新形勢下“電力系統分析”教學改革初探

孟祥俠 李永

摘要：“電力系統分析”課程是電氣工程及其自動化專業重要的專業基礎課。隨著計算機控制技術、電力電子技術的迅猛發展和在電力系統中的應用，電力系統分析課程的教學內容越來越豐富，但隨著專業設置的改革，電力系統分析課程的課時卻在減少。本文通過對該課程教學內容、教學方法、教學手段以及考核方式等進行調整，調動了學生的學習積極性，對提高教學質量，培養寬口徑、應用能力強的復合型人才具有重要意義。

關鍵詞：電力系統分析;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

“電力系統分析”是電氣工程及其自動化專業重要的專業基礎課，在電力系統知識體系中起承上啟下的作用。該課程內容涉及電路、電機學、電力電子技術以及控制理論等方面的知識，又是電氣工程后續專業課電力系統自動化、繼電保護原理、高電壓技術等相關課程的理論基礎，學好這門課程是電氣工程及其自動化專業學生的關鍵。

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。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以及電力電子技術的迅猛發展和在電力系統中的引入、應用，電力系統分析課程的教學內容越來越豐富，而隨著專業設置的改革，電力系統分析課程的課時卻在減少，因此有必要對該課程的教學內容、方法、手段、實踐環節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、適度調整教學內容—簡化純公式推導，重視物理概念

“電力系統分析“課程的教學內容可以劃分為如圖1所示。對于穩態分析中的電力系統各元件特性和數學模型一章，公式推導較多，特別是電力線路的電抗、電納參數，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，將在導線周圍產生磁場，再結合電路中電、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。在結論公式中，強調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，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。

對于穩態分析中的牛頓——拉夫遜潮流計算方法，始終是學生的一個難點。在講授此內容前，首先應該讓學生知道電力系統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。當發電機所發的總功率大于負荷吸收的總功率時，;相反，當發電機所發的總功率小于負荷吸收的總功率時，;當發電機所發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。

電力系統暫態分析可以分為短路計算和穩定性計算兩大部分。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。而穩定性計算則是系統思想，重點應放在小干擾穩定和暫態穩定分析以及提高穩定性的措施方面。

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，這兩種現象都是不對的，正確的方法應是適當的配合多媒體教學。

“電力系統分析”課程中電力系統發展現狀、電力線路結構、系統接線圖、實物圖，如發電機轉子結構圖等，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.結合PSASP仿真軟件

“電力系統分析”課程中潮流計算、短路計算和穩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。根據筆者的教學經驗，對于這三部分，如果能在正常的講授過程中，結合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仿真軟件，它可以進行潮流、短路、暫態穩定、繼電保護等多種計算。現以WSCC-9節點系統為例，在講授潮流計算部分的節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，發電機1設為平衡節點（電壓幅值為1.04）、發電機2為PV節點（電壓幅值為1.025）、母線STNC-230上的負荷設為PQ節點，基準功率取為100MVA。

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

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

3.重視學科交叉性

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

三、加強實踐環節

1.加強實驗效果

實驗是理論知識的理解和鞏固。電力系統實驗室可以開出短路、暫態穩定等實驗;電力系統仿真室可以進行潮流計算、短路計算以及穩定性計算等仿真，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“電力系統分析”課程理論性強、概念較抽象等特點，以及課內學時少等實際情況，要求學生在結課前完成4個開放性實驗，并在總評成績中占一定比例。經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場實際操作，更多的是參觀性質的實習，這就要求帶隊教師采取必要的措施，以保證實習效果。比如，要求學生實習結束后，不僅上交一份實習報告，還要有答辯環節，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，根據筆者近幾年的經驗，參與教師科研的學生，不僅對“電力系統分析”課程有較深入的認識，而且對相關課程的掌握都有實質性的提升。

四、改革考核方式

傳統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、素質和創新因素的檢測。根據筆者多年的教學經驗，改變期末一次性考試方式，進行多次不同形式的考核，最后結合期末考試，形成對學生綜合素質的客觀評價。具體考核方式如表1。

表1 《電力系統分析》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，而考試結束后全部忘掉現象。

五、結語

“電力系統分析”課程學術性和技術性都很強，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容、教學方法、教學手段、實踐環節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，也大大激發了學生的學習熱情，調動了學生學習的主動性和積極性，為把學生培養成寬口徑，應用能力強的復合型人才打下一定的基礎。

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（責任編輯：劉翠枝）