船舶電力系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐

陳亮　李耕　葉志浩

[摘 要] 該實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目以船舶綜合電力系統(tǒng)為背景，以典型1KV直流區(qū)域配電系統(tǒng)主要設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行控制為基礎(chǔ)，針對(duì)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)的知識(shí)點(diǎn)，構(gòu)建基于真實(shí)船舶綜合電力系統(tǒng)運(yùn)行場(chǎng)景的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，模擬電力系統(tǒng)運(yùn)行中的各種故障現(xiàn)象及保護(hù)裝置的行為。采用情景式、參與式、探究式、案例式等相融合的教學(xué)方法，通過(guò)交互式的預(yù)習(xí)、虛擬實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生掌握綜合電力系統(tǒng)故障機(jī)理、保護(hù)裝置基礎(chǔ)知識(shí)、裝置定值計(jì)算與整定方法。通過(guò)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法規(guī)律，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞] 繼電保護(hù);虛擬仿真;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

[作者簡(jiǎn)介] 陳 亮（1982—），男，江西湖口人，工學(xué)博士，講師，研究方向?yàn)榇半娏ο到y(tǒng)安全運(yùn)行;葉志浩（1975—），男，湖北孝感人，工學(xué)博士，教授（通信作者），研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)設(shè)計(jì)、分析與保護(hù)。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2021）06-0117-04? ? [收稿日期] 2020-04-30

一、引言

新型船舶綜合電力系統(tǒng)將采用中壓直流供電系統(tǒng)?！半娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)”是我校電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)、綜合電力技術(shù)與管理專(zhuān)業(yè)本科學(xué)員以及輪培訓(xùn)學(xué)員的專(zhuān)業(yè)核心骨干課程。中壓直流供電系統(tǒng)，不僅對(duì)我國(guó)，而且對(duì)于世界各國(guó)來(lái)說(shuō)都是首次應(yīng)用。目前現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室設(shè)備全部為低壓電制，嚴(yán)重缺乏與中壓電制匹配、與直流區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)匹配、與推進(jìn)系統(tǒng)匹配以及綜合電力系統(tǒng)運(yùn)行管理匹配的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，亟待開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)工作[1]。

二、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)現(xiàn)狀的分析

綜合電力系統(tǒng)控制與轉(zhuǎn)換電能采用的都是高電壓、大電流設(shè)備，針對(duì)基于中壓直流綜合電力系統(tǒng)保護(hù)與控制的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，包括設(shè)備認(rèn)知、故障演示、保護(hù)整定、故障重構(gòu)等，由于安全性要求，難以在真實(shí)系統(tǒng)中進(jìn)行，傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)主要面臨以下難題：

（一）實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性高

中壓直流綜合電力系統(tǒng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中必然涉及高電壓、大電流的設(shè)備操作，學(xué)生操作具有較大的危險(xiǎn)性，學(xué)生難以以真實(shí)的設(shè)備作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行反復(fù)實(shí)踐。

（二）實(shí)驗(yàn)成本高昂

中壓直流實(shí)驗(yàn)設(shè)備配套復(fù)雜，環(huán)節(jié)較多，建設(shè)成本高，實(shí)現(xiàn)難度大，單次實(shí)驗(yàn)成本較高;在資源有限的情況下，學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)較少，難以提高教學(xué)效果。

（三）實(shí)驗(yàn)資源缺乏

由于中壓直流綜合電力系統(tǒng)是全新系統(tǒng)，受研究水平和技術(shù)條件的限制，現(xiàn)實(shí)中相應(yīng)的繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)資源匱乏，缺乏系統(tǒng)化、完整性;真實(shí)設(shè)備實(shí)驗(yàn)形式單一，以認(rèn)知性、技能操作性實(shí)驗(yàn)為主，缺乏設(shè)計(jì)性、驗(yàn)證性試驗(yàn)內(nèi)容，探究性差[2]。

（四）實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果差

船舶綜合電力系統(tǒng)運(yùn)行中的各種故障狀態(tài)、應(yīng)急工況難以在教學(xué)過(guò)程中完整體現(xiàn)，學(xué)生感性認(rèn)知度低;同時(shí)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式單一[3]，教學(xué)內(nèi)容滯后，電力系統(tǒng)新技術(shù)難以在教學(xué)內(nèi)容中體現(xiàn)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果較差。

上述問(wèn)題的存在，客觀上制約了與電力系統(tǒng)繼電保護(hù)相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展[4]。為此，需要以船舶綜合電力系統(tǒng)應(yīng)用為背景，通過(guò)構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，幫助學(xué)員掌握綜合電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本概念、原理和整定方法，鍛煉學(xué)員獲取知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)的能力和創(chuàng)新能力。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建

為解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和人才培養(yǎng)過(guò)程中存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)國(guó)家培養(yǎng)卓越人才和創(chuàng)新人才的戰(zhàn)略目標(biāo)[5]，本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以船舶綜合電力系統(tǒng)為背景，以典型1kV直流區(qū)域配電系統(tǒng)主要設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行控制為基礎(chǔ)，針對(duì)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)的知識(shí)點(diǎn)，采用數(shù)字化、信息化、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)技術(shù)，選取傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中難以開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，構(gòu)建基于真實(shí)船舶綜合電力系統(tǒng)運(yùn)行場(chǎng)景的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，模擬電力系統(tǒng)運(yùn)行中的典型故障現(xiàn)象及保護(hù)裝置的行為。

（一）基本思路

本著“虛實(shí)結(jié)合、能實(shí)不虛”的原則，通過(guò)逼真的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，使學(xué)生在開(kāi)放、自主、交互的虛擬環(huán)境中開(kāi)展高效、安全且經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而達(dá)到實(shí)裝實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的教學(xué)效果。通過(guò)建立體現(xiàn)綜合電力系統(tǒng)的綜合性、系統(tǒng)性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)?zāi)K和實(shí)驗(yàn)單元，將實(shí)驗(yàn)由教師示范講解為主的被動(dòng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生設(shè)計(jì)、動(dòng)手、評(píng)估效果為主的主動(dòng)模式。最終形成一個(gè)虛實(shí)結(jié)合的，課內(nèi)課外、線上線下、教學(xué)一體的，具有基礎(chǔ)性、集成性、先進(jìn)性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

（二）實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本原理是：根據(jù)典型直流區(qū)域配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，利用仿真計(jì)算軟件構(gòu)建模擬直流區(qū)域配電網(wǎng)模型，進(jìn)行正常運(yùn)行及故障情況下電壓、電流與保護(hù)裝置行為的數(shù)值仿真，模擬電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的典型短路故障現(xiàn)象，以及保護(hù)閾值設(shè)定與保護(hù)動(dòng)作行為，生成電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)服務(wù)器，與VR（Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實(shí)）虛擬仿真環(huán)境進(jìn)行交互，通過(guò)保護(hù)裝置整定設(shè)置，觀察和分析故障點(diǎn)的電壓、電流變化情況和保護(hù)裝置的動(dòng)作情況，理解短路故障保護(hù)的基本原則，并利用Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)基于B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器模式）結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)課程遠(yuǎn)程教學(xué)。

（三）建設(shè)過(guò)程

基于課程教學(xué)實(shí)踐，“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”課程組一直致力于相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)資源的建設(shè)。為了彌補(bǔ)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的不足，從2006年開(kāi)始，區(qū)分“桌面交互”“虛擬沉浸”“協(xié)同交互”三種形式，課程組先后開(kāi)展了新型船用電站模擬訓(xùn)練系統(tǒng)、大型復(fù)雜船舶電力系統(tǒng)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)等模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，并于2006—2019年在電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化本科班次的實(shí)驗(yàn)課程中進(jìn)行了應(yīng)用，取得了良好效果。為了進(jìn)一步提高目前船舶綜合電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全要素、全系統(tǒng)、全流程水平，使學(xué)員對(duì)繼電保護(hù)基本原理、全系統(tǒng)綜合繼電保護(hù)整定有較為全面的理解和掌握，更好地培養(yǎng)學(xué)員濃烈的學(xué)習(xí)興趣、鍛煉學(xué)員動(dòng)手能力，為學(xué)員提供創(chuàng)新實(shí)踐的多樣化、全尺度實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，2019年開(kāi)展了船舶綜合電力系統(tǒng)繼電保護(hù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)工作。根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃，后期將進(jìn)一步拓展船舶綜合電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，形成全功能版的船舶綜合電力系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

（四）主要特色

1.針對(duì)船舶綜合電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的教學(xué)，通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)，可形成“虛擬交互—方案推演—考核評(píng)估”相互融合的教學(xué)模式，有效提高虛擬仿真與裝備現(xiàn)地教學(xué)的效果。

2.針對(duì)全系統(tǒng)綜合操演流程及程序類(lèi)教學(xué)，通過(guò)虛擬仿真的應(yīng)用，可形成基于“場(chǎng)景—案例—角色—交互”綜合集成的沉浸式綜合電力繼電保護(hù)教學(xué)設(shè)計(jì)方法。

3.通過(guò)引入任務(wù)流程背景，結(jié)合聯(lián)網(wǎng)仿真推演手段的應(yīng)用，可以形成多人協(xié)同式綜合作業(yè)的教學(xué)設(shè)計(jì)，有效體現(xiàn)綜合設(shè)計(jì)理念和全要素效果。

四、融合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的探索

本實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目堅(jiān)持“學(xué)生中心、問(wèn)題導(dǎo)向、自主探索、創(chuàng)新實(shí)踐”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，依托我校綜合電力技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)教學(xué)資源，利用現(xiàn)代信息技術(shù)等手段，大力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，結(jié)合學(xué)校的實(shí)際教學(xué)情況，自主研究并實(shí)行了情景式、參與式、探究式、案例式相融合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，致力于培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)、創(chuàng)新精神、主動(dòng)學(xué)習(xí)和自我反思的能力。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目將各知識(shí)點(diǎn)分解到1個(gè)演示性實(shí)驗(yàn)、1個(gè)認(rèn)知性實(shí)驗(yàn)和2個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)K中，結(jié)合真實(shí)案例數(shù)據(jù)，通過(guò)虛擬場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)操作，觀察和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，使學(xué)生理解和掌握綜合電力系統(tǒng)繼電保護(hù)理論，滿足教學(xué)目標(biāo)的要求。

（一）情景式教學(xué)：模擬船舶綜合電力系統(tǒng)真實(shí)設(shè)備

在認(rèn)知性實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，其實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基于真實(shí)的綜合電力系統(tǒng)主要設(shè)備，實(shí)驗(yàn)中所涉及的主發(fā)電機(jī)、斷路器、配電裝置、變流器等都與真實(shí)系統(tǒng)一致，學(xué)生置身于虛擬場(chǎng)景中，操作也與真實(shí)場(chǎng)景一致，實(shí)現(xiàn)情景式的教與學(xué)。

（二）參與式教學(xué)：學(xué)生參與綜合電力系統(tǒng)監(jiān)控

在演示性實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生實(shí)際可作為類(lèi)似綜合電力系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控人員的角色，直接參與到系統(tǒng)運(yùn)行與控制的工作中，可以觀察系統(tǒng)中與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（電壓、電流、功率、斷路器分合閘狀態(tài)），并進(jìn)行控制（保護(hù)參數(shù)設(shè)置與復(fù)位、斷路器分合閘等操作），通過(guò)故障實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察與操作，理解保護(hù)設(shè)備工作原理。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到問(wèn)題可以及時(shí)得到老師幫助，大幅提高師生參與度，提升教學(xué)效果。

（三）探究式教學(xué)：學(xué)生自主開(kāi)展繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不同工況、不同設(shè)備的操作順序并非固定，實(shí)驗(yàn)仿真模型是基于真實(shí)綜合電力系統(tǒng)構(gòu)建的，因此，學(xué)生可充分利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選取不同運(yùn)行工況、故障類(lèi)型、故障位置、不同保護(hù)裝置定值，對(duì)保護(hù)裝置動(dòng)作行為和效果進(jìn)行探究，從而理解和掌握保護(hù)裝置工作原理，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

（四）案例式教學(xué)：實(shí)驗(yàn)大量應(yīng)用真實(shí)案例

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，故障參數(shù)取自真實(shí)系統(tǒng)參數(shù)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，先完成理論計(jì)算，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析計(jì)算值和實(shí)測(cè)值存在誤差的原因，理解繼電保護(hù)裝置動(dòng)作原理。

五、實(shí)驗(yàn)考核模式的優(yōu)化

本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以學(xué)生對(duì)船舶綜合電力系統(tǒng)繼電保護(hù)綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)為目標(biāo)，以信息化教學(xué)管理共享平臺(tái)為載體，采用多維度、多元化的考核方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行全方位、系統(tǒng)的考核與評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為練習(xí)模式和考核模式。

在練習(xí)環(huán)節(jié)，操作錯(cuò)誤時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示和糾錯(cuò)。自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，系統(tǒng)全程自動(dòng)記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程與操作步驟，學(xué)生能夠追溯回看自己的操作記錄，促使學(xué)生養(yǎng)成規(guī)范練習(xí)和主動(dòng)思考的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

在考核環(huán)節(jié)，系統(tǒng)根據(jù)練習(xí)模式成績(jī)（30%）、考核模式成績(jī)（60%）和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)（10%）綜合加權(quán)得到實(shí)驗(yàn)成績(jī)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作、綜合設(shè)計(jì)等情況客觀評(píng)定實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)，教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，形成客觀與主觀相結(jié)合、過(guò)程性和終結(jié)性評(píng)價(jià)相融合的綜合評(píng)價(jià)體系。

六、實(shí)施效果

（一）提高人才培養(yǎng)質(zhì)量

本項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)突破了時(shí)間和空間的限制，學(xué)生可以隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，軟件中設(shè)有糾錯(cuò)和提示功能，學(xué)生可以反復(fù)進(jìn)行練習(xí)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)解決了真實(shí)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不可逆的問(wèn)題。在虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以針對(duì)不同工況類(lèi)型、不同故障位置的虛擬故障進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)，大量虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境里對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)象的“試誤”，練就了學(xué)生的繼電保護(hù)定值計(jì)算和整定配置能力。學(xué)生也可選擇自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，這種靈活的方式既能夠激發(fā)學(xué)生養(yǎng)成主動(dòng)掌握知識(shí)和不斷反思的習(xí)慣，又能推動(dòng)學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐。本項(xiàng)目的應(yīng)用，大大提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，有效提高了人才培養(yǎng)質(zhì)量。

（二）提升教學(xué)效率

本項(xiàng)目建構(gòu)了一個(gè)類(lèi)真實(shí)環(huán)境，目前支持并發(fā)訪問(wèn)高達(dá)100人，解決了現(xiàn)實(shí)綜合電力船舶中無(wú)法接收高頻次、大批量的學(xué)生參與見(jiàn)習(xí)或?qū)嵙?xí)的難題;也解決了學(xué)生無(wú)法用真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)練習(xí)及現(xiàn)實(shí)中實(shí)踐短路等各種破壞性故障的問(wèn)題。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生與虛擬設(shè)備、虛擬場(chǎng)景、虛擬故障和運(yùn)行工況進(jìn)行互動(dòng)，不僅能把線下課堂中所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用于線上實(shí)驗(yàn)中，而且激發(fā)了學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)的熱情和興趣，大大提升了教學(xué)效果。

（三）降低教學(xué)成本

本項(xiàng)目使學(xué)生足不出校就能觀摩和體驗(yàn)綜合電力船舶繼電保護(hù)的主要功能、組成和保護(hù)方法，節(jié)省了學(xué)生往返見(jiàn)習(xí)、實(shí)習(xí)單位的時(shí)間和交通成本。不僅如此，學(xué)生通過(guò)與虛擬的實(shí)驗(yàn)對(duì)象和實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行互動(dòng)，大大節(jié)省了實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)備與材料的購(gòu)置費(fèi)用。

（四）共享教學(xué)資源

該項(xiàng)目可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)使用，能夠方便地開(kāi)展大范圍班級(jí)實(shí)驗(yàn)并向社會(huì)開(kāi)放。目前，該虛擬仿真教學(xué)資源不僅惠及本專(zhuān)業(yè)的師生，也支持了我校其他相近專(zhuān)業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。本項(xiàng)目實(shí)施后，可對(duì)高校和企業(yè)開(kāi)放，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享，帶動(dòng)和支持其他高校的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

（五）服務(wù)社會(huì)效果明顯

本項(xiàng)目在培養(yǎng)綜合電力技術(shù)與管理人才上具有顯著優(yōu)勢(shì)，可吸引了社會(huì)人員主動(dòng)接受該項(xiàng)目的培訓(xùn)，可將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件應(yīng)用于企業(yè)技術(shù)人員培訓(xùn)，服務(wù)社會(huì)的效果顯著。

七、結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建構(gòu)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，全方位實(shí)現(xiàn)了船舶綜合電力系統(tǒng)繼電保護(hù)涉及的所有知識(shí)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)探究，將難以呈現(xiàn)的電力系統(tǒng)故障過(guò)程和繼電保護(hù)處理結(jié)果，以圖形和應(yīng)用場(chǎng)景直觀呈現(xiàn)，極具可觀性和吸引力。解決了實(shí)裝實(shí)驗(yàn)難以組織實(shí)施，也無(wú)法承受大批學(xué)員同時(shí)實(shí)驗(yàn)的難題。有效地拓展了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的深度和廣度，凸顯了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)。

（一）延伸了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的深度、廣度與實(shí)驗(yàn)空間

該項(xiàng)目為學(xué)生提供了高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，解決了真實(shí)中壓直流綜合電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)具有一定危險(xiǎn)性、實(shí)驗(yàn)成本高、實(shí)驗(yàn)資源缺乏、實(shí)驗(yàn)效果受限等問(wèn)題;有效解決了真實(shí)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中難以看到實(shí)際故障現(xiàn)象的困難，提高了學(xué)生的感性認(rèn)知度;將傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室、固定的上課時(shí)間延伸為泛在化的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室和24小時(shí)在線的“空中課堂”。本項(xiàng)目利用現(xiàn)代信息技術(shù)延伸了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的深度與廣度。

（二）拓展了以虛補(bǔ)實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

采用情景式、參與式、探究式、案例式相融合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，通過(guò)“雙手”的操作，學(xué)生與虛擬設(shè)備、虛擬故障場(chǎng)景和運(yùn)行工況互動(dòng)。學(xué)生在線下完成短路電流計(jì)算、保護(hù)裝置定值計(jì)算，在線上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，線下線上互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了以虛補(bǔ)實(shí)、虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)原則。項(xiàng)目中設(shè)置了綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟和故障參數(shù)，探究綜合電力系統(tǒng)故障機(jī)理及繼電保護(hù)設(shè)備工作原理，大幅開(kāi)放了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的自由度，有效提高了學(xué)生自主設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力。

（三）拓展了共享與輻射的范式

該項(xiàng)目不僅供本校學(xué)生使用，還與軍地高校及企業(yè)開(kāi)放共享，為整體提升綜合電力技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)提供了豐富的資源。面向社會(huì)開(kāi)放運(yùn)行，為國(guó)內(nèi)科研院所、相關(guān)企業(yè)員工培訓(xùn)，提供了平臺(tái)、創(chuàng)造了條件，也輻射帶動(dòng)了船舶綜合電力行業(yè)的發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)全面服務(wù)社會(huì)的功能。

參考文獻(xiàn)

[1]楊自春，張磊，陳國(guó)兵.淺析虛擬仿真技術(shù)在海軍院校教學(xué)中的應(yīng)用[J].繼續(xù)教育，2016，252（11）：45-48.

[2]覃方君，查峰.軍隊(duì)院校實(shí)戰(zhàn)化案例實(shí)驗(yàn)研究[J].繼續(xù)教育，2017，258（5）：65-66.

[3]滕克難，王成學(xué).新裝備訓(xùn)練模擬器建設(shè)與實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017，34（S1）：131-133.

[4]司徒瑩.電氣工程教育現(xiàn)狀及改革探索[J].大學(xué)教育，2016（2）：46-47.

[5]蔣文勝，王志希.“一條主線，五個(gè)子系統(tǒng)”實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建與實(shí)施[J].柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，13（2）：89-94.

Abstract： This experiment teaching project is based on the integrated ship power system. It is also based on the main equipment， network structure and operation control of the typical 1kV DC zonal electric distribution system. Aiming at the knowledge points of relay protection experiment， a virtual simulation experiment environment based on the operation scene of real integrated ship power system is constructed. It simulates all kinds of fault phenomena and the behaviors of protective devices in the operation of power system. We have adopted the teaching method which combines situational， participatory， inquiry and case-based teaching. Through interactive preview， virtual experiment， comprehensive design and other teaching links， students can master the fault mechanism of integrated power system， basic knowledge of protective device， device setting calculation and setting method. Through the self-designed experiments， students' innovative thinking and innovative design ability are cultivated， the law of experiment teaching method is explored， and the experiment teaching effect is improved.

Key words： relay protection; virtual simulation; experiment teaching