集成電路 | 電站虛擬仿真技術在高職實踐性教學中的應用

基于虛擬仿真技術，闡述電站虛擬仿真技術在高職實踐教學中的典型應用，探索高職實訓基地建設思路，創新水電站仿真實訓的教學模式，并且分析了水電站仿真系統應用中存在的問題。

1 引言

高等職業院校在電力類專業實踐教學，面臨以下的困境：（1）電力工業的生產技術特點使學生難以進行運行實習。電力工業技術規格高、電力安全要求嚴格，學生在電廠進行運行實習的過程中，有可能會嚴重影響電廠的安全生產。一方面是現場設備參數高，運行和操作過程存在很高的危險性，發電企業不愿接受學生去現場進行實際操作訓練；另一方面學生不具備實際工作經驗和職業素養。因此，學生不具備直接開展現場頂崗實習的能力。（2）學?，F有的實踐教學條件無法滿足電力生產過程需求?，F代電力企業投資巨大，系統結構復雜，對操作人員的臨場工作經驗和職業素養要求高。而僅依靠理論教學環節，是無法較好地培養學生的實踐能力和職業素養。雖然高職院校的發電廠及相關專業均設置有實訓課程，但目前學校配套的電力技術相關實踐教學環境并不能滿足學生能力培養目標。并且，現代電力企業的生產流程及情境也無法在校內實訓基地展現，更不用說在實訓基地復現生產運行過程中典型事故的處理操作。

2 水電站仿真實訓室的建設

為了在實訓過程中切實提高學生的實踐能力和職業素養，滿足電力企業的用人需求，學院與電力企業共同研發了水電站仿真教學系統，建成了水電站綜合仿真實訓室。

該仿真教學系統是基于黃龍灘水電站實際運行情況進行開發，通過采用圖形圖像技術、虛擬仿真技術、數據庫等技術，將仿真設備與虛擬操作相結合、將數字技術與模擬環境融為一體，建成為虛擬化、數字化的實訓室。實訓室投入使用后，已累計培訓 5 批發電廠專業的學生，均獲得電氣企業一致好評，取得了良好的實訓效果。

2.1 水力發電廠的仿真系統

水力發電廠仿真系統以黃龍灘水力發電廠為基礎進行開發，模擬發電廠生產運行的全過程，可滿足發電廠及電力系統、水電站運行與管理等電類專業的虛擬仿真教學。圖 1 所示黃龍灘水力發電廠 1 號廠房就地設備操作界面。該系統不僅能夠完全模擬電廠生產運行工況，還能夠進行事故反演教學培訓，實現實踐教學、培訓、技能考核等多種教學模式。發電廠的仿真系統真正做到了仿真模擬設備與生產設備一致，實訓操作過程與生產過程保持一致，學習考核評價標準與企業標準一致。

2.2 變電站的仿真系統

變電站仿真系統可以模擬變電站各種運行操作、事故預防以及故障處理技術。水電站仿真實訓室還配置了變電站綜合自動化所需的相關實訓設備，包括：主控臺、微機繼電保護屏、自動裝置屏、設備技術文件等部分。

通過變電站仿真系統的應用，在訓練學生對變電站設備的監視、檢測能力過程中，學生需要采用與實際生產過程完全相同的手段和方法進行操作，大大提高了學生的實訓效果，進一步提高了學生正確處理事故的能力。如圖 2 所示，為水電廠 110 kV 開關站操作界面圖。

3 應用效果

（1）創新了實訓教學模式。水電站仿真教學系統實現了將實踐教學過程與企業實際生產過程的信息化對接，特別是可以模擬電站現場運行過程中各階段典型故障處理的實訓項目。為了培養學生具備對電站故障隱患的分析能力和事故處理能力，系統提供了工作現場無法提供的實訓場所。同時仿真系統以真實企業項目為載體，實踐課程整體教學設計完全依據電力企業具體的工作任務和流程組織，從而促進教學內容與電力行業技術標準及企業運行規程的對接，實現了企業生產過程與課堂教學內容的有機結合。最后，隨著虛擬化技術的大量使用，實踐教學過程中安全性大大提高，同時降低了實訓室的建設成本。

（2）學生的實踐能力顯著提高。實訓過程推行教學做一體化、理實一體化教學模式，引入專業技術標準和行業規范，提升學生的適崗性和職業素養。通過水電站仿真系統的應用，學生的實踐能力、創新能力均得到較大提升。

（3）教師的教學能力全面提升。通過水電站仿真實訓室的建設及使用，發電廠及電力系統專業教學團隊在教學能力、信息化能力、服務企業能力方面均得到較大提升。

4 存在的問題

雖然基于虛擬仿真技術開發的水電站仿真系統在實訓教學環節中效果良好，學生實踐能力、教師教學能力均得到了較大提高，但虛擬仿真技術在高職教學實踐中的應用還有一些不足之處。

目前高職實踐教學中投入使用的多數虛擬仿真類數字化教學資源沒有統一的資源建設標準，各類資源的開發平臺和技術標準不統一。從而使得資源的重復開發現象嚴重，造成了開發資源的浪費。而建成及應用的仿真系統質量參差不齊，仿真系統的可移植性也較差。造成大多現有資源無法復用集成在仿真系統中，需要重新開發，導致水電站仿真系統的開發周期延長。

5 結語

虛擬仿真技術目前已經得到各級教育領域越來越多的關注和重視。水電站仿真實訓室目前雖然還不能完全替代真實的實踐操作，但已經在一定程度上解決了目前高職發電廠專業實踐教學中實訓設備不足的問題，改革創新了電力技術實訓教學模式，對培養學生的職業素養與實操能力，提高教師教學能力有著顯著的效果。相信伴隨著相關技術的發展，虛擬仿真系統的軟硬件成本將會逐漸降低，虛擬仿真程度將會逐步提高，這種新的教學模式必將在高職實踐性教學領域中發揮越來越重要的作用。