基于虛擬軟件平臺的電力系統(tǒng)分析課程研究

朱婷婷 張慧娥

[摘? ? ? ? ? ?要]? 由于虛擬技術(shù)的提高，圍繞電氣工程行業(yè)崗位需求，通過分析虛擬軟件平臺對于電力系統(tǒng)分析課程學(xué)習(xí)的必要性，采用理論+實踐即虛實結(jié)合的教學(xué)模式，按照能力提升和知識的內(nèi)化理解規(guī)律，實現(xiàn)基于虛擬軟件平臺的模塊化教學(xué)模式設(shè)計，進而滿足崗位需求。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 電力系統(tǒng)分析;虛擬軟件;教學(xué)設(shè)計;崗位需求

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）11-0156-02

一、引言

電力系統(tǒng)分析是電氣工程相關(guān)專業(yè)的核心課程，培養(yǎng)從事本行業(yè)的工程技術(shù)人才具有電力系統(tǒng)建模能力，針對實際電網(wǎng)具備會基本潮流計算并進行穩(wěn)態(tài)分析，可提出關(guān)于實際穩(wěn)態(tài)運行的電壓及頻率調(diào)整措施，基于短路電流計算進行各類故障分析、基于暫態(tài)分析為電力系統(tǒng)可靠運行提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)等[1-2]。此外，面對現(xiàn)代電網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展，基于數(shù)據(jù)處理及虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)行業(yè)的數(shù)據(jù)爆炸式增長體現(xiàn)出數(shù)據(jù)平臺輔助分析的重要作用，數(shù)據(jù)的挖掘及模擬仿真對電網(wǎng)的評估及穩(wěn)定運行可提供科學(xué)的決策依據(jù)[3]。面對行業(yè)對人才需求的變化，尤其針對應(yīng)用型本科高校，需掌握行業(yè)所需求的系統(tǒng)化的專業(yè)知識并且具備熟練使用常用工程技術(shù)虛擬仿真分析平臺的能力，并根據(jù)平臺得出關(guān)于電力穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)運行的科學(xué)調(diào)控措施[4]。

針對電網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)分析課程的能力目標和知識目標不再是單一地掌握某項知識，而是結(jié)合項目實際融合課程知識綜合建模、潮流計算及短路電流計算、虛擬仿真分析、理論與實踐相統(tǒng)一的復(fù)合電力系統(tǒng)綜合能力目標，面對當(dāng)前人才需求，需在課程學(xué)習(xí)過程中充分利用校企合作平臺[5]，結(jié)合目前電網(wǎng)使用廣泛的虛擬仿真平臺，面對本地區(qū)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和電網(wǎng)運行特點改變傳統(tǒng)“紙筆”的授課方式和教學(xué)模式，基于行業(yè)相關(guān)的虛擬仿真技術(shù)，實現(xiàn)虛實結(jié)合的學(xué)習(xí)方式和考核過程，實現(xiàn)崗位需求的課程人才培養(yǎng)目標，適應(yīng)電力系統(tǒng)的行業(yè)需求變化。

二、電力系統(tǒng)分析課程虛實結(jié)合研究的必要性

（一）實現(xiàn)課程目標的有效途徑

電力系統(tǒng)分析課程作為電氣工程相關(guān)專業(yè)課程體系非常重要的核心課程，是電路等專業(yè)基礎(chǔ)課的具體背景應(yīng)用實現(xiàn)，實現(xiàn)電氣主系統(tǒng)分析和運行的進一步量化分析，為今后學(xué)習(xí)繼電保護等課程提供分析方法，因此，在課程體系中具有重要地位，而本課程的學(xué)習(xí)目標在于采用電力系統(tǒng)分析的相關(guān)計算和分析方法應(yīng)用于實際電力系統(tǒng)的相關(guān)領(lǐng)域，因此，基于虛擬仿真技術(shù)平臺結(jié)合課程實踐及實習(xí)等過程，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用本課程知識解決電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行、故障分析及調(diào)度決策等實際問題。

（二）理論結(jié)合實踐的必要手段

本課程包含大量的數(shù)學(xué)計算，具有一定抽象性和復(fù)雜性，單一地采用板書或PPT進行學(xué)習(xí)[6]，學(xué)生很難將短路電流計算和潮流計算運用到解決某一個問題上，并且將課程的重點放在計算過程本身而不是對計算結(jié)果的分析與應(yīng)用，并不適合于應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)目標，且不能實現(xiàn)理論與實踐的有效統(tǒng)一，因此將仿真軟件的引入作為實現(xiàn)理論聯(lián)系實踐的有效手段。

（三）應(yīng)對課程學(xué)習(xí)空間和時間限制的新方法

傳統(tǒng)的教育方式是基于面對面形式以固定時間和地點展開，而為實現(xiàn)教育全過程的目標，該方式存在時間和空間的限制。隨著技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真軟技術(shù)及現(xiàn)代線上課堂平臺都給予了解決這一問題的新方法，尤其是面對本課程，對某一實際電力系統(tǒng)進行完整的潮流計算和各種故障分析計算，并基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)分析，只利用課堂的面對面或者課后作業(yè)以“紙筆”的具體方式無法實現(xiàn)，因此，課堂只能將知識分解，沒有將知識間的具體聯(lián)系以完整的方式進行融會貫通，而虛擬仿真平臺可基于課堂建立模型的基本計算方法，通過計算機實現(xiàn)某一實際電力系統(tǒng)的完整分析，并且采用更多的線上交流方式可使學(xué)習(xí)過程的時間和空間更加靈活。

（四）校企深度合作的具體實現(xiàn)方式

人才的培養(yǎng)基于行業(yè)的需求，企業(yè)需參與人才培養(yǎng)的全過程，從人才培養(yǎng)方案的制訂、課程目標的確定及具體教學(xué)過程的參與，可體現(xiàn)在課堂及實踐的具體實施過程中，本課程基于企業(yè)的人才培養(yǎng)能力和知識目標對應(yīng)課程知識、能力和素質(zhì)目標，培養(yǎng)具有大國工匠精神的能根據(jù)實際電力系統(tǒng)實現(xiàn)具體潮流計算和不同故障類型的短路電流計算，可對電力系統(tǒng)提出具體的分析策略，面對問題具有求真務(wù)實和嚴謹求真的科學(xué)態(tài)度[7]，并對今后從事的行業(yè)具有服務(wù)社會、兢兢業(yè)業(yè)的價值導(dǎo)向。知識目標的實現(xiàn)需要企業(yè)提供電網(wǎng)的實際案例和項目，使課程落在實處，能力目標需要理論和實踐相結(jié)合，而實踐仿真平臺對于企業(yè)和學(xué)校是統(tǒng)一的、結(jié)合實際的，而基于課程的理論和實踐利用仿真平臺實現(xiàn)遠程教育和現(xiàn)場實習(xí)保障課程可實現(xiàn)行業(yè)定位的素質(zhì)目標，因此，本課程采用“虛實結(jié)合”是校企深度合作的具體實現(xiàn)方式，體現(xiàn)在本課程的教學(xué)全過程如圖1所示。

三、基于虛擬仿真平臺的課程教學(xué)模式設(shè)計

電力系統(tǒng)分析為解決電力系統(tǒng)暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)運行提供基本的計算和分析，其課程目標的實現(xiàn)需應(yīng)用到不同情況運行的電力系統(tǒng)中，而實際分析的過程中往往需要以基本理論為依據(jù)反復(fù)演練與輸出，傳統(tǒng)教學(xué)采用枯燥的手算實現(xiàn)復(fù)雜的計算過程，該過程利用課堂時間往往一節(jié)課難以以系統(tǒng)的項目完成一個完整的實例分析，而學(xué)生在復(fù)雜的計算結(jié)束后不能基于計算應(yīng)用到實際電力系統(tǒng)的運行分析中，而針對本課程教師教學(xué)模式或?qū)W生學(xué)習(xí)過程應(yīng)以電氣系統(tǒng)為工程應(yīng)用背景，培養(yǎng)本專業(yè)學(xué)生系統(tǒng)分析設(shè)計及解決實際工程問題的能力，包括利用計算機仿真輔助分析的能力以及對實際系統(tǒng)優(yōu)化的能力，因此，本文提出基于由簡單到復(fù)雜的項目進行知識重構(gòu)，通過理論知識與虛擬仿真平臺相結(jié)合的課程教學(xué)模式，如圖2所示。

（一）課程實施基本過程

針對課程特點，本課程的學(xué)習(xí)目標重點在于對實際電力系統(tǒng)相關(guān)分析的具體應(yīng)用，因此，課程首先依據(jù)崗位需求制訂課程總的課程目標，并基于課程目標結(jié)合具體工程項目進行分解，按照知識的難易程度，打破傳統(tǒng)以知識體系實現(xiàn)課程學(xué)習(xí)的過程，而根據(jù)知識的難易程度和能力的復(fù)雜程度將課程分為四個模塊，其中模塊一包含電力系統(tǒng)分析的基本知識、電力系統(tǒng)概念及各個元件的基本數(shù)學(xué)模型等，模塊二基于第一模塊的知識進行知識復(fù)雜化，進一步提高能力，增加采用有名值和標幺值進行參數(shù)歸算，既鞏固了上一模塊的知識和能力，也為下一模塊的實施奠定基礎(chǔ)，通過這一方式確定第三模塊和第四模塊，基于此實現(xiàn)本課程理論+實踐的模塊化課程實施過程。

（二）課程考核方式

課程的考核可以直接反映課程的學(xué)習(xí)效果，是否達到崗位所需求的相關(guān)目標，僅采用期末考試的結(jié)果性考核方式無法獲得知識學(xué)習(xí)的過程[8-10]，不能得出學(xué)生學(xué)習(xí)過程的具體數(shù)據(jù)和效果，因此，針對應(yīng)用型本科高校要注重能力培養(yǎng)，需改變課程的考核方式。本課程對每一模塊的相關(guān)知識和能力采用理論測試和軟件實操兩種方式，確定學(xué)生可實現(xiàn)每一階段的課程目標，從而實現(xiàn)總體課程目標。

四、結(jié)語

面對現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，教師應(yīng)與企業(yè)建立實體鏈接，善于利用先進的虛擬技術(shù)平臺使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程由理論向?qū)嵺`轉(zhuǎn)化，由知識向能力轉(zhuǎn)化，使課程的學(xué)習(xí)為今后的崗位需求服務(wù)。

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編輯 司 楠