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魯明芳:電氣工程虛擬仿真實驗在電力系統分析課程中的應用
電氣工程虛擬仿真實驗在電力系統分析課程中的應用
作者: 魯明芳
【摘要】針對目前電力系統分析課程的教學現狀,將電氣工程虛擬仿真實驗應用到教學中來,通過電力系統仿真實驗和水電站仿真實驗,使學生將抽象的理論知識很好的與實踐結合起來,開放型實驗室和互聯網實驗平臺極大的提高了學生學習的積極性和學習效果。
【關鍵詞】電力系統分析 電氣工程虛擬仿真實驗 運維合一
【基金項目】科研人才啟動基金(KJ2013B025)。
【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2015)09-0228-01
電力系統分析課程是電力系統自動化專業的重要專業課程,涉及一系列電力系統的核心技術:潮流計算、調頻調壓、經濟運行、同步發電機電磁暫態過程、短路計算及機電暫態穩定性分析等。學好電力系統分析對于電力系統專業的學生來講至關重要。
1.電力系統分析課程教學現狀
電力系統分析課程雖然重要,但從每年的教學效果來看并不是很理想。由于前修課程電機學沒學好,以及電力系統分析課程知識點較多,理解起來有難度,部分同學沒有養成良好的學習習慣,課下沒有及時鞏固復習,課堂內容掌握不好時容易產生畏難情緒。此外,即使部分同學理論知識掌握較好,但感覺較抽象,對某些知識持懷疑態度,如:調頻時,增大氣門開度,實際生產中發電機轉速的變化,輸出功率的變化,頻率的變化等是否如課本上所寫;調壓時,負荷的波動對系統中各節點電壓的影響究竟如何,那些調壓措施能不能真正起到調壓的效果。學生無法看到相關的現象,所以很難產生濃厚的學習興趣和熱情,即使當時掌握了,遺忘也會比較快,印象不深刻。為了解決以上問題必須借助與相關實驗課程,讓學生在實驗操作中將理論和實際很好的聯系起來,既能及時鞏固相關知識,又能提前接受實際生產操作培訓,為以后踏上工作崗位打下堅實的基礎。
2.電氣工程虛擬仿真實驗的主要功能
2.1.電力系統仿真實驗
電氣工程虛擬仿真實驗包括電力系統仿真實驗和水電站仿真實驗,電力系統仿真實驗主要針對電力系統的相關設計,包括電網的主接線設計、設備選型及校驗、故障計算、保護配置等;潮流、短路、穩定性等分析計算;運行過程、控制方法及原理的學習研究。提供了相關軟件平臺,實驗室的軟件平臺包含兩大類,一類是機電暫態過程仿真軟件,一類是電磁暫態過程仿真軟件,除了PSASP軟件外,還有PSCAD、PSS/E、BPA、ATP/EMTP及EMTP-RV、CDEGS等軟件,可以供學生進行課程實驗、綜合設計、畢業設計以及相關科學研究。開發了系列的課程實驗、綜合設計及研究項目,對于提高學生課程的學習效果、綜合運用所學專業知識進行發電廠、變電站以及電網的設計、分析計算以及運行與控制的能力起到了很好的輔助作用。
2.2水電站虛擬仿真
水電站虛擬仿真實驗教學平臺以龍灘水電站為原型,提供了與現場效果一致的大型水電站仿真培訓系統的實踐教學環境,在水電站監控系統中涵蓋了水電站的所有主要機電設備,包括:水電站水輪機、發電機、發動機出口短路器、主變、500kVGIS系統、廠用電系統、調速系統、勵磁系統、監控系統、繼電保護系統、安全自動裝置系統、氣系統、排水系統、機組及變壓器技術供水系統、油系統、消防系統、閘門系統、流量水位曲線、(含黑啟動系統)、AGC/AVC等系統及廠房場景、設備系統運行、維護、檢修、拆裝過程的多維立體展現。并研發了豐富的實驗教學內容和典型教學案例,學生可以親自動手操作實驗,可進行水電站正常工況運行操作過程培訓;異常工況運行操作過程培訓;緊急事故工況處理操作培訓;計算機監控系統培訓;綜合反事故培訓;生產過程運行知識與專業理論培訓。解決了傳統課堂學習中學生“只能動口,不能動手”的難題,通過“操作、觀察、分析、記錄、總結”,激發了學生的學習興趣和主動參與的學習熱情,提高了理論和實踐教學效果。
3.電氣工程虛擬仿真實驗的主要特點
3.1虛實結合,互為補充
“虛”是指采用虛擬的仿真實驗平臺為學生提供親自動手操作實驗或培訓的機會,由于電力生產的特殊性,考慮到生產的安全性和學生自身的安全性,實驗操作不可能在實際系統中進行,必須借助于軟件平臺。“實”則是通過校外企業作為實習基地提供學生參觀實習的機會,建立學生對現場的感性認識,我校與三峽電廠、葛洲壩電廠、清江隔河巖電廠、清江高壩洲電廠等簽訂了協議,作為本專業學生的校外實習基地,學生先到校外實習基地參觀實習,建立電力系統運行的感性認識,然后進入“虛擬仿真實驗室”進行電力系統運行仿真培訓綜合實驗。虛實結合的教學模式可以有效提高學生對電力系統運行特點及控制過程等知識的掌握。
3.2運維合一,多媒體一體化教學
多維多媒體仿真能極大增強仿真臨場感和沉浸感。借助多維多媒體手段,創造一個虛擬現實培訓環境,讓學生在虛擬場景中上完成對調速、調壓、AGC\AVC等相關電力系統方面的操作。可對設備進行拆卸和裝配,讓學生看到平時不易見到的設備構造、工藝及內部運行情況,做到對設備的組成、結構、拆卸順序及操作過程等了然于胸。還可實現事故場景真實再現,便于學生對暫態過程進行分析,可大大提高學生學習的積極性和學習效率。
3.3開放性實驗平臺
建有電氣工程虛擬仿真實驗教學示范中心平臺網站,學生不僅可以實驗課上運用實驗室的仿真軟件進行相關內容的操作學習,課后未完成的內容,或者學生所設想的創新性問題還可以通過互聯網訪問仿真軟件平臺,還可在線討論,或者給老師留言。安排有值班老師對課余時間在實驗室的學生進行指導答疑。
4.結束語
為了提高電力系統分析課程的教學效果,學院專門成立了課程組,一方面加強理論教學網站的建設,整理出相關課件、教案、習題等資料共學生下載學習,另一方面加強電力系統分析課程實踐教學平臺的建設,對學生在虛擬仿真平臺的應用過程中所碰到的及時給予指導,此外課程組通過教研教改項目研究,改進教學方法、教學手段等來提高教學效果。
參考文獻:
[1]孟祥萍.電力系統分析[M].高等教育出版社,2010.
[2]鄧建高.高校本科生創新能力培養的校企合作模式研究[J].中國電力教育.2009,(2).
[3]劉進志.基于網絡教學平臺的教學模式研究[J].中國電力教育.2010,(1).
作者簡介:
魯明芳(1982年3月-),湖北省宜昌市人,講師。
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