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摘要：多级电网-变电站培训仿真系统逐步完善，但在本科教学中，仿真实习一直作为认识实习和生产实习手段。结合电力系统及其自动化专业学科特点，论述了仿真系统与课堂教学相结合的教学方法。
关键词：多级电网-变电站联合仿真；电力系统及其自动化
作者简介：刘柏林（1979-），男，吉林省吉林市人，东北电力大学电力运行仿真中心，讲师；（吉林 吉林 132012）孙文利（1972-），男，吉林德惠人，华能大庆热电有限责任公司，工程师。（黑龙江 大庆 163159）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0055-02
随着电力系统不断发展，高电压、大容量、高自动化程度的变电站相继投入运行，为提高变电站运行人员素质，电网、变电站仿真培训系统得到了越来越多的应用和发展。而目前仿真培训系统的诸多优势并未得到大学的完全利用，只是校外实习的替代手段，并未能更好的将其利用于专业课教学过程中，本文结合仿真系统功能和电力系统及其自动化专业特点，探讨仿真系统与课堂教学相结合的教学方法，阐述了该教学方法在加强理论知识学习效果和提高学生综合实践能力方面的作用。
一、多级电网-变电站联合仿真系统简介
电力是国民生产的主要动力资源，供电可靠性和质量直接影响生产安全性和经济效益。目前电网自动化程度日趋完善，对电网、变电站运行人员素质提出了更高要求。而在电网运行过程中，运行人员正常操作技能和事故处理能力难以得到充分训练，而当发生设备异常或系统故障时，又要求运行人员及时正确地应对处理。因此，通过建立与实际电网运行条件相近的仿真电网，可以使学员高效积累运行经验，增强事故处理时的自信心，提高学员在事故发生时的快速决策能力。
国内外电力系统的培训仿真系统从20世纪70年代开始发展，最初的开发研究主要集中在发电厂集控运行仿真培训系统上，取得良好效果，目前发电厂集控运行仿真培训的必要性已被国内外公认，仿真培训系统作为电厂运行人员的训练平台已得到广泛应用。从80年代末期开始，各电网公司陆续建立了电网和变电站的仿真培训系统，从1990年研制出东北电网仿真系统，至1999年大部分网调、省调都配备了电网调度仿真系统。[1]
随着计算机技术、电网仿真技术、变电站和集控站仿真技术、数据库技术、三维虚拟现实场景技术等多个领域地发展，目前仿真培训系统在对单一变电站进行仿真的基础上，已发展成为能对省级、地区级、县级等多级电网和其中典型集控站和变电站进行综合仿真的多级电网-变电站联合仿真培训系统。多级电网-变电站联合仿真培训系统可以对具体变电站一次设备和二次设备进行全范围的建模仿真，并对电网调度自动化系统、变电站综合自动化系统进行全面仿真，实现了对电网整个输变电运行的全范围、全过程的仿真。多级电网-变电站联合仿真培训系统采用纯软件模式，可进行电网调度自动化仿真培训、变电站和集控站仿真培训等，并具备多媒体远程培训功能，可以提高培训学员运行操作技能及事故处理能力。[2]
二、多级电网-变电站仿真培训系统在校外实习环节的应用
目前电力系统及其自动化专业学生的校外实习存在一定问题，出于安全生产地考虑，现场不愿意接受实习学生。而与现场实习相比，仿真培训具有以下优点：
1.仿真培训系统涵盖范围广
校外实习一般在学校附近变电站进行，而电网运行可靠性较高，短时间内电网运行状态一般无任何明显改变，不利于学生建立直观的对电网运行相关概念的认识；学生接触到的一次设备、二次设备只限于变电站实际设备，数量和种类较少；且出于安全考虑，现场运行操作或停电检修等工作使学生活动范围受到很大限制。
仿真电网系统可详细仿真各电压等级典型变电站和集控站，涵盖各种典型接线方式，并可设置电网各种运行状态，帮助学生建立直观感性的电网运行概念知识体系；仿真系统对电网调度监控系统以及变电站内一次、二次设备进行详细仿真，学生可在仿真电网调度监控画面、变电站主控室界面、一次设备巡视界面中全面了解电网监控系统和变电站一次、二次设备。
2.在仿真系统中学生可充分了解电网结构和基本设备
电网运行过程中不允许随意进行操作，并且电网运行可靠性很高，因此学生在变电站实习过程中绝大多数时间只能是在设备安全距离之外参观设备，并无机会了解现场实际工作过程。
仿真系统可以模拟电网各种运行状态，学生还可在仿真电网中加入各种异常事件，观察电网动态过程，使学生充分了解电网结构和基本设备。
3.在仿真电网中学生可进行操作训练
仿真系统利用三维虚拟现实场景技术，实现对变电站一次设备的三维重现和虚拟操作，并对主控室内保护和自动装置等设备进行详细仿真，学生不但可以在仿真变电站里结合不同接线方式、不同设备进行各种典型事件所有操作，还可在仿真电网设置各种异常事件，进行事故处理演练。
4.仿真培训系统所需实习经费较少
在进行仿真培训系统软件购置、机房建设等投资之后，仿真培训不需更多的其他后续费用，相比校外实习，仿真培训可节省交通、住宿、现场实习费用等大量经费。
三、目前本科教学存在问题
本科教育的最终目的是培养合格的专业技术人才，学生不但要掌握扎实的理论知识，还应具备研究工程问题的思路和用所学理论分析电力系统工程问题的能力。
以往本科教学课程内容注重专业知识传授，强调理论的严谨性，忽视了工程问题的物理本原，学生学完课程后，尚且可以完成验证解法的书本作业，但难以综合运用所学的知识解决电力系统工程中的实际问题；教学方法上，重视理论分析过程，忽视各专业课知识之间的联系及在电力系统工程中的作用，学生难以形成一个完整连贯的理论知识体系；教学组织上，缺乏实践教学培养环境，忽视对学生学习兴趣的培养，面对书本讲工程，使得学生的学习难度大。 四、仿真系统对电气专业本科教学的有利方面
1.帮助学生充分理解相关概念
传统本科教学只注重理论模型的分析与求解，忽视了工程问题的物理本原，学生在专业课学习过程中，更多的只是应用相应数学方法对模型进行求解，导致学生对一些现场运行基本概念（如多运行方式调频调峰等）不能完全理解。
借助多级电网-变电站仿真系统，学生可以在教师指导下设置电网各种运行状态，并在仿真电网中加入各种事件，学生能在设备层面、变电站层面以及电网层面分别观察电网的动态过程，有利于学生对电网的结构和特性建立直观感性的认识。
2.提高学生解决工程实际问题的能力
以往本科教学中教师主要对既有模型的求解方法进行讲解，只注重解题方法而忽视工程问题，利用多级电网-变电站仿真系统，学生可以从电力系统运行中遇到的问题开始，强调从工程问题中构建模型的方法及模型应用的限制条件，对分析结果还应进一步探讨其工程意义，形成指导工程的一般性概念和结论，培养学生研究工程问题的思路和用所学理论分析电力系统工程问题的能力。
3.建立完整的电力系统理论知识体系
结合仿真电网，将某个运行问题伴随教学全过程逐次展开，替代以往分散的课程设计，以提高学生对工程问题整体性的认识。学生学到的知识立即就会被运用到设计中。通过课程学习和设计锻炼，学生对电力系统的分析方法及其应用有了更深刻的理解，对工程问题局部与整体的关系有了更全面的把握。
4.加强各专业课之间的联系
在专业课授课过程中，教师更多的是从特定角度分析电力系统某一领域的现象和问题，各专业课之间联系松散，导致学生在专业课学习过程中缺乏目的性。
而利用仿真系统，可以根据不同的问题设置相应的系统运行方式，锻炼学生在实际电网复杂的工程环境中发现问题，并制订相应的解决问题的方案。在解决问题过程中会涉及不同的专业课知识，学生以现场实际问题为主线，可以充分融合各专业课知识。
5.重要的实习平台
在多级电网-变电站仿真培训系统中，学生可以对现场设备和运行操作建立直观的感性认识，并且学习内容、学习方式及学习时间可以根据要求方便灵活地进行调整，相比于现场实习也更为经济，已成为实践教学环节的重要组成部分。
五、总结
将仿真系统与电气专业课课堂授课相结合，用现代仿真技术在课堂上展示分析过程，改变了过去以公式分析为主的状况，使抽象的电力系统运行分析具象化，并借助于仿真技术对计算结果的工程意义进行深入的阐释，可以帮助学生建立完整的电力系统理论知识体系，提高学生解决工程实际问题的能力。
参考文献：
[1]张东英，杨以涵.变电站仿真培训综述[J].电力系统自动化，1999，（23）：11-14.
[2]刘曲，张东英，等.变电站仿真培训系统的理论及其发展[J].现代电力，2002，（5）.
（责任编辑：李杰）
关键词：多级电网-变电站联合仿真；电力系统及其自动化
作者简介：刘柏林（1979-），男，吉林省吉林市人，东北电力大学电力运行仿真中心，讲师；（吉林 吉林 132012）孙文利（1972-），男，吉林德惠人，华能大庆热电有限责任公司，工程师。（黑龙江 大庆 163159）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0055-02
随着电力系统不断发展，高电压、大容量、高自动化程度的变电站相继投入运行，为提高变电站运行人员素质，电网、变电站仿真培训系统得到了越来越多的应用和发展。而目前仿真培训系统的诸多优势并未得到大学的完全利用，只是校外实习的替代手段，并未能更好的将其利用于专业课教学过程中，本文结合仿真系统功能和电力系统及其自动化专业特点，探讨仿真系统与课堂教学相结合的教学方法，阐述了该教学方法在加强理论知识学习效果和提高学生综合实践能力方面的作用。
一、多级电网-变电站联合仿真系统简介
电力是国民生产的主要动力资源，供电可靠性和质量直接影响生产安全性和经济效益。目前电网自动化程度日趋完善，对电网、变电站运行人员素质提出了更高要求。而在电网运行过程中，运行人员正常操作技能和事故处理能力难以得到充分训练，而当发生设备异常或系统故障时，又要求运行人员及时正确地应对处理。因此，通过建立与实际电网运行条件相近的仿真电网，可以使学员高效积累运行经验，增强事故处理时的自信心，提高学员在事故发生时的快速决策能力。
国内外电力系统的培训仿真系统从20世纪70年代开始发展，最初的开发研究主要集中在发电厂集控运行仿真培训系统上，取得良好效果，目前发电厂集控运行仿真培训的必要性已被国内外公认，仿真培训系统作为电厂运行人员的训练平台已得到广泛应用。从80年代末期开始，各电网公司陆续建立了电网和变电站的仿真培训系统，从1990年研制出东北电网仿真系统，至1999年大部分网调、省调都配备了电网调度仿真系统。[1]
随着计算机技术、电网仿真技术、变电站和集控站仿真技术、数据库技术、三维虚拟现实场景技术等多个领域地发展，目前仿真培训系统在对单一变电站进行仿真的基础上，已发展成为能对省级、地区级、县级等多级电网和其中典型集控站和变电站进行综合仿真的多级电网-变电站联合仿真培训系统。多级电网-变电站联合仿真培训系统可以对具体变电站一次设备和二次设备进行全范围的建模仿真，并对电网调度自动化系统、变电站综合自动化系统进行全面仿真，实现了对电网整个输变电运行的全范围、全过程的仿真。多级电网-变电站联合仿真培训系统采用纯软件模式，可进行电网调度自动化仿真培训、变电站和集控站仿真培训等，并具备多媒体远程培训功能，可以提高培训学员运行操作技能及事故处理能力。[2]
二、多级电网-变电站仿真培训系统在校外实习环节的应用
目前电力系统及其自动化专业学生的校外实习存在一定问题，出于安全生产地考虑，现场不愿意接受实习学生。而与现场实习相比，仿真培训具有以下优点：
1.仿真培训系统涵盖范围广
校外实习一般在学校附近变电站进行，而电网运行可靠性较高，短时间内电网运行状态一般无任何明显改变，不利于学生建立直观的对电网运行相关概念的认识；学生接触到的一次设备、二次设备只限于变电站实际设备，数量和种类较少；且出于安全考虑，现场运行操作或停电检修等工作使学生活动范围受到很大限制。
仿真电网系统可详细仿真各电压等级典型变电站和集控站，涵盖各种典型接线方式，并可设置电网各种运行状态，帮助学生建立直观感性的电网运行概念知识体系；仿真系统对电网调度监控系统以及变电站内一次、二次设备进行详细仿真，学生可在仿真电网调度监控画面、变电站主控室界面、一次设备巡视界面中全面了解电网监控系统和变电站一次、二次设备。
2.在仿真系统中学生可充分了解电网结构和基本设备
电网运行过程中不允许随意进行操作，并且电网运行可靠性很高，因此学生在变电站实习过程中绝大多数时间只能是在设备安全距离之外参观设备，并无机会了解现场实际工作过程。
仿真系统可以模拟电网各种运行状态，学生还可在仿真电网中加入各种异常事件，观察电网动态过程，使学生充分了解电网结构和基本设备。
3.在仿真电网中学生可进行操作训练
仿真系统利用三维虚拟现实场景技术，实现对变电站一次设备的三维重现和虚拟操作，并对主控室内保护和自动装置等设备进行详细仿真，学生不但可以在仿真变电站里结合不同接线方式、不同设备进行各种典型事件所有操作，还可在仿真电网设置各种异常事件，进行事故处理演练。
4.仿真培训系统所需实习经费较少
在进行仿真培训系统软件购置、机房建设等投资之后，仿真培训不需更多的其他后续费用，相比校外实习，仿真培训可节省交通、住宿、现场实习费用等大量经费。
三、目前本科教学存在问题
本科教育的最终目的是培养合格的专业技术人才，学生不但要掌握扎实的理论知识，还应具备研究工程问题的思路和用所学理论分析电力系统工程问题的能力。
以往本科教学课程内容注重专业知识传授，强调理论的严谨性，忽视了工程问题的物理本原，学生学完课程后，尚且可以完成验证解法的书本作业，但难以综合运用所学的知识解决电力系统工程中的实际问题；教学方法上，重视理论分析过程，忽视各专业课知识之间的联系及在电力系统工程中的作用，学生难以形成一个完整连贯的理论知识体系；教学组织上，缺乏实践教学培养环境，忽视对学生学习兴趣的培养，面对书本讲工程，使得学生的学习难度大。 四、仿真系统对电气专业本科教学的有利方面
1.帮助学生充分理解相关概念
传统本科教学只注重理论模型的分析与求解，忽视了工程问题的物理本原，学生在专业课学习过程中，更多的只是应用相应数学方法对模型进行求解，导致学生对一些现场运行基本概念（如多运行方式调频调峰等）不能完全理解。
借助多级电网-变电站仿真系统，学生可以在教师指导下设置电网各种运行状态，并在仿真电网中加入各种事件，学生能在设备层面、变电站层面以及电网层面分别观察电网的动态过程，有利于学生对电网的结构和特性建立直观感性的认识。
2.提高学生解决工程实际问题的能力
以往本科教学中教师主要对既有模型的求解方法进行讲解，只注重解题方法而忽视工程问题，利用多级电网-变电站仿真系统，学生可以从电力系统运行中遇到的问题开始，强调从工程问题中构建模型的方法及模型应用的限制条件，对分析结果还应进一步探讨其工程意义，形成指导工程的一般性概念和结论，培养学生研究工程问题的思路和用所学理论分析电力系统工程问题的能力。
3.建立完整的电力系统理论知识体系
结合仿真电网，将某个运行问题伴随教学全过程逐次展开，替代以往分散的课程设计，以提高学生对工程问题整体性的认识。学生学到的知识立即就会被运用到设计中。通过课程学习和设计锻炼，学生对电力系统的分析方法及其应用有了更深刻的理解，对工程问题局部与整体的关系有了更全面的把握。
4.加强各专业课之间的联系
在专业课授课过程中，教师更多的是从特定角度分析电力系统某一领域的现象和问题，各专业课之间联系松散，导致学生在专业课学习过程中缺乏目的性。
而利用仿真系统，可以根据不同的问题设置相应的系统运行方式，锻炼学生在实际电网复杂的工程环境中发现问题，并制订相应的解决问题的方案。在解决问题过程中会涉及不同的专业课知识，学生以现场实际问题为主线，可以充分融合各专业课知识。
5.重要的实习平台
在多级电网-变电站仿真培训系统中，学生可以对现场设备和运行操作建立直观的感性认识，并且学习内容、学习方式及学习时间可以根据要求方便灵活地进行调整，相比于现场实习也更为经济，已成为实践教学环节的重要组成部分。
五、总结
将仿真系统与电气专业课课堂授课相结合，用现代仿真技术在课堂上展示分析过程，改变了过去以公式分析为主的状况，使抽象的电力系统运行分析具象化，并借助于仿真技术对计算结果的工程意义进行深入的阐释，可以帮助学生建立完整的电力系统理论知识体系，提高学生解决工程实际问题的能力。
参考文献：
[1]张东英，杨以涵.变电站仿真培训综述[J].电力系统自动化，1999，（23）：11-14.
[2]刘曲，张东英，等.变电站仿真培训系统的理论及其发展[J].现代电力，2002，（5）.
（责任编辑：李杰）