，既满足培训需求、又能实际使用，并且，实时进行潮流仿真，能有效模拟各类故障情况，极大提高受训学员配电系统维护、处置能力。实训平台建设完成后，将集实操培训、技能鉴定、竞赛比武等功能于一体，是技术技能人才培养的重要平台，平台也将随着技术发展不断革新，适应现场培训需求。