基于工程教育認證的《電力系統(tǒng)分析》課程教學(xué)探索

柳晶晶

摘要：《電力系統(tǒng)分析》是電力系統(tǒng)自動化方向的主要專業(yè)課，在課程體系中發(fā)揮著“承前啟后”的作用，有著兼具理論性和工程性的特點。在以培養(yǎng)目標為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心的教育理念驅(qū)動下，本文從理論教學(xué)和實踐教學(xué)兩方面入手，討論《電力系統(tǒng)分析》課程基于工程教育認證標準的教學(xué)改革。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析；培養(yǎng)目標；工程教育認證

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）19-0102-02

一、前言

工程教育認證作為高等教育認證的重要組成部分，屬于專業(yè)認證，是由專業(yè)性認證機構(gòu)（協(xié)會）組織工程技術(shù)專業(yè)領(lǐng)域的教育界學(xué)術(shù)專家和相關(guān)行業(yè)的技術(shù)專家，以該行業(yè)工程技術(shù)從業(yè)人員應(yīng)具備的職業(yè)資格為要求，對工程技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)專業(yè)的工程教育質(zhì)量進行評價、認可并提出改進意見的過程[1]。

我校的電氣工程及其自動化專業(yè)的綜合改革是以工程教育認證工作來引領(lǐng)的，旨在培養(yǎng)能夠從事與電氣工程有關(guān)的裝備制造、系統(tǒng)運行、自動控制、信息處理、試驗分析、電力電子等技術(shù)開發(fā)以及計算機應(yīng)用等領(lǐng)域工作的寬口徑復(fù)合型工程技術(shù)與管理人才。通過模塊化課程體系有效地推進培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求的實現(xiàn)。

《電力系統(tǒng)分析》是電力系統(tǒng)自動化模塊的主要專業(yè)課，占據(jù)整個模塊課總學(xué)分的1/3。該課程作為《電路基礎(chǔ)》、《電磁場》和《電機學(xué)》等先導(dǎo)課程的延續(xù)以及《電力系統(tǒng)繼電保護原理》、《發(fā)電廠電氣部分》、《電力系統(tǒng)調(diào)度》和《高電壓技術(shù)》等后續(xù)課程的基礎(chǔ)，發(fā)揮著“承前啟后”的作用，有著兼具理論性和工程性的特點。該課程的目標定位為：要求學(xué)生掌握電力系統(tǒng)的基本內(nèi)容和基本概念；熟悉電力系統(tǒng)的基本運行方式和調(diào)節(jié)方法；熟練掌握電力系統(tǒng)的基本分析和計算方法；掌握電力系統(tǒng)各種故障及其分析方法；了解電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，為培養(yǎng)高素質(zhì)的電力工程技術(shù)人才奠定堅實的基礎(chǔ)。

在以培養(yǎng)目標為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心的教育理念驅(qū)動下，本文從理論教學(xué)和實踐教學(xué)兩方面入手，討論《電力系統(tǒng)分析》課程基于工程教育認證標準的教學(xué)改革。

二、教學(xué)內(nèi)容、方式和方法的探索

（一）教學(xué)內(nèi)容的合理配置

《電力系統(tǒng)分析》主要包括電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析兩部分。重點講述電力系統(tǒng)的三大常規(guī)計算，即潮流計算、短路計算和穩(wěn)定性計算，這也是本門課程的重點難點所在。其中，穩(wěn)態(tài)分析部分的電網(wǎng)等值電路、電壓降落和功率損耗是潮流計算的基礎(chǔ)，電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制是潮流計算的應(yīng)用。暫態(tài)分析部分的同步電機的數(shù)學(xué)模型是基礎(chǔ)，其電磁暫態(tài)過程主要針對故障分析時的短路計算，機電暫態(tài)過程主要針對穩(wěn)定性計算[2]。

在教學(xué)過程中，三大計算自然要重點講述，但是其中的計算機算法部分可以適當壓縮學(xué)時，因為相應(yīng)的課程實驗、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計部分會有針對三大計算的具體上機操作。而相應(yīng)的基礎(chǔ)知識部分則需要仔細講解，尤其是部分同學(xué)《電路基礎(chǔ)》和《電機學(xué)》掌握的比較薄弱，基礎(chǔ)知識部分如果進度過快，會導(dǎo)致后邊的三大計算根本無法理解和掌握。

《電力系統(tǒng)分析》除了具有較強的理論性，還有一定的工程性。根據(jù)已就業(yè)同學(xué)的信息反饋，在教學(xué)過程中，應(yīng)適當?shù)匾雮€別工程實例以及目前的電力系統(tǒng)新技術(shù)專題，讓學(xué)生能將所學(xué)的理論知識和實際的工程聯(lián)系起來，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣和動力。

（二）教學(xué)方式的多元化

該門課程的理論性較強，教學(xué)方式仍以多媒體和板書結(jié)合的教師講解為主。然而課程中涉及到大量的計算，需要習(xí)題（作業(yè)、課堂討論和課堂測驗）來支撐。由于作業(yè)是在課下完成的，不可避免地出現(xiàn)部分同學(xué)互相抄襲的現(xiàn)象，導(dǎo)致不能通過作業(yè)來準確地反映出學(xué)生對知識的掌握情況。課堂討論和測驗的方式，一來可以方便教師準確地觀察學(xué)生的真實水平，二來通過學(xué)生到講臺上講解習(xí)題，提高學(xué)生課堂的參與度，便于學(xué)生自己找出彼此間的差距，活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

除了上述傳統(tǒng)的課堂教學(xué)之外，還可以通過網(wǎng)絡(luò)課程的形式，將課程相關(guān)的電子資源分享給學(xué)生，并通過網(wǎng)絡(luò)論壇的形式，開展課程內(nèi)容的相關(guān)討論。

（三）教學(xué)方法的靈活性

《電力系統(tǒng)分析》中有一些比較難以理解的章節(jié)，需要采用較為靈活的教學(xué)方法來授課。比如，同步電機突然三相短路分析這一節(jié)，涉及的內(nèi)容較多，既有電機方程，又有短路電流計算，看起來十分復(fù)雜，尤其對一部分數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不好的同學(xué)，看到這些復(fù)雜的公式會直接望而卻步。因此，教學(xué)過程中不應(yīng)該側(cè)重具體的公式推導(dǎo)，而應(yīng)該先從基本思路著手，和之前學(xué)過的較為基礎(chǔ)的電路知識進行類比講解。比如：把“短路前”和“短路后”看成電路中動態(tài)電路的“換路前”和“換路后”；短路電流的計算方法和“三要素”法相類比，即分別求出起始值、穩(wěn)態(tài)值和直流、交流分量的衰減時間常數(shù)，帶入“三要素”法的表達式中，得出短路電流的計算公式。這樣，學(xué)生先從整體思路上有一個清晰的框架，然后，再針對每一部分進行具體的數(shù)學(xué)計算，就不會產(chǎn)生思路不清的困擾。

三、實踐教學(xué)的探索

如前所述，該門課程具有一定的工程性，需要相應(yīng)的課程實驗、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和實習(xí)等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，這樣才能使本專業(yè)的畢業(yè)生達到相應(yīng)的培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求。

（一）基于PSASP的課程實驗[3]

課程實驗設(shè)置的主要目標是通過實驗，培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗技能，加深對電力系統(tǒng)的理解，學(xué)生利用仿真平臺完成電力系統(tǒng)參數(shù)的錄入、潮流計算、短路計算、功率特性和功率極限等實驗，初步掌握電力系統(tǒng)的基本分析方法，加強對電力系統(tǒng)分析知識的掌握能力。

上述目標通過讓學(xué)生使用PSASP（電力系統(tǒng)分析綜合程序）軟件，在本專業(yè)的電力系統(tǒng)仿真實驗室完成電力系統(tǒng)潮流計算仿真、電力系統(tǒng)的短路計算仿真、單機—無窮大系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行方式和電力系統(tǒng)功率特性和功率極限等實驗。學(xué)生通過上機實驗，能夠基本掌握電力系統(tǒng)的分析方法，甚至個別同學(xué)還在使用PSASP的同時，使用MATLAB軟件實現(xiàn)相關(guān)的潮流和短路計算[4]，并對兩種結(jié)果進行比較分析。

（二）課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計

該門課程的課程設(shè)計是用單獨的一周時間來完成的，具體分配了3個設(shè)計題目，由學(xué)生自由分組和選題。主要是希望學(xué)生通過開展課程設(shè)計鍛煉解決實際工程問題的基本能力（查閱資料、工程問題的數(shù)學(xué)計算和分析、報告的撰寫及團隊合作）。

課程設(shè)計題目的選取來源于相關(guān)的科研項目，以潮流計算和短路計算為核心的相關(guān)工程性問題。主要考察對手算潮流和短路計算基本方法以及計算機潮流和短路計算的掌握情況。具體分組為2人一組，組員過多，會導(dǎo)致個別組員實際承擔的工作過少；一人獨立完成，時間不夠充裕。因此，2人一組可以較好地分配工作和保證課程設(shè)計的順利完成。

課程設(shè)計的驗收工作以現(xiàn)場答辯的方式來完成，答辯成績占總成績的40%。指導(dǎo)老師會針對每組提交的設(shè)計報告，提出2～3個問題，同時要求現(xiàn)場演示計算機仿真過程，并根據(jù)具體情況，提出1～2個問題，如果超出3個問題回答不正確，則視為課程設(shè)計不通過。答辯過程中，選擇同一題目的小組之間可以互相提問和評價，該環(huán)節(jié)占答辯成績的20%。這樣有利于學(xué)生加深對設(shè)計題目的理解和認識，同時找出設(shè)計過程中的不足以及同他人之間的差距。

畢業(yè)設(shè)計安排在大四的下學(xué)期，除了《電力系統(tǒng)分析》，其他相關(guān)的專業(yè)課程學(xué)生都已經(jīng)選修完畢，具有一定的綜合運用電力系統(tǒng)相關(guān)知識的能力。設(shè)計題目來源于科研項目中的小項目，以鍛煉學(xué)生開展項目研究的能力。

畢業(yè)設(shè)計比之課程設(shè)計，題目要復(fù)雜得多，是對整個大學(xué)期間所學(xué)相關(guān)專業(yè)知識的整體驗收?！峨娏ο到y(tǒng)分析》所學(xué)相關(guān)知識作為畢業(yè)設(shè)計題目的核心內(nèi)容，是對該課程教學(xué)效果的另一種驗收形式。相比考試而言，能更加有效地檢驗畢業(yè)生是否具備了培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求中羅列的基本能力。

（三）實習(xí)環(huán)節(jié)

課程相關(guān)的認識實習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)由于電力行業(yè)的特殊性，使得學(xué)生只能在變電站和發(fā)電廠進行參觀，而不能進行具體地操作。這個過程中就需要帶隊的教師能夠在參觀前和參觀過程中對所學(xué)知識的具體應(yīng)用進行講解，以提高實習(xí)的效果。

通過學(xué)生對實習(xí)的反饋情況來看，大家對實習(xí)單位的興趣比較大，在具體參觀過程中，對電力設(shè)備和電力系統(tǒng)接線和運行方式的認識得到了加深，使原來僅停留在原理圖和結(jié)構(gòu)圖上的電力系統(tǒng)形象化。同時，學(xué)生對畢業(yè)后所能從事的工作有了一定的了解，更能激發(fā)相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)興趣。

四、結(jié)語

通過以上教學(xué)內(nèi)容、方式和方法的探索，使學(xué)生能更易于理解和掌握本門課程的理論知識，而實踐教學(xué)的具體開展，則通過課程實驗、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和實習(xí)環(huán)節(jié)來確保學(xué)生將所學(xué)的理論知識用以分析和解決具體的工程性問題，更好地達到本課程的培養(yǎng)目標，從而自下而上地支撐本專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)要求，使培養(yǎng)出的學(xué)生成為電氣工程相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)合型工程技術(shù)與管理人才。

參考文獻：

[1]林健.工程教育認證與工程教育改革和發(fā)展[J].高等工程教育研究，2015，（02）：15-19.

[2]夏道止.電力系統(tǒng)分析[M].第二版.北京：中國電力出版社，2015.

[3]鐘慧榮，蔣秀潔.PSASP在電力系統(tǒng)分析實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2008，（06）：72-75.

[4]徐敏，彭瑜.MATLAB在《電力系統(tǒng)分析》教學(xué)中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2010，（03）：152-155.