“电力系统稳态分析”课程设计的改革与探索

楚冰清， 李季

(商洛学院 电子信息与电气工程学院， 陕西 商洛 726000)

0 引言

“电力系统分析”是电气工程及其自动化专业的专业主干课，分为电力系统稳态分析和电力系统暂态分析。涉及的主要内容有潮流计算、频率调整、电压调整、短路计算和稳定性分析，具有很强的理论性和综合性，同时又具有一定的工程实践性，对学生的专业素质培养起着重要作用[1-2]。基于“电力系统分析”的重要作用和课程特点，在人才培养方案中为其设置了课程设计环节，一方面有助于巩固学生的理论知识，另一方面有利于提高学生的实践能力。

在“电力系统分析”的主要教学内容里，潮流计算属于电力系统稳态分析的内容，主要研究电力系统的稳态运行情况，是电力系统故障分析和稳定性分析的基础，因此潮流计算是电力系统中应用最广泛、最基本和最重要的一种计算[3-4]。为了突显潮流计算的重要作用，“电力系统稳态分析”课程设计的内容就是要求学生通过Matlab编程完成给定网络的潮流分布，但教学效果不是很理想，并没有加深学生对潮流计算的理解。故本文对“电力系统稳态分析”课程设计进行了改革和探索。

1 传统课程设计的现状

(1) 课程设计内容与实际脱离

我校电气工程及其自动化专业起步较晚，大部分教师都是青年教师，缺少行业背景和工程实践能力。而电气工程及其自动化专业的课程设计大部分是由本系老师承担，这就导致了课程设计的选题内容相对单一，理论性较强，但与工程实际相差较远。为了克服这方面的缺点，适应我校应用型本科院校的定位，新版的人才培养方案中将一部分的课程设计替换为实验操作，但考虑到“电力系统分析”课程的特点以及没有与之配套的实验室，故仍采用课程设计的形式完成实践教学。

(2) 学生重视度不够

目前，“电力系统稳态分析”课程设计是由指导教师给出设计题目，学生根据给定的网络和各元件的原始参数，对网络进行化简并得到其等值电路，为了减少人工手算的工作量，选择的网络一般比较简单，然后根据化简的等值电路求出网络的节点导纳矩阵，最后通过Matlab编程求出网络的潮流分布，得到各母线电压和各线路的功率。一方面由于设计过程比较枯燥，学生学习兴趣不高；另一方面学生人数较多，教师指导不到位，导致学生重视度不够，抄袭现象比较严重。

(3) 课程设计时间安排紧凑

“电力系统稳态分析”课程设计一般安排在理论课程结束之后的1-2周这段时间内，但此时大部分课程都已结课，马上面临四六级考试和期末考试，学生大都将精力放在学习上。为了让学生有更多的时间复习，一般都是每个班集中连续做几天课程设计，由于时间安排比较紧凑，学生容易疲乏，大部分学生都是草草了事、简单应付，导致课程设计的教学效果较差，无法达到预期的目标。

2 课程设计的改革

为改变传统课程设计的现状，结合我院的实际情况，依托现有的实验平台，“电力系统稳态分析”课程设计在设计内容、实施方式、指导方式等方面进行了改革与探索。

2.1 课程设计内容的改革

传统的“电力系统稳态分析”课程设计，学生根据给定网络和原始参数计算得到所需的数据，然后通过Matlab编程完成相应的设计任务，然而所需的手工计算较多，学生的关注重点大都在Matlab编程上，不能真正理解潮流计算的意义。为巩固学生的理论知识，减少手工计算工作量，提高学习兴趣，利用长沙同庆电气信息有限公司的TQXBZ-III多功能继电保护实验台对“电力系统稳态分析”课程设计的内容进行了改革。此实验台主要用来完成《电力系统继电保护》的相关实验，但利用其提供的电力网信号源控制系统软件可灵活组态各种结构的电力系统且比较接近电力系统实际[5]，实现可视化电力系统潮流分析，将传统的“手工计算+Matlab编程”改变为“手工计算+实验系统仿真”。

潮流计算网络结构图，如图1所示。

图1 潮流计算网络结构图

A、B、C 3根母线上分别接有负荷L1、L2、L3且通过断路器可灵活控制负荷的投切，B母线还设置有容量为30Mvar的补偿电容器。电力网信号源控制系统界面，如图2所示。

图2 电力网信号源控制系统界面

将图1所示的网络图搭建在界面右侧，通过运行可直观看到负荷变化对网络潮流的影响和投切电容器对网络潮流的影响等，有助于学生对仿真结果的分析，从而加深对理论知识的理解，也减少了许多冗杂的计算，增加了课程设计的趣味性，提高了学生的学习兴趣。切除电容器时网络的潮流计算结果和投入电容器时网络的潮流计算结果，如图3和图4所示。

图中的三行数据依次为有功功率(MW)、无功功率(Mvar)和电流(kA)，母线处的数据为电压(kV)，图中有功功率和无功功率都是母线流向线路的。

图3 切除电容器时网络的潮流计算结果

图4 投入电容器时网络的潮流计算结果

2.2 课程设计实施方式的改革

传统的“电力系统稳态分析”课程设计的实施时间一般为理论课程结束后，但此时大部分学生会将精力放在期末考试的复习上，无暇顾及课程设计。为保证课程设计的质量，在讲授潮流计算的理论知识时就将课程设计的任务布置下去，让学生带着目的学习，待潮流计算的理论知识讲授结束后便正式开始课程设计，保证学生有充足的时间学习电力网信号源控制系统软件或Matlab软件，有效完成课程设计的任务。理论课程全部结束后，给学生几天时间整理课程设计报告再统一答辩提交，不仅能使学生加强对课程设计的重视，也能使学生在答辩过程中发现自己的不足。

2.3 课程设计指导方式的改革

我校电气工程及其自动化专业的人数较多，但教师相对较少，故课程设计一般由任课教师一人指导，由于指导教师工作量较大往往造成指导不到位的现象。为此，“电力系统稳态分析”的课程设计在指导方式上进行了改革，将课程设计的指导工作分配给2名教师，每人负责2个班级，每个班级的学生人数大概为30人，指导教师除了在实验室进行指导外，还建立了“电力系统稳态分析”课程设计的学习交流平台，指导教师可以将学习资料上传，方便学生随时查阅，有问题时可以及时联系指导教师，也方便了学生之间的交流。

3 总结

“电力系统稳态分析”课程设计对于电气工程及其自动化专业学生的实践能力培养起着重要的作用。本文针对我校“电力系统稳态分析”课程设计存在的问题，在设计内容、实施方式、指导方式等方面进行了改革与探索，不仅巩固了潮流计算的理论知识，加深学生对潮流计算的理解，还训练了学生的建模仿真能力，有助于学生实践能力的提高。