Разработка виртуальных лабораторных работ с использованием программного комплекса PSCAD для направления подготовки бакалавров «Электроэнергетика и электротехника»
Введение 3
1 Анализ функциональных возможностей ПО 5
1.1 Интерфейс программного комплекса 5
1.2 Методика создания моделей и проведения симуляции 14
2 Определение состава виртуальных лабораторных работ 16
2.1 Составление списка лабораторных работ 16
2.2 Анализ возможности реализации лабораторных работ и увеличения их
вариации выполнения 18
2.3 Возможная реализация и адаптация лабораторных работ 21
3 Разработка виртуальных лабораторных работ в программном комплексе
PSCAD 24
3.1 Реализация виртуальных лабораторных работ в программном комплексе
PSCAD 24
3.2 Разработка методических указания по виртуальным лабораторным
работам в программном комплексе PSCAD 83
Заключение 92
Список используемых источников 94
В современном мире преобладают цифровые технологии, которые требуют цифровых решений. К этому привел нас технологический процесс, который в 21 веке развивается в геометрической прогрессии.
Что же это означает. Рассмотрим энергетику, мы смело говорим, что старые методы расчета и проектирования можно использовать, и повсеместно используются. Но, конечно, прибегая к помощи различной вычислительной технике, но не в полной мере. Это приводит к тому, что ручной труд все еще остается в не малом количестве.
Что если использовать специальное программное обеспечение, которое позволяет уменьшить его. В результате это повысит эффективность труда инженеров, сократит не только трудовые, но и временные затраты на расчеты, натурное моделирование и испытания.
Конечно, уже сейчас идёт попытка использовать программные комплексы в обучении, но без правильно построенной программы она провалится.
Проблема в том, что овладеть ими сложно без полноценной программы, которой нет, а получить знания уже на работе можно только в том случае, если этого сильно захочет работодатель, что навряд ли из-за денежных и временных затрат на обучение.
В результате в данный момент вся программа обучения состоит из:
- Лекций, где студенты изучают теоретический материал,
- Практик, где студенты учатся решать самые разные задачи при помощи различных расчетов,
- Лабораторных работ, где студенты на лабораторных стендах наглядно изучают работу схем, оборудования, а также могут изучать физические и химические свойства материалов.
Это значит, что вся надежда остается лишь на обучение в университете и именно к этому необходимо стремиться, чтобы выпускник уже имел знания и с ними стал высококвалифицированным специалистом.
При этом данную программу можно использовать в дистанционной форме обучения, так как для работы необходим лишь компьютер, что является неоспоримым плюсом.
Это всё ставит главную цель магистерской работы, а именно внедрение программного комплекса PSCAD в программу обучения студентов по направлению подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника».
Чтобы добиться всего этого, необходимо выполнить ряд задач и подзадач:
1) Анализ функциональных возможностей программного обеспечения.
1.1) Интерфейс программного комплекса.
1.2) Методика создания моделей и проведения симуляции.
2) Определение состава виртуальных лабораторных работ.
2.1) Выбор из существующих лабораторных практикумов по направлению «Электроэнергетика и электротехника» работ, пригодных к реализации в программном комплексе PSCAD.
2.2) Адаптация лабораторных работ для реализации в программном комплексе PSCAD и увеличение вариативности исходных данных.
3) Разработка виртуальных лабораторных работ в программном комплексе PSCAD.
3.1) Реализация виртуальных лабораторных работ в программном комплексе PSCAD.
3.2) Разработка методических указания по виртуальным лабораторным работам в программном комплексе PSCAD.
Как видно из задач и цели, главным объектом магистерской работы является программный комплекс PSCAD.
Проведен анализ функциональных возможностей программного комплекса PSCAD.
Для начала изучен многофункциональный интерфейс, который даёт множество возможностей для работы с моделями и симуляциями.
Он состоит в общем из 6 разделов, рабочего стола и дополнительных 20 панелей для вывода полезной информации.
Затем изучена методика создания моделей и проведения симуляции.
В её основе заложены 6 режимов работы с моделями и рабочим местом.
Они позволяют создавать схемы, программировать математические вычисления, вывод данных определенным способом, редактировать внешний вид моделей с внешними и скрытыми параметрами, благодаря чему можно даже добавлять новые поля для данных, а также скрипты для задания какой-нибудь логической работы.
После этого определен базовый состав виртуальных лабораторных работ на основе существующих лабораторных работ на стендах.
Как правило, они рассчитаны на моделирование электрических машин переменного и постоянного тока, воздушных и кабельных линий, активной и реактивной нагрузки, а также программирование элементов через аналоговые сигналы. Взяты они из описаний экспериментов к лабораторным стендам:
- ЭЦПЕТ.001 РБЭ (902);
- ЭПУ.001 РБЭ (903);
- ЭМ.001 РБЭ (904);
- ЭП.001 РБЭ (905);
- МЭС.001 РБЭ (906);
- МКЭН.001 РБЭ (907);
- УРЭС.001 РБЭ (913).
На их основе выбрана база для создания основных лабораторных работ в программном комплексе PSCAD.
В конце проведена реализация различного оборудования в программном комплексе. Прописано создание таких элементов, как:
- трёхфазный источник,
- трёхобмоточный и двухобмоточный автотрансформатор,
- двухобмоточный трансформатор,
- воздушная и кабельная линии,
- шина подстанции,
- асинхронная и синхронная машины переменного тока,
- измерительные прибора и логика для передачи сигналов от них на графики,
- выключатели и логика для передачи сигналов на них от контроллеров,
- просто моделирование короткого замыкания.
Данные элементы понадобятся для выполнения лабораторных работ по моделированию энергосистемы, электрических машин переменного тока и коротких замыканий.
