“电力系统分析”实践教学模式的探索与改革

庞玉

济宁市技师学院 山东济宁 272000

“电力系统分析”是电力系统及其自动化专业学生的必修课程，被学生普遍认为是电力专业的四大难学课程之一，学生成绩普遍较低、课程教学效果不理想。电力系统及其自动化专业的学生毕业后大多会进入电力相关企业，“电力系统分析”课程的相关内容在学生的职业生涯中具有重要作用。如何提高“电力系统分析”课程的教学效果，一直是电力专业教学改革研究的内容之一。

1 教学难点分析

（1）潮流计算。学生对潮流计算的求解过程不够清晰，在牛顿法潮流计算中，对雅克比矩阵的作用及生成存在误解，不清楚在潮流计算的每次迭代中都需要进行雅克比矩阵的计算。（2）短路计算。短路计算分为对称短路计算和不对称短路计算。对于对称短路计算，学生在网络化简上存在困难；对于不对称短路计算，学生对计算过程、零序网络、边界条件等基础知识的掌握较差。（3）暂态稳定计算。学生对等面积定则、临界切除时间的理解存在困难，对故障前、故障时、故障清楚后系统各功角曲线的绘制及理解存在困难。

2 “电力系统分析”课程设计环节

课程设计是“电力系统分析”最重要的实践教学环节，一般在期末“电力系统分析”课程结束后，设立单独的电力系统课程设计。教师会根据课程的主要内容以及实际运用，拟定一些题目，学生根据自己实际具备的知识结构和能力水平自由选择项目，但要求每个学生独立完成的此项具有设计性的作业。课程设计的题目主要包括但不限于以下题目：（1）多电压等级电力系统潮流计算及分析；（2）无功补偿、调压计算与分析；（3）电力系统三相短路电流计算程序设计；（4）大规模系数节点导纳矩阵的存储和运算。不同的题目具体有不同的要求，例如：第（4）类大规模系数节点导纳矩阵的存储和运算是以IEEE14节点测试系统为对象，用C语言（不可用Matlab）编程实现节点导纳矩阵的存储、检索和简单运算。要求在计算中应用稀疏矩阵的存储和运算计算，尽可能少的占用内存，且最大限度地提高运算效率。通过此课程设计，可以使得学生进一步加深对理论知识的理解，掌握数学建模的思路，提高编程能力，培养学生实践能力和创新能力，增强学生综合素质[1]。

3 实践教学的改革

实践是理论知识的理解和巩固。目前，由于各种原因，我校“电力系统分析”实践环节较少。而应用型本科院校培养人才的最终目标是以服务地方经济为出发点，因此在讲授基本理论的同时，也应重视实践教学环节，丰富实践教学环节。第一，适当增加参观实习环节。目前，我校电信学院与周边的多个电力企业、供电局等签订了实践教学基地协议，学生每年的认知实习都会安排去某些单位参观，然而认知实习一般安排在大一第2学期，目的是为了让学生对本专业有深入的了解，当然会请专业的技术人员为学生讲解，但大一的学生没有专业知识功底，因此，对于这种专业的讲解学生仅仅只是“听一听”。在“电力系统分析”授课过程中，有一部分知识与当时认知实习的参观内容相关，学生基本上已经毫无印象。基于这点考虑，可将参观实习贯穿在“电力系统分析”课程中，针对某些教学内容，安排相应的参观实习，了解理论知识在实际生产中的应用[2]。同时，通过参观，学生也能够对本专业的工作环境进行初步的了解。第二，增加仿真实践环节。我校“电力系统分析”课程的实践教学为课程设计，工作量大，也不利于学生了解实际的电力系统网络运行。因此，在课程设计过程中，除了要求学生通过编程完成设计要求外，为学生演示仿真软件的使用，让学生尝试使用仿真软件获得结果。定期开放实验室，指导学生利用仿真软件对实际电力系统的各种运行工况进行模拟仿真，提高学生的实践能力。目前，可供学生使用的仿真软件为MATLAB和PSCAD，考虑到成本预算，实验室没有安装专门的电力系统分析软件。不过，电气专业的虚拟仿真实验室正在建设当中，安装专门的电力系统分析软件在计划之中。

4 DDRTS数字仿真平台下的数字仿真实验

在此数字仿真平台下，学生需要进行电力系统运行方式及潮流分析实验、电力系统横向故障分析实验以及暂态稳定分析实验。通过这些实验使得学生掌握电力系统主接线电路的建立方法，掌握辐射形网络的潮流计算方法，掌握不同运行方式下潮流分布的特点;认识电力系统各种短路现象，掌握各种短路故障的电压电流分布特点，分析比较仿真运算与手动运算的区别;进一步认识电力系统暂态失稳过程，学会绘制摇摆曲线，掌握影响电力系统暂态稳定的因素，掌握故障切除时间（角）对电力系统暂态稳定的影响，掌握提高电力系统暂态稳定的方法[3]。

5 结语

通过对实际电网的模型构建、参数归算、仿真运行、状态分析、运行控制等环节的训练，既能让学生直观、形象地理解电力系统这一复杂系统的运行控制过程，激发学生学习热情，又能使学生掌握电力系统分析从物理模型到数学模型、从理论分析到工程应用的全过程，提升学生解决工程复杂问题的能力和专业素养。与传统的实验和实践性环节相比，借助工程实践平台和现代工具软件实施的“综合运用专业知识解决电气工程领域复杂工程问题”教学项目，更能激发学生的学习兴趣，更符合课程教学目标对毕业要求的支撑度，对培养学生独立解决工程问题的培养目标效果十分显著。