電氣工程虛擬仿真綜合實驗平臺建設方案*

陳曉英　　孫麗穎　　任國臣　　巴金祥　　程海軍（遼寧工業大學 電氣工程學院，遼寧 錦州 121001）

電氣工程虛擬仿真綜合實驗平臺建設方案*

陳曉英孫麗穎任國臣巴金祥程海軍
（遼寧工業大學 電氣工程學院，遼寧 錦州 121001）

針對電氣工程虛擬仿真綜合實驗平臺的服務對象以及專業培養目標，給出了電氣工程虛擬仿真綜合實驗平臺的建設方案，構建了包括發電、輸電、變電、配電、供電環節的綜合虛擬仿真實驗平臺，滿足專業轉型以及應用型人才培養的需求。

電氣工程；虛擬仿真；實驗平臺；實訓

電氣工程虛擬仿真實驗平臺承擔著電氣工程領域的碩士留學生、碩士研究生、本科生以及專升本等各層次的實踐教學工作。近年來實驗中心與國家電網許繼集團有限公司、北京科東電力控制系統有限責任公司、錦州拓新電力電子有限責任公司聯合共建了“變電站仿真虛擬”、“高電壓設備仿真實驗”、“電力系統分析及調度實驗”、“配電系統及安全防護模擬實驗”、“微電網控制實驗”等5個虛擬仿真實驗平臺。實驗條件基本完善，但還存在一些問題：

1.電氣工程及其自動化專業知識涉及發電、輸配電及用電整個電力系統，現有的實驗平臺沒有形成一個完整的實驗系統，即電力系統的監視、控制、調節及保護等環節沒有有機地結合在一起。

2.配電系統及安全防護模擬實驗中的五防功能培訓裝置，缺少斷路器本體、接地刀閘、具體的聯鎖互鎖機構，在實驗教學過程中，未能達到良好的仿真實訓效果。

3.在調度員以及配電網運行監控方面仿真實訓功能不全，有待進一步加強配電、用電環節仿真實訓。

綜上所述，提出以下建設方案，進一步完善電氣工程虛擬仿真綜合實驗平臺，提高其服務質量。

一、電氣工程虛擬仿真綜合實驗平臺建設目標

1.通過電氣工程虛擬仿真綜合實驗平臺的建設，提高電氣工程學科的理論與應用研究水平，將電氣工程及其自動化專業建設成省級一流應用型專業，使電氣工程虛擬仿真綜合實驗平臺成為國家級實驗教學示范中心。

2.將電氣工程虛擬仿真綜合實驗平臺建設成與省重點專業相當的教學與應用技術創新試驗平臺，提升本科生、專業學位研究生、教師的應用技術研究水平。

3.通過電氣工程虛擬仿真綜合實驗平臺的建設，使電氣工程及其自動化專業成為應用型示范專業。

二、電氣工程虛擬仿真綜合實驗平臺建設內容

（一）建設IPS互聯電力系統實驗平臺

該系統為IEEE六節點網狀分布的電力系統，基本配置為一個無窮大系統、四個發電廠、五個輸電線路柜、七個變電站及負載等組件組成，在此基礎上可像電力現場一樣合理增加發電廠、輸電線路、變電站等擴容增大整個實驗系統，各單個的組件（變電站等）可以作為一套獨立的實驗平臺使用。同時采用新一代軟、硬件技術開發的大型電力系統及能量管理系統（EMS），適用于電力、電氣類各專業相關課程的教學實驗，也可作為學生畢業設計和教師科研的軟硬件開發平臺。

（二）電力系統二次設備實訓平臺

系統采用實際變電站一次設備和二次設備，結合數字仿真和實時測試、暫態仿真技術、數字信號處理技術、通信技術及計算機技術等［1］，對繼電保護、自動化及遠動系統、變電檢修等專業技術人員進行運行操作、調試維護、檢修試驗等內容的實訓。

*基金項目：2014年度遼寧省普通高等教育本科教學改革研究項目：電氣工程及其自動化特色專業建設的研究與實踐（項目編號：UPRP2014 0393）；2015年度遼寧省普通高等教育本科教學改革研究項目：應用型本科院校電氣類專業實踐教學體系構建的研究與實踐（序號：305）；2016年遼寧工業大學教學改革項目：基于應用型人才培養的電氣工程專業實踐教學體系研究與實踐（項目編號：2016025）；專業轉型背景下電氣工程及其自動化專業應用型人才培養的研究與實踐（項目編號：2016023）。

作者簡介：陳曉英（1966-），女，漢族，遼寧錦州人，工學碩士，教授，研究方向：電力系統及其自動化。孫麗穎（1972-），女，漢族，遼寧錦州人，博士，教授，主要研究方向：電力系統及其自動化。任國臣（1966-），男，漢族，遼寧錦州人，工學學士，副教授，研究方向：電力系統及其自動化。巴金祥（1966-），男，滿族，遼寧黑山人，工學碩士，副教授，研究方向：電力系統及其自動化。程海軍（1978，03-），男，漢族，遼寧朝陽人，碩士，講師，研究方向：電力系統自動化及新能源發電。

（三）電力調度員崗位技能實訓平臺

該系統采用先進的計算機技術、多媒體技術、WEB技術進行電網調度工種基礎理論培訓、技能基礎培訓、工作技能培訓、規范化作業流程培訓、工作技能模擬練習互動培訓、在線考核培訓等內容。全面提高培訓人員技能水平，也可對電網調度人員（包括管理人員）進行崗位培訓和職業技能鑒定。

（四）配電設備實訓平臺

系統采用多媒體、計算機仿真技術，利用二維/三維動畫技術，結合一、二次設備、通訊系統原理結構圖對其結構、工作原理、技術理論、運行與維護進行各種知識的全面講解［2］，內容豐富、直觀、生動、實用，能滿足調控運行人員、自動化和通訊運維人員、現場運檢人員以及技術管理人員的培訓、學習需要。

（五）變電設備檢修仿真實訓平臺

系統以斷路器、隔離開關等待檢修設備作為檢修仿真對象，對設備的內、外部構造按照1:1的比例三維建模，形成高精度的變電一次設備。在此基礎上，深入檢修專業，對仿真設備進行檢修操作仿真模擬，全方位講解設備的檢修過程及檢修工藝。

（六）輸電線路帶電作業三維仿真實訓平臺

系統以輸電線路帶電作業培訓仿真應用需求為背景，通過采用先進計算機技術，開發一批與實訓基地相結合的“互動化、高仿真、沉浸式”的輸電線路帶電作業培訓仿真，提供便捷、多元、開放、智能、協同高效，并可跨越時間與空間的三維仿真虛擬培訓空間，使學習者可以在逼真的虛擬仿真環境中完成輸電線路的技能學習與訓練，并提升輸電線路帶電作業安全意識與技能，解決工學矛盾。

（七）變電站五防系統完善

該系統為原有“五防”仿真培訓系統升級項目，原有仿真培訓系統由開關柜、模擬盤、教員機、學員機等構成。其中開關柜為模擬開關柜，柜內未安裝小車開關、地刀、保護等實際電氣設備。在教學過程中，采用的本仿真開關柜，未能達到良好的仿真培訓效果。因此，本項目為升級項目，在仿真開關柜內加裝小車開關、地刀、保護等實際電氣設備，使其達到完全仿真的效果，以滿足教學的需求。

三、平臺建設預期效益

（一）為重點學科提供科研平臺

項目實施完成后，學科專業實驗室將成為與省級一流應用型學科相當的教學與技術應用服務的創新實驗平臺，學科的試驗條件得到明顯改善，為在繼續提升應用技術研究的特色和優勢的同時，為加強開發和服務提供了保障。

（二）為學生實踐能力和創新創業能力培養提供教學平臺

項目實施完成后，本學科的教學條件將得到明顯地提高，滿足本學科及相關學科的專業學位研究生的相關課程教學、學生實踐能力和創新能力培養的需要。同時，可通過多種方式實現資源共享，為省內外其它高校及科研單位提供實驗教學、科研條件和工程檢測支持。

（三）有利于應用技術教師團隊建設和學生創新精神和實踐能力的培養

經過多年建設，我院電氣工程學科已經擁有一支高素質的應用型技術師資隊伍，濃厚的工程應用氛圍，項目建成后，將擁有較為完善的設備條件，進一步整合與凝練技術研究方向，引進和培養學科帶頭人，培養中青年骨干，強化和突出現有應用技術研究方向的優勢和特色，將電氣工程學科建設成省一流應用型學科；教師的應用技術研究活動將進一步帶動學生的科技創新活動的開展，為學生創新精神和實踐能力的培養提供良好的硬件基礎。

（四）有利于科研平臺的開放與資源共享

通過電氣工程虛擬仿真綜合實驗平臺建設，能夠實現設備的開放和資源共享，吸引高水平人才從事相關項目的技術研究與開發。同時，我們有義務也有能力利用電氣工程虛擬仿真綜合實驗平臺為遼寧省地方經濟建設服務。

四、增強辦學實力，提高辦學水平

通過專業實踐平臺建設，可以建設和培養一支高水平的應用型師資隊伍，配置學科建設所需的先進的教學科研設備，開展高水平的應用技術科研活動和對外交流活動，加速教師知識體系的更新，提高人才培養質量，擴大我院電氣工程學科的影響力和社會認知度。

總之，該綜合實驗平臺建設后，可以滿足培養更多該領域合格人才的需要，同時也將為我校更好地服務遼寧省電氣工程行業打下良好的基礎，會帶來良好的社會效益和經濟效益。

［1］武衛平，孔玉娟.變電站數字物理混合仿真培訓系統［J］.東北電力技術，2010，2：37-39.

［2］張明杰.創新型“運維一體化”風電企業的研究和分析［J］.風能，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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