智能电网信息工程的专业课程群教学模式改革研究＊

马艺玮，刘明杰，朴昌浩，胡向东

（重庆邮电大学自动化学院，重庆400065）

智能电网信息工程专业创建于2010年，是依据中国发展战略新兴产业、紧密结合中国智能电网建设之急需而开设的一种新工科专业[1]。智能电网的概念首次于2005年提出，现已被世界各国视作未来新型电网的基本模式[2-3]。近十多年来，在全球社会经济飞速发展与能源环境危机日益严重的大背景下，智能电网不仅是全球电力工业转型发展、应对未来挑战的必然趋势，也是依托电力工业的现代文明社会经济飞速发展的必然选择。

智能电网信息工程属于中国普通高等学校本科专业中的一种新兴特设专业，是融合集成电气工程、能源技术、控制技术、信息通信、计算机科学等多种学科而发展的一门新兴交叉学科专业[4]。迄今，中国及西方发达国家已普遍认识到智能电网对能源结构转型和社会经济发展的巨大效能，并已开展了一系列重要基础理论研究与技术试验开发，但总体而言，智能电网技术的发展在全世界范围内仍处于初期的理论技术研究和实验项目实践阶段。同理，为主动应对中国能源战略转型与智能电网建设等迫切需求，中国高等工科院校的智能电网信息工程专业的课程教学改革与建设也处于起步阶段[5-7]，在智能电网技术的认知以及智能电网课程群的课程设置、教学安排、师资团队和教材建设等方面都存在着许多突出问题，对于本专业课程教学质量具有严重的不良影响，难以实现本专业人才培养目标。

为了有效解决改善智能电网信息工程专业的课程群教学质量，结合重庆邮电大学与国内其它高校的智能电网信息工程专业课程教学实践，可以发现当前智能电网信息工程在专业课程建设中普遍存在一些突出问题：①课程教学目标过于空泛化、形式化与模糊化，在理论知识与专业能力之间缺乏具体性、连贯性、递进性和层次性，易偏离该专业复合型高素质工程技术人才的培养目标；②课程门类划分不合理，课程选修类型比例不恰当，片面理解追求“宽口径”专业教育目标，忽视了专业课程群内各课程之间的纵向衔接与横向联系，容易导致大学生难以获取全面系统性的专业理论知识与高匹配度的岗位专业技能；③课程教学安排次序不合理，尤其割裂了“智能电网概论”总论课程、“智能电网关键技术”核心课程与“智能电网通信技术”其它承接课程之间的内在衔接关系，以及繁重的课程内容与相对少的课时之间矛盾，都在很大程度上限制了学生对体系化专业课程知识及其综合运用能力的教学培养；④缺乏相应的师资优选机制挑选具备高匹配度专业科研背景与突出教学业绩的一线教师团队，以建设有理论知识与科研实践相结合的专业课程教学方式；⑤课程教材建设仍存在相对滞后问题，仍严重缺乏高质量、高水平的教材和配套教学资源。总而言之，为了有效改善解决智能电网信息工程专业课程教学质量，首先应科学系统地了解掌握智能电网的发展背景、概念特性以及技术体系等关键特征信息，然后结合本专业人才教育培养目标，研究提出一套具有新工科特色的智能电网信息工程专业课程群教学模式改革方案。

1 智能电网特性及其技术体系

1.1 智能电网概念及特性

智能电网是未来新型电网的基本模式，对于应对全球气候变化，促进世界经济社会可持续发展具有非常重要的战略支撑作用。迄今为止，智能电网的发展在全世界仍处于初期阶段，还由于世界各国研究开发智能电网技术的侧重点各不相同，导致其没有一个统一的概念和标准[3]。目前，中国电科院等机构提出一种认同度高的智能电网概念，是将物理电网与通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术等多种先进科学技术进行融合集成的一种新型智能化电网，实现电网系统的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全等目标[4]。结合智能电网概念及其发展愿景，智能电网的核心价值可以采用表1所示的一些关键指标来阐述，并由此可以将智能电网的主要特性用“新能源+新客户+新电网”来概况[4-5]。

表1 智能电网的核心价值

新能源。即为风力发电、太阳能发电等新型绿色可再生能源发电资源，且在能源结构比例将日益增大，如中国计划在2021年可再生能源发电比例达到16%，2030年达到30%以上。风光等间歇性可再生能源发电比例的规模化并网，将会给现有电力网络系统的输配电、调度、运行与控制等方面都带来非常大的变化和挑战，需要研究相应的新型关键技术才能实现。

新用户。即为通过需求侧响应主动参与到大电网系统运行中来的各种新型用户，包含分布式发电单元、微电网、电动汽车和各种柔性负荷等。由此，这些新客户会对电网带来一系列新的服务和更多效益，使得电网系统的电力流、信息流和业务流呈现出双向或多向流动的特点，并导致电网调度运行方式发生根本性的变化和挑战，需要研究相应的新型关键技术才能实现。

新电网。即为融合集成高度的智能化和信息化的新型电网，涉及了超导或特高压输电、智能变电、新能源发电智能接入、电网智能调度与控制、用户智能响应等一系列新型关键技术。因此，电网的运行方式与控制方法也将更加复杂多变，潜在经济效益也更为巨大突出。

1.2 智能电网关键技术

智能电网的关键技术是实现未来智能化电网核心价值和目标远景的坚实基础和技术保障。依据智能电网的概念、核心价值与主要特性，智能电网的关键技术[1-5]主要包含有：①先进的设备技术。包含各种电力逆变装置、储能状态监控设备、智能变电设备、智能静态开关等新型定制电力装置、新型柔性交流输电系统装置、各种新型电力电子输电设备等，为设计构建智能电网系统起着坚实的物理基础作用。②先进的控制技术。包含各种新型发电并网技术、超高级直流输电和超导输电等先进输电技术、智能变配电技术、智能微电网技术、智能柔性用电技术、先进电网优化控制技术等，对智能电网系统内各种先进设备装置提供了必要的控制方法，为智能电网系统的安全可靠和稳定高效运行提供了重要的技术支撑。③先进的传感量测技术。包括新型电子式互感器、新型多模态智能电表、各种新型电力电子传感器、先进相量测量装置、广域测量系统等，提高了智能电网系统的可观测性，为智能电网系统运行与控制起着基础性支撑作用。④先进的信息通信技术。包含空间信息技术、信息物理系统技术、智能信息处理技术、大数据技术、光纤通信技术、电力特种光缆输电技术、电力线载波通信技术、电力物联网技术等，对智能电网系统及其各单元设备之间互联互通提供了重要技术支撑和必要物理信息基础。⑤先进的业务应用技术。包含智能电网系统及其基本物理单元的电能质量监测系统、风光等新能源发电并网接入控制系统、智能化电力运行控制系统、智能用电信息采集系统、电力储能状态监测与安全管理系统等，是保障智能电网系统安全可靠、经济高效运行，为系统供需两侧提供增值提效的重要应用服务和具体体现。

2 专业课程群教学模式改革方案

结合重庆邮电大学与国内其他高校的智能电网信息工程专业教育培养实践可知，智能电网信息工程专业培养目标的关键主要在于专业课程群教学模式，该模式的实现有赖于三项基本课程群体系建设，分别为多方向专业课程群体系建设、三层次递进式课程群教学体系建设与三位一体式课程群支撑体系建设。

2.1 多方向专业课程群体系构建

智能电网信息工程的专业课程课目众多，总体而言，其专业课程群是由电气工程技术、传感测控技术、通信信息技术和计算机技术等多种学科交叉而形成各种不同类型技术领域的专业课程组合群体，主要包含有“智能电网概论”“智能电网关键技术”“微电网技术”“新能源发电并网技术”“智能配用电技术”“智能变电站”“智能电网综合监控技术”“智能电网通信技术”“智能电网信息安全”“智能电网先进传感技术”“物联网技术”“能源互联网技术”“直流输电技术”“大数据技术”等近20门专业课程。为了避免智能电网专业课程群建设内容过于宽泛、忽视知识关联性，本专业课程群建设应遵循专业培养目标顺应市场职业发展需求的基本原则，构建如图1所示的一种基于多专业技术方向的智能电网专业课程群体系架构，且应树立以“智能电网关建技术”为核心的多专业方向课程模块关联准则，根据各个课程模块及其内部课程之间知识相关性，确定课程之间纵向衔接性和横向关联性，明确各专业方向的专业课程理论知识完整性与专业技能素质生成的专业课程教学培养目标。

图1 基于多专业技术方向的智能电网专业课程群体系架构

2.2 三层次递进式课程群教学体系建设

智能电网信息工程专业课程教学应该改变原有的学科本位教学体系，新构建一种融合“链条式课程教学次序安排、宽口径课程内容教学与复合式课程教学方法”的三层次递进式智能电网专业课程群教学体系，充分考虑学生对本专业课程知识的认知发展规律与个人职业兴趣，而不过分强调本专业课程知识体系自身的完备建设。

智能电网课程群教学体系的链条式课程教学次序安排，应采用“总论课程、核心课程、承接课程、其它前沿技术总论课程”的次序安排原则，且将该课程群教学工作安排于连续的3～4个学期进行，其中“智能电网概论”为总论课程，“智能电网关键技术”为核心课程，“智能电网通信信息技术”等为承接课程，“物联网技术”等为其它前沿技术总论课程。宽口径课程内容教学是指以“先进电网技术课程模块”为主，兼顾选修其它专业技术方向模块各至少一门专业课程，使学生建立起完整的专业课程群理论知识体系，并生成相应的专业技术实践能力。复合式课程教学方法是根据智能电网专业课程具有的理论联系实践性强、多学科技术交叉融合的复杂特性，根据课程内容难易程度恰当选取“传统讲解式”“启发式”“开放式”“项目专题式”与“包含课程动画等多媒体式”等各种课程教学方法，增强学生对课程学习的积极性和主动性，不仅使学生正确理解掌握课程知识的内在机理和逻辑性，还培养学生的科研创新思维和实践应用能力。

2.3 三位一体式课程群支撑体系建设

智能电网信息工程专业课程教学的关键是课程群支撑体系建设，而其建设成败的关键在于3项课程群建设支撑要素：课程群教师团队、课程群教材建设与课程群教学质量评估。智能电网专业课程群的教师团队，应选取兼有突出教学业绩与高匹配度专业科研背景的教师为课程群带头人，其应对电气工程及其智能电网技术等专业理论知识与学科建设具有系统性、整体性的科学认知，而课程群骨干教师应在某个智能电网专业方向上具备较好的专业背景与相对突出的教学业绩，然后以这些教师为核心组建课程群师资团队，对智能电网专业课程群的内涵、教学理念与建设措施等进行统一化认知。智能电网课程群教材建设应采取面向短期和中期的建设规划方案，其中短期教材建设是指根据当前现有的各种课程教材情况，尽可能选取能极大满足本专业人才培养目标的专业课程教材与和配套教学资源，并在课程教学过程中需补充缺失或断层的知识内容；而中期教材建设是组织由本专业课程群的带头人和骨干教师一起自行编撰有特色、高质量与高水平的专业课程教材，实现课程教材建设与本专业人才培养目标的和谐统一。智能电网专业课程群教学质量评估主要是制定专业课程群评审标准，以课程群体系结构科学合理、课程群教学体系规范科学、课程群教师团队专业水平高与教学能力突出、兼顾短期合理有效与中期特色高水平的课程群教材建设作为该专业课程群教学质量评价的指标依据，避免评价体系复杂化，对智能电网专业课程群教学模式建设具有重要的理论与实践意义。

3 结语

智能电网专业课程群教学模式对于智能电网信息工程专业的人才培养目标与课程体系建设改革具有非常重要的作用与意义，它能够克服传统课程教学模式的不足，通过新改革构建的智能电网专业课程群教学，促使本专业学生形成体系化的专业理论知识与专业综合能力，提高本专业课程教学质量，实现高水平复合型电气工程专业人才的培养目标。