发电厂虚拟软件在电气专业教学中的应用

胡敏+张义辉+田芳

摘要：随着电力行业的发展，电力企业对电气工程及其自动化专业人才的要求越来越高。从教学的角度来说，发电厂虚拟软件其真实性、实践性和多样性比较突出。不仅解决了时间和场地的限制，还能更真实的让学生了解现场的设备和相关技术条件，将学习的理论知识与虚拟实践环节更好地衔接起来，增强学生的工程实践能力，更好地满足学校人才培养方案的需求。

关键词：虚拟软件；电气专业；实践性；真实性

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）09-0092-02

一、引言

虛拟软件在现实生活中已经有了非常广泛的应用，在很大程度上为人们的生活提供了便利。利用虚拟软件完成虚拟实验是科学实验领域一个重要的部分。实验教学是教学过程中一个非常重要的组成部分。随着学生数量的增加，传统实验已经无法满足教学的需求。现代远程教育的发展，使得网络远程教育成为改变传统理论教学模式的一种新方式，而虚拟软件教学的发展是实验教学发展的一个趋势，理论教学的发展已经从线下转为线上，比如网上在线课程、MOOC发展等。理论教学不再仅仅局限于课堂教学，更强调的是学生的自主学习能力，而电气专业实践教学的环节由于受到诸多因素的约束，必然也会朝着线上发展。

发电厂虚拟软件是一种先进的学习工具，不仅仅是工程现场虚拟环境的模拟，与互联网和实验室模拟的设备相连，完成“远程实验”；还能实现对模拟的电气设备相关监控数据的采集，从而完成实验数据的处理分析。学生可以在该软件上独立地完成发电厂、变电站的所有开关和刀闸的倒闸操作，能够通过声光报警信号等完成对相关故障类型的数据分析处理，做到了完全与企业对接，才能更好地完成学业，并为以后的工作提供帮助。

二、电气专业实验教学存在的不足

目前电气专业实验课程中用到的大部分都是仿真软件，为电气专业设计绘图和计算类的工程项目提供了良好的平台，比如现阶段正在使用的用于进行模型仿真的MATLAB软件、用于工程设计的EDA绘图软件、用于潮流计算的PSASP软件等，但是电气专业对于学生的实践操作动手能力要求较高，并且本科生就业的大部分方向都是参与实际电力系统的操作，电气专业实验室又存在一定的局限性。

（一）电气专业实验教学条件的不足

电气专业由于其专业的特殊性，对于实验设备的安全性要求较高，大部分实验设备购买经费高，且设备相对不常见，学生在实验前对实验设备的认知非常有限，将理论和实践结合起来困难较大；实验过程中大部分都是按部就班完成项目内容；实验后设备维护难度也很大。科学技术的飞速发展也使得实验设备无法跟上现场实际生产发展的需求，学生在完成实验的过程中，也无法获得与真实现场一样的体会。比如高压开关柜的内的断路器操作，由于设备昂贵，场地有限，学生人数众多，根本无法保证每个同学都能亲自动手操作一次的可能，专业教师人数有限，无法保证每组学生操作过程中都能有一位老师全程跟踪指导。

（二）实验场地和时间协调困难

为了弥补电气实验室的局限性，每年学校都会安排学生进入工厂生产实习，让学生在就业前就能对本专业以后从事的就业环境有更好的了解和认识，从而更好地为企业输送电气类专业人才。但是在实际的操作过程中，由于学生人数多，大部分企业考虑到学生的安全性和企业生产安全等问题，每年在协调实习的场地问题时都会遇到各种各样的问题，很多企业不愿意接待大规模的实习，所以基本上每年的实习都是以参观为主，无法真正的满足人才培养方案的要求。

（三）真实操作存在一定危险，学生基本零参与

电气类专业学生面临的专业实验都是强电实验，安全是教学过程中的首要考虑因素。由于学生在专业学习过程中，并没有系统的接受过电力系统的规范性操作培训，所以在大部分的高低压开关柜等操作实验中，都是经过培训的教师操作，而学生主要是观察和思考为主，无法直接参与实验，获得感性认识。

三、发电厂虚拟软件在实验教学中的意义

虚拟实验室的建设在国内外已然兴起，并在多个科学领域带来了巨大的优势。比如，清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统；四川联合大学基于虚拟仪器的设计思路，研制了“航空电台二线综合测试仪”，将8台仪器集成于一体，组成虚拟仪器系统；华中理工大学机械学院工程测试实验室将其虚拟实验室成果在网上公开展示，供远程教育使用；在工程应用方面，西安交通大学电气工程学院“变电站电能质量监控及综合补偿”课题组研制的虚拟仪器“BDC-5型变电站电能质量监测系统”、“TSCMC-2型静止无功补偿装置测控系统”等已在我国电气化铁道得以成功应用，并在技术上处于国内先进水平。

发电厂虚拟软件的出现既是网络教学发展的趋势，也是实验教学改革的需要，对电气类专业实验的开展有着非常重要的意义。对于电气专业而言，发电厂虚拟软件具有虚拟性、实践性、灵活性等特点，使得该软件在实验教学过程中具有相当明显的优势，主要表现在以下几个方面。

（一）改变了传统的实验教学理念，为电气专业的实验教学改革提供了更好的方向

传统的实验大部分都是验证性实验，几乎所有的实验课教师都充当着演示者的角色，学生则模仿教师完成相应的实验项目。发电厂虚拟软件的出现对教师和学生的要求会更高，各自都要完成自己角色的转变，教师从演示到引导学生创新，学生从模仿到探索创造。发电厂虚拟软件模拟的真实环境，可以让学生在完成实验的过程中犹如游戏通关一样有畅快感，从而提高了学习积极性；同时也可以通过对自行设计实验项目的数据进行分析，有利于培养学生的创新精神。

（二）实验教学手段更灵活多样

发电厂虚拟软件除了可以满足基本的教学实验要求外，学生还可以灵活的安排实验进行的时间，自行设计实验项目，按照所学知识，查阅文献，完成对新知识的探索，更有利于培养学习兴趣和实践动手能力。在此平台上，教师不用担心学生由于操作错误而带来的危险，软件中的动画也可以让学生更真实的体会操作结束后的各高低压设备状态；同时可以线上监控操作过程，跟学生进行在线交流和讨论，对学生进行实验考核评分，考核成绩更能真实反映学生的能力。

（三）實验内容丰富多样，并跟实际发电厂和变电站工作人员的操作过程接轨

电力企业在引进人才之前都会有岗前培训，而培训的内容之一就包含发电厂虚拟软件可以开设的大部分实验内容，对电气类人才迅速进入工作状态提供了更好的保证。传统实验都以验证性为主，滞后于市场的发展，发电厂虚拟软件不仅可以将实验环境虚拟化，还可以完成在实际现场无法完成的实验项目，实验内容更具有超前性。

（四）组织电气专业学生与热动专业学生进行联合操作

发电厂虚拟软件不仅包含电气专业的电气部分仿真，也包含了发电厂部分热动专业的仿真。组织热动专业和电气专业学生进行联合操作，不仅可以让两个专业的同学更好的了解彼此不擅长的领域，还能更好的促进学生增长见识，扩宽知识面。

四、结语

发电厂虚拟软件为学生提供了一个全新的实验环境，提高了学生对电气专业知识的探索兴趣，增强了学生实践动手能力，更好地改善实验教学效果。也为电气专业实验教学环节非常重要的一个辅助手段，不仅可以提高实验室利用率，减少由于学生误操作带来的安全隐患和设备维护的难度，同时也为学生和教师提供了一个更好的交流平台。

综上所述，发电厂虚拟软件以其独特的优势在电气领域可以得到迅速地推广，不仅可以弥补实验设备落后等带来的局限性，也可以极大提高学生对新知识探索的积极性，大大改善实验教学效果。虚拟的实验环境可以把实际现场直观的表现出来，有助于学生更快地对现场环境有所认知，提高了电气实验教学的先进性。

参考文献：

[1]马幼捷，安小东，周雪松.电气工程虚拟实验技术的研究[J].电测与仪表，2006，（5）：1-4.

[2]杜一宁.虚拟实验的研究现状以及在教学中的意义[J].浙江海洋学院学报（然科学版），2010，29（4）：90-393.

[3]周雪松，丰美丽，马幼捷，安小东.虚拟实验技术的研究现状及发展趋势[J].自动化仪表，2008，29（4）：-4.

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