“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設計的改革與探索

楚冰清， 李季

(商洛學院 電子信息與電氣工程學院， 陜西 商洛 726000)

0 引言

“電力系統(tǒng)分析”是電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)主干課，分為電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析和電力系統(tǒng)暫態(tài)分析。涉及的主要內容有潮流計算、頻率調整、電壓調整、短路計算和穩(wěn)定性分析，具有很強的理論性和綜合性，同時又具有一定的工程實踐性，對學生的專業(yè)素質培養(yǎng)起著重要作用[1-2]?；凇半娏ο到y(tǒng)分析”的重要作用和課程特點，在人才培養(yǎng)方案中為其設置了課程設計環(huán)節(jié)，一方面有助于鞏固學生的理論知識，另一方面有利于提高學生的實踐能力。

在“電力系統(tǒng)分析”的主要教學內容里，潮流計算屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析的內容，主要研究電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運行情況，是電力系統(tǒng)故障分析和穩(wěn)定性分析的基礎，因此潮流計算是電力系統(tǒng)中應用最廣泛、最基本和最重要的一種計算[3-4]。為了突顯潮流計算的重要作用，“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設計的內容就是要求學生通過Matlab編程完成給定網(wǎng)絡的潮流分布，但教學效果不是很理想，并沒有加深學生對潮流計算的理解。故本文對“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設計進行了改革和探索。

1 傳統(tǒng)課程設計的現(xiàn)狀

(1) 課程設計內容與實際脫離

我校電氣工程及其自動化專業(yè)起步較晚，大部分教師都是青年教師，缺少行業(yè)背景和工程實踐能力。而電氣工程及其自動化專業(yè)的課程設計大部分是由本系老師承擔，這就導致了課程設計的選題內容相對單一，理論性較強，但與工程實際相差較遠。為了克服這方面的缺點，適應我校應用型本科院校的定位，新版的人才培養(yǎng)方案中將一部分的課程設計替換為實驗操作，但考慮到“電力系統(tǒng)分析”課程的特點以及沒有與之配套的實驗室，故仍采用課程設計的形式完成實踐教學。

(2) 學生重視度不夠

目前，“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設計是由指導教師給出設計題目，學生根據(jù)給定的網(wǎng)絡和各元件的原始參數(shù)，對網(wǎng)絡進行化簡并得到其等值電路，為了減少人工手算的工作量，選擇的網(wǎng)絡一般比較簡單，然后根據(jù)化簡的等值電路求出網(wǎng)絡的節(jié)點導納矩陣，最后通過Matlab編程求出網(wǎng)絡的潮流分布，得到各母線電壓和各線路的功率。一方面由于設計過程比較枯燥，學生學習興趣不高；另一方面學生人數(shù)較多，教師指導不到位，導致學生重視度不夠，抄襲現(xiàn)象比較嚴重。

(3) 課程設計時間安排緊湊

“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設計一般安排在理論課程結束之后的1-2周這段時間內，但此時大部分課程都已結課，馬上面臨四六級考試和期末考試，學生大都將精力放在學習上。為了讓學生有更多的時間復習，一般都是每個班集中連續(xù)做幾天課程設計，由于時間安排比較緊湊，學生容易疲乏，大部分學生都是草草了事、簡單應付，導致課程設計的教學效果較差，無法達到預期的目標。

2 課程設計的改革

為改變傳統(tǒng)課程設計的現(xiàn)狀，結合我院的實際情況，依托現(xiàn)有的實驗平臺，“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設計在設計內容、實施方式、指導方式等方面進行了改革與探索。

2.1 課程設計內容的改革

傳統(tǒng)的“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設計，學生根據(jù)給定網(wǎng)絡和原始參數(shù)計算得到所需的數(shù)據(jù)，然后通過Matlab編程完成相應的設計任務，然而所需的手工計算較多，學生的關注重點大都在Matlab編程上，不能真正理解潮流計算的意義。為鞏固學生的理論知識，減少手工計算工作量，提高學習興趣，利用長沙同慶電氣信息有限公司的TQXBZ-III多功能繼電保護實驗臺對“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設計的內容進行了改革。此實驗臺主要用來完成《電力系統(tǒng)繼電保護》的相關實驗，但利用其提供的電力網(wǎng)信號源控制系統(tǒng)軟件可靈活組態(tài)各種結構的電力系統(tǒng)且比較接近電力系統(tǒng)實際[5]，實現(xiàn)可視化電力系統(tǒng)潮流分析，將傳統(tǒng)的“手工計算+Matlab編程”改變?yōu)椤笆止び嬎?實驗系統(tǒng)仿真”。

潮流計算網(wǎng)絡結構圖，如圖1所示。

圖1 潮流計算網(wǎng)絡結構圖

A、B、C 3根母線上分別接有負荷L1、L2、L3且通過斷路器可靈活控制負荷的投切，B母線還設置有容量為30Mvar的補償電容器。電力網(wǎng)信號源控制系統(tǒng)界面，如圖2所示。

圖2 電力網(wǎng)信號源控制系統(tǒng)界面

將圖1所示的網(wǎng)絡圖搭建在界面右側，通過運行可直觀看到負荷變化對網(wǎng)絡潮流的影響和投切電容器對網(wǎng)絡潮流的影響等，有助于學生對仿真結果的分析，從而加深對理論知識的理解，也減少了許多冗雜的計算，增加了課程設計的趣味性，提高了學生的學習興趣。切除電容器時網(wǎng)絡的潮流計算結果和投入電容器時網(wǎng)絡的潮流計算結果，如圖3和圖4所示。

圖中的三行數(shù)據(jù)依次為有功功率(MW)、無功功率(Mvar)和電流(kA)，母線處的數(shù)據(jù)為電壓(kV)，圖中有功功率和無功功率都是母線流向線路的。

圖3 切除電容器時網(wǎng)絡的潮流計算結果

圖4 投入電容器時網(wǎng)絡的潮流計算結果

2.2 課程設計實施方式的改革

傳統(tǒng)的“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設計的實施時間一般為理論課程結束后，但此時大部分學生會將精力放在期末考試的復習上，無暇顧及課程設計。為保證課程設計的質量，在講授潮流計算的理論知識時就將課程設計的任務布置下去，讓學生帶著目的學習，待潮流計算的理論知識講授結束后便正式開始課程設計，保證學生有充足的時間學習電力網(wǎng)信號源控制系統(tǒng)軟件或Matlab軟件，有效完成課程設計的任務。理論課程全部結束后，給學生幾天時間整理課程設計報告再統(tǒng)一答辯提交，不僅能使學生加強對課程設計的重視，也能使學生在答辯過程中發(fā)現(xiàn)自己的不足。

2.3 課程設計指導方式的改革

我校電氣工程及其自動化專業(yè)的人數(shù)較多，但教師相對較少，故課程設計一般由任課教師一人指導，由于指導教師工作量較大往往造成指導不到位的現(xiàn)象。為此，“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”的課程設計在指導方式上進行了改革，將課程設計的指導工作分配給2名教師，每人負責2個班級，每個班級的學生人數(shù)大概為30人，指導教師除了在實驗室進行指導外，還建立了“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設計的學習交流平臺，指導教師可以將學習資料上傳，方便學生隨時查閱，有問題時可以及時聯(lián)系指導教師，也方便了學生之間的交流。

3 總結

“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設計對于電氣工程及其自動化專業(yè)學生的實踐能力培養(yǎng)起著重要的作用。本文針對我校“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”課程設計存在的問題，在設計內容、實施方式、指導方式等方面進行了改革與探索，不僅鞏固了潮流計算的理論知識，加深學生對潮流計算的理解，還訓練了學生的建模仿真能力，有助于學生實踐能力的提高。