試析具有特色的電網(wǎng)仿真實驗室建設(shè)與運用的研究
論文摘要：針對傳統(tǒng)電力工程教學模式方法的缺陷，通過沈陽工程學院基于電力行業(yè)標準的、具有特色的電網(wǎng)仿真實驗室的建設(shè)與研究，分析說明了建立特色電網(wǎng)仿真實驗室對提高學生技術(shù)素質(zhì)水平，整合專業(yè)課程設(shè)置體系的必要性。
論文關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)教學；電力行業(yè)標準；電網(wǎng)仿真實驗室
高等院校電氣工程及自動化專業(yè)是為發(fā)電廠、供電公司、農(nóng)電局、送變電公司、大型工礦企業(yè)等培養(yǎng)從事電氣工程及自動化領(lǐng)域的電力系統(tǒng)設(shè)計與運行、電氣設(shè)備安裝與檢修、試驗分析、研制開發(fā)、信息處理及經(jīng)營管理等方面的高級工程技術(shù)人才。隨著我國電力行業(yè)的迅猛發(fā)展，對電力行業(yè)的人才素質(zhì)要求越來越高。而現(xiàn)在我國高校電力專業(yè)的課程設(shè)置體系已不能完全滿足電力行業(yè)的發(fā)展要求。比如：現(xiàn)有的一些理論教材已經(jīng)用了幾十年，出現(xiàn)了理論與實際相脫離，理論教學與實際訓練相脫離等現(xiàn)象，導致學生缺少創(chuàng)新思維。正是基于這種現(xiàn)象，沈陽工程學院電氣工程系通過幾年的努力，利用中央與地方共建項目資金的支持，開展了基于電力行業(yè)標準的開放式電力工程實踐基地群之一的電網(wǎng)仿真實驗室的建設(shè)與研究，學生通過在電網(wǎng)仿真實驗室的學習，可以大大提高他們的理論水平與實際崗位的技術(shù)水平，能夠更好地適應(yīng)電力行業(yè)發(fā)展的要求。
一、特色電網(wǎng)仿真實驗室的建設(shè)
從2006年開始，我們利用中央與地方共建項目資金的支持，按照電力系統(tǒng)行業(yè)標準，依據(jù)現(xiàn)場實際需要，開展了具有特色的電網(wǎng)仿真實驗室的建設(shè)。我們先后走訪了清華大學、北京電科院、河北省電力培訓中心、湖南大學電氣工程學院、貴州省電力培訓中心、四川省電力仿真培訓中心、四川交通大學電氣工程系、遼寧省電力調(diào)度中心等單位。通過深入的調(diào)查研究，最后根據(jù)我們的設(shè)計方案，采用學校招標形式，與清華大學在2007年簽訂了電力工程實踐基地群之一的具有特色的電網(wǎng)仿真實驗室共建項目的協(xié)議。通過幾年的艱苦努力，該實驗室現(xiàn)已建設(shè)完畢。
二、特色電網(wǎng)仿真實驗室的功能
基于成熟的電網(wǎng)調(diào)度員仿真培訓系統(tǒng)（DTS）的技術(shù)平臺，建立一個包含典型省電網(wǎng)、地區(qū)電網(wǎng)、區(qū)縣電網(wǎng)的統(tǒng)一電力系統(tǒng)模型，實現(xiàn)統(tǒng)一模型的數(shù)字仿真，逼真模擬各級電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)和故障運行情況；同時利用計算機系統(tǒng)組成完整的調(diào)度自動化模擬系統(tǒng)，完整地模擬各級電網(wǎng)調(diào)度的物理環(huán)境。
電網(wǎng)仿真實驗室集繼電保護、自動裝置、計算機通訊、數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控（Supervisory Control And Data Acquisition，簡稱SCADA）、電力系統(tǒng)分析計算、電力系統(tǒng)靜態(tài)仿真和電力系統(tǒng)動態(tài)仿真為一體,幾乎覆蓋整個專業(yè)領(lǐng)域。在這個實驗室里學生可以得到電力系統(tǒng)運行控制、分析計算等全方位的訓練。
在DTS的實際調(diào)度應(yīng)用中，學員坐在學員室中充當“調(diào)度員”接受培訓，學員室中配備有與實際調(diào)度室一致的（或接近的）能量管理系統(tǒng)（Energy Management System，簡稱EMS）和軟硬件系統(tǒng)（即學員臺），讓學員有一種身臨其境的感覺；而教員在教員室里，利用教員臺在培訓前準備教案（教案源自于實際電網(wǎng)系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)斷面和實際的電網(wǎng)模型以及參數(shù)），在培訓中控制培訓過程，具體指導培訓工作的進行，并在培訓結(jié)束后評價學員的調(diào)度能力。在培訓進行過程中，學員與教員之間的通信采用電話或計算機信息交互進行，來模擬調(diào)度時調(diào)度員和廠站值班員之間的通信方式。在這種方式下，整個培訓過程都由教員與學員之間“一對一”地完成，這種做法符合現(xiàn)場需要，它利于教員了解每一個學員對調(diào)度規(guī)程的熟練程度和操作情況，以及他們對故障的應(yīng)變能力。
仿真教學實驗系統(tǒng)可以滿足多位學員同時獨立接受仿真培訓的要求，也可以實現(xiàn)教員與學員“一對多”的模式，這樣指導老師通過教員臺（主工作站）向各學員終端下達教案，也可設(shè)置預想的故障，在仿真實驗過程中控制進程，具體指導實驗的進行，并在實驗中觀察學生的實驗操作情況，給予必要的指導。
在統(tǒng)一模型下的電網(wǎng)仿真培訓，還可以實現(xiàn)多級調(diào)度的聯(lián)合仿真培訓，讓學員了解上下級調(diào)度的協(xié)調(diào)配合，訓練聯(lián)合反事故的能力。
新建成的特色電網(wǎng)仿真實驗室，除具有以上功能外，針對沈陽工程學院（以下簡稱“我院”）的具體情況，還開發(fā)實現(xiàn)了以下幾種功能。
（1）變電站仿真系統(tǒng)能與電網(wǎng)仿真聯(lián)網(wǎng)運行，電網(wǎng)仿真和變電站仿真在電網(wǎng)模型、數(shù)據(jù)庫、人機界面、功能模塊等多個方面實現(xiàn)一體化，兩套系統(tǒng)共享公共的電網(wǎng)模型，共享公共的設(shè)備參數(shù)和仿真畫面，對于公共的部分，用戶只需要維護一套模型和參數(shù)。電網(wǎng)仿真和變電站仿真可以各自單獨運行，也可以聯(lián)合仿真。聯(lián)合仿真時，兩套系統(tǒng)共享同一套電網(wǎng)模型，在任一系統(tǒng)中進行操作或設(shè)定故障后，兩套系統(tǒng)均能自動響應(yīng)，并各自給出正確、完整的二次設(shè)備動作信息。作為電網(wǎng)仿真中的一個深度仿真的變電站，可以實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度和變電站運行值班人員的聯(lián)合仿真培訓。
�。�2）利用DTS電網(wǎng)數(shù)字仿真培訓系統(tǒng)硬件平臺，可以實現(xiàn)開放式《電力系統(tǒng)分析》實驗，這樣在建成的電網(wǎng)仿真教學實驗室中，就可以進行面向電網(wǎng)運行值班的調(diào)度員仿真培訓，也可以進行面向基礎(chǔ)教學的電力系統(tǒng)分析仿真試驗，而且教員可以方便地在兩套系統(tǒng)之間進行切換。
�。�3）電網(wǎng)仿真實驗室不但可以滿足電氣工程系各專業(yè)的電網(wǎng)環(huán)節(jié)實習、實訓需求，而且可以為學院節(jié)省大量的實習經(jīng)費。
�。�4）為電氣自動化的學生做畢業(yè)設(shè)計提供軟件平臺，達到鍛煉學生自主設(shè)計的目的。
三、特色電網(wǎng)仿真實驗室的創(chuàng)新
新建成的電網(wǎng)仿真實驗室與國內(nèi)其它院校電網(wǎng)仿真實驗室相比，具有以下幾方面的創(chuàng)新之處。
首先，它不是單一的電網(wǎng)仿真實驗室，而是集電網(wǎng)仿真、電網(wǎng)仿真與變電站仿真聯(lián)網(wǎng)運行系統(tǒng)、電力系統(tǒng)分析實驗、學生畢業(yè)設(shè)計等多功能為一體的實驗室。學生可以根據(jù)課堂或自己需要，在電網(wǎng)仿真系統(tǒng)、電力系統(tǒng)分析實驗、畢業(yè)設(shè)計三套系統(tǒng)之間任意切換，互不干擾。
其次，由于實現(xiàn)了電網(wǎng)仿真與變電站仿真聯(lián)網(wǎng)運行，可以使學生在實驗室進行認識實習、畢業(yè)實習，而且也會收到較好的實習效果。比如：在電網(wǎng)仿真中，假如有35kV、66kV、110kV、220kV、500kV等不同的廠站，可以在變電站仿真中找到與它匹配的廠站，兩者能達到同步運行，這樣學生就可以既看到電網(wǎng)仿真中系統(tǒng)廠站的設(shè)備運行情況，又可以看到變電站仿真中實際的三維畫面和動作過程，效果非常理想。
另外，畢業(yè)設(shè)計是大學教育的最后一個環(huán)節(jié)，也是最重要的環(huán)節(jié)之一，它可以衡量一個學校的教學水平，也是衡量一個畢業(yè)生能力的重要標準，做好學生畢業(yè)設(shè)計是非常重要的。我們利用電網(wǎng)仿真軟件平臺，獨立設(shè)計了畢業(yè)設(shè)計軟件平臺，讓學生可以任意組建電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過拓撲進行各種電力系統(tǒng)分析計算，達到鍛煉學生自主設(shè)計的目的。這也開創(chuàng)了我院發(fā)電專業(yè)學生開展畢業(yè)設(shè)計改革的新篇章。
四、特色電網(wǎng)仿真實驗室的現(xiàn)實意義
特色電網(wǎng)仿真實驗室是按照電力系統(tǒng)行業(yè)標準，依據(jù)現(xiàn)場實際需要，根據(jù)以“面向企業(yè)、立足崗位、突出實踐”為指導思想的“技術(shù)崗位型”培養(yǎng)模式來建設(shè)的。
通過電網(wǎng)仿真實驗室建設(shè)與研究，可以整合現(xiàn)有發(fā)電專業(yè)的課程設(shè)置體系，構(gòu)建新的課程體系和教學內(nèi)容，使該體系具有很強的針對性和靈活方便性。同時可以做到情景交融，生動形象。即根據(jù)電力行業(yè)崗位需求，真正做到真實模擬電力系統(tǒng)設(shè)備，來作為學生的訓練手段。比如：可以讓學生自己模擬某一地區(qū)真實電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障。怎么進行處理，用到了哪些專業(yè)知識？學生的處理結(jié)果會由評判系統(tǒng)給分。而且這個處理過程必須和實際現(xiàn)場一樣。這樣就可以充分調(diào)動學員的學習積極性和提高實踐工作能力，達到實際現(xiàn)場崗位的技能要求。
在教學過程中，老師需要知道學生對于哪些知識點掌握比較模糊，哪些知識點已經(jīng)掌握了，還有哪些知識點只需要對個別進行輔導，哪些知識點是需要對多數(shù)人進行強調(diào)的。學生需要有方便的手段將這些信息實時向老師反饋。在實驗的過程中，老師需要控制實驗的節(jié)奏，掌握每個學生的完成狀況，統(tǒng)一導演實驗的進程。同時在進行聯(lián)合實驗的時候，生生之間，師生之間必須通過信息交互進行有效的協(xié)調(diào)，更好地完成實驗，達到預期的效果。本實驗室在這些方面都做了較深刻的研究，為老師和學生提供了方便的交流手段，這樣就可以使教學實驗過程變得積極、互動，收到良好的教學效果。
充分利用和開發(fā)電網(wǎng)仿真實驗室這個平臺，圍繞著電力系統(tǒng)的發(fā)展情況，注重研究電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的新技術(shù)、新產(chǎn)品，適時編寫理論教程。這樣就可以很好地解決理論教學與現(xiàn)場實際的關(guān)系問題，為我們培養(yǎng)合格的電力系統(tǒng)人才提供良好的保障。
總之，特色電網(wǎng)仿真實驗室建成與運用的研究，對于如何開展電力專業(yè)教學改革，加強專業(yè)教學研究具有很好的示范性和指導作用。
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