電力系統(tǒng)分析課程教學(xué)體系的探索與實(shí)踐

劉志嘉

（鄂爾多斯應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 內(nèi)蒙古·鄂爾多斯 017000）

0 前言

應(yīng)用技術(shù)型本科院校，是指以應(yīng)用技術(shù)類型為辦學(xué)定位，注重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用實(shí)踐能力的高等院校。針對應(yīng)用型本科院校的特點(diǎn)，以電力系統(tǒng)分析課程及相關(guān)實(shí)踐課程為對象，探索以實(shí)踐教學(xué)為主體，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的具有應(yīng)用型本科特色的電力系統(tǒng)分析課程的教學(xué)體系是非常必要的。本人自2019年以來，一直從事一線教學(xué)工作，并且自2019年以來一直講授《電力系統(tǒng)分析》《電力系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)》《電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)》等幾門課程，目前已完成兩輪的授課。通過兩輪的授課，一方面充分體會到這幾門課程對于學(xué)生來說屬于難度較高的課程，另一方面也發(fā)現(xiàn)這幾門課程作為支撐本專業(yè)的核心課程對學(xué)生具有非常重要的意義。為了提高教學(xué)質(zhì)量，本文以本校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的核心課程《電力系統(tǒng)分析》為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合與本門課程相配套的《電力系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)》《電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)》等課程，探索上述幾門課程的相互關(guān)系，結(jié)合實(shí)際進(jìn)行了一次教學(xué)改革的探索。同時(shí)，將上述幾門課程與認(rèn)知實(shí)習(xí)及電力系統(tǒng)仿真教學(xué)相結(jié)合，完成了一個(gè)相對較為完整的以《電力系統(tǒng)分析》課程為核心的教學(xué)體系的建設(shè)。

1 課程體系的探索與實(shí)踐

電力系統(tǒng)分析課程體系主要包含理論課程，實(shí)踐教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)等幾部分。理論課程即電力系統(tǒng)分析課程，是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的核心課。實(shí)踐課程即認(rèn)知實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)等課程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)包括電力系統(tǒng)仿真及電力系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)等。圖1清晰的表明了電力系統(tǒng)分析課程體系包含的內(nèi)容，及相互的關(guān)系。由于電力系統(tǒng)分析理論課程內(nèi)容課程內(nèi)容涉及面廣，專業(yè)術(shù)語多，工程性強(qiáng)，公式多，計(jì)算量大等，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程時(shí)會遇到較大的困難。因此，需要將電力系統(tǒng)分析課程作為一個(gè)課程體系進(jìn)行建設(shè)，降低學(xué)生學(xué)習(xí)的困難，同時(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式，以理論教學(xué)指導(dǎo)實(shí)踐教學(xué)，以實(shí)踐教學(xué)促進(jìn)理論學(xué)習(xí)，兩者相結(jié)合，使學(xué)生既有理論知識基礎(chǔ)，也具備一定的實(shí)踐能力，為培養(yǎng)復(fù)合型電氣工程領(lǐng)域人才提供良好的契機(jī)，同時(shí)也能為學(xué)生今后走向工作崗位，解決實(shí)際問題時(shí)提供充足的理論知識。

圖1：電力系統(tǒng)分析課程體系

為建設(shè)電力系統(tǒng)分析課程體系，主要進(jìn)行以下幾方面的探索與實(shí)踐：

1.1 通過認(rèn)知實(shí)習(xí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

俗話說得好紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。大學(xué)生普遍存在的問題是缺少實(shí)踐的機(jī)會。學(xué)生們學(xué)習(xí)了很多理論知識，卻不能夠運(yùn)用到實(shí)處，因此缺乏對理論的學(xué)習(xí)興趣。通過認(rèn)知實(shí)習(xí)可以有效提高學(xué)生對理論知識的理解，同時(shí)提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向主動(dòng)學(xué)習(xí)。本學(xué)期我院19級電氣專業(yè)的學(xué)生去鄂爾多斯周邊的發(fā)電廠、變電站進(jìn)行的認(rèn)知實(shí)習(xí)，通過實(shí)習(xí)令學(xué)生對電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電有了充分的了解，同時(shí)也了解了發(fā)電廠、變電站的運(yùn)行方式，為后續(xù)電力系統(tǒng)分析課程的學(xué)習(xí)奠定了一定的基礎(chǔ)。為后續(xù)理論課程的開展提供良好的開端。

1.2 在課程導(dǎo)入環(huán)節(jié)引入圖片、視頻等多媒體教學(xué)輔助手段，幫助學(xué)生理解問題

從認(rèn)知的角度講，人對圖片、視頻等信息的理解要比簡單的文字性描述更加深刻。因此相對于枯燥、乏味的文字性的描述，在課程中加入一些圖片、視頻等素材，對于學(xué)生理解問題更有幫助。例如，對于電力系統(tǒng)分析課程來說，推導(dǎo)輸電線路、變壓器、發(fā)電機(jī)等的數(shù)學(xué)模型，是本門課程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，而增加圖片素材可以使學(xué)生對發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路這些電力設(shè)備先有一個(gè)形象的認(rèn)知，為后續(xù)這些電氣設(shè)備數(shù)學(xué)模型教學(xué)的展開提供了良好的開端。同時(shí)通過圖片、視頻學(xué)生也對所學(xué)習(xí)的內(nèi)容有了更加深刻的印象。通過一些實(shí)物案例的展示，對理論的講述也帶來了一定的便利。

1.3 錄制微課對重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容如發(fā)電機(jī)、變壓器等數(shù)學(xué)模型的建立，潮流計(jì)算等進(jìn)行重點(diǎn)講授

大學(xué)課堂由于學(xué)時(shí)的限制，大部分內(nèi)容一般只講一遍，一些重點(diǎn)、難點(diǎn)問題，基礎(chǔ)較差的學(xué)生在課堂上一般是難以完全理解的，而老師由于教學(xué)任務(wù)本身就比較重，因此也難以抽出時(shí)間進(jìn)行專門的答疑。當(dāng)今各種教學(xué)輔助的APP的發(fā)展令這類問題可以很好的解決。依據(jù)課堂上學(xué)生普遍反映的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題，將其錄制成微課，發(fā)布到APP上，學(xué)生不會的時(shí)候可以反復(fù)觀看，這樣不僅解放了老師的精力，同時(shí)也提升了教學(xué)效果，起到了雙贏的目的。

1.4 運(yùn)用課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，促進(jìn)電力系統(tǒng)分析理論課程的學(xué)習(xí)

電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是以變電站設(shè)計(jì)、線路潮流計(jì)算、線路模型計(jì)算等作為課題的一門實(shí)踐課程。老師提出3到5個(gè)課題，根據(jù)班級容量，進(jìn)行分組，每組成員人數(shù)以3-5人為宜。同時(shí)作為課程設(shè)計(jì)，由于課堂容量較大，有可能分組較多，如超過課題的數(shù)量可以通過修改數(shù)據(jù)的方法，防止各組之間抄襲。以環(huán)網(wǎng)潮流計(jì)算為例，本課程設(shè)計(jì)是針對一個(gè)簡單的3節(jié)點(diǎn)環(huán)網(wǎng)進(jìn)行的一個(gè)潮流計(jì)算的題目，下圖為3節(jié)點(diǎn)環(huán)網(wǎng)潮流計(jì)算的數(shù)據(jù)，可以通過修改各個(gè)節(jié)點(diǎn)的功率以及各個(gè)支路的阻抗，對每個(gè)選擇改題目的小組下發(fā)一組不同的數(shù)據(jù)，這樣就可以有效的防止各組之間互相抄襲的問題。本課題需要學(xué)生通過手算的方式和計(jì)算機(jī)算法相結(jié)合的方法來完成整個(gè)潮流計(jì)算。

圖2：3節(jié)點(diǎn)環(huán)網(wǎng)潮流計(jì)算

本題目的潮流計(jì)算具體步驟如下：

（1）將環(huán)網(wǎng)從1點(diǎn)拆開變?yōu)殡p端供電網(wǎng)絡(luò)。

（2）計(jì)算功率的大致分布，以便得到功率分點(diǎn)的信息。

（3）找到功率分點(diǎn)后，在功率分點(diǎn)處將其分成兩段。

（4）計(jì)算線路損耗的功率。

（5）計(jì)算線路上的壓降。

（6）最后得到各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓和功率的分布（如需精確結(jié)果則需要進(jìn)行迭代計(jì)算）。

從上述過程來看，本課程設(shè)計(jì)計(jì)算量較大，并且需要綜合運(yùn)用電力系統(tǒng)分析當(dāng)中學(xué)到的知識，在運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行潮流計(jì)算中還需要對編程知識有比較深入的了解。因此，通過本課程設(shè)計(jì)可以令學(xué)生得到比較綜合的鍛煉。一方面通過課程設(shè)計(jì)提高了學(xué)生對電力系統(tǒng)分析中核心部分的潮流計(jì)算加深了理解，另一方面，通過課程設(shè)計(jì)也使學(xué)生編程能力有了一定的提升。學(xué)生從課程設(shè)計(jì)當(dāng)中不僅可以了解潮流計(jì)算的核心，而且也更加直觀的了解了環(huán)網(wǎng)潮流計(jì)算中的要點(diǎn)和難點(diǎn)，促進(jìn)了對電力系統(tǒng)分析理論課程的學(xué)習(xí)和掌握。

1.5 充分利用仿真平臺和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力

應(yīng)用型本科院校更注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，因此我校對實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)非常重視，在實(shí)驗(yàn)室投入方面也非常巨大，我院自2017年招收第一批電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)本科生以來，投入了大量的資金，購置的電力系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺可以完成諸如一機(jī)—無窮大系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式實(shí)驗(yàn)、單機(jī)帶負(fù)荷實(shí)驗(yàn)、電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)等諸多實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)可以令學(xué)生了解實(shí)際電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，掌握電力系統(tǒng)運(yùn)行的規(guī)律，提前感受電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中可能遇到的問題以及這些問題的解決方法。同時(shí)，運(yùn)用仿真平臺如MATLAB、PSASP、PSCAD等仿真軟件，運(yùn)用現(xiàn)代仿真平臺可以以較小代價(jià)，完成諸如潮流計(jì)算，短路電流計(jì)算等課題的研究。

2 總結(jié)

總之，對于應(yīng)用型本科院校電力系統(tǒng)分析課程體系的建設(shè)還在進(jìn)行之中，通過本課程體系的建設(shè)不僅為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程如電力系統(tǒng)繼電保護(hù)，工廠供電，發(fā)電廠電氣部分等專業(yè)課打下良好的基礎(chǔ)。同時(shí)也為學(xué)生走上相關(guān)工作崗位后擁有良好的專業(yè)素質(zhì)，提升就業(yè)競爭力提供了有利的條件。對于電力系統(tǒng)分析課程體系目前尚處于摸索階段，今后，還需要結(jié)合企業(yè)的實(shí)際需求，對教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)過程進(jìn)行更加細(xì)致的改革與探索。