能源互聯網背景下的《電力系統分析》教學改革

張巍

摘要：能源互聯網的興起正在深刻地改變電力行業的發展，而《電力系統分析》課程作為電氣工程及其自動化專業的核心課程，需要適應這一重大的理念，本文梳理了《電力系統分析》的課程目標、教學途徑、課程內容和實踐形式，并從能源互聯網的角度對課程進行了改革與實踐，提出了能源互聯網背景下的課程教學體系，采用理論教學與實踐教學相結合的模式，更進一步提高了《電力系統分析》課程的實用性，對培養具備電力工程應用的高素質電力人才起到應有的作用。

關鍵詞：電力系統分析；教學方法；能源互聯網；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）42-0078-02

我國幾乎所有的電力系統及其自動化專業都會開設電力系統分析課程，目前我校教材選用的是韓禎祥教授編寫的《電力系統分析（第五版）》。本課程以電力系統潮流計算、短路計算和穩定計算三大模塊為核心，是電氣工程及其自動化專業的學位課程，也是電力類相關專業的主要課程。本課程具有很強的理論性和較強的實踐性，注重理論與實踐的密切結合。通過該課程的學習，培養學生的電力系統規劃、設計、運行與運營的背景知識，同時也是學習后續專業課程的基礎。在現有的框架下，電力系統分析課程主要需要掌握的知識點包括：掌握電力系統穩定性分析；電力系統故障分析；發電廠及變電所一、二次系統；電力系統無功功率和電壓調整分析；電力系統的有功功率和頻率調整；電力系統經濟性；電力系統的靜態穩定；電力系統的暫態穩定；接地和接零概念等電力系統基本理論和知識。掌握以下基本技能輸電線路和變壓器參數計算；電壓和功率分布計算；短路電流計算；常見電力系統繼電保護裝置整定和計算；電氣設備和導線選擇。從實踐角度來講，由于電力系統領域的新知識更新快，課程部分內容的實用性不全面、不綜合，不能很好地反映學科的知識體系，不能適應學科的發展變化。

隨著知識經濟的發展，科學技術不斷進步，促使經濟社會形態變革，產業結構不斷升級，知識經濟時代需要大量的復合型創新型的高級實用人才。這種實用人才不但要具備高深知識的素養，同時要具備運用知識解決實際社會問題的能力[1]。這樣，理性主義和功利主義二元對立的課程理念的壁壘必然被打破。

由此，我們認為《電力系統分析》課程需要適應新形式下的改革，尤其是能源互聯網的提出，使得能源行業發生了深刻的變化。

一、能源互聯網的含義

美國著名學者Jeremy Rifkin在其著作《第三次工業革命》中提出能源互聯網的概念[2]。在全球面臨的資源匱乏、環境污染等挑戰面前，能源互聯網作為一種新型能源供應體系，利用可再生能源作為其主要能量單元，使各類能源系統與交通運輸網絡實現高度耦合，并通過互聯網技術，將能量流和信息流進行實時傳輸。隨著處理不確定信息技術的發展，分布式可再生能源在能源互聯網中的滲透率逐年增高。因此相較于傳統電網的用戶側，能源互聯網側的用戶具有自主發電的能力，這使得國家電網在2013年提出的“電能替代”成為迫切需求[3]，力求能夠在用戶側，利用“以電代煤、以電代油”等模式實現能源結構發展的根本改變。能源互聯網概念的提出，使得電網發生了較大的改變，電力系統不再僅僅是電能一種載體的流動體，而是多種能源的承載體，電力系統作為能量的流動載體，而熱能和化石能為首末端的變體存在。這與《電力系統分析》課程中僅僅只涉及電能的概念是相悖的。

二、《電力系統分析》課程教學改革

《電力系統分析》是我校電氣工程學科的核心課程之一，在教學過程中，由于電力系統分析這門課中內容涉及較多，與其他課程交叉較為密切，對數學功底也有較高要求。現在大部分的教學都在課堂中，除了一些課程實驗很少有能讓學生自己動手的機會，另外隨著學科發展的要求不斷提高，設備投入更新也比較緩慢，不利于學生的多層次培養。為了使學生掌握更多理論知識，知曉更多國內外研究的主流方向，得到更多的實踐技能，提高本課程的教學質量和實用性，有必要對《電力系統分析》課程的課程目標、培養途徑以及課程內容做出相關改革[4]。

1.確立課程目標。傳統電力系統分析一般多以燃煤電廠為電力載體構成電網框架，源、網層次單一，不能很好反映出電網完整體系。但隨著新能源科技的快速發展，能源互聯成為了當前國內外高校研究的熱點，也是未來能源利用的基本形式。因此，應該結合教材所述傳統電網基本內容，將教學重點由傳統電網轉向能源互聯網以及電能替代方面。

2.強化培養途徑。（1）學術講座專題。能源互聯中包含的新能源發電技術具有各自的特性，自成系統，包含有眾多的科技前沿技術[5]，這些在書本中很少涉及，所以通過書對書的指導已難以滿足知識所需，以學術講座的形式開展教學，在講解中以現在研究主流為背景，在有限的時間內讓學生更多掌握新能源發電現狀、發電原理、發電利用和運行維護中的問題和今后研究的熱點動向（光伏、電轉氣技術）。同時，運用幻燈片播放一些精美的典型的能引起學生興趣并激發他們好奇心的能源互聯網圖片，在播放這些圖片的同時提出一些開放性的問題，讓學生發揮他們的思考能力去解答問題。（2）課外實踐。課堂上的講解，終歸是被動地接受知識，學習積極性不高，因此在授課的同時，還要注重學生動手實踐能力。在課后，老師應布置相關的課后作業，調動學生的學習積極性，授人以漁不如授人以漁。（3）多媒體教學。課本上的知識總歸是枯燥抽象的，為了讓學生能更形象地了解到相關知識，通過動畫或者視頻等多媒體形式，在調動學習積極性的同時還能更好地理解和掌握知識[6]。

3.優化課程內容。在現有出版的多種教科書中，或多或少地加入了風力發電和太陽能發電等能源轉換形式，但是也僅僅是稍稍提及，同時在傳統電力系統分析基本都不會涉及新能源相關模型，所以在講解書本知識的同時，為了更好地體現能源互聯，還應適當拓展新能源方面的知識，如風電、光伏和氣電中的相關知識，并且還應與傳統電力系統相結合，探討新能源中的新模型。具體而言，應該加強電力系統與其他能源形式的轉換的講解，如風力發電、太陽能發電、儲能系統和電動汽車等知識的理解。在講解過程中要啟發學生思索當今環境出現了什么問題，傳統的能源消耗后由什么來提供人類社會發展所必需的能源，為何要研究多能源互聯的技術，以及如何把這些非電的能源轉化為電能等。

三、考核方式改革

以平時成績為主，增加課后實踐環節，平時成績以課堂作業和課堂表現為主，其中課堂表現參考與老師的互動情況，如：講解PPT過程中的熟練程度與邏輯思路。另外還可以參考課后開放性習題的解答情況和課后答疑的討論情況等。

課后實踐包括撰寫報告和大作業，作業是課堂知識的延伸，大作業在包含課堂知識的同時，還適當拓展了學生的綜合能力，與課堂教學相輔相成，能較好地反映學生課后的學習情況。

四、結論

基于《電力系統分析》課程的特點，在傳統授課方式下結合新媒體等形式，并在教學內容中增加目前國內外研究熱點能源互聯網的知識，能夠很好地提高學生對這門課的興趣。其次，結合理論與實踐相輔相成的教學模式，讓學生自己參與到教學中，能夠明顯地帶動學生的自主學習積極性，同時可以加深對課堂所學知識的理解程度。綜合考核方式可以對學生分析問題和解決問題的能力起到很好的引導作用，能夠更好地符合人才培養的目的，使學生能夠成為電氣工程相關領域的復合型人才。

參考文獻：

[1]孫淑琴，鄭凡.教學與科研互動模式的課程體系建設與實踐[J].中國校外教育，2011，（7）：122-123.

[2]Rifkin J.The third industrial revolution：how lateral power is transforming energy，the economy，and the world[M].Palgrave Macmillan，2011.

[3]孫毅，周爽，單葆國，等.多情景下的電能替代潛力分析[J].電網技術，2017，41（1）：118-123.

[4]韓志偉.《環境水文學》課程教學的實踐與探索[J].教育教學論壇，2016，（30）：138-139.

[5]張濤，武建瑞.“新能源發電技術”課程教學改革探索[J].中國電力教育，2014，（9）：73-74.

[6]王紅軍.淺談工科專業的多媒體教學課件設計[J].教育教學論壇，2016，（13）：253-254.endprint