淺談電力系統(tǒng)分析實(shí)踐教學(xué)探索

摘 要：電力系統(tǒng)分析為電氣工程學(xué)科的重要組成部分，是電氣類有關(guān)專業(yè)學(xué)生的必修課程之一，為了使學(xué)生更好地掌握這門課程的專業(yè)知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣、提高專業(yè)實(shí)踐能力，提出通過搭建電力系統(tǒng)自動(dòng)化與監(jiān)控實(shí)踐平臺(tái)結(jié)合該課程完成實(shí)踐教學(xué)任務(wù)。論述了利用電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)踐平臺(tái)和電力系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)踐平臺(tái)與電力系統(tǒng)分析課程內(nèi)容相結(jié)合可開發(fā)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合學(xué)校的大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)開設(shè)相關(guān)課題研究。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析；電力系統(tǒng)自動(dòng)化與監(jiān)控實(shí)踐平臺(tái)；實(shí)踐教學(xué)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.181

0 引言

電力系統(tǒng)分析課程主要包含電力系統(tǒng)潮流分布計(jì)算、電力系統(tǒng)有功功率和頻率調(diào)整、電力系統(tǒng)無功功率和電壓調(diào)整、電力系統(tǒng)短路計(jì)算等內(nèi)容，為電氣工程學(xué)科的重要組成部分，是電氣類有關(guān)專業(yè)學(xué)生的必修課程之一，為了使學(xué)生更好地掌握這門課程的專業(yè)知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣、提高專業(yè)實(shí)踐能力，寧夏理工學(xué)院結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，搭建了電力系統(tǒng)實(shí)踐平臺(tái)。該實(shí)踐平臺(tái)綜合性強(qiáng)，要求學(xué)生掌握“工廠供電”、“電力系統(tǒng)分析”、“電氣控制技術(shù)”、“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”等相關(guān)課程知識(shí)。指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)課前要對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行操作和分析計(jì)算，確保實(shí)驗(yàn)安全和可靠，實(shí)驗(yàn)過程以學(xué)生動(dòng)手為主教師指導(dǎo)為輔共同完成實(shí)踐教學(xué)任務(wù)。由于屬于新建實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，缺乏相關(guān)專職實(shí)驗(yàn)管理和開發(fā)人員，目前僅開發(fā)了三個(gè)實(shí)驗(yàn)：發(fā)電機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)、同步發(fā)電機(jī)手動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)、單機(jī)帶負(fù)荷實(shí)驗(yàn)。需要結(jié)合電力系統(tǒng)分析課程內(nèi)容，開發(fā)相關(guān)實(shí)驗(yàn)和相關(guān)課題研究，將對(duì)電力系統(tǒng)分析實(shí)踐教學(xué)起到良好的促進(jìn)作用。

1 電力系統(tǒng)實(shí)踐平臺(tái)簡(jiǎn)介

電力系統(tǒng)實(shí)踐平臺(tái)由電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)踐平臺(tái)和電力系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)踐平臺(tái)兩部分構(gòu)成。

電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)踐平臺(tái)是一套可模擬發(fā)電過程、各種電力故障、有功和無功功率調(diào)整等功能的整合實(shí)驗(yàn)設(shè)備，反映了傳統(tǒng)發(fā)電廠電能從產(chǎn)生→升壓→傳輸→降壓→分配等完整的供電原理。該套實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括了原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制柜、實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)、三相可調(diào)負(fù)載箱和自耦調(diào)壓器。其中原動(dòng)機(jī)由一臺(tái)功率3KW、電壓400V、轉(zhuǎn)速1500rpm的直流發(fā)電機(jī)組成；三相同步發(fā)電機(jī)輸出功率2KW，功率因素0.8，電壓400V，轉(zhuǎn)速1500rpm，直流電動(dòng)機(jī)和同步發(fā)電機(jī)由聯(lián)軸器軟連接在一起；控制柜由測(cè)量?jī)x表單元、原動(dòng)機(jī)控制單元、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁單元、準(zhǔn)同期單元、外圍設(shè)備接口單元、電源單元組成；實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)由輸電線路單元、微機(jī)線路保護(hù)單元、控制方式選擇單元、監(jiān)測(cè)儀表單元、指示單元、設(shè)置單元和外圍設(shè)備接口單元組成；由15KVA自耦調(diào)壓器來擬無窮大系統(tǒng)；三相可調(diào)負(fù)載箱包括阻性負(fù)載和感性負(fù)載。

電力系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)踐平臺(tái)是一個(gè)集系統(tǒng)開放化、結(jié)構(gòu)微機(jī)化、監(jiān)控屏幕化、功能綜合化和電力潮流結(jié)構(gòu)多樣化為一體的綜合自動(dòng)化實(shí)踐平臺(tái)，主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)和模擬無窮大系統(tǒng)組成，與電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)踐平臺(tái)配合共同完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。該實(shí)踐平臺(tái)能夠面向院校新建課程體系，組建開放式實(shí)驗(yàn)室和培訓(xùn)中心，有利于提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力，為電氣類有關(guān)專業(yè)學(xué)生以后走向工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)和動(dòng)手能力。

2 電力系統(tǒng)實(shí)踐平臺(tái)與電力系統(tǒng)分析課程結(jié)合可開發(fā)的實(shí)驗(yàn)

電力系統(tǒng)分析課程主要包括電力系統(tǒng)潮流分布計(jì)算、電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整、電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整、電力系統(tǒng)三相短路的分析與計(jì)算、電力系統(tǒng)不對(duì)稱故障的分析與計(jì)算等部分。

根據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)踐平臺(tái)特點(diǎn)，結(jié)合電力系統(tǒng)分析課程內(nèi)容，通過電氣類教師實(shí)踐與論證最終可開發(fā)的實(shí)踐項(xiàng)目有：

（1）發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)；

（2）同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制實(shí)驗(yàn)，包括不同控制角對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電壓波形實(shí)驗(yàn)、典型方式下的同步發(fā)電機(jī)起勵(lì)實(shí)驗(yàn)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制方式及其相互切換實(shí)驗(yàn)、跳滅磁開關(guān)滅磁和逆變滅磁實(shí)驗(yàn)、伏赫限制實(shí)驗(yàn)、欠勵(lì)限制實(shí)驗(yàn)、同步發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)實(shí)驗(yàn)、調(diào)差實(shí)驗(yàn)、過勵(lì)磁限制實(shí)驗(yàn)；

（3）同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期并列運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，包括自動(dòng)準(zhǔn)同期條件測(cè)試實(shí)驗(yàn)、線性整步電壓形成（相敏環(huán)節(jié)）測(cè)試實(shí)驗(yàn)、壓差-頻差和相差閉鎖與整定實(shí)驗(yàn)、導(dǎo)前時(shí)間整定及測(cè)量方法實(shí)驗(yàn)、手動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)、半自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)、自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)；

（4）單機(jī)-無窮大系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式實(shí)驗(yàn)；

（5）電力系統(tǒng)功率特性和功率極限實(shí)驗(yàn)；

（6）電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)；

（7）單機(jī)帶負(fù)荷實(shí)驗(yàn)；

（8）同步發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)，包括同步發(fā)電機(jī)空載實(shí)驗(yàn)和短路實(shí)驗(yàn)、同步發(fā)電機(jī)V形曲線實(shí)驗(yàn)、同步發(fā)電機(jī)外特性實(shí)驗(yàn)。

3 課題研究與電力系統(tǒng)實(shí)踐平臺(tái)的結(jié)合

寧夏理工學(xué)院電氣類有關(guān)專業(yè)師生可根據(jù)THLZD-2型電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)踐平臺(tái)和THLDK-2 型電力系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)踐平臺(tái)的特點(diǎn)和現(xiàn)有設(shè)備，擬定出與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合的或者理論研究型的大學(xué)生創(chuàng)新性項(xiàng)目、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)或科研課題。如對(duì)電力系統(tǒng)三相不對(duì)稱短路電流的故障研究，可以通過該實(shí)踐平臺(tái)構(gòu)建與實(shí)際情況高度相似的模型進(jìn)行大量可行性研究實(shí)驗(yàn)，設(shè)置不同短路故障類型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；

另外，該實(shí)踐平臺(tái)可以針對(duì)學(xué)校新開設(shè)課程體系，創(chuàng)建開放式實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，即學(xué)生結(jié)合課堂理論知識(shí)、相關(guān)企業(yè)實(shí)踐和校內(nèi)實(shí)踐平臺(tái)來學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和技能，通過這種開放式實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，能夠提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力、專業(yè)綜合素質(zhì)和創(chuàng)新思維，打破傳統(tǒng)的只注重理論教學(xué)，輕實(shí)踐教學(xué)的模式，為電力行業(yè)培養(yǎng)更多 “有理想，有道德，懂技術(shù)，會(huì)管理”的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

4 結(jié)束語

為了讓學(xué)生更好地掌握電力系統(tǒng)分析課程的專業(yè)知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣、提高專業(yè)實(shí)踐能力，本文提出通過與電力系統(tǒng)實(shí)踐平臺(tái)相結(jié)合，開發(fā)相關(guān)實(shí)踐項(xiàng)目。電氣類有關(guān)專業(yè)師生也可結(jié)合該實(shí)踐平臺(tái)資源，進(jìn)行大學(xué)生創(chuàng)新性項(xiàng)目實(shí)踐、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，以及教師的科研項(xiàng)目研究工作。

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作者簡(jiǎn)介：張建剛（1980-），男，寧夏石嘴山人，碩士，助教，教師，研究方向：電力系統(tǒng)自動(dòng)化。