现代产业学院模式下电力系统分析课程实践教学改革研究

屈星，盛义发，肖金凤，苏泽光，文娟

（南华大学 电气工程学院，湖南衡阳 421001）

现代产业学院建设是新工科建设的再深化、再拓展、再突破、再出发，是进一步推进科教结合、产教融合、校企合作，发挥高等院校人才培养、科学研究、服务社会职能的重要举措[1-2]。在现代产业学院人才培养模式下，校企协同制定与产业紧密融合的人才培养方案，企业深度参与教学过程和课程体系建设，协同培养适应未来产业发展需求的卓越人才[3]。在此背景下，南华大学与湖南省湘雁输变电产业服务中心共建输变电现代产业学院，培养适应和引领输变电现代产业发展的高素质应用型、复合型、创新型人才。

电力系统分析课程主要研究电力系统在正常和故障运行状态下的运行特性，是电气工程及其自动化专业的主干课程，具有显著的工程属性，在电气专业应用型人才培养体系中占据重要位置[4]。由于该课程的强工程属性，对课程实践教学提出了更高的要求，但目前多数高校侧重理论教学，对实践教学的重视不够，这一方面是受限于电力系统的特殊性，缺少可用于实践教学的真实电力系统环境，另一方面是产教融合缺少能有效提高实践教学效果的实际电网数据，且缺乏有效的获取途径，这些因素导致该课程的实践教学效果不理想。基于此，本文在综述电力系统分析课程实践教学现状的基础上，探讨在输变电现代产业学院模式下电力系统分析课程实践教学体系的设计，在综合考虑学生特点、产业需求和专业建设等因素的基础上，构建基于校企深度合作、无缝衔接电力供应流程、反映电力系统发展趋势的多层次立体化实践教学体系，锻炼并提升学生分析解决复杂电气工程问题的能力。

1 电力系统分析课程实践教学现状

电力系统分析是关于电力系统计算与分析的课程，由于电力系统的特殊性，无法建立完整的电力系统物理仿真实验室，而电力系统分析课程又具有较强的工程性，学生的工程素养与能力是评价学科专业人才培养的根本指标。因此，电力系统仿真软件对电力系统分析课程教学效果具有重要影响，可见，新工科背景下的电力系统分析课程教学，需要电力系统仿真工具作为基础支撑。

基于电力系统分析课程的强工程属性，发达国家利用在电力领域的先发技术优势，开发了众多的电力系统仿真工具，比如电力系统机电暂态仿真工具有美国PTI 公司的PSS/E、美国EPRI（电力科学研究院） 的ETMSP；德国西门子公司的NETOMAC；加拿大Powertech Lab Inc 的电力系统安全分析软件包DSAToolsTM 和Dennis Woodford 博士开发的电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC 等。这些丰富的电力系统仿真工具为国外电力系统分析课程（类似课程）工程化教学提供了便捷条件，使得发达国家在传统电气工程学科专业人才培养质量方面整体上优于我国[5]。在国内，中国电力科学研究院开发了PSASP、ADPSS Lab、PSD-BPA 等电力系统分析工具，在系统内和知名高校得到了广泛应用，而大多数普通高校因版权和经费等原因，没有建立电力系统分析课程的仿真实验室，这在一定程度上影响了我国电气工程学科专业的人才培养质量[6-10]。

随着信息技术的发展，我国开发了众多基于云端的电力系统分析工具，比如清华大学发布的能源互联网云仿真平台CloudPSS[11]、中国电力科学院PSASP云端仿真平台[12]等，这些开放、免费的云端电力系统分析工具，为普通高校开展面向工程能力培养的电力系统分析课程教学的有效实施创造了良好的条件，有力促进我国电气工程学科专业人才培养质量的提高。

在电力系统分析课程教学改革方面，国内诸多高校已经进行了一些有益的尝试。例如，华南理工大学开展的新工科背景下基于应用人才培养的电力系统分析课程改革与实践[6]，黑龙江科技大学开展的电力系统分析研究性教学改革研究[13]，武汉科技大学开展的电力系统分析课程虚拟仿真实验教学改革[14]，北京交通大学开展的电力系统分析实践教学探索[15]等。这些电力系统分析课程教学改革研究，本质上都是以提高学生工程能力为目的。现代产业学院是新工科建设的新途径，基于现代产业学院人才培养模式的电力系统分析课程教学改革较少，但已有的课程教学改革研究仍然提供了有价值的参考。

2 现代产业学院模式下课程实践教学思路

2.1 实践教学改革定位

实践教学是课程教学的重要组成部分，是理论教学内容的掌握、深化和综合应用。南华大学电气工程及其自动化专业毕业生就业主要是面向电力行业。电力系统分析课程实践教学改革的定位是：突出课程工程属性，强化对学生工程素养的培养。

2.2 实践教学改革总体思路

根据强化学生工程素养培养的要求，遵循“循序渐进、突出工程”的原则，在输变电现代产业学院框架下，统筹学校和企业实践教学资源，通过构建“多层次、立体化”实践教学体系，提高学生解决复杂电气工程问题的能力。现代产业学院模式下电力系统分析课程实践教学改革的总体思路如图1 所示。

图1 电力系统分析课程实践教学改革思路

3 多层次立体化实践教学体系的建立

3.1 校内外实践教学相结合

按照知识学习的一般规律，在现代产业学院合作框架下充分利用校企资源，重构电力系统分析课程实践教学内容，构建包括认知实践层、基础实践层、应用实践层和创新实践层四个层次的实践教学内容。

认知实践以校外实践为主，通过参观变电站、发电企业、电力设备生产企业等电力工业节点，使学生了解电力行业的基本构成和电力系统构成的各个环节，使学生从整体上形成对电力系统的感性认识。

基础实践以校内实践为主体，通过实验和仿真的方式加深学生对电力系统各元件模型和系统数学模型及其基本理论的理解，包括发电机模型、变压器模型、负荷模型等元件模型，以及潮流计算、短路电流计算、故障分析等系统基本分析方法。

应用实践采取校内外实践相结合的方式，训练学生如何将理论知识应用于解决工程问题，培养学生工程思维，包括电力系统调压调频、运行控制、稳定性分析等。校内实践以专业软件仿真实践为主，校外实践以产业学院合作企业提供的电力系统模拟实操训练平台为主。

创新实践也采取校内外实践相结合的方式，学校教师和企业资深工程师通过课程设计和科研辅助等途径，将教学内容未覆盖的电力系统知识纳入课程实践教学，比如交直流混合输电网络潮流计算、储能辅助调压调频等，培养学生解决电力系统复杂工程问题的能力。

3.2 多层次立体化实践教学体系

校内外实践教学相结合，构建现代产业学院模式下电力系统分析课程多层次立体化实践教学体系，如图2 所示，现代产业学院模式下电力系统分析课程实践教学以校内实践为主体的模式向校企联合实践教学模式转变，根据合作企业工程能力，课程实践教学效果得到质的提升，有利于学生电力系统工程素质的培养。

图2 多层次立体化课程实践教学体系

在多层次立体化实践教学体系中，专业软件（比如PSASP、PSCAD 等）仿真实践教学和合作企业提供的电力系统模拟实操训练平台居于重要地位。一方面，由于电力系统的特殊性，电力系统复杂工程场景只能用软件模拟来实现；另一方面，由于电力系统的抽象性，电力系统物理系统与其数字模型的映射关系不容易理解，电力系统模拟实操训练平台有助于建立起这种映射关系。还有，软件仿真和模拟实操既衔接了认知实践和基础实践环节，又衔接了创新实践环节，且在创新实践教学环节，软件仿真是设计方案有效性验证的重要方式。此外，软件仿真和模拟实操两者之间能够相得益彰，实操训练平台能增强学生对物理电力系统的理解，在进行软件仿真时，有助于建立电力系统物理系统与其模型的映射关系；而软件仿真能极大丰富电力系统运行场景，学生在实操训练时能知其所以然。

应当指明的是，创新实践环节的创新是从学生视角来看，课程教学内容未涵盖的电力系统相关知识都可归为创新，也包括学校教师和企业工程师正在研究的电力系统前沿问题。

4 结语

电力系统分析是一门强工程属性的电气工程及其自动化专业的核心课程，实践教学对课程教学效果具有重要影响。本文探讨了现代产业学院模式下电力系统分析课程实践教学改革方案，充分结合校企双方优势资源，遵循学习的一般规律，提出了包括认知实践、基础实践、应用实践、创新实践在内的电力系统分析课程多层次立体化的实践教学体系，满足新工科建设背景下对课程实践教学的要求，以期提高电力系统课程教学效果，促进产教融合，提升学生工程素养。