（1）专业与年级要求

本实验项目面向高等学校电气工程及自动化相关专业的学生。相关实验步骤可拓展至发电厂电气继电保护等方向课程的学习。

项目对应的核心知识点与《电力系统分析》、《电能系统基础》课程直接关联，也适用于《电力系统暂态分析》、《发电厂电气原理》、《电力系统自动装置原理》、《电机学》等课程的相关知识、能力要求的培养。

通常安排在本科2-3-4年级学习。对于专业人员，可在掌握相关知识后进行实验。

（2）基本知识和能力要求

    本实验项目要求学生的先修课程包括《电路》、《自动控制原理》、《电力系统继电保护》和《电力系统自动装置原理》及其他基础课程，学生需要具备电力系统的相关基础理论知识并有一定的电气实验操作基础。具体包括：

    学生需掌握电力系统发电机、变压器、线路的稳态模型；

    学生需掌握牛顿拉夫逊法的极坐标潮流模型和算法；

    学生需掌握电力系统电压调整策略，包括发电机调压、变电站分接头调压、无功补偿调压等知识；

    学生需掌握电力系统调频知识，包括发电机增减出力、变电站切负荷等知识；

    学生需具备线路输送极限功率、故障电流工程计算、电力系统暂态稳定等基础知识；

    学生对电力系统优化运行有一定的综合分析和优化能力。

（3）实验全过程要求

    实验基于“理论方法教学+虚拟实物仿真+工程实际操作”的实验架构开展实验，要求学生在充分预习相关理论的前提下进行实验，具体可参考《教学指导书》、《课件》以及“知识点课件库”。

    实验聚焦于新能源波动、电网调度、电压调整、频率调整、故障处置等一系列核心问题，构思了“电力系统认知->正常状态电网调度->异常状态故障处置”递进式的实验环节，三个环节环环相扣，依次递进，要求学生按照逻辑过程进行实验，做到不跳步骤、不省步骤，具体可参考《实验指导书》以及“知识点课件库”。

实验将抽象的调度实验变得可重复、可分析、可探索，设计了“操作性考核+测试性考核+尝试性考核+创新性考核”实验目标达成度多维评价方法，要求学生具有一定的探索精神，遇到关键问题，可以通过“论坛”-“在线讨论”功能，和实验人员以及老师共同交流。

1、教学论文

[1] 有心知心热心-作为基层教学微管理者浅谈对“教书育人”的理解与探索，东南大学家三育人论文集，2018.10。

[2] Matlab在“电力系统自动装置原理”课程教学的应用，第二届全国高校电气类专业教学改革研讨会论文集，2013。

[3] 研究生课程“电力系统暂态分析”课程教学中的探索，第二届全国高校电气类专业教学改革研讨会论文集，2013。

2、实验教学项目

[1] 智能电网虚拟仿真教学软件平台的研究，东南大学，2015～2016年，负责。

[2] 智能电力系统虚拟仿真实验教学，江苏省教育厅，2016年，参与。

[3] 基于高性能并行计算的电力系统运行模拟与实践教学平台研发，教育部，2019年，参与。

[4] 多维协同的电气类专业人才培养实践创新平台建设探索与实践，教育部，2020-2022年，参与。

[5] 国际化思政融合发展的电气类专业人才创新创业教育体系建设，中国高等教育学会创新创业教育分会，2021年，参与。

3、所获教学奖励

[1] 东南大学三育人积极分子，第一获奖人，2018

[2] 第二届全国高校电气类专业教学改革研讨会优秀论文作者，2012

[3] 电气工程学院教学优秀奖，东南大学电气工程学院，2017年

        新能源是中国碳中和发展的关键，新能源并网及新一代电力系统调度是电气领域面临的重大技术挑战，本实验将核心技术转化为实验内容，体现了实验的挑战度和高阶性。国家主席习近平2021年4月出席领导人气候峰会，承诺中国将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，这是中国基于推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的内在要求所做出的重大战略决策。含规模化新能源电力系统调度是国家安全经济运行的重要基石，是满足中国人民对美好生活向往的重要支撑。新能源并网及新环境下的电力系统调度是电气领域面临的重大发展机遇，也是重大技术挑战，体现了实验的“爱国情怀”和“创新精神”，以提升电气人的责任感和使命感。

        实验面临“调度对象难以实物化”、“调度过程难以可视化”、“调度效果难以形象化”的难题，必须通过虚拟仿真实验将现实中含巨大安全风险、强随机性新能源、强抽象操作的电力系统调度变得可重复、可分析、可探索，真正理解“工匠精神”和“创新精神”。大规模电力系统调度是电力系统安全经济运行的重要基石，是满足人民对美好生活向往的重要支撑。电能是国民经济发展的重要能量来源，一旦发生事故则会造成灾难性后果。2019年8月9日下午5点，因为海上风电新能源突然脱网，导致英国发生大规模停电事故，有100万人受到停电影响；2019年7月13日下午7点，美国纽约突发大面积停电，导致核心金融CBD区陷入一片黑暗。我国电网规模居世界第一，是全球安全运行水平最高最先进的电网，新能源并网及新环境下的电力系统调度，同样面临着重大发展机遇和挑战。因此必须通过虚拟仿真实验模拟各种实验场景，以真正掌握新能源并网环境下的电力系统调度知识和操作能力。新能源并网的电力系统调度实验面临“调度对象难以实物化”、“调度过程难以可视化”、“调度效果难以形象化”的难题，必须通过虚拟仿真实验将现实中有巨大人身安全、生产安全风险和新能源波动性随机性强的电力系统调度实验移植到电脑环境，将不易展现效果的复杂调度过程变得可重复、可分析、可探索。

        通过虚拟现实中进行调度仿真实验，加强对电力系统专业课程知识的理解和应用能力，加深对于未来实现“双碳目标”的深入理解，提升工程实践操作能力。新能源并网的电力系统调度实验室，涉及电气工程专业的核心主干课程，面向《电力系统分析》、《电能系统基础》，基于电路原理、自动控制原理、信号与系统、发电厂电气、继电保护、风力发电、太阳能发电等多学科知识的融合，是对电气知识的综合运用。基于真实电网数据和虚拟现实电网开展实验，面向实际调度的真实操作环境开展实际操作，从电力系统认知到常规调度到故障处置，全面提升对电力系统调度的宏观把控，全面提升工程操作水平和创新能力。

        本项目针对电力系统调度实验教学内容复杂且抽象的特征，聚集于“新能源”和“电力系统调度”两个焦点，以三维虚拟现实为基础，通过VR仿真技术建构了一个完整的电网调度环境，学生可身临其境般地沉浸在该环境中，体验和认知电网的运行与控制。

        实验设计原则包含了“实验系统先进性原则”和“实验核心要素高仿真度原则”。

        实验系统先进性原则主要体现在：

         项目以实际江苏电网为蓝本开展实验，体现了实验数据和实验场景的先进性。我国电网规模居世界第一，是全球安全运行水平最高最先进的电网。为了让学生真正感知大规模电网，项目以实际江苏电网为蓝本开展实验，江苏电网是国家电网系统首个用电负荷连续三年突破1亿千瓦的省级电网，规模超过欧洲最大的德国电网，运行场景复杂多变，运行数据具有较强的借鉴意义。

        我国电力系统发展、新能源发展均处于世界领先地位，体现了实验对象和实验元素的先进性。可再生能源是我国能源供应体系的重要组成部分，中国是世界第一大陆上风电、世界第三大海上风电国家，我国光伏累计装机量连续六年居全球首位。本项目将新时代下“双碳目标”涉及的新能源前沿关键元素加入了实验。

        项目基于Webgl版本开发应用环境，3D可视化效果强，用户使用便捷，体现了软件开发技术的先进性。此虚拟仿真系统采用C#开发语言，基于Unity开发引擎发布的webgl版本的应用，采用主要websocket协议实现与服务器的通信和数据传输，3DMAX和Maya实现3D图形可视化。系统运行平台：windows 8\windows 10，火狐浏览器、谷歌浏览器（64位）。用户使用轻便化，无需下载安装应用，直接打开网页即可运行该虚拟仿真系统。

        实验核心要素高仿真度原则主要体现在：

        基于江苏电网工程真实数据的仿真蓝本：在整个实验环节中，学生都是基于真实江苏电网数据（数据均经过脱敏处理，不涉及保密数据）开展实验。江苏苏北地区发电资源丰富，属于功率送出区域；苏南地区负经济发达，负荷规模大，属于功率馈入区域，能量具有明显的北电南送的特征，频率全局性和电压局部性特征表现明显。调度结果都可以通过实际电网进行验证，增强了学生的工程体验感。

        基于真实新能源发电场站、发电厂、变电站的调度场景：在电网调度实验中，学生调整对象都是实际的发电厂和变电站。风电选取了江苏沿海区域大规模风电场的实际统计数据，光伏选取了新能源全消纳县级区域的数据统计数据，保证了实验结果的准确性和可行性，增强了学生的场景体验感。

        面向实际调度运行的真实操作环境：在电网调度实验和故障处置实验中，操作方法、规程、流程和实际工程操作都是一致的，借鉴了实际调度D5000系统和D5200系统的基本思路，保证了学生真实操作体验感。

电网大停电过程的场景虚拟展现：以故障处置失败为展示对象，虚拟再现了电网从负荷中心苏南区域到能源中心苏北区域的连锁崩溃过程，增强了学生对电网故障灾难的认知度，提高学生作为电气人的责任感和使命感。

        本项目内容源于工程实际和科研前沿，经过精心设计，构建出“理论方法教学+虚拟实物仿真+工程实际操作”实验体系，目的是让学生通过“理论方法教学”夯实调度知识，通过“虚拟实物仿真”加强系统感知和知识理解，最终在虚拟真实环境下进行“工程实际操作”提升操作技能和培养创新能力。

        通过本虚拟仿真实验，学生可掌握以下知识：

（1）全面感知电力系统中发电厂、输电线路、变电站等重要设备，并对设备出厂参数进行转换计算以满足调度要求；

（2）对新能源发电有更加深刻的认识，理解风力和光伏发电厂出力的影响因素；

（3）全面掌握电力系统电网调度基础理论，从发电侧、输电侧、变电侧、用电侧全方位理解电网调度的具体应用场景；

（4）深刻理解正常状态下电网电压调整策略，把控无功电压耦合特性和局部调整特性，具备工程实际电压调整能力；

（5）深刻理解正常状态电网有功调度策略，把控有功耦合特性和全局调整特性，具备工程实际有功调度能力。

（6）深刻理解异常状态电网故障处置策略，具备工程实际故障处置能力，探究最优故障处置策略。

        本实验以过程性评价为基础，设计了“操作性考核+测试性考核+尝试性考核+创新性考核”实验目标达成度多维评价方法，对学生实验效果进行多维度评价，全面考核学生理论理解、操作实践和创新能力。

        具体成绩评定：