電氣工程虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)方案*

陳曉英　　孫麗穎　　任國(guó)臣　　巴金祥　　程海軍（遼寧工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

電氣工程虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)方案*

陳曉英孫麗穎任國(guó)臣巴金祥程海軍
（遼寧工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

針對(duì)電氣工程虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的服務(wù)對(duì)象以及專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，給出了電氣工程虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)方案，構(gòu)建了包括發(fā)電、輸電、變電、配電、供電環(huán)節(jié)的綜合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，滿足專業(yè)轉(zhuǎn)型以及應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求。

電氣工程；虛擬仿真；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；實(shí)訓(xùn)

電氣工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)承擔(dān)著電氣工程領(lǐng)域的碩士留學(xué)生、碩士研究生、本科生以及專升本等各層次的實(shí)踐教學(xué)工作。近年來實(shí)驗(yàn)中心與國(guó)家電網(wǎng)許繼集團(tuán)有限公司、北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司、錦州拓新電力電子有限責(zé)任公司聯(lián)合共建了“變電站仿真虛擬”、“高電壓設(shè)備仿真實(shí)驗(yàn)”、“電力系統(tǒng)分析及調(diào)度實(shí)驗(yàn)”、“配電系統(tǒng)及安全防護(hù)模擬實(shí)驗(yàn)”、“微電網(wǎng)控制實(shí)驗(yàn)”等5個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)條件基本完善，但還存在一些問題：

1.電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)涉及發(fā)電、輸配電及用電整個(gè)電力系統(tǒng)，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)沒有形成一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，即電力系統(tǒng)的監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)及保護(hù)等環(huán)節(jié)沒有有機(jī)地結(jié)合在一起。

2.配電系統(tǒng)及安全防護(hù)模擬實(shí)驗(yàn)中的五防功能培訓(xùn)裝置，缺少斷路器本體、接地刀閘、具體的聯(lián)鎖互鎖機(jī)構(gòu)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，未能達(dá)到良好的仿真實(shí)訓(xùn)效果。

3.在調(diào)度員以及配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控方面仿真實(shí)訓(xùn)功能不全，有待進(jìn)一步加強(qiáng)配電、用電環(huán)節(jié)仿真實(shí)訓(xùn)。

綜上所述，提出以下建設(shè)方案，進(jìn)一步完善電氣工程虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提高其服務(wù)質(zhì)量。

一、電氣工程虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)

1.通過電氣工程虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)，提高電氣工程學(xué)科的理論與應(yīng)用研究水平，將電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)成省級(jí)一流應(yīng)用型專業(yè)，使電氣工程虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)成為國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。

2.將電氣工程虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)成與省重點(diǎn)專業(yè)相當(dāng)?shù)慕虒W(xué)與應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新試驗(yàn)平臺(tái)，提升本科生、專業(yè)學(xué)位研究生、教師的應(yīng)用技術(shù)研究水平。

3.通過電氣工程虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)，使電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)成為應(yīng)用型示范專業(yè)。

二、電氣工程虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)內(nèi)容

（一）建設(shè)IPS互聯(lián)電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

該系統(tǒng)為IEEE六節(jié)點(diǎn)網(wǎng)狀分布的電力系統(tǒng)，基本配置為一個(gè)無窮大系統(tǒng)、四個(gè)發(fā)電廠、五個(gè)輸電線路柜、七個(gè)變電站及負(fù)載等組件組成，在此基礎(chǔ)上可像電力現(xiàn)場(chǎng)一樣合理增加發(fā)電廠、輸電線路、變電站等擴(kuò)容增大整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，各單個(gè)的組件（變電站等）可以作為一套獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用。同時(shí)采用新一代軟、硬件技術(shù)開發(fā)的大型電力系統(tǒng)及能量管理系統(tǒng)（EMS），適用于電力、電氣類各專業(yè)相關(guān)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，也可作為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)和教師科研的軟硬件開發(fā)平臺(tái)。

（二）電力系統(tǒng)二次設(shè)備實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

系統(tǒng)采用實(shí)際變電站一次設(shè)備和二次設(shè)備，結(jié)合數(shù)字仿真和實(shí)時(shí)測(cè)試、暫態(tài)仿真技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等［1］，對(duì)繼電保護(hù)、自動(dòng)化及遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、變電檢修等專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行運(yùn)行操作、調(diào)試維護(hù)、檢修試驗(yàn)等內(nèi)容的實(shí)訓(xùn)。

*基金項(xiàng)目：2014年度遼寧省普通高等教育本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目：電氣工程及其自動(dòng)化特色專業(yè)建設(shè)的研究與實(shí)踐（項(xiàng)目編號(hào)：UPRP2014 0393）；2015年度遼寧省普通高等教育本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目：應(yīng)用型本科院校電氣類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建的研究與實(shí)踐（序號(hào)：305）；2016年遼寧工業(yè)大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目：基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的電氣工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系研究與實(shí)踐（項(xiàng)目編號(hào)：2016025）；專業(yè)轉(zhuǎn)型背景下電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的研究與實(shí)踐（項(xiàng)目編號(hào)：2016023）。

作者簡(jiǎn)介：陳曉英（1966-），女，漢族，遼寧錦州人，工學(xué)碩士，教授，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。孫麗穎（1972-），女，漢族，遼寧錦州人，博士，教授，主要研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。任國(guó)臣（1966-），男，漢族，遼寧錦州人，工學(xué)學(xué)士，副教授，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。巴金祥（1966-），男，滿族，遼寧黑山人，工學(xué)碩士，副教授，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。程海軍（1978，03-），男，漢族，遼寧朝陽人，碩士，講師，研究方向：電力系統(tǒng)自動(dòng)化及新能源發(fā)電。

（三）電力調(diào)度員崗位技能實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

該系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、WEB技術(shù)進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度工種基礎(chǔ)理論培訓(xùn)、技能基礎(chǔ)培訓(xùn)、工作技能培訓(xùn)、規(guī)范化作業(yè)流程培訓(xùn)、工作技能模擬練習(xí)互動(dòng)培訓(xùn)、在線考核培訓(xùn)等內(nèi)容。全面提高培訓(xùn)人員技能水平，也可對(duì)電網(wǎng)調(diào)度人員（包括管理人員）進(jìn)行崗位培訓(xùn)和職業(yè)技能鑒定。

（四）配電設(shè)備實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

系統(tǒng)采用多媒體、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，利用二維/三維動(dòng)畫技術(shù)，結(jié)合一、二次設(shè)備、通訊系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖對(duì)其結(jié)構(gòu)、工作原理、技術(shù)理論、運(yùn)行與維護(hù)進(jìn)行各種知識(shí)的全面講解［2］，內(nèi)容豐富、直觀、生動(dòng)、實(shí)用，能滿足調(diào)控運(yùn)行人員、自動(dòng)化和通訊運(yùn)維人員、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)檢人員以及技術(shù)管理人員的培訓(xùn)、學(xué)習(xí)需要。

（五）變電設(shè)備檢修仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

系統(tǒng)以斷路器、隔離開關(guān)等待檢修設(shè)備作為檢修仿真對(duì)象，對(duì)設(shè)備的內(nèi)、外部構(gòu)造按照1:1的比例三維建模，形成高精度的變電一次設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，深入檢修專業(yè)，對(duì)仿真設(shè)備進(jìn)行檢修操作仿真模擬，全方位講解設(shè)備的檢修過程及檢修工藝。

（六）輸電線路帶電作業(yè)三維仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

系統(tǒng)以輸電線路帶電作業(yè)培訓(xùn)仿真應(yīng)用需求為背景，通過采用先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)，開發(fā)一批與實(shí)訓(xùn)基地相結(jié)合的“互動(dòng)化、高仿真、沉浸式”的輸電線路帶電作業(yè)培訓(xùn)仿真，提供便捷、多元、開放、智能、協(xié)同高效，并可跨越時(shí)間與空間的三維仿真虛擬培訓(xùn)空間，使學(xué)習(xí)者可以在逼真的虛擬仿真環(huán)境中完成輸電線路的技能學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，并提升輸電線路帶電作業(yè)安全意識(shí)與技能，解決工學(xué)矛盾。

（七）變電站五防系統(tǒng)完善

該系統(tǒng)為原有“五防”仿真培訓(xùn)系統(tǒng)升級(jí)項(xiàng)目，原有仿真培訓(xùn)系統(tǒng)由開關(guān)柜、模擬盤、教員機(jī)、學(xué)員機(jī)等構(gòu)成。其中開關(guān)柜為模擬開關(guān)柜，柜內(nèi)未安裝小車開關(guān)、地刀、保護(hù)等實(shí)際電氣設(shè)備。在教學(xué)過程中，采用的本仿真開關(guān)柜，未能達(dá)到良好的仿真培訓(xùn)效果。因此，本項(xiàng)目為升級(jí)項(xiàng)目，在仿真開關(guān)柜內(nèi)加裝小車開關(guān)、地刀、保護(hù)等實(shí)際電氣設(shè)備，使其達(dá)到完全仿真的效果，以滿足教學(xué)的需求。

三、平臺(tái)建設(shè)預(yù)期效益

（一）為重點(diǎn)學(xué)科提供科研平臺(tái)

項(xiàng)目實(shí)施完成后，學(xué)科專業(yè)實(shí)驗(yàn)室將成為與省級(jí)一流應(yīng)用型學(xué)科相當(dāng)?shù)慕虒W(xué)與技術(shù)應(yīng)用服務(wù)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)科的試驗(yàn)條件得到明顯改善，為在繼續(xù)提升應(yīng)用技術(shù)研究的特色和優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，為加強(qiáng)開發(fā)和服務(wù)提供了保障。

（二）為學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)提供教學(xué)平臺(tái)

項(xiàng)目實(shí)施完成后，本學(xué)科的教學(xué)條件將得到明顯地提高，滿足本學(xué)科及相關(guān)學(xué)科的專業(yè)學(xué)位研究生的相關(guān)課程教學(xué)、學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需要。同時(shí)，可通過多種方式實(shí)現(xiàn)資源共享，為省內(nèi)外其它高校及科研單位提供實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研條件和工程檢測(cè)支持。

（三）有利于應(yīng)用技術(shù)教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)和學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)

經(jīng)過多年建設(shè)，我院電氣工程學(xué)科已經(jīng)擁有一支高素質(zhì)的應(yīng)用型技術(shù)師資隊(duì)伍，濃厚的工程應(yīng)用氛圍，項(xiàng)目建成后，將擁有較為完善的設(shè)備條件，進(jìn)一步整合與凝練技術(shù)研究方向，引進(jìn)和培養(yǎng)學(xué)科帶頭人，培養(yǎng)中青年骨干，強(qiáng)化和突出現(xiàn)有應(yīng)用技術(shù)研究方向的優(yōu)勢(shì)和特色，將電氣工程學(xué)科建設(shè)成省一流應(yīng)用型學(xué)科；教師的應(yīng)用技術(shù)研究活動(dòng)將進(jìn)一步帶動(dòng)學(xué)生的科技創(chuàng)新活動(dòng)的開展，為學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)提供良好的硬件基礎(chǔ)。

（四）有利于科研平臺(tái)的開放與資源共享

通過電氣工程虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的開放和資源共享，吸引高水平人才從事相關(guān)項(xiàng)目的技術(shù)研究與開發(fā)。同時(shí)，我們有義務(wù)也有能力利用電氣工程虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為遼寧省地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。

四、增強(qiáng)辦學(xué)實(shí)力，提高辦學(xué)水平

通過專業(yè)實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)，可以建設(shè)和培養(yǎng)一支高水平的應(yīng)用型師資隊(duì)伍，配置學(xué)科建設(shè)所需的先進(jìn)的教學(xué)科研設(shè)備，開展高水平的應(yīng)用技術(shù)科研活動(dòng)和對(duì)外交流活動(dòng)，加速教師知識(shí)體系的更新，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，擴(kuò)大我院電氣工程學(xué)科的影響力和社會(huì)認(rèn)知度。

總之，該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)后，可以滿足培養(yǎng)更多該領(lǐng)域合格人才的需要，同時(shí)也將為我校更好地服務(wù)遼寧省電氣工程行業(yè)打下良好的基礎(chǔ)，會(huì)帶來良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］武衛(wèi)平，孔玉娟.變電站數(shù)字物理混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)［J］.東北電力技術(shù)，2010，2：37-39.

［2］張明杰.創(chuàng)新型“運(yùn)維一體化”風(fēng)電企業(yè)的研究和分析［J］.風(fēng)能，2013，12：58-63.

According to the service object of synthesized experiment platform for virtual simulation of electrical engineering and professional training objectives，this paper gives construction schemes of comprehensive experimental platform for the electrical engineering virtual simulation，builds an integrated virtual simulation experiment platform，including power generation，transmission，transformation，distribution and power supply，meeting the needs of professional transformation and applied talents training.

electrical engineering；virtual simulation；experimental platform；training

2096-000X（2016）16-0052-02

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