面向新型電力系統(tǒng)的電氣工程與智能控制人才培養(yǎng)改革探討*

朱婷婷 張慧娥

新疆工程學(xué)院能源工程學(xué)院 烏魯木齊 830008

0 引言

能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和利用效率提高是目前能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要考慮的重要問題，2020 年9 月，我國(guó)在聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出了二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”的“雙碳”目標(biāo)[1]，提出更明確、更具體、更綠色的可持續(xù)發(fā)展道路[2]，電力系統(tǒng)作為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，構(gòu)建“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)且具備新能源消納、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)中心、人工智能等特性的新型電力系統(tǒng)具有重要意義。面對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的新型戰(zhàn)略目標(biāo)，電力等相關(guān)企業(yè)作為主要載體，需向低碳、能源、數(shù)字化轉(zhuǎn)型以解決企業(yè)內(nèi)部外部相關(guān)矛盾和問題[3]。

在新型電力系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和企業(yè)的轉(zhuǎn)型中，對(duì)該領(lǐng)域的人才需求將進(jìn)行轉(zhuǎn)變，電氣工程與智能控制專業(yè)作為教育部為滿足社會(huì)對(duì)人才迫切需求的特設(shè)專業(yè)[4]，主要服務(wù)電氣工程的電廠綜合信息管理、電氣設(shè)備自動(dòng)制造行業(yè)，用電互動(dòng)平臺(tái)、分布式電源系統(tǒng)、智能電表管理及電動(dòng)汽車充放電裝置建設(shè)等行業(yè)。本文通過提取新型電力系統(tǒng)特征和企業(yè)需求，構(gòu)建電氣工程與智能控制專業(yè)的技術(shù)能力素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)，嘗試建立適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的綜合素質(zhì)人才培養(yǎng)課程體系，最后對(duì)實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)背景下的電氣工程與智能控制專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的具體模式進(jìn)行探討。

1 新型電力系統(tǒng)背景下的特征提取和專業(yè)人才知識(shí)能力素質(zhì)要求

1.1 針對(duì)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的基本特征，電氣工程與智能控制專業(yè)人才要具備的知識(shí)能力和素質(zhì)

為實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，現(xiàn)階段能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整在不斷進(jìn)行，為實(shí)現(xiàn)能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，可再生能源在電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)了廣泛的利用[5]，因此，要構(gòu)建清潔、低碳、安全、高效的能源體系，著力提高利用效能，深化電力體制改革，以新能源為主體。為達(dá)到這些目標(biāo)，電氣工程與智能控制專業(yè)人才應(yīng)具備以下知識(shí)能力和素質(zhì)要求。

1.1.1 知識(shí)

基于電路、模擬電子技術(shù)、電力電子技術(shù)等基本電路和應(yīng)用知識(shí)，系統(tǒng)性地掌握關(guān)于電力系統(tǒng)運(yùn)行的電氣部分設(shè)備結(jié)構(gòu)知識(shí)，以及系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行及暫態(tài)分析計(jì)算等知識(shí)。具備現(xiàn)階段新能源分布式發(fā)電技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)——面對(duì)我校該專業(yè)服務(wù)的地域和領(lǐng)域，主要包括風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電相關(guān)技術(shù)知識(shí)。

2）光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及工作原理，光伏并網(wǎng)的要求及技術(shù)指標(biāo)，光伏電站逆變器的應(yīng)用，光伏電站的故障類型、故障時(shí)采取的措施，大規(guī)模光伏、風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響的分析等[7]。

1.1.2 行業(yè)需求及能力

面對(duì)新能源廣泛利用的現(xiàn)狀，電氣工程與智能控制專業(yè)人才應(yīng)掌握系統(tǒng)化的理論知識(shí)，具備勝任電力系統(tǒng)未來(lái)具體崗位工作的能力：完成風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站相關(guān)電氣設(shè)備基本操作的能力；解決風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站相關(guān)電氣設(shè)備的基本故障，具備廠站的運(yùn)行維護(hù)能力；在現(xiàn)代企業(yè)的運(yùn)行過程中，具備風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站的基本工程管理和業(yè)務(wù)交流的能力。

1.1.3 素質(zhì)需求

具備能源互聯(lián)發(fā)展與現(xiàn)代新型電力系統(tǒng)的綜合能源觀，在新能源發(fā)展的背景下具備基本的節(jié)能意識(shí)和能源高效利用意識(shí)，對(duì)就業(yè)崗位充滿熱愛，能艱苦奮斗等。

面對(duì)新型電力系統(tǒng)今后以新能源為主體的結(jié)構(gòu)特征，抽取知識(shí)、能力素質(zhì)要求，其映射關(guān)系如圖1 所示。

據(jù)《中國(guó)農(nóng)民工調(diào)研報(bào)告》顯示，新生代農(nóng)民工的受教育程度逐步提升，其受教育程度在農(nóng)民工中的占比由20世紀(jì)80年代的小學(xué)教育水平為主，逐步過渡到90年代以初中教育水平為主，2000年后，這個(gè)群體中的高中生比重最大，到今天，新生代農(nóng)民工多半接受了中專或大專教育，有的還接受了正規(guī)的大學(xué)教育。相比于老一代農(nóng)民工，這些農(nóng)民工在今天的信息時(shí)代，他們完全可以與城市同齡人一樣，借助于現(xiàn)代手段和信息技術(shù)完全可以獲取自己想要的不同知識(shí)，他們具有較強(qiáng)的信息獲取能力，其運(yùn)用的途徑、手段和方式也多種多樣，網(wǎng)絡(luò)和自媒體成為其了解外部世界的常用手段，這些新生代農(nóng)民工的知識(shí)獲取和知識(shí)更新速度和能力都與城市同齡人一樣。

圖1 新型電力系統(tǒng)以新能源為主體特征與專業(yè)人才培養(yǎng)映射關(guān)系

1.2 針對(duì)新型電力系統(tǒng)的數(shù)字化特點(diǎn)，本專業(yè)提出的知識(shí)、能力素質(zhì)要求

能源結(jié)構(gòu)的變革和信息通信技術(shù)、控制技術(shù)、人工智能等技術(shù)深度融合[8]，提出以電網(wǎng)為核心，與熱、冷、氣、交通等交互的能源網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)展構(gòu)成能源互聯(lián)網(wǎng)，而新型電力系統(tǒng)作為核心，為支撐能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，具備數(shù)字化的特征，實(shí)現(xiàn)整體感知、采集、控制及保護(hù)的智能化和一體化，需要電力、控制及信息等各項(xiàng)技術(shù)的融合。電氣工程與智能控制專業(yè)應(yīng)具備交叉學(xué)科的特性，培養(yǎng)的本專業(yè)技術(shù)人才需具備跨學(xué)科的復(fù)合基礎(chǔ)知識(shí)[9]。針對(duì)新型電力系統(tǒng)的數(shù)字化特點(diǎn)，本專業(yè)技術(shù)人才需要具備以下知識(shí)、能力素質(zhì)。

1.2.1 知識(shí)

基于傳統(tǒng)電氣工程學(xué)科的通識(shí)基礎(chǔ)及電力系統(tǒng)知識(shí)，需具備電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)及變壓器基本結(jié)構(gòu)原理知識(shí)，掌握結(jié)合控制系統(tǒng)的建模及控制方法，并可分析系統(tǒng)的相關(guān)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)具體設(shè)備的信號(hào)采集和傳感，應(yīng)用現(xiàn)階段工業(yè)控制器（PLC）和分布式控制系統(tǒng)（DCS）相關(guān)知識(shí)，基于電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代智能電網(wǎng)中一、二次過程的大數(shù)據(jù)融合，體現(xiàn)新型電力系統(tǒng)的數(shù)字化特征。

1）交叉學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)：面對(duì)新型電力系統(tǒng)的數(shù)字化特征，需具備信號(hào)系統(tǒng)的時(shí)域分析、頻域分析、圖形處理能力[10]，以及實(shí)現(xiàn)各信號(hào)的基本傳輸和通信基礎(chǔ)知識(shí)，包括模擬通信和數(shù)字通信、模擬信號(hào)數(shù)字化和數(shù)字信號(hào)最佳接收理論、數(shù)字通信中的編碼和同步技術(shù)等知識(shí)[11]，掌握在電力基礎(chǔ)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)測(cè)量感知的基本方法。

2）應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的自動(dòng)控制技術(shù)及實(shí)際控制系統(tǒng)的監(jiān)控與運(yùn)行知識(shí)：掌握基于系統(tǒng)的建模和分析方法，采用PLC 進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體知識(shí)，基于通信、測(cè)量及感知知識(shí)的分布式控制系統(tǒng)應(yīng)用于智能電網(wǎng)中的監(jiān)控和運(yùn)行基本知識(shí)。

3）以電力系統(tǒng)為核心的綜合自動(dòng)運(yùn)行和高壓設(shè)備保護(hù)的知識(shí)：以通信技術(shù)和控制基本系統(tǒng)作為實(shí)際載體，面對(duì)新型電力系統(tǒng)中的發(fā)電廠和變電所綜合自動(dòng)運(yùn)行和高壓輸電技術(shù)的發(fā)展，具備發(fā)電廠和變電所綜合自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)配置、保護(hù)與測(cè)控、系統(tǒng)監(jiān)控及安全自動(dòng)裝置知識(shí)[12]，及不同介質(zhì)的電氣強(qiáng)度、防雷裝置，輸電線路的過電壓及防雷保護(hù)、電力系統(tǒng)的絕緣配合等知識(shí)[13]。

1.2.2 行業(yè)需求及能力

電氣智能與控制專業(yè)面對(duì)電力系統(tǒng)數(shù)字化轉(zhuǎn)變的大趨勢(shì)，所培養(yǎng)的人才在今后本領(lǐng)域的崗位中應(yīng)具備電力系統(tǒng)中智能儀表的安裝調(diào)試及操作應(yīng)用能力，對(duì)控制系統(tǒng)所采集的智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的收集及分析能力，實(shí)際完成電廠和電網(wǎng)運(yùn)行的下位控制器操作及上位監(jiān)控系統(tǒng)的操盤能力，綜合自動(dòng)二次保護(hù)裝置的基本接線和排故能力，基于電力系統(tǒng)基本運(yùn)行知識(shí)的對(duì)一二次設(shè)備檢修和運(yùn)行維護(hù)及數(shù)據(jù)管理、分析的能力。

1.2.3 素質(zhì)需求

數(shù)字化的電力系統(tǒng)運(yùn)行中要求進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，做到通信及控制的高度集成自動(dòng)化，因此要求本專業(yè)技術(shù)人才在具體的運(yùn)行實(shí)踐過程中具有一絲不茍的嚴(yán)謹(jǐn)精神，具備遵守設(shè)備操作規(guī)范的行業(yè)行為習(xí)慣，并具備技術(shù)學(xué)習(xí)的積極態(tài)度。

基于上述知識(shí)、能力、素質(zhì)提取，針對(duì)新型電力系統(tǒng)數(shù)字化特征的培養(yǎng)映射關(guān)系如圖2 所示。

圖2 新型電力系統(tǒng)數(shù)字化特征與專業(yè)人才培養(yǎng)映射關(guān)系

2 應(yīng)對(duì)新型電力系統(tǒng)背景下的電氣工程與智能控制專業(yè)課程體系設(shè)置

為適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，電氣工程與智能控制專業(yè)作為適合行業(yè)發(fā)展的特設(shè)專業(yè)，保證電力系統(tǒng)緊跟能源結(jié)構(gòu)變化，滿足能源互聯(lián)網(wǎng)需求的以新能源為主體和數(shù)字化的特征，基于特征與知識(shí)、能力及素質(zhì)的特征提取，構(gòu)建符合新型電力系統(tǒng)行業(yè)崗位需求的課程體系，形成融合交叉、理論與實(shí)踐相結(jié)合的特色課程體系，圍繞電力系統(tǒng)的核心問題及服務(wù)核心技術(shù)崗位知識(shí)能力需求設(shè)置通識(shí)基礎(chǔ)課及專業(yè)課并將多學(xué)科基礎(chǔ)和面對(duì)行業(yè)發(fā)展的特色課程相融合。

1）分解電力系統(tǒng)需要的核心專業(yè)課：本專業(yè)人才培養(yǎng)的核心目標(biāo)是培養(yǎng)服務(wù)新型電力系統(tǒng)的技術(shù)人才，以電力系統(tǒng)為主線，設(shè)置核心專業(yè)課為發(fā)電廠電氣部分、電力系統(tǒng)分析、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。

2）滿足崗位需求的交叉學(xué)科課程：服務(wù)數(shù)字化特征的信號(hào)與系統(tǒng)、通信原理，監(jiān)控及操盤的基礎(chǔ)控制課程——自動(dòng)控制原理、PLC 控制技術(shù)、DCS技術(shù)及檢測(cè)和測(cè)量技術(shù)等課程。

3）按照能源結(jié)構(gòu)以新能源為主體的特征課程：風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、光伏發(fā)電與利用、風(fēng)能與太陽(yáng)能并網(wǎng)技術(shù)等課程。

4）反映行業(yè)發(fā)展的選修課程：電力系統(tǒng)仿真、高電壓技術(shù)、電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化、智能電網(wǎng)技術(shù)等課程。

5）支撐上述專業(yè)課的專業(yè)基礎(chǔ)和通識(shí)基礎(chǔ)課程：專業(yè)基礎(chǔ)課程包括電路、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)；通識(shí)基礎(chǔ)課程包括自然科學(xué)類的數(shù)學(xué)及物理課程及思政課程等。

基于上述課程并按照基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)至畢業(yè)設(shè)計(jì)的主線將理論充分結(jié)合實(shí)踐，反映專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的特征，按照上述本專業(yè)課程體系如圖3 所示。

圖3 面對(duì)新型電力系統(tǒng)的專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)

3 人才培養(yǎng)模式探討

針對(duì)新型電力系統(tǒng)和崗位人才培養(yǎng)需求的特征抽取，圍繞專業(yè)核心進(jìn)行課程體系設(shè)置，就具體如何實(shí)現(xiàn)能力培養(yǎng)的模式進(jìn)行探討。

3.1 理論與實(shí)踐相結(jié)合、知識(shí)與能力相統(tǒng)一

電氣工程與智能控制專業(yè)應(yīng)對(duì)行業(yè)發(fā)展所培養(yǎng)的人才不僅需要具備圍繞電力系統(tǒng)核心的一次、二次系統(tǒng)的知識(shí)，還需具備面對(duì)新型電力系統(tǒng)的新能源、通信及控制技術(shù)相關(guān)學(xué)科交叉知識(shí)，培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)可為能源互聯(lián)網(wǎng)的新型電力系統(tǒng)服務(wù)的技術(shù)人才。

實(shí)踐則是檢驗(yàn)理論課程有效性的重要方法。因此按照知識(shí)和能力的上升關(guān)系，通過課內(nèi)實(shí)驗(yàn)—課程設(shè)計(jì)—實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)—畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐課程設(shè)置思路，達(dá)到人才培養(yǎng)的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)與能力的統(tǒng)一，符合應(yīng)用型本科的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

3.2 學(xué)校與企業(yè)相聯(lián)合、需求與供應(yīng)相統(tǒng)一

學(xué)校所培養(yǎng)人才將服務(wù)于行業(yè)的各個(gè)崗位，本專業(yè)的人才培養(yǎng)依靠學(xué)校和企業(yè)的聯(lián)合培養(yǎng)，企業(yè)參與人才培養(yǎng)的全過程，包括人才培養(yǎng)方案的制定、培養(yǎng)目標(biāo)的共同確定和課程的設(shè)置，教學(xué)資源的共享可采用由企業(yè)工程師進(jìn)行實(shí)際教學(xué)、企業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)、校企共同建設(shè)校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室等合作模式，保證人才培養(yǎng)的方向與企業(yè)的崗位要求相一致，做到人才需求與學(xué)校供應(yīng)相統(tǒng)一。

3.3 教師與學(xué)管相配合、技術(shù)與思想相統(tǒng)一

電氣工程與智能控制專業(yè)人才將服務(wù)于電力系統(tǒng)各部門，電力系統(tǒng)是與國(guó)家各項(xiàng)工作相關(guān)的重要部門，在工作崗位中要求其具備過硬的思想和技術(shù)，具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拇髧?guó)工匠精神、熱愛行業(yè)及艱苦卓絕的工作態(tài)度，不斷堅(jiān)持技術(shù)學(xué)習(xí)的堅(jiān)韌態(tài)度，因此專業(yè)教師不僅僅要傳授技術(shù)知識(shí)，更需要與學(xué)生管理隊(duì)伍相互配合，使得課堂上專業(yè)教育與思政教育相結(jié)合，課堂下技術(shù)素質(zhì)培養(yǎng)與思想引領(lǐng)相結(jié)合，做到人才培養(yǎng)過程中技術(shù)和思想的統(tǒng)一。

4 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用型大學(xué)對(duì)人才的培養(yǎng)需緊跟行業(yè)的需求變化，面對(duì)“雙碳”目標(biāo)的提出，能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建使得電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出新的特征，尤其是以新能源為主體和數(shù)字化特征對(duì)電氣工程與智能控制專業(yè)提出新的要求，針對(duì)行業(yè)的需求進(jìn)行知識(shí)、能力的特征提取，對(duì)后續(xù)課程體系的確定十分重要。面對(duì)行業(yè)新特征，應(yīng)以需求—課程設(shè)置的模式并借助校企合作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)適合行業(yè)需求的技術(shù)人才培養(yǎng)。