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)對電氣工程及其自動化專業(yè)人才的要求越來越高。從教學(xué)的角度來說，發(fā)電廠虛擬軟件其真實性、實踐性和多樣性比較突出。不僅解決了時間和場地的限制，還能更真實的讓學(xué)生了解現(xiàn)場的設(shè)備和相關(guān)技術(shù)條件，將學(xué)習(xí)的理論知識與虛擬實踐環(huán)節(jié)更好地銜接起來，增強學(xué)生的工程實踐能力，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)；實踐性；真實性

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）09-0092-02

一、引言

虛擬軟件在現(xiàn)實生活中已經(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驗是科學(xué)實驗領(lǐng)域一個重要的部分。實驗教學(xué)是教學(xué)過程中一個非常重要的組成部分。隨著學(xué)生數(shù)量的增加，傳統(tǒng)實驗已經(jīng)無法滿足教學(xué)的需求。現(xiàn)代遠程教育的發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)遠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)展是實驗教學(xué)發(fā)展的一個趨勢，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)，更強調(diào)的是學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，而電氣專業(yè)實踐教學(xué)的環(huán)節(jié)由于受到諸多因素的約束，必然也會朝著線上發(fā)展。

發(fā)電廠虛擬軟件是一種先進的學(xué)習(xí)工具，不僅僅是工程現(xiàn)場虛擬環(huán)境的模擬，與互聯(lián)網(wǎng)和實驗室模擬的設(shè)備相連，完成“遠程實驗”；還能實現(xiàn)對模擬的電氣設(shè)備相關(guān)監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集，從而完成實驗數(shù)據(jù)的處理分析。學(xué)生可以在該軟件上獨立地完成發(fā)電廠、變電站的所有開關(guān)和刀閘的倒閘操作，能夠通過聲光報警信號等完成對相關(guān)故障類型的數(shù)據(jù)分析處理，做到了完全與企業(yè)對接，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)實驗教學(xué)存在的不足

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

（一）電氣專業(yè)實驗教學(xué)條件的不足

電氣專業(yè)由于其專業(yè)的特殊性，對于實驗設(shè)備的安全性要求較高，大部分實驗設(shè)備購買經(jīng)費高，且設(shè)備相對不常見，學(xué)生在實驗前對實驗設(shè)備的認(rèn)知非常有限，將理論和實踐結(jié)合起來困難較大；實驗過程中大部分都是按部就班完成項目內(nèi)容；實驗后設(shè)備維護難度也很大。科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展也使得實驗設(shè)備無法跟上現(xiàn)場實際生產(chǎn)發(fā)展的需求，學(xué)生在完成實驗的過程中，也無法獲得與真實現(xiàn)場一樣的體會。比如高壓開關(guān)柜的內(nèi)的斷路器操作，由于設(shè)備昂貴，場地有限，學(xué)生人數(shù)眾多，根本無法保證每個同學(xué)都能親自動手操作一次的可能，專業(yè)教師人數(shù)有限，無法保證每組學(xué)生操作過程中都能有一位老師全程跟蹤指導(dǎo)。

（二）實驗場地和時間協(xié)調(diào)困難

為了彌補電氣實驗室的局限性，每年學(xué)校都會安排學(xué)生進入工廠生產(chǎn)實習(xí)，讓學(xué)生在就業(yè)前就能對本專業(yè)以后從事的就業(yè)環(huán)境有更好的了解和認(rèn)識，從而更好地為企業(yè)輸送電氣類專業(yè)人才。但是在實際的操作過程中，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)安全等問題，每年在協(xié)調(diào)實習(xí)的場地問題時都會遇到各種各樣的問題，很多企業(yè)不愿意接待大規(guī)模的實習(xí)，所以基本上每年的實習(xí)都是以參觀為主，無法真正的滿足人才培養(yǎng)方案的要求。

（三）真實操作存在一定危險，學(xué)生基本零參與

電氣類專業(yè)學(xué)生面臨的專業(yè)實驗都是強電實驗，安全是教學(xué)過程中的首要考慮因素。由于學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)過程中，并沒有系統(tǒng)的接受過電力系統(tǒng)的規(guī)范性操作培訓(xùn)，所以在大部分的高低壓開關(guān)柜等操作實驗中，都是經(jīng)過培訓(xùn)的教師操作，而學(xué)生主要是觀察和思考為主，無法直接參與實驗，獲得感性認(rèn)識。

三、發(fā)電廠虛擬軟件在實驗教學(xué)中的意義

虛擬實驗室的建設(shè)在國內(nèi)外已然興起，并在多個科學(xué)領(lǐng)域帶來了巨大的優(yōu)勢。比如，清華大學(xué)利用虛擬儀器構(gòu)建了汽車發(fā)動機檢測系統(tǒng)；四川聯(lián)合大學(xué)基于虛擬儀器的設(shè)計思路，研制了“航空電臺二線綜合測試儀”，將8臺儀器集成于一體，組成虛擬儀器系統(tǒng)；華中理工大學(xué)機械學(xué)院工程測試實驗室將其虛擬實驗室成果在網(wǎng)上公開展示，供遠程教育使用；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)測系統(tǒng)”、“TSCMC-2型靜止無功補償裝置測控系統(tǒng)”等已在我國電氣化鐵道得以成功應(yīng)用，并在技術(shù)上處于國內(nèi)先進水平。

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，也是實驗教學(xué)改革的需要，對電氣類專業(yè)實驗的開展有著非常重要的意義。對于電氣專業(yè)而言，發(fā)電廠虛擬軟件具有虛擬性、實踐性、靈活性等特點，使得該軟件在實驗教學(xué)過程中具有相當(dāng)明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

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

傳統(tǒng)的實驗大部分都是驗證性實驗，幾乎所有的實驗課教師都充當(dāng)著演示者的角色，學(xué)生則模仿教師完成相應(yīng)的實驗項目。發(fā)電廠虛擬軟件的出現(xiàn)對教師和學(xué)生的要求會更高，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環(huán)境，可以讓學(xué)生在完成實驗的過程中猶如游戲通關(guān)一樣有暢快感，從而提高了學(xué)習(xí)積極性；同時也可以通過對自行設(shè)計實驗項目的數(shù)據(jù)進行分析，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

（二）實驗教學(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)實驗要求外，學(xué)生還可以靈活的安排實驗進行的時間，自行設(shè)計實驗項目，按照所學(xué)知識，查閱文獻，完成對新知識的探索，更有利于培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣和實踐動手能力。在此平臺上，教師不用擔(dān)心學(xué)生由于操作錯誤而帶來的危險，軟件中的動畫也可以讓學(xué)生更真實的體會操作結(jié)束后的各高低壓設(shè)備狀態(tài)；同時可以線上監(jiān)控操作過程，跟學(xué)生進行在線交流和討論，對學(xué)生進行實驗考核評分，考核成績更能真實反映學(xué)生的能力。

（三）實驗內(nèi)容豐富多樣，并跟實際發(fā)電廠和變電站工作人員的操作過程接軌

電力企業(yè)在引進人才之前都會有崗前培訓(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設(shè)的大部分實驗內(nèi)容，對電氣類人才迅速進入工作狀態(tài)提供了更好的保證。傳統(tǒng)實驗都以驗證性為主，滯后于市場的發(fā)展，發(fā)電廠虛擬軟件不僅可以將實驗環(huán)境虛擬化，還可以完成在實際現(xiàn)場無法完成的實驗項目，實驗內(nèi)容更具有超前性。

（四）組織電氣專業(yè)學(xué)生與熱動專業(yè)學(xué)生進行聯(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)電廠部分熱動專業(yè)的仿真。組織熱動專業(yè)和電氣專業(yè)學(xué)生進行聯(lián)合操作，不僅可以讓兩個專業(yè)的同學(xué)更好的了解彼此不擅長的領(lǐng)域，還能更好的促進學(xué)生增長見識，擴寬知識面。

四、結(jié)語

發(fā)電廠虛擬軟件為學(xué)生提供了一個全新的實驗環(huán)境，提高了學(xué)生對電氣專業(yè)知識的探索興趣，增強了學(xué)生實踐動手能力，更好地改善實驗教學(xué)效果。也為電氣專業(yè)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)非常重要的一個輔助手段，不僅可以提高實驗室利用率，減少由于學(xué)生誤操作帶來的安全隱患和設(shè)備維護的難度，同時也為學(xué)生和教師提供了一個更好的交流平臺。

綜上所述，發(fā)電廠虛擬軟件以其獨特的優(yōu)勢在電氣領(lǐng)域可以得到迅速地推廣，不僅可以彌補實驗設(shè)備落后等帶來的局限性，也可以極大提高學(xué)生對新知識探索的積極性，大大改善實驗教學(xué)效果。虛擬的實驗環(huán)境可以把實際現(xiàn)場直觀的表現(xiàn)出來，有助于學(xué)生更快地對現(xiàn)場環(huán)境有所認(rèn)知，提高了電氣實驗教學(xué)的先進性。

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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