發(fā)布時間：2022-04-24 03:50:27
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的電力系統(tǒng)分析論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
摘要：針對“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)中普遍存在“老師難教，學(xué)生難學(xué)”的問題，使用ETAP仿真軟件進行輔助教學(xué)，使抽象難懂的理論學(xué)習(xí)變得直觀易懂。以電力系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)方法為例，進行ETAP仿真軟件教學(xué)案例設(shè)計，實現(xiàn)可視化仿真與課堂理論教學(xué)的緊密結(jié)合。實踐證明，這種教學(xué)方法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，明顯提高了課堂教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析；ETAP仿真軟件；電壓調(diào)節(jié)方法
“電力系統(tǒng)分析”是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)骨干基礎(chǔ)課程，是學(xué)習(xí)其他后續(xù)課程（如“電力系統(tǒng)繼電保護”、“電力系統(tǒng)自動化”、“電力系統(tǒng)微機繼電保護”）的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)這門課程需掌握電路、電機、電磁場和高等數(shù)學(xué)等方面的知識，所涉及的知識面廣，理論性強，又包含大量的計算和畫圖，學(xué)生學(xué)起來抽象、難理解，會影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。近年來，隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模日益增大，新技術(shù)不斷被應(yīng)用到該領(lǐng)域中，迫切需要新的教學(xué)方法來適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展對課堂教學(xué)的要求。ETAP是電力系統(tǒng)運行分析的專業(yè)仿真軟件，它提供完整的圖形化編輯器，以簡潔的方式對電力系統(tǒng)進行建模，且能快速準(zhǔn)確地對系統(tǒng)進行仿真分析，分析結(jié)果能以多種形式直觀地輸出。若在課堂教學(xué)中引入ETAP仿真軟件，將有助于學(xué)生直觀系統(tǒng)、深入地學(xué)習(xí)“現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析”課程。而“電力系統(tǒng)分析”教學(xué)中引入ETAP仿真軟件輔助教學(xué)，目前國內(nèi)處于開始階段，僅有有限高校引進并開始使用ETAP仿真軟件輔助教學(xué)，是一個新的發(fā)展趨勢。本文針對ETAP仿真軟件和教學(xué)緊密結(jié)合以提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，進行了探討和分析。
一、ETAP仿真軟件介紹
ETAP仿真軟件是美國OTI公司從1996年開始發(fā)行的第一個真正32位Windows環(huán)境下電力系統(tǒng)分析計算應(yīng)用程序，也是全美第一個特許提供給核電站進行電力系統(tǒng)分析的商用軟件。[1]ETAP仿真軟件確立了電力系統(tǒng)設(shè)計和分析軟件的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過多年的開發(fā)與完善，可以提供全圖形的用戶界面，以最簡潔的方式建立單線圖、阻抗圖、繼電保護圖、分析計算圖等100多種不同的圖形。利用用戶界面的編輯工具條，可以很方便地增加、刪除、移動和連接元件，放大、縮小和翻轉(zhuǎn)圖形，顯示或隱藏網(wǎng)絡(luò)，在用戶界面上點擊元件后可直接輸入元件的各類參數(shù)、屬性及運行狀態(tài)等，使用起來非常方便靈活。[2]
ETAP軟件還具有強大的計算分析和設(shè)計功能，可以進行潮流計算、短路計算、繼電保護配合、諧波分析、暫態(tài)分析、電機起動分析、接地網(wǎng)設(shè)計和低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計等。ETAP軟件可以將分析結(jié)果以直接顯示、文本報告的形式、曲線的形式等多種形式直觀地輸出。[3]因此，ETAP仿真軟件其良好的人機界面、強大的計算分析和設(shè)計功能、直觀簡單的電氣操作等優(yōu)點在我國電力系統(tǒng)行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。特別是近年來，隨著我國電力系統(tǒng)事業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的容量及單機容量越大，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，學(xué)習(xí)、掌握優(yōu)秀的電力系統(tǒng)仿真軟件ETAP，將對電力系統(tǒng)規(guī)劃、分析與實時監(jiān)控等有很大的幫助。[4]一些高校為了學(xué)生更加系統(tǒng)、深入地學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)分析課程，以及在畢業(yè)后能盡快地適應(yīng)工作需要，引入了ETAP仿真軟件。
二、ETAP軟件仿真與課堂授課的結(jié)合
在引進ETAP軟件之后，結(jié)合多年的課堂教學(xué)經(jīng)驗，對“電力系統(tǒng)分析”課程中的若干關(guān)鍵知識點和難點進行了仿真教學(xué)案例設(shè)計，并應(yīng)用于課堂教學(xué)。電力系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)方法是“電力系統(tǒng)分析”課程的重要內(nèi)容，下面就以這部分內(nèi)容為例，講解ETAP軟件仿真與課堂授課的結(jié)合。
1.理論分析
在圖1所示的電力系統(tǒng)中，分別采用改變變壓器變比、改變無功功率分布的方法調(diào)節(jié)母線3的電壓。畫出系統(tǒng)的等值電路，如圖2所示。等值電路中，變壓器的勵磁支路和電纜線路的導(dǎo)納支路都略去。變壓器歸算到低壓側(cè)的阻抗為ZT，線路的阻抗為Zl。按照“電力系統(tǒng)分析”課程中變壓器等值電路與參數(shù)計算的理論分析，參數(shù)計算如下：，
，通過以上兩式計算得到：。電纜阻抗參數(shù)為。變壓器和線路的總阻抗為，系統(tǒng)中的負荷。母線1的電壓為35kV，且保持不變，則理想變壓器二次繞組的電壓為11kV，線路和變壓器阻抗上的壓降，母線3的電壓，以百分?jǐn)?shù)形式表示。[5]
通過以上公式推導(dǎo)、計算，求得母線3的電壓為95.8%。很顯然，此電壓偏低，若通過并聯(lián)靜電電容器的方法改變其功率分布，需要計算并聯(lián)的靜電電容器應(yīng)該提供的無功功率，才能將其電壓提高到98%。根據(jù)靜電電容器無功功率計算公式，求得。[6]經(jīng)過以上的理論分析可知，為將母線3的電壓升高到98%，并聯(lián)的靜電電容器需提供1.7Mvar的無功功率。
若通過改變變壓器分接頭進而改變其變比的方法將母線3的電壓提高到98%，需要通過計算選擇合適的變壓器分接頭。系統(tǒng)中的變壓器有五個分接頭，此時接在主接頭上，母線3的電壓為95.8%，現(xiàn)若將母線3的電壓提高到98%，分接頭電壓應(yīng)為，因35-2.5%分接頭對應(yīng)的電壓為34.125kV，與此分接頭的電壓最接近，因此為使母線3的電壓提高到98%，分接頭改接到35-2.5%。
以上是電力系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)方法的理論分析，整個過程中學(xué)生接觸到的只有數(shù)字和公式，普遍反應(yīng)抽象、難以理解，若此時通過ETAP軟件仿真分析一下，增加學(xué)生對電壓調(diào)節(jié)方法的感性認識，將會使電壓調(diào)節(jié)過程變得更加直觀、具體和豐富有趣，達到最好的教學(xué)效果，從而大大調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)本門課程的興趣。
2.ETAP軟件仿真分析
首先建立該系統(tǒng)的ETAP軟件仿真模型，模型中無窮大功率電源用等效電網(wǎng)U1表示，母線1對應(yīng)的節(jié)點設(shè)為平衡節(jié)點，負荷1和2分別用電動機Mtr3和等效負荷Lump3表示，并設(shè)置好各元件的參數(shù)。下面只需點擊潮流分析功能模塊按鈕，再點擊運行潮流按鈕，即可進行潮流仿真分析。分析結(jié)果在建模圖上直觀顯示輸出，如圖3所示，母線3的電壓為95.81%，與理論分析結(jié)果一致。不過，此電壓值偏低，為改善電壓質(zhì)量，現(xiàn)在通過改變功率分布的方式調(diào)節(jié)母線3的電壓。將靜電電容器并聯(lián)在母線上，設(shè)置好其參數(shù)，進行ETAP軟件潮流仿真分析，其結(jié)果如圖4所示。從該圖中可以看出，并聯(lián)靜電電容器后，母線3的電壓升高到98%，此時并聯(lián)電容器提供的無功功率恰好為1700kvar，與前面的理論分析結(jié)果一致。
下面通過改變變壓器變比來進行調(diào)壓的ETAP仿真分析。原來變壓器分接頭接在主接頭上，通過剛才的潮流仿真分析結(jié)果看到，對應(yīng)母線3的電壓為95.81%。根據(jù)剛才的理論分析，為將母線3的電壓升高到98%，需將其分接頭改接到35-2.5%上。在ETAP軟件中，改變變壓器的分接頭為35-2.5%，如圖5所示。對改變變壓器分接頭后的系統(tǒng)進行ETAP軟件潮流仿真分析，其分析結(jié)果如圖6所示。從圖中可以直觀地看到，此時母線3的電壓為98.03%，其電壓質(zhì)量提高，和理論分析結(jié)果一致。
從上面的分析可以看到，對于電力系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)方法這部分內(nèi)容，傳統(tǒng)授課方式往往以繁瑣的公式推導(dǎo)結(jié)合抽象的數(shù)學(xué)描述進行講解，學(xué)生學(xué)習(xí)時感覺抽象、枯燥，難以深刻理解并掌握。對于這部分內(nèi)容，充分利用ETAP仿真軟件，多角度地對電壓調(diào)節(jié)方法進行較為全面的論述和論證演示，不僅可以直觀地看到系統(tǒng)原來的運行狀態(tài)，也可以看到并聯(lián)電容器和變壓器變比改變后系統(tǒng)的運行狀態(tài)，很顯然系統(tǒng)的運行狀態(tài)得到了改善，電壓質(zhì)量得到了提高。整個仿真過程很直觀，這樣有助于學(xué)生對重點和難點部分的理解，同時激發(fā)了學(xué)習(xí)本門課程的興趣，獲得不錯的教學(xué)效果。
三、結(jié)論
ETAP仿真軟件能很方便地對各種電力系統(tǒng)進行建模，快速準(zhǔn)確地對電力系統(tǒng)進行多種不同運行方式下的仿真分析，且能對比不同運行方式下的結(jié)果，豐富課堂內(nèi)容和教學(xué)形式，使學(xué)生更加深刻理解電力系統(tǒng)的運行。
本文探討了ETAP仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用，通過ETAP軟件仿真演示，使得相關(guān)教學(xué)內(nèi)容實現(xiàn)了直觀可視化效果，增強了學(xué)生對電力系統(tǒng)運行的感性認識。教學(xué)效果反饋也表明學(xué)生對相關(guān)概念方法的理解更加迅速、概念更加清晰，充分體現(xiàn)了ETAP仿真軟件在課程教學(xué)中的優(yōu)勢。同時，ETAP仿真軟件的學(xué)習(xí)，使學(xué)生真正具備運用理論知識對電力系統(tǒng)仿真分析和計算的能力，有助于學(xué)生成為電力系統(tǒng)方面的工程技術(shù)、研究復(fù)合型人才，為以后從事電氣工程設(shè)計、運行、分析、控制和保護等工作打下堅實的基礎(chǔ)。
[摘要]：廣域測量系統(tǒng)WAMS（Wide Area Measurement System）利用全球定位系統(tǒng)GPS時鐘同步，進行廣域電力系統(tǒng)的狀態(tài)測量，以滿足電力系統(tǒng)在空間上廣域以及時間之上的同步需求。以下通過對電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、全網(wǎng)動態(tài)過程記錄和事后分析等方面的WAMS的應(yīng)用綜述，可見WAMS為電力系統(tǒng)分析和控制提供了新的視角和解決方式，十分具有研究意義。
[關(guān)鍵詞]：WAMS GPS 電力系統(tǒng)
一、引言
廣域測量系統(tǒng)WAMS是近年以來運用在電力系統(tǒng)前沿技術(shù)當(dāng)中屬于最是活躍的領(lǐng)域之一，其核心技術(shù)就是PMU，即相角測量單元。目前對于大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)進行動態(tài)分析以及控制還存在困難，而廣域測量系統(tǒng)的運用在一定程度上緩解了這個難題。
二、PMU測量的原理
PMU是在GPS的相量測量單位的基礎(chǔ)之上進行，它屬于一種多功能的信號采集系統(tǒng)。除了需要對電壓相角的實時測量并且以此來獲得參考相位角，還需要實現(xiàn)對電壓、電流、有功的實時測量和計算，最終再將得出的數(shù)據(jù)幀送到調(diào)度中心。
PMU的測量原理是：先要通過GPS接收器給出1pps（1個脈沖每秒）信號，然后經(jīng)過鎖相振蕩器將這個信號劃分成一定的數(shù)量以便于采樣，被濾波處理之后的交流信號又通過A/D轉(zhuǎn)換器的量化，最后通過微處理器按照遞歸離散傅立葉變換原理計算得出相量。測量當(dāng)中相角的測量是一個關(guān)鍵，因為只要有1ms的誤差就會相應(yīng)的帶來18°工頻相角誤差，如果誤差需要控制在0.1°，則時間同步的精度需要為5μs。為了保證最后的相位測量，GPS脈沖信號和國際標(biāo)準(zhǔn)同步誤差應(yīng)當(dāng)小于1μs。
三、廣域測量系統(tǒng)的應(yīng)用
（一）全網(wǎng)的動態(tài)過程記錄和事故分析
因為WAMS中的PMU能夠在同一參考時間框架之下獲得在各種擾動之下全網(wǎng)的動態(tài)過渡過程信息，所以僅從這個意義上來講WAMS就相當(dāng)于是一個大的故障錄波器。PMU不僅可以實時上傳得到的動態(tài)過渡過程信息起到一個監(jiān)視作用，而且在事故發(fā)生之后也能夠被用在事故分析之上。
（二）穩(wěn)態(tài)分析
PMU的測量精度較高，一般可以直接對所裝節(jié)點的電壓幅值以及相角進行測量，并且可以避免一般的潮流計算或者狀態(tài)估計的迭代過程，如果和現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)結(jié)合使用的話，可以大大提高系統(tǒng)狀態(tài)估計的精度。由于現(xiàn)在諧波問題日益嚴(yán)重，可以在相量測量的電力系統(tǒng)的諧波狀態(tài)估計方法的基礎(chǔ)之上，把全系統(tǒng)范圍內(nèi)的諧波狀態(tài)估計問題轉(zhuǎn)化成為多個單母線系統(tǒng)的狀態(tài)估計問題，這樣做能夠從很大程度上降低問題的求解難度。
（三）暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)測以及控制
如今已經(jīng)被實際應(yīng)用在工業(yè)當(dāng)中的穩(wěn)定控制系統(tǒng)可以分成兩種模式：一是“在線預(yù)決策、實時匹配”；二是“離線計算、實時匹配”。不過當(dāng)遇見那些不可預(yù)見的連鎖故障所引起的大停電之時，這兩種模式可能無法得到響應(yīng)。為了達到對各種系統(tǒng)的運行工況、各種類型故障的完全自適應(yīng)，可以選擇采用WAMS。首先，WAMS提供的系統(tǒng)動態(tài)過程的時間序列響應(yīng)，可以直接應(yīng)用在某種時間序列預(yù)測方法或者人工智能方法系統(tǒng)未來的受干擾軌跡，并且判斷出系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但受到電力系統(tǒng)在動力學(xué)之上的復(fù)雜性影響，此種方式可靠性尚且需要考究。
其次，WAMS通過對系統(tǒng)故障之后的狀態(tài)初始值的提供，經(jīng)過在巨型機或者PC機群之上進行一個電力系統(tǒng)超實時暫態(tài)時域仿真，通過仿真的結(jié)果來得到系統(tǒng)未來的受干擾軌跡，然后根據(jù)這個軌跡來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
最后，根據(jù)WAMS所提供的系統(tǒng)動態(tài)過程時間序列的響應(yīng)，先利用某種辨識方法得到一個簡化系統(tǒng)動態(tài)模型，再對這個模型通過超實時仿真，通過這個仿真最后能夠得到系統(tǒng)未來的受干擾軌跡，并且以此來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
（四）電力系統(tǒng)動態(tài)模型辨識和模型的矯正
一個正確有效的電力系統(tǒng)動態(tài)模型是對所有的電力系統(tǒng)進行動態(tài)分析和控制的起點。電力系統(tǒng)動態(tài)模型可以通過在各離散時間點之上差分化為一系列的非線性方程，然后利用WAMS所獲取的全網(wǎng)動態(tài)過程的時間序列信息對其動態(tài)模型進行辨識和模型的矯正工作，最終使負荷建模的準(zhǔn)確性得到提高。
（五）低頻振蕩分析和抑制
隨著大電網(wǎng)的互聯(lián)，區(qū)域間的低頻振蕩對互聯(lián)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行構(gòu)成威脅。一般情況如果只在本地信息的阻尼控制器基礎(chǔ)上去抑制區(qū)域間的低頻振蕩效果不會非常好，面對這樣的情況可以選擇采用WAMS信號的區(qū)間阻尼控制器附加至發(fā)電機勵磁控制器當(dāng)中，從而達到抑制區(qū)域間振蕩的目的。在使用WAMS信號作為控制器輸入的時候，需要注意信號的時滯問題，當(dāng)時滯太大的時候就很有可能會導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不夠穩(wěn)定。
（六）電壓、頻率穩(wěn)定監(jiān)視及控制
因為靜態(tài)電壓問題以及頻率穩(wěn)定是屬于慢動態(tài)的范圍，所以相較于暫態(tài)穩(wěn)定的問題，前者更容易利用WAMS信息來實現(xiàn)穩(wěn)定的監(jiān)視以及控制?？梢岳肳AMS提供的實測信息辨識出一個用于穩(wěn)定電壓分析的系統(tǒng)動態(tài)模型，并且在此基礎(chǔ)之上預(yù)測系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。也可以利用WAMS得到各個節(jié)點的電壓相量測量值，并且將系統(tǒng)通過等值的方式分成兩節(jié)點系統(tǒng)，這樣的方式可以快速給出電壓穩(wěn)定裕度。在電壓穩(wěn)定控制方面可以利用WAMS提供的實測信息辨識出一個用在低頻減載系統(tǒng)的動態(tài)模型，并且在此基礎(chǔ)之上預(yù)測出系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性，然后對某一個給定的頻率門檻值給出應(yīng)當(dāng)要切除的負荷量。
（七）全局反饋控制
對于全局信息的反饋和控制，可以在WAMS信號的全局電力系統(tǒng)穩(wěn)定器控制的基礎(chǔ)之上，通過仿真得出全局電力系統(tǒng)穩(wěn)定器比分散/就地電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的控制效果更好?？紤]到電力系統(tǒng)的固有非線性，可以在WAMS信號的全局非線性勵磁控制器的基礎(chǔ)之上，通過仿真的結(jié)果表明，和完全分散的非線性勵磁控制進行比較，它明顯可以更大的提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。
（八）故障定位及線路參數(shù)測量
故障定位的方法主要有兩種：第一是阻抗法，這種方法有一個缺陷，是不能排除故障對于過渡電阻的影響。第二是行波法，行波法相較于阻抗法是可以達到不受過渡電阻影響的目的。而WAMS的使用，可以通過PMU來獲取電流相量以及輸電線路實時的電壓，然后再通過一種經(jīng)過改進而得到的離散傅立葉變換提取當(dāng)中暫態(tài)電氣量的基頻分量，這樣做就可以大大提高定位的精度。
結(jié)語
通過以上對WAMS在全網(wǎng)的動態(tài)過程記錄和事故分析、故障定位及線路參數(shù)測量等方面的應(yīng)用綜述，可以看出WAMS的優(yōu)勢很多，在以后的研究當(dāng)中可以更加充分利用它的優(yōu)越性以更好的分析和控制電力系統(tǒng)。
摘要：近十幾年來, 電力系統(tǒng)并行計算技術(shù)發(fā)展很快, 一些機電暫態(tài)仿真并行算法不斷地被提出。從實現(xiàn)原理來看, 所提出的并行算法大致可分為空間并行算法、時間并行算法或兩者的結(jié)合—時空并行算法。其中, 空間并行算法是將系統(tǒng)分割為小的子系統(tǒng)后并行處理各個子系統(tǒng); 時間并行算法則是通過同時求解多個積分步長來實現(xiàn)。從參與并行計算子任務(wù)的計算量來看, 又可把并行算法劃分為細粒度并行算法和粗粒度并行算法。
關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析計算并行處理分 布式處理
引言：
并行處理是一種極有發(fā)展前途的技術(shù)。復(fù)雜故障計算是電力系統(tǒng)仿真計算中最重要、計算量最大的部分之一,己經(jīng)成為大型電力系統(tǒng)實時仿真的瓶頸。由于求解故障端口間等值阻抗的復(fù)雜性, 傳統(tǒng)方法不適用于并行處理。作者提出了一種可用于大型電力系統(tǒng)數(shù)字仿真的復(fù)雜故障并行計算方法。算法中采用了故障處理局部化、降維網(wǎng)絡(luò)方程的構(gòu)造和線性方程組并行處理等多種技術(shù), 以減少并行計算量和通訊量。
1 并行處理技術(shù)概述
并行處理僅有不足20 年的歷史, 是半個世紀(jì)來在微電子、印刷電路、高密度封裝技術(shù)、高性能處理機、存儲系統(tǒng)、外圍設(shè)備、通信通道、語言開發(fā)、編譯技術(shù)、操作系統(tǒng)、程序設(shè)計環(huán)境和應(yīng)用問題等研究和工業(yè)發(fā)展的產(chǎn)物。并行處理已成為現(xiàn)代計算機的關(guān)鍵技術(shù)之一, 并以不同的方式, 在不同的級別上滲透到其他應(yīng)用領(lǐng)域。
計算機應(yīng)用可以歸納為向上升級的4 類: 數(shù)據(jù)處理、信息處理、知識處理和智能處理。無論是哪種處理, 都具有能同時進行運算或操作的特性, 稱為并行性。并行性在不同的處理級別中可表現(xiàn)為多種形式, 如先行方式, 流水方式, 向量化、并發(fā)性、同時性、數(shù)據(jù)并行性、劃分、交叉、重疊、多重性、重復(fù)、時間共享、空間共享、多任務(wù)處理、多道程序、多線程方式和分布式計算。開發(fā)并行性的目的是為了能用并行處理來提高計算機的求解效率。并行處理是通過兩個或多個處理器以及處理器之間的通信系統(tǒng)的協(xié)作完成問題的求解。它著重于發(fā)掘被求解問題中的并行性, 使其達到較高的級別。
分布式處理是利用計算機網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)并行處理的一種技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)中各計算機以并行方式共同完成某項事務(wù)處理, 或?qū)⒁粋€大處理流程分開由各點計算機處理, 在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各計算機彼此能相互存取信息和尋址, 多個計算機同時工作這一點對用戶來說是透明的。
并行處理技術(shù)是硬件、軟件、語言、算法、性能評價等多方面技術(shù)的綜合。可以分為: 并行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、并行算法、并行操作系統(tǒng)、并行語言及其編譯系統(tǒng)等。
并行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究以何種方式將眾多的處理機與存儲系統(tǒng)、1/ 0 系統(tǒng)組成一個完整的并行處理系統(tǒng)的技術(shù)問題, 如硬件的器件和互聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)的選擇, 同步通信機制的設(shè)置, 以及并行軟件的配置等。并行操作系統(tǒng)用于支持并行處理, 實現(xiàn)進程(或線程) 間的通信和負載均衡等問題。目前并行操作系統(tǒng)主要有多處理機并行操作系統(tǒng)和多計算機操作系統(tǒng)。
2 并行處理技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
2.1 在潮流問題中的應(yīng)用
潮流問題描述了電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)情況, 因而潮流公式或經(jīng)過一些修改的潮流公式是優(yōu)化潮流和暫態(tài)穩(wěn)定等重要問題的基本成分。一個有效的潮流并行化方法同樣也會有助于加快其它問題的求解, 因而早期關(guān)于并行處理在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的研究主要集中于并行化潮流問題的求解上。雖然問題并沒有解決, 但近年來關(guān)于這方面的報道明顯減少了。
潮流計算是求解一組由潮流方程描述的非線性代數(shù)方程。傳統(tǒng)的串行解法充分利用了稀疏矩陣技術(shù)、三角分解前代/ 回代技術(shù)、節(jié)點優(yōu)化編號技巧和快速分解法, 使得潮流計算已經(jīng)能夠在線運行, 從而大大減小了并行化潮流計算的動力。
已有的并行化潮流計算的許多工作都集中在并行化三角分解、前代/ 回代上, 如: 通過對矩陣的重新組合分塊來發(fā)掘并行性; 降低由最大因子路徑長度決定的順序執(zhí)行步數(shù); 采用適合于向量機的向量化算法; 多重因子分解方案和稀疏逆因子方案; 基于電力系統(tǒng)運行模式及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的潮流并行算法; 利用超立方體結(jié)構(gòu)尋找穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定大矩陣的特征值和特征向量。在超立方體結(jié)構(gòu)并行機上的一個實踐表明, 快速分解牛頓潮流法的并行算法可以獲得近似10 的加速比。在B al a nc e 和A li a nt 共享內(nèi)存并行機上, 松弛牛頓法也可以獲得幾乎相同的加速比腳。
2. 2 在電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定中的應(yīng)用
電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析需要求解描述旋轉(zhuǎn)運動的時變微分方程和描述電網(wǎng)的代數(shù)方程, 這組微分代數(shù)方程(D A E ) 具有多種非線性, 數(shù)值方法中的逐步積分法被用來獲得時域解。如果通過并行處理技術(shù), 能極大地提高速度, 在線暫態(tài)穩(wěn)定分析也將具有很好前景。
將暫態(tài)穩(wěn)定問題并行化有兩個途徑: 1. 將系統(tǒng)的變量分組, 稱為( 變量) 空間并行化; 2.使幾個時間段可以同時求解, 稱為時間并行化。非常明顯的空間并行化是將微分方程分解成每個發(fā)電機一組的多個方程組, 而由代數(shù)方程提供它們之間的藕合。時間上的并行是形成每個時間段的牛頓方程, 然后同時求解。龍格庫塔法和隱式積分法也被并行化過, 但問題的分解和隨之而來的松弛會產(chǎn)生許多新的變量, 使求解復(fù)雜化。有的先將網(wǎng)絡(luò)方程分解, 然后在微分方程或差分化的方程組上實施松弛法, 如對微分方程實施的波形松弛法。有的將差分化的微分方程和代數(shù)方程一起, 對每一個系統(tǒng)變量在所有的時間段中通過皮卡德( Pi ca rd ) 松弛法分解并同時求解, 從而提供在時間和空間上最大程度并行化的方法。有的在頻域中將暫態(tài)穩(wěn)定問題向量化以獲得并行性。上述方法的共同困難是收斂性較差, 通常要經(jīng)過更多的迭代次數(shù)才能收斂, 有時甚至難以收斂。
對暫態(tài)問題的細粒度并行化, 也遇到了許多困難, 所獲得的效果不很理想。為此粗粒度的并行化也被研究過, 如通過同時計算在不同節(jié)點上的故障來并行化, 當(dāng)S Y R E IJ 穩(wěn)定計算程序在一個16 節(jié)點的超立方體計算機上實現(xiàn)時, 可以獲得一個數(shù)量級的加速比。與之相似的是在一個基于D O S 共享內(nèi)存的多處理機上的實驗也表明, 多區(qū)域可靠性計算、采用蒙特卡洛法的水電發(fā)電費用仿真和針對不同故障的矯正方案計算, 是可以被高效并行化的。
3 對并行處理在電力系統(tǒng)應(yīng)用的若干看法
3.1 充分利用已有的分解/ 聚合技術(shù)
在并行處理成為一個研究熱點之前, 已經(jīng)從時間和存儲角度出發(fā), 針對電力系統(tǒng)的一些問題開發(fā)了分解/ 聚合的方法, 即將大問題分解, 在串行機上分別求解, 然后聚合得出整個問題的解。所以在并行處理中, 應(yīng)充分利用這些已有的分解/ 聚合技術(shù), 對所要求解的大問題進行合理的分解, 調(diào)節(jié)子問題間的禍合度、相關(guān)性, 使整個問題的求解效率最高。
3.2 結(jié)合問題本質(zhì)選擇合理的并行粒度
由以上分析可知, 在電力系統(tǒng)基本問題的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)中, 并沒有顯著的內(nèi)在的并行性。開發(fā)細粒度的并行算法(如在潮流問題中和電磁暫態(tài)問題中), 難度很大。并行計算理論、并行處理系統(tǒng)(硬件、語言、編譯器)等方面的不成熟, 也為開發(fā)細粒度的并行算法造成了障礙。而類似于在暫態(tài)穩(wěn)定分析中, 對不同算例計算的并行; 能量管理系統(tǒng)中, 基于功能劃分的并行; 系統(tǒng)規(guī)劃中, 基于不同方案的并行等, 都是在粗粒度上的并行, 各并行子問題間的相關(guān)性很少或沒有相關(guān)性, 從而可以獲得很高的并行加速比, 并能充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源、計算機資源、軟件資源,使系統(tǒng)的性能價格比較高。
3.3 加強測試與評估
以往的研究大部分都集中在并行算法的開發(fā)上, 算法在并行處理系統(tǒng)上的測試很少, 僅有的測試結(jié)果并不很理想, 在并行加速比的強壯性方面, 也并未提供有價值的信息。實際上, 計算的效率取決于并行算法對并行處理系統(tǒng)的適應(yīng)程度。對于一個特定問題的一種并行化方案, 必須在實際的并行處理系統(tǒng)上對大量不同的算例進行測試、評估。
3.4 考慮生產(chǎn)的實際需要
并行處理的根本目的是以盡可能小的代價獲得盡可能高的生產(chǎn)效率。并行處理的開發(fā)要依據(jù)生產(chǎn)需要, 并不是任何問題都需要或適合于并行處理。由于單個處理器能力的提高, 使得某些問題采用串行算法在一臺計算機上也能滿足要求, 因而對這些問題進行并行化研究的實用價值就很小。
4 結(jié)語：
并行處理技術(shù)的發(fā)展, 為解決電力系統(tǒng)問題提供了一個頗具吸引力的機會。但由于并行處理技術(shù)的研究剛剛起步, 并行處理的理論、軟硬件技術(shù)和有關(guān)并行處理應(yīng)用的實踐經(jīng)驗, 都還在不斷地完善之中, 如何有效地將并行處理技術(shù)同電力系統(tǒng)問題結(jié)合起來, 滿足電力生產(chǎn)的需要, 需要認真考慮。本文首先簡述并行處理及其分布式實現(xiàn), 接著對并行處理在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了分析。
摘要：根據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的特點，對電氣工程及其自動化專業(yè)“電力系統(tǒng)分析”課程的教學(xué)模式、教學(xué)方法與教學(xué)手段進行改革與實踐。在理論研究和實踐探索的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了“理論、實踐、應(yīng)用”三大模塊的教學(xué)模式，將理論教學(xué)、課程設(shè)計、綜合實驗三者進行有機的結(jié)合，強化了人才培養(yǎng)質(zhì)量，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。
關(guān)鍵詞：電氣工程及其自動化；電力系統(tǒng)分析；課程改革；能力培養(yǎng)
高等工科學(xué)校培養(yǎng)的是應(yīng)用型高級專業(yè)技術(shù)人才，其將來從事的是一些專業(yè)性質(zhì)較強的工作，其目標(biāo)是培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、適應(yīng)能力強、創(chuàng)新能力強、工程實踐能力強、素質(zhì)高的高級復(fù)合人才。在更新教育思想觀念的基礎(chǔ)上，改革高校的人才培養(yǎng)模式，構(gòu)建新型應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，是工科高等教育改革的主要內(nèi)容。電氣工程及其自動化專業(yè)是長春工程學(xué)院電氣與信息學(xué)院的主干專業(yè)、試點專業(yè)，是國家級特色專業(yè)，“電力系統(tǒng)分析”課程是電氣工程及其自動化專業(yè)的主干課程，是校級精品課課程，也是考研課程。該課程在電力系統(tǒng)知識體系中起到承上啟下的作用，本課程教學(xué)質(zhì)量的好壞，直接影響到后續(xù)專業(yè)課的教學(xué)，因此對該課程進行教學(xué)改革具有十分重要的意義。
一、課程改革的主要思路
“電力系統(tǒng)分析”課程系統(tǒng)性、實踐性強，它涉及到整個電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計和運行的多個方面，內(nèi)容豐富，綜合性強，適合實施新型教學(xué)模式。為了提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，強化能力的培養(yǎng)，在提高課堂教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，對原有課程設(shè)置的內(nèi)容及實踐環(huán)節(jié)進行多方面的改革，主要思路是：跟上信息時展的步伐，合理整合理論教學(xué)內(nèi)容，加強實驗與實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，加強計算機應(yīng)用的能力，強化實踐教學(xué)的效果，利用好現(xiàn)有的實驗室和實習(xí)基地，構(gòu)建“理論、實踐、應(yīng)用”三大模塊的教學(xué)模式，使學(xué)生在實際動手能力、獨立創(chuàng)新能力、團隊合作能力方面有所提高。
二、教學(xué)內(nèi)容的改革
“電力系統(tǒng)分析”課程具有很強的理論性和實踐性，注重理論與實踐的密切結(jié)合是改革的關(guān)鍵問題。經(jīng)過多年的研究與實踐，構(gòu)建了“理論、實踐、應(yīng)用”三大模塊的教學(xué)模式。
1.理論教學(xué)內(nèi)容的整合
合理整合理論教學(xué)內(nèi)容，壓縮理論課的學(xué)時是課程改革的一個主要內(nèi)容。以往理論教學(xué)的內(nèi)容由兩門課程分兩個學(xué)期進行，即“電力系統(tǒng)分析”與“電力系統(tǒng)計算機輔助計算”，前者包括電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)的全部理論內(nèi)容，學(xué)時數(shù)為75學(xué)時；后者包括電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型，電力系統(tǒng)短路電流、潮流、穩(wěn)定計算的計算機算法的原理、計算程序及上機實踐，學(xué)時數(shù)為30學(xué)時，兩學(xué)門課程的總學(xué)時數(shù)為105學(xué)時。
改革后將兩門課程合并為一門，將“電力系統(tǒng)計算機輔助計算”中計算機算法的原理內(nèi)容放在“電力系統(tǒng)分析”課程中進行教學(xué)，將“電力系統(tǒng)計算機輔助計算”中程序的使用、上機實踐操作放在課程結(jié)束后的課程設(shè)計中進行。此外，將“電力系統(tǒng)分析”課程的部分內(nèi)容進行精減，學(xué)時數(shù)壓縮到72學(xué)時。在教學(xué)中，對于重點內(nèi)容突出基本概念、基本原理；對于難點內(nèi)容的處理有兩種方式：既是難點又是重點的內(nèi)容，強調(diào)基本概念和原理，是難點但不是重點的內(nèi)容，以夠用為度。
幾年來，對教學(xué)內(nèi)容進行了多次修改?；驹瓌t為注重基本概念、基本原理，強化應(yīng)用能力培養(yǎng)。優(yōu)化后的教學(xué)內(nèi)容，以“夠用為度、注重應(yīng)用”為指導(dǎo)思想，著重闡明電力系統(tǒng)的基本理論和基本概念，注重理論聯(lián)系實際及計算機的應(yīng)用能力，內(nèi)容由淺入深、邏輯性強、重點突出、易于理解。
2.實踐教學(xué)內(nèi)容的整合
實踐教學(xué)的改革是“電力系統(tǒng)分析”課程改革的另一個主要內(nèi)容，改革后的實踐教學(xué)包括課程設(shè)計、綜合實驗。
課程設(shè)計在“電力系統(tǒng)分析”課程結(jié)束后進行，時間為2周。以往的課程設(shè)計包括兩個方面，一方面是電力網(wǎng)絡(luò)方案的確定，另一方面是對最佳方案進行潮流計算（手算法）、無功平衡驗算、變壓器分接頭的選擇。改革后的課程設(shè)計，一是進行網(wǎng)絡(luò)方案選擇的常規(guī)設(shè)計，二是對最佳方案進行潮流、短路電流的計算，計算方法采用計算機算法，要求學(xué)生結(jié)合所確定的網(wǎng)絡(luò)方案編寫數(shù)據(jù)文件并上機實踐。計算機算法上機實習(xí)不占用理論教學(xué)的學(xué)時，這樣既減少了理論課的學(xué)時又增強了學(xué)生的計算機應(yīng)用能力，也為畢業(yè)設(shè)計及今后的工作打下了基礎(chǔ)。
以往的課內(nèi)實驗是在理論課教學(xué)過程中進行，受學(xué)時數(shù)限制通常做兩個實驗。由于電力系統(tǒng)實驗較多，每個實驗需要的時間較長，為使學(xué)生能夠連貫完成各項實驗，也為了節(jié)省理論課學(xué)時，我們將課內(nèi)實驗取消，改為在理論課和課程設(shè)計結(jié)束后集中一周時間進行電力系統(tǒng)綜合實驗，并增加了實驗項目。改革后的“電力系統(tǒng)分析”綜合實驗開設(shè)同步發(fā)電機的啟動和調(diào)整實驗、穩(wěn)態(tài)運行方式實驗、電力系統(tǒng)功率特性實驗、電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定實驗、復(fù)雜電力系統(tǒng)運行方式實驗等。通過綜合實驗，提高學(xué)生對“電力系統(tǒng)分析”課程核心內(nèi)容的理解，提高他們對于電力系統(tǒng)設(shè)計、規(guī)劃、優(yōu)化運行與控制的認識，為學(xué)生畢業(yè)后從事該領(lǐng)域的工作建立一個專業(yè)基礎(chǔ)背景。
3.應(yīng)用能力的提高
電力系統(tǒng)的綜合實驗包括驗證性實驗、綜合設(shè)計性實驗，學(xué)生通過實驗的設(shè)計、參數(shù)的調(diào)整和在教師指導(dǎo)下的問題排查，不僅激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性和自覺性，而且使學(xué)生工程能力得到了訓(xùn)練和提高。學(xué)院制定了有關(guān)實驗室開放的管理制度，從人、財、物上確保實驗室開放工作到位。為了滿足學(xué)生做實驗、進行畢業(yè)設(shè)計（論文）的需要，有關(guān)實驗室調(diào)整開放時間，盡量滿足學(xué)生的實驗要求，合理安排開放的時間和內(nèi)容。實踐表明，實驗室開放為學(xué)生實驗、學(xué)生課外科技活動創(chuàng)造了良好條件，學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）的水平不斷提高，參加各種科技競賽的成績也不斷提高。
三、教學(xué)方法的改進
受傳統(tǒng)教學(xué)思想影響，高等工科院校的課堂教學(xué)，主要以注入式應(yīng)試型為主。在教學(xué)內(nèi)容上偏重于講授原理、法則、公式、方法，對知識的背景與產(chǎn)生過程，知識的實際應(yīng)用，知識與能力素質(zhì)培養(yǎng)的協(xié)調(diào)關(guān)系重視不夠，妨礙了知識傳授中能力與素質(zhì)教育的實施。為此，我們對教學(xué)方法進行了改進。
1.啟發(fā)性的探索式、討論式教學(xué)方法
在教學(xué)過程中，盡可能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，提高學(xué)生橫向思維的能力，特別注重師生間的雙向交流，發(fā)揮學(xué)生的積極性、創(chuàng)造性、參與性。在教學(xué)過程中，適當(dāng)?shù)匾鲆欢康膯栴}讓學(xué)生思考，如：“調(diào)壓與調(diào)頻有何不同？“串聯(lián)電容補償與并聯(lián)電容補償在調(diào)壓上有何異同？”等?；蛘呤且髮W(xué)生自己對問題提出看法，向教師提問，在學(xué)生提問的過程中，也向教育者自身提出了有利的挑戰(zhàn)，為教育者提供了實踐的教學(xué)素材。經(jīng)常舉一些實際的例子幫助學(xué)生理解所學(xué)理論，同時也使學(xué)生對本學(xué)科的前沿知識及發(fā)展趨勢有所了解。這種教學(xué)方式實質(zhì)上就是從“灌輸式”教學(xué)向“啟發(fā)式”教學(xué)的轉(zhuǎn)變。
2.課外研究性、設(shè)計性學(xué)習(xí)法
由于“電力系統(tǒng)分析”課程涉及到整個電力系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計和運行，內(nèi)容豐富，綜合性強。要學(xué)好這門課程，學(xué)生需要較大的課外投入。由于課堂學(xué)時十分有限，為了更好地引導(dǎo)學(xué)生進行課外學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率，我們設(shè)計了研究性課題，以專題研究的形式，讓學(xué)生討論，如：“改變變壓器變比調(diào)壓，低壓側(cè)要求的電壓作為已知條件給出時有幾種給出方式”，這個問題讓學(xué)生討論、總結(jié)、歸納。這種教學(xué)方法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)研究興趣，鼓勵學(xué)生積極去做，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。再比如，“教材上介紹調(diào)壓的方法有四種，那現(xiàn)場實際是否也是采用這四種方法？”這個問題讓學(xué)生上電力網(wǎng)站查詢。這種教學(xué)方法可結(jié)合工程實際將現(xiàn)代科技、運營機制在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用情況、各種新技術(shù)新設(shè)備的應(yīng)用情況有效而合理地體現(xiàn)在教學(xué)之中。
3.自學(xué)法
由于學(xué)時數(shù)有限，教師不可能也沒必要將所有內(nèi)容都在課上進行詳細講解。為了提高學(xué)生的自學(xué)能力，對部分章節(jié)內(nèi)容安排學(xué)生自學(xué)、討論，教師輔導(dǎo)或做小結(jié)。
四、教學(xué)手段的運用
現(xiàn)在的教學(xué)手段絕大多數(shù)采用多媒體教學(xué)，雖然減少了板書和畫圖時間，增加了信息量，但也會帶來新的問題：由于信息變化太快，學(xué)生沒有時間思考，對所學(xué)內(nèi)容都是一知半解，從而加重了學(xué)生課后負擔(dān)。因此，采用黑板、粉筆等傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)手段是提高教學(xué)效果、教學(xué)質(zhì)量的一項重要內(nèi)容。
1.采用多樣化的教學(xué)手段
在近幾年的教學(xué)過程中，我們注重多樣化的教學(xué)，對于簡單內(nèi)容，讓學(xué)生自學(xué)；對于重要的概念、公式等需要嚴(yán)密推導(dǎo)、細心消化的內(nèi)容還是采用傳統(tǒng)的黑板粉筆模式，以加深學(xué)生的印象；對于平面圖、程序框圖、結(jié)構(gòu)原理的介紹，直觀形象、動態(tài)變化的內(nèi)容和最新的技術(shù)發(fā)展內(nèi)容采用多媒體投影設(shè)備、相關(guān)的影像資料及CAI課件的形式進行教學(xué)；對于復(fù)雜的計算，運用計算機程序進行演示；同時充分利用網(wǎng)絡(luò)資源與學(xué)生們建立互動關(guān)系。這種多樣化的教學(xué)收到了很好的教學(xué)效果。
2.現(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用
（1）與課程教學(xué)相匹配的CAI課件。為配合課程教學(xué)，自行制作了“電力系統(tǒng)分析”課程CAI課件，并進行了多次修改與完善。CAI課件對教學(xué)起到了極大的輔助作用，提高了教學(xué)效果。
（2）MATLAB計算軟件平臺及計算程序。“電力系統(tǒng)分析”課程的計算機輔助教學(xué)，可以培養(yǎng)學(xué)生運用計算機解決專業(yè)問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生掌握現(xiàn)代系統(tǒng)分析與設(shè)計的手段。我們編寫了節(jié)點導(dǎo)納矩陣形成、節(jié)點阻抗矩陣形成、故障計算、潮流計算、穩(wěn)定計算等15個程序，并運用VC語言開發(fā)了可視化的軟件平臺，使學(xué)生掌握運用計算機解決實際問題的方法，為畢業(yè)設(shè)計和今后實際工作中計算機開發(fā)能力的養(yǎng)成奠定基礎(chǔ)。
（3）“電力系統(tǒng)分析”獨立網(wǎng)站。建成了“電力系統(tǒng)分析”獨立網(wǎng)站，網(wǎng)站涵蓋整個教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，即：課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)、課后復(fù)習(xí)、實踐教學(xué)等，內(nèi)容主要包括：課程簡介、教學(xué)大綱、電子教案、課件、習(xí)題庫等10多個模塊。
借助于學(xué)校方便、快捷、覆蓋面廣的局域網(wǎng)，學(xué)生可進行課程學(xué)習(xí)、自測等自主學(xué)習(xí)，借助“網(wǎng)上答疑系統(tǒng)”可突破時空的限制，通過師生之間的交流，及時解決學(xué)習(xí)中遇到的疑難問題。另外，本網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺還提供了輔助教學(xué)資料，通過這些教學(xué)資料的閱讀，極大調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
五、結(jié)束語
幾年來，在教學(xué)觀念、教師隊伍、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、實踐教學(xué)等方面進行了全面的改革研究與實踐，構(gòu)建了“理論、實踐、應(yīng)用”三大模塊的教學(xué)模式?！半娏ο到y(tǒng)分析”的課程建設(shè)經(jīng)過多年的探索與實踐已取得成效。實踐證明，只有優(yōu)化理論課程，強化實踐環(huán)節(jié)，探索課程建設(shè)，才是提高教學(xué)效果的有效途徑。
摘要：為了應(yīng)對現(xiàn)代工程教育的發(fā)展，更好地適應(yīng)社會及企業(yè)對專業(yè)人才的需求，從課程理論體系構(gòu)建、實驗環(huán)節(jié)強化、考評方式優(yōu)化等幾方面對“電力系統(tǒng)分析”課程進行了探索和改革。實踐證明該課程改革教學(xué)效果良好，學(xué)生的綜合素質(zhì)得到有效提高，為其他工程專業(yè)課程改革提供了借鑒經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；專題討論；綜合實驗
大學(xué)教學(xué)改革是大學(xué)教學(xué)發(fā)展的最主要途徑，[1]課程改革是大學(xué)教學(xué)改革的核心環(huán)節(jié)。山西大學(xué)工程學(xué)院（以下簡稱“本?！保┳鳛榈胤綉?yīng)用型大學(xué)，其人才特征和培養(yǎng)模式要適應(yīng)地方經(jīng)濟社會的需要。圍繞山西綜合改革實驗區(qū)的建設(shè)和山西電網(wǎng)中長期規(guī)劃，本校開展對涉電專業(yè)課程教學(xué)改革，其中“電力系統(tǒng)分析”是首門試點課程。它是本校電氣工程及其自動化專業(yè)的必修課，由電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、電力系統(tǒng)暫態(tài)分析和實驗課組成。學(xué)生對該課程的掌握程度直接影響其后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及今后的就業(yè)和工作。
隨著現(xiàn)代電子計算機技術(shù)、信息通訊技術(shù)及控制技術(shù)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)也發(fā)生了巨大的變化，許多新原理、新技術(shù)廣泛應(yīng)用于電力企業(yè)，與此對應(yīng)的電力系統(tǒng)學(xué)科也發(fā)生了變化，原有的學(xué)科體系與現(xiàn)代人才培養(yǎng)目標(biāo)存在較大差異，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代電力工程教育發(fā)展的要求。[2]
為此，筆者從理論教學(xué)體系和實踐環(huán)節(jié)等幾方面，對“電力系統(tǒng)分析”課程進行了一系列有益的探索和研究，以加強學(xué)生理論知識水平和實踐動手能力。
一、“電力系統(tǒng)分析”課程現(xiàn)狀分析
“電力系統(tǒng)分析”課程理論性較強，內(nèi)容豐富、抽象，公式繁多，客觀上使學(xué)生不易理解和掌握；另外還存在如下主要問題，使學(xué)生在校所學(xué)的知識技能不能適應(yīng)實際工作。
部分知識陳舊，目前的教學(xué)內(nèi)容大多處于上世紀(jì)90年代水平，而近十多年來是電力系統(tǒng)發(fā)展最快的時期之一，現(xiàn)在的教學(xué)內(nèi)容沒有很好地反映這些變化；課程內(nèi)容安排不太合理，部分知識點在邏輯上有不連貫之處；教學(xué)手段比較機械單一，多媒體技術(shù)應(yīng)用不廣或效果較差，難以吸引學(xué)生的注意力，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高；電力系統(tǒng)企業(yè)廠網(wǎng)分家，發(fā)輸分離，市場化等改革及學(xué)校實習(xí)經(jīng)費的減少，使學(xué)生現(xiàn)場實習(xí)的機會更少，實踐環(huán)節(jié)被嚴(yán)重弱化，[3]認識實習(xí)、專業(yè)實習(xí)流于形式，難以達到理想的效果。
二、理論課程體系構(gòu)建
1.優(yōu)化課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu)
根據(jù)本校培養(yǎng)應(yīng)用型高級人才的目標(biāo)，課程以知識面為單元，理論課緊湊、系統(tǒng)化，體現(xiàn)小而精的思路，各單元之間既相互獨立，又相互聯(lián)系，本課程組將“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”和“電力系統(tǒng)暫態(tài)分析”兩門課程共計118學(xué)時壓縮到72學(xué)時；將“電路”、“電機學(xué)”等基礎(chǔ)課程安排在前一學(xué)期完成，按照潮流計算、調(diào)頻調(diào)壓、短路分析、故障計算、穩(wěn)定性分析等次序安排章節(jié)，刪減前期課程學(xué)過的內(nèi)容。例如：“電路”課程講過的導(dǎo)納矩陣的計算機形成及修改，“電機學(xué)”學(xué)過的電機等效模型及電壓磁鏈方程等內(nèi)容，去除無功補償裝置手工整定等工程經(jīng)驗性強、應(yīng)用性差的內(nèi)容。
課程組還補充了近十幾年來電力系統(tǒng)專業(yè)的新理論、新方法、新技術(shù)等成果，以體現(xiàn)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的實際情況。例如，在介紹新能源發(fā)電中，補充了高滲透率下大規(guī)模風(fēng)電場接入電網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響；風(fēng)光互補對提高新能源并網(wǎng)穩(wěn)定性等；電力市場環(huán)境下電力系統(tǒng)經(jīng)濟性分析；智能微電網(wǎng)的運行與控制策略；特高壓交直流輸電概述等內(nèi)容。
同時，根據(jù)實際情況，不定時請行業(yè)知名專家舉辦講座，介紹電力系統(tǒng)的新發(fā)展及典型案例等。例如，8.14美加大停電、國家電網(wǎng)“十二五”規(guī)劃解讀、印度7.30-31東北部大停電等，講座提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強化了專業(yè)教育，擴展了專業(yè)背景，深受學(xué)生的歡迎，收到了很好的效果。
2.多種教學(xué)方法綜合應(yīng)用
“電力系統(tǒng)分析”課程中大部分內(nèi)容是很多年來形成的成熟知識，具有很強的工程性，邏輯性相對較弱，對此，筆者在教學(xué)中進行了如下幾方面的改革：
（1）打破傳統(tǒng)的單向授課方式，與學(xué)生適當(dāng)互動。筆者針對每堂課的內(nèi)容，在上課前，為學(xué)生提出2～3個經(jīng)過精心準(zhǔn)備的問題，鼓勵學(xué)生帶著問題聽課，積極主動思考，并進行少量的問答討論，讓其在積極的氣氛中學(xué)習(xí)，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和自主學(xué)習(xí)興趣。
（2）采用相似教學(xué)法，易于學(xué)生理解。將抽象難懂的問題轉(zhuǎn)換成學(xué)生熟悉的事物，進行相似性變換講解，這樣對學(xué)生理解難點非常有幫助。例如：將電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定問題類比為多匹馬共拉一輛車的情況；無功變換類比為彈簧伸縮問題等，這些都給學(xué)生留下深刻的印象。
（3）采用先進的教學(xué)手段。筆者利用現(xiàn)代先進的計算機和豐富的信息資源，制作了大量生動的多媒體課件，極大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)效率，豐富了教學(xué)內(nèi)容。
本校組織教學(xué)經(jīng)驗豐富的教師、計算機水平較高的教師和學(xué)生代表，從各種資源庫中找到的彩色實物圖片和相關(guān)視頻，制成多套動畫及ppt，將原理、控制過程與實物結(jié)合起來一起講解，使電力系統(tǒng)難以理解的概念、原理、控制過程等形象化。例如：講解PARK變換時，將abc軸系與dq0軸系各向量之間的關(guān)系用形象的動畫表達出來，使原來需要用30分鐘講解的內(nèi)容縮短到15分鐘，而且過程清楚形象，學(xué)生容易理解。
三、實踐環(huán)節(jié)設(shè)計
充分利用先進的實驗室資源，加強學(xué)生對概念、原理等的理解，更好地了解和掌握電力系統(tǒng)現(xiàn)場運行情況。
1.進行綜合性實驗
在以往的實驗課中，大部分是驗證性實驗，內(nèi)容比較單調(diào)、機械。本校從2010年開始，利用中央財政支持地方高校建設(shè)資金建立了電網(wǎng)綜合自動化實驗室，購買了PSASP，PSCAD/EMTDC等電力系統(tǒng)分析軟件，豐富了實驗資源。電網(wǎng)綜合自動化實驗室有3臺發(fā)電機，可以模擬多個電壓等級的開、閉環(huán)系統(tǒng)，可以進行電力系統(tǒng)要求的相關(guān)實驗，實驗教師設(shè)置故障及異常，學(xué)生根據(jù)現(xiàn)象分析問題，解決問題；或者教師提出具體要求，學(xué)生根據(jù)要求設(shè)計電路，觀測實驗現(xiàn)象，教師進行指導(dǎo)評價，在整個實驗過程中，學(xué)生自己動手，充分發(fā)揮他們的能動性，有利于培養(yǎng)他們的工程素養(yǎng)。
2.優(yōu)化實驗內(nèi)容
教師應(yīng)從實際電力系統(tǒng)的特點及“電力系統(tǒng)分析”課程的特點出發(fā)科學(xué)安排實驗內(nèi)容，從簡單到復(fù)雜開設(shè)實驗，具體順序為：系統(tǒng)潮流分析、發(fā)電機運行方式改變、電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定分析、切負荷、電力系統(tǒng)短路分析、故障分析等。
3.將科研成果轉(zhuǎn)化為實驗資源
多年來，課程組教師們承擔(dān)了大量的省級縱向研究課題及山西電力公司等企業(yè)橫向項目，取得一定的科研成果并將它們應(yīng)用到實驗中。例如，電壓型SVC補償裝置研究，獲得山西省科技進步二等獎，利用此項目改進了調(diào)壓實驗；特高壓操作過電壓柔性限制措施研究，獲得山西電力公司科技進步三等獎，利用該項目成果開設(shè)電力系統(tǒng)過電壓仿真實驗，同時為研究生進行科研創(chuàng)造了一定的條件；通過山西省科技重大專項“風(fēng)力發(fā)電機組遠程監(jiān)控和故障診斷”，建立了微電網(wǎng)實驗平臺，并開設(shè)了微電網(wǎng)運行與控制方法實驗。這些都豐富了實驗內(nèi)容，強化了與電力系統(tǒng)實際工程的結(jié)合。引導(dǎo)學(xué)生通過觀測實驗數(shù)據(jù)和分析現(xiàn)象，進行機理分析，緊密與理論課相結(jié)合，極大調(diào)動了學(xué)生自己動手的積極性，收到了良好的效果。
四、實施方案及應(yīng)用情況
經(jīng)過兩年多的研究，本課程組的改革方案已于2010年在電氣工程及其自動化專業(yè)本科生中開始實施，從改革之初就受到學(xué)校和系兩級領(lǐng)導(dǎo)的高度重視，得到山西省特色專業(yè)建設(shè)項目資助，并且“電力系統(tǒng)分析”已成為校級精品課程。
整個課程的考評由筆試、專題討論和實驗三部分組成，所占比例分別為40%、30%和30%。筆試根據(jù)教學(xué)大綱進行。專題討論的題目提前兩周給出，論題的主要內(nèi)容包括：電力系統(tǒng)無功補償、特高壓輸電過電壓限制措施、潮流計算機算法等。學(xué)生充分利用課外時間，廣泛閱讀、討論和思考，培養(yǎng)他們進行科學(xué)研究的基本素質(zhì)，最后教師根據(jù)學(xué)生撰寫的研究報告及小組答辯情況給出成績。實驗部分以綜合實驗為主，教師根據(jù)學(xué)生在實驗中的表現(xiàn)及最后提交的實驗報告確定成績。
該方案實施兩年多來，受到學(xué)生的普遍歡迎和學(xué)校的認可。由學(xué)校相關(guān)部門組織，對本校2010級、2009級電專業(yè)各30個隨機抽查的學(xué)生進行的綜合測試中，2010級學(xué)生的合格率達到89%，高出2009級近十個百分點，這表明該課改方案教學(xué)效果非常明顯。它同時也成為學(xué)校教學(xué)改革的典型，在本校動力工程系、自動化系等工科類系推廣。
五、結(jié)論
圍繞培養(yǎng)應(yīng)用型高級人才的目標(biāo)，課程組對“電力系統(tǒng)分析”課程在教學(xué)內(nèi)容、結(jié)構(gòu)、實踐及考評方式等方面進行了較大地改革。該方案優(yōu)化了理論教學(xué)，增加了實踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生的綜合能力得到提升，得到師生的普遍認同，更加適應(yīng)現(xiàn)代電力工程教育的發(fā)展趨勢。
摘要：“電力系統(tǒng)分析”是電力工程的基礎(chǔ)理論，是電氣工程及其自動化專業(yè)的核心課程，該課程具有理論性強同時又密切聯(lián)系工程實際的特點，在專業(yè)課程體系中占有十分重要的地位。結(jié)合皖西學(xué)院建設(shè)“省級示范應(yīng)用型本科”的背景，對新辦的電氣工程及其自動化專業(yè)的“電力系統(tǒng)分析”課程的教學(xué)內(nèi)容和方法進行廣泛、深入地探討與研究，并就目前面臨的困難和問題提出可能的解決思路，為更好地適應(yīng)學(xué)校定位，培養(yǎng)出合格乃至優(yōu)秀的專業(yè)技術(shù)人才奠定基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科；電力系統(tǒng)分析；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法
電氣工程及其自動化專業(yè)是本校于2009年新申辦的本科專業(yè)，2011年春學(xué)期首次開設(shè)“電力系統(tǒng)分析”課程，對于該課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，本校沒有任何經(jīng)驗，只能借鑒其它學(xué)校的做法，但由于各個學(xué)校的辦學(xué)定位和專業(yè)培養(yǎng)方案不同，其經(jīng)驗往往不能照搬照抄，而必須結(jié)合本校的實際情況加以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整和修改。在本校該專業(yè)的課程體系下，如何合理地協(xié)調(diào)“電力系統(tǒng)分析”和其它相關(guān)課程之間的關(guān)系，使得該課程能夠較好地滿足建設(shè)示范應(yīng)用型本科的工程實踐要求，同時激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)效果，是當(dāng)前亟須解決的問題。
電力系統(tǒng)是由電能的生產(chǎn)、輸送、分配和消費的各環(huán)節(jié)組成的一個復(fù)雜整體，[1]與別的工業(yè)系統(tǒng)相比較，它的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運行和管理是一項更為龐大、復(fù)雜的系統(tǒng)工程?！半娏ο到y(tǒng)分析”課程是這項系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ)，其作為電氣工程及其自動化專業(yè)的核心課程，是由通識課程、基礎(chǔ)理論課程向?qū)I(yè)課程過渡的紐帶，具有承上啟下的作用。該課程不僅具有很強的理論性，同時又密切聯(lián)系工程實際，其一方面講述了電力系統(tǒng)中最基本的理論知識和分析方法，另一方面其內(nèi)容涉及到“電子技術(shù)”、“電機學(xué)”、“控制理論”、計算機等課程的知識，使學(xué)生必須將已學(xué)習(xí)的相關(guān)基礎(chǔ)課程知識應(yīng)用到該課程中，是電力專業(yè)人才必須熟練掌握的基本理論和計算技能，對電力系統(tǒng)工程學(xué)科的學(xué)習(xí)起到至關(guān)重要的作用。
本文在借鑒其它學(xué)校經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合本校的辦學(xué)定位和該專業(yè)的培養(yǎng)方案，通過對該課程教學(xué)內(nèi)容和方法進行全面、深入地探討和研究，提出了“立足基礎(chǔ)，了解全局，工程優(yōu)先，兼顧理論”的課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)置原則，確定了采用理論教學(xué)與工程實踐互補、課堂講授和現(xiàn)場演示結(jié)合、強化教學(xué)互動等教學(xué)方法。
一、教學(xué)中面臨的主要問題
調(diào)查結(jié)果表明，多年來大部分高校一般都將“電力系統(tǒng)分析”的教學(xué)分為兩個部分進行，即電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析和電力系統(tǒng)暫態(tài)分析。課程的主要內(nèi)容包括電力系統(tǒng)的基本概念、電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型、電力系統(tǒng)的潮流計算和控制、電力系統(tǒng)的運行調(diào)度和優(yōu)化、電力系統(tǒng)故障分析以及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性等。[1-3]選用的教材主要有中國電力出版社的《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》、《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》和華中科技大學(xué)出版社的《電力系統(tǒng)分析》（上、下冊）等，課時通常為96～120個學(xué)時。在教學(xué)過程中，教師往往更加注重于理論分析和手算部分的教學(xué)。
隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，以及當(dāng)前用人單位對本科人才質(zhì)量需求地不斷變化，原有的“電力系統(tǒng)分析”的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法有些已難以適應(yīng)現(xiàn)代人才培養(yǎng)需要，尤其是對應(yīng)用型專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)的需要。在該課程的理論課程教學(xué)上，目前普遍面臨著如下問題：
課程的理論分析內(nèi)容過多，面面俱到且系統(tǒng)性不強，內(nèi)容抽象、難點很多、學(xué)時多，學(xué)生學(xué)習(xí)負擔(dān)很重，容易失去學(xué)習(xí)信心；公式多，且其中有較大部分源于工程實踐（有些為經(jīng)驗公式），邏輯性和系統(tǒng)性不強，教學(xué)時比較容易讓人感到枯燥乏味和理解困難，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高；新科研成果更新較快，而多數(shù)教材的內(nèi)容仍處于21世紀(jì)初的水平，沒有充分體現(xiàn)近十年來本學(xué)科的最新進展，例如，未能重視電力系統(tǒng)分析中的計算機計算與仿真方法、柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）的基本原理、高壓直流輸電系統(tǒng)（HVDC）等；教學(xué)方法比較單一，僅對教學(xué)內(nèi)容進行抽象地理論分析和推導(dǎo)，很難使學(xué)生記憶深刻，而且，學(xué)生不知道如何應(yīng)用相關(guān)理論解決實際工程問題，教學(xué)效率和效果偏低，更難以適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。
二、課程內(nèi)容設(shè)置探索
本校屬地方性本科高校，電氣工程及其自動化專業(yè)是為了適應(yīng)地方社會經(jīng)濟發(fā)展，滿足對應(yīng)用型人才的需求而申辦的新專業(yè)，其定位為服務(wù)地方經(jīng)濟建設(shè)，培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、知識面寬、實踐能力強、具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的應(yīng)用型高級技術(shù)人才。因此，本校在該課程內(nèi)容設(shè)置時，除了需要考慮上述的通性問題還必須兼顧以下特點：
為了適應(yīng)本校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要，該專業(yè)的課程體系中設(shè)置的實踐類課程較多，而理論類課程偏少，相應(yīng)地在電力系統(tǒng)工程方面的專業(yè)基礎(chǔ)課程設(shè)置也較少。本課程作為該專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，其不僅承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生掌握電力系統(tǒng)分析的理論與方法的任務(wù)，還必須兼顧使學(xué)生全面了解電力系統(tǒng)及其運行控制原理等基礎(chǔ)知識的重任。
考慮到本校的辦學(xué)層次和“應(yīng)用型本科高?！钡亩ㄎ?，學(xué)生的理論基礎(chǔ)與重點大學(xué)相比有一定差距，而且就業(yè)領(lǐng)域也主要面向工程實踐和生產(chǎn)一線，因此，該課程開設(shè)過程中需要強化基本分析方法的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，著重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用基本理論與方法解決實際工程問題的能力。
隨著社會對高層次人才的需求不斷加大，很多畢業(yè)生選擇報考碩士研究生繼續(xù)升造，而“電力系統(tǒng)分析”幾乎是電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)必考的專業(yè)課，因此，本課程的內(nèi)容應(yīng)該盡可能涵蓋考研需要的知識點，為學(xué)生的研究生入學(xué)考試和未來的研究奠定較好的基礎(chǔ)。
基于上述要求，本文提出“立足基礎(chǔ)，了解全局，工程優(yōu)先，兼顧理論”的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置原則，在課程內(nèi)容設(shè)置時盡量合理簡化課程內(nèi)容，注重學(xué)生對基本概念的理解和掌握，并注重新知識的適當(dāng)引入使其能學(xué)有所用。擬設(shè)置的課程內(nèi)容及其相關(guān)要求如表1所示。[4，5]
三、教學(xué)方法探討
為了提高教學(xué)效率與質(zhì)量，突出學(xué)生的主體地位，使學(xué)生能夠積極主動地參與課程教學(xué)，提出問題并嘗試解決問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造與創(chuàng)新能力，本校積極探索合適的教學(xué)方法和手段。本課程教學(xué)中的具體措施如下：
1.通過多種途徑激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
興趣是學(xué)習(xí)的最好推動力，其能夠增強學(xué)生的主動意識，避免被動學(xué)習(xí)的低效率和缺乏創(chuàng)造性的問題。為了提高學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣，課程教學(xué)過程中可以通過多種措施激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，適當(dāng)介紹本學(xué)科最新的發(fā)展前沿動態(tài)，闡述電力系統(tǒng)目前存在的問題和可能解決方案，并說明其與本課程內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性；組織學(xué)生與相關(guān)專業(yè)教師座談，讓其從教師的科研課題中認識本課程的重要性和實用性；以碩士研究生入學(xué)考試為例，從進一步深造的角度讓學(xué)生體會這門課程的地位，從中體會到學(xué)好本課程的必要性，等等。
2.注重與實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，及時鞏固相關(guān)理論知識
“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行?！北菊n程的教學(xué)內(nèi)容相對比較抽象，且電力系統(tǒng)不同于其他的控制系統(tǒng)，十分復(fù)雜、宏觀，學(xué)生很難憑想象建立起基本概念的知識體系，要求學(xué)生深刻理解、掌握和應(yīng)用基本的理論方法就更加困難。因此，教師可以通過適當(dāng)?shù)恼n外實踐環(huán)節(jié)去鞏固學(xué)生相關(guān)理論知識。例如，在課余時間組織學(xué)生參觀本市的發(fā)電廠、變電站等電力設(shè)施，通過一線操作師傅的現(xiàn)場講解和答疑，讓學(xué)生了解電力系統(tǒng)、控制中心、變電站的結(jié)構(gòu)和基本工作原理，對電力系統(tǒng)有較為系統(tǒng)、全面的認識，有助于對理論課程中概念的理解；通過同步開設(shè)相應(yīng)的實驗課程，加深學(xué)生對基本理論方法的掌握和應(yīng)用；另外，可以將課堂教學(xué)和軟件仿真實驗相結(jié)合，例如，將PSASP、PSCAD和MATLAB等電力系統(tǒng)分析軟件引入課程教學(xué)中，可以更直觀、生動地闡述電力系統(tǒng)分析計算過程，使電力系統(tǒng)分析內(nèi)容不再是抽象的概念和理論，能夠增強學(xué)生的參與意識，讓其做到學(xué)以致用。
3.充分利用現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)，豐富教學(xué)手段和知識表達方式
近年來，計算機輔助教學(xué)手段已經(jīng)被廣泛的采用。在教學(xué)過程中采用多媒體技術(shù)，可省去大量的板書時間，可以有更多時間用于講解重、難點知識，有助于學(xué)生理解和掌握每一章的重點內(nèi)容。并且多媒體教學(xué)集文字、圖形、聲音、圖像、圖片、影像等于一體，直觀、形象、生動，能夠調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和積極性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，吸引學(xué)生的注意力，大大地增加了課堂信息量，提高了教學(xué)效率。[6]但是，多媒體教學(xué)能否充分發(fā)揮其應(yīng)有的優(yōu)點，往往取決于應(yīng)用的合理性，其首先體現(xiàn)在多媒體教學(xué)課件的開發(fā)方面。目前很多課件僅僅是將教材內(nèi)容通過PPT按部就班地進行展示，并沒有體現(xiàn)出“多媒體”的特點，這樣不僅不能充分發(fā)揮計算機輔助教學(xué)的優(yōu)點，還可能適得其反。為了提高“電力系統(tǒng)分析”教學(xué)效果，在開發(fā)課件時，筆者采用大量的與課程內(nèi)容相關(guān)的實物圖片，以便于學(xué)生建立基本的概念知識體系；同時，可以將電力系統(tǒng)的動態(tài)過程通過多媒體技術(shù)進行演示，這樣有助于學(xué)生加深對理論方法的理解。另外，必須將多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)方式有機結(jié)合。由于多媒體課件演示速度快，單純地采用多媒體方式難以調(diào)動學(xué)生聽課的主動思維，從而降低教學(xué)效果。[7]因此，在合理應(yīng)用多媒體教學(xué)的同時，還必須有機結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢，以達到教學(xué)效果的最優(yōu)化。
4.積極開展教學(xué)互動活動
教學(xué)互動是提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性和檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要手段，在學(xué)習(xí)過程中具有重要的作用。為了提高本課程的教學(xué)效果，可以通過課堂討論、課后練習(xí)、基于互聯(lián)網(wǎng)的習(xí)題與模擬題庫等途徑實現(xiàn)多形式、多層次的教學(xué)互動。課堂討論能夠及時反饋學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的掌握情況，教師可以對學(xué)生沒有聽懂或者非常感興趣的問題進一步分析，同時可以在討論過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維。課后練習(xí)則是使課堂教學(xué)的成果得到鞏固和提升的重要手段，通過老師批改作業(yè)和課堂點評等環(huán)節(jié)，可以加深學(xué)生對授課內(nèi)容地理解，也非常有利于教師檢查課堂教學(xué)效果和學(xué)生對知識點的掌握情況。另外，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)已成為知識表達和傳播的重要載體，已經(jīng)對學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活產(chǎn)生重要影響，“在線”已成為常態(tài)，因此，充分開發(fā)和利用基于互聯(lián)網(wǎng)平臺的教學(xué)資源，引導(dǎo)學(xué)生合理使用網(wǎng)絡(luò)資源，可以使教學(xué)互動更加便捷，同時節(jié)省大量的人力和物力。
四、結(jié)束語
“電力系統(tǒng)分析”作為電氣工程及其自動化專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，在整個課程體系中起到承上啟下的作用，其重要性不言而喻。由于該課程內(nèi)容繁多，理論性強且知識更新較快，其教學(xué)內(nèi)容和方法一直受到廣泛關(guān)注。本文結(jié)合本校實際情況，借鑒其它高校的教學(xué)經(jīng)驗，通過分析該課程開設(shè)過程中所面臨的問題，提出了適合于本校建設(shè)“省級示范應(yīng)用型本科”的課程內(nèi)容體系和教學(xué)方法，從而為更好地促進該課程建設(shè)，切實為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。
摘要：研究了Matlab 中電力系統(tǒng)工具箱用于機電暫態(tài)仿真的可行性。針對機電暫態(tài)仿真的特點，在算法上采用了濾去直流與諧波分量計算的相量法.應(yīng)用自適應(yīng)變步長技術(shù)避免了通過試算確定仿真步長的繁瑣工作，簡化了工作量。陳述了SPS機電暫態(tài)仿真的主要步驟，并分別對單機無窮大系統(tǒng)和三機九節(jié)點系統(tǒng)進行了小擾動和大擾動下的功角穩(wěn)定仿真，同時討論了其仿真環(huán)境的設(shè)置與加速技巧。結(jié)果表明，SPS可用于電力系統(tǒng)機電暫態(tài)分析。且提高了仿真速度。
關(guān)鍵詞：PSB模型 Matlab軟件 電力系統(tǒng) 仿真分析
0引言
國內(nèi)常用的電力系統(tǒng)仿真軟件是中國電力科學(xué)研究院的綜合程序PSASP[2-，它涵蓋了電力系統(tǒng)分析的常見功能.并允許用戶按照自己的需要設(shè)計特殊的模型而無須了解PSAsP內(nèi)部結(jié)構(gòu)和編程設(shè)計的條件.但是用戶建模時的數(shù)據(jù)環(huán)境必須使用系統(tǒng)表內(nèi)規(guī)定的信息，所以在仿真較復(fù)雜的控制手段時靈活性較差[3]。與PSASP相比SPS建模方便靈活。在Simulink環(huán)境下SPS可以結(jié)合其他功能強大的工具箱構(gòu)造出令人滿意的模型，實現(xiàn)對復(fù)雜控制的仿真，SPS還允許用戶使用現(xiàn)有的基本功能模塊與自己編制的算法生成自定義模塊并將其加入到元件庫中，從而最大限度地減少模型誤差、提高精度[1]。
1 主電路設(shè)備選擇和分析計算
低壓無功補償裝置主要用丁^10 kv線路的配電變壓器低壓側(cè)，補償公用變、專用變低壓用戶設(shè)備運行中需要的元功功率。這砦公用變、專用變的容量一般在500 kV-A以下，設(shè)計有30 kvar，45 kvar，60 kvar和90 kv8r等4種標(biāo)準(zhǔn)無功補償裝置。對4種標(biāo)準(zhǔn)容量的無功補償裝置，大容量的裝置按4—2一1分組組合，可對無功功率實現(xiàn)7級階梯式調(diào)節(jié)；小容量的裝置可采川2—1分組組合和固定補償加2—1分組組合的調(diào)節(jié)方式。斟3給出的是總?cè)萘繛?0 kvar無功補償裝置[2]。
2 PSB模型與算法特點
定補償加2一1分組組合的調(diào)節(jié)方式：其中.固定補償容量為15 kvar，采用BsMJ0.4一15—3型電容器；單元l的補償容暈也是15 kvar，電容器型號與圊定補償電容器牛u同；單元2的補償容量為30 kvar，用BSMJ0.4—30一3型電容器。補償裝置分組容囂和接線確定之后，依據(jù)各回路中的額定電流，主電路沒備不難選擇和確定。主電路設(shè)備、元件選擇的原則是保證補償裝置能可靠工作對本例補償裝置的主開關(guān)為Dz20J一200刊125 A的空氣斷路器；與單元l和單元2配合的交流接觸器，分別為CJ20—40和cJ20—63型接觸器；裝置熔斷器、避雷器、導(dǎo)體等器件的正確選擇，都是保證裝置可靠]：作的前提本例機電一體開關(guān)控制單元無功補償裝置，電存器組采用A，c兩相控制的二三角形接線方式，機電一體7F關(guān)單元的晶閘管元件總是在電流過零時斷開，所以斷開電容器上的電壓常處于最大值（或正或負），由于電容器內(nèi)部裝設(shè)的放電電阻自放電現(xiàn)象，電容器上的電壓會逐漸降低[3]。
3 仿真環(huán)境設(shè)置
在晶閘管重新投入時，需要考慮電容器上的剩余電壓，當(dāng)系統(tǒng)電壓和電容器殘壓相等時，就是晶閘管開關(guān)投人的觸發(fā)點。否則由丁電容器兩端的電壓不能突變，在系統(tǒng)電壓和電容器殘壓羞值較大時觸發(fā)晶閘管會產(chǎn)生很大的沖擊。
4 開設(shè)Matlab技術(shù)課程的意義
計算機輔助設(shè)計技術(shù)，簡稱Matlab技術(shù)，是計算機科學(xué)技術(shù)的重要分支.它對T程設(shè)計、工業(yè)生產(chǎn)、機器制造和科學(xué)研究等領(lǐng)域產(chǎn)生了極其深刻的影響。進入20世紀(jì)90年代，Matlab技術(shù)呈現(xiàn)加速發(fā)展的態(tài)勢.受到社會的普遍重視。許多高校，特別是工科院校對Matlab技術(shù)的重要性和必要性的認識不斷得到提高.在T科類專業(yè)普遍開設(shè){Matlab）課.重視和加強（Matlab}課教學(xué)，是目前高校，特別是T科院校的重要舉措，也是高校培養(yǎng)2l世紀(jì)高素質(zhì)T程技術(shù)人才的迫切要求[3][4]。下科類專業(yè)有著共同的特點。它們的培養(yǎng)目標(biāo)都是面向工程設(shè)計、工業(yè)生產(chǎn)、機器制造和科學(xué)研究等領(lǐng)域，Matlab技術(shù)在這些領(lǐng)域中發(fā)揮著極其重要的作用。
5 仿真結(jié)果分析
在計算機科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天.Matlab技術(shù)已成為工廠、企業(yè)、科研單位提高技術(shù)創(chuàng)新能力.加快產(chǎn)品開發(fā)速度。降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本.促進科技成果轉(zhuǎn)化.增強社會競爭力的一項必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。目前.Matlab技術(shù)的發(fā)展突飛猛進，Matlab應(yīng)用T作正在向深度和廣度進軍.世界發(fā)達國家已把掌握Matlab技術(shù)手段作為搶占制高點、增強競爭力、加快發(fā)展的重要條件.Matlab技術(shù)應(yīng)用水平已成為體現(xiàn)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一[5]。面X寸CAI）技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用.
6 結(jié)論
了解和掌握Matlab技術(shù)是對工科學(xué)生提出的一項最基本和最迫切的要求，也是工科學(xué)生走向社會.參與競爭.促進發(fā)展的前提和條件。系統(tǒng)介紹Matlab技術(shù)基本知識、基本概念和基本操作的{Matlab）課必須及時反映Matlab技術(shù)的最新成果，保持教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段的先進性。承擔(dān)培養(yǎng)人才重任的高等院校，特別是工科院校.對（Matlab）課的教學(xué)必須給予足夠重視，培養(yǎng)和建立一支經(jīng)驗豐富和相對穩(wěn)定的（Matlab）課教師隊伍，組織教師積極開展{Matlab）課的教學(xué)改革.I：作，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段卜精心研究、積極探索和大膽實踐.逐步提高（Matlab）課的教學(xué)質(zhì)量。促進學(xué)生計算機應(yīng)用能力的提高.增強學(xué)生的社會競爭力。
摘 要：本文首先分析了電力系統(tǒng)分析課程教學(xué)的現(xiàn)狀與問題，提出了高職院?！峨娏ο到y(tǒng)分析》理論教材改革的思路，并提出通過《電力系統(tǒng)分析》立體化教材開發(fā)建設(shè)，加強理論與實訓(xùn)的結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們對實際問題的分析和處理能力，增強就業(yè)的競爭力。
關(guān)鍵詞：高職 電力系統(tǒng)分析 教材立體化 視頻庫和仿真教學(xué)軟件
電力系統(tǒng)分析課程是高職高專院校電力類專業(yè)的主要課程之一，是從基礎(chǔ)理論課、技術(shù)理論課通向?qū)I(yè)課學(xué)習(xí)和工程應(yīng)用的紐帶。在內(nèi)容上它有大量的基本知識、基本理論和計算，理論性較強，也有與實踐相結(jié)合的部分，是應(yīng)用性較強的一門學(xué)科。由于課程內(nèi)容與電力系統(tǒng)生產(chǎn)運行過程密切相關(guān)，理論性和工程性都很強，不少高職學(xué)生學(xué)習(xí)過程中容易感到枯燥和困難。
為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，適應(yīng)新的理實一體化教學(xué)模式，我們對高職院?！半娏ο到y(tǒng)分析”立體化教材體系進行了探索和建設(shè)。所謂教材立體化的建設(shè)是指為了適應(yīng)現(xiàn)代高等教育的新教學(xué)模式的需要，開發(fā)出一套理論與實訓(xùn)結(jié)合、書本與現(xiàn)代化教學(xué)手段相結(jié)合的適用于高職院校的立體化教學(xué)體系。它不僅僅包括教材、課程標(biāo)準(zhǔn)、授課計劃、習(xí)題集等傳統(tǒng)意義上的教學(xué)資料，還應(yīng)該包括多媒體課件、仿真教學(xué)軟件、視頻庫等現(xiàn)代化教學(xué)資源庫的建設(shè)。
一、電力系統(tǒng)分析課程教學(xué)的現(xiàn)狀
電力系統(tǒng)分析課程的建設(shè)一直是我國各大高校力爭的目標(biāo)，現(xiàn)已將其建設(shè)成為國家級精品課程的高校有清華大學(xué)、東北電力大學(xué)等。但高職院?！峨娏ο到y(tǒng)分析》教材的建設(shè)工作者未全面開展起來，以往專科教學(xué)很大程度上以傳授知識為主，強調(diào)學(xué)科本身的系統(tǒng)性，本科壓縮型的痕跡明顯。而當(dāng)今高職學(xué)院則是培養(yǎng)技能型人才，按照突出“實際、實用、實踐”的原則，依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)人才的知識能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)建立理論和實踐教學(xué)體系，教學(xué)內(nèi)容突出了基礎(chǔ)理論知識的應(yīng)用和實踐能力的培養(yǎng)。為了更好地進行電力類應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，突出高職院校的辦學(xué)特色，《電力系統(tǒng)分析》教材立體化的建設(shè)成為筆者學(xué)院努力實現(xiàn)的目標(biāo)。
二、《電力系統(tǒng)分析》理論教材的改革思路
《電力系統(tǒng)分析》理論教材建設(shè)應(yīng)根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)要求，結(jié)合相關(guān)的國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，始終以“職業(yè)能力培養(yǎng)為核心”，依據(jù)相關(guān)專業(yè)對學(xué)生從業(yè)素質(zhì)、能力的要求，強調(diào)職業(yè)教育的特色，理論以夠用為度，突出實踐技能的教學(xué)，重視素質(zhì)教育，增強學(xué)生專業(yè)技能，提高學(xué)生就業(yè)能力。教材應(yīng)以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，舍棄繁瑣的理論和公式推導(dǎo)，引入當(dāng)前電力系統(tǒng)的各種新趨勢（如智能電網(wǎng)、新能源、特高壓等）和新格局（我國五大發(fā)電集團和兩大電網(wǎng)公司），為學(xué)生樹立電力系統(tǒng)的基本概念和拓寬就業(yè)渠道打下堅實的基礎(chǔ)，并在教材中加入電力系統(tǒng)面向?qū)ο蟮挠嬎銠C軟件的介紹，拉近理論和電力系統(tǒng)實際應(yīng)用的距離，加深學(xué)生對電力系統(tǒng)調(diào)度和運行工作崗位的操作界面的認識。
圖 電力系統(tǒng)分析課程學(xué)習(xí)情境設(shè)計圖
為了適應(yīng)高職院校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的需要，《電力系統(tǒng)分析》立體化教材體系以電氣值班員、調(diào)度員的典型工作任務(wù)為載體，從電網(wǎng)基本操作到復(fù)雜操作，再到異常和故障處理、系統(tǒng)化的設(shè)計課程的學(xué)習(xí)情境，分別通過電力系統(tǒng)各個工作崗位的初步認識、電力系統(tǒng)正常運行時的監(jiān)視與分析和用戶電能質(zhì)量下降的處理、電力系統(tǒng)常見故障分析4個學(xué)習(xí)情境構(gòu)成教材內(nèi)容。通過四個學(xué)習(xí)情境，每個情景包括若干個典型的工作任務(wù)，使學(xué)生由淺入深地學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)運行、調(diào)度的基本技能。
三、利用《電力系統(tǒng)分析》立體化教材加強理論與實訓(xùn)的結(jié)合
電力行業(yè)是高危行業(yè)，從供電的可靠性及安全性考慮，直接在實際的電力系統(tǒng)中進行各種實驗和實踐訓(xùn)練可能性非常小。由于建立真正的電力系統(tǒng)實驗室對硬件和軟件的要求非常高，許多高職院校都沒有設(shè)置專門的電力系統(tǒng)分析實驗室，但電力系統(tǒng)分析又是一門系統(tǒng)性和理論性很強的重要課程，許多學(xué)生反應(yīng)傳統(tǒng)教材學(xué)習(xí)困難、晦澀難懂。那么如何建立適合高職院校的《電力系統(tǒng)分析》新型教材體系就成為本文研究和探索的主要方向。
針對高職院校是以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的特點，《電力系統(tǒng)分析》立體化教材的建設(shè)可以利用理論實訓(xùn)一體化的新型教學(xué)手段，將原本抽象和繁瑣的大量理論知識用仿真軟件、多媒體課件、視頻庫等現(xiàn)代化技術(shù)展現(xiàn)出來，最大限度地模擬電力生產(chǎn)的真實工作場景。仿真技術(shù)是多門課程的組合體，是現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境的情景再現(xiàn)。仿真教學(xué)系統(tǒng)集圖像、聲音、動畫、文字于一體，避免了在現(xiàn)場實驗或培訓(xùn)中可能造成的誤操作引起的危害，又可以實現(xiàn)生產(chǎn)全過程的運行操作，減少了實驗儀器和設(shè)備，提高了教學(xué)效果。《電力系統(tǒng)分析》立體化教材的建設(shè)完成后，學(xué)生可運用仿真教學(xué)軟件在實訓(xùn)室或仿真機上學(xué)習(xí)處理較復(fù)雜事故的能力，可以用計算機模擬電力系統(tǒng)中各種潮流變化，用各種手段來調(diào)整用戶端電壓，并能計算或輸出電力系統(tǒng)的各種參數(shù)等。
首先，我們配合教材中的四個學(xué)習(xí)情境制作了高水平的多媒體課件，利用現(xiàn)代化教學(xué)手段提高了學(xué)生的興趣和效果。
其次，我們還進行了電力系統(tǒng)圖片庫建設(shè)，利用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源和各種理論—實訓(xùn)教學(xué)積累的素材，對電氣設(shè)備、電力系統(tǒng)新趨勢、實際工作場景、校內(nèi)外實訓(xùn)基地等圖片進行了收集和整理，充實了教學(xué)資源。
這次《電力系統(tǒng)分析》教材立體化建設(shè)中的一個亮點就是視頻庫的建立。電力系統(tǒng)分析教材中有一些知識點比較抽象、復(fù)雜，光憑書本和簡單課件無法使學(xué)生掌握學(xué)習(xí)目標(biāo)和技能目標(biāo)。學(xué)院與企業(yè)和軟件公司合作，結(jié)合當(dāng)前電力系統(tǒng)的實踐和前沿趨勢，制作和拍攝了幾個《電力系統(tǒng)分析》教材中的視頻，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如學(xué)生對風(fēng)力發(fā)電機之前的認識接近空白，利用實物或現(xiàn)場教學(xué)存在很大的困難，我們就制作了教學(xué)視頻，對風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和工作原理進行介紹。再如電力系統(tǒng)中的調(diào)壓是教材中的一個重點知識，它對電力系統(tǒng)中的許多工作崗位都尤為重要。利用改變變壓器分接頭調(diào)壓是電力系統(tǒng)常用的調(diào)壓手段，但學(xué)生往往只對變壓器外觀部分有初步了解，調(diào)壓機構(gòu)的內(nèi)部構(gòu)造和操作很難掌握。而且變壓器是電力生產(chǎn)和運行的關(guān)鍵設(shè)備，帶有很高的電壓，且機構(gòu)龐大，很難在教學(xué)場所進行拆解來讓學(xué)生認識，所以我們利用“變壓器分接頭調(diào)壓機構(gòu)和操作”視頻進行講解，可以大大提高教學(xué)效果。我們還邀請電氣設(shè)備制造廠家和電力生產(chǎn)一線的技術(shù)能手，為學(xué)生進行操作示范，如視頻庫中的“故障錄波器的調(diào)試”就是這樣拍攝完成的。
為了提高學(xué)生對電力系統(tǒng)分析理論和實踐應(yīng)用的結(jié)合能力，增強就業(yè)的競爭力，并拓展對電力企業(yè)服務(wù)和培訓(xùn)的空間，2011年底我們完成了針對本教材配套的“電力系統(tǒng)分析仿真教學(xué)軟件”建設(shè)，開展了對實際電力系統(tǒng)的故障分析仿真和穩(wěn)態(tài)分析仿真的實踐環(huán)節(jié)，這是我們這次立體化教材體系的重要組成部分。
仿真教學(xué)軟件分為以下四個部分：電力網(wǎng)數(shù)學(xué)模型、電力系統(tǒng)潮流計算、電力系統(tǒng)有功功率及無功功率的調(diào)整和電力系統(tǒng)的調(diào)壓、電力系統(tǒng)短路電流計算?！半娏ο到y(tǒng)分析仿真教學(xué)軟件”為學(xué)生提供了實驗和仿真的平臺，實現(xiàn)了全界面圖形化、設(shè)備與設(shè)備屬性資源管理化、操作與設(shè)計人性化和科學(xué)化。它是在基于電力系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖基礎(chǔ)上的集圖形化設(shè)計、圖形化調(diào)試、圖形化資源管理于一體的軟件，該軟件還具有報表形式的輸入輸出、利用滑塊特征型來微調(diào)設(shè)備參數(shù)、運行狀態(tài)輸入與輸出的保存等功能。
學(xué)生可以利用“電力系統(tǒng)仿真教學(xué)軟件”和實訓(xùn)指導(dǎo)書對教材中許多環(huán)節(jié)進行計算和分析，不需要經(jīng)過大量復(fù)雜的公式運算，直接在軟件中運行即可得到相應(yīng)參數(shù)和結(jié)果，通過顯示和輸出的結(jié)果分析出電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，從而得出正確的處理措施。
四、結(jié)束語
為了檢驗《電力系統(tǒng)分析》立體化教材的實際使用效果，在制定了課程標(biāo)準(zhǔn)和授課計劃后，我們完成了一整套完整的教學(xué)資料，包括授課計劃、任務(wù)書、實施建議、引導(dǎo)文、工作單、教師手冊、學(xué)生手冊、習(xí)題集、評價表、學(xué)生反饋表等。同時我們安排了2011-2012下學(xué)期電自專業(yè)教學(xué)改革試點班，按照新建的《電力系統(tǒng)分析》立體化教材體系進行理論實訓(xùn)一體化教學(xué)，利用工作任務(wù)驅(qū)動的六步教學(xué)法進行實施，并注意充分運用教學(xué)仿真軟件、多媒體課件、視頻庫、實訓(xùn)指導(dǎo)書等各種教學(xué)資源。實踐證明，利用立體化的《電力系統(tǒng)分析》教材體系和配套的新型教學(xué)方法，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實際動手能力。教學(xué)實施中，學(xué)生對《電力系統(tǒng)分析》立體化教材體系使用情況和意見反饋普遍良好。
（作者單位：江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院）
摘要：Labview是測量領(lǐng)域的圖形化編程軟件，將其應(yīng)用到“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)中，可將傳統(tǒng)教學(xué)中繁瑣的公式用更為形象的圖形、波形和向量圖來表示。主要從復(fù)數(shù)功率、傳輸線模型來說明Labview仿真在教學(xué)中的優(yōu)點，通過改變輸入，可以看到不同參數(shù)對電力系統(tǒng)的影響。
關(guān)鍵詞：Labview；電力系統(tǒng)分析；仿真
“電力系統(tǒng)分析”在電氣專業(yè)中屬于一門較為傳統(tǒng)的課程，教學(xué)方式多以教材為主，較為偏重理論的分析和例題計算。而在實際情況中，電力系統(tǒng)是一個十分復(fù)雜、龐大的系統(tǒng)，而隨著近年來超高壓和特高壓輸電技術(shù)的推廣，新的科技發(fā)展給其帶來了較大的變化。僅靠傳統(tǒng)的教學(xué)方式是不夠的，靜態(tài)的PPT演示和計算輔助程序起到的作用有限，也有采用PowerWorld來做動態(tài)潮流演示的，但需要學(xué)生有較好的基礎(chǔ)和較強的理解能力。
從高職教育的特點來看，學(xué)生的普遍素質(zhì)不高，對于系統(tǒng)的整體運行沒有基本的概念，甚至對電壓電流波形都不甚清楚。因此面對這樣的教學(xué)對象，通常的數(shù)學(xué)推導(dǎo)計算輔助手段不能起到較好的作用。當(dāng)前有許多具有圖形顯示功能的軟件，但是具有編寫簡單，且能顯示各種圖形以及波形功能的軟件并不多，其中Labview是比較突出的。本文采用此軟件來編寫電力系統(tǒng)分析教學(xué)輔助仿真程序。通過數(shù)字、電氣量波形和向量圖的顯示，學(xué)生們可以更清楚地感受到有功功率傳輸和無功功率補償?shù)囊饬x，而不是只能通過復(fù)雜的公式來體會電力系統(tǒng)的各種現(xiàn)象。
Labview軟件除了具有強大的波形顯示能力外，在配置上數(shù)字信號轉(zhuǎn)換卡后，還可以直接測量外部電氣信號來輔助教學(xué)，對電力系統(tǒng)教學(xué)也能起到較好的幫助。除此之外，如果使用CGI、Active X和Java等方式，還可以使學(xué)生在遠端與服務(wù)器端的Labview程序進行通訊，因此使用Labview來進行電力系統(tǒng)教學(xué)仿真有較大的提升空間。本文通過其編寫電力系統(tǒng)分析課程的仿真課件，主要從復(fù)數(shù)功率和輸電線路等值模型兩個項目來體現(xiàn)其教學(xué)輔助功能，而后續(xù)還會加上故障分析、潮流分析、標(biāo)幺值轉(zhuǎn)換等內(nèi)容。
一、程序主框架
圖1是主程序的界面，主要分為兩個部分：左邊是提供學(xué)習(xí)的互動式部分，右邊則提出相關(guān)問題供學(xué)生們思考并檢驗其學(xué)習(xí)成果。使用程序者只需要按下相關(guān)按鈕就可以進入相對應(yīng)的子程序，使用十分簡單。圖2是主程序?qū)?yīng)的后面板，通過一個循環(huán)結(jié)構(gòu)，可以從主界面切換到復(fù)功率的子界面，其中使用的是Labview軟件中的事件結(jié)構(gòu)，可以有效地在主界面和子界面之間進行切換。通過主界面上按鈕和子界面上的按鈕來實現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)換功能。
二、復(fù)功率
復(fù)數(shù)功率計算子程序的顯示面板可以同時執(zhí)行兩個復(fù)數(shù)功率計算，分別顯示在面板的上下兩個部分。面板的左邊是電壓電流大?。≧MS值）及角度的輸入，中間的波形圖則對應(yīng)電壓電流波形，右邊是復(fù)數(shù)功率計算的過程，先將電壓變成相量方式表示，電流則變?yōu)殡妷合嗔康墓曹椫担@兩個參數(shù)相乘就可以得到復(fù)數(shù)功率，接著就可以顯示復(fù)數(shù)功率的兩個分量P和Q。上下兩個復(fù)數(shù)功率的相加和相減也顯示在界面上，這樣可以使學(xué)生了解實部和虛部的基本概念。圖3是該界面的一個運行實例，分別輸入兩組相量，一組為電壓10，角度30，電流5，角度60；一組為電壓20，角度60，電流5，角度30。從圖中可以看出復(fù)功率的不同表示和簡單計算。圖4為復(fù)數(shù)功率計算程序的后面板，圖中左邊為電壓電流輸入點，其值可以直接輸出到相量輸出表示點中（因為需要取共軛，電流相量角度要取負號）。該程序框圖沒有采用子程序來計算，顯得較為凌亂。而圖5采用子程序來處理，就顯得比較簡潔。子程序越多，簡化效果越好。
三、輸電線路等值模型
輸電線路等值電路的界面中，使用時需要輸入線路參數(shù)比如每公里電阻、電感、電容大小以及線路長度，另外還需要提供負載狀態(tài)如負荷側(cè)電壓、功率因數(shù)、視在功率等。該程序可以計算出線路首端電壓、電流、有功功率、無功功率、線路損失、電壓損失率。如果是中、長線路，還可以計算出輸電線路的[ABCD]參數(shù)。
圖6是等值線路的后面板程序，短、中和長線路三種模型的計算分別放在面板的上、中、下位置。首先，由前面板輸入的RLC參數(shù)根據(jù)阻抗子程序計算出每公里的Z和Y，再根據(jù)不同長度線路模型的計算方法求出對應(yīng)的[ABCD]。其中短線路中B=Z，其他A、C、D都為0。一般情況下在計算短輸電線路的時候也不使用[ABCD]參數(shù)。但是可以使用同一個子程序來計算三個不同的模型。計算得到的參數(shù)和負荷的數(shù)據(jù)作為電壓損失子程序的輸入，就可以得到首端電壓、電流、有功功率、無功功率、線損和電壓損失等結(jié)果。
圖7是阻抗子程序的面板，主要功能是將L和C乘以2πf，輸出時每公里的阻抗和容抗。圖8是電壓損失率子程序的面板，輸入的負載參數(shù)首先由一個負載子程序來計算出負載有功功率、負荷電流和電壓，輸出為一個包括負荷端電壓和電流的矩陣，該矩陣和參數(shù)[ABCD]相乘就可以得到首端電壓和電流，由此再可得到首端有功功率和無功功率，而線損只需要用首端功率減去末端功率就可以得到。當(dāng)矩陣元素為復(fù)數(shù)時，需要使用復(fù)數(shù)矩陣計算公式。而電壓損失可由公式（1）計算得出，其中A為參數(shù)[ABCD]的A。
（1）
四、總結(jié)語
本文介紹了通過Labview實現(xiàn)的電力系統(tǒng)教學(xué)輔助仿真軟件，其包括復(fù)數(shù)功率和輸電線路等值電路等“電力系統(tǒng)分析”課程中的若干主要內(nèi)容。該輔助軟件可使學(xué)生通過輸入不同的計算參數(shù)，得到感觀的輸出結(jié)果，用數(shù)值、波形或者相量來顯示。軟件使用簡單，學(xué)生可更清楚地將理論和實際系統(tǒng)相結(jié)合，拋開繁復(fù)的公式，對電力系統(tǒng)有一個更為簡單清晰的了解。從實際教學(xué)效果來看，該軟件適合作為輔助教學(xué)工具來提高“電力系統(tǒng)分析”課程的理論教學(xué)效果，未來除了加入更多內(nèi)容外，還可以向遠程輔助教學(xué)發(fā)展。
摘要：“電力系統(tǒng)分析課程”作為農(nóng)電和電氣專業(yè)的核心課程，是基礎(chǔ)理論課和專業(yè)課的連接紐帶，學(xué)好該課程具有重要的意義。通過對課程多年的教學(xué)和探索，針對課程特點，定位了課程內(nèi)容，將多種教學(xué)方法應(yīng)用到教學(xué)實踐中，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和綜合素質(zhì)能力，取得了一定的效果。
關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；教學(xué)經(jīng)驗；教學(xué)方法
“電力系統(tǒng)分析”課程是東北農(nóng)業(yè)大學(xué)（以下簡稱“我?！保┺r(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)和電氣工程專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，是兩個專業(yè)的核心課程。它連接了之前學(xué)習(xí)的電工、電子、電機、自動化、計算機、高等數(shù)學(xué)等理論基礎(chǔ)課程，又對后續(xù)的主要專業(yè)課程（如繼電保護、架空線路、發(fā)電廠、變電站電氣設(shè)備等）做了理論的基礎(chǔ)準(zhǔn)備，因此該課程是理論課、基礎(chǔ)理論課向?qū)I(yè)課和工程應(yīng)用研究的過渡紐帶，具有承上啟下的作用。同時學(xué)生的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和專業(yè)綜合實驗、生產(chǎn)實習(xí)等實驗和實踐環(huán)節(jié)也要大量應(yīng)用電力系統(tǒng)分析的課程內(nèi)容，因此，學(xué)好這門課程對電氣化及電氣工程專業(yè)的學(xué)生具有極其重要的作用，可以說電力系統(tǒng)分析課程是開啟電力系統(tǒng)學(xué)科大門的一把珍貴鑰匙。
一、教學(xué)中出現(xiàn)的問題
一直以來，學(xué)生普遍反映“電力系統(tǒng)分析”課程難學(xué)、難懂、難算，教師也感到難教。這門課程之所以會存在這樣的問題，原因是多方面的。教師方面，由于近年來高校對教學(xué)體系的多次改革，授課學(xué)時數(shù)大大減少，但教學(xué)內(nèi)容并沒有削減，使得課堂教學(xué)中課程進度較快，習(xí)題做的較少；學(xué)生方面，由于課程中概念多、計算多、公式多、數(shù)學(xué)推導(dǎo)多，且理論性和工程性較強，因此學(xué)生感到課程難度很大；課程方面，本課程涉及相關(guān)學(xué)科和專業(yè)的知識太多，例如電路、電機、電子、電磁場等。這些因素都直接影響了課程教學(xué)的順利進行并增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，使學(xué)生產(chǎn)生了畏難的情緒，進而影響了學(xué)習(xí)的熱情和學(xué)習(xí)效果。
二、教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化，適應(yīng)農(nóng)電人才培養(yǎng)
電力系統(tǒng)分析由電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析構(gòu)成。穩(wěn)態(tài)分析主要針對系統(tǒng)在對稱穩(wěn)態(tài)運行下參數(shù)的分析和計算及有功、無功功率對系統(tǒng)運行的影響，主要內(nèi)容有線路變壓器的參數(shù)和模型、網(wǎng)絡(luò)潮流計算的手算和計算機計算以及有功、無功對電壓和頻率的影響。電力系統(tǒng)暫態(tài)分析是對系統(tǒng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)中主要參數(shù)的分析和計算以及系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析，內(nèi)容包括對稱和不對稱短路時參數(shù)的計算以及系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性。穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析這兩大體系構(gòu)成了電力系統(tǒng)分析的全部內(nèi)容，把握了這樣一條主線，對學(xué)習(xí)課程可以起到事半功倍的效果。
教學(xué)中注重電力系統(tǒng)基本概念、基本原理及基本計算方法的講解，而對于較繁瑣的理論推導(dǎo)或者實際應(yīng)用性不多的內(nèi)容可以適當(dāng)精簡。如在推導(dǎo)長輸電線路的等值電路時，用到了許多電磁場和高等數(shù)學(xué)的知識，內(nèi)容復(fù)雜抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)、理解非常困難，學(xué)習(xí)上出現(xiàn)畏難情緒，在授課中可將公式推導(dǎo)適當(dāng)簡化，主要掌握結(jié)論和方法，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的信心。再如電力系統(tǒng)的潮流計算中，隨著計算機的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)規(guī)模的增大，手算潮流已經(jīng)不能適應(yīng)對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進行計算，因此教學(xué)中對應(yīng)用性不多的手算潮流部分做了精簡，保留原理公式的推導(dǎo)，而把計算的重點主要放在用計算機來求潮流，既能突出教學(xué)的重點又減少了學(xué)生的負擔(dān)，起到良好的效果。
三、多種教學(xué)方法的應(yīng)用，提高學(xué)習(xí)興趣和效果
1.情感交流法，營造良好的課堂氣氛
“親其師，信其道”是說當(dāng)學(xué)生對老師感興趣時也會對他講授的內(nèi)容感興趣。因此，作為教師要注意與學(xué)生之間的情感交流，多與學(xué)生溝通，多關(guān)心學(xué)生，成為學(xué)生的良師益友。此外，加強自身能力和素質(zhì)的提高，使學(xué)生能信服、甚至崇拜老師，進而喜歡上這門課程，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
2.學(xué)習(xí)討論法，激發(fā)學(xué)習(xí)的主動性
在每節(jié)課的最后，給學(xué)生提出下次課程的一個重點問題，作為討論的題目，讓學(xué)生獨立地查閱教材、收集資料，并進行小組討論，課堂上老師和學(xué)生共同針對題目和查閱的資料進行討論和分析。這種學(xué)習(xí)方法能使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，每個學(xué)生都可以發(fā)表自己的見解，集思廣益、互相啟發(fā)，使教與學(xué)的過程都得到了提高。
3.多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)黑板教學(xué)模式的優(yōu)勢互補
“電力系統(tǒng)分析”課程是專業(yè)基礎(chǔ)課，在課程體系中起到承上啟下的作用，該課程的特點是理論性、系統(tǒng)性較強。在傳統(tǒng)的黑板教學(xué)中，教師在課堂上用大量的時間進行數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)和畫圖，教學(xué)效率較低，且教學(xué)效果不理想。隨著多媒體技術(shù)的不斷推廣，這種集文字、圖形、聲音、圖片、影像于一體的教學(xué)模式被廣泛應(yīng)用。采用多媒體教學(xué)可以省去大量的黑板畫圖和公式的書寫時間，節(jié)省的時間可以用于重點和難點知識的講解，既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的效率又增大了課堂的信息量，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
但是多媒體教學(xué)也存在著自身的弊端：信息量大，課堂進度較快，學(xué)生的注意力不能長時間集中，造成學(xué)生跟不上教師的講課進度，進而影響了授課的效果。因此合理地選擇和使用多媒體教學(xué)的同時，還要發(fā)揮傳統(tǒng)黑板教學(xué)的優(yōu)勢，使二者共同參與到“電力系統(tǒng)分析”課程的教學(xué)過程中，達到教學(xué)效果的最優(yōu)化。例如：在講授同步發(fā)電機的原始方程時，運用多媒體教學(xué)的圖像和動畫的效果，通過對發(fā)電機模型和實物的展示，使學(xué)生對同步發(fā)電機內(nèi)部的結(jié)構(gòu)及各繞組間的位置關(guān)系有了直觀而清晰的了解和認識，對學(xué)習(xí)同步機的方程奠定了良好的基礎(chǔ)。
4.加強實踐教學(xué)，提高理論認識
“實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，可見理論與實踐的結(jié)合是學(xué)好知識的關(guān)鍵點，而良好的實踐是對理論的升華。因此在課堂授課的同時，還應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力。設(shè)有專業(yè)的“電力系統(tǒng)分析”實驗室，對電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)分析中各種主要的運行特性和狀態(tài)進行了模擬實驗，促進了學(xué)生對課堂知識的吸收和理解。如單機—無窮大系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行方式的實驗、電力系統(tǒng)功率特性和功率極限的實驗、電力系統(tǒng)不對稱短路及短路波形的測試實驗等。
加強實踐教學(xué)的另一個做法就是使學(xué)生深入到生產(chǎn)工作的現(xiàn)場，為此專業(yè)建立了多個校外實習(xí)基地，并與省內(nèi)多家電業(yè)局結(jié)成友好合作單位，通過在實習(xí)基地的學(xué)習(xí)加深了學(xué)生對理論知識的理解，也使學(xué)生了解并熟悉了專業(yè)工作特點及要求，對今后的學(xué)習(xí)有一定的促進作用。
5.考核方式的多樣化
教學(xué)的目的是為了使學(xué)生掌握所學(xué)的專業(yè)知識及技能水平，而單一的考試方式已經(jīng)不能全面地反映學(xué)生學(xué)習(xí)的狀況，因此我們采用了閉卷+開卷+實驗+實習(xí)等多種手段的考核方法，培養(yǎng)學(xué)生從死記書本知識向主動探索知識、提高能力、提高綜合素質(zhì)水平的方向發(fā)展，加大動手和實踐能力在課程考核總成績中的比重，降低筆試成績所占比重，為培養(yǎng)高素質(zhì)的電力人才進行探索工作。
四、探索初步成效
“電力系統(tǒng)分析”課程是一門理論性和實用性都較強的專業(yè)基礎(chǔ)課程。為滿足農(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，在教學(xué)中注重教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，實行教學(xué)方法和教學(xué)手段的多樣化，注重教學(xué)理論和實踐的結(jié)合。通過多年的教學(xué)實踐和探索，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能系統(tǒng)掌握課程內(nèi)容，理論分析能力和解決實際問題的能力也得到了提高，達到了良好的教學(xué)效果。
摘要：針對“電力系統(tǒng)分析”課程內(nèi)容的特點，及課時少，且沒有實驗和實踐環(huán)節(jié)支持的實際情況，本文探討了提高該課程教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果的方法和手段，提出“一明確，二聯(lián)系，三重視”的教學(xué)方法，以學(xué)生掌握知識為中心，以培養(yǎng)能力為重點，以提高素質(zhì)為目標(biāo)。該教學(xué)方法在教學(xué)實踐中取得了良好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析；教學(xué)研究；教學(xué)方法；教學(xué)手段
一、引言
“電力系統(tǒng)分析”是電氣工程學(xué)科一門重要的專業(yè)必修課，在整個電氣工程專業(yè)課程體系中起著承上啟下的作用，一方面它將先修的課程，如“電路”、“電機學(xué)”、“電磁場”、“自動控制原理”、“計算機編程”、“高等數(shù)學(xué)”、“線性代數(shù)”等知識綜合運用于電力系統(tǒng)運行分析與計算，對培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實際工程問題的能力有著重要的案例教育作用；另一方面，課程涉及電力系統(tǒng)分析中最基本的知識和分析方法，可為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)電力系統(tǒng)相關(guān)專業(yè)知識以及將來從事電力系統(tǒng)相關(guān)研究或工作打下重要的基礎(chǔ)?！半娏ο到y(tǒng)分析”課程的特點是，涉及面廣、理論計算多、工程性強、內(nèi)容抽象難懂，電力系統(tǒng)背景強的院校一般分為兩個學(xué)期來講授，時間一般在80個學(xué)時以上，并同步開設(shè)實驗環(huán)節(jié)和工程實踐環(huán)節(jié)。
結(jié)合前人的經(jīng)驗及筆者自身用心的摸索，筆者提出“一明確，二聯(lián)系，三重視”的課程教學(xué)方法，經(jīng)實踐證明，該教學(xué)方法受到學(xué)生和學(xué)校督導(dǎo)組的肯定，學(xué)生表現(xiàn)出較強的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)校效果也良好。現(xiàn)總結(jié)出來，希望能給其他開設(shè)有少課時“電力系統(tǒng)分析”課程的兄弟院校提供有益的參考。
二、所提出的教學(xué)方法
“電力系統(tǒng)分析”課程的特點是，涉及面廣、理論計算多、工程性強、內(nèi)容抽象難懂，教學(xué)過程中，學(xué)生容易思路渙散，抓不住重點，聽不懂，最終失去學(xué)習(xí)興趣等。針對少課時“電力系統(tǒng)分析”課程特點，筆者探索出了一種有效的教學(xué)方法，即“一明確，二聯(lián)系，三重視”教學(xué)法。
（一）一明確
“一明確”是指在教學(xué)內(nèi)容上，既要明確課程總的教學(xué)目標(biāo)，又要明確每一部分的教學(xué)目標(biāo)，以及每一節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，即，采用“總分總”的授課思路，讓學(xué)生清楚課堂每一時段教師所講的內(nèi)容是什么，講這些內(nèi)容的目的是什么，以及這些內(nèi)容在整個課程中處于什么樣的位置，在電力工程實際中有什么用途等，從而讓學(xué)生對授課內(nèi)容有清楚的把握，置身其中，融入其中，從宏觀和微觀上掌握全部課程內(nèi)容。例如，“電力系統(tǒng)分析”包括電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析和電力系統(tǒng)暫態(tài)分析兩大部分，主要講述了電力系統(tǒng)的三大常規(guī)計算，即潮流計算、短路計算和穩(wěn)定性計算，而課程中諸如電力系統(tǒng)的基本概念、基本理論、數(shù)學(xué)建模和計算方法等都是為這三大計算做的鋪墊，這些計算的結(jié)果又是為電力系統(tǒng)的各項工作。對教師而言，把握了這個教學(xué)目標(biāo)，也就掌握了教學(xué)方向，對教材內(nèi)容的重點和難點能做到心中有數(shù)，傳授知識時效率更高。對學(xué)生而言，有明確的目標(biāo)來指引課程學(xué)習(xí)，學(xué)生也就清楚了自己所學(xué)的知識點及其用途，同時也容易對這門課產(chǎn)生興趣。
筆者認為，在講授“電力系統(tǒng)分析”課程的第一堂課時，應(yīng)該首先明確本課程的教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)是什么，本課程在電氣工程專業(yè)中處于什么樣的位置，有什么樣的用途，應(yīng)該重點掌握哪些知識，從而讓學(xué)生對本門課程有個大致了解，對重點、難點知識在哪里，有較為清晰的知識的方向感。在講每一常規(guī)計算時，也要首先明確每一子主線，如在講潮流計算時，這一子主線是：各電力系統(tǒng)元件的參數(shù)計算和等值電路電力系統(tǒng)的等值電路節(jié)點間的電壓降落和串并聯(lián)支路的功率損耗電壓和功率分布計算潮流計算（采用直角坐標(biāo)或極坐標(biāo)；迭代求解：牛頓拉佛遜法和PQ分解法）電壓調(diào)整頻率調(diào)整經(jīng)濟運行。潮流計算是主線，潮流計算前面的內(nèi)容是基礎(chǔ)知識，潮流計算后面的內(nèi)容是進行潮流計算的目的。明白了它們之間的聯(lián)系、關(guān)系，整個章節(jié)內(nèi)容就能連成一條線進行理解和分析，潮流計算貫穿于整個內(nèi)容，學(xué)起來也就相對容易些。其它兩個常規(guī)計算（分支線）也可按如此方法講解。
（二）二聯(lián)系
“二聯(lián)系”是指在授課方法上，一是要理論聯(lián)系實際；二是要前后知識聯(lián)系。
“電力系統(tǒng)分析”課程的主干內(nèi)容是三大常規(guī)計算，多數(shù)教材的主干內(nèi)容圍繞著此三大計算進行了詳細的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和分析，理論性較強，很少聯(lián)系實際應(yīng)用。對于少課時的”電力系統(tǒng)分析”課程來說，第一，絕對不能按照傳統(tǒng)“電力系統(tǒng)分析”教材照本宣科，應(yīng)著重推導(dǎo)思路的講解，揭示其中的難點、重點和注意點，應(yīng)更加格外的著重聯(lián)系實際應(yīng)用，向?qū)W生講解清楚，所講理論計算在實踐中有什么用途，什么場合會用到，如何運用。第二，可結(jié)合實際電力系統(tǒng)，進行實例教育，而不是僅僅浮于書本上文字。比如，可以以某個地區(qū)的電網(wǎng)為例進行講解，如何建立該實際電網(wǎng)的等值電路和數(shù)學(xué)模型，如何進行潮流計算和分析，如何將計算結(jié)果運用于電網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計和運行控制中去，并且給學(xué)生提供計算機例程，讓學(xué)生了解如何運用計算機手段進行電力系統(tǒng)的計算和分析。這樣，將一個實際的地區(qū)電網(wǎng)作為教學(xué)例子，始終貫穿于教學(xué)中去，從穩(wěn)態(tài)分析到暫態(tài)分析，再到穩(wěn)定性分析，從而給學(xué)生提供一個實際應(yīng)用的例子，讓學(xué)生加深理解課本內(nèi)容，真正掌握電力系統(tǒng)的計算分析方法，提高活學(xué)活用的能力，避免出現(xiàn)課堂所學(xué)知識與生產(chǎn)實際相脫節(jié)的常見弊病。
二是要前后知識聯(lián)系，包括本課程內(nèi)容前后知識的聯(lián)系，以及本課程知識與先修課程“電路”、“電機學(xué)”、“電磁場”等知識的聯(lián)系。例如，“電路”中，學(xué)生熟悉的是直流電路和簡單的單相、三相交流電路的計算，已知量和待求量是電壓、電流，多采用解析法進行精確求解。在“電力系統(tǒng)分析”中，涉及的是復(fù)雜電力系統(tǒng)三相交流電路，屬于工程計算，工程計算的一個特點是近似計算，應(yīng)向?qū)W生闡明這一點，避免有的學(xué)生鉆入牛角尖。在“電力系統(tǒng)分析”中，已知量和待求量不再是電壓和電流，而是功率和電壓矢量，方程的物理本質(zhì)也發(fā)生了變化，不再是節(jié)點電流守恒，而是節(jié)點功率守恒。所以，在學(xué)習(xí)“電力系統(tǒng)分析”時，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生注意轉(zhuǎn)換思維，從所熟悉的“電路原理”的思維，轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)的、高壓的、三相的、具有工程特點的“電力系統(tǒng)分析”的思維，避免理解錯誤和錯誤理解，這是在“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)實踐非常常見的問題。再例如，在電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析中和電力系統(tǒng)暫態(tài)分析中，所用的分析方法是不一樣的，在穩(wěn)態(tài)分析中用的是相量分析法，而分析電力系統(tǒng)暫態(tài)過程不能直接使用相量分析法。“為什么呢？”通過問題提問，引導(dǎo)學(xué)生去主動思考。接著，可簡單回顧“電路”中講授的相量分析法的基礎(chǔ)，以及電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)有什么特點，為什么電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)可以運用相量分析法，而電力系統(tǒng)暫態(tài)過程不能直接運用相量分析法，而相量分析法又是三相交流電路分析計算的基礎(chǔ)，那么如何才能使用相量分析法呢？這樣一步一步地讓學(xué)生能夠理解到事物的本質(zhì)，既知道其然，也知道其所以然，從而讓學(xué)生知道如何運用所學(xué)知識去解決工程實際問題。在講這一節(jié)時，還應(yīng)補充講解相量和向量、矢量的區(qū)別，避免出現(xiàn)混淆和用錯。通過這種教學(xué)方法，既能鞏固先修課程所學(xué)的知識，加深對先修知識的理解，又能加強對現(xiàn)學(xué)知識的理解。再例如，電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、暫態(tài)分析和穩(wěn)定性分析中，所使用的發(fā)電機模型是不一樣的，在講后面章節(jié)內(nèi)容時，應(yīng)解釋清楚本章節(jié)所涉及的電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的特點，為何在本章節(jié)使用了與前面章節(jié)不同的發(fā)電機模型，或為何前面章節(jié)的發(fā)電機模型不適于本章節(jié)所述的電力系統(tǒng)運行狀態(tài)等。從而，通過聯(lián)系、對比前后知識，讓學(xué)生能對所學(xué)知識融會貫通，概念清楚，避免出現(xiàn)用錯和錯用的情況。
（三）三重視
“三重視”是指在教學(xué)要素上。教學(xué)是以教案內(nèi)容（知識）為載體，教師將教案內(nèi)容傳授給學(xué)生，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握教案內(nèi)容的活動。以“教”而言，教師為主體，不僅傳授知識，而且展開其內(nèi)涵；以“學(xué)”而言，學(xué)生為主體，不僅承繼知識，而且深入其內(nèi)涵。而學(xué)生的學(xué)是教學(xué)的最終目標(biāo)。因此，教案、教師和學(xué)生組成了教學(xué)的三大要素。為了達到理想的教學(xué)效果，既要重視教案的質(zhì)量和水平，又要重視教師的自身水平和講授水平，更要重視學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，即，要同時重視課堂教學(xué)的三大要素，任一要素不理想，都會影響最終的教學(xué)效果。
教案內(nèi)容是教師的教和學(xué)生的學(xué)的對象，為了達到理想的教學(xué)效果，首先，教案內(nèi)容應(yīng)該是學(xué)生感興趣的東西，在主觀上愿意并樂意持續(xù)去學(xué)習(xí)并掌握的東西。因此，應(yīng)清晰掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)心理，并在教學(xué)內(nèi)容上，盡最大可能的滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)預(yù)期。經(jīng)調(diào)查，大學(xué)生在學(xué)習(xí)知識時往往注重實用、能學(xué)到東西、有助于未來職業(yè)發(fā)展，如果簡單易懂、充滿趣味，那么更好。而“電力系統(tǒng)分析”的主干內(nèi)容是三大常規(guī)計算，理論抽象，枯燥難懂，那么，如何將課程內(nèi)容往學(xué)生感興趣的方向去靠，是值得研究的問題。筆者經(jīng)過幾年來的用心探索，總結(jié)出來以下幾點：1、教案內(nèi)容不應(yīng)是課本內(nèi)容的簡單重述和再現(xiàn)，應(yīng)是補充了當(dāng)今生產(chǎn)實踐中活的實際內(nèi)容，應(yīng)與生產(chǎn)實際相同步，讓學(xué)生能了解到校門外、課本外、學(xué)術(shù)外的生產(chǎn)實際，而不僅僅是課本上死的文字和虛而不實的理論知識；2、教案內(nèi)容應(yīng)充滿知識性，應(yīng)向?qū)W生適量提供一些與本課程或本專業(yè)相關(guān)的科學(xué)與技術(shù)，以提高學(xué)生的專業(yè)能力，擴大知識面和信息量，讓學(xué)生切實感受到學(xué)有所獲，而不是感到虛度光陰；3、由于本課程大量運用了先修的課程內(nèi)容，如“電路”、“電機學(xué)”、“電磁場”、“數(shù)值分析”等，在準(zhǔn)備教案時，應(yīng)將先學(xué)的課程知識巧妙的融會貫通于本課程內(nèi)容中，一來加深對先學(xué)知識的理解，二來給學(xué)生提供一個活學(xué)活用的實例，讓學(xué)生可以以此為例，在以后的工作中舉一反三，提高知識應(yīng)用能力；4、應(yīng)補充本課程領(lǐng)域國內(nèi)外同行當(dāng)前的技術(shù)狀況和發(fā)展動態(tài)，從而讓學(xué)生了解就職于工作崗位上的前輩們正在從事的事情，從而對自己的未來職業(yè)有個初步的了解，意識到在學(xué)校里、課堂上還應(yīng)補充的知識；以上四點是在準(zhǔn)備教案時應(yīng)注意的地方，高水平的教案是教師的水平和責(zé)任心的體現(xiàn)，需要多年用心的摸索、推敲和積累。
在教學(xué)中，教師的作用是編寫教案、課堂教學(xué)以及解答疑惑。除了按上文提出的原則準(zhǔn)備教案內(nèi)容和進行課堂教學(xué)外，教師還應(yīng)注重自身水平的不斷提高與進步，包括自身知識水平的提高和講授水平的提高。高水平的教案內(nèi)容和講課水平需要教師日復(fù)一日、年復(fù)一年的用心積累和不斷摸索，平日里應(yīng)心系學(xué)生，認真推敲，站在學(xué)生的角度去思考問題，準(zhǔn)備教案。課堂師生互動環(huán)節(jié)，首先，可以引導(dǎo)學(xué)生去主動的思考，而不是被動的接受；二是可以讓學(xué)生參與到教學(xué)中來，而不是死板地坐在下面，麻木的機械式的收聽教師的講演；三是，可以對課堂節(jié)奏，稍事停頓和修整，讓學(xué)生緊繃的腦神經(jīng)也得以休整。當(dāng)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果與預(yù)期出現(xiàn)偏差時，應(yīng)及時調(diào)整課程進度和節(jié)奏、教學(xué)方式和方法。
三、結(jié)論
根據(jù)“電力系統(tǒng)分析”課程內(nèi)容的特點，筆者結(jié)合前人的經(jīng)驗與筆者自己多年的摸索，針對缺乏實驗和實踐環(huán)節(jié)支持的少課時“電力系統(tǒng)分析”課程，探索出了“一明確，二聯(lián)系，三重視”的教學(xué)方法，其涵義是：“一明確”是指在教學(xué)內(nèi)容上，要明確教學(xué)目標(biāo)；“二聯(lián)系”是指在授課方法上，要理論聯(lián)系實際，后面知識聯(lián)系前面知識；“三重視”是指在教學(xué)要素上，要同時重視教師、學(xué)生和教學(xué)內(nèi)容三要素的影響，在教學(xué)過程中形成以學(xué)生掌握知識為中心，以培養(yǎng)能力為重點，以提高專業(yè)素質(zhì)為目標(biāo)的教學(xué)方法。該教學(xué)方法在實踐教學(xué)中取得了良好的教學(xué)效果，學(xué)生對知識的理解更透徹，對知識的掌握更扎實，同時也促進了學(xué)生知識應(yīng)用能力的提高。
《電力系統(tǒng)分析》課程是電力系統(tǒng)自動化專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)專業(yè)課程電力系統(tǒng)繼電保護、發(fā)電廠電氣部分、電力系統(tǒng)自動裝置、電力系統(tǒng)自動控制等相關(guān)課程的理論基礎(chǔ)，學(xué)好這門課程將為本專業(yè)學(xué)習(xí)打下堅實基礎(chǔ)。
筆者目前承擔(dān)我校高職電力系統(tǒng)自動化專業(yè)的《電力系統(tǒng)分析》的理論教學(xué)任務(wù)，目前我校正處于建立國家示范性高職院校之際，專業(yè)設(shè)置、課程體系改革正在不斷推進，《電力系統(tǒng)分析》作為一門重要的專業(yè)課，也面臨著教學(xué)理念、教學(xué)方法的改革。經(jīng)過幾個學(xué)期的教學(xué)實踐，筆者認為目前高職《電力系統(tǒng)分析》課程的改革應(yīng)該從以下幾方面著手改革。
一、調(diào)整理論教學(xué)內(nèi)容以適應(yīng)新形勢下對高職學(xué)生的培養(yǎng)要求
《電力系統(tǒng)分析》在整個教學(xué)計劃和學(xué)生培養(yǎng)中起著十分重要的作用,一方面承接著從技術(shù)基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課的過渡,另一方面又承接著從理論學(xué)習(xí)向工程實際問題的過渡。它研究的對象是實際的電力系統(tǒng),因此具有明顯的工程特點。這就要求從工程實際出發(fā),對所研究的問題進行適當(dāng)?shù)暮喕幚?。調(diào)整優(yōu)化《電力系統(tǒng)分析》課程教學(xué)內(nèi)容的目標(biāo)是：要求學(xué)生掌握和理解基本概念和基本理論,培養(yǎng)學(xué)生分析和解決電力工程問題的能力,以及掌握運用電子計算機解決電力系統(tǒng)工程問題的理論和方法。因此在大量調(diào)研和多年教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上,對《電力系統(tǒng)分析》課程提出如下改革:
1.簡化電力系統(tǒng)各元件特性和數(shù)學(xué)模型的教學(xué)。在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn),這一章的公式推導(dǎo)較多,學(xué)生難于理解,經(jīng)過分析,理出一條思路，注重基本物理概念的掌握和理解,以及對公式的應(yīng)用，而對公式的推導(dǎo)則盡量簡化省略。例如,在講解線路參數(shù)計算的時候，只給出各參數(shù)的公式而不去花時間推導(dǎo)，學(xué)生能夠理解各參數(shù)的意義和正確應(yīng)用公式即可。
2.根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生的學(xué)習(xí)特點適當(dāng)增減相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容?！峨娏ο到y(tǒng)分析》課程的教學(xué)內(nèi)容比較多，如果在實際教學(xué)中都涉及到會需要大量的理論課時，這與目前高職教育改革是相悖的，因此必須適當(dāng)減少理論課時數(shù)，這就需要刪減一些教學(xué)內(nèi)容，比如，電力系統(tǒng)的潮流的計算機算法這一章對高職學(xué)生而言比較難理解，可以刪減。同時，還可以適當(dāng)增加一些與實際工程結(jié)合緊密的內(nèi)容，這可以根據(jù)每個學(xué)校學(xué)生的就業(yè)特點而定。
二、改進教學(xué)方法和教學(xué)手段,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣
教學(xué)質(zhì)量的提高，重要的是教學(xué)方法和教學(xué)手段的提高。理論教學(xué)是目前課程教學(xué)體系中的重要環(huán)節(jié)，它直接影響教學(xué)質(zhì)量。
1.課堂教學(xué)采用多媒體課件配合板書教學(xué)?！半娏ο到y(tǒng)分析”課程與實際電力系統(tǒng)聯(lián)系非常緊密，很多實際設(shè)備用語言和黑板講授根本沒辦法描述清楚，學(xué)生對系統(tǒng)的整體認識很難。為了提高理論教學(xué)效果，課堂教學(xué)采用多媒體課件配合板書教學(xué)。一方面沿用了板書教學(xué)的優(yōu)點，同時對語言講解比較抽象的內(nèi)容用多媒體形象演示，使得教學(xué)更加具體化、形象化，使學(xué)生更加容易理解，起到事半功倍的效果。
比如，講解電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時，先將具體的電氣設(shè)備用圖片演示給學(xué)生，使學(xué)生對電力系統(tǒng)中的各電氣元件有一個直觀的了解，在給出系統(tǒng)的地理接線圖和電氣接線圖時，學(xué)生就能夠?qū)⒔泳€圖中的各電氣元件的符號與實際的設(shè)備對應(yīng)上，從而將抽象的系統(tǒng)接線圖與實際的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來。
2.增加網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)環(huán)節(jié)。為了方便學(xué)生對“電力系統(tǒng)分析”課程的自學(xué)、預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)，將課程的大綱、電子教案、多媒體課件和習(xí)題等都掛到了校園網(wǎng)上，這樣學(xué)生在課余時間可以隨時上網(wǎng)查閱相關(guān)資料。在每章內(nèi)容講解之前，教師都會提出相關(guān)問題放到網(wǎng)上以使學(xué)生提前預(yù)習(xí)，提高了課堂教學(xué)的效果。學(xué)生在“電力系統(tǒng)分析”課程的學(xué)習(xí)有任何疑問，也可以在網(wǎng)上給教師留言詢問，教師會及時給學(xué)生解答。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)創(chuàng)造了教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間相互交流的環(huán)境，便于學(xué)生吸收更多信息，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力，有利于提高教學(xué)效果，對教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革將起到極大的推動作用。
三、注重實踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練加強實踐能力的培養(yǎng)
實驗教學(xué)作為教育體系的重要組成部分，是樹立學(xué)生實踐觀念培養(yǎng)分析解決實際問題的能力，啟迪學(xué)生創(chuàng)新思維提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。對于強調(diào)學(xué)生的動手實踐能力的高職院校，實驗教學(xué)更應(yīng)該得到重視，實驗教學(xué)應(yīng)貫穿于理論教學(xué)中。為了達到電力系統(tǒng)分析的教學(xué)目的，建立電力系統(tǒng)綜合實驗室和電力系統(tǒng)分析仿真實驗室是有必要的，若資金不足可先建立電力系統(tǒng)分析仿真實驗。
通過“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)改革方法的研究，使該課程的教學(xué)突破傳統(tǒng)的單一課堂板書教學(xué)模式，采用多媒體配合板書的課堂教學(xué)方法，增加網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)環(huán)節(jié)，建立科學(xué)的實踐教學(xué)體系，通過綜合實驗環(huán)節(jié)鞏固和加深學(xué)生對電力系統(tǒng)相關(guān)理論知識的理解，使學(xué)生能夠?qū)⒒A(chǔ)理論與工程實際聯(lián)系起來，成為具有綜合思維能力和綜合處理問題能力的創(chuàng)新、復(fù)合型技術(shù)人才,這也正是我們高職教育的目的。
