RTDS課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的啟迪

徐青菁， 姜建民， 王君艷

(上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240)

0 引言

目前，電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)是國(guó)內(nèi)高校進(jìn)行電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)最主要的教學(xué)方式。動(dòng)模實(shí)驗(yàn)屬于電力系統(tǒng)的物理模擬，是按照相似性原理建立的縮小的實(shí)際物理模型，能反映電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，具有直觀形象的特點(diǎn)。但動(dòng)模實(shí)驗(yàn)存在以下局限性:① 投資大，建設(shè)周期教長(zhǎng)，具有動(dòng)模的高校還是少數(shù);②無(wú)法組建大規(guī)模實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，難以幫助學(xué)生建立大系統(tǒng)概念;③系統(tǒng)組建變化有限，難以充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性;④所能覆蓋的教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較有限;⑤ 出于安全方面考慮，很多步驟不能讓學(xué)生親自動(dòng)手操作，而且不可能每人配置一套設(shè)備，只能分組實(shí)驗(yàn)，這大大降低了教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性[1-3]。

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和實(shí)時(shí)仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，利用數(shù)字仿真進(jìn)行電力系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)逐漸為高校所認(rèn)同。數(shù)字仿真試驗(yàn)具有安全、經(jīng)濟(jì)、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代仿真與試驗(yàn)系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。與動(dòng)模實(shí)驗(yàn)一樣，數(shù)字仿真已成為電力系統(tǒng)仿真試驗(yàn)、教學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)培訓(xùn)的主流選擇。

基于數(shù)字仿真的電力系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)作為動(dòng)模實(shí)驗(yàn)的有益補(bǔ)充和改革，與傳統(tǒng)的物理模擬方法不同，數(shù)模實(shí)驗(yàn)采用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器(Real-Time Digital Simulator，RTDS)設(shè)備對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化模擬。基于處理器卡的強(qiáng)大計(jì)算能力，在一個(gè)仿真步長(zhǎng)內(nèi)(50～60 μs)完成采集外部信號(hào)、實(shí)時(shí)求解模型、對(duì)物理裝置執(zhí)行激勵(lì)、控制等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際裝置的閉環(huán)仿真。在運(yùn)行于工作站上的RSCAD軟件中，用戶可以使用元件庫(kù)中的各種電力系統(tǒng)元件模型，方便快速地搭建電力系統(tǒng)模型，編譯后下載到處理器卡(GPC)中計(jì)算，在全數(shù)字仿真系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中能夠通過(guò)工作站對(duì)所仿真的電力系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)觀測(cè)及操作、控制。相比傳統(tǒng)的物理模擬方法，數(shù)字模擬方法具有建模周期短、靈活性強(qiáng)、安全性好、結(jié)果直觀等特點(diǎn)，由于其模型使用已經(jīng)大量實(shí)踐驗(yàn)證的電磁暫態(tài)模型，其計(jì)算精度和模型的合理性是可以信賴的。

2010年，電氣工程實(shí)驗(yàn)中心從加拿大曼巴托尼HVDC研究中心進(jìn)口RTDS設(shè)備3套，開設(shè)“電力系統(tǒng)RTDS教學(xué)實(shí)驗(yàn)”并成功申報(bào)了上海交通大學(xué)特色實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，承擔(dān)了兩大類教學(xué)實(shí)驗(yàn):① 全數(shù)字仿真分析實(shí)驗(yàn)，涉及課程包括電力系統(tǒng)基礎(chǔ)、電力系統(tǒng)故障分析和電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制;② 硬件在環(huán)(閉環(huán))實(shí)驗(yàn)，主要課程為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置。本實(shí)驗(yàn)課程使學(xué)生了解電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式、電力元件的機(jī)理和模型，建立電網(wǎng)全局大系統(tǒng)觀念，增強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的直觀感受。系統(tǒng)與上海交通大學(xué)電氣實(shí)驗(yàn)中心原有的繼電保護(hù)屏柜相結(jié)合，構(gòu)成了一個(gè)高規(guī)格數(shù)字動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室，對(duì)教學(xué)和科研的開展起到了很好的推動(dòng)作用[4-6]。

此外，高等工程教育要強(qiáng)化主動(dòng)服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求、主動(dòng)服務(wù)行業(yè)企業(yè)需求的意識(shí)，確立以德為先、能力為重、全面發(fā)展的人才培養(yǎng)觀念，創(chuàng)新高校與行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的機(jī)制，改革工程教育人才培養(yǎng)模式，提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，構(gòu)建布局合理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、類型多樣、主動(dòng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的、具有中國(guó)特色的社會(huì)主義現(xiàn)代高等工程教育體系，加快我國(guó)向工程教育強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。為此，電氣工程實(shí)驗(yàn)中心為響應(yīng)“卓越工程師培養(yǎng)”計(jì)劃戰(zhàn)略，將RTDS電力系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)引入本科教學(xué)計(jì)劃，為培養(yǎng)專業(yè)知識(shí)扎實(shí)，實(shí)踐和動(dòng)手能力強(qiáng)，創(chuàng)新能力突出的卓越工程師打好基礎(chǔ)[7-9]。

1 RTDS實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

電氣工程實(shí)驗(yàn)中心于2010年建設(shè)了基于RTDS的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真中心，同時(shí)充分利用配套的機(jī)房設(shè)備與相應(yīng)的軟件資源，初步建成了基于RTDS的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，應(yīng)用于電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并編寫了《基于RTDS電氣系統(tǒng)應(yīng)用綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》，這是電力系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革的一個(gè)很好的嘗試。本實(shí)驗(yàn)中心共有RTDS實(shí)驗(yàn)設(shè)備2套，輔助計(jì)算機(jī)工作站30臺(tái)，RTDS專業(yè)教師2名，系統(tǒng)在教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革的實(shí)踐中取得了顯著的效果。

此外，實(shí)驗(yàn)中心現(xiàn)已開設(shè)2門專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)，6門課程設(shè)計(jì)(電力電子課程設(shè)計(jì)、變電站電氣部分設(shè)計(jì)、電機(jī)的DSP控制設(shè)計(jì)、繼電保護(hù)設(shè)計(jì)、高壓數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)、智能儀表設(shè)計(jì))，2門科技創(chuàng)新課程，3門特色實(shí)驗(yàn)課程，每年為電氣工程相關(guān)專業(yè)本科生和研究生開展教學(xué)實(shí)驗(yàn)。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室貫徹學(xué)?！凹訌?qiáng)本科生理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、科學(xué)研究三位一體的有機(jī)結(jié)合，加強(qiáng)實(shí)踐和第二課堂教學(xué)”的指導(dǎo)方針，充分利用現(xiàn)有設(shè)備，給學(xué)生創(chuàng)造良好的實(shí)踐條件，讓學(xué)生更多地走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)。2010～2012年，實(shí)驗(yàn)中心先后開設(shè)了18個(gè)PRP，2個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，3個(gè)上海大學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目，在核心期刊上發(fā)表相關(guān)教學(xué)論文4篇。取得了優(yōu)異的成績(jī)，獲得了學(xué)生的一致好評(píng)。

2010年至今，電氣工程實(shí)驗(yàn)中心采用RTDS在教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革、本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)、卓越工程師培養(yǎng)等多方面發(fā)揮了積極的作用。

1.1 教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革

“電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程”利用本系統(tǒng)進(jìn)行了電力系統(tǒng)運(yùn)行方式及潮流計(jì)算和網(wǎng)損分析的實(shí)驗(yàn)。利用典型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在數(shù)字仿真的監(jiān)控圖頁(yè)改變發(fā)電機(jī)出力、開關(guān)狀態(tài)和負(fù)荷參數(shù)，可以改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式及潮流分布。將控制條件和潮流結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，讓學(xué)生了解影響系統(tǒng)潮流的主要因素以及影響趨勢(shì)。同時(shí)，建立了幾個(gè)IEEE典型的大系統(tǒng)，用于大系統(tǒng)運(yùn)行方式和潮流的演示和學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的大系統(tǒng)觀念。另外，利用典型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在數(shù)字仿真的監(jiān)控圖頁(yè)改變發(fā)電機(jī)出力、開關(guān)狀態(tài)和負(fù)荷參數(shù)，包括改變負(fù)荷的功率因數(shù)，數(shù)字仿真可計(jì)算各級(jí)電壓等級(jí)電網(wǎng)的網(wǎng)損。通過(guò)將控制條件和網(wǎng)損結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，讓學(xué)生了解影響網(wǎng)損的主要因素以及影響趨勢(shì)。設(shè)計(jì)了一個(gè)電容就地?zé)o功補(bǔ)償?shù)膶?shí)驗(yàn)，闡述在線路上無(wú)功傳輸減少的情況下，有功損耗即網(wǎng)損就會(huì)下降的現(xiàn)象，加深了學(xué)生對(duì)無(wú)功和網(wǎng)損關(guān)系的理解[10-11]。

“電力系統(tǒng)故障分析課程”利用本系統(tǒng)進(jìn)行了電力系統(tǒng)橫向和縱向(斷線)故障分析實(shí)驗(yàn)。在典型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上設(shè)置各種短路故障、斷線故障和復(fù)合故障。一方面，可設(shè)置各種故障條件、改變故障位置以及改變運(yùn)行方式，觀察系統(tǒng)短路電流的分布情況;另一方面，在數(shù)字仿真的監(jiān)控圖頁(yè)上利用觸發(fā)按鈕觸發(fā)一個(gè)故障或一個(gè)故障序列，了解各種故障下的系統(tǒng)各序電壓和電流變化過(guò)程。在故障過(guò)程中，不僅讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到了短路電流的大小，而且讓學(xué)生對(duì)故障的暫態(tài)過(guò)程有所了解，認(rèn)識(shí)了電流暫態(tài)過(guò)程中的諧波、不對(duì)稱等現(xiàn)象[12]。

“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程”利用本系統(tǒng)進(jìn)行各種成套保護(hù)裝置的調(diào)試與分析實(shí)驗(yàn)。利用眾多典型的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)各類保護(hù)裝置進(jìn)行閉環(huán)試驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)線路保護(hù)和元件保護(hù)的原理和工作特性有了更為深入的認(rèn)識(shí)。典型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)對(duì)象包括線路保護(hù)、母線保護(hù)和變壓器保護(hù)。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中設(shè)置各種簡(jiǎn)單故障和復(fù)雜故障，或者在數(shù)字仿真的監(jiān)控圖頁(yè)用觸發(fā)按鈕觸發(fā)故障或故障序列，觀察各種故障下的電壓和電流波形，通過(guò)對(duì)故障電壓和電流的定量分析以及各類繼電保護(hù)裝置出口和斷路器的狀態(tài)判斷裝置的動(dòng)作是否正確。包括在串補(bǔ)電容條件下，保護(hù)動(dòng)作的特殊性認(rèn)識(shí)。

“電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”也充分利用了本系統(tǒng)。學(xué)生發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，自行建立實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并輸入?yún)?shù)，在教師的指導(dǎo)下，調(diào)整參數(shù)直至系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，然后在該系統(tǒng)中進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)。課程設(shè)計(jì)的題目包括實(shí)驗(yàn)方案中的幾個(gè)題目:電力網(wǎng)接線方案的技術(shù)論證及經(jīng)濟(jì)比較、發(fā)電廠和變電所主接線選擇以及網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算和電壓計(jì)算，還有其他的課程設(shè)計(jì)題目。同時(shí)，在上海交通大學(xué)的使用實(shí)踐表明，本系統(tǒng)也是教師和研究生開展課題研究和技術(shù)開發(fā)的仿真和試驗(yàn)平臺(tái)。

此外，2011～2012學(xué)年設(shè)置的RTDS本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)還有“分壓器”、“交流系統(tǒng)模型”、“輸電線路參數(shù)測(cè)量”、“電力變壓器實(shí)驗(yàn)”、“同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)”、“發(fā)電機(jī)并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)”等，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程都是在學(xué)生獨(dú)立操作下完成，當(dāng)學(xué)生通過(guò)自己的努力把最終結(jié)果或波形呈現(xiàn)在屏幕上時(shí)，無(wú)論這種結(jié)果正確與否，其印象都是非常深刻的。一方面提高學(xué)生的求知欲，加深他們對(duì)所學(xué)的知識(shí)的記憶;另一方面是學(xué)生的自由發(fā)揮，極大地提高了學(xué)習(xí)的積極性，動(dòng)手能力也得到加強(qiáng)。并且這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也可以在動(dòng)模實(shí)驗(yàn)上完成，當(dāng)仿真波形與實(shí)際波形相比較，可進(jìn)一步加深印象。

學(xué)生需自己根據(jù)電氣工程基本原理及實(shí)驗(yàn)需求搭建仿真模型。

學(xué)生需自己搭建人機(jī)互動(dòng)界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的觀測(cè)及控制。

學(xué)生需根據(jù)電氣工程基本原理及繼電保護(hù)原理對(duì)系統(tǒng)故障時(shí)的電壓、電流進(jìn)行分析，并對(duì)繼電保護(hù)等電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置的動(dòng)作行為進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)[13-16]。

1.2 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新

除了教學(xué)實(shí)驗(yàn)，本科生已有采用RTDS完成畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。其中，“基于RTDS的可再生能源并網(wǎng)過(guò)程中繼電保護(hù)行為仿真分析”一文，以距離保護(hù)為例，從理論和仿真兩個(gè)方面研究了風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線保護(hù)的行為。首先經(jīng)過(guò)理論推導(dǎo)，建立了考慮接地電阻和風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行方式變化等各種因素的測(cè)量阻抗解析表達(dá)式。在改變故障距離、接地阻抗、相角差、電勢(shì)比、內(nèi)阻抗等5個(gè)變量，分別繪制了阻抗軌跡圖，形象地說(shuō)明了風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)后對(duì)聯(lián)絡(luò)線距離保護(hù)可能造成的不利影響。再基于RTDS仿真系統(tǒng)，建立風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線模型，同樣改變以上5個(gè)參數(shù)對(duì)于上述的情形進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并在驗(yàn)證的基礎(chǔ)上成功仿真出距離保護(hù)誤動(dòng)作的一種情況。理論分析與仿真結(jié)果皆說(shuō)明，對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線距離保護(hù)，在發(fā)生接地故障時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行方式的頻繁變化將對(duì)測(cè)量阻抗產(chǎn)生很大影響，從而影響距離保護(hù)的正確動(dòng)作。

讓本科生參加RTDS教學(xué)實(shí)驗(yàn)并采用RTDS完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，要求學(xué)生上機(jī)學(xué)會(huì)軟件的基本操作，同時(shí)與動(dòng)模相對(duì)應(yīng)利用該系統(tǒng)建立一個(gè)單機(jī)大系統(tǒng)模型。在仿真模塊界面通過(guò)改變各個(gè)參數(shù)，來(lái)改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式，并仿真出該系統(tǒng)在各種工況下的重要參數(shù)的波形，一方面驗(yàn)證數(shù)字仿真系統(tǒng)的真實(shí)可靠性;另一方面主要是讓學(xué)生了解影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素以及影響趨勢(shì)，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀念和整體觀念。

1.3 卓越工程師培養(yǎng)

教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”(簡(jiǎn)稱“卓越計(jì)劃”)，是貫徹落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》和《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》的重大改革項(xiàng)目，也是促進(jìn)我國(guó)由工程教育大國(guó)邁向工程教育強(qiáng)國(guó)的重大舉措。該計(jì)劃旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國(guó)家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略服務(wù)。截止2010年，我國(guó)開設(shè)工科專業(yè)的本科高校1003所，占本科高?？倲?shù)的90%;高等工程教育的本科在校生達(dá)到371萬(wàn)人，研究生47萬(wàn)人。該計(jì)劃對(duì)促進(jìn)高等教育面向社會(huì)需求培養(yǎng)人才，全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用。

實(shí)驗(yàn)中心設(shè)置RTDS本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，積極響應(yīng)“卓越計(jì)劃”實(shí)施，培養(yǎng)方式具有3個(gè)特點(diǎn):

(1)行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過(guò)程。這方面主要體現(xiàn)在學(xué)校與企業(yè)合作項(xiàng)目，學(xué)生參與并完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。上文提到的“可再生能源并網(wǎng)過(guò)程中繼電保護(hù)行為仿真分析”，就是電氣工程系與某電力企業(yè)合作項(xiàng)目，不僅可以提高學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)積極性，而且加深了本科學(xué)生對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，讓企業(yè)參與，讓學(xué)生受益，為培養(yǎng)工程師提供實(shí)施的舞臺(tái)。

(2)結(jié)合高校人才標(biāo)準(zhǔn)和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)工程人才。與動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)相比，RTDS具備多種優(yōu)越性，可以讓本科生更早的接觸到電力系統(tǒng)仿真，在培養(yǎng)學(xué)生能力的同時(shí)，結(jié)合專業(yè)知識(shí)，為電力系統(tǒng)行業(yè)儲(chǔ)備工程師人才。

(3)強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。RTDS仿真和實(shí)驗(yàn)靈活多變，范圍很廣。模型系統(tǒng)可采用典型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，也可由學(xué)生自由搭建。學(xué)生通過(guò)數(shù)字仿真平臺(tái)，可靈活組建各種結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)行方式的系統(tǒng)，自我設(shè)計(jì)發(fā)揮的自由度很大，這對(duì)于本科課程設(shè)計(jì)尤為重要，可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)。

我們的培養(yǎng)目標(biāo)是:面向電力系統(tǒng)行業(yè)、面向世界、面向未來(lái)，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化和現(xiàn)代化奠定堅(jiān)實(shí)的人力資源優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)我國(guó)的核心競(jìng)爭(zhēng)力和綜合國(guó)力。因此，以RTDS實(shí)驗(yàn)和實(shí)施卓越計(jì)劃為突破口，促進(jìn)電力系統(tǒng)教育改革和創(chuàng)新，加快國(guó)家智能電網(wǎng)建設(shè)步伐，全面提高電氣工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)從工程教育大國(guó)走向工程教育強(qiáng)國(guó)[17-20]。

2 成果和啟迪

(1)培養(yǎng)學(xué)生大系統(tǒng)觀念。隨著電網(wǎng)的互聯(lián)規(guī)模越來(lái)越大，電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)和動(dòng)態(tài)行為日益復(fù)雜。通過(guò)動(dòng)模的小規(guī)模系統(tǒng)，學(xué)生可以認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)的一些基本規(guī)律，但無(wú)法充分認(rèn)識(shí)到大型互聯(lián)系統(tǒng)的一些特殊運(yùn)行規(guī)律。學(xué)生通過(guò)數(shù)字仿真平臺(tái)，可靈活建立互聯(lián)大系統(tǒng)，在上面進(jìn)行穩(wěn)態(tài)的潮流計(jì)算、網(wǎng)損分析、無(wú)功補(bǔ)償實(shí)驗(yàn);設(shè)置各種故障條件，進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算和動(dòng)態(tài)行為分析。這對(duì)學(xué)生建立大系統(tǒng)觀念和加強(qiáng)對(duì)大系統(tǒng)特殊運(yùn)行規(guī)律的認(rèn)識(shí)會(huì)很有幫助，是動(dòng)模的有益補(bǔ)充[21]。

(2)提高學(xué)生創(chuàng)新能力。電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，運(yùn)行方式也靈活多變，這要求教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)撵`活性。動(dòng)模實(shí)驗(yàn)由于電機(jī)和設(shè)備有限，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上欠缺靈活性，學(xué)生能夠組建的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有限，一定程度上限制了學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)揮。

學(xué)生通過(guò)數(shù)字仿真平臺(tái)，可靈活組建各種結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)行方式的系統(tǒng)，自我設(shè)計(jì)發(fā)揮的自由度很大，可廣泛開展創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生更廣闊的創(chuàng)新空間，有利于培養(yǎng)學(xué)生的分析和創(chuàng)新能力。這對(duì)于研究型大學(xué)的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)尤其重要。

(3)增強(qiáng)學(xué)生直觀感受。動(dòng)模實(shí)驗(yàn)可讓學(xué)生在實(shí)際操作中產(chǎn)生直觀形象的感受，傳統(tǒng)觀念會(huì)認(rèn)為數(shù)字仿真的直觀性要差一些，但本系統(tǒng)的交互培訓(xùn)功能很好地克服了這個(gè)不足。

本數(shù)字仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互培訓(xùn)功能可以大大增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)的效果和學(xué)生的直觀感受。系統(tǒng)界面的監(jiān)控圖上，可擺放各種儀表和控制，學(xué)生可在仿真前或?qū)崟r(shí)仿真過(guò)程中任意改變圖中儀表和控制的設(shè)置。在仿真過(guò)程中，學(xué)生的控制手段甚至比動(dòng)模更加靈活，如各種故障的設(shè)置，發(fā)電機(jī)的出力調(diào)節(jié)等，儀表的擺動(dòng)也非常逼真，從而大大增強(qiáng)了學(xué)生的直觀感受。

(4)加深學(xué)生對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。本系統(tǒng)同時(shí)又是一個(gè)數(shù)字動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室，與動(dòng)模一樣可以直接接入實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行閉環(huán)實(shí)驗(yàn)，可以加深學(xué)生對(duì)實(shí)際電力裝置的認(rèn)識(shí)和了解。系統(tǒng)通過(guò)高速通信系統(tǒng)與信號(hào)轉(zhuǎn)換及輸入輸出系統(tǒng)同外部設(shè)備相連，可進(jìn)行繼電保護(hù)裝置、安全自動(dòng)裝置以及測(cè)量與控制裝置的實(shí)時(shí)閉環(huán)試驗(yàn)。系統(tǒng)與上海交通大學(xué)電氣實(shí)驗(yàn)中心原有的繼電保護(hù)屏柜相結(jié)合，構(gòu)成了一個(gè)高規(guī)格數(shù)字動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室，對(duì)教學(xué)和科研的開展起到了很好的推動(dòng)作用。

3 結(jié)語(yǔ)

在本科教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)中心準(zhǔn)備利用RTDS進(jìn)一步開展各類系統(tǒng)和裝置的仿真試驗(yàn)，在電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)中，也將充分利用本系統(tǒng)，讓學(xué)生充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，自行建立仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停⑤斎雲(yún)?shù)，在教師的指導(dǎo)下，調(diào)整參數(shù)直至系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，然后在該系統(tǒng)中進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)。該系統(tǒng)也是教師和研究生開展課題研究和技術(shù)開發(fā)的仿真和試驗(yàn)平臺(tái)。

實(shí)踐表明，本實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)在教學(xué)實(shí)踐中效果顯著，在培養(yǎng)學(xué)生大系統(tǒng)觀念和提高學(xué)生創(chuàng)新能力以及加深學(xué)生對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)等方面取得了很好的效果，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，很受學(xué)生的歡迎。在今后的應(yīng)用中，我們將充分利用實(shí)驗(yàn)室資源，進(jìn)一步完善該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，不斷拓寬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和種類。并充分發(fā)揮高校技術(shù)資源優(yōu)勢(shì)，不斷加深與電力部門及企業(yè)的合作，以達(dá)到雙方資源的共享。

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[20] 余 魅，習(xí)友寶，劉 韻.建設(shè)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心構(gòu)建創(chuàng)新人才培養(yǎng)平臺(tái)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2006，12(3):10-12.

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