网址：http://ee.bjtu.owvlab.net/virexp/znpd
从电力系统分析及智能电网等专业课教学需求出发，结合未来教学新形势、新方法的变化，北京交通大学电气工程学院电力工程系团队开发了“城市电气化交通系统高效用能虚拟仿真实验”平台。实验平台针对电力-交通系统的课程实践环节，采用线上虚拟仿真技术，使学生能够完成因成本和安全等原因难以完成的系统级实验，加深对相关知识点的认识和理解。
实验平台简介：
为响应中共中央提出的“碳达峰、碳中和”目标，从城市电气化交通系统综合能效提升方面促进能源消费的去碳化，许寅团队依托轨道交通电气化国家级特色专业，建设了城市电气化交通系统高效用能虚拟仿真实验平台。该平台将虚拟仿真实验与理论课程深度融合，突破时间与空间限制，打破课堂与实践壁垒，拓展实验深度与广度，将城市电气化交通系统高效用能工程场景通过虚拟仿真技术搬进课堂；秉承成果导向教育（OBE）理念，通过情景式、交互式、自主探索式及科研反哺式等教学方法，全方位的使学生对轨道交通能量回馈利用、电动汽车有序充电等实体实验无法开展的实验内容得以最大限度的感受介入、设计分析、拓展创新，便于学生自主学习、探究式学习和移动学习。培养了学生的实践能力和创新能力，填补了电气工程专业在城市电气化交通系统高效用能技术领域虚拟仿真实验教学的空白。
图 1 虚拟仿真实验平台网站
图2 虚拟仿真实验开始界面
图 3 虚拟仿真实验平台教学方法整体设计
实验平台内容：
城市电气化交通系统高效用能虚拟仿真实验项目包括设备认知、仿真搭建、轨道交通实验、电动汽车实验四个功能模块，四个模块彼此关联，设备认知和仿真搭建层次递进，共同支撑轨道交通实验和电动汽车实验。上述四个功能模块结合为完整的系统，软件安装于远程服务器，通过互联网为学生提供服务。下面简要介绍四个模块。
图4 实验模块选择界面
（1）设备认知模块
该模块对城市电气化交通系统构成设备的形态、参数及符号进行了充分展示，学生点击配电网的相关设备与元件，可对设备进行学习与辨识；点击轨道交通设备，可对地铁车组、有轨电车等设备进行认知；点击电动汽车设备，对不同电动汽车的特性、参数进行认知学习。
图5设备认知模块界面
（2）仿真搭建模块
该模块提供了城市电气化交通系统整体仿真模型搭建所需的典型虚拟元件，包括配电网、充电站以及轨道交通相关元件。学生可以在面板上构造电气连接图，输入各元件的参数值，并通过潮流计算来校验模型搭建的正确性，使学生对于城市电气化交通系统的结构与各构成部分有清晰的认识。
此外，该模块具备潮流计算功能，在搭建完成后可以通过计算得到所搭建整个网络的电压、电流、功率、功率流向等系统运行参数。
图6城市电气化交通系统搭建模块界面
（3）轨道交通实验模块
该模块以北京地铁运行为例，构建了地铁3D动画运行图，重现了城市轨道交通在低谷、正常、高峰时段不同限速下的典型运行场景；同时，结合2D仿真技术及后台算法，模拟了轨道交通正常运行和能量回收情景，以具体形象的动画展示了地铁列车匀速行驶、即将到站开始减速、到站停车、启动再次运行的能量流动情况，以同步更新的车辆速度、加速度、牵引功率、受电弓电压波形图使学生在开启能量回馈系统后感知系统整体耗能的变化。形象生动的动画演示加强了学生对实验的记忆，达到了提高学习效果的目的。
图7轨道交通实验界面
图8轨道交通能馈系统实验界面
（4）电动汽车实验模块
该模块是基于整体软硬件架构下的一个综合实验模块，提供了2D场景重现电动汽车充电场景，场景设计为多个交流充电桩和直流充电桩的充电站，其中部分充电桩带有车辆正在进行充电，部分充电桩空闲。首先，该模块可以以具体形象的动画展示电动汽车充电时的能量流动情况，加深对电动汽车充电场景的理解；其次，该模块可以基于所设置参数及所在区域用电负荷曲线绘制出一日内总充电功率、车辆充电功率等运行曲线，使学生可以直观的对比出有序/无序两种充电实验的差异，领会有序充电的重要意义。
图9电动汽车有序充电实验界面
图10 电动汽车充电桩设置界面
图11 电动汽车充电实验曲线图界面
本实验项目设置知识点答题考核环节，通过选择、填空等题目测试学生对城市电气化交通系统虚拟仿真实验中各个模块知识点的掌握程度。设置思考题简答讨论环节，引导学生针对配电网搭建模块、轨道交通模块、电动汽车模块中引出的思考题进行头脑风暴。输入并提交简要答案后，可通过平台查看其它同学的回答，以论坛的形式展开讨论。
图12 完成度考核界面
图13 思考题简答与讨论界面
实验平台项目团队：
顾问指导专家：和敬涵 王喜莲 王小君
项目负责教师：许寅
许寅，北京交通大学电气学院教授，博士生导师，现任人事处副处长、智慧能源研究中心副主任。分别于2008和2013年获得清华大学学士和博士学位；2013-2016年在美国华盛顿州立大学担任助理研究教授。
主讲本科专业基础课《电路（全英文）》，主持建设并主讲本科前沿专业课《智能电网》和研究生前沿专业课《能源系统优化》；主持新能源国际学院电路实验室和电气学院智能电网实验室建设；主持虚拟仿真实验项目《城市电气化交通系统高效用能虚拟仿真实验项目》建设；主持校级教改（含研究生教改）项目3项；致力于电气工程人才国际化培养，获北京市高等教育教学成果二等奖。
长期从事韧性电网、电力-交通融合、电力系统高性能仿真领域的研究工作。共发表学术论文90余篇，其中SCI收录论文40余篇，ESI高被引论文5篇；获中国电工技术学会科技进步一等奖、西藏自治区科学技术一等奖、日内瓦国际发明奖等奖励；获评中国电力科技优秀青年人才奖、IEEEPES（中国）优秀青年工程师奖，以及北京交通大学卓越百人、优秀青年教师、优秀主讲教师等荣誉。现担任《IEEETransactions on PowerSystems》《IEEEPower Engineering Letters》《IETSmartGrid》编委、《电力系统保护与控制》青年编委及《电气技术》编委；担任中国仿真学会综合能源系统数字孪生技术委员会副主任委员、北京电机工程学会科普工作委员会副主任委员、IEEE PES能源互联网韧性工作组主席、IEEEPES（中国）配电网保护与控制技术分委会副主席、IEEEPES（中国）分布式资源与配电规划技术分委会副主席等兼职。
主要开发团队：
吴翔宇，北京交通大学电气学院副教授。分别于2012和2017年获得浙江大学学士学位和清华大学博士学位；2017-2020年在北京交通大学担任师资博士后；2020年入选北京交通大学青年人才托举工程项目，聘为副教授。主要研究方向包括电力系统自动化、分布式控制等；发表学术论文18篇，其中SCI收录论文12篇，ESI高被引论文2篇；曾获中国电工技术学会科技进步一等奖、国网经济技术研究院有限公司科技进步二等奖等奖励。
教师个人网站：http://faculty.bjtu.edu.cn/9497/
刘曌，北京交通大学电气学院师资博士后。分别于2013和2020年获得北京工业大学学士学位和纽约州立大学宾汉姆顿分校博士学位；2020年至今在北京交通大学担任师资博士后。主要研究方向包括电力系统暂态稳定分析、人工智能在电力系统的应用等。
教师个人网站：http://faculty.bjtu.edu.cn/98930225/
王颖，北京交通大学电气学院师资博士后。分别于2014和2020年获得北京交通大学大学学士学位和博士学位；2020年至今在北京交通大学担任师资博士后。主要研究方向包括电力-交通耦合系统韧性、故障恢复等。
教师个人网站：http://faculty.bjtu.edu.cn/98930219/
