“电力系统分析”教学改革研究及实践

“电力系统分析”教学改革研究及实践摘要：为了应对现代工程教育的发展，更好地适应社会及企业对专业人才的需求，从课程理论体系构建、实验环节强化、考评方式优化等几方面对“电力系统分析”课程进行了探索和改革。实践证明该课程改革教学效果良好，学生的综合素质得到有效提高，为其他工程专业课程改革提供了借鉴经验。关键词：电力系统；专题讨论；综合实验作者简介：赵兴勇（1965-），男，山西太原人，山西大学工程学院，教授；赵艳秋（1964-），女，山西太原人，山西大学工程学院，工程师。（山西太原030013）中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）05-0063-02大学教学改革是大学教学发展的最主要途径，1课程改革是大学教学改革的核心环节。山西大学工程学院（以下简称“本校”）作为地方应用型大学，其人才特征和培养模式要适应地方经济社会的需要。围绕山西综合改革实验区的建设和山西电网中长期规划，本校开展对涉电专业课程教学改革，其中“电力系统分析”是首门试点课程。它是本校电气工程及其自动化专业的必修课，由电力系统稳态分析、电力系统暂态分析和实验课组成。学生对该课程的掌握程度直接影响其后续课程的学习及今后的就业和工作。随着现代电子计算机技术、信息通讯技术及控制技术的快速发展，电力系统也发生了巨大的变化，许多新原理、新技术广泛应用于电力企业，与此对应的电力系统学科也发生了变化，原有的学科体系与现代人才培养目标存在较大差异，已经不能适应现代电力工程教育发展的要求。2为此，笔者从理论教学体系和实践环节等几方面，对“电力系统分析”课程进行了一系列有益的探索和研究，以加强学生理论知识水平和实践动手能力。一、“电力系统分析”课程现状分析“电力系统分析”课程理论性较强，内容丰富、抽象，公式繁多，客观上使学生不易理解和掌握；另外还存在如下主要问题，使学生在校所学的知识技能不能适应实际工作。部分知识陈旧，目前的教学内容大多处于上世纪90年代水平，而近十多年来是电力系统发展最快的时期之一，现在的教学内容没有很好地反映这些变化；课程内容安排不太合理，部分知识点在逻辑上有不连贯之处；教学手段比较机械单一，多媒体技术应用不广或效果较差，难以吸引学生的注意力，学生学习兴趣不高；电力系统企业厂网分家，发输分离，市场化等改革及学校实习经费的减少，使学生现场实习的机会更少，实践环节被严重弱化，3认识实习、专业实习流于形式，难以达到理想的效果。二、理论课程体系构建1.优化课程内容和结构根据本校培养应用型高级人才的目标，课程以知识面为单元，理论课紧凑、系统化，体现小而精的思路，各单元之间既相互，又相互联系，本课程组将“电力系统稳态分析”和“电力系统暂态分析”两门课程共计118学时压缩到72学时；将“电路”、“电机学”等基础课程安排在前一学期完成，按照潮流计算、调频调压、短路分析、故障计算、稳定性分析等次序安排章节，删减前期课程学过的内容。例如：“电路”课程讲过的导纳矩阵的计算机形成及修改，“电机学”学过的电机等效模型及电压磁链方程等内容，去除无功补偿装置手工整定等工程经验性强、应用性差的内容。课程组还补充了近十几年来电力系统专业的新理论、新方法、新技术等成果，以体现现代电力系统的实际情况。例如，在介绍新能源发电中，补充了高渗透率下大规模风电场接入电网对电力系统的影响；风光互补对提高新能源并网稳定性等；电力市场环境下电力系统经济性分析；智能微电网的运行与控制策略；特高压交直流输电概述等内容。同时，根据实际情况，不定时请行业知名专家举办讲座，介绍电力系统的新发展及典型案例等。例如，8.14美加大停电、国家电网“十二五”规划解读、印度7.30-31东北部大停电等，讲座提高了学生的学习兴趣，强化了专业教育，扩展了专业背景，深受学生的欢迎，收到了很好的效果。2.多种教学方法综合应用“电力系统分析”课程中大部分内容是很多年来形成的成熟知识，具有很强的工程性，逻辑性相对较弱，对此，笔者在教学中进行了如下几方面的改革：（1）打破传统的单向授课方式，与学生适当互动。笔者针对每堂课的内容，在上课前，为学生提出23个经过精心准备的问题，鼓励学生带着问题听课，积极主动思考，并进行少量的问答讨论，让其在积极的气氛中学习，培养他们的创新思维和自主学习兴趣。（2）采用相似教学法，易于学生理解。将抽象难懂的问题转换成学生熟悉的事物，进行相似性变换讲解，这样对学生理解难点非常有帮助。例如：将电力系统功角稳定问题类比为多匹马共拉一辆车的情况；无功变换类比为弹簧伸缩问题等，这些都给学生留下深刻的印象。（3）采用先进的教学手段。笔者利用现代先进的计算机和丰富的信息资源，制作了大量生动的多媒体课件，极大提高了学生的学习兴趣及学习效率，丰富了教学内容。本校组织教学经验丰富的教师、计算机水平较高的教师和学生代表，从各种资源库中找到的彩色实物图片和相关视频，制成多套动画及ppt，将原理、控制过程与实物结合起来一起讲解，使电力系统难以理解的概念、原理、控制过程等形象化。例如：讲解PARK变换时，将abc轴系与dq0轴系各向量之间的关系用形象的动画表达出来，使原来需要用30分钟讲解的内容缩短到15分钟，而且过程清楚形象，学生容易理解。三、实践环节设计充分利用先进的实验室资源，加强学生对概念、原理等的理解，更好地了解和掌握电力系统现场运行情况。1.进行综合性实验在以往的实验课中，大部分是验证性实验，内容比较单调、机械。本校从2010年开始，利用中央财政支持地方高校建设资金建立了电网综合自动化实验室，购买了PSASP，PSCAD/EMTDC等电力系统分析软件，丰富了实验资源。电网综合自动化实验室有3台发电机，可以模拟多个电压等级的开、闭环系统，可以进行电力系统要求的相关实验，实验教师设置故障及异常，学生根据现象分析问题，解决问题；或者教师提出具体要求，学生根据要求设计电路，观测实验现象，教师进行指导评价，在整个实验过程中，学生自己动手，充分发挥他们的能动性，有利于培养他们的工程素养。2.优化实验内容教师应从实际电力系统的特点及“电力系统分析”课程的特点出发科学安排实验内容，从简单到复杂开设实验，具体顺序为：系统潮流分析、发电机运行方式改变、电力系统静态稳定分析、切负荷、电力系统短路分析、故障分析等。3.将科研成果转化为实验资源多年来，课程组教师们承担了大量的省级纵向研究课题及山西电力公司等企业横向项目，取得一定的科研成果并将它们应用到实验中。例如，电压型SVC补偿装置研究，获得山西省科技进步二等奖，利用此项目改进了调压实验；特高压操作过电压柔性限制措施研究，获得山西电力公司科技进步三等奖，利用该项目成果开设电力系统过电压仿真实验，同时为研究生进行科研创造了一定的条件；通过山西省科技重大专项“风力发电机组远程监控和故障诊断”，建立了微电网实验平台，并开设了微电网运行与控制方法实验。这些都丰富了实验内容，强化了与电力系统实际工程的结合。引导学生通过观测实验数据和分析现象，进行机理分析，紧密与理论课相结合，极大调动了学生自己动手的积极性，收到了良好的效果。四、实施方案及应用情况经过两年多的研究，本课程组的改革方案已于2010年在电气工程及其自动化专业本科生中开始实施，从改革之初就受到学校和系两级领导的高度重视，得到山西省特色专业建设项目资助，并且“电力系统分析”已成为校级精品课程。整个课程的考评由笔试、专题讨论和实验三部分组成，所占比例分别为40%、30%和30%。笔试根据教学大纲进行。专题讨论的题目提前两周给出，论题的主要内容包括：电力系统无功补偿、特高压输电过电压限制措施、潮流计算机算法等。学生充分利用课外时间，广泛阅读、讨论和思考，培养他们进行科学研究的基本素质，最后教师根据学生撰写的研究报告及小组答辩情况给出成绩。实验部分以综合实验为主，教师根据学生在实验中的表现及最后提交的实验报告确定成绩。该方案实施两年多来，受到学生的普遍欢迎和学校的认可。由学校相关部门组织，对本校2010级、2009级电专业各30个随机抽查的学生进行的综合测试中，2010级学生的合格率达到89%，高出2009级近十个百分点，这表明该课改方案教学效果非常明显。它同时也成为学校教学改革的典型，在本校动力工程系、自动化系等工科类系推广。五、结论围绕培养应用型高级人才的目标，课程组对“电力系统分析”课程在教学内容、结构、实践及考评方式等方面进行了较大地改革。该方案优化了理论教学，增加了实践环节，使学生的综