解 大，顾羽洁

(上海交通大学电气工程系上海，200240)

“电力系统自动装置原理”课程是介绍电力系统自动化装置的原理及运行要求的一门专业课。“电力系统自动装置原理”课程改变了传统的习题训练模式，增加综合性习题的比重。综合性习题强调学科知识的综合化，从学科内容出发，结合生活实际，培养学生分析问题、解决问题的能力［1-3]。

1 综合性习题的设计

1.1 整体考虑

电力系统分布在广阔的地区，其组成如图1所示。调度控制中心对所管辖的电力系统进行监控和控制，其主要任务是合理地调度所属各发电厂的出力，制定运行方式。及时处理电力系统运行中所发生的问题，确保系统的安全经济运行。发电厂和变电所电气主接线设备运行的控制与操作的自动装置，是直接为电力系统安全、经济和保证电能质量服务的基础自动化设备。同步发电机是转换产生电能的机械。它有两个可控输入量—动力元素和励磁元素，其输出量为有功功率和无功功率，它们分别与电网的频率和发电机端电压的电能质量有关。

“电力系统自动装置原理”课程对同步发电机励磁自动控制和频率—有功功率自动控制进行了较为深入的讨论。

1.2 习题设计的思路与原则

根据电力系统的特点和课程目标，我们在综合习题设计上采用如下思路和原则。

图1 电力系统的组成

1)注意与实际问题相结合—传统的习题都是已知某些条件，然后求出结果。但是实际处理问题时，已知和求解需要我们自己去解析和简化出来，因此这样的题目与实际问题的解决还相差较远。所以综合性习题的设计应该与实际紧密相连。

2)难度适中—如果题目太难，会打击学生的积极性和自信心，不利于学生的自主学习性。

3)注意突出课程的重点和难点，合理安排考察点。

2 典型习题考评

2.1 典型习题范例

［例1] 华东电力系统如图2所示。

图2 华东电力系统分布图

已知:如图2(a)所示的华东电力系统采用TBC/AGC方式调频，上海、江苏、浙江和安徽四个区域网都具有不同的调频能力。其中，上海调频机组容量P1MW，江苏调频机组容量P2MW，浙江调频机组容量P3MW，安徽具有二次调频能力。图2(b)表示四个区域协议功率流向。当电网发生扰动时，江苏向上海输送功率增加P1MW，上海从浙江接受的功率增加P2MW，浙江向江苏输送的功率增加ΔP3MW，安徽分别向江苏、浙江输送的功率增量分别为ΔP4MW和ΔP5MW。已知TBC控制中βA、βB、βC和βD。

试分析如下问题。

1)调频问题:①华东系统在上述条件下通过TBC/AGC进行调频，可能发生的频率偏差为多少?②在发生如上的频率偏差时，四个区域电网可以承受的负荷变化分别是多少?

2)同期与励磁问题:稳定时系统频率为50Hz。假设系统发生故障，导致江苏-浙江连接线路跳闸，故障使江苏区域损失S2MVA发电容量，使浙江切除S3MVA负荷，故障切除后江苏区域频率为f2Hz，浙江区域频率为f3Hz。假设故障时江苏—浙江连接线的待同期母线电压分别为:江苏=U1m∠θ1o，浙江=U2m∠θ2o。

(1)为使系统能够尽快并网，TBC/AGC不动作，求并网时间。假设U1处等值发电机无功电压调差系数为δ1，等值后机组无功额定为QN1MVar，U2处等值发电机的无功电压调差系数为δ2，等值后机组无功额定为QN2MVar，求故障引起两点电压下降情况。

(2)如果同期规定并网电压差小于0.1%，问上述情况是否可以同期?如果不可以同期，系统采用强励及其他手段进行调节，调节时间为to，系统最快并网时间?求并网后系统频率。

2.2 综合习题点评

1)各问题点评

本道题考察了调频、同期和励磁三个方面的内容。调频问题中的第一小问考察的是联合电力系统的调频问题。本题的系统是四个地区的联合系统。采用频率联络线路功率偏差控制(TBC)调频方式，不仅要消除频差(△f=0)，而且还要消除联络线路中的交换功率偏差(△Pt=0)。这就是说，每个控制区负责本区域的功率调整，通常把本区域调节作用的信号称为区域控制误差ACE(Area Control Error)。学生要了解二次调频的作用以及意义，掌握二次调频与ACE之间的关系，理解ACE的调节特点，才能顺利解答此问。第二小问考察的是联合电力系统调频对于负荷变化的影响。要求学生能够掌握调频的基本原理和公式:

上式表明，汽轮机功率增量△PTi与负荷增量△PLi间差值，由负荷频率调节效应KLi△f和联络线路增量△Pti来平衡。

同期与励磁问题的第一问有两个问题。第一个问题考察的重点是同期并网的基本原理和条件。发电机并网的理想条件是并列断路器两侧电源的三个状态量全部相等，即频率相等和电压幅值相等和相角差为0。根据同期并网的条件以及自动并列装置的原理可以计算出发电机并网时间。第二个问题考察的是励磁调节中并联运行机组间无功功率的分配问题。几台发电机在同一母线上并联运行时，改变任何一台机组的励磁电流不仅影响该机组的无功电流，而且还影响同一母线上并联运行机组的无功电流，与此同时也引起母线电压的变化。这些变化与机组的无功调节特性相关。根据无功调节特性可以算出电压降落情况。

同期与励磁问题的第二问可以直接根据第一问的结果算出来。第三问是从电力系统实际的调节特性出发，考察同期并网条件。第四问主要是区域联系调节系统的频率调节问题，主要考察学生对于区域调节特性的掌握情况。

2)综合点评

这是一道用来考察电力系统自动装置原理的综合性题目，从中我们可以看出五点。

(1)习题基本涵盖“电力系统自动装置原理”课程的重点难点。本课程主要讲了三个方面的内容:同步发电机的自动并列、同步发电机励磁自动控制和电力系统频率和有功功率调节。这三个方面的内容体现了发电厂发电机自动装置运行的全过程，也是本课程的重点与难点。

(2)习题的综合性非常高。从整体上看，本道题综合考察了发电厂所有自动装运行的原理。我们可以看出考察的知识点很多，综合程度比较高。例如“同期与励磁问题”中的第一小问题既考察了同步发电机并网的条件，自动并列装置的原理，还考察了励磁部分并联运行机组无功功率分配的问题。

(3)注意与实际问题相结合。本题的设计以华东电网为背景，所给出的条件都是华东电网的实际数据，题目中假设的问题也是电网中常常碰到的问题，工程性很强。

(4)每个小问题考察的知识点都很详细和深刻，需要学生对该知识点的深入掌握，并能灵活运用。

(5)难度适中。本道题考察的都是些基本理论，学生只要理解了相关的知识点以及知识点间的关联性，就能解答。

3 综合性习题的作用

3.1 教学效果评估

以应用综合性习题考核的“电力系统自动装置原理”课程教学实践为例，该课程共计54学时，设置有期中、期末两次考核。该课程2007-2008学年之前一直采用常规习题进行训练与考核，自2009-2010学年起开始采用综合性习题教学与考核模式。

图3考试成绩分布对比直方图

图3(a)和图3(b)分别为2007-2008-2教学班和2009-2010-2教学班的成绩分布直方图。试卷分析的数据显示，采用综合性习题之前，平均得分为67.71，成绩分布最多的分数段为60-64，低分较多，高分较少，成绩分布散，教学成果不理想。采用综合性习题之后，平均分71.96，成绩分布最多的分数段为70-74，低分成绩减少，80分以上成绩增多，成绩分布较为集中，更加符合正态分布的教学规律。以上的考核结果表明，综合性习题的训练与考核对“电力系统自动装置原理”课程的教学能够起到重要的作用。

3.2 综合性习题的意义

1)综合性习题可以有效提高学生复习效率，巩固理论知识。该课程的综合性习题与传统习题相比，知识点覆盖面大，学生的解题过程就是梳理知识点的过程。比如上面的典型习题，做完这一道题基本上就将本课程的重点与难点系统地复习了一遍，而且能将各个知识点串联起来。

2)综合性习题能够提高学生灵活运用知识的能力，培养学生思维的深刻性和独立思考的能力。综合性习题考察的不是单个知识点，而是很多知识点的整合。

3)综合性习题能够培养学生的工程观念，提高学生的学习自主性。有助于将学生从应试思维转变为工程思维，培养学生理论联系实际的意识。

4)综合性习题能够激发学生的创新意识。

5)综合性习题有助于学生系统地掌握电力系统的专业知识，弄懂整个电力系统的运行过程。综合性习题注重知识点间的关联性，知识的综合运用，能够系统训练学生的专业知识，培养学生宏观的系统的观念，有助于学生更好地理解电力系统。

6)综合性习题能够更客观地衡量教学效果是促使学生将应试思维方式转为工程思维方式。

4 结语

“电力系统自动装置原理”作为精品课程，突破了传统的作业和考核模式，用综合性习题来训练和考察学生的能力。教学实践结果表明，综合性习题与传统习题相比，不仅能够巩固学生的理论知识，还能提升学生多方面的能力，激发学生的自主学习性和创新意识，同时也能够更加客观地反馈学生的学习效果，有助于教师提高教学水平，保证教学质量。

［1] 顾晓利.“化工原理“教学应重视工程观念的培养［J] .北京:中国林业教育，2008，26(4):42-44

［2] 林少华，王郑，荆肇乾.多样化习题训练对教学效果的强化［J] .北京:创新教育，2008(32):156-157

［3] 韩丽娟.新课程习题与三维目标的现状调查及实践研究［J] .天津:天津师范大学化学系，2009