電力系統及其自動化專業學位碩士實踐課程中教學案例構建研究

李世春 舒征宇 鐘浩 劉文麗

摘要：本文研究了面向電力系統及其自動化專業學位碩士研究生、構建專業實踐課程的教學案例庫建立方法。通過分析當前電力系統及其自動化專業學位碩士課程設置存在的問題，結合該專業涵蓋的研究方向，重點研究了以電力科技項目為背景的兩個教學案例建立方法。通過案例描述、課程作業要求及專業實踐能力培養三個方面詳細設計，反映了案例對提升學生電力實際生產認知和專業實踐能力具有顯著意義。

關鍵詞：專業學位碩士；專業實踐課程；教學案例

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）03-0238-02

引言

專業學位碩士是以培養具有扎實理論基礎、適應特定行業或職業實際工作需要的應用型高層次專門人才為目標設立的，是有效推進國家經濟建設和社會發展的重要戰略舉措。相對于學術型學位碩士而言，專業學位碩士更偏重技術實踐，注重理論與實踐相結合。[1]

作者所在單位三峽大學電氣與新能源學院，其專業學位碩士招生規模發展迅速，學院立足于培養面向企業、兼具工程實踐能力和理論基礎的專業學位碩士一流人才，針對專業學位碩士的培養，在培養方案制定、配套課程體系建設、實踐基地建設等方面也開展了大量工作。但是，在培養模式改革的過程中，關于教學課程設置的針對性上依然存在亟需解決問題，具體表現在專業碩士學位實踐課程及其教學與學術型碩士趨同，專業碩士學位的“職業性、實踐性”特征未有效體現。對此，本文以電氣工程一級學科下屬電力系統及其自動化二級學科方向為對象，研究專業學位研究生專業實踐課程中教學案例庫的建立方法。

一、當前專業學位研究生課程建設存在的問題

在專業學位碩士課程建設方面，也有一些高校開始了相關研究和實踐。天津理工大學丁素萍教授提出了理工科院校翻譯碩士專業學位的課程設置的理論認知和實踐模型[2]；湖北第二師范學院對教育碩士專業學位之實踐課程及其教學進行了探索[3]；東北大學理學院開設了“無機材料結構表征技術課程”[4]。由此可見，針對專業碩士學位研究生開設專門工程實踐課的相關研究較少，在電氣工程專業方向則未見報道。因此，本文通過研究針對電氣工程專業學位碩士研究生的工程實踐課程體系建設中實踐教學案例庫的建立方法。

二、科技項目依托的教學案例建立

結合電力實際生產和電力科技項目背景，對電力系統及其自動化專業碩士學位研究生相關專業案例庫進行分析，通過提供案例庫基礎數據，要求學生以課程作業形式完成相關內容要求。

（一）案例1——某電網風電功率波動特征提取

（1）案例描述。案例1以某國家支撐計劃項目為背景建立，該項目則依托某省級電網為對象開展理論和工程示范研究。該省網示范地區接入了大量間歇性風電功率，項目一項重點研究內容是對風電功率波動特征進行定量分析，從而為電網有功功率控制提供應用基礎。案例提供該地區2014年4月-2015年3月期間346MW風電有功功率歷史數據（Excel格式），數據每1min一個間隔，以此為基礎分析風電有功功率波動統計特性。

（2）課程作業要求。①對現場SCADA歷史數據進行不良數據處理，進一步根據有功波動的時間尺度（例如5min、15min）重新計算獲得新的功率波動隨機樣本；②對獲得的功率波動隨機樣本，計算樣本的數學期望、方差、最大值/最小值等特征量；③隨機樣本統計分布特性建模。分別利用參數估計和非參數估計擬合數據樣本的概率密度函數f（x），得到數據樣本直方圖、正態分布概率密度估計函數曲線、t分布概率密度估計函數曲線、高斯核密度估計函數曲線；④計算f（x）對應累積概率分布CDF和逆累積概率分布iCDF，得到iCDF的函數F（x）-1=ξ=iF（p）。其中，ξ為對應某置信水平的風電功率波動量，p為反映置信水平的概率值；⑤學生利用Matlab工具軟件完成上述內容；⑥學生以小組為單位，撰寫分析報告，制作PPT進行匯報答辯。

（3）專業實踐能力培養。①培養學生利用電網實際數據進行理論分析的能力，深刻理解風電功率波動的特性；②培養學生掌握利用Matlab工具軟件分析的技能。

（二）案例2——間歇性電源接入某電網影響分析

（1）案例描述。案例2仍然以某國家支撐計劃項目為背景建立，項目依托某省級電網為對象開展理論和工程示范研究。該省網示范地區接入了大量間歇性風電功率，項目一項基礎研究內容是對風電、小水電接入對電網影響及問題分析驗證，為后續電網研究方案制定提供依據。示范地區如圖2所示，該地區接入了大量間歇性風電和小水電，并通過3條聯絡線與外部電網聯接。案例提供BPA網絡數據包和網絡拓撲結構。

（2）課程作業要求。①在豐小、豐大、枯小、枯大和平水期5種運行方式下，風電、小水電出力變化時，利用BPA軟件包對間歇性電源接入后電網各節點電壓變化狀況進行分析。對于存在節點電壓越限情況，提出解決措施，并仿真驗證改善效果；②聯絡線1、2、3分別斷開時，在各種運行方式下，風電、小水電出力變化時，利用BPA軟件包再次分析間歇性電源接入后電網各節點電壓變化情況。對于存在節點電壓越限情況，提出解決措施，并仿真驗證改善效果。比較①和②各節點電壓的不同，分析總結原因；③風電、小水電出力由0-100%變化時，利用BPA軟件仿真分析兩條外送聯絡線功率變化情況，驗證功率增長是否超過熱穩定極限。當存在聯絡線功率熱穩定越限時，提出解決措施、仿真驗證改善效果；④學生利用BPA工具軟件完成上述內容；⑤學生以小組為單位，撰寫分析報告，制作PPT進行匯報答辯。

（3）專業實踐能力培養。①通過實際電網的案例學習和獨立分析計算過程，讓學生接觸電網結構，加深對電網電源、線路、負荷、網絡拓撲和典型運行方式等概念對象的認知；②BPA是電網公司常用系統分析工具軟件，其數據與實際電網運行數據貼近，掌握BPA軟件包使用方法，為畢業從事相關工作奠定基礎。

四、結論

以培養專業學位碩士研究生實踐能力為導向，研究了建設面向專業實踐性強的課程教學案例庫的方法。建立了“某電網風電功率波動特征提取”和“間歇性電源接入某電網影響分析”兩個學習案例，適用于電力系統及其自動化專業碩士學位研究生。兩個課程案例來源于電力公司科技項目，案例學習內容緊密結合電力生產運行現場，通過學習案例和完成課程作業可培養學生利用BPA、Matlab軟件解決實際專業問題能力，提高學生實踐應用能力。該兩項教學案例可拋磚引玉，為電力系統及其自動化專業其他方向案例庫的建設提供借鑒。

參考文獻：

[1]中國研究生招生信息網專業學位與學術學位的關系[EB/OL].（2010-10-13）.

http：//www.Chinadegrees.cn/xwyyjsjyxx/gjjl/szfa/267336.shtml.

[2]丁素萍，吳自選，羅憲樂，等.理工科院校翻譯碩士專業學位（MTI）的課程設置的理論認知和實踐模型[J].山東外語教學，2012，33（6）：102-108.

[3]陳納.學前教育專業碩士實踐課程體系構建與實施探索——以湖北第二師范學院為例[J].湖北第二師范學院學報，2016，33（5）：81-85.

[4]張霞，徐欣欣.無機材料結構表征技術課程的開設[J].大學化學，2011，26（4）：26-28.