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电力工业全过程虚拟仿真实训中心建设方案-电力模拟仿真教学系统

发布时间:2023-09-06

编辑人:灵图互动

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电力工业全过程虚拟仿真实训中心利用虚拟仿真技术对发电(火力、水力、风力、核能、生物质等)、输电、配电等全过程进行模拟仿真,对培养学生的实际操作能力、解决学生学习实践与电力安全生产之间的矛盾具有不可替代的作用。

1. 电力工业全过程虚拟仿真实训中心建设

1.1 电力工业全过程虚拟仿真实训中心建设内容

电力工业全过程虚拟仿真实训中心由发电过程虚拟仿真实验教学平台和电网运行虚拟仿真实验教学平台两大模块组成。

发电过程虚拟仿真实验教学平台针对火力发电、风力发电、光伏发电风力发电、核能发电、生物质发电等电力生产过程。建设内容主要包含:火电机组全虚拟仿真实验室 、激励式虚拟仿真实验室、一机多模虚拟仿真实验室、热工过程虚拟仿真实验室、汽轮机数字电液调节系统虚拟仿真实验室、核电虚拟虚拟仿真实验室、生物质发电虚拟仿真实验室、风电机组与电场虚拟仿真实验室、新能源电力系统物理模拟实验室。

电网运行虚拟仿真实验教学平台包括电力系统与继电保护、电网调度变电站等电网运行过程。建设被人主要包含:电力系统动态模拟实验室、电力系统虚拟仿真实验室、电力系统数字仿真与继电保护虚拟仿真实验室。

1.2 电力工业全过程虚拟仿真实训中心建设原则

在电力虚拟仿真中心建设中,虚拟仿真教学资源建设充分体现了虚实结合、相互补充、能实不虚的原则:整体过程虚拟仿真、局部装置物理模拟、虚拟数据三维可视、关键设备三维多媒体动画、软件盘台完全实物,虚实搭配构成多种平台。

整体的机组模型和电力系统模型,不可能完全以实物搭建,因此,以完全虚拟的仿真技术进行机理建模,以软件的形式实现实际系统的特性,达到教学目的。

对其中的局部环节,如控制柜、工频电液调节装置、调速器、励磁调节器、轴系扭振、蓄电池储能装置、动态无功补偿装置等进行物理模拟仿真,起到以实补虚的作用。对于高风险的核电环境,进行了厂房辐射剂量的三维可视化;对于大型的关键设备,如汽轮机、电动机等以三维动画的形式进行仿真模拟和教学,起到以虚补实的作用。

监控软件及装置,则完全采用现场真实的软件和装置,控制盘台包括按钮,都与现场完全一致,体现了能实不虚的原则。

同时,使用局域网互联技术,实现网络数据通信和信息共享;通过配置、连接、调整完成不同的实验功能,不同的物理模拟装置和仿真软件结合,实现不同的组合形式及不同程度的仿真范围,构成了多种形式的仿真环境,具有创新性和先进性。

2. 电力工业全过程虚拟仿真实训中心实践教学体系

基于对学生实践与创新能力的基本规律认识,电力工业全过程虚拟仿真实训中心结合学校人才培养特色,构建了以“四模块、三层次”为框架、以仿真实践教学为特色、以校内外实践基地为支撑、以开放管理为保障的实验与实践教学体系。

2.1 实践教学体系构筑4个教学模块

电力工业全过程虚拟仿真实训中心的“四模块”包括基本实验教学模块、校内工程实践教学模块、综合仿真实践教学模块、校外工程实践教学模块。其中虚拟仿真实践模块为学校“四模块”实践教学体系中的一个重要模块,在电力工业教学体系中占有重要地位。

2.2 实践教学体系遵循三个层次

电力工业全过程虚拟仿真实训中心的虚拟仿真实验教学遵循“三层次”结构连贯进行。虚拟仿真实验教学划分为三个层次,第一个层次为“基本实践”,主要培养学生的基本动手能力和仪器设备使用能力,包括原理级虚拟仿真实验,主要为验证性实验,如基础的自动控制原理虚拟仿真实验,由虚拟仿真软件、控制对象模拟机组成,连接真实的执行结构,完成本科教学实验,能够很好地验证教学内容;第二个层次为“综合性实践”,主要培养学生的专项实践能力,着重培养学生独立解决实际问题的能力,包括基于虚拟仿真平台的独立课程设计和毕业设计环节;第三个层次为“真实性实践”、“研究创新性实践”,主要培养学生在真实情境中解决实际问题的能力和创新能力,主要包括研究性的实验,面向对象的虚拟仿真实践职业工作领域的真实性实践等,如在仿真环境或实际现场的参观与实习和创新实践。

2.3 虚拟仿真实验教学方法

虚拟仿真实验教学方法的具体实施按照基本原理、装置实现、局部运行与控制、整体运行与控制划分,仿真系统分为4级:原理级、装置级、过程级、系统级,从仿真规模上逐步扩展,从局部仿真开始,最终实现整体仿真实验,一方面保持仿真实验的连贯性,另一方面保证各环节的细致性。实验教学体系围绕自动化、测控、电力工程、动力工程研究内容,构成从锅炉、汽机、发电机到电网的电力工业全过程仿真系统,实现对自动化、测控技术与仪器、电力工程、热能动力工程专业的教学与虚拟仿真实验。

2.4 创新课题建设

在创新课题研究方面,学生可以利用虚拟仿真教学平台提供的资源,灵活自主地设计和搭建实验项目,从而提升学生的知识综合应用能力,拓展视野,培养学生的综合能力和创新能力。虚拟仿真中心有一批创新实验课题对学生开放,学生可以自由申请并自主完成,同时也鼓励学生自主选定创新课题,利用中心的虚拟仿真资源开展实验研究。

电力工业全过程虚拟仿真实训中心将先进的虚拟仿真技术应用于相关专业的主干课程教学中,不仅增加各类课程的虚拟仿真实践教学内容,而且进一步丰富了虚拟仿真实践教学模块的内涵,将教学思想落到实处。同时将科研成果应用于教学,开阔了学生视野,提升了学生的知识结构,丰富了虚拟仿真实验教学内容。

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