“电力系统仿真”课程的教学思考

黄淼

【摘要】从教学目标、教学内容等方面，对高校“电力系统仿真”本科课程进行探索和讨论，建议任课教师从实践性着手，调整教学内容，提高教学质量，改善教学效果，激发学生的学习兴趣。

【关键词】电力系统仿真 教学思考

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）10-0132-02

电力系统仿真技术，主要是通过物理模拟、数字模拟、物理—数字混合模拟等方式，对实际的电力系统进行建模分析[1]。它已被广泛地应用于电力系统的规划、设计、运行和控制当中，对保障电力系统的安全稳定运行起到了重要的作用。无疑，高校电气工程及其自动化专业开设“电力系统仿真”本科课程，必然会增强理论与工程实践之间的联系，并为学生将来的科研、工作做好有益的铺垫。为引导学生较好地掌握电力系统仿真技术，任课教师需要从教学目标、教学内容等诸多方面，对课程教学进行深入思考。

一、教学目标

鉴于计算机技术的迅猛发展以及物理模拟的较多限制，目前大多数高校“电力系统仿真”课程以讲解数字仿真为主。但即使仅考虑数字仿真，确定教学目标也殊为不易，这主要和两个因素有关。一是，仿真技术涉及的知识面广，除包括电力系统潮流、短路、稳定性方面的知识外，它还涵盖计算机程序设计、线性代数、数值分析等方面的内容。二是，仿真技术理论性和实践性都很强。考虑到这些因素，是以理论教学为主，还是以应用教学为主？成为任课教师首先需要回答的问题。

理论教学，主要是讲授电力系统潮流、短路和稳定的数值算法。应用教学则是讲授如何运用仿真软件开展潮流、短路和稳定性计算分析。

从课程实用性的角度来看，应用教学显然更合适。尽管理论教学讲授的数值算法是仿真技术的基础，但在实际工作中，它们被直接运用的几率较小，除非专业从事电力系统仿真软件的研发。学生毕业后，如果从事电力系统规划、设计、运行、调度等方面的工作，可能就会用到电力系统仿真软件。若在学校已会使用一种仿真软件，那么，即使工作中用到的软件不一样，学生也会较快适应。

从学习的自然规律来看，先学什么是电力系统仿真、怎么开展仿真，再学仿真背后的原理和方向，才是一个循序渐进的学习过程。

基于上述讨论，一个较为合适的教学目标是：引导学生学习并掌握一个仿真软件的基本使用方法以及仿真建模的方法；基于仿真软件，学生能较熟练地开展潮流、短路和稳定性计算分析。

二、教学内容

基于前述教学目标，如何仔细斟酌、精心组织教学内容，成为保证课堂教学效率的关键，特别要强调以下几个方面。

1.从无到有的系统建模过程

授课时，注意运用仿真软件，采用类似搭积木的方式，步进式地建立一个电力系统的仿真模型，模型以包含发、输、配、用电各个环节为宜。通过这样的一个建构过程，不仅有利于学生熟悉仿真的基本步骤，而且有助于加深学生对电力系统架构、设备模型参数的认识。

2.对基本理论的引导和理解

以变压器的建模为例，在教学时，鼓励学生通过思考、仿真测试等方式，去探索下面的问题：仿真软件采用的是什么样的变压器等值电路？阻抗参数如何归算？不同档位下，变压器标幺参数是否变化？如何根据变压器的铭牌参数来建立变压器的仿真参数？通过这些引导，既能调动学生的学习热情，还能让学生认识从实际到模型的抽象过程。

3.可视化分析

仿真软件提供的可视化功能，能给学生带来非常清晰、直观的感性认识。教学时，可以通过潮流示意图、潮流动画、电压着色图等方式分析潮流结果；通过仿真波形图分析稳定计算结果。

4.案例教学

针对这种实践性很强的课程，案例教学往往能起到事半功倍的效果。建议在实施时，以1个地区电网为仿真对象，以1个发电厂或变电站的接入为仿真主题，以潮流、短路、稳定性计算为具体内容，通过这样的教学，可让学生经历建模、仿真、分析的全过程，也让学生对实际的规划、设计工作有所了解。

三、仿真软件的选择

电力系统仿真软件很多，有开源的，比如MatPower、InterPSS、PSAT等[2]；有商业的，比如西门子PTI推出的PSS/E、中国电力科学研究院开发的PSASP和PSD-BPA等。任课教师选择仿真软件时，需要综合考虑多个方面的因素，比如：所在学校的资源配置情况；仿真软件的易用性、实用性以及功能等。

四、结语

论文对高校“电力系统仿真”本科课程进行了探讨，建议教学时要强调实践性，以应用教学为主，帮助学生掌握运用仿真软件开展电力系统计算分析的能力。

参考文献：

[1] 周保荣，管霖，武志刚，等. 新一代电力系统仿真软件的开发框架 [J]. 南方电网技术，2011，5（5）.

[2] IEEE Open Source Software Task Force.http：//ewh.ieee.org/cmte/psace/CAMS_taskforce/software.htm [EB/OL]

[3] 潘雪萍. 电力系统仿真课程教学研究与改革 [C]. 第三届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集， 2005.

[4] 高红亮，张先鹤，詹习生.基于SimPowerSystems的电力系统仿真实践教学研究 [J]. 湖北师范学院学报（自然科学版）， 2014， 34（1）.

[5] 张勇军，张豪. 数字仿真工具在《电力系统分析》教学的应用 [J]. 电力系统及其自动化学报，2012，24（4）.

[6] 郭崇军，洪峰，陈金富，等. 可视化技术在电力系统中的应用探讨 [J]. 水电能源科学，2011，29（2）.