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鲁明芳：电气工程虚拟仿真实验在电力系统分析课程中的应用

电气工程虚拟仿真实验在电力系统分析课程中的应用

【摘要】针对目前电力系统分析课程的教学现状，将电气工程虚拟仿真实验应用到教学中来，通过电力系统仿真实验和水电站仿真实验，使学生将抽象的理论知识很好的与实践结合起来，开放型实验室和互联网实验平台极大的提高了学生学习的积极性和学习效果。
　　【关键词】电力系统分析 电气工程虚拟仿真实验 运维合一
　　【基金项目】科研人才启动基金（KJ2013B025）。
　　【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）09-0228-01
　　电力系统分析课程是电力系统自动化专业的重要专业课程，涉及一系列电力系统的核心技术：潮流计算、调频调压、经济运行、同步发电机电磁暂态过程、短路计算及机电暂态稳定性分析等。学好电力系统分析对于电力系统专业的学生来讲至关重要。
　　1.电力系统分析课程教学现状
　　电力系统分析课程虽然重要，但从每年的教学效果来看并不是很理想。由于前修课程电机学没学好，以及电力系统分析课程知识点较多，理解起来有难度，部分同学没有养成良好的学习习惯，课下没有及时巩固复习，课堂内容掌握不好时容易产生畏难情绪。此外，即使部分同学理论知识掌握较好，但感觉较抽象，对某些知识持怀疑态度，如：调频时，增大气门开度，实际生产中发电机转速的变化，输出功率的变化，频率的变化等是否如课本上所写;调压时，负荷的波动对系统中各节点电压的影响究竟如何，那些调压措施能不能真正起到调压的效果。学生无法看到相关的现象，所以很难产生浓厚的学习兴趣和热情，即使当时掌握了，遗忘也会比较快，印象不深刻。为了解决以上问题必须借助与相关实验课程，让学生在实验操作中将理论和实际很好的联系起来，既能及时巩固相关知识，又能提前接受实际生产操作培训，为以后踏上工作岗位打下坚实的基础。
　　2.电气工程虚拟仿真实验的主要功能
　　2.1.电力系统仿真实验
　　电气工程虚拟仿真实验包括电力系统仿真实验和水电站仿真实验，电力系统仿真实验主要针对电力系统的相关设计，包括电网的主接线设计、设备选型及校验、故障计算、保护配置等;潮流、短路、稳定性等分析计算;运行过程、控制方法及原理的学习研究。提供了相关软件平台，实验室的软件平台包含两大类，一类是机电暂态过程仿真软件，一类是电磁暂态过程仿真软件，除了PSASP软件外，还有PSCAD、PSS/E、BPA、ATP/EMTP及EMTP-RV、CDEGS等软件，可以供学生进行课程实验、综合设计、毕业设计以及相关科学研究。开发了系列的课程实验、综合设计及研究项目，对于提高学生课程的学习效果、综合运用所学专业知识进行发电厂、变电站以及电网的设计、分析计算以及运行与控制的能力起到了很好的辅助作用。
　　2.2水电站虚拟仿真
　　水电站虚拟仿真实验教学平台以龙滩水电站为原型，提供了与现场效果一致的大型水电站仿真培训系统的实践教学环境，在水电站监控系统中涵盖了水电站的所有主要机电设备，包括：水电站水轮机、发电机、发动机出口短路器、主变、500kVGIS系统、厂用电系统、调速系统、励磁系统、监控系统、继电保护系统、安全自动装置系统、气系统、排水系统、机组及变压器技术供水系统、油系统、消防系统、闸门系统、流量水位曲线、（含黑启动系统）、AGC/AVC等系统及厂房场景、设备系统运行、维护、检修、拆装过程的多维立体展现。并研发了丰富的实验教学内容和典型教学案例，学生可以亲自动手操作实验，可进行水电站正常工况运行操作过程培训;异常工况运行操作过程培训;紧急事故工况处理操作培训;计算机监控系统培训;综合反事故培训;生产过程运行知识与专业理论培训。解决了传统课堂学习中学生“只能动口，不能动手”的难题，通过“操作、观察、分析、记录、总结”，激发了学生的学习兴趣和主动参与的学习热情，提高了理论和实践教学效果。
　　3.电气工程虚拟仿真实验的主要特点
　　3.1虚实结合，互为补充
　　“虚”是指采用虚拟的仿真实验平台为学生提供亲自动手操作实验或培训的机会，由于电力生产的特殊性，考虑到生产的安全性和学生自身的安全性，实验操作不可能在实际系统中进行，必须借助于软件平台。“实”则是通过校外企业作为实习基地提供学生参观实习的机会，建立学生对现场的感性认识，我校与三峡电厂、葛洲坝电厂、清江隔河岩电厂、清江高坝洲电厂等签订了协议，作为本专业学生的校外实习基地，学生先到校外实习基地参观实习，建立电力系统运行的感性认识，然后进入“虚拟仿真实验室”进行电力系统运行仿真培训综合实验。虚实结合的教学模式可以有效提高学生对电力系统运行特点及控制过程等知识的掌握。
　　3.2运维合一，多媒体一体化教学
　　多维多媒体仿真能极大增强仿真临场感和沉浸感。借助多维多媒体手段，创造一个虚拟现实培训环境，让学生在虚拟场景中上完成对调速、调压、AGC＼AVC等相关电力系统方面的操作。可对设备进行拆卸和装配，让学生看到平时不易见到的设备构造、工艺及内部运行情况，做到对设备的组成、结构、拆卸顺序及操作过程等了然于胸。还可实现事故场景真实再现，便于学生对暂态过程进行分析，可大大提高学生学习的积极性和学习效率。
　　3.3开放性实验平台
　　建有电气工程虚拟仿真实验教学示范中心平台网站，学生不仅可以实验课上运用实验室的仿真软件进行相关内容的操作学习，课后未完成的内容，或者学生所设想的创新性问题还可以通过互联网访问仿真软件平台，还可在线讨论，或者给老师留言。安排有值班老师对课余时间在实验室的学生进行指导答疑。
　　4.结束语
　　为了提高电力系统分析课程的教学效果，学院专门成立了课程组，一方面加强理论教学网站的建设，整理出相关课件、教案、习题等资料共学生下载学习，另一方面加强电力系统分析课程实践教学平台的建设，对学生在虚拟仿真平台的应用过程中所碰到的及时给予指导，此外课程组通过教研教改项目研究，改进教学方法、教学手段等来提高教学效果。
　　参考文献：
　　[1]孟祥萍.电力系统分析[M].高等教育出版社，2010.
　　[2]邓建高.高校本科生创新能力培养的校企合作模式研究[J].中国电力教育.2009，（2）.
　　[3]刘进志.基于网络教学平台的教学模式研究[J].中国电力教育.2010，（1）.
　　作者简介：
　　鲁明芳（1982年3月-），湖北省宜昌市人，讲师。