新工科背景下集成化智能配電網(wǎng) 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究

劉燕 張奕 秦維勇 王科 劉月

摘? ?要：交叉融合是工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的著力點(diǎn)，多學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用是解決復(fù)雜工程問題的基礎(chǔ)。文章將學(xué)校運(yùn)行的電氣工程項(xiàng)目“東湖校區(qū)電力能耗管理系統(tǒng)”、“東湖校區(qū)1.1兆瓦光伏電站”、“供配電系統(tǒng)”融入新建的智能配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，使實(shí)踐教學(xué)融入新能源技術(shù)、配電網(wǎng)、用戶側(cè)管理、電力系統(tǒng)通信、電力系統(tǒng)監(jiān)控等知識(shí)的綜合應(yīng)用，教學(xué)過程呈現(xiàn)實(shí)時(shí)化、實(shí)景化、多維度交叉的景況。文章在介紹了三個(gè)實(shí)際電氣工程項(xiàng)目的基礎(chǔ)上提出了集成監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和方法，給出了各個(gè)監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)集成后運(yùn)行的檢測(cè)數(shù)據(jù)，提出基于監(jiān)控平臺(tái)開發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的理念;構(gòu)建的智能配電網(wǎng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室體現(xiàn)了新工科背景下解決電氣工程復(fù)雜工程問題的核心指標(biāo)，具有互聯(lián)互動(dòng)、靈活柔性、可開發(fā)共享的特點(diǎn)，在教學(xué)中產(chǎn)生了很好的教學(xué)效果和更高的教學(xué)效能。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室;光伏電站;建筑能耗監(jiān)管平臺(tái);供配電系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G482;TN9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2021）01-0087-06

一、引言

新經(jīng)濟(jì)態(tài)勢(shì)下電力行業(yè)新技術(shù)、新業(yè)態(tài)不斷涌現(xiàn)，新能源開發(fā)利用規(guī)模逐年擴(kuò)大，電氣工程專業(yè)的發(fā)展被賦予了更廣泛的技術(shù)內(nèi)涵，更多的融合通信、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等知識(shí)將是專業(yè)發(fā)展的必然。[1][2]新工科背景下電氣工程專業(yè)教學(xué)需要綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決電氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題指標(biāo)。在教學(xué)環(huán)節(jié)中需要融入對(duì)工程原理分析、多學(xué)科知識(shí)的綜合，在實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目中要涉及多方面的技術(shù)、工程和其它因素，為此對(duì)電氣工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)提出了更高的要求。

我?，F(xiàn)有東湖、東南兩個(gè)校區(qū)，近年來校園內(nèi)建成幾個(gè)與電氣專業(yè)技術(shù)密切相關(guān)的實(shí)際工程，有光伏電站、建筑能耗管理系統(tǒng)、高低壓供配電系統(tǒng)，這些工程涵蓋了新能源、配電網(wǎng)、用戶側(cè)管理、電力系統(tǒng)通信、電力系統(tǒng)監(jiān)控等知識(shí)的綜合應(yīng)用，體現(xiàn)著新能源、電力裝備及供配電網(wǎng)絡(luò)的智能化知識(shí)結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，是新工科背景下寶貴的教學(xué)資源。如果這些系統(tǒng)在完成自身工程應(yīng)用的過程中還能成為電氣工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的一部分資源，那將為教學(xué)提供實(shí)時(shí)、實(shí)體、直觀、現(xiàn)場(chǎng)的優(yōu)質(zhì)資源，也可以使電氣工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)更好地契合到專業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用中，既提升學(xué)生解決復(fù)雜的實(shí)際工程問題的能力，也將產(chǎn)生更好的教學(xué)效果和更高的教學(xué)效能。[3][4]幾年來我們做了這方面嘗試，并取得很好的效果。

二、校園現(xiàn)有的電氣工程資源

1.東湖校區(qū)光伏電站工程

2013年阿特斯公司利用我校東湖校區(qū)學(xué)生公寓屋頂光資源建設(shè)了太陽能光伏電站。該電站占用學(xué)生公寓樓21幢，裝機(jī)容量為1.1MWp;最大年發(fā)電量113.8萬KWh。該電站采用集中式逆變器。4個(gè)逆變器安裝于三個(gè)大型的逆變箱內(nèi)，布置于學(xué)生公寓區(qū)。逆變后的電能通過電纜將交流電輸送至變配電所內(nèi)。該電站運(yùn)行三年來，發(fā)電量逐年增長(zhǎng)，現(xiàn)已成為電網(wǎng)的有力補(bǔ)充和支撐。由于該電站屬于第一批興建的光伏電站，其監(jiān)控系統(tǒng)極不完善，其中逆變器只能憑經(jīng)驗(yàn)及出口數(shù)據(jù)判斷其運(yùn)行狀態(tài)，無法做到遠(yuǎn)程監(jiān)控及測(cè)量。而該系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量大、運(yùn)行變化方式多樣，是光伏發(fā)電很好的教學(xué)案例。只要在原電站基礎(chǔ)上增加遠(yuǎn)程監(jiān)控部分，將其運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)資源通過網(wǎng)絡(luò)接入至新建智能監(jiān)控配電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室，即可從數(shù)據(jù)資源對(duì)光伏發(fā)電效率、運(yùn)行狀態(tài)、電能質(zhì)量提升等開展監(jiān)測(cè)分析與研究。為此我們將改建該電站的監(jiān)控部分，增加部分智能設(shè)備，構(gòu)建遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，使之成為光伏電站實(shí)時(shí)運(yùn)行的組成部分，更成為智能配電網(wǎng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中的一部分。

2.東湖校區(qū)建筑能耗監(jiān)管平臺(tái)工程

2016年為了實(shí)現(xiàn)對(duì)校園用電能耗的全面監(jiān)測(cè)與管理，健全校園節(jié)能降耗機(jī)制，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的量化考核，落實(shí)校園節(jié)能管理措施，我校東湖校區(qū)建成了“建筑能耗監(jiān)管平臺(tái)”。該監(jiān)管平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)各變壓器的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)、所有配電支路的電力參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、總變配電所各配電支路的開關(guān)狀態(tài)監(jiān)控、各建筑樓層配電室的分項(xiàng)用電監(jiān)測(cè)。通過建筑能耗監(jiān)管平臺(tái)展示采集的數(shù)據(jù)、用電監(jiān)控、用電統(tǒng)計(jì)、分項(xiàng)計(jì)量、用電公示、報(bào)表管理等內(nèi)容，具備能耗數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和通訊、遠(yuǎn)程傳輸、自動(dòng)分類統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、指標(biāo)比對(duì)、圖表顯示、報(bào)表管理、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)上傳等功能。[5][6]該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了校園內(nèi)建筑能耗統(tǒng)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)化，充分體現(xiàn)了用戶需求側(cè)管理的內(nèi)容，即用戶側(cè)電能的供應(yīng)分配與實(shí)時(shí)監(jiān)控、電能計(jì)量與管理等內(nèi)容，與電氣工程專業(yè)教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)。若將建筑能耗監(jiān)管平臺(tái)通過網(wǎng)絡(luò)接入智能監(jiān)控配電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室，就可真實(shí)、形象地呈現(xiàn)用戶側(cè)各建筑能耗的數(shù)據(jù)、設(shè)備的運(yùn)行，使實(shí)時(shí)在線的項(xiàng)目成為教學(xué)內(nèi)容的一部分，在此利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一方面可以增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的在線體驗(yàn)過程，開發(fā)不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，另一方面可以讓學(xué)生分析不合理用能，提出校園節(jié)能管理措施，為學(xué)校能耗管理提供了技術(shù)支撐。為此我們擬將此通過網(wǎng)絡(luò)接入新建的集成智能配電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室。

3.高低壓供配電系統(tǒng)

2010年常熟開關(guān)有限責(zé)任公司贈(zèng)與我校一整套實(shí)際運(yùn)行的高低壓配電裝置，添加部分設(shè)備后建成我校高低壓供配電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室。該系統(tǒng)為10/0.4kV變配電所系統(tǒng)，有兩路電源進(jìn)線，高壓側(cè)采用單元接線方式，配置有KYN1-12型高壓開關(guān)柜6面，其中出線柜內(nèi)采用CV2戶內(nèi)真空斷路器作為主開關(guān)，配置了微機(jī)保護(hù)單元。低壓側(cè)采用單母線分段的接線方式，配置CGHL抽出式低壓開關(guān)柜8面，分別為進(jìn)線柜、饋線柜、電容器柜和母聯(lián)柜，其中進(jìn)線柜內(nèi)采用CW2型智能斷路器作為主開關(guān)元件，饋線柜內(nèi)的主要元件則是CM2型智能斷路器。[5]該套裝置一直為供配電技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)所。[7][8]在此實(shí)驗(yàn)室我們進(jìn)行高低壓電器元件的認(rèn)知實(shí)驗(yàn)、倒閘操作實(shí)驗(yàn)、絕緣電阻測(cè)試試驗(yàn)等。由于無法加載短路電流，其繼電保護(hù)動(dòng)作實(shí)驗(yàn)一直未開展。為了深化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，擬配置“虛擬負(fù)載”實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的實(shí)驗(yàn)。通過現(xiàn)場(chǎng)總線、以太網(wǎng)技術(shù)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行改建，建立一套供配電系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)分散分布的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控管理功能，并將監(jiān)控系統(tǒng)接入新建的集成智能監(jiān)控配電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室。

三、集成化智能配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建

學(xué)校擬將實(shí)體工程項(xiàng)目“東湖校區(qū)電力能耗管理系統(tǒng)”、“東湖校區(qū)1.1兆瓦光伏電站”、“供配電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”融入新建的智能配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，呈現(xiàn)實(shí)時(shí)化、實(shí)景化、多維度交叉的實(shí)踐教學(xué)體系。建成后的智能配電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室能體現(xiàn)當(dāng)前電能用戶需求側(cè)管理、智能配電網(wǎng)、新能源及微電網(wǎng)特征，具備智能監(jiān)控技術(shù)、智能開關(guān)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)融合的監(jiān)控平臺(tái)，有實(shí)際對(duì)象、可操作、可開發(fā)的供配電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)能提供當(dāng)前智能配電網(wǎng)主要技術(shù)的實(shí)驗(yàn)手段，如實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)東湖校區(qū)電力能耗管理系統(tǒng)、東湖校區(qū)1.1兆瓦光伏電站運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)際操控和組合供配電系統(tǒng)接線方案的設(shè)備監(jiān)控平臺(tái)。

根據(jù)上述方案，需要進(jìn)行以下技術(shù)開發(fā)或改造：

一是改造東湖校區(qū)21幢學(xué)生樓內(nèi)光伏匯流箱為智能匯流箱，以此來采集各個(gè)光伏面板回路的電流數(shù)據(jù)，并通過智能通信設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸至校園網(wǎng)內(nèi)。

二是敷設(shè)逆變器監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)端口與網(wǎng)絡(luò)的通信線纜，增加智能通信設(shè)備，將逆變器監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸至校園網(wǎng)。

三是對(duì)高低壓供配電系統(tǒng)的部分?jǐn)嗦菲鬟M(jìn)行智能化改造，更換智能控制器，通過總線將設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸至校園網(wǎng)內(nèi)。

四是將建筑能耗監(jiān)管平臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過通信管理系統(tǒng)傳輸至校園網(wǎng)絡(luò)。

五是在監(jiān)控主機(jī)開發(fā)太陽能監(jiān)控系統(tǒng)、高低壓配電系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，在校園網(wǎng)的支持下引接建筑能耗監(jiān)管平臺(tái)數(shù)據(jù)端口至監(jiān)控系統(tǒng)。

1.智能光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

智能光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)采用分層式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主干網(wǎng)絡(luò)層連接著智能元件層和監(jiān)控端，向下采集數(shù)據(jù)向上發(fā)送數(shù)據(jù)。按照通信協(xié)議以以太網(wǎng)和 RS485總線進(jìn)行數(shù)據(jù)與命令的傳送，實(shí)時(shí)采集光伏陣列、智能匯流箱，智能逆變器，智能斷路器和智能儀表的數(shù)據(jù)，并將信息傳到上位機(jī)監(jiān)控部分，由監(jiān)控主機(jī)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)光伏電站運(yùn)行信息。[9]在校園互聯(lián)網(wǎng)下查看電站相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)分析電網(wǎng)的運(yùn)行情況并獲得電站優(yōu)化和調(diào)整策略。為了將光伏電站監(jiān)控信息實(shí)時(shí)傳入與東湖校區(qū)有8km之遠(yuǎn)的東南校區(qū)，利用了兩校之間的光纖通信網(wǎng)絡(luò)，通過光纖網(wǎng)絡(luò)將信息傳入東南，并接入校園互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。太陽能光伏系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

在監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)了學(xué)校宿舍區(qū)鳥瞰圖，在鳥瞰圖上可以顯示逆變箱的位置、4個(gè)集中式逆變器的運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)等。該監(jiān)控系統(tǒng)能完成對(duì)太陽能光伏發(fā)電的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息、報(bào)警信息在線監(jiān)視，能顯示光伏的當(dāng)前發(fā)電總功率、日總發(fā)電量、累計(jì)總發(fā)電量，實(shí)時(shí)監(jiān)控逆變器的運(yùn)行狀態(tài)，采用聲光報(bào)警方式提示設(shè)備出現(xiàn)故障，可查看故障原因及故障時(shí)間。具有最大功率點(diǎn)跟蹤模式（MPPT）及恒壓模式，可實(shí)時(shí)對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。

2.建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

建筑能耗監(jiān)管平臺(tái)已建成網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，該套系統(tǒng)采用Web版B/S架構(gòu)。現(xiàn)場(chǎng)配置兩臺(tái)服務(wù)器，作為支撐平臺(tái)專用軟件和數(shù)據(jù)庫功能的數(shù)據(jù)中心硬件設(shè)備。[10]建筑能耗監(jiān)管平臺(tái)專用軟件支持多種通訊方式，內(nèi)置以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議，方便接入各類網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)軟件平臺(tái)開放端口，既可以對(duì)末端監(jiān)控建筑進(jìn)行擴(kuò)展、收集各建筑能耗數(shù)據(jù)，又可以將此平臺(tái)能耗數(shù)據(jù)上傳至上級(jí)平臺(tái)數(shù)據(jù)中心。平臺(tái)設(shè)置客戶端訪問功能，即通過管理員給予登錄權(quán)限，用戶可在校內(nèi)任何可上網(wǎng)的電腦上查看能耗數(shù)據(jù)。為了利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更好地為教學(xué)服務(wù)，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)另配置一臺(tái)服務(wù)器，以支持教學(xué)開發(fā)過程引用數(shù)據(jù)的方便。我們需要的所有數(shù)據(jù)均從這臺(tái)服務(wù)器設(shè)備上讀取，并將獲取的數(shù)據(jù)通過校園網(wǎng)接入新建集成智能配電網(wǎng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室。

3.高低壓供配電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

供配電實(shí)驗(yàn)室一共有14面高低壓配電裝置，22個(gè)智能元器件，采用多條RS485總線將設(shè)備連接，多條網(wǎng)絡(luò)匯總后接至串口服務(wù)器，監(jiān)控主機(jī)通過以太網(wǎng)與串口服務(wù)器相連，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控主機(jī)與智能開關(guān)柜的連接與通信。圖2為高低壓供配電監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方案。

監(jiān)控主機(jī)發(fā)送的命令報(bào)文基于TCP/IP協(xié)議，通過以太網(wǎng)發(fā)送至串口服務(wù)器，串口服務(wù)器再對(duì)接收的命令報(bào)文進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為基于MODBUS協(xié)議的命令，在通過RS485總線傳送到開關(guān)柜。[9]在這個(gè)過程中，命令是以廣播的方式進(jìn)行傳輸?shù)?，?dāng)開關(guān)柜接收到命令之后會(huì)進(jìn)行地址校驗(yàn)，讓地址正確的設(shè)備做出回應(yīng)，而其他設(shè)備不作回應(yīng)?；貞?yīng)報(bào)文的則會(huì)先基于MODBUS協(xié)議通過RS485總線傳送至串口服務(wù)器，再轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議通過以太網(wǎng)反饋給監(jiān)控主機(jī)，從而在軟件中顯示對(duì)應(yīng)結(jié)果。[3][4]

4.集成智能配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的架構(gòu)

集成智能配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控端配置了兩臺(tái)監(jiān)控主機(jī)，還有用于學(xué)生學(xué)習(xí)的21臺(tái)電腦。主干網(wǎng)絡(luò)配置通信柜一面，在通信柜內(nèi)放置有一臺(tái)串口服務(wù)器、一臺(tái)路由器和兩臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。通過主干網(wǎng)絡(luò)連接了三個(gè)實(shí)際工程項(xiàng)目，即光伏電站、建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、高低壓供配電系統(tǒng)。

由于網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接著路由器，并與校園網(wǎng)絡(luò)連通，因此該網(wǎng)絡(luò)可將東湖校區(qū)太陽能光伏電站、建筑能耗監(jiān)管平臺(tái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備的狀態(tài)傳入集成智能配電網(wǎng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)東湖校區(qū)實(shí)際工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)的讀取和元器件運(yùn)行的監(jiān)視。供配電系統(tǒng)中的智能開關(guān)柜通過RS485總線連接至串口服務(wù)器，使智能開關(guān)柜中的設(shè)備具備了聯(lián)網(wǎng)能力，這樣學(xué)生通過已連接至網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的電腦讀取開關(guān)柜中智能元器件的相關(guān)數(shù)據(jù)。在此體系中學(xué)生還可自行設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)不同接線形式，連接相關(guān)設(shè)備后，模擬實(shí)際運(yùn)行。圖3為集成智能配電網(wǎng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中可以看出，學(xué)生電腦還配置了RS485總線，通過RS485中心與串口服務(wù)器連接，可以將任意PORT口映射到電腦上，例如將CGHL成套設(shè)備通過RS485總線匯總連接至串口服務(wù)器的PORT7接口，那只需在學(xué)生電腦中通過已安裝的串口配置軟件將PORT7設(shè)置為可用，就相當(dāng)于CGHL成套設(shè)備與這臺(tái)電腦實(shí)現(xiàn)了連接與通信。除此之外，每臺(tái)電腦都通過以太網(wǎng)連接至網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，組成局域網(wǎng)，這樣學(xué)生可以分成幾個(gè)小組，每個(gè)小組的學(xué)生都可以操縱不同的智能元器件，但可以實(shí)現(xiàn)元器件數(shù)據(jù)的共享。

四、集成智能配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

集成智能配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)能容納“建筑能耗監(jiān)管平臺(tái)”、“光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)”、“供配電系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)”，能根據(jù)授權(quán)對(duì)各個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示、操控、數(shù)據(jù)處理、調(diào)度;能根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需求調(diào)用各個(gè)系統(tǒng)的信息、數(shù)據(jù)，并能生成各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示、運(yùn)行模式顯示、操控狀態(tài)顯示;能根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求構(gòu)建虛擬供配電系統(tǒng)，并能對(duì)虛擬供配電系統(tǒng)實(shí)時(shí)操控、運(yùn)行數(shù)據(jù)（狀態(tài)）顯示、仿真。

1.光伏電站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

開發(fā)設(shè)計(jì)的太陽能監(jiān)控系統(tǒng)包括太陽能光伏鳥瞰圖、一次系統(tǒng)圖、事件記錄、網(wǎng)路拓?fù)涞冉缑妗Ｆ渲续B瞰圖能實(shí)時(shí)顯示在線21幢宿舍樓智能匯流箱總的輸出功率、逆變器輸出總功率，太陽能電站當(dāng)日發(fā)電量數(shù)據(jù)以及本電站累計(jì)歷史發(fā)電量總和，圖4為光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)鳥瞰圖。在此圖中點(diǎn)擊每一幢樓即可顯示該幢樓所裝各個(gè)匯流箱的輸出電流、輸出功率以及該匯流箱累計(jì)發(fā)電量，而且界面中也顯示匯流箱工作的狀態(tài)，同時(shí)顯示每幢樓各個(gè)逆變器實(shí)時(shí)在線輸出電流、電壓、功率、頻率、當(dāng)天發(fā)電量以及歷史累計(jì)發(fā)電量;顯示逆變器處于運(yùn)行還是故障狀態(tài)。

學(xué)校用電有季節(jié)性特點(diǎn)，即在典型節(jié)假日及寒暑假期間用電量劇減，由于用電行為的改變，將嚴(yán)重影響負(fù)荷曲線的變化。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析光伏接入對(duì)負(fù)荷曲線最大值、最小值產(chǎn)生的影響，給出數(shù)據(jù)分析結(jié)果，提出合理的運(yùn)行控制策略。通過該監(jiān)控系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)可以對(duì)分布式光伏最大發(fā)電效率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)掘光伏最大發(fā)電效率隨季節(jié)、天氣變化趨勢(shì)，對(duì)分布式光伏最大發(fā)電效率進(jìn)行聚類分析和預(yù)測(cè)。[11][12]在此基礎(chǔ)上開發(fā)不同的實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目，對(duì)光伏電源運(yùn)行數(shù)據(jù)開展深度挖掘和分析，圖5為光伏電站匯流箱、逆變器實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

2.建筑能耗監(jiān)管平臺(tái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

建筑能耗監(jiān)管平臺(tái)，包括一套后臺(tái)處理軟件和一套用戶使用軟件，其中用戶使用軟件通過網(wǎng)頁的形式展現(xiàn)，主界面含有建筑基本信息、儀表實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、監(jiān)測(cè)支路一覽、建筑能耗統(tǒng)計(jì)、實(shí)景地圖、開關(guān)狀態(tài)等菜單欄。[13]將建筑能耗監(jiān)管平臺(tái)接入智能配電網(wǎng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室，主要是配套建設(shè)用戶側(cè)電能管理的教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容。充分利用該平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)和功能，開發(fā)實(shí)踐項(xiàng)目，實(shí)時(shí)監(jiān)控用能情況，清晰能耗去向，發(fā)現(xiàn)不合理用能。圖6為能耗監(jiān)管平臺(tái)用電量統(tǒng)計(jì)、各支路能耗顯示。校園里教室、宿舍、會(huì)議室及實(shí)驗(yàn)室，因?yàn)閼?yīng)用的隨機(jī)性可能出現(xiàn)長(zhǎng)明燈，違章電器、不合理用電等。通過開發(fā)教學(xué)設(shè)計(jì)內(nèi)容讓學(xué)生根據(jù)建筑能耗監(jiān)管平臺(tái)提供的實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)分析相應(yīng)時(shí)間段用電數(shù)據(jù)，提出完善校園能源管理方法，挖掘節(jié)能潛力，推進(jìn)節(jié)約型校園建設(shè)。

3.高低壓供配電系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

根據(jù)電力系統(tǒng)組態(tài)軟件進(jìn)行供配電系統(tǒng)監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)。圖7為供配電系統(tǒng)的監(jiān)控主界面，從中可以監(jiān)視高低壓開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)（閉合的開關(guān)顯示為紅色，斷開的開關(guān)則顯示為綠色）。在此圖中點(diǎn)擊某個(gè)開關(guān)就進(jìn)入相應(yīng)的設(shè)備界面。在設(shè)備界面將顯示該設(shè)備的遠(yuǎn)程 “四遙”的數(shù)據(jù)信息。以CM2Z設(shè)備為例，“四遙”控制界面如圖8所示。在遙測(cè)界面給出了設(shè)備選擇的額定數(shù)據(jù)及開關(guān)閉合時(shí)通過元件的實(shí)際電流的參數(shù)，[8]例如各相電流、最大電流等。

在遙信界面，則是會(huì)顯示一些故障的信息。當(dāng)斷路器發(fā)生故障之后會(huì)將故障的類型、故障動(dòng)作時(shí)間、分?jǐn)嚯娏鞯葦?shù)據(jù)顯示出來，方便技術(shù)人員對(duì)故障原因進(jìn)行分析。遙調(diào)界面則是對(duì)保護(hù)參數(shù)進(jìn)行修改的界面，在這個(gè)界面點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)區(qū)域就可以對(duì)各種類型的保護(hù)整定值進(jìn)行修改，力爭(zhēng)能夠找出最優(yōu)的保護(hù)方案。遙控界面則是控制斷路器合分閘的界面，不過操作前需要先進(jìn)行用戶登錄來獲得相應(yīng)的操作權(quán)限。在遙調(diào)界面設(shè)置完保護(hù)整定值之后，通過旋轉(zhuǎn)開關(guān)柜上的旋鈕調(diào)整電流，當(dāng)電流超過整定值后，斷路器會(huì)自己根據(jù)電流變化的時(shí)間做出保護(hù)動(dòng)作，并且彈出故障提示。

在對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行了操作之后，系統(tǒng)會(huì)記錄下操作的時(shí)間、設(shè)備、用戶以及操作用戶，通過日期選擇的下拉選項(xiàng)框可以自由選擇需要查看記錄的日期，當(dāng)查看到需要的記錄之后還可以對(duì)記錄表進(jìn)行打印。

將在此供配電監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)智能設(shè)備的組網(wǎng)通信，變電所運(yùn)行方式的實(shí)時(shí)監(jiān)控，設(shè)備整定保護(hù)電流、時(shí)間的設(shè)定。利用該套系統(tǒng)，學(xué)生還可以完成各種設(shè)計(jì)任務(wù)、繼電保護(hù)整定配合的校驗(yàn)等工作。

五、結(jié)語

在互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)化深度融合的驅(qū)使下，電氣裝備制造業(yè)必將成為一項(xiàng)綜合應(yīng)用各學(xué)科門類的領(lǐng)域，因此電氣工程專業(yè)人才的培養(yǎng)過程應(yīng)注重知識(shí)傳授與技術(shù)創(chuàng)造的緊密結(jié)合，注重技術(shù)資源整合與創(chuàng)新能力的緊密結(jié)合。[14][15]我校新建智能監(jiān)控配電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室集成了學(xué)校實(shí)際運(yùn)行的三個(gè)工程項(xiàng)目“光伏電站”、“建筑能耗監(jiān)控平臺(tái)”、“高低壓供配電系統(tǒng)”，轉(zhuǎn)化后的實(shí)踐教學(xué)資源具有實(shí)時(shí)性、實(shí)景化、可開發(fā)的技術(shù)特征，體現(xiàn)了工程案例反哺教學(xué)的思想。建成后的智能配電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室集合了用戶需求側(cè)管理、智能配電網(wǎng)、新能源及微電網(wǎng)技術(shù)，智能監(jiān)控技術(shù)、智能開關(guān)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，構(gòu)成了一個(gè)多學(xué)科交叉能解決復(fù)雜工程問題的綜合性系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，更是具有互聯(lián)互動(dòng)、靈活柔性、安全可控、開放共享的實(shí)驗(yàn)室，為教學(xué)內(nèi)容的綜合性和延伸性提高奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋璐雯，高瑜.電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的探索與創(chuàng)新[J].高校實(shí)驗(yàn)室工作研究，2017（3）：119-120.

[2]白忠喜，胡卓君.基于資源整合共享的實(shí)驗(yàn)室重構(gòu)及其管理[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2017（8）：110-112.

[3]劉偉，賀曉蓉，楊奕.基于“實(shí)戰(zhàn)驅(qū)動(dòng)、校企協(xié)同”的電氣專業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2017（10）：249-254.

[4]沈海軍，孫佳，齊文娟等.“遞進(jìn)式”電氣工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革[J]實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2018（7）：203-207.

[5]鄭麗娜，王旭.基于實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的電氣工程專業(yè)教學(xué)體系的構(gòu)建分析[J]課程教育研究，2016（12）：32-33.

[6]雷定雄.電氣工程產(chǎn)學(xué)研實(shí)驗(yàn)室配套設(shè)計(jì)[J]實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2010（3）：183-184.

[7]劉燕，秦維勇，許建洲.構(gòu)建創(chuàng)新與工程實(shí)踐相結(jié)合的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013（6）：365-369.

[8]劉燕，秦維勇，孫亞平等.基于工程化與創(chuàng)新性的繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015（9）：248-251.

[9]張?chǎng)?分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2017（4）：172-175.

[10]劉慶余，吳楊，王佳楠等.建設(shè)特色實(shí)驗(yàn)室 提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2014（2）：1-4，7.

[11]董嘉佳，于歆杰，康重慶等.構(gòu)建有電氣工程學(xué)科特色的實(shí)踐教學(xué)體系[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012（4）：132-135.

[12]王莉麗，艾欣，宋金鵬.國家級(jí)電氣工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014（12）：124-127.

[13]王志芳，周錦燕.創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010（3）：206-208.

[14]婁娟，周軍，蔡國偉等.電氣工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心改革思路及方案[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013（5）：115-118.

[15]楊奕，劉偉，賀曉蓉.面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的電氣卓越工程師培養(yǎng)模式研究[J]實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2007（3）：16-19，31.

（編輯：王天鵬）