分散式风电系统涉及10kV以上高电压、50m以上高塔筒、变流器故障不可逆,在传统实验室和风场现场都难以开展可以深入操作的实习实践。实验项目通过3D虚拟技术和专业仿真分析将分散式风电场“搬”进本科电力系统综合实践的课堂,填补了电气工程专业在风电并网运行与故障模拟领域的空白。
项目负责人与陕西、山西、甘肃电科院有多年的项目合作,秉持科研反哺教学的产学研结合教学理念。实验项目与风电场与配电网现场采集的7年稳态运行大数据、可遇不可求的故障暂态场景深度融合,通过3D虚拟技术的浸入感和专业仿真软件的定量分析方式,全方位地使学生对高电压、高危险、大功率、耗时长和故障不可逆等实体实验无法开展的实验内容得以最大限度的感受介入、设计分析、拓展创新。
项目内容可开展专业基础、综合设计、探索创新等三层次实验,满足本科教学的全方位需求,培养学生解决复杂问题的能力,激发学生的学习兴趣,提高系统应用与创新能力。实验项目已为高校和企业培养了众多电气工程类和新能源类专业人才,并为风电行业技术员工的培训、分析提供基础平台。
本实验以培养学生工程应用与创新能力为目标,通过真实场景数据与虚拟仿真相结合,将专业知识分解成对专业工程场景的实物认知、专业基础理论知识验证和专业前沿算法的基本了解与实际应用三部分实验。
采用了情景式教学、互动式教学、开放式教学、案例式教学方法,旨在使学生能够身临其境地在虚拟风电场中学习,培养学生对风力发电系统的深入认知、综合实践以及创新能力,掌握综合运行所学知识解决风电场实际工程复杂问题的能力,开放式教学激发创新探索热情。
本项目的教学任务包括风电厂认知、风功率预测与低电压故障穿越仿真三部分,采用主观和客观评价相结合的方式,通过实验预习、实验操作判定、实验报告等环节进行评价。实验软件根据学生的实验操作和答题等情况进行自动客观评定分数,教师根据学生实验创新点、实验报告中的结果分析、遇到问题及解决措施、思考题等进行主观评价。
最终实验成绩是百分制,三个实验结果按比例分配,由于认知不涉及设计环节,理论值知识要求强度不高,最终结果评分占20%,低电压穿越作为专业内学生必须精通的知识点,涵盖的内容全面,设计与结果分析难度大,最终结果评分占40%,风功率预测属于专业前沿项目,具有开放性和挑战性,最终结果评分占40%。
1) 认知部分,考核评价包括出勤、预习中对风电场调研、实验答题、实验数据处理与实验结果的分析。
2)风电场稳态运行中并网功率预测部分考核评价包括预习完成度,具体为真实调研案例陈述风电场发出功率的特点、风功率预测常见算法及特点、 功率预算流程图与代码初稿;实验时各种算法的实现情况;实验数据处理与结果分析;开放性思考题设计与实现情况。
3)风电机组故障暂态中低电压穿越控制部分考核评价包括低电压控制励磁控制电路和Crowbar电路的设计、实验时模型的完善情况,参数的设置与优化程度,真实数据场景还原程度与分析,实验数据处理与结果分析;开放性思考题设计与实现情况。
除了教师对学生的评价,学生可以在系统上对教师的虚拟仿真实验教学方法进行评价、针对教师的实验准备充分程度、讲解的清晰程度、实验辅导的认真程度等方面提出评价和建议,同时学生可以评价该实验软件,提出意见和建议,促进项目的持续建设和完善。
本实验在传统的教学模式的基础上,紧跟时代的步伐,充分引进现有的先进的教学资源,力求弥补传统教学的不足,追求产学研结合,将工厂搬进实验室。让学生在模拟现实的环境中大胆地尝试各种设计性实验、综合性实验和创新性实验,并可将相应的模型资源进行整合,开发出新的实验内容,有利于开拓学生视野,提高学生兴趣,拓展学生的创新能力和想象能力,既巩固了基本理论与操作,又能适应新形势下人才培养的需要。