电力系统VR仿真实践平台建设研究

高阳 冷雪敏 许傲然 谷彩连

【摘要】电力企业由于行业特殊性，需要就业人员具有较强的实践能力，然而由于电力设备造价高，占地面积大，同时又存在高电压，大电流的危险，传统高校想要建立完善的电力系统实践平台存在困难。随着VR技术的进一步发展，电力系统发输变配各个环节的实践实验可以在虚拟环境中实现，有效解决了以上问题。本文通过建设电力系统VR虚拟仿真实践平台，有效地提升了学生的实践能力，同时能够应对电力企业对专业人才的需求。

【关键词】实践平台  电力系统  VR技术  虚拟仿真

【基金项目】本文受2018 年度辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目《电力系统VR虚拟仿真综合实践项目的建设、管理、开放研究与实践》资助，项目编号：2018-708。

【中图分类号】G642.0  【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）23-0095-02

引言

电力系统由于行业的特殊性，在其相关实践平台建设中，总要考虑电力设备的造价、占地面积，高电压大电流危险的操作环境等因素，因此传统高校很难建设比较系统的专业实践平台。由于实践平台的限制，学生在实践过程中兴趣不浓厚，实践过程中局限于按照操作手册流程操作，缺乏创造性和主动性，因此限制了学生与企业就业的对接能力。随着VR虚拟技术的出现和普及，高校可以充分利用VR仿真的技术优势，在虚拟的环境中建设发输电、变配电等环节，努力构建完整的产业链，让学生在虚拟的环境中实现电力系统设备操作运维，在保证学生安全的条件下，有效地提升学生的实践动手能力，进而为促进校企合作联合培养应用型专业人才奠定良好基础。

VR仿真实践教学平台

秉承多媒体，多技术的特点，在电力系统VR虚拟实践平台的建设和实践教学过程中，学生可以利用手机扫描平面媒体二维码，对一些典型的可操作性的设备进行初步的认知和学习，了解相关电力设备的工作特性。学生通过课前的预习，通过自己手机的学习，可以提前了解电力系统的构成，电力设备的概念，基本工作原理和操作规范，提前为课堂教学打好基础。其次在课堂教学中应用大屏LED多媒体技术，虚拟技术，让学生沉浸在虚拟环境当中，激发学习兴趣和创造力。教师可以在课堂当中讲解设备的原理，并在虚拟环境当中对设备进行拆装分解，将学生在理论课程当中所学的知识和虚拟环境条件相结合，使学生更深刻的理解电力设备的原理。经过基础学习，学生可以在沉浸式教学体验电力系统完整产业链各个环节的设备运行，维护，故障检修和组装等一系列实验实训学习。结合相应的VR设备可以完成所有细节的操作，规避了现实环境电力系统运行时的高电压危险环境，同时可以反复操作练习，近距离观测到电力故障的过程，让学生理论学习和实践应用融合掌握。

通过构建数字化、智能化共享平台，为使用者进行自主学习、多元化学习提供条件，搭建具有开放性、扩展性、兼容性和前瞻性的虚拟仿真实验教学项目运行平台。功能模块接口准统一，能支持第三方硬件和软件的接入和系统升级，以满足远期规划要求。

由于电力专业实践环境高危特殊性，虚拟实验的建设理念分为三种模式：

1.VR虚拟视频教学模式，在该模式下通过自动引导加详细画外音，让学生可以近距离体验在虚拟环境漫游的效果，对VR设备有初步的了解，同时结合理论课程，将理论和实际实践初步结合。

2.单一电力设备拆解及运维学习模式，让学生在无电环境通过VR设备对电力设备进行拆解，详细了解相关结构及工作原理，在实验环境中对设备进行分解式测试，将对设备机械结构认识提升到电气性能认识。

3.仿真电力系统实际运行环境进行与现场一致的電力操作过程，让学生根据电力维护工作票工作模式，逐步展开模拟仿真现场同样的电力设备操作及相关维护工作，同时系统根据相应国家标准及电力系统操作规范进行考核。

虚拟实习实训需要覆盖全部电力电气对象，实习实训内容需要覆盖学生实习和新员工实训的主要内容，同时还需要满足其他相关要求，虚拟实习实训软件系统思路如图1所示。

VR仿真共享平台

开发建设VR仿真实验教学项目门户网站，网站展示的内容包括：实验教学项目相关信息、实验项目介绍视频、实验课件资料、通知公告、实验项目共享情况、实验教学服务团队、网络相关要求、项目架构及研发技术、实验教学项目特色、持续建设及服务计划、实验项目申报书等。门户网站展示的栏目和内容可根据学校的需求自行添加。平台不限客户端数，支持同时在线人数2000人以上。

电力系统VR实验实训系统具备相应的宽带技术，利用智能带宽分配技术合理调配在线人数和校外共享系统人数，优先满足校内实训要求，在带宽达到上限时针对校外共享需求提供排队等候服务。系统具备自动定时功能，在考核学生操作技能时，会自动提醒电力系统标准操作的时间，提醒学生操作速度。同时系统具备自动统计功能，时间周期设定为7天，30天，180天，一年等不同的时间段，分别记录系统校内培训人数，时间，平均操作时间，校外共享时间，共享人次，分类共享实验的频次及实训操作效果和反馈。反馈服务包括实验设计，实验操作，实验考核设定规则及使用满意度多种，所有数据将为后续实训系统的升级提供数据支持。

目前我国高校大多数教学教务考务系统都为B/S构架下的主动式服务，VR实训仿真软件接口也设计为同样构架，网页浏览，学生可以根据自己的学号帐号登录，进行实验视频学习，实验预约，预定考试及查阅成绩。教师作为管理员，可以根据实验工位设定分组，查询学生签到情况，操作时间，在线答疑，考核过程录像并参考系统自动评分给出成绩，同时可以自由分配实验作为考核内容，做到相邻工位考核内容不同，充分发挥考核独立性。成绩评定系统与校内考务系统对接，成绩经过审核直接上传。同时为了提升教学质量，系统设定了历史数据库，自动记录每个周期的学生实训情况，通过不同实验项目成绩分析学生针对不同电力系统不同专业课的掌握程度，同时设立理论考试试题库，通过网络答题的方式，考核学生对基础理论知识的掌握，自动生成对比表格，将相关反馈数据及时反馈给理论课程老师。

通过平台的建设与共享应用，开发准确适宜的实验教学内容、创新多样化的教学方法、研发先进可靠的实验技术，产生了示范性的实验教学效果。既锻炼了学生的综合实践能力，又提高了教师队伍的整体水平，促进了双师双能队伍的建设。学生创新创业能力持续提升，每年有近30%的学生参与教师各类应用项目、参加专业竞赛，学生的创新创业能力和应用能力得到锻炼。

结论

在电力系统实践平台建设的发展中，未来VR虚拟实践实验平台的建设将是重要的发展方向。虚拟环境有效地规避了高危险的环境，同时可以针对一些消耗性，伤害性的实验进行反复的操作，虚拟实践环境将极大地节省高校的教学成本。通过VR仿真平台的建设，充分调动了学生的实践积极性，有效地提升学生的实践动手能力，将高校实践环境和企业一线工作环境对接，将学生的专业能力和企业的需求对接，为校企合作打下了良好的基础。

参考文献：

[1]孙亚明.谈数字化实验实训教学系统的建立[J]. 教育与职业.2004（27）

[2]文凤菊.灵活运用多媒体 优化实验实训教学[J].才智.2015（17）

[3]韦树成.微课在实验实训教学中的应用[J].广西教育.2017（23）

[4]杨海瑞.论开放式计算机实验实训教学[J].科技创新导报.2014（19）

[5]翟艳红.开放式计算机实验实训教学分析[J].科技创新导报.2014（22）

[6]陈文飞，赖玉容.应用微视频大赛促进高校实验实训教学[J].中国教育技术装备.2017（23）

作者简介：

高阳（1974.7-），男，辽宁沈阳人，教授，辽宁省高校虚拟实验中心负责人，主要研究高教虚拟仿真实验建设与开发。