???
本课程组所依托的电气工程学科在历届的全国重点学科评选中排名第一,所依托的电力系统国家重点实验室多次被评为优秀国家重点实验室。在本课程建设过程中,配套建成了一系列先进的教学资源。
一、自主研制的先进电力系统动模数字化实验平台
改造前,清华大学电力系统动模实验室的主要设备由物理动模系统和监控盘台组成。物理动模系统又由发电机、变压器、输电线路(含直流和交流线路)、负荷、FACTS等电力设备组成,它是根据相似原理建立起来的物理模拟系统,可组成不同拓扑结构的电力系统,可逼真模拟实际电力系统的动态过程。在监控盘台上,集成了针对物理动模系统的各种测量仪表和操作按钮。学生在监控盘台前,对物理动模系统进行各种操作,人工记录数据,完成各种电力系统实验。
经过几年来的刻苦攻关,将最新科研成果成功转化为先进实验教学资源,建成了自主知识产权的电力系统动模数字化实验平台,实现了物理动模从稳态到暂态的数字化、可视化和自动化,将学生从耗时乏味的数据记录和整理工作中解放出来,由计算机全局全程精准地记录和显示电力系统动态,对电力系统的全局和动态过程把握更好,实验能力和效率发生了质的飞跃,有效强化了实践环节。
已建成的数字化实验平台被同行评价为“国际领先水平”。目前,该实验平台不但在清华大学成功应用了4届,而且已经在东北电力学院、湖南大学、武汉大学、广西大学等高校推广应用。
主要的建设内容简介如下。
1、 研制出物理动模从设备级到系统级的完整数字监控系统
在设备级别上,针对物理动模系统的5台发电机组,研制成功了不同控制方式的微机励磁和调速控制系统;建成了发电机、变压器、输电线和负荷等各类电力设备的网络式RTU,实现了发输用各类电力设备的全数字式远程监控功能。
在系统级别上,摈弃了多年来一直使用的庞大的监控盘台,采用了自主研发多年完成的科研成果“电网能量管理系统(EMS)”(曾获国家科技进步二等奖和北京市科学技术一等奖),对其进行了面向教学的改造,开发了适用于教学的可定制的实时采样曲线、实时数字化仪表和灵活组态功能等。然后将其成功转化为教学资源,完成了硬件网络平台建设和物理动模的数字化建模,制作了上百幅可视化画面,应用于物理动模的系统监控和分析决策。不但实现了遥信、遥测、摇调和遥控等SCADA功能,还实现了先进的网络拓扑分析、状态估计和在线潮流等EMS高级应用功能,在功能和性能上与现代电网调度控制中心几乎完全一致。?
?
2、 建成了大规模电力系统的全数字化“影子系统”
物理动模主要用于模拟小型电力系统,为了进行现代大规模电力系统的各种教学实验,我们采用了自主研发多年完成的科研成果“电网仿真培训系统(DTS)”(曾获国家科技进步二等奖和北京市科学技术一等奖),对其进行了面向教学的改造。将其成功转化为教学资源,建成了以计算机网络为支撑的电力系统全数字仿真系统,可以实时逼真模拟电力大系统的稳态、机电暂态和由此引发的保护和自动装置的动作过程,逼真模拟负荷的正常变化和随机扰动、发电出力变化、故障和二次信息系统。该数字仿真系统可24小时连续运转,是实际电力大系统的“影子系统”。
目前,已建成了14、118节点等若干套IEEE标准系统的仿真模型,特别是建成了我国实际某省级电力大系统的全数字化仿真模型,为电力大系统的全数字仿真提供了强大的实验平台。? ?
??????? 大规模吉林电力系统的数字化“影子系统”
3、 研制出物理动模的广域相量量测系统(WAMS)
广域相量量测系统(WAMS)是当前国际上大电网控制中最热门的研究领域,我们率先在物理动模的5机系统上研制成功了WAMS,转化为教学实验的先进资源。
针对物理动模,开发了广域相量测量装置(PMU),实现了基于GPS技术的实时对时和同步功能;实现了暂态量的实时同步采集和计算功能,可计算出发电机的正序功角;采用高度集成的双TCP/IP网络,实现了实时暂态量的高速通信功能;研制的PMU的数字信号输入和输出量各有16路,可实现实时遥控和遥调功能。已建成的WAMS系统可在50ms内实时地完成电力系统机电暂态量的实时同步采集、计算、传输、处理和监控,从而为各种电力系统暂态监控提供了崭新的数字化实验平台。
?
4、 实验室的开放式管理
先进的数字化实验平台具有很强的实验能力,为了提高该实验平台的利用率,我们对实验室实行了开放式管理。利用实验室的空余时间和周六、周日,对有兴趣的学生(包括本科生和研究生)开放。例如:对参加SRT(Student Research Training)项目的本科生,学生可以根据自己的时间随时到实验室做实验。在做开放型实验时,学生兴趣很高。
?
1、近年来建设的教材:????
近年来,本课程组建设了一批有影响的教材,主要包含:
[1]???? 周荣光,陈刚.电力系统稳态分析.清华大学讲义,2001年
[2]???? 周荣光.电力系统故障分析.清华大学出版社,2000年
[3]???? 闵勇,韩英铎.电力系统稳定.清华大学讲义,1998年
[4]???? 王维俭.电力系统继电保护基本原理.清华大学出版社,1991年
[5]???? 清华大学电机系电力系统及其自动化教研组.电力系统分析习题集.清华大学讲义,2001年
[6]???? 张伯明,陈寿孙.高等电力网络分析(入选2002年度教育部推荐的“全国研究生教学用书”).清华大学出版社,1996年
[7]???? 倪以信,陈寿孙,张宝霖.动态电力系统的理论和分析.清华大学出版社,2002年
配套建设的实验教材有:
[1]????? 陈永亭,王延德.电力系统实验指导书.清华大学讲义,1999年
[2]????? 孙宏斌,陈永亭 .电力系统动模数字主站系统技术手册.清华大学讲义,2003年?
?
2、即将出版的立体化新教材:
新编了《电力系统分析》立体化教材。新教材与教学改革相配套,适应“宽口径、创新型”的高素质人才培养目标,在清华大学原有的多门子课程的讲义和教材的基础上,结合国内外同类优秀教材和参考文献,通过优化综合而得,重点体现了“研究型”和“立体化”的特色。
该立体化教材将于2006年底正式出版,主要含:纸质教材(上下册)、多媒体课件、实验指示书、研究专题等,新教材已在清华大学本科生中使用了4届,并已与清华大学出版社签定了出版合同,正在参评十一五国家级规划教材,目前已通过了专家评审。
?
注:《研究型、立体化的电力系统分析精品教材建设》被列为“高等教育百门精品课程教材建设计划”立项研究项目:
?
3、自选的扩充性参考书目
[1]???? 何仰赞等,《电力系统分析》(第3版,普通高等教育“九五”国家级规划重点教材),华中科技大学出版社,2002年
[2]???? 韩祯祥,《电力系统分析》(第2版),浙江大学出版社,1997年
[3] 夏道止,《电力系统分析》(普通高等教育“十五”国家级规划教材),中国电力出版社,2004年
[4]???? 王锡凡等,《现代电力系统分析》,科学出版社,2003年
[5]???? W.D.Stevenson(美).Elements of Power System Analysis, McGraw-Hill 1982年
[6]???? A.R.Bergen (美),Power Systems Analysis, Englewood Cliffs: Prentice-Hall,1986年
[7]???? P.Kundur(美), Power System Stability and Control, McGraw-Hill,1994年
[8]???? Hadi Saadat(美), Power System Analysis. McGraw-Hill,1999年
充分利用了清华大学已建成的先进的交互式网络学堂,师生们在此网络虚拟空间上进行了讨论、答疑,发布公告、电子教案和研究专题,提交作业等,逐年更新的教学资源包括:多媒体电子教案、研究专题、教学软件、作业题、“课堂花絮”和公告信息等,使师生互动形式多样化,有效拉近了师生的距离,提高了学生学习的兴趣。2003年,本课程的网上点击次数达到4471次,学生发表的网络讨论文章21篇。2004年点击次数5398次,学生发表的网络讨论文章110篇。2005年点击次数达到4065次,学生发表的网络讨论文章31篇。近几年来,平均每位学生一个学期的点击次数达到了40次左右。?
?
|