“雙碳”目標下電力系統分析課程教學改革研究

［摘 要］文章以教育部《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養體系建設工作方案》為指導，結合“雙碳”目標對電力系統分析課程進行教學改革：將思政元素融入電力系統技術發展脈絡，強化學生國家戰略意識；以交叉學科建設和產教協同為路徑，培養具備碳核算、智能電網等前沿技術能力的復合型人才；采用虛擬仿真、案例驅動等多元化教學方法提升學生的實踐能力；引入企業評價與動態反饋機制，完善課程評價體系。文章旨在為電力系統分析課程改革提供理論支撐與實踐指引，助力“雙碳”目標實現。

［關鍵詞］電力系統分析；復合型人才培養；教學改革；“雙碳”目標

［中圖分類號］G642 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）15-0074-05

隨著“雙碳”目標的提出，為有效實現可再生能源較快替代化石能源，推動能源綠色高效發展，以新能源為主體的新型電力系統成為電力行業的發展方向[1]。《新型電力系統發展藍皮書》編寫組組員、南網能源院電力規劃中心研究員雷成認為：“技術創新在建設新型電力系統過程中起到支撐作用，是破解能源電力安全、綠色、經濟‘不可能三角’的關鍵。”[2]技術創新的關鍵在于人才培養，高校作為國家創新體系的重要組成部分，是創新人才培養的主要陣地，而面對電力行業的新發展、新趨勢，電氣工程及其自動化專業的人才培養需契合時代發展的需求[3]。

電力系統分析作為電氣工程及其自動化專業的核心課程之一，其內容涉及電力系統運行特點及要求、元件模型及參數、潮流分析與計算、調頻與調壓、短路故障分析、穩定性分析等，為學生后續學習電力系統自動化、繼電保護原理等專業課程奠定了基礎。然而，隨著以“安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合”為特征的新型電力系統快速發展，以及電力行業對創新型人才需求的提升[4]，該課程的教學已經出現與行業發展脫節的現象。結合電力行業發展前沿對該課程的教學進行改革與優化，使其更好地服務國家戰略需求[5]，對新型電力系統的發展具有重要的現實意義和長遠的戰略意義。2022年4月教育部出臺《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養體系建設工作方案》（以下簡稱《工作方案》），指出高校要以服務新型電力系統建設為重點，明確要求深化產教融合協同育人，以智能化、綜合化等為特色強化電氣類人才培養[6]。在“雙碳”目標下，電氣工程人才培養需求已經從單一技術型向復合技術型轉變，具體如圖1所示。

因此，在國家大力推動新型電力系統升級建設的大環境下，本文以《工作方案》的要求為出發點開展教學改革，闡釋電力系統分析課程教學中的痛點問題，并從產教深度融合的角度設計改革路徑，旨在培養學生的創新能力、實踐能力和跨學科綜合能力等，從而使其更好地適應新型電力系統發展的需求。

一、電力系統分析教學現狀

當前電力系統分析的教學模式以理論授課為主，課程內容以傳統高壓輸電網絡為主，并未考慮新型電力系統呈現出來的新特征。這難以完全達到《工作方案》中的培養要求，即要求學生能夠掌握新型電力系統的各項關鍵技術及理論知識，并且能夠運用理論知識解決新型電力系統技術發展及工程應用等實際問題。為加快電力行業低碳轉型、滿足“雙碳”目標對創新工程人才的需求，電力系統分析課程教學亟待解決以下痛點問題。

（一）思政元素設計表層化

當前電力系統分析教學過程對思政元素的融入僅停留在“貼標簽”層面，未將思政內涵與專業知識深度融合。例如，緒論中對新型電力系統的介紹，僅強調技術先進性而忽視其對“雙碳”目標的支撐作用，使得學生難以理解技術背后的國家戰略意義與自己應該承擔的社會責任。同時，當前教學未能將碳核算、碳交易機制等“雙碳”相關知識點融入教學活動中。例如，潮流計算中未結合碳排放約束模型，使得學生無法從技術視角理解低碳電力系統設計的必要性。

（二）教學模式缺少對創新能力的培養

首先，當前課程體系主要側重于對電力專業基礎知識的講授，且傳統案例多基于經典電力系統問題，對新能源并網、“雙碳”目標等實際場景僅在緒論中簡單介紹，導致學生難以理解技術變革的實際需求，學生知識結構與社會需求存在斷層。其次，新能源背景下電力系統需融合多學科知識（如能源互聯網、儲能技術），但現有課程體系仍以穩態分析、暫態分析為主，缺乏跨學科整合，導致學生難以應對復雜工程問題。例如，在高比例新能源接入電力系統中，僅依據傳統的電力平衡特性和分析方法并不能完全解決當前電網存在的問題，需要充分考慮風電、光伏發電的波動性、不確定性給電量平衡、系統穩定運行等帶來的影響，這就需要在教學中引導學生用創新思維分析問題、解決問題，并將該領域最新科研成果向學生展示，激發學生的求知欲。最后，當前教學對實踐能力的培養僅停留在課內實驗，未引入虛擬仿真、校企合作等現代手段，導致學生難以接觸電力系統實際運行案例，工程思維和創新能力培養受限。

（三）教學方法缺少創新思維的引導

當前課程在教學中雖然引入了實際電網工程案例，但主要集中在緒論部分，缺少促進學生創新思維培養的案例。例如，無功補償主要基于架空線路作為調控對象進行分析，無法適應具有“雙高”特性的新型電力系統。而引入基于碳化硅的新型無功補償以及儲能作為輔助調壓手段的工程案例，則需要學生在掌握調壓原理的基礎上對最新電力電子技術、統計學以及儲能專業知識有所了解，這將涉及電力系統分析課程與其他學科的融合，要求學生敢于挑戰，善于發散思維，能從錯綜復雜的問題中找出解決之法。

（四）課程探究活動較少

在當前的教學中，雖然學生能夠熟練掌握電力系統分析的理論知識，但是僅有8個學時的課內實驗，探究活動較少，難以讓學生深刻理解電力系統運行的內涵。此外，學生直接在實驗平臺上進行操作時，部分概念較抽象，而實驗現象常瞬間變化，導致學生運用所學專業知識分析問題、解決問題的效果較差，這對提升學生的動手能力以及培養學生的想象力和創新思維形成了阻礙。

（五）課程評價方式單一

當前課程對學生的考核主要基于期末考試成績、課內實驗成績與平時成績，其中期末考試成績占到總成績的60%，主要考查學生對知識的記憶。課內實驗由于課時有限，未能有效激發學生參與實踐的積極性與主動性，其成績不能較全面反映學生解決復雜工程問題的能力，不利于學生的實踐技能、創新思維能力以及團隊合作能力等的培養。

綜上所述，要解決當前電力系統分析教學中存在的問題，需要從多方面進行改革，以促進學生綜合能力的提升，實現新型電力系統建設與發展背景下創新型電氣人才的培養目標。

二、產教融合理念教學模式改革的方法與路徑

在新型電力系統建設與發展背景下，高校肩負著電力人才培養的重任，而產教融合理念的核心內容是通過產業與教育的深度合作，促進資源互通、優勢互補，實現人才培養、科技創新與產業發展的有機統一[7]。本文基于產教融合理念，以培養創新型人才為中心，分別從思政元素融合、課程體系重構、教學方法優化以及多元化課程評價四個方面入手，改革電力系統分析課程教學，旨在使培養出的人才能夠有效服務國家戰略、引領電力產業發展。

（一）課程思政：融入國家戰略，厚植綠色使命

1.思政元素與專業知識的深度融合

電力系統分析課程需立足“雙碳”目標，挖掘電力技術發展中的思政內涵，通過將思政元素有機融入課程內容并貫穿始終，實現知識傳授與價值引領的有機統一，幫助學生樹立正確的價值觀和職業觀。思政元素與專業知識的融合主要從以下三個維度開展。

歷史維度：在講解電力系統發展歷程時，突出我國從煤電主導到風光儲協同的轉型成就；在講解電力調度系統時，可以引入我國電力調度系統的發展歷程和成就，讓學生了解我國在電力調度系統領域的技術進步和創新成果，強調科技創新對國家能源安全的戰略意義，培養學生的民族自豪感。

責任維度：通過分析電力系統穩定性案例（如新能源并網引發的頻率波動問題），引導學生認識電力安全對經濟社會穩定的重要性，強化“能源報國”的使命感，增強學生的責任意識和使命擔當。

生態維度：結合“碳中和與可持續發展”學科建設思路，將碳核算、碳足跡評估等知識點融入潮流計算、經濟調度等教學內容，培養學生綠色低碳的工程倫理觀；在討論新能源并網技術時，引導學生思考能源轉型與可持續發展戰略，培養學生的生態文明意識。

2.實踐載體與價值引領的協同設計

借鑒問題導向教學模式[8]，設計“雙碳”主題實踐項目。例如，要求學生基于某區域電網數據，制定兼顧經濟性與低碳性的調度方案，并分析其對社會碳排放強度的影響。同時，通過校企合作平臺（如全國雙碳行業產教融合共同體）引入電力企業真實案例，讓學生在解決復雜工程問題的過程中深化對綠色發展理念的認同。

（二）創新型人才培養：交叉學科驅動，強化產教協同

電力系統分析課程通過創新意識、創新思維、創新能力三個維度培養電力創新型人才，依托學校與企業協同共建，形成“教育賦能產業、產業反哺教育”的良性循環，推動經濟高質量發展與人才高質量培養的雙贏。具體培養措施如下。

1.課程體系重構：面向“雙碳”目標的前沿拓展

前沿技術講座：將“新型電力系統挑戰與發展趨勢”專題講座融入緒論，邀請企業專家介紹“雙碳”目標下新型電力系統關鍵技術，增強課程內容的吸引力與前沿性，在潛移默化中引導學生形成創新意識。

增設交叉學科模塊：壓縮傳統電力系統穩態分析、暫態分析的重復性推導課時，聚焦核心原理（如潮流計算、短路分析、穩定性基礎），在課程中融入智能電網、碳捕集技術、能源互聯網等內容，構建“電力+雙碳”知識框架，銜接知識結構與社會需求。

強化碳核算能力：引入全國雙碳行業產教融合共同體推動的“國家溫室氣體排放因子數據庫”項目，設計碳計量實驗模塊，培養學生量化分析電力系統碳排放的能力。

2.實踐平臺建設：校企協同的“雙閉環”機制

校內閉環：建設虛擬仿真實驗室，模擬高比例可再生能源電網的運行場景，支持學生進行故障與穩定性運行等實驗[9]；鼓勵學生參加創新競賽，培養其科研能力和創新思維。

校外閉環：與電力企業共建實習基地，開展“雙導師制”項目（如參與智能變電站設計、區域“電—碳”協同交易策略制定），增強學生的實踐能力和創新意識，推動“學研用”一體化，實現高校人才培養與社會需求有效銜接。

3.創新能力培養：科研反哺教學的路徑創新

鼓勵學生參與“雙碳”領域科研項目（如國家自然科學基金課題），使用PyPSA或DIgSILENT舉辦低碳電力系統規劃挑戰賽，優化高滲透率可再生能源的配置，探索“電力系統+政策分析”的跨學科研究，培養既能解決技術難題又懂碳市場機制的綜合型人才。

（三）教學方法創新：虛實結合，項目驅動

1.案例教學與虛擬仿真融合

案例驅動：將案例融入課堂教學，讓學生在掌握傳統的電力系統分析方法的同時，深入理解“雙碳”目標下的技術挑戰（如慣量缺失、碳約束調度）與系統重構邏輯（多能協同、數字化賦能），培養學生“技術+政策”的復合型能力。典型案例可以從企業研究成果與前沿技術講座中提煉，且案例的設計要與后續的仿真驗證項目相結合，形成知識的連貫性。

虛擬仿真：利用數字孿生技術構建電力系統動態模型，例如模擬不同滲透率下風電、光伏等分布式電源的并網運行，分析其對電網實現碳減排、調頻、調壓的影響，并設計智能調度策略。通過仿真實時反饋，幫助學生理解電力系統的動態行為，培養學生對復雜系統的分析能力。

2.翻轉課堂與項目式學習結合

翻轉課堂：充分利用網絡教學資源，采用混合式教學方法，以產教融合案例導入，培養學生的創新意識與創新思維；以雨課堂作為輔助手段向學生提供自學與擴展平臺，積極采用線下為主、線上為輔、翻轉課堂助力的模式，為學生提供自主在線課程學習平臺，其中線上學習主要完成課前預習與課后鞏固，例如通過在線平臺發布微課視頻，要求學生完成知識預習與線上測試；設計基于BOPPPS的教學內容，結合線上內容增加課程互動。以電力系統的頻率特性授課為例，具體教學設計如表1所示。

課堂深化：課堂大作業采用項目式進行研討，例如“構建電—熱—氫耦合的能源樞紐模型，求解聯立潮流方程”“建立含風—光—儲的電力系統模型，量化慣量下降對頻率的影響”。通過項目答辯的形式，分組展示設計成果，并邀請企業專家參與評審，強化實戰能力。

3.國際化視野培養

國際化視野的培養需結合技術全球化、跨文化協作以及國際標準實踐等方式來實現，通過引入國際能源署報告、歐洲電網互聯作為課堂案例，分析不同國家電力系統低碳轉型路徑的異同，增強學生參與全球氣候治理的意識。例如，利用云端仿真平臺（如DIgSILENT PowerFactory）解決北歐電力市場跨國互聯運營機制下的跨時區負荷匹配問題，突破傳統技術教學的邊界，模擬參與全球能源治理的過程。

（四）課程評價體系改革：多維反饋，動態優化

1.多元化評價指標設計

知識維度：理論考試占比調整為40%，重點考核電力系統運行相關知識點。

能力維度：實踐操作占比為30%，項目報告占比為20%，創新加分占比為10%，其中創新加分可面向參與碳核算競賽或發表相關論文的學生。

2.企業參與評價機制

借鑒全國雙碳行業產教融合共同體“以需求定項目”的模式，邀請電力企業工程師參與課程設計評審，從技術可行性、經濟性、低碳性三個方面量化評分，確保人才培養與行業需求精準對接。

3.動態反饋與持續改進

大數據分析：利用學習管理系統跟蹤學生行為數據（如虛擬實驗完成度、在線討論活躍度等），識別教學薄弱環節。

閉環改進：建立“學生—教師—企業”三方反饋機制，與電網公司、新能源企業合作開發教學案例，建立技術轉化激勵機制，每學期修訂教學大綱，動態更新案例庫與實驗項目。

三、結語

電力系統分析課程改革是“雙碳”人才培養體系建設的關鍵環節。通過課程思政的價值引領、交叉學科的知識重構、虛實結合的教學方法及多維動態的評價體系，能夠有效提升學生的技術創新能力與拓寬學生的戰略視野。未來需進一步深化產教融合機制，推動高校與企業共建“雙碳”技術研發平臺，實現教育鏈、人才鏈與產業鏈的深度融合，為能源轉型提供智力支撐。

［ 參 考 文 獻 ］

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[3] 周堅，楊勇平.堅持教育、科技、人才“三位一體”為高質量發展貢獻高校力量[J].中國高等教育，2023（1）：4-7.

[4] 程杉，黃悅華，王凌云，等.IIP型智能電網信息工程新工科專業人才培養的探索與實踐[J].中國電機工程學報，2021，41（23）：8250-8259.

[5] 陳亮，孫謙.新質生產力視域下的高等教育強國建設：核心要義、多重邏輯與行動路向[J].內蒙古社會科學，2024，45（5）：31-39.

[6] 中華人民共和國教育部.教育部關于印發《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養體系建設工作方案》的通知[EB/OL].（2022-04-24）[2024-12-20].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202205/t20220506_625229.html.

[7] 熊欣.新工科下電氣專業產教融合建設探討：以大理大學為例[J].大學教育，2020（1）：71-73.

[8] 厲曉妮，林海燕.高校思政課“問題導向”教學模式研究[J].學校黨建與思想教育，2020（21）：54-57.

[9] 田旭，劉巖，李亞龍，等.基于虛擬仿真的電力系統暫態過程中的能量分析與計算[J].實驗室研究與探索，2023，42（5）：137-142.

［責任編輯：唐玉萍］