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摘要：“柔性交流输电系统”课程是电力系统专业选修课程，本课程特点是融合多门学科知识，课程体系复杂，对学生综合应用知识能力较高。针对本科教材缺乏现状，课题组设计了模块化教学知识点，重建了教学体系结构，突出了工程案例教学环节，引进了PSCAD仿真教学工具，开展了综合式项目训练。该课程教学改革与实践为电力系统自动化专业选修课程教学改革提供了一定参考。
关键词：柔性交流输电系统；模块化；工程案例；仿真工具
作者简介：王华昕（1975-），男，浙江绍兴人，上海电力学院电力与自动化工程学院，讲师；张美霞（1979-），女，江苏无锡人，上海电力学院电力与自动化工程学院，讲师。（上海 200090）
基金项目：本文系2011年上海电力学院教学改革基金项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）04-0047-02
柔性交流输电系统是电力电子技术在电力系统应用的一个重要方面，它已经出现在电能的生产、传输和使用的各个领域。[1]许多高校已经把它列为高年级本科生的专业选修课程或者电气传动专业的必修课程。该课程融合了电力系统、电力电子技术和自动控制原理多门课的基础知识，而且要求学生具有一定的电力工程背景知识。处在专业课程体系末端的课程不单单是科学知识的灌输，而是要求学生具备科学探知能力，如文献查找和综合问题的分析能力。同时这门课程自身更新换代速度比较快，传统的教学内容和教学方法不能很好地使学生掌握此课程内容，因此“柔性交流输电系统”课程教学改革势在必行。多元化教改的含义是教学内容模块化和教学方法的多样化。教改目的在于提高学生专业认知水平，培养分析和解决问题能力。[2-3]依据笔者多年的教学及科研实践经验，结合该课程特点，做了教改探索。
一、存在的问题
上海电力学院于2002年开设了柔性输电课程，2010年前教学学时数为32学时，2010年培养方案修改后，该门课程为16学时。在“柔性交流输电系统”的多年专业教学当中，有如下教学问题。
1.教学内容过于深奥
该技术属于前沿科学技术，科学专著较多，教材较少；现有如清华大学和机械出版社的教材面对的对象是研究生，理论阐述翔实，但在短学时内要把如此丰富的教学内容灌输给本科生，教材难度、梯度太大，理论抽象，没有联系当前工程实际。教学内容上有与电力电子技术重复之处，未能与专业的核心课程很好地衔接。因此现有教材并不适合本科生。
2.教学方法未与时俱进
多媒体课件是专业课程最直接的教学手段，但该课程教学一直停留在板书阶段；教学内容关注于理论，对工程介绍太少；课程教学没有与科研相结合，学生仅停留在学分获取阶段，未吸收优秀本科生参与科研项目；没有课程设计环节，学生工程实际能力缺乏锻炼。
二、教改内容
1.教学内容模块化
针对教学中理论与实际相脱离的情况，将教学内容梳理为基本概念、基本理论和工程范例等模块，突出工程范例教学作用。教学内容模块化示意图如图1所示。随着柔性直流输电概念的提出，柔性输电领域从以前的交流扩展至直流。为了在内容上统一，笔者把该课程名称改为“柔性输电技术概述”。柔性输电技术包含柔性交流输电和直流输电。以讲柔性交流输电为主，柔性直流只介绍基本概念、原理和示范工程。考虑到教学内容的承接性，在电力电子学方面介绍电压型变量器、基本脉宽调制方法和大容量变流器的拓扑结构。模块4和5介绍串并联补偿技术，这是目前应用最广泛的柔性交流输电装置。模块4和5设计思路是基础理论加示范工程，分别介绍晶闸管和可关断器件两种类型的补偿器。这样学生能对比这些补偿器，从而加深对基本概念的理解。模块6是总结和提高，介绍先进的综合补偿技术，该技术能完成串并联补偿功能，设计思路依旧是基础理论加示范工程。
在模块1中为了让学生直观地明白柔性交流输电装置的基本原理，用图2来体现。以功角公式为例，串联补偿相当于改变线路电抗，并联补偿相当于提高末端电压。综合补偿技术能改变功角。这样学生能从电力系统角度来考虑柔性输电装置基本工作原理。
2.教学方法多样化
教学内容模块化设计完成后，教学方法的改进体现在教学课件和仿真工具上。教学课件充分体现现代化多媒体的优势，在课件设计上以教学模块为依据，将最新的科研和工程成果充实到教学内容中。笔者查阅了大量柔性输电领域的资料，抽取了代表性示范工程，从系统设计、装置基本参数、控制方法和试验结果等方面一一展现柔性输电工程领域的进展。学生可以从具体工程实例中明白理论到现实有巨大的鸿沟，同时工程需求又不断提出新的课题。
仿真工具PSCAD是研究柔性输电的很好的仿真手段。PSCAD有友好的用户界面，使得用户能更方便地使用EMTDC进行电力系统分析，而且软件可以作为实时数字仿真器的前置端，可模拟任意大小的交直流系统。[4]笔者介绍装置基本理论后，用PSCAD搭建装置模型，设计控制策略，直接观察装置仿真波形。以可控串联补偿器为例，阐述了串补的原理，指出串补有感性补偿和容性补偿，其调节依靠调整触发角，并给出了阻抗随着触发角变化曲线。而实际中触发角调节策略并不好调整。笔者设计了电流过零锁相方法，从而可以很方便观察容性补偿和感性补偿效果，如图3所示。串补所有电气量都可以展示给学生，随意调整触发角角度，可以观察各个电气量的变化。
通过项目训练提高学生实践能力。限于学时限制，无法开展实验教学。为此笔者开始了综合式项目训练。让学生组成小团队，从串联和并联补偿各选择一个小题目，一名学生负责系统设计，一名学生建立仿真模型，一名学生设计控制策略，提交一份设计报告。这样学生从被动学习到主动学习，不断发现问题，教学效果比直接讲授要有效得多。
三、结束语
本次教改撰写了柔性输电技术新教材，设计了教学内容模块，引进了仿真工具作为教学辅助手段，开展了工程案例教学。在16学时内，学生对“柔性交流输电系统”得到了充分的感性和理性认识。从教学效果反馈看，学生对教材满意程度高，知识点密度大，课程外需要掌握的工具和方法较多。该课程教学改革将在日后的教学实践中不断完善和总结，为专业教学体系改革积累经验。
参考文献：
[1]张文亮,汤广福,查鲲鹏,等.先进电力电子技术在智能电网中的应用[J].中国电机工程学报,2010,30(4):1-6．
[2]徐颖秦,邵华杰,王小龙.工厂供电课程多元化教学设计与实践[J].电力系统及其自动化学报,2010(12):157-160.
[3]刘文定,陈锋军.探索非线性系统实践教学的新模式[J].中国电力教育,2011,(19):126-127.
[4]王仲鸿,沈裴,吴铁铮.FACTS技术研究现状及其在中国的应用与发展[J].电力系统自动化,2000,24(23):1-5．
（责任编辑：麻剑飞）
关键词：柔性交流输电系统；模块化；工程案例；仿真工具
作者简介：王华昕（1975-），男，浙江绍兴人，上海电力学院电力与自动化工程学院，讲师；张美霞（1979-），女，江苏无锡人，上海电力学院电力与自动化工程学院，讲师。（上海 200090）
基金项目：本文系2011年上海电力学院教学改革基金项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）04-0047-02
柔性交流输电系统是电力电子技术在电力系统应用的一个重要方面，它已经出现在电能的生产、传输和使用的各个领域。[1]许多高校已经把它列为高年级本科生的专业选修课程或者电气传动专业的必修课程。该课程融合了电力系统、电力电子技术和自动控制原理多门课的基础知识，而且要求学生具有一定的电力工程背景知识。处在专业课程体系末端的课程不单单是科学知识的灌输，而是要求学生具备科学探知能力，如文献查找和综合问题的分析能力。同时这门课程自身更新换代速度比较快，传统的教学内容和教学方法不能很好地使学生掌握此课程内容，因此“柔性交流输电系统”课程教学改革势在必行。多元化教改的含义是教学内容模块化和教学方法的多样化。教改目的在于提高学生专业认知水平，培养分析和解决问题能力。[2-3]依据笔者多年的教学及科研实践经验，结合该课程特点，做了教改探索。
一、存在的问题
上海电力学院于2002年开设了柔性输电课程，2010年前教学学时数为32学时，2010年培养方案修改后，该门课程为16学时。在“柔性交流输电系统”的多年专业教学当中，有如下教学问题。
1.教学内容过于深奥
该技术属于前沿科学技术，科学专著较多，教材较少；现有如清华大学和机械出版社的教材面对的对象是研究生，理论阐述翔实，但在短学时内要把如此丰富的教学内容灌输给本科生，教材难度、梯度太大，理论抽象，没有联系当前工程实际。教学内容上有与电力电子技术重复之处，未能与专业的核心课程很好地衔接。因此现有教材并不适合本科生。
2.教学方法未与时俱进
多媒体课件是专业课程最直接的教学手段，但该课程教学一直停留在板书阶段；教学内容关注于理论，对工程介绍太少；课程教学没有与科研相结合，学生仅停留在学分获取阶段，未吸收优秀本科生参与科研项目；没有课程设计环节，学生工程实际能力缺乏锻炼。
二、教改内容
1.教学内容模块化
针对教学中理论与实际相脱离的情况，将教学内容梳理为基本概念、基本理论和工程范例等模块，突出工程范例教学作用。教学内容模块化示意图如图1所示。随着柔性直流输电概念的提出，柔性输电领域从以前的交流扩展至直流。为了在内容上统一，笔者把该课程名称改为“柔性输电技术概述”。柔性输电技术包含柔性交流输电和直流输电。以讲柔性交流输电为主，柔性直流只介绍基本概念、原理和示范工程。考虑到教学内容的承接性，在电力电子学方面介绍电压型变量器、基本脉宽调制方法和大容量变流器的拓扑结构。模块4和5介绍串并联补偿技术，这是目前应用最广泛的柔性交流输电装置。模块4和5设计思路是基础理论加示范工程，分别介绍晶闸管和可关断器件两种类型的补偿器。这样学生能对比这些补偿器，从而加深对基本概念的理解。模块6是总结和提高，介绍先进的综合补偿技术，该技术能完成串并联补偿功能，设计思路依旧是基础理论加示范工程。
在模块1中为了让学生直观地明白柔性交流输电装置的基本原理，用图2来体现。以功角公式为例，串联补偿相当于改变线路电抗，并联补偿相当于提高末端电压。综合补偿技术能改变功角。这样学生能从电力系统角度来考虑柔性输电装置基本工作原理。
2.教学方法多样化
教学内容模块化设计完成后，教学方法的改进体现在教学课件和仿真工具上。教学课件充分体现现代化多媒体的优势，在课件设计上以教学模块为依据，将最新的科研和工程成果充实到教学内容中。笔者查阅了大量柔性输电领域的资料，抽取了代表性示范工程，从系统设计、装置基本参数、控制方法和试验结果等方面一一展现柔性输电工程领域的进展。学生可以从具体工程实例中明白理论到现实有巨大的鸿沟，同时工程需求又不断提出新的课题。
仿真工具PSCAD是研究柔性输电的很好的仿真手段。PSCAD有友好的用户界面，使得用户能更方便地使用EMTDC进行电力系统分析，而且软件可以作为实时数字仿真器的前置端，可模拟任意大小的交直流系统。[4]笔者介绍装置基本理论后，用PSCAD搭建装置模型，设计控制策略，直接观察装置仿真波形。以可控串联补偿器为例，阐述了串补的原理，指出串补有感性补偿和容性补偿，其调节依靠调整触发角，并给出了阻抗随着触发角变化曲线。而实际中触发角调节策略并不好调整。笔者设计了电流过零锁相方法，从而可以很方便观察容性补偿和感性补偿效果，如图3所示。串补所有电气量都可以展示给学生，随意调整触发角角度，可以观察各个电气量的变化。
通过项目训练提高学生实践能力。限于学时限制，无法开展实验教学。为此笔者开始了综合式项目训练。让学生组成小团队，从串联和并联补偿各选择一个小题目，一名学生负责系统设计，一名学生建立仿真模型，一名学生设计控制策略，提交一份设计报告。这样学生从被动学习到主动学习，不断发现问题，教学效果比直接讲授要有效得多。
三、结束语
本次教改撰写了柔性输电技术新教材，设计了教学内容模块，引进了仿真工具作为教学辅助手段，开展了工程案例教学。在16学时内，学生对“柔性交流输电系统”得到了充分的感性和理性认识。从教学效果反馈看，学生对教材满意程度高，知识点密度大，课程外需要掌握的工具和方法较多。该课程教学改革将在日后的教学实践中不断完善和总结，为专业教学体系改革积累经验。
参考文献：
[1]张文亮,汤广福,查鲲鹏,等.先进电力电子技术在智能电网中的应用[J].中国电机工程学报,2010,30(4):1-6．
[2]徐颖秦,邵华杰,王小龙.工厂供电课程多元化教学设计与实践[J].电力系统及其自动化学报,2010(12):157-160.
[3]刘文定,陈锋军.探索非线性系统实践教学的新模式[J].中国电力教育,2011,(19):126-127.
[4]王仲鸿,沈裴,吴铁铮.FACTS技术研究现状及其在中国的应用与发展[J].电力系统自动化,2000,24(23):1-5．
（责任编辑：麻剑飞）