發(fā)電廠虛擬軟件在電氣專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

胡敏+張義輝+田芳

摘要：隨著電力行業(yè)的發(fā)展，電力企業(yè)對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)人才的要求越來(lái)越高。從教學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，發(fā)電廠虛擬軟件其真實(shí)性、實(shí)踐性和多樣性比較突出。不僅解決了時(shí)間和場(chǎng)地的限制，還能更真實(shí)的讓學(xué)生了解現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備和相關(guān)技術(shù)條件，將學(xué)習(xí)的理論知識(shí)與虛擬實(shí)踐環(huán)節(jié)更好地銜接起來(lái)，增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，更好地滿足學(xué)校人才培養(yǎng)方案的需求。

關(guān)鍵詞：虛擬軟件；電氣專業(yè)；實(shí)踐性；真實(shí)性

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）09-0092-02

一、引言

虛擬軟件在現(xiàn)實(shí)生活中已經(jīng)有了非常廣泛的應(yīng)用，在很大程度上為人們的生活提供了便利。利用虛擬軟件完成虛擬實(shí)驗(yàn)是科學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域一個(gè)重要的部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)過(guò)程中一個(gè)非常重要的組成部分。隨著學(xué)生數(shù)量的增加，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)無(wú)法滿足教學(xué)的需求?，F(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育成為改變傳統(tǒng)理論教學(xué)模式的一種新方式，而虛擬軟件教學(xué)的發(fā)展是實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，理論教學(xué)的發(fā)展已經(jīng)從線下轉(zhuǎn)為線上，比如網(wǎng)上在線課程、MOOC發(fā)展等。理論教學(xué)不再僅僅局限于課堂教學(xué)，更強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，而電氣專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的環(huán)節(jié)由于受到諸多因素的約束，必然也會(huì)朝著線上發(fā)展。

發(fā)電廠虛擬軟件是一種先進(jìn)的學(xué)習(xí)工具，不僅僅是工程現(xiàn)場(chǎng)虛擬環(huán)境的模擬，與互聯(lián)網(wǎng)和實(shí)驗(yàn)室模擬的設(shè)備相連，完成“遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)”；還能實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬的電氣設(shè)備相關(guān)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的采集，從而完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理分析。學(xué)生可以在該軟件上獨(dú)立地完成發(fā)電廠、變電站的所有開(kāi)關(guān)和刀閘的倒閘操作，能夠通過(guò)聲光報(bào)警信號(hào)等完成對(duì)相關(guān)故障類(lèi)型的數(shù)據(jù)分析處理，做到了完全與企業(yè)對(duì)接，才能更好地完成學(xué)業(yè)，并為以后的工作提供幫助。

二、電氣專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的不足

目前電氣專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程中用到的大部分都是仿真軟件，為電氣專業(yè)設(shè)計(jì)繪圖和計(jì)算類(lèi)的工程項(xiàng)目提供了良好的平臺(tái)，比如現(xiàn)階段正在使用的用于進(jìn)行模型仿真的MATLAB軟件、用于工程設(shè)計(jì)的EDA繪圖軟件、用于潮流計(jì)算的PSASP軟件等，但是電氣專業(yè)對(duì)于學(xué)生的實(shí)踐操作動(dòng)手能力要求較高，并且本科生就業(yè)的大部分方向都是參與實(shí)際電力系統(tǒng)的操作，電氣專業(yè)實(shí)驗(yàn)室又存在一定的局限性。

（一）電氣專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的不足

電氣專業(yè)由于其專業(yè)的特殊性，對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安全性要求較高，大部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備購(gòu)買(mǎi)經(jīng)費(fèi)高，且設(shè)備相對(duì)不常見(jiàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的認(rèn)知非常有限，將理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)困難較大；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中大部分都是按部就班完成項(xiàng)目?jī)?nèi)容；實(shí)驗(yàn)后設(shè)備維護(hù)難度也很大?？茖W(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展也使得實(shí)驗(yàn)設(shè)備無(wú)法跟上現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)發(fā)展的需求，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，也無(wú)法獲得與真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)一樣的體會(huì)。比如高壓開(kāi)關(guān)柜的內(nèi)的斷路器操作，由于設(shè)備昂貴，場(chǎng)地有限，學(xué)生人數(shù)眾多，根本無(wú)法保證每個(gè)同學(xué)都能親自動(dòng)手操作一次的可能，專業(yè)教師人數(shù)有限，無(wú)法保證每組學(xué)生操作過(guò)程中都能有一位老師全程跟蹤指導(dǎo)。

（二）實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和時(shí)間協(xié)調(diào)困難

為了彌補(bǔ)電氣實(shí)驗(yàn)室的局限性，每年學(xué)校都會(huì)安排學(xué)生進(jìn)入工廠生產(chǎn)實(shí)習(xí)，讓學(xué)生在就業(yè)前就能對(duì)本專業(yè)以后從事的就業(yè)環(huán)境有更好的了解和認(rèn)識(shí)，從而更好地為企業(yè)輸送電氣類(lèi)專業(yè)人才。但是在實(shí)際的操作過(guò)程中，由于學(xué)生人數(shù)多，大部分企業(yè)考慮到學(xué)生的安全性和企業(yè)生產(chǎn)安全等問(wèn)題，每年在協(xié)調(diào)實(shí)習(xí)的場(chǎng)地問(wèn)題時(shí)都會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，很多企業(yè)不愿意接待大規(guī)模的實(shí)習(xí)，所以基本上每年的實(shí)習(xí)都是以參觀為主，無(wú)法真正的滿足人才培養(yǎng)方案的要求。

（三）真實(shí)操作存在一定危險(xiǎn)，學(xué)生基本零參與

電氣類(lèi)專業(yè)學(xué)生面臨的專業(yè)實(shí)驗(yàn)都是強(qiáng)電實(shí)驗(yàn)，安全是教學(xué)過(guò)程中的首要考慮因素。由于學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)過(guò)程中，并沒(méi)有系統(tǒng)的接受過(guò)電力系統(tǒng)的規(guī)范性操作培訓(xùn)，所以在大部分的高低壓開(kāi)關(guān)柜等操作實(shí)驗(yàn)中，都是經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的教師操作，而學(xué)生主要是觀察和思考為主，無(wú)法直接參與實(shí)驗(yàn)，獲得感性認(rèn)識(shí)。

三、發(fā)電廠虛擬軟件在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的意義

虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)在國(guó)內(nèi)外已然興起，并在多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)了巨大的優(yōu)勢(shì)。比如，清華大學(xué)利用虛擬儀器構(gòu)建了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)；四川聯(lián)合大學(xué)基于虛擬儀器的設(shè)計(jì)思路，研制了“航空電臺(tái)二線綜合測(cè)試儀”，將8臺(tái)儀器集成于一體，組成虛擬儀器系統(tǒng)；華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院工程測(cè)試實(shí)驗(yàn)室將其虛擬實(shí)驗(yàn)室成果在網(wǎng)上公開(kāi)展示，供遠(yuǎn)程教育使用；在工程應(yīng)用方面，西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院“變電站電能質(zhì)量監(jiān)控及綜合補(bǔ)償”課題組研制的虛擬儀器“BDC-5型變電站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”、“TSCMC-2型靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置測(cè)控系統(tǒng)”等已在我國(guó)電氣化鐵道得以成功應(yīng)用，并在技術(shù)上處于國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

發(fā)電廠虛擬軟件的出現(xiàn)既是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)，也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的需要，對(duì)電氣類(lèi)專業(yè)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展有著非常重要的意義。對(duì)于電氣專業(yè)而言，發(fā)電廠虛擬軟件具有虛擬性、實(shí)踐性、靈活性等特點(diǎn)，使得該軟件在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中具有相當(dāng)明顯的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（一）改變了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，為電氣專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了更好的方向

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)大部分都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，幾乎所有的實(shí)驗(yàn)課教師都充當(dāng)著演示者的角色，學(xué)生則模仿教師完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。發(fā)電廠虛擬軟件的出現(xiàn)對(duì)教師和學(xué)生的要求會(huì)更高，各自都要完成自己角色的轉(zhuǎn)變，教師從演示到引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新，學(xué)生從模仿到探索創(chuàng)造。發(fā)電廠虛擬軟件模擬的真實(shí)環(huán)境，可以讓學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中猶如游戲通關(guān)一樣有暢快感，從而提高了學(xué)習(xí)積極性；同時(shí)也可以通過(guò)對(duì)自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段更靈活多樣

發(fā)電廠虛擬軟件除了可以滿足基本的教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求外，學(xué)生還可以靈活的安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，按照所學(xué)知識(shí)，查閱文獻(xiàn)，完成對(duì)新知識(shí)的探索，更有利于培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐動(dòng)手能力。在此平臺(tái)上，教師不用擔(dān)心學(xué)生由于操作錯(cuò)誤而帶來(lái)的危險(xiǎn)，軟件中的動(dòng)畫(huà)也可以讓學(xué)生更真實(shí)的體會(huì)操作結(jié)束后的各高低壓設(shè)備狀態(tài)；同時(shí)可以線上監(jiān)控操作過(guò)程，跟學(xué)生進(jìn)行在線交流和討論，對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考核評(píng)分，考核成績(jī)更能真實(shí)反映學(xué)生的能力。

（三）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富多樣，并跟實(shí)際發(fā)電廠和變電站工作人員的操作過(guò)程接軌

電力企業(yè)在引進(jìn)人才之前都會(huì)有崗前培訓(xùn)，而培訓(xùn)的內(nèi)容之一就包含發(fā)電廠虛擬軟件可以開(kāi)設(shè)的大部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)電氣類(lèi)人才迅速進(jìn)入工作狀態(tài)提供了更好的保證。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)都以驗(yàn)證性為主，滯后于市場(chǎng)的發(fā)展，發(fā)電廠虛擬軟件不僅可以將實(shí)驗(yàn)環(huán)境虛擬化，還可以完成在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更具有超前性。

（四）組織電氣專業(yè)學(xué)生與熱動(dòng)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行聯(lián)合操作

發(fā)電廠虛擬軟件不僅包含電氣專業(yè)的電氣部分仿真，也包含了發(fā)電廠部分熱動(dòng)專業(yè)的仿真。組織熱動(dòng)專業(yè)和電氣專業(yè)學(xué)生進(jìn)行聯(lián)合操作，不僅可以讓兩個(gè)專業(yè)的同學(xué)更好的了解彼此不擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，還能更好的促進(jìn)學(xué)生增長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)，擴(kuò)寬知識(shí)面。

四、結(jié)語(yǔ)

發(fā)電廠虛擬軟件為學(xué)生提供了一個(gè)全新的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提高了學(xué)生對(duì)電氣專業(yè)知識(shí)的探索興趣，增強(qiáng)了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，更好地改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。也為電氣專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)非常重要的一個(gè)輔助手段，不僅可以提高實(shí)驗(yàn)室利用率，減少由于學(xué)生誤操作帶來(lái)的安全隱患和設(shè)備維護(hù)的難度，同時(shí)也為學(xué)生和教師提供了一個(gè)更好的交流平臺(tái)。

綜上所述，發(fā)電廠虛擬軟件以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在電氣領(lǐng)域可以得到迅速地推廣，不僅可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備落后等帶來(lái)的局限性，也可以極大提高學(xué)生對(duì)新知識(shí)探索的積極性，大大改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境可以把實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)直觀的表現(xiàn)出來(lái)，有助于學(xué)生更快地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有所認(rèn)知，提高了電氣實(shí)驗(yàn)教學(xué)的先進(jìn)性。

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The Application of Power Plant Virtual Software in Electrical Professional Teaching

HU Min，ZHANG Yi-hui，TIAN Fang

（School of Electrical and Information Engineering，Chongqing University of Science & Technology，Chongqing 401331，China）

Abstract：With the developing of electric power industry，the power companies require more and more to the talent of electrical engineering. From the point of view of teaching，the power plant virtual software has prominent characteristics of authenticity，practicality and diversity. It not only solved the limitation of time and place，it can also let the students understand the scene of the equipment and related technical conditions more real，Link up the theoretical knowledge and the virtual practice better to enhance students' ability in engineering practice and meet the needs of school talent training scheme better.

Key words：virtual software；electrical engineering；practical；facticity