李建軍，酉育紅，鄒夢麗

(1.塔里木大學(xué) 機械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.新疆兵團警官高等專科學(xué)校，新疆 五家渠 831300)

0 引言

作為實踐性很強的的一門課程—“電力系統(tǒng)分析”，其必定與工程實踐緊密聯(lián)系。隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展，已經(jīng)形成電網(wǎng)容量大、機組容量大、工作電壓高、傳輸距離遠、重負荷以及不穩(wěn)定新能源的新型電力系統(tǒng)[1]，新型電力系統(tǒng)的發(fā)展必然離不開實踐環(huán)節(jié)[2]。

根據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，一些高校“電力系統(tǒng)分析”課程的實踐環(huán)節(jié)甚至沒有安排，部分高校雖然有實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，但是實驗學(xué)時數(shù)也很少，比如只有3個實驗，這和電力系統(tǒng)分析大量的理論課程內(nèi)容本身比較起來[3-4]，遠遠沒有達到實踐鍛煉目的。實踐教學(xué)是理解理論教學(xué)的重要途徑和方法，它可以幫助學(xué)生理解晦澀難懂的公式和模型，同時還能提高學(xué)生的動手能力，因為電氣工程專業(yè)畢業(yè)后動手操作是必須具備的能力。基于部分高?！半娏ο到y(tǒng)分析”課程這種理論沒有聯(lián)系實際的一些現(xiàn)象，本文圍繞電力系統(tǒng)的發(fā)展要求對“電力系統(tǒng)分析”課程的實踐環(huán)節(jié)進行改革和仿真平臺搭建。

1 實踐教學(xué)的改革

本著培養(yǎng)出具有綜合能力和工程實踐能力的人才出發(fā)，研究“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)方法的改革，著重從實踐環(huán)節(jié)對“電力系統(tǒng)分析”課程的教學(xué)模式改革。主要包括實踐教學(xué)內(nèi)容和方法的研究、電力系統(tǒng)仿真平臺的搭建。

1.1 實踐教學(xué)內(nèi)容

實踐教學(xué)內(nèi)容一方面要從人才培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱修訂著手，完善實驗課程；另一方面進行“電力系統(tǒng)分析”課程綜合設(shè)計單元。實驗課程方面要結(jié)合教師上課過程中學(xué)生出現(xiàn)的難點和重點內(nèi)容，擬定實驗題目，實驗的目的是反哺課堂上理論的理解；綜合課程設(shè)計方面要多維度考慮，例如可結(jié)合已經(jīng)畢業(yè)的學(xué)生就業(yè)情況，通過調(diào)研企業(yè)的實際需求來設(shè)置綜合課程設(shè)計內(nèi)容，同時結(jié)合學(xué)生的自身實際情況和專業(yè)水平來綜合設(shè)計，另外設(shè)計中還可以增加“電力系統(tǒng)分析”課程的新知識，由于電子技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，課程在一定時間會出現(xiàn)新知識，為了讓學(xué)生了解當(dāng)前課程的發(fā)展現(xiàn)狀，適當(dāng)增加一些研究人員新觀點、新成果和新理念，與當(dāng)前課程發(fā)展接軌。

課程設(shè)計的題目多樣化，便于學(xué)生自由選擇自己感興趣的題目，這樣既可以提高設(shè)計的效率又兼顧不同情況的學(xué)生現(xiàn)狀。例如，電力系統(tǒng)綜合設(shè)計題目為兩相短路電流的計算；多節(jié)點潮流計算的程序設(shè)計；系統(tǒng)故障的計算和分析等等。不同的題目方法和掌握的內(nèi)容不同，比如兩相短路電流的計算這個題目，必須要掌握對稱分量法才能解決這個題目，把不對稱的故障電路等效變換成正序、負序和零序的對稱電路，變換成學(xué)生熟悉的對稱電路進行分析；再比如多節(jié)點潮流計算的程序設(shè)計，要求學(xué)生必須掌握計算機仿真軟件進行分析，才能最有可能完成題目的設(shè)計目的。因此這些設(shè)計題目可以滿足不同知識點需要，達到知識點覆蓋面廣的設(shè)計目的。

1.2 電力系統(tǒng)仿真實驗平臺建設(shè)

作為電氣工程及其自動化專業(yè)的核心課程的“電力系統(tǒng)分析”，具有教學(xué)理論性強、電壓高實踐操作危險的特點，而虛擬仿真技術(shù)（Virtual Reality，VR）就是用一個虛擬的系統(tǒng)模仿真實環(huán)境，具有很強的交互性、安全性、認知和感知性[5]。虛擬仿真教學(xué)主要應(yīng)用在危險系數(shù)高、操作難度大、設(shè)備復(fù)雜等專業(yè)領(lǐng)域[6]。因此，“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)引進虛擬仿真技術(shù)，能夠仿照電力系統(tǒng)設(shè)備實際操作。

以110 kV變電站主為例，其主電路包括110 KV/35 KV高壓變壓器、高壓母線、少油斷路器、隔離刀閘、避雷器以及互感器等設(shè)備。通過虛擬仿真平臺能對這些電氣設(shè)備巡視，巡視到變壓器時能夠檢測到變壓器的參數(shù)如相電流、相電壓等，還可以通過監(jiān)控圖操作，生成報表并記錄在后臺數(shù)據(jù)庫中，交接班人員可以通過數(shù)據(jù)庫查看操作記錄。

110 kV變電站虛擬仿真平臺是三維模型組成，能形象地提供了一種立體化的、交互的模擬仿真系統(tǒng)。授課教師仿佛身臨其境，使抽象的復(fù)雜的電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出直觀的理解形式，為學(xué)習(xí)“電力系統(tǒng)分析”課程提供一種新的認知和感知相融的學(xué)習(xí)方法。另外，變電站的三維模型除能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備巡檢外，還能實現(xiàn)停電、驗電、掛地線、設(shè)圍欄、掛警示牌等操作。例如模擬仿真現(xiàn)場操1號斷路器QF1，則通過三維導(dǎo)航圖中找到QF1，雙擊QF1斷路器的箱體門，對“遠方-就地切換旋鈕”操作，切換至就地位，最后進行分合閘操作。通過虛擬仿真平臺還可以進行故障設(shè)置與巡檢，例如可以對站內(nèi)電力主變壓器、少油斷路器、互感器以及避雷器等設(shè)置故障。對故障現(xiàn)象，相應(yīng)的設(shè)備會有異?，F(xiàn)象出現(xiàn)，這時通過虛擬仿真平臺巡視可以發(fā)現(xiàn)故障，并通過三維圖查看故障現(xiàn)象和后果，這樣可以不用打開實際的復(fù)雜設(shè)備，就能夠清楚設(shè)備問題所在，對加深理解設(shè)備原理起到重要作用。

1.3 實踐教學(xué)方法的改革

實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)方法和手段方面，可以多方面結(jié)合進行，比如申報各類高教項目，通過申報實踐教學(xué)項目，加深對實踐教學(xué)的理解，對實踐教學(xué)存在疑惑的地方，在PPT匯報和評審專家的點評中都能得到積累和提升；對青年教師，鼓勵他們到企業(yè)實踐鍛煉，了解企業(yè)的實際，學(xué)習(xí)書本上沒有的東西，讓教師體驗作為一名專業(yè)技術(shù)人員的判斷問題、故障分析以及解決問題的過程，來促進教師的理論和實際相互結(jié)合，提高專業(yè)課程的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。另外，還可以帶學(xué)生到企業(yè)調(diào)研，結(jié)合學(xué)生“電力系統(tǒng)分析”課程設(shè)計題目，有目的的通過企業(yè)工程師了解第一手資料，讓學(xué)生的設(shè)計內(nèi)容和現(xiàn)場實際不脫鉤，提高學(xué)生學(xué)習(xí)課程的自信心和理解力，結(jié)合現(xiàn)場實踐提出“講解-拆分討論－匯總”實踐教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生掌握課程重點內(nèi)容，理解難點內(nèi)容，同時針對“電力系統(tǒng)分析”課程不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容，結(jié)合實踐需要提出一些學(xué)生感興趣的問題，激發(fā)學(xué)習(xí)的積極性。另外實踐教學(xué)中利用先進教學(xué)輔助手段如計算機軟件對實際問題進行分析，對于復(fù)雜的電力系統(tǒng)計算問題，要利用仿真軟件如Matlab等。因此，“電力系統(tǒng)分析”課程的教學(xué)要按照課堂理論分析+實踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)模式，在理解理論的前提下，鼓勵學(xué)生參加大學(xué)生電子競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目來提高學(xué)生自身的創(chuàng)新研究能力。

2 實踐教學(xué)

2.1 實驗環(huán)節(jié)和實驗室建設(shè)

“電力系統(tǒng)分析”課程具有理解難度高的特點，增加綜合性實驗比重，減少驗證性實驗、提高學(xué)生專業(yè)創(chuàng)造性和綜合性能力，注重實踐操作，是實現(xiàn)學(xué)生有較強的動手能力、提高“電力系統(tǒng)分析”課程理解力的重要手段。對應(yīng)“電力系統(tǒng)分析”課程建立和其相關(guān)的實驗室，如電力電子實驗室、電機拖動實驗室、電機維修實驗室、電力系統(tǒng)分析實驗室以及電力仿真實驗平臺實驗室等，這些實驗室的建設(shè)能夠充分滿足學(xué)生實驗和課程設(shè)計教學(xué)需求。實驗中根據(jù)實驗操作規(guī)程，分析和解決實驗中出現(xiàn)的問題，從而提高學(xué)生的電力系統(tǒng)設(shè)計和理解能力。

2.2 校外實習(xí)

“電力系統(tǒng)分析”課程實踐教學(xué)方面，必然離不開對企業(yè)的調(diào)研和了解[7]，為了讓學(xué)生能夠多元化了解電力的各個方面，一方面要了解傳統(tǒng)的電力方面的知識，例如到電力公司參觀實習(xí)和實訓(xùn)，本專業(yè)學(xué)生通過參加這些企業(yè)的培訓(xùn)中心實習(xí)，從現(xiàn)場親身實踐和理解電廠和變電站的工作規(guī)程；另外為了更好地做好畢業(yè)設(shè)計和課程設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生放假期間到這些企業(yè)調(diào)研和自己設(shè)計的相關(guān)專業(yè)內(nèi)容，例如做電力系統(tǒng)短路計算設(shè)計和故障設(shè)計課題時，學(xué)生到現(xiàn)場了解發(fā)電廠和變電站的短路現(xiàn)象、短路產(chǎn)生的影響、故障頻率以及故障如何分析和排除等，通過這些現(xiàn)場的了解和實踐才能加深設(shè)計的內(nèi)容。另一方面還要了解電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的新知識和新系統(tǒng)包括光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電，帶學(xué)生到光伏電站實習(xí)和實訓(xùn)，了解新能源發(fā)電是電力系統(tǒng)的重要補充，以及新能源發(fā)電帶來的主要問題，例如氣象變化的不確定性使光伏電源和風(fēng)力發(fā)電輸出功率也具有不確定性，及其對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響等，經(jīng)過對這些新知識的現(xiàn)場認知，在實習(xí)中才能更清楚理解可再生能源對電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)影響。

2.3 實訓(xùn)教學(xué)的策略

聘請企業(yè)的工程師和校內(nèi)教師，聯(lián)合帶學(xué)生實習(xí)。從不同角度和學(xué)生講解，讓不同背景的指導(dǎo)教師發(fā)揮各自的長處。在講解過程中，工程師分組帶隊到企業(yè)的電力系統(tǒng)仿真室、中央控制室學(xué)習(xí)并體驗各類專業(yè)問題及現(xiàn)象。通過這樣的實踐教學(xué)方法，把學(xué)生的基礎(chǔ)研究能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力作為培養(yǎng)目標(biāo)，使“電力系統(tǒng)分析”課程形成驗證性和綜合性實驗相結(jié)合、感知實習(xí)和操作動手實習(xí)相結(jié)合的實踐教學(xué)體系[1]。

跟企業(yè)進行項目合作，深層次互動交流學(xué)習(xí)。合作以科研立項的形式進行，通過科研立項的建設(shè)，建立對校企雙方都有利的產(chǎn)學(xué)研合作形式，提高教師專業(yè)水平。鼓勵任課教師到企業(yè)進行掛職學(xué)習(xí)和鍛煉。通過青年教師的掛職，加深教師自身對企業(yè)的發(fā)電站、變電所運行情況的了解，直到熟悉和掌握企業(yè)的運行情況，包括安全操作規(guī)程、緊急故障處理、監(jiān)控系統(tǒng)操作、現(xiàn)場檢修和保養(yǎng)等問題，從而提高教師的實踐能力。通過親身體驗企業(yè)現(xiàn)場實踐，讓教師重視學(xué)生實習(xí)實訓(xùn)環(huán)節(jié)，更深刻認識和分析出變電站、發(fā)電廠與“電力系統(tǒng)分析”課程相關(guān)性，更有目的性的帶領(lǐng)學(xué)生在變電站和電力公司進行實習(xí)。

另外，鼓勵青年教師參加校、院級的實踐教學(xué)技能大賽，并通過獲獎激勵教師自己不斷學(xué)習(xí)；結(jié)合“電力系統(tǒng)分析”課程，到內(nèi)地知名企業(yè)參加各類課程建設(shè)、提升與專業(yè)能力相關(guān)的專業(yè)實踐培訓(xùn)；組織學(xué)生參加電子競賽、指導(dǎo)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識獨立分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生初步掌握科學(xué)研究過程，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣，從而更好地促進本專業(yè)學(xué)習(xí)。

3 結(jié)語

本文根據(jù)“電力系統(tǒng)分析”課程理論性強、電壓等級高、實驗難做的現(xiàn)實問題，提出實踐教學(xué)環(huán)節(jié)對“電力系統(tǒng)分析”課程理解的影響，圍繞電力系統(tǒng)的發(fā)展要求，改革“電力系統(tǒng)分析”課程的實踐環(huán)節(jié)，搭建仿真平臺。通過建設(shè)實驗室和實訓(xùn)基地，完善實驗課程、課外實訓(xùn)和電力系統(tǒng)綜合課程設(shè)計，改革實踐教學(xué)模式，為提高學(xué)生的工程實踐能力提供技術(shù)參考。