“电力系统自动化”实践教学活动设计

2014-08-15冯俊淇王西田

电气电子教学学报 2014年2期

解大，冯俊淇，刘东，王西田

(上海交通大学电气工程系，上海 200240)

“电力系统自动化”课程具有理论严密、逻辑性强和工程背景广阔等特点，它综合了电力系统自动装置、电力系统通信及调度自动化及变电站自动化三部分。学生通过该课程的学习，能够掌握电力系统从单个自动装置到完整自动化系统的功能、构成、原理和实现技术，并能熟悉计算机软、硬件技术和通信技术在电力系统自动化中的应用［1-3］。

由于实践教学在培养学生的实际操作、分析问题和解决问题的能力方面起着极其重要的作用，因此我们教学团队始终坚持高标准严要求设计和开展教学实践活动，帮助学生树立严肃认真的科学作风和理论联系实际的工程观点，培养学生科学分析归纳能力和强弱电结合的创新思维能力［4，5］。

1 实践教学活动的设计思想

近几年来，我校“电力系统自动化”课程教学团队结合现在电力自动化发展的趋势，经过认真调研和考察，对该课程实践教学环节进行更新，以系统性、综合性、设计性和开放性为主要特点，采用了如下设计思想。

1.1 实验教学设计

我们的实验教学设计，考虑电力系统自动化各个典型环节涵盖了发电、变电、输电和电网监控等各个方面，使学生可以通过实验体系全面辅助电力系统自动化理论课程的学习。比如:我们与企业合作研制的TQDZ-II电力系统自动化综合实验台涵盖了电力系统发、变、输、配和用各个环节;施耐德公司的PowerLogic配电监控系统涵盖了电网监控和调度等环节;教师科研成果转化的RTDS仿真系统涵盖了变电站自动化等环节。上述的三方面互相结合，覆盖了电力系统的各个关键环节，学生能在这套平台上系统掌握整个电力系统涉及的主要知识。

1.2 综合实验平台建设

近年来，为了加强该课程的实验建设，我们通过校企联合和教师科研成果转化等形式搭建了一个综合的实验平台。

1)TQDZ-II“4+1”典型环网结构

我们同长沙同庆电气公司联合，共建电力系统自动化实验室。该实验室采用典型的“4+1”方案组建电力系统环网结构，包括4台TQDZ-II电力系统自动化综合实验台，1台组态监控屏。该系统功能强大，设计接近于电力现场，与现实实践紧密联系。单机系统可以做准同期并列和发电机励磁等实验。4台机组联网可以进行调度自动化实验，同时还可以作为“电力系统暂态分析”、“电力系统继电保护原理”和“电网监控及调度自动化”等课程的实验教学平台，也可作为学生毕业设计和教师科研项目的基础硬件开发平台。

2)配电监控系统组建

我们采用施耐德公司的现场配电产品组建了一套PowerLogic 0.4kV低压配电一次系统.该系统采用典型的单母分段结构，2路进线，10路出线，并由现场监控单元PM850、PM810和智能框架断路器MT对一次设备进行监控;同时采用C5监控系统与其进行组态，完成电网监控系统的相关实验。在该平台上，学生使用的均为先进的现场设备，能够更系统更真实的学习到前沿的专业知识。

3)变电站仿真系统组建

我们为了能让学生能在校内直接学习变电站的结构和日常运行管理知识，自行设计开发了一套RTDS变电站仿真系统。该系统不仅包括变电站的一次设备及其操作机构、交直流系统、继电保护、自动装置和综合自动化系统的详细模型，而且也考虑了变电站仿真详细模型对电网仿真抽象模型的影响［6，7］。该系统以现实变电站为原型，包括 10kV，35kV和110kV三个电压等级。

1.3 基础实践和设计创新相结合

整个实验体系在设计时分为基础实践和设计创新两个层次，即包括演示型、验证型的基本型实验，也包括在基础实践之上进一步补充和拓展的创新型实验。比如:“同步发电机并网运行实验”和“”同步发电机励磁调节器实验”就属于基础验证性实验［8］。学生通过实验掌握准同期并列条件及过程、励磁调节装置的基本控制方式等重要知识点，使其受到基础知识、基本原理、基本方法和基本操作等技能的系统训练。又如“建立电网监控系统及认识系统通信特性”和“使用电网监控系统进行遥测及遥信”实验中的部分内容就属于设计创新型实验。学生在掌握基本设备的使用操作之后，要根据设计要求，通过后台组态系统自行设计和组态一个监控系统原型，并调试运行。

1.4 以开放实验平台增加学生实践机会

本课程实验教材内容丰富，课程本身进行的实验仅占实验教材的一部分，其它内容学生可以根据自己的需要自行到实验室进行学习实践。另外，RTDS变电站仿真系统具有非常丰富的实验题库，本课程组在开发RTDS变电站仿真系统时，采用了客户机/服务器模式，通过ADO技术进行对数据库的连接。网络通讯部分则采用WinSock技术，程序分为教师机和学员机，分别进行打包。其中数据库和教师机程序在服务器上，客户机程序可以通过该网站进行下载，配置使用非常方便。学生可以不在实验机房就能登录系统进行操作，为其提供一个开放的实践平台。

2 实践教学活动效果

该课程的实验内容均在我校电气工程实验中心进行，实验条件较好。其中，同步发电机并网运行实验和同步发电机励磁调节器实验在TQDZ-II型电力系统自动化综合实验台上进行，3-4人一组;建立电网监控系统及认识系统通信特性，使用电网监控系统进行遥测及遥信实验在施耐德电气配电监控系统上进行，2人一组;线路的正常操作和线路故障处理实验在变电站仿真系统上进行，1-2人一组。

教学团队对原有的实验报告要求进行改进，增加了实验数据分析和思考题评分的分量，督促学生对重点问题和实验现象进行思考分析，提高了学生归纳、整理、分析实验结果和撰写报告的能力。

教学实践表明，这种方法不仅可以起到加强理论教育的目的，并且将电力系统自动化的理论和教学实践相结合，积极探索学生的学习认知规律，可以缩短学校与电力自动化实际现场的差别。大力进行实验教学的改革，重视实验教学在教学体系中的重要性，开发新的实验平台。