能源互联网背景下的《电力系统分析》教学改革

张巍

摘要：能源互联网的兴起正在深刻地改变电力行业的发展，而《电力系统分析》课程作为电气工程及其自动化专业的核心课程，需要适应这一重大的理念，本文梳理了《电力系统分析》的课程目标、教学途径、课程内容和实践形式，并从能源互联网的角度对课程进行了改革与实践，提出了能源互联网背景下的课程教学体系，采用理论教学与实践教学相结合的模式，更进一步提高了《电力系统分析》课程的实用性，对培养具备电力工程应用的高素质电力人才起到应有的作用。

关键词：电力系统分析；教学方法；能源互联网；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）42-0078-02

我国几乎所有的电力系统及其自动化专业都会开设电力系统分析课程，目前我校教材选用的是韩祯祥教授编写的《电力系统分析（第五版）》。本课程以电力系统潮流计算、短路计算和稳定计算三大模块为核心，是电气工程及其自动化专业的学位课程，也是电力类相关专业的主要课程。本课程具有很强的理论性和较强的实践性，注重理论与实践的密切结合。通过该课程的学习，培养学生的电力系统规划、设计、运行与运营的背景知识，同时也是学习后续专业课程的基础。在现有的框架下，电力系统分析课程主要需要掌握的知识点包括：掌握电力系统稳定性分析；电力系统故障分析；发电厂及变电所一、二次系统；电力系统无功功率和电压调整分析；电力系统的有功功率和频率调整；电力系统经济性；电力系统的静态稳定；电力系统的暂态稳定；接地和接零概念等电力系统基本理论和知识。掌握以下基本技能输电线路和变压器参数计算；电压和功率分布计算；短路电流计算；常见电力系统继电保护装置整定和计算；电气设备和导线选择。从实践角度来讲，由于电力系统领域的新知识更新快，课程部分内容的实用性不全面、不综合，不能很好地反映学科的知识体系，不能适应学科的发展变化。

随着知识经济的发展，科学技术不断进步，促使经济社会形态变革，产业结构不断升级，知识经济时代需要大量的复合型创新型的高级实用人才。这种实用人才不但要具备高深知识的素养，同时要具备运用知识解决实际社会问题的能力[1]。这样，理性主义和功利主义二元对立的课程理念的壁垒必然被打破。

由此，我们认为《电力系统分析》课程需要适应新形式下的改革，尤其是能源互联网的提出，使得能源行业发生了深刻的变化。

一、能源互联网的含义

美国著名学者Jeremy Rifkin在其著作《第三次工业革命》中提出能源互联网的概念[2]。在全球面临的资源匮乏、环境污染等挑战面前，能源互联网作为一种新型能源供应体系，利用可再生能源作为其主要能量单元，使各类能源系统与交通运输网络实现高度耦合，并通过互联网技术，将能量流和信息流进行实时传输。随着处理不确定信息技术的发展，分布式可再生能源在能源互联网中的渗透率逐年增高。因此相较于传统电网的用户侧，能源互联网侧的用户具有自主发电的能力，这使得国家电网在2013年提出的“电能替代”成为迫切需求[3]，力求能够在用户侧，利用“以电代煤、以电代油”等模式实现能源结构发展的根本改变。能源互联网概念的提出，使得电网发生了较大的改变，电力系统不再仅仅是电能一种载体的流动体，而是多种能源的承载体，电力系统作为能量的流动载体，而热能和化石能为首末端的变体存在。这与《电力系统分析》课程中仅仅只涉及电能的概念是相悖的。

二、《电力系统分析》课程教学改革

《电力系统分析》是我校电气工程学科的核心课程之一，在教学过程中，由于电力系统分析这门课中内容涉及较多，与其他课程交叉较为密切，对数学功底也有较高要求。现在大部分的教学都在课堂中，除了一些课程实验很少有能让学生自己动手的机会，另外随着学科发展的要求不断提高，设备投入更新也比较缓慢，不利于学生的多层次培养。为了使学生掌握更多理论知识，知晓更多国内外研究的主流方向，得到更多的实践技能，提高本课程的教学质量和实用性，有必要对《电力系统分析》课程的课程目标、培养途径以及课程内容做出相关改革[4]。

1.确立课程目标。传统电力系统分析一般多以燃煤电厂为电力载体构成电网框架，源、网层次单一，不能很好反映出电网完整体系。但随着新能源科技的快速发展，能源互联成为了当前国内外高校研究的热点，也是未来能源利用的基本形式。因此，应该结合教材所述传统电网基本内容，将教学重点由传统电网转向能源互联网以及电能替代方面。

2.强化培养途径。（1）学术讲座专题。能源互联中包含的新能源发电技术具有各自的特性，自成系统，包含有众多的科技前沿技术[5]，这些在书本中很少涉及，所以通过书对书的指导已难以满足知识所需，以学术讲座的形式开展教学，在讲解中以现在研究主流为背景，在有限的时间内让学生更多掌握新能源发电现状、发电原理、发电利用和运行维护中的问题和今后研究的热点动向（光伏、电转气技术）。同时，运用幻灯片播放一些精美的典型的能引起学生兴趣并激发他们好奇心的能源互联网图片，在播放这些图片的同时提出一些开放性的问题，让学生发挥他们的思考能力去解答问题。（2）课外实践。课堂上的讲解，终归是被动地接受知识，学习积极性不高，因此在授课的同时，还要注重学生动手实践能力。在课后，老师应布置相关的课后作业，调动学生的学习积极性，授人以渔不如授人以渔。（3）多媒体教学。课本上的知识总归是枯燥抽象的，为了让学生能更形象地了解到相关知识，通过动画或者视频等多媒体形式，在调动学习积极性的同时还能更好地理解和掌握知识[6]。

3.优化课程内容。在现有出版的多种教科书中，或多或少地加入了风力发电和太阳能发电等能源转换形式，但是也仅仅是稍稍提及，同时在传统电力系统分析基本都不会涉及新能源相关模型，所以在讲解书本知识的同时，为了更好地体现能源互联，还应适当拓展新能源方面的知识，如风电、光伏和气电中的相关知识，并且还应与传统电力系统相结合，探讨新能源中的新模型。具体而言，应该加强电力系统与其他能源形式的转换的讲解，如风力发电、太阳能发电、储能系统和电动汽车等知识的理解。在讲解过程中要启发学生思索当今环境出现了什么问题，传统的能源消耗后由什么来提供人类社会发展所必需的能源，为何要研究多能源互联的技术，以及如何把这些非电的能源转化为电能等。

三、考核方式改革

以平时成绩为主，增加课后实践环节，平时成绩以课堂作业和课堂表现为主，其中课堂表现参考与老师的互动情况，如：讲解PPT过程中的熟练程度与逻辑思路。另外还可以参考课后开放性习题的解答情况和课后答疑的讨论情况等。

课后实践包括撰写报告和大作业，作业是课堂知识的延伸，大作业在包含课堂知识的同时，还适当拓展了学生的综合能力，与课堂教学相辅相成，能较好地反映学生课后的学习情况。

四、结论

基于《电力系统分析》课程的特点，在传统授课方式下结合新媒体等形式，并在教学内容中增加目前国内外研究热点能源互联网的知识，能够很好地提高学生对这门课的兴趣。其次，结合理论与实践相辅相成的教学模式，让学生自己参与到教学中，能够明显地带动学生的自主学习积极性，同时可以加深对课堂所学知识的理解程度。综合考核方式可以对学生分析问题和解决问题的能力起到很好的引导作用，能够更好地符合人才培养的目的，使学生能够成为電气工程相关领域的复合型人才。

参考文献：

[1]孙淑琴，郑凡.教学与科研互动模式的课程体系建设与实践[J].中国校外教育，2011，（7）：122-123.

[2]Rifkin J.The third industrial revolution：how lateral power is transforming energy，the economy，and the world[M].Palgrave Macmillan，2011.

[3]孙毅，周爽，单葆国，等.多情景下的电能替代潜力分析[J].电网技术，2017，41（1）：118-123.

[4]韩志伟.《环境水文学》课程教学的实践与探索[J].教育教学论坛，2016，（30）：138-139.

[5]张涛，武建瑞.“新能源发电技术”课程教学改革探索[J].中国电力教育，2014，（9）：73-74.

[6]王红军.浅谈工科专业的多媒体教学课件设计[J].教育教学论坛，2016，（13）：253-254.endprint