电力系统分析课程的实践创新培养模式探索

2013-07-19张晓花朱陈松朱昌平马正华

实验室研究与探索 2013年1期

张晓花，朱陈松，朱昌平，马正华，金微

(1.常州大学 a.信息科学与工程学院，b.经济管理学院，江苏常州213164;2.河海大学电子信息技术实验中心，江苏常州213022;3.江苏技术师范学院，江苏常州213001)

0 引言

电力系统分析包括电力系统稳态和暂态分析，是一门理论分析严谨、涉及内容广泛的电气工程及其自动化专业重要专业基础课。本课程既是本学科重要的专业课，又是后续电力系统继电保护、发电厂电气部分、电力系统自动装置、电力系统自动化等相关课程的理论基础，更是学生专业素质形成的关键课程之一，学好这门课程将为本学科打下坚实基础。

目前随着专业设置的改革，该课程的课时在不断减少;随着计算机技术、现代控制技术和电力电子技术的应用和迅猛发展，以及电力市场在电力系统的引入，其教学内容日益丰富，教学要求不断提高。因此对电力系统分析课程的教学内容、教学方法、教学手段等实践创新方面的改革势在必行。

在国际上凡是经济发达的国家，均有非常完善的工程教育体系，通过高等工程教育来培养学生的实践创新能力，造就高素质的工程师，为国家的经济发展提供强有力的智力支持［1］。例如美国不仅高校自身高度重视“改革工程教育，培养新一代工程师的实践创新能力”，并且十分重视“企业与高校”的结合来推动工程教育改革，大学是知识生产和传播的基地，是建设创新型国家进程中不可替代、日趋显著的基础和生力军。大学既为国家源源不断地提供创新型人才，又直接参与创新活动。美国的教育方式和人才培养模式一直备受关注，美国大学不断进行教育创新，坚持一个“中心”、三个“结合”，逐渐形成了独具特色的教学和创新人才培养模式［2］。英国的理论—实践—理论的“三明治”教育模式注重与企业的联系，在教学过程中夹有工作训练的教育模式，把学生在校的课程学习与在相关行业的工作结合起来，以提高学生学习兴趣、工作技能和实践创新能力［3］。美英培养模式的特点都是以需求为导向，以实用主义为指导思想，注重校企合作，采取灵活地课程设置形式，值得我们认真学习和借鉴。我国高等教育中人才的创新能力与发达国家相比尚有差距，不利于学生在实际工作中尽快独挡一面。

电力系统分析的研究对象是实际的系统，具有明显的综合性和工程性。本文探索通过教师、学生、学校、企业与政府多方面共同努力的实践创新培养模式，力求提高教学质量，培养适应现代化发展要求的实践创新人才。图1 为电力系统分析实践创新培养模式。政府通过政策和经济资助支持高校实践创新人才培养;企业积极参与高校实践创新人才培养过程，为大学生提供更多的实践场所;高校通过加强实验教学示范中心建设等措施提高教学质量，增强毕业生就业竞争力;教师应重视个人工程素质的提升，强化创新意识，给予学生实践创新能力指导;学生应在学好理论知识的同时，积极参与实践，在实践中提高综合素质［4］。

图1 电力系统分析的实践创新培养模式

1 提炼教学方法，改善教学质量

1.1 熟练掌握教材，提炼教学内容

电力系统包括发电、输电、配电和用电等环节，发电机、变压器、输电线路、用户负荷都是电力系统的元件。电力系统表示为只有电联系的电路，把磁耦合的元件—变压器用等值电路来表示;任何一个元件的参数、状态变化都会引起各个元件的状态变化甚至是参数变化，因此要建立系统概念。局部的调整或者故障对整个系统的影响是本课程学习的重要内容。在教学中还要注意整体与局部的关系、数学方法和物理概念的关系、静态分析与动态分析的关系［5］。

电力系统分析阐述了电力系统的基本概念、基本理论和计算方法［6］，其主要教学框架见图2。重点讲述潮流计算、短路计算和稳定性计算，这三大常规计算是电力系统规划、设计、运行等各项工作的共同基础。对教师而言，把这一主线贯穿到整个教学内容中，教材的每一章节内容都围绕三大常规计算这个轴心转动。这样就明确了教学目的，对教材内容的重点和难点做到心中有数，传授知识的效率偏高［7］。其中潮流计算是整个内容的一条分支线，潮流计算前面的知识为基础知识，潮流计算是主线，潮流计算后面的内容是学习潮流计算的目的。明确了它们之间的相互关系，整个章节内容就能连成一条线进行理解和分析。

图2 电力系统分析的主要教学框架

1.2 将原来的灌输式教学改为启发式和讨论式

教师要引导学生思考，善于提出问题并给学生留出充分的思考空间;精心准备并注意课堂气氛的自由、学生课堂的反应，依据学生实际掌握知识的情况适度的调整课程进度。一堂课，在什么地方、什么阶段提出问题都有讲究。将课堂变为开放式，在讲解过程中允许学生提问并开展讨论，鼓励学生提出大胆新颖的问题;对学生知识性、理论性的错误判断，不要马上给予否定，要以点拨为主，用暗示提醒的方法让学生继续思考。每次上课结束时，将下次课的主要内容提炼为若干问题，让学生课后思考。在课程学习到一定阶段，可将所学的知识综合运用，设计若干题目让学生分组协作完成，撰写讨论报告。

为了培养学生的创新能力，要有让学生展示自己能力的舞台。因此让学生自愿组成学习小组，参与教师的教学和科研活动，在实践中通过查阅资料、调研分析、方案设计、实验研究、数据处理及报告撰写等环节，使学生锻炼了实际工作能力，培养了团队协作精神，开阔了视野，提高了创新意识和创新能力。

1.3 将科学研究引入课程学习，加强师生互动

教师在多媒体中标明每章的重点和难点，并重点加以阐释，这样重点突出，一针见血［8］。同时由于电力电子技术、自动控制技术的快速发展，电力市场的引入，使得电力系统的运行模式发生很大改变。因此利用2 个学时介绍柔性输电技术、电力市场的基本概念以及一些最新发展趋势，使学生了解电力系统发展趋势和电力新技术，增加学生的学习兴趣。以课堂花絮的形式介绍三峡工程、电力灾变、8.14 美加大停电、新能源、FACTS 等;在电力系统经济运行的学习中，结合分布式电源的建设与网损的关系，向学生介绍智能电网的建设概况，使学生对电力系统近年来的发展建设有一些认识，对电力发展的大环境和个人职业发展相结合，增加学生实践创新的思考。

教师加强自身的工程经验，重点补充本专业近10年来重大科研成果，并将其穿插在课堂上结合理论讲授，让学生感受到电力系统的重大事件，了解本学科发展的前沿及热点内容。引入江苏电网的实例并结合课程内容进行讲解，为学生工作打下基础，尽量使教学与工程实践无缝连接。教师同时鼓励感兴趣的学生参加有关校园讲座，增长知识面;鼓励学生阅读专业文章杂志，上学术期刊网，扩大专业视野;鼓励学生参与学校的创新项目，增加实践机会，提升个人能力。这样不但培养了学生查找信息和自学的能力，也培养了他们独立思考、积极进取的精神。同时教师适时加入激励机制，师生相互促进课程的实践创新。图3 为师生共同促进电力系统分析的实践创新。

图3 师生共同促进电力系统分析的实践创新

1.4 课程设计与电力系统仿真相结合

教学的目的是使学生掌握电力系统运行状况的分析、电力系统数学描述的方法、复杂电力系统的数学建模、稳态、故障、稳定分析方法及工程应用。针对电力系统的抽象性，加强其数字仿真及实验平台的利用。拟引进清华大学研制的“电力系统调度仿真培训”软件，结合江苏电网、南方电网等实际电力系统的数据，对学生进行潮流计算、故障计算、稳定性分析的运行分析的练，提高学生的实际操作能力。充分利用THLDK-2 型电力系统监控实验平台，将多个实验平台联成一个复杂多变的电力网络，并配置微机监控系统实现“N+1”实验平台，下一步将提供潮流分析计算、短路电流的计算、网损分析、无功补偿等试验［9］。随着办学规模和质量的提高，将逐步建设动模实验室，建立综合性的实验平台［10-11］。

适时引入课程设计环节，课程设计是高等学校工程教育最重要的实践教学环节，它是由学生独立完成的一项综合性、创造性、设计性的大型作业。通过课程设计，学生加深对理论知识的理解，掌握了电力系统数学建模的思路;使学生巩固电力系统三大常规计算的基本原理与方法，掌握矩阵直接求逆，节点优化编号，拉格朗日分解等三大常规计算的数值求解方法;通过课程设计培养实践能力和创新能力，增强综合素质。

2 学生变被动为主动

传统的教学模式中，师生教与学过程中的互动环节较少，学生习惯了填鸭式的教育方式，学习积极性不高，教学质量受到较大影响。学生利用课余时间借助中国电科院PSASP7.0 软件进行课程的仿真分析，这样可把学生从繁琐、低级的重复计算中解脱出来［12］。通过软件仿真可以使学生转变学习观念，变被动接受为主动学习，把更多时间用在设计方案的比较、元件的选择及建模上，能降低计算的繁杂而带来的计算错误，为后续专业课的开展打下良好基础。

电力系统潮流及短路电流计算量较大，教材往往只是对这两个计算机算法介绍原理，而没有应用程序及上机实践锻炼，达不到培养学生实际能力的目的。发电机是电路中的电源，用电势源与电抗串联表示。根据电力系统的稳态模型，知道了发电机等值电路中电势源和电抗，就可以计算对称故障的短路电流。因此，教师在教学实践中应加强计算机在电力系统计算中的应用，侧重培养学生的实践能力，不但向学生讲述计算原理，而且介绍计算程序框图，开出电力系统潮流计算、短路电流计算的实验。学生养成积极利用学校资源及网络资源的习惯，自己动手做电力潮流计算、短路计算等实验，培养自己思考问题和解决问题的能力，使自己从琐碎的记忆中摆脱出来，提高学习效率。与此同时，学生利用课余时间编写潮流计算程序，老师应给予全程跟踪和帮助。这样一来，整个教学实践能收到较好的效果，学生的基本理论得到了巩固，实际动手能力得到了提高。学生积极参加多媒体教学课件的开发与制作，积极思考本课程的重点难点，有助于提高其独立思考和实践创新的能力。

3 学校积极与企业联系

高等学校承担着人才培养、科学研究和社会服务三大任务。我国的高校、科研院所集聚了大量的科技资源，但科技成果转化率偏低，科技创新与市场需求未能有效对接。因此高校要以市场为导向，以地方经济发展为支点，积极与企业合作［13］;以科学发展观统领和推进学校的改革和发展，积极服务地方经济，在服务范围、服务领域、服务对象等方面通盘策划，以更加积极主动的姿态投入到国家建设发展。

本课程通过学校与企业的联系与合作，适当增加有关企业培养的内容，对接电力行业，重视知识、能力和素质的协同发展，适当邀请企业人员讲解无功平衡与调压、有功平衡与调频、经济运行等部分知识内容。同时学校与企业建立长期的合作关系，一方面对于学校而言可以增强学生的实践能力，对于企业而言学校培养的学生具有工程实践创新能力，进入企业后可为企业创造利润。结合常州的地域发展需求，我校与常州市电力公司、常州戚墅堰电厂、常华电机厂等建立积极的合作关系。企业可为学校提供实习基地，学校可为企业提供智力支持。在讲到电力系统元件的特性和等值电路时，和当地供电部门联系，利用课余时间，带学生到附近的变电站参观，让他们亲身感受到电力系统的设备，了解未来的工作环境［14-15］。

4 政府给予支持

政府在电力系统分析课程的实践创新教学中起到桥梁纽带的作用，应在政策上给予学校、企业、教师和学生扶持，经济上给予课程建设一定的资助，做好校企合作中的桥梁和纽带作用。“教授博士柔性进企业活动”是江苏省推动产学研合作而搭建的一个良好的平台。近年来，广大企业特别是中小企业对科技知识的渴求越来越强烈，但苦于缺乏有效的渠道和充足的资金实现与高校教授博士的成功对接。“教授博士柔性进企业活动”的启动，给企业带来依靠科技实现迅猛发展的“福音”，同时给高校教师走进企业进行实践提供了良好的机会，有助于教师队伍的工程实践能力和创新能力的提高。这样教师的理论知识和实践能力得到很好的结合，从而提高课程教学质量，并将理论有效转化为企业生产力，推动企业的长足发展。另外在科研开发及项目的申报上，政府更多注重的是高校和企业的合作，这样为高校和企业联合申报项目及项目的后期开发提供良好的资金和政策平台，提高教师科研的兴趣和企业创新意识，为校企合作创造良好的环境。

5 结语

电力系统分析课程教学目的在于通过知识传授、能力培养，将课程实验、课程设计和校外实践等融合进一步复习巩固课堂教学所学的理论知识，使之融汇贯通。高校要充分发挥人才、学科、实验条件及国际合作等资源优势，通过融入产学研联盟，实现互补多赢。充分依托政府的宏观规划与产业结构，更好地适应经济社会发展需要，实现学校的可持续发展;同时积极与企业合作，完善服务平台，构建开放式的服务体系。加强师生互动，在教学过程中形成一种以学生为中心，以掌握知识为基础，以培养能力为重点，创新管理模式。通过完善组织机构、寻求政府支持、引入互动机制、拓宽服务领域等途径，建立高校、政府、企业、教师与学生等多方面的良性互动，形成电力系统分析课程的实践创新培养模式，改进传统电力系统分析教学缺点，力求提高学生的实践创新能力。

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