基于電力系統仿真技術的研究生創新實踐能力培養

孫麗穎 陳曉英 魯寶春遼寧工業大學電氣工程學院 遼寧錦州 121001

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基于電力系統仿真技術的研究生創新實踐能力培養

孫麗穎 陳曉英 魯寶春
遼寧工業大學電氣工程學院 遼寧錦州 121001

摘 要：為提高研究生的工程實踐能力和創新能力，將電力系統仿真技術應用到研究生培養的教學過程中，包括課堂授課、競賽活動、課題研究等，使學生能夠深入、透徹地理解和掌握各個專業課程的知識內容。通過有益的探索和實踐，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：仿真技術；研究生；創新實踐；電力系統

研究生教育是我國高等教育的最高層次,研究生創新教育肩負著為建設創新型國家培養高素質、高層次創造型人才的重任，在國家經濟建設中起著舉足輕重的作用。目前我校具有電力系統及其自動化專業學術型碩士學位授權點和電氣工程領域專業碩士學位及工程碩士授予權，均設置了電力系統穩定性分析與控制、電力系統故障識別及繼電保護、電力系統智能技術、現代電力電子應用技術和光伏并網發電技術5個研究方向，每年招生人數均在30人以上，在校碩士研究生近百人。如何能夠最大限度地利用現有資源，培養研究生的工程實踐能力和創新意識具有十分重要的意義。

目前，在研究生培養中普遍存在重理論、輕實踐，重課堂教育、輕實驗環節，教學手段陳舊、落后、單一等問題。無法真正調動學生的主動性和創造性，難以培養出具有良好創新實踐能力的學生。因而，如何通過研究生階段的培養使學生具有綜合運用專業知識解決實際問題的能力，提高學生的創新精神和工程實踐能力，是我們迫切要解決的問題。然而，電力系統的行業特點決定了學生幾乎沒有機會真正到電力系統現場去做實驗獲取第一手數據資料。

伴隨著計算機技術、系統工程的迅速發展,仿真技術也得到了很大的發展,計算機仿真技術是利用計算機科學和技術的成果建立被仿真系統的模型，并在某些實驗條件下對模型進行動態實驗的一門綜合性技術。它具有高效、安全、受環境條件的約束較少、可方便改變仿真參數、仿真條件等優點，已成為分析、設計、運行、評價的重要工具，并且在電力系統中得到了廣泛的應用。在電力系統的規劃、設計、運行、分析等各個階段，不但能提高效率,縮短研究開發周期，不受環境及氣候限制，而且對保證安全、節約開支、提高質量具有突出的功效。

1 針對不同研究方向培養目標的要求 建立仿真實驗平臺

電力專業導師利用研究方向課的時間指導學生根據自己的研究方向有針對性的學習和運用仿真實驗手段加強對專業知識的理解，建立了仿真實驗平臺，為進入課題研究做好準備工作。

(1)電力系統穩定性分析與控制方向：建立了電力系統潮流計算仿真模型，用于計算潮流分布及研究電力系統的經濟穩定運行；建立了單機無窮大系統暫態穩定性分析模型，可以用于系統發生三相短路故障、單相短路故障等暫態過程穩定性研究；小電流接地系統仿真模型構建；“模擬電網分析及仿真系統”以及“仿真運行評估系統”等。利用虛擬仿真手段可以方便地進行，如電力系統的功率控制實驗、電力系統穩定實驗等；采用圖形仿真手段，使學生更方便掌握電力系統的實時運行狀態，實現電力系統安全調度。

(2)電力系統故障識別及繼電保護方向：建立了電力系統輸電線路單相、三相自動重合閘仿真模型；輸電線路距離保護的建模與仿真；微機繼電保護算法的輔助設計；變壓器空載合閘時勵磁涌流的仿真、電網故障設置及分析等。可以對典型一二次設備、設備異常及故障處理、典型事故案例等方面進行了全面虛擬仿真。

(3)電力系統智能技術方向：實現了模糊控制、人工神經網絡等智能控制算法的計算機實現，為驗證理論設計結果提供仿真實驗平臺。

(4)現代電力電子應用技術方向：建立了高壓直流輸電(HVDC)系統模型；靜止無功補償器(SVC)仿真系統；晶閘管控制串聯電容器(TCSC)仿真系統等。

(5)光伏并網發電技術方向：建立了光伏并網系統模型；單相、三相橋式整流電路；雙饋變速風電機組在電網發生故障時的特性分析等。該平臺的實驗內容涉及新能源發電、智能電網、微電網等多個專業工程領域，實現整個微電網系統各種能源輸、配、送的監視和控制，對整個微電網系統的功率平衡分析、經濟運行分析、集中保護等高級控制、決策，并維護整個網絡的平穩安全地運行。

2 依托仿真實驗平臺結合專業課程的性質和特點 豐富課堂教學內容

我校電力專業研究生課程設置中專業課程包括現代電力系統分析、現代電力網絡分析、配電系統自動化、微機繼電保護、電力系統電壓穩定、電力系統自動化、現代電力系統調度自動化等，這些課程普遍具有專業性強、理論性強的特點，如果單純在課堂上講授理論知識，勢必會枯燥不直觀，授課效果也會打折扣，為了克服傳統專業課程教學模式單一的弊端，夯實學生專業知識的掌握，具體做法如下：

(1)根據每門課程的具體特點，學生結合自己的研究方向自愿組成2～3人構成的學生小組若干，小組成員利用課余時間以課程理論知識為基礎、以工程實踐為背景，完成1～2個仿真實驗項目，作為該門課程的一項大作業計入總成績，通過仿真實驗過程既能鍛煉學生的工程實踐能力，同時有助于研究生團隊合作意識的培養；

(2)選取1～2個完成效果好的實驗成果，在研討課上答辯交流，既可以加深對課程內容的進一步理解，又可以介紹仿真經驗給仿真能力差的學生提供幫助，同時使答辯的同學鍛煉了現場口頭表達能力。

3 結合導師的科研項目和學生的研究課題 加強仿真實驗研究

仿真環節的主旨是指導學生通過仿真得到的實驗結果，對進一步的硬件實驗起理論指導作用，可避免實驗的盲目性，同時也是對理論研究結果的實驗佐證。研究生導師結合科研項目，引導學生思考和討論同一問題的不同解決方法，分析不同方法存在的不足之處，并通過仿真驗證，使學生從中體會到解決問題的思路和科研工作方法。學生在仿真平臺上充分發揮自己的聰明才智，驗證自己的創造設想，按照自己的思路改變系統結構和設計參數，設計出有獨特見解的方案，更深刻地認識各種方法的優缺點。學生可根據自己的特點與愛好，設計、開發出相應的系統。因此，仿真環節給學生提供了一個自主發揮和實踐鍛煉的空間，有利于激發學生的創新熱情和興趣，有利于他們自我潛能的釋放和創新意識的培養。仿真環節能在真正意義上突破研究工作中的重點、難點，培養學生創新意識和創新精神。

近年來，電力專業導師的科研項目包括：國家自然科學基金項目“考慮約束的電力系統非線性backstepping控制設計”、遼寧省自然科學基金項目“多機電力系統非線性backstepping分散控制”“大規模互聯系統的電壓穩定性分析及其控制”遼寧省教育廳項目“電力系統電壓穩定結構分析與結構控制研究”“微電網建模及控制方法的研究”與許昌許繼軟件技術有限公司聯合開發的橫向課題“南麂島海島微電網負荷功率預測研究”等。研究生在導師的引領下展開課題研究，隨著課題任務的逐漸深入會越來越多地依賴仿真手段驗證理論設計結果，在這個過程中學生的創新實踐能力得到提升。

4 依托實驗室平臺建設 指導學生參加創新實踐競賽活動

以仿真實踐為特色，依托教學實驗室、重點實驗室、科研實驗室為研究生建立了創新實踐基地，面向學生開放，為學生較早參加科研和創新實踐活動創造良好條件。鼓勵和指導研究生參加全國研究生電子設計競賽等各類創新實踐競賽活動，并在活動中鍛煉和培養實踐能力。近年來，獲得全國研究生電子設計競賽、“華為杯”全國研究生數學建模競賽等多項獎項。在各類創新實踐競賽活動中取得好成績：2014年12月獲得“第十一屆華為杯全國研究生數學建模競賽”全國三等獎1項；2015年8月獲得“華為杯第十屆中國研究生電子設計競賽”東北賽區二等獎3項、三等獎2項；2015年7月獲得“第十二屆挑戰杯遼寧省大學生課外學術科技作品競賽”研究生組省級三等獎3項；2015年8月獲得“武大吉奧杯第二屆全國研究生智慧城市技術與創意設計大賽”全國三等獎4項。

5 教學效果

由于電力系統高電壓、大電流的專業特點，在校學生很難有機會接觸和了解真實電網和電氣設備的構造和特性，通過電力系統虛擬仿真實驗平臺，可以在虛擬的軟件環境下構造從簡單到復雜的、與實際電網相對應的系統，進行各種操作和計算。通過近兩年的研究實踐，將電力系統虛擬仿真技術引入到研究生培養的教學過程中，不僅使學生更加深入、透徹地理解和掌握各個專業課程的知識內容，同時有效地提高了課題研究的質量，進而提高了研究生的工程實踐能力和創新能力。取得了較好的培養效果，2014屆、2015屆電力專業畢業研究生共計49人，其中獲得國家研究生獎學金3人、發表學術論文30余篇、獲得各種競賽獎勵20余項、獲得校級優秀碩士學位論文11本、考取國家電網23人。

參考文獻

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The Creativity and Practice Ability Training of Graduate Students Based on the Power System Simulation Technology

Sun Liying, Chen Xiaoying, Lu Baochun
Electrical Engineering College, Liaoning University of Technology, Jinzhou, 121001, China

Abstract:In order to improve the engineering practice and innovation of graduate students, the power system simulation technology is applied to the teaching of graduate students, including classroom teaching, competition and research, etc, so that the students can in-depth understand and master every professional course knowledges. Good teaching results have been achieved by the beneficial exploration and practice.

Key words:simulation technology; postgraduate; innovation practice; power systems

基金項目：遼寧工業大學研究生教學改革研究項目：“電力系統仿真技術在研究生創新實踐能力培養中的研究與實踐”(編號：201406)。

作者簡介：孫麗穎，博士，教授，副院長。

收稿日期：2015-11-04