時間：2023-03-10 15:06:51
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DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.181
0 引言
電力系統(tǒng)分析課程主要包含電力系統(tǒng)潮流分布計算、電力系統(tǒng)有功功率和頻率調(diào)整、電力系統(tǒng)無功功率和電壓調(diào)整、電力系統(tǒng)短路計算等內(nèi)容，為電氣工程學科的重要組成部分，是電氣類有關專業(yè)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(yè)知識、培養(yǎng)學習興趣、提高專業(yè)實踐能力，寧夏理工學院結合教學內(nèi)容，搭建了電力系統(tǒng)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(tǒng)分析”、“電氣控制技術”、“電力系統(tǒng)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(fā)人員，目前僅開發(fā)了三個實驗：發(fā)電機啟動和運轉實驗、同步發(fā)電機手動準同期并網(wǎng)實驗、單機帶負荷實驗。需要結合電力系統(tǒng)分析課程內(nèi)容，開發(fā)相關實驗和相關課題研究，將對電力系統(tǒng)分析實踐教學起到良好的促進作用。
1 電力系統(tǒng)實踐平臺簡介
電力系統(tǒng)實踐平臺由電力系統(tǒng)綜合自動化實踐平臺和電力系統(tǒng)監(jiān)控實踐平臺兩部分構成。
電力系統(tǒng)綜合自動化實踐平臺是一套可模擬發(fā)電過程、各種電力故障、有功和無功功率調(diào)整等功能的整合實驗設備，反映了傳統(tǒng)發(fā)電廠電能從產(chǎn)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(fā)電機、控制柜、實驗操作臺、三相可調(diào)負載箱和自耦調(diào)壓器。其中原動機由一臺功率3KW、電壓400V、轉速1500rpm的直流發(fā)電機組成；三相同步發(fā)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(fā)電機由聯(lián)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(fā)電機勵磁單元、準同期單元、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(jiān)測儀表單元、指示單元、設置單元和設備接口單元組成；由15KVA自耦調(diào)壓器來擬無窮大系統(tǒng)；三相可調(diào)負載箱包括阻性負載和感性負載。
電力系統(tǒng)監(jiān)控實踐平臺是一個集系統(tǒng)開放化、結構微機化、監(jiān)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(tǒng)、實驗操作臺和模擬無窮大系統(tǒng)組成，與電力系統(tǒng)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(chuàng)新思維能力，為電氣類有關專業(yè)學生以后走向工作崗位打下堅實的專業(yè)基礎和動手能力。
2 電力系統(tǒng)實踐平臺與電力系統(tǒng)分析課程結合可開發(fā)的實驗
電力系統(tǒng)分析課程主要包括電力系統(tǒng)潮流分布計算、電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整、電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整、電力系統(tǒng)三相短路的分析與計算、電力系統(tǒng)不對稱故障的分析與計算等部分。
根據(jù)電力系統(tǒng)實踐平臺特點，結合電力系統(tǒng)分析課程內(nèi)容，通過電氣類教師實踐與論證最終可開發(fā)的實踐項目有：
（1）發(fā)電機組的起動與運轉實驗；
（2）同步發(fā)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(fā)電機起勵實驗、勵磁調(diào)節(jié)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(fā)電機強勵實驗、調(diào)差實驗、過勵磁限制實驗；
（3）同步發(fā)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(huán)節(jié)）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(wǎng)實驗、半自動準同期并網(wǎng)實驗、自動準同期并網(wǎng)實驗；
（4）單機-無窮大系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行方式實驗；
（5）電力系統(tǒng)功率特性和功率極限實驗；
（6）電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定實驗；
（7）單機帶負荷實驗；
（8）同步發(fā)電機實驗，包括同步發(fā)電機空載實驗和短路實驗、同步發(fā)電機V形曲線實驗、同步發(fā)電機外特性實驗。
3 課題研究與電力系統(tǒng)實踐平臺的結合
寧夏理工學院電氣類有關專業(yè)師生可根據(jù)THLZD-2型電力系統(tǒng)綜合自動化實踐平臺和THLDK-2 型電力系統(tǒng)監(jiān)控實踐平臺的特點和現(xiàn)有設備，擬定出與實際生產(chǎn)相結合的或者理論研究型的大學生創(chuàng)新性項目、課程設計、畢業(yè)設計或科研課題。如對電力系統(tǒng)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(shù)據(jù)，并對實驗數(shù)據(jù)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(chuàng)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(yè)實踐和校內(nèi)實踐平臺來學習專業(yè)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(yè)綜合素質和創(chuàng)新思維，打破傳統(tǒng)的只注重理論教學，輕實踐教學的模式，為電力行業(yè)培養(yǎng)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(tǒng)分析課程的專業(yè)知識、培養(yǎng)學習興趣、提高專業(yè)實踐能力，本文提出通過與電力系統(tǒng)實踐平臺相結合，開發(fā)相關實踐項目。電氣類有關專業(yè)師生也可結合該實踐平臺資源，進行大學生創(chuàng)新性項目實踐、課程設計和畢業(yè)設計，以及教師的科研項目研究工作。
參考文獻：
[1]劉柏林，孫文利.“電力系統(tǒng)分析”實驗教學改革研究[J].科教文匯，2012（10）（上旬刊）.
中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1009-0118（2012）-03-000-02
一、引言
“電力系統(tǒng)分析”是電氣工程學科一門重要的專業(yè)必修課，在整個電氣工程專業(yè)課程體系中起著承上啟下的作用，一方面它將先修的課程，如“電路”、“電機學”、“電磁場”、“自動控制原理”、“計算機編程”、“高等數(shù)學”、“線性代數(shù)”等知識綜合運用于電力系統(tǒng)運行分析與計算，對培養(yǎng)學生綜合運用所學知識解決實際工程問題的能力有著重要的案例教育作用；另一方面，課程涉及電力系統(tǒng)分析中最基本的知識和分析方法，可為學生學習后續(xù)電力系統(tǒng)相關專業(yè)知識以及將來從事電力系統(tǒng)相關研究或工作打下重要的基礎。“電力系統(tǒng)分析”課程的特點是，涉及面廣、理論計算多、工程性強、內(nèi)容抽象難懂，電力系統(tǒng)背景強的院校一般分為兩個學期來講授，時間一般在80個學時以上，并同步開設實驗環(huán)節(jié)和工程實踐環(huán)節(jié)。
結合前人的經(jīng)驗及筆者自身用心的摸索，筆者提出“一明確，二聯(lián)系，三重視”的課程教學方法，經(jīng)實踐證明，該教學方法受到學生和學校督導組的肯定，學生表現(xiàn)出較強的學習興趣，學校效果也良好?，F(xiàn)總結出來，希望能給其他開設有少課時“電力系統(tǒng)分析”課程的兄弟院校提供有益的參考。
二、所提出的教學方法
“電力系統(tǒng)分析”課程的特點是，涉及面廣、理論計算多、工程性強、內(nèi)容抽象難懂，教學過程中，學生容易思路渙散，抓不住重點，聽不懂，最終失去學習興趣等。針對少課時“電力系統(tǒng)分析”課程特點，筆者探索出了一種有效的教學方法，即“一明確，二聯(lián)系，三重視”教學法。
（一）一明確
“一明確”是指在教學內(nèi)容上，既要明確課程總的教學目標，又要明確每一部分的教學目標，以及每一節(jié)課的教學目標，即，采用“總分總”的授課思路，讓學生清楚課堂每一時段教師所講的內(nèi)容是什么，講這些內(nèi)容的目的是什么，以及這些內(nèi)容在整個課程中處于什么樣的位置，在電力工程實際中有什么用途等，從而讓學生對授課內(nèi)容有清楚的把握，置身其中，融入其中，從宏觀和微觀上掌握全部課程內(nèi)容。例如，“電力系統(tǒng)分析”包括電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析和電力系統(tǒng)暫態(tài)分析兩大部分，主要講述了電力系統(tǒng)的三大常規(guī)計算，即潮流計算、短路計算和穩(wěn)定性計算，而課程中諸如電力系統(tǒng)的基本概念、基本理論、數(shù)學建模和計算方法等都是為這三大計算做的鋪墊，這些計算的結果又是為電力系統(tǒng)的各項工作。對教師而言，把握了這個教學目標，也就掌握了教學方向，對教材內(nèi)容的重點和難點能做到心中有數(shù)，傳授知識時效率更高。對學生而言，有明確的目標來指引課程學習，學生也就清楚了自己所學的知識點及其用途，同時也容易對這門課產(chǎn)生興趣。
筆者認為，在講授“電力系統(tǒng)分析”課程的第一堂課時，應該首先明確本課程的教學內(nèi)容和目標是什么，本課程在電氣工程專業(yè)中處于什么樣的位置，有什么樣的用途，應該重點掌握哪些知識，從而讓學生對本門課程有個大致了解，對重點、難點知識在哪里，有較為清晰的知識的方向感。在講每一常規(guī)計算時，也要首先明確每一子主線，如在講潮流計算時，這一子主線是：各電力系統(tǒng)元件的參數(shù)計算和等值電路電力系統(tǒng)的等值電路節(jié)點間的電壓降落和串并聯(lián)支路的功率損耗電壓和功率分布計算潮流計算（采用直角坐標或極坐標；迭代求解：牛頓拉佛遜法和PQ分解法）電壓調(diào)整頻率調(diào)整經(jīng)濟運行。潮流計算是主線，潮流計算前面的內(nèi)容是基礎知識，潮流計算后面的內(nèi)容是進行潮流計算的目的。明白了它們之間的聯(lián)系、關系，整個章節(jié)內(nèi)容就能連成一條線進行理解和分析，潮流計算貫穿于整個內(nèi)容，學起來也就相對容易些。其它兩個常規(guī)計算（分支線）也可按如此方法講解。
（二）二聯(lián)系
“二聯(lián)系”是指在授課方法上，一是要理論聯(lián)系實際；二是要前后知識聯(lián)系。
“電力系統(tǒng)分析”課程的主干內(nèi)容是三大常規(guī)計算，多數(shù)教材的主干內(nèi)容圍繞著此三大計算進行了詳細的數(shù)學推導和分析，理論性較強，很少聯(lián)系實際應用。對于少課時的”電力系統(tǒng)分析”課程來說，第一，絕對不能按照傳統(tǒng)“電力系統(tǒng)分析”教材照本宣科，應著重推導思路的講解，揭示其中的難點、重點和注意點，應更加格外的著重聯(lián)系實際應用，向學生講解清楚，所講理論計算在實踐中有什么用途，什么場合會用到，如何運用。第二，可結合實際電力系統(tǒng)，進行實例教育，而不是僅僅浮于書本上文字。比如，可以以某個地區(qū)的電網(wǎng)為例進行講解，如何建立該實際電網(wǎng)的等值電路和數(shù)學模型，如何進行潮流計算和分析，如何將計算結果運用于電網(wǎng)的規(guī)劃、設計和運行控制中去，并且給學生提供計算機例程，讓學生了解如何運用計算機手段進行電力系統(tǒng)的計算和分析。這樣，將一個實際的地區(qū)電網(wǎng)作為教學例子，始終貫穿于教學中去，從穩(wěn)態(tài)分析到暫態(tài)分析，再到穩(wěn)定性分析，從而給學生提供一個實際應用的例子，讓學生加深理解課本內(nèi)容，真正掌握電力系統(tǒng)的計算分析方法，提高活學活用的能力，避免出現(xiàn)課堂所學知識與生產(chǎn)實際相脫節(jié)的常見弊病。
二是要前后知識聯(lián)系，包括本課程內(nèi)容前后知識的聯(lián)系，以及本課程知識與先修課程“電路”、“電機學”、“電磁場”等知識的聯(lián)系。例如，“電路”中，學生熟悉的是直流電路和簡單的單相、三相交流電路的計算，已知量和待求量是電壓、電流，多采用解析法進行精確求解。在“電力系統(tǒng)分析”中，涉及的是復雜電力系統(tǒng)三相交流電路，屬于工程計算，工程計算的一個特點是近似計算，應向學生闡明這一點，避免有的學生鉆入牛角尖。在“電力系統(tǒng)分析”中，已知量和待求量不再是電壓和電流，而是功率和電壓矢量，方程的物理本質也發(fā)生了變化，不再是節(jié)點電流守恒，而是節(jié)點功率守恒。所以，在學習“電力系統(tǒng)分析”時，應引導學生注意轉換思維，從所熟悉的“電路原理”的思維，轉換到系統(tǒng)的、高壓的、三相的、具有工程特點的“電力系統(tǒng)分析”的思維，避免理解錯誤和錯誤理解，這是在“電力系統(tǒng)分析”課程教學實踐非常常見的問題。再例如，在電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析中和電力系統(tǒng)暫態(tài)分析中，所用的分析方法是不一樣的，在穩(wěn)態(tài)分析中用的是相量分析法，而分析電力系統(tǒng)暫態(tài)過程不能直接使用相量分析法?！盀槭裁茨?？”通過問題提問，引導學生去主動思考。接著，可簡單回顧“電路”中講授的相量分析法的基礎，以及電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)有什么特點，為什么電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)可以運用相量分析法，而電力系統(tǒng)暫態(tài)過程不能直接運用相量分析法，而相量分析法又是三相交流電路分析計算的基礎，那么如何才能使用相量分析法呢？這樣一步一步地讓學生能夠理解到事物的本質，既知道其然，也知道其所以然，從而讓學生知道如何運用所學知識去解決工程實際問題。在講這一節(jié)時，還應補充講解相量和向量、矢量的區(qū)別，避免出現(xiàn)混淆和用錯。通過這種教學方法，既能鞏固先修課程所學的知識，加深對先修知識的理解，又能加強對現(xiàn)學知識的理解。再例如，電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、暫態(tài)分析和穩(wěn)定性分析中，所使用的發(fā)電機模型是不一樣的，在講后面章節(jié)內(nèi)容時，應解釋清楚本章節(jié)所涉及的電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的特點，為何在本章節(jié)使用了與前面章節(jié)不同的發(fā)電機模型，或為何前面章節(jié)的發(fā)電機模型不適于本章節(jié)所述的電力系統(tǒng)運行狀態(tài)等。從而，通過聯(lián)系、對比前后知識，讓學生能對所學知識融會貫通，概念清楚，避免出現(xiàn)用錯和錯用的情況。
（三）三重視
“三重視”是指在教學要素上。教學是以教案內(nèi)容（知識）為載體，教師將教案內(nèi)容傳授給學生，幫助學生學習并掌握教案內(nèi)容的活動。以“教”而言，教師為主體，不僅傳授知識，而且展開其內(nèi)涵；以“學”而言，學生為主體，不僅承繼知識，而且深入其內(nèi)涵。而學生的學是教學的最終目標。因此，教案、教師和學生組成了教學的三大要素。為了達到理想的教學效果，既要重視教案的質量和水平，又要重視教師的自身水平和講授水平，更要重視學生的學習效果，即，要同時重視課堂教學的三大要素，任一要素不理想，都會影響最終的教學效果。
教案內(nèi)容是教師的教和學生的學的對象，為了達到理想的教學效果，首先，教案內(nèi)容應該是學生感興趣的東西，在主觀上愿意并樂意持續(xù)去學習并掌握的東西。因此，應清晰掌握學生的學習心理，并在教學內(nèi)容上，盡最大可能的滿足學生的學習預期。經(jīng)調(diào)查，大學生在學習知識時往往注重實用、能學到東西、有助于未來職業(yè)發(fā)展，如果簡單易懂、充滿趣味，那么更好。而“電力系統(tǒng)分析”的主干內(nèi)容是三大常規(guī)計算，理論抽象，枯燥難懂，那么，如何將課程內(nèi)容往學生感興趣的方向去靠，是值得研究的問題。筆者經(jīng)過幾年來的用心探索，總結出來以下幾點：1、教案內(nèi)容不應是課本內(nèi)容的簡單重述和再現(xiàn)，應是補充了當今生產(chǎn)實踐中活的實際內(nèi)容，應與生產(chǎn)實際相同步，讓學生能了解到校門外、課本外、學術外的生產(chǎn)實際，而不僅僅是課本上死的文字和虛而不實的理論知識；2、教案內(nèi)容應充滿知識性，應向學生適量提供一些與本課程或本專業(yè)相關的科學與技術，以提高學生的專業(yè)能力，擴大知識面和信息量，讓學生切實感受到學有所獲，而不是感到虛度光陰；3、由于本課程大量運用了先修的課程內(nèi)容，如“電路”、“電機學”、“電磁場”、“數(shù)值分析”等，在準備教案時，應將先學的課程知識巧妙的融會貫通于本課程內(nèi)容中，一來加深對先學知識的理解，二來給學生提供一個活學活用的實例，讓學生可以以此為例，在以后的工作中舉一反三，提高知識應用能力；4、應補充本課程領域國內(nèi)外同行當前的技術狀況和發(fā)展動態(tài)，從而讓學生了解就職于工作崗位上的前輩們正在從事的事情，從而對自己的未來職業(yè)有個初步的了解，意識到在學校里、課堂上還應補充的知識；以上四點是在準備教案時應注意的地方，高水平的教案是教師的水平和責任心的體現(xiàn)，需要多年用心的摸索、推敲和積累。
在教學中，教師的作用是編寫教案、課堂教學以及解答疑惑。除了按上文提出的原則準備教案內(nèi)容和進行課堂教學外，教師還應注重自身水平的不斷提高與進步，包括自身知識水平的提高和講授水平的提高。高水平的教案內(nèi)容和講課水平需要教師日復一日、年復一年的用心積累和不斷摸索，平日里應心系學生，認真推敲，站在學生的角度去思考問題，準備教案。課堂師生互動環(huán)節(jié)，首先，可以引導學生去主動的思考，而不是被動的接受；二是可以讓學生參與到教學中來，而不是死板地坐在下面，麻木的機械式的收聽教師的講演；三是，可以對課堂節(jié)奏，稍事停頓和修整，讓學生緊繃的腦神經(jīng)也得以休整。當發(fā)現(xiàn)學生的學習效果與預期出現(xiàn)偏差時，應及時調(diào)整課程進度和節(jié)奏、教學方式和方法。
三、結論
根據(jù)“電力系統(tǒng)分析”課程內(nèi)容的特點，筆者結合前人的經(jīng)驗與筆者自己多年的摸索，針對缺乏實驗和實踐環(huán)節(jié)支持的少課時“電力系統(tǒng)分析”課程，探索出了“一明確，二聯(lián)系，三重視”的教學方法，其涵義是：“一明確”是指在教學內(nèi)容上，要明確教學目標；“二聯(lián)系”是指在授課方法上，要理論聯(lián)系實際，后面知識聯(lián)系前面知識；“三重視”是指在教學要素上，要同時重視教師、學生和教學內(nèi)容三要素的影響，在教學過程中形成以學生掌握知識為中心，以培養(yǎng)能力為重點，以提高專業(yè)素質為目標的教學方法。該教學方法在實踐教學中取得了良好的教學效果，學生對知識的理解更透徹，對知識的掌握更扎實，同時也促進了學生知識應用能力的提高。
參考文獻：
摘 要：MATLAB 是一種用于對動態(tài)系統(tǒng)進行仿真、分析以及建模的軟件包，目前，其在我國的電力系統(tǒng)中已經(jīng)得到了較為廣泛的應用。本文就MATLAB 在電力系統(tǒng)的應用進行分析與探討。
關鍵詞 ：MATLAB；電力系統(tǒng)
中圖分類號：
文獻標志碼：A
文章編號：1000-8772（2015）08-0170-01
收稿日期：2015-02-10
作者簡介：高品（1987-），女，陜西富平人，助理工程師。研究方向：電力系統(tǒng)。
一、引言
MATLAB 自問世以來，就以應用的便捷性以及良好的矩陣處理功能受到了人們的廣泛關注，并在世界控制范圍內(nèi)得到了廣泛的應用。如何能夠將MATLAB 充分地應用到電力系統(tǒng)分析工作中，成為我們目前最為關注的一類問題。
二、潮流計算的MATLAB 實現(xiàn)
無論我們使用何種算法，潮流計算都是以基于矩陣的方式進行迭代計算。在此基礎上，我們以MATLAB 為基礎編寫了一個能夠實現(xiàn)快速分解的潮流計算程序。
（一）DAPA 程序結構
該仿真軟件為一個具有較強通用性的算法仿真程序，且適合應用在規(guī)模較大的電網(wǎng)之中。在該軟件的節(jié)點注入功率擾動模塊，其對系統(tǒng)所具有的動態(tài)特性進行了模擬，并提供了較多類型的擾動形式，如正弦、二次、隨機以及線性等，且能夠在不同節(jié)點中同時對其進行施加；擾動潮流精確解模塊中，則使用了快速分解BX 型算法對其進行求解，具有精度高、速度快的特點，能夠對DAPA 解的誤差分析提供基準；而在擾動潮流解模塊中，則可以將其視作算法初次計算的迭代結果，能夠在進行循環(huán)計算時將其作為新一輪計算初值。
（二）DAPA 程序運行
該軟件的執(zhí)行步驟如下：
1. 在給定網(wǎng)絡參數(shù)文件的基礎上，獲得支路的相關參數(shù)數(shù)據(jù)，并以此形成節(jié)點關聯(lián)矩陣以及原始阻抗矩陣，且以此對該網(wǎng)絡的節(jié)點定導納矩陣進行計算。
2. 在節(jié)點注入功率文件的基礎上，我們可以獲得系統(tǒng)節(jié)點所具有的類型以及功率數(shù)據(jù)，并能夠在相關規(guī)定的基礎上將所有節(jié)點都根據(jù)PV 節(jié)點、平衡節(jié)點以及PQ 節(jié)點的次序進行排序。之后，則能夠在排序完成的基礎上將不同節(jié)點的網(wǎng)絡位置以及注入功率根據(jù)定導納矩陣以重新的方式進行排列。
3. 能夠根據(jù)參數(shù)選擇部分所制定不同節(jié)點具有的擾動功率變化周期，以及不同周期采樣數(shù)，對其所需要進行循環(huán)的次數(shù)進行確定。
4. 在不同參數(shù)節(jié)點擾動功率的擾動規(guī)律、擾動周期以及幅值的基礎上，將對不同節(jié)點的擾動功率大小進行計算，并在此擾動值的基礎上對系統(tǒng)原有節(jié)點所具有的功率進行修正。
5. 當系統(tǒng)獲得網(wǎng)絡節(jié)點注入功率以及導納矩陣之后，則能夠以快速分解的方式對網(wǎng)絡中不同節(jié)點所具有相角、幅值的精確值進行計算，并在計算的同時做好計算時間的記錄工作。
6.也可以通過DAPA算法的應用對網(wǎng)絡中不同節(jié)點相角、幅值的近似值進行計算，并在計算的過程中對不同算法所需要消耗的時間、兩種算法所存在的時間比值進行記錄。
7. 在計算的過程中，可以對循環(huán)次數(shù)進行判斷，看其是否為0。如果其值為0，則可以結束本次計算。而如果循環(huán)次數(shù)非0，則需要在此對其進行計算直至為0。
在以DAPA 程序進行計算后，其計算結果可以通過曲線的方式進行體現(xiàn)，如節(jié)點電壓相角變化曲線以及節(jié)點電壓幅值變化曲線等，同時我們也可以分別將其同精確值進行比較。
（三）程序性能
1. 程序代碼少
在MATLAB 中，其會以直接的方式對矩陣進行處理與操作，可以避免如C 語言類型等在對矩陣進行處理時存在數(shù)量較多的循環(huán)操作的情況。除此之外，其還能夠將矩陣運算中的部分算法以內(nèi)部函數(shù)的方式進行調(diào)用，并以此在大大減少編程工作量的基礎上，使程序所具有的可靠性得到了增強。
在圖形界面方面，MATLAB 也支持面向對象技術，并根據(jù)此特點為我們提供數(shù)量較多的標準對象，如菜單、窗口以及按鈕等等。而在實際應用過程中，用戶則能夠在面對這部分對象時以直接的方式對其進行調(diào)用，且在調(diào)用后能夠根據(jù)自身的需求對其進行修改。
2. 程序調(diào)試方便
由于本程序以直接的方式對矩陣進行操作，且其中具有數(shù)量較多的我們較為熟悉的表達式與公式，這就使我們在編程完畢對程序進行檢查時，具有更好的簡便性以及調(diào)試效率。同時，本程序也為我們提供了類型較為豐富的錯誤信息提示，除了能夠對出錯語句進行指明之外，還為我們提供了數(shù)量較多的參考信息，如變量名大小寫不一致、矩陣超維、運算符缺失等等，以此更好地便于我們發(fā)現(xiàn)并修改程序錯誤。我們則可以通過對不同變量的取值以及數(shù)量情況對程序的整個執(zhí)行過程進行分析與判斷，并最終找到問題、解決問題。
3. 計算精度高
在MATLAB 中，其在矩陣操作中所使用的內(nèi)部函數(shù)都以精度高、可靠性好的方式進行編制，對此，當我們通過這部分函數(shù)進行操作后，所得到的結果往往比普通算法具有更高的計算精度。
三、結束語
MATLAB 在我國現(xiàn)今的電力系統(tǒng)中是一種應用較為廣泛的一門語言，以其所具有的矩陣處理功能非常適合應用于電力系統(tǒng)的分析工作中。在上文中，我們對MATLAB 在電力系統(tǒng)分析中的應用進行了一定的研究，希望在今后的電力系統(tǒng)研究中具有借鑒意義。
參考文獻：
一、調(diào)整理論教學內(nèi)容以適應新形勢下對高職學生的培養(yǎng)要求
《電力系統(tǒng)分析》在整個教學計劃和學生培養(yǎng)中起著十分重要的作用,一方面承接著從技術基礎課向專業(yè)課的過渡,另一方面又承接著從理論學習向工程實際問題的過渡。它研究的對象是實際的電力系統(tǒng),因此具有明顯的工程特點。這就要求從工程實際出發(fā),對所研究的問題進行適當?shù)暮喕幚?。調(diào)整優(yōu)化《電力系統(tǒng)分析》課程教學內(nèi)容的目標是：要求學生掌握和理解基本概念和基本理論,培養(yǎng)學生分析和解決電力工程問題的能力,以及掌握運用電子計算機解決電力系統(tǒng)工程問題的理論和方法。因此在大量調(diào)研和多年教學實踐的基礎上,對《電力系統(tǒng)分析》課程提出如下改革:
1.簡化電力系統(tǒng)各元件特性和數(shù)學模型的教學。在教學實踐中發(fā)現(xiàn),這一章的公式推導較多,學生難于理解,經(jīng)過分析,理出一條思路，注重基本物理概念的掌握和理解,以及對公式的應用，而對公式的推導則盡量簡化省略。例如,在講解線路參數(shù)計算的時候，只給出各參數(shù)的公式而不去花時間推導，學生能夠理解各參數(shù)的意義和正確應用公式即可。
2.根據(jù)培養(yǎng)目標和學生的學習特點適當增減相關學習內(nèi)容。《電力系統(tǒng)分析》課程的教學內(nèi)容比較多，如果在實際教學中都涉及到會需要大量的理論課時，這與目前高職教育改革是相悖的，因此必須適當減少理論課時數(shù)，這就需要刪減一些教學內(nèi)容，比如，電力系統(tǒng)的潮流的計算機算法這一章對高職學生而言比較難理解，可以刪減。同時，還可以適當增加一些與實際工程結合緊密的內(nèi)容，這可以根據(jù)每個學校學生的就業(yè)特點而定。
二、改進教學方法和教學手段,提高學生學習的興趣
教學質量的提高，重要的是教學方法和教學手段的提高。理論教學是目前課程教學體系中的重要環(huán)節(jié)，它直接影響教學質量。
1.課堂教學采用多媒體課件配合板書教學?！半娏ο到y(tǒng)分析”課程與實際電力系統(tǒng)聯(lián)系非常緊密，很多實際設備用語言和黑板講授根本沒辦法描述清楚，學生對系統(tǒng)的整體認識很難。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。一方面沿用了板書教學的優(yōu)點，同時對語言講解比較抽象的內(nèi)容用多媒體形象演示，使得教學更加具體化、形象化，使學生更加容易理解，起到事半功倍的效果。
比如，講解電力系統(tǒng)結構時，先將具體的電氣設備用圖片演示給學生，使學生對電力系統(tǒng)中的各電氣元件有一個直觀的了解，在給出系統(tǒng)的地理接線圖和電氣接線圖時，學生就能夠將接線圖中的各電氣元件的符號與實際的設備對應上，從而將抽象的系統(tǒng)接線圖與實際的系統(tǒng)結構聯(lián)系起來。
2.增加網(wǎng)絡輔助教學環(huán)節(jié)。為了方便學生對“電力系統(tǒng)分析”課程的自學、預習與復習，將課程的大綱、電子教案、多媒體課件和習題等都掛到了校園網(wǎng)上，這樣學生在課余時間可以隨時上網(wǎng)查閱相關資料。在每章內(nèi)容講解之前，教師都會提出相關問題放到網(wǎng)上以使學生提前預習，提高了課堂教學的效果。學生在“電力系統(tǒng)分析”課程的學習有任何疑問，也可以在網(wǎng)上給教師留言詢問，教師會及時給學生解答。網(wǎng)絡教學創(chuàng)造了教師與學生、學生與學生之間相互交流的環(huán)境，便于學生吸收更多信息，培養(yǎng)自主學習能力，有利于提高教學效果，對教學方法和教學手段的改革將起到極大的推動作用。
作者簡介：倪晶（1975-），女，黑龍江哈爾濱人，東北農(nóng)業(yè)大學電氣與信息學院，講師；房俊龍（1971-），男，黑龍江哈爾濱人，東北農(nóng)業(yè)大學電氣與信息學院副院長，教授。（黑龍江 哈爾濱 150030）
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）15-0063-02
“電力系統(tǒng)分析”課程是東北農(nóng)業(yè)大學（以下簡稱“我校”）農(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)和電氣工程專業(yè)必修的專業(yè)基礎課，是兩個專業(yè)的核心課程。它連接了之前學習的電工、電子、電機、自動化、計算機、高等數(shù)學等理論基礎課程，又對后續(xù)的主要專業(yè)課程（如繼電保護、架空線路、發(fā)電廠、變電站電氣設備等）做了理論的基礎準備，因此該課程是理論課、基礎理論課向專業(yè)課和工程應用研究的過渡紐帶，具有承上啟下的作用。同時學生的課程設計、畢業(yè)設計和專業(yè)綜合實驗、生產(chǎn)實習等實驗和實踐環(huán)節(jié)也要大量應用電力系統(tǒng)分析的課程內(nèi)容，因此，學好這門課程對電氣化及電氣工程專業(yè)的學生具有極其重要的作用，可以說電力系統(tǒng)分析課程是開啟電力系統(tǒng)學科大門的一把珍貴鑰匙。
一、教學中出現(xiàn)的問題
一直以來，學生普遍反映“電力系統(tǒng)分析”課程難學、難懂、難算，教師也感到難教。這門課程之所以會存在這樣的問題，原因是多方面的。教師方面，由于近年來高校對教學體系的多次改革，授課學時數(shù)大大減少，但教學內(nèi)容并沒有削減，使得課堂教學中課程進度較快，習題做的較少；學生方面，由于課程中概念多、計算多、公式多、數(shù)學推導多，且理論性和工程性較強，因此學生感到課程難度很大；課程方面，本課程涉及相關學科和專業(yè)的知識太多，例如電路、電機、電子、電磁場等。這些因素都直接影響了課程教學的順利進行并增加了學生學習的難度，使學生產(chǎn)生了畏難的情緒，進而影響了學習的熱情和學習效果。
二、教學內(nèi)容優(yōu)化，適應農(nóng)電人才培養(yǎng)
電力系統(tǒng)分析由電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析構成。穩(wěn)態(tài)分析主要針對系統(tǒng)在對稱穩(wěn)態(tài)運行下參數(shù)的分析和計算及有功、無功功率對系統(tǒng)運行的影響，主要內(nèi)容有線路變壓器的參數(shù)和模型、網(wǎng)絡潮流計算的手算和計算機計算以及有功、無功對電壓和頻率的影響。電力系統(tǒng)暫態(tài)分析是對系統(tǒng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)中主要參數(shù)的分析和計算以及系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析，內(nèi)容包括對稱和不對稱短路時參數(shù)的計算以及系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性。穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析這兩大體系構成了電力系統(tǒng)分析的全部內(nèi)容，把握了這樣一條主線，對學習課程可以起到事半功倍的效果。
教學中注重電力系統(tǒng)基本概念、基本原理及基本計算方法的講解，而對于較繁瑣的理論推導或者實際應用性不多的內(nèi)容可以適當精簡。如在推導長輸電線路的等值電路時，用到了許多電磁場和高等數(shù)學的知識，內(nèi)容復雜抽象，學生學習、理解非常困難，學習上出現(xiàn)畏難情緒，在授課中可將公式推導適當簡化，主要掌握結論和方法，增強學生學習的信心。再如電力系統(tǒng)的潮流計算中，隨著計算機的發(fā)展和網(wǎng)絡系統(tǒng)規(guī)模的增大，手算潮流已經(jīng)不能適應對現(xiàn)有網(wǎng)絡進行計算，因此教學中對應用性不多的手算潮流部分做了精簡，保留原理公式的推導，而把計算的重點主要放在用計算機來求潮流，既能突出教學的重點又減少了學生的負擔，起到良好的效果。
三、多種教學方法的應用，提高學習興趣和效果
1.情感交流法，營造良好的課堂氣氛
“親其師，信其道”是說當學生對老師感興趣時也會對他講授的內(nèi)容感興趣。因此，作為教師要注意與學生之間的情感交流，多與學生溝通，多關心學生，成為學生的良師益友。此外，加強自身能力和素質的提高，使學生能信服、甚至崇拜老師，進而喜歡上這門課程，可以激發(fā)學生學習的興趣。
2.學習討論法，激發(fā)學習的主動性
在每節(jié)課的最后，給學生提出下次課程的一個重點問題，作為討論的題目，讓學生獨立地查閱教材、收集資料，并進行小組討論，課堂上老師和學生共同針對題目和查閱的資料進行討論和分析。這種學習方法能使學生成為學習的主體，充分發(fā)揮學生學習的積極性和主動性，每個學生都可以發(fā)表自己的見解，集思廣益、互相啟發(fā)，使教與學的過程都得到了提高。
3.多媒體教學與傳統(tǒng)黑板教學模式的優(yōu)勢互補
“電力系統(tǒng)分析”課程是專業(yè)基礎課，在課程體系中起到承上啟下的作用，該課程的特點是理論性、系統(tǒng)性較強。在傳統(tǒng)的黑板教學中，教師在課堂上用大量的時間進行數(shù)學公式的推導和畫圖，教學效率較低，且教學效果不理想。隨著多媒體技術的不斷推廣，這種集文字、圖形、聲音、圖片、影像于一體的教學模式被廣泛應用。采用多媒體教學可以省去大量的黑板畫圖和公式的書寫時間，節(jié)省的時間可以用于重點和難點知識的講解，既提高了學生學習的效率又增大了課堂的信息量，激發(fā)了學生學習的興趣。
但是多媒體教學也存在著自身的弊端：信息量大，課堂進度較快，學生的注意力不能長時間集中，造成學生跟不上教師的講課進度，進而影響了授課的效果。因此合理地選擇和使用多媒體教學的同時，還要發(fā)揮傳統(tǒng)黑板教學的優(yōu)勢，使二者共同參與到“電力系統(tǒng)分析”課程的教學過程中，達到教學效果的最優(yōu)化。例如：在講授同步發(fā)電機的原始方程時，運用多媒體教學的圖像和動畫的效果，通過對發(fā)電機模型和實物的展示，使學生對同步發(fā)電機內(nèi)部的結構及各繞組間的位置關系有了直觀而清晰的了解和認識，對學習同步機的方程奠定了良好的基礎。
4.加強實踐教學，提高理論認識
“實踐是檢驗真理的唯一標準”，可見理論與實踐的結合是學好知識的關鍵點，而良好的實踐是對理論的升華。因此在課堂授課的同時，還應注重培養(yǎng)學生的動手實踐能力。設有專業(yè)的“電力系統(tǒng)分析”實驗室，對電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)分析中各種主要的運行特性和狀態(tài)進行了模擬實驗，促進了學生對課堂知識的吸收和理解。如單機—無窮大系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行方式的實驗、電力系統(tǒng)功率特性和功率極限的實驗、電力系統(tǒng)不對稱短路及短路波形的測試實驗等。
加強實踐教學的另一個做法就是使學生深入到生產(chǎn)工作的現(xiàn)場，為此專業(yè)建立了多個校外實習基地，并與省內(nèi)多家電業(yè)局結成友好合作單位，通過在實習基地的學習加深了學生對理論知識的理解，也使學生了解并熟悉了專業(yè)工作特點及要求，對今后的學習有一定的促進作用。
5.考核方式的多樣化
教學的目的是為了使學生掌握所學的專業(yè)知識及技能水平，而單一的考試方式已經(jīng)不能全面地反映學生學習的狀況，因此我們采用了閉卷+開卷+實驗+實習等多種手段的考核方法，培養(yǎng)學生從死記書本知識向主動探索知識、提高能力、提高綜合素質水平的方向發(fā)展，加大動手和實踐能力在課程考核總成績中的比重，降低筆試成績所占比重，為培養(yǎng)高素質的電力人才進行探索工作。
四、探索初步成效
“電力系統(tǒng)分析”課程是一門理論性和實用性都較強的專業(yè)基礎課程。為滿足農(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)人才的培養(yǎng)目標，在教學中注重教學內(nèi)容的優(yōu)化，實行教學方法和教學手段的多樣化，注重教學理論和實踐的結合。通過多年的教學實踐和探索，有效地激發(fā)了學生的學習興趣，使學生能系統(tǒng)掌握課程內(nèi)容，理論分析能力和解決實際問題的能力也得到了提高，達到了良好的教學效果。
參考文獻：
[1]李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析[M].北京:中國電力出版社,2007.
【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）10-0048-02
引言
電力系統(tǒng)分析是電氣工程專業(yè)的重要基礎課。近年來，按照傳統(tǒng)教學方法及教學設備已經(jīng)越來越難以滿足電力系統(tǒng)分析課程龐大的知識庫。我們利用計算機的普及以及軟件功能的日益強大，尋求一條快捷而方便的教學路徑。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實驗室虛擬儀器平臺）是美國NI（National Instrument，國家儀器）公司出品的一款功能強大的圖形化編程處理軟件，是一種基于G語言（Graphics Language，圖形化編程語言）的虛擬儀器軟件開發(fā)工具。LabVIEW作為一個具有良好開放性的虛擬儀器開發(fā)平臺，為虛擬儀器的開發(fā)和設計提供了強有力的支持[1]。本文正是基于LabVIEW編寫而成。
1.簡單電力網(wǎng)絡潮流分析仿真
圖1 簡單電力網(wǎng)絡接線圖
簡單電力網(wǎng)絡接線圖如圖1所示，為一條110kV射線型網(wǎng)絡。為簡化計算及編程，忽略對計算結果影響較小的線路及變壓器導納。其中節(jié)點為發(fā)電廠母線節(jié)點，1=121+j0kV，1=P1+jQ1=16+j12MVA；l為線路，Zi=R+jX=20+j30Ω，節(jié)點2為線路末端節(jié)點；T為變壓器，歸算至高壓側阻抗ZT=5+j63Ω，變比i=110/38.5；3為變壓器末端節(jié)點。根據(jù)接線圖中給出的已知條件，仿真結果要顯示節(jié)點1中通過的電流1，節(jié)點2的電壓2，電流2，功率2，節(jié)點3的電壓3，電流3，功率3。
1.1 潮流分析程序框圖的設計
根據(jù)仿真要求，需要在程序中已知節(jié)點功率與電壓求出節(jié)點電流，已知線路與變壓器阻抗以及電壓、電流、功率求出在線路以及變壓器中的功率損耗、電壓降落，最終完成整條線路的仿真計算。根據(jù)文獻[2]，在各個步驟中所需要的計算公式匯總如下：
1）節(jié)點1的電流
=/（1）
2）線路l中，電壓降落
1=1Zi （2）
功率損耗
=Zi （3）
3）節(jié)點2電壓
2=1-i （4）
節(jié)點2電流
2=1 （5）
節(jié)點2功率
2=2-i （6）
4）變壓器T中，高壓側電壓降落
T=2ZT （7）
功率損耗
T=ZT （8）
5）節(jié)點3電壓
3=（2-T）/i （9）
節(jié)點3功率
3=2-T （10）
節(jié)點3電流
3=3/3 （11）
根據(jù)以上求解過程，利用LabVIEW的元件庫進行編程處理[3]，程序框圖如圖2所示：
圖2 潮流分析程序框圖
1.2潮流分析程序前面板的設計
程序前面板是程序的輸入與操作窗口，其設計務必簡潔明了。因此，將輸入與顯示的十三個量按照接線圖中的先后順序分為五列，分別為初始值、線路設定、線路末端、變壓器設定、變壓器末端，這樣既便于查找同時便于觀察。各個節(jié)點的三個量按照電壓、電流、功率的順序縱列。由于在程序框圖中，為了便于觀察程序執(zhí)行過程而設置了while循環(huán)（見圖2），在前面板最下方設置停止按鈕，方便程序操作。將各個條件量值輸入后，結果如圖3所示。需要強調(diào)的是，各個條件量值并未按照常量去設置，而是可以更改的變量，這樣，當任意一個條件量值改變時，計算出的數(shù)值結果都會有所不同。在這個變化中，讓同學們?nèi)ニ伎寂c學習整個潮流的計算過程。
圖3 潮流分析程序前面板
3.結語
近年來，由于我校領導的重視，學生專業(yè)課程的學習效果以及創(chuàng)新能力都有了明顯的提高，學校正在倡導人才培養(yǎng)、科學研究、社會服務融為一體的產(chǎn)學研相結合的教育理念，將新的科研成果以及科學技術、科學方法不斷引入課程教學中，保持內(nèi)容不斷更新的同時，也使學生的創(chuàng)新與研究能力逐年得到提高。本文正是基于此目的，采用LabVIEW做為開發(fā)工具，針對電力系統(tǒng)分析課程中的潮流計算以及頻率調(diào)整做出模擬仿真程序，使學生在直觀中看到現(xiàn)象，在現(xiàn)象中思考問題，在問題中學到知識。
參考文獻：
[1]J. Travis， J. Kring. LabVIEW for Everyone[M]. 3rd Edition， Prentice Hall， 2007.
[2]陳珩. 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（第三版）[M]. 北京：中國電力出版社，2007.
[3]陳樹學， 劉萱. LabVIEW寶典[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2011.
[4]彭勇，潘曉燁，謝龍漢. LabVIEW 虛擬儀器設計及分析[M]. 北京：清華大學出版社，2011.
作者簡介：
中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）03（a）-0045-03
《電力系統(tǒng)分析》是電氣工程及其自動化本科類教學的核心課程，做好電力系統(tǒng)分析實習對學生來說至關重要。電力系統(tǒng)分析課程涉及的知識點較多，理解起來有難度，另外由于該課程為專業(yè)限選課，在大三下學期才開課，學生對此學習積極性不高。由于該校實驗室條件的限制，目前僅有1個場地和硬件資源有限的專業(yè)實驗室，要開展一些涉及高壓部分的實驗，需要更多的資金和實驗室老師去支持，但這些在短期內(nèi)暫時無法解決。基于目前的現(xiàn)狀，綜合了目前常用的PSCAD/EMTDC、BPA、PSASP和Matlab/simulink等常見的電力系統(tǒng)仿真軟件的功能和結構特點，將PSCAD仿真軟件用于電力系統(tǒng)實習中。PSCAD仿真軟件具有完整的元件庫，可針對不同的大小交直流系統(tǒng)建模，豐富的可視化界面，可使復雜的電力系統(tǒng)進行可視化[1]。PSCAD還可以通過特殊的接口訪問和使用與Matlab命令和工具箱功能的能力，與學生常用的Matlab/simulink可以相互聯(lián)系起來[2]。
采用PSCAD仿真軟件可以解決系統(tǒng)規(guī)模和復雜性限制、場地條件限制、絕對安全性和接觸電力系統(tǒng)中的前沿技術等優(yōu)點[3]，保證學生實習的質量，培養(yǎng)學生學習該課程的積極性，為了以后的學習和工作奠定良好的基礎。
1 PSCAD電力系統(tǒng)仿真分析軟件
PSCAD的概念最初是在1988年被提出，針對Windows系統(tǒng)的PSCAD是在1999年才[4]。目前已成為世界上功能最強大和廣泛使用的電力系統(tǒng)仿真軟件。PSCAD包括繪圖功能、儀表和控制，允許用戶以圖形化的方式建立電力系統(tǒng)電路，進行仿真后對結果進行分析，還可以使用戶在仿真運行中改變參數(shù)，對仿真過程進行觀測等。PSCAD具備電力系統(tǒng)中從簡單無源元件和控制功能到更加復雜的電動機、柔流輸電設備和輸電線路等設備的模型，這些模型都是經(jīng)過已經(jīng)編程和測試的仿真模型。如果搭建的電力系統(tǒng)仿真模型中，沒有所需的特殊模型，PSCAD可以提供給用戶自建模型。
PSCAD設有主元件庫，提供常用的模型有：（1）無源元件（Passive），包括電阻、電感、電容、固定/可變負載、電抗器和避雷器等；（2）電源（Source），包括電壓源、電流源和光伏電源等；（3）儀表（Meters），包括頻率/相位/有效值測量表、電壓表和電流表等；（4）I/O設備（I/O_Devices），包括數(shù)據(jù)的導入和導出、其他軟件接口和多重運行等；（5）變壓器（Transformers），包括單相雙/三繞組、三相雙/三/四繞組和自耦變壓器等；（6）斷路器故障（Breakers_Faults），包括單/三相斷路器及其定時控制邏輯、模擬單相和三相故障及其定時控制邏輯等；（7）輸電線路電纜（Tlines_Cables），包括導納/阻抗數(shù)據(jù)或導體/絕緣屬性、地阻抗數(shù)據(jù)以及所有塔和導體的幾何位置、電氣接口元件等；（8）電動機（Machines），包括籠型感應電動機、繞線感應電動機、同步電動機以及勵磁機、調(diào)速器、水輪機、汽輪機、風力機和內(nèi)燃機等；（9）控制元件（Control Systems Modeling Functions），包括線性和非線性控制元件；（10）保護（Protection），包括保護信號的采集、監(jiān)測和繼電保護模型等；（11）其他元件（Miscellaneous），包括文件引用/讀取、輸入輸出和節(jié)點等。
PSCAD仿真軟件可以用來仿真模擬進行電力系統(tǒng)中元件參數(shù)及其物理含義、電力系統(tǒng)對稱和不對稱故障仿真、電力系統(tǒng)簡單和復雜潮流計算以及有功和無功功率控制等，還可以將電力系統(tǒng)與電力電子結合起來，比如新能源發(fā)電技術的應用和電能質量（SVC、STATCOM）的應用等。學生通過自己搭建部分模型，可以親自操作。
2 電力系統(tǒng)仿真實例
電力系統(tǒng)實習主要是去發(fā)電廠、變電站等，這些單位出于安全的需要，不會讓學生參與實際的操作，往往是只能看。以電力系統(tǒng)故障為例，學生到現(xiàn)場不能體驗到故障發(fā)生和處理過程，像電力單位的一些工作多年的專業(yè)人員，碰到事故和處理事故時，也可能會不知所措。一些高校通過購買專業(yè)的物理模擬仿真系統(tǒng)，但這些花費很高、場地大，對于該?，F(xiàn)有的資源不可能滿足。所以，電力系統(tǒng)中的故障，特別是單相接地短路、兩相短路、兩相短路接地和三相短路的橫向故障，通過PSCAD仿真軟件可以模擬故障發(fā)生和恢復后各個量的變化。因篇幅有限，這里僅對電力系統(tǒng)橫向故障中的三相短路進行介紹。
PSCAD件電力系統(tǒng)仿真軟件計算機需求：
（1）Microsoft Windows Vista或Windows7操作系統(tǒng)，32bit或64bit；
（2）附件軟件Intel Fortan Composer XE 20112， Framwork 4.0 Full3， Microsoft Visual C++2010 Redistributables；
首先通過講解PSCAD的基本知識，然后設置相關的任務要求，最后以學生為中心，自己動手搭建35 kV單側電源輸電系統(tǒng)，如圖1所示。
其中BAK為斷路器，Tline和Tline1的長度均為20 km，每公里電抗為0.4 Ω的架空線路。負載的有功功率為15 MW，無功功率為5 MVAR。升壓變壓器為三角型/星型接法，降壓變壓器為星型/三角形接法。通過FAULTS模塊設置故障，Timed Fault Logic模塊設置故障發(fā)生時間為0.08 s，故障持續(xù)時間為0.04 s。采用工程研究方法，通過分析數(shù)字仿真結果，找出其內(nèi)在規(guī)律，然后再通過理論進行分析，對比在不同量的變化下，電力系統(tǒng)相關量的變化，這樣可以有助于學生加深對電力系統(tǒng)故障知識的理解。
三相短路故障時電力系統(tǒng)中最嚴重的故障，以該故障為例對其進行仿真分析。發(fā)生三相短路故障時，電源端的三相電壓電流波形和故障點的三相電壓、三相電流波形如圖2所示。
由圖2可知，發(fā)生三相短路故障時，電源端的三相電壓只有微小的波動，沒有發(fā)生顯著的變化；電源端的三相電流幅值增大，A相電流呈整體上升趨勢，B相和C相電流呈整體下降趨勢。故障點電壓由于發(fā)生三相短路，電壓均為0 V，當故障切除后，三相電壓發(fā)生暫態(tài)波動，但很快就恢復到正弦變化；在故障發(fā)生前，由于故障發(fā)生器處于斷開狀態(tài)，因此故障點處的三相電流均為0 A，在發(fā)生三相短路故障后，由于閉合時有初始輸入量和初始狀態(tài)量，故障點三相幅值都變大，并且A相電流波形上移，C相電流波形下移，在故障排除后，三相電流迅速變?yōu)? A。
通過電力系統(tǒng)仿真，可以產(chǎn)生如下實習效果：（1）加深了專業(yè)理論知識，理論聯(lián)系實際，有助于學生提高計算機應用、查找文獻、分析問題和解決問題的能力；（2）對于電力系統(tǒng)更為復雜的建模系統(tǒng)，學生可以組成團隊進行建模，培養(yǎng)團隊合作和創(chuàng)新精神；（3）提高了學生學習的積極性，學生根據(jù)布置的任務主動去學習，激發(fā)了學生學習的欲望，每處理完一個小問題他們感到很有成就感。以上這些都為以后的工作和研究打下堅實的基礎。
3 結語
通過上述PSCAD電力系統(tǒng)三相短路故障仿真分析，可以看出仿真實驗不受場地和實際操作的限制，建模簡單，易操作，仿真波形生動、豐富和直觀，不僅使學生更好地學習掌握電力系統(tǒng)三相短路故障的原理和現(xiàn)象，還可以激發(fā)學生學習的樂趣，彌補了實驗室條件的限制。該軟件已用于電力系統(tǒng)分析實習過程中，通過學生反饋的情況，采用該方法可以提高學生學習的主動積極性。由于第一次設置該仿真實習，在實習過程中，也有一些今后需要注意的問題，比如實驗室電腦配置需進一步提高，教師要多建立一些復雜的系統(tǒng)，同時還要主動跟現(xiàn)場的人員多多交流，使仿真模型更貼近實際。
參考文獻
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1 主電路設備選擇和分析計算
低壓無功補償裝置主要用丁^10 kv線路的配電變壓器低壓側，補償公用變、專用變低壓用戶設備運行中需要的元功功率。這砦公用變、專用變的容量一般在500 kV-A以下，設計有30 kvar，45 kvar，60 kvar和90 kv8r等4種標準無功補償裝置。對4種標準容量的無功補償裝置，大容量的裝置按4—2一1分組組合，可對無功功率實現(xiàn)7級階梯式調(diào)節(jié)；小容量的裝置可采川2—1分組組合和固定補償加2—1分組組合的調(diào)節(jié)方式。斟3給出的是總容量為60 kvar無功補償裝置[2]。
2 PSB模型與算法特點
定補償加2一1分組組合的調(diào)節(jié)方式：其中.固定補償容量為15 kvar，采用BsMJ0.4一15—3型電容器；單元l的補償容暈也是15 kvar，電容器型號與圊定補償電容器牛u同；單元2的補償容量為30 kvar，用BSMJ0.4—30一3型電容器。補償裝置分組容囂和接線確定之后，依據(jù)各回路中的額定電流，主電路沒備不難選擇和確定。主電路設備、元件選擇的原則是保證補償裝置能可靠工作對本例補償裝置的主開關為Dz20J一200刊125 A的空氣斷路器；與單元l和單元2配合的交流接觸器，分別為CJ20—40和cJ20—63型接觸器；裝置熔斷器、避雷器、導體等器件的正確選擇，都是保證裝置可靠]：作的前提本例機電一體開關控制單元無功補償裝置，電存器組采用A，c兩相控制的二三角形接線方式，機電一體7F關單元的晶閘管元件總是在電流過零時斷開，所以斷開電容器上的電壓常處于最大值（或正或負），由于電容器內(nèi)部裝設的放電電阻自放電現(xiàn)象，電容器上的電壓會逐漸降低[3]。
3 仿真環(huán)境設置
在晶閘管重新投入時，需要考慮電容器上的剩余電壓，當系統(tǒng)電壓和電容器殘壓相等時，就是晶閘管開關投人的觸發(fā)點。否則由丁電容器兩端的電壓不能突變，在系統(tǒng)電壓和電容器殘壓羞值較大時觸發(fā)晶閘管會產(chǎn)生很大的沖擊。
4 開設Matlab技術課程的意義
計算機輔助設計技術，簡稱Matlab技術，是計算機科學技術的重要分支.它對T程設計、工業(yè)生產(chǎn)、機器制造和科學研究等領域產(chǎn)生了極其深刻的影響。進入20世紀90年代，Matlab技術呈現(xiàn)加速發(fā)展的態(tài)勢.受到社會的普遍重視。許多高校，特別是工科院校對Matlab技術的重要性和必要性的認識不斷得到提高.在T科類專業(yè)普遍開設{Matlab）課.重視和加強（Matlab}課教學，是目前高校，特別是T科院校的重要舉措，也是高校培養(yǎng)2l世紀高素質T程技術人才的迫切要求[3][4]。下科類專業(yè)有著共同的特點。它們的培養(yǎng)目標都是面向工程設計、工業(yè)生產(chǎn)、機器制造和科學研究等領域，Matlab技術在這些領域中發(fā)揮著極其重要的作用。
5 仿真結果分析
在計算機科學技術飛速發(fā)展的今天.Matlab技術已成為工廠、企業(yè)、科研單位提高技術創(chuàng)新能力.加快產(chǎn)品開發(fā)速度。降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本.促進科技成果轉化.增強社會競爭力的一項必不可少的關鍵技術。目前.Matlab技術的發(fā)展突飛猛進，Matlab應用T作正在向深度和廣度進軍.世界發(fā)達國家已把掌握Matlab技術手段作為搶占制高點、增強競爭力、加快發(fā)展的重要條件.Matlab技術應用水平已成為體現(xiàn)現(xiàn)代化的重要標志之一[5]。面X寸CAI）技術的飛速發(fā)展和廣泛應用.
6 結論
了解和掌握Matlab技術是對工科學生提出的一項最基本和最迫切的要求，也是工科學生走向社會.參與競爭.促進發(fā)展的前提和條件。系統(tǒng)介紹Matlab技術基本知識、基本概念和基本操作的{Matlab）課必須及時反映Matlab技術的最新成果，保持教學內(nèi)容、教學方法和教學手段的先進性。承擔培養(yǎng)人才重任的高等院校，特別是工科院校.對（Matlab）課dylw.net的教學必須給予足夠重視，培養(yǎng)和建立一支經(jīng)驗豐富和相對穩(wěn)定的（Matlab）課教師隊伍，組織教師積極開展{Matlab）課的教學改革.I：作，從教學內(nèi)容、教學方法和教學手段卜精心研究、積極探索和大膽實踐.逐步提高（Matlab）課的教學質量。促進學生計算機應用能力的提高.增強學生的社會競爭力。
參考文獻：
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電力系統(tǒng)分析課程是高職高專院校電力類專業(yè)的主要課程之一，是從基礎理論課、技術理論課通向專業(yè)課學習和工程應用的紐帶。在內(nèi)容上它有大量的基本知識、基本理論和計算，理論性較強，也有與實踐相結合的部分，是應用性較強的一門學科。由于課程內(nèi)容與電力系統(tǒng)生產(chǎn)運行過程密切相關，理論性和工程性都很強，不少高職學生學習過程中容易感到枯燥和困難。
為了提高學生的學習興趣，適應新的理實一體化教學模式，我們對高職院?！半娏ο到y(tǒng)分析”立體化教材體系進行了探索和建設。所謂教材立體化的建設是指為了適應現(xiàn)代高等教育的新教學模式的需要，開發(fā)出一套理論與實訓結合、書本與現(xiàn)代化教學手段相結合的適用于高職院校的立體化教學體系。它不僅僅包括教材、課程標準、授課計劃、習題集等傳統(tǒng)意義上的教學資料，還應該包括多媒體課件、仿真教學軟件、視頻庫等現(xiàn)代化教學資源庫的建設。
一、電力系統(tǒng)分析課程教學的現(xiàn)狀
電力系統(tǒng)分析課程的建設一直是我國各大高校力爭的目標，現(xiàn)已將其建設成為國家級精品課程的高校有清華大學、東北電力大學等。但高職院?！峨娏ο到y(tǒng)分析》教材的建設工作者未全面開展起來，以往專科教學很大程度上以傳授知識為主，強調(diào)學科本身的系統(tǒng)性，本科壓縮型的痕跡明顯。而當今高職學院則是培養(yǎng)技能型人才，按照突出“實際、實用、實踐”的原則，依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標和專業(yè)人才的知識能力和素質結構建立理論和實踐教學體系，教學內(nèi)容突出了基礎理論知識的應用和實踐能力的培養(yǎng)。為了更好地進行電力類應用型人才的培養(yǎng)，突出高職院校的辦學特色，《電力系統(tǒng)分析》教材立體化的建設成為筆者學院努力實現(xiàn)的目標。
二、《電力系統(tǒng)分析》理論教材的改革思路
《電力系統(tǒng)分析》理論教材建設應根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)要求，結合相關的國家職業(yè)標準，始終以“職業(yè)能力培養(yǎng)為核心”，依據(jù)相關專業(yè)對學生從業(yè)素質、能力的要求，強調(diào)職業(yè)教育的特色，理論以夠用為度，突出實踐技能的教學，重視素質教育，增強學生專業(yè)技能，提高學生就業(yè)能力。教材應以培養(yǎng)應用型人才為目標，舍棄繁瑣的理論和公式推導，引入當前電力系統(tǒng)的各種新趨勢（如智能電網(wǎng)、新能源、特高壓等）和新格局（我國五大發(fā)電集團和兩大電網(wǎng)公司），為學生樹立電力系統(tǒng)的基本概念和拓寬就業(yè)渠道打下堅實的基礎，并在教材中加入電力系統(tǒng)面向對象的計算機軟件的介紹，拉近理論和電力系統(tǒng)實際應用的距離，加深學生對電力系統(tǒng)調(diào)度和運行工作崗位的操作界面的認識。
圖 電力系統(tǒng)分析課程學習情境設計圖
為了適應高職院校培養(yǎng)應用型人才的需要，《電力系統(tǒng)分析》立體化教材體系以電氣值班員、調(diào)度員的典型工作任務為載體，從電網(wǎng)基本操作到復雜操作，再到異常和故障處理、系統(tǒng)化的設計課程的學習情境，分別通過電力系統(tǒng)各個工作崗位的初步認識、電力系統(tǒng)正常運行時的監(jiān)視與分析和用戶電能質量下降的處理、電力系統(tǒng)常見故障分析4個學習情境構成教材內(nèi)容。通過四個學習情境，每個情景包括若干個典型的工作任務，使學生由淺入深地學習電力系統(tǒng)運行、調(diào)度的基本技能。
三、利用《電力系統(tǒng)分析》立體化教材加強理論與實訓的結合
電力行業(yè)是高危行業(yè)，從供電的可靠性及安全性考慮，直接在實際的電力系統(tǒng)中進行各種實驗和實踐訓練可能性非常小。由于建立真正的電力系統(tǒng)實驗室對硬件和軟件的要求非常高，許多高職院校都沒有設置專門的電力系統(tǒng)分析實驗室，但電力系統(tǒng)分析又是一門系統(tǒng)性和理論性很強的重要課程，許多學生反應傳統(tǒng)教材學習困難、晦澀難懂。那么如何建立適合高職院校的《電力系統(tǒng)分析》新型教材體系就成為本文研究和探索的主要方向。
針對高職院校是以培養(yǎng)應用型人才為目標的特點，《電力系統(tǒng)分析》立體化教材的建設可以利用理論實訓一體化的新型教學手段，將原本抽象和繁瑣的大量理論知識用仿真軟件、多媒體課件、視頻庫等現(xiàn)代化技術展現(xiàn)出來，最大限度地模擬電力生產(chǎn)的真實工作場景。仿真技術是多門課程的組合體，是現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境的情景再現(xiàn)。仿真教學系統(tǒng)集圖像、聲音、動畫、文字于一體，避免了在現(xiàn)場實驗或培訓中可能造成的誤操作引起的危害，又可以實現(xiàn)生產(chǎn)全過程的運行操作，減少了實驗儀器和設備，提高了教學效果?！峨娏ο到y(tǒng)分析》立體化教材的建設完成后，學生可運用仿真教學軟件在實訓室或仿真機上學習處理較復雜事故的能力，可以用計算機模擬電力系統(tǒng)中各種潮流變化，用各種手段來調(diào)整用戶端電壓，并能計算或輸出電力系統(tǒng)的各種參數(shù)等。
首先，我們配合教材中的四個學習情境制作了高水平的多媒體課件，利用現(xiàn)代化教學手段提高了學生的興趣和效果。
其次，我們還進行了電力系統(tǒng)圖片庫建設，利用豐富的網(wǎng)絡資源和各種理論—實訓教學積累的素材，對電氣設備、電力系統(tǒng)新趨勢、實際工作場景、校內(nèi)外實訓基地等圖片進行了收集和整理，充實了教學資源。
這次《電力系統(tǒng)分析》教材立體化建設中的一個亮點就是視頻庫的建立。電力系統(tǒng)分析教材中有一些知識點比較抽象、復雜，光憑書本和簡單課件無法使學生掌握學習目標和技能目標。學院與企業(yè)和軟件公司合作，結合當前電力系統(tǒng)的實踐和前沿趨勢，制作和拍攝了幾個《電力系統(tǒng)分析》教材中的視頻，激發(fā)學生的學習興趣。如學生對風力發(fā)電機之前的認識接近空白，利用實物或現(xiàn)場教學存在很大的困難，我們就制作了教學視頻，對風力發(fā)電機的結構和工作原理進行介紹。再如電力系統(tǒng)中的調(diào)壓是教材中的一個重點知識，它對電力系統(tǒng)中的許多工作崗位都尤為重要。利用改變變壓器分接頭調(diào)壓是電力系統(tǒng)常用的調(diào)壓手段，但學生往往只對變壓器外觀部分有初步了解，調(diào)壓機構的內(nèi)部構造和操作很難掌握。而且變壓器是電力生產(chǎn)和運行的關鍵設備，帶有很高的電壓，且機構龐大，很難在教學場所進行拆解來讓學生認識，所以我們利用“變壓器分接頭調(diào)壓機構和操作”視頻進行講解，可以大大提高教學效果。我們還邀請電氣設備制造廠家和電力生產(chǎn)一線的技術能手，為學生進行操作示范，如視頻庫中的“故障錄波器的調(diào)試”就是這樣拍攝完成的。
為了提高學生對電力系統(tǒng)分析理論和實踐應用的結合能力，增強就業(yè)的競爭力，并拓展對電力企業(yè)服務和培訓的空間，2011年底我們完成了針對本教材配套的“電力系統(tǒng)分析仿真教學軟件”建設，開展了對實際電力系統(tǒng)的故障分析仿真和穩(wěn)態(tài)分析仿真的實踐環(huán)節(jié)，這是我們這次立體化教材體系的重要組成部分。
仿真教學軟件分為以下四個部分：電力網(wǎng)數(shù)學模型、電力系統(tǒng)潮流計算、電力系統(tǒng)有功功率及無功功率的調(diào)整和電力系統(tǒng)的調(diào)壓、電力系統(tǒng)短路電流計算?！半娏ο到y(tǒng)分析仿真教學軟件”為學生提供了實驗和仿真的平臺，實現(xiàn)了全界面圖形化、設備與設備屬性資源管理化、操作與設計人性化和科學化。它是在基于電力系統(tǒng)原理結構圖基礎上的集圖形化設計、圖形化調(diào)試、圖形化資源管理于一體的軟件，該軟件還具有報表形式的輸入輸出、利用滑塊特征型來微調(diào)設備參數(shù)、運行狀態(tài)輸入與輸出的保存等功能。
學生可以利用“電力系統(tǒng)仿真教學軟件”和實訓指導書對教材中許多環(huán)節(jié)進行計算和分析，不需要經(jīng)過大量復雜的公式運算，直接在軟件中運行即可得到相應參數(shù)和結果，通過顯示和輸出的結果分析出電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，從而得出正確的處理措施。
四、結束語
為了檢驗《電力系統(tǒng)分析》立體化教材的實際使用效果，在制定了課程標準和授課計劃后，我們完成了一整套完整的教學資料，包括授課計劃、任務書、實施建議、引導文、工作單、教師手冊、學生手冊、習題集、評價表、學生反饋表等。同時我們安排了2011-2012下學期電自專業(yè)教學改革試點班，按照新建的《電力系統(tǒng)分析》立體化教材體系進行理論實訓一體化教學，利用工作任務驅動的六步教學法進行實施，并注意充分運用教學仿真軟件、多媒體課件、視頻庫、實訓指導書等各種教學資源。實踐證明，利用立體化的《電力系統(tǒng)分析》教材體系和配套的新型教學方法，激發(fā)了學生的學習興趣和實際動手能力。教學實施中，學生對《電力系統(tǒng)分析》立體化教材體系使用情況和意見反饋普遍良好。
參考文獻：
作者簡介：朱慧（1980-），女，山東定陶人，青島科技大學自動化與電子工程學院，講師。（山東 青島 266042）
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0064-02
“電力系統(tǒng)分析”是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)骨干基礎課程，是學習其他后續(xù)課程（如“電力系統(tǒng)繼電保護”、“電力系統(tǒng)自動化”、“電力系統(tǒng)微機繼電保護”）的基礎。學習這門課程需掌握電路、電機、電磁場和高等數(shù)學等方面的知識，所涉及的知識面廣，理論性強，又包含大量的計算和畫圖，學生學起來抽象、難理解，會影響后續(xù)課程的學習。近年來，隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模日益增大，新技術不斷被應用到該領域中，迫切需要新的教學方法來適應電力系統(tǒng)發(fā)展對課堂教學的要求。ETAP是電力系統(tǒng)運行分析的專業(yè)仿真軟件，它提供完整的圖形化編輯器，以簡潔的方式對電力系統(tǒng)進行建模，且能快速準確地對系統(tǒng)進行仿真分析，分析結果能以多種形式直觀地輸出。若在課堂教學中引入ETAP仿真軟件，將有助于學生直觀系統(tǒng)、深入地學習“現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析”課程。而“電力系統(tǒng)分析”教學中引入ETAP仿真軟件輔助教學，目前國內(nèi)處于開始階段，僅有有限高校引進并開始使用ETAP仿真軟件輔助教學，是一個新的發(fā)展趨勢。本文針對ETAP仿真軟件和教學緊密結合以提高學生學習效果，進行了探討和分析。
一、ETAP仿真軟件介紹
ETAP仿真軟件是美國OTI公司從1996年開始發(fā)行的第一個真正32位Windows環(huán)境下電力系統(tǒng)分析計算應用程序，也是全美第一個特許提供給核電站進行電力系統(tǒng)分析的商用軟件。[1]ETAP仿真軟件確立了電力系統(tǒng)設計和分析軟件的標準，經(jīng)過多年的開發(fā)與完善，可以提供全圖形的用戶界面，以最簡潔的方式建立單線圖、阻抗圖、繼電保護圖、分析計算圖等100多種不同的圖形。利用用戶界面的編輯工具條，可以很方便地增加、刪除、移動和連接元件，放大、縮小和翻轉圖形，顯示或隱藏網(wǎng)絡，在用戶界面上點擊元件后可直接輸入元件的各類參數(shù)、屬性及運行狀態(tài)等，使用起來非常方便靈活。[2]
ETAP軟件還具有強大的計算分析和設計功能，可以進行潮流計算、短路計算、繼電保護配合、諧波分析、暫態(tài)分析、電機起動分析、接地網(wǎng)設計和低壓配電系統(tǒng)的設計等。ETAP軟件可以將分析結果以直接顯示、文本報告的形式、曲線的形式等多種形式直觀地輸出。[3]因此，ETAP仿真軟件其良好的人機界面、強大的計算分析和設計功能、直觀簡單的電氣操作等優(yōu)點在我國電力系統(tǒng)行業(yè)中得到廣泛應用。特別是近年來，隨著我國電力系統(tǒng)事業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的容量及單機容量越大，電力系統(tǒng)的結構越來越復雜，學習、掌握優(yōu)秀的電力系統(tǒng)仿真軟件ETAP，將對電力系統(tǒng)規(guī)劃、分析與實時監(jiān)控等有很大的幫助。[4]一些高校為了學生更加系統(tǒng)、深入地學習電力系統(tǒng)分析課程，以及在畢業(yè)后能盡快地適應工作需要，引入了ETAP仿真軟件。
二、ETAP軟件仿真與課堂授課的結合
在引進ETAP軟件之后，結合多年的課堂教學經(jīng)驗，對“電力系統(tǒng)分析”課程中的若干關鍵知識點和難點進行了仿真教學案例設計，并應用于課堂教學。電力系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)方法是“電力系統(tǒng)分析”課程的重要內(nèi)容，下面就以這部分內(nèi)容為例，講解ETAP軟件仿真與課堂授課的結合。
1.理論分析
在圖1所示的電力系統(tǒng)中，分別采用改變變壓器變比、改變無功功率分布的方法調(diào)節(jié)母線3的電壓。畫出系統(tǒng)的等值電路，如圖2所示。等值電路中，變壓器的勵磁支路和電纜線路的導納支路都略去。變壓器歸算到低壓側的阻抗為ZT，線路的阻抗為Zl。按照“電力系統(tǒng)分析”課程中變壓器等值電路與參數(shù)計算的理論分析，參數(shù)計算如下：，
，通過以上兩式計算得到：。電纜阻抗參數(shù)為。變壓器和線路的總阻抗為，系統(tǒng)中的負荷。母線1的電壓為35kV，且保持不變，則理想變壓器二次繞組的電壓為11kV，線路和變壓器阻抗上的壓降，母線3的電壓，以百分數(shù)形式表示。[5]
通過以上公式推導、計算，求得母線3的電壓為95.8%。很顯然，此電壓偏低，若通過并聯(lián)靜電電容器的方法改變其功率分布，需要計算并聯(lián)的靜電電容器應該提供的無功功率，才能將其電壓提高到98%。根據(jù)靜電電容器無功功率計算公式，求得。[6]經(jīng)過以上的理論分析可知，為將母線3的電壓升高到98%，并聯(lián)的靜電電容器需提供1.7Mvar的無功功率。
若通過改變變壓器分接頭進而改變其變比的方法將母線3的電壓提高到98%，需要通過計算選擇合適的變壓器分接頭。系統(tǒng)中的變壓器有五個分接頭，此時接在主接頭上，母線3的電壓為95.8%，現(xiàn)若將母線3的電壓提高到98%，分接頭電壓應為，因35-2.5%分接頭對應的電壓為34.125kV，與此分接頭的電壓最接近，因此為使母線3的電壓提高到98%，分接頭改接到35-2.5%。
以上是電力系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)方法的理論分析，整個過程中學生接觸到的只有數(shù)字和公式，普遍反應抽象、難以理解，若此時通過ETAP軟件仿真分析一下，增加學生對電壓調(diào)節(jié)方法的感性認識，將會使電壓調(diào)節(jié)過程變得更加直觀、具體和豐富有趣，達到最好的教學效果，從而大大調(diào)動學習的積極性，激發(fā)學習本門課程的興趣。
2.ETAP軟件仿真分析
首先建立該系統(tǒng)的ETAP軟件仿真模型，模型中無窮大功率電源用等效電網(wǎng)U1表示，母線1對應的節(jié)點設為平衡節(jié)點，負荷1和2分別用電動機Mtr3和等效負荷Lump3表示，并設置好各元件的參數(shù)。下面只需點擊潮流分析功能模塊按鈕，再點擊運行潮流按鈕，即可進行潮流仿真分析。分析結果在建模圖上直觀顯示輸出，如圖3所示，母線3的電壓為95.81%，與理論分析結果一致。不過，此電壓值偏低，為改善電壓質量，現(xiàn)在通過改變功率分布的方式調(diào)節(jié)母線3的電壓。將靜電電容器并聯(lián)在母線上，設置好其參數(shù)，進行ETAP軟件潮流仿真分析，其結果如圖4所示。從該圖中可以看出，并聯(lián)靜電電容器后，母線3的電壓升高到98%，此時并聯(lián)電容器提供的無功功率恰好為1700kvar，與前面的理論分析結果一致。
下面通過改變變壓器變比來進行調(diào)壓的ETAP仿真分析。原來變壓器分接頭接在主接頭上，通過剛才的潮流仿真分析結果看到，對應母線3的電壓為95.81%。根據(jù)剛才的理論分析，為將母線3的電壓升高到98%，需將其分接頭改接到35-2.5%上。在ETAP軟件中，改變變壓器的分接頭為35-2.5%，如圖5所示。對改變變壓器分接頭后的系統(tǒng)進行ETAP軟件潮流仿真分析，其分析結果如圖6所示。從圖中可以直觀地看到，此時母線3的電壓為98.03%，其電壓質量提高，和理論分析結果一致。
從上面的分析可以看到，對于電力系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)方法這部分內(nèi)容，傳統(tǒng)授課方式往往以繁瑣的公式推導結合抽象的數(shù)學描述進行講解，學生學習時感覺抽象、枯燥，難以深刻理解并掌握。對于這部分內(nèi)容，充分利用ETAP仿真軟件，多角度地對電壓調(diào)節(jié)方法進行較為全面的論述和論證演示，不僅可以直觀地看到系統(tǒng)原來的運行狀態(tài)，也可以看到并聯(lián)電容器和變壓器變比改變后系統(tǒng)的運行狀態(tài)，很顯然系統(tǒng)的運行狀態(tài)得到了改善，電壓質量得到了提高。整個仿真過程很直觀，這樣有助于學生對重點和難點部分的理解，同時激發(fā)了學習本門課程的興趣，獲得不錯的教學效果。
三、結論
ETAP仿真軟件能很方便地對各種電力系統(tǒng)進行建模，快速準確地對電力系統(tǒng)進行多種不同運行方式下的仿真分析，且能對比不同運行方式下的結果，豐富課堂內(nèi)容和教學形式，使學生更加深刻理解電力系統(tǒng)的運行。
本文探討了ETAP仿真軟件在教學中的應用，通過ETAP軟件仿真演示，使得相關教學內(nèi)容實現(xiàn)了直觀可視化效果，增強了學生對電力系統(tǒng)運行的感性認識。教學效果反饋也表明學生對相關概念方法的理解更加迅速、概念更加清晰，充分體現(xiàn)了ETAP仿真軟件在課程教學中的優(yōu)勢。同時，ETAP仿真軟件的學習，使學生真正具備運用理論知識對電力系統(tǒng)仿真分析和計算的能力，有助于學生成為電力系統(tǒng)方面的工程技術、研究復合型人才，為以后從事電氣工程設計、運行、分析、控制和保護等工作打下堅實的基礎。
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中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）01-0191-02
一、緒論
電力系統(tǒng)分析是電氣工程及其自動化專業(yè)一門重要的專業(yè)必修課程，主要包括穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析，涉及潮流計算、短路計算和穩(wěn)定性計算這三大模塊。[1]由于涉及大量計算，該門課程理論性非常強，要求學生具備一定的高數(shù)、線性代數(shù)、復變函數(shù)等數(shù)學基礎；同時還要求學生先修電路原理、電機學等電氣專業(yè)課程，必備相應的電氣理論知識。此外，作為一門與實際電力系統(tǒng)聯(lián)系緊密的專業(yè)課程，在學習本門課程時也要求學生具有工程思維，在理論計算中融入工程實際，達到理論與實踐的相互融合、相得益彰。在傳統(tǒng)的教學模式中，該門課程側重于理論知識的學習，比如物理概念的闡述、公式的推導、定理的解釋等，使得學生在學習時比較吃力，一方面源于定理公式的晦澀難懂無趣；另一方面由于無法接觸實際電力系統(tǒng)設備裝置等，無法將工程思維融入理論的闡述和推導中，最終導致學生無法深刻理解理論知識，致使該門課程教學效果大打折扣。隨著教學模式的不斷發(fā)展，教育工作者深刻認識到實踐在教學中的重要地位，并進行了大量的實踐教學探索，取得了較好的教學效果。然而，目前的電力系統(tǒng)分析實踐教學多通過參觀實習的方式進行，這種教學方式存在諸多問題：如與理論學習脫節(jié)，學生只注重實踐而難以聯(lián)系理論知識、淺嘗輒止難以深入等問題。與此同時，以往電力分析課程的成績評定方式也注重學生邏輯思維的培養(yǎng)和鍛煉，而作為一門與工程實踐聯(lián)系緊密的課程，如果沒有對電力設備有直觀的認識，很難以學習并理解相應的理論知識。因此，教育工作者不斷探尋能夠實現(xiàn)電力系統(tǒng)分析理論與實踐更好地結合起來從而大大提高其教學效果的教學模式和方法。
2008年加拿大人Dave Cormier與Bryan Alexander聯(lián)合提出的慕課（MOOCs）的概念，慕課是大規(guī)模在線開放課程教育平臺（Massive Open Online Courses）的簡稱。[2]慕課一經(jīng)提出，便呈井噴式發(fā)展，美國《紐約時報》發(fā)文稱2012年為“慕課元年”。[3]許多著名專家一致認為慕課是“印刷術發(fā)明以來教育最大的革新”，并呈現(xiàn)“未來教育”的曙光。[4]作為一種新型的教學模式，慕課具有許多傳統(tǒng)教學模式所無法比擬的優(yōu)點：1）不受時空限制，學生可以隨時隨地進行相關課程的學習；2）授課形式多樣化，充分運用多種手段比如動畫、視頻、微課程和小測試等，使得教學深入淺出，更加可以發(fā)揮學生的主觀能動性；3）互動教學，形成強大的論壇或學習社區(qū)，更好地促進教師與學生間的互動教學和學生間的協(xié)同學習。[5]因此，如果將慕課理念引入電力系統(tǒng)分析課程的教學中并實現(xiàn)理論知識和工程實踐的高度融合，將大大促進該門課程教學的發(fā)展，增強學生的學習效果，也為該門課程的教學變革提供一個可行的方向。
二、存在的問題
目前，將慕課教學理念引入電力系統(tǒng)分析這門課程主要存在三個問題：[6]
（一）缺乏生動的慕課素材
目前網(wǎng)上有關電力系統(tǒng)分析的慕課只不過是課堂教學的錄像視頻。然而，作為一種新型的、顛覆性的教學新模式，慕課不僅是傳統(tǒng)課題教學的錄像，而是涉及將知識以更加生動、豐富、互動性強的方式傳授給學生，啟發(fā)學生發(fā)散思維，激發(fā)起內(nèi)在學習動機，更好地培養(yǎng)學生的自主性、主動性。因此，電力系統(tǒng)分析課程的慕課制作需要專業(yè)教師、課件設計師、攝影師以及IT專家等專業(yè)人士的團隊工作和共同努力。如何適應大學生知識結構和心理成長結構，制作出適應大學生在線學習的慕課課件是其中一項極為關鍵的工作。
（二）缺乏高效的課堂教學模式
傳統(tǒng)課堂教學屬于單向“填鴨式”模式，師生之間缺乏互動和交流，致使學生被動接受死知識，信息流通不對稱，最終造成大學生“思考力”喪失。而單獨慕課教學則會造成同學之間、師生交流不足，容易導致個體固步自封，思想僵化。大學不僅僅是一個傳遞知識的地方，更重要的是培養(yǎng)能量和傳遞情感的地方。大學同學之間共同生活以及教師的言傳身教，都將對學生的人格塑造和綜合素質提高產(chǎn)生不可估量的影響。[7]因此，尋找一種能夠正確結合傳統(tǒng)課堂教學和現(xiàn)代慕課的新型課堂教學模式，充分發(fā)揮傳統(tǒng)教學和慕課教學各自的優(yōu)勢，對于電力系統(tǒng)分析課程課堂教學發(fā)展具有重要的意義。
（三）缺乏科學的學生成績評定方式
傳統(tǒng)教學多采用考試或者考核等方式對學生成績進行評定，由于缺乏對學習過程的跟蹤評價，導致大部分同學以結果導向性方式進行學習，多表現(xiàn)為考前突擊、重點突擊等方式，缺乏對電力系統(tǒng)分析課程的系統(tǒng)性全面把握，使得教學效果大大折扣。而慕課多采用計算機評估、學生互評、網(wǎng)絡考試等方式評估學生的學習情況，但這種方式缺乏思維能力、思考力的培養(yǎng)，無法全面評價學生的成績。因此，如何統(tǒng)籌考慮傳統(tǒng)教學和現(xiàn)代慕課的各自優(yōu)勢，并將之應用于電力系統(tǒng)分析課程的成績評價體系中，是慕課成功應用于電力系統(tǒng)分析教學改革的關鍵所在。
三、應對措施
針對慕課在電力系統(tǒng)分析課程中存在的問題，我們主要從如下三個方面進行針對性探索：
（一）慕課制作
以“復雜電力系統(tǒng)潮流計算的牛頓-拉夫遜算法”這一章節(jié)為例進行慕課制作?；谀K化、層次化等思維，采用圖表、動畫等多種方法精心制作PPT課件；優(yōu)選教學名師，開展多種形式課堂授課；優(yōu)選專業(yè)優(yōu)質慕課制作團隊，制作高質量在線慕課課程。
慕課主體部分是課堂視頻，通常視頻的時間限定為8-10分鐘，視頻分成多個段落，段落之間設置問題等形式以測試學生對知識的掌握，然后在下一段落系統(tǒng)自動給出反饋。
（二）課堂教學模式變革
采用先觀看慕課視頻，學生自主思考、分組討論深化理解知識點；然后針對課程難點和重點，教師采用傳統(tǒng)課堂教學方式講解并進行師生互動的方式。課堂教學的核心以問題為導向，啟發(fā)學生自主性思考；遵循科學探索規(guī)律，循序漸進引入課堂理論知識；結合工程思維，理論聯(lián)系實際，拓寬和加深學生思考方式；引入互動-對辯模式，引導學生積極參與課堂學習，使學生成為課堂教學的主人而不是被動接受者。
（三）學生成績評定方式改革
采用傳統(tǒng)考試與過程評價相結合的方式進行學生成績評定，在過程評價中重點考察能力鍛煉、課堂互動、實踐應用等多個因素，合理選擇權重系數(shù)，如30%+30%+40%的比例系數(shù)計算學生最終過程成績；然后通過傳統(tǒng)考試方式考察學生對重點知識點、定理、物理內(nèi)涵的理解和掌握。此外，可以科學引入自評和互評環(huán)節(jié)，引導學生積極準確評價自己及他人，在自我認識和與比他人的比對中不斷提升自我。在未來的成績評價中將合理納入多種評價機制，綜合評估學生表現(xiàn)。
四、結語
本文綜合考慮電力系統(tǒng)分析課程的內(nèi)容屬性以及慕課教學的先進理念，將慕課教學與傳統(tǒng)教學模式相結合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢和特長，主要從慕課課程制作、課堂教學模式變革、學生成績評定方式改革等三個方面闡述了慕課教學在電力系統(tǒng)分析課程中遇到的困境和難題，并給出了相應的應對措施，對于促進電力系統(tǒng)分析課程教學模式的發(fā)展具有重要的促進作用，也為其他課程的教學改革提供了一個可能的探索方向。當然，慕課教學與傳統(tǒng)教學模式大的深刻融合還有大量工作需要繼續(xù)深入開展，我們也將不斷、積極主動地開展這方面的教學和研究工作。
參考文獻：
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Preliminary Study of the Application of MOOCs in Power System Analysis
GUO Fei，HU Xiang-dong，TANG Xian-lun，CHEN Gong-gui
