“電力系統(tǒng)仿真”課程的教學(xué)思考

黃淼

【摘要】從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容等方面，對高?！半娏ο到y(tǒng)仿真”本科課程進(jìn)行探索和討論，建議任課教師從實(shí)踐性著手，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量，改善教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)仿真 教學(xué)思考

【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）10-0132-02

電力系統(tǒng)仿真技術(shù)，主要是通過物理模擬、數(shù)字模擬、物理—數(shù)字混合模擬等方式，對實(shí)際的電力系統(tǒng)進(jìn)行建模分析[1]。它已被廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行和控制當(dāng)中，對保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到了重要的作用。無疑，高校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)開設(shè)“電力系統(tǒng)仿真”本科課程，必然會增強(qiáng)理論與工程實(shí)踐之間的聯(lián)系，并為學(xué)生將來的科研、工作做好有益的鋪墊。為引導(dǎo)學(xué)生較好地掌握電力系統(tǒng)仿真技術(shù)，任課教師需要從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容等諸多方面，對課程教學(xué)進(jìn)行深入思考。

一、教學(xué)目標(biāo)

鑒于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及物理模擬的較多限制，目前大多數(shù)高校“電力系統(tǒng)仿真”課程以講解數(shù)字仿真為主。但即使僅考慮數(shù)字仿真，確定教學(xué)目標(biāo)也殊為不易，這主要和兩個(gè)因素有關(guān)。一是，仿真技術(shù)涉及的知識面廣，除包括電力系統(tǒng)潮流、短路、穩(wěn)定性方面的知識外，它還涵蓋計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)、線性代數(shù)、數(shù)值分析等方面的內(nèi)容。二是，仿真技術(shù)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)?？紤]到這些因素，是以理論教學(xué)為主，還是以應(yīng)用教學(xué)為主？成為任課教師首先需要回答的問題。

理論教學(xué)，主要是講授電力系統(tǒng)潮流、短路和穩(wěn)定的數(shù)值算法。應(yīng)用教學(xué)則是講授如何運(yùn)用仿真軟件開展潮流、短路和穩(wěn)定性計(jì)算分析。

從課程實(shí)用性的角度來看，應(yīng)用教學(xué)顯然更合適。盡管理論教學(xué)講授的數(shù)值算法是仿真技術(shù)的基礎(chǔ)，但在實(shí)際工作中，它們被直接運(yùn)用的幾率較小，除非專業(yè)從事電力系統(tǒng)仿真軟件的研發(fā)。學(xué)生畢業(yè)后，如果從事電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、調(diào)度等方面的工作，可能就會用到電力系統(tǒng)仿真軟件。若在學(xué)校已會使用一種仿真軟件，那么，即使工作中用到的軟件不一樣，學(xué)生也會較快適應(yīng)。

從學(xué)習(xí)的自然規(guī)律來看，先學(xué)什么是電力系統(tǒng)仿真、怎么開展仿真，再學(xué)仿真背后的原理和方向，才是一個(gè)循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)過程。

基于上述討論，一個(gè)較為合適的教學(xué)目標(biāo)是：引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握一個(gè)仿真軟件的基本使用方法以及仿真建模的方法；基于仿真軟件，學(xué)生能較熟練地開展潮流、短路和穩(wěn)定性計(jì)算分析。

二、教學(xué)內(nèi)容

基于前述教學(xué)目標(biāo)，如何仔細(xì)斟酌、精心組織教學(xué)內(nèi)容，成為保證課堂教學(xué)效率的關(guān)鍵，特別要強(qiáng)調(diào)以下幾個(gè)方面。

1.從無到有的系統(tǒng)建模過程

授課時(shí)，注意運(yùn)用仿真軟件，采用類似搭積木的方式，步進(jìn)式地建立一個(gè)電力系統(tǒng)的仿真模型，模型以包含發(fā)、輸、配、用電各個(gè)環(huán)節(jié)為宜。通過這樣的一個(gè)建構(gòu)過程，不僅有利于學(xué)生熟悉仿真的基本步驟，而且有助于加深學(xué)生對電力系統(tǒng)架構(gòu)、設(shè)備模型參數(shù)的認(rèn)識。

2.對基本理論的引導(dǎo)和理解

以變壓器的建模為例，在教學(xué)時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生通過思考、仿真測試等方式，去探索下面的問題：仿真軟件采用的是什么樣的變壓器等值電路？阻抗參數(shù)如何歸算？不同檔位下，變壓器標(biāo)幺參數(shù)是否變化？如何根據(jù)變壓器的銘牌參數(shù)來建立變壓器的仿真參數(shù)？通過這些引導(dǎo)，既能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，還能讓學(xué)生認(rèn)識從實(shí)際到模型的抽象過程。

3.可視化分析

仿真軟件提供的可視化功能，能給學(xué)生帶來非常清晰、直觀的感性認(rèn)識。教學(xué)時(shí)，可以通過潮流示意圖、潮流動(dòng)畫、電壓著色圖等方式分析潮流結(jié)果；通過仿真波形圖分析穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果。

4.案例教學(xué)

針對這種實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，案例教學(xué)往往能起到事半功倍的效果。建議在實(shí)施時(shí)，以1個(gè)地區(qū)電網(wǎng)為仿真對象，以1個(gè)發(fā)電廠或變電站的接入為仿真主題，以潮流、短路、穩(wěn)定性計(jì)算為具體內(nèi)容，通過這樣的教學(xué)，可讓學(xué)生經(jīng)歷建模、仿真、分析的全過程，也讓學(xué)生對實(shí)際的規(guī)劃、設(shè)計(jì)工作有所了解。

三、仿真軟件的選擇

電力系統(tǒng)仿真軟件很多，有開源的，比如MatPower、InterPSS、PSAT等[2]；有商業(yè)的，比如西門子PTI推出的PSS/E、中國電力科學(xué)研究院開發(fā)的PSASP和PSD-BPA等。任課教師選擇仿真軟件時(shí)，需要綜合考慮多個(gè)方面的因素，比如：所在學(xué)校的資源配置情況；仿真軟件的易用性、實(shí)用性以及功能等。

四、結(jié)語

論文對高?！半娏ο到y(tǒng)仿真”本科課程進(jìn)行了探討，建議教學(xué)時(shí)要強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性，以應(yīng)用教學(xué)為主，幫助學(xué)生掌握運(yùn)用仿真軟件開展電力系統(tǒng)計(jì)算分析的能力。

參考文獻(xiàn)：

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