發布時間：2022-04-24 09:45:37
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇電力系統分析論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
一、引言
本課程的先修課程為《高等數學》、《電路》、《電機運行與維護》，后續課程包括《電氣設備運行及維護》、《繼電保護裝置運行》、《頂崗實習》等。
二、課程目標的設定
1.專業能力：能全面掌握電力系統的基本知識；能對電力系統有功及無功功率進行控制與分析；能對電力系統頻率和電壓進行控制和分析；能對電力系統各種故障運行狀態進行分析和計算；能對電力系統安全穩定性進行簡單分析和計算；能進行電力系統的規劃設計。2.方法能力:分析問題、解決問題的能力；動手操作、獨立工作能力；獲得與利用信息，探究式的學習能力；工程意識和靈活思維、創新能力。3.社會能力：團隊協作能力；交流溝通能力；組織能力；耐心細致的工作能力。
三、課程設計思路
電力系統運行與分析課程基于電網的實際生產過程，以工作過程為導向，歸納提煉典型工作任務，并將行動領域的典型工作任務教學化處理后，按照與實際崗位典型工作任務內容對應的各學習情境組織內容，并且根據任務的復雜程度，以先簡單后復雜的順序排列各學習情境；在各個學習情境中，又按照復雜程度和實際工作程序化各個工作任務。遵循學生職業能力培養的基本規律，以適度、夠用的原則，以現場工作任務及工作程序為依據整合、序化教學內容，設計項目教學，教、學、做結合，課堂、實訓、實習結合，理論與實踐結合。在教學項目實施中，由專業教師組成教學團隊，密切配合施教。采用任務驅動教學方法，以學生自主學習為主，教師講解為輔，激發學生學習興趣，培養學生自主學習和終身學習的能力。
四、教學方式的改進
《電力系統分析》課程屬于純理論性的課程，部分理論知識需要較強的想象能力，只能在頭腦中通過想象來給出大概的印象。且由于課堂理論教學模式較為單調，多半是老師講、學生聽的模式，降低了學生學習的積極性。1.借助于多媒體及仿真系統在教學過程中，可以采用一些方法來改進現有的困境。如，采用形式多樣，內容豐富的理論教學，比如影像、圖表，使學生在形象的方法下進行深入的學習。潮流計算是該課程的難點和重點，大部分學生在此部分易產生畏懼和懈怠情緒，教師可借助影像系統向學生展示一個實際電力網絡的潮流分布圖[1]，讓學生在腦海里建立一個感性的概念，而不僅僅是枯燥的公式和計算過程，或者利用電網運行仿真軟件進行實際電網的模擬演示，引起學生學習興趣，調動學習積極性。2.理論與實踐訓練相結合以任務驅動教學為主，將理論講授與實踐訓練有效融合，讓學生帶著任務去學習，通過實際訓練融會貫通所學理論知識，培養學生的專業能力，并在完成任務的過程中培養自主學習、獨立思考等方法能力以及團結協作、交流溝通等社會能力。本課程以培養學生的綜合職業能力為目標，模擬工作情境，使學生深臨其境，在完成工作過程中、在體驗過程中獲得工作過程知識。3.創新教學模式將“教、學、做”的教學模式貫穿始終，利用各種方法和手段使教、學、做合理銜接交融。以崗位技能培養為優秀，同時注重學生學習能力、方法能力的培養。鼓勵學生通過獨立思考和分組合作，培養發現問題和解決問題的能力。
五、結論
電力系統分析是一門集理論與實踐為一體、知識面范圍大，是發電專業課程體系中的重中之重的基本課程。“電力系統分析”的教學方式可采用增強理論的形象性、增強互動式教學、增強企業培養的方式。為構建一個高效的教學體系，一方面必須優化理論課程內容，另一方面必須重視實踐環節設計，進行綜合性實驗，切實提高學生的實踐能力[2]。
作者:辛華 李依凡 王麗 單位:西安電力高等專科學校
摘要：自20世紀80年代末至今，我國的仿真技術獲得了極大的發展。在電力系統中，應用較多的培訓仿真系統有電廠仿真、電網運行工況仿真和變電所仿真。一般說來，凡是需要有一個或一組熟練人員進行操作、控制、管理與決策的實際系統，都需要對這些人員進行培訓、教育與培養。
關鍵詞：仿真技術電力系統
自20世紀80年代末至今，我國的仿真技術獲得了極大的發展。在電力系統中，應用較多的培訓仿真系統有電廠仿真、電網運行工況仿真和變電所仿真。一般說來，凡是需要有一個或一組熟練人員進行操作、控制、管理與決策的實際系統，都需要對這些人員進行培訓、教育與培養。早期的培訓大都是經過理論講解和現場實習，通過實際操作經驗的積累來完成的，這種培訓方式因是在實際運行的系統上進行操作，不僅培訓成本高、培訓時間長，而且有些故障只能在實際發生時才能得到實際操作的機會，致使一部分知識只有感性認識，得不到實際操作的鍛煉。隨著系統規模的加大、復雜程度的提高，特別是造價日益昂貴，訓練時因操作不當引起的破壞而帶來的損失大大增加，因此，提高系統運行安全性、可靠性事關重大。為解決這些問題，出現了培訓仿真系統，模擬實際系統的工作狀況和運行環境，以避免運用實際系統時可能帶來的危險性及高昂的代價。
變電所培訓仿真系統集仿真技術、圖形圖象技術、數據庫等技術于一體，依據變電所電力設備實物、一次設備和二次設備接線圖進行設計，如主控室、控制屏、保護屏及設備連接狀況，可在模擬設備和二次接線圖上進行相應操作，采用鼠標點擊的操作方式，簡單、直觀、易學(見圖1)。這種方式使變電運行人員的培訓手段大大更新，提高了培訓效率，縮短了培訓周期。也進一步提高了運行人員的正確判斷和處理事故的能力，防止事故擴大化和縮短事故處理時間，從而確保電網安全、可靠、經濟運行。
圖1
1變電所仿真的現狀
目前，我國農網中(110kV、35kV)變電所培訓仿真系統主要有孤立變電所型變電培訓仿真系統和考慮簡單電網的變電培訓仿真系統。前一種類型的變電培訓仿真系統配置簡單，造價相對較低；后一種不僅仿真了變電所的運行狀況，而且考慮到電網和變電所之間的相互影響，該類型的變電培訓仿真系統在功能上比孤立變電所型的仿真系統要強。此外，還有將無人值班變電所仿真、集控中心仿真、變電所運行管理系統結合于一體的110kV/35kV集控站培訓仿真系統。考慮到仿真原理的相同性和孤立變電所型變電培訓仿真系統較為簡單，能夠在單機上獨立運行的特點，以下只對該系統進行簡要介紹。
2硬件配置的基本要求
微機一臺：主頻PENTIUM200；32M內存；3.2G硬盤；16倍光驅；顯示卡、聲卡、音箱等。
3軟件配置的基本要求
(1)中文視窗Windows95以上版本；
(2)多媒體仿真培訓軟件。
4主要功能
(1)正常操作訓練：斷路器操作、隔離開關操作、壓板操作、保護投停、電壓互感器的切換，電容器的投停等；
(2)故障演習訓練：
斷路器故障：拒動、誤動、偷跳；
隔離開關故障：帶負荷拉合隔離開關、帶電合接地隔離開關；
變壓器故障：包括相間短路、接地短路、匝間短路、變壓器過負荷、變壓器油溫過高；
母線故障：母線短路、母線接地；
線路故障：近區短路、接地、斷線等；
此外，還有電容器故障、繼電保護故障以及其它故障等。
培訓者可對設定操作任務或故障，依據系統標準操作票進行操作，系統也可在出現故障時，給予提示并指出錯誤要點。
(3)操作票生成與培訓系統：可對線路、主變壓器、母線、電容器等設備開操作票；可對學員的操作以操作票的形式記錄；可對學員的操作票和標準操作票進行比較；
(4)理論知識的培訓：可提供設備的圖片和產品介紹；可進行二次回路圖紙講解：包括中央信號回路、電力變壓器保護、電容器組保護、輸電線路保護、低周減載裝置等；還可進行運行規程問答、典型故障處理、經驗介紹以及提供考試題庫。
(5)系統維護功能：系統可根據110kV變電所的主接線方式(如：單母線接線方式、內橋接線方式、單元接線方式)和正常運行方式的差異及實際變電所的工作情況進行選擇和修改，可對考試題目進行增加或修改，還可對二次接線圖上的線路名稱和隔離開關、斷路器號進行更改，使其更加接近變電所的實際運行情況。
操作實例：
倒閘操作是變電所正常運行和檢修中都涉及的操作，具有重要的作用，其操作過程如下：
①運行仿真軟件，進行操作人員登陸。
②進行功能選擇，進入倒閘操作模塊，進行題目分類選擇。如選擇"10kV倒閘操作題目"后，屏幕上會出現一系列10kV倒閘操作題目的分項內容，用鼠標按鈕進行選擇，選擇"紡織線002斷路器停電，紡織線線路檢修"(見圖2)。選擇題目后，可進行標準操作票預覽，以便操作人員了解操作步驟后進行正確操作。可單擊要點按鈕，查看提示注意事項。操作練習既可在線路圖上進行，也可在模擬圖上進行。
③依次拉開紡織線002斷路器，拉開002-3隔離開關，拉開002-1隔離開關，在002-3隔離開關線路側掛接地線(見圖3)。遇到困難時，可查閱標準操作票和操作要點提示。操作完畢后，調出操作記錄與標準操作票進行比較，如果在操作過程中發生誤操作，系統會出現報警。
④選擇操作題目后，也可進入考試狀態。在此狀態下，系統不提供標準操作票和操作要點提示，考試時間到，系統不再進行操作記錄。
5結束語
目前，110/35kV變電培訓仿真系統在一些變電所已經得到應用，并取得實效。歸納起來，變電培訓仿真系統具有如下的特點：
(1)計算機仿真程度高。仿真畫面完全按照變電所的電力設備實物進行繪制，形象逼真。操作人員在模擬圖或二次接線圖上用鼠標點擊元器件，即可激發元器件動作，元器件動作后仿真變電所同實際變電所情況一致。
(2)培訓功能完善。不但可對變電所的正常和異常事故進行仿真，而且可提供完善的二次圖講解。對變電所的繼電保護裝置從動作原理到動作過程進行分步講解，突出顯示動作斷路器和響應元器件，動畫模仿電流軌跡。
(3)可擴充性強。仿真系統還應提供維護功能，用戶可在使用過程中，按照各自變電所的實際情況進行適當的修改，使其更接近實際運行中的變電所。
(4)人機界面友好，操作簡單，顯示直觀，具有真實性、正確性和靈活性的特點。
總之，變電培訓仿真系統能提高培訓效率、縮短培訓周期、降低培訓成本、提高運行人員的技術業務素質，作為一種新型的培訓方式，其經濟效益和社會效益是顯而易見的，具有廣泛的應用前景。
摘 要：電力系統分析為電氣工程學科的重要組成部分，是電氣類有關專業學生的必修課程之一，為了使學生更好地掌握這門課程的專業知識、培養學習興趣、提高專業實踐能力，提出通過搭建電力系統自動化與監控實踐平臺結合該課程完成實踐教學任務。論述了利用電力系統綜合自動化實踐平臺和電力系統監控實踐平臺與電力系統分析課程內容相結合可開發的相關實驗，并結合學校的大學生創新項目、課程設計和畢業設計開設相關課題研究。
關鍵詞：電力系統分析；電力系統自動化與監控實踐平臺；實踐教學
0 引言
電力系統分析課程主要包含電力系統潮流分布計算、電力系統有功功率和頻率調整、電力系統無功功率和電壓調整、電力系統短路計算等內容，為電氣工程學科的重要組成部分，是電氣類有關專業學生的必修課程之一，為了使學生更好地掌握這門課程的專業知識、培養學習興趣、提高專業實踐能力，寧夏理工學院結合教學內容，搭建了電力系統實踐平臺。該實踐平臺綜合性強，要求學生掌握“工廠供電”、“電力系統分析”、“電氣控制技術”、“電力系統繼電保護”等相關課程知識。指導教師在實驗課前要對相關實驗項目進行操作和分析計算，確保實驗安全和可靠，實驗過程以學生動手為主教師指導為輔共同完成實踐教學任務。由于屬于新建實踐教學平臺，缺乏相關專職實驗管理和開發人員，目前僅開發了三個實驗：發電機啟動和運轉實驗、同步發電機手動準同期并網實驗、單機帶負荷實驗。需要結合電力系統分析課程內容，開發相關實驗和相關課題研究，將對電力系統分析實踐教學起到良好的促進作用。
1 電力系統實踐平臺簡介
電力系統實踐平臺由電力系統綜合自動化實踐平臺和電力系統監控實踐平臺兩部分構成。
電力系統綜合自動化實踐平臺是一套可模擬發電過程、各種電力故障、有功和無功功率調整等功能的整合實驗設備，反映了傳統發電廠電能從產生升壓傳輸降壓分配等完整的供電原理。該套實驗設備包括了原動機、發電機、控制柜、實驗操作臺、三相可調負載箱和自耦調壓器。其中原動機由一臺功率3KW、電壓400V、轉速1500rpm的直流發電機組成；三相同步發電機輸出功率2KW，功率因素0.8，電壓400V，轉速1500rpm，直流電動機和同步發電機由聯軸器軟連接在一起；控制柜由測量儀表單元、原動機控制單元、發電機勵磁單元、準同期單元、外圍設備接口單元、電源單元組成；實驗操作臺由輸電線路單元、微機線路保護單元、控制方式選擇單元、監測儀表單元、指示單元、設置單元和外圍設備接口單元組成；由15KVA自耦調壓器來擬無窮大系統；三相可調負載箱包括阻性負載和感性負載。
電力系統監控實踐平臺是一個集系統開放化、結構微機化、監控屏幕化、功能綜合化和電力潮流結構多樣化為一體的綜合自動化實踐平臺，主要由計算機系統、實驗操作臺和模擬無窮大系統組成，與電力系統綜合自動化實踐平臺配合共同完成相關實驗項目。該實踐平臺能夠面向院校新建課程體系，組建開放式實驗室和培訓中心，有利于提高學生的實踐能力和創新思維能力，為電氣類有關專業學生以后走向工作崗位打下堅實的專業基礎和動手能力。
2 電力系統實踐平臺與電力系統分析課程結合可開發的實驗
電力系統分析課程主要包括電力系統潮流分布計算、電力系統的有功功率和頻率調整、電力系統的無功功率和電壓調整、電力系統三相短路的分析與計算、電力系統不對稱故障的分析與計算等部分。
根據電力系統實踐平臺特點，結合電力系統分析課程內容，通過電氣類教師實踐與論證最終可開發的實踐項目有：
（1）發電機組的起動與運轉實驗；
（2）同步發電機勵磁控制實驗，包括不同控制角對應的勵磁電壓波形實驗、典型方式下的同步發電機起勵實驗、勵磁調節器控制方式及其相互切換實驗、跳滅磁開關滅磁和逆變滅磁實驗、伏赫限制實驗、欠勵限制實驗、同步發電機強勵實驗、調差實驗、過勵磁限制實驗；
（3）同步發電機準同期并列運行實驗，包括自動準同期條件測試實驗、線性整步電壓形成（相敏環節）測試實驗、壓差-頻差和相差閉鎖與整定實驗、導前時間整定及測量方法實驗、手動準同期并網實驗、半自動準同期并網實驗、自動準同期并網實驗；
（4）單機-無窮大系統穩態運行方式實驗；
（5）電力系統功率特性和功率極限實驗；
（6）電力系統暫態穩定實驗；
（7）單機帶負荷實驗；
（8）同步發電機實驗，包括同步發電機空載實驗和短路實驗、同步發電機V形曲線實驗、同步發電機外特性實驗。
3 課題研究與電力系統實踐平臺的結合
寧夏理工學院電氣類有關專業師生可根據THLZD-2型電力系統綜合自動化實踐平臺和THLDK-2 型電力系統監控實踐平臺的特點和現有設備，擬定出與實際生產相結合的或者理論研究型的大學生創新性項目、課程設計、畢業設計或科研課題。如對電力系統三相不對稱短路電流的故障研究，可以通過該實踐平臺構建與實際情況高度相似的模型進行大量可行性研究實驗，設置不同短路故障類型進行實驗研究，得到實驗數據，并對實驗數據進行分析；
另外，該實踐平臺可以針對學校新開設課程體系，創建開放式實踐教學平臺，即學生結合課堂理論知識、相關企業實踐和校內實踐平臺來學習專業知識和技能，通過這種開放式實踐教學平臺，能夠提高學生的工程實踐能力、專業綜合素質和創新思維，打破傳統的只注重理論教學，輕實踐教學的模式，為電力行業培養更多 “有理想，有道德，懂技術，會管理”的高素質應用型人才。
4 結束語
為了讓學生更好地掌握電力系統分析課程的專業知識、培養學習興趣、提高專業實踐能力，本文提出通過與電力系統實踐平臺相結合，開發相關實踐項目。電氣類有關專業師生也可結合該實踐平臺資源，進行大學生創新性項目實踐、課程設計和畢業設計，以及教師的科研項目研究工作
作者簡介：張建剛（1980-），男，寧夏石嘴山人，碩士，助教，教師，研究方向：電力系統自動化。
[摘 要]電氣工程及其自a動化專業以卓越工程師實驗班模式，探索“三創型”專業人才培養的可行方式，著力加強學生對工程實踐的了解、專業知識與應用的結合，強化培養學生的工程創新能力、優秀的學習能力以及團隊協作精神。在電力系統分析課程現狀的基礎上，基于卓越電氣工程師培養目標，貫穿問題教學法的理念，對該課程的理論教學和實踐教學環節進行改革，并對課程進行拓展，提高學生的創新意識和能力。學生通過這種方式學習后，對課程的理解以及對電力方面知識的興趣都有了很大提高。
[關鍵詞]卓越電氣工程師;電力系統分析;問題教學法;課程拓展
創新高校人才培養機制是十八屆三中全會提出的明確要求。為貫徹中央提出的走中國特色新型工業化道路、建設創新型國家、建設人力資源強國等戰略部署，落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》，教育部啟動實施了卓越工程師教育培養計劃。[1]惠州學院為配合國家教育戰略，促進學院學科建設，在學校內開展了卓越工程師培養系列活動，其中電子科學系的電氣工程及其自動化專業成為首批試點專業之一。
電氣工程及其自動化專業以卓越工程師實驗班模式，探索“三創型”專業人才培養的可行方式，著力加強學生對工程實踐的了解、專業知識與應用的結合，強化培養學生的工程創新能力、優秀的學習能力以及團隊協作精神。這對教師的教學工作提出了更高的要求。本學科非常重要的專業基礎課――電力系統分析是一門理論分析嚴謹、涉及內容廣泛的課程，包括電力系統穩態和暫態分析兩大部分。它既是后續電力系統繼電保護、發電廠電氣部分等相關課程的理論基礎，又是學生專業素質形成的關鍵課程之一，對學好本學科起著非常重要的作用。
一、電力系統分析課程現狀
電力系統分析課程內容與電力系統運行過程密切相關，同時又有大量的計算，學生普遍反映學起來難度較大。隨著計算機技術、現代控制技術和電力電子技術的迅速發展，云計算和大數據技術與新能源技術的結合，本課程的教學內容日益豐富，教學要求也不斷提高。近年來，與本專業相關的一些新技術發展很快，特別是美國提出進行新能源革命從而帶動美國經濟復蘇的發展戰略后，全球掀起了新能源開發及應用和智能電網的研究與建設的熱潮。[2] [3]可見，對電力系統分析課程的教學內容、教學方法、教學手段等實踐創新方面的改革勢在必行。
二、問題教學法在理論教學環節的應用
問題教學法是教育理論中一種互動式教學方法。[4]筆者采用問題教學法來講授電力系統分析課程，將課程的主體結構通過提問的方式引出，并要求學生在課程學習結束后完成以下4個任務：1.電力系統建模，以穩態模型為主，兼顧暫態模型;2.計算電力系統正常運行狀況下的功率、電壓的分布（即潮流分析）;3.計算電力系統發生各類故障時的電壓、電流分布（即故障分析）;4.計算電力系統在各種擾動下能否維持穩定運行（即穩定分析）。
簡略地說，就是掌握復雜電力系統的數學建模，并能夠進行潮流、故障、穩定3大計算。課程的主體結構由以上對應的4部分組成，每個部分包含若干章節內容。為提升學生對課程的認知，筆者根據多年教學經驗，精心挑選下列一組問題作為教學的主線。
1.直流電力系統與交流電力系統的特點各是什么？現代電力系統采用的是那種模式？具有什么特點？2.參照電機學，如何建立發電機、變壓器、電力線路和電力負荷等元件的數學模型，對于多電壓等級的電網，如何對各元件參數進行電壓等級的歸算，進而構建電力網絡的數學模型。有名制、標幺制，精確法、近似法在進行電壓等級歸算時有什么異同之處？3.電力系統穩態分析中提出了潮流分析這一概念，給出對“潮流”這一詞的理解。電力系統就是一個大的電路網絡，那么“潮流計算”與一般的“電路穩態計算”有什么異同之處？4.在復雜電力系統潮流的計算機算法中，節點被分為幾種類型，已知數和未知數各是什么？這與實際電力系統中的哪些設備（廠站）相對應？5.為什么要用對稱分量法求解電力系統不對稱短路故障時的故障電流？這一方法的數學原理是什么？有沒有其他的方法可以計算不對稱故障的短路電流？6.電力系統中各元件的序阻抗的是如何定義的？其物理含義各是什么？系統分析與設計中所取的電抗值又是如何得到的？7.系統的穩定性是如何定義的？電力系統穩定性主要涉及哪些電氣量？
通過問題的設置，逐步引出課程相關內容。筆者在教學過程中體會到，用問題來引導學生可以提高學習的導向性，把學生興趣吸引到問題上來。在關注解決問題的具體方法時，要讓學生理解每個方法、步驟的意義，以免因為內容龐雜而失去對問題全貌的了解。[5]
三、實踐環節的創新
筆者在實踐過程中積極探索，加強實踐教學的內涵建設，提升課程的實踐性和創新性，取得了較好的效果。
（一）開放實驗教學模式
電力系統綜合實驗室，由3臺“WDT-IIIC電力系統綜合自動化試驗臺”和1臺“PS-7G型電力系統微機監控試驗臺”及相關設備組成，是一個自動化程度很高的動態電力系統物理模型，能夠反映現代化電能的生產、傳輸、分配和使用的全過程，體現現代電力系統高度自動化、信息化、數字化的特點，實現電力系統的檢測、控制、監視、保護、調度的自動化，并使教學實驗管理現代化。對于卓越電氣工程師班的學生來說，除了按要求完成課程基本的實驗內容之外，還要在課余時間對實驗平臺能完成的其他內容作試探性研究和拓展。學生通過實驗平臺開放的接口做課程設計和研究，拓寬了視野，加深了對理論知識的理解。
（二）自主研發、修復實驗裝置模塊
綜合設計實踐教學是高等學校培養“卓越電氣工程師”專業教學計劃中的重要部分。本課程鼓勵學生在實踐過程中自己動手設計裝置，完成相關實驗內容，或者對舊實驗裝置進行維修，恢復裝置功能。學生通過這種實踐，對實驗過程和內容有了更深刻的理解，提高了動手能力。
四、課程拓展及創新能力培養
筆者在教學過程中，一直強調學生要注重本課程具體章節內容之間的聯系，逐步掌握單個知識點，理解課程體系結構，進而理解專業教學體系結構，熟悉本課程在整個教學體系中的地位和作用。通過把問題法融入教學中，能避免學生片面的學習單個知識點而忽略對全局的了解，能提高學生分析問題、解決問題的能力。
同時，筆者在教學過程中注重緊跟前沿技術，提升學生的創新能力。本課程內容講授到一半時，學生對課程內容已有了一定的認識，筆者要求每位學生都要去查找文獻，了解電力方向的最新技術和發展方向，然后上交一篇報告，對涉及的新技術進行描述并寫心得。為了提高效率避免雷同，筆者規定，報告提交時按照時間先后順序，若該技術在先前提交的報告中已使用，則后而提交的報告中就不能再涉及，這樣越往后報告提交難度越大，所以學生基本都以最快的速度去查找資料寫報告。報告審核工作由筆者獨立完成，對粗制濫造、敷衍了事的報告筆者一律退回要求學生重寫，直到通過為止。等學期末課程快結束時專門有新技術討論課，這時筆者要求學生對自己報告中的新技術進行脫稿描述，以檢查學生對新技術的理解程度，并對整個過程進行打分，計入期末考核。
學生通過查找技術資料寫報告，對專業的前沿技術有了一定的了解，對自己未來的發展方向也有了較清楚的認識。比如，新能源開發及應用和智能電網的研究與建設目前在全球進行得如火如荼，新一代的大學生也要緊跟時代潮流，但學校實驗條件有限，怎么辦？有學生就發現，微電網技術就是一個很好的切入點。微電網（Micro-Grid）也譯為微網，它是將發電機、負荷、儲能裝置及控制裝置等結合，形成一個單一可控的單元，同時向用戶供給電能和熱能。微電網中的電源多為微電源，亦即含有電力電子界面的小型機組（小于100kw），包括微型燃氣輪機、燃料電池、光伏電池以及超級電容、飛輪、蓄電池等儲能裝置。[6]微電網是實現主動式配電網的一種有效方式，它既能與大電網聯網運行，也能在電網故障或需要時與主網斷開單獨運行，是傳統電網向智能電網的過渡。不少學生在了解了相關知識后，已打算把微電網技術作為自己未來的研究和發展方向。
五、小結
本文在電力系統分析課程現狀的基礎上，基于卓越電氣工程師培養目標，將問題教學法的理念貫穿于教學實踐，對該課程的理論教學和實踐教學環節進行改革，并對課程進行拓展，提高了學生的創新意識和能力。學生通過這種方式學習后，對課程的理解以及對電力方面知識的興趣都有了很大的提高。卓越計劃實施時間并不長，在今后的實施過程中還需繼續探索、總結，不斷調整，這樣才能不斷進步。
摘要：應用型人才培養目標下，《電力系統分析》作為應用型電氣工程及自動化專業的一門優秀主干課程，對提高學生的理論知識和培養學生的實踐動手能力，具有很重要的作用。本文圍繞應用型本科電氣工程及自動化專業《電力系統分析》課程教學中存在的問題，闡述了教學內容改革思路和方法，體現了應用型本科“理論與實踐相結合”的特色。
關鍵詞：應用型；電力系統分析；教學改革；實踐
一、引言
應用型本科是以本科教育辦學定位為標準，以培養應用型人才為優秀的高校新型教育模式，既強調“實踐能力”，又強調“創新能力”。電力系統分析作為電氣類專業的基礎課程，如何來體現應用型本科特色，培養技能型和崗位型人才，主要體現兩個方面：一是“知識素質”；二是“能力素質”。知識素質主要表現為：專業知識面要寬泛，專業知識深度不宜過高，公式和定理的推導、證明適當省略，注重結論的應用性；能力素質主要表現為：強化操作技能和規范，提高實踐動手能力和綜合素質能力。因此應用型本科《電力系統分析》課程“突出應用特色，注重實踐能力，提高教學質量”的教學改革目標，并圍繞地方經濟發展為基礎，以突出應用型特色作為教學改革的前提，以提高教育教學質量作為改革的目標。
《電力系統分析》課程作為電氣工程專業的主干課程之一，它不但有大量的理論概念和基本計算，而且工程應用實踐性較強，對該專業的課程體系起到承上啟下的作用，它既是線性代數、電路基礎、電機與電氣控制、電力電子等課程的總結，也是工廠供配電技術、電力系統繼電保護自動裝置等專業課程的基礎，在電氣工程專業教學和應用型本科培養高質量、高素質學生有十分重要的地位。近些年，隨著電力系統行業的智能化程度的快速發展，對電氣工程專業應用型學生培養的能力要求越來越高，也就對《電力系統分析》課程提出了更高的定位，原有的教育教學模式已不能滿足電力行業建設的需要，不能體現應用型教育的發展特色。
二、《電力系統分析》課程教學中存在的問題
1.學習興趣不濃：《電力系統分析》課程部分內容抽象、公式多、計算多、系統性和邏輯性較強，學生學習缺乏興趣，“教師教”和“學生學”都很困難。
2.教學內容沒有與時俱進。電力系統行業更新速度較快，教材中的內容雖然也在不斷有新版本出現，但無法充分體現近十多年來本學科的最新進展和前沿動態。
3.教學方法、手段和形式單一。多媒體教學等現代化教學手段沒有普及。首先，現有《電力系統分析》課程在教學上理論性強，內容上有大量的矩陣計算和矢量電路圖形，所以用傳統的板書教學，形式比較單一，教師也必須在課堂上占用大量時間進行公式推導和畫圖，教學效率較低，教學效果偏差；其次，《電力系統分析》課程工程實踐較強，實際的電力系統結構和運行方式僅靠講授來體現，無法更直觀、更形象地將教學內容呈現在學生面前，不符合應用型人才培養的需要。
4.理論與實踐教學相脫節。應用型本科注重培養學生的實踐動手能力，《電力系統分析》課程教學模式偏重于基本概念和計算方法，缺少實踐環節。
三、《電力系統分析》課程教學內容改革思路和方法
（一）教學思想的更新
在教學思想上，必須牢固樹立“突出應用特色，注重實踐能力，提高教學質量”的目標。以應用型本科教學為培養模式。在教學形式上，擺脫單一化的形式，讓學生運用基本理論知識參與實際系統開發，提取系統的運行數據和拓撲結構。培養學生面對工程實踐的應用能力。促進教學研究互相結合，使學生更了解本學科的前沿知識。
（二）教學內容的優化
為了適應應用型本科教學，針對《電力系統分析》課程教學改革所應體現的知識和能力素質，我們對課程的教學內容作了調整和優化，并提出了新的教學要求，具體從以下三方面進行：
1.修訂人才培養設置，壓縮理論學時，增加實踐內容，形成新的教學模式。應用型本科院校培養人才的最終目標是以服務地方經濟為出發點，所以在講授基本理論的同時，讓學生實際參與整個電力系統的構想、設計、運行和優化，使學生的實際工程訓練能力得到提高。
2.增加輔助教材，充分了解學科前沿。在選用課程的教材時，采用規劃教材為主，增加輔助教材編寫。通過輔助教材可以全面了解本行業國內外的科研成果。重點是將理論內容穿插在實踐課中講授，讓學生從實踐中去深入了解目前本行業發展的前沿和熱點問題。這樣能有效的鞏固專業知識，提高學生的專業學習興趣；同時考慮到電氣工程及自動化專業學生畢業后大部分將為本地區的電力行業服務，在電力網介紹和潮流（包括簡單潮流和復雜潮流）計算講解的時候，多以實際電網系統運行狀態為例，實現應用型本科人才培養目標定位。
3.增加課程設計。課程設計是對《電力系統分析》課程的一個綜合性實踐教學，把知識點進行整體性回顧。《電力系統分析》課程包含兩個課程設計：一是潮流計算方面，它是電力系統很重要的計算，根據給定的電力系統的運行條件，確定穩態運行時各參數的一種計算，可以分析研究電力系統規劃和運行時的各種問題進行檢驗和預知。通過這個課程設計，學生對穩態分析過程有一個全面性的了解，提高分析問題的能力；一是短路計算方面，為了避免發生短路而正確選擇和設計系統上的電氣設備和繼電保護裝置，通過進行短路計算可以降低發生短路的后果，讓學生對發生短路時遇到的各種問題提前進行分析總結，提高解決問題的能力。
（三）采用現代化教學方法與手段
隨著教育信息技術的迅猛發展，《電力系統分析》課程中傳統的板書式教學很難滿足現代教育教學的需要，用講授法根本無法描述清楚實際電力系統具體運行情況，學生理解上也存在困難。為了提高理論課的教學效果，吸引學生興趣，必須采用多元化的教學方法和手段。
1.課堂教學采用多媒體配合板書教。首先，在公式推導時沿用板書教學的優點，吸引學生主動思考，整個推導過程全程參與，有助于對知識點的理解；其次，在講授比較抽象的內容時結合多媒體演示，使教學內容更加具體化、形象化和生動化，加深學生對內容的理解，用多媒體結合板書教學在《電力系統分析》課程中起到事半功倍的效果。
2.仿真模擬教。為了使電力系統潮流變化等進一步形象化，呈現動態的變化過程。用計算機仿真動態模擬教學可以更生動直觀的表達，還可以將仿真軟件直接貫穿到學生的課程設計中，在對知識易于理解和掌握的同時，增加學生熟練話的程度，全程參與工程實踐，這是其他教學方法無法比擬的效果。
3.網絡教學。為充分利用學生的課余時間，運用翻轉課堂的教學方法，將《電力系統分析》課程包括教學大綱、教案課件、電子教材、參考資料、實踐指導、習題集及答案、授課視頻等，通過公共賬號上傳到網絡，讓學生提前預習、熟悉和了解，帶著問題進入課堂，課后還可以有效的復習回顧。另外，為方便學生學習，還設置了在線輔導、答疑和網上自測等網絡交流平臺。教學資源上網后能較好地解決學生課前預習、課后復習中遇到的相關問題，并有助于提高學生的自主學習能力，也是對課堂教學方法的多樣化提供了一個有力支持。
（四）培養學生的工程創新能力
為讓學生的理論和實踐有機結合，根據內容不同，讓學生通過自愿組織成立學習小組，每小組全程參與教師的科研內容，利用查閱資料、提出方案、實驗數據分析處理、論文撰寫等環節，使學生不但能鍛煉實際操作能力，又培養了團隊合作精神，拓寬了工程實踐視野，提高了工程創新能力。從現在開始，培養他們獨立動手的工作能力，提高學生對電力系統分析課程的學習積極性。
（五）加強實踐教學環節。
應用型本科注重學生實踐能力的培養，本課程的教學內容十分抽象，且電力系統的控制，十分復雜、宏觀，學生無法憑想象來建立起知識體系。
1.組織學生參觀周邊發電廠、變電站以及一些工礦企業的電力設施，并邀請電力行業一線工程師講課，定期安排學生實習，讓學生對電力網、控制系統、變電站的結構和工作原理有較深入的認識，有助于對理論教學的展開；
2.其次，通過加大《電力系統分析》課程的實驗，尤其是與實踐密切聯系的等值電路、潮流計算和對稱電路以及不對稱電路計算的實驗，進一步加深學生對基本計算方法的應用；
3.另外，建立電力系統仿真實驗室和實驗臺，通過對電力系統的動態模擬仿真，靈活的設置故障條件，分析穩態和暫態行為，吸引學生的興趣，提高他們的動手實踐能力，將實踐教學結合軟件仿真進行實驗，搭建實踐教學平臺，可以更直觀、生動地闡述電力系統運行過程，使電力系統分析不再是抽象的理論，能夠提高學生的實踐動手能力，讓其做到理論與實踐相結合，提高實踐教學水平。
三、總結
《電力系統分析》課程作為應用型電氣工程及自動化專業的一門重要的專業課程，對提高學生的理論知識和培養學生的實踐動手能力，具有很重要的作用。因此，只有把理論與實踐有機結合，形成有應用型特色的課程體系，切實提高高校的人才培養質量，才能取得良好的教學效果，實現應用型人才培養的目標。
摘要：《電力系統分析》是電力系統自動化方向的主要專業課，在課程體系中發揮著“承前啟后”的作用，有著兼具理論性和工程性的特點。在以培養目標為導向、以學生為中心的教育理念驅動下，本文從理論教學和實踐教學兩方面入手，討論《電力系統分析》課程基于工程教育認證標準的教學改革。
關鍵詞：電力系統分析；培養目標；工程教育認證
一、前言
工程教育認證作為高等教育認證的重要組成部分，屬于專業認證，是由專業性認證機構（協會）組織工程技術專業領域的教育界學術專家和相關行業的技術專家，以該行業工程技術從業人員應具備的職業資格為要求，對工程技術領域的相關專業的工程教育質量進行評價、認可并提出改進意見的過程[1]。
我校的電氣工程及其自動化專業的綜合改革是以工程教育認證工作來引領的，旨在培養能夠從事與電氣工程有關的裝備制造、系統運行、自動控制、信息處理、試驗分析、電力電子等技術開發以及計算機應用等領域工作的寬口徑復合型工程技術與管理人才。通過模塊化課程體系有效地推進培養目標和畢業要求的實現。
《電力系統分析》是電力系統自動化模塊的主要專業課，占據整個模塊課總學分的1/3。該課程作為《電路基礎》、《電磁場》和《電機學》等先導課程的延續以及《電力系統繼電保護原理》、《發電廠電氣部分》、《電力系統調度》和《高電壓技術》等后續課程的基礎，發揮著“承前啟后”的作用，有著兼具理論性和工程性的特點。該課程的目標定位為：要求學生掌握電力系統的基本內容和基本概念；熟悉電力系統的基本運行方式和調節方法；熟練掌握電力系統的基本分析和計算方法；掌握電力系統各種故障及其分析方法；了解電力系統的穩定性分析，為培養高素質的電力工程技術人才奠定堅實的基礎。
在以培養目標為導向、以學生為中心的教育理念驅動下，本文從理論教學和實踐教學兩方面入手，討論《電力系統分析》課程基于工程教育認證標準的教學改革。
二、教學內容、方式和方法的探索
（一）教學內容的合理配置
《電力系統分析》主要包括電力系統的穩態分析和暫態分析兩部分。重點講述電力系統的三大常規計算，即潮流計算、短路計算和穩定性計算，這也是本門課程的重點難點所在。其中，穩態分析部分的電網等值電路、電壓降落和功率損耗是潮流計算的基礎，電力系統正常運行方式的調整與控制是潮流計算的應用。暫態分析部分的同步電機的數學模型是基礎，其電磁暫態過程主要針對故障分析時的短路計算，機電暫態過程主要針對穩定性計算[2]。
在教學過程中，三大計算自然要重點講述，但是其中的計算機算法部分可以適當壓縮學時，因為相應的課程實驗、課程設計和畢業設計部分會有針對三大計算的具體上機操作。而相應的基礎知識部分則需要仔細講解，尤其是部分同學《電路基礎》和《電機學》掌握的比較薄弱，基礎知識部分如果進度過快，會導致后邊的三大計算根本無法理解和掌握。
《電力系統分析》除了具有較強的理論性，還有一定的工程性。根據已就業同學的信息反饋，在教學過程中，應適當地引入個別工程實例以及目前的電力系統新技術專題，讓學生能將所學的理論知識和實際的工程聯系起來，激發學習的興趣和動力。
（二）教學方式的多元化
該門課程的理論性較強，教學方式仍以多媒體和板書結合的教師講解為主。然而課程中涉及到大量的計算，需要習題（作業、課堂討論和課堂測驗）來支撐。由于作業是在課下完成的，不可避免地出現部分同學互相抄襲的現象，導致不能通過作業來準確地反映出學生對知識的掌握情況。課堂討論和測驗的方式，一來可以方便教師準確地觀察學生的真實水平，二來通過學生到講臺上講解習題，提高學生課堂的參與度，便于學生自己找出彼此間的差距，活躍課堂氣氛，激發學習興趣。
除了上述傳統的課堂教學之外，還可以通過網絡課程的形式，將課程相關的電子資源分享給學生，并通過網絡論壇的形式，開展課程內容的相關討論。
（三）教學方法的靈活性
《電力系統分析》中有一些比較難以理解的章節，需要采用較為靈活的教學方法來授課。比如，同步電機突然三相短路分析這一節，涉及的內容較多，既有電機方程，又有短路電流計算，看起來十分復雜，尤其對一部分數學基礎不好的同學，看到這些復雜的公式會直接望而卻步。因此，教學過程中不應該側重具體的公式推導，而應該先從基本思路著手，和之前學過的較為基礎的電路知識進行類比講解。比如：把“短路前”和“短路后”看成電路中動態電路的“換路前”和“換路后”；短路電流的計算方法和“三要素”法相類比，即分別求出起始值、穩態值和直流、交流分量的衰減時間常數，帶入“三要素”法的表達式中，得出短路電流的計算公式。這樣，學生先從整體思路上有一個清晰的框架，然后，再針對每一部分進行具體的數學計算，就不會產生思路不清的困擾。
三、實踐教學的探索
如前所述，該門課程具有一定的工程性，需要相應的課程實驗、課程設計、畢業設計和實習等實踐教學環節，這樣才能使本專業的畢業生達到相應的培養目標和畢業要求。
（一）基于PSASP的課程實驗[3]
課程實驗設置的主要目標是通過實驗，培養學生的基本實驗技能，加深對電力系統的理解，學生利用仿真平臺完成電力系統參數的錄入、潮流計算、短路計算、功率特性和功率極限等實驗，初步掌握電力系統的基本分析方法，加強對電力系統分析知識的掌握能力。
上述目標通過讓學生使用PSASP（電力系統分析綜合程序）軟件，在本專業的電力系統仿真實驗室完成電力系統潮流計算仿真、電力系統的短路計算仿真、單機―無窮大系統穩態運行方式和電力系統功率特性和功率極限等實驗。學生通過上機實驗，能夠基本掌握電力系統的分析方法，甚至個別同學還在使用PSASP的同時，使用MATLAB軟件實現相關的潮流和短路計算[4]，并對兩種結果進行比較分析。
（二）課程設計和畢業設計
該門課程的課程設計是用單獨的一周時間來完成的，具體分配了3個設計題目，由學生自由分組和選題。主要是希望學生通過開展課程設計鍛煉解決實際工程問題的基本能力（查閱資料、工程問題的數學計算和分析、報告的撰寫及團隊合作）。
課程設計題目的選取來源于相關的科研項目，以潮流計算和短路計算為優秀的相關工程性問題。主要考察對手算潮流和短路計算基本方法以及計算機潮流和短路計算的掌握情況。具體分組為2人一組，組員過多，會導致個別組員實際承擔的工作過少；一人獨立完成，時間不夠充裕。因此，2人一組可以較好地分配工作和保證課程設計的順利完成。
課程設計的驗收工作以現場答辯的方式來完成，答辯成績占總成績的40%。指導老師會針對每組提交的設計報告，提出2～3個問題，同時要求現場演示計算機仿真過程，并根據具體情況，提出1～2個問題，如果超出3個問題回答不正確，則視為課程設計不通過。答辯過程中，選擇同一題目的小組之間可以互相提問和評價，該環節占答辯成績的20%。這樣有利于學生加深對設計題目的理解和認識，同時找出設計過程中的不足以及同他人之間的差距。
畢業設計安排在大四的下學期，除了《電力系統分析》，其他相關的專業課程學生都已經選修完畢，具有一定的綜合運用電力系統相關知識的能力。設計題目來源于科研項目中的小項目，以鍛煉學生開展項目研究的能力。
畢業設計比之課程設計，題目要復雜得多，是對整個大學期間所學相關專業知識的整體驗收。《電力系統分析》所學相關知識作為畢業設計題目的優秀內容，是對該課程教學效果的另一種驗收形式。相比考試而言，能更加有效地檢驗畢業生是否具備了培養目標和畢業要求中羅列的基本能力。
（三）實習環節
課程相關的認識實習和生產實習由于電力行業的特殊性，使得學生只能在變電站和發電廠進行參觀，而不能進行具體地操作。這個過程中就需要帶隊的教師能夠在參觀前和參觀過程中對所學知識的具體應用進行講解，以提高實習的效果。
通過學生對實習的反饋情況來看，大家對實習單位的興趣比較大，在具體參觀過程中，對電力設備和電力系統接線和運行方式的認識得到了加深，使原來僅停留在原理圖和結構圖上的電力系統形象化。同時，學生對畢業后所能從事的工作有了一定的了解，更能激發相關專業課程的學習興趣。
四、結語
通過以上教學內容、方式和方法的探索，使學生能更易于理解和掌握本門課程的理論知識，而實踐教學的具體開展，則通過課程實驗、課程設計、畢業設計和實習環節來確保學生將所學的理論知識用以分析和解決具體的工程性問題，更好地達到本課程的培養目標，從而自下而上地支撐本專業學生的畢業要求，使培養出的學生成為電氣工程相關領域的復合型工程技術與管理人才。
【摘要】通過電力系統分析理論課和仿真教學實踐經驗及教學研究心得，以某高校電氣工程及其自動化本科專業為例，分析中外經典教材的優缺點，探討新形勢下的教學方法，構建更加符合現代教學要求和學生需求的教學方法。
【關鍵詞】電力系統分析 教學方法 實踐經驗
電力系統分析課程是各高等院校電氣工程及其自動化專業的優秀專業課程，是該專業學生知識體系的重要組成部分，同時也是該專業學生畢業后工作或深造的必修課程。但是，對于電力系統分析課程而言，該課程涉及的知識面廣，對電路原理、電機學、電力電子技術等先修課程的要求較高，同時，近年來世界范圍內智能電網技術發展迅猛，各種新技術層出不窮，這些因素都給課程體系的優化設計提出了更高的要求。要求該課程在有限的課時內，基于多門先修課程的基礎知識，系統講授電力系統靜態分析方法，并結合新興技術提高學生學習興趣與專業技能。
1教材的選擇
1.1國外經典教材
現代電力系統分析與控制起源于國外，國外的電力系統研究者和教學工作者在幾十年的發展過程中積累了大量的寶貴經驗，也出版了多本經典教材，如Robert H. Miller等編著的《Power System Operation》、Turan Gonen編著的《Modern Power System Analysis》、Prabha Kundur編著的《Power System Stability and Con？鄄trol》等。這些教材對電力系統分析的理論講解透徹，深入淺出，且經過幾十年時間的檢驗，其教學價值得到廣泛的認可。
雖然國內外電力系統分析的基本原理是相同的，但是由于電力系統運行機制的不同，國外教材對培養我國電力系統人才具有一定的局限性。此外，由于電力系統分析課程主要針對本科二、三年級的學生，完全使用國外經典教材進行雙語或全英授課難度較大。
1.2國內經典教材
國內的高校雖然較國外高校而言在現代電力系統分析領域的教學起步較晚、差距較大，但是近年來在國家政策的大力扶持下，取得了快速的發展。同時，也形成了幾本優秀的教材，如東南大學陳衍編著的《電力系統穩態分析》、華中科技大學何仰贊等編著的《電力系統分析》、四川大學劉天琪等編著的《電力系統分析理論》等。這些教材從簡單知識入手，由淺入深，分析透徹，自成體系。
針對國內本科電力系統分析教學的現狀，可以選擇國內出版的講解清晰、全面的教材為主線，并以國外經典教材為輔助。
2.教學方法的改進
電力系統分析課程作為電氣工程及其自動化專業優秀課程，對電路原理、電機學等基礎先修課程的要求較高，且由于電力系統設備大多屬于高壓設備，對實驗室資金投入的要求較高，國內只有少數幾所高校具備開展電力系統動模實驗的條件。如果僅僅按照教材照本宣科，學生很難深入理解和掌握相關領域的知識。因此，在理論教學實踐中，穿插教材中所缺乏的仿真實驗，并結合生活實際經驗講解相關原理，可以更好地幫助學生掌握理論知識。
2.1計算機仿真輔助教學
MATPOWER是一款基于MATLAB的開源電力系統仿真軟件，具有操作簡單、運行結果可靠等優點，可以滿足一般電力系統計算和分析的需要，進行簡單講解后學生即可獨立操作，作為對理論教學的輔助。
例如，在電力系統電壓調整章節，根據如圖1所示的電壓調整原理圖，得到如式（1）所示的電壓調整關系式，進而得出電壓調整的四種措施：即改變發電機機端電壓、改變變壓器變比、改變負荷功率分布和改變網絡參數。
圖1 電壓調整原理圖
Vi=VGk1-■k2 （1）
但是，按部就班的理論推導難免枯燥和抽象，通過MATPOWER仿真軟件，可以簡單地通過修改相應系統參數，經過潮流計算后便可直觀地觀察節點電壓的變化情況，加深學生對知識的理解與記憶。
總的來說，MATPOWER是一款可以在Windows環境下方便使用的開源電力系統仿真軟件，可以方便地應用于課堂教學演示或課后仿真實驗。
2.2理論與實踐相結合教學
電力系統分析課程具有概念多、抽象和難以理解的特點，學生普遍反映所學知識與實際生活經驗較難結合，教學內容較為枯燥等問題。因此，在教學實踐中應努力將理論與實踐相結合，讓學生學得有興趣，學以致用。
例如，在講解“斷路器”這一常用電力設備時，如僅僅從其滅弧的原理和作用角度進行講解，往往得不到較好的教學效果。因此，作者在教學實踐中嘗試首先從電網電弧入手，講解電力系統中滅弧的重要性;然后，從生活中“斷電幾秒自動恢復”的現象，引入“自動重合閘”的介紹;最后，從電網操作安全的角度，講解“斷路器”和“隔離開關”之間的區別與聯系，以及電網檢修過程中兩者的操作順序。實踐表明，通過以上教學方法的應用，學生概念掌握清晰，且記憶深刻，取得了較好的教學效果。
此外，還可以用生動活潑的表達方式，激發學生學習的興趣。例如，電壓調整的方法大多是通過增加或減少無功功率的供給來達到調壓的目的，但是改變變壓器變比的方法是一個例外，因為其本身并不產生或消耗無功功率。如僅僅從改變變壓器變比進行調壓原理的角度進行講解，說明該調壓方式只適用于電網局部調壓的局限性，學生理解較為困難，記憶不深刻。因此，作者采用“我不生產無功，我只是無功的搬運工”這一描述，闡述改變變壓器變比的調壓原理，可有效激發學生興趣，加強記憶。
3.結束語
近年來，借助我國建設堅強智能電網的大背景，我國高校電力系統及其自動化專業的人才培養工作取得了快速發展。本文積極探索提高電力系統分析課程教學效果的教學方法，從教材的選擇和教學方法的改進兩個角度進行了較為詳盡的探討。作者所做的這些努力，在實踐中獲得了學生的普遍認可，同時也希望這些經驗與方法可以為兄弟院校相關專業的教學提供參考和借鑒。
作者簡介：
孫偉卿（1985-），男，博士，講師主要研究方向：電力系統分析。
【摘要】針對目前電力系統分析課程的教學現狀，將電氣工程虛擬仿真實驗應用到教學中來，通過電力系統仿真實驗和水電站仿真實驗，使學生將抽象的理論知識很好的與實踐結合起來，開放型實驗室和互聯網實驗平臺極大的提高了學生學習的積極性和學習效果。
【關鍵詞】電力系統分析 電氣工程虛擬仿真實驗 運維合一
【基金項目】科研人才啟動基金（KJ2013B025）。
電力系統分析課程是電力系統自動化專業的重要專業課程，涉及一系列電力系統的優秀技術：潮流計算、調頻調壓、經濟運行、同步發電機電磁暫態過程、短路計算及機電暫態穩定性分析等。學好電力系統分析對于電力系統專業的學生來講至關重要。
1.電力系統分析課程教學現狀
電力系統分析課程雖然重要，但從每年的教學效果來看并不是很理想。由于前修課程電機學沒學好，以及電力系統分析課程知識點較多，理解起來有難度，部分同學沒有養成良好的學習習慣，課下沒有及時鞏固復習，課堂內容掌握不好時容易產生畏難情緒。此外，即使部分同學理論知識掌握較好，但感覺較抽象，對某些知識持懷疑態度，如：調頻時，增大氣門開度，實際生產中發電機轉速的變化，輸出功率的變化，頻率的變化等是否如課本上所寫;調壓時，負荷的波動對系統中各節點電壓的影響究竟如何，那些調壓措施能不能真正起到調壓的效果。學生無法看到相關的現象，所以很難產生濃厚的學習興趣和熱情，即使當時掌握了，遺忘也會比較快，印象不深刻。為了解決以上問題必須借助與相關實驗課程，讓學生在實驗操作中將理論和實際很好的聯系起來，既能及時鞏固相關知識，又能提前接受實際生產操作培訓，為以后踏上工作崗位打下堅實的基礎。
2.電氣工程虛擬仿真實驗的主要功能
2.1.電力系統仿真實驗
電氣工程虛擬仿真實驗包括電力系統仿真實驗和水電站仿真實驗，電力系統仿真實驗主要針對電力系統的相關設計，包括電網的主接線設計、設備選型及校驗、故障計算、保護配置等;潮流、短路、穩定性等分析計算;運行過程、控制方法及原理的學習研究。提供了相關軟件平臺，實驗室的軟件平臺包含兩大類，一類是機電暫態過程仿真軟件，一類是電磁暫態過程仿真軟件，除了PSASP軟件外，還有PSCAD、PSS/E、BPA、ATP/EMTP及EMTP-RV、CDEGS等軟件，可以供學生進行課程實驗、綜合設計、畢業設計以及相關科學研究。開發了系列的課程實驗、綜合設計及研究項目，對于提高學生課程的學習效果、綜合運用所學專業知識進行發電廠、變電站以及電網的設計、分析計算以及運行與控制的能力起到了很好的輔助作用。
2.2水電站虛擬仿真
水電站虛擬仿真實驗教學平臺以龍灘水電站為原型，提供了與現場效果一致的大型水電站仿真培訓系統的實踐教學環境，在水電站監控系統中涵蓋了水電站的所有主要機電設備，包括：水電站水輪機、發電機、發動機出口短路器、主變、500kVGIS系統、廠用電系統、調速系統、勵磁系統、監控系統、繼電保護系統、安全自動裝置系統、氣系統、排水系統、機組及變壓器技術供水系統、油系統、消防系統、閘門系統、流量水位曲線、（含黑啟動系統）、AGC/AVC等系統及廠房場景、設備系統運行、維護、檢修、拆裝過程的多維立體展現。并研發了豐富的實驗教學內容和典型教學案例，學生可以親自動手操作實驗，可進行水電站正常工況運行操作過程培訓;異常工況運行操作過程培訓;緊急事故工況處理操作培訓;計算機監控系統培訓;綜合反事故培訓;生產過程運行知識與專業理論培訓。解決了傳統課堂學習中學生“只能動口，不能動手”的難題，通過“操作、觀察、分析、記錄、總結”，激發了學生的學習興趣和主動參與的學習熱情，提高了理論和實踐教學效果。
3.電氣工程虛擬仿真實驗的主要特點
3.1虛實結合，互為補充
“虛”是指采用虛擬的仿真實驗平臺為學生提供親自動手操作實驗或培訓的機會，由于電力生產的特殊性，考慮到生產的安全性和學生自身的安全性，實驗操作不可能在實際系統中進行，必須借助于軟件平臺。“實”則是通過校外企業作為實習基地提供學生參觀實習的機會，建立學生對現場的感性認識，我校與三峽電廠、葛洲壩電廠、清江隔河巖電廠、清江高壩洲電廠等簽訂了協議，作為本專業學生的校外實習基地，學生先到校外實習基地參觀實習，建立電力系統運行的感性認識，然后進入“虛擬仿真實驗室”進行電力系統運行仿真培訓綜合實驗。虛實結合的教學模式可以有效提高學生對電力系統運行特點及控制過程等知識的掌握。
3.2運維合一，多媒體一體化教學
多維多媒體仿真能極大增強仿真臨場感和沉浸感。借助多維多媒體手段，創造一個虛擬現實培訓環境，讓學生在虛擬場景中上完成對調速、調壓、AGC＼AVC等相關電力系統方面的操作。可對設備進行拆卸和裝配，讓學生看到平時不易見到的設備構造、工藝及內部運行情況，做到對設備的組成、結構、拆卸順序及操作過程等了然于胸。還可實現事故場景真實再現，便于學生對暫態過程進行分析，可大大提高學生學習的積極性和學習效率。
3.3開放性實驗平臺
建有電氣工程虛擬仿真實驗教學示范中心平臺網站，學生不僅可以實驗課上運用實驗室的仿真軟件進行相關內容的操作學習，課后未完成的內容，或者學生所設想的創新性問題還可以通過互聯網訪問仿真軟件平臺，還可在線討論，或者給老師留言。安排有值班老師對課余時間在實驗室的學生進行指導答疑。
4.結束語
為了提高電力系統分析課程的教學效果，學院專門成立了課程組，一方面加強理論教學網站的建設，整理出相關課件、教案、習題等資料共學生下載學習，另一方面加強電力系統分析課程實踐教學平臺的建設，對學生在虛擬仿真平臺的應用過程中所碰到的及時給予指導，此外課程組通過教研教改項目研究，改進教學方法、教學手段等來提高教學效果。
作者簡介：
魯明芳（1982年3月-），湖北省宜昌市人，講師。
摘 要：由于電力系統本身的復雜性和龐大性，對電力系統的實時分析變得越來越重要。而并行處理技術具有實時高效的特性。因此，并行處理成為電力系統分析中極其重要的部分。該文通過將并行處理技術和電力系統分析結合起來，可以得到更加專業化、性價比更高的并行計算系統。
關鍵詞：并行處理 電力系統分析 并行計算系統
電力系統有很多復雜的分析計算，包括潮流計算、電力系統暫態穩定分析、電磁暫態實時仿真、電力系統能量管理、電力系統規劃等。隨著電力系統的越來越龐大和復雜，電力系統分析也變得越來越復雜，計算越來越繁雜。為了提高電力系統分析計算的速度，多年來人們從算法上進行了深入的研究。但是串行計算技術仍然不能有效地解決單個處理器的運算速度問題。隨著并行計算技術的發展，新的理論、新的硬件和新的算法設計技術為電力系統分析帶來了新的發展契機。
1 并行處理技術
電子計算機從20世紀40年代問世以來，基本上是按照馮?諾依曼的計算機系統結構設計的，這是一種串行處理計算機。然而隨著計算機應用的逐步擴大，傳統串行計算機系統已經不能適應新環境下的計算性能需求。因此，并行處理技術也應運而生。微電子、超大規模集成電路、高性能處理機、封裝技術的發展為并行處理技術打下了基礎。
1.1 并行處理技術概述
并行一般指在同一時刻或者同一時間間隔內完成兩種或兩種以上的操作，操作性質可以相同也可以不同。并行一般要求在時間上相互重疊。并行處理技術一般有三種形式：時間并行、空間并行、時間并行+空間并行。
（1）時間并行指時間重疊，時間并行的具體實現就是目前計算機上應用廣泛的流水線技術。同一套硬件對不同的計算任務連續不斷地執行，而不需要等待一個任務的全部完成再執行下一條指令。（2）空間并行指資源的重復，主要實現方法是使用多處理機系統，采用空間優勢實現并行處理。（3）時間并行+空間并行綜合使用上述兩種方法，以得到更快的處理速度。
1.2 并行處理技術的要點
并行處理技術是各種軟件、硬件、操作系統相結合的技術。主要研究熱點為：并行系統、并行算法、并行操作系統等。
并行系統主要研究并行處理技術的硬件方面，研究如何將眾多的處理機（網絡中的或本地的）和存儲系統、輸入輸出系統組成一個完整的并行處理系統。包括硬件的連接、拓撲方式、同步通信機制、軟硬件配置等。
并行操作系統主要用于并行系統間的通信和同步，支持并行計算，實現進程間的通信，并且要均衡分配計算任務，以使系統達到計算能力最大化。并行操作系統主要有多處理機并行操作系統、多計算機并行操作系統。
并行算法是并行處理技術中的一個研究熱點。理論上，傳統的串行算法無法在并行系統下直接運行，需要對其進行并行化處理才能運行。基本上需要從新設計并行的算法。并行算法主要研究如何將計算任務分解成能在并行系統上執行的任務，實現并行處理。并行算法優劣的評價通常采用以下指標：并行加速比、可擴展性、效率、成本、復雜性。
2 并行處理在電力系統分析中的應用
電力系統的并行處理主要是為了提高電力系統分析計算能力，增強實時計算性能。因為電力系統是一個快速變化的非線性系統。不同的電力系統計算任務具有不同的并行性和數據相關性，針對電力系統中不同的計算需求，通過認真研究和精確的算法設計，才能獲得最好的并行計算結果。
2.1 并行處理在潮流計算中的應用
潮流計算即在給定電力系統網絡拓撲結構、元件參數、發電量、負荷參量的條件下，計算出有功功率、無功功率和電壓在電網中的分布等數據。潮流計算描述了電力系統的穩態情況，是電力系統計算中的重要部分。
傳統的串行解法綜合運用了稀疏矩陣、三角分解前代和回代、節點編號優化、快速分解法等相關技術和技巧。在潮流計算中串行算法已經發展得比較成熟。目前，針對并行化潮流計算，研究重點主要集中在并行化三角分解前代和回代等方面。通過對矩陣分塊法的的并行求解來實現并行性。通過降低最大因子路徑的長度來減少順序執行的步數，采用能夠應用于向量機的向量化算法。通過超立方體結構找到穩態大矩陣的特征值以及特征向量。通過實踐得到的一些結論表明，快速分解牛頓法的并行化算法可以獲得接近10的加速比。
通過對現有的一些并行算法的研究，可以得出結論。新的并行算法都試圖使相互依賴的前代和回代步數最小。但是在這些并行性算法中有著較大的限制。有些雖然可以將加速比提高到10左右，但是付出了較高的性能代價。由于迭代過程中前后依賴性大的困難一時難以克服，并行化潮流計算的瓶頸難以突破，有時強制的并行化算法反而比串行算法性能更差。
2.2 并行處理在電力系統暫態穩定中的應用
暫態穩定問題可以描述為求解一組非線性微分方程和代數方程。通過并行處理技術能極大地提高計算速度。
暫態穩定問題的并行化有兩種方法。（1）將系統的變量分組，進行空間并行化。（2）通過幾個時間段同時求解，稱為時間并行化。最直接的并行化方法是按照發電機將微分方程進行分組，形成多個方程組，通過代數方程來實現各個微分方程組之間的耦合。時間并行是通過建立每個時間段的牛頓方程，同時求解來實現并行計算。
2.3 并行處理在能量管理中的應用
電力系統的能量管理包括SCADA、AGC/EDC、電力系統靜態安全分析、電力系統動態安全分析等。自從計算機硬件性能的大幅提升和工作站性價比的提高，能量管理系統已經得到了空前的發展。從集中的、孤立的系統發展為分布式、網絡化、開放的系統。整個系統由多臺計算機組成，通過網絡互相連接。系統的功能分布在不同的計算機上，可擴展性得到了很大提高。在分布式系統上，通過并行處理技術實現整個能量管理系統的協同工作，極大地提高了工作效率，為并行化計算提供基本的硬件優勢，適應電力系統的計算特點。因此，得到了很好的發展。
3 結語
電力系統的規劃和建設要考慮整個國家經濟發展和城市建設，考慮資源的合理配置和開發利用。對這些設備之間的配合、方案設計需要進行大量的比較和計算。電力系統的實時計算要求也對系統提出了更高的要求，因此并行處理技術作為一種良好的提高計算速度的技術在電力系統中得到了應用。
摘要：針對傳統實驗方法中實驗課程基本是驗證性實驗，學生做實驗時是被動完成實驗內容，不利于學生綜合能力培養的情況，以培養學生創新實踐能力為指導思想，構建了電力系統分析實驗教學新體系，并詳細闡述了加強實驗教學改革的方法及其實施方案。實踐證明，這些做法在提高學生創新實踐能力和綜合能力的同時，也提升了實驗教學的效果。
關鍵詞：實驗教學；電力系統分析；創新實踐能力
實驗教學是理工科本科教育教學的重要實踐環節之一，它在培養學生的動手實踐能力和創新能力方面起著重要作用。通過實踐，促使學生綜合應用專業知識，優化學生的知識智能結構，為培養優秀的、適應市場需求的工程應用型人才創造了條件。電力系統是一個大型的動態系統，不可能在實際系統中做各種實驗，例如：短路故障實驗、電力系統穩定性實驗、頻率調整和電壓調整實驗等。電力系統現場實習過程中，學生很難進行實際操作，實踐環節被弱化，電力系統實驗課已成為本科生最接近現場的實踐環節之一。
在多年的實驗教學實踐中，通過與學生的不斷溝通與交流，在充分了解學生學習動態與需求基礎上，分析了傳統實驗教學中存在的問題，不斷探索加強實驗教學改革的方法及其實施方案。
一、傳統實驗教學中存在的問題
傳統實驗教學方式是“保姆”式，實驗過程中學生處于被動地位。一般實驗課皆由實驗指導教師先介紹實驗目的、實驗原理、實驗步驟，然后才由學生動手操作實驗。其實驗內容經常為驗證性實驗。雖然通過實驗學生驗證了理論的正確性、能夠思考相關領域的知識及學會了儀器設備的使用，但是無法從實驗課程內容、實驗方法等方面擴展到理論課程以外所涉及的知識。經過多年教學實踐發現，學生對自己所學課程、實驗內容認識不全，常常處于目的性不強的學習狀態，也缺乏主觀能動性。這種實驗教學模式不能充分調動學生的主動性，沒能有效地培養學生自主學習的能力、分析與研究問題的能力、創新意識與創新能力，在某種程度上也造成了教育資源的浪費。通過用人單位反饋的意見發現，畢業學生動手能力弱，缺乏解決實際問題的能力，反映出高校教育普遍存在教學方法呆板，缺乏啟發式、研究式的學習氛圍，重理論、輕實踐，重計算推理、輕實驗論證的現象，這些都不利于激發學生思考新問題、培養創新欲望，不利于培養學生發現問題和解決問題的能力，更談不上創新意識和創新能力的培養。
針對這種現象，在現有實驗條件下需要對實驗項目的設置、實踐內容和方法等方面進行改革，建立從單機特性實驗到單機聯網實驗，再由單機聯網實驗到多機組網綜合自動化實驗的模式，循序漸進，從局部到整體，最終打破課程的界限，使學生對所學課程、專業有一個整體的認知，讓學生學以致用，從而激發學生的學習熱情。
二、加強實驗教學改革與實踐
1.實驗教學新體系的建立
實驗課程應分為基本實驗、綜合型實驗、設計型實驗、創新型實驗，形成從低到高、從基礎到前沿、從傳授知識到培養綜合能力，逐級提高的實驗教學新體系。按照“單機特性實驗單機聯網實驗多機組網綜合自動化實驗”的模式，循序漸進合理設置和開發了“電力系統分析”課程常規實驗和綜合型、設計型實驗內容，逐步增加了綜合型實驗和設計型實驗的比例及難度，開展了創新型實驗，激發了學生的學習熱情，學生由原來的被動實驗變成了主動參與，實驗室成為他們實踐鍛煉的場所。
2.開展實驗教學研究，提升實驗室綜合實力
實驗教學研究是提高實驗室整體水平的重要途徑。實驗教學研究應把握課程的發展趨勢及改革方向，注重實驗課程設置的高起點，注重課堂教學與實驗教學的關系、各門實驗課程的相互關系，在提升實驗教師業務水平的同時，積極吸收學生參與實驗室建設和設備開發，為學生創造更多的實戰機會，激發學生的求知欲，培養學生的科研素質。實驗室實驗開發與改革實踐就是為了更好地服務于學生，充分利用、開發實驗設備，最大限度地提高實驗資源利用率而設置的。實驗室不僅為電力系統綜合自動化實驗及專業技能實訓搭建了良好的實踐平臺，還為本科生創新實訓項目、課程設計、畢業設計等多個實踐教學環節創造了條件。
3.物理模擬和數字仿真相輔相成
通過實驗項目開發，電力系統實驗室既能夠完成單臺機組并網實驗物理模擬，還可以完成所有機組組網構建模擬實際電力網絡，實現電力系統綜合自動化的遙測、遙信、遙控、遙調功能。電力系統實驗室是實際電力系統的一個縮影，通過它可以對電力系統調度運行、電力系統自動化、電力系統繼電保護進行實踐性的實驗，實驗過程接近于實際的工作環境，有利于學生更深入地理解實驗內容和所學知識在實際電力系統中的應用，幫助學生理論聯系實際，盡快適應未來的工作環境，勝任工作崗位。
另外，采用電力系統數字仿真可以逼真模擬實際電力系統的動態過程，實現常規實驗的物理模擬到電力系統數字化、可視化和自動化模擬的轉化。電力系統數字仿真能夠顯示電力系統的整個動態過程，使學生更好地把握電力系統的全局和動態運行過程。在學生實踐中，充分結合當前新疆電力系統發展狀況，實地調研，收集實際電網數據資料，學生將所學的理論和數字仿真知識應用到實際電網中，完成了實際電網的調度運行、故障和穩定性計算與分析，真正達到了面向工程、面向實際的目標。
4.實現多門課程實驗的交叉與綜合
電力系統實驗室的實驗內容除了覆蓋“電力系統分析”課程實驗外，還涵蓋了“電力系統自動化”、“電力系統繼電保護”、“電力工程”多門課程的實驗，通過實驗開發與改革實踐，打破了單個課程實踐教學界限，實現了多門課程實驗的交叉與綜合。各門課程按照“常規、綜合、設計、創新”多層次設置實驗方案，合理分配利用實驗資源，綜合設計各門課程的實踐教學，使專業實驗教學具有連貫性和整體性，將更有利于學生掌握各課程間的聯系，將所學知識融會貫通，加深理解和提高。學生在整個實驗過程中，會涉及到眾多專業理論知識，擁有充分的自主設計空間，很好地鍛煉、提高了學生綜合運用理論知識的能力。
5.突出以學生為主，獨立完成實驗
實驗教學的實施要讓學生“唱主角”，對于綜合型、設計型實驗，積極尋求更加合理的方式，以最大限度發揮學生的潛能，讓學生體驗到積極參與的快感并由此產生更加濃厚的學習興趣，由“要我學”轉變為“我要學”。在實施綜合實驗的過程中，堅持以“學生獨立操作為主，教師指導為輔”的原則，學生在做實驗時是帶著自己感興趣的問題去操作、去學習，主動把理論與實際聯系起來。實驗方案由自己制定、執行和修正，實驗結論由自己進行分析評定，最后獨立完成綜合實驗報告。其中的關鍵問題是把握教師指導的“度”，因地制宜激發學生的思考、展開討論，以取長補短，密切協作、相互學習，從而培養學生獨立思考、分工協作、組織協調的能力及團隊精神。
6.開放式實驗教學
開放式實驗的開展，有利于學生實踐能力和創新能力的提高，也有利于實驗教學層次的提高。開放式實驗不僅從教學時間和空間上開放，還從教學內容與教學方式上開放，能夠充分調動學生的積極性和主動性，鼓勵學生根據自己的設想設計實驗內容，驗證自己的設想，或在教師的指導下，參與設計新實驗。由于受到實驗場所與實驗指導教師數量的限制，可以采用先對感興趣、積極參與的部分學生進行開放式實驗的嘗試，然后再總結實驗效果并予以推廣，逐步實現實驗室全面開放的目的。
在開放實驗室中，實驗以分組的方式進行。各實驗小組根據具體情況安排各自的實驗時間，這樣就使各小組都有充裕的時間進行實驗前的準備、實驗方案的討論和完成實驗。實驗失敗的同學可以預約時間重做實驗，有濃厚興趣的同學可以安排時間嘗試創新。既充分發揮了學生的主觀能動性使其能夠更好地完成實驗，又能充分利用設備，從而保證了實驗教學的高質量和良好效果。
三、總結
通過電力系統分析實驗室實驗開發與改革實踐項目的建設，為本科生搭建了良好的實驗教學平臺，并借助實驗項目的開放性，實驗方法、手段的多樣性，強化學生實踐動手能力和創造性思維的培養，大大增強了學生的工程意識，縮短了理論學習與電力工業現場的差距，提升了學生適應崗位需求的能力。幾年來，在培養學生工程實踐能力，創建實驗教學新體系方面做了許多工作，對實驗課程進行了改革，使學生從以往的“走過場”到現在的“真投入”，從被動實驗變成了主動參與，大大提高了學生學習的積極性，受到了學生的好評。在實驗室建設和綜合實驗開發過程中，不僅參與的學生得到了鍛煉，教師的教研水平也得到了進一步提升，大家發揮各自優勢，相互學習，取長補短，拓寬了知識面，豐富了教師的授課內容，更好地體現了各個專業課程間的整體性和連貫性。
摘 要：文章對我國現代化艦船使用的綜合電力系統技術作了詳細的研究，并對該系統中直流區域配電系統在隔離故障和優化艦船設計方面的優勢作了闡述，較為詳細的分析了直流網狀網絡在艦船容量設置以及故障重構方面的突出優點，并且立足于該直流區域的配電網狀系統，對該系統的網絡配電中的繼電保護的主要研究內容作了深入的研究
關鍵詞：綜合電力系統；直流區域；繼電保護
引言
綜合電力系統包含了艦船的日常用電、艦體推進用電、高端武器設備發射用電和大功率探測設備用電等，作為一種綜合電力技術不僅可以對當前現代化艦船的整體設計實施簡化，而且對簡化艦船的動力系統提高了可能，為我國穩定，可靠的使用高端的艦載武器設備提供了強大的保障。現在國內很多科研單位對艦船的綜合電力系統做了深入的研究，雖然在技術上取得了一定的進步，但是艦船綜合電力系統的關鍵技術并沒有取得突破性的進展[1]。文章重點分析了與傳統結構相比，直流區域配電系統的直流網狀結構存在的明顯優勢，站在電力系統繼電保護的層面對該系統中直流配電系統做了進一步的研究分析，希望對我國現代化艦船綜合電力系統的建設和發展起到一些借鑒性的意義。
1 直流網狀網絡的介紹
國內大型水面艦船自建造以來所使用的供電系統就是采用兩個電站同時進行供電的模式，這種供電模式被稱為干饋式混合配電系統，這種模式的特點在于這兩個供電站是完全隔開的，它們兩個分別有自己的發電機組，雖然設備存于不同的艦體結構中，但是對艦船的符合設備卻是同步供電[2]。但是從長遠的角度來看，水面艦船會不斷的向超大容量方向發展，基于此種發展趨勢，綜合電力系統的雙電站模式很有可能被突破和改善，有可靠資料現實演變和發展的模式會是網狀網絡形式和多個供電站同時使用，但是為了確保艦船的密封性和節約空間，兩種不同的供電系統會通過一條母線向艦船所有的符合設備提供電能，并且根據艦船的實際需要給至關重要的符合設備輸送電力。
直流網狀網絡的工作原理是將艦船電力系統中的電流整合為1000V的直流，通過艦船兩側的左母線和右母線將電流傳輸出去，而且在艦船的每一臺發電機組中都有與左右母線連接的端口，最終形成一個閉合的網絡電流回路。這種配電系統不僅可以完成對所有發電機組的集中控制和管理，還可以對發電系統中發電機組的備用容量進行合理的配置，從另一個方面提高了發電機的使用效率。
2 直流區域的配電系統的優勢
從目前的現狀來看主流艦船上使用的電力系統都是通過艦船上集中式配電系統的中心設備通過電纜進行輸送，這樣的結果大大的影響了艦體的密封性，使艦體出現了上千個電纜的穿孔，一方面為電力系統建設人員帶來了大量繁瑣的工作，而且還在一定程度上減低了艦船的耐壓性。如果現代艦船采用直流區域配電系統就可以有效的避免此類問題的發生，這種方法操作簡單，只需要將輸送電力的母線穿過艦體的耐壓隔壁，不僅節省了大量的電纜，也減輕了艦體的總體重量，是艦體在空間設計方面得到了很多好處[3]。
SSCM和SSIM有多重功能，并且它們能夠對通過半導體設備的電流執行電力轉換、監測和限制，所以可以在設備出現緊急故障時對供電系統實施保護，所以如果艦船使用的是直流區域配電系統，在故障發生時就可以將發生故障的部位隔離在一個小范圍的電力區域中，而且因為這種電力系統中的電流都是直流電，在對設備故障檢測的時候也更加方便和簡單，原先監測直流故障和初始化自動母線的轉換器所需要的時間延遲不存在了，進一步提升了電源的使用性能，也提升了艦體的整體性能，而且隨著供電系統功率全面自動化程度的提高，極大的簡化了艦船的戰斗系統設計。
直流區域配電系統的第二個顯著優勢就是對于不同的泵體和排風機來說可以進行不同的速度控制，保證其始終保持在較高的運行效率之下，另外在艦船大型電動機被啟動的時候，其輸電系統中的電流會受到一定的限制，這種情況可以使艦船母線中的電壓始終處在穩定的狀態之下，而且在特定的場合下也可以實現電力的轉換，直流區域配電系統與傳統的供電系統相比有很多明顯的優勢，例如：在艦船不同的戰斗系統當中，很多武器設備要用到400Hz的直流電壓，因此如果現代艦船的配電系統是交流電則還要經過一步轉化，再用一個逆變器將交流電轉換成400Hz方可實現戰斗系統的運行和使用，但是如果直接采用是直流區域配電系統，那么僅僅需要將電壓調到合適的水平就可以了，然后在將電流整合成需要的直流即可。將兩者進行對比之后可以看出在該系統與交流配電系統相比減少了很多的輸電設備，例如：擔任變壓作用的傳輸變壓器，還有交流配電系統中的很多開關，這些設備的減少可以降低艦船本身的質量，而且也節省了出了很多空間，使艦船有了更多的空間安裝更多的艦載武器，進而增減現代化艦船的作戰能力。
第三，直流配電系統具備的另一大優勢是發電機組的發電頻率，這種高頻率的發電機組可以和整流器實現最大尺寸的優化組合，而且根據直流區域的配電系統能夠將原動機設計為始終處在最有效率的運行狀態之下，從節省油料方面來說不僅做到了最小的能源使用，也減少了艦船配伍的排放量。
3 基于直流區域配電系統的直流網狀網絡的繼電保護
適應直流網狀網絡中短路電流的計算標準，當前我國陸地電網的自動保護技術相對艦船配電系統的保護技術來說比較成熟，而且在系統級別的保護方法上也有了一定的研究，例如：陸地電網中的快速距離保護、反應暫態分量的行波保護以及光纖差動保護等，但是因為艦船的綜合電力系統是建立在有限的空間之內，并且是一種獨立的電網單元，因此其穩定性會受到艦船符合設備的影響，加之系統結構形式復雜等多種不利因素，提高了信號提取的困難程度。根據研究發現以往對艦船電力系統分析的原理、方法以及一些應用技術的成果，在當前的直流網狀網絡配電系統中不能直接使用，必須對艦船綜合電力系統中常見故障的特征進行研究，而且還要對現在艦船綜合電力系統采用的保護手段進行適當的改進，這樣才能切實滿足綜合電力的保護需求。
4 結束語
綜合電力系統能夠包括電力推進在內的全船電能進行統一的調配，具有很好的經濟性、并且配置靈活多變、目標的聲音強度很低、功率的密度較高等很多優點，是世界各國艦船技術發展的主流方向。直流區域配電系統有很強的生命力，而且有利于總體優化和模塊化建造等優勢，是綜合電力系統的最好選擇。
[摘 要]項目教學法以學生為主體，突出能力目標，使學生畢業后能更快與工作崗位對接。對電力系統分析課程如何高效而具體生動地實施項目教學，以提高學生的綜合能力，進行了初步的探索。
[關鍵詞]高職 電力系統分析 項目教學法 應用能力
隨著技術及經濟的迅猛發展，市場對技術應用型高技能人才要求的日益增加，我國職業教育迎來了蓬勃的發展及革命。作為一種對能力培養行之有效的方法，高職高專課程項目化教學改造得到了廣泛的推崇及應用。
一、高職強電專業電力系統分析課程與項目教學法
（一）高職強電專業電力系統分析課程教學目標
眾所周知，“以就業為導向，以服務為宗旨”的職業教育培養目標，其培養的學生應當具有良好的職業道德和職業素質，具有熟練的職業技能，走上職業崗位之后具備持續發展的能力，還應當具有扎實的、系統的專業應用知識；也即職業教育培養的是面向市場的高技能的職業人。[1]
電力系統分析課程在發電廠及電力系統、電力系統自動化等強電專業中，既承擔著后續專業課程的潮流計算及短路計算分析能力訓練，也承擔著培養學生具備如何確保電力系統的安全可靠運行、電能質量的控制及經濟運行調度方面的崗位職業能力，故本課程的目標是培養學生掌握潮流計算及增強短路計算分析能力，掌握電力系統的安全可靠運行，電能質量的控制及經濟運行調度等技術、知識，提高完成相關的電力崗位工作的綜合技能。
（二）項目教學法的內涵
“項目教學法”是指學生在教師指導下，通過實施一個完整的項目而進行的教學活動。它以項目為載體，以實訓為手段，采用知識、理論、實踐一體化教學；在教師的指導下，學生親自處理項目任務全過程；在這一過程中，學生主動探索掌握應用知識及技術，學生獨立組織安排學習行為，解決項目中遇到的困難，學生在這個過程中鍛煉各種能力，從而使學生的學習興趣和積極性大大提高。[2]
（三）項目教學與傳統教學的比較
傳統的電力系統分析課程教學方式是通過講授法讓學生掌握知識和理論分析方法，課堂以教師為中心，理論教學為重點，注重的是考試成績，培養出來的學生只是面向考場的讀書人，而不是面向市場的高技能的職業人。與傳統教學相比，項目教學法以技術應用型的高技能人才為培養目標，以職業活動為導向，以素質為基礎，突出能力目標，以學生為主體，以項目為載體，以實訓為手段，實現知識、理論、實踐一體化教學。
項目教學法將傳統的學科體系知識內容轉化為若干個“教學項目”，圍繞著項目，組織和開展教學；學生直接全程參與、體驗、感悟、論證、探究。學生在項目實踐過程中，理解和把握課程要求的知識和技能，體驗創新的艱辛與樂趣，培養分析問題和解決問題的思想和方法，學生畢業后能更快、更好地對接工作崗位。[3]
二、項目教學法在高職電力系統分析課程教學中的實施案例
筆者實施項目教學內容為《電力系統分析》中的“無功平衡與電壓調整”，實施項目教學班級為發電廠及電力系統專業各班。本項目的主要任務如下：將某地電力系統電壓控制在合理范圍。
（一）項目設計
設計項目時，要求教師要因材施教。教師應根據學生已完成的電路與磁路，電機學課程和發電廠變電站電氣設備部分內容及學生能力來確定項目。電力系統分析教學不像在發電廠變電站電氣設備、電力系統繼電保護等專業課教學有著顯著的操作性，教師可以要求學生完成諸如某一設備的裝配、測試等看得見、摸得著的具體任務。電力系統分析教學可根據后續專業課程需求來設計確定項目，如為電氣設備選型提供短路校驗數據依據，為繼電保護裝置的選型及整定提供短路數據依據等，也可根據電力專業崗位進行引申。根據學生專業和本課程教學目標，筆者將電力系統分析中的“無功平衡與電壓調整”派生出以職業為導向的項目――即將本地區電力系統電壓調整控制到合格的范圍。此項目對強電專業具有可操作性，它能夠將學生的專業與未來職業方向相結合，激發學生學習動機和提高學習積極性。
（二）項目實施
1.項目分組
電力系統分析的項目分組主要依據是學生的專業學習能力、計算機應用操作水平，但同時也要考慮學生的組織能力、團隊協作精神等。因此，教師在分組時應考慮學生的學習成績、認知特征、認知能力等，采用異質分組，使小組成員在各方面具有一定的差異性和互補性。根據學生的學習成績和計算機應用操作能力等，筆者將發電廠及電力系統各班（每班約42位同學）分為6～8個小組。
2.項目任務細化
為了培養學生解決問題的思路，保證學習的方向和目標，以便能較好地完成項目，教師可將總項目進行細化。實施過程中，筆者“將本地區電力系統電壓調整控制到合格的范圍”的總項目具體任務細化為：
3.自主探索與項目完成
項目完成過程中，各組同學通過網絡、圖書館、校本教材（或教師編寫的講義）、教學參考書來做項目準備，學習的主動性和積極性無疑得到了增強；各組同學討論中展示了思維的多樣性。各位同學對電壓中樞點的選擇、電壓調整方式、調壓措施以及如何在PW電網仿真軟件中實施電壓調整等問題都提出了自己的獨特見解和認識。由于高職多數學生電力專業基礎知識薄弱，對電力系統運行的認識膚淺或幾乎為零，教師可將自己平時積累的相關材料提供給學生，如學校所在地區電網接線圖及電網簡介，電力現場實施電壓調整的九區圖及某時間段的電壓控制要求等，使學生在準備的過程中對未來所從事的電力職業也有著更深刻的認識。
4.成果匯報
成果匯報是學生對知識掌握和應用能力提高的重要階段，同時也是學生成就感體現的重要環節。學生完成項目后，應對其學習情況做出反饋和評價[4]，展示評價包括：
（1）自評、互評：學生們互相交流學習，取長補短，并推薦電壓水平控制質量較高的PW模型。
（2）展示PW模型調壓方案：由學生推薦，教師結合實際情況選出三個左右具有代表性的PW模型調壓方案。
（3）教師總結：教師指出PW模型調壓方案中值得大家學習和借鑒的地方，同時指出學生在電壓調整過程中出現的問題，總結成功的經驗和失敗的原因。鼓勵學生們采用多種方式及程序嘗試電壓的調整，如某點電壓偏低，是調主變壓器分接頭還是投入電容器組進行無功補償等。對沒完成調壓或調壓不合格的小組讓他們回去繼續完成。
（三）教學評價
教學評價應對完成項目的全過程，包括知識與技能、情感態度與價值觀進行全面的評價，應重在過程而非結果。筆者具體做法是：以小組為單位，每小組隨機抽一名成員代表全組答辯，該成員的答辯成績就是該組的成績，這樣，既考出學生的專業技能操作水平，同時也考出學生的學習交流水平，培養了同學們大局觀、合作精神及集體榮譽感，培養了小組長的領導組織能力。另外，常常有一些組的結果和老師的不同，但只要學生分析原因，分析思路與方法是合理的都應該肯定，并予以引導、表揚和鼓勵。
學生成績評定后，教師應做點評總結。點評總結是“項目教學法”的重要環節，教師在點評中要指出問題的所在及解決的方法，使學生的知識學習能力和應用操作能力得到提高。
三、結束語
項目化教學與傳統教學相比，它對教師提出了更高的要求，要求教師既具有扎實的理論知識，又具有豐富的企業現場生產管理經驗。現代電力系統是一個很龐大的時空概念，為了能形象而具體的認識觸電力系統，高效完成職業素養、職業綜合能力的培養，通過工學結合，近幾年來我校在電力系統分析課程教學中，以取材于真實的本地區電力系統地理接線圖為載體，以電網仿真軟件為工具，以工作過程為主線，探索并開發了貫穿整個電力系統分析應用知識體系的若干個教學項目，采用任務驅動教學模式，大大提高了學生的技術應用能力及職業綜合能力。
所謂電力系統潮流就是指電力系統運行時各節點以及各電氣設備的電壓、電流和功率。潮流計算是電力系統分析中采用的一種最基本的電氣運算，同時也是研究電力系統的運行以及規劃方案的重要手段，其本質是求解一組多元非線性代數方程。
電力系統潮流計算具有很重要的現實意義：可以合理規劃電網中的電源容量和電源接入點以及確定最佳的電網架構；可以找出電網中因為負荷增長和新設備投入而導致的薄弱環節，方便對電網進行網架結構的改進以及基建的加速；提供發電廠進行有功、無功調整以及負荷調整的計算依據；可以分析未來可能發生的事故以及設備的投切對電力系統靜態穩定性的影響，進而得出相應的運行方式和調整方案。
在過去半個世紀以前，人們都是采用手工方法計算電力系統潮流，主要依靠計算尺。但是由于電力系統日漸復雜，手工計算起來非常復雜，不僅耗時費力，同時也容易出錯。與此同時，伴隨著計算機行業的飛速發展，就出現了后來的計算機算法。
在傳統的“電力系統分析”教學課程中，教師們一般僅針對一些簡單的電力系統（節點數很少）進行潮流計算，而忽視了現有潮流計算最通行常用的計算機算法。這種課程教學不僅枯燥，學生難以深刻領悟，而且與實際研究脫軌，因為目前現實中的電力系統都很復雜，采用手算不切實際，也就失去了教學的根本意義。本文針對課程教學中潮流計算方面存在的問題而進行教學改革研究。
DIgSILENT軟件的潮流計算簡介
電力系統仿真軟件DIgSILENT的名稱來源于數字仿真和電網計算程序（Digital Simulation and Electrical Network），是德國DIgSILENT GmbH公司開發的電力系統仿真軟件。
DIgSILENT軟件幾乎包含了所有電力系統的常用分析功能，如潮流計算、短路計算（包括對稱短路和不對稱短路計算）、機電暫態和電磁暫態計算、諧波分析以及小干擾穩定性分析等等。另外一個重要的特點是把機電暫態分析模型與電磁暫態分析模型結合到一起，這樣做的好處就是它不僅能夠分析電網的暫態故障，而且又能研究電網的長期的電能質量問題及其控制手段。
DIgSILENT/Power Factory提供了非常全面的電力系統元件的模型庫，包括發電機、電動機、控制器、動態負荷、線路、變壓器、并聯設備的模型，甚至包括風電機組電氣部分的模型，如：雙饋感應電機、變頻器等等；其他部分如風速、機械傳動系統、空氣動力學部分以及控制系統都采用動態仿真語言DSL進行搭建。
DIgSILENT可以描述復雜的單相和三相AC系統及各種交直流混合系統。利用DIgSILENT進行潮流計算時，通過指定發電機、異步電動機、負荷等系統元件的特性來確定與之相連的母線在潮流計算中相應的屬性，這樣就能夠以簡單的操作方式來模擬復雜而真實的系統。此外，程序還提供了多種遠程控制模式，例如多個發電機共同控制系統頻率或母線電壓等。DIgSILENT以更加接近實際情況的方式執行網絡的控制模式，使操作和計算均得到簡化。潮流求解過程提供了3種方法以供選擇：經典的牛頓-拉夫遜算法、牛頓-拉夫遜電流迭代法和線性方程法。與此同時，DIgSILENT軟件還可以進行變電站控制、網絡控制以及變壓器分接頭調整控制。當潮流計算遇到不收斂的情況時，程序會自動將非線性的元件模型逐步線性化（主要是將所有負荷逐步轉變為恒定阻抗，將非平衡節點發電機轉變為帶內阻抗的簡單電壓源），進而得出計算結果，該結果可用于對系統不收斂的原因作進一步分析。潮流計算的同時，DIgSILENT軟件還可以實現過負荷校驗計算等功能。
此外，最新版本的DIgSILENT還提供了最優潮流計算（OPF）功能。所謂最優潮流計算就是對基本潮流計算的有益補充。最優潮流計算主要采用內點法，而且提供了多種約束條件和控制手段，其目標函數主要有最小網損、最小燃料費用、最大利潤及最小區域交換潮流。
DIgSILENT軟件正逐漸成為電力系統研究方面最為認可的計算機軟件之一，其所提供的潮流計算以及仿真結果已經在世界范圍內得到廣泛認可。
課程教學安排
手算
潮流計算可以用一組高階的非線性的方程來表示，但是不含有微分方程，主要是因為潮流計算隸屬于穩態分析，故不涉及系統元件的動態特性和過渡過程，而解非線性代數方程組最基本的方法就是迭代。因此，設計潮流計算算法的首要任務同時也是最為關鍵的問題就是收斂性，最終得出合理的解。
雖然目前計算機潮流算法運用十分廣泛，但是掌握一些手算方法，不僅可以加深對其物理概念的理解，而且即便采用計算機算法，之前通常仍需采用手算求取某些原始數據。
這里所說的潮流計算手算方法主要針對簡單網絡的潮流分布，但是所謂的簡單網絡和復雜網絡之間并沒有明顯的界限。課前老師把所需進行手算的算例以及分析資料分發給學生，讓大家提前預習并先進行獨立計算。然后在實驗課上針對大家可能出現的共同問題進行詳細講解，并推導全過程，加深大家對潮流計算的認識和理解，掌握其原理。
運用DIgSILENT軟件計算電力系統潮流
前面已經說到，計算機算法是大勢所趨，而且已經得到廣泛運用，是電氣工程專業學生必須掌握的一項重要技能，也是未來繼續深造以及競爭重要工作崗位的一個重要砝碼。所以掌握并熟練運用計算機軟件對本專業學生的未來發展起著重要的推動作用。
眾所周知，DIgSILENT軟件正逐漸成為電力系統研究方面最為認可的計算機軟件之一。無一例外，任何一種電氣設計軟件都是先尋找或是自己搭建元件模型，然后通過所述關系搭建網絡模型，其次就是設置元件參數，最后進行潮流計算。那么，如何判斷一種設計軟件是否優越，就是一看元件模型庫是否豐富、準確，二看元件參數設置是否簡單明了，再者就是看控制語言是否簡潔易懂。
DIgSILNET采用有名值進行計算，電網元件從類型數據和個體數據兩個層面被嚴格定義。類型數據包含了該類型元件用于各個計算功能的基本信息，例如某一架空線路的類型為OHL110kV-1，該類型的架空線為潮流計算提供的基本信息為，，，為短路計算提供的基本信息為，。對某一類型數據的改變將影響到所有采用該類型屬性的元件。個體數據則是每個元件在分析計算中所要用到的僅與該元件本身相關的數據，例如某一架空線路的長為。采用該種方法進行計算機計算是有很多好處的。首先，我們無需再進行標幺值計算，避免了繁瑣的計算，可以直接采用一些直觀的銘牌數據等；其次，對于軟件來講，這也大大減少了數據的重復儲存，顯然對提高計算機速度也有一定的幫助。
在DIgSILNET中執行潮流計算、故障分析、諧波分析、動態仿真等功能時，可以引入多種電力電子元件，包括FACTS裝置（如SVS、TCSC和UPFC）、直流整流和逆變器等。DIgSILENT為所使用的電力電子元件提供了豐富、開放且定期更新的模型庫。
這些對于課程教學來說，減輕了單純的軟件學習難度，可以緩解學生對新軟件學習的畏難心理。這種人機交互的友好界面，不僅老師們授課講解起來比較輕松，而且學生們更易于接受，更為重要的是可激發學生的自主學習興趣。
對比手算與機算
在課程的最后一個環節，但也是很重要的一個步驟，就是對比分析潮流分布的手算以及計算機算法。眾所周知，學習的一個關鍵環節就是要學會對比分析以及總結，這種能力是學生們亟待培養和掌握的。最后，通過對比兩種方法的結果，計算兩者之間的誤差，再分析一下導致這種后果的原因，原因可能是計算機算法或是手算采用了哪些近似處理，或是計算結果精確度的不同，這些都是需要學生自己進行總結歸納的。這一步看似可有可無，電力系統潮流分布的手算以及機算的結果都已經出來，課程已經結束。實則不然，這關鍵的最后一步恰恰是中國高等教育中最缺乏的部分，就是對新知識的分析與自我總結。做好這一步，對于學生自主學習創新能力的提升起到關鍵作用。
教學效果和結論
基于上述課程設置，這種結合DIgSILENT軟件以及手算的潮流計算教學方法，學生普遍反映教學效果良好，不僅對電力系統潮流分布的認識更加深刻，而且更易于全面掌握。通過對“電力系統分析”潮流計算教學大綱的改革和實踐應用表明，天津理工大學自動化學院“電氣工程及其自動化”專業的本科生在該方面的專業基礎知識更為扎實，這為后續專業課的學習提供了有力的保障，不僅避免出現基礎知識的“斷層”和“夾生”現象，與此同時會激發學生的自主學習能力以及創新能力。可以預見，如果將這種教學手段推廣至全國高校，也必將收獲良好的教學反響。（作者周雪松系天津理工大學自動化學院博士生導師；袁洪德系天津理工大學自動化學院碩士研究生。基金項目：本文系天津市重點教改項目“新能源科學與工程專業國際化合作辦學模式研究與實踐”（項目編號：B08-0805）的研究成果）
摘要：為滿足新增電力工程及其自動化專業建設需求，對以裝備電力系統為對象的“電力系統分析”課程教材建設展開研究，首先分析指出國內現有教材存在的針對性不強和部分內容缺失的問題；然后從裝備電力系統構成角度出發，構建了涵蓋發電、輸電、變電、配電、用電、儲電和管電七個部分的課程體系；最后，提出了涵蓋原理級驗證實驗功能、仿真級創新實驗功能、工程級設計實驗功能于一體的教研一體化仿真資源平臺，經課堂教學實踐檢驗，收效良好。
關鍵詞：電力系統分析；獨立；有限容量；仿真
一、教學內容改革的必要性
目前軍械工程學院（以下簡稱“我院”）“電力系統分析”課程采用由孟祥萍主編、高等教育出版社出版的《電力系統分析》。[1]該教材基于電力院校的“電力系統分析”課程教學內容，為了滿足學時減少的教學要求，精簡后編寫而成；以公用電網無限大容量電力系統為對象，圍繞著潮流計算、系統有功和無功功率最優分布和系統受到干擾后能否維持穩定運行等方面展開，著重于輸電網絡的分析與計算。[2]
我院的電力工程及其自動化專業人才培養目標是為大型復雜武器裝備培養電力保障人才，面向的是獨立、有限容量電源供電系統，該系統特征決定了“電力系統分析”課程的教學內容以系統運行狀態評估、電源與武器裝備動態過程的關聯特性分析為重點，具體體現于系統電磁量和機械量的振蕩調整分析等方面。現有出版教材存在針對性不強和部分內容缺失的問題，亟需開展教材建設研究，以滿足專業人才培養需求。[3]
二、教材建設研究
1.定位課程教學內容
以某裝備電力系統構成為例，如圖1所示。
該系統主要是以交流中頻220V/400Hz為基礎的供電體制，除向相關系統供電外還可由電源變換器、靜止變流器轉換成直流27.5V、單相115V/400Hz和單相220V/50Hz的交流電，用以滿足多種用電設備的需要。可見其屬于獨立、有限容量電源供電系統，同樣具有發電、輸電、變電、配電、用電五個環節，考慮到勵磁系統在電能調整中的重要作用，需要新增包括勵磁系統的管電環節，為了使得電能質量在系統的頻繁振蕩調整中得到保證，還需新增儲電環節，系統結構特征明顯區別于民用電力系統。
綜上所述，構建“電力系統分析”課程體系，需要正確處理繼承與更新之間的關系，一方面保留以往教材的發電、輸電、變電、配電、用電部分的共性內容并加以改造，另一方面遵循“教學與科研結合，科研服務教學”的教研相長理念，開展科學研究并適時將科研成果轉化為教學資源增補管電、儲電兩部分內容，對教學內容進行更新；最終形成涵蓋發電、輸電、變電、配電、用電、管電、儲電七個組成部分的課程體系。重新定位系統各個環節的教學內容如下。
（1）元件建模內容
1）發電、管電環節：裝備電力系統電源采用的是內燃機發電機組，發電機結構形式以凸極式為主，因此教學內容包括abc坐標下同步電機有名值方程、派克變換、dq0坐標下同步電機有名值方程、d軸和q軸等值電路、運算電抗及實用參數和同步電機實用模型，[4]其中，由于有限容量電力系統結構形式簡單、容量小，一般采用有名值計算，對標幺制弱化處理，對凸極式發電機數學模型予以重點講解，運算電抗及實用參數作為新增重點內容。新增勵磁系統數學模型[5]作為管電環節的主要組成部分。
2）輸電環節：裝備電力系統各個組成部分之間主要采用電纜連接，結合電力系統仿真軟件PSCAD中的電纜模型說明其結構與建模方法，刪除架空輸電線路模型的相關內容。
3）變電、配電環節：由于系統用電設備種類多、電壓制式多樣，因此配備了較多的電能變換裝置，變壓器的數學模型以小容量變壓器為主，電能變換裝置包含整流器、逆變器工作原理和數學模型的建立方法。[4]
4）儲電環節：介紹超級電容器、飛輪儲能等新型儲能裝置。[6]
5）用電環節：感應電動機作為主要的用電設備，包含感應電動機的運動方程、恒速投入系統時三相感應電動機電磁暫態、感應電動機起動過程動態分析、突加負載時感應電動機動態過程和感應電動機瞬間斷電重新投入系統時的動態過程分析。[7]
（2）系統建模內容。結合裝備電力系統存在較多電能變換裝置的特點，以變頻器供電時交流電動機的運行分析作為系統分析側重點，包含變頻器供電的特點、方波變頻器供電時三相感應電動機的運行分析和脈寬調制變頻器供電時感應電動機的運行分析等；[7]同時，本著“教學出題目、科研做文章、成果進課堂”[8，9]的教研相長理念，將科研成果引入課堂，靈活應用MATLAB/Simulink、PSCAD/EMTDC等多種仿真軟件開展案例教學，改進教學方法。
1）案例教學一：柔性配電技術在軍用供電系統中的應用仿真研究。[10]
提出問題：野戰條件下的武器裝備強調可靠性、機動性、維修性等指標，我國軍用配套移動電站在設計時形成了“重發輕供”的思想。隨著高技術化、大型復雜武器系統電氣化、信息化程度的不斷提高，基于計算機、微處理器控制的信息設備和電力電子設備在武器系統中大量投入使用，它們對系統干擾比傳統的機電設備更加敏感；同時，畸變電壓、諧波等電能質量指標惡化會使得燃油損耗增加，機組壽命降低。系統作戰效能對其供電平臺―電站的依賴作用不斷增大，為此類裝備提供優質電力支持成為配套軍用電站面對的新課題。
分析問題：柔性配電技術（D-FACTS）是改善低壓電網運行特性的有力工具，將其應用于軍用供電系統，可以改善電能質量，保證用電裝備的特殊要求，提高電力保障水平。
解決問題：利用Mannitoba HVDC研究中心的PSCAD/EMTDC軟件建立系統仿真模型并演示。運行系統模型，從仿真運行結果曲線上對比分析有無DSTATCOM裝置時系統側電壓和電流的變化情況，主要從野戰電力支持環境下需要滿足的軍用標準GJB 235A-97中的瞬態電壓調整率、電壓穩定時間的瞬態性能指標兩個方面進行比較分析。從仿真運行曲線可以明顯看出，配置DTATCOM裝置后，在維持系統電壓穩定，減小諧波電流方面效果明顯。
展望：在軍用移動電站供電的場合，DSTATCOM裝置配合作為獨立發電系統模塊的異步發電機取電機的方案在可維護性等方面具有較大優勢，可以通過進一步完善DSTATCOM裝置的控制系統以適應新需求。
2）案例教學二：內燃機驅動的自激異步發電系統建模仿真研究。[11]從學科專業方向之一的自激異步發電出發，引入內燃機驅動自激異步發電系統建模仿真研究成果，使得學生了解學科前沿。
提出問題：籠型異步發電動機具有結構簡單、堅固、價廉、易維護等突出優點，在風能、太陽能等可再生能源發電過程中的應用越來越廣泛。尤其在飛機、艦艇、野戰電力支持等獨立供電系統中的作用日益突出。軍用移動電源多采用內燃機作為原動機，不同于風能、太陽能等能源形式。太陽能、風能受自然條件影響較大，能量密度小，不便于野戰條件下的快速展開和撤收。因此只適用于特定條件和地點，普適性較差。內燃機作為原動機是我軍常備的軍用電源，不存在風能、太陽能等使用條件的限制，裝備范圍廣，具有豐富的使用經驗。過去，對軍用電站偏重于保養、維修，在理論分析和決策支持方面有所欠缺，因此，采用界面友好，功能強大的MATLAB軟件建立內燃機電站仿真模型以滿足進一步科學研究進行決策支持的需要。
分析問題：基于MATLAB/SIMULINK軟件對小型內燃機、異步發電動機進行建模，構建內燃機驅動的自激異步發電系統，對其運行特性進行了仿真研究。
解決問題：基于MATLAB/SIMULINK軟件建立異步發電動機仿真模型，針對采用的籠型異步電動機數據，確定了M文件中異步發電機模型中的相關參數；詳細說明四沖程內燃機在MATLAB軟件下的建模實現過程和原理；建立以內燃機為原動機的自激異步發電系統。運行系統模型，對投入阻性變化負荷時的原動機轉速、轉矩和異步發電動機的電壓、電流和功率的變化情況進行分析，從仿真運行結果曲線上可以看出，接入負載時，系統有明顯調整過程，并對比分析有無原動機時電壓的變化情況，驗證模型正確性。
展望：該項研究為實際內燃機驅動的自激異步發電系統研制提供了強有力理論依據。
3）實驗條件建設：電能補償與控制動態模擬實驗系統開發構建。[12]依托于實驗室建設項目，構建了市電、混合能源供電的單母分段三級動態模擬實驗系統，實現了負載形式的典型、多樣化，兼顧了實驗和科研的需要；通過靈活調整配電系統結構和參數，模擬了不同地區環境下系統特性變化情況，并且為系統特性分析提供了實物模擬手段；適應了新形式下裝備供電保障的發展趨勢，使實驗條件更加先進；為仿真理論研究轉化為裝備研制提供了實驗條件平臺，為本科學員的專業課程學習提供了實驗條件，為碩士研究生的培養提供了科研環境手段。
2.開發構建教研一體化仿真資源平臺，豐富教學手段，提高教學質量
以新增“電力工程及其自動化”專業建設為背景，在有效利用現有軟件資源的基礎上，對系統關鍵元件開展建模仿真研究，實現原理級驗證實驗功能、仿真級創新實驗功能、工程級設計實驗功能的教、研創新平臺綜合實驗體系，內容涵蓋理論驗證、關鍵技術仿真、系統設計等，以能力培養為優秀，以“原理―技術―系統”為主線，構建多層次、多模塊的創新教、研體系。仿真資源平臺功能實現如圖2所示。
三、結論
“電力系統分析”課程教學內容與教學方法經上述改革實踐后，達到了緊貼裝備教學的目的，滿足了裝備電源人才培養需求，豐富了電力系統及其自動化學科專業建設內涵，裝備電力系統教研一體化仿真資源平臺經教學實踐檢驗，學生對課程中的抽象理論及其應用加深了理解，收效良好。
摘要：以學用為主實施電力系統課程綜合改革。重點介紹了綜合改革的理念、思路和舉措，即以學用為本，構建四位一體的課程體系；跟蹤電力發展更新，更新課程內容；實施“四導”教學，提升能力培養；改革考核方式，實施科學評價；加強資源建設，拓展學習時空；在實施過程中需要處理好的幾個關系和問題。
關鍵詞：電力系統分析；課程建設；教學改革；人才培養
黨的十八大報告中提出“實施創新驅動發展戰略”和“全面實施素質教育，深化教育領域綜合改革，著力提高教育質量，培養學生社會責任感、創新精神、實踐能力”。教育部全面部署了深化教育領域綜合改革任務，并印發了《關于2013年深化教育領域綜合改革的意見》。在《意見》中明確提出要圍繞考試招生、課程內容、創新人才培養、職業教育培養等方面，推進人才培養模式改革。在高等教育系統，實施和深入推進試點學院綜合改革和試點專業綜合改革，是落實十八大報告要求的具體舉措。
課程改革與建設是專業綜合改革的關鍵環節之一，關乎專業綜合改革的成效，關乎教育質量和人才培養質量。課程的教與學涉及諸多要素和方面，如課程體系、課程內容、課程教學、課程考核、課程資源等，只有實施整體化、系統化、立體化的綜合改革，才能達到改革的目標，取得改革的成效。
電力系統分析課程是電氣工程及其自動化專業的優秀專業課程，是一門理論性、工程性、技術性很強的課程。在專業人才培養過程中，起著承上啟下的作用，既是后續課程的基礎，也是專業基礎課程的深化和應用，其內容都是直接面向工程問題的理論分析、技術分析和經濟分析。根據本課程的性質、作用、地位和特點，結合經濟社會和電力行業發展需求，實施課程的綜合改革和建設，適應新形勢下對高素質專門人才的培養要求，這是時展的需要，是電力行業的需要，是教育教學改革的需要。
一、以學用為本，構建四位一體課程體系
課程改革要以新的工程教育理念、思想和文化為引領，以服務領域當前需求和未來發展需求為導向，以培養卓越工程師、技術人員和建設者為目標，構建完備的課程體系。體系中各組成部分要功能任務明確、實現目標清晰，相互間要有機聯系、彼此交融，形成一個完整的課程綜合體。
對于課程改革來講，先進的教育理念是關鍵。課程體系構建必須要服務于所秉持的教育理念。隨著現代科學技術、經濟社會和電力行業的快速發展，傳統的以知識傳授為目標，以“教師”為中心，以“教”為主的教育理念已不能與此相適應。現代大學教育，更加注重能力培養、素質培養和精神培養，更加注重學和用。為此，在大學教育中應實施“三個轉變”，即將專業知識教育向專業能力和職業能力教育轉變，將以教為主向以學為主轉變，將以學校教育為主向以工程教育為主轉變。這“三個轉變”體現了“學用為本”的教育思想和理念。
在“學用為本”的指導下，筆者針對電力系統分析課程，構建了理論、實驗、設計和工程四位一體的課程體系。“理論”是以理論教學和課堂教學為主，使學生熟悉在電力系統規劃、設計、運行和調度等方面所涉及的基本問題、基本現象、基本概念和基本理論，掌握電力系統分析的建模方法、分析方法、計算方法和控制方法等，既是知識的學習過程，也是諸多能力的培養過程。“實驗”是以實踐教學為主，以物理動模系統、電力系統實驗系統、電力實時仿真系統和電力系統分析軟件等為平臺，以標準化示例系統庫或實際電網局部系統為對象，開展實驗學習、分析和研究，既有驗證性實驗，也有設計性、研究性實驗，還有綜合性實驗、規定實驗、自選實驗，還可自設實驗等。“設計”是以實踐教學為主，以工程項目或案例項目為載體，以課程內容和相關規范、規程、標準、手冊為基礎，使學生熟悉設計流程、設計要求和設計內容，掌握設計方法，樹立工程意識，這是一個綜合性的實踐訓練過程。“工程”是以生產現場為場景和環境，以生產實踐為途徑，使學生熟悉電網運行中設備、系統等存在的工程問題、工程現象、工程技術和工程措施等，掌握對工程問題的分析方法。
在這“四位一體”的課程體系中，四者是相互聯系、相互融合的，你中有我，我中有你。其中，理論是基礎，實驗、設計和工程是應用，理論中包含有應用，應用中也包含有理論，兩者可互為植入。在電力系統分析課程體系構建中，突出了一體化的整體思想，合理設計出各環節的內容、功能、要求和相互接口條件。
二、跟蹤電力發展，更新課程內容
我國電力系統的發展非常迅速，真可謂日新月異。區域電網互聯、交直流混合輸配電系統、遠距離輸電、超特高壓電網、多端直流電網、柔性交流輸電、新能源規模接入、微電網、分布式發電、電動汽車接入、智能電網和電力市場等等，使得電力系統中新問題、新現象、新特性和新需求不斷涌出。為了確保電力系統運行的安全、可靠、優質、經濟、高效、低碳、環保，大量先進的理論、技術、方法、工具、設備和系統在電力系統中得到應用，極大地提升了電力系統的技術水平和管理水平。在工程上，電力系統分析的內容一直在不斷增加和豐富，分析的理論、方法不斷創新和發展，分析的手段、工具不斷完善和智能。
課程內容要服務于人才定位和培養目標，要反映出現代電力系統運行分析的新問題、新概念、新理論和新方法，使課程具有現代性、先進性、實用性和適應性。為此，筆者在課程內容中引入了電力系統發展、現代電力系統分析特點和內容、電力市場、現代電力系統分析工具、交直流混合系統潮流計算、自動發電控制分析、電力市場下的有功頻率控制分析、無功電壓協調控制分析、基于FACTS的潮流控制、優化潮流、低頻振蕩與次同步振蕩等。
課程內容的更新做到“四體現”，即體現在教學文件（教學大綱）中，體現在講授過程中，體現在教材（講義）中，體現在教學資源中。
三、實施“四導”教學，提升能力培養
課程教學過程中，教學方法是關鍵。傳統課程教學注重的是知識傳授，以教師講授為主，不僅講得多，還講得細，學生往往處于一種被動接受知識的狀態，缺乏主動思考、積極探索和積極參與的精神，學習興趣未得到有效激發，學習能力未得有效培養，學習精神未得到有效樹立，從而造成教學效果不甚理想的現象。當前的大學教育提出“厚基礎、重實踐、強能力、敢創新”，人才的培養更加注重能力、素質和精神的培養。為此，教育同仁開展了大量的教學方法改革與創新，并取得了許多好的經驗和好的效果，例如啟發式教學、問題教學、案例教學、項目教學、任務教學、情景教學等等。
在電力系統分析課程教學中，實施“四導”教學，即“導入、導學、導做、導研”，其目的是在于加強學生的學習能力、分析能力、計算能力、實踐能力、綜合能力和合作能力的培養。“四導”教學的優秀是在于教師的“引導”和“指導”作用，學生的主動學、用意識。“導入”是指問題導入、現象導入、項目導入、方法導入，引導學生認識和理解相關內容的來龍去脈、工程背景和問題本質，為學生深入學習、探索和應用奠定基礎。“導入”是將學生引進門，關鍵是要激發學生對相關內容的興趣，認識到其重要性和應用價值。“導學”是指導學生對相關內容的學習，教師主要講授內容的重點、難點、疑點，講授解決問題的思路和方法，提出衍生問題和擴展問題，通過交流、探討、啟發，解決學生學習中的疑慮，學生通過預習、自修、查閱文獻、提問、研討等方式進行自主學習、主動學習，教師要主動向學生推薦參考書目和文獻。“導做”是教師通過項目、案例、任務引導、指導和輔導學生應用所學理論、方法去解決實際問題，通過這種練習和訓練，能培養學生的實踐能力和綜合應用能力。“導研”是教師激發和指導學生去發現問題、探討問題、分析問題、研究問題，尋找解決問題的理論和方法，在課程相關內容的研討和研究中，培養學生的研究能力、創新能力。
四、改革考核方式，實施科學評價
課程考核既是對學生學習成果的評價，也是一個決定學生學習方式的指揮棒。過去筆者常常在課程學習結束后，采用一次閉卷筆試進行考核和評價，時間約為2～3小時，試題形式多為填空、選擇、判斷、簡答、分析或計算等。由于考試時間短，試題覆蓋面相對較窄，并且識記題多，應用問題少。這種考核方式不能全面評價學生對課程的理解、掌握和熟悉程度，不能考核學生的應用能力水平。在這種考核方式下，致使部分學生一本教材學到底，考前將教材（講義）、筆記相關內容突擊記憶，便能順利通過考試關，考后也就很快將所學內容遺忘。
為了改變這種考核方式，實施“三多一半”考核方式。所謂“三多”是指多模塊、多次數和多形式。將課程內容分為多個模塊，例如電力系統基本概念與建模方法模塊、電力系統潮流計算模塊、電力系統短路計算模塊、電力系統穩定分析模塊、電力系統優化與調控模塊等，每個模塊作為一個考試單元，隨課程進度組織安排，構建多次考核的考試鏈。考核形式采用筆試、小作業、大作業和實驗相結合，大作業和實驗注重應用和綜合。所謂“一半”是指筆試考試采取半開卷形式，考前發給學生統一的半張或一張A4紙（蓋有學院或系考試專用章），允許學生對課程內容進行總結、提煉，將認為重要的內容寫在上面并帶入考場，在考試期間學生可以看上面的內容。這種半開卷的形式，不僅可以培養學生總結能力、綜合能力，還可以引導學生將精力集中在知識、理論和方法的應用上。
五、加強資源建設，拓展學習時空
豐富的課程教學資源有助于學生的自主學習、遞階學習和循環學習，不受時空限制，有助于課堂教學的延伸和擴展，有助于立體化教學的實施。教學資源形式多樣，例如教材、講義、指南、習題、案例、文獻、教案、視頻、影像、工具、網站等。教學資源建設，應以學生的學習需求為導向，以互聯網絡為平臺，以多媒體表現為手段，要具有豐富性、時效性、娛樂性、交互性、遞進性的特征。
MOOCs和可汗學院教育思想和教學模式正引起國內外高等院校的深刻反思和積極應對。在電力系統分析課程中，結合課程內容的邏輯關系和工程應用，設計微課程，制作微課程教學視頻，設計微課程測試小問題和試題，巧妙設計答案。將微課程在線視頻作為教學的線上環節，學生在課堂外先在線“聽課”，課堂內則側重深入的分享、探討和問題解決，實現“翻轉課堂”。由于微課程時間只有幾分鐘，內容精短，集中說明一個問題，既能輔助教師課堂教學，又可以作為學生自學的學習材料。在視頻課程中，常會彈出若干小問題，由學生回答，回答不正確，后續視頻就不往下走，以檢測學生是否明白教師所講的內容，有利于學生集中注意力和積極思考。
在課程網頁上，按課程模塊提供公開視頻課，提供測試平臺，便于學生系統連貫地學習。提供網上虛擬實驗平臺和實驗項目，學生在網上進行設計、實驗、分析、總結等。提供案例庫和項目庫，學生可自主選擇、探討和完成，學生也可組成項目組，合作研討完成。創建網上交互空間和論壇，學生可以自由提問，教師網上作答，也可以對提出的問題進行分類排序，重點回答大家關心的問題；鼓勵學生間互教互學，通過互助解決學習中的疑難問題。
六、需要處理好的幾個關系和問題
在課程綜合改革中，要實現以教為主向以學為主轉變，以課堂為主向以課內課外并重轉變，以學校教育向面向工程教育轉變，這些都對教師提出了更高的要求，同時也要處理好以下幾個方面的關系和問題。
1.講與學的關系
在講與學的關系中，就是要處理好教師與學生在教學過程中的作用問題。以學為主的教學，應以學生為中心，以學生的學習為出發點，培養學生的學習興趣、學習能力，保證學習效果，提高學習質量。
教師在教學過程中，如果大包大攬、面面俱到，將所有內容都講得很細很透，缺乏啟發和引導，缺少問題引入，缺少互動和探討，學生便會懶于思考，只是一味聽講、接受和記憶。這種教學，學生提不出問題，沒有疑慮，似乎所有內容都懂，也很少主動查閱相關文獻資料，缺乏深入學習和探討，只能知其然不知其所以然，知此不知彼。為此，教師在教學中要注重引入問題，講問題的背景，講解決問題的理論和方法，講思路，講方法，講應用，還要拋出未解之問題等，給學生更多的思考空間，側重思考問題、探討問題和解決問題。
學生在教學過程中，應做好課前、課內和課后事。課前，學生通過教材、講義和網上資源對課程內容進行預習、思考，并提出問題，發現難點，并試著去解決。課內，學生要帶著問題聽課，帶著疑慮聽課，帶著思考聽課，帶著探討聽課，與教師互動，與教師交流和探討，通過老師講解，解開自己的困惑。課后，學生要主動查閱有關文獻資料，深入探討和研究相關問題，通過測試題和項目應用檢驗自己的學習效果，主動應用所學理論和方法去解決實際問題，解釋工程問題、現象，把握問題本質等。
2.學與做的關系
學習的目的在于應用，在于解決問題。學是基礎，用是目的，有了堅實的基礎才能更好地應用，只有應用和解決實際問題，才能更好、更自覺地學習。所以，學生的學習，不能僅停留在看懂、讀懂和學懂，僅停留在學習層面、記憶層面，僅為了考試過關，而更應該注重知識的應用，多實踐、多練習、多動手。在教學設計中，要為學生的練習、訓練和實踐提供資源、平臺和機會，要貼近工程。例如，習題和測試題的設計應取自于工程實例，數據、參數、模型和結果應與工程實際相符；給出系統、原始數據和運行條件，能正確建模、分析和計算，以工程觀點對計算結果進行分析、評估、評價，并能提出解決方案、措施或建議；提供工程案例、項目和任務，學生自行或互助地開展設計、分析和計算，提交實施方案，要有理論、有依據、有分析，有過程、有結論；開放實驗室、仿真平臺，提供各類工具，可在動模系統上進行實驗，也可在計算機仿真系統上進行分析、計算；在發電廠、變電所、供配電所或調度等生產實踐中，能應用所學理論對系統運行現象、狀態等進行分析和解釋。
在課程學習中，要注重培養學生做到“四會”，即會讀、會用、會寫、會講。“會讀”就是學生要會讀書，會學習，有學習能力；“會用”是學生會應用所學知識分析問題、解決問題，能理論聯系實際，具有工程意識；“會寫”是學生要會撰寫報告、方案等，有科學規范的文字表達能力；“會講”是學生要能進行技術交流，能講清思路、方案等，具有一定的口語表達能力，敢于進行交流、溝通，在交流中獲得認可，在交流中得到提高。
3.課程教學與人才定位
課程教學應符合人才培養定位。從教育層次定位上，有高職高專教育層次、本科教育層次和研究生教育層次。不同層次的課程教學，在其內容和教學方法上應與其層次相適應，不能降低也不能拔高，例如有些升本時間不長的本科院校，課程教學內容與高職高專內容差別不大，教學也還多沿用以前的方法；而一些研究性大學的課程在教學內容又有向研究生教育要求方向發展。在工科類本科院校人才培養中，有應用性人才和創新性人才，或為職業技術人才和學術性人才。應用性人才的培養更加注重應用能力、實踐能力培養，創新性人才的培養更加注重探索能力、研究能力和創造能力的培養。所以，在構架課程體系、教學內容和教學方法時，應與此相適應。否則，會違背教育規律，違背人才培養目標，不能保證人才培養質量。
4.課程銜接問題
在制訂人才培養方案中，要合理確定課程間的順序銜接和內容銜接問題，以保證教學正常進行。電力系統分析課程應以電路、電機學和電子技術（包括電力電子技術）和自動控制原理等為先修課程，發電廠電氣、電力系統繼電保護、電力系統自動化等為其后續課程。在課程順序安排中確有困難時，電力系統課程也可與一些先修或后續課程交叉同步進行，但要注意內容的銜接問題，否則會影響教學質量。
將發電廠課程設計和繼電保護課程設計與電力系統課程設計相結合，形成三課一體的課程設計任務，使得學生能更好地將多門課程知識融會貫通，訓練學生的綜合應用能力。設置專業綜合實驗，以多機電網為實驗對象，涵蓋多門課程內容，內容間相互聯系，互為耦合，通過綜合實驗使學生對電力系統運行、保護、控制、調度等有更加全面、深入的認識。
摘要：“電力系統分析”是電氣工程及其自動化專業的重要專業課程，如何讓學生既掌握基本的理論知識，又深刻理解電力系統的精髓，對電力系統的教學提出了挑戰。提出以專業化軟件MATLAB和Power World Simulator（PWS）使用為優秀，貫穿整個課程的教學過程。在使用這些軟件的過程中，必須深刻理解電力系統的基本理論，并在此基礎上以兩種模式建立電力系統分析的物理模型，既有編寫文本的MATLAB源程序，也有以GUI模式操作的PWS軟件。在教學中，只要出現理論和算法，都可以采用軟件進行驗證。學生在學習過程中既可以深刻體會系統中的“工程”觀念，也彌補了電力系統實驗不足的問題。通過“電力系統分析”課程幾年來的教學實踐表明，以軟件導行的教學方法，提升了學生的學習興趣，使學生理解了電力系統中的工程問題，對工科課程的教學有很好的借鑒作用
“電力系統分析”是以電氣工程一級學科為專業的本科及碩士生重要的專業課程，[1]本課程的基本內容包括電力系統穩態和暫態兩大部分，均涉及到系統及相關電力設備的認識和實驗問題。顯然，以教學為主的大學無法完全滿足電力系統所需的相關實驗。因此，“仿真”（Simulation）就成為該類課程教學活動中最重要的手段之一。
考慮到電氣工程一級學科下五個二級學科，各高校的側重點略有不同。因此，作為本科及碩士生還是以理解電力系統的基本結構組成、基本運作模式為目標，同時輔以合適的“工程”觀念，以此為“教學理念”，則“仿真”擬推薦專業化軟件，避免學生陷入計算機語言的困惑中。目前，筆者查閱相關文獻及與相關高校調研交流發現，鮮有教師提出以“軟件”導行的教學理念。
鑒于以上原因，本文提出以“專業軟件”為導行的電力系統課程教學過程，圍繞軟件學習相關的理論知識，為理解電力系統概念和專業知識打下了良好的基礎。
一、電力系統軟件簡介
1.MATLAB――“一個真正的工程類語言”
MATLAB（Matrix Laboratory）矩陣實驗室，是一種用于算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境，在美國被稱為“A Real Technology Language”，是一種“真正的工程類語言”。[2]然而由于各種原因，目前中國大學對于該語言的研究并不理想。如何將這門工程計算機與所設置的專業課程結合在一起，是一個需要深入研究的問題。
據筆者長期教學實踐發現，將軟件與專業問題相結合，形成一些相關的“項目設計”（Projects Design），則可以起到一舉兩得的效果。
MATLAB軟件分為通用模塊與專業化Toolbox。雖然有些Toolbox也確實可以解決一些專業化問題，但距真正的專業化解決尚有一定的距離。因此，筆者推薦盡可能使用MATLAB的通用模塊。通用模塊的功能類似于MathCAD一樣的操作模式，主要以*.M文件的方式體現。
*.M文件其實就是一個函數或一段程序，是一種“解釋性”源代碼，這些源代碼的撰寫可以用MATLAB本身附帶的編輯器，也可以采用其他文本編輯器。當*.M文件保存后，直接運行文件名即可。由此可見，教學中利用*.M文件完成教學任務，不僅可以讓學生學習相關專業知識，在一定程度上也提高了學生計算機程序的編寫能力。
2.Power World Simulator――電力世界仿真器
Power World Simulator（PWS）是一個電力系統仿真軟件包（見圖1），[3，4]其構筑在對用戶良好交互性的基礎上。其優秀是一個功能強大的潮流計算軟件，可以有效求解多達32500個節點的系統。這使得電力世界仿真器作為一個獨立的潮流分析軟件包十分有用。與其他同類商業應用軟件不同，PWS允許用戶通過可縮放的彩色動畫單線圖來模擬一個系統。在PWS中，輸電線路的通斷、變壓器或發電機的增加以及聯絡線功率的交換，一切僅需點擊鼠標即可完成。此外，圖形和動畫演示的廣泛使用增加了用戶對系統特性、存在問題和限制條件的理解。
PWS提供了極為方便的模擬電力系統時間特性的工具。同樣，它可以圖形化地顯示負荷、發電量和聯絡功率隨時間的變化，以及因此產生的系統運行條件的變化，這項功能在解決電網擴建引起的網絡結構變化之類的問題時十分有用。
除了上述特點，PWS以其一體化的經濟調度、聯絡功率交易經濟性分析、功率傳輸分配因子（PTDF）計算和突發事故的強大分析能力而驕傲，所有這一切都可以通過一個易用的界面來實現。
二、專業化軟件在教學過程中的實施
只要學生運行出最終解的結果，得出誤差曲線（見圖2），再輔以一定的討論，則可認為該問題結束。
需要注意的是，以程序為學習目標時，必須輔以一定的考核手段，即逐一檢查學生的運行結果，避免學生抄寫應付過關。多年來，學生的反饋表明，以該種方式“逼迫”學生熟悉和掌握MATLAB軟件，給學生留下了極深刻的印象，也為本科畢業設計打下了良好的基礎。
（2）示例2：PWS完成潮流計算。以圖3中簡單電力系統為例，計算各母線電壓、支路功率，則首先要確定系統的節點類型――平衡節點、PV節點、PQ節點；此后，按系統要求逐次搭建合適的系統圖。
當正確設置圖3各類節點類型、邊界條件后，則可以直接運行，在Run mode下查看各Bus和支路的相關信息。本軟件不僅可以計算電流系統的最終結果，也可以查看中間過程，比如可以設置基準值，誤差相量的查看，甚至New-Raphson法的Jacobi矩陣在Case information中都可以獲悉。因此，當采用MATLAB基本熟悉了潮流算法后，對于大量電力系統分析的問題均可以采用該軟件來實現。
2.依托專業化軟件的課程綜合設計
課程綜合設計（Projects design）是鞏固專業化基礎知識的綜合手段。南航電氣作為具備電氣工程一級學科博士點的專業，一直以來具有“電機與電器”、“電力電子與電力傳動”的綜合設計，但是一直沒有“電力系統自動化”的課程綜合設計。本課程教學后，依托如前所述兩個軟件和開設的“電氣工程及其自動化綜合設計”，適時參考國外精品課程“Power System Analysis”，[5]也開展了相關的課程設計。比如，教學中可以對電力系統提出一定的指標，通過PWS軟件的反復人工修正，提出和優化如圖4所示的電力系統，并對該系統進行深入分析。
3.軟件使用的考核
在教學活動中，考核是最重要的指標之一，也是重要的手段。筆者認為要加強平時控制，“迫使”每名學生在個人計算機上安裝相關軟件，并且課后必須進行練習。待熟練使用軟件后，利用少量課堂時間、課間時間或者師生共同課后時間讓全部學生進行演示，互動討論，這樣對學生也是一個警示。結果表明，通過該方式能夠讓所有的學生都掌握相關的電力系統基礎知識和軟件，對教學具有很大的促進作用，但這樣也增大了授課教師的工作量。
三、結論
本文以“電力系統分析”為對象，基于MATLAB和Power World Simulator專業化軟件展開教學活動，獲得了如下教學體會，對工科課程均有一定的借鑒作用。一是以專業化軟件使用為優秀的教學理念，在工科課程中具有普遍的意義，這樣也不失掉對基礎理論知識的掌握。二是對于“電力系統分析”專業課，需要選擇合適的專業化軟件開展教學活動，難易程度要適合本科教學。經過幾年教學摸索，選擇了MATLAB和Power World Simulator作為教學軟件。實踐表明，上述兩款軟件特別適合教學活動。
【摘 要】《電力系統分析》是電氣工程專業和電氣自動化專業的必修課程，與電力工程系統運行具有不可分割的緊密聯系，是一門集理論和實踐于一體的高技術性學科。隨著時代進步和社會發展，《電力系統分析》的實踐教學環節面臨更多挑戰，對該專業學生實踐操作能力提出更高要求。因此，當前形勢下高度重視《電力系統分析》的實踐教學，探討實踐環節教學改革與創新具有十分重要的現實意義和戰略意義。
【關鍵詞】《電力系統分析》；實踐教學；改革與創新
1 課題的提出
據調查資料數據顯示，長期以來，《電力系統分析》始終是我國各高校電氣工程專業和電氣自動化專業的必修課程，課程設置上包括《電力系統穩態分析》、《電力系統暫態分析》、《電力系統穩定性》、《電力系統繼電保護》及《電力系統實驗》共五門課程。其中，前四門課程均為理論基礎課，在《電力系統分析》教學中占據大量課時，電力專業學生實踐操作能力匱乏，導致進入企業后如“茶壺里煮餃子――有貨倒不出”，引起學校及社會多方面高度關注。隨著電力行業的飛速發展，傳統的課程內容、教學方式已經無法適應現代電力工程教育教學發展潮流。過去的《電力系統分析》教學存在諸多問題，具體表現在：①理論基礎課程教學過于繁重，課時所占比例過大；②教學方式和教學手段單一，學生缺乏學習興趣，教學效率低下；③教學內容陳舊，還停留在20世紀八九十年代水平，無法適應現代化電力行業發展。
為了緊跟時代步伐，適應當前時代背景下社會和企業發展對高校電力專業人才培養的客觀需求，《電力系統分析》實踐環節教學亟待改革創新。
2 淺析實踐環節教學改革與創新
2.1 更新教學內容，優化理論基礎教學
前面我們已經提到，傳統的《電力系統分析》課程內容過于陳舊，從理論課教材中根本無法看到近年來電氣工程專業和電氣自動化專業學科的最新進展，與當前電力行業生存發展現實嚴重脫節，無法滿足現代化電力企業運行操作的市場需求。因此，在對實踐教學環節進行大刀闊斧的改革之前，首先就應更新教學內容，優化理論基礎教學。一方面，在充分理解《電力系統分析》課程內容特點的基礎上，對過去的四大理論基礎課進行歸納重組。具體來講，就是將傳統的《電力系統穩態分析》、《電力系統暫態分析》、《電力系統穩定性》、《電力系統繼電保護》課程進行精簡壓縮、重組優化，由過去的120課時融合縮減至48課時。理論基礎教學更加注重實用性和專業性，減輕學生學習壓力的同時也減少了教師的教學負擔。另一方面，將近年來國內外本專業的科學研究成果作為新內容加入到教材中，在體現當前電力行情的同時體現出教材的時代性。
通過充分理解《電力系統分析》課程內容特點，對過去的四大理論基礎課進行歸納重組，并加入電氣工程專業和電氣自動化專業學科最新理論成果及行業實踐動態，構建新的《電力系統分析》教學體系。
2.2 轉變教學方法，創新教學手段
在傳統的《電力系統分析》課堂教學中，教師過度注重理論基礎知識的傳授與講解，忽視了專業實踐與行業現實的結合。多采取“教師講、學生記”的教學方式；教學手段也比較單一，學生缺乏學習興趣，課堂氣氛沉悶，教學實效低下。未來的《電力系統分析》實踐教學教師更加善于通過轉變教學方法，運用多種教學手段提高教學實效。在具體實踐教學環節中，教師在課堂上不斷為學生提供本學科的最新研究成果及行業新聞動態，教學內容更加豐富。學生在課堂上總能聽到新知識、新消息，學習積極性顯著提高。隨著科學技術的進步，教育教學設備也發生了翻天覆地的變化，教師應充分利用各種新興教學設施（如多媒體課件、閉路電視、紀錄片、專題片、互聯網等），創新教學手段，使課堂教學更加形象直觀、生動活潑，吸引學生注意力，幫助學生知識理解，加深學生學習印象，教學效果顯著。
2.3 充分信任學生，注重實驗教學
《電力系統分析》本身是一門專業性和實踐性極強的學科，實驗是《電力系統分析》的基礎，《電力系統分析》教學的最終目的就是實踐。高校每年都會為社會培養大量的專業人才，輸送到電力行業中去。離開了實驗，《電力系統分析》課程的學習就是“紙上談兵”，沒有任何現實意義。新形勢下的《電力系統分析》教育教學更加注重實驗教學，教師在課程設計上增加實驗教學課時安排，充分信任學生，“放手”讓學生走進實驗室，通過親身實踐操作加深理論知識和本學科本行業的理解，為進入電力企業工作實踐打下堅實的基礎。在具體實驗教學設計時，應注意充分發揮學生的自主性、能動性和創造性，從實驗方案設計到實驗操作、數據整理、結果分析，每一步都采用小組合作的方式進行。在實踐教學環節中為學生提供充足的實驗空間，充分信任學生，增強學生動手、動腦能力。
2.4 強化企業意識，增強學科實用性
我們一切的校園課程學習，最終都將為就業服務；每一項專業技能的獲得，都是為將來踏入社會走上工作崗位現實實踐打基礎。面臨日益激烈的市場競爭，高校在《電力系統分析》課程教學中應增強對學生的“企業培養”，強化企業意識，從而增強學科實用性。高校的教育教學應緊跟時代步伐，不僅在教學內容上積極引進本學科最新科研成果，在教學觀念上還應主動對接電力行業，積極為學生創造實地實習機會，高度重視學科的實用性和專業性。注重學生工程意識和實踐能力的培養，立足電力生產和應用，強化電力行業職業道德、法制法規教育，注重培養工程設計研發、設備檢測操作能力，提高學生自主解決實際問題的能力，為未來職業生涯做好準備。
3 結束語
每年，我國高校都為電氣工程專業和電氣自動化專業相關行業輸送大批高素質人才，這些學生在校園學習效果的好壞直接關系著實踐工作效率的高低。優秀的畢業生能夠為社會和企業發展注入活力，相反，則會成為行業發展的負擔和阻礙。《電力系統分析》作為電氣工程專業和電氣自動化專業的主要課程，奠定了電力相關專業學科學習的基礎，在學科學習中占據著舉足輕重的地位。過去的教學存在諸多問題，為適應社會和行業的最新發展，教師通過實踐教學環節上的多方面改革創新取得較好效果。
