仿真软件在电力职业教育中的应用

酒泉职业技术学院 程明杰 冯黎成

我国社会经济平稳发展，需要更多的职业型、实战型、应用型人才，职业教育在我国教育领域中占据重要地位。电力电子技术是一门同工程应用密切相关的专业基础课程，教师在教学过程中要重视学生工程素质培养与专业基础训练。传统的教育模式已经难以满足如今电力专业的教育需求，教师在教学时应积极采用多元化的教学方式与各类新型教学软件，例如仿真软件，以有效培养学生的综合能力。

一、电力教学存在的问题

（一）缺少创新

传统的“灌输式”教学方式难以活跃电力电子课堂的教学氛围，一些电力电子的相关知识难以理解，教师在教学过程中应尽可能将相关理论知识同具体的工程应用实践结合起来，帮助学生把握整体的课程知识结构，掌握其中的认知规律。但如今许多教师在电力教学中仍采用传统教学方式，教学过程缺乏创新性，难以激发学生的学习兴趣，并且过于抽象的理论知识很容易让学生感到枯燥乏味。

（二）综合教学内容需要优化

教师在电力教学中应对教学内容进行优化，将理论知识的学习同实际的应用衔接起来，不仅要帮助学生构建科学的知识体系，还要积极培养学生的实践操作能力。但是此优化过程需要教师花费大量的时间和精力，许多教师为降低工作量，每年采用同一套题目开展实验设计，更是难以激发学生的学习积极性，部分学生甚至会投机取巧，直接抄袭学长学姐的实验报告应付教师。

（三）实验教学方式需改进

除理论教学外，电力电子的实验教学也十分重要。开展电力电子实验教学需要一定的实验设备，例如晶体管、三相电源等功率器件，这些设备价格较高且具有一定的危险性，操作不当很容易出现安全事故。所以，实验教学中可合理应用仿真软件，仿真软件的元器件同真实物理工作原理基本相同，引入仿真软件在不影响教学成果的同时还能保障学生的安全性。许多教师受到资金设备、信息素养等方面的影响并未应用仿真软件，也未通过其他方式改进实验教学方式，难以提高教学成果。

二、常用电力仿真软件概述

（一）常见的电力仿真软件

电力电子技术的教学过程中常用的仿真软件包括MATLAB、PSIM、PSpice与PSCAD。其中，MATLAB通常面对科学计算、可视化与交互式程序设计的计算环境，有着多元化、较为全面的功能，可用于建模仿真分析。Simulink是MATLAB十分重要的组件，可以提供动态系统建模、仿真与综合分析的集成环境。PSIM是一种用于电机控制行业与电力电子行业的仿真应用包软件，具备界面友好、仿真高速等功能，可提供可靠的仿真环境进行电力电子电路解析、电机驱动研究等。PSpice软件有着电路模拟仿真功能、图形后期处理功能、电路图绘制功能等，能够进行电力分析与优化设计，同时还能和印制板设计软件搭配，做到电子设计自动化。PSCAD能够简单模拟复杂电力系统，比如直流输电系统，还能有效提升电力系统电磁暂态模拟研究效率。

（二）常见电力仿真软件的特点

在电力教学中，常用的仿真软件一般具有以下几种特点：第一，图形界面友好，操作较为简便。借助拖曳相应功能模块，依据电气联结关系连接，不仅能够紧密结合电力教学中的内容，而且操作过程十分简单，学生只需掌握一定的计算机水平与电力相关知识便能自己动手操作。第二，构建仿真工程的步骤较为相似，其运用过程基本相同。第三，节约时间与设备，利用仿真软件分析电路设计，能够任意设置电路参数并更换电路元件，通过软件反复调试，对实际电路的操作步骤进行简化，并且利用软件中的功能元件还能节约一部分测量仪器，降低元器件消耗量。第四，软件升级快速。随着科技水平的提升，仿真软件也在不断更新换代，相关人员一直在结合用户的实际需求对仿真软件进行升级。比如，如今新能源发展迅速，仿真软件中顺应时势加入光伏、风机发电等模式，尽可能满足用户的要求。

三、常见电力仿真软件在电力教学中的应用

（一）元件模型与参数设置

不同软件有着不同的元件模型，尤其对于部分比较复杂的元件，其仿真过程的暂态变化曲线也不一样，参数设施也有所不同。MATLAB/Simulink的元件参数设置比较全面，时常用于仿真暂态响应过程，另外几种软件多用于仿真常见的电力电子电路，比如逆变电路、整流电路等，没有严格的元件性能参数要求。

（二）具体仿真操作

在仿真操作过程中，几种软件也各有不同。例如连接元器件的方式，MATLAB/Simulink元件多具备输入输出顺序，需结合电路位置选取元件，若是选择失误，元件间也不会形成电气连接，构建电路的过程比较复杂。其他软件的连接方式相对简单，一般情况下元件能够完成电气连接，用户需判断元件间的电路连接关系，各类软件的数据文件处理、特殊功能部件、波形显示窗口等细节操作有所区别。因为MATLAB有着强大的数据处理功能，且一些软件的仿真波形不适用，用户可通过其他软件开展仿真工作，待生成数据文件后将其导入MATLAB中完成数据处理，从而得到更好的处理操作与波形效果。

（三）仿真精度、速度与准确性

仿真软件的仿真精度同仿真步长相关，其步长设置定义不同，仿真精度无法直接进行对比。MATLAB能够选取不同的数学算法，仿真精度比较高，认可度也比较高。PSIM与PSCAD的仿真速度较快，不过仿真速度会受到电路特点与实际情况的影响。MATLAB/Simulink若是采用图库电路元件依照电力电子电路搭建电路仿真，其速度很缓慢，若是用户直接构建数学模型仿真将会极大程度地提高其仿真速度，因此，是接受缓慢的仿真速度或是增加构建数学模型的过程，需要用户结合自身实际情况决定。仿真确定的参数能够作为实际电路参数的重要依据，但是同实际电路参数仍存在一定差距，用户需综合分析仿真数据、计算数据与具体情况，并通过实验进行验证，从而有效降低风险。

（四）复合功能与应用领域

MATLAB为Simulink提供支撑，Simulink可以借助MATLAB的数据处理功能与其他功能函数仿真电力电子电路，有着较强的复合功能，应用范围较为广泛，易于衔接其他设备与软件。PSIM仿真系统除回路仿真单体外，还能同其他仿真器相连接，为用户提供良好的、开发效率高的仿真环境。PSpice程序通过改进节点法列电路方程，进行非线性分析、瞬态分析等提升仿真结果准确度。PSCAD更加适用于电力电子电路较多的复杂电力系统。

（五）故障模拟和功率器件性能

电力专业学生可以利用仿真软件实施故障模拟，直接查看波形变化情况，强化自身认识。尤其一些初学者在搭建电力电子电路实验时很容易出现问题，合理应用仿真软件能够及时发现这些问题并进行解决处理。故障模拟与器件性能测试方面的仿真一般借助MATLAB/Simulink进行，可以实现良好的仿真观察效果。

当前，随着我国社会经济平稳发展，电力行业不断进步，需要更多的电力专业实战型人才。职业教育是我国培育职业型人才的重要教育类型，承担着一定的教学压力，电力专业教师应当合理应用仿真软件，积极开展实践教学，努力培养学生的创新思维能力与动手操作能力，提高学生的综合素养与就业竞争力。