孫宏國，周云龍，胡國文，何堅強

（鹽城工學院 電氣工程學院，江蘇 鹽城 224051）

電氣工程和新能源科學在國家科技發(fā)展中具有重要的地位，目前新能源產(chǎn)業(yè)已成為國家科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一個新型產(chǎn)業(yè)。調(diào)查研究表明：電氣工程專業(yè)和新能源專業(yè)的畢業(yè)生是目前最受歡迎的畢業(yè)生，就業(yè)形勢與前景都非常好。因此對電氣與新能源省級實驗教學示范中心（以下簡稱中心）的教學和科研平臺進行規(guī)?；跋到y(tǒng)化建設[1－4]，既是本校學科的發(fā)展需要，也是順應國家經(jīng)濟發(fā)展的需要。

1 建設目標

（1）在現(xiàn)有的電氣、信息、電工、電子實驗室基礎上整合現(xiàn)有資源，建成電氣與新能源省級實驗教學中心。建設完成后，電類專業(yè)（包括電氣工程及其自動化、自動化、建筑電氣與智能化專業(yè)、新能源科學與工程專業(yè)、計算機科學與技術專業(yè)）的學生將能開展本專業(yè)各項專業(yè)實驗，還可以延伸到其他各工科26個專業(yè)，以實現(xiàn)全校資源共享[1－6]。

（2）完善中心的信息化管理平臺，達到能通過網(wǎng)絡實現(xiàn)對實驗中心的安全、運行、指導和資源的管理。

（3）為卓越工程師培養(yǎng)、學科競賽和創(chuàng)新設計能力培養(yǎng)提供平臺，為電氣工程及其自動化等專業(yè)申報省級重點學科和示范專業(yè)打?qū)嵒A和建立平臺。

（4）建設電力電子與電力傳動專業(yè)工程碩士、碩士培養(yǎng)平臺。

（5）為江蘇沿海、鹽城沿海國家戰(zhàn)略中新能源產(chǎn)業(yè)的開發(fā)建立地方經(jīng)濟建設需要的、校企合作產(chǎn)學研合作平臺。在此平臺上教師可以承接國家、省、市級各類縱橫向科研項目。

（6）為電氣、新能源、電子工程學科及相關學科教師提供產(chǎn)學研平臺，同時為地方服務建立平臺。

2 建設思路

為實現(xiàn)以上建設目標，建設思路[7－8]如下：

（1）設計好省級實驗教學示范中心功能結(jié)構拓撲圖。鹽城工學院在現(xiàn)有的物理及電工電子省級實驗中心實驗室，電氣工程學院、信息工程學院的基礎和專業(yè)實驗室基礎上整合建立了“電氣與新能源省級實驗教學示范中心”，系統(tǒng)拓撲圖如圖1所示。

（2）組織好建設隊伍。中心建設分為5個模塊，每個模塊安排高職稱、高學歷的教師為帶頭人，從每個實驗室的項目建設調(diào)研、申報、招標、建設到驗收，每一步都到位，確保實驗室建設順利、高質(zhì)量的完成。

（3）明確建設任務和目標。在完善現(xiàn)有專業(yè)實驗教學環(huán)節(jié)的同時，還要完成建筑電氣與智能化、新能源科學與工程等新專業(yè)的實驗室建設。保證實驗教學，并為專業(yè)評估打下基礎。

完成實驗中心硬件平臺的建設后還要加強軟件建設，主要包括：實驗資源的科學管理以達到效益最大化；人員管理上臺階，保證教學水平和教學效果；實驗教學管理信息化，以保證設備安全運行，實驗中心設置一系列監(jiān)控手段。

3 主要建設內(nèi)容

從圖1中可以看出，電氣與新能源省級實驗教學中心整個建設分為5個模塊，其中2個模塊（基礎實驗模及自動化綜合實驗模塊）已基本建好，實驗管理中心模塊主要是管理方式和管理隊伍的建設，屬于軟件方面的建設，應在現(xiàn)有的管理基礎上不斷完善，所以這里重點介紹新建的2個實驗模塊，即：智能建筑綜合實驗模塊和新能源綜合實驗模塊。

3.1 智能建筑綜合實驗模塊

本模塊現(xiàn)有2個實驗室，即：中央空調(diào)和給排水系統(tǒng)實驗室，智能建筑訓練與創(chuàng)新綜合實驗室，新建3個實驗室，即：智能建筑安防監(jiān)控SA系統(tǒng)實驗室、智能建筑BA系統(tǒng)實驗室和智能建筑CA系統(tǒng)與綜合布線實驗室。

3.1.1 智能建筑安防監(jiān)控SA系統(tǒng)實驗室

實驗室建設面積為120m2，建設內(nèi)容包括：

（1）建設安防實時監(jiān)控系統(tǒng)。通過遠程數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對示范中心所有實驗室的實時監(jiān)控。每個實驗室配置一臺一體化彩色變速球體攝像機、拾音器、報警裝置、報警顯示器、82cm彩色顯示器、音箱及相關配件，其視音頻信號和電源以點對點的方式傳送到控制中心，每十六路視頻信號使用一臺矩陣硬盤錄像主機，每四路視頻信號通過四畫面分割器由1臺54cm純平彩色電視機顯示；1／4／9／16路任意組合畫面可在109cm彩色液晶顯示器上顯示。被授權的用戶無論在局域網(wǎng)中，還是在廣域網(wǎng)中都可以利用PC機登錄監(jiān)控系統(tǒng)，觀看實驗室實時影像及回放任意時段錄像?？刂浦行脑O立5臺電視墻柜，分別管理五層樓各層實驗室。每個實驗室對應一臺54cm純平彩色電視機，管理四路槍機。109cm彩色液晶顯示器管理各層每個實驗室的變速球機?？刂浦行脑O有集中監(jiān)控主PC機，與各實驗室的PC機和設備共同構成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對各實驗室設備的運行狀態(tài)的遠程監(jiān)視、故障分析和緊急控制等功能。

（2）建設門禁對講系統(tǒng)。通過門禁對講系統(tǒng)功能，實現(xiàn)模擬單元門主機與小區(qū)值班室管理中心機、住戶室內(nèi)分機之間的通信。可以對室內(nèi)作安防布控，當有非法入侵情況時會產(chǎn)生報警信號。

（3）建設樓宇巡更系統(tǒng)。通過樓宇巡更系統(tǒng)功能，對樓宇巡更點的信息采集，檢查巡更人員的工作情況。

（4）建設消防探測系統(tǒng)。通過系統(tǒng)中各個探測設備的參數(shù)變化進行模擬火災報警和演示聯(lián)動操作，對學生也可以進行系統(tǒng)的設置、聯(lián)動編程、線路設計、聯(lián)網(wǎng)、線路及設置故障的判斷及排除等實訓。

主要實驗項目：視屏監(jiān)控系統(tǒng)的布線安裝與參數(shù)設置、門禁對講系統(tǒng)的布線安裝與參數(shù)設置、樓宇巡更系統(tǒng)功能的布線安裝與參數(shù)設置及消防系統(tǒng)的布線安裝與參數(shù)設置。

實驗項目服務面：安防與消防實驗室服務于校內(nèi)學生的安全防范技術、樓宇自動化、建筑、電氣和樓宇智能化技術等課程實驗、課程設計、畢業(yè)設計；校內(nèi)教師的科研工作，校外企業(yè)的員工培訓等；集成監(jiān)控中心服務于實驗中心管理人員、授權機關和校外企業(yè)觀摩。

3.1.2 智能建筑BA系統(tǒng)實驗室

實驗室建設面積為120m2，考慮到其中部分系統(tǒng)設備已包含在其他實驗室內(nèi)，本實驗室僅建設如下內(nèi)容：（1）照明設備測控系統(tǒng)；（2）通風空調(diào)設備測控系統(tǒng)；（3）給排水設備測控系統(tǒng)；（4）電梯設備測控系統(tǒng)；（5）停車場管理與控制系統(tǒng)；（6）水、電、煤氣等使用計量和收費管理系統(tǒng)；（7）設備運轉(zhuǎn)狀態(tài)記錄及維護、檢修的預告系統(tǒng)；（8）定期通知設備維護及開列設備保養(yǎng)工作單系統(tǒng)；（9）設備的檔案管理系統(tǒng)；（10）模擬會議室、停車場等場所使用的預約申請、管理系統(tǒng)。

主要實驗項目：全空氣空調(diào)系統(tǒng)實驗、樓宇供配電及照明系統(tǒng)綜合實驗、變頻恒壓供水系統(tǒng)、電梯群控系統(tǒng)綜合實驗、停車場管理與控制系統(tǒng)實驗、樓宇設備自動化系統(tǒng)集成管理綜合實驗等。

實驗項目服務面：服務于校內(nèi)學生的樓宇自動化、建筑電氣和樓宇智能化技術等課程、實驗、課程設計、畢業(yè)設計，校內(nèi)教師的科研工作，校外企業(yè)的員工培訓等。

3.1.3 智能建筑CA系統(tǒng)與綜合布線實驗室

實驗室建設面積為120m2，建設內(nèi)容包括：建設綜合布線系統(tǒng)和計算機局域網(wǎng)絡。綜合布線系統(tǒng)呈分層星形拓撲結(jié)構，可以劃分為6個子系統(tǒng)：工作區(qū)子系統(tǒng)、水平子系統(tǒng)、干線子系統(tǒng)、管理子系統(tǒng)、設備間子系統(tǒng)、建筑群子系統(tǒng)。系統(tǒng)同時具有CAT-5和光纖2種通信介質(zhì)。建設視屏會議系統(tǒng)，使系統(tǒng)可以實現(xiàn)語音通信、視屏通信，圖文傳輸?shù)韧ㄐ殴δ堋?/p>

主要實驗項目：語音電話系統(tǒng)安裝與調(diào)試、傳真轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)安裝與調(diào)試、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)安裝與調(diào)試、可視圖文系統(tǒng)安裝與調(diào)試、可視電話系統(tǒng)安裝與調(diào)試、電子信箱系統(tǒng)安裝與調(diào)試、電視會議系統(tǒng)安裝與調(diào)試。

實驗項目服務面：服務于校內(nèi)學生的樓宇自動化、建筑電氣和樓宇智能化技術等課程、實驗、課程設計、畢業(yè)設計，校內(nèi)教師的科研工作，校外企業(yè)的員工培訓等。

3.2 新能源綜合實驗模塊

本模塊設置6個實驗室，已有1個實驗室，需新建5個實驗室，分別是：供配電實驗室、電力系統(tǒng)綜合自動化實驗室、風力發(fā)電與并網(wǎng)實驗室，光伏發(fā)電與并網(wǎng)實驗室和電網(wǎng)調(diào)度與監(jiān)控實驗。

3.2.1 供配電實驗室

實驗室建設面積為120m2，建設內(nèi)容包括：

（1）一次系統(tǒng)的建設：一次系統(tǒng)主要指從受電、變電到配電的主電路以及相應的無功補償裝置和防雷接地裝置等。

（2）二次系統(tǒng)的建設：二次系統(tǒng)主要包含電能的監(jiān)測和計量電路、斷路器的信號回路和控制回路、繼電保護電路等。

主要實驗項目：斷路器的控制和信號回路實驗、6～35kV系統(tǒng)的絕緣監(jiān)視裝置電路綜合實驗、供配電系統(tǒng)一次重合閘綜合實驗、供配電所送電和停電操作實驗、分段單母運行狀態(tài)切換的倒閘操作綜合實驗、變壓器從運行狀態(tài)轉(zhuǎn)檢修的倒閘操作綜合實驗、線路過電流保護與自動重合閘綜合實驗、自動功率因數(shù)補償實驗等。

實驗項目服務面：電氣工程及其自動化專業(yè)、建筑電氣與智能化專業(yè)、新能源科學與工程等專業(yè)，校內(nèi)學生的城市供電和工廠供電等課程實驗和綜合實驗、課程設計、畢業(yè)設計，校內(nèi)教師的科研工作，校外企業(yè)的員工培訓等。

3.2.2 電力系統(tǒng)綜合自動化實驗室

實驗室建設面積為120m2，建設內(nèi)容包括（應體現(xiàn)先進性、實用性和創(chuàng)新性）：（1）電力系統(tǒng)繼電保護原理實驗裝置，面向電力系統(tǒng)故障分析、電力系統(tǒng)繼電保護原理；（2）電力系統(tǒng)微機繼電保護及其綜合自動化實驗設備，面向電力系統(tǒng)分析、電力系統(tǒng)微機保護、電力系統(tǒng)自動化、變電站綜合自動化技術、配電網(wǎng)自動化技術、電力系統(tǒng)調(diào)度自動化、電力系統(tǒng)遠動技術、電力工程、工廠供電、電力系統(tǒng)自動裝置原理[9－10]。

主要實驗項目：繼電保護原理實驗及綜合實驗、6～10kV線路過電流保護實驗、電氣二次控制回路與自動裝置綜合實驗、微機線路保護綜合實驗、微機變壓器保護綜合實驗、繼電保護與自動裝置綜合實驗、可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)實驗與綜合實驗、電力系統(tǒng)綜合實驗等。

實驗項目服務面：電氣工程及其自動化專業(yè)、建筑電氣與智能化專業(yè)、新能源科學與工程等專業(yè)，校內(nèi)學生的城市供電和電力系統(tǒng)分析等課程實驗和綜合實驗、課程設計、畢業(yè)設計，校內(nèi)教師的科研工作，校外企業(yè)的員工培訓等。

3.2.3 風力發(fā)電與并網(wǎng)實驗室

實驗室建設面積為300m2，建設內(nèi)容包括：

（1）在現(xiàn)電氣工程學院實驗樓室外建設雙饋風力發(fā)電機組4～5臺套，組成小型風電場。將發(fā)出的電能通過電纜經(jīng)模擬箱式變電站升壓后，輸送到電氣工程學院實驗樓變配電實驗室。

（2）在現(xiàn)電氣工程學院實驗樓室內(nèi)建設具有無級可變風速及可任意連續(xù)可變風向的小型模擬風力源系統(tǒng)，與小型雙饋風力發(fā)電機構成實驗平臺。

（3）在現(xiàn)電氣工程學院實驗樓室內(nèi)用異步變頻電動機拖動雙饋風力發(fā)電機組成模擬實驗平臺。

該實驗平臺采用異步變頻拖動單元，寬范圍模擬風力發(fā)電機運行轉(zhuǎn)速，用戶可根據(jù)需要調(diào)節(jié)拖動單元轉(zhuǎn)速來達到模擬風速變化引起的發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化。通過開放式主控系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)自己的實驗需求給定發(fā)電機轉(zhuǎn)矩，通過變流系統(tǒng)控制雙饋發(fā)電機的功率輸出，達到變速恒頻風力機組的并網(wǎng)發(fā)電等過程各參數(shù)的實驗研究要求。

（4）建設大型風機縮比控制系統(tǒng)模擬實驗平臺，完成大型風力機控制系統(tǒng)的大部分控制過程的模擬實驗及運行過程模擬演示，真實復現(xiàn)樣機的機械結(jié)構、功能、控制流程，驗證整個傳動結(jié)構的配合效果、運行功能，減小MW級大型樣機研制風險。此平臺可用于本科生與研究生的實驗與教學演示用，也可用于對風電企業(yè)員工培訓，實現(xiàn)產(chǎn)學研合作。

可開主要實驗項目：

①室外風力發(fā)電機組與模擬風力源系統(tǒng)帶動的風力發(fā)電機組：風力場及風速測量實驗、風力場風能分布測量實驗、風力機偏航系統(tǒng)偏航實驗、風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)速調(diào)整和測試實驗、風力發(fā)電機組有功功率調(diào)整和測試實驗、風力發(fā)電機組開停機和并網(wǎng)實驗、風力發(fā)電機組液壓系統(tǒng)實驗、控制柜調(diào)整實驗、風力發(fā)電機組整機調(diào)試實驗、風力發(fā)電機組故障分析處理實驗等。

②室內(nèi)用異步變頻拖動單元拖動的雙饋風力發(fā)電機模擬實驗平臺：風力發(fā)電機接線形式實驗、空載運轉(zhuǎn)實驗、并網(wǎng)過程實驗（結(jié)合并網(wǎng)模塊）、并網(wǎng)連續(xù)運行實驗（結(jié)合并網(wǎng)模塊）、風速模擬實驗、轉(zhuǎn)距模擬實驗、發(fā)電功率模擬實驗、其他相關發(fā)電性能及測量實驗、脫網(wǎng)保護模擬實驗、控制策略模擬實驗等。

③大型風機縮比控制模擬系統(tǒng)實驗平臺：風向變化引發(fā)的風機偏航控制模擬實驗、機艙振動超限故障引發(fā)安全鏈動作模擬實驗、風機其他故障引發(fā)安全鏈動作模擬實驗、風機自檢和啟動動作模擬實驗、風機正常停機和緊急停機動作模擬實驗、其他可以模擬的I／O控制模擬實驗、系統(tǒng)控制編程模擬實驗、網(wǎng)絡功能遠程控制模擬實驗、風速檢測模擬實驗、風向檢測模擬實驗、變漿控制模擬實驗、變漿控制系統(tǒng)模擬跟蹤實驗等。

實驗項目服務面：本實驗室可服務于校內(nèi)電氣工程學科的電氣工程及其自動化、自動化、建筑電氣與樓宇智能化、新能源科學與工程等本科專業(yè)和相關專業(yè)學生的風力發(fā)電等課程實驗和綜合實驗、課程設計、畢業(yè)設計，校內(nèi)教師的科研工作，校外企業(yè)的員工培訓等。

3.2.4 光伏發(fā)電與并網(wǎng)實驗室

實驗室建設面積為100m2，建設內(nèi)容為：

（1）在現(xiàn)電氣工程學院實驗樓樓頂建設太陽能光伏板能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)4～5臺，成小型太陽能光伏板能量轉(zhuǎn)換電場。通過實驗室內(nèi)光伏能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和電纜經(jīng)模擬箱式變電站升壓后，輸送到電氣工程學院實驗樓變配電實驗室，與小型雙饋風力發(fā)電機構成風光互補發(fā)電實驗平臺。

（2）在現(xiàn)電氣工程學院實驗樓室內(nèi)建設太陽能電池板負載特性測試系統(tǒng)，與小型雙饋風力發(fā)電機構成風光互補發(fā)電實驗平臺。

（3）在現(xiàn)電氣工程學院實驗樓室內(nèi)建立相應模擬實驗平臺。

主要實驗項目：太陽能光伏板能量轉(zhuǎn)換綜合實驗、太陽能電池板負載特性測試實驗、環(huán)境對光伏轉(zhuǎn)換影響綜合實驗、太陽能電池光伏系統(tǒng)直接負載綜合實驗實訓、光伏控制器的工作原理實驗、控制器對蓄電池的過充保護綜合實驗、控制器對蓄電池的過放保護綜合實驗、太陽能光伏系統(tǒng)電器負載綜合實驗實訓、太陽能路燈的原理實驗、太陽能路燈接線綜合實驗實訓、太陽能路燈應用實驗、太陽能警示燈原理實驗、太陽能警示燈接線綜合實驗實訓、逆變電源的原理實驗、逆變電源的接線綜合實驗實訓等。

實驗項目服務面：本實驗室可服務于校內(nèi)電氣工程學科的電氣工程及其自動化、自動化、建筑電氣與樓宇智能化、新能源科學與工程等本科專業(yè)學生和相關專業(yè)學生的太陽能光伏發(fā)電等課程實驗和綜合實驗、課程設計、畢業(yè)設計，校內(nèi)教師的科研工作，校外企業(yè)的員工培訓等。

3.2.5 電網(wǎng)調(diào)度與監(jiān)控實驗室

實驗室建設面積為120m2，主要建設內(nèi)容包括：在現(xiàn)電氣工程學院實驗樓室內(nèi)建設電網(wǎng)調(diào)度模擬實驗系統(tǒng)、在現(xiàn)電氣工程學院實驗樓室內(nèi)建設電網(wǎng)監(jiān)控模擬實驗系統(tǒng)、在現(xiàn)電氣工程學院實驗樓室內(nèi)建設電網(wǎng)調(diào)度仿真模擬實驗系統(tǒng)。

主要實驗項目：本實驗室建成后可至少完成以下實驗項目：電力系統(tǒng)實時監(jiān)控、電力系統(tǒng)有功功率平衡和頻率調(diào)整實驗、電力系統(tǒng)無功功率平衡和頻率調(diào)整實驗、電網(wǎng)運行方式變化、電力網(wǎng)的電壓和功率分布實驗、電力系統(tǒng)調(diào)試運行實驗、電網(wǎng)調(diào)度仿真模擬實驗等。

實驗項目服務面：本實驗室可服務于校內(nèi)電氣工程及其自動化專業(yè)、建筑電氣與智能化專業(yè)、新能源科學與工程等專業(yè)學生的城市供電和工廠供電等課程實驗和綜合實驗、課程設計、畢業(yè)設計，校內(nèi)教師的科研工作，校外企業(yè)的員工培訓等。

4 結(jié)束語

電氣與新能源實驗教學示范中心建成后，將承擔電氣工程學院、信息工程學院的電氣工程及其自動化專業(yè)、自動化專業(yè)、建筑電氣與智能化專業(yè)、新能源專業(yè)、電子信息工程專業(yè)、計算機科學與技術專業(yè)的實踐環(huán)節(jié)教學任務，同時還承擔其他學院的部分專業(yè)實踐教學任務。實驗室管理體系調(diào)整并做到全面開放，可讓學生有更多的實踐機會，提高學生的動手能力和創(chuàng)新能力。建立省內(nèi)高校之間實驗室相互開放和教學資源共享機制，充分發(fā)揮我校新能源相關實驗室的優(yōu)勢，提高電氣工程與新能源綜合實驗中心的效益。實驗室可面向社會開放[11]，提倡有償使用儀器設備，還可為企業(yè)進行技術人才培養(yǎng)。將所收費用用于實驗室建設的再投入，不斷提高實驗室的建設規(guī)模和檔次，形成實驗室自身的良性循環(huán)。在完成實踐教學功能的基礎上進一步完善實驗中心的科研服務功能，為教師科研服務，為申請碩士點服務、為地方經(jīng)濟發(fā)展服務。

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