楚冰清， 李季

(商洛學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院， 陜西 商洛 726000)

0 引言

“電力系統(tǒng)分析”是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)主干課，分為電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析和電力系統(tǒng)暫態(tài)分析。涉及的主要內(nèi)容有潮流計(jì)算、頻率調(diào)整、電壓調(diào)整、短路計(jì)算和穩(wěn)定性分析，具有很強(qiáng)的理論性和綜合性，同時(shí)又具有一定的工程實(shí)踐性，對(duì)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)起著重要作用[1-2]?；凇半娏ο到y(tǒng)分析”的重要作用和課程特點(diǎn)，在人才培養(yǎng)方案中為其設(shè)置了課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，一方面有助于鞏固學(xué)生的理論知識(shí)，另一方面有利于提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

在“電力系統(tǒng)分析”的主要教學(xué)內(nèi)容里，潮流計(jì)算屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析的內(nèi)容，主要研究電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況，是電力系統(tǒng)故障分析和穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)，因此潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛、最基本和最重要的一種計(jì)算[3-4]。為了突顯潮流計(jì)算的重要作用，“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容就是要求學(xué)生通過Matlab編程完成給定網(wǎng)絡(luò)的潮流分布，但教學(xué)效果不是很理想，并沒有加深學(xué)生對(duì)潮流計(jì)算的理解。故本文對(duì)“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了改革和探索。

1 傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

(1) 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與實(shí)際脫離

我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)起步較晚，大部分教師都是青年教師，缺少行業(yè)背景和工程實(shí)踐能力。而電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的課程設(shè)計(jì)大部分是由本系老師承擔(dān)，這就導(dǎo)致了課程設(shè)計(jì)的選題內(nèi)容相對(duì)單一，理論性較強(qiáng)，但與工程實(shí)際相差較遠(yuǎn)。為了克服這方面的缺點(diǎn)，適應(yīng)我校應(yīng)用型本科院校的定位，新版的人才培養(yǎng)方案中將一部分的課程設(shè)計(jì)替換為實(shí)驗(yàn)操作，但考慮到“電力系統(tǒng)分析”課程的特點(diǎn)以及沒有與之配套的實(shí)驗(yàn)室，故仍采用課程設(shè)計(jì)的形式完成實(shí)踐教學(xué)。

(2) 學(xué)生重視度不夠

目前，“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設(shè)計(jì)是由指導(dǎo)教師給出設(shè)計(jì)題目，學(xué)生根據(jù)給定的網(wǎng)絡(luò)和各元件的原始參數(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行化簡并得到其等值電路，為了減少人工手算的工作量，選擇的網(wǎng)絡(luò)一般比較簡單，然后根據(jù)化簡的等值電路求出網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，最后通過Matlab編程求出網(wǎng)絡(luò)的潮流分布，得到各母線電壓和各線路的功率。一方面由于設(shè)計(jì)過程比較枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高；另一方面學(xué)生人數(shù)較多，教師指導(dǎo)不到位，導(dǎo)致學(xué)生重視度不夠，抄襲現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

(3) 課程設(shè)計(jì)時(shí)間安排緊湊

“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設(shè)計(jì)一般安排在理論課程結(jié)束之后的1-2周這段時(shí)間內(nèi)，但此時(shí)大部分課程都已結(jié)課，馬上面臨四六級(jí)考試和期末考試，學(xué)生大都將精力放在學(xué)習(xí)上。為了讓學(xué)生有更多的時(shí)間復(fù)習(xí)，一般都是每個(gè)班集中連續(xù)做幾天課程設(shè)計(jì)，由于時(shí)間安排比較緊湊，學(xué)生容易疲乏，大部分學(xué)生都是草草了事、簡單應(yīng)付，導(dǎo)致課程設(shè)計(jì)的教學(xué)效果較差，無法達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

2 課程設(shè)計(jì)的改革

為改變傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，結(jié)合我院的實(shí)際情況，依托現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)內(nèi)容、實(shí)施方式、指導(dǎo)方式等方面進(jìn)行了改革與探索。

2.1 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容的改革

傳統(tǒng)的“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設(shè)計(jì)，學(xué)生根據(jù)給定網(wǎng)絡(luò)和原始參數(shù)計(jì)算得到所需的數(shù)據(jù)，然后通過Matlab編程完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，然而所需的手工計(jì)算較多，學(xué)生的關(guān)注重點(diǎn)大都在Matlab編程上，不能真正理解潮流計(jì)算的意義。為鞏固學(xué)生的理論知識(shí)，減少手工計(jì)算工作量，提高學(xué)習(xí)興趣，利用長沙同慶電氣信息有限公司的TQXBZ-III多功能繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行了改革。此實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要用來完成《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，但利用其提供的電力網(wǎng)信號(hào)源控制系統(tǒng)軟件可靈活組態(tài)各種結(jié)構(gòu)的電力系統(tǒng)且比較接近電力系統(tǒng)實(shí)際[5]，實(shí)現(xiàn)可視化電力系統(tǒng)潮流分析，將傳統(tǒng)的“手工計(jì)算+Matlab編程”改變?yōu)椤笆止び?jì)算+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)仿真”。

潮流計(jì)算網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

圖1 潮流計(jì)算網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

A、B、C 3根母線上分別接有負(fù)荷L1、L2、L3且通過斷路器可靈活控制負(fù)荷的投切，B母線還設(shè)置有容量為30Mvar的補(bǔ)償電容器。電力網(wǎng)信號(hào)源控制系統(tǒng)界面，如圖2所示。

圖2 電力網(wǎng)信號(hào)源控制系統(tǒng)界面

將圖1所示的網(wǎng)絡(luò)圖搭建在界面右側(cè)，通過運(yùn)行可直觀看到負(fù)荷變化對(duì)網(wǎng)絡(luò)潮流的影響和投切電容器對(duì)網(wǎng)絡(luò)潮流的影響等，有助于學(xué)生對(duì)仿真結(jié)果的分析，從而加深對(duì)理論知識(shí)的理解，也減少了許多冗雜的計(jì)算，增加了課程設(shè)計(jì)的趣味性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。切除電容器時(shí)網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算結(jié)果和投入電容器時(shí)網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算結(jié)果，如圖3和圖4所示。

圖中的三行數(shù)據(jù)依次為有功功率(MW)、無功功率(Mvar)和電流(kA)，母線處的數(shù)據(jù)為電壓(kV)，圖中有功功率和無功功率都是母線流向線路的。

圖3 切除電容器時(shí)網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算結(jié)果

圖4 投入電容器時(shí)網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算結(jié)果

2.2 課程設(shè)計(jì)實(shí)施方式的改革

傳統(tǒng)的“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設(shè)計(jì)的實(shí)施時(shí)間一般為理論課程結(jié)束后，但此時(shí)大部分學(xué)生會(huì)將精力放在期末考試的復(fù)習(xí)上，無暇顧及課程設(shè)計(jì)。為保證課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，在講授潮流計(jì)算的理論知識(shí)時(shí)就將課程設(shè)計(jì)的任務(wù)布置下去，讓學(xué)生帶著目的學(xué)習(xí)，待潮流計(jì)算的理論知識(shí)講授結(jié)束后便正式開始課程設(shè)計(jì)，保證學(xué)生有充足的時(shí)間學(xué)習(xí)電力網(wǎng)信號(hào)源控制系統(tǒng)軟件或Matlab軟件，有效完成課程設(shè)計(jì)的任務(wù)。理論課程全部結(jié)束后，給學(xué)生幾天時(shí)間整理課程設(shè)計(jì)報(bào)告再統(tǒng)一答辯提交，不僅能使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)課程設(shè)計(jì)的重視，也能使學(xué)生在答辯過程中發(fā)現(xiàn)自己的不足。

2.3 課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)方式的改革

我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的人數(shù)較多，但教師相對(duì)較少，故課程設(shè)計(jì)一般由任課教師一人指導(dǎo)，由于指導(dǎo)教師工作量較大往往造成指導(dǎo)不到位的現(xiàn)象。為此，“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”的課程設(shè)計(jì)在指導(dǎo)方式上進(jìn)行了改革，將課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)工作分配給2名教師，每人負(fù)責(zé)2個(gè)班級(jí)，每個(gè)班級(jí)的學(xué)生人數(shù)大概為30人，指導(dǎo)教師除了在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行指導(dǎo)外，還建立了“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)交流平臺(tái)，指導(dǎo)教師可以將學(xué)習(xí)資料上傳，方便學(xué)生隨時(shí)查閱，有問題時(shí)可以及時(shí)聯(lián)系指導(dǎo)教師，也方便了學(xué)生之間的交流。

3 總結(jié)

“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設(shè)計(jì)對(duì)于電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力培養(yǎng)起著重要的作用。本文針對(duì)我?！半娏ο到y(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設(shè)計(jì)存在的問題，在設(shè)計(jì)內(nèi)容、實(shí)施方式、指導(dǎo)方式等方面進(jìn)行了改革與探索，不僅鞏固了潮流計(jì)算的理論知識(shí)，加深學(xué)生對(duì)潮流計(jì)算的理解，還訓(xùn)練了學(xué)生的建模仿真能力，有助于學(xué)生實(shí)踐能力的提高。