發電廠虛擬軟件在電氣專業教學中的應用

胡敏+張義輝+田芳

摘要：隨著電力行業的發展，電力企業對電氣工程及其自動化專業人才的要求越來越高。從教學的角度來說，發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，還能更真實的讓學生了解現場的設備和相關技術條件，將學習的理論知識與虛擬實踐環節更好地銜接起來，增強學生的工程實踐能力，更好地滿足學校人才培養方案的需求。

關鍵詞：虛擬軟件；電氣專業；實踐性；真實性

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

一、引言

虛擬軟件在現實生活中已經有了非常廣泛的應用，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實驗領域一個重要的部分。實驗教學是教學過程中一個非常重要的組成部分。隨著學生數量的增加，傳統實驗已經無法滿足教學的需求。現代遠程教育的發展，使得網絡遠程教育成為改變傳統理論教學模式的一種新方式，而虛擬軟件教學的發展是實驗教學發展的一個趨勢，理論教學的發展已經從線下轉為線上，比如網上在線課程、MOOC發展等。理論教學不再僅僅局限于課堂教學，更強調的是學生的自主學習能力，而電氣專業實踐教學的環節由于受到諸多因素的約束，必然也會朝著線上發展。

發電廠虛擬軟件是一種先進的學習工具，不僅僅是工程現場虛擬環境的模擬，與互聯網和實驗室模擬的設備相連，完成“遠程實驗”；還能實現對模擬的電氣設備相關監控數據的采集，從而完成實驗數據的處理分析。學生可以在該軟件上獨立地完成發電廠、變電站的所有開關和刀閘的倒閘操作，能夠通過聲光報警信號等完成對相關故障類型的數據分析處理，做到了完全與企業對接，才能更好地完成學業，并為以后的工作提供幫助。

二、電氣專業實驗教學存在的不足

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

（一）電氣專業實驗教學條件的不足

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

（二）實驗場地和時間協調困難

為了彌補電氣實驗室的局限性，每年學校都會安排學生進入工廠生產實習，讓學生在就業前就能對本專業以后從事的就業環境有更好的了解和認識，從而更好地為企業輸送電氣類專業人才。但是在實際的操作過程中，由于學生人數多，大部分企業考慮到學生的安全性和企業生產安全等問題，每年在協調實習的場地問題時都會遇到各種各樣的問題，很多企業不愿意接待大規模的實習，所以基本上每年的實習都是以參觀為主，無法真正的滿足人才培養方案的要求。

（三）真實操作存在一定危險，學生基本零參與

電氣類專業學生面臨的專業實驗都是強電實驗，安全是教學過程中的首要考慮因素。由于學生在專業學習過程中，并沒有系統的接受過電力系統的規范性操作培訓，所以在大部分的高低壓開關柜等操作實驗中，都是經過培訓的教師操作，而學生主要是觀察和思考為主，無法直接參與實驗，獲得感性認識。

三、發電廠虛擬軟件在實驗教學中的意義

虛擬實驗室的建設在國內外已然興起，并在多個科學領域帶來了巨大的優勢。比如，清華大學利用虛擬儀器構建了汽車發動機檢測系統；四川聯合大學基于虛擬儀器的設計思路，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；華中理工大學機械學院工程測試實驗室將其虛擬實驗室成果在網上公開展示，供遠程教育使用；在工程應用方面，西安交通大學電氣工程學院“變電站電能質量監控及綜合補償”課題組研制的虛擬儀器“BDC-5型變電站電能質量監測系統”、“TSCMC-2型靜止無功補償裝置測控系統”等已在我國電氣化鐵道得以成功應用，并在技術上處于國內先進水平。

發電廠虛擬軟件的出現既是網絡教學發展的趨勢，也是實驗教學改革的需要，對電氣類專業實驗的開展有著非常重要的意義。對于電氣專業而言，發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過程中具有相當明顯的優勢，主要表現在以下幾個方面。

（一）改變了傳統的實驗教學理念，為電氣專業的實驗教學改革提供了更好的方向

傳統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著演示者的角色，學生則模仿教師完成相應的實驗項目。發電廠虛擬軟件的出現對教師和學生的要求會更高，各自都要完成自己角色的轉變，教師從演示到引導學生創新，學生從模仿到探索創造。發電廠虛擬軟件模擬的真實環境，可以讓學生在完成實驗的過程中猶如游戲通關一樣有暢快感，從而提高了學習積極性；同時也可以通過對自行設計實驗項目的數據進行分析，有利于培養學生的創新精神。

（二）實驗教學手段更靈活多樣

發電廠虛擬軟件除了可以滿足基本的教學實驗要求外，學生還可以靈活的安排實驗進行的時間，自行設計實驗項目，按照所學知識，查閱文獻，完成對新知識的探索，更有利于培養學習興趣和實踐動手能力。在此平臺上，教師不用擔心學生由于操作錯誤而帶來的危險，軟件中的動畫也可以讓學生更真實的體會操作結束后的各高低壓設備狀態；同時可以線上監控操作過程，跟學生進行在線交流和討論，對學生進行實驗考核評分，考核成績更能真實反映學生的能力。

（三）實驗內容豐富多樣，并跟實際發電廠和變電站工作人員的操作過程接軌

電力企業在引進人才之前都會有崗前培訓，而培訓的內容之一就包含發電廠虛擬軟件可以開設的大部分實驗內容，對電氣類人才迅速進入工作狀態提供了更好的保證。傳統實驗都以驗證性為主，滯后于市場的發展，發電廠虛擬軟件不僅可以將實驗環境虛擬化，還可以完成在實際現場無法完成的實驗項目，實驗內容更具有超前性。

（四）組織電氣專業學生與熱動專業學生進行聯合操作

發電廠虛擬軟件不僅包含電氣專業的電氣部分仿真，也包含了發電廠部分熱動專業的仿真。組織熱動專業和電氣專業學生進行聯合操作，不僅可以讓兩個專業的同學更好的了解彼此不擅長的領域，還能更好的促進學生增長見識，擴寬知識面。

四、結語

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

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

參考文獻：

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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