泛在電力物聯網下的電力系統自動化教學改革研究

楊旭英 周春艷

摘 ?要 泛在電力物聯網的出現有利于促進電力系統自動化技術的發展和創新。電力系統自動化課程具有知識面寬、雜，綜合性和實踐性強等特點，傳統的教學方法很難適應專業人才的培養。通過在整合擴展教學內容、改革教學模式、完善考評機制等方面實施改革，理實結合，充分體現新工科背景下的專業技術人才建設，更好提高學生綜合素質。

關鍵詞 電力系統自動化;泛在電力物聯網;教學改革;工程教育

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：B

文章編號：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

為了應對新一輪的工程教育改革，作為傳統工科的電氣工程及其自動化的創新改革發展也是人們關注的問題[1]。隨著2019年全國“兩會”的閉幕，為適應能源電力行業快速變革和發展，國家電網公司提出泛在電力物聯網。泛在電力物聯網借助人工智能、云計算和移動通信等工具，是能源互聯網領域萬物互聯與人機交互、無處無時不在的系統[2]。電力系統自動化技術也需要更新換代和技術創新。電力系統自動化課程屬于多學科交叉課程[3]，具有理論嚴密、邏輯性強和應用性廣等特點[4]。

在此背景下，本文以北方民族大學的電力系統自動化課程為研究對象，以課程現狀為切入點，通過整合優化教學內容、重建評價制度和設計多樣化教學模式，進一步改善課程教學效果。

2 課程存在問題

課程內容陳舊 ?由于電力系統自動化由傳統的機械簡單化自動裝置轉向數字和智能化方向發展，以往的理論教學內容過于陳舊;同時，工程教育必須以科技和技術革命為方向標，以往的教學內容主要關注書本，而沒有體現時代的要求，如新能源發電、柔性輸電技術和智能電網等，因此必須對現有的教學內容進行整合優化。

學生基礎參差不齊 ?電力系統自動化課程內容繁雜，綜合性強，需要前期電機學、自動控制原理和電力系統分析等課程的支撐，但是學生學過就忘，在現有課時較少的前提下，無法對所有的知識進行綜合復習，因此，教學效果不佳，學生學習的興趣和信心受挫。同時，由于這門課開設在第七學期，學生需要找工作和進行各種備考，基本上無心學習，僅僅為了學分而已。

理論教學與實踐脫節 ?現有的自動化設備基本上都是即插即用，開放性和兼容性不夠，學生在實踐教學過程中基本上都是接線，然后記錄數據，無法從內部探究自動化裝置工作原理，而且具體采用什么樣的算法也無從查找，因此無法系統掌握自動化設備的理論知識。

考核機制缺乏激勵性和合理性 ?傳統單一化的以學期末成績為主、過程性成績為輔的局面導致考核不能有效調動學生自我學習的意識，而且機制缺乏彈性。

因此，在新工科背景下，高等教育要不忘初心、以本為本，高等院校要服務地方經濟需求，亟待對電力系統自動化課程現有的教學環節進行設計和整合，以期提高教學質量和學生的綜合能力。

3 教學環節設計

教學內容的設計和整合 ?當前，能源電力行業處于快速變革和發展的時期，電力系統自動化是發輸變配用五大系統借助于先進的自動化技術和設備在電力系統中的應用，是電力系統的核心內容，因此需要對課程內容進行優化整合，取其精華。其教學內容設計主要包括以下幾個方面。

1）要保證電力系統的安全、可靠和經濟運行的特點，需要扎實的電力系統理論知識。如為了保證用戶得到質優價廉的電能，首先必須在發電機組并網上做文章，但是并網需要發電機組勵磁系統提供實時運行控制，繼而需要對電力系統的功頻和電壓無功控制理論知識的支撐，因此，電力系統自動化知識環環相扣。

2）工程教育要體現時代的先進性，在教學過程中要樹立工程概念，通過行業前沿知識普及，開闊學生專業視野，實現知識的融會貫通。在教學內容設計中可以根據當前行業發展的趨勢，借助專題報告形式，內容主要涉及新能源發電和電力改革方向，包括電力系統遠動、智能電網和智能變電站、狀態估計和多維度的綜合優化。

3）依托教材，以項目形式進行內容分解，在教材的選取上要體現兼容性和擴展性特點。選用王葵和孫瑩主編的教材（第三版），同時輔以李巖松、吳文傳、王清亮等編寫的教材，并且給學生提供一些專業網站。優秀的教材可以保證在課時不斷減少的情況下，使學生不僅對經典的知識有全面的了解，而且對最新學科知識建立起初步的認識，便于在未來的工作中更好地學以致用。

教學組織模式的創新化 ?由于電力系統自動化課程安排在第七學期，不能用傳統的填鴨式教學方式對教學內容進行重復，因此需要精準教學、理實結合、虛擬與現實結合，在高度和寬度上加深對系統知識點的理解和掌握。同時需要在教學的組織模式上進行創新，結合第四次能源革命的到來，結合泛在電力物聯網和堅強智能電網的建設，融入更多的前沿和交叉性知識。在教學組織模式設計中，通過專題報告的任務和項目推動方式，將課程基礎理論和行業前沿知識相結合，通過課前布置下發報告內容，根據班級人數，以5～6名學生為一小組進行資料查閱準備、課件制作、仿真分析建模及答辯匯報。其具體實施細節如圖1所示。

通過幾年的教學積累得到兩點啟示。

1）對于學生而言，可以由被動接受知識轉化為主動帶著問題學習，鼓勵學生主動查閱專業期刊及相關網址，培養查找和處理信息資料的能力，根據小組分工不同，建模分析和答疑解惑，進而體現小組間團體合作意識;對于教師而言，課下需要對專題內容進行擴展延伸，在學生匯報結束后要進行講評，從而督促教師自我能力的提升。

2）考核考評機制要多樣化。在教學組織模式中，教師只是場景的倡導者，而課堂的主場則交于學生進行發揮和演繹，將“要我學習”的慣性思維內化為“我要學習”，從而促進知識的主動獲取。其具體的評價指標如表1所示。

教學模式的創新有助于教學相長，挖掘學生的潛能，培養學生的自我展現和應用能力，有效提高學生跨界整合的能力，也有助于提升教師的能力。

教學方式方法多樣化 ?加強校企合作，走“產、學、研”相結合的發展之路[5]。教學的方式方法上，由于電力系統自動化課程的綜合性強，需要前期多門課程的支撐，但是在現有課時較少的前提下，要使得學生溫故而知新，就需要新的教學方式方法的調整。教學效果實施好壞，必須通過全方位、多角度進行評價和分析，才能達到教學相長。其教學方式方法設計包括以下幾點。

1）該課程的實踐性和應用性強，在講授過程中必須始終貫徹工程概念，制作教學用動畫或錄制仿真/實驗視頻資料，在教學過程中對相關知識點的應用做一些演示或講解，以提高學生的學習興趣與動力。

2）根據各個教師的縱橫向科研項目成果，在教學方面做了一些工作，如制作成教學資料，將本學科相關新技術、新知識及時通過課堂、實習和畢業設計等環節傳遞給學生。

3）課程的理論教學和實驗課程相結合，同時結合“MAT-

LAB在電氣工程中的應用”課程，使用MATLAB、PSCAD和PSASP等電力系統仿真軟件，搭建如同步發電機勵磁自動控制系統的實例，使學生加深對發電機組并列運行和勵磁系統的理論和實踐掌握，達到理論教學、實踐教學和科研教學相結合，有效提高教學質量。

如針對電力系統低頻減載，通過負荷頻率特性引出要進行低頻下切負荷的調整，同時利用逐次逼近比較式原理進行頻率和負荷的調整，可以引入不同的邏輯門電路進行測量比較，讓學生搭建模型進行仿真分析。有些學生沒有局限于課本上現有知識，而是通過課下查找文獻資料，利用狀態流理論，根據測量裝置對頻率進行實時測量，依據狀態流之前的設定進行相應的切負荷動作。第一輪切負荷動作時進行頻率的比較，如果滿足，就切除負荷，等一段時間后啟動特殊輪，將系統的頻率調整到額定頻率;如果第一輪不能滿足要求，則重復上面的工作，最后是系統恢復穩定。如此理實結合，從而加深學生綜合解決問題的能力。

4）同時引入企業一線工程師，通過對如遠動終端RTU、

SCADA/EMS系統等部分進行實際講解，使學生更好地掌握設備的實際構造和操作順序，以及信息的采集和傳輸等，更好地鍛煉學生的實踐能力。

結合泛在電力物聯網的建設，進行交叉學科知識的理解和整合。如電力需求響應，通過電動汽車和溫控負荷等柔性負荷的建模，深入研究用戶的用電行為特征。同時通過智能電網和需求響應的專題匯報，一方面使學生掌握建設堅強智能電網和推動電力需求響應的理論知識;另一方面通過柔性負荷在工程實踐中的應用，進而加深工程實踐教學，培養滿足國家工程建設需要的專業技術人才。

4 結語

泛在電力物聯網的出現實質上是在電力系統領域的萬物互聯和人機互動，有效促進電力系統自動化技術的創新。本文結合電力系統自動化課程的特點，根據民族高校電力系統自動化課程存在的問題，依據新工科背景下應用型本科人才培養目標進行課程改革。通過整合優化教學內容，從創新項目和電力系統發展前瞻性，加強學生理論和實踐的與時俱進;通過競賽制和慕課等教學方法，開展校企合

作，充分激發學生學習的主動性、積極性和求知欲，也增強學生對交叉學科知識的應用和擴展能力，提高學生深度學習和創新實踐能力，提升教師業務學習能力，以期教學相長，共同發展。

參考文獻

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