電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)學(xué)位碩士實(shí)踐課程中教學(xué)案例構(gòu)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(tǒng)及其自動化專業(yè)學(xué)位碩士研究生、構(gòu)建專業(yè)實(shí)踐課程的教學(xué)案例庫建立方法。通過分析當(dāng)前電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)學(xué)位碩士課程設(shè)置存在的問題，結(jié)合該專業(yè)涵蓋的研究方向，重點(diǎn)研究了以電力科技項(xiàng)目為背景的兩個教學(xué)案例建立方法。通過案例描述、課程作業(yè)要求及專業(yè)實(shí)踐能力培養(yǎng)三個方面詳細(xì)設(shè)計(jì)，反映了案例對提升學(xué)生電力實(shí)際生產(chǎn)認(rèn)知和專業(yè)實(shí)踐能力具有顯著意義。

關(guān)鍵詞：專業(yè)學(xué)位碩士；專業(yè)實(shí)踐課程；教學(xué)案例

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

引言

專業(yè)學(xué)位碩士是以培養(yǎng)具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)、適應(yīng)特定行業(yè)或職業(yè)實(shí)際工作需要的應(yīng)用型高層次專門人才為目標(biāo)設(shè)立的，是有效推進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措。相對于學(xué)術(shù)型學(xué)位碩士而言，專業(yè)學(xué)位碩士更偏重技術(shù)實(shí)踐，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。[1]

作者所在單位三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，其專業(yè)學(xué)位碩士招生規(guī)模發(fā)展迅速，學(xué)院立足于培養(yǎng)面向企業(yè)、兼具工程實(shí)踐能力和理論基礎(chǔ)的專業(yè)學(xué)位碩士一流人才，針對專業(yè)學(xué)位碩士的培養(yǎng)，在培養(yǎng)方案制定、配套課程體系建設(shè)、實(shí)踐基地建設(shè)等方面也開展了大量工作。但是，在培養(yǎng)模式改革的過程中，關(guān)于教學(xué)課程設(shè)置的針對性上依然存在亟需解決問題，具體表現(xiàn)在專業(yè)碩士學(xué)位實(shí)踐課程及其教學(xué)與學(xué)術(shù)型碩士趨同，專業(yè)碩士學(xué)位的“職業(yè)性、實(shí)踐性”特征未有效體現(xiàn)。對此，本文以電氣工程一級學(xué)科下屬電力系統(tǒng)及其自動化二級學(xué)科方向?yàn)閷ο螅芯繉I(yè)學(xué)位研究生專業(yè)實(shí)踐課程中教學(xué)案例庫的建立方法。

一、當(dāng)前專業(yè)學(xué)位研究生課程建設(shè)存在的問題

在專業(yè)學(xué)位碩士課程建設(shè)方面，也有一些高校開始了相關(guān)研究和實(shí)踐。天津理工大學(xué)丁素萍教授提出了理工科院校翻譯碩士專業(yè)學(xué)位的課程設(shè)置的理論認(rèn)知和實(shí)踐模型[2]；湖北第二師范學(xué)院對教育碩士專業(yè)學(xué)位之實(shí)踐課程及其教學(xué)進(jìn)行了探索[3]；東北大學(xué)理學(xué)院開設(shè)了“無機(jī)材料結(jié)構(gòu)表征技術(shù)課程”[4]。由此可見，針對專業(yè)碩士學(xué)位研究生開設(shè)專門工程實(shí)踐課的相關(guān)研究較少，在電氣工程專業(yè)方向則未見報(bào)道。因此，本文通過研究針對電氣工程專業(yè)學(xué)位碩士研究生的工程實(shí)踐課程體系建設(shè)中實(shí)踐教學(xué)案例庫的建立方法。

二、科技項(xiàng)目依托的教學(xué)案例建立

結(jié)合電力實(shí)際生產(chǎn)和電力科技項(xiàng)目背景，對電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)碩士學(xué)位研究生相關(guān)專業(yè)案例庫進(jìn)行分析，通過提供案例庫基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，要求學(xué)生以課程作業(yè)形式完成相關(guān)內(nèi)容要求。

（一）案例1——某電網(wǎng)風(fēng)電功率波動特征提取

（1）案例描述。案例1以某國家支撐計(jì)劃項(xiàng)目為背景建立，該項(xiàng)目則依托某省級電網(wǎng)為對象開展理論和工程示范研究。該省網(wǎng)示范地區(qū)接入了大量間歇性風(fēng)電功率，項(xiàng)目一項(xiàng)重點(diǎn)研究內(nèi)容是對風(fēng)電功率波動特征進(jìn)行定量分析，從而為電網(wǎng)有功功率控制提供應(yīng)用基礎(chǔ)。案例提供該地區(qū)2014年4月-2015年3月期間346MW風(fēng)電有功功率歷史數(shù)據(jù)（Excel格式），數(shù)據(jù)每1min一個間隔，以此為基礎(chǔ)分析風(fēng)電有功功率波動統(tǒng)計(jì)特性。

（2）課程作業(yè)要求。①對現(xiàn)場SCADA歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行不良數(shù)據(jù)處理，進(jìn)一步根據(jù)有功波動的時(shí)間尺度（例如5min、15min）重新計(jì)算獲得新的功率波動隨機(jī)樣本；②對獲得的功率波動隨機(jī)樣本，計(jì)算樣本的數(shù)學(xué)期望、方差、最大值/最小值等特征量；③隨機(jī)樣本統(tǒng)計(jì)分布特性建模。分別利用參數(shù)估計(jì)和非參數(shù)估計(jì)擬合數(shù)據(jù)樣本的概率密度函數(shù)f（x），得到數(shù)據(jù)樣本直方圖、正態(tài)分布概率密度估計(jì)函數(shù)曲線、t分布概率密度估計(jì)函數(shù)曲線、高斯核密度估計(jì)函數(shù)曲線；④計(jì)算f（x）對應(yīng)累積概率分布CDF和逆累積概率分布iCDF，得到iCDF的函數(shù)F（x）-1=ξ=iF（p）。其中，ξ為對應(yīng)某置信水平的風(fēng)電功率波動量，p為反映置信水平的概率值；⑤學(xué)生利用Matlab工具軟件完成上述內(nèi)容；⑥學(xué)生以小組為單位，撰寫分析報(bào)告，制作PPT進(jìn)行匯報(bào)答辯。

（3）專業(yè)實(shí)踐能力培養(yǎng)。①培養(yǎng)學(xué)生利用電網(wǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行理論分析的能力，深刻理解風(fēng)電功率波動的特性；②培養(yǎng)學(xué)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(wǎng)影響分析

（1）案例描述。案例2仍然以某國家支撐計(jì)劃項(xiàng)目為背景建立，項(xiàng)目依托某省級電網(wǎng)為對象開展理論和工程示范研究。該省網(wǎng)示范地區(qū)接入了大量間歇性風(fēng)電功率，項(xiàng)目一項(xiàng)基礎(chǔ)研究內(nèi)容是對風(fēng)電、小水電接入對電網(wǎng)影響及問題分析驗(yàn)證，為后續(xù)電網(wǎng)研究方案制定提供依據(jù)。示范地區(qū)如圖2所示，該地區(qū)接入了大量間歇性風(fēng)電和小水電，并通過3條聯(lián)絡(luò)線與外部電網(wǎng)聯(lián)接。案例提供BPA網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

（2）課程作業(yè)要求。①在豐小、豐大、枯小、枯大和平水期5種運(yùn)行方式下，風(fēng)電、小水電出力變化時(shí)，利用BPA軟件包對間歇性電源接入后電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓變化狀況進(jìn)行分析。對于存在節(jié)點(diǎn)電壓越限情況，提出解決措施，并仿真驗(yàn)證改善效果；②聯(lián)絡(luò)線1、2、3分別斷開時(shí)，在各種運(yùn)行方式下，風(fēng)電、小水電出力變化時(shí)，利用BPA軟件包再次分析間歇性電源接入后電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓變化情況。對于存在節(jié)點(diǎn)電壓越限情況，提出解決措施，并仿真驗(yàn)證改善效果。比較①和②各節(jié)點(diǎn)電壓的不同，分析總結(jié)原因；③風(fēng)電、小水電出力由0-100%變化時(shí)，利用BPA軟件仿真分析兩條外送聯(lián)絡(luò)線功率變化情況，驗(yàn)證功率增長是否超過熱穩(wěn)定極限。當(dāng)存在聯(lián)絡(luò)線功率熱穩(wěn)定越限時(shí)，提出解決措施、仿真驗(yàn)證改善效果；④學(xué)生利用BPA工具軟件完成上述內(nèi)容；⑤學(xué)生以小組為單位，撰寫分析報(bào)告，制作PPT進(jìn)行匯報(bào)答辯。

（3）專業(yè)實(shí)踐能力培養(yǎng)。①通過實(shí)際電網(wǎng)的案例學(xué)習(xí)和獨(dú)立分析計(jì)算過程，讓學(xué)生接觸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，加深對電網(wǎng)電源、線路、負(fù)荷、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜偷湫瓦\(yùn)行方式等概念對象的認(rèn)知；②BPA是電網(wǎng)公司常用系統(tǒng)分析工具軟件，其數(shù)據(jù)與實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)貼近，掌握BPA軟件包使用方法，為畢業(yè)從事相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。

四、結(jié)論

以培養(yǎng)專業(yè)學(xué)位碩士研究生實(shí)踐能力為導(dǎo)向，研究了建設(shè)面向?qū)I(yè)實(shí)踐性強(qiáng)的課程教學(xué)案例庫的方法。建立了“某電網(wǎng)風(fēng)電功率波動特征提取”和“間歇性電源接入某電網(wǎng)影響分析”兩個學(xué)習(xí)案例，適用于電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)碩士學(xué)位研究生。兩個課程案例來源于電力公司科技項(xiàng)目，案例學(xué)習(xí)內(nèi)容緊密結(jié)合電力生產(chǎn)運(yùn)行現(xiàn)場，通過學(xué)習(xí)案例和完成課程作業(yè)可培養(yǎng)學(xué)生利用BPA、Matlab軟件解決實(shí)際專業(yè)問題能力，提高學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力。該兩項(xiàng)教學(xué)案例可拋磚引玉，為電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)其他方向案例庫的建設(shè)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國研究生招生信息網(wǎng)專業(yè)學(xué)位與學(xué)術(shù)學(xué)位的關(guān)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(yè)學(xué)位（MTI）的課程設(shè)置的理論認(rèn)知和實(shí)踐模型[J].山東外語教學(xué)，2012，33（6）：102-108.

[3]陳納.學(xué)前教育專業(yè)碩士實(shí)踐課程體系構(gòu)建與實(shí)施探索——以湖北第二師范學(xué)院為例[J].湖北第二師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，33（5）：81-85.

[4]張霞，徐欣欣.無機(jī)材料結(jié)構(gòu)表征技術(shù)課程的開設(shè)[J].大學(xué)化學(xué)，2011，26（4）：26-28.