孟祥俠 李永

摘要：“電力系統(tǒng)分析”課程是電氣工程及其自動化專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。隨著計算機控制技術(shù)、電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和在電力系統(tǒng)中的應用，電力系統(tǒng)分析課程的教學內(nèi)容越來越豐富，但隨著專業(yè)設(shè)置的改革，電力系統(tǒng)分析課程的課時卻在減少。本文通過對該課程教學內(nèi)容、教學方法、教學手段以及考核方式等進行調(diào)整，調(diào)動了學生的學習積極性，對提高教學質(zhì)量，培養(yǎng)寬口徑、應用能力強的復合型人才具有重要意義。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析;教學改革;PSASP仿真軟件;考核方式

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）32-0067-02

“電力系統(tǒng)分析”是電氣工程及其自動化專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在電力系統(tǒng)知識體系中起承上啟下的作用。該課程內(nèi)容涉及電路、電機學、電力電子技術(shù)以及控制理論等方面的知識，又是電氣工程后續(xù)專業(yè)課電力系統(tǒng)自動化、繼電保護原理、高電壓技術(shù)等相關(guān)課程的理論基礎(chǔ)，學好這門課程是電氣工程及其自動化專業(yè)學生的關(guān)鍵。

該課程有兩大明顯特點：一是理論綜合性強;二是具有明顯的工程特點，研究對象為實際的電力系統(tǒng)。因此，對初學者來說，具有一定的難度。目前，隨著計算機控制系統(tǒng)以及電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和在電力系統(tǒng)中的引入、應用，電力系統(tǒng)分析課程的教學內(nèi)容越來越豐富，而隨著專業(yè)設(shè)置的改革，電力系統(tǒng)分析課程的課時卻在減少，因此有必要對該課程的教學內(nèi)容、方法、手段、實踐環(huán)節(jié)以及考核方式等方面進行改革以適應新形勢下的教學要求。

一、適度調(diào)整教學內(nèi)容—簡化純公式推導，重視物理概念

“電力系統(tǒng)分析“課程的教學內(nèi)容可以劃分為如圖1所示。對于穩(wěn)態(tài)分析中的電力系統(tǒng)各元件特性和數(shù)學模型一章，公式推導較多，特別是電力線路的電抗、電納參數(shù)，容易使學生陷入到繁雜的公式推導中。因此，教師在講授此部分內(nèi)容時，應盡量簡化這種公式的推導，重視物理概念。比如以電抗為例，推倒過程中應該使學生抓住主線：，當線路通過電流時，將在導線周圍產(chǎn)生磁場，再結(jié)合電路中電、磁公式，將宏觀思想交代給大家，然后再進行具體公式推導，這樣，學生就容易接受多了。在結(jié)論公式中，強調(diào)Dm、r實際代表的物理意義以及對電抗的影響。而對于電納參數(shù)，不必再做詳細推導，只需幾分鐘時間將推導思想交代給學生，要求學生記住結(jié)論公式以及其中符號所代表的物理意義，重點是學會應用。

對于穩(wěn)態(tài)分析中的牛頓——拉夫遜潮流計算方法，始終是學生的一個難點。在講授此內(nèi)容前，首先應該讓學生知道電力系統(tǒng)正常運行情況下哪些量是已知量，哪些量是未知量，以便學生能夠方便地判斷各節(jié)點類型，然后再考慮建立方程組，這樣學生就容易理解。

在講授有功功率和頻率調(diào)整部分，應該讓學生逐步建立起這樣一個概念：頻率f是有功功率是否平衡的指示器。當發(fā)電機所發(fā)的總功率大于負荷吸收的總功率時，;相反，當發(fā)電機所發(fā)的總功率小于負荷吸收的總功率時，;當發(fā)電機所發(fā)的總功率正好等于負荷吸收的總功率時，。同理，在講授無功功率和電壓調(diào)整部分時，也應該讓學生建立起電壓是無功功率是否平衡的指示器。

電力系統(tǒng)暫態(tài)分析可以分為短路計算和穩(wěn)定性計算兩大部分。短路計算部分不管是對稱故障還是不對稱故障，都是電路思想。而穩(wěn)定性計算則是系統(tǒng)思想，重點應放在小干擾穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定分析以及提高穩(wěn)定性的措施方面。

二、教學方法、教學手段的改進

1.配合多媒體

多媒體教學以其信息量大、傳播速度快、直觀效果強的特點，在高校的很多課程中取得了顯著的效果。但對于理論性強、公式多、概念較抽象的電力系統(tǒng)分析課程來說，如果完全使用多媒體教學，效果卻大相徑庭。目前在一部分高校中，電力系統(tǒng)分析課程是不允許使用多媒體的，而有些高校則全部使用多媒體，這兩種現(xiàn)象都是不對的，正確的方法應是適當?shù)呐浜隙嗝襟w教學。

“電力系統(tǒng)分析”課程中電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀、電力線路結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)接線圖、實物圖，如發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖等，以及一些比較直觀的概念，如頻率過高或過低對電力系統(tǒng)的影響等部分，比較適合使用多媒體。而對于理論性強、公式多、概念較抽象的部分則適合使用傳統(tǒng)的板書，比如，潮流計算部分，公式多、理論性強，就不適合使用多媒體。

2.結(jié)合PSASP仿真軟件

“電力系統(tǒng)分析”課程中潮流計算、短路計算和穩(wěn)定性計算三大部分是該課程的重點，由于其理論性強、公式多，對于初學者來說，較難理解透徹。根據(jù)筆者的教學經(jīng)驗，對于這三部分，如果能在正常的講授過程中，結(jié)合PSASP仿真軟件給學生課堂演示，并要求學生課下到仿真實驗室自己做實例仿真，效果事半功倍。

PSASP（Power System Analysis Software Package） 是中國電科院研制的電力系統(tǒng)仿真軟件，它可以進行潮流、短路、暫態(tài)穩(wěn)定、繼電保護等多種計算?，F(xiàn)以WSCC-9節(jié)點系統(tǒng)為例，在講授潮流計算部分的節(jié)點分類以及潮流計算過程后，利用PSASP軟件給學生課堂演示、強化概念。比如在潮流計算前，發(fā)電機1設(shè)為平衡節(jié)點（電壓幅值為1.04）、發(fā)電機2為PV節(jié)點（電壓幅值為1.025）、母線STNC-230上的負荷設(shè)為PQ節(jié)點，基準功率取為100MVA。

潮流計算后的結(jié)果如圖2所示，發(fā)電機2發(fā)出的有功功率P=165MW，電壓，P、U均不變，即PV節(jié)點;母線STNC-230上的負荷P、Q均不變，即PQ節(jié)點;發(fā)電機1發(fā)出的功率，發(fā)電機1是平衡節(jié)點，在潮流計算前有功和無功功率均未知，潮流計算結(jié)果經(jīng)驗證，P1、Q1正好與系統(tǒng)的負荷以及網(wǎng)絡損耗相平衡，即為平衡節(jié)點。這種演示講解，容易使學生更好地理解、接受。

對于短路計算、穩(wěn)定性計算，可以做類似的處理。通過觀察短路計算結(jié)果，可以使學生一目了然地看到各支路短路電流的大小，以及各節(jié)點的電壓分布。而對于暫態(tài)穩(wěn)定計算，結(jié)果更直觀，從曲線圖上不僅可以看到各時刻的運行狀態(tài)，而且可以直接判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。

3.重視學科交叉性

“電力系統(tǒng)分析”是一門相對較難的課程，涉及相關(guān)學科的內(nèi)容較多，因此，教師應重視與相關(guān)學科的聯(lián)系。比如柔性交流輸電部分，與電力電子聯(lián)系緊密，教師在講授此部分內(nèi)容時，將電力電子在電力系統(tǒng)中的廣泛應用及前景介紹給大家;在講授同步發(fā)電機、變壓器的數(shù)學模型時，應結(jié)合電機的相關(guān)知識，并與電機學中不同側(cè)重點做好對比。重視學科交叉性，不僅可以使學生更好地認識本領(lǐng)域的知識，也使“電力系統(tǒng)分析”及相關(guān)學科在學生心理更具生命力。

三、加強實踐環(huán)節(jié)

1.加強實驗效果

實驗是理論知識的理解和鞏固。電力系統(tǒng)實驗室可以開出短路、暫態(tài)穩(wěn)定等實驗;電力系統(tǒng)仿真室可以進行潮流計算、短路計算以及穩(wěn)定性計算等仿真，給學生提供了較好的平臺。在實驗室管理方面，我校實行開放性實驗，即在學生沒課、由實驗室教師負責指導完成的實驗，開放性實驗具有分散、靈活性。

筆者根據(jù)“電力系統(tǒng)分析”課程理論性強、概念較抽象等特點，以及課內(nèi)學時少等實際情況，要求學生在結(jié)課前完成4個開放性實驗，并在總評成績中占一定比例。經(jīng)過一段時間的試運行，效果顯著。

2.重視實習

實習是理論知識的實際應用，是對教學有益且必要的補充。但要注重實效，不能走形式。由于電廠等實習單位對安全性要求較高，通常不允許學生參與現(xiàn)場實際操作，更多的是參觀性質(zhì)的實習，這就要求帶隊教師采取必要的措施，以保證實習效果。比如，要求學生實習結(jié)束后，不僅上交一份實習報告，還要有答辯環(huán)節(jié)，這就加強了學生對實習的重視程度。

3.參與教師的科研

參與教師的科研是理論知識的應用和提升，根據(jù)筆者近幾年的經(jīng)驗，參與教師科研的學生，不僅對“電力系統(tǒng)分析”課程有較深入的認識，而且對相關(guān)課程的掌握都有實質(zhì)性的提升。

四、改革考核方式

傳統(tǒng)的考核方式往往是期末一次性考試加上平時成績，這種考核方式容易忽視能力、素質(zhì)和創(chuàng)新因素的檢測。根據(jù)筆者多年的教學經(jīng)驗，改變期末一次性考試方式，進行多次不同形式的考核，最后結(jié)合期末考試，形成對學生綜合素質(zhì)的客觀評價。具體考核方式如表1。

表1 《電力系統(tǒng)分析》考核方式

考核方式 潮流程序 開放性實驗 平時 期末 總評

百分比 10% 40% 10% 40% 100%

考核分4部分：潮流程序的編寫及調(diào)試占10 %;開放性實驗占40%，包括實驗和仿真分析兩部分;平時占10%;期末考試占40%。這種考核方式不僅能大大激發(fā)學生的學習熱情，也能避免學生期末考試前搞突擊，而考試結(jié)束后全部忘掉現(xiàn)象。

五、結(jié)語

“電力系統(tǒng)分析”課程學術(shù)性和技術(shù)性都很強，涉及面廣，其教學改革需要長期的摸索和探索。近年來，筆者通過對該課程的教學內(nèi)容、教學方法、教學手段、實踐環(huán)節(jié)以及考核方式等方面進行了較為深入的探索，取得了較好的效果。改革不僅加大了課堂教學的信息量，也大大激發(fā)了學生的學習熱情，調(diào)動了學生學習的主動性和積極性，為把學生培養(yǎng)成寬口徑，應用能力強的復合型人才打下一定的基礎(chǔ)。

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（責任編輯：劉翠枝）