“電力系統(tǒng)分析”實(shí)踐教學(xué)模式的探索與改革

龐玉

濟(jì)寧市技師學(xué)院 山東濟(jì)寧 272000

“電力系統(tǒng)分析”是電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)學(xué)生的必修課程，被學(xué)生普遍認(rèn)為是電力專業(yè)的四大難學(xué)課程之一，學(xué)生成績普遍較低、課程教學(xué)效果不理想。電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后大多會進(jìn)入電力相關(guān)企業(yè)，“電力系統(tǒng)分析”課程的相關(guān)內(nèi)容在學(xué)生的職業(yè)生涯中具有重要作用。如何提高“電力系統(tǒng)分析”課程的教學(xué)效果，一直是電力專業(yè)教學(xué)改革研究的內(nèi)容之一。

1 教學(xué)難點(diǎn)分析

（1）潮流計(jì)算。學(xué)生對潮流計(jì)算的求解過程不夠清晰，在牛頓法潮流計(jì)算中，對雅克比矩陣的作用及生成存在誤解，不清楚在潮流計(jì)算的每次迭代中都需要進(jìn)行雅克比矩陣的計(jì)算。（2）短路計(jì)算。短路計(jì)算分為對稱短路計(jì)算和不對稱短路計(jì)算。對于對稱短路計(jì)算，學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)化簡上存在困難；對于不對稱短路計(jì)算，學(xué)生對計(jì)算過程、零序網(wǎng)絡(luò)、邊界條件等基礎(chǔ)知識的掌握較差。（3）暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算。學(xué)生對等面積定則、臨界切除時(shí)間的理解存在困難，對故障前、故障時(shí)、故障清楚后系統(tǒng)各功角曲線的繪制及理解存在困難。

2 “電力系統(tǒng)分析”課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

課程設(shè)計(jì)是“電力系統(tǒng)分析”最重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，一般在期末“電力系統(tǒng)分析”課程結(jié)束后，設(shè)立單獨(dú)的電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)。教師會根據(jù)課程的主要內(nèi)容以及實(shí)際運(yùn)用，擬定一些題目，學(xué)生根據(jù)自己實(shí)際具備的知識結(jié)構(gòu)和能力水平自由選擇項(xiàng)目，但要求每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成的此項(xiàng)具有設(shè)計(jì)性的作業(yè)。課程設(shè)計(jì)的題目主要包括但不限于以下題目：（1）多電壓等級電力系統(tǒng)潮流計(jì)算及分析；（2）無功補(bǔ)償、調(diào)壓計(jì)算與分析；（3）電力系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算程序設(shè)計(jì)；（4）大規(guī)模系數(shù)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的存儲和運(yùn)算。不同的題目具體有不同的要求，例如：第（4）類大規(guī)模系數(shù)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的存儲和運(yùn)算是以IEEE14節(jié)點(diǎn)測試系統(tǒng)為對象，用C語言（不可用Matlab）編程實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的存儲、檢索和簡單運(yùn)算。要求在計(jì)算中應(yīng)用稀疏矩陣的存儲和運(yùn)算計(jì)算，盡可能少的占用內(nèi)存，且最大限度地提高運(yùn)算效率。通過此課程設(shè)計(jì)，可以使得學(xué)生進(jìn)一步加深對理論知識的理解，掌握數(shù)學(xué)建模的思路，提高編程能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生綜合素質(zhì)[1]。

3 實(shí)踐教學(xué)的改革

實(shí)踐是理論知識的理解和鞏固。目前，由于各種原因，我?！半娏ο到y(tǒng)分析”實(shí)踐環(huán)節(jié)較少。而應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)人才的最終目標(biāo)是以服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)為出發(fā)點(diǎn)，因此在講授基本理論的同時(shí)，也應(yīng)重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，豐富實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。第一，適當(dāng)增加參觀實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)。目前，我校電信學(xué)院與周邊的多個(gè)電力企業(yè)、供電局等簽訂了實(shí)踐教學(xué)基地協(xié)議，學(xué)生每年的認(rèn)知實(shí)習(xí)都會安排去某些單位參觀，然而認(rèn)知實(shí)習(xí)一般安排在大一第2學(xué)期，目的是為了讓學(xué)生對本專業(yè)有深入的了解，當(dāng)然會請專業(yè)的技術(shù)人員為學(xué)生講解，但大一的學(xué)生沒有專業(yè)知識功底，因此，對于這種專業(yè)的講解學(xué)生僅僅只是“聽一聽”。在“電力系統(tǒng)分析”授課過程中，有一部分知識與當(dāng)時(shí)認(rèn)知實(shí)習(xí)的參觀內(nèi)容相關(guān)，學(xué)生基本上已經(jīng)毫無印象?；谶@點(diǎn)考慮，可將參觀實(shí)習(xí)貫穿在“電力系統(tǒng)分析”課程中，針對某些教學(xué)內(nèi)容，安排相應(yīng)的參觀實(shí)習(xí)，了解理論知識在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用[2]。同時(shí)，通過參觀，學(xué)生也能夠?qū)Ρ緦I(yè)的工作環(huán)境進(jìn)行初步的了解。第二，增加仿真實(shí)踐環(huán)節(jié)。我?！半娏ο到y(tǒng)分析”課程的實(shí)踐教學(xué)為課程設(shè)計(jì)，工作量大，也不利于學(xué)生了解實(shí)際的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。因此，在課程設(shè)計(jì)過程中，除了要求學(xué)生通過編程完成設(shè)計(jì)要求外，為學(xué)生演示仿真軟件的使用，讓學(xué)生嘗試使用仿真軟件獲得結(jié)果。定期開放實(shí)驗(yàn)室，指導(dǎo)學(xué)生利用仿真軟件對實(shí)際電力系統(tǒng)的各種運(yùn)行工況進(jìn)行模擬仿真，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。目前，可供學(xué)生使用的仿真軟件為MATLAB和PSCAD，考慮到成本預(yù)算，實(shí)驗(yàn)室沒有安裝專門的電力系統(tǒng)分析軟件。不過，電氣專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室正在建設(shè)當(dāng)中，安裝專門的電力系統(tǒng)分析軟件在計(jì)劃之中。

4 DDRTS數(shù)字仿真平臺下的數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)

在此數(shù)字仿真平臺下，學(xué)生需要進(jìn)行電力系統(tǒng)運(yùn)行方式及潮流分析實(shí)驗(yàn)、電力系統(tǒng)橫向故障分析實(shí)驗(yàn)以及暫態(tài)穩(wěn)定分析實(shí)驗(yàn)。通過這些實(shí)驗(yàn)使得學(xué)生掌握電力系統(tǒng)主接線電路的建立方法，掌握輻射形網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算方法，掌握不同運(yùn)行方式下潮流分布的特點(diǎn);認(rèn)識電力系統(tǒng)各種短路現(xiàn)象，掌握各種短路故障的電壓電流分布特點(diǎn)，分析比較仿真運(yùn)算與手動運(yùn)算的區(qū)別;進(jìn)一步認(rèn)識電力系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)過程，學(xué)會繪制搖擺曲線，掌握影響電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的因素，掌握故障切除時(shí)間（角）對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響，掌握提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的方法[3]。

5 結(jié)語

通過對實(shí)際電網(wǎng)的模型構(gòu)建、參數(shù)歸算、仿真運(yùn)行、狀態(tài)分析、運(yùn)行控制等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，既能讓學(xué)生直觀、形象地理解電力系統(tǒng)這一復(fù)雜系統(tǒng)的運(yùn)行控制過程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，又能使學(xué)生掌握電力系統(tǒng)分析從物理模型到數(shù)學(xué)模型、從理論分析到工程應(yīng)用的全過程，提升學(xué)生解決工程復(fù)雜問題的能力和專業(yè)素養(yǎng)。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐性環(huán)節(jié)相比，借助工程實(shí)踐平臺和現(xiàn)代工具軟件實(shí)施的“綜合運(yùn)用專業(yè)知識解決電氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題”教學(xué)項(xiàng)目，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更符合課程教學(xué)目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐度，對培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決工程問題的培養(yǎng)目標(biāo)效果十分顯著。