“電力系統(tǒng)分析”教學改革研究及實踐

趙興勇?趙艷秋

摘要：為了應(yīng)對現(xiàn)代工程教育的發(fā)展，更好地適應(yīng)社會及企業(yè)對專業(yè)人才的需求，從課程理論體系構(gòu)建、實驗環(huán)節(jié)強化、考評方式優(yōu)化等幾方面對“電力系統(tǒng)分析”課程進行了探索和改革。實踐證明該課程改革教學效果良好，學生的綜合素質(zhì)得到有效提高，為其他工程專業(yè)課程改革提供了借鑒經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；專題討論；綜合實驗

作者簡介：趙興勇（1965-），男，山西太原人，山西大學工程學院，教授；趙艷秋（1964-），女，山西太原人，山西大學工程學院，工程師。（山西 太原 030013）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）05-0063-02

大學教學改革是大學教學發(fā)展的最主要途徑，[1]課程改革是大學教學改革的核心環(huán)節(jié)。山西大學工程學院（以下簡稱“本?！保┳鳛榈胤綉?yīng)用型大學，其人才特征和培養(yǎng)模式要適應(yīng)地方經(jīng)濟社會的需要。圍繞山西綜合改革實驗區(qū)的建設(shè)和山西電網(wǎng)中長期規(guī)劃，本校開展對涉電專業(yè)課程教學改革，其中“電力系統(tǒng)分析”是首門試點課程。它是本校電氣工程及其自動化專業(yè)的必修課，由電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、電力系統(tǒng)暫態(tài)分析和實驗課組成。學生對該課程的掌握程度直接影響其后續(xù)課程的學習及今后的就業(yè)和工作。

隨著現(xiàn)代電子計算機技術(shù)、信息通訊技術(shù)及控制技術(shù)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)也發(fā)生了巨大的變化，許多新原理、新技術(shù)廣泛應(yīng)用于電力企業(yè)，與此對應(yīng)的電力系統(tǒng)學科也發(fā)生了變化，原有的學科體系與現(xiàn)代人才培養(yǎng)目標存在較大差異，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代電力工程教育發(fā)展的要求。[2]

為此，筆者從理論教學體系和實踐環(huán)節(jié)等幾方面，對“電力系統(tǒng)分析”課程進行了一系列有益的探索和研究，以加強學生理論知識水平和實踐動手能力。

一、“電力系統(tǒng)分析”課程現(xiàn)狀分析

“電力系統(tǒng)分析”課程理論性較強，內(nèi)容豐富、抽象，公式繁多，客觀上使學生不易理解和掌握；另外還存在如下主要問題，使學生在校所學的知識技能不能適應(yīng)實際工作。

部分知識陳舊，目前的教學內(nèi)容大多處于上世紀90年代水平，而近十多年來是電力系統(tǒng)發(fā)展最快的時期之一，現(xiàn)在的教學內(nèi)容沒有很好地反映這些變化；課程內(nèi)容安排不太合理，部分知識點在邏輯上有不連貫之處；教學手段比較機械單一，多媒體技術(shù)應(yīng)用不廣或效果較差，難以吸引學生的注意力，學生學習興趣不高；電力系統(tǒng)企業(yè)廠網(wǎng)分家，發(fā)輸分離，市場化等改革及學校實習經(jīng)費的減少，使學生現(xiàn)場實習的機會更少，實踐環(huán)節(jié)被嚴重弱化，[3]認識實習、專業(yè)實習流于形式，難以達到理想的效果。

二、理論課程體系構(gòu)建

1.優(yōu)化課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu)

根據(jù)本校培養(yǎng)應(yīng)用型高級人才的目標，課程以知識面為單元，理論課緊湊、系統(tǒng)化，體現(xiàn)小而精的思路，各單元之間既相互獨立，又相互聯(lián)系，本課程組將“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”和“電力系統(tǒng)暫態(tài)分析”兩門課程共計118學時壓縮到72學時；將“電路”、“電機學”等基礎(chǔ)課程安排在前一學期完成，按照潮流計算、調(diào)頻調(diào)壓、短路分析、故障計算、穩(wěn)定性分析等次序安排章節(jié)，刪減前期課程學過的內(nèi)容。例如：“電路”課程講過的導(dǎo)納矩陣的計算機形成及修改，“電機學”學過的電機等效模型及電壓磁鏈方程等內(nèi)容，去除無功補償裝置手工整定等工程經(jīng)驗性強、應(yīng)用性差的內(nèi)容。

課程組還補充了近十幾年來電力系統(tǒng)專業(yè)的新理論、新方法、新技術(shù)等成果，以體現(xiàn)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的實際情況。例如，在介紹新能源發(fā)電中，補充了高滲透率下大規(guī)模風電場接入電網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響；風光互補對提高新能源并網(wǎng)穩(wěn)定性等；電力市場環(huán)境下電力系統(tǒng)經(jīng)濟性分析；智能微電網(wǎng)的運行與控制策略；特高壓交直流輸電概述等內(nèi)容。

同時，根據(jù)實際情況，不定時請行業(yè)知名專家舉辦講座，介紹電力系統(tǒng)的新發(fā)展及典型案例等。例如，8.14美加大停電、國家電網(wǎng)“十二五”規(guī)劃解讀、印度7.30-31東北部大停電等，講座提高了學生的學習興趣，強化了專業(yè)教育，擴展了專業(yè)背景，深受學生的歡迎，收到了很好的效果。

2.多種教學方法綜合應(yīng)用

“電力系統(tǒng)分析”課程中大部分內(nèi)容是很多年來形成的成熟知識，具有很強的工程性，邏輯性相對較弱，對此，筆者在教學中進行了如下幾方面的改革：

（1）打破傳統(tǒng)的單向授課方式，與學生適當互動。筆者針對每堂課的內(nèi)容，在上課前，為學生提出2～3個經(jīng)過精心準備的問題，鼓勵學生帶著問題聽課，積極主動思考，并進行少量的問答討論，讓其在積極的氣氛中學習，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和自主學習興趣。

（2）采用相似教學法，易于學生理解。將抽象難懂的問題轉(zhuǎn)換成學生熟悉的事物，進行相似性變換講解，這樣對學生理解難點非常有幫助。例如：將電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定問題類比為多匹馬共拉一輛車的情況；無功變換類比為彈簧伸縮問題等，這些都給學生留下深刻的印象。

（3）采用先進的教學手段。筆者利用現(xiàn)代先進的計算機和豐富的信息資源，制作了大量生動的多媒體課件，極大提高了學生的學習興趣及學習效率，豐富了教學內(nèi)容。

本校組織教學經(jīng)驗豐富的教師、計算機水平較高的教師和學生代表，從各種資源庫中找到的彩色實物圖片和相關(guān)視頻，制成多套動畫及ppt，將原理、控制過程與實物結(jié)合起來一起講解，使電力系統(tǒng)難以理解的概念、原理、控制過程等形象化。例如：講解PARK變換時，將abc軸系與dq0軸系各向量之間的關(guān)系用形象的動畫表達出來，使原來需要用30分鐘講解的內(nèi)容縮短到15分鐘，而且過程清楚形象，學生容易理解。

三、實踐環(huán)節(jié)設(shè)計

充分利用先進的實驗室資源，加強學生對概念、原理等的理解，更好地了解和掌握電力系統(tǒng)現(xiàn)場運行情況。

1.進行綜合性實驗

在以往的實驗課中，大部分是驗證性實驗，內(nèi)容比較單調(diào)、機械。本校從2010年開始，利用中央財政支持地方高校建設(shè)資金建立了電網(wǎng)綜合自動化實驗室，購買了PSASP，PSCAD/EMTDC等電力系統(tǒng)分析軟件，豐富了實驗資源。電網(wǎng)綜合自動化實驗室有3臺發(fā)電機，可以模擬多個電壓等級的開、閉環(huán)系統(tǒng)，可以進行電力系統(tǒng)要求的相關(guān)實驗，實驗教師設(shè)置故障及異常，學生根據(jù)現(xiàn)象分析問題，解決問題；或者教師提出具體要求，學生根據(jù)要求設(shè)計電路，觀測實驗現(xiàn)象，教師進行指導(dǎo)評價，在整個實驗過程中，學生自己動手，充分發(fā)揮他們的能動性，有利于培養(yǎng)他們的工程素養(yǎng)。

2.優(yōu)化實驗內(nèi)容

教師應(yīng)從實際電力系統(tǒng)的特點及“電力系統(tǒng)分析”課程的特點出發(fā)科學安排實驗內(nèi)容，從簡單到復(fù)雜開設(shè)實驗，具體順序為：系統(tǒng)潮流分析、發(fā)電機運行方式改變、電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定分析、切負荷、電力系統(tǒng)短路分析、故障分析等。

3.將科研成果轉(zhuǎn)化為實驗資源

多年來，課程組教師們承擔了大量的省級縱向研究課題及山西電力公司等企業(yè)橫向項目，取得一定的科研成果并將它們應(yīng)用到實驗中。例如，電壓型SVC補償裝置研究，獲得山西省科技進步二等獎，利用此項目改進了調(diào)壓實驗；特高壓操作過電壓柔性限制措施研究，獲得山西電力公司科技進步三等獎，利用該項目成果開設(shè)電力系統(tǒng)過電壓仿真實驗，同時為研究生進行科研創(chuàng)造了一定的條件；通過山西省科技重大專項“風力發(fā)電機組遠程監(jiān)控和故障診斷”，建立了微電網(wǎng)實驗平臺，并開設(shè)了微電網(wǎng)運行與控制方法實驗。這些都豐富了實驗內(nèi)容，強化了與電力系統(tǒng)實際工程的結(jié)合。引導(dǎo)學生通過觀測實驗數(shù)據(jù)和分析現(xiàn)象，進行機理分析，緊密與理論課相結(jié)合，極大調(diào)動了學生自己動手的積極性，收到了良好的效果。

四、實施方案及應(yīng)用情況

經(jīng)過兩年多的研究，本課程組的改革方案已于2010年在電氣工程及其自動化專業(yè)本科生中開始實施，從改革之初就受到學校和系兩級領(lǐng)導(dǎo)的高度重視，得到山西省特色專業(yè)建設(shè)項目資助，并且“電力系統(tǒng)分析”已成為校級精品課程。

整個課程的考評由筆試、專題討論和實驗三部分組成，所占比例分別為40%、30%和30%。筆試根據(jù)教學大綱進行。專題討論的題目提前兩周給出，論題的主要內(nèi)容包括：電力系統(tǒng)無功補償、特高壓輸電過電壓限制措施、潮流計算機算法等。學生充分利用課外時間，廣泛閱讀、討論和思考，培養(yǎng)他們進行科學研究的基本素質(zhì)，最后教師根據(jù)學生撰寫的研究報告及小組答辯情況給出成績。實驗部分以綜合實驗為主，教師根據(jù)學生在實驗中的表現(xiàn)及最后提交的實驗報告確定成績。

該方案實施兩年多來，受到學生的普遍歡迎和學校的認可。由學校相關(guān)部門組織，對本校2010級、2009級電專業(yè)各30個隨機抽查的學生進行的綜合測試中，2010級學生的合格率達到89%，高出2009級近十個百分點，這表明該課改方案教學效果非常明顯。它同時也成為學校教學改革的典型，在本校動力工程系、自動化系等工科類系推廣。

五、結(jié)論

圍繞培養(yǎng)應(yīng)用型高級人才的目標，課程組對“電力系統(tǒng)分析”課程在教學內(nèi)容、結(jié)構(gòu)、實踐及考評方式等方面進行了較大地改革。該方案優(yōu)化了理論教學，增加了實踐環(huán)節(jié)，使學生的綜合能力得到提升，得到師生的普遍認同，更加適應(yīng)現(xiàn)代電力工程教育的發(fā)展趨勢。

參考文獻：

[1]肖念，對中國大學教學改革邏輯的思考[J].中國大學教學，

2012，（7）.

[2]孫宏斌，孫元章，陳永亭，等.優(yōu)化理論課程 強化實踐環(huán)節(jié)——電力系統(tǒng)本科專業(yè)課改革[J].中國大學教學，2006，（4）.

[3]楊德先，陸繼明.電力系統(tǒng)綜合實驗原理與指導(dǎo)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

（責任編輯：宋秀麗）