电力系统自动化综合实验室建设与实践教学改革

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  摘要:针对当前电力系统自动化专业人才的需求目标,构建一个高度自动化、开放式多机电力网络综合实验平台。该实验平台能够反映现代电能的发、输、变、配及用的全过程,充分体现现代电力系统高度自动化、信息化和数字化的特点,实现电力系统的监控、保护和调度。实验平台的开发涵盖了本专业多门专业课程的实验及实习内容和开放性实验,促进实践教学内容的改革,为学生的实践教学创造平台。实践证明,该综合实验室的建设与教学体系的改革使学生的实践与创新能力得到充分的培养和提高。
  关键词:电力系统自动化;实践教学;实验室建设;实验平台
  作者简介:杨培宏(1981-),男,内蒙古呼和浩特人,内蒙古科技大学信息工程学院,讲师;张继红(1975-),男,内蒙古集宁人,内蒙古科技大学信息工程学院,副教授。(内蒙古 包头 014010)
  中图分类号:G642.423     文献标识码:A     文章编号:1007-0079(2011)30-0152-03
  
  知识创新和技术创新已成为21世纪经济社会发展的关键,是时代的特征和灵魂。高校作为国家知识传授和创新的基地,培养创新人才是高等教育工作者的重要使命。实践教学是培养学生动手能力、创新能力及全面提高学生素质教育的重要环节。加强实践教学环节,不仅能加深对理论知识的认识,而且还能培养学生分析问题和理论联系实践的能力,对于开拓创新思维和提高创新能力起着积极的作用。[1-4]
  电气工程及其自动化专业是一门实践性很强的学科,学生除了要受到系统规范的理论教育还必须能够将理论应用到实践中去,创新性实践是实现这一目标的最佳平台。电力系统是一个非常复杂的系统,学生理解起来比较困难,只有通过教学与实验相结合的模式才能让学生充分认识电力系统。[5-7]内蒙古科技大学信息工程学院原有的实验设备基本都是模拟式的,技术落后,而且实验设备都是只能完成单个课程的实验内容,如发电、继电保护以及自动装置等,无法完成综合性、大型实验。
  为此,学院通过自筹资金及中央与地方共建项目专项资助,开发了电力系统自动化综合实验室,该实验平台能够进行各专业课实验教学、课程设计、毕业设计、校内实习、开放性实验以及教师科研项目,这对培养学生实践能力、创新能力以及促进本学科的建设起到了重要的作用。
  一、综合实验室建设的指导思想
  电力系统自动化综合实验室的建设就是为了满足人才培养目标的要求。将各门专业课程的实验教学融合在一个实验平台,开展实践性教学,培养学生的创新能力。
  1.实验室建设应满足人才培养目标要求
  明确专业定位,确立培养目标是办好专业的关键,也是培养专业技术人才的关键。学院以培养应用型人才为目标,要求培养的学生有较扎实的基础知识、宽阔的专业知识、较强的实践动手能力、创新意识和独立解决问题的能力,毕业后能较快地胜任自己的工作岗位。[8]
  2.创建实验教学新体系,实现资源优化配置
  电力系统自动化综合实验平台的构建,将该专业各门课程的实验内容融合在一起,形成一个有机的整体,其中包括电力系统潮流计算、电力系统频率和电压调整、电力系统故障分析、电力系统稳定性分析、电力系统继电保护、电力系统微机继电保护、电力系统自动化、变电站综合自动化技术等。将多个实验项目融合在一个教学平台上,既有利于建设资金的高效利用,又有利于学生对整个电力系统特性的了解,培养学生的综合应用能力,对其专业技能进行综合训练。[9-11]
  3.开放式综合实验的开展
  电力系统自动化综合实验室的建设不仅能满足各专业课的实验教学,还要利用课外时间对学生开放实验室,让学生自主开发拓展性的实验,培养学生的创新意识、创新思维和创新能力。同时,该实验室也作为本专业研究生研究课题的实验平台,通过对电力系统仿真计算和动模实验相结合的方式来开展研究课题。
  二、专业实验平台的构建
  本实验平台模拟一个多机电力系统,主接线采用典型的发、输、变、配、用的结构方式,能够反映电能的生产、输送、分配和使用的全过程,充分体现现代电力系统的特点,实验平台一次系统接线图如图1所示。
  
  发电机变压器组分别模拟5个发电厂,从5台发电机的出口母线分别连接到电力网的不同母线上,经过6条不同长度的输电线路、4组不同功率因素的感性负荷、三绕组联络变压器、众多断路器和电压、电流互感器以及模拟无穷大系统等连接起来。无穷大系统是由20kVA的自耦调压器构成,原边与市电380V连接,副边电压接入实验平台。整个一次系统构成一个灵活多变的多机环形电力网络,便于进行理论分析和实验分析。
  该实验平台形成具有多个节点的环形电力网,通过投切输电线路的断路器,能灵活地改变网络结构,可构成辐射形(放射式、干线式)和环形(双端供电网络、环式)电力网络结构。整个系统配备了相关的安全自动装置和继电保护装置,保证电力网络的安全、可靠和灵敏。
  控制柜除了设有常规控制装置,还包括微机准同期装置、微机励磁装置以及微机调速装置等,且均设有测试孔,便于实验教学。同时,并网、调压和调速也设置了手动方式,便于学生更深层次地理解微机控制方式。
  该实验室平台的计算机监控系统是多目标、多参数、多功能的实时系统,为了使监控系统具有良好的开放性,并考虑实验系统的具体情况,采用了分层分布式系统配置。
  硬件结构系统:监控管理上位机采用抗干扰性强的工业控制计算,各电站的现场控制单元(LCU)采用具有监控功能的微机励磁系统和微机调速系统对机组完成现场监控,各开关站的电量监测采用具有数据处理功能的智能仪表对线路、负荷完成现场监测,且具有线路过流报警指示功能,通过PLC对各开关进行监控和负荷调节,作为下位机控制单元。
  通信系统:上位机和LCU之间采用RS-485总线型通讯网络结构,并且通讯网络与各开关站的智能仪表、PLC相联,可通过局域网与远方调度通讯。
  上位机软件系统:该实验平台系结合电力调度运行实际运行管理软件,采用北京力控组态软件PCAuto5.0设计的,界面丰富,功能完整。
  通过该监控平台,可实现电力系统“四遥”功能,改变电力网潮流的分布。可以通过改变发电机有功、无功来改变潮流的分布,可以通过投切负荷改变电力网络潮流的分布,也可以通过将双回线路改为单回线路来改变电力网潮流的分布,还可以调整无穷大母线电压来改变电力网潮流的分布。
  本实验平台最大的特点如下:
  系统开放化,具有很好的扩展性;
  结构微机化,各相关电量均由微机监测和控制;
  监控屏幕化,模拟实际调度运行界面,系统控制简单、清晰,能打印各种运行参数;
  功能综合化,实验项目多;
  电力系统潮流结构多样,提供各种模型分析。
  三、实践教学的改革
  “电力系统稳态分析”、“电力系统暂态分析”和“电力系统继电保护原理”等是电力系统自动化专业的基础专业课程,“电力系统自动装置原理”、“电力系统自动化”和“电网监控及调度自动化”等是电力系统自动化专业的重要专业课程,而实践环节是这些课程的重要组成部分。通过实验,可以加深学生对理论的理解,培养和提高学生独立动手能力和分析、解决问题的能力。
  该实验平台的实验内容较多、较新,实验系统性较强,是上述课程理论教学的重要补充和继续。同时,学生通过实验来验证理论,促使实验和理论相结合。为此,我们从以下三个方面对实践教学进行改革,让学生在实验中学会运用所学的理论知识去分析和解决实际系统中出现的各种问题,提高学生的动手能力,培养学生的创新思維。
  1.教学实验内容的改革
  以往的专业课实验项目均在不同的实验平台上进行,使得学生对电力系统的认识趋于片面化,对电力系统的认识缺乏整体性。电力系统自动化综合实验平台的建设不仅可以开展单独实验项目,而且还可以整组实验,系统地进行分析电力系统的特性,包括在一定的电网结构下,分析电网的潮流、系统的稳定性以及继电保护和自动装置调试等。根据需求,可以开展很多大型实验内容,可为学生进行校内毕业实习和毕业设计等。实验平台涵盖的主要课程及实验项目如表1所示。
  表1 实验平台可开设的主要课程及实验项目
  序号 课程名称 实验项目
  1 电力系统分析 电力系统潮流计算分析实验
  电力系统有功功率—频率特性实验
  电力系统无功功率—电压特性实验
  2 电力系统稳定性 复杂电力系统暂态稳定计算分析实验
  复杂电力系统切机、切负荷稳定性实验
  3 电力系统自动装置 发电机组的启励建压实验
  发电机组并网实验
  手动、半自动、自动准同期并网实验
  同步发电机励磁控制实验
  4 电力系统继电保护 发电系统微机保护系列实验
  输电系统微机保护系列实验
  5 电力系统调度自动化 变电站调度自动化系列实验
  
  2.实训课程的开展
  基于电力系统自动化综合实验平台开展电力系统调度运行实训课程,课程包括的内容有:电力系统状态监控、安全分析、经济调度和发电控制。电力系统调度运行实训课程开设的目的就是让学生熟悉电力系统调度要完成的功能,也是对所学专业课程的一个综合学习,将所学的知识应用到实践中,完成对电力系统的调度运行,保证电力系统的安全稳定运行,提高学生的实践能力。
  (1)电力系统状态监控。安全监控的主要功能有:发电和供电负荷监视、频率监视、潮流和电压监视、事故顺序记录、事故追忆记录、越限报警以及统计制表等;调度员根据安全监视的情况,观测电力系统的各种运行情況、完成数据的统计制表打印工作、开关动作顺序的操作和记录、越限报警记录的查询和打印。
  (2)安全分析。安全分析的主要功能是利用实时数据对电力系统发生一条线路或一台发电机、变压器跳闸的假想事故进行在线模拟,以便随时发现每一种假想事故是否可能造成设备过负荷以及频率和电压超出允许值等不安全因素。
  (3)经济调度。经济调度的目的就是在安全运行的条件下,对电力系统发电机组所承担的有功功率负荷进行合理分配,以最大限度节约能源,使供电成本最低。电力系统经济调度不是调节单个发电厂所能实现的,而是通过电力系统统一调度实现的。在本实验平台上,调度员在运行调度工作中,应根据负荷以及无穷大系统的消耗功率,调度各发电厂的出力,使各发电厂的出力达到平衡。
  (4)发电控制。各发电厂能完成自动同期并列运行,调度员观测遥测和遥信信息,通过遥调功能,完成各发电厂的运行控制。
  因此,本实验平台中的调度自动化系统能够保证可靠性、实时性和准确性,确保调度中心及时了解电力系统的运行状态并作出正确的控制决策。
  3.开放式实验的开展
  为了让学生有一个更好的个性发展空间,培养学生的实践能力和创新能力,在该实验平台上建立了开放式实验项目,这样有利于调动学生的实验积极性。
  基于该实验平台的硬件条件,开放式实验项目为电力系统“四遥”实验,学生基于RS485通信标准和问答式远动方式来模拟电力系统的“四遥”。能够实现的功能见表2所示。
  四、结语
  该套电力系统自动化综合实验室的建设深化了电力专业的教学内容,提供了能进行基础课程学习、专业课程设计以及综合实验开发的基础平台,不仅能满足现代开放型、研究型、综合型的电力专业教学体系,而且能提高专业实验的教学质量和水平,更有利于培养学生综合分析问题和解决问题的能力,为电力行业培养出更多高素质的复合型人才。
  
  参考文献:
  [1]李明伟,李建月.我院电气工程及其自动化专业建设的思考与探索[J].洛阳理工学院学报(自然科学版),2009,19(4):94-96.
  [2]董介春,于瑞涛,张体强.专业实验中心建设与改革的探索[J].实验室研究与探索,2009,28(12):90-92.
  [3]张峻松,王花俊,杨天乐.烟草工程专业实验室建设及人才培养的探索[J].实验室研究与探索,2010,29(8):78-80.
  [4]刘桂英,栗时平.电气工程及其自动化专业大学生创新能力培养模式探讨[J].中国电力教育,2009,(10):44-47.
  [5]吴晓,堵俊,羌予践.电气专业课程综合性和设计性实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索,2009,28(8):24-25.
  [6]段天宏,姬长生,李乃梁.工业工程专业实验室建设的思考[J].实验室研究与探索,2010,29(7):158-160.
  [7]林学梅.电气专业教学改革的探索与实践[J].机械职业教学,2010,(7):51-53.
  [8]崔桂梅,贾玉瑛.自动化专业应用型人才培养模式的改革和实践[J].实验室研究与探索,2009,28(11):114-117.
  [9]晁勤,陈江,袁铁江.电气工程实践教学模式的改革[J].实验室研究与探索,2009,28(7):141-143.
  [10]张瑛,王胜辉,刘莉,等.电力系统自动化综合实验系统设计与建设[J].实验室研究与探索,2010,29(11):287-289.
  [11]詹习生,张先鹤.浅谈电气工程及其自动化专业实验体系的构建[J].中国电力教育,2009,(6):141-142.
  (责任责任:刘辉)
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