泛在电力物联网下的电力系统自动化教学改革研究

    杨旭英 周春艳

    

    

    摘 ?要 泛在电力物联网的出现有利于促进电力系统自动化技术的发展和创新。电力系统自动化课程具有知识面宽、杂，综合性和实践性强等特点，传统的教学方法很难适应专业人才的培养。通过在整合扩展教学内容、改革教学模式、完善考评机制等方面实施改革，理实结合，充分体现新工科背景下的专业技术人才建设，更好提高学生综合素质。

    关键词 电力系统自动化;泛在电力物联网;教学改革;工程教育

    中图分类号：G642.0文献标识码：B

    文章编号：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

    为了应对新一轮的工程教育改革，作为传统工科的电气工程及其自动化的创新改革发展也是人们关注的问题[1]。随着2019年全国“两会”的闭幕，为适应能源电力行业快速变革和发展，国家电网公司提出泛在电力物联网。泛在电力物联网借助人工智能、云计算和移动通信等工具，是能源互联网领域万物互联与人机交互、无处无时不在的系統[2]。电力系统自动化技术也需要更新换代和技术创新。电力系统自动化课程属于多学科交叉课程[3]，具有理论严密、逻辑性强和应用性广等特点[4]。

    在此背景下，本文以北方民族大学的电力系统自动化课程为研究对象，以课程现状为切入点，通过整合优化教学内容、重建评价制度和设计多样化教学模式，进一步改善课程教学效果。

    2 课程存在问题

    课程内容陈旧 ?由于电力系统自动化由传统的机械简单化自动装置转向数字和智能化方向发展，以往的理论教学内容过于陈旧;同时，工程教育必须以科技和技术革命为方向标，以往的教学内容主要关注书本，而没有体现时代的要求，如新能源发电、柔性输电技术和智能电网等，因此必须对现有的教学内容进行整合优化。

    学生基础参差不齐 ?电力系统自动化课程内容繁杂，综合性强，需要前期电机学、自动控制原理和电力系统分析等课程的支撑，但是学生学过就忘，在现有课时较少的前提下，无法对所有的知识进行综合复习，因此，教学效果不佳，学生学习的兴趣和信心受挫。同时，由于这门课开设在第七学期，学生需要找工作和进行各种备考，基本上无心学习，仅仅为了学分而已。

    理论教学与实践脱节 ?现有的自动化设备基本上都是即插即用，开放性和兼容性不够，学生在实践教学过程中基本上都是接线，然后记录数据，无法从内部探究自动化装置工作原理，而且具体采用什么样的算法也无从查找，因此无法系统掌握自动化设备的理论知识。

    考核机制缺乏激励性和合理性 ?传统单一化的以学期末成绩为主、过程性成绩为辅的局面导致考核不能有效调动学生自我学习的意识，而且机制缺乏弹性。

    因此，在新工科背景下，高等教育要不忘初心、以本为本，高等院校要服务地方经济需求，亟待对电力系统自动化课程现有的教学环节进行设计和整合，以期提高教学质量和学生的综合能力。

    3 教学环节设计

    教学内容的设计和整合 ?当前，能源电力行业处于快速变革和发展的时期，电力系统自动化是发输变配用五大系统借助于先进的自动化技术和设备在电力系统中的应用，是电力系统的核心内容，因此需要对课程内容进行优化整合，取其精华。其教学内容设计主要包括以下几个方面。

    1）要保证电力系统的安全、可靠和经济运行的特点，需要扎实的电力系统理论知识。如为了保证用户得到质优价廉的电能，首先必须在发电机组并网上做文章，但是并网需要发电机组励磁系统提供实时运行控制，继而需要对电力系统的功频和电压无功控制理论知识的支撑，因此，电力系统自动化知识环环相扣。

    2）工程教育要体现时代的先进性，在教学过程中要树立工程概念，通过行业前沿知识普及，开阔学生专业视野，实现知识的融会贯通。在教学内容设计中可以根据当前行业发展的趋势，借助专题报告形式，内容主要涉及新能源发电和电力改革方向，包括电力系统远动、智能电网和智能变电站、状态估计和多维度的综合优化。

    3）依托教材，以项目形式进行内容分解，在教材的选取上要体现兼容性和扩展性特点。选用王葵和孙莹主编的教材（第三版），同时辅以李岩松、吴文传、王清亮等编写的教材，并且给学生提供一些专业网站。优秀的教材可以保证在课时不断减少的情况下，使学生不仅对经典的知识有全面的了解，而且对最新学科知识建立起初步的认识，便于在未来的工作中更好地学以致用。

    教学组织模式的创新化 ?由于电力系统自动化课程安排在第七学期，不能用传统的填鸭式教学方式对教学内容进行重复，因此需要精准教学、理实结合、虚拟与现实结合，在高度和宽度上加深对系统知识点的理解和掌握。同时需要在教学的组织模式上进行创新，结合第四次能源革命的到来，结合泛在电力物联网和坚强智能电网的建设，融入更多的前沿和交叉性知识。在教学组织模式设计中，通过专题报告的任务和项目推动方式，将课程基础理论和行业前沿知识相结合，通过课前布置下发报告内容，根据班级人数，以5～6名学生为一小组进行资料查阅准备、课件制作、仿真分析建模及答辩汇报。其具体实施细节如图1所示。

    通过几年的教学积累得到两点启示。

    1）对于学生而言，可以由被动接受知识转化为主动带着问题学习，鼓励学生主动查阅专业期刊及相关网址，培养查找和处理信息资料的能力，根据小组分工不同，建模分析和答疑解惑，进而体现小组间团体合作意识;对于教师而言，课下需要对专题内容进行扩展延伸，在学生汇报结束后要进行讲评，从而督促教师自我能力的提升。

    2）考核考评机制要多样化。在教学组织模式中，教师只是场景的倡导者，而课堂的主场则交于学生进行发挥和演绎，将“要我学习”的惯性思维内化为“我要学习”，从而促进知识的主动获取。其具体的评价指标如表1所示。

    教学模式的创新有助于教学相长，挖掘学生的潜能，培养学生的自我展现和应用能力，有效提高学生跨界整合的能力，也有助于提升教师的能力。

    教学方式方法多样化 ?加强校企合作，走“产、学、研”相结合的发展之路[5]。教学的方式方法上，由于电力系统自动化课程的综合性强，需要前期多门课程的支撑，但是在现有课时较少的前提下，要使得学生温故而知新，就需要新的教学方式方法的调整。教学效果实施好坏，必须通过全方位、多角度进行评价和分析，才能达到教学相长。其教学方式方法设计包括以下几点。

    1）该课程的实践性和应用性强，在讲授过程中必须始终贯彻工程概念，制作教学用动画或录制仿真/实验视频资料，在教学过程中对相关知识点的应用做一些演示或讲解，以提高学生的学习兴趣与动力。

    2）根据各个教师的纵横向科研项目成果，在教学方面做了一些工作，如制作成教学资料，将本学科相关新技术、新知识及时通过课堂、实习和毕业设计等环节传递给学生。

    3）课程的理论教学和实验课程相结合，同时结合“MAT-

    LAB在电气工程中的应用”课程，使用MATLAB、PSCAD和PSASP等电力系统仿真软件，搭建如同步发电机励磁自动控制系统的实例，使学生加深对发电机组并列运行和励磁系统的理论和实践掌握，达到理论教学、实践教学和科研教学相结合，有效提高教学质量。

    如針对电力系统低频减载，通过负荷频率特性引出要进行低频下切负荷的调整，同时利用逐次逼近比较式原理进行频率和负荷的调整，可以引入不同的逻辑门电路进行测量比较，让学生搭建模型进行仿真分析。有些学生没有局限于课本上现有知识，而是通过课下查找文献资料，利用状态流理论，根据测量装置对频率进行实时测量，依据状态流之前的设定进行相应的切负荷动作。第一轮切负荷动作时进行频率的比较，如果满足，就切除负荷，等一段时间后启动特殊轮，将系统的频率调整到额定频率;如果第一轮不能满足要求，则重复上面的工作，最后是系统恢复稳定。如此理实结合，从而加深学生综合解决问题的能力。

    4）同时引入企业一线工程师，通过对如远动终端RTU、

    SCADA/EMS系统等部分进行实际讲解，使学生更好地掌握设备的实际构造和操作顺序，以及信息的采集和传输等，更好地锻炼学生的实践能力。

    结合泛在电力物联网的建设，进行交叉学科知识的理解和整合。如电力需求响应，通过电动汽车和温控负荷等柔性负荷的建模，深入研究用户的用电行为特征。同时通过智能电网和需求响应的专题汇报，一方面使学生掌握建设坚强智能电网和推动电力需求响应的理论知识;另一方面通过柔性负荷在工程实践中的应用，进而加深工程实践教学，培养满足国家工程建设需要的专业技术人才。

    4 结语

    泛在电力物联网的出现实质上是在电力系统领域的万物互联和人机互动，有效促进电力系统自动化技术的创新。本文结合电力系统自动化课程的特点，根据民族高校电力系统自动化课程存在的问题，依据新工科背景下应用型本科人才培养目标进行课程改革。通过整合优化教学内容，从创新项目和电力系统发展前瞻性，加强学生理论和实践的与时俱进;通过竞赛制和慕课等教学方法，开展校企合

    作，充分激发学生学习的主动性、积极性和求知欲，也增强学生对交叉学科知识的应用和扩展能力，提高学生深度学习和创新实践能力，提升教师业务学习能力，以期教学相长，共同发展。

    参考文献

    [1]白逸仙，柳长安，艾欣，等.工程教育改革背景下传统工科专业的挑战与应对：基于十校“电气工程及其自动化”培养方案的实证调查[J].高等工程教育研究，2018（3）：53-62.

    [2]舒旭辉.“泛在电力物联网”的另类理解[J].中国电力企业管理，2019（7）：7.

    [3]翁国庆，等.“电力系统自动化”课程多向融合探究式教学[J].电气电子教学学报，2017，39（1）：79-82，134.

    [4]解大，冯俊淇，刘东，等.“电力系统自动化”实践教学活动设计[J].电气电子教学学报，2014（2）：76-78.

    [5]田思庆，苏贵章，王越男，等.电气工程应用型人才“3+1”培养模式的研究与实践[J].中国电力教育，2011（3）：

    170-171.