《Matlab语言与电力系统仿真》教学大纲

《Matlab语言与电力系统仿真》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：05152221课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时（理论16学时，上机16学时）先修课程：电机学、电力系统分析等后续课程：无适用专业：电气工程及其自动化开课单位：电气工程与自动化学院一、课程说明《Matlab语言与电力系统仿真》是电气工程及其自动化专业的一门专业选修课。本课程主要传授Matlab/Simulink的基本使用方法、电力系统建模与分析方法，为学习其他有关课程及以后从事电气工程领域技术工作打下必要的基础。本课程注重理论知识的实践应用，强调培养运用理论知识与建模分析方法来解决实际生产与研究中问题的能力，兼顾新技术及其发展方向的介绍。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：能够基于数学模型对同步发电机、变压器、输电线路等元件及系统进行仿真建模；能够将工程基础和专业知识用于电力系统问题的分析和优化。课程目标2：掌握电力系统分析、电力电子器件、电机控制等关键过程与问题的建模方法，能够采用Matlab软件对电力系统中潮流计算、故障分析、继电保护、新能源发电等复杂问题进行建模仿真与模拟分析；能够根据复杂电气工程问题的特征，选择研究路线，设计实验方案，培养学生树立正确的科学理念。课程目标3：能够根据电力系统项目，使用Matlab/simulink对电力系统进行针对性建模，建模过程中，需要有针对性的查阅文献，展开技术问题探索、归纳总结，所搭模型对复杂电气工程具体问题进行预测与模拟，并能够理解其局限性。同时提高学生思考能力、表达能力、创新能力和团队精神，适当引入与课程内容相关的案例分析，培养学生爱国主义、忧患意识和民族自豪感。三、课程目标与毕业要求《Matlab语言与电力系统仿真》课程教学目标对电气工程及其自动化专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度2.问题分析2.2能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理，分析并表达复杂电气工程问题的特性，获得多种解决方案。课程目标1：能够基于数学模型对同步发电机、变压器、输电线路等元件及系统进行仿真建模；能够将工程基础和专业知识用于电力系统问题的分析和优化。M4.研究4.2能够根据复杂电气工程问题的特征，选择研究路线，设计实验方案。课程目标2：掌握电力系统分析、电力电子器件、电机控制等关键过程与问题的建模方法，能够采用Matlab软件对电力系统中潮流计算、故障分析、继电保护、新能源发电等复杂问题进行建模仿真与模拟分析；能够根据复杂电气工程问题的特征，选择研究路线，设计实验方案，培养学生树立正确的科学理念。M5.使用现代工具5.3能够开发或选用满足特定需求的现代工具对复杂电气工程具体问题进行预测与模拟，并能够理解其局限性。课程目标3：能够根据电力系统项目，使用Matlab/simulink对电力系统进行针对性建模，建模过程中，需要有针对性的查阅文献，展开技术问题探索、归纳总结，所搭模型对复杂电气工程具体问题进行预测与模拟，并能够理解其局限性。同时提高学生思考能力、表达能力、创新能力和团队精神，适当引入与课程内容相关的案例分析，培养学生爱国主义、忧患意识和民族自豪感。H注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时上机学时对应的课程目标1.MATLAB基础知识1.1MATLAB工作环境1.2MATLAB计算基础1.3MATLAB程序设计基础1.4MATLAB绘图功能教学要求：使学生了解MATLAB工作环境；掌握MATLAB常用运算和基本数学函数；掌握MATLAB程序设计基础和绘图功能。重点：MATLAB工作环境、计算基础、绘图功能。难点：MATLAB程序设计基础、绘图功能。221、22.Simulink仿真入门2.1Simulink基本操作2.2运行仿真及参数设置2.3创建模型的基本步骤及仿真算法2.4子系统及其封装教学要求：使学生掌握Simulink模块库及操作；了解仿真参数设置；掌握创建模型的基本步骤及仿真算法。重点：创建模型的基本步骤及仿真算法；子系统封装。难点：子系统封装。221、23.电力系统元件模型及模型库3.1同步发电机数学模型3.2变压器数学模型及基于电气原理图的变压器数学模型3.3输电线路模型3.4负荷模型3.5电力图形用户分析界面（Powergui）模块教学要求：使学生掌握发电机、变压器、输电线路、负荷数学模型；掌握电力图形用户分析界面（Powergui）模块使用。重点：元件模型的选择与参数设置。难点：电力图形用户分析界面（Powergui）模块。221、24.MATLAB在电力系统潮流计算中的应用仿真4.1简单电力系统潮流计算的建模仿真教学要求：使学生掌握简单电力系统潮流计算建模方法；掌握Powergui在简单电力系统潮流计算中的应用。重点：简单电力系统潮流计算建模方法、Powergui。难点：简单电力系统潮流计算建模方法、Powergui。221、2、35.MATLAB在电力系统故障分析中的应用仿真5.1无穷大功率电源供电系统三相短路仿真5.2同步发电机突然短路的暂态过程仿真教学要求：使学生理解无穷大功率电源供电系统三相短路、同步发电机突然短路的暂态过程；掌握故障模型构建方法，理解故障仿真过程。重点：无穷大功率电源供电系统三相短路仿真、同步发电机突然短路的暂态过程仿真。难点：模型构建、仿真结果分析。221、2、36.MATLAB在电力系统稳定性分析中的应用仿真6.1简单电力系统的暂态稳定性仿真分析6.2同步发电机突然短路的暂态过程仿真教学要求：使学生理解简单电力系统的暂态稳定性、静态稳定性定义；掌握电力系统稳定性分析计算方法；了解电力系统稳定性仿真过程。重点：简单电力系统的暂态稳定性、静态稳定性仿真分析。难点：电力系统稳定性仿真分析计算方法。221、2、37.MATLAB在微机保护中的应用仿真7.1输电线路距离保护的建模与仿真7.2Simulink在变压器微机保护中的应用教学要求：使学生掌握输电线路距离保护的建模与仿真；了解Simulink在变压器微机保护中的应用。重点：输电线路距离保护的建模。难点：方向阻抗继电器建模。221、2、38.MATLAB在高压直流输电及分布式发电中的应用仿真8.1高压直流输电系统的建模与仿真8.2风力发电系统建模与仿真教学要求：使学生理解Simulink在高压直流输电系统的仿真应用；理解Simulink在风力发电系统的仿真应用。重点：直流输电原理及建模；风力发电原理及建模。难点：直流输电系统建模；风力发电系统建模。221、2、3合计16162.上机部分上机部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3上机项目、上机内容与学时上机项目上机内容和要求上机学时对应的课程目标1.MATLAB基础运算上机内容：进行数组和矩阵运算、基本绘图、程序设计。上机要求：熟悉MATLAB工作环境；掌握MATLAB常用运算和基本数学函数；掌握MATLAB程序设计基础和绘图功能。21、22.Simulink仿真入门上机内容：采用等效电路及二极管整流系统建模。上机要求：掌握Simulink模块库及操作；掌握创建模型的基本步骤及仿真算法。21、23.电力系统基本建模上机内容：单相桥式整流系统建模、单相变压器空载运行建模分析。上机要求：掌握电力电子器件、变压器、负荷等电力系统基本模型的用法；熟悉电力图形用户分析界面（Powergui）模块。21、24.简单电力系统潮流计算分析上机内容：简单电力系统建模与潮流分析。上机要求：掌握简单电力系统潮流计算建模方法；掌握Powergui在简单电力系统潮流计算中的应用。21、2、35.电力系统故障仿真分析上机内容：同步发电机突然短路的暂态过程建模与分析。上机要求：掌握故障模型构建方法，理解故障仿真过程。21、2、36.电力系统稳定性仿真分析上机内容：简单电力系统的暂态稳定性仿真分析。上机要求：掌握电力系统稳定性分析计算方法；了解电力系统稳定性仿真过程。21、2、37.微机保护的建模与仿真上机内容：输电线路距离保护仿真分析。上机要求：掌握方向阻抗继电器的建模方法；掌握输电线路距离保护的分析方法；理解继电器的动作特性。21、2、38.高压直流输电系统仿真模型分析上机内容：12脉波高压直流输电系统分析。上机要求：了解高压直流输电技术原理，能够分析系统的稳态特性。21、2、3合计16五、教学方法及手段本课程以课堂讲授与上机操作为主，结合讨论、案例分析、视频资源共享等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。使学生比较熟练的掌握Matlab/Simulink的基本使用方法，具备进行简单电力系统建模、仿真分析的初步能力。上机教学着重讲授如何用科学的手段来完成理论的验证，如何展开建模、处理数据和分析仿真结果等。采用教师讲授和学生动手操作的方法；在上机前学生应复习和掌握与本次上机有关的教学内容、认真阅读上机指导书；在上机中要严格遵守实验室规章制度。六、课程资源1.推荐教材：（1）于群.MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真(第二版)[M].北京:机械工业出版社,2017.2.参考书：（1）吴天明,赵新力,刘建存.MATLAB电力系统设计与分析(第二版)[M].北京:国防工业出版社,2007.（2）李维波.MATLAB在电气工程中的应用(第二版)[M].北京:中国电力出版社,2016.（3）陈中.基于MATLAB的电力电子技术和交直流调速系统仿真(第二版)[M].北京:清华大学出版社,2019.3.期刊：（1）《中国电机工程学报》,中国电机工程学会（2）《电工技术学报》,中国电工技术学会（3）《电力系统自动化》,国网电力科学研究院（4）《高电压技术》,国网电力科学研究院,中国电机工程学会（5）《IEEETRANSACTIONSONPOWERELECTRONICS》,IEEE（6）《IEEETransactionsonPowerSystems》,IEEE（7）《IEEETransactionsonElectronDevices》,IEEE4.网络资源：（1）中国电机工程学会./index.html.（2）IEEETransactionsonIndustryApplications./xpl/RecentIssue.jsp?punumber=28#opennewwindow.（3）爱课程网./home/七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和机试成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现10（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分；（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√352上机20（1）根据每个上机项目的操作完成情况和建模仿真质量单独评分，满分100分；（2）每次上机项目单独评分，取各次上机成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以上机成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√5132作业10（1）主要考核学生对主要知识点理解和建模方法的掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√352机试60（1）机试成绩100分，以机试成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩；（2）主要考核电力系统工程的建模仿真与分析，考核内容围绕潮流计算、故障分析、稳态分析等课程内容的某一要点展开；（3）机试类型为：系统建模仿真。√√√20355合计：100分315811八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、上机、作业、机试等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由机试成绩和过程性考核成绩组成。其中：机试成绩为100分（权重60%）；课堂表现、上机、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现25按时出勤，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。按时出勤，认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。按时出勤，偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。缺勤1次，上课不认真，偶尔参与教学活动。缺勤2次，上课不认真，不参与教学活动。上机50能够熟练掌握方法