基于卓越電氣工程師培養的電力系統分析課程改革

徐德明+遲正剛

[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

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）11-0161-02

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。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 侯永峰，武美萍，宮文飛，吳愛華.深入實施卓越工程師教育培養計劃，創新工程人才培養機制[J].高等工程教育研究，2014（3）：1-6.

[2] 魯剛，魏玢，馬莉.智能電網建設與電力市場發展[J].電力系統自動化，2010（9）：22.

[3] 肖立業，林良真.構建全國統一的新能源電網，推進我國智能電網的建設[J].電工電能新技術，2011（4）：54-59.

[4] 杜作潤，廖文武.高等教育學[M].上海：復旦大學出版社，2003.

[5] 江寧強.問題教學法在“電力系統分析”教學實踐中的應用[J].電氣電子教學學報，2006（4）：42-45.

[6] 魯宗相，王彩霞，閡勇，等.微電網研究綜述[J].電力系統自動化，2007（19）：100-107.

[責任編輯：陳 明]