電力系統分析匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇電力系統分析范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

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“電力系統分析”傳統教學偏重對理論分析和方法計算。由于“電力系統分析”的計算復雜，包括潮流計算、短路電流計算等，對這些理論計算分析大部分都是以原理為主，實踐驗證較少，不能讓學生在認識中與實際應用結合起來，理論和實踐往往脫離。一方面實踐環節的內容很少，甚至完全沒有，學生很難運用所學知識去分析和解決實際問題，更談不上培養創新能力，不利于激發學生的創新思維和潛力。另一方面，由于電力電子技術、自動控制技術的快速發展和廣泛應用，原有的實踐教學方式已不能滿足課程建設的需要，表現為“電力系統分析”課程涉及的內容更廣泛、綜合性強、概念多、計算繁、公式推導復雜等特點，這些都需要實踐教學來驗證，讓學生理解理論知識，但由于學生基礎參差不齊，這對教學雙方都提出了挑戰。塔里木大學是一所以教學為主的綜合性大學，電氣工程專業是新增專業，起步比較晚，“電力系統分析”課程目前的實踐教學還存在著一些問題。一方面存在重理論和知識傳授，缺乏對實踐和工程能力的培養問題，實踐教學和理論教學比較處于輔助作用。另一方面，專業教師對科研重視，在整個學生培養過程中，對實踐能力的培養缺乏統一規劃和系統安排；實驗教學時間少，實驗內容不豐富。另外由于資金投入問題，實驗基地的建設未能跟上現代化電力系統的發展步伐，高水平的實驗人員缺乏。例如《電力系統分析》的電流計算的內容，過多地介紹算法的原理，因實驗設備不足，無法上機實踐驗證。這些問題影響了我校電氣工程應用型本科人才的培養質量。

2實踐教學方法的探討

2.1增加與本課程相關前沿科學實踐問題的介紹

增加與“電力系統分析”課程相關聯的現代化科技知識的介紹，這對提高學生對該課程的興趣和了解有很大幫助，比如對電網大數據、電網智能化現代化等結合實際電網進行講解，而作為電氣工程專業學生，結合這些最新領域實際知識對“電力系統分析”課程中的電網數據計算了解更深刻。

2.2結合企業對實踐教學探討

對于農業大學，本課程在教學過程中也要增加地方電力企業相關專業內容，提高對行業知識的認識，重視理論和實踐能力的協同發展，定位于培養高素質和應用型的卓越工程師人才。請企業工程師進課堂，對電力系統、發電機短路現象分析以及自動勵磁調節系統、柔性輸電裝置的特性等內容知識講解。爭取培養學生應用意識，將書本知識和電力企業實踐結合，培養學生成為專業的電力工程師，同時也培養學生的實踐創新能力。通過理論知識和企業實踐，使學生掌握地方電力的基本情況，具有初步的電力實踐技能，進一步提高學生解決實際問題的能力。

2.3建立課外實習基地

電氣工程專業在阿克蘇電力公司、農一師電力公司建立實習基地。在每年的6月份組織農電和電氣工程專業大三學生為期10天的參觀實習。在實習過程中，通過對調度中心、各個電壓等級的變電站、無人智能電站、發電廠以及營業收費廳等熟悉和學習，充分了解電力系統的結構和工作狀況，通過課外實習基地，不僅使學生加深了理論知識的理解，還使學生拓寬了視野，加深了地方電力系統的認知，提高了學生繼續探索電力知識的積極性。

2.4增加提高實踐認知的輔助教學環節

在開設“電力系統分析”課程設計時，對于復雜的“電力系統分析”內容包括穩態分析、短路分析、潮流計算等設計，引進了“電力系統分析仿真”軟件，利用阿克蘇電網、農一師地方電網等實際運行電力系統數據，通過地方實際電網模擬操作電網運行，使學生在校就能獲得與實際系統操作幾乎相同的訓練。

2.5實驗方法及實驗手段的改革

完善實驗教學考核方法。在“電力系統分析”實驗中，主體是學生，實驗的考核依據是：做實驗的平時表現、操作是否能完成、報告填寫是否認真和詳細等部分組成。每次實驗成績都作為總成績的一部分，全部實驗的成績作為最終成績。在學生開始做實驗后，要引導學生提出問題、分析問題，最后能獨立解決問題，對學生提出的疑問，要啟發他們獨立思考問題，舉一反三，對專業知識的實際應用有更深的理解。對電力系統仿真實驗臺，學生分組完成潮流分析實驗、短路電流計算實驗以及整個系統工作實驗等重要實驗。從實驗方案的設計包括各類計算、線路搭接到實驗分析和撰寫報告等系統工作都由實驗小組通過合作來完成，有效鍛煉了學生的團隊合作精神。

3結語

“電力系統分析”課程教學主要為了培養學生能力，尤其是工程實踐能力，必須熟練掌握理論知識和實踐知識（包括實驗和實習設計等）。學校是發揮教、科、研優勢的地方，通過和企業合作、依托地方政府才能發揮學校的作用，完善服務平臺，構建開放式的服務體系。在教學過程中形成一種以學生為中心，以培養他們創新能力作為目標，不但培養學生的理論基礎知識，還有過硬的工程實踐能力。通過和地方企事業單位合作，拓寬實習合作領域范圍，形成“電力系統分析”課程的實踐創新培養模式，克服“電力系統分析”課程以往實踐教學的不足。為了提高“電力系統分析”課程的實驗教學應該做到：一是要以培養學生創新能力和激發學生興趣為出發點，注重實驗、實習質量，努力做到讓學生從枯燥的理論教學中找到興趣點。二是通過地方電力企業的實習，讓學生了解電力系統各個組成部分的工作過程和工作原理，對電力系統有了全局認識，增強應用意識。

作者:李建軍 孟令鵬 楊偉杰 單位:塔里木大學

參考文獻

［1］張靠社，張欣偉，寧聯輝，等.“電力系統分析”課程的教學改革和實踐［J］.電力系統及其自動化學報，2008（2）：126-128.

［2］李濱，韋化，祝云，等.教學與工業實踐緊密結合，為電力工業服務———“電力系統分析”課程教學改革的研究［J］.電氣電子教學學報，2008（4）：4-6.

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1本電力系統分析仿真軟件的特點

1.1電力系統仿真軟件的綜述

隨著我國經濟和人民生活水平的迅速提高，電力需求大幅提高。電力系統仿真已成為電力系統研究規劃和設計的重要手段，因此電力系統仿真軟件的功能特性對于提高研究、設計的效率和可信性有重要作用。由于電力系統在國民經濟中占有重要地位，一般都要用到多個數字仿真軟件進行計算結果比較，主要有以下幾種：（1）邦納維爾電力局開發的BPA程序和EMTP程序；（2）曼尼托巴高壓直流輸電研究中心開發的PSCAD/EMTDC程序；（3）德國西門子公司研制的電力系統仿真軟件NETOMAC；（4）中國電力科學研究院開發的電力系統分析綜合程序PSASP；（5）MathWorks公司開發的科學與工程計算軟件MATLAB[1-2]。

1.2仿真軟件的設計思路和算法

為了提高學生對電力系統分析理論和實踐應用的結合能力，加強就業的競爭力，并拓展電力企業服務和培訓的空間，我們針對教學和培訓開發了電力系統分析仿真軟件，主要包括電力網數學模型、潮流計算、調壓、短路電流計算等內容。本軟件利用MATLAB語言，核心算法是在單臺計算機的多個核上實現電網全局潮流聯合的分布式計算方法，其計算速度相對單機單核要快得多。①電網模型的建立通常給定的已知條件是：電力系統元件的型號、實驗數據、容量、長度等參量，計算電網元件參數，得出導納矩陣；②電力系統功率調節和電壓調整通常給定的已知條件是：參數調整滑塊的調節量、電力系統元件的型號、實驗數據、容量、長度等參量，系統中各電源和負荷節點的功率、平衡節點的電壓和相位角，待求的運行狀態參量為各節點的電壓以及流經各元件的功率等。③電力系統潮流計算：采用的是PQ分解法和前推回代法。可視化仿真計算電力系統在某一穩態的正常運行方式下，電力網絡各節點的電壓和支路功率的分布情況，通常給定的運行條件有系統中各電源和負荷節點的功率、樞紐點電壓、平衡節點的電壓和相位角。待求的運行狀態參量包括各節點的電壓及其相位角以及流經各元件的功率、網絡的功率損耗等。④電力系統短路電流計算：自動生成正序、負序、零序網絡，計算故障電力系統的各種短路類型的短路電流。通常給定的已知條件是系統中各電源和負荷點設備的容量，待求的運行狀態參量包括各節點的電壓及其相位角以及流經各元件的功率、網絡的功率損耗等。軟件為學員提供了實驗和仿真的平臺，實現了全界面圖形化、設備與設備屬性資源管理化、操作與設計人性化和科學化。形象化顯示實時運行結果，便于學生觀察電力系統的各種正常狀態、不正常狀態；按電力系統的結構進行搭建電網模型；仿真軟件在運行時，可以自由任意改變設備的開關狀態，單擊滑塊可分級改變設備的各種參數；在一張仿真電力接線圖上可以設計、顯示、運行、保存、預覽多種電力系統運行狀態和故障狀態。

2電力系統分析仿真軟件在學歷教學中的應用

針對不同的教學對象，我們設置了便利的操作和電網綜合數據庫管理界面。比如對高校的學生我們設置了B類元件庫，學生可以根據書本提供的系統圖中的元件輸入各種電氣元件的參數，比如導線的阻抗、導納、基準電壓；變壓器的各側額定電壓、額定容量、短路損耗、短路電壓百分數、分接頭數等。電力系統分析仿真軟件就可以計算電力系統各元件的參數、構建電網模型的功能、分析電力系統電力傳輸功能、電力系統潮流計算功能、分析電力系統無功功率平衡和電壓調節功能、自動生成電力系統各序阻抗網絡、計算各種類型的電力系統短路電流，計算電力系統中各運行點的各序電壓。以教學中常用的電力系統調壓為例。有一簡單電力系統，參數如下：發電機出口電壓為10.5kV，高壓輸電線路的額定電壓為110kV，長度為80km，采用LGJ185型導線，變壓器的額定電壓為110/11kV，容量為15MVA，空載損耗為40.5kW，短路損耗為128kW，短路電壓百分數為10.5，空載電流百分數為3.5，原始負荷功率為Sb=28+j10MVA和Sc=20+j15MVA，現在負荷增加到Sb=32+j12MVA和Sc=24+j15MVA，問應如何調整用戶b、c點的電壓？利用本仿真軟件可以方便計算和分析出各種調壓措施對負荷點電壓的影響。首先學生根據題目的要求建立電力系統的拓撲圖如圖1所示，然后輸入各種元件的電氣參數（以輸電線為例如圖2所示），最后設計了共計6個滑塊。滑塊是一種圖形單元（如圖3所示），可以放到圖紙上，并可以對圖紙上的某一個圖元的一種參數進行微調，它是一對一的調整，主要用于頻繁調整某固定參數使用，在屬性設置中對圖元名、屬性名、最大檔、最小檔、每檔值、大小尺寸進行設置。從而可以讓此滑塊知道要控制那一個圖元單元，從而在運行狀態下，可以微調此滑塊指定的圖形單元的參數。拓撲圖從左至右第一個滑塊代表了可調節發電機的端電壓（變化范圍為10.5~11kV）；第二和第四個滑塊代表了升、降壓變壓器的分接頭檔位：其中5檔變壓器分接頭值為+2*2.5%，4檔變壓器分接頭值為+1*2.5%，3檔為變壓器的主抽頭，2檔變壓器分接頭值為-1*2.5%，1檔變壓器分接頭值為-2*2.5%；第三個滑塊代表了可調節線路的阻抗（變化范圍為80~60km），第五、六個滑塊代表了可調節負荷的有功和無功；另外可通過無功補償裝置前的開關控制是否投入。仿真軟件可以直觀地把各種計算數據展示在程序界面上，把比較結果導出后可形成表1。從上述示例中可發現，利用電力系統分析仿真軟件在教學中可以避免大量繁瑣的計算，學生可以通過軟件計算出的結果更好地加深理論理解，豐富學生的專業技能，培養學生電力系統運行、調度的基本能力，提升學生的就業競爭力。

3電力系統分析仿真軟件在培訓中的應用

針對電力在職職工的技能培訓，本軟件用電網綜合數據庫來存取所有的相關信息，包括A類元件庫和圖形拓撲結構數據庫。拓撲中的頂點就是由母線來組成，拓撲的關系由電線、變壓器來組成；有了點與線那么一張網絡拓撲就形成了。所以形成的流算法所需要的矩陣也就可以組合而成了。畫圖的組成也是用電線來連接母線。電線的兩端、變壓器的兩端三端連著的是母線。那么輸電線、雙卷變壓器、三卷變壓器的端點處連接的都是母線［3］。按照各圖形類的繼承關系，又考慮到發電廠和母線潮流走向的區別，將數據表分為母線數據表、線路數據表和發電廠數據表，分別存儲母線信息，包括節點電壓、節點負荷等；線路信息，包括兩節點間線路的潮流、首末端節點名稱等；發電廠信息，包括所連節點名稱、發電功率等。學員不需要輸入各種線路、變壓器等電氣元件的參數，只需輸入設備的型號系統就自動生成其阻抗、導納、容量等電氣參數。電力系統分析仿真軟件具有電力系統潮流計算和短路電流計算功能。本軟件構建的某系統潮流如圖4所示，學員可以對各個開關進行變位，或者利用滑塊調節發電機、變壓器分接頭位置，從而觀察軟件可視化界面的潮流數據的變化，特別注意電氣參數有無越限，最后確定合理經濟的系統運行方式。本軟件的潮流計算可以計算多個平衡點的電網潮流計算。軟件在計算電力系統故障時能夠自動生成電力系統的正序、負序、零序網絡，可以仿真各種電力系統正常的運行狀態和各種電力系統故障狀態，為電力員工提供了培訓和研究的平臺。

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PSCAD的概念最初是在1988年被提出,針對Windows系統的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,對仿真過程進行觀測等。PSCAD具備電力系統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,這些模型都是經過已經編程和測試的仿真模型。如果搭建的電力系統仿真模型中,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),包括數據的導入和導出、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/阻抗數據或導體/絕緣屬性、地阻抗數據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、調速器、水輪機、汽輪機、風力機和內燃機等;(9)控制元件(ControlSystemsModelingFunctions),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、輸入輸出和節點等。PSCAD仿真軟件可以用來仿真模擬進行電力系統中元件參數及其物理含義、電力系統對稱和不對稱故障仿真、電力系統簡單和復雜潮流計算以及有功和無功功率控制等,還可以將電力系統與電力電子結合起來,比如新能源發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電力系統仿真實例

電力系統實習主要是去發電廠、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。以電力系統故障為例,學生到現場不能體驗到故障發生和處理過程,像電力單位的一些工作多年的專業人員,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的物理模擬仿真系統,但這些花費很高、場地大,對于該?，F有的資源不可能滿足。所以,電力系統中的故障,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生和恢復后各個量的變化。因篇幅有限,這里僅對電力系統橫向故障中的三相短路進行介紹。PSCAD軟件電力系統仿真軟件計算機需求:(1)MicrosoftWindowsVista或Windows7操作系統,32bit或64bit;(2)附件軟件IntelFortanComposerXE20112,Framwork4.0Full3,MicrosoftVisualC++2010Redistributables;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35kV單側電源輸電系統,如圖1所示。其中BAK為斷路器,Tline和Tline1的長度均為20km,每公里電抗為0.4Ω的架空線路。負載的有功功率為15MW,無功功率為5MVAR。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,TimedFaultLogic模塊設置故障發生時間為0.08s,故障持續時間為0.04s。采用工程研究方法,通過分析數字仿真結果,找出其內在規律,然后再通過理論進行分析,對比在不同量的變化下,電力系統相關量的變化,這樣可以有助于學生加深對電力系統故障知識的理解。三相短路故障時電力系統中最嚴重的故障,以該故障為例對其進行仿真分析。發生三相短路故障時,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。故障點電壓由于發生三相短路,電壓均為0V,當故障切除后,三相電壓發生暫態波動,但很快就恢復到正弦變化;在故障發生前,由于故障發生器處于斷開狀態,因此故障點處的三相電流均為0A,在發生三相短路故障后,由于閉合時有初始輸入量和初始狀態量,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,三相電流迅速變為0A。通過電力系統仿真,可以產生如下實習效果:(1)加深了專業理論知識,理論聯系實際,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)對于電力系統更為復雜的建模系統,學生可以組成團隊進行建模,培養團隊合作和創新精神;(3)提高了學生學習的積極性,學生根據布置的任務主動去學習,激發了學生學習的欲望,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三相短路故障的原理和現象,還可以激發學生學習的樂趣,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,同時還要主動跟現場的人員多多交流,使仿真模型更貼近實際。

作者:羅朋 楊燕霞 單位:廣東海洋大學電子與信息工程學院

參考文獻

[1]李廣凱,李庚銀.電力系統仿真軟件綜述[J].電氣電子教學學報,2005,27(3):61-65.

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引言

綜合電力系統包含了艦船的日常用電、艦體推進用電、高端武器設備發射用電和大功率探測設備用電等，作為一種綜合電力技術不僅可以對當前現代化艦船的整體設計實施簡化，而且對簡化艦船的動力系統提高了可能，為我國穩定，可靠的使用高端的艦載武器設備提供了強大的保障?，F在國內很多科研單位對艦船的綜合電力系統做了深入的研究，雖然在技術上取得了一定的進步，但是艦船綜合電力系統的關鍵技術并沒有取得突破性的進展[1]。文章重點分析了與傳統結構相比，直流區域配電系統的直流網狀結構存在的明顯優勢，站在電力系統繼電保護的層面對該系統中直流配電系統做了進一步的研究分析，希望對我國現代化艦船綜合電力系統的建設和發展起到一些借鑒性的意義。

1 直流網狀網絡的介紹

國內大型水面艦船自建造以來所使用的供電系統就是采用兩個電站同時進行供電的模式，這種供電模式被稱為干饋式混合配電系統，這種模式的特點在于這兩個供電站是完全隔開的，它們兩個分別有自己的發電機組，雖然設備存于不同的艦體結構中，但是對艦船的符合設備卻是同步供電[2]。但是從長遠的角度來看，水面艦船會不斷的向超大容量方向發展，基于此種發展趨勢，綜合電力系統的雙電站模式很有可能被突破和改善，有可靠資料現實演變和發展的模式會是網狀網絡形式和多個供電站同時使用，但是為了確保艦船的密封性和節約空間，兩種不同的供電系統會通過一條母線向艦船所有的符合設備提供電能，并且根據艦船的實際需要給至關重要的符合設備輸送電力。

直流網狀網絡的工作原理是將艦船電力系統中的電流整合為1000V的直流，通過艦船兩側的左母線和右母線將電流傳輸出去，而且在艦船的每一臺發電機組中都有與左右母線連接的端口，最終形成一個閉合的網絡電流回路。這種配電系統不僅可以完成對所有發電機組的集中控制和管理，還可以對發電系統中發電機組的備用容量進行合理的配置，從另一個方面提高了發電機的使用效率。

2 直流區域的配電系統的優勢

從目前的現狀來看主流艦船上使用的電力系統都是通過艦船上集中式配電系統的中心設備通過電纜進行輸送，這樣的結果大大的影響了艦體的密封性，使艦體出現了上千個電纜的穿孔，一方面為電力系統建設人員帶來了大量繁瑣的工作，而且還在一定程度上減低了艦船的耐壓性。如果現代艦船采用直流區域配電系統就可以有效的避免此類問題的發生，這種方法操作簡單，只需要將輸送電力的母線穿過艦體的耐壓隔壁，不僅節省了大量的電纜，也減輕了艦體的總體重量，是艦體在空間設計方面得到了很多好處[3]。

SSCM和SSIM有多重功能，并且它們能夠對通過半導體設備的電流執行電力轉換、監測和限制，所以可以在設備出現緊急故障時對供電系統實施保護，所以如果艦船使用的是直流區域配電系統，在故障發生時就可以將發生故障的部位隔離在一個小范圍的電力區域中，而且因為這種電力系統中的電流都是直流電，在對設備故障檢測的時候也更加方便和簡單，原先監測直流故障和初始化自動母線的轉換器所需要的時間延遲不存在了，進一步提升了電源的使用性能，也提升了艦體的整體性能，而且隨著供電系統功率全面自動化程度的提高，極大的簡化了艦船的戰斗系統設計。

直流區域配電系統的第二個顯著優勢就是對于不同的泵體和排風機來說可以進行不同的速度控制，保證其始終保持在較高的運行效率之下，另外在艦船大型電動機被啟動的時候，其輸電系統中的電流會受到一定的限制，這種情況可以使艦船母線中的電壓始終處在穩定的狀態之下，而且在特定的場合下也可以實現電力的轉換，直流區域配電系統與傳統的供電系統相比有很多明顯的優勢，例如：在艦船不同的戰斗系統當中，很多武器設備要用到400Hz的直流電壓，因此如果現代艦船的配電系統是交流電則還要經過一步轉化，再用一個逆變器將交流電轉換成400Hz方可實現戰斗系統的運行和使用，但是如果直接采用是直流區域配電系統，那么僅僅需要將電壓調到合適的水平就可以了，然后在將電流整合成需要的直流即可。將兩者進行對比之后可以看出在該系統與交流配電系統相比減少了很多的輸電設備，例如：擔任變壓作用的傳輸變壓器，還有交流配電系統中的很多開關，這些設備的減少可以降低艦船本身的質量，而且也節省了出了很多空間，使艦船有了更多的空間安裝更多的艦載武器，進而增減現代化艦船的作戰能力。

第三，直流配電系統具備的另一大優勢是發電機組的發電頻率，這種高頻率的發電機組可以和整流器實現最大尺寸的優化組合，而且根據直流區域的配電系統能夠將原動機設計為始終處在最有效率的運行狀態之下，從節省油料方面來說不僅做到了最小的能源使用，也減少了艦船配伍的排放量。

3 基于直流區域配電系統的直流網狀網絡的繼電保護

適應直流網狀網絡中短路電流的計算標準，當前我國陸地電網的自動保護技術相對艦船配電系統的保護技術來說比較成熟，而且在系統級別的保護方法上也有了一定的研究，例如：陸地電網中的快速距離保護、反應暫態分量的行波保護以及光纖差動保護等，但是因為艦船的綜合電力系統是建立在有限的空間之內，并且是一種獨立的電網單元，因此其穩定性會受到艦船符合設備的影響，加之系統結構形式復雜等多種不利因素，提高了信號提取的困難程度。根據研究發現以往對艦船電力系統分析的原理、方法以及一些應用技術的成果，在當前的直流網狀網絡配電系統中不能直接使用，必須對艦船綜合電力系統中常見故障的特征進行研究，而且還要對現在艦船綜合電力系統采用的保護手段進行適當的改進，這樣才能切實滿足綜合電力的保護需求。

4 結束語

綜合電力系統能夠包括電力推進在內的全船電能進行統一的調配，具有很好的經濟性、并且配置靈活多變、目標的聲音強度很低、功率的密度較高等很多優點，是世界各國艦船技術發展的主流方向。直流區域配電系統有很強的生命力，而且有利于總體優化和模塊化建造等優勢，是綜合電力系統的最好選擇。

參考文獻

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二、課程目標的設定

1.專業能力：能全面掌握電力系統的基本知識；能對電力系統有功及無功功率進行控制與分析；能對電力系統頻率和電壓進行控制和分析；能對電力系統各種故障運行狀態進行分析和計算；能對電力系統安全穩定性進行簡單分析和計算；能進行電力系統的規劃設計。2.方法能力:分析問題、解決問題的能力；動手操作、獨立工作能力；獲得與利用信息，探究式的學習能力；工程意識和靈活思維、創新能力。3.社會能力：團隊協作能力；交流溝通能力；組織能力；耐心細致的工作能力。

三、課程設計思路

電力系統運行與分析課程基于電網的實際生產過程，以工作過程為導向，歸納提煉典型工作任務，并將行動領域的典型工作任務教學化處理后，按照與實際崗位典型工作任務內容對應的各學習情境組織內容，并且根據任務的復雜程度，以先簡單后復雜的順序排列各學習情境；在各個學習情境中，又按照復雜程度和實際工作程序化各個工作任務。遵循學生職業能力培養的基本規律，以適度、夠用的原則，以現場工作任務及工作程序為依據整合、序化教學內容，設計項目教學，教、學、做結合，課堂、實訓、實習結合，理論與實踐結合。在教學項目實施中，由專業教師組成教學團隊，密切配合施教。采用任務驅動教學方法，以學生自主學習為主，教師講解為輔，激發學生學習興趣，培養學生自主學習和終身學習的能力。

四、教學方式的改進

《電力系統分析》課程屬于純理論性的課程，部分理論知識需要較強的想象能力，只能在頭腦中通過想象來給出大概的印象。且由于課堂理論教學模式較為單調，多半是老師講、學生聽的模式，降低了學生學習的積極性。1.借助于多媒體及仿真系統在教學過程中，可以采用一些方法來改進現有的困境。如，采用形式多樣，內容豐富的理論教學，比如影像、圖表，使學生在形象的方法下進行深入的學習。潮流計算是該課程的難點和重點，大部分學生在此部分易產生畏懼和懈怠情緒，教師可借助影像系統向學生展示一個實際電力網絡的潮流分布圖[1]，讓學生在腦海里建立一個感性的概念，而不僅僅是枯燥的公式和計算過程，或者利用電網運行仿真軟件進行實際電網的模擬演示，引起學生學習興趣，調動學習積極性。2.理論與實踐訓練相結合以任務驅動教學為主，將理論講授與實踐訓練有效融合，讓學生帶著任務去學習，通過實際訓練融會貫通所學理論知識，培養學生的專業能力，并在完成任務的過程中培養自主學習、獨立思考等方法能力以及團結協作、交流溝通等社會能力。本課程以培養學生的綜合職業能力為目標，模擬工作情境，使學生深臨其境，在完成工作過程中、在體驗過程中獲得工作過程知識。3.創新教學模式將“教、學、做”的教學模式貫穿始終，利用各種方法和手段使教、學、做合理銜接交融。以崗位技能培養為核心，同時注重學生學習能力、方法能力的培養。鼓勵學生通過獨立思考和分組合作，培養發現問題和解決問題的能力。

五、結論

電力系統分析是一門集理論與實踐為一體、知識面范圍大，是發電專業課程體系中的重中之重的基本課程。“電力系統分析”的教學方式可采用增強理論的形象性、增強互動式教學、增強企業培養的方式。為構建一個高效的教學體系，一方面必須優化理論課程內容，另一方面必須重視實踐環節設計，進行綜合性實驗，切實提高學生的實踐能力[2]。

作者:辛華 李依凡 王麗 單位:西安電力高等?？茖W校

篇（6）

1 引言

《電力系統分析》主要研究電力系統在正常及故障情況下的運行狀態，包含電力系統穩態分析、電力系統暫態分析和電力系統穩定性分析三部分內容，是電氣工程及其自動化專業重要的專業基礎課，對培養學生運用所學理論解決工程實際問題的能力起著非常重要的作用。由于該課程具有理論性強、工程性強、涉及面廣的特點，學習難度大，學生的學習興趣不高。近年來，將多媒體技術引入課堂教學已成為一種趨勢，采用多媒體課件配合板書的教學方法，使得教學更加具體化、形象化，在一定程度上提高了課堂教學效果。

隨著計算機科學的不斷發展，各種仿真軟件的日益廣泛應用給專業課的教學提供了現代化的教學手段，MATLAB就是其中之一。自上世紀80年代問世以來，MATLAB以其高性能的數值計算和可視化的圖形繪制功能以及簡單易學的編程方式迅速成為應用于多學科的大型軟件。將MATLAB的數值分析功能、矩陣計算功能和可視化的Simulink仿真功能應用于《電力系統分析》課程的潮流計算和短路分析教學中，已成為《電力系統分析》課程教學改革的一個重要方面。

2 MATLAB在《電力系統分析》教學中的應用

2.1基于MATLAB的電力系統潮流計算——節點導納矩陣的形成

潮流計算是電力系統穩態分析的重要內容，也是計算系統動態穩定和靜態穩定的基礎。潮流計算的方法有很多，其本質都是對一組多元非線性方程進行求解，其解法都離不開迭代。潮流計算中需要先形成網絡的節點導納（阻抗）矩陣，如果采用手工計算，即使節點數不多的系統也仍然有相當大的工作量，只有應用計算機才能快速而準確地完成這些計算任務。下面為潮流計算中節點導納矩陣的形成程序：

n=input（'請輸入節點數：n='）；

n1=input（'請輸入支路數：n1='）；

B=input（'請輸入由支路參數形成的矩陣：B='）；

X=input（'請輸入由節點號及其對地阻抗形成的矩陣：X='）；

Y=zeros（n）；

for i=1：n

if X（i，2）=～0；

p=X（i，1）；

Y（p，p）=1./X（i，2）；

end

end

for i=1：n1

if B（i，6）==0

p=B（i，1）；q=B（i，2）；

else

p=B（i，2）；q=B（i，1）；

end

Y（p，q）=Y（p，q）-1./（B（i，3）*B（i，5））；

Y（q，p）=Y（p，q）；

Y（q，q）=Y（q，q）+1./（B（i，3）*B（i，5）^2）+B（i，4）./2；

Y（p，p）=Y（p，p）+1./B（i，3）+B（i，4）./2；

end

disp（Y）

根據所給系統圖，輸入網絡節點數、支路數及參數矩陣B和X之后，即可形成應用于潮流計算程序的節點導納矩陣。

2.2采用Simulink/PSB進行電力系統短路仿真分析

1998年推出的MATLAB5.2在Simulink中增加了電力系統模塊庫PSB（Power System Block）。PSB主要由六個子模塊庫組成，涵蓋了電路、電力電子、電氣傳動和電力系統等學科中常用的基本元件，可以對非線性、剛性和非連續系統進行非常精確的仿真。

如圖為某恒壓源系統突然短路的仿真模型。

將故障發生器設置為三相短路，故障時間為（0.01-0.05）s，得到如下仿真波形：

可見，無窮大電源系統短路時，電源端電壓只有一些波動，沒有發生顯著變化。短路點三相電流有效值相等，為對稱短路。

類似地建立同步電機三相短路模型，仿真后將結果與上例進行比較，可使學生更加深刻地理解這兩種系統發生三相短路時的電磁暫態過程。

改變短路故障發生器的選項設置，可以得到兩相短路、單相接地等不同類型短路故障時的電壓、電流波形。

3 結論

在《電力系統分析》課程教學中引入MATLAB/PSB對潮流計算、短路故障等重要內容進行輔助分析，具有形象直觀、交互性能好等優點，彌補了傳統電力系統分析教學的不足，使學生加強了對理論知識的理解，激發了學習興趣，很好地提高了教學效果。

參考文獻：

[1]孟祥萍.電力系統分析[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]吳天明.MATLAB電力系統設計與分析[M].北京：國防工業出版社，2004.

篇（7）

中圖分類號：F470.6 文獻標識碼：A

引言：

并行處理是一種極有發展前途的技術。復雜故障計算是電力系統仿真計算中最重要、計算量最大的部分之一,己經成為大型電力系統實時仿真的瓶頸。由于求解故障端口間等值阻抗的復雜性, 傳統方法不適用于并行處理。作者提出了一種可用于大型電力系統數字仿真的復雜故障并行計算方法。算法中采用了故障處理局部化、降維網絡方程的構造和線性方程組并行處理等多種技術, 以減少并行計算量和通訊量。

1 并行處理技術概述

并行處理僅有不足20 年的歷史, 是半個世紀來在微電子、印刷電路、高密度封裝技術、高性能處理機、存儲系統、設備、通信通道、語言開發、編譯技術、操作系統、程序設計環境和應用問題等研究和工業發展的產物。并行處理已成為現代計算機的關鍵技術之一, 并以不同的方式, 在不同的級別上滲透到其他應用領域。

計算機應用可以歸納為向上升級的4 類: 數據處理、信息處理、知識處理和智能處理。無論是哪種處理, 都具有能同時進行運算或操作的特性, 稱為并行性。并行性在不同的處理級別中可表現為多種形式, 如先行方式, 流水方式, 向量化、并發性、同時性、數據并行性、劃分、交叉、重疊、多重性、重復、時間共享、空間共享、多任務處理、多道程序、多線程方式和分布式計算。開發并行性的目的是為了能用并行處理來提高計算機的求解效率。并行處理是通過兩個或多個處理器以及處理器之間的通信系統的協作完成問題的求解。它著重于發掘被求解問題中的并行性, 使其達到較高的級別。

分布式處理是利用計算機網絡來實現并行處理的一種技術。網絡中各計算機以并行方式共同完成某項事務處理, 或將一個大處理流程分開由各點計算機處理, 在網絡內各計算機彼此能相互存取信息和尋址, 多個計算機同時工作這一點對用戶來說是透明的。

并行處理技術是硬件、軟件、語言、算法、性能評價等多方面技術的綜合?？梢苑譃? 并行系統結構、并行算法、并行操作系統、并行語言及其編譯系統等。

并行系統結構研究以何種方式將眾多的處理機與存儲系統、1/ 0 系統組成一個完整的并行處理系統的技術問題, 如硬件的器件和互聯拓撲結構的選擇, 同步通信機制的設置, 以及并行軟件的配置等。并行操作系統用于支持并行處理, 實現進程(或線程) 間的通信和負載均衡等問題。目前并行操作系統主要有多處理機并行操作系統和多計算機操作系統。

2 并行處理技術在電力系統中的應用

2.1 在潮流問題中的應用

潮流問題描述了電力系統的穩態情況, 因而潮流公式或經過一些修改的潮流公式是優化潮流和暫態穩定等重要問題的基本成分。一個有效的潮流并行化方法同樣也會有助于加快其它問題的求解, 因而早期關于并行處理在電力系統中應用的研究主要集中于并行化潮流問題的求解上。雖然問題并沒有解決, 但近年來關于這方面的報道明顯減少了。

潮流計算是求解一組由潮流方程描述的非線性代數方程。傳統的串行解法充分利用了稀疏矩陣技術、三角分解前代/ 回代技術、節點優化編號技巧和快速分解法, 使得潮流計算已經能夠在線運行, 從而大大減小了并行化潮流計算的動力。

已有的并行化潮流計算的許多工作都集中在并行化三角分解、前代/ 回代上, 如: 通過對矩陣的重新組合分塊來發掘并行性; 降低由最大因子路徑長度決定的順序執行步數; 采用適合于向量機的向量化算法; 多重因子分解方案和稀疏逆因子方案; 基于電力系統運行模式及人工神經網絡的潮流并行算法; 利用超立方體結構尋找穩態穩定大矩陣的特征值和特征向量。在超立方體結構并行機上的一個實踐表明, 快速分解牛頓潮流法的并行算法可以獲得近似10 的加速比。在B al a nc e 和A li a nt 共享內存并行機上, 松弛牛頓法也可以獲得幾乎相同的加速比腳。

2. 2 在電力系統暫態穩定中的應用

電力系統暫態穩定分析需要求解描述旋轉運動的時變微分方程和描述電網的代數方程, 這組微分代數方程(D A E ) 具有多種非線性, 數值方法中的逐步積分法被用來獲得時域解。如果通過并行處理技術, 能極大地提高速度, 在線暫態穩定分析也將具有很好前景。

將暫態穩定問題并行化有兩個途徑: 1. 將系統的變量分組, 稱為( 變量) 空間并行化; 2.使幾個時間段可以同時求解, 稱為時間并行化。非常明顯的空間并行化是將微分方程分解成每個發電機一組的多個方程組, 而由代數方程提供它們之間的藕合。時間上的并行是形成每個時間段的牛頓方程, 然后同時求解。龍格庫塔法和隱式積分法也被并行化過, 但問題的分解和隨之而來的松弛會產生許多新的變量, 使求解復雜化。有的先將網絡方程分解, 然后在微分方程或差分化的方程組上實施松弛法, 如對微分方程實施的波形松弛法。有的將差分化的微分方程和代數方程一起, 對每一個系統變量在所有的時間段中通過皮卡德( Pi ca rd ) 松弛法分解并同時求解, 從而提供在時間和空間上最大程度并行化的方法。有的在頻域中將暫態穩定問題向量化以獲得并行性。上述方法的共同困難是收斂性較差, 通常要經過更多的迭代次數才能收斂, 有時甚至難以收斂。

對暫態問題的細粒度并行化, 也遇到了許多困難, 所獲得的效果不很理想。為此粗粒度的并行化也被研究過, 如通過同時計算在不同節點上的故障來并行化, 當S Y R E IJ 穩定計算程序在一個16 節點的超立方體計算機上實現時, 可以獲得一個數量級的加速比。與之相似的是在一個基于D O S 共享內存的多處理機上的實驗也表明, 多區域可靠性計算、采用蒙特卡洛法的水電發電費用仿真和針對不同故障的矯正方案計算, 是可以被高效并行化的。

3 對并行處理在電力系統應用的若干看法

3.1 充分利用已有的分解/ 聚合技術

在并行處理成為一個研究熱點之前, 已經從時間和存儲角度出發, 針對電力系統的一些問題開發了分解/ 聚合的方法, 即將大問題分解, 在串行機上分別求解, 然后聚合得出整個問題的解。所以在并行處理中, 應充分利用這些已有的分解/ 聚合技術, 對所要求解的大問題進行合理的分解, 調節子問題間的禍合度、相關性, 使整個問題的求解效率最高。

3.2 結合問題本質選擇合理的并行粒度

由以上分析可知, 在電力系統基本問題的數學結構中, 并沒有顯著的內在的并行性。開發細粒度的并行算法(如在潮流問題中和電磁暫態問題中), 難度很大。并行計算理論、并行處理系統(硬件、語言、編譯器)等方面的不成熟, 也為開發細粒度的并行算法造成了障礙。而類似于在暫態穩定分析中, 對不同算例計算的并行; 能量管理系統中, 基于功能劃分的并行; 系統規劃中, 基于不同方案的并行等, 都是在粗粒度上的并行, 各并行子問題間的相關性很少或沒有相關性, 從而可以獲得很高的并行加速比, 并能充分利用現有的網絡資源、計算機資源、軟件資源,使系統的性能價格比較高。

3.3 加強測試與評估

以往的研究大部分都集中在并行算法的開發上, 算法在并行處理系統上的測試很少, 僅有的測試結果并不很理想, 在并行加速比的強壯性方面, 也并未提供有價值的信息。實際上, 計算的效率取決于并行算法對并行處理系統的適應程度。對于一個特定問題的一種并行化方案, 必須在實際的并行處理系統上對大量不同的算例進行測試、評估。

3.4 考慮生產的實際需要

并行處理的根本目的是以盡可能小的代價獲得盡可能高的生產效率。并行處理的開發要依據生產需要, 并不是任何問題都需要或適合于并行處理。由于單個處理器能力的提高, 使得某些問題采用串行算法在一臺計算機上也能滿足要求, 因而對這些問題進行并行化研究的實用價值就很小。

4 結語：

并行處理技術的發展, 為解決電力系統問題提供了一個頗具吸引力的機會。但由于并行處理技術的研究剛剛起步, 并行處理的理論、軟硬件技術和有關并行處理應用的實踐經驗, 都還在不斷地完善之中, 如何有效地將并行處理技術同電力系統問題結合起來, 滿足電力生產的需要, 需要認真考慮。本文首先簡述并行處理及其分布式實現, 接著對并行處理在電力系統中的應用進行了分析。

參考文獻：

1.黃凱.高等計算機系統結構— 并行性、可擴展性、可編程性. 清華大學出版社, 廣西科學技術出版社, 1 9 9 5

篇（8）

自20世紀80年代末至今，我國的仿真技術獲得了極大的發展。在電力系統中，應用較多的培訓仿真系統有電廠仿真、電網運行工況仿真和變電所仿真。一般說來，凡是需要有一個或一組熟練人員進行操作、控制、管理與決策的實際系統，都需要對這些人員進行培訓、教育與培養。早期的培訓大都是經過理論講解和現場實習，通過實際操作經驗的積累來完成的，這種培訓方式因是在實際運行的系統上進行操作，不僅培訓成本高、培訓時間長，而且有些故障只能在實際發生時才能得到實際操作的機會，致使一部分知識只有感性認識，得不到實際操作的鍛煉。隨著系統規模的加大、復雜程度的提高，特別是造價日益昂貴，訓練時因操作不當引起的破壞而帶來的損失大大增加，因此，提高系統運行安全性、可靠性事關重大。為解決這些問題，出現了培訓仿真系統，模擬實際系統的工作狀況和運行環境，以避免運用實際系統時可能帶來的危險性及高昂的代價。

變電所培訓仿真系統集仿真技術、圖形圖象技術、數據庫等技術于一體，依據變電所電力設備實物、一次設備和二次設備接線圖進行設計，如主控室、控制屏、保護屏及設備連接狀況，可在模擬設備和二次接線圖上進行相應操作，采用鼠標點擊的操作方式，簡單、直觀、易學(見圖1)。這種方式使變電運行人員的培訓手段大大更新，提高了培訓效率，縮短了培訓周期。也進一步提高了運行人員的正確判斷和處理事故的能力，防止事故擴大化和縮短事故處理時間，從而確保電網安全、可靠、經濟運行。

圖1

1變電所仿真的現狀

目前，我國農網中(110kV、35kV)變電所培訓仿真系統主要有孤立變電所型變電培訓仿真系統和考慮簡單電網的變電培訓仿真系統。前一種類型的變電培訓仿真系統配置簡單，造價相對較低；后一種不僅仿真了變電所的運行狀況，而且考慮到電網和變電所之間的相互影響，該類型的變電培訓仿真系統在功能上比孤立變電所型的仿真系統要強。此外，還有將無人值班變電所仿真、集控中心仿真、變電所運行管理系統結合于一體的110kV/35kV集控站培訓仿真系統?？紤]到仿真原理的相同性和孤立變電所型變電培訓仿真系統較為簡單，能夠在單機上獨立運行的特點，以下只對該系統進行簡要介紹。

2硬件配置的基本要求

微機一臺：主頻PENTIUM200；32M內存；3.2G硬盤；16倍光驅；顯示卡、聲卡、音箱等。

3軟件配置的基本要求

(1)中文視窗Windows95以上版本；

(2)多媒體仿真培訓軟件。

4主要功能

(1)正常操作訓練：斷路器操作、隔離開關操作、壓板操作、保護投停、電壓互感器的切換，電容器的投停等；

(2)故障演習訓練：

斷路器故障：拒動、誤動、偷跳；

隔離開關故障：帶負荷拉合隔離開關、帶電合接地隔離開關；

變壓器故障：包括相間短路、接地短路、匝間短路、變壓器過負荷、變壓器油溫過高；

母線故障：母線短路、母線接地；

線路故障：近區短路、接地、斷線等；

此外，還有電容器故障、繼電保護故障以及其它故障等。

培訓者可對設定操作任務或故障，依據系統標準操作票進行操作，系統也可在出現故障時，給予提示并指出錯誤要點。

(3)操作票生成與培訓系統：可對線路、主變壓器、母線、電容器等設備開操作票；可對學員的操作以操作票的形式記錄；可對學員的操作票和標準操作票進行比較；

(4)理論知識的培訓：可提供設備的圖片和產品介紹；可進行二次回路圖紙講解：包括中央信號回路、電力變壓器保護、電容器組保護、輸電線路保護、低周減載裝置等；還可進行運行規程問答、典型故障處理、經驗介紹以及提供考試題庫。

(5)系統維護功能：系統可根據110kV變電所的主接線方式(如：單母線接線方式、內橋接線方式、單元接線方式)和正常運行方式的差異及實際變電所的工作情況進行選擇和修改，可對考試題目進行增加或修改，還可對二次接線圖上的線路名稱和隔離開關、斷路器號進行更改，使其更加接近變電所的實際運行情況。

操作實例：

倒閘操作是變電所正常運行和檢修中都涉及的操作，具有重要的作用，其操作過程如下：

①運行仿真軟件，進行操作人員登陸。

②進行功能選擇，進入倒閘操作模塊，進行題目分類選擇。如選擇"10kV倒閘操作題目"后，屏幕上會出現一系列10kV倒閘操作題目的分項內容，用鼠標按鈕進行選擇，選擇"紡織線002斷路器停電，紡織線線路檢修"(見圖2)。選擇題目后，可進行標準操作票預覽，以便操作人員了解操作步驟后進行正確操作。可單擊要點按鈕，查看提示注意事項。操作練習既可在線路圖上進行，也可在模擬圖上進行。

圖2

③依次拉開紡織線002斷路器，拉開002-3隔離開關，拉開002-1隔離開關，在002-3隔離開關線路側掛接地線(見圖3)。遇到困難時，可查閱標準操作票和操作要點提示。操作完畢后，調出操作記錄與標準操作票進行比較，如果在操作過程中發生誤操作，系統會出現報警。

圖3

④選擇操作題目后，也可進入考試狀態。在此狀態下，系統不提供標準操作票和操作要點提示，考試時間到，系統不再進行操作記錄。

5結束語

目前，110/35kV變電培訓仿真系統在一些變電所已經得到應用，并取得實效。歸納起來，變電培訓仿真系統具有如下的特點：

(1)計算機仿真程度高。仿真畫面完全按照變電所的電力設備實物進行繪制，形象逼真。操作人員在模擬圖或二次接線圖上用鼠標點擊元器件，即可激發元器件動作，元器件動作后仿真變電所同實際變電所情況一致。

(2)培訓功能完善。不但可對變電所的正常和異常事故進行仿真，而且可提供完善的二次圖講解。對變電所的繼電保護裝置從動作原理到動作過程進行分步講解，突出顯示動作斷路器和響應元器件，動畫模仿電流軌跡。

篇（9）

作者簡介：高嬿（1965-），女，吉林長春人，長春工程學院電氣與信息學院，教授；張運波（1964-），男，遼寧丹東人，長春工程學院電氣與信息學院院長，教授。（吉林 長春 130012）

基金項目：本文系吉林省教育科學“十二五”規劃重點資助課題“應用型本科電氣工程及其自動化專業‘卓越計劃’實施的研究與實踐”（課題編號：ZZ1210）、吉林省教育科學“十二五”規劃課題“應用型本科院校考研專業課分級教學模式及實施策略的研究與實踐”（課題編號：GH12215）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）20-0052-02

高等工科學校培養的是應用型高級專業技術人才，其將來從事的是一些專業性質較強的工作，其目標是培養基礎扎實、適應能力強、創新能力強、工程實踐能力強、素質高的高級復合人才。在更新教育思想觀念的基礎上，改革高校的人才培養模式，構建新型應用型人才培養模式，是工科高等教育改革的主要內容。電氣工程及其自動化專業是長春工程學院電氣與信息學院的主干專業、試點專業，是國家級特色專業，“電力系統分析”課程是電氣工程及其自動化專業的主干課程，是校級精品課課程，也是考研課程。該課程在電力系統知識體系中起到承上啟下的作用，本課程教學質量的好壞，直接影響到后續專業課的教學，因此對該課程進行教學改革具有十分重要的意義。

一、課程改革的主要思路

“電力系統分析”課程系統性、實踐性強，它涉及到整個電力系統規劃、設計和運行的多個方面，內容豐富，綜合性強，適合實施新型教學模式。為了提高學生的綜合素質，強化能力的培養，在提高課堂教學質量的基礎上，對原有課程設置的內容及實踐環節進行多方面的改革，主要思路是：跟上信息時展的步伐，合理整合理論教學內容，加強實驗與實踐環節的教學，加強計算機應用的能力，強化實踐教學的效果，利用好現有的實驗室和實習基地，構建“理論、實踐、應用”三大模塊的教學模式，使學生在實際動手能力、獨立創新能力、團隊合作能力方面有所提高。

二、教學內容的改革

“電力系統分析”課程具有很強的理論性和實踐性，注重理論與實踐的密切結合是改革的關鍵問題。經過多年的研究與實踐，構建了“理論、實踐、應用”三大模塊的教學模式。

1.理論教學內容的整合

合理整合理論教學內容，壓縮理論課的學時是課程改革的一個主要內容。以往理論教學的內容由兩門課程分兩個學期進行，即“電力系統分析”與“電力系統計算機輔助計算”，前者包括電力系統穩態與暫態的全部理論內容，學時數為75學時；后者包括電力網絡的數學模型，電力系統短路電流、潮流、穩定計算的計算機算法的原理、計算程序及上機實踐，學時數為30學時，兩學門課程的總學時數為105學時。

改革后將兩門課程合并為一門，將“電力系統計算機輔助計算”中計算機算法的原理內容放在“電力系統分析”課程中進行教學，將“電力系統計算機輔助計算”中程序的使用、上機實踐操作放在課程結束后的課程設計中進行。此外，將“電力系統分析”課程的部分內容進行精減，學時數壓縮到72學時。在教學中，對于重點內容突出基本概念、基本原理；對于難點內容的處理有兩種方式：既是難點又是重點的內容，強調基本概念和原理，是難點但不是重點的內容，以夠用為度。

幾年來，對教學內容進行了多次修改?；驹瓌t為注重基本概念、基本原理，強化應用能力培養。優化后的教學內容，以“夠用為度、注重應用”為指導思想，著重闡明電力系統的基本理論和基本概念，注重理論聯系實際及計算機的應用能力，內容由淺入深、邏輯性強、重點突出、易于理解。

2.實踐教學內容的整合

實踐教學的改革是“電力系統分析”課程改革的另一個主要內容，改革后的實踐教學包括課程設計、綜合實驗。

課程設計在“電力系統分析”課程結束后進行，時間為2周。以往的課程設計包括兩個方面，一方面是電力網絡方案的確定，另一方面是對最佳方案進行潮流計算（手算法）、無功平衡驗算、變壓器分接頭的選擇。改革后的課程設計，一是進行網絡方案選擇的常規設計，二是對最佳方案進行潮流、短路電流的計算，計算方法采用計算機算法，要求學生結合所確定的網絡方案編寫數據文件并上機實踐。計算機算法上機實習不占用理論教學的學時，這樣既減少了理論課的學時又增強了學生的計算機應用能力，也為畢業設計及今后的工作打下了基礎。

以往的課內實驗是在理論課教學過程中進行，受學時數限制通常做兩個實驗。由于電力系統實驗較多，每個實驗需要的時間較長，為使學生能夠連貫完成各項實驗，也為了節省理論課學時，我們將課內實驗取消，改為在理論課和課程設計結束后集中一周時間進行電力系統綜合實驗，并增加了實驗項目。改革后的“電力系統分析”綜合實驗開設同步發電機的啟動和調整實驗、穩態運行方式實驗、電力系統功率特性實驗、電力系統暫態穩定實驗、復雜電力系統運行方式實驗等。通過綜合實驗，提高學生對“電力系統分析”課程核心內容的理解，提高他們對于電力系統設計、規劃、優化運行與控制的認識，為學生畢業后從事該領域的工作建立一個專業基礎背景。

3.應用能力的提高

電力系統的綜合實驗包括驗證性實驗、綜合設計性實驗，學生通過實驗的設計、參數的調整和在教師指導下的問題排查，不僅激發了學生學習興趣，提高了學生主動學習的積極性和自覺性，而且使學生工程能力得到了訓練和提高。學院制定了有關實驗室開放的管理制度，從人、財、物上確保實驗室開放工作到位。為了滿足學生做實驗、進行畢業設計（論文）的需要，有關實驗室調整開放時間，盡量滿足學生的實驗要求，合理安排開放的時間和內容。實踐表明，實驗室開放為學生實驗、學生課外科技活動創造了良好條件，學生畢業設計（論文）的水平不斷提高，參加各種科技競賽的成績也不斷提高。

三、教學方法的改進

受傳統教學思想影響，高等工科院校的課堂教學，主要以注入式應試型為主。在教學內容上偏重于講授原理、法則、公式、方法，對知識的背景與產生過程，知識的實際應用，知識與能力素質培養的協調關系重視不夠，妨礙了知識傳授中能力與素質教育的實施。為此，我們對教學方法進行了改進。

1.啟發性的探索式、討論式教學方法

在教學過程中，盡可能提高學生學習的主動性，提高學生橫向思維的能力，特別注重師生間的雙向交流，發揮學生的積極性、創造性、參與性。在教學過程中，適當地引出一定量的問題讓學生思考，如：“調壓與調頻有何不同？“串聯電容補償與并聯電容補償在調壓上有何異同？”等?；蛘呤且髮W生自己對問題提出看法，向教師提問，在學生提問的過程中，也向教育者自身提出了有利的挑戰，為教育者提供了實踐的教學素材。經常舉一些實際的例子幫助學生理解所學理論，同時也使學生對本學科的前沿知識及發展趨勢有所了解。這種教學方式實質上就是從“灌輸式”教學向“啟發式”教學的轉變。

2.課外研究性、設計性學習法

由于“電力系統分析”課程涉及到整個電力系統的規劃、設計和運行，內容豐富，綜合性強。要學好這門課程，學生需要較大的課外投入。由于課堂學時十分有限，為了更好地引導學生進行課外學習，提高學習效率，我們設計了研究性課題，以專題研究的形式，讓學生討論，如：“改變變壓器變比調壓，低壓側要求的電壓作為已知條件給出時有幾種給出方式”，這個問題讓學生討論、總結、歸納。這種教學方法激發了學生的學習研究興趣，鼓勵學生積極去做，培養學生分析問題、解決問題的能力。再比如，“教材上介紹調壓的方法有四種，那現場實際是否也是采用這四種方法？”這個問題讓學生上電力網站查詢。這種教學方法可結合工程實際將現代科技、運營機制在電力系統中的應用情況、各種新技術新設備的應用情況有效而合理地體現在教學之中。

3.自學法

由于學時數有限，教師不可能也沒必要將所有內容都在課上進行詳細講解。為了提高學生的自學能力，對部分章節內容安排學生自學、討論，教師輔導或做小結。

四、教學手段的運用

現在的教學手段絕大多數采用多媒體教學，雖然減少了板書和畫圖時間，增加了信息量，但也會帶來新的問題：由于信息變化太快，學生沒有時間思考，對所學內容都是一知半解，從而加重了學生課后負擔。因此，采用黑板、粉筆等傳統教學與多媒體教學相結合的教學手段是提高教學效果、教學質量的一項重要內容。

1.采用多樣化的教學手段

在近幾年的教學過程中，我們注重多樣化的教學，對于簡單內容，讓學生自學；對于重要的概念、公式等需要嚴密推導、細心消化的內容還是采用傳統的黑板粉筆模式，以加深學生的印象；對于平面圖、程序框圖、結構原理的介紹，直觀形象、動態變化的內容和最新的技術發展內容采用多媒體投影設備、相關的影像資料及CAI課件的形式進行教學；對于復雜的計算，運用計算機程序進行演示；同時充分利用網絡資源與學生們建立互動關系。這種多樣化的教學收到了很好的教學效果。

2.現代教育技術的應用

（1）與課程教學相匹配的CAI課件。為配合課程教學，自行制作了“電力系統分析”課程CAI課件，并進行了多次修改與完善。CAI課件對教學起到了極大的輔助作用，提高了教學效果。

（2）MATLAB計算軟件平臺及計算程序。“電力系統分析”課程的計算機輔助教學，可以培養學生運用計算機解決專業問題的能力，引導學生掌握現代系統分析與設計的手段。我們編寫了節點導納矩陣形成、節點阻抗矩陣形成、故障計算、潮流計算、穩定計算等15個程序，并運用VC語言開發了可視化的軟件平臺，使學生掌握運用計算機解決實際問題的方法，為畢業設計和今后實際工作中計算機開發能力的養成奠定基礎。

（3）“電力系統分析”獨立網站。建成了“電力系統分析”獨立網站，網站涵蓋整個教學的各個環節，即：課前預習、課堂教學、課后復習、實踐教學等，內容主要包括：課程簡介、教學大綱、電子教案、課件、習題庫等10多個模塊。

借助于學校方便、快捷、覆蓋面廣的局域網，學生可進行課程學習、自測等自主學習，借助“網上答疑系統”可突破時空的限制，通過師生之間的交流，及時解決學習中遇到的疑難問題。另外，本網絡教學平臺還提供了輔助教學資料，通過這些教學資料的閱讀，極大調動了學生學習的積極性。

五、結束語

篇（10）

作者簡介：劉世林（1978-），男，安徽六安人，皖西學院機械與電子工程學院，講師；張曉東（1964-），男，安徽六安人，皖西學院機械與電子工程學院，教授。（安徽 六安 237012）

基金項目：本文系安徽省高等學校省級優秀青年人才基金項目（項目編號：2010SQRL188）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）02-0087-03

電氣工程及其自動化專業是本校于2009年新申辦的本科專業，2011年春學期首次開設“電力系統分析”課程，對于該課程的教學內容和教學方法，本校沒有任何經驗，只能借鑒其它學校的做法，但由于各個學校的辦學定位和專業培養方案不同，其經驗往往不能照搬照抄，而必須結合本校的實際情況加以適當地調整和修改。在本校該專業的課程體系下，如何合理地協調“電力系統分析”和其它相關課程之間的關系，使得該課程能夠較好地滿足建設示范應用型本科的工程實踐要求，同時激發學生的學習興趣，提高課堂教學效果，是當前亟須解決的問題。

電力系統是由電能的生產、輸送、分配和消費的各環節組成的一個復雜整體，[1]與別的工業系統相比較，它的規劃、設計、建設、運行和管理是一項更為龐大、復雜的系統工程?！半娏ο到y分析”課程是這項系統工程的理論基礎，其作為電氣工程及其自動化專業的核心課程，是由通識課程、基礎理論課程向專業課程過渡的紐帶，具有承上啟下的作用。該課程不僅具有很強的理論性，同時又密切聯系工程實際，其一方面講述了電力系統中最基本的理論知識和分析方法，另一方面其內容涉及到“電子技術”、“電機學”、“控制理論”、計算機等課程的知識，使學生必須將已學習的相關基礎課程知識應用到該課程中，是電力專業人才必須熟練掌握的基本理論和計算技能，對電力系統工程學科的學習起到至關重要的作用。

本文在借鑒其它學校經驗的基礎上，結合本校的辦學定位和該專業的培養方案，通過對該課程教學內容和方法進行全面、深入地探討和研究，提出了“立足基礎，了解全局，工程優先，兼顧理論”的課程教學內容設置原則，確定了采用理論教學與工程實踐互補、課堂講授和現場演示結合、強化教學互動等教學方法。

一、教學中面臨的主要問題

調查結果表明，多年來大部分高校一般都將“電力系統分析”的教學分為兩個部分進行，即電力系統穩態分析和電力系統暫態分析。課程的主要內容包括電力系統的基本概念、電力系統各元件的特性和數學模型、電力系統的潮流計算和控制、電力系統的運行調度和優化、電力系統故障分析以及電力系統的穩定性等。[1-3]選用的教材主要有中國電力出版社的《電力系統穩態分析》、《電力系統暫態分析》和華中科技大學出版社的《電力系統分析》（上、下冊）等，課時通常為96～120個學時。在教學過程中，教師往往更加注重于理論分析和手算部分的教學。

隨著電子技術、計算機技術和信息技術的發展，以及當前用人單位對本科人才質量需求地不斷變化，原有的“電力系統分析”的教學內容和教學方法有些已難以適應現代人才培養需要，尤其是對應用型專業技術人才培養的需要。在該課程的理論課程教學上，目前普遍面臨著如下問題：

課程的理論分析內容過多，面面俱到且系統性不強，內容抽象、難點很多、學時多，學生學習負擔很重，容易失去學習信心；公式多，且其中有較大部分源于工程實踐（有些為經驗公式），邏輯性和系統性不強，教學時比較容易讓人感到枯燥乏味和理解困難，學生的學習興趣不高；新科研成果更新較快，而多數教材的內容仍處于21世紀初的水平，沒有充分體現近十年來本學科的最新進展，例如，未能重視電力系統分析中的計算機計算與仿真方法、柔流輸電系統（FACTS）的基本原理、高壓直流輸電系統（HVDC）等；教學方法比較單一，僅對教學內容進行抽象地理論分析和推導，很難使學生記憶深刻，而且，學生不知道如何應用相關理論解決實際工程問題，教學效率和效果偏低，更難以適應應用型人才培養的需要。

二、課程內容設置探索

本校屬地方性本科高校，電氣工程及其自動化專業是為了適應地方社會經濟發展，滿足對應用型人才的需求而申辦的新專業，其定位為服務地方經濟建設，培養基礎扎實、知識面寬、實踐能力強、具有創新意識和創新能力的應用型高級技術人才。因此，本校在該課程內容設置時，除了需要考慮上述的通性問題還必須兼顧以下特點：

為了適應本校應用型人才培養的需要，該專業的課程體系中設置的實踐類課程較多，而理論類課程偏少，相應地在電力系統工程方面的專業基礎課程設置也較少。本課程作為該專業的一門核心專業課程，其不僅承擔著培養學生掌握電力系統分析的理論與方法的任務，還必須兼顧使學生全面了解電力系統及其運行控制原理等基礎知識的重任。

考慮到本校的辦學層次和“應用型本科高校”的定位，學生的理論基礎與重點大學相比有一定差距，而且就業領域也主要面向工程實踐和生產一線，因此，該課程開設過程中需要強化基本分析方法的學習和應用，著重培養學生應用基本理論與方法解決實際工程問題的能力。

隨著社會對高層次人才的需求不斷加大，很多畢業生選擇報考碩士研究生繼續升造，而“電力系統分析”幾乎是電力系統及其自動化專業必考的專業課，因此，本課程的內容應該盡可能涵蓋考研需要的知識點，為學生的研究生入學考試和未來的研究奠定較好的基礎。

基于上述要求，本文提出“立足基礎，了解全局，工程優先，兼顧理論”的教學內容設置原則，在課程內容設置時盡量合理簡化課程內容，注重學生對基本概念的理解和掌握，并注重新知識的適當引入使其能學有所用。擬設置的課程內容及其相關要求如表1所示。[4，5]

三、教學方法探討

為了提高教學效率與質量，突出學生的主體地位，使學生能夠積極主動地參與課程教學，提出問題并嘗試解決問題，激發學生的學習興趣，培養學生的創造與創新能力，本校積極探索合適的教學方法和手段。本課程教學中的具體措施如下：

1.通過多種途徑激發學生學習興趣

興趣是學習的最好推動力，其能夠增強學生的主動意識，避免被動學習的低效率和缺乏創造性的問題。為了提高學生對本課程的學習興趣，課程教學過程中可以通過多種措施激發學生的學習興趣。例如，適當介紹本學科最新的發展前沿動態，闡述電力系統目前存在的問題和可能解決方案，并說明其與本課程內容的關聯性；組織學生與相關專業教師座談，讓其從教師的科研課題中認識本課程的重要性和實用性；以碩士研究生入學考試為例，從進一步深造的角度讓學生體會這門課程的地位，從中體會到學好本課程的必要性，等等。

2.注重與實踐環節相結合，及時鞏固相關理論知識

“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行?！北菊n程的教學內容相對比較抽象，且電力系統不同于其他的控制系統，十分復雜、宏觀，學生很難憑想象建立起基本概念的知識體系，要求學生深刻理解、掌握和應用基本的理論方法就更加困難。因此，教師可以通過適當的課外實踐環節去鞏固學生相關理論知識。例如，在課余時間組織學生參觀本市的發電廠、變電站等電力設施，通過一線操作師傅的現場講解和答疑，讓學生了解電力系統、控制中心、變電站的結構和基本工作原理，對電力系統有較為系統、全面的認識，有助于對理論課程中概念的理解；通過同步開設相應的實驗課程，加深學生對基本理論方法的掌握和應用；另外，可以將課堂教學和軟件仿真實驗相結合，例如，將PSASP、PSCAD和MATLAB等電力系統分析軟件引入課程教學中，可以更直觀、生動地闡述電力系統分析計算過程，使電力系統分析內容不再是抽象的概念和理論，能夠增強學生的參與意識，讓其做到學以致用。

3.充分利用現代教學技術，豐富教學手段和知識表達方式

近年來，計算機輔助教學手段已經被廣泛的采用。在教學過程中采用多媒體技術，可省去大量的板書時間，可以有更多時間用于講解重、難點知識，有助于學生理解和掌握每一章的重點內容。并且多媒體教學集文字、圖形、聲音、圖像、圖片、影像等于一體，直觀、形象、生動，能夠調動學生學習主動性和積極性，激發學生學習的興趣，吸引學生的注意力，大大地增加了課堂信息量，提高了教學效率。[6]但是，多媒體教學能否充分發揮其應有的優點，往往取決于應用的合理性，其首先體現在多媒體教學課件的開發方面。目前很多課件僅僅是將教材內容通過PPT按部就班地進行展示，并沒有體現出“多媒體”的特點，這樣不僅不能充分發揮計算機輔助教學的優點，還可能適得其反。為了提高“電力系統分析”教學效果，在開發課件時，筆者采用大量的與課程內容相關的實物圖片，以便于學生建立基本的概念知識體系；同時，可以將電力系統的動態過程通過多媒體技術進行演示，這樣有助于學生加深對理論方法的理解。另外，必須將多媒體教學和傳統教學方式有機結合。由于多媒體課件演示速度快，單純地采用多媒體方式難以調動學生聽課的主動思維，從而降低教學效果。[7]因此，在合理應用多媒體教學的同時，還必須有機結合傳統教學的優勢，以達到教學效果的最優化。

4.積極開展教學互動活動

教學互動是提高學生學習的積極性、主動性和檢驗學生學習效果的重要手段，在學習過程中具有重要的作用。為了提高本課程的教學效果，可以通過課堂討論、課后練習、基于互聯網的習題與模擬題庫等途徑實現多形式、多層次的教學互動。課堂討論能夠及時反饋學生對所學內容的掌握情況，教師可以對學生沒有聽懂或者非常感興趣的問題進一步分析，同時可以在討論過程中培養學生的創新性思維。課后練習則是使課堂教學的成果得到鞏固和提升的重要手段，通過老師批改作業和課堂點評等環節，可以加深學生對授課內容地理解，也非常有利于教師檢查課堂教學效果和學生對知識點的掌握情況。另外，隨著信息技術的發展，互聯網已成為知識表達和傳播的重要載體，已經對學生的學習和生活產生重要影響，“在線”已成為常態，因此，充分開發和利用基于互聯網平臺的教學資源，引導學生合理使用網絡資源，可以使教學互動更加便捷，同時節省大量的人力和物力。

四、結束語

“電力系統分析”作為電氣工程及其自動化專業的一門核心專業課程，在整個課程體系中起到承上啟下的作用，其重要性不言而喻。由于該課程內容繁多，理論性強且知識更新較快，其教學內容和方法一直受到廣泛關注。本文結合本校實際情況，借鑒其它高校的教學經驗，通過分析該課程開設過程中所面臨的問題，提出了適合于本校建設“省級示范應用型本科”的課程內容體系和教學方法，從而為更好地促進該課程建設，切實為提高人才培養質量奠定基礎。

參考文獻：

[1]何仰贊，溫增銀.電力系統分析（上、下冊）[M].武漢：華中科技大學出版社，2002.

[2]陳珩.電力系統穩態分析[M].第3版.北京：中國電力出版社，2007.

[3]李光琦.電力系統暫態分析[M].第3版.北京：中國電力出版社，2007.

[4]夏道止.電力系統分析[M].第2版.北京：中國電力出版社，2011.