集成电路 | 电站虚拟仿真技术在高职实践性教学中的应用

基于虚拟仿真技术，阐述电站虚拟仿真技术在高职实践教学中的典型应用，探索高职实训基地建设思路，创新水电站仿真实训的教学模式，并且分析了水电站仿真系统应用中存在的问题。

1 引言

高等职业院校在电力类专业实践教学，面临以下的困境：（1）电力工业的生产技术特点使学生难以进行运行实习。电力工业技术规格高、电力安全要求严格，学生在电厂进行运行实习的过程中，有可能会严重影响电厂的安全生产。一方面是现场设备参数高，运行和操作过程存在很高的危险性，发电企业不愿接受学生去现场进行实际操作训练；另一方面学生不具备实际工作经验和职业素养。因此，学生不具备直接开展现场顶岗实习的能力。（2）学校现有的实践教学条件无法满足电力生产过程需求。现代电力企业投资巨大，系统结构复杂，对操作人员的临场工作经验和职业素养要求高。而仅依靠理论教学环节，是无法较好地培养学生的实践能力和职业素养。虽然高职院校的发电厂及相关专业均设置有实训课程，但目前学校配套的电力技术相关实践教学环境并不能满足学生能力培养目标。并且，现代电力企业的生产流程及情境也无法在校内实训基地展现，更不用说在实训基地复现生产运行过程中典型事故的处理操作。

2 水电站仿真实训室的建设

为了在实训过程中切实提高学生的实践能力和职业素养，满足电力企业的用人需求，学院与电力企业共同研发了水电站仿真教学系统，建成了水电站综合仿真实训室。

该仿真教学系统是基于黄龙滩水电站实际运行情况进行开发，通过采用图形图像技术、虚拟仿真技术、数据库等技术，将仿真设备与虚拟操作相结合、将数字技术与模拟环境融为一体，建成为虚拟化、数字化的实训室。实训室投入使用后，已累计培训 5 批发电厂专业的学生，均获得电气企业一致好评，取得了良好的实训效果。

2.1 水力发电厂的仿真系统

水力发电厂仿真系统以黄龙滩水力发电厂为基础进行开发，模拟发电厂生产运行的全过程，可满足发电厂及电力系统、水电站运行与管理等电类专业的虚拟仿真教学。图 1 所示黄龙滩水力发电厂 1 号厂房就地设备操作界面。该系统不仅能够完全模拟电厂生产运行工况，还能够进行事故反演教学培训，实现实践教学、培训、技能考核等多种教学模式。发电厂的仿真系统真正做到了仿真模拟设备与生产设备一致，实训操作过程与生产过程保持一致，学习考核评价标准与企业标准一致。

2.2 变电站的仿真系统

变电站仿真系统可以模拟变电站各种运行操作、事故预防以及故障处理技术。水电站仿真实训室还配置了变电站综合自动化所需的相关实训设备，包括：主控台、微机继电保护屏、自动装置屏、设备技术文件等部分。

通过变电站仿真系统的应用，在训练学生对变电站设备的监视、检测能力过程中，学生需要采用与实际生产过程完全相同的手段和方法进行操作，大大提高了学生的实训效果，进一步提高了学生正确处理事故的能力。如图 2 所示，为水电厂 110 kV 开关站操作界面图。

3 应用效果

（1）创新了实训教学模式。水电站仿真教学系统实现了将实践教学过程与企业实际生产过程的信息化对接，特别是可以模拟电站现场运行过程中各阶段典型故障处理的实训项目。为了培养学生具备对电站故障隐患的分析能力和事故处理能力，系统提供了工作现场无法提供的实训场所。同时仿真系统以真实企业项目为载体，实践课程整体教学设计完全依据电力企业具体的工作任务和流程组织，从而促进教学内容与电力行业技术标准及企业运行规程的对接，实现了企业生产过程与课堂教学内容的有机结合。最后，随着虚拟化技术的大量使用，实践教学过程中安全性大大提高，同时降低了实训室的建设成本。

（2）学生的实践能力显著提高。实训过程推行教学做一体化、理实一体化教学模式，引入专业技术标准和行业规范，提升学生的适岗性和职业素养。通过水电站仿真系统的应用，学生的实践能力、创新能力均得到较大提升。

（3）教师的教学能力全面提升。通过水电站仿真实训室的建设及使用，发电厂及电力系统专业教学团队在教学能力、信息化能力、服务企业能力方面均得到较大提升。

4 存在的问题

虽然基于虚拟仿真技术开发的水电站仿真系统在实训教学环节中效果良好，学生实践能力、教师教学能力均得到了较大提高，但虚拟仿真技术在高职教学实践中的应用还有一些不足之处。

目前高职实践教学中投入使用的多数虚拟仿真类数字化教学资源没有统一的资源建设标准，各类资源的开发平台和技术标准不统一。从而使得资源的重复开发现象严重，造成了开发资源的浪费。而建成及应用的仿真系统质量参差不齐，仿真系统的可移植性也较差。造成大多现有资源无法复用集成在仿真系统中，需要重新开发，导致水电站仿真系统的开发周期延长。

5 结语

虚拟仿真技术目前已经得到各级教育领域越来越多的关注和重视。水电站仿真实训室目前虽然还不能完全替代真实的实践操作，但已经在一定程度上解决了目前高职发电厂专业实践教学中实训设备不足的问题，改革创新了电力技术实训教学模式，对培养学生的职业素养与实操能力，提高教师教学能力有着显著的效果。相信伴随着相关技术的发展，虚拟仿真系统的软硬件成本将会逐渐降低，虚拟仿真程度将会逐步提高，这种新的教学模式必将在高职实践性教学领域中发挥越来越重要的作用。