淺談具有特色的電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與運(yùn)用
高等院校電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)是為發(fā)電廠、供電公司、農(nóng)電局、送變電公司、大型工礦企業(yè)等培養(yǎng)從事電氣工程及自動(dòng)化領(lǐng)域的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行、電氣設(shè)備安裝與檢修、試驗(yàn)分析、研制開發(fā)、信息處理及經(jīng)營(yíng)管理等方面的高級(jí)工程技術(shù)人才。隨著我國(guó)電力行業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)電力行業(yè)的人才素質(zhì)要求越來(lái)越高。而現(xiàn)在我國(guó)高校電力專業(yè)的課程設(shè)置體系已不能完全滿足電力行業(yè)的發(fā)展要求。比如：現(xiàn)有的一些理論教材已經(jīng)用了幾十年，出現(xiàn)了理論與實(shí)際相脫離，理論教學(xué)與實(shí)際訓(xùn)練相脫離等現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生缺少創(chuàng)新思維。正是基于這種現(xiàn)象，沈陽(yáng)工程學(xué)院電氣工程系通過(guò)幾年的努力，利用中央與地方共建項(xiàng)目資金的支持，開展了基于電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開放式電力工程實(shí)踐基地群之一的電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與研究，學(xué)生通過(guò)在電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室的學(xué)習(xí)，可以大大提高他們的理論水平與實(shí)際崗位的技術(shù)水平，能夠更好地適應(yīng)電力行業(yè)發(fā)展的要求。
一、特色電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)
從2006年開始，我們利用中央與地方共建項(xiàng)目資金的支持，按照電力系統(tǒng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，開展了具有特色的電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。我們先后走訪了清華大學(xué)、北京電科院、河北省電力培訓(xùn)中心、湖南大學(xué)電氣工程學(xué)院、貴州省電力培訓(xùn)中心、四川省電力仿真培訓(xùn)中心、四川交通大學(xué)電氣工程系、遼寧省電力調(diào)度中心等單位。通過(guò)深入的調(diào)查研究，最后根據(jù)我們的設(shè)計(jì)方案，采用學(xué)校招標(biāo)形式，與清華大學(xué)在2007年簽訂了電力工程實(shí)踐基地群之一的具有特色的電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室共建項(xiàng)目的協(xié)議。通過(guò)幾年的艱苦努力，該實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)已建設(shè)完畢。
二、特色電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室的功能
基于成熟的電網(wǎng)調(diào)度員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)(DTS)的技術(shù)平臺(tái)，建立一個(gè)包含典型省電網(wǎng)、地區(qū)電網(wǎng)、區(qū)縣電網(wǎng)的統(tǒng)一電力系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一模型的數(shù)字仿真，逼真模擬各級(jí)電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)和故障運(yùn)行情況;同時(shí)利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成完整的調(diào)度自動(dòng)化模擬系統(tǒng)，完整地模擬各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度的物理環(huán)境。
電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室集繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、計(jì)算機(jī)通訊、數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控(Supervisory Control And Data Acquisition，簡(jiǎn)稱SCADA)、電力系統(tǒng)分析計(jì)算、電力系統(tǒng)靜態(tài)仿真和電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真為一體,幾乎覆蓋整個(gè)專業(yè)領(lǐng)域。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室里學(xué)生可以得到電力系統(tǒng)運(yùn)行控制、分析計(jì)算等全方位的訓(xùn)練。
在DTS的實(shí)際調(diào)度應(yīng)用中，學(xué)員坐在學(xué)員室中充當(dāng)“調(diào)度員”接受培訓(xùn)，學(xué)員室中配備有與實(shí)際調(diào)度室一致的(或接近的)能量管理系統(tǒng)(Energy Management System，簡(jiǎn)稱EMS)和軟硬件系統(tǒng)(即學(xué)員臺(tái))，讓學(xué)員有一種身臨其境的感覺(jué);而教員在教員室里，利用教員臺(tái)在培訓(xùn)前準(zhǔn)備教案(教案源自于實(shí)際電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)斷面和實(shí)際的電網(wǎng)模型以及參數(shù))，在培訓(xùn)中控制培訓(xùn)過(guò)程，具體指導(dǎo)培訓(xùn)工作的進(jìn)行，并在培訓(xùn)結(jié)束后評(píng)價(jià)學(xué)員的調(diào)度能力。在培訓(xùn)進(jìn)行過(guò)程中，學(xué)員與教員之間的通信采用電話或計(jì)算機(jī)信息交互進(jìn)行，來(lái)模擬調(diào)度時(shí)調(diào)度員和廠站值班員之間的通信方式。在這種方式下，整個(gè)培訓(xùn)過(guò)程都由教員與學(xué)員之間“一對(duì)一”地完成，這種做法符合現(xiàn)場(chǎng)需要，它利于教員了解每一個(gè)學(xué)員對(duì)調(diào)度規(guī)程的熟練程度和操作情況，以及他們對(duì)故障的應(yīng)變能力。
仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以滿足多位學(xué)員同時(shí)獨(dú)立接受仿真培訓(xùn)的要求，也可以實(shí)現(xiàn)教員與學(xué)員“一對(duì)多”的模式，這樣指導(dǎo)老師通過(guò)教員臺(tái)(主工作站)向各學(xué)員終端下達(dá)教案，也可設(shè)置預(yù)想的故障，在仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中控制進(jìn)程，具體指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，并在實(shí)驗(yàn)中觀察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作情況，給予必要的指導(dǎo)。
在統(tǒng)一模型下的電網(wǎng)仿真培訓(xùn)，還可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)調(diào)度的聯(lián)合仿真培訓(xùn)，讓學(xué)員了解上下級(jí)調(diào)度的協(xié)調(diào)配合，訓(xùn)練聯(lián)合反事故的能力。
新建成的特色電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室，除具有以上功能外，針對(duì)沈陽(yáng)工程學(xué)院(以下簡(jiǎn)稱“我院”)的具體情況，還開發(fā)實(shí)現(xiàn)了以下幾種功能。
(1)變電站仿真系統(tǒng)能與電網(wǎng)仿真聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，電網(wǎng)仿真和變電站仿真在電網(wǎng)模型、數(shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)界面、功能模塊等多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)一體化，兩套系統(tǒng)共享公共的電網(wǎng)模型，共享公共的設(shè)備參數(shù)和仿真畫面，對(duì)于公共的部分，用戶只需要維護(hù)一套模型和參數(shù)。電網(wǎng)仿真和變電站仿真可以各自單獨(dú)運(yùn)行，也可以聯(lián)合仿真。聯(lián)合仿真時(shí)，兩套系統(tǒng)共享同一套電網(wǎng)模型，在任一系統(tǒng)中進(jìn)行操作或設(shè)定故障后，兩套系統(tǒng)均能自動(dòng)響應(yīng)，并各自給出正確、完整的二次設(shè)備動(dòng)作信息。作為電網(wǎng)仿真中的一個(gè)深度仿真的變電站，可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度和變電站運(yùn)行值班人員的聯(lián)合仿真培訓(xùn)。
(2)利用DTS電網(wǎng)數(shù)字仿真培訓(xùn)系統(tǒng)硬件平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)開放式《電力系統(tǒng)分析》實(shí)驗(yàn)，這樣在建成的電網(wǎng)仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，就可以進(jìn)行面向電網(wǎng)運(yùn)行值班的調(diào)度員仿真培訓(xùn)，也可以進(jìn)行面向基礎(chǔ)教學(xué)的電力系統(tǒng)分析仿真試驗(yàn)，而且教員可以方便地在兩套系統(tǒng)之間進(jìn)行切換。
(3)電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室不但可以滿足電氣工程系各專業(yè)的電網(wǎng)環(huán)節(jié)實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)需求，而且可以為學(xué)院節(jié)省大量的實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)。
(4)為電氣自動(dòng)化的學(xué)生做畢業(yè)設(shè)計(jì)提供軟件平臺(tái)，達(dá)到鍛煉學(xué)生自主設(shè)計(jì)的目的。
三、特色電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新
新建成的電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室與國(guó)內(nèi)其它院校電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室相比，具有以下幾方面的創(chuàng)新之處。
首先，它不是單一的電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室，而是集電網(wǎng)仿真、電網(wǎng)仿真與變電站仿真聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)、電力系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)、學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)等多功能為一體的實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生可以根據(jù)課堂或自己需要，在電網(wǎng)仿真系統(tǒng)、電力系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)三套系統(tǒng)之間任意切換，互不干擾。
其次，由于實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)仿真與變電站仿真聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，可以使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)，而且也會(huì)收到較好的實(shí)習(xí)效果。比如：在電網(wǎng)仿真中，假如有35kV、66kV、110kV、220kV、500kV等不同的廠站，可以在變電站仿真中找到與它匹配的廠站，兩者能達(dá)到同步運(yùn)行，這樣學(xué)生就可以既看到電網(wǎng)仿真中系統(tǒng)廠站的設(shè)備運(yùn)行情況，又可以看到變電站仿真中實(shí)際的三維畫面和動(dòng)作過(guò)程，效果非常理想。
另外，畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)教育的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最重要的環(huán)節(jié)之一，它可以衡量一個(gè)學(xué)校的教學(xué)水平，也是衡量一個(gè)畢業(yè)生能力的重要標(biāo)準(zhǔn)，做好學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)是非常重要的。我們利用電網(wǎng)仿真軟件平臺(tái)，獨(dú)立設(shè)計(jì)了畢業(yè)設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)，讓學(xué)生可以任意組建電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)拓?fù)溥M(jìn)行各種電力系統(tǒng)分析計(jì)算，達(dá)到鍛煉學(xué)生自主設(shè)計(jì)的目的。這也開創(chuàng)了我院發(fā)電專業(yè)學(xué)生開展畢業(yè)設(shè)計(jì)改革的新篇章。
四、特色電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)實(shí)意義
特色電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室是按照電力系統(tǒng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，根據(jù)以“面向企業(yè)、立足崗位、突出實(shí)踐”為指導(dǎo)思想的“技術(shù)崗位型”培養(yǎng)模式來(lái)建設(shè)的。
通過(guò)電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與研究，可以整合現(xiàn)有發(fā)電專業(yè)的課程設(shè)置體系，構(gòu)建新的課程體系和教學(xué)內(nèi)容，使該體系具有很強(qiáng)的針對(duì)性和靈活方便性。同時(shí)可以做到情景交融，生動(dòng)形象。即根據(jù)電力行業(yè)崗位需求，真正做到真實(shí)模擬電力系統(tǒng)設(shè)備，來(lái)作為學(xué)生的訓(xùn)練手段。比如：可以讓學(xué)生自己模擬某一地區(qū)真實(shí)電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障。怎么進(jìn)行處理，用到了哪些專業(yè)知識(shí)?學(xué)生的處理結(jié)果會(huì)由評(píng)判系統(tǒng)給分。而且這個(gè)處理過(guò)程必須和實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)一樣。這樣就可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性和提高實(shí)踐工作能力，達(dá)到實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)崗位的技能要求。
在教學(xué)過(guò)程中，老師需要知道學(xué)生對(duì)于哪些知識(shí)點(diǎn)掌握比較模糊，哪些知識(shí)點(diǎn)已經(jīng)掌握了，還有哪些知識(shí)點(diǎn)只需要對(duì)個(gè)別進(jìn)行輔導(dǎo)，哪些知識(shí)點(diǎn)是需要對(duì)多數(shù)人進(jìn)行強(qiáng)調(diào)的。學(xué)生需要有方便的手段將這些信息實(shí)時(shí)向老師反饋。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，老師需要控制實(shí)驗(yàn)的節(jié)奏，掌握每個(gè)學(xué)生的完成狀況，統(tǒng)一導(dǎo)演實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程。同時(shí)在進(jìn)行聯(lián)合實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，生生之間，師生之間必須通過(guò)信息交互進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)，更好地完成實(shí)驗(yàn)，達(dá)到預(yù)期的效果。本實(shí)驗(yàn)室在這些方面都做了較深刻的研究，為老師和學(xué)生提供了方便的交流手段，這樣就可以使教學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程變得積極、互動(dòng)，收到良好的教學(xué)效果。
充分利用和開發(fā)電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室這個(gè)平臺(tái)，圍繞著電力系統(tǒng)的發(fā)展情況，注重研究電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的新技術(shù)、新產(chǎn)品，適時(shí)編寫理論教程。這樣就可以很好地解決理論教學(xué)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的關(guān)系問(wèn)題，為我們培養(yǎng)合格的電力系統(tǒng)人才提供良好的保障。
總之，特色電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室建成與運(yùn)用的研究，對(duì)于如何開展電力專業(yè)教學(xué)改革，加強(qiáng)專業(yè)教學(xué)研究具有很好的示范性和指導(dǎo)作用。