基于工程教育認證的《電力系統分析》課程教學探索

柳晶晶

摘要：《電力系統分析》是電力系統自動化方向的主要專業課，在課程體系中發揮著“承前啟后”的作用，有著兼具理論性和工程性的特點。在以培養目標為導向、以學生為中心的教育理念驅動下，本文從理論教學和實踐教學兩方面入手，討論《電力系統分析》課程基于工程教育認證標準的教學改革。

關鍵詞：電力系統分析；培養目標；工程教育認證

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）19-0102-02

一、前言

工程教育認證作為高等教育認證的重要組成部分，屬于專業認證，是由專業性認證機構（協會）組織工程技術專業領域的教育界學術專家和相關行業的技術專家，以該行業工程技術從業人員應具備的職業資格為要求，對工程技術領域的相關專業的工程教育質量進行評價、認可并提出改進意見的過程[1]。

我校的電氣工程及其自動化專業的綜合改革是以工程教育認證工作來引領的，旨在培養能夠從事與電氣工程有關的裝備制造、系統運行、自動控制、信息處理、試驗分析、電力電子等技術開發以及計算機應用等領域工作的寬口徑復合型工程技術與管理人才。通過模塊化課程體系有效地推進培養目標和畢業要求的實現。

《電力系統分析》是電力系統自動化模塊的主要專業課，占據整個模塊課總學分的1/3。該課程作為《電路基礎》、《電磁場》和《電機學》等先導課程的延續以及《電力系統繼電保護原理》、《發電廠電氣部分》、《電力系統調度》和《高電壓技術》等后續課程的基礎，發揮著“承前啟后”的作用，有著兼具理論性和工程性的特點。該課程的目標定位為：要求學生掌握電力系統的基本內容和基本概念；熟悉電力系統的基本運行方式和調節方法；熟練掌握電力系統的基本分析和計算方法；掌握電力系統各種故障及其分析方法；了解電力系統的穩定性分析，為培養高素質的電力工程技術人才奠定堅實的基礎。

在以培養目標為導向、以學生為中心的教育理念驅動下，本文從理論教學和實踐教學兩方面入手，討論《電力系統分析》課程基于工程教育認證標準的教學改革。

二、教學內容、方式和方法的探索

（一）教學內容的合理配置

《電力系統分析》主要包括電力系統的穩態分析和暫態分析兩部分。重點講述電力系統的三大常規計算，即潮流計算、短路計算和穩定性計算，這也是本門課程的重點難點所在。其中，穩態分析部分的電網等值電路、電壓降落和功率損耗是潮流計算的基礎，電力系統正常運行方式的調整與控制是潮流計算的應用。暫態分析部分的同步電機的數學模型是基礎，其電磁暫態過程主要針對故障分析時的短路計算，機電暫態過程主要針對穩定性計算[2]。

在教學過程中，三大計算自然要重點講述，但是其中的計算機算法部分可以適當壓縮學時，因為相應的課程實驗、課程設計和畢業設計部分會有針對三大計算的具體上機操作。而相應的基礎知識部分則需要仔細講解，尤其是部分同學《電路基礎》和《電機學》掌握的比較薄弱，基礎知識部分如果進度過快，會導致后邊的三大計算根本無法理解和掌握。

《電力系統分析》除了具有較強的理論性，還有一定的工程性。根據已就業同學的信息反饋，在教學過程中，應適當地引入個別工程實例以及目前的電力系統新技術專題，讓學生能將所學的理論知識和實際的工程聯系起來，激發學習的興趣和動力。

（二）教學方式的多元化

該門課程的理論性較強，教學方式仍以多媒體和板書結合的教師講解為主。然而課程中涉及到大量的計算，需要習題（作業、課堂討論和課堂測驗）來支撐。由于作業是在課下完成的，不可避免地出現部分同學互相抄襲的現象，導致不能通過作業來準確地反映出學生對知識的掌握情況。課堂討論和測驗的方式，一來可以方便教師準確地觀察學生的真實水平，二來通過學生到講臺上講解習題，提高學生課堂的參與度，便于學生自己找出彼此間的差距，活躍課堂氣氛，激發學習興趣。

除了上述傳統的課堂教學之外，還可以通過網絡課程的形式，將課程相關的電子資源分享給學生，并通過網絡論壇的形式，開展課程內容的相關討論。

（三）教學方法的靈活性

《電力系統分析》中有一些比較難以理解的章節，需要采用較為靈活的教學方法來授課。比如，同步電機突然三相短路分析這一節，涉及的內容較多，既有電機方程，又有短路電流計算，看起來十分復雜，尤其對一部分數學基礎不好的同學，看到這些復雜的公式會直接望而卻步。因此，教學過程中不應該側重具體的公式推導，而應該先從基本思路著手，和之前學過的較為基礎的電路知識進行類比講解。比如：把“短路前”和“短路后”看成電路中動態電路的“換路前”和“換路后”；短路電流的計算方法和“三要素”法相類比，即分別求出起始值、穩態值和直流、交流分量的衰減時間常數，帶入“三要素”法的表達式中，得出短路電流的計算公式。這樣，學生先從整體思路上有一個清晰的框架，然后，再針對每一部分進行具體的數學計算，就不會產生思路不清的困擾。

三、實踐教學的探索

如前所述，該門課程具有一定的工程性，需要相應的課程實驗、課程設計、畢業設計和實習等實踐教學環節，這樣才能使本專業的畢業生達到相應的培養目標和畢業要求。

（一）基于PSASP的課程實驗[3]

課程實驗設置的主要目標是通過實驗，培養學生的基本實驗技能，加深對電力系統的理解，學生利用仿真平臺完成電力系統參數的錄入、潮流計算、短路計算、功率特性和功率極限等實驗，初步掌握電力系統的基本分析方法，加強對電力系統分析知識的掌握能力。

上述目標通過讓學生使用PSASP（電力系統分析綜合程序）軟件，在本專業的電力系統仿真實驗室完成電力系統潮流計算仿真、電力系統的短路計算仿真、單機—無窮大系統穩態運行方式和電力系統功率特性和功率極限等實驗。學生通過上機實驗，能夠基本掌握電力系統的分析方法，甚至個別同學還在使用PSASP的同時，使用MATLAB軟件實現相關的潮流和短路計算[4]，并對兩種結果進行比較分析。

（二）課程設計和畢業設計

該門課程的課程設計是用單獨的一周時間來完成的，具體分配了3個設計題目，由學生自由分組和選題。主要是希望學生通過開展課程設計鍛煉解決實際工程問題的基本能力（查閱資料、工程問題的數學計算和分析、報告的撰寫及團隊合作）。

課程設計題目的選取來源于相關的科研項目，以潮流計算和短路計算為核心的相關工程性問題。主要考察對手算潮流和短路計算基本方法以及計算機潮流和短路計算的掌握情況。具體分組為2人一組，組員過多，會導致個別組員實際承擔的工作過少；一人獨立完成，時間不夠充裕。因此，2人一組可以較好地分配工作和保證課程設計的順利完成。

課程設計的驗收工作以現場答辯的方式來完成，答辯成績占總成績的40%。指導老師會針對每組提交的設計報告，提出2～3個問題，同時要求現場演示計算機仿真過程，并根據具體情況，提出1～2個問題，如果超出3個問題回答不正確，則視為課程設計不通過。答辯過程中，選擇同一題目的小組之間可以互相提問和評價，該環節占答辯成績的20%。這樣有利于學生加深對設計題目的理解和認識，同時找出設計過程中的不足以及同他人之間的差距。

畢業設計安排在大四的下學期，除了《電力系統分析》，其他相關的專業課程學生都已經選修完畢，具有一定的綜合運用電力系統相關知識的能力。設計題目來源于科研項目中的小項目，以鍛煉學生開展項目研究的能力。

畢業設計比之課程設計，題目要復雜得多，是對整個大學期間所學相關專業知識的整體驗收。《電力系統分析》所學相關知識作為畢業設計題目的核心內容，是對該課程教學效果的另一種驗收形式。相比考試而言，能更加有效地檢驗畢業生是否具備了培養目標和畢業要求中羅列的基本能力。

（三）實習環節

課程相關的認識實習和生產實習由于電力行業的特殊性，使得學生只能在變電站和發電廠進行參觀，而不能進行具體地操作。這個過程中就需要帶隊的教師能夠在參觀前和參觀過程中對所學知識的具體應用進行講解，以提高實習的效果。

通過學生對實習的反饋情況來看，大家對實習單位的興趣比較大，在具體參觀過程中，對電力設備和電力系統接線和運行方式的認識得到了加深，使原來僅停留在原理圖和結構圖上的電力系統形象化。同時，學生對畢業后所能從事的工作有了一定的了解，更能激發相關專業課程的學習興趣。

四、結語

通過以上教學內容、方式和方法的探索，使學生能更易于理解和掌握本門課程的理論知識，而實踐教學的具體開展，則通過課程實驗、課程設計、畢業設計和實習環節來確保學生將所學的理論知識用以分析和解決具體的工程性問題，更好地達到本課程的培養目標，從而自下而上地支撐本專業學生的畢業要求，使培養出的學生成為電氣工程相關領域的復合型工程技術與管理人才。

參考文獻：

[1]林健.工程教育認證與工程教育改革和發展[J].高等工程教育研究，2015，（02）：15-19.

[2]夏道止.電力系統分析[M].第二版.北京：中國電力出版社，2015.

[3]鐘慧榮，蔣秀潔.PSASP在電力系統分析實驗教學中的應用[J].實驗科學與技術，2008，（06）：72-75.

[4]徐敏，彭瑜.MATLAB在《電力系統分析》教學中的應用[J].電力系統及其自動化學報，2010，（03）：152-155.