實(shí)用型本科“電力系統(tǒng)分析”課程建設(shè)的實(shí)踐與探索

劉群英?劉起方?陳樹恒?張昌華

摘要：為了培養(yǎng)出更適應(yīng)我國電力系統(tǒng)發(fā)展新形勢(shì)下的專業(yè)技術(shù)人才，針對(duì)現(xiàn)代電力系統(tǒng)教育的要求以及教學(xué)過程中存在的問題，從課程的理論體系、教學(xué)模式、教學(xué)方法以及考核方式等方面對(duì)本科“電力系統(tǒng)分析”課程進(jìn)行改革探索，改進(jìn)教學(xué)效果，提高學(xué)生的理論分析能力和實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：實(shí)用型電力系統(tǒng)分析；課程建設(shè)；理論體系；課堂授課方式

中圖分類號(hào)：G643.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）36-0087-02

一、現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的新要求及教學(xué)中存在的問題

1.課程特點(diǎn)

近幾年來，智能電網(wǎng)成為世界電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)，我國電力系統(tǒng)將在世界智能電網(wǎng)定義的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身特色，建設(shè)具有中國特色的智能電網(wǎng)。在這樣的背景下，我國的電力系統(tǒng)由傳統(tǒng)的運(yùn)行控制階段逐漸進(jìn)入以智能控制、柔性交流技術(shù)以及 同步監(jiān)測(cè)階段，傳統(tǒng)的理論和技術(shù)逐漸不適應(yīng)新形勢(shì)下的電力系統(tǒng)發(fā)展，因此，國際先進(jìn)的仿真分析技術(shù)、控制理論技術(shù)、通信與測(cè)量技術(shù)將在我國稍微電力系統(tǒng)中得到新的發(fā)展與應(yīng)用，電力系統(tǒng)無論是新理論儲(chǔ)備還是國際化技術(shù)人才儲(chǔ)備，都面臨新的挑戰(zhàn)，作為電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)核心課程，電力系統(tǒng)分析的教學(xué)改革勢(shì)在必行[1，2]。

2.存在的問題

電力系統(tǒng)分析這門課程授課對(duì)象為電氣信息工程本科大二學(xué)生，課程以電力系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及理論為講授內(nèi)容，具有理論強(qiáng)、計(jì)算量大、內(nèi)容陳舊、概念抽象的特點(diǎn)；教學(xué)方法一向以老師課堂講授配合PPT展示為主，教學(xué)互動(dòng)較少，未能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性；在學(xué)習(xí)的效果上看，學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)的內(nèi)在特性、運(yùn)行機(jī)理及理論分析方法上，理解不夠，基礎(chǔ)不夠扎實(shí)；在實(shí)踐性方面，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力培養(yǎng)不夠，特別是獨(dú)立編程仿真分析能力，普遍沒能得到提高。因此，需要在教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上有所創(chuàng)新，形成新的課程教學(xué)體系，以適應(yīng)學(xué)生學(xué)以致用的創(chuàng)新能力培養(yǎng)[3]。本文擬從課程教學(xué)體系改革、教學(xué)改革的具體方式方面具體闡述改革思路。

二、課程教學(xué)體系改革思路

針對(duì)上述傳統(tǒng)電力系統(tǒng)教學(xué)體系存在的問題，我們提出了注重電力工程應(yīng)用為主的互動(dòng)型理論教學(xué)、實(shí)用型實(shí)踐教學(xué)、應(yīng)用型課程設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)型課程實(shí)習(xí)的四型教學(xué)體系?；?dòng)型理論教學(xué)，注重發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性，課堂上盡量讓學(xué)生提問，不漏掉小疑問，必要時(shí)，讓學(xué)生走上講臺(tái)，針對(duì)問題談?wù)撟约旱南敕?，提高學(xué)生分析問題解決問題的能力；實(shí)用型實(shí)踐教學(xué)，結(jié)合電力系統(tǒng)的具體實(shí)例，讓學(xué)生學(xué)習(xí)至少一個(gè)電力系統(tǒng)仿真軟件，如PSAT、PowerWorld等，自行設(shè)計(jì)系統(tǒng)故障條件，分析故障時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力；應(yīng)用型課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能夠自行設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單合理的電力系統(tǒng)，以便對(duì)電力系統(tǒng)形成完整的認(rèn)知概念；現(xiàn)場(chǎng)型課程實(shí)習(xí)，聯(lián)系電力公司，帶領(lǐng)學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)參觀至少一個(gè)發(fā)電站和一個(gè)變電站，將課堂理論學(xué)習(xí)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，由抽象走向具體，加深課堂理論學(xué)習(xí)效果。

四型課程教學(xué)體系注重理論基礎(chǔ)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，如圖1所示，由四個(gè)模塊組成，分為理論環(huán)節(jié)和實(shí)踐環(huán)節(jié)兩部分。模塊之間是相輔相承的關(guān)聯(lián)關(guān)系。互動(dòng)型理論教學(xué)是實(shí)用型理論教學(xué)的基礎(chǔ)，實(shí)用型理論教學(xué)可以進(jìn)一步加強(qiáng)互動(dòng)型理論教學(xué)效果。兩者為應(yīng)用型課程設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)型課程實(shí)習(xí)奠定理論基礎(chǔ)。現(xiàn)場(chǎng)型課程實(shí)習(xí)是應(yīng)用型課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，為應(yīng)用型課程設(shè)計(jì)提供實(shí)物認(rèn)知模型，應(yīng)用型課程設(shè)計(jì)加深現(xiàn)場(chǎng)型實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)的效果。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)型課程實(shí)習(xí)與應(yīng)用型課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)加強(qiáng)了理論學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的效果。理論教學(xué)環(huán)節(jié)按照加強(qiáng)基礎(chǔ)性和突出應(yīng)用性的教學(xué)內(nèi)容改革思路，本著教學(xué)內(nèi)容與當(dāng)前專業(yè)前沿技術(shù)相結(jié)合的原則，將教學(xué)內(nèi)容重新組合為三大板塊，包括電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、電力系統(tǒng)暫態(tài)分析和電力系統(tǒng)前沿理論和最新發(fā)展課題三部分內(nèi)容。電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析是暫態(tài)分析的基礎(chǔ)，兩者都支持和指導(dǎo)電力系統(tǒng)發(fā)展前沿課題及最新技術(shù)。其相互關(guān)系如圖2所示?；谶@樣的邏輯聯(lián)系，在電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)內(nèi)容傳授過程中，對(duì)應(yīng)補(bǔ)充電力系統(tǒng)發(fā)展前沿的內(nèi)容。

實(shí)踐環(huán)節(jié)根據(jù)突出能力培養(yǎng)、服務(wù)工程的教學(xué)目標(biāo)來改革教學(xué)內(nèi)容，將現(xiàn)場(chǎng)型課程實(shí)習(xí)和應(yīng)用型課程實(shí)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合，增加實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，針對(duì)部分理論方法，如暫態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析，要求學(xué)生自行采用仿真工具完成分析過程并給出不同系統(tǒng)條件下的分析結(jié)果。在此過程中，實(shí)行一對(duì)一考核模式，增加授課老師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)掌握程度的監(jiān)管力度。同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)型課程實(shí)習(xí)中，采用校企聯(lián)合培養(yǎng)的模式，聘請(qǐng)電氣企業(yè)的資深專業(yè)技術(shù)人員參與課程教學(xué)和實(shí)習(xí)。

三、教學(xué)改革的具體實(shí)現(xiàn)方式

1.教學(xué)模式改革

電力系統(tǒng)分析涉及的計(jì)算有潮流計(jì)算、短路計(jì)算和穩(wěn)定性計(jì)算，涉及的狀態(tài)分析有電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析構(gòu)成。穩(wěn)態(tài)分析主要內(nèi)容有線路、變壓器的參數(shù)和模型、網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算以及有功、無功對(duì)電壓和頻率的影響，主要針對(duì)系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下參數(shù)的計(jì)算分析，其計(jì)算有兩種方式：手算和計(jì)算機(jī)計(jì)算。電力系統(tǒng)暫態(tài)分析是對(duì)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)中主要參數(shù)的分析和計(jì)算以及系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析，內(nèi)容包括對(duì)稱和不對(duì)稱短路時(shí)參數(shù)的計(jì)算以及系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性分析。穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析這兩大體系構(gòu)成了電力系統(tǒng)分析的全部?jī)?nèi)容。

“電力系統(tǒng)系分析”課程具有理論性、工程性、實(shí)踐性和應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，其涉及內(nèi)容多、概念抽象的特點(diǎn)使得很多本科學(xué)生望而生畏。為此，我們將全部?jī)?nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合，提出了注重基本概念-注重課程實(shí)踐-注重課程創(chuàng)新的三注重課程教學(xué)模式。

（1）注重基本概念，主要針對(duì)電力系統(tǒng)的基本元器件模型構(gòu)建、電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定等基本問題展開，注重學(xué)生對(duì)基本理論和計(jì)算方法的學(xué)習(xí)和理解，通過學(xué)生自己做PPT來闡述基本概念的方式來加強(qiáng)對(duì)基本概念的學(xué)習(xí)和掌握。

（2）注重課程實(shí)踐，主要是學(xué)生對(duì)所學(xué)理論的應(yīng)用能力培養(yǎng)，針對(duì)重點(diǎn)的理論問題，如潮流計(jì)算，能夠采用牛頓拉夫遜算法，完成IEEE-30母線系統(tǒng)的潮流計(jì)算，并能準(zhǔn)確理解雅克比矩陣的處理。對(duì)于暫態(tài)穩(wěn)定性計(jì)算，要求至少會(huì)用Matlab或者PSAT等軟件中的一種完成三機(jī)以上規(guī)模系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性分析。

（3）注重案例分析，針對(duì)學(xué)生普遍反映電力系統(tǒng)分析課程理論較多、較為抽象的問題，對(duì)應(yīng)圖2所分的三大板塊內(nèi)容，分別給出具體的實(shí)例分析，如電力系統(tǒng)暫態(tài)分析，可例舉實(shí)際系統(tǒng)發(fā)生故障后的暫態(tài)變化過程，分析各狀態(tài)量的變化及其對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，用具體數(shù)據(jù)來驗(yàn)證，以此提高學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)基本理論的掌握。

（4）注重課程創(chuàng)新，即在強(qiáng)調(diào)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)理論的前提下，結(jié)合國際先進(jìn)理論技術(shù)的發(fā)展，將交叉學(xué)科的理論，如先進(jìn)的傳感器技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)和控制理論等引入電力系統(tǒng)，結(jié)合電力系統(tǒng)存在的老問題和剛出現(xiàn)的新問題，從理論入手，探索解決問題的新思路和新方法，解決方案最終在課程實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行驗(yàn)證，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新理論新技術(shù)的研究和探索習(xí)慣。

2.教學(xué)方法及考核方式改革

（1）教學(xué)方法改革。根據(jù)本課題組要求，我們以課堂教師講授為主，輔以現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、案例教學(xué)和討論式教學(xué)方式，將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用切實(shí)結(jié)合起來。教學(xué)手段采用多媒體教學(xué)與黑板教學(xué)結(jié)合的方式。另外，為了促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，開發(fā)多媒體網(wǎng)絡(luò)課件，實(shí)現(xiàn)了課程教學(xué)網(wǎng)絡(luò)化。

（2）考核方式改革。考核采用期末閉卷考試的方式，期末考試主要是針對(duì)理論學(xué)習(xí)部分，分值占60%。學(xué)生平時(shí)階段性的課程實(shí)踐環(huán)節(jié)有三次，每次分值占10%，共計(jì)30%。另外10%的分值是平時(shí)的綜合表現(xiàn)成績(jī)。關(guān)于平時(shí)的階段性課程實(shí)踐，如上機(jī)實(shí)驗(yàn)，采用一對(duì)一的考核方式，學(xué)生需要與教師面對(duì)面描述自己的程序編制及仿真計(jì)算過程。

四、結(jié)語

我校實(shí)用型電力系統(tǒng)分析課程教學(xué)體系改革方案從2010年開始，已經(jīng)實(shí)行了三屆，取得了如下成果：

（1）加深了學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論的理解，并培養(yǎng)了較強(qiáng)的實(shí)踐能力，畢業(yè)生的專業(yè)素養(yǎng)受到用人單位的好評(píng)；

（2）提高了本課程任課老師的教學(xué)水平，調(diào)動(dòng)了本課題組老師對(duì)電力系統(tǒng)分析課程教學(xué)改革研究的積極性；

（3）通過對(duì)“電力系統(tǒng)分析”這門課程進(jìn)行系列教學(xué)改革的探討，加強(qiáng)了電氣工程專業(yè)的學(xué)生對(duì)該課程的重視，對(duì)于進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)應(yīng)用型人才具有重要意義。

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（責(zé)任編輯：韓曉英）