电气工程研究生实验平台设计与构建

解 璞， 赵锦成， 王 勇， 王文婷

（军械工程学院车辆与电气工程系，河北石家庄 050003）

电气工程研究生实验平台设计与构建

解 璞， 赵锦成， 王 勇， 王文婷

（军械工程学院车辆与电气工程系，河北石家庄 050003）

针对目前实验平台建设中存在的问题，结合我院电气工程研究生实验平台的具体建设过程，探讨了电气工程研究生实验平台建设的目标与内容、方法与途径、效益与应用。该实验平台能够模拟装备电力系统中电能产生、变化、输送、消耗的系统过程，紧贴装备，符合目前装备电力系统高度自动化、信息化、数字化的特点，实现了集专业实验、技术开发和科学研究于一体的提升教学水平、促进创新教育的研究生综合实验平台。实验平台的建设主动适应军队院校转型的需要，提高了研究生培养质量，并在科学研究及服务部队等方面均发挥了显著作用。

实验平台;研究生;电气工程

0 引言

研究生的实践能力和创新能力是衡量研究生培养质量的重要指标［1-2］。电气工程学科实验教学是该学科教学的重要环节之一。教学环境是实验教学的保障。过去，由于对实验室建设重视不够，基本采用一门课程一个实验室的模式，功能单一，无法完成综合的大型实验［3-5］。

军校研究生的培养，是为了适应军队建设和信息化条件下作战的需要，为我国国防现代化建设培养各级各类的自主创新人才，因此研究生实验教学平台应更紧密地联系工程实际和装备实际［6-10］。研究生实验教学平台的建设是一个复杂的系统工程［11-12］，需结合学科专业的特点去探索和研究，而建立一个装备电力系统的概念对于部队院校电气工程专业的研究生而言非常重要，为弥补实际装备缺乏所造成的实验教学条件不足，如何对已有和新建的实验室资源进行整合，构建集专业实验、技术开发和科学研究于一体并突出专业特色和装备特色一体的开放式研究生的教学实验平台是摆在我们面前的问题。本文根据电气工程研究生实验教学要求，结合我院电气工程研究生实验平台的具体建设过程，探讨电气工程研究生实验平台建设的内容、方法及途径等。

1 建设目标与内容

1.1 建设目标

图1 电气工程研究生实验平台主要建设内容

电气工程研究生实验平台以满足野战条件下合理、高效、可靠使用电能为目的，进行野战条件下电能的产生、组网、分配、变换、监控和保障等方面研究，基于实验—仿真—测试三大功能区，开展野电能补偿、控制、校正、参数测量等实验，力争构建一个集人才培养、科学研究及服务部队为一体的综合型实验平台。

1.2 建设内容

依据建设目标完成了军用电站装备综合技术保障、野战电力支持仿真、电能质量监测与控制3个相对稳定、特色鲜明的实验系统，如图1所示。

1.2.1 电力综合技术保障实验系统

该实验系统由3个分系统组成，实现了军用电站的各类性能检测与测试功能及移动电站并机实验、构建了混合能源互补供电微型野战电力系统及混合能源互补供电系统雷电及电磁防护系统，主要针对野战条件下电能的组网、分配、变换、传输、监控和防护等问题开展研究。

军用电站性能检测与测试分系统针对军用电站的性能检测和测试提供了包括整机、瞬态及波形、分系统(动力系统、发电系统、控制系统)测试、构件性能测试、保护功能测试及部分环境及安全性检测的各种测试仪器，可实现不同功率等级，电压、频率制式、驱动方式、控制型式的各类军用电站性能检测和测试。

混合能源互补供电分系统由风力发电机、单晶硅太阳能电池板、柴油工频发电机组、光伏控制模块、铅酸蓄电池、逆变模块、配电模块及负载等组成。是一个由能量产生、能量变换、能量控制、能量分配及能量消耗模块组成的离网式有限容量直流母线供电系统。可实现光伏独立运行、蓄电池组的充/放电控制、风-光-柴-蓄混合并联运行、不同供电模式下的切换等实验功能，该实验平台可不断补充和完善我军装备野战条件下的供电制式。

为研究复杂电磁环境下野战电力支持等关键技术，构建了混合能源互补供电雷电及电磁防护分系统。该分系统由 ENS-24XA高频噪声模拟器、SKS-0404T脉冲群发生器及SKS-0506G雷击浪涌发生器等组成，用于提供混合能源互补系统雷电及电磁防护的实验平台。该分系统能够满足对装备野战供电系统进行相关传导抗干扰、雷电浪涌实验、开关操作过电压及电磁防护实验的需要。

1.2.2 野战电力支持仿真实验系统

该系统由一台高效专业服务器和6台台式计算机及显示设备和专业的电力支持仿真计算软件组成，可对装备野战电力系统中从几μs到几十ms的电磁暂态过程进行精确模拟，主要应用于装备野战电力系统设计和性能研究、电能质量研究、电机性能研究、雷电冲击、故障和断路器操作、控制系统设计和优化及风电系统动态仿真等方面，可满足装备野战供电系统的仿真与动态模拟实验要求。

该仿真系统可弥补实验技术的不足，提高研究进度，降低研究费用，具有灵活性、可重复性及安全性高的特点，研究生学员可在装备野战供电系统建模和稳态/暂态仿真分析计算，优化装备野战供电系统设计，提高系统的电能质量、控制运行系统的运行效率和安全稳定性等方向开展实验。目前利用PSCAD/EMTDC丰富的模型库自主开发构建了军用电站供电系统仿真平台、混合能源互补供电系统仿真平台、内网10KV输电系统仿真平台、装备野战供电负荷特性对电能质量影响关系仿真平台。

1.2.3 电能质量监测与控制系统

为开展负荷结构特性对电能质量的影响研究，该系统充分考虑了装备野战电力系统有限容量的特点，采用单母分段的三级混合能源供电系统，灵活地调整配电系统结构和参数，可模拟不同装备野战电力系统中电能质量指标的变化情况，灵活的配电系统结构形式，利于实现负荷的调整分配。同时还具有交/直流电压跌落模拟器，可开展电压效应实验，实现极端的电能质量问题。配置了UPS等电压控制装置和电力滤波器等谐波滤除装置实现对电能质量的治理，使用CA8335电能质量分析仪、Fluke43B等仪器仪表对电能质量进行分析监测，可完成野战电力支持电能的参量测试、电压控制、电能质量补偿与校正等实验。

上述实验平台的3个组成部分，构成了一个有机的整体，它们分别从装备野战电力保障、动态仿真、电能质量等方面，研究未来野战条件下武器装备电力保障支持技术，为武器装备的野战供电系统的组网、电能分配、混合能源互补供电、动态仿真、负荷特性对电能质量的影响及电能质量监测与控制等研究提供先进的实验条件。

2 建设方法与途径

2.1 制定实验平台建设规划

针对制约实验平台建设和发展的各种因素和条件进行全面地分析，分清轻重缓急，不贪大求全。规划时从目前的专业实际、学科建设、科研方向、基础设施、师资队伍等出发［13］，在规划制定时，注重实验平台功能的整体协调性，该实验平台规划建设的“电力综合保障实验系统”“野战电力支持仿真系统”“电能质量监测与控制”系统等分别在野战电力支持的电能的产生、组网、分配、变换、监控和保障等不同领域相辅相成，相得益彰。在注重突出实验平台整体功能协调的同时，还注意突出实验平台的特色，从而制定出有针对性的详实具体的实验任务规划、经费规划、用房面积规划、环境条件规划、进度规划等实验平台建设规划［14］，为下一步实验平台的具体建设提供指南和依据。

2.2 购置及自主开发实验平台设备相结合

实验平台在配置仪器设备时，遵循技术先进、功能适用、经济合理的原则［5］，全面统筹考虑，配置性价比高的仪器设备。为适应装备供电保障发展趋势，同时弥补直接购买设备不足，自主开发了混合能源互补供电系统。在从国外购买的电力仿真软件PSCAD/EMTDC的基础上，自主开发构建了多个装备野战电力系统仿真平台，既可以降低研发费用，又结合装备野战电力支持技术工程实际锻炼了科研队伍。采用购置与自主开发相结合的方式，使实验平台配置的仪器设备具有先进性、实用性、可靠性和经济性，凸显了实验平台的综合性、设计性和创新性研究等方面的功能。

2.3 建立健全实验平台各项规章制度

结合学院有关规章制度，实验平台结合自身特点，建立健全实验平台仪器设备管理制度、各人员岗位制度、实验平台培训管理制度、仪器设备的维修等各种实验平台规章制度，形成了科学合理、内容具体、衔接紧密的制度体系［15-16］。同时严格执行落实各项规章制度，为科学管理、规范管理实验平台各项工作，促进实验平台良性发展和正规化建设发挥了重要作用。

3 建设效益与应用

经过将近3年的研究和实践，整个实验平台其实验内容几乎涵盖电气工程专业的所有专业课程，可开设验证性、设计性和综合性实验项目。在发电机组测试与实验、故障诊断和混合能源互补供电系统多制式输出研究等方面，实验平台整体处于国内领先水平。

目前该实验平台面向研究生学员全面开放，共享及利用率较高，已能满足野战条件电能的产生、组网、分配、变换、监控和保障等方面的科学研究，借助所打造的实验平台，可在更高的研究层次培养研究生的创新能力，在实际工作中培养和锻炼学员的创新思维。同时为硕士研究生、博士研究生和教师提供一个完整的科研平台。

4 结语

实验教学质量的优劣，取决于诸多因素。实验平台是培养军队高素质创新人才的中心，构建开放式研究生实验平台是实验教学改革的一种有益尝试。本文构建的电气工程研究生实验平台能够模拟装备电力系统中电能产生、变化、输送、消耗的系统过程，紧贴装备，符合目前装备电力系统高度自动化、信息化、数字化的特点，实现了集专业实验、技术开发和科学研究于一体的提升教学水平、促进创新教育的研究生综合实验平台。建议进一步加强实验平台的开发及国内外交流合作，将科学研究及软硬件设计开发成果转化为实验教学项目、案例，全面提升电气工程研究生的实验和创新能力。

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Design and Construction of Experimental Platform for Electrical Engineering Graduate Students

XIE Pu，ZHAO Jin-cheng，WANG Yong，WANG Wen-ting
(Department of Electric Engineering，Mechanical Engineering College，Shijiazhuang 050003，China)

According to the current problems in the experimental platform construction，issues such as goals，content，approaches，benefits and applications of experiment platform are discussed combined with the specific construction process in electrical engineering graduate experimental platform.The experimental platform can simulate the power system process which includes power generation，transportation and consumes.The platform is accordance with characteristics of power system equipment with the high level of automation，information and digital.The platform achieves comprehensive experimental platform for students with a set of professional experiments，technology development and scientific study that improves teaching standards，and promotes innovative education.And the experimental platform adapts to the demands of military academy’s transformation，improves the cultivation quality of graduate students，and has played a significant role in scientific research and service army.

experiment platform;graduate students;electrical engineering

G 642.0

A

1006－7167(2014)05－0188－04

2013－06－21

军械工程学院教学研究课题(Jxlx1382)

解 璞(1977－)，女，河北定州人，博士，副教授，研究方向电力系统分析。Tel.:13383310850;E-mail:xhpjhc2007@126.com