实用型本科“电力系统分析”课程建设的实践与探索

刘群英?刘起方?陈树恒?张昌华

摘要：为了培养出更适应我国电力系统发展新形势下的专业技术人才，针对现代电力系统教育的要求以及教学过程中存在的问题，从课程的理论体系、教学模式、教学方法以及考核方式等方面对本科“电力系统分析”课程进行改革探索，改进教学效果，提高学生的理论分析能力和实践能力。

关键词：实用型电力系统分析；课程建设；理论体系；课堂授课方式

中图分类号：G643.2 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）36-0087-02

一、现代电力系统发展的新要求及教学中存在的问题

1.课程特点

近几年来，智能电网成为世界电力系统发展的趋势，我国电力系统将在世界智能电网定义的基础上，结合自身特色，建设具有中国特色的智能电网。在这样的背景下，我国的电力系统由传统的运行控制阶段逐渐进入以智能控制、柔性交流技术以及 同步监测阶段，传统的理论和技术逐渐不适应新形势下的电力系统发展，因此，国际先进的仿真分析技术、控制理论技术、通信与测量技术将在我国稍微电力系统中得到新的发展与应用，电力系统无论是新理论储备还是国际化技术人才储备，都面临新的挑战，作为电力系统自动化专业的专业核心课程，电力系统分析的教学改革势在必行[1，2]。

2.存在的问题

电力系统分析这门课程授课对象为电气信息工程本科大二学生，课程以电力系统的基本结构及理论为讲授内容，具有理论强、计算量大、内容陈旧、概念抽象的特点；教学方法一向以老师课堂讲授配合PPT展示为主，教学互动较少，未能充分调动学生的学习主动性；在学习的效果上看，学生对电力系统的内在特性、运行机理及理论分析方法上，理解不够，基础不够扎实；在实践性方面，对学生的动手能力培养不够，特别是独立编程仿真分析能力，普遍没能得到提高。因此，需要在教学模式、教学内容和教学方法上有所创新，形成新的课程教学体系，以适应学生学以致用的创新能力培养[3]。本文拟从课程教学体系改革、教学改革的具体方式方面具体阐述改革思路。

二、课程教学体系改革思路

针对上述传统电力系统教学体系存在的问题，我们提出了注重电力工程应用为主的互动型理论教学、实用型实践教学、应用型课程设计、现场型课程实习的四型教学体系。互动型理论教学，注重发挥学生的积极主动性，课堂上尽量让学生提问，不漏掉小疑问，必要时，让学生走上讲台，针对问题谈论自己的想法，提高学生分析问题解决问题的能力；实用型实践教学，结合电力系统的具体实例，让学生学习至少一个电力系统仿真软件，如PSAT、PowerWorld等，自行设计系统故障条件，分析故障时的系统运行状态，提高学生的动手能力；应用型课程设计，要求学生能够自行设计一个简单合理的电力系统，以便对电力系统形成完整的认知概念；现场型课程实习，联系电力公司，带领学生现场参观至少一个发电站和一个变电站，将课堂理论学习与现场实际应用结合起来，由抽象走向具体，加深课堂理论学习效果。

四型课程教学体系注重理论基础与实际应用相结合，如图1所示，由四个模块组成，分为理论环节和实践环节两部分。模块之间是相辅相承的关联关系。互动型理论教学是实用型理论教学的基础，实用型理论教学可以进一步加强互动型理论教学效果。两者为应用型课程设计和现场型课程实习奠定理论基础。现场型课程实习是应用型课程设计的基础，为应用型课程设计提供实物认知模型，应用型课程设计加深现场型实习环节的效果。同时，现场型课程实习与应用型课程设计环节加强了理论学习环节的效果。理论教学环节按照加强基础性和突出应用性的教学内容改革思路，本着教学内容与当前专业前沿技术相结合的原则，将教学内容重新组合为三大板块，包括电力系统稳态分析、电力系统暂态分析和电力系统前沿理论和最新发展课题三部分内容。电力系统稳态分析是暂态分析的基础，两者都支持和指导电力系统发展前沿课题及最新技术。其相互关系如图2所示。基于這样的逻辑联系，在电力系统的稳态和暂态内容传授过程中，对应补充电力系统发展前沿的内容。

实践环节根据突出能力培养、服务工程的教学目标来改革教学内容，将现场型课程实习和应用型课程实习内容进行优化整合，增加实验设计项目，针对部分理论方法，如暂态分析和稳态分析，要求学生自行采用仿真工具完成分析过程并给出不同系统条件下的分析结果。在此过程中，实行一对一考核模式，增加授课老师对学生实验掌握程度的监管力度。同时，在现场型课程实习中，采用校企联合培养的模式，聘请电气企业的资深专业技术人员参与课程教学和实习。

三、教学改革的具体实现方式

1.教学模式改革

电力系统分析涉及的计算有潮流计算、短路计算和稳定性计算，涉及的状态分析有电力系统稳态分析和暂态分析构成。稳态分析主要内容有线路、变压器的参数和模型、网络潮流计算以及有功、无功对电压和频率的影响，主要针对系统在稳态运行下参数的计算分析，其计算有两种方式：手算和计算机计算。电力系统暂态分析是对系统发生故障时，系统中主要参数的分析和计算以及系统稳定性的分析，内容包括对称和不对称短路时参数的计算以及系统的静态和暂态稳定性分析。稳态分析和暂态分析这两大体系构成了电力系统分析的全部内容。

“电力系统系分析”课程具有理论性、工程性、实践性和应用性强的特点，其涉及内容多、概念抽象的特点使得很多本科学生望而生畏。为此，我们将全部内容进行优化整合，提出了注重基本概念-注重课程实践-注重课程创新的三注重课程教学模式。

（1）注重基本概念，主要针对电力系统的基本元器件模型构建、电压稳定、频率稳定等基本问题展开，注重学生对基本理论和计算方法的学习和理解，通过学生自己做PPT来阐述基本概念的方式来加强对基本概念的学习和掌握。

（2）注重课程实践，主要是学生对所学理论的应用能力培养，针对重点的理论问题，如潮流计算，能够采用牛顿拉夫逊算法，完成IEEE-30母线系统的潮流计算，并能准确理解雅克比矩阵的处理。对于暂态稳定性计算，要求至少会用Matlab或者PSAT等软件中的一种完成三机以上规模系统的暂态稳定性分析。

（3）注重案例分析，針对学生普遍反映电力系统分析课程理论较多、较为抽象的问题，对应图2所分的三大板块内容，分别给出具体的实例分析，如电力系统暂态分析，可例举实际系统发生故障后的暂态变化过程，分析各状态量的变化及其对系统暂态稳定性的影响，用具体数据来验证，以此提高学生对电力系统基本理论的掌握。

（4）注重课程创新，即在强调电力系统基础理论的前提下，结合国际先进理论技术的发展，将交叉学科的理论，如先进的传感器技术、自动检测技术和控制理论等引入电力系统，结合电力系统存在的老问题和刚出现的新问题，从理论入手，探索解决问题的新思路和新方法，解决方案最终在课程实践环节进行验证，培养学生对新理论新技术的研究和探索习惯。

2.教学方法及考核方式改革

（1）教学方法改革。根据本课题组要求，我们以课堂教师讲授为主，辅以现场教学、案例教学和讨论式教学方式，将理论知识与实际应用切实结合起来。教学手段采用多媒体教学与黑板教学结合的方式。另外，为了促进学生的自主学习，开发多媒体网络课件，实现了课程教学网络化。

（2）考核方式改革。考核采用期末闭卷考试的方式，期末考试主要是针对理论学习部分，分值占60%。学生平时阶段性的课程实践环节有三次，每次分值占10%，共计30%。另外10%的分值是平时的综合表现成绩。关于平时的阶段性课程实践，如上机实验，采用一对一的考核方式，学生需要与教师面对面描述自己的程序编制及仿真计算过程。

四、结语

我校实用型电力系统分析课程教学体系改革方案从2010年开始，已经实行了三届，取得了如下成果：

（1）加深了学生对电力系统的基础理论的理解，并培养了较强的实践能力，毕业生的专业素养受到用人单位的好评；

（2）提高了本课程任课老师的教学水平，调动了本课题组老师对电力系统分析课程教学改革研究的积极性；

（3）通过对“电力系统分析”这门课程进行系列教学改革的探讨，加强了电气工程专业的学生对该课程的重视，对于进一步提高教学质量、培养应用型人才具有重要意义。

参考文献：

[1]黄肇，罗隆福，罗庆跃.电力系统分析课程教学体系的构建[J].电气电子教学学报，2011，35（1）：47-48.

[2]朱兰，韦钢，符杨，等.“电力系统分析”课程教学及实践环节教学方法[J].电气电子教学学报，2011，33（2）：128-129，133.

[3]高嬿，张运波，张龙斌.“电气工程专业“电力系统分析”教学改革探索[J].中国电力教育，2013，（20）：52-53.

（责任编辑：韩晓英）