新形势下“电力系统分析”教学改革初探

孟祥侠 李永

摘要：“电力系统分析”课程是电气工程及其自动化专业重要的专业基础课。随着计算机控制技术、电力电子技术的迅猛发展和在电力系统中的应用，电力系统分析课程的教学内容越来越丰富，但随着专业设置的改革，电力系统分析课程的课时却在减少。本文通过对该课程教学内容、教学方法、教学手段以及考核方式等进行调整，调动了学生的学习积极性，对提高教学质量，培养宽口径、应用能力强的复合型人才具有重要意义。

关键词：电力系统分析;教学改革;PSASP仿真软件;考核方式

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）32-0067-02

“电力系统分析”是电气工程及其自动化专业重要的专业基础课，在电力系统知识体系中起承上启下的作用。该课程内容涉及电路、电机学、电力电子技术以及控制理论等方面的知识，又是电气工程后續专业课电力系统自动化、继电保护原理、高电压技术等相关课程的理论基础，学好这门课程是电气工程及其自动化专业学生的关键。

该课程有两大明显特点：一是理论综合性强;二是具有明显的工程特点，研究对象为实际的电力系统。因此，对初学者来说，具有一定的难度。目前，随着计算机控制系统以及电力电子技术的迅猛发展和在电力系统中的引入、应用，电力系统分析课程的教学内容越来越丰富，而随着专业设置的改革，电力系统分析课程的课时却在减少，因此有必要对该课程的教学内容、方法、手段、实践环节以及考核方式等方面进行改革以适应新形势下的教学要求。

一、适度调整教学内容—简化纯公式推导，重视物理概念

“电力系统分析“课程的教学内容可以划分为如图1所示。对于稳态分析中的电力系统各元件特性和数学模型一章，公式推导较多，特别是电力线路的电抗、电纳参数，容易使学生陷入到繁杂的公式推导中。因此，教师在讲授此部分内容时，应尽量简化这种公式的推导，重视物理概念。比如以电抗为例，推倒过程中应该使学生抓住主线：，当线路通过电流时，将在导线周围产生磁场，再结合电路中电、磁公式，将宏观思想交代给大家，然后再进行具体公式推导，这样，学生就容易接受多了。在结论公式中，强调Dm、r实际代表的物理意义以及对电抗的影响。而对于电纳参数，不必再做详细推导，只需几分钟时间将推导思想交代给学生，要求学生记住结论公式以及其中符号所代表的物理意义，重点是学会应用。

对于稳态分析中的牛顿——拉夫逊潮流计算方法，始终是学生的一个难点。在讲授此内容前，首先应该让学生知道电力系统正常运行情况下哪些量是已知量，哪些量是未知量，以便学生能够方便地判断各节点类型，然后再考虑建立方程组，这样学生就容易理解。

在讲授有功功率和频率调整部分，应该让学生逐步建立起这样一个概念：频率f是有功功率是否平衡的指示器。当发电机所发的总功率大于负荷吸收的总功率时，;相反，当发电机所发的总功率小于负荷吸收的总功率时，;当发电机所发的总功率正好等于负荷吸收的总功率时，。同理，在讲授无功功率和电压调整部分时，也应该让学生建立起电压是无功功率是否平衡的指示器。

电力系统暂态分析可以分为短路计算和稳定性计算两大部分。短路计算部分不管是对称故障还是不对称故障，都是电路思想。而稳定性计算则是系统思想，重点应放在小干扰稳定和暂态稳定分析以及提高稳定性的措施方面。

二、教学方法、教学手段的改进

1.配合多媒体

多媒体教学以其信息量大、传播速度快、直观效果强的特点，在高校的很多课程中取得了显著的效果。但对于理论性强、公式多、概念较抽象的电力系统分析课程来说，如果完全使用多媒体教学，效果却大相径庭。目前在一部分高校中，电力系统分析课程是不允许使用多媒体的，而有些高校则全部使用多媒体，这两种现象都是不对的，正确的方法应是适当的配合多媒体教学。

“电力系统分析”课程中电力系统发展现状、电力线路结构、系统接线图、实物图，如发电机转子结构图等，以及一些比较直观的概念，如频率过高或过低对电力系统的影响等部分，比较适合使用多媒体。而对于理论性强、公式多、概念较抽象的部分则适合使用传统的板书，比如，潮流计算部分，公式多、理论性强，就不适合使用多媒体。

2.结合PSASP仿真软件

“电力系统分析”课程中潮流计算、短路计算和稳定性计算三大部分是该课程的重点，由于其理论性强、公式多，对于初学者来说，较难理解透彻。根据笔者的教学经验，对于这三部分，如果能在正常的讲授过程中，结合PSASP仿真软件给学生课堂演示，并要求学生课下到仿真实验室自己做实例仿真，效果事半功倍。

PSASP（Power System Analysis Software Package） 是中国电科院研制的电力系统仿真软件，它可以进行潮流、短路、暂态稳定、继电保护等多种计算。现以WSCC-9节点系统为例，在讲授潮流计算部分的节点分类以及潮流计算过程后，利用PSASP软件给学生课堂演示、强化概念。比如在潮流计算前，发电机1设为平衡节点（电压幅值为1.04）、发电机2为PV节点（电压幅值为1.025）、母线STNC-230上的负荷设为PQ节点，基准功率取为100MVA。

潮流计算后的结果如图2所示，发电机2发出的有功功率P=165MW，电压，P、U均不变，即PV节点;母线STNC-230上的负荷P、Q均不变，即PQ节点;发电机1发出的功率，发电机1是平衡节点，在潮流计算前有功和无功功率均未知，潮流计算结果经验证，P1、Q1正好与系统的负荷以及网络损耗相平衡，即为平衡节点。这种演示讲解，容易使学生更好地理解、接受。

对于短路计算、稳定性计算，可以做类似的处理。通过观察短路计算结果，可以使学生一目了然地看到各支路短路电流的大小，以及各节点的电压分布。而对于暂态稳定计算，结果更直观，从曲线图上不仅可以看到各时刻的运行状态，而且可以直接判断系统是否稳定。

3.重视学科交叉性

“电力系统分析”是一门相对较难的课程，涉及相关学科的内容较多，因此，教师应重视与相关学科的联系。比如柔性交流输电部分，与电力电子联系紧密，教师在讲授此部分内容时，将电力电子在电力系统中的广泛应用及前景介绍给大家;在讲授同步发电机、变压器的数学模型时，应结合电机的相关知识，并与电机学中不同侧重点做好对比。重视学科交叉性，不仅可以使学生更好地认识本领域的知识，也使“电力系统分析”及相关学科在学生心理更具生命力。

三、加强实践环节

1.加強实验效果

实验是理论知识的理解和巩固。电力系统实验室可以开出短路、暂态稳定等实验;电力系统仿真室可以进行潮流计算、短路计算以及稳定性计算等仿真，给学生提供了较好的平台。在实验室管理方面，我校实行开放性实验，即在学生没课、由实验室教师负责指导完成的实验，开放性实验具有分散、灵活性。

笔者根据“电力系统分析”课程理论性强、概念较抽象等特点，以及课内学时少等实际情况，要求学生在结课前完成4个开放性实验，并在总评成绩中占一定比例。经过一段时间的试运行，效果显著。

2.重视实习

实习是理论知识的实际应用，是对教学有益且必要的补充。但要注重实效，不能走形式。由于电厂等实习单位对安全性要求较高，通常不允许学生参与现场实际操作，更多的是参观性质的实习，这就要求带队教师采取必要的措施，以保证实习效果。比如，要求学生实习结束后，不仅上交一份实习报告，还要有答辩环节，这就加强了学生对实习的重视程度。

3.参与教师的科研

参与教师的科研是理论知识的应用和提升，根据笔者近几年的经验，参与教师科研的学生，不仅对“电力系统分析”课程有较深入的认识，而且对相关课程的掌握都有实质性的提升。

四、改革考核方式

传统的考核方式往往是期末一次性考试加上平时成绩，这种考核方式容易忽视能力、素质和创新因素的检测。根据笔者多年的教学经验，改变期末一次性考试方式，进行多次不同形式的考核，最后结合期末考试，形成对学生综合素质的客观评价。具体考核方式如表1。

表1 《电力系统分析》考核方式

考核方式 潮流程序 开放性实验 平时 期末 总评

百分比 10% 40% 10% 40% 100%

考核分4部分：潮流程序的编写及调试占10 %;开放性实验占40%，包括实验和仿真分析两部分;平时占10%;期末考试占40%。这种考核方式不仅能大大激发学生的学习热情，也能避免学生期末考试前搞突击，而考试结束后全部忘掉现象。

五、结语

“电力系统分析”课程学术性和技术性都很强，涉及面广，其教学改革需要长期的摸索和探索。近年来，笔者通过对该课程的教学内容、教学方法、教学手段、实践环节以及考核方式等方面进行了较为深入的探索，取得了较好的效果。改革不仅加大了课堂教学的信息量，也大大激发了学生的学习热情，调动了学生学习的主动性和积极性，为把学生培养成宽口径，应用能力强的复合型人才打下一定的基础。

参考文献：

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（责任编辑：刘翠枝）