綜合能源微網虛擬仿真實驗是清華大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：綜合能源微網虛擬仿真實驗
- 建設院校： 清華大學
- 課程負責人： 陳穎
- 授課教師：郭慶來、陳永亭、畢大強、沈沉
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
綜合能源微網虛擬仿真實驗是《電力系統實驗》課程的重要實驗內容。《電力系統實驗》 是清華大學電機系本科必修實驗教學環節,針對交直流輸電系統、可再生能源電源、電力電子裝備和綜合能源微電網等研究對象,設計了動態模擬試驗、數字仿真實驗和虛擬仿真實驗等多種實驗形式。本實驗是清華大學電氣工程實驗教學的基本單元,符合實驗教學培養目標,納入本轉業教學計畫,具賄4個課時,在2018”2019，201 9" 2021年有兩個輪次的教學套用(中2019' 2020年受疫情影響動模實驗無法開展,課程教學整體受到影響) , 教學效果優良、開放共享有效的實驗教學課程。
綜合能源微網虛擬仿真實驗具有重要實用價值。在城市中,光伏和儲能結合所形成的建築微電網可以提升終端用能質量、可靠性和能效。在海島、偏遠地區、軍艦和太空飛行器等場景中,微電網可以成為持續供電的基礎設施。基於微電網技術,可以實現分散式電源的靈活、高效套用,解決數量龐大、形式多樣的分散式電源併網問題。相應的,發展微電網相關知識虛擬仿真實驗具有非常重要教學和實用價值。
綜合能源微網虛擬仿真實驗必要性顯著。首先,綜合能源微網系統運行控制、短路故障等實驗操作具有不可逆性、消耗性等特點,實物實驗成本高;其次,綜合微電網的實物實驗環境構建非常複雜,很難實驗多人多套同時開展實驗;再次，微電網實驗一定安全風險,實驗出錯會引發人身傷害和設備損壞。為此,有必要建立綜合能源微網虛擬仿真實驗,利用全數位化的模擬和仿真，學生實驗不受時間、 地點設備的限制,讓學生將課堂知識深度學習,實現靈活運用和創新思考。
教學目標
針對《電力系統實驗》課程覆蓋的綜合能源微網知識，利用雲端虛擬仿真實驗環境，學習微電網系統組成和拓撲接線，掌握關鍵設備的運行原理，並構建仿真算例，完成微電網穩態運行、控制規律設計和離併網切換等實驗項目，可以達到以下目的: .
(1)掌握微電網結構、組成和運行規律等基本知識。
通過該虛擬仿真實驗，了解微電網的基本組成以及其中各組件的種類和基本功能;掌握微電網中各組件的連線方式，理解實物電氣設備和數字仿真模型之間的映射關係;掌握微電網啟動、併網、離網和停機等日常操作的邏輯，理解其中運行約束條件;觀察微電網中各個開關的打開與閉合對於系統穩定運行產生的影響;測量並觀察微電網出現常見故障時所需要調節的參數預設;了 解微電網中各個組件在不同運行場景下的控制方式。
(2)初步掌握複雜電氣系統的建模、仿真和分析技能
通過構建典型綜合能源微網的電磁暫態仿真模型，訓練學生系統建模的能力，能夠根據實物系統的拓撲結構和控制邏輯，形成較為完整的數字仿真模型;訓練學生仿真實驗的能力，自主構建仿真場景和實驗步驟，利用自定義功能設計控制模組，實現給定的系統調控邏輯;訓練學生記錄仿真數據，修正實驗錯誤，改進實驗方案的綜合分析技能。
(3)培養學生知行合一與協同創新能力
本虛擬仿真實驗的開展，緊密圍繞知識體系建立和綜合學習能力培養開展，著重培養學生知行合一能力，即能夠認知複雜電力系統，並對其及進行概念抽象和數位化建模，進而通過給定和自主實驗，探索新知識領域。同時，本項目中採用雲仿真體系，形成雲端合作和共享的實驗環境，可以讓多名學生協作完成複雜的虛擬仿真實驗，進一步訓練團隊合作和協同創新的能力。
