楊旭英 周春艷

摘 ?要 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)有利于促進(jìn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新。電力系統(tǒng)自動(dòng)化課程具有知識(shí)面寬、雜，綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法很難適應(yīng)專業(yè)人才的培養(yǎng)。通過(guò)在整合擴(kuò)展教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)模式、完善考評(píng)機(jī)制等方面實(shí)施改革，理實(shí)結(jié)合，充分體現(xiàn)新工科背景下的專業(yè)技術(shù)人才建設(shè)，更好提高學(xué)生綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞 電力系統(tǒng)自動(dòng)化;泛在電力物聯(lián)網(wǎng);教學(xué)改革;工程教育

中圖分類號(hào)：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）18-0084-03

Research on Teaching Reform of Power System Automation based

on Ubiquitous Power Internet of Things//YANG Xuying， ZHOU Chunyan

Abstract With the emergency of the ubiquitous power internet of things， providing the development and innovation of power system automation technology. Power system Automation course has the character of vast content， comprehensive， practical strong and so on，

using the traditional method is hard to adapt the training pattern of

talents in national colleges. This article reformed by means of inte-grational and extensional teaching content and complete evaluation system and so on. After the practice of students， it has reflected that the characteristics of the colleges for nationalities， and promoted the students comprehensive ability.

Key words power system automation; ubiquitous power internet of things; teaching form; engineering education

1 前言

為了應(yīng)對(duì)新一輪的工程教育改革，作為傳統(tǒng)工科的電氣工程及其自動(dòng)化的創(chuàng)新改革發(fā)展也是人們關(guān)注的問(wèn)題[1]。隨著2019年全國(guó)“兩會(huì)”的閉幕，為適應(yīng)能源電力行業(yè)快速變革和發(fā)展，國(guó)家電網(wǎng)公司提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)借助人工智能、云計(jì)算和移動(dòng)通信等工具，是能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域萬(wàn)物互聯(lián)與人機(jī)交互、無(wú)處無(wú)時(shí)不在的系統(tǒng)[2]。電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)也需要更新?lián)Q代和技術(shù)創(chuàng)新。電力系統(tǒng)自動(dòng)化課程屬于多學(xué)科交叉課程[3]，具有理論嚴(yán)密、邏輯性強(qiáng)和應(yīng)用性廣等特點(diǎn)[4]。

在此背景下，本文以北方民族大學(xué)的電力系統(tǒng)自動(dòng)化課程為研究對(duì)象，以課程現(xiàn)狀為切入點(diǎn)，通過(guò)整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、重建評(píng)價(jià)制度和設(shè)計(jì)多樣化教學(xué)模式，進(jìn)一步改善課程教學(xué)效果。

2 課程存在問(wèn)題

課程內(nèi)容陳舊 ?由于電力系統(tǒng)自動(dòng)化由傳統(tǒng)的機(jī)械簡(jiǎn)單化自動(dòng)裝置轉(zhuǎn)向數(shù)字和智能化方向發(fā)展，以往的理論教學(xué)內(nèi)容過(guò)于陳舊;同時(shí)，工程教育必須以科技和技術(shù)革命為方向標(biāo)，以往的教學(xué)內(nèi)容主要關(guān)注書本，而沒(méi)有體現(xiàn)時(shí)代的要求，如新能源發(fā)電、柔性輸電技術(shù)和智能電網(wǎng)等，因此必須對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合優(yōu)化。

學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊 ?電力系統(tǒng)自動(dòng)化課程內(nèi)容繁雜，綜合性強(qiáng)，需要前期電機(jī)學(xué)、自動(dòng)控制原理和電力系統(tǒng)分析等課程的支撐，但是學(xué)生學(xué)過(guò)就忘，在現(xiàn)有課時(shí)較少的前提下，無(wú)法對(duì)所有的知識(shí)進(jìn)行綜合復(fù)習(xí)，因此，教學(xué)效果不佳，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和信心受挫。同時(shí)，由于這門課開(kāi)設(shè)在第七學(xué)期，學(xué)生需要找工作和進(jìn)行各種備考，基本上無(wú)心學(xué)習(xí)，僅僅為了學(xué)分而已。

理論教學(xué)與實(shí)踐脫節(jié) ?現(xiàn)有的自動(dòng)化設(shè)備基本上都是即插即用，開(kāi)放性和兼容性不夠，學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中基本上都是接線，然后記錄數(shù)據(jù)，無(wú)法從內(nèi)部探究自動(dòng)化裝置工作原理，而且具體采用什么樣的算法也無(wú)從查找，因此無(wú)法系統(tǒng)掌握自動(dòng)化設(shè)備的理論知識(shí)。

考核機(jī)制缺乏激勵(lì)性和合理性 ?傳統(tǒng)單一化的以學(xué)期末成績(jī)?yōu)橹?、過(guò)程性成績(jī)?yōu)檩o的局面導(dǎo)致考核不能有效調(diào)動(dòng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)的意識(shí)，而且機(jī)制缺乏彈性。

因此，在新工科背景下，高等教育要不忘初心、以本為本，高等院校要服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)需求，亟待對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化課程現(xiàn)有的教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)和整合，以期提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的綜合能力。

3 教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)和整合 ?當(dāng)前，能源電力行業(yè)處于快速變革和發(fā)展的時(shí)期，電力系統(tǒng)自動(dòng)化是發(fā)輸變配用五大系統(tǒng)借助于先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)和設(shè)備在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，是電力系統(tǒng)的核心內(nèi)容，因此需要對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合，取其精華。其教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面。

1）要保證電力系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的特點(diǎn)，需要扎實(shí)的電力系統(tǒng)理論知識(shí)。如為了保證用戶得到質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的電能，首先必須在發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)上做文章，但是并網(wǎng)需要發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)運(yùn)行控制，繼而需要對(duì)電力系統(tǒng)的功頻和電壓無(wú)功控制理論知識(shí)的支撐，因此，電力系統(tǒng)自動(dòng)化知識(shí)環(huán)環(huán)相扣。

2）工程教育要體現(xiàn)時(shí)代的先進(jìn)性，在教學(xué)過(guò)程中要樹(shù)立工程概念，通過(guò)行業(yè)前沿知識(shí)普及，開(kāi)闊學(xué)生專業(yè)視野，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的融會(huì)貫通。在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)中可以根據(jù)當(dāng)前行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，借助專題報(bào)告形式，內(nèi)容主要涉及新能源發(fā)電和電力改革方向，包括電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)、智能電網(wǎng)和智能變電站、狀態(tài)估計(jì)和多維度的綜合優(yōu)化。

3）依托教材，以項(xiàng)目形式進(jìn)行內(nèi)容分解，在教材的選取上要體現(xiàn)兼容性和擴(kuò)展性特點(diǎn)。選用王葵和孫瑩主編的教材（第三版），同時(shí)輔以李巖松、吳文傳、王清亮等編寫的教材，并且給學(xué)生提供一些專業(yè)網(wǎng)站。優(yōu)秀的教材可以保證在課時(shí)不斷減少的情況下，使學(xué)生不僅對(duì)經(jīng)典的知識(shí)有全面的了解，而且對(duì)最新學(xué)科知識(shí)建立起初步的認(rèn)識(shí)，便于在未來(lái)的工作中更好地學(xué)以致用。

教學(xué)組織模式的創(chuàng)新化 ?由于電力系統(tǒng)自動(dòng)化課程安排在第七學(xué)期，不能用傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方式對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重復(fù)，因此需要精準(zhǔn)教學(xué)、理實(shí)結(jié)合、虛擬與現(xiàn)實(shí)結(jié)合，在高度和寬度上加深對(duì)系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。同時(shí)需要在教學(xué)的組織模式上進(jìn)行創(chuàng)新，結(jié)合第四次能源革命的到來(lái)，結(jié)合泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)，融入更多的前沿和交叉性知識(shí)。在教學(xué)組織模式設(shè)計(jì)中，通過(guò)專題報(bào)告的任務(wù)和項(xiàng)目推動(dòng)方式，將課程基礎(chǔ)理論和行業(yè)前沿知識(shí)相結(jié)合，通過(guò)課前布置下發(fā)報(bào)告內(nèi)容，根據(jù)班級(jí)人數(shù)，以5～6名學(xué)生為一小組進(jìn)行資料查閱準(zhǔn)備、課件制作、仿真分析建模及答辯匯報(bào)。其具體實(shí)施細(xì)節(jié)如圖1所示。

通過(guò)幾年的教學(xué)積累得到兩點(diǎn)啟示。

1）對(duì)于學(xué)生而言，可以由被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)帶著問(wèn)題學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)查閱專業(yè)期刊及相關(guān)網(wǎng)址，培養(yǎng)查找和處理信息資料的能力，根據(jù)小組分工不同，建模分析和答疑解惑，進(jìn)而體現(xiàn)小組間團(tuán)體合作意識(shí);對(duì)于教師而言，課下需要對(duì)專題內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)展延伸，在學(xué)生匯報(bào)結(jié)束后要進(jìn)行講評(píng)，從而督促教師自我能力的提升。

2）考核考評(píng)機(jī)制要多樣化。在教學(xué)組織模式中，教師只是場(chǎng)景的倡導(dǎo)者，而課堂的主場(chǎng)則交于學(xué)生進(jìn)行發(fā)揮和演繹，將“要我學(xué)習(xí)”的慣性思維內(nèi)化為“我要學(xué)習(xí)”，從而促進(jìn)知識(shí)的主動(dòng)獲取。其具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)如表1所示。

教學(xué)模式的創(chuàng)新有助于教學(xué)相長(zhǎng)，挖掘?qū)W生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生的自我展現(xiàn)和應(yīng)用能力，有效提高學(xué)生跨界整合的能力，也有助于提升教師的能力。

教學(xué)方式方法多樣化 ?加強(qiáng)校企合作，走“產(chǎn)、學(xué)、研”相結(jié)合的發(fā)展之路[5]。教學(xué)的方式方法上，由于電力系統(tǒng)自動(dòng)化課程的綜合性強(qiáng)，需要前期多門課程的支撐，但是在現(xiàn)有課時(shí)較少的前提下，要使得學(xué)生溫故而知新，就需要新的教學(xué)方式方法的調(diào)整。教學(xué)效果實(shí)施好壞，必須通過(guò)全方位、多角度進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，才能達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)。其教學(xué)方式方法設(shè)計(jì)包括以下幾點(diǎn)。

1）該課程的實(shí)踐性和應(yīng)用性強(qiáng)，在講授過(guò)程中必須始終貫徹工程概念，制作教學(xué)用動(dòng)畫或錄制仿真/實(shí)驗(yàn)視頻資料，在教學(xué)過(guò)程中對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用做一些演示或講解，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與動(dòng)力。

2）根據(jù)各個(gè)教師的縱橫向科研項(xiàng)目成果，在教學(xué)方面做了一些工作，如制作成教學(xué)資料，將本學(xué)科相關(guān)新技術(shù)、新知識(shí)及時(shí)通過(guò)課堂、實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)傳遞給學(xué)生。

3）課程的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課程相結(jié)合，同時(shí)結(jié)合“MAT-

LAB在電氣工程中的應(yīng)用”課程，使用MATLAB、PSCAD和PSASP等電力系統(tǒng)仿真軟件，搭建如同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)例，使學(xué)生加深對(duì)發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行和勵(lì)磁系統(tǒng)的理論和實(shí)踐掌握，達(dá)到理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和科研教學(xué)相結(jié)合，有效提高教學(xué)質(zhì)量。

如針對(duì)電力系統(tǒng)低頻減載，通過(guò)負(fù)荷頻率特性引出要進(jìn)行低頻下切負(fù)荷的調(diào)整，同時(shí)利用逐次逼近比較式原理進(jìn)行頻率和負(fù)荷的調(diào)整，可以引入不同的邏輯門電路進(jìn)行測(cè)量比較，讓學(xué)生搭建模型進(jìn)行仿真分析。有些學(xué)生沒(méi)有局限于課本上現(xiàn)有知識(shí)，而是通過(guò)課下查找文獻(xiàn)資料，利用狀態(tài)流理論，根據(jù)測(cè)量裝置對(duì)頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，依據(jù)狀態(tài)流之前的設(shè)定進(jìn)行相應(yīng)的切負(fù)荷動(dòng)作。第一輪切負(fù)荷動(dòng)作時(shí)進(jìn)行頻率的比較，如果滿足，就切除負(fù)荷，等一段時(shí)間后啟動(dòng)特殊輪，將系統(tǒng)的頻率調(diào)整到額定頻率;如果第一輪不能滿足要求，則重復(fù)上面的工作，最后是系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。如此理實(shí)結(jié)合，從而加深學(xué)生綜合解決問(wèn)題的能力。

4）同時(shí)引入企業(yè)一線工程師，通過(guò)對(duì)如遠(yuǎn)動(dòng)終端RTU、

SCADA/EMS系統(tǒng)等部分進(jìn)行實(shí)際講解，使學(xué)生更好地掌握設(shè)備的實(shí)際構(gòu)造和操作順序，以及信息的采集和傳輸?shù)?，更好地鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力。

結(jié)合泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，進(jìn)行交叉學(xué)科知識(shí)的理解和整合。如電力需求響應(yīng)，通過(guò)電動(dòng)汽車和溫控負(fù)荷等柔性負(fù)荷的建模，深入研究用戶的用電行為特征。同時(shí)通過(guò)智能電網(wǎng)和需求響應(yīng)的專題匯報(bào)，一方面使學(xué)生掌握建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)和推動(dòng)電力需求響應(yīng)的理論知識(shí);另一方面通過(guò)柔性負(fù)荷在工程實(shí)踐中的應(yīng)用，進(jìn)而加深工程實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)滿足國(guó)家工程建設(shè)需要的專業(yè)技術(shù)人才。

4 結(jié)語(yǔ)

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)實(shí)質(zhì)上是在電力系統(tǒng)領(lǐng)域的萬(wàn)物互聯(lián)和人機(jī)互動(dòng)，有效促進(jìn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的創(chuàng)新。本文結(jié)合電力系統(tǒng)自動(dòng)化課程的特點(diǎn)，根據(jù)民族高校電力系統(tǒng)自動(dòng)化課程存在的問(wèn)題，依據(jù)新工科背景下應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行課程改革。通過(guò)整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，從創(chuàng)新項(xiàng)目和電力系統(tǒng)發(fā)展前瞻性，加強(qiáng)學(xué)生理論和實(shí)踐的與時(shí)俱進(jìn);通過(guò)競(jìng)賽制和慕課等教學(xué)方法，開(kāi)展校企合

作，充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和求知欲，也增強(qiáng)學(xué)生對(duì)交叉學(xué)科知識(shí)的應(yīng)用和擴(kuò)展能力，提高學(xué)生深度學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實(shí)踐能力，提升教師業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)能力，以期教學(xué)相長(zhǎng)，共同發(fā)展。

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