仿真实验在电力课程教学中的应用

李彬

【摘 要】高等学校电力课程，一直在电力专业、自动化专业等工科专业教学体系中占有重要地位。为了更好的学习这些课程中的理论并与实际生产结合，所开设的该类课程都配有实验课时甚至专门的实验课程，理论教学和实验成为教学体系中缺一不可的环节。这些实验的开设往往需要较为完善的实验设备做基础，因此，学校都投入了大量的人力、物力和财力进行实验室建设。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对仿真实验在电力课程教学中的应用提出了一些建议，仅供参考。

【关键词】仿真实验;电力课程;教学中的应用

引言

在实验教学中，充分运用先进的计算机仿真技术，在立足于实际的基础上，较短时间内、低成本条件下，弥补了现有教学及实验中存在的不足，较好的满足了课程的教学培养要求。针对现有的课程，规划安排合理的仿真实验内容和要求，通过有针对性地安排实验项目，实验要求，实验步骤，编辑撰写试验报告模板和实验指导书及仿真程序，完整、丰富了实验课程体系。

1、仿真软件的使用

由于电力系统暂态分析计算复杂，工作电压都是高压，因此实际搭接电力系统难度大，由于电网运行具有连续性，学生实际上网操作条件也不成熟，而由学生自己推导手算和理解难度大，因此，灵活使用仿真软件，来形象的体现电力系统暂态计算结果是一种重要的学习方法。在教学使用过程中，电力系统仿真软件不仅可以通过图像界面分析让学生直观的看到电力系统短路运行过程中各参量的变化过程，同时也有助于学生对暂态变化过程形象的理解。在电力系统教学中主要选择Matlab、EMTP、PSCAD等常用软件，这些仿真软件成为学生提供理解电力系统分析课程的仿真的平台，学生通过对电力系统运行过程中的暂态过程的仿真和设计、建立暂态模型，让学生能够形象的理解该课程的难点和重点，从而很好的掌握电力系统知识体系。其中Matlab在大部分仿真软件中应用最为广泛，尤其是Simulink简单易学，适用于初学者使用，Matlab还能用小波分析、蚁群算法以及神经网络等方法实现对电力系统暂态分析包括对电力系统短路、控制保护仿真。

2、电力电子技术教学中存在的问题

2.1课程内容设计较滞后

一方面，随着电力电子技术发展的速度越来越快，相比而言高职院校的教学内容比较滞后，导致没有办法适应企业的需要;另一方面，对于使用性能方面，电力电子技术的要求很高。如何克服障碍，让学生在大学期间成为一个高素质的技术技能型人才，成为一个亟待解决的重大难题。在课程的规划设计上，过多的理论公式推导和复杂化的波形分析使学生渐渐地失去学习兴趣。在教学内容组织上，教师很少对教学内容进行分类，只是将各种电力电子电路简单罗列出来，没有具体展开讲解。

2.2实训教学环节薄弱

对于学习电力电子技术这门课程来说，实训教学是帮助学生理解并掌握知识的一个重要方法。但是目前大多数教师还是用基本的演示性和验证性项目来开展电力电子技术课程的实训教学，使得高职学生缺乏主观能动性的锻炼。由于受经济水平的制约，高职院校对电力电子技术课程的实践环节投入存在很大的不足，不仅实验设备老旧严重，数量也跟学生人数不成比例，没有跟上课堂教学的节奏。

2.3学生对于复杂电路的分析能力有所欠缺

电力电子电路往往由多个开关器件、二极管等无源器件以及电感、变压器、电容等储能元件组成，学生往往对固定电路能够具备较强的分析能力，但是面临不断随时间变化开关等效拓扑难以理解其工作过程。

3、仿真实验在电力课程教学中的应用

3.1教学课程规划

在理论教学中，为了让学生突破难点，较好的掌握理论知识，教师将实践教学和“微助教平台”融进课堂教学中，在高职院校的课堂教学中，教师有重点地向学生讲述理论内容，让学生对相关内容进行总结，学生自由组建项目团队，通过手机终端“微助教平台”对课堂学习内容进行讨论和资源分享，从总体上对项目任务进行设计，理解项目的目标，及时发现问题，攻克相关难点，教师针对学生存在的普遍问题进行教育和引导，通过“微助教平台”上传教学资源和动态掌握学生对相关内容的习情况，及时纠正学生理解中的错误。

3.2以《电力系统分析》为例

通过设计一个综合性仿真实验课题，学生自行搭建平台，各元件参数自行合理设定，并做仿真测试。扩展研究内容，要求在线路上设置短路故障模块，模拟短路故障，测试短路电流波形等。通过实验，学生从元件参数，潮流计算到短路计算等各个系统分析过程都有了更深刻的体会，也为后续电力网络控制的科研打下了基础。

3.3授课内容结合实际应用

“电力系统暂态分析”课程的一项重要内容是提高学生的专业技能，学生毕业后要能理解系统运行情况和实际操作，因此，对该课程理论知识的讲解同时应围绕着工程实际应用情况，要补充和强调课程的实用性。在复杂系统短路电流交流分量计算的时候，应用充分利用计算机，先选定计算的数学方法和模型，然后根据方法和模型编制程序;在用对称分量法计算不对称故障的时候，输入基础数据对潮流和三序序网导纳矩阵分解计算，通过计算训练强调对短路模型和基本概念的理解，通过授课内容的要点与教学模式改革结合是该课程教学实施中重要环节。

3.4教学管理

为了提高教学效率与效果，对辅助仿真教学的管理方式首先要改变对仿真教学的认知，仿真教学并非简单地让学生掌握仿真软件的使用方法，而是通过辅助仿真教学来改善电力电子课程学习的思维方式，对于简单的任务提倡独立完成，而对于较为复杂的任务可以组织学生分组交流、分工、搭建和汇报，强化教学过程管理而非单一的结果管理，并将辅助仿真教学中学生的学习过程和仿真试验报告纳入课程考核成绩的一部分，进一步激发学生学习的积极性。

3.5辅助仿真教学平台选择

建议采用Saber仿真软件作为辅助仿真教学工具。该软件是唯一的多技术、多领域的系统仿真产品，现已成为混合信号、混合技术设计和验证工具的业界标准，可用于电子、电力电子、机电一体化、机械、光电、光学、控制等不同类型系统构成的混合系统仿真，为复杂的混合信号设计与验证提供了功能强大的混合信号仿真器，兼容模拟、数字、控制量的混合仿真，可以解决从系统开发到详细设计验证等一系列问题，非常适于设计各种电力电子装备，能够全面分析系统的各项指标如环路频率响应、功率管开关、磁性器件的工作情况、元件的电学应力等（如电压、电流、功耗及温升）。

结束语

通过仿真实验与课堂教学内容配套进行，既丰富了教学手段，又使学生能够生动具体地学习知识，增强了学习的兴趣。据不完全统计，与此前未经过仿真实验的学生状态比较，对课程的理解、掌握以及探究欲望都有了明显的提高，学生普遍反应能力得到锻炼，学到了更多更深的东西，达到了当前推广的研究型教学理念。

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（作者单位：山东工业技师学院）