《智能变电站技术及应用》教学改革探索

刘 攀，赵晓艳，张 虎，董燕丽，樊建强

（山西农业大学信息学院，山西 太谷 030800）

实现农业农村现代化是实现中国现代化的重要组成部分，两者不可分割。因此，实现现代化农村，走智慧农业之路是农业发展的必然趋势。智能电网、“互联网+”是实现农业现代化、智能化、智慧化的坚强基石。在新时代的今天,建设双一流、加快高教改革创新、全方位提升本科教育质量，已成为各高校的重大责任。山西农业大学信息学院囊括了农学专业及其相关工学专业，专业课程的教学改革已迫在眉睫，是实现强农兴农、农村振兴的必然之路。

1 打破传统教学方式，采用线上线下混合式教学

由于疫情的影响，确保“停课不停学”，迫使线上教育提前遍及到了教育领域，并且在今后的教育教学中，线上教育不但不会停滞，反而会形成教育常态。采用线上线下两者相融合的混合式教学模式，打破传统教学方式的枯燥、死板等特点，充分调动学生在课堂及课下参与课程学习的主动性和积极性，并且杜绝了学生课堂上玩手机的现象，反而把手机作为了学习的有效工具[1]。线上线下两者相融合的混合式教学模式，能够提升教学质量，提高学生学习效果。

《智能变电站技术及应用》是山西农业大学信息学院智能工程学院电气工程及其自动化专业的核心必修课程。在强农兴农的进程中，能源作为电能供应的重要环节，智能电网的建设是必经之路。智能变电站是智能电网建设的坚强基石，是发电环节与用电环节连接的纽带，是整个电力系统可靠运行、保障电力系统安全的重要环节[2]。随着计算机技术、网络技术平台，一次、二次设备在线监测技术，大数据平台，通信协议等方面的迅速发展，驱动了变电站智能化运行的变革及设备技术的融合监测，逐渐使变电站综合自动化形成完善的技术体系。本课程叙述了智能电网与智能变电站运行的基本原理、变电站的基本构成、通信网络关键技术、设备监测技术以及典型工程应用案例。

本课程开设学期为大四第一学期，共32 学时。本课程参与学习的全部学生都要在学习通教学平台进行实名注册，线上线下相结合，双管齐下进行教学与学习。根据上课时间，上课前一周布置本次课的学习任务、重点和难点、视频、课件及相关资料，并发布通知，务必通知到每位学生。课堂上，传统上课时，首先按照学生记分册进行逐一点名，对学生出勤情况进行考核。在混合式教学模式下，在讲授内容之前，可以利用学习通平台对本次课学生进行出勤考核，很大程度上减少了点名时间，节省了课上宝贵的时间。上课期间，除了利用课件与板书相结合进行知识内容讲授，还可以结合学习通平台，进行随堂测验，实时检查学生的学习效果；上课期间还可以通过学习通平台进行互动，例如抢答、讨论、答疑互评等互动方式，使师生互动更加充分，增强了课堂学习气氛，消除了以往课堂的枯燥乏味，提高了学生学习的兴趣[3]。线下线上混合式交替进行授课与学习，促进了学生学习的协作式以及自主式的方式学习，且提升了混合式教学的效果。切实打造了师生教学相长的命运共同体。

2 加强工程实践，实现理论与实践相结合

目前，《智能变电站技术及应用》课程的薄弱环节即学生的实践能力不强，掌握的知识只停留在表面的理论知识上。对于本课程中的设备，例如一次、二次设备，大部分学生都没有去现场实践的经历，学习效果以及教学效果并不高。因此，加强学生实践能力迫在眉睫，是教学改革的一个重要方面。

在学校内，可以通过开放试验的形式，来加强学生的实践。由于本校目前还没有建设高压设备实验室，但是有相关的电力模拟仿真的实验室。传统的试验教学模式是由本课程的任教老师负责，即在规定的上课时间为学生上课，课下不会再辅导。这样学生缺少具体试验的准备与设计，对实践并没有较深入的感受。在上课前，学生只是对试验指导书的内容进行了预习，对试验设备并没有直观认识，对设备的结构、基本工作原理及运行状况理解不够深入，也就无从对实践环节做出方案准备，不利于培养学生的实践能力与创新思维能力。基于此，试验环节要进行改革[4]。首先，让学生根据自身需要，安排试验时间，打破课程表的束缚与限制，在没有其他课程的前提下，可以重复多次进行某一个试验的设计及仿真，切实做到对试验的真正理解与掌握。对于学有余力的学生，要提高本部分学生的积极性，支持和鼓励学生开发新试验。实验室为有余力的学生提供试验条件，为今后的相关工作、生产工作及科研能力奠定良好基础。

在学校外，利用有利条件创建校外实践基地。本专业课程与从事电气工程、输、变、配、电的相关行业的校外实践基地保持较好互动，并进行拓展，不断深化校企合作。将学生培养下放到企业当中，进行职业培训的积极参与就业指导活动。在校外企业实习中，学生会学到无法在课堂上学习到的东西，使学生的动手、实践能力得到了；使学生的综合素质能力得到了强化。从学生的工程应用能力角度为出发点，该校电气专业积极开展了与电气设备方面相关的校企合作，并聘请相关电气领域专家及企业高精尖技术人员到校进行学术讲座与学术交流[5]。企业相关技术人员与校内专职教师一起承担《智能变电站技术及应用》课程，包括本课程内的部分试验、相关生产实习、认知实习、相关课题的毕业实习、变电站综合工程实践项目及相关创新试验等。对学生的实际工程应用能力进行培养，提升学生未来的择业、就业能力。

3 以项目驱动为抓手，培养学生创新能力

所谓项目驱动法，是教师和学生共同在专业实践过程中，通过一个项目的完整实施而进行的教学活动。对于学生来说，项目驱动可以明确自身的学习目的，寻求自己适应的学习方法，在此前提下，不断提高自身的自主学习能力、操作能力和认知能力、实践能力。对于教师来讲，项目驱动是一种行之有效的教学方法，利于对学生的学习主动性进行培养。项目驱动法的应用中，因材施教，学生根据自身的不同特点，主动进行学习，对实际工程中出现的问题进行分析、解决。《智能变电站技术及应用》课程的项目驱动法结合大学生创新创业训练项目进行开展，因此，项目具有较强的综合性、内容不会单一。学生根据自身兴趣爱好结合本课程特色进行申报，包括项目的提出与申报、项目总体思路及方案设计、单元模块的设置及功能作用、系统的总体调试、整个项目阶段完成任务的分配、项目最终的结题形式及内容等多个环节。因此，项目驱动具有较强的实践性，创新性和较高的综合性[6]。

以“某35kV 智能变电站改造设计”典型项目为例，根据给出的智能变电站初始参数进行方案的拟订与规划设计。首先，要明确建设规模。建设规模包括：变压器的台数、容量、电压等级；主接线的接线形式、进线回路数、互感器数量以及电容器规格数量等。其次，进行方案的建设。站控层的配置需要设置站控层主机与操作员工作站，配置数字化变电站监控系统，配置远动工作站至少两台，使其能够实现双机互备。通过以上配置，能够实现规约转换以及全站备投功能。间隔层的方案配置中将全面采用基于IEC61850 标准。进行设计线路的继电保护装置、测量控制装置。基于模块化的设计思想，可以对硬件部分实现灵活组态，以便后期方便检修与维护。过程层配置，由于某些设备还不具备能够实现数字化的条件，例如隔离开关与断路器，因此，要实现完整单元的控制，必将对遥控、遥信进行处理，并通过GOOSE 网进行关联，从而使IEC61850 标准在过程层、间隔层以及站控层得以实现，能够正常运行。再次，进行站内网络设置。站内网络包括数据网、GOOSE 网、网络设备、公用接口、电能计量等，使站内网络实现顺利运行。最后，检测设备技术性能，由于变电站综合自动化设备的重要性，总体系统要采用分布式开放系统，获得高速通信以及共享资源的能力。通过以项目驱动方案为例，能够提高学生自主学习、探索、动手及创新能力。

4 结束语

新时代强农兴农背景下，以电气专业课程为例，从教学方式、工程实践、项目驱动3 个方面分别阐述了课程的改革措施。打破传统教学方式，采用线上线下混合式教学模式，丰富了教学活动，提高了学生学习的兴趣，增强了学习气氛。加强工程实践，实现理论与实践相结合，增强学生实践动手能力。以项目驱动为抓手，培养创新能力，扩展了学生分析问题的思维，提高了学生自主学习、探索及创新能力。