試析具有特色的電網仿真實驗室建設與運用的研究
論文摘要：針對傳統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標準的、具有特色的電網仿真實驗室的建設與研究，分析說明了建立特色電網仿真實驗室對提高學生技術素質水平，整合專業課程設置體系的必要性。
論文關鍵詞：傳統教學；電力行業標準；電網仿真實驗室
高等院校電氣工程及自動化專業是為發電廠、供電公司、農電局、送變電公司、大型工礦企業等培養從事電氣工程及自動化領域的電力系統設計與運行、電氣設備安裝與檢修、試驗分析、研制開發、信息處理及經營管理等方面的高級工程技術人才。隨著我國電力行業的迅猛發展，對電力行業的人才素質要求越來越高。而現在我國高校電力專業的課程設置體系已不能完全滿足電力行業的發展要求。比如：現有的一些理論教材已經用了幾十年，出現了理論與實際相脫離，理論教學與實際訓練相脫離等現象，導致學生缺少創新思維。正是基于這種現象，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標準的開放式電力工程實踐基地群之一的電網仿真實驗室的建設與研究，學生通過在電網仿真實驗室的學習，可以大大提高他們的理論水平與實際崗位的技術水平，能夠更好地適應電力行業發展的要求。
一、特色電網仿真實驗室的建設
從2006年開始，我們利用中央與地方共建項目資金的支持，按照電力系統行業標準，依據現場實際需要，開展了具有特色的電網仿真實驗室的建設。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、遼寧省電力調度中心等單位。通過深入的調查研究，最后根據我們的設計方案，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仿真實驗室共建項目的協議。通過幾年的艱苦努力，該實驗室現已建設完畢。
二、特色電網仿真實驗室的功能
基于成熟的電網調度員仿真培訓系統（DTS）的技術平臺，建立一個包含典型省電網、地區電網、區縣電網的統一電力系統模型，實現統一模型的數字仿真，逼真模擬各級電網的穩態和故障運行情況；同時利用計算機系統組成完整的調度自動化模擬系統，完整地模擬各級電網調度的物理環境。
電網仿真實驗室集繼電保護、自動裝置、計算機通訊、數據采集及監控（Supervisory Control And Data Acquisition，簡稱SCADA）、電力系統分析計算、電力系統靜態仿真和電力系統動態仿真為一體,幾乎覆蓋整個專業領域。在這個實驗室里學生可以得到電力系統運行控制、分析計算等全方位的訓練。
在DTS的實際調度應用中，學員坐在學員室中充當“調度員”接受培訓，學員室中配備有與實際調度室一致的（或接近的）能量管理系統（Energy Management System，簡稱EMS）和軟硬件系統（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系統的運行數據斷面和實際的電網模型以及參數），在培訓中控制培訓過程，具體指導培訓工作的進行，并在培訓結束后評價學員的調度能力。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，來模擬調度時調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，這種做法符合現場需要，它利于教員了解每一個學員對調度規程的熟練程度和操作情況，以及他們對故障的應變能力。
仿真教學實驗系統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。
在統一模型下的電網仿真培訓，還可以實現多級調度的聯合仿真培訓，讓學員了解上下級調度的協調配合，訓練聯合反事故的能力。
新建成的特色電網仿真實驗室，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，還開發實現了以下幾種功能。
（1）變電站仿真系統能與電網仿真聯網運行，電網仿真和變電站仿真在電網模型、數據庫、人機界面、功能模塊等多個方面實現一體化，兩套系統共享公共的電網模型，共享公共的設備參數和仿真畫面，對于公共的部分，用戶只需要維護一套模型和參數。電網仿真和變電站仿真可以各自單獨運行，也可以聯合仿真。聯合仿真時，兩套系統共享同一套電網模型，在任一系統中進行操作或設定故障后，兩套系統均能自動響應，并各自給出正確、完整的二次設備動作信息。作為電網仿真中的一個深度仿真的變電站，可以實現電網調度和變電站運行值班人員的聯合仿真培訓。
（2）利用DTS電網數字仿真培訓系統硬件平臺，可以實現開放式《電力系統分析》實驗，這樣在建成的電網仿真教學實驗室中，就可以進行面向電網運行值班的調度員仿真培訓，也可以進行面向基礎教學的電力系統分析仿真試驗，而且教員可以方便地在兩套系統之間進行切換。
（3）電網仿真實驗室不但可以滿足電氣工程系各專業的電網環節實習、實訓需求，而且可以為學院節省大量的實習經費。
（4）為電氣自動化的學生做畢業設計提供軟件平臺，達到鍛煉學生自主設計的目的。
三、特色電網仿真實驗室的創新
新建成的電網仿真實驗室與國內其它院校電網仿真實驗室相比，具有以下幾方面的創新之處。
首先，它不是單一的電網仿真實驗室，而是集電網仿真、電網仿真與變電站仿真聯網運行系統、電力系統分析實驗、學生畢業設計等多功能為一體的實驗室。學生可以根據課堂或自己需要，在電網仿真系統、電力系統分析實驗、畢業設計三套系統之間任意切換，互不干擾。
其次，由于實現了電網仿真與變電站仿真聯網運行，可以使學生在實驗室進行認識實習、畢業實習，而且也會收到較好的實習效果。比如：在電網仿真中，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仿真中系統廠站的設備運行情況，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，畢業設計是大學教育的最后一個環節，也是最重要的環節之一，它可以衡量一個學校的教學水平，也是衡量一個畢業生能力的重要標準，做好學生畢業設計是非常重要的。我們利用電網仿真軟件平臺，獨立設計了畢業設計軟件平臺，讓學生可以任意組建電力系統網絡模型，通過拓撲進行各種電力系統分析計算，達到鍛煉學生自主設計的目的。這也開創了我院發電專業學生開展畢業設計改革的新篇章。
四、特色電網仿真實驗室的現實意義
特色電網仿真實驗室是按照電力系統行業標準，依據現場實際需要，根據以“面向企業、立足崗位、突出實踐”為指導思想的“技術崗位型”培養模式來建設的。
通過電網仿真實驗室建設與研究，可以整合現有發電專業的課程設置體系，構建新的課程體系和教學內容，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。即根據電力行業崗位需求，真正做到真實模擬電力系統設備，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真實電網網絡發生故障。怎么進行處理，用到了哪些專業知識？學生的處理結果會由評判系統給分。而且這個處理過程必須和實際現場一樣。這樣就可以充分調動學員的學習積極性和提高實踐工作能力，達到實際現場崗位的技能要求。
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人進行強調的。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奏，掌握每個學生的完成狀況，統一導演實驗的進程。同時在進行聯合實驗的時候，生生之間，師生之間必須通過信息交互進行有效的協調，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。
充分利用和開發電網仿真實驗室這個平臺，圍繞著電力系統的發展情況，注重研究電力系統中出現的新技術、新產品，適時編寫理論教程。這樣就可以很好地解決理論教學與現場實際的關系問題，為我們培養合格的電力系統人才提供良好的保障。
總之，特色電網仿真實驗室建成與運用的研究，對于如何開展電力專業教學改革，加強專業教學研究具有很好的示范性和指導作用。
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