“電力系統分析”課程的教學革新探索

王世山， 高欣欣， 陳 杰， 王曉琳

(南京航空航天大學 自動化學院電氣工程系， 江蘇 南京 211106)

“電力系統分析”課程的教學革新探索

王世山， 高欣欣， 陳 杰， 王曉琳

(南京航空航天大學 自動化學院電氣工程系， 江蘇 南京 211106)

本文對“電力系統分析”課程傳統的教學方式、教學內容、課程考核模式三個方面進行革新分析。改革內容是：授課時以小組討論的方式讓學生回答問題，理論與仿真實驗相結合的方式，以演講討論的方式進行評定打分等。這樣不僅提高了學生自主學習積極性，而且增加學生研究探討和自主創新的綜合能力。

教學改革；電力系統分析；ETAP軟件

0 引言

“電力系統分析”課程是電氣工程及其自動化專業主要的課程之一，主要闡述了電力系統的基本知識和電力系統穩態運行分析、故障分析和暫態過程分析的計算方法以及潮流和短路計算的基本原理[1]。本門課程既是本科生了解電力系統內容的基礎課和專業課，又是后續專業課程“電力系統繼電保護”、“高電壓技術”、“變電站綜合自動化”、“配電網自動化”、“發電廠電氣部分”、“電力系統自動裝置”和“電力系統自動控制”等的理論基礎。學好這門課程將會為學生的電力系統專業素質打下堅實基礎。

隨著電力系統行業的數字化、自動化和綜合化程度的發展和提高，以及電力市場在電力系統的引入，社會對電氣工程專業的學生專業能力要求越來越高[2]。隨著“電力系統分析”課程的教學內容越來越豐富，對“電力系統分析”課程的教學也提出了更高的要求。為適應形勢發展的需要，此課程在教學方式、教學內容、及其課程驗收模式三個方面亟需進行改革，這對提高教學質量，培養創新型人才具有重要的意義[3,4]?！半娏ο到y分析”課程教改流程如圖1所示。

1 更改教學方式

在“電力系統分析”課程講授時，傳統的語言和板書講授有時難以把問題具體描述清楚，學生對系統的整體認識就很難理解。為了提高理論教學效果，課堂教學采用多媒體課件配合板書教學。這樣就能取長補短，對于比較抽象的內容用多媒體形象演示，使得教學更加具體化、形象化，使學生更容易理解，起到事半功倍的效果。為了更好地調動學生學習的積極性，教師在上課期間以分小組的方式讓學生討論他們所關心的問題，然后較流派出代表進行解答，使每個學生都有機會展示自己。最后針對解答的好壞進行打分，并且統計出來作為平時成績。這樣不僅提高了學生們的積極性，也擴展了他們的知識面。經過這樣的討論，每個學生都會有所收獲，對問題的掌握也會更加全面和深刻。

圖1 “電力系統分析”教改流程圖

2 優化教學內容

由于電力系統運行的概念比較抽象，又難以采用實物操作或演示，往往會導致學生難以理解。我們認為，將可視化的電力系統綜合分析計算仿真軟件作為輔助工具引入到教學過程中，通過形象的圖形界面直觀反映電力系統的運行，加深學生對電力系統概念的理解是很有必要的。其中，ETAP就是一款能夠滿足教學使用的、圖形界面友好、建模直觀、運行方式多樣并且功能強大的電力系統綜合分析計算軟件[5-7]。

2.1ETAP簡介

ETAP(Electrical Transient Analysis Program)軟件是由美國OTI (Operation Technology，Inc)公司開發的，最初的版本于1983 年發行。ETAP 在美國確立了電力系統設計和分析軟件的標準，也是全美第一個特許提供給核電站進行電力系統分析的商用軟件。經過多年的完善，目前的ETAP 已具備智能建模、多維數據管理模式、多種輸入表達方式、統一數據庫、虛擬現實操作、無限復合網絡嵌套及電機嵌套、集成全面的電力和物理數據庫以及大量工程數據庫、用戶自定義動態模型等功能。用ETAP可以制作電力系統單線圖、阻抗圖、繼電保護圖、分析計算圖、配電柜、接線圖等100多種不同的圖形。ETAP是一個最廣泛的應用平臺，如圖2所示。它不僅包括圖中所示的應用，還包括工程咨詢、制造業和教育系統等。

圖2 ETAP的應用平臺

ETAP是功能全面的綜合型電力系統分析計算軟件，能為發電、輸電、配電、微電網以及工業電力電氣系統的規劃、設計、分析、模擬和實時運行控制，提供一套強大的綜合解決方案。ETAP離線仿真分析功能，包括潮流分析、短路計算、電動機加速分析、諧波分析、保護設備配合和動作序列、暫態穩定、弧閃分析、接地網系統、電纜載流量和尺寸、傳輸線弧垂張力和容量計算、變壓器容量估計和分接頭優化、蓄電池放電分析和容量估計、直流控制系統圖、發電機起動、用戶自定義動態模型、可靠性評估、優化潮流、補償電容器最佳位置、不平衡潮流、地理信息系統圖、高壓直流輸電、風力發電機、光伏太陽能等。

總之，ETAP實時系統是一套實時的電力和電氣系統的綜合解決方案，它包含PSMS(電力系統監測和仿真)、EMS(能量管理系統)、ILS(智能切負荷)、ISUB(智能變電站)，可提供帶有狀態估計的高級監測、能量計量、預測模擬、事件回放、負荷預測；自動發電控制、經濟調度、管理控制、交易安排、備用管理；負荷預存、切負荷確認、負荷恢復；變電站自動化、開關管理、負荷管理等。ETAP仿真軟件為大電網及微電網系統的規劃、運行提供了一個智能、先進的綜合平臺。

2.2ETAP軟件與授課的結合

“電力系統分析”課程在引入ETAP仿真軟件之后，不僅可對較難理解的知識點進行仿真教學案例設計，還可應用于課堂教學。

教師在課堂上給學生講解有關軟件的基本知識，演示實例進行分析；課后讓他們下載、安裝ETAP仿真軟件并且對其實例進行操作和分析。在運行軟件的同時，他們學會了怎樣搭建電力系統模擬圖，即能仿真實現課程授課內容里的潮流分析、諧波分析和短路分析等。針對不同的分析計算，首先學生需要錄入不同的參數以及將要執行的分析所需要的數據：然后，雙擊單線圖的元件圖標，打開元件編輯器，錄入元件的相關參數；接著進行相應的分析；最后對分析所得到的結果進行驗證、修改。

3 課程革新及實施

所謂“授之以魚，不如授之以漁”，教學的重點不僅在于教給學生基礎的專業知識，更重要的是培養學生自主學習、探究學習的能力，以理論與實驗相結合的方式提高學生既動手又動腦的能力。

傳統的課程考核采用筆試方式，這種考試方法難以全面考核學生的學習成果。大部分學生只是在考試的前一周拼命復習考試重點；甚至還有的學生在考試期間作弊以期考取相對較好的成績。這些現象違背了考試的真正目的?？荚嚨哪康木褪菫榱硕酱賹W生在平常上課時認真聽講，消化教師在課堂上所講的知識點，在課后認真做習題重新鞏固知識點，這樣所學的知識才能更好地被吸收。為了提高學習效率，需要改變這種考試模式，為此我們提出另一種考試模式。

首先，教師根據ETAP仿真軟件和“電力系統分析”課程給出若干考試題目，學生可對其進行自選，對電力系統進行不同的計算分析，例如：潮流分析、穩態分析、短路計算、電纜載流量等。然后學生可以開放式地查找相關資料，做PPT，通過演講的方式，把自己所做的課題呈獻給大家。最后，教師會根據學生的表現(所選課題的難易程度，語言組織表達能力，實踐動手能力)進行考核打分?？偝煽兙褪瞧綍r的考核成績與最后這次驗收模式的加權和。這種模式不僅使學生們加深了有關電力系統的基礎知識和學會了ETAP仿真軟件在電力系統分析的應用和推廣，并且培養了學生的競爭意識和積極向上的精神。更重要的是，每個學生都得到了公平的對待。

4 課程革新的成效

為了檢查“電力系統分析”課程教學改革是否有效，我們制作了問卷調查表，如表1所示。針對學習本課程的三個年級的學生分別抽取120名、120名和140名學生做了相關的問卷調查。問卷結果示于圖3，圖上橫坐標表示教改實施后，學生提高的各方面能力；縱坐標則表示能力得到提高的實際人數。

表1 關于課程教改的問卷調查表

圖3 教改調查結果

調查發現，三個年級學生在學完本課程后，其綜合能力確實有明顯的提高，特別表現在專業知識理解能力、ETAP仿真軟件的基本了解和學習的積極性各方面，但是還有一部分學生覺得教改對于語言表達能力和團隊的合作能力提高的效果不是很明顯。這種現象的出現，很可能是因為教改的時間比較短，而對于上述兩種能力是要經過長時間的鍛煉才能有明顯的提高的。所以為了全面提高學生們的綜合能力，教改一定要長期實施。

5 結語

“電力系統分析”課程的教學改革是一場持久戰，必須長期摸索和堅持，才能取得較好的教學效果。教學方式、教學內容和課程驗收模式的革新在一定程度上提高了學生們的動手能力、語言組織表達能力、綜合思維能力、自主創新能力等。

采用分小組討論問題的教學方式，學生不僅鞏固了以往的知識和學到了新的知識，而且調動了學生學習的積極性。

ETAP仿真軟件的引入，不僅使抽象的電力系統變得可視化，而且使學生對電力系統的計算分析更加簡便。

在自選考核課題，自己查找資料，做PPT，教師根據綜合表現進行打分的考核方式中，學生在自主創新能力和語言表達能力方面得到了提高，其競爭意識和積極向上的精神也得到了鍛煉。

[1] 謝大, 賈玉健, 劉東, 王西田. “電力系統自動化”課程教學改革與實踐[J]. 上海:實驗室研究與探索, 2014, 33(10):218-221.

[2] 許彥峰.“電力系統分析”課程教學改革研究[J]. 北京:中國電力教育, 2014, (307):43-44

[3] 張靠社, 張欣偉, 寧聯輝, 梁振峰.《電力系統分析》課程的教學改革和實踐[J]. 天津:電力系統及其自動化學報, 2008, 20(2):126-128.

[4] 周珊, 高嬿.“電力系統分析”課程教學改革方法的研究[J]. 北京:中國電力教育, 2009, (143):56-57.

[5] 朱慧. ETAP仿真軟件在“電力系統分析”教學中的應用[J]. 北京:中國電力教育, 2014, (9):64-65.

[6] 張偉. 基于PSASP的《電力系統分析》課程實驗教學改革初探[J]. 北京:中國電力教育,2008, (114):104-105.

[7] 徐華娟, 王莉, 秦海鴻. ETAP軟件在電力系統教學中的應用[J]. 石家莊:教育教學論壇, 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 基金項目：江蘇省品牌專業(PPZY2015B130)，南京航空航天大學教改項目資助

王世山(1967-)，男，博士，副教授，主要從事電力系統自動化教學和電磁兼容研究工作，E-mail:wangshishan@nuaa.edu.cn

TM711

B

1008-0686(2017)05-0046-04