現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院模式下電力系統(tǒng)分析課程實踐教學改革研究

屈星，盛義發(fā)，肖金鳳，蘇澤光，文娟

（南華大學 電氣工程學院，湖南衡陽 421001）

現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院建設是新工科建設的再深化、再拓展、再突破、再出發(fā)，是進一步推進科教結合、產(chǎn)教融合、校企合作，發(fā)揮高等院校人才培養(yǎng)、科學研究、服務社會職能的重要舉措[1-2]。在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院人才培養(yǎng)模式下，校企協(xié)同制定與產(chǎn)業(yè)緊密融合的人才培養(yǎng)方案，企業(yè)深度參與教學過程和課程體系建設，協(xié)同培養(yǎng)適應未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的卓越人才[3]。在此背景下，南華大學與湖南省湘雁輸變電產(chǎn)業(yè)服務中心共建輸變電現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院，培養(yǎng)適應和引領輸變電現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高素質應用型、復合型、創(chuàng)新型人才。

電力系統(tǒng)分析課程主要研究電力系統(tǒng)在正常和故障運行狀態(tài)下的運行特性，是電氣工程及其自動化專業(yè)的主干課程，具有顯著的工程屬性，在電氣專業(yè)應用型人才培養(yǎng)體系中占據(jù)重要位置[4]。由于該課程的強工程屬性，對課程實踐教學提出了更高的要求，但目前多數(shù)高校側重理論教學，對實踐教學的重視不夠，這一方面是受限于電力系統(tǒng)的特殊性，缺少可用于實踐教學的真實電力系統(tǒng)環(huán)境，另一方面是產(chǎn)教融合缺少能有效提高實踐教學效果的實際電網(wǎng)數(shù)據(jù)，且缺乏有效的獲取途徑，這些因素導致該課程的實踐教學效果不理想。基于此，本文在綜述電力系統(tǒng)分析課程實踐教學現(xiàn)狀的基礎上，探討在輸變電現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院模式下電力系統(tǒng)分析課程實踐教學體系的設計，在綜合考慮學生特點、產(chǎn)業(yè)需求和專業(yè)建設等因素的基礎上，構建基于校企深度合作、無縫銜接電力供應流程、反映電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢的多層次立體化實踐教學體系，鍛煉并提升學生分析解決復雜電氣工程問題的能力。

1 電力系統(tǒng)分析課程實踐教學現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)分析是關于電力系統(tǒng)計算與分析的課程，由于電力系統(tǒng)的特殊性，無法建立完整的電力系統(tǒng)物理仿真實驗室，而電力系統(tǒng)分析課程又具有較強的工程性，學生的工程素養(yǎng)與能力是評價學科專業(yè)人才培養(yǎng)的根本指標。因此，電力系統(tǒng)仿真軟件對電力系統(tǒng)分析課程教學效果具有重要影響，可見，新工科背景下的電力系統(tǒng)分析課程教學，需要電力系統(tǒng)仿真工具作為基礎支撐。

基于電力系統(tǒng)分析課程的強工程屬性，發(fā)達國家利用在電力領域的先發(fā)技術優(yōu)勢，開發(fā)了眾多的電力系統(tǒng)仿真工具，比如電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真工具有美國PTI 公司的PSS/E、美國EPRI（電力科學研究院） 的ETMSP；德國西門子公司的NETOMAC；加拿大Powertech Lab Inc 的電力系統(tǒng)安全分析軟件包DSAToolsTM 和Dennis Woodford 博士開發(fā)的電力系統(tǒng)仿真軟件PSCAD/EMTDC 等。這些豐富的電力系統(tǒng)仿真工具為國外電力系統(tǒng)分析課程（類似課程）工程化教學提供了便捷條件，使得發(fā)達國家在傳統(tǒng)電氣工程學科專業(yè)人才培養(yǎng)質量方面整體上優(yōu)于我國[5]。在國內(nèi)，中國電力科學研究院開發(fā)了PSASP、ADPSS Lab、PSD-BPA 等電力系統(tǒng)分析工具，在系統(tǒng)內(nèi)和知名高校得到了廣泛應用，而大多數(shù)普通高校因版權和經(jīng)費等原因，沒有建立電力系統(tǒng)分析課程的仿真實驗室，這在一定程度上影響了我國電氣工程學科專業(yè)的人才培養(yǎng)質量[6-10]。

隨著信息技術的發(fā)展，我國開發(fā)了眾多基于云端的電力系統(tǒng)分析工具，比如清華大學發(fā)布的能源互聯(lián)網(wǎng)云仿真平臺CloudPSS[11]、中國電力科學院PSASP云端仿真平臺[12]等，這些開放、免費的云端電力系統(tǒng)分析工具，為普通高校開展面向工程能力培養(yǎng)的電力系統(tǒng)分析課程教學的有效實施創(chuàng)造了良好的條件，有力促進我國電氣工程學科專業(yè)人才培養(yǎng)質量的提高。

在電力系統(tǒng)分析課程教學改革方面，國內(nèi)諸多高校已經(jīng)進行了一些有益的嘗試。例如，華南理工大學開展的新工科背景下基于應用人才培養(yǎng)的電力系統(tǒng)分析課程改革與實踐[6]，黑龍江科技大學開展的電力系統(tǒng)分析研究性教學改革研究[13]，武漢科技大學開展的電力系統(tǒng)分析課程虛擬仿真實驗教學改革[14]，北京交通大學開展的電力系統(tǒng)分析實踐教學探索[15]等。這些電力系統(tǒng)分析課程教學改革研究，本質上都是以提高學生工程能力為目的。現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院是新工科建設的新途徑，基于現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院人才培養(yǎng)模式的電力系統(tǒng)分析課程教學改革較少，但已有的課程教學改革研究仍然提供了有價值的參考。

2 現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院模式下課程實踐教學思路

2.1 實踐教學改革定位

實踐教學是課程教學的重要組成部分，是理論教學內(nèi)容的掌握、深化和綜合應用。南華大學電氣工程及其自動化專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)主要是面向電力行業(yè)。電力系統(tǒng)分析課程實踐教學改革的定位是：突出課程工程屬性，強化對學生工程素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2.2 實踐教學改革總體思路

根據(jù)強化學生工程素養(yǎng)培養(yǎng)的要求，遵循“循序漸進、突出工程”的原則，在輸變電現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院框架下，統(tǒng)籌學校和企業(yè)實踐教學資源，通過構建“多層次、立體化”實踐教學體系，提高學生解決復雜電氣工程問題的能力。現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院模式下電力系統(tǒng)分析課程實踐教學改革的總體思路如圖1 所示。

圖1 電力系統(tǒng)分析課程實踐教學改革思路

3 多層次立體化實踐教學體系的建立

3.1 校內(nèi)外實踐教學相結合

按照知識學習的一般規(guī)律，在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院合作框架下充分利用校企資源，重構電力系統(tǒng)分析課程實踐教學內(nèi)容，構建包括認知實踐層、基礎實踐層、應用實踐層和創(chuàng)新實踐層四個層次的實踐教學內(nèi)容。

認知實踐以校外實踐為主，通過參觀變電站、發(fā)電企業(yè)、電力設備生產(chǎn)企業(yè)等電力工業(yè)節(jié)點，使學生了解電力行業(yè)的基本構成和電力系統(tǒng)構成的各個環(huán)節(jié)，使學生從整體上形成對電力系統(tǒng)的感性認識。

基礎實踐以校內(nèi)實踐為主體，通過實驗和仿真的方式加深學生對電力系統(tǒng)各元件模型和系統(tǒng)數(shù)學模型及其基本理論的理解，包括發(fā)電機模型、變壓器模型、負荷模型等元件模型，以及潮流計算、短路電流計算、故障分析等系統(tǒng)基本分析方法。

應用實踐采取校內(nèi)外實踐相結合的方式，訓練學生如何將理論知識應用于解決工程問題，培養(yǎng)學生工程思維，包括電力系統(tǒng)調(diào)壓調(diào)頻、運行控制、穩(wěn)定性分析等。校內(nèi)實踐以專業(yè)軟件仿真實踐為主，校外實踐以產(chǎn)業(yè)學院合作企業(yè)提供的電力系統(tǒng)模擬實操訓練平臺為主。

創(chuàng)新實踐也采取校內(nèi)外實踐相結合的方式，學校教師和企業(yè)資深工程師通過課程設計和科研輔助等途徑，將教學內(nèi)容未覆蓋的電力系統(tǒng)知識納入課程實踐教學，比如交直流混合輸電網(wǎng)絡潮流計算、儲能輔助調(diào)壓調(diào)頻等，培養(yǎng)學生解決電力系統(tǒng)復雜工程問題的能力。

3.2 多層次立體化實踐教學體系

校內(nèi)外實踐教學相結合，構建現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院模式下電力系統(tǒng)分析課程多層次立體化實踐教學體系，如圖2 所示，現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院模式下電力系統(tǒng)分析課程實踐教學以校內(nèi)實踐為主體的模式向校企聯(lián)合實踐教學模式轉變，根據(jù)合作企業(yè)工程能力，課程實踐教學效果得到質的提升，有利于學生電力系統(tǒng)工程素質的培養(yǎng)。

圖2 多層次立體化課程實踐教學體系

在多層次立體化實踐教學體系中，專業(yè)軟件（比如PSASP、PSCAD 等）仿真實踐教學和合作企業(yè)提供的電力系統(tǒng)模擬實操訓練平臺居于重要地位。一方面，由于電力系統(tǒng)的特殊性，電力系統(tǒng)復雜工程場景只能用軟件模擬來實現(xiàn)；另一方面，由于電力系統(tǒng)的抽象性，電力系統(tǒng)物理系統(tǒng)與其數(shù)字模型的映射關系不容易理解，電力系統(tǒng)模擬實操訓練平臺有助于建立起這種映射關系。還有，軟件仿真和模擬實操既銜接了認知實踐和基礎實踐環(huán)節(jié)，又銜接了創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)，且在創(chuàng)新實踐教學環(huán)節(jié)，軟件仿真是設計方案有效性驗證的重要方式。此外，軟件仿真和模擬實操兩者之間能夠相得益彰，實操訓練平臺能增強學生對物理電力系統(tǒng)的理解，在進行軟件仿真時，有助于建立電力系統(tǒng)物理系統(tǒng)與其模型的映射關系；而軟件仿真能極大豐富電力系統(tǒng)運行場景，學生在實操訓練時能知其所以然。

應當指明的是，創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)的創(chuàng)新是從學生視角來看，課程教學內(nèi)容未涵蓋的電力系統(tǒng)相關知識都可歸為創(chuàng)新，也包括學校教師和企業(yè)工程師正在研究的電力系統(tǒng)前沿問題。

4 結語

電力系統(tǒng)分析是一門強工程屬性的電氣工程及其自動化專業(yè)的核心課程，實踐教學對課程教學效果具有重要影響。本文探討了現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院模式下電力系統(tǒng)分析課程實踐教學改革方案，充分結合校企雙方優(yōu)勢資源，遵循學習的一般規(guī)律，提出了包括認知實踐、基礎實踐、應用實踐、創(chuàng)新實踐在內(nèi)的電力系統(tǒng)分析課程多層次立體化的實踐教學體系，滿足新工科建設背景下對課程實踐教學的要求，以期提高電力系統(tǒng)課程教學效果，促進產(chǎn)教融合，提升學生工程素養(yǎng)。