能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的《電力系統(tǒng)分析》教學(xué)改革

張巍

摘要：能源互聯(lián)網(wǎng)的興起正在深刻地改變電力行業(yè)的發(fā)展，而《電力系統(tǒng)分析》課程作為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的核心課程，需要適應(yīng)這一重大的理念，本文梳理了《電力系統(tǒng)分析》的課程目標(biāo)、教學(xué)途徑、課程內(nèi)容和實(shí)踐形式，并從能源互聯(lián)網(wǎng)的角度對(duì)課程進(jìn)行了改革與實(shí)踐，提出了能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的課程教學(xué)體系，采用理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的模式，更進(jìn)一步提高了《電力系統(tǒng)分析》課程的實(shí)用性，對(duì)培養(yǎng)具備電力工程應(yīng)用的高素質(zhì)電力人才起到應(yīng)有的作用。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析；教學(xué)方法；能源互聯(lián)網(wǎng)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）42-0078-02

我國(guó)幾乎所有的電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)都會(huì)開(kāi)設(shè)電力系統(tǒng)分析課程，目前我校教材選用的是韓禎祥教授編寫(xiě)的《電力系統(tǒng)分析（第五版）》。本課程以電力系統(tǒng)潮流計(jì)算、短路計(jì)算和穩(wěn)定計(jì)算三大模塊為核心，是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)位課程，也是電力類相關(guān)專業(yè)的主要課程。本課程具有很強(qiáng)的理論性和較強(qiáng)的實(shí)踐性，注重理論與實(shí)踐的密切結(jié)合。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行與運(yùn)營(yíng)的背景知識(shí)，同時(shí)也是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)。在現(xiàn)有的框架下，電力系統(tǒng)分析課程主要需要掌握的知識(shí)點(diǎn)包括：掌握電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析；電力系統(tǒng)故障分析；發(fā)電廠及變電所一、二次系統(tǒng)；電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓調(diào)整分析；電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整；電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性；電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定；電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定；接地和接零概念等電力系統(tǒng)基本理論和知識(shí)。掌握以下基本技能輸電線路和變壓器參數(shù)計(jì)算；電壓和功率分布計(jì)算；短路電流計(jì)算；常見(jiàn)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置整定和計(jì)算；電氣設(shè)備和導(dǎo)線選擇。從實(shí)踐角度來(lái)講，由于電力系統(tǒng)領(lǐng)域的新知識(shí)更新快，課程部分內(nèi)容的實(shí)用性不全面、不綜合，不能很好地反映學(xué)科的知識(shí)體系，不能適應(yīng)學(xué)科的發(fā)展變化。

隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，促使經(jīng)濟(jì)社會(huì)形態(tài)變革，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷升級(jí)，知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代需要大量的復(fù)合型創(chuàng)新型的高級(jí)實(shí)用人才。這種實(shí)用人才不但要具備高深知識(shí)的素養(yǎng)，同時(shí)要具備運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際社會(huì)問(wèn)題的能力[1]。這樣，理性主義和功利主義二元對(duì)立的課程理念的壁壘必然被打破。

由此，我們認(rèn)為《電力系統(tǒng)分析》課程需要適應(yīng)新形式下的改革，尤其是能源互聯(lián)網(wǎng)的提出，使得能源行業(yè)發(fā)生了深刻的變化。

一、能源互聯(lián)網(wǎng)的含義

美國(guó)著名學(xué)者Jeremy Rifkin在其著作《第三次工業(yè)革命》中提出能源互聯(lián)網(wǎng)的概念[2]。在全球面臨的資源匱乏、環(huán)境污染等挑戰(zhàn)面前，能源互聯(lián)網(wǎng)作為一種新型能源供應(yīng)體系，利用可再生能源作為其主要能量單元，使各類能源系統(tǒng)與交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高度耦合，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將能量流和信息流進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。隨著處理不確定信息技術(shù)的發(fā)展，分布式可再生能源在能源互聯(lián)網(wǎng)中的滲透率逐年增高。因此相較于傳統(tǒng)電網(wǎng)的用戶側(cè)，能源互聯(lián)網(wǎng)側(cè)的用戶具有自主發(fā)電的能力，這使得國(guó)家電網(wǎng)在2013年提出的“電能替代”成為迫切需求[3]，力求能夠在用戶側(cè)，利用“以電代煤、以電代油”等模式實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)發(fā)展的根本改變。能源互聯(lián)網(wǎng)概念的提出，使得電網(wǎng)發(fā)生了較大的改變，電力系統(tǒng)不再僅僅是電能一種載體的流動(dòng)體，而是多種能源的承載體，電力系統(tǒng)作為能量的流動(dòng)載體，而熱能和化石能為首末端的變體存在。這與《電力系統(tǒng)分析》課程中僅僅只涉及電能的概念是相悖的。

二、《電力系統(tǒng)分析》課程教學(xué)改革

《電力系統(tǒng)分析》是我校電氣工程學(xué)科的核心課程之一，在教學(xué)過(guò)程中，由于電力系統(tǒng)分析這門(mén)課中內(nèi)容涉及較多，與其他課程交叉較為密切，對(duì)數(shù)學(xué)功底也有較高要求。現(xiàn)在大部分的教學(xué)都在課堂中，除了一些課程實(shí)驗(yàn)很少有能讓學(xué)生自己動(dòng)手的機(jī)會(huì)，另外隨著學(xué)科發(fā)展的要求不斷提高，設(shè)備投入更新也比較緩慢，不利于學(xué)生的多層次培養(yǎng)。為了使學(xué)生掌握更多理論知識(shí)，知曉更多國(guó)內(nèi)外研究的主流方向，得到更多的實(shí)踐技能，提高本課程的教學(xué)質(zhì)量和實(shí)用性，有必要對(duì)《電力系統(tǒng)分析》課程的課程目標(biāo)、培養(yǎng)途徑以及課程內(nèi)容做出相關(guān)改革[4]。

1.確立課程目標(biāo)。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)分析一般多以燃煤電廠為電力載體構(gòu)成電網(wǎng)框架，源、網(wǎng)層次單一，不能很好反映出電網(wǎng)完整體系。但隨著新能源科技的快速發(fā)展，能源互聯(lián)成為了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外高校研究的熱點(diǎn)，也是未來(lái)能源利用的基本形式。因此，應(yīng)該結(jié)合教材所述傳統(tǒng)電網(wǎng)基本內(nèi)容，將教學(xué)重點(diǎn)由傳統(tǒng)電網(wǎng)轉(zhuǎn)向能源互聯(lián)網(wǎng)以及電能替代方面。

2.強(qiáng)化培養(yǎng)途徑。（1）學(xué)術(shù)講座專題。能源互聯(lián)中包含的新能源發(fā)電技術(shù)具有各自的特性，自成系統(tǒng)，包含有眾多的科技前沿技術(shù)[5]，這些在書(shū)本中很少涉及，所以通過(guò)書(shū)對(duì)書(shū)的指導(dǎo)已難以滿足知識(shí)所需，以學(xué)術(shù)講座的形式開(kāi)展教學(xué)，在講解中以現(xiàn)在研究主流為背景，在有限的時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生更多掌握新能源發(fā)電現(xiàn)狀、發(fā)電原理、發(fā)電利用和運(yùn)行維護(hù)中的問(wèn)題和今后研究的熱點(diǎn)動(dòng)向（光伏、電轉(zhuǎn)氣技術(shù)）。同時(shí)，運(yùn)用幻燈片播放一些精美的典型的能引起學(xué)生興趣并激發(fā)他們好奇心的能源互聯(lián)網(wǎng)圖片，在播放這些圖片的同時(shí)提出一些開(kāi)放性的問(wèn)題，讓學(xué)生發(fā)揮他們的思考能力去解答問(wèn)題。（2）課外實(shí)踐。課堂上的講解，終歸是被動(dòng)地接受知識(shí)，學(xué)習(xí)積極性不高，因此在授課的同時(shí)，還要注重學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力。在課后，老師應(yīng)布置相關(guān)的課后作業(yè)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，授人以漁不如授人以漁。（3）多媒體教學(xué)。課本上的知識(shí)總歸是枯燥抽象的，為了讓學(xué)生能更形象地了解到相關(guān)知識(shí)，通過(guò)動(dòng)畫(huà)或者視頻等多媒體形式，在調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性的同時(shí)還能更好地理解和掌握知識(shí)[6]。

3.優(yōu)化課程內(nèi)容。在現(xiàn)有出版的多種教科書(shū)中，或多或少地加入了風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電等能源轉(zhuǎn)換形式，但是也僅僅是稍稍提及，同時(shí)在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)分析基本都不會(huì)涉及新能源相關(guān)模型，所以在講解書(shū)本知識(shí)的同時(shí)，為了更好地體現(xiàn)能源互聯(lián)，還應(yīng)適當(dāng)拓展新能源方面的知識(shí)，如風(fēng)電、光伏和氣電中的相關(guān)知識(shí)，并且還應(yīng)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相結(jié)合，探討新能源中的新模型。具體而言，應(yīng)該加強(qiáng)電力系統(tǒng)與其他能源形式的轉(zhuǎn)換的講解，如風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)和電動(dòng)汽車等知識(shí)的理解。在講解過(guò)程中要啟發(fā)學(xué)生思索當(dāng)今環(huán)境出現(xiàn)了什么問(wèn)題，傳統(tǒng)的能源消耗后由什么來(lái)提供人類社會(huì)發(fā)展所必需的能源，為何要研究多能源互聯(lián)的技術(shù)，以及如何把這些非電的能源轉(zhuǎn)化為電能等。

三、考核方式改革

以平時(shí)成績(jī)?yōu)橹?，增加課后實(shí)踐環(huán)節(jié)，平時(shí)成績(jī)以課堂作業(yè)和課堂表現(xiàn)為主，其中課堂表現(xiàn)參考與老師的互動(dòng)情況，如：講解PPT過(guò)程中的熟練程度與邏輯思路。另外還可以參考課后開(kāi)放性習(xí)題的解答情況和課后答疑的討論情況等。

課后實(shí)踐包括撰寫(xiě)報(bào)告和大作業(yè)，作業(yè)是課堂知識(shí)的延伸，大作業(yè)在包含課堂知識(shí)的同時(shí)，還適當(dāng)拓展了學(xué)生的綜合能力，與課堂教學(xué)相輔相成，能較好地反映學(xué)生課后的學(xué)習(xí)情況。

四、結(jié)論

基于《電力系統(tǒng)分析》課程的特點(diǎn)，在傳統(tǒng)授課方式下結(jié)合新媒體等形式，并在教學(xué)內(nèi)容中增加目前國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)能源互聯(lián)網(wǎng)的知識(shí)，能夠很好地提高學(xué)生對(duì)這門(mén)課的興趣。其次，結(jié)合理論與實(shí)踐相輔相成的教學(xué)模式，讓學(xué)生自己參與到教學(xué)中，能夠明顯地帶動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)可以加深對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)的理解程度。綜合考核方式可以對(duì)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力起到很好的引導(dǎo)作用，能夠更好地符合人才培養(yǎng)的目的，使學(xué)生能夠成為電氣工程相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)合型人才。

參考文獻(xiàn)：

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[2]Rifkin J.The third industrial revolution：how lateral power is transforming energy，the economy，and the world[M].Palgrave Macmillan，2011.

[3]孫毅，周爽，單葆國(guó)，等.多情景下的電能替代潛力分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2017，41（1）：118-123.

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