電力系統綜合設計課程教學探討

三峽大學電氣與新能源學院 徐林菊

針對電力系統綜合設計課程現狀及問題，本文從電力系統綜合設計的教學內容，現代軟件掌握應用以及課程教學實施等方面進行了探討，確保學生掌握相應的專業知識，滿足培養目標的要求。

1 引言

電力系統綜合設計課程是電氣工程及其自動化專業的實踐教學環節，通常安排在第7學期，滿足學生專業課程知識綜合應用，使用現代工具分析、設計、預測、解決復雜的工程問題等培養目標的要求，培養學生熟悉電力系統設計的規范、電力行業的法律法規以及團隊合作的精神。

2 課程設計現狀及問題

電力系統綜合設計涵蓋專業知識廣，綜合性強。一個課題的內容需要多個同學組成團隊共同完成，部分學生不能完成相應的設計內容。主要原因包括：課程設計任務量大；利用軟件能力低，不能有效使用軟件進行計算，不積極參與課堂設計導致上課玩手機、計算錯誤、進度慢、抄襲設計稿不合格的現象。本文針對課程設計的現狀及問題，達到培養學生專業素質，培養目標的要求，從電力系統綜合設計的教學內容、應用工具、學生參與度，“雨課堂”等方面進行了探討。

3 電力系統綜合設計教學

3.1 適中的設計內容任務量

為了確保學生在限定的時間完成高質量的課程設計，教師所確定的課題設計的任務量應適中，對設計的內容和工作量作適當的估計，既要防止出現要求過高，而設計條件不足的現象，也要防止設計工作過于簡單，形成陪襯，得不出有用的結果的現象，保證設計任務飽滿，內容充實。

經典的電力系統綜合設計案例：某區域的電力系統規劃，主要涉及的核心專業課程包括電力系統分析、發電廠電氣部分、電力系統繼電保護等課程。隨著電力系統特高壓、柔性直流輸電技術的發展，電力系統綜合設計除了經典的規劃設計內容，相應的特高壓、柔性直流輸電的設計也相應包含在內。教師進行課題任務的講解，學生應認真閱讀，明確課程設計的課題內容。

具體設計內容如下：

(1)電網規劃：運用所學的電力系統分析基本原理，進行功率平衡分析、選擇系統電壓等級；根據電力系統運行要求進行技術經濟比較確定最終電網接線方案、選擇系統各發電廠變電站主變的型號；對最終電網接線方案進行電力系統不同運行方式下的潮流、調壓、短路計算；繪制電網接線圖。

(2)多端柔性直流輸電設計：設計拓撲結構、確定控制策略，在PSCAD/EMTDC下搭建基于MMC并聯三段柔性直流輸電電力系統的仿真模型，對以下典型情況進行仿真分析：主換流站未達到運行極限、主換流站達到運行極限，通過圖形進行仿真分析。

(3)特高壓直流輸電設備:換流閥、換流變壓器、平波電抗器、交流濾波器、直流濾波器、直流避雷器、交流避雷器、無功補償設備、控制保護裝置和遠動通信設備等。

(4)發電廠變電站電氣一次系統設計：主接線選擇、廠用電設計、短路電流計算、電氣設備選型與校驗，繪制符合標準的電氣主接線圖（A3圖紙）。

(5)繼電保護設計：確定電力網、發電廠或變電所內一個或多個高壓電器的保護配置方案，設計軟件流程圖，明確體現保護的實現過程；進行繼電保護的整定計算和校驗；根據短路電流和負荷電流，查電氣設備手冊，選定保護所用元器件的型號；繪制保護的展開圖；選擇合適的保護裝置。

3.2 熟練掌握電力系統綜合設計軟件工具

3.2.1 電力系統綜合設計軟件工具

電力系統設計所應用的現代仿真、計算、分析的軟件有：電力系統分析綜合程序(power system analysis software package)PSASP、電力系統仿真軟件PowerWorld(PWS)、（matrix&laboratory）MATLAB、(Power Systems Computer Aided Design)PSCAD、電力電氣分析電能管理的綜合分析軟件系統（Electrical Power System Analysis & Operation Software）ETAP，具體應用如表1所示。

表1 不同軟件的應用

學生應根據具體的設計選擇現代軟件工具進行設計。

3.2.2 現代工具的課題應用

為了使學生熟練掌握現代軟件工具的應用，教師準備兩個案例方案：第一個實驗案例，學生只需要根據實驗案例的步驟，按照順序完整做一遍，并得出實驗的結果。這個過程，使學生熟悉了相應軟件工具的具體應用。第二個案例是需要學生按照第一個案例的步驟自己獨立完成，進一步鞏固軟件的學習使用。這一部分作為成績記錄在設計中，以督促學生練習掌握軟件。

3.3 學生積極參與課堂的措施

3.3.1 明確設計要求

設計要求包括設計進度、考核標準、獨立設計、設計報告、答辯等。每個學生需要按進度完成相應的設計。使學生明確考核標準，考核標準不同的等級。每次進度完成之后進行評分考核給出相應的成績。電力系統設計需要學生共同完成，不同的團隊具有不同的設計方案；一個團隊的組成成員具有自己相應獨立設計內容。這樣可以使學生積極完成相應的設計內容，獨立思考，相互交流，避免抄襲。設計報告手寫，要求層次分明，語句通順，設計合理、計算正確，有一定的見解。答辯能回答與設計有關的問題。

3.3.2 應用“雨課堂”的教學方式

應用雨課堂的教學方式提高學生的參與度，根據教學進度完成相應的設計部分，每次進度之前都有教師做相應引導的課堂講授課程。為了讓更多的學生有效地參與課堂，教師課前做好充足的準備工作，應用“雨課堂”的教學方式，設計問題激發學生的興趣，使每個學生參與課堂的討論與教學互動中。其次，教師講授知識之后，由學生在電腦應用相應的軟件系統做出相應的內容，直接提交。教師根據學生提交的內容給學生相應的分數，并對內容進行講解。

4 結語

針對課程設計現狀及問題性，對電力系統綜合設計教學進行了探討，達到學生應用相應的軟件工具和專業知識綜合解決實際工程的目的。