新型“電力系統(tǒng)繼電保護原理”課程改革研究

王 艷，王 雪，戴志輝，徐 巖，焦彥軍

（華北電力大學 電氣與電子工程學院，河北 保定 071003）

“碳達峰、碳中和”是我國“十四五”污染防治的主攻方向。構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是加速“雙碳”目標實現(xiàn)的關鍵。雙碳目標下新型電力系統(tǒng)專業(yè)課程應做到與時俱進，調(diào)整更新課程相關內(nèi)容，開展課程思政體系建設。我們應遵循人才成長規(guī)律，形成以學生為中心的教學模式；理論聯(lián)系實踐，不斷整合和優(yōu)化實踐教學環(huán)節(jié)，以培養(yǎng)新工科背景下多元化、創(chuàng)新型、應用型的卓越工程人才。華北電力大學繼電保護教學團隊以雙碳目標下新型電力系統(tǒng)的構建為背景，積極開展雙碳目標下新型“電力系統(tǒng)繼電保護原理”課程的教學改革與實踐探索。

一、優(yōu)化調(diào)整課程內(nèi)容，保持前沿性和先進性

目前大多數(shù)高校的“電力系統(tǒng)繼電保護原理”課程講授內(nèi)容均為交流電網(wǎng)所配置的傳統(tǒng)繼電保護原理，包括：階段式保護（電流保護、距離保護）、輸電線路縱聯(lián)保護、自動重合閘及主元件保護（變壓器、發(fā)電機、母線）。

隨著以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的構建，低碳電網(wǎng)呈現(xiàn)出“可再生能源發(fā)電”和“交直流混聯(lián)”兩大主要特征。風電、光伏等波動性發(fā)電給電網(wǎng)調(diào)控和穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)。交直流混聯(lián)使得電網(wǎng)故障特征更加復雜，故障判斷更加困難。隨著新能源占比的提高，系統(tǒng)慣性下降，局部故障在連鎖反應下可能影響電網(wǎng)全局，導致大面積停電的潛在風險，傳統(tǒng)的安全防御體系受到挑戰(zhàn)。而“電力系統(tǒng)繼電保護原理”本科課程內(nèi)容更新速度較慢，并未涉及直流電網(wǎng)的保護內(nèi)容及交流混聯(lián)電網(wǎng)的系統(tǒng)保護內(nèi)容；但該部分內(nèi)容是現(xiàn)今電力系統(tǒng)面臨的主要問題之一，在電網(wǎng)發(fā)生故障時需要保護工作人員具備一定的故障分析能力和處理能力。為培養(yǎng)雙碳目標下新型電力系統(tǒng)繼電保護多元化、創(chuàng)新型、應用型人才，“電力系統(tǒng)繼電保護原理”課程內(nèi)容需緊跟行業(yè)發(fā)展，凝練“雙碳”目標下新型電力系統(tǒng)繼電保護技術的重點和難點，適當增加直流電網(wǎng)保護、特高壓電網(wǎng)保護及交直流混聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)保護等相關知識點，精心打磨課程內(nèi)容、整合教學資源，不斷調(diào)整、優(yōu)化和更新課程教學內(nèi)容和實踐教育方案，使得課程內(nèi)容不斷推陳出新，始終保持教學內(nèi)容的前沿性和先進性。

二、提升教學理念，轉變教學范式，推進課程思政建設

“電力系統(tǒng)繼電保護原理”課程的講授過程中，應遵循教育教學和人才成長規(guī)律，積極推動課堂教學革命，探索課程教學范式和學生學習方式的轉變，從“以教為主”的教學范式，向“以學為主”的教學范式轉變，形成以人為本、以學生為中心，以應用為導向的教學理念。

華北電力大學繼電保護課題組老師為實現(xiàn)全程育人、全方位育人，在教學過程中積極推進課程的思政建設，深入分析和挖掘蘊含在電力系統(tǒng)繼電保護課程中的思政教育資源，將保護課程相關專業(yè)知識點與思政案例有機融合，達到“潤物細無聲”的育人目標。在知識傳授過程中融入價值引領，讓學生學習知識的同時，提升創(chuàng)新思維與能力，培養(yǎng)辯證唯物主義世界觀、樂觀向上人生觀、愛國敬業(yè)價值觀，構建“知識、能力、素質(zhì)”一體的課程目標。下文給出了幾個保護專業(yè)知識點與思政元素結合的例子：在講授電力系統(tǒng)對繼電保護的“四性”要求時，引導學生用馬克思辯證唯物主義的理論和方法去理解和把握繼電保護系統(tǒng)的矛盾性和統(tǒng)一性；在講授電力系統(tǒng)三段式電流保護時，通過電流保護I段、II段和III段之間的配合關系，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)調(diào)能力和團隊合作精神；在講授電力系統(tǒng)距離保護時，可引用中國微機繼電保護之父，我校楊奇遜院士艱苦奮斗、攻堅克難的例子，去激發(fā)學生的愛國敬業(yè)價值觀等。

三、整合教學資源，豐富教學手段，形成以學生為中心的立體化教學模式

以“電力系統(tǒng)繼電保護原理”課程為主要載體，打磨形成知識、素質(zhì)、能力多元目標一體化的課程教學內(nèi)容。采用案例分析法、問題啟發(fā)式、互動教學法、類比教學法等多種教學方法，系統(tǒng)地梳理已學章節(jié)內(nèi)容及后續(xù)知識如何有效銜接。同時結合動畫與動態(tài)電路的演示，不斷激發(fā)學生思考，讓學生知道“如何學”“如何做”“如何思維”。通過課內(nèi)課外、線上線下相結合的新型教學模式，拓展學生培養(yǎng)渠道，實現(xiàn)以學生為中心的立體化教學。

以知識點、技能點為出發(fā)點，以知識框架為脈絡，以素質(zhì)能力培養(yǎng)為目標，借助課堂派，打造全過程“學習”平臺（如圖1所示）。通過課前資源共享，課上積極互動，課下仿真實踐環(huán)節(jié)，全過程、全方位調(diào)動學生的學習興趣，在使學生牢固掌握知識點的同時，培養(yǎng)學生對知識點的靈活運用能力，增強學生解決復雜電氣工程問題的能力。

圖1 打造全過程“學習”平臺

教學過程中的具體環(huán)節(jié)和相關模塊包括：（1）課前資源模塊。教師指導學生提前做準備，通過課堂派，提前發(fā)布教學課件與本節(jié)課將要學習內(nèi)容的相關微資源。提醒學生預習，同時收集學生對預習材料的相關反饋意見。（2）課中互動模塊。根據(jù)學生的“問題發(fā)現(xiàn)”和相應的內(nèi)容體系，在課堂上組織學生對知識點、難點進行研討，在教師的組織引導下完成教學大綱的目標要求，并深化對教材內(nèi)容的理解和掌握。以電流速斷保護整定計算為例，進行課堂時間分段的教學設計。一環(huán)節(jié)從緒論部分主后備保護定義著手，引導學生思考電流速斷保護所屬類型，引出電流速斷保護基本概念。二環(huán)節(jié)通過繼電保護“四性”的辯證統(tǒng)一關系及影響短路電流大小的因素著手，組織學生研討電流速斷保護整定計算中短路電流取值大小問題，分析取值依據(jù)。三環(huán)節(jié)教師總結，給出電流速斷保護整定計算原則，并分析其優(yōu)缺點。四環(huán)節(jié)從知識點的實際應用、理論與實際的聯(lián)系著手，對比分析電流速斷保護在不同線路應用中所表現(xiàn)出的靈敏性差異，以拓展知識的深度和廣度。在實際工程案例基礎上，讓學生對比分析短線路和線路-變壓器組二者電流速斷保護的保護范圍，以達到學以致用。（3）課后補充資源模塊。結合課堂知識點主題，尋找能夠幫助理解和有利于深化認識的工程實際案例及相關資源材料，整理后展示，同時對課后作業(yè)進行分類。作業(yè)1為基本知識，針對少數(shù)基礎較差的同學，使他們通過認真聽講就能夠完成作業(yè)，從而獲得自信，完成后續(xù)課程的學習；作業(yè)2為簡單電力系統(tǒng)繼電保護的整定計算，面向電氣工程學科大多數(shù)學生，通過作業(yè)鞏固所學知識點，并具備一定的分析計算能力；作業(yè)3為復雜工程案例的整定計算，針對學有余力的同學，使其能夠靈活運用所學知識來解決復雜電氣工程問題。通過作業(yè)分類環(huán)節(jié)的實施，使不同層次的同學都得到鍛煉。

整合現(xiàn)有的教學資源，有效應用課堂派等交流平臺實現(xiàn)資源共享，進而不斷豐富教學手段，不斷進行智慧教學探索。通過課內(nèi)課外、線上線下相結合的新型教學模式，拓展學生的培養(yǎng)渠道，實現(xiàn)以學生為中心的多元化、立體化教學。

四、加強校企聯(lián)合，深化產(chǎn)教融合，打造校企、師生學習共同體

加強校企聯(lián)合，深化產(chǎn)教融合，在以工程實踐推動創(chuàng)新能力培養(yǎng)，以工程創(chuàng)新促進研究性教學的目標指引下，深入探索新工科背景下的校企實踐合作方式，形成實質(zhì)化的校企合作實踐模式，建立專業(yè)教師與企業(yè)定期交流培訓制度，打造校企“雙師型”教學隊伍，促進產(chǎn)學研深度融合的長效合作機制。

通過“走出去、請進來”的模式發(fā)揮校內(nèi)外資源優(yōu)勢，組織教師和學生到相關繼電保護生產(chǎn)廠家及供電企業(yè)進行實地參觀考察，認識和發(fā)現(xiàn)實際工程中存在的問題；邀請繼電保護生產(chǎn)廠家及供電企業(yè)人員參與校內(nèi)實踐基地建設和教學指導，使教學內(nèi)容更加豐富、更加貼近實際。為了培養(yǎng)學生獨立分析、解決復雜問題的能力，根據(jù)繼電保護課程的特點，結合工程需求及生產(chǎn)實際，在“電力系統(tǒng)繼電保護原理”課程的教學實驗環(huán)節(jié)中，依托教學團隊自主研發(fā)的“電力系統(tǒng)繼電保護通用實驗平臺”，開展了“基礎性+創(chuàng)新性”實驗教學。學生可以根據(jù)興趣自行進行實驗設計、自行進行實驗操作，引導學生的科研實驗思維，強化學生的實踐能力，培養(yǎng)學生用理論知識分析和解決實際問題的能力，從而實現(xiàn)繼電保護專業(yè)的多層次、多維度、全方位的實踐教學，全面增強學生的創(chuàng)新思維能力+動手實踐能力，注重工程教育，做到人才培養(yǎng)與生產(chǎn)實際的無縫連接。

通過校企聯(lián)合，深化產(chǎn)教融合，打造校企、師生學習共同體，探討雙碳目標下職業(yè)能力與素養(yǎng)相融合的繼電保護實踐教學方法，構建“厚基礎、重實踐、突特色”的繼電保護專業(yè)實踐教學體系；打造能力強、素質(zhì)硬、產(chǎn)教融合的“雙師型”優(yōu)秀教學團隊；構建科研與教學相結合、“產(chǎn)學研”有效銜接的人才培養(yǎng)模式；培養(yǎng)新工科背景下多元化、創(chuàng)新型、應用型的保護專業(yè)卓越工程人才；促進校企的共生共贏，為師生搭建成長平臺，實現(xiàn)師生的共同成長。

隨著雙碳目標下新型電力系統(tǒng)的構建，系統(tǒng)發(fā)生故障后其故障特征更為復雜，繼電保護需要與電力電子控制、系統(tǒng)穩(wěn)定、多種能源優(yōu)化控制相協(xié)調(diào)，共同提升系統(tǒng)的安全防御能力和韌性，因此對新工科背景下多元化、創(chuàng)新型、應用型繼電保護專業(yè)工程人才的需求更加迫切。本教學團隊通過不斷調(diào)整、優(yōu)化和更新課程相關內(nèi)容，以保持教學內(nèi)容的前沿性和先進性；通過提升教學理念、轉變教學范式，推進繼電保護原理課程的思想政治建設；通過整合教學資源、豐富教學手段，形成了以學生為中心的立體化教學模式；加強校企聯(lián)合，深化產(chǎn)教融合，打造校企、師生學習共同體，促進校企共生共贏，實現(xiàn)師生共同成長；以培養(yǎng)新工科背景下多元化、創(chuàng)新型、應用型的繼電保護專業(yè)卓越工程人才。