智能電網電氣測量類課程改革若干思考
來源:用戶上傳
作者:
摘要：在信息化、網絡化和智能化飛速發展的時代背景下，電氣工程和信息工程相結合產生了智能電網信息工程專業。作為新專業，課程配置需要兼顧學科和專業方向發展，其核心課程電氣測量技術需要逐漸向智能電網領域滲透。為了健全專業建設適應社會需求，本文分析了傳統電氣測量技術存在的若干問題，提出智能電網電氣測量課程教學內容和教學方法的改革方案，通過刪減和擴充課程內容以及改進和完善教學方法，使電氣測量技術逐步適應和滿足智能電網的發展需求，為社會輸送更多合格的專業人才。
關鍵詞：智能電網;電氣測量;課程改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）20-0092-03
智能電網信息工程是電氣工程和信息工程交叉學科專業，以電力系統為背景，將信息技術融入電氣測量與控制，并向網絡化和智能化方向延伸。作為一門全國高校剛開辦不久的新專業，智能電網信息工程專業的教學課程內容非常寬泛，既有電力系統運行分析，又包含信息工程信號處理，教學形式亦多種多樣，還未形成一個統一的體系。其中的核心課程電氣測量技術，主要介紹電氣設備關鍵信號測量技術和方法，是獲取電力系統、電氣設備和電網運行參數或狀態信息的主要信息來源，在整個電力系統設備狀態監控中起著至關重要的作用，因而其地位相當重要[1]。傳統的電氣測量技術以電氣工程測量為主，隨著智能電網的出現和快速發展，該課程已不能滿足當前的社會需求，進行新的教學內容和教學方式探索，使之與其他先進信息技術同步發展刻不容緩。
一、傳統電氣測量技術的問題
電氣測量技術作為電氣工程類專業的核心課程，教學內容以電量參數、電路參數和信號參數測量為主，包括電壓、電流、功率、電阻、電容、電感、周期、頻率和相位等物理量測量;在涉及電機、變壓器等磁性設備時，還會遇到設備的磁通、磁感應強度和磁場強度等磁性參量測量[2]。對于傳統電氣工程，這些物理量的測量基本上可以獲得多數關鍵信號參數，能夠在有異常發生時解決大部分故障問題。但是隨著信息化和網絡化技術的發展，尤其是智能電網的快速發展，傳統基本電氣參量的測量時間、測量速度、測量方式和測量結果已不能滿足電網智能化信息處理的需求。
當前出版的電氣測量或電氣測試類本科教材多以傳統電氣工程參數測量為主，課程內容主要涉及基本電路參數測量、磁場磁路測量、多種傳感器和電測儀表原理等，比較基礎、陳舊。課程內容雖然具有一定的實用性，但是缺少現代信息化和智能化處理成分，與實際智能電網電氣設備中的電氣參量測量相比嚴重滯后，導致學生所學知識與智能電網一線工作崗位所需的知識儲備不完全一致，因此，無法滿足現代智能電網信息工程技術發展的社會需求。
在課堂教學上，傳統電氣測量技術重在講解基礎理論知識和構成原理，部分理論枯燥、晦澀、難懂，導致學生學習興趣下降，甚至產生抵觸和厭學情緒;而對應用技巧講解相對較少，學生僅對理論知識有表面印象，無法與實物對應起來，不能達到學與用的完全統一。實驗或實踐課程多以驗證性實驗為主，學生僅按照給出的實驗步驟按部就班操作即可完成，缺乏設計性和綜合應用性，不能發揮學生的主觀能動性和想象創造力。學生所學知識比較僵化，不能深層次掌握和靈活運用，將來畢業進入工作崗位，亦不能充分發揮專業特長。
二、智能電網電氣測量課程教學內容改革
為了滿足智能電網信息領域的人才需求，在當前信息化的社會環境下，僅僅采用原有的電氣測量技術課程教學內容，是遠遠不夠的。根據智能電網信息工程專業培養方案，完善和健全智能電網領域的專業技術知識，適當壓縮和刪減傳統測量系統中的不常用內容，擴充和增加智能電網先進測量測試實用技術，適應社會發展和企事業用人單位需求。
首先，在傳統電氣測量技術基礎上有針對性地增加智能電網常用測量技術和方法，拓展電氣測量在智能電網中的應用，使電氣測量技術向智能電網測量解決方案逐步轉化。利用先進傳感技術對智能電網中的重要運行參數或安全參數進行測量、處理和控制，維護智能電網的堅強性和魯棒性等性能。如利用先進磁阻傳感器進行變壓器瞬態磁場的點測量和監控、高壓輸電線路的非接觸式故障監測與定位、高壓傳輸線的運行參數監測等，利用光纖傳感器進行高壓輸電線的覆冰情況檢測和電力系統安全監測等[3]。
其次，在傳統電磁參量測量的基礎上增加智能電表和電能質量的測量，鞏固電氣測量綜合應用技巧。智能電表是典型的智能電網中的智能終端設備。隨著信息技術的發展，智能電表已不僅僅是傳統意義上的電能表，除了具備用戶用電量計量基本功能外，同時還能夠實現雙向多種費率計量功能、用戶信息控制功能以及多種數據傳輸模式雙向數據通信功能等，形成一個網絡化的用戶電量信息采集與控制系統。在電力系統中，由于非線性電力電子器件的廣泛應用，電網中的電壓和電流波形發生嚴重畸變，引起電網電能質量下降，導致用電設備不能正常工作，甚至引發故障。通過對電網的電壓、電流、頻率、相位、波形、平衡性等電能質量參數進行監測，實時了解電網負荷狀況，采取必要措施為用戶提供優質的電能服務，保證用電設備安全運行。通過增設智能電表和電能質量測量分析等內容，學習電能計量方法、用戶信息交換、遠程信息采集控制以及電能質量參數的測量與效率分析等知識點，能夠幫助學生深刻理解和掌握智能電網中的關鍵參數測算、計量、分析和控制等方法。
最后，在智能電網技術中，傳感與測量技術在智能電網系統監測、分析、控制中起著重要的基礎性作用，對于提高智能電網的可觀測性尤為重要。在廣域測量系統中，同步相量測量技術是當前電力系統和智能電網發展的前沿和主流方向。同步相量測量技術是基于高精度衛星同步時鐘信號，同步測量智能電網中的電壓、電流等相量，通過高速通信網絡傳送到主站，從而為大電網實時監測、分析和控制提供基礎信息[1]。因此，同步相量測量技術的學習對于了解智能電網廣域測量系統具有非常重要的意義。 三、智能電網電氣測量課程教學方式改革
面對新的教學內容，舊的教學方法已不能適應當前教學需求。為了提高教學質量，必須進行智能電網電氣測量技術課程教學方式改革。隨著教學改革的開展和深入，一些學校通過探索不同的教學方式，比如啟發式教學、導圖式教學和案例式教學等[4-5]，取得了一定的效果。本文借鑒優秀的教學成果，結合實際情況，針對智能電網電氣測量技術中的有關問題，在教學方法上提出改進方案。
首先，摒棄傳統灌輸式的單向教學模式，采用靈活可控的互動式教學方法引領課堂氛圍，加強授課內容針對性，突出重點知識。在課堂上，每一個知識點設置一個或多個問題，通過學生思考、回答和討論，加強師生及學生互相之間的交流和溝通。針對不同內容采取不同的授課方式，吸引學生注意力，激發學生興趣，提高學生學習積極性和主動性。基礎理論部分，除講述必要的結構組成和工作原理外，還需要補充理論的發展演變情況和最新研究成果，讓學生對基礎理論有更加透徹、系統和深入的了解。數據誤差處理是測量學科的必備知識，建議從數學和統計學的角度著重介紹常見技術指標，并通過實例的方式講解指標計算過程;而對于不常用指標，可作為課后作業，學生課外通過自學了解[6-7]。
其次，采用圖形化和模擬仿真現場的教學模式輔助教學。導圖式教學是一種圖形化的教學方式，對傳統文字教學起到較好的補充和改進作用。圖形化的色彩色調變化可以調動人的感官和想象，通過圖形化方法將晦澀的知識結構表示出來，使學生在傾聽教師語言講授的同時，還能結合圖形或圖畫展示加深對所講知識的理解。除了采用靜止的圖形或結構表示外，過程性課程內容還可使用動畫演示的方式，對具體操作步驟、測試位置、測試方法進行現場模擬和仿真，將電流流向、信號或波形傳輸與變化、同步信號波形等形象地表示出來。通過采用模擬仿真的方法將信號傳輸測試過程中的測試點位置、測試流程和測試結果等進行生動展示，學生一覽無余如親臨現場解決實際問題，極大地提高學生對課程的興趣。
最后，加強與企業合作。電氣測量技術是一門實踐性很強的課程，僅僅通過學校所學還不足以勝任工作崗位職責，需要大量增加實踐環節的參與和學習。通過與電氣設備企業和公司建立緊密的合作關系，將企業或公司的現場測試測量方法、測試方案、測試流程和步驟等實用性強的知識帶到課堂上，與教程中的理論知識相結合，使理論知識得到進一步升華，有利于學生更好地掌握課程知識，滿足社會和企業需求。除此之外，學院或教師盡可能地創造機會，使學生能夠在公司的電氣設備生產現場或智能電網運行狀態監測現場進行短期實習和實踐，跟隨工程師現場監測智能電網中的關鍵信號，參與到發現問題、分析原因和解決方案等環節中去，從而加深對智能電網電氣信號測試技術的掌握。
四、結語
近年來，隨著科技信息的快速發展，信息化、網絡化、智能化已成為時代發展的主體。高校中的不同學科相互交叉和融合，出現了很多新的發展方向。在大環境的影響下，傳統行業的電力系統發生了翻天覆地的變化，電氣工程與信息工程優勢結合產生了新的學科專業智能電網信息工程;然而，原有課程的教學內容已經不再滿足新專業的要求，必須進行有針對性的刪減、擴充和更新，相對應的教學方法也需要進行適當的改革。作為核心課程的智能電網電氣測量技術，將電氣測量應用到智能電網系統中，力求改革，推陳出新，不斷滿足智能電網信息工程專業人才培養指標。本課程改革也將進一步促進智能電網信息工程新專業建設，適應不斷變化的社會需求，為社會培養出更多合格的人才。
參考文獻：
[1]劉振亞.智能電網技術[M].北京：中國電力出版社，2010.
[2]徐科軍，馬修水.面向電氣類專業的《電氣測試技術》教材編寫分析[J].中國電力教育，2013，33（046）：110-111.
[3]Huang Q，Jing S，Yi J，et al.Innovative testing and measurement solutions for smart grid[M].John Wiley & Sons，2015.
[4]陳麗丹，張堯，蔡麗娟."電氣測試技術"課程多種教學模式探索與實踐[J].中國電力教育，2013，（14）：61-62.
[5]丁曼.淺談思維導圖在《電氣測量技術》課程教學中的應用[J].教育教學論壇，2018，7（30）：180-181.
[6]瞿曉，侯北平，沈立民，等.應用型本科教學電氣測量技術課程改革的思考與探索[J].教育教學論壇，2016，4（15）：273-274.
[7]邱雄邇，李輝，劉新波.提高《電氣測量技術》課程教學質量的思考[J].福建電腦，2017，33（9）：61-61.
轉載注明來源:http://www.hailuomaifang.com/9/view-14826908.htm
