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魯明芳:電氣工程虛擬仿真實驗在電力系統(tǒng)分析課程中的應(yīng)用
電氣工程虛擬仿真實驗在電力系統(tǒng)分析課程中的應(yīng)用
作者: 魯明芳
【摘要】針對目前電力系統(tǒng)分析課程的教學(xué)現(xiàn)狀,將電氣工程虛擬仿真實驗應(yīng)用到教學(xué)中來,通過電力系統(tǒng)仿真實驗和水電站仿真實驗,使學(xué)生將抽象的理論知識很好的與實踐結(jié)合起來,開放型實驗室和互聯(lián)網(wǎng)實驗平臺極大的提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)效果。
【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)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(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089(2015)09-0228-01
電力系統(tǒng)分析課程是電力系統(tǒng)自動化專業(yè)的重要專業(yè)課程,涉及一系列電力系統(tǒng)的核心技術(shù):潮流計算、調(diào)頻調(diào)壓、經(jīng)濟運行、同步發(fā)電機電磁暫態(tài)過程、短路計算及機電暫態(tài)穩(wěn)定性分析等。學(xué)好電力系統(tǒng)分析對于電力系統(tǒng)專業(yè)的學(xué)生來講至關(guān)重要。
1.電力系統(tǒng)分析課程教學(xué)現(xiàn)狀
電力系統(tǒng)分析課程雖然重要,但從每年的教學(xué)效果來看并不是很理想。由于前修課程電機學(xué)沒學(xué)好,以及電力系統(tǒng)分析課程知識點較多,理解起來有難度,部分同學(xué)沒有養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,課下沒有及時鞏固復(fù)習(xí),課堂內(nèi)容掌握不好時容易產(chǎn)生畏難情緒。此外,即使部分同學(xué)理論知識掌握較好,但感覺較抽象,對某些知識持懷疑態(tài)度,如:調(diào)頻時,增大氣門開度,實際生產(chǎn)中發(fā)電機轉(zhuǎn)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(diào)壓時,負(fù)荷的波動對系統(tǒng)中各節(jié)點電壓的影響究竟如何,那些調(diào)壓措施能不能真正起到調(diào)壓的效果。學(xué)生無法看到相關(guān)的現(xiàn)象,所以很難產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣和熱情,即使當(dāng)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(guān)實驗課程,讓學(xué)生在實驗操作中將理論和實際很好的聯(lián)系起來,既能及時鞏固相關(guān)知識,又能提前接受實際生產(chǎn)操作培訓(xùn),為以后踏上工作崗位打下堅實的基礎(chǔ)。
2.電氣工程虛擬仿真實驗的主要功能
2.1.電力系統(tǒng)仿真實驗
電氣工程虛擬仿真實驗包括電力系統(tǒng)仿真實驗和水電站仿真實驗,電力系統(tǒng)仿真實驗主要針對電力系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計,包括電網(wǎng)的主接線設(shè)計、設(shè)備選型及校驗、故障計算、保護(hù)配置等;潮流、短路、穩(wěn)定性等分析計算;運行過程、控制方法及原理的學(xué)習(xí)研究。提供了相關(guān)軟件平臺,實驗室的軟件平臺包含兩大類,一類是機電暫態(tài)過程仿真軟件,一類是電磁暫態(tài)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(xué)生進(jìn)行課程實驗、綜合設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計以及相關(guān)科學(xué)研究。開發(fā)了系列的課程實驗、綜合設(shè)計及研究項目,對于提高學(xué)生課程的學(xué)習(xí)效果、綜合運用所學(xué)專業(yè)知識進(jìn)行發(fā)電廠、變電站以及電網(wǎng)的設(shè)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(xué)平臺以龍灘水電站為原型,提供了與現(xiàn)場效果一致的大型水電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的實踐教學(xué)環(huán)境,在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中涵蓋了水電站的所有主要機電設(shè)備,包括:水電站水輪機、發(fā)電機、發(fā)動機出口短路器、主變、500kVGIS系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、安全自動裝置系統(tǒng)、氣系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、機組及變壓器技術(shù)供水系統(tǒng)、油系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、閘門系統(tǒng)、流量水位曲線、(含黑啟動系統(tǒng))、AGC/AVC等系統(tǒng)及廠房場景、設(shè)備系統(tǒng)運行、維護(hù)、檢修、拆裝過程的多維立體展現(xiàn)。并研發(fā)了豐富的實驗教學(xué)內(nèi)容和典型教學(xué)案例,學(xué)生可以親自動手操作實驗,可進(jìn)行水電站正常工況運行操作過程培訓(xùn);異常工況運行操作過程培訓(xùn);緊急事故工況處理操作培訓(xùn);計算機監(jiān)控系統(tǒng)培訓(xùn);綜合反事故培訓(xùn);生產(chǎn)過程運行知識與專業(yè)理論培訓(xùn)。解決了傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí)中學(xué)生“只能動口,不能動手”的難題,通過“操作、觀察、分析、記錄、總結(jié)”,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動參與的學(xué)習(xí)熱情,提高了理論和實踐教學(xué)效果。
3.電氣工程虛擬仿真實驗的主要特點
3.1虛實結(jié)合,互為補充
“虛”是指采用虛擬的仿真實驗平臺為學(xué)生提供親自動手操作實驗或培訓(xùn)的機會,由于電力生產(chǎn)的特殊性,考慮到生產(chǎn)的安全性和學(xué)生自身的安全性,實驗操作不可能在實際系統(tǒng)中進(jìn)行,必須借助于軟件平臺。“實”則是通過校外企業(yè)作為實習(xí)基地提供學(xué)生參觀實習(xí)的機會,建立學(xué)生對現(xiàn)場的感性認(rèn)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(xié)議,作為本專業(yè)學(xué)生的校外實習(xí)基地,學(xué)生先到校外實習(xí)基地參觀實習(xí),建立電力系統(tǒng)運行的感性認(rèn)識,然后進(jìn)入“虛擬仿真實驗室”進(jìn)行電力系統(tǒng)運行仿真培訓(xùn)綜合實驗。虛實結(jié)合的教學(xué)模式可以有效提高學(xué)生對電力系統(tǒng)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(xué)
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(chuàng)造一個虛擬現(xiàn)實培訓(xùn)環(huán)境,讓學(xué)生在虛擬場景中上完成對調(diào)速、調(diào)壓、AGC\AVC等相關(guān)電力系統(tǒng)方面的操作。可對設(shè)備進(jìn)行拆卸和裝配,讓學(xué)生看到平時不易見到的設(shè)備構(gòu)造、工藝及內(nèi)部運行情況,做到對設(shè)備的組成、結(jié)構(gòu)、拆卸順序及操作過程等了然于胸。還可實現(xiàn)事故場景真實再現(xiàn),便于學(xué)生對暫態(tài)過程進(jìn)行分析,可大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)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(xué)示范中心平臺網(wǎng)站,學(xué)生不僅可以實驗課上運用實驗室的仿真軟件進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的操作學(xué)習(xí),課后未完成的內(nèi)容,或者學(xué)生所設(shè)想的創(chuàng)新性問題還可以通過互聯(lián)網(wǎng)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(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)答疑。
4.結(jié)束語
為了提高電力系統(tǒng)分析課程的教學(xué)效果,學(xué)院專門成立了課程組,一方面加強理論教學(xué)網(wǎng)站的建設(shè),整理出相關(guān)課件、教案、習(xí)題等資料共學(xué)生下載學(xué)習(xí),另一方面加強電力系統(tǒng)分析課程實踐教學(xué)平臺的建設(shè),對學(xué)生在虛擬仿真平臺的應(yīng)用過程中所碰到的及時給予指導(dǎo),此外課程組通過教研教改項目研究,改進(jìn)教學(xué)方法、教學(xué)手段等來提高教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn):
[1]孟祥萍.電力系統(tǒng)分析[M].高等教育出版社,2010.
[2]鄧建高.高校本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的校企合作模式研究[J].中國電力教育.2009,(2).
[3]劉進(jìn)志.基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的教學(xué)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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