基于虚拟软件平台的电力系统分析课程研究

朱婷婷 张慧娥

[摘           要]  由于虚拟技术的提高，围绕电气工程行业岗位需求，通过分析虚拟软件平台对于电力系统分析课程学习的必要性，采用理论+实践即虚实结合的教学模式，按照能力提升和知识的内化理解规律，实现基于虚拟软件平台的模块化教学模式设计，进而满足岗位需求。

[关    键   词]  电力系统分析;虚拟软件;教学设计;岗位需求

[中图分类号]  G642                                [文献标志码]  A                              [文章编号]  2096-0603（2021）11-0156-02

一、引言

电力系统分析是电气工程相关专业的核心课程，培养从事本行业的工程技术人才具有电力系统建模能力，针对实际电网具备会基本潮流计算并进行稳态分析，可提出关于实际稳态运行的电压及频率调整措施，基于短路电流计算进行各类故障分析、基于暂态分析为电力系统可靠运行提供数据基础等[1-2]。此外，面对现代电网行业的发展，基于数据处理及虚拟仿真技术的发展，电网行业的数据爆炸式增长体现出数据平台辅助分析的重要作用，数据的挖掘及模拟仿真对电网的评估及稳定运行可提供科学的决策依据[3]。面对行业对人才需求的变化，尤其针对应用型本科高校，需掌握行业所需求的系统化的专业知识并且具备熟练使用常用工程技术虚拟仿真分析平台的能力，并根据平台得出关于电力稳态及暂态运行的科学调控措施[4]。

针对电网行业的发展，电力系统分析课程的能力目标和知识目标不再是单一地掌握某项知识，而是结合项目实际融合课程知识综合建模、潮流计算及短路电流计算、虚拟仿真分析、理论与实践相统一的复合电力系统综合能力目标，面对当前人才需求，需在课程学习过程中充分利用校企合作平台[5]，结合目前电网使用广泛的虚拟仿真平台，面对本地区行业发展现状和电网运行特点改变传统“纸笔”的授课方式和教学模式，基于行业相关的虚拟仿真技术，实现虚实结合的学习方式和考核过程，实现岗位需求的课程人才培养目标，适应电力系统的行业需求变化。

二、电力系统分析课程虚实结合研究的必要性

（一）实现课程目标的有效途径

电力系统分析课程作为电气工程相关专业课程体系非常重要的核心课程，是电路等专业基础课的具体背景应用实现，实现电气主系统分析和运行的进一步量化分析，为今后学习继电保护等课程提供分析方法，因此，在课程体系中具有重要地位，而本课程的学习目标在于采用电力系统分析的相关计算和分析方法应用于实际电力系统的相关领域，因此，基于虚拟仿真技术平台结合课程实践及实习等过程，培养学生综合运用本课程知识解决电力系统稳定运行、故障分析及调度决策等实际问题。

（二）理论结合实践的必要手段

本课程包含大量的数学计算，具有一定抽象性和复杂性，单一地采用板书或PPT进行学习[6]，学生很难将短路电流计算和潮流计算运用到解决某一个问题上，并且将课程的重点放在计算过程本身而不是对计算结果的分析与应用，并不适合于应用型本科人才的培养目标，且不能实现理论与实践的有效统一，因此将仿真软件的引入作为实现理论联系实践的有效手段。

（三）应对课程学习空间和时间限制的新方法

传统的教育方式是基于面对面形式以固定时間和地点展开，而为实现教育全过程的目标，该方式存在时间和空间的限制。随着技术的发展，虚拟仿真软技术及现代线上课堂平台都给予了解决这一问题的新方法，尤其是面对本课程，对某一实际电力系统进行完整的潮流计算和各种故障分析计算，并基于数据分析结果实现稳态及暂态分析，只利用课堂的面对面或者课后作业以“纸笔”的具体方式无法实现，因此，课堂只能将知识分解，没有将知识间的具体联系以完整的方式进行融会贯通，而虚拟仿真平台可基于课堂建立模型的基本计算方法，通过计算机实现某一实际电力系统的完整分析，并且采用更多的线上交流方式可使学习过程的时间和空间更加灵活。

（四）校企深度合作的具体实现方式

人才的培养基于行业的需求，企业需参与人才培养的全过程，从人才培养方案的制订、课程目标的确定及具体教学过程的参与，可体现在课堂及实践的具体实施过程中，本课程基于企业的人才培养能力和知识目标对应课程知识、能力和素质目标，培养具有大国工匠精神的能根据实际电力系统实现具体潮流计算和不同故障类型的短路电流计算，可对电力系统提出具体的分析策略，面对问题具有求真务实和严谨求真的科学态度[7]，并对今后从事的行业具有服务社会、兢兢业业的价值导向。知识目标的实现需要企业提供电网的实际案例和项目，使课程落在实处，能力目标需要理论和实践相结合，而实践仿真平台对于企业和学校是统一的、结合实际的，而基于课程的理论和实践利用仿真平台实现远程教育和现场实习保障课程可实现行业定位的素质目标，因此，本课程采用“虚实结合”是校企深度合作的具体实现方式，体现在本课程的教学全过程如图1所示。

三、基于虚拟仿真平台的课程教学模式设计

电力系统分析为解决电力系统暂态和稳态运行提供基本的计算和分析，其课程目标的实现需应用到不同情况运行的电力系统中，而实际分析的过程中往往需要以基本理论为依据反复演练与输出，传统教学采用枯燥的手算实现复杂的计算过程，该过程利用课堂时间往往一节课难以以系统的项目完成一个完整的实例分析，而学生在复杂的计算结束后不能基于计算应用到实际电力系统的运行分析中，而针对本课程教师教学模式或学生学习过程应以电气系统为工程应用背景，培养本专业学生系统分析设计及解决实际工程问题的能力，包括利用计算机仿真辅助分析的能力以及对实际系统优化的能力，因此，本文提出基于由简单到复杂的项目进行知识重构，通过理论知识与虚拟仿真平台相结合的课程教学模式，如图2所示。

（一）课程实施基本过程

针对课程特点，本课程的学习目标重点在于对实际电力系统相关分析的具体应用，因此，课程首先依据岗位需求制订课程总的课程目标，并基于课程目标结合具体工程项目进行分解，按照知识的难易程度，打破传统以知识体系实现课程学习的过程，而根据知识的难易程度和能力的复杂程度将课程分为四个模块，其中模块一包含电力系统分析的基本知识、电力系统概念及各个元件的基本数学模型等，模块二基于第一模块的知识进行知识复杂化，进一步提高能力，增加采用有名值和标幺值进行参数归算，既巩固了上一模块的知识和能力，也为下一模块的实施奠定基础，通过这一方式确定第三模块和第四模块，基于此实现本课程理论+实践的模块化课程实施过程。

（二）课程考核方式

课程的考核可以直接反映课程的学习效果，是否达到岗位所需求的相关目标，仅采用期末考试的结果性考核方式无法获得知识学习的过程[8-10]，不能得出学生学习过程的具体数据和效果，因此，针对应用型本科高校要注重能力培养，需改变课程的考核方式。本课程对每一模块的相关知识和能力采用理论测试和软件实操两种方式，确定学生可实现每一阶段的课程目标，从而实现总体课程目标。

四、结语

面对现代技术的发展，教师应与企业建立实体链接，善于利用先进的虚拟技术平台使学生的学习过程由理论向实践转化，由知识向能力转化，使课程的學习为今后的岗位需求服务。

参考文献：

[1]李光琦.电力系统稳态分析[M].北京：中国电力出版社，2001-01.

[2]李光琦.电力系统暂态分析[M].北京：中国电力出版社，2001-01.

[3]张福铮，黄文琦，赵继光，等.基于Hadoop的电网非结构化数据智能分析云平台[J].信息技术与信息化，2020（5）：222-225.

[4]沈娜，房大中，杜芸强.新工科背景下基于应用型人才培养的“电力系统分析”课程改革与实践[J].高教学刊，2020（17）：143-146.

[5]李建军，王宪磊，侯宝华，等.校企合作下实践教学对“电力系统分析”课程的作用[J].教育现代化，2019（A2）：93-94.

[6]楚冰清.应用型高校电力系统分析课程的教学改革[J].微型电脑应用，2020（8）：80-82.

[7]孙秋野，黄雨佳，高嘉文.工科专业课课程思政建设方案：以《电力系统分析》课程为例[J].中国电机工程学报，2020（10）.

[8]杜贵府，朱忠奎，李巧月.应用导向下《电力系统分析》课程教学方式探讨[J].教育现代化，2019（85）：272-273.

[9]周胜灵，祝诗平，唐超.互联网+”背景下《电力系统分析》课程教学模式现状与思考[J].中国电力教育，2020（5）：52-53.

[10]郭壮志，薛鹏，徐其兴.基于应用技术型电气人才培养的《电力系统分析》课程教学改革[J].中国电力教育，2020（5）：56-57.

编辑 司 楠