试析具有特色的电网仿真实验室建设与运用的研究

论文摘要：针对传统电力工程教学模式方法的缺陷，通过沈阳工程学院基于电力行业标准的、具有特色的电网仿真实验室的建设与研究，分析说明了建立特色电网仿真实验室对提高学生技术素质水平，整合专业课程设置体系的必要性。

　　论文关键词：传统教学；电力行业标准；电网仿真实验室 

　　高等院校电气工程及自动化专业是为发电厂、供电公司、农电局、送变电公司、大型工矿企业等培养从事电气工程及自动化领域的电力系统设计与运行、电气设备安装与检修、试验分析、研制开发、信息处理及经营管理等方面的高级工程技术人才。随着我国电力行业的迅猛发展，对电力行业的人才素质要求越来越高。而现在我国高校电力专业的课程设置体系已不能完全满足电力行业的发展要求。比如：现有的一些理论教材已经用了几十年，出现了理论与实际相脱离，理论教学与实际训练相脱离等现象，导致学生缺少创新思维。正是基于这种现象，沈阳工程学院电气工程系通过几年的努力，利用中央与地方共建项目资金的支持，开展了基于电力行业标准的开放式电力工程实践基地群之一的电网仿真实验室的建设与研究，学生通过在电网仿真实验室的学习，可以大大提高他们的理论水平与实际岗位的技术水平，能够更好地适应电力行业发展的要求。

　　一、特色电网仿真实验室的建设

　　从2006年开始，我们利用中央与地方共建项目资金的支持，按照电力系统行业标准，依据现场实际需要，开展了具有特色的电网仿真实验室的建设。我们先后走访了清华大学、北京电科院、河北省电力培训中心、湖南大学电气工程学院、贵州省电力培训中心、四川省电力仿真培训中心、四川交通大学电气工程系、辽宁省电力调度中心等单位。通过深入的调查研究，最后根据我们的设计方案，采用学校招标形式，与清华大学在2007年签订了电力工程实践基地群之一的具有特色的电网仿真实验室共建项目的协议。通过几年的艰苦努力，该实验室现已建设完毕。

　　二、特色电网仿真实验室的功能

　　基于成熟的电网调度员仿真培训系统（DTS）的技术平台，建立一个包含典型省电网、地区电网、区县电网的统一电力系统模型，实现统一模型的数字仿真，逼真模拟各级电网的稳态和故障运行情况；同时利用计算机系统组成完整的调度自动化模拟系统，完整地模拟各级电网调度的物理环境。 

　　电网仿真实验室集继电保护、自动装置、计算机通讯、数据采集及监控（Supervisory Control And Data Acquisition，简称SCADA）、电力系统分析计算、电力系统静态仿真和电力系统动态仿真为一体,几乎覆盖整个专业领域。在这个实验室里学生可以得到电力系统运行控制、分析计算等全方位的训练。 

　　在DTS的实际调度应用中，学员坐在学员室中充当“调度员”接受培训，学员室中配备有与实际调度室一致的（或接近的）能量管理系统（Energy Management System，简称EMS）和软硬件系统（即学员台），让学员有一种身临其境的感觉；而教员在教员室里，利用教员台在培训前准备教案（教案源自于实际电网系统的运行数据断面和实际的电网模型以及参数），在培训中控制培训过程，具体指导培训工作的进行，并在培训结束后评价学员的调度能力。在培训进行过程中，学员与教员之间的通信采用电话或计算机信息交互进行，来模拟调度时调度员和厂站值班员之间的通信方式。在这种方式下，整个培训过程都由教员与学员之间“一对一”地完成，这种做法符合现场需要，它利于教员了解每一个学员对调度规程的熟练程度和操作情况，以及他们对故障的应变能力。

　　仿真教学实验系统可以满足多位学员同时独立接受仿真培训的要求，也可以实现教员与学员“一对多”的模式，这样指导老师通过教员台（主工作站）向各学员终端下达教案，也可设置预想的故障，在仿真实验过程中控制进程，具体指导实验的进行，并在实验中观察学生的实验操作情况，给予必要的指导。 

　　在统一模型下的电网仿真培训，还可以实现多级调度的联合仿真培训，让学员了解上下级调度的协调配合，训练联合反事故的能力。 

　　新建成的特色电网仿真实验室，除具有以上功能外，针对沈阳工程学院（以下简称“我院”）的具体情况，还开发实现了以下几种功能。 

　　（1）变电站仿真系统能与电网仿真联网运行，电网仿真和变电站仿真在电网模型、数据库、人机界面、功能模块等多个方面实现一体化，两套系统共享公共的电网模型，共享公共的设备参数和仿真画面，对于公共的部分，用户只需要维护一套模型和参数。电网仿真和变电站仿真可以各自单独运行，也可以联合仿真。联合仿真时，两套系统共享同一套电网模型，在任一系统中进行操作或设定故障后，两套系统均能自动响应，并各自给出正确、完整的二次设备动作信息。作为电网仿真中的一个深度仿真的变电站，可以实现电网调度和变电站运行值班人员的联合仿真培训。 

　　（2）利用DTS电网数字仿真培训系统硬件平台，可以实现开放式《电力系统分析》实验，这样在建成的电网仿真教学实验室中，就可以进行面向电网运行值班的调度员仿真培训，也可以进行面向基础教学的电力系统分析仿真试验，而且教员可以方便地在两套系统之间进行切换。 

　　（3）电网仿真实验室不但可以满足电气工程系各专业的电网环节实习、实训需求，而且可以为学院节省大量的实习经费。 

　　（4）为电气自动化的学生做毕业设计提供软件平台，达到锻炼学生自主设计的目的。

　　三、特色电网仿真实验室的创新

　　新建成的电网仿真实验室与国内其它院校电网仿真实验室相比，具有以下几方面的创新之处。 

　　首先，它不是单一的电网仿真实验室，而是集电网仿真、电网仿真与变电站仿真联网运行系统、电力系统分析实验、学生毕业设计等多功能为一体的实验室。学生可以根据课堂或自己需要，在电网仿真系统、电力系统分析实验、毕业设计三套系统之间任意切换，互不干扰。 

　　其次，由于实现了电网仿真与变电站仿真联网运行，可以使学生在实验室进行认识实习、毕业实习，而且也会收到较好的实习效果。比如：在电网仿真中，假如有35kV、66kV、110kV、220kV、500kV等不同的厂站，可以在变电站仿真中找到与它匹配的厂站，两者能达到同步运行，这样学生就可以既看到电网仿真中系统厂站的设备运行情况，又可以看到变电站仿真中实际的三维画面和动作过程，效果非常理想。 

　　另外，毕业设计是大学教育的最后一个环节，也是最重要的环节之一，它可以衡量一个学校的教学水平，也是衡量一个毕业生能力的重要标准，做好学生毕业设计是非常重要的。我们利用电网仿真软件平台，独立设计了毕业设计软件平台，让学生可以任意组建电力系统网络模型，通过拓扑进行各种电力系统分析计算，达到锻炼学生自主设计的目的。这也开创了我院发电专业学生开展毕业设计改革的新篇章。

　　四、特色电网仿真实验室的现实意义

　　特色电网仿真实验室是按照电力系统行业标准，依据现场实际需要，根据以“面向企业、立足岗位、突出实践”为指导思想的“技术岗位型”培养模式来建设的。 

　　通过电网仿真实验室建设与研究，可以整合现有发电专业的课程设置体系，构建新的课程体系和教学内容，使该体系具有很强的针对性和灵活方便性。同时可以做到情景交融，生动形象。即根据电力行业岗位需求，真正做到真实模拟电力系统设备，来作为学生的训练手段。比如：可以让学生自己模拟某一地区真实电网网络发生故障。怎么进行处理，用到了哪些专业知识？学生的处理结果会由评判系统给分。而且这个处理过程必须和实际现场一样。这样就可以充分调动学员的学习积极性和提高实践工作能力，达到实际现场岗位的技能要求。 

　　在教学过程中，老师需要知道学生对于哪些知识点掌握比较模糊，哪些知识点已经掌握了，还有哪些知识点只需要对个别进行辅导，哪些知识点是需要对多数人进行强调的。学生需要有方便的手段将这些信息实时向老师反馈。在实验的过程中，老师需要控制实验的节奏，掌握每个学生的完成状况，统一导演实验的进程。同时在进行联合实验的时候，生生之间，师生之间必须通过信息交互进行有效的协调，更好地完成实验，达到预期的效果。本实验室在这些方面都做了较深刻的研究，为老师和学生提供了方便的交流手段，这样就可以使教学实验过程变得积极、互动，收到良好的教学效果。 

　　充分利用和开发电网仿真实验室这个平台，围绕着电力系统的发展情况，注重研究电力系统中出现的新技术、新产品，适时编写理论教程。这样就可以很好地解决理论教学与现场实际的关系问题，为我们培养合格的电力系统人才提供良好的保障。 

　　总之，特色电网仿真实验室建成与运用的研究，对于如何开展电力专业教学改革，加强专业教学研究具有很好的示范性和指导作用。