“电力系统分析”课程实践教学研究与实践

2022-10-21张婧梁梅罗昕覃贵芳

装备制造技术 2022年7期

张婧，梁梅，罗昕，覃贵芳

（广西水利电力职业技术学院,广西南宁 530023）

0 引言

“电力系统分析”课程是电力系统相关专业的一门专业核心学位课程，在专业教学过程及高质量专业人才培养计划中具有重要的地位[1]。课程主要面向电网调度运行、规划管理、电力设计等职业岗位，培养学生具备分析电网、解决电网实际问题的能力。基于课程实践教学的需求，主要对电力系统分析课程教学内容、教学手段、教学方法等方面进行实践化教学设计和探索。

1 传统教学存在的问题

1.1 教学内容理论性强

电力系统稳态分析和故障分析是本课程主要教学内容，但是其中的潮流计算不仅需要应用电路中各元件的阻抗和导纳以及系统中的功率和电压列出元件特性方程，还需要应用牛顿拉夫逊算法和PQ分解法开展迭代计算求解各个节点的电压、功角以及各条支路中的电流、功率等电气量。短路电流计算需要应用电网参数构建网络等值电路，采用对称分量法求解电网中的序参数，在利用各序分量求解各相短路电流。上述计算涉及抽象难懂的概念、晦涩难懂的模型、推导繁杂的公式。学生在学习过程中存在概念理解困难，知识点缺乏连贯性和系统性，理论不能联系实际等情况[2]。

1.2 教学方法和手段单一

电力系统分析计算需要绘制发电机、变压器、线路、电抗器等元件模型，在电压、电流、有功、无功等电气量的求解过程中存在大量的矢量计算和矩阵方程计算。由于计算量大，稍复杂的电网，手动计算完成难度过大，甚至还需要学生编制程序利用计算机进行迭代计算。但是传统的课堂教学以多媒体演示、教师讲授、黑板板书等手段为主，教学方法和手段单一，抽象的知识点缺乏直观性，这种传统的灌输式教学使得学生无法形象的理解实际电力系统运行特点，更无法对电网运行方式是否正常进行判断，导致理论与实际脱节严重，达不到课程培养目标。

1.3 传统考核方式单一

评价方法片面。传统教学中课程考核主要由平时成绩+期末成绩组成。平时成绩主要考核学生出勤、作业，期末成绩以笔试的方式考核学生理论成绩。上述考核方式只评价了学生对理论知识的掌握程度，对学生在学习过程中实践能力和综合应用能力评价缺乏，由于未能及时跟踪学生学习情况，学生在学习课程时出现平时学习积极性不高，出现期末考试前突击的现象。

2 实践教学改革的探索

2.1 坚持校企合作，双向协同重构教学内容

课程教学团队始终与广西电力企业保持密切的合作，依托校企双方的名师工作室和技能大师工作室，共同研究了课程体系、课程标准，多次深入发电厂、电力公司、电力设计研究院等企业开展现场研讨，重构了教学内容。教学内容以电力系统岗位能力要求为导向，突出“项目化、实践化”的工科课程特点，采用模块化设计教学项目，层层递进式编排教学内容。设计了认知电力系统、县级电网潮流计算、县级电网电压调整、县级电网对称短路计算、县级电网不对称短路计算、电力系统频率调整、电力系统的经济运行、电力系统稳定分析8个教学项目模块。项目设计从简单到复杂，能力提升由低到高，每个教学项目对接相应的能力目标，符合了学生能力迁移和职业成长规律。

2.2 引入多种教学手段，信息化技术助力教学改革

引入电力系统可视化仿真软件POWERWORLD，解决潮流计算、短路计算难度高的问题，将大量的过程计算转由软件完成，学生只需分析电网薄弱环节，将学生实操技能与实际电网运行人员日常工作对接起来。例如，对于调压措施中涉及大量手工计算，且分析结果难以呈现的问题，POWERWORLD软件可以将电网分析的结果以可视化形式呈现，通过色彩的变化，清楚观测数据的变化。引入“互联网+”远程教学平台，将企业现场引入到课堂，解决了电力系统构成、电力企业生产现场难以在课内呈现的问题。引入变电站仿真培训系统、水电站仿真系统，模拟了变电站、水电站运行场景，直观形象地展示了电力系统各种生产设备运行情况。引入学习通信息化教学平台，汇集多种教学资源的同时，学生利用手机拍照传送作业到学习通，实现作业当堂展示，方便教师讲解，老师利用学习通了解学生的学习情况、回答学生的疑问、开展网络问卷调查。教师在教学过程中灵活选用电力系统可视化仿真软件POWERWORLD、生产现场远程教学平台、变电站仿真培训系统、供用电网络培训仿真系统及学习通等教学手段，使课程直观、形象、生动、贴近生产，激发了学生的兴趣，极大地促进师生互动和生生互动。

2.3 开展项目驱动教学，职业素养培育贯穿工作任务

开展项目驱动教学，将电力系统分析内容与新时代要求有机融合，以现实电网为蓝本，揭示发电、变电、输电、配电和用电规律。通过“互联网+”远程教学平台以及POWERWORLD构建的电力网络为学生创建贴近真实生产过程的情境教学环境。在情境教学过程中，按照电力调度运行和规划设计人员岗位的工作过程，将潮流计算、电压调整、短路计算等工作任务设计成多个从简单到复杂的教学项目，以项目为驱动，将专业理论知识融入到了教学项目，让学生对设计好的教学项目开展学习。在实践中活学活用，让学生由简入深，逐步掌握一个完整工作过程各个环节的基本要求和岗位能力，拓展了教学内容。在开展项目教学时，还引用电力企业班组文化，采用了岗位角色扮演、分工协作等方式，将职业素养培育贯穿工作任务始终。

2.4 改革课程考核方式，构建多元化的实践教学评价体系

改革传统考核方式，确立以学生为中心，以提高学生电网综合分析能力为目标，构建了主体多元、形式多元的多元教学评价体系。通过超星学习通教学平台实现教学全过程数据采集和即时评价。教学考核由课前、课中、课后三部分构成。课前，教师在学习平台发布学习任务，让学生明确教学目标，了解学习任务、熟悉软件操作。学生以小组为单位，按照任务书的指导，进行自主学习，拓展了学习的时间与空间。课中，采用任务驱动、实训演练等方法，促使学生自主学习、协作探究，充分发挥其学习主体作用，利用学习平台的在线测评系统，及时对学生进行评价，形成了教师与学生、过程与结果多元的评价体系，也便于教师及时了解学生学习情况并及时调整教学进度。课后，学生通过学习平台完成给定的课后任务，教师和企业专家在学习平台对学生进行点评。

3 实践教学改革实施案例

“县级电网潮流计算分布”是本课程实践教学中的项目。下面简单介绍本项目实践教学的实施情况。

3.1 教学内容

“县级电网潮流分布”项目主要学习内容是分析正常运行方式下电网潮流流向和大小，分析是否存在重载、过载的设备和电压越限的母线，由此判断电网是否处于一个合理的运行状态。

3.2 教学目标

通过对学生知识基础、技能基础和实践能力等多方面学情分析，结合岗位能力要求确定的教学目标见表1。

表1 项目教学目标

3.3 教学策略

采用小组学习策略和线上线下混合式教学策略，流程如图1。

图1 教学策略

3.4 教学评价

评价由学习通平台系统成绩和学生仿真演练成绩构成。从师评、自评、互评、企业专家评等多维角度对学生进行全方位综合评价考核。

通过学习通平台完成课前、课中和课后全过程学习轨迹记录和评价。课前、课后测试、课堂签到、课堂活动参与情况等由学习通平台自动记录并打分，课堂考核由学生和老师共同评价，课后评价由老师和企业专家共同完成。

4 教学改革实施效果

4.1 突破了教学难点、重点

通过实践教学，利用“互联网+”远程教学平台，方便学生观看到发电厂、变电站以及用户构成的县级电网，查看发电厂、变电站内主接线中的各类设备运行工况，识别电网正常运行和故障运行情况下，电网的各种状态。利用POWERWORLD电网仿真软件的人机交互界面和图形化操作特点[3]，方便学生查看县级电网中电压、变压器和线路通过的潮流、功率和电压损耗情况。并且，通过仿真软件的负荷增减、变压器抽头调节、电容器投切、N-1故障等模拟操作，可以让学生便捷地进行电压调整模拟和网络安全分析，避免了大量繁杂的计算分析。通过仿真练习把所学知识融会贯通，加深了学生对重要知识点认知，提高了学生分析和解决问题的能力，教学难点逐步化解。

4.2 提升了学生岗位工作能力

教学过程中，将实际的县级电网生产案例改造为项目式教学任务，项目设计从简单到复杂，能力提升由低到高，每个教学项目对接相应的能力目标，满足了学生能力迁移和职业成长规律。通过学习通教学平台发布任务，利用岗位角色扮演、分工协作等方式，将“学中做”“做中学”融入教学的各个环节，有效提升了学生的自主学习能力，培养了学生团队协作的集体意识和精神。通过设计县级电网静态安全分析、电网综合调压等实际生产的岗位任务，加深了学生对电力运行生产的岗位任务及行业标准的认识，提升了学生运用所学的电力系统分析技能解决复杂问题的能力。

4.3 提高了课程教学育人质量

课程实践教学的考核改革不仅注重了学生理论知识考核，还兼顾了职业能力和职业素养的考核。每个实践教学项目开展以学生为主体的全过程化考核，将教学评价聚焦在学生学习成果上，强调了学生在学习过程中的进步，激发了学生学习动力。通过小组分工合作完成工作任务，并在实践过程中实时展示小组各阶段成果，教师评价、学生自评、小组互评、企业专家多方评价，调动了学生在学习过程的参与度，培养了学生团队合作精神。