基于虛擬軟件平臺的電力系統分析課程研究

朱婷婷 張慧娥

[摘? ? ? ? ? ?要]? 由于虛擬技術的提高，圍繞電氣工程行業崗位需求，通過分析虛擬軟件平臺對于電力系統分析課程學習的必要性，采用理論+實踐即虛實結合的教學模式，按照能力提升和知識的內化理解規律，實現基于虛擬軟件平臺的模塊化教學模式設計，進而滿足崗位需求。

[關? ? 鍵? ?詞]? 電力系統分析;虛擬軟件;教學設計;崗位需求

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）11-0156-02

一、引言

電力系統分析是電氣工程相關專業的核心課程，培養從事本行業的工程技術人才具有電力系統建模能力，針對實際電網具備會基本潮流計算并進行穩態分析，可提出關于實際穩態運行的電壓及頻率調整措施，基于短路電流計算進行各類故障分析、基于暫態分析為電力系統可靠運行提供數據基礎等[1-2]。此外，面對現代電網行業的發展，基于數據處理及虛擬仿真技術的發展，電網行業的數據爆炸式增長體現出數據平臺輔助分析的重要作用，數據的挖掘及模擬仿真對電網的評估及穩定運行可提供科學的決策依據[3]。面對行業對人才需求的變化，尤其針對應用型本科高校，需掌握行業所需求的系統化的專業知識并且具備熟練使用常用工程技術虛擬仿真分析平臺的能力，并根據平臺得出關于電力穩態及暫態運行的科學調控措施[4]。

針對電網行業的發展，電力系統分析課程的能力目標和知識目標不再是單一地掌握某項知識，而是結合項目實際融合課程知識綜合建模、潮流計算及短路電流計算、虛擬仿真分析、理論與實踐相統一的復合電力系統綜合能力目標，面對當前人才需求，需在課程學習過程中充分利用校企合作平臺[5]，結合目前電網使用廣泛的虛擬仿真平臺，面對本地區行業發展現狀和電網運行特點改變傳統“紙筆”的授課方式和教學模式，基于行業相關的虛擬仿真技術，實現虛實結合的學習方式和考核過程，實現崗位需求的課程人才培養目標，適應電力系統的行業需求變化。

二、電力系統分析課程虛實結合研究的必要性

（一）實現課程目標的有效途徑

電力系統分析課程作為電氣工程相關專業課程體系非常重要的核心課程，是電路等專業基礎課的具體背景應用實現，實現電氣主系統分析和運行的進一步量化分析，為今后學習繼電保護等課程提供分析方法，因此，在課程體系中具有重要地位，而本課程的學習目標在于采用電力系統分析的相關計算和分析方法應用于實際電力系統的相關領域，因此，基于虛擬仿真技術平臺結合課程實踐及實習等過程，培養學生綜合運用本課程知識解決電力系統穩定運行、故障分析及調度決策等實際問題。

（二）理論結合實踐的必要手段

本課程包含大量的數學計算，具有一定抽象性和復雜性，單一地采用板書或PPT進行學習[6]，學生很難將短路電流計算和潮流計算運用到解決某一個問題上，并且將課程的重點放在計算過程本身而不是對計算結果的分析與應用，并不適合于應用型本科人才的培養目標，且不能實現理論與實踐的有效統一，因此將仿真軟件的引入作為實現理論聯系實踐的有效手段。

（三）應對課程學習空間和時間限制的新方法

傳統的教育方式是基于面對面形式以固定時間和地點展開，而為實現教育全過程的目標，該方式存在時間和空間的限制。隨著技術的發展，虛擬仿真軟技術及現代線上課堂平臺都給予了解決這一問題的新方法，尤其是面對本課程，對某一實際電力系統進行完整的潮流計算和各種故障分析計算，并基于數據分析結果實現穩態及暫態分析，只利用課堂的面對面或者課后作業以“紙筆”的具體方式無法實現，因此，課堂只能將知識分解，沒有將知識間的具體聯系以完整的方式進行融會貫通，而虛擬仿真平臺可基于課堂建立模型的基本計算方法，通過計算機實現某一實際電力系統的完整分析，并且采用更多的線上交流方式可使學習過程的時間和空間更加靈活。

（四）校企深度合作的具體實現方式

人才的培養基于行業的需求，企業需參與人才培養的全過程，從人才培養方案的制訂、課程目標的確定及具體教學過程的參與，可體現在課堂及實踐的具體實施過程中，本課程基于企業的人才培養能力和知識目標對應課程知識、能力和素質目標，培養具有大國工匠精神的能根據實際電力系統實現具體潮流計算和不同故障類型的短路電流計算，可對電力系統提出具體的分析策略，面對問題具有求真務實和嚴謹求真的科學態度[7]，并對今后從事的行業具有服務社會、兢兢業業的價值導向。知識目標的實現需要企業提供電網的實際案例和項目，使課程落在實處，能力目標需要理論和實踐相結合，而實踐仿真平臺對于企業和學校是統一的、結合實際的，而基于課程的理論和實踐利用仿真平臺實現遠程教育和現場實習保障課程可實現行業定位的素質目標，因此，本課程采用“虛實結合”是校企深度合作的具體實現方式，體現在本課程的教學全過程如圖1所示。

三、基于虛擬仿真平臺的課程教學模式設計

電力系統分析為解決電力系統暫態和穩態運行提供基本的計算和分析，其課程目標的實現需應用到不同情況運行的電力系統中，而實際分析的過程中往往需要以基本理論為依據反復演練與輸出，傳統教學采用枯燥的手算實現復雜的計算過程，該過程利用課堂時間往往一節課難以以系統的項目完成一個完整的實例分析，而學生在復雜的計算結束后不能基于計算應用到實際電力系統的運行分析中，而針對本課程教師教學模式或學生學習過程應以電氣系統為工程應用背景，培養本專業學生系統分析設計及解決實際工程問題的能力，包括利用計算機仿真輔助分析的能力以及對實際系統優化的能力，因此，本文提出基于由簡單到復雜的項目進行知識重構，通過理論知識與虛擬仿真平臺相結合的課程教學模式，如圖2所示。

（一）課程實施基本過程

針對課程特點，本課程的學習目標重點在于對實際電力系統相關分析的具體應用，因此，課程首先依據崗位需求制訂課程總的課程目標，并基于課程目標結合具體工程項目進行分解，按照知識的難易程度，打破傳統以知識體系實現課程學習的過程，而根據知識的難易程度和能力的復雜程度將課程分為四個模塊，其中模塊一包含電力系統分析的基本知識、電力系統概念及各個元件的基本數學模型等，模塊二基于第一模塊的知識進行知識復雜化，進一步提高能力，增加采用有名值和標幺值進行參數歸算，既鞏固了上一模塊的知識和能力，也為下一模塊的實施奠定基礎，通過這一方式確定第三模塊和第四模塊，基于此實現本課程理論+實踐的模塊化課程實施過程。

（二）課程考核方式

課程的考核可以直接反映課程的學習效果，是否達到崗位所需求的相關目標，僅采用期末考試的結果性考核方式無法獲得知識學習的過程[8-10]，不能得出學生學習過程的具體數據和效果，因此，針對應用型本科高校要注重能力培養，需改變課程的考核方式。本課程對每一模塊的相關知識和能力采用理論測試和軟件實操兩種方式，確定學生可實現每一階段的課程目標，從而實現總體課程目標。

四、結語

面對現代技術的發展，教師應與企業建立實體鏈接，善于利用先進的虛擬技術平臺使學生的學習過程由理論向實踐轉化，由知識向能力轉化，使課程的學習為今后的崗位需求服務。

參考文獻：

[1]李光琦.電力系統穩態分析[M].北京：中國電力出版社，2001-01.

[2]李光琦.電力系統暫態分析[M].北京：中國電力出版社，2001-01.

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[8]杜貴府，朱忠奎，李巧月.應用導向下《電力系統分析》課程教學方式探討[J].教育現代化，2019（85）：272-273.

[9]周勝靈，祝詩平，唐超.互聯網+”背景下《電力系統分析》課程教學模式現狀與思考[J].中國電力教育，2020（5）：52-53.

[10]郭壯志，薛鵬，徐其興.基于應用技術型電氣人才培養的《電力系統分析》課程教學改革[J].中國電力教育，2020（5）：56-57.

編輯 司 楠