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能源与动力电气虚拟仿真实验教学中心

2017年03月28日 08:53  点击:[]

重庆大学能源与动力电气虚拟仿真实验教学示范中心简介

重庆大学能源与动力电气虚拟仿真实验教学中心以始建于1990年重庆大学仿真工程研究所为基础,现依托于“低品位能源利用技术及系统”教育部重点实验室。实验室占地500平方米,有专兼职人员38人,大型仪器设备40余台套。近五年来,通过国家“211”、“985”工程项目的建设和学校教学实验室建设专项资金、学院自筹资金建设,累计投入400万元购置现代实验仪器设备和进行实验室改造,设备总资产已达1100万元。

1.实验教学平台

中心在探索研究型、综合性大学实验教学的过程中,以电力行业中“发电——输电——配电”为主线,构建了“五模块(基础实验模块、专业实验模块、专业实践模块、工程伦理模块、创新实践模块)、四层次(基础层、专业层、创新层、综合层)、一主体(以自主开发为主体,科学研究与实践教学相结合)”的能源动力电气类仿真实验教学资源体系。

基于“五模块、四层次、一主体”的教学资源体系,整合火电厂过程仿真实验室、电网输送配置仿真实验室半实物仿真控制实验室等实验室的仿真教学资源,建成了资源共享的能源与动力电气虚拟仿真实验教学资源体系,如图1所示:

图1 中心实验教学平台示意图

2.理念与实验教学体系

本平台上的仿真系统具有过程性能考核、热力与电气系统分析与综合、控制系统设计与优化以及故障诊断等科学研究实验功能,可以引导学生进行协同学习,开展较综合性的设计课题,甚至可以依托仿真系统产生教学案例,使学生的知识、能力和综合素质能够得到全面训练和提高,主要表现在以下四个方面:

(1)控制系统的设计和优化,调节器参数的最佳整定。目前在役的电站机组跨越了好几个年代,相应的控制系统的类型也多种多样,其设计都必须以对象的动态模型及其动态特性为依据,按工程要求,进行多种控制方案的比较、选择,性能指标和控制器参数的整定和优化。

(2)开展热力学工质热物性虚拟实验,传热学瞬态导热虚拟实验等,加强学生在热力学、传热学等专业主干课程的理论学习,通过虚拟实验教学,让学生对专业课知识有更深入的了解和认识。

(3)对于能源生产过程,分析运行工况变化,运行方式变化,运行条件变化时,对系统的工作状态(动、静特性)的影响,从而提出从设备结构上,运行措施和程序上,改善系统特性,提高设备效率,排除系统缺陷,提高运行可靠性的措施。

(4)对机组与系统的实际运行方式进行经济性分析和故障诊断。通过将实际机组运行数据引入仿真系统,与仿真系统相同工况下的运行数据进行分析、比较,从而确定机组的运行经济性;通过对能源生产过程运行方式的全过程模拟,以及对事故工况进行模拟复现,找出导致事故的可能的原因,为故障诊断提供科学的依据。

3.实验教学队伍建设

中心由老中青研发、维护和管理人员组成,有教授22人,副教授9人,讲师7人。中心人员主要由三部分组成,第一部分是专职实验中心教师和管理人员,第二部分是开发人员,第三部分是技术维护人员。中心主任由动力工程学院副院长杨晨教授兼任,全面负责中心的实验教学、中心建设和管理工作。中心博士以上教师占69%,副高职称以上占80%,40岁以下教师占55%。已形成了一支年龄和职称结构合理、知识层次高、具有较强教学、科研和实践能力的师资队伍。

4.实验教学中心管理

2中心网络信息平台

中心有专业的实验教学管理系,负责日常实验教学工作开展,同时配备完善的设备管理系统,校内外相关人员都可以通过中心网站预约使用本中心的实验教学设备资源。中心各项管理制度健全,应急措施齐备,安全责任明确,中心自成立以来未发生安全事故。

5.中心建设成效

中心自成立以来,一支以电力生产过程中动力装置的能量转换和电气系统为主线,构架仿真实验教学课程体系,完善了能源动力专业学生实践教学基地的建设,近年5年来参加各级教改项目13项,其中国家教改项目1项,发表14篇教改论文。近5年,中心承担国家自然科学基金面上项目4项,青年基金项目4项,教育部学科建设基金3项,各类横向基金项目31项,发表科研论文133篇,其中SCI论文74篇,EI论文31篇,其他核心期刊论文28篇,获得发明专利48项。

6.经验与特色

1)以电力生产过程中动力装置的能量转换和电气系统为主线,以自主开发为基础构建了能源与动力电气虚拟仿真实验教学平台,建设了涵盖传统能源及可再生能源发电的主要过程的具有先进性和前瞻性的仿真教学资源体系,满足了能源动力与电气类本科生人才培养的需要。

(1)中心在长期的教学实践中,以电力生产过程中“发电——输电——配电”为主线,构建了先进性和前瞻性的能源电力行业背景的虚拟仿真实验教学体系,对提高学生实验兴趣有着积极的作用。

(2)建立适应不同专业的“五模块、四层次、一主体”的能动类专业实验教学体系。充分考虑能动类及相近专业学生的知识结构特点和专业人才培养需求,分类施教,建立了量大面广的综合性仿真实验教学平台,支撑了综合性大学对各类人才的培养需求。

(3)结合电厂工业生产背景,构建全真仿真模拟培训平台,为学生提供一个逼真的操作环境,加深学生理论知识的学习、提高学生在生产实践过程中的动手能力,目前拥有200MW、300MW、600MW、1000MW火电机组仿真机,核电站原理型仿真机也正在积极建设当中。

(4)通过在管理体制机制上的创新实现重点实验向本科生全面开放,强化教学与科研的紧密联系,使学生具备学习、应用知识的能力与创新能力,能够综合运用一般和专门的工程专业知识,并对现有的技术的新兴技术的应用进行优化,满足了能源动力与电气类本科生人才培养的需要。

2)在虚拟仿真实验教学中引入工程伦理教育,在培养大学生工程伦理素养方面进行了积极的探索,对加强学生工程伦理道德素养有着积极的作用,也是中心在创新教育培养方面进行的大胆尝试。

中心深度实践了融渗式工程伦理教学法,通过虚拟仿真方式将专业教育与工程伦理教学有机结合,有效地激发了学生对相关工程问题的道德敏感性,使其在职业操守、社会责任和可持续发展、认识自己对社会、职业和环境的责任等方面有效提升自身素养。

3)坚持自主开发为主体,科研与实践教学相结合,注重坚持“教学、开发、管理”三个队伍的平衡发展,坚持以最前沿的能源生产技术和虚拟仿真技术为先导,不断开发拥有自主知识产权的虚拟仿真教学实验装置及系统,保证了虚拟仿真教学实验平台的先进性和前瞻性,保证了人才培养的质量。

(1)自主开发了“火力发电机组全范围仿真平台”、“微型电网模拟及数字仿真平台”等仿真实验教学平台,不仅能很好地满足本科生培养的需要,也对在相关领域进行科研的教师提供一个优秀的科研开发平台。

(2)制定了鼓励高水平教师参加实验教学的措施和管理制度,解决了实验教学师资队伍建设的机制问题,解决了“研究创新型”实验的源头问题;通过科研教师、理论课教师与实验课教师的互通,形成了一支以教授、博导为核心,结构合理、思想素质好、学术水平高、适应本科创新人才培养需要的实验教学队伍。

网址:http://vsim.cqu.edu.cn

联系人:卞煜,联系电话:023-65102477E-mail: bianyu@cqu.edu.cn

 

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