“电力系统分析”课程的教学革新探索

王世山， 高欣欣， 陈 杰， 王晓琳

(南京航空航天大学 自动化学院电气工程系， 江苏 南京 211106)

“电力系统分析”课程的教学革新探索

王世山， 高欣欣， 陈 杰， 王晓琳

(南京航空航天大学 自动化学院电气工程系， 江苏 南京 211106)

本文对“电力系统分析”课程传统的教学方式、教学内容、课程考核模式三个方面进行革新分析。改革内容是：授课时以小组讨论的方式让学生回答问题，理论与仿真实验相结合的方式，以演讲讨论的方式进行评定打分等。这样不仅提高了学生自主学习积极性，而且增加学生研究探讨和自主创新的综合能力。

教学改革；电力系统分析；ETAP软件

0 引言

“电力系统分析”课程是电气工程及其自动化专业主要的课程之一，主要阐述了电力系统的基本知识和电力系统稳态运行分析、故障分析和暂态过程分析的计算方法以及潮流和短路计算的基本原理[1]。本门课程既是本科生了解电力系统内容的基础课和专业课，又是后续专业课程“电力系统继电保护”、“高电压技术”、“变电站综合自动化”、“配电网自动化”、“发电厂电气部分”、“电力系统自动装置”和“电力系统自动控制”等的理论基础。学好这门课程将会为学生的电力系统专业素质打下坚实基础。

随着电力系统行业的数字化、自动化和综合化程度的发展和提高，以及电力市场在电力系统的引入，社会对电气工程专业的学生专业能力要求越来越高[2]。随着“电力系统分析”课程的教学内容越来越丰富，对“电力系统分析”课程的教学也提出了更高的要求。为适应形势发展的需要，此课程在教学方式、教学内容、及其课程验收模式三个方面亟需进行改革，这对提高教学质量，培养创新型人才具有重要的意义[3,4]。“电力系统分析”课程教改流程如图1所示。

1 更改教学方式

在“电力系统分析”课程讲授时，传统的语言和板书讲授有时难以把问题具体描述清楚，学生对系统的整体认识就很难理解。为了提高理论教学效果，课堂教学采用多媒体课件配合板书教学。这样就能取长补短，对于比较抽象的内容用多媒体形象演示，使得教学更加具体化、形象化，使学生更容易理解，起到事半功倍的效果。为了更好地调动学生学习的积极性，教师在上课期间以分小组的方式让学生讨论他们所关心的问题，然后较流派出代表进行解答，使每个学生都有机会展示自己。最后针对解答的好坏进行打分，并且统计出来作为平时成绩。这样不仅提高了学生们的积极性，也扩展了他们的知识面。经过这样的讨论，每个学生都会有所收获，对问题的掌握也会更加全面和深刻。

图1 “电力系统分析”教改流程图

2 优化教学内容

由于电力系统运行的概念比较抽象，又难以采用实物操作或演示，往往会导致学生难以理解。我们认为，将可视化的电力系统综合分析计算仿真软件作为辅助工具引入到教学过程中，通过形象的图形界面直观反映电力系统的运行，加深学生对电力系统概念的理解是很有必要的。其中，ETAP就是一款能够满足教学使用的、图形界面友好、建模直观、运行方式多样并且功能强大的电力系统综合分析计算软件[5-7]。

2.1ETAP简介

ETAP(Electrical Transient Analysis Program)软件是由美国OTI (Operation Technology，Inc)公司开发的，最初的版本于1983 年发行。ETAP 在美国确立了电力系统设计和分析软件的标准，也是全美第一个特许提供给核电站进行电力系统分析的商用软件。经过多年的完善，目前的ETAP 已具备智能建模、多维数据管理模式、多种输入表达方式、统一数据库、虚拟现实操作、无限复合网络嵌套及电机嵌套、集成全面的电力和物理数据库以及大量工程数据库、用户自定义动态模型等功能。用ETAP可以制作电力系统单线图、阻抗图、继电保护图、分析计算图、配电柜、接线图等100多种不同的图形。ETAP是一个最广泛的应用平台，如图2所示。它不仅包括图中所示的应用，还包括工程咨询、制造业和教育系统等。

图2 ETAP的应用平台

ETAP是功能全面的综合型电力系统分析计算软件，能为发电、输电、配电、微电网以及工业电力电气系统的规划、设计、分析、模拟和实时运行控制，提供一套强大的综合解决方案。ETAP离线仿真分析功能，包括潮流分析、短路计算、电动机加速分析、谐波分析、保护设备配合和动作序列、暂态稳定、弧闪分析、接地网系统、电缆载流量和尺寸、传输线弧垂张力和容量计算、变压器容量估计和分接头优化、蓄电池放电分析和容量估计、直流控制系统图、发电机起动、用户自定义动态模型、可靠性评估、优化潮流、补偿电容器最佳位置、不平衡潮流、地理信息系统图、高压直流输电、风力发电机、光伏太阳能等。

总之，ETAP实时系统是一套实时的电力和电气系统的综合解决方案，它包含PSMS(电力系统监测和仿真)、EMS(能量管理系统)、ILS(智能切负荷)、ISUB(智能变电站)，可提供带有状态估计的高级监测、能量计量、预测模拟、事件回放、负荷预测；自动发电控制、经济调度、管理控制、交易安排、备用管理；负荷预存、切负荷确认、负荷恢复；变电站自动化、开关管理、负荷管理等。ETAP仿真软件为大电网及微电网系统的规划、运行提供了一个智能、先进的综合平台。

2.2ETAP软件与授课的结合

“电力系统分析”课程在引入ETAP仿真软件之后，不仅可对较难理解的知识点进行仿真教学案例设计，还可应用于课堂教学。

教师在课堂上给学生讲解有关软件的基本知识，演示实例进行分析；课后让他们下载、安装ETAP仿真软件并且对其实例进行操作和分析。在运行软件的同时，他们学会了怎样搭建电力系统模拟图，即能仿真实现课程授课内容里的潮流分析、谐波分析和短路分析等。针对不同的分析计算，首先学生需要录入不同的参数以及将要执行的分析所需要的数据：然后，双击单线图的元件图标，打开元件编辑器，录入元件的相关参数；接着进行相应的分析；最后对分析所得到的结果进行验证、修改。

3 课程革新及实施

所谓“授之以鱼，不如授之以渔”，教学的重点不仅在于教给学生基础的专业知识，更重要的是培养学生自主学习、探究学习的能力，以理论与实验相结合的方式提高学生既动手又动脑的能力。

传统的课程考核采用笔试方式，这种考试方法难以全面考核学生的学习成果。大部分学生只是在考试的前一周拼命复习考试重点；甚至还有的学生在考试期间作弊以期考取相对较好的成绩。这些现象违背了考试的真正目的。考试的目的就是为了督促学生在平常上课时认真听讲，消化教师在课堂上所讲的知识点，在课后认真做习题重新巩固知识点，这样所学的知识才能更好地被吸收。为了提高学习效率，需要改变这种考试模式，为此我们提出另一种考试模式。

首先，教师根据ETAP仿真软件和“电力系统分析”课程给出若干考试题目，学生可对其进行自选，对电力系统进行不同的计算分析，例如：潮流分析、稳态分析、短路计算、电缆载流量等。然后学生可以开放式地查找相关资料，做PPT，通过演讲的方式，把自己所做的课题呈献给大家。最后，教师会根据学生的表现(所选课题的难易程度，语言组织表达能力，实践动手能力)进行考核打分。总成绩就是平时的考核成绩与最后这次验收模式的加权和。这种模式不仅使学生们加深了有关电力系统的基础知识和学会了ETAP仿真软件在电力系统分析的应用和推广，并且培养了学生的竞争意识和积极向上的精神。更重要的是，每个学生都得到了公平的对待。

4 课程革新的成效

为了检查“电力系统分析”课程教学改革是否有效，我们制作了问卷调查表，如表1所示。针对学习本课程的三个年级的学生分别抽取120名、120名和140名学生做了相关的问卷调查。问卷结果示于图3，图上横坐标表示教改实施后，学生提高的各方面能力；纵坐标则表示能力得到提高的实际人数。

表1 关于课程教改的问卷调查表

图3 教改调查结果

调查发现，三个年级学生在学完本课程后，其综合能力确实有明显的提高，特别表现在专业知识理解能力、ETAP仿真软件的基本了解和学习的积极性各方面，但是还有一部分学生觉得教改对于语言表达能力和团队的合作能力提高的效果不是很明显。这种现象的出现，很可能是因为教改的时间比较短，而对于上述两种能力是要经过长时间的锻炼才能有明显的提高的。所以为了全面提高学生们的综合能力，教改一定要长期实施。

5 结语

“电力系统分析”课程的教学改革是一场持久战，必须长期摸索和坚持，才能取得较好的教学效果。教学方式、教学内容和课程验收模式的革新在一定程度上提高了学生们的动手能力、语言组织表达能力、综合思维能力、自主创新能力等。

采用分小组讨论问题的教学方式，学生不仅巩固了以往的知识和学到了新的知识，而且调动了学生学习的积极性。

ETAP仿真软件的引入，不仅使抽象的电力系统变得可视化，而且使学生对电力系统的计算分析更加简便。

在自选考核课题，自己查找资料，做PPT，教师根据综合表现进行打分的考核方式中，学生在自主创新能力和语言表达能力方面得到了提高，其竞争意识和积极向上的精神也得到了锻炼。

[1] 谢大, 贾玉健, 刘东, 王西田. “电力系统自动化”课程教学改革与实践[J]. 上海:实验室研究与探索, 2014, 33(10):218-221.

[2] 许彦峰.“电力系统分析”课程教学改革研究[J]. 北京:中国电力教育, 2014, (307):43-44

[3] 张靠社, 张欣伟, 宁联辉, 梁振峰.《电力系统分析》课程的教学改革和实践[J]. 天津:电力系统及其自动化学报, 2008, 20(2):126-128.

[4] 周珊, 高嬿.“电力系统分析”课程教学改革方法的研究[J]. 北京:中国电力教育, 2009, (143):56-57.

[5] 朱慧. ETAP仿真软件在“电力系统分析”教学中的应用[J]. 北京:中国电力教育, 2014, (9):64-65.

[6] 张伟. 基于PSASP的《电力系统分析》课程实验教学改革初探[J]. 北京:中国电力教育,2008, (114):104-105.

[7] 徐华娟, 王莉, 秦海鸿. ETAP软件在电力系统教学中的应用[J]. 石家庄:教育教学论坛, 2015, 7(26): 128-129.

ExplorationofTeachingReformationforPowerSystemAnalysisCourse

WANGShi-shan,GAOXin-xin,CHENJie,WANGXiao-lin

(DepartmentofElectricalEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing211106,China)

This paper proves the necessity and significance of reform in the traditional teaching methods, teaching content and curriculum evaluation model for teaching of Power System Analysis course, and it analyzes existed problems and puts forward new methods and tentative ideas, which not only improves the autonomous learning initiative of students, but also increases the comprehensive ability of research and independent innovation of students.

teaching reformation; power system analysis; ETAP software

2015-10-08;

2017-03-13 基金项目：江苏省品牌专业(PPZY2015B130)，南京航空航天大学教改项目资助

王世山(1967-)，男，博士，副教授，主要从事电力系统自动化教学和电磁兼容研究工作，E-mail:wangshishan@nuaa.edu.cn

TM711

B

1008-0686(2017)05-0046-04