實用型本科“電力系統分析”課程建設的實踐與探索

劉群英?劉起方?陳樹恒?張昌華

摘要：為了培養出更適應我國電力系統發展新形勢下的專業技術人才，針對現代電力系統教育的要求以及教學過程中存在的問題，從課程的理論體系、教學模式、教學方法以及考核方式等方面對本科“電力系統分析”課程進行改革探索，改進教學效果，提高學生的理論分析能力和實踐能力。

關鍵詞：實用型電力系統分析；課程建設；理論體系；課堂授課方式

中圖分類號：G643.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）36-0087-02

一、現代電力系統發展的新要求及教學中存在的問題

1.課程特點

近幾年來，智能電網成為世界電力系統發展的趨勢，我國電力系統將在世界智能電網定義的基礎上，結合自身特色，建設具有中國特色的智能電網。在這樣的背景下，我國的電力系統由傳統的運行控制階段逐漸進入以智能控制、柔性交流技術以及 同步監測階段，傳統的理論和技術逐漸不適應新形勢下的電力系統發展，因此，國際先進的仿真分析技術、控制理論技術、通信與測量技術將在我國稍微電力系統中得到新的發展與應用，電力系統無論是新理論儲備還是國際化技術人才儲備，都面臨新的挑戰，作為電力系統自動化專業的專業核心課程，電力系統分析的教學改革勢在必行[1，2]。

2.存在的問題

電力系統分析這門課程授課對象為電氣信息工程本科大二學生，課程以電力系統的基本結構及理論為講授內容，具有理論強、計算量大、內容陳舊、概念抽象的特點；教學方法一向以老師課堂講授配合PPT展示為主，教學互動較少，未能充分調動學生的學習主動性；在學習的效果上看，學生對電力系統的內在特性、運行機理及理論分析方法上，理解不夠，基礎不夠扎實；在實踐性方面，對學生的動手能力培養不夠，特別是獨立編程仿真分析能力，普遍沒能得到提高。因此，需要在教學模式、教學內容和教學方法上有所創新，形成新的課程教學體系，以適應學生學以致用的創新能力培養[3]。本文擬從課程教學體系改革、教學改革的具體方式方面具體闡述改革思路。

二、課程教學體系改革思路

針對上述傳統電力系統教學體系存在的問題，我們提出了注重電力工程應用為主的互動型理論教學、實用型實踐教學、應用型課程設計、現場型課程實習的四型教學體系。互動型理論教學，注重發揮學生的積極主動性，課堂上盡量讓學生提問，不漏掉小疑問，必要時，讓學生走上講臺，針對問題談論自己的想法，提高學生分析問題解決問題的能力；實用型實踐教學，結合電力系統的具體實例，讓學生學習至少一個電力系統仿真軟件，如PSAT、PowerWorld等，自行設計系統故障條件，分析故障時的系統運行狀態，提高學生的動手能力；應用型課程設計，要求學生能夠自行設計一個簡單合理的電力系統，以便對電力系統形成完整的認知概念；現場型課程實習，聯系電力公司，帶領學生現場參觀至少一個發電站和一個變電站，將課堂理論學習與現場實際應用結合起來，由抽象走向具體，加深課堂理論學習效果。

四型課程教學體系注重理論基礎與實際應用相結合，如圖1所示，由四個模塊組成，分為理論環節和實踐環節兩部分。模塊之間是相輔相承的關聯關系。互動型理論教學是實用型理論教學的基礎，實用型理論教學可以進一步加強互動型理論教學效果。兩者為應用型課程設計和現場型課程實習奠定理論基礎。現場型課程實習是應用型課程設計的基礎，為應用型課程設計提供實物認知模型，應用型課程設計加深現場型實習環節的效果。同時，現場型課程實習與應用型課程設計環節加強了理論學習環節的效果。理論教學環節按照加強基礎性和突出應用性的教學內容改革思路，本著教學內容與當前專業前沿技術相結合的原則，將教學內容重新組合為三大板塊，包括電力系統穩態分析、電力系統暫態分析和電力系統前沿理論和最新發展課題三部分內容。電力系統穩態分析是暫態分析的基礎，兩者都支持和指導電力系統發展前沿課題及最新技術。其相互關系如圖2所示。基于這樣的邏輯聯系，在電力系統的穩態和暫態內容傳授過程中，對應補充電力系統發展前沿的內容。

實踐環節根據突出能力培養、服務工程的教學目標來改革教學內容，將現場型課程實習和應用型課程實習內容進行優化整合，增加實驗設計項目，針對部分理論方法，如暫態分析和穩態分析，要求學生自行采用仿真工具完成分析過程并給出不同系統條件下的分析結果。在此過程中，實行一對一考核模式，增加授課老師對學生實驗掌握程度的監管力度。同時，在現場型課程實習中，采用校企聯合培養的模式，聘請電氣企業的資深專業技術人員參與課程教學和實習。

三、教學改革的具體實現方式

1.教學模式改革

電力系統分析涉及的計算有潮流計算、短路計算和穩定性計算，涉及的狀態分析有電力系統穩態分析和暫態分析構成。穩態分析主要內容有線路、變壓器的參數和模型、網絡潮流計算以及有功、無功對電壓和頻率的影響，主要針對系統在穩態運行下參數的計算分析，其計算有兩種方式：手算和計算機計算。電力系統暫態分析是對系統發生故障時，系統中主要參數的分析和計算以及系統穩定性的分析，內容包括對稱和不對稱短路時參數的計算以及系統的靜態和暫態穩定性分析。穩態分析和暫態分析這兩大體系構成了電力系統分析的全部內容。

“電力系統系分析”課程具有理論性、工程性、實踐性和應用性強的特點，其涉及內容多、概念抽象的特點使得很多本科學生望而生畏。為此，我們將全部內容進行優化整合，提出了注重基本概念-注重課程實踐-注重課程創新的三注重課程教學模式。

（1）注重基本概念，主要針對電力系統的基本元器件模型構建、電壓穩定、頻率穩定等基本問題展開，注重學生對基本理論和計算方法的學習和理解，通過學生自己做PPT來闡述基本概念的方式來加強對基本概念的學習和掌握。

（2）注重課程實踐，主要是學生對所學理論的應用能力培養，針對重點的理論問題，如潮流計算，能夠采用牛頓拉夫遜算法，完成IEEE-30母線系統的潮流計算，并能準確理解雅克比矩陣的處理。對于暫態穩定性計算，要求至少會用Matlab或者PSAT等軟件中的一種完成三機以上規模系統的暫態穩定性分析。

（3）注重案例分析，針對學生普遍反映電力系統分析課程理論較多、較為抽象的問題，對應圖2所分的三大板塊內容，分別給出具體的實例分析，如電力系統暫態分析，可例舉實際系統發生故障后的暫態變化過程，分析各狀態量的變化及其對系統暫態穩定性的影響，用具體數據來驗證，以此提高學生對電力系統基本理論的掌握。

（4）注重課程創新，即在強調電力系統基礎理論的前提下，結合國際先進理論技術的發展，將交叉學科的理論，如先進的傳感器技術、自動檢測技術和控制理論等引入電力系統，結合電力系統存在的老問題和剛出現的新問題，從理論入手，探索解決問題的新思路和新方法，解決方案最終在課程實踐環節進行驗證，培養學生對新理論新技術的研究和探索習慣。

2.教學方法及考核方式改革

（1）教學方法改革。根據本課題組要求，我們以課堂教師講授為主，輔以現場教學、案例教學和討論式教學方式，將理論知識與實際應用切實結合起來。教學手段采用多媒體教學與黑板教學結合的方式。另外，為了促進學生的自主學習，開發多媒體網絡課件，實現了課程教學網絡化。

（2）考核方式改革。考核采用期末閉卷考試的方式，期末考試主要是針對理論學習部分，分值占60%。學生平時階段性的課程實踐環節有三次，每次分值占10%，共計30%。另外10%的分值是平時的綜合表現成績。關于平時的階段性課程實踐，如上機實驗，采用一對一的考核方式，學生需要與教師面對面描述自己的程序編制及仿真計算過程。

四、結語

我校實用型電力系統分析課程教學體系改革方案從2010年開始，已經實行了三屆，取得了如下成果：

（1）加深了學生對電力系統的基礎理論的理解，并培養了較強的實踐能力，畢業生的專業素養受到用人單位的好評；

（2）提高了本課程任課老師的教學水平，調動了本課題組老師對電力系統分析課程教學改革研究的積極性；

（3）通過對“電力系統分析”這門課程進行系列教學改革的探討，加強了電氣工程專業的學生對該課程的重視，對于進一步提高教學質量、培養應用型人才具有重要意義。

參考文獻：

[1]黃肇，羅隆福，羅慶躍.電力系統分析課程教學體系的構建[J].電氣電子教學學報，2011，35（1）：47-48.

[2]朱蘭，韋鋼，符楊，等.“電力系統分析”課程教學及實踐環節教學方法[J].電氣電子教學學報，2011，33（2）：128-129，133.

[3]高嬿，張運波，張龍斌.“電氣工程專業“電力系統分析”教學改革探索[J].中國電力教育，2013，（20）：52-53.

（責任編輯：韓曉英）