解 璞， 趙錦成， 王 勇， 王文婷

（軍械工程學(xué)院車輛與電氣工程系，河北石家莊 050003）

電氣工程研究生實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)與構(gòu)建

解 璞， 趙錦成， 王 勇， 王文婷

（軍械工程學(xué)院車輛與電氣工程系，河北石家莊 050003）

針對(duì)目前實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)中存在的問(wèn)題，結(jié)合我院電氣工程研究生實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的具體建設(shè)過(guò)程，探討了電氣工程研究生實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)的目標(biāo)與內(nèi)容、方法與途徑、效益與應(yīng)用。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠模擬裝備電力系統(tǒng)中電能產(chǎn)生、變化、輸送、消耗的系統(tǒng)過(guò)程，緊貼裝備，符合目前裝備電力系統(tǒng)高度自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了集專業(yè)實(shí)驗(yàn)、技術(shù)開(kāi)發(fā)和科學(xué)研究于一體的提升教學(xué)水平、促進(jìn)創(chuàng)新教育的研究生綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)主動(dòng)適應(yīng)軍隊(duì)院校轉(zhuǎn)型的需要，提高了研究生培養(yǎng)質(zhì)量，并在科學(xué)研究及服務(wù)部隊(duì)等方面均發(fā)揮了顯著作用。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái);研究生;電氣工程

0 引言

研究生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力是衡量研究生培養(yǎng)質(zhì)量的重要指標(biāo)［1-2］。電氣工程學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)是該學(xué)科教學(xué)的重要環(huán)節(jié)之一。教學(xué)環(huán)境是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的保障。過(guò)去，由于對(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)重視不夠，基本采用一門(mén)課程一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的模式，功能單一，無(wú)法完成綜合的大型實(shí)驗(yàn)［3-5］。

軍校研究生的培養(yǎng)，是為了適應(yīng)軍隊(duì)建設(shè)和信息化條件下作戰(zhàn)的需要，為我國(guó)國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)培養(yǎng)各級(jí)各類的自主創(chuàng)新人才，因此研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)更緊密地聯(lián)系工程實(shí)際和裝備實(shí)際［6-10］。研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程［11-12］，需結(jié)合學(xué)科專業(yè)的特點(diǎn)去探索和研究，而建立一個(gè)裝備電力系統(tǒng)的概念對(duì)于部隊(duì)院校電氣工程專業(yè)的研究生而言非常重要，為彌補(bǔ)實(shí)際裝備缺乏所造成的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件不足，如何對(duì)已有和新建的實(shí)驗(yàn)室資源進(jìn)行整合，構(gòu)建集專業(yè)實(shí)驗(yàn)、技術(shù)開(kāi)發(fā)和科學(xué)研究于一體并突出專業(yè)特色和裝備特色一體的開(kāi)放式研究生的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是擺在我們面前的問(wèn)題。本文根據(jù)電氣工程研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，結(jié)合我院電氣工程研究生實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的具體建設(shè)過(guò)程，探討電氣工程研究生實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)的內(nèi)容、方法及途徑等。

1 建設(shè)目標(biāo)與內(nèi)容

1.1 建設(shè)目標(biāo)

圖1 電氣工程研究生實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要建設(shè)內(nèi)容

電氣工程研究生實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以滿足野戰(zhàn)條件下合理、高效、可靠使用電能為目的，進(jìn)行野戰(zhàn)條件下電能的產(chǎn)生、組網(wǎng)、分配、變換、監(jiān)控和保障等方面研究，基于實(shí)驗(yàn)—仿真—測(cè)試三大功能區(qū)，開(kāi)展野電能補(bǔ)償、控制、校正、參數(shù)測(cè)量等實(shí)驗(yàn)，力爭(zhēng)構(gòu)建一個(gè)集人才培養(yǎng)、科學(xué)研究及服務(wù)部隊(duì)為一體的綜合型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

1.2 建設(shè)內(nèi)容

依據(jù)建設(shè)目標(biāo)完成了軍用電站裝備綜合技術(shù)保障、野戰(zhàn)電力支持仿真、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與控制3個(gè)相對(duì)穩(wěn)定、特色鮮明的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如圖1所示。

1.2.1 電力綜合技術(shù)保障實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由3個(gè)分系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)了軍用電站的各類性能檢測(cè)與測(cè)試功能及移動(dòng)電站并機(jī)實(shí)驗(yàn)、構(gòu)建了混合能源互補(bǔ)供電微型野戰(zhàn)電力系統(tǒng)及混合能源互補(bǔ)供電系統(tǒng)雷電及電磁防護(hù)系統(tǒng)，主要針對(duì)野戰(zhàn)條件下電能的組網(wǎng)、分配、變換、傳輸、監(jiān)控和防護(hù)等問(wèn)題開(kāi)展研究。

軍用電站性能檢測(cè)與測(cè)試分系統(tǒng)針對(duì)軍用電站的性能檢測(cè)和測(cè)試提供了包括整機(jī)、瞬態(tài)及波形、分系統(tǒng)(動(dòng)力系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、控制系統(tǒng))測(cè)試、構(gòu)件性能測(cè)試、保護(hù)功能測(cè)試及部分環(huán)境及安全性檢測(cè)的各種測(cè)試儀器，可實(shí)現(xiàn)不同功率等級(jí)，電壓、頻率制式、驅(qū)動(dòng)方式、控制型式的各類軍用電站性能檢測(cè)和測(cè)試。

混合能源互補(bǔ)供電分系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、單晶硅太陽(yáng)能電池板、柴油工頻發(fā)電機(jī)組、光伏控制模塊、鉛酸蓄電池、逆變模塊、配電模塊及負(fù)載等組成。是一個(gè)由能量產(chǎn)生、能量變換、能量控制、能量分配及能量消耗模塊組成的離網(wǎng)式有限容量直流母線供電系統(tǒng)?？蓪?shí)現(xiàn)光伏獨(dú)立運(yùn)行、蓄電池組的充/放電控制、風(fēng)-光-柴-蓄混合并聯(lián)運(yùn)行、不同供電模式下的切換等實(shí)驗(yàn)功能，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可不斷補(bǔ)充和完善我軍裝備野戰(zhàn)條件下的供電制式。

為研究復(fù)雜電磁環(huán)境下野戰(zhàn)電力支持等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了混合能源互補(bǔ)供電雷電及電磁防護(hù)分系統(tǒng)。該分系統(tǒng)由 ENS-24XA高頻噪聲模擬器、SKS-0404T脈沖群發(fā)生器及SKS-0506G雷擊浪涌發(fā)生器等組成，用于提供混合能源互補(bǔ)系統(tǒng)雷電及電磁防護(hù)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該分系統(tǒng)能夠滿足對(duì)裝備野戰(zhàn)供電系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)傳導(dǎo)抗干擾、雷電浪涌實(shí)驗(yàn)、開(kāi)關(guān)操作過(guò)電壓及電磁防護(hù)實(shí)驗(yàn)的需要。

1.2.2 野戰(zhàn)電力支持仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

該系統(tǒng)由一臺(tái)高效專業(yè)服務(wù)器和6臺(tái)臺(tái)式計(jì)算機(jī)及顯示設(shè)備和專業(yè)的電力支持仿真計(jì)算軟件組成，可對(duì)裝備野戰(zhàn)電力系統(tǒng)中從幾μs到幾十ms的電磁暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行精確模擬，主要應(yīng)用于裝備野戰(zhàn)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)和性能研究、電能質(zhì)量研究、電機(jī)性能研究、雷電沖擊、故障和斷路器操作、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化及風(fēng)電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真等方面，可滿足裝備野戰(zhàn)供電系統(tǒng)的仿真與動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)要求。

該仿真系統(tǒng)可彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不足，提高研究進(jìn)度，降低研究費(fèi)用，具有靈活性、可重復(fù)性及安全性高的特點(diǎn)，研究生學(xué)員可在裝備野戰(zhàn)供電系統(tǒng)建模和穩(wěn)態(tài)/暫態(tài)仿真分析計(jì)算，優(yōu)化裝備野戰(zhàn)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的電能質(zhì)量、控制運(yùn)行系統(tǒng)的運(yùn)行效率和安全穩(wěn)定性等方向開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。目前利用PSCAD/EMTDC豐富的模型庫(kù)自主開(kāi)發(fā)構(gòu)建了軍用電站供電系統(tǒng)仿真平臺(tái)、混合能源互補(bǔ)供電系統(tǒng)仿真平臺(tái)、內(nèi)網(wǎng)10KV輸電系統(tǒng)仿真平臺(tái)、裝備野戰(zhàn)供電負(fù)荷特性對(duì)電能質(zhì)量影響關(guān)系仿真平臺(tái)。

1.2.3 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)

為開(kāi)展負(fù)荷結(jié)構(gòu)特性對(duì)電能質(zhì)量的影響研究，該系統(tǒng)充分考慮了裝備野戰(zhàn)電力系統(tǒng)有限容量的特點(diǎn)，采用單母分段的三級(jí)混合能源供電系統(tǒng)，靈活地調(diào)整配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，可模擬不同裝備野戰(zhàn)電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量指標(biāo)的變化情況，靈活的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，利于實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的調(diào)整分配。同時(shí)還具有交/直流電壓跌落模擬器，可開(kāi)展電壓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)極端的電能質(zhì)量問(wèn)題。配置了UPS等電壓控制裝置和電力濾波器等諧波濾除裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量的治理，使用CA8335電能質(zhì)量分析儀、Fluke43B等儀器儀表對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行分析監(jiān)測(cè)，可完成野戰(zhàn)電力支持電能的參量測(cè)試、電壓控制、電能質(zhì)量補(bǔ)償與校正等實(shí)驗(yàn)。

上述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的3個(gè)組成部分，構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)的整體，它們分別從裝備野戰(zhàn)電力保障、動(dòng)態(tài)仿真、電能質(zhì)量等方面，研究未來(lái)野戰(zhàn)條件下武器裝備電力保障支持技術(shù)，為武器裝備的野戰(zhàn)供電系統(tǒng)的組網(wǎng)、電能分配、混合能源互補(bǔ)供電、動(dòng)態(tài)仿真、負(fù)荷特性對(duì)電能質(zhì)量的影響及電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與控制等研究提供先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)條件。

2 建設(shè)方法與途徑

2.1 制定實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)規(guī)劃

針對(duì)制約實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)和發(fā)展的各種因素和條件進(jìn)行全面地分析，分清輕重緩急，不貪大求全。規(guī)劃時(shí)從目前的專業(yè)實(shí)際、學(xué)科建設(shè)、科研方向、基礎(chǔ)設(shè)施、師資隊(duì)伍等出發(fā)［13］，在規(guī)劃制定時(shí)，注重實(shí)驗(yàn)平臺(tái)功能的整體協(xié)調(diào)性，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)規(guī)劃建設(shè)的“電力綜合保障實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”“野戰(zhàn)電力支持仿真系統(tǒng)”“電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與控制”系統(tǒng)等分別在野戰(zhàn)電力支持的電能的產(chǎn)生、組網(wǎng)、分配、變換、監(jiān)控和保障等不同領(lǐng)域相輔相成，相得益彰。在注重突出實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整體功能協(xié)調(diào)的同時(shí)，還注意突出實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的特色，從而制定出有針對(duì)性的詳實(shí)具體的實(shí)驗(yàn)任務(wù)規(guī)劃、經(jīng)費(fèi)規(guī)劃、用房面積規(guī)劃、環(huán)境條件規(guī)劃、進(jìn)度規(guī)劃等實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)規(guī)劃［14］，為下一步實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的具體建設(shè)提供指南和依據(jù)。

2.2 購(gòu)置及自主開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)備相結(jié)合

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在配置儀器設(shè)備時(shí)，遵循技術(shù)先進(jìn)、功能適用、經(jīng)濟(jì)合理的原則［5］，全面統(tǒng)籌考慮，配置性價(jià)比高的儀器設(shè)備。為適應(yīng)裝備供電保障發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)彌補(bǔ)直接購(gòu)買(mǎi)設(shè)備不足，自主開(kāi)發(fā)了混合能源互補(bǔ)供電系統(tǒng)。在從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)的電力仿真軟件PSCAD/EMTDC的基礎(chǔ)上，自主開(kāi)發(fā)構(gòu)建了多個(gè)裝備野戰(zhàn)電力系統(tǒng)仿真平臺(tái)，既可以降低研發(fā)費(fèi)用，又結(jié)合裝備野戰(zhàn)電力支持技術(shù)工程實(shí)際鍛煉了科研隊(duì)伍。采用購(gòu)置與自主開(kāi)發(fā)相結(jié)合的方式，使實(shí)驗(yàn)平臺(tái)配置的儀器設(shè)備具有先進(jìn)性、實(shí)用性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，凸顯了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性研究等方面的功能。

2.3 建立健全實(shí)驗(yàn)平臺(tái)各項(xiàng)規(guī)章制度

結(jié)合學(xué)院有關(guān)規(guī)章制度，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)合自身特點(diǎn)，建立健全實(shí)驗(yàn)平臺(tái)儀器設(shè)備管理制度、各人員崗位制度、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)培訓(xùn)管理制度、儀器設(shè)備的維修等各種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)規(guī)章制度，形成了科學(xué)合理、內(nèi)容具體、銜接緊密的制度體系［15-16］。同時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行落實(shí)各項(xiàng)規(guī)章制度，為科學(xué)管理、規(guī)范管理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)各項(xiàng)工作，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)良性發(fā)展和正規(guī)化建設(shè)發(fā)揮了重要作用。

3 建設(shè)效益與應(yīng)用

經(jīng)過(guò)將近3年的研究和實(shí)踐，整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容幾乎涵蓋電氣工程專業(yè)的所有專業(yè)課程，可開(kāi)設(shè)驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在發(fā)電機(jī)組測(cè)試與實(shí)驗(yàn)、故障診斷和混合能源互補(bǔ)供電系統(tǒng)多制式輸出研究等方面，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整體處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

目前該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)面向研究生學(xué)員全面開(kāi)放，共享及利用率較高，已能滿足野戰(zhàn)條件電能的產(chǎn)生、組網(wǎng)、分配、變換、監(jiān)控和保障等方面的科學(xué)研究，借助所打造的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可在更高的研究層次培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力，在實(shí)際工作中培養(yǎng)和鍛煉學(xué)員的創(chuàng)新思維。同時(shí)為碩士研究生、博士研究生和教師提供一個(gè)完整的科研平臺(tái)。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的優(yōu)劣，取決于諸多因素。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是培養(yǎng)軍隊(duì)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的中心，構(gòu)建開(kāi)放式研究生實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一種有益嘗試。本文構(gòu)建的電氣工程研究生實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠模擬裝備電力系統(tǒng)中電能產(chǎn)生、變化、輸送、消耗的系統(tǒng)過(guò)程，緊貼裝備，符合目前裝備電力系統(tǒng)高度自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了集專業(yè)實(shí)驗(yàn)、技術(shù)開(kāi)發(fā)和科學(xué)研究于一體的提升教學(xué)水平、促進(jìn)創(chuàng)新教育的研究生綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。建議進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)及國(guó)內(nèi)外交流合作，將科學(xué)研究及軟硬件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目、案例，全面提升電氣工程研究生的實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新能力。

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Design and Construction of Experimental Platform for Electrical Engineering Graduate Students

XIE Pu，ZHAO Jin-cheng，WANG Yong，WANG Wen-ting
(Department of Electric Engineering，Mechanical Engineering College，Shijiazhuang 050003，China)

According to the current problems in the experimental platform construction，issues such as goals，content，approaches，benefits and applications of experiment platform are discussed combined with the specific construction process in electrical engineering graduate experimental platform.The experimental platform can simulate the power system process which includes power generation，transportation and consumes.The platform is accordance with characteristics of power system equipment with the high level of automation，information and digital.The platform achieves comprehensive experimental platform for students with a set of professional experiments，technology development and scientific study that improves teaching standards，and promotes innovative education.And the experimental platform adapts to the demands of military academy’s transformation，improves the cultivation quality of graduate students，and has played a significant role in scientific research and service army.

experiment platform;graduate students;electrical engineering

G 642.0

A

1006－7167(2014)05－0188－04

2013－06－21

軍械工程學(xué)院教學(xué)研究課題(Jxlx1382)

解 璞(1977－)，女，河北定州人，博士，副教授，研究方向電力系統(tǒng)分析。Tel.:13383310850;E-mail:xhpjhc2007@126.com