智能电网电气测量类课程改革若干思考

王晓雷 葛新平

摘要：在信息化、网络化和智能化飞速发展的时代背景下，电气工程和信息工程相结合产生了智能电网信息工程专业。作为新专业，课程配置需要兼顾学科和专业方向发展，其核心课程电气测量技术需要逐渐向智能电网领域渗透。为了健全专业建设适应社会需求，本文分析了传统电气测量技术存在的若干问题，提出智能电网电气测量课程教学内容和教学方法的改革方案，通过删减和扩充课程内容以及改进和完善教学方法，使电气测量技术逐步适应和满足智能电网的发展需求，为社会输送更多合格的专业人才。

关键词：智能电网;电气测量;课程改革

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）20-0092-03

智能电网信息工程是电气工程和信息工程交叉学科专业，以电力系统为背景，将信息技术融入电气测量与控制，并向网络化和智能化方向延伸。作为一门全国高校刚开办不久的新专业，智能电网信息工程专业的教学课程内容非常宽泛，既有电力系统运行分析，又包含信息工程信号处理，教学形式亦多种多样，还未形成一个统一的体系。其中的核心课程电气测量技术，主要介绍电气设备关键信号测量技术和方法，是获取电力系统、电气设备和电网运行参数或状态信息的主要信息来源，在整个电力系统设备状态监控中起着至关重要的作用，因而其地位相当重要[1]。传统的电气测量技术以电气工程测量为主，隨着智能电网的出现和快速发展，该课程已不能满足当前的社会需求，进行新的教学内容和教学方式探索，使之与其他先进信息技术同步发展刻不容缓。

一、传统电气测量技术的问题

电气测量技术作为电气工程类专业的核心课程，教学内容以电量参数、电路参数和信号参数测量为主，包括电压、电流、功率、电阻、电容、电感、周期、频率和相位等物理量测量;在涉及电机、变压器等磁性设备时，还会遇到设备的磁通、磁感应强度和磁场强度等磁性参量测量[2]。对于传统电气工程，这些物理量的测量基本上可以获得多数关键信号参数，能够在有异常发生时解决大部分故障问题。但是随着信息化和网络化技术的发展，尤其是智能电网的快速发展，传统基本电气参量的测量时间、测量速度、测量方式和测量结果已不能满足电网智能化信息处理的需求。

当前出版的电气测量或电气测试类本科教材多以传统电气工程参数测量为主，课程内容主要涉及基本电路参数测量、磁场磁路测量、多种传感器和电测仪表原理等，比较基础、陈旧。课程内容虽然具有一定的实用性，但是缺少现代信息化和智能化处理成分，与实际智能电网电气设备中的电气参量测量相比严重滞后，导致学生所学知识与智能电网一线工作岗位所需的知识储备不完全一致，因此，无法满足现代智能电网信息工程技术发展的社会需求。

在课堂教学上，传统电气测量技术重在讲解基础理论知识和构成原理，部分理论枯燥、晦涩、难懂，导致学生学习兴趣下降，甚至产生抵触和厌学情绪;而对应用技巧讲解相对较少，学生仅对理论知识有表面印象，无法与实物对应起来，不能达到学与用的完全统一。实验或实践课程多以验证性实验为主，学生仅按照给出的实验步骤按部就班操作即可完成，缺乏设计性和综合应用性，不能发挥学生的主观能动性和想象创造力。学生所学知识比较僵化，不能深层次掌握和灵活运用，将来毕业进入工作岗位，亦不能充分发挥专业特长。

二、智能电网电气测量课程教学内容改革

为了满足智能电网信息领域的人才需求，在当前信息化的社会环境下，仅仅采用原有的电气测量技术课程教学内容，是远远不够的。根据智能电网信息工程专业培养方案，完善和健全智能电网领域的专业技术知识，适当压缩和删减传统测量系统中的不常用内容，扩充和增加智能电网先进测量测试实用技术，适应社会发展和企事业用人单位需求。

首先，在传统电气测量技术基础上有针对性地增加智能电网常用测量技术和方法，拓展电气测量在智能电网中的应用，使电气测量技术向智能电网测量解决方案逐步转化。利用先进传感技术对智能电网中的重要运行参数或安全参数进行测量、处理和控制，维护智能电网的坚强性和鲁棒性等性能。如利用先进磁阻传感器进行变压器瞬态磁场的点测量和监控、高压输电线路的非接触式故障监测与定位、高压传输线的运行参数监测等，利用光纤传感器进行高压输电线的覆冰情况检测和电力系统安全监测等[3]。

其次，在传统电磁参量测量的基础上增加智能电表和电能质量的测量，巩固电气测量综合应用技巧。智能电表是典型的智能电网中的智能终端设备。随着信息技术的发展，智能电表已不仅仅是传统意义上的电能表，除了具备用户用电量计量基本功能外，同时还能够实现双向多种费率计量功能、用户信息控制功能以及多种数据传输模式双向数据通信功能等，形成一个网络化的用户电量信息采集与控制系统。在电力系统中，由于非线性电力电子器件的广泛应用，电网中的电压和电流波形发生严重畸变，引起电网电能质量下降，导致用电设备不能正常工作，甚至引发故障。通过对电网的电压、电流、频率、相位、波形、平衡性等电能质量参数进行监测，实时了解电网负荷状况，采取必要措施为用户提供优质的电能服务，保证用电设备安全运行。通过增设智能电表和电能质量测量分析等内容，学习电能计量方法、用户信息交换、远程信息采集控制以及电能质量参数的测量与效率分析等知识点，能够帮助学生深刻理解和掌握智能电网中的关键参数测算、计量、分析和控制等方法。

最后，在智能电网技术中，传感与测量技术在智能电网系统监测、分析、控制中起着重要的基础性作用，对于提高智能电网的可观测性尤为重要。在广域测量系统中，同步相量测量技术是当前电力系统和智能电网发展的前沿和主流方向。同步相量测量技术是基于高精度卫星同步时钟信号，同步测量智能电网中的电压、电流等相量，通过高速通信网络传送到主站，从而为大电网实时监测、分析和控制提供基础信息[1]。因此，同步相量测量技术的学习对于了解智能电网广域测量系统具有非常重要的意义。

三、智能电网电气测量课程教学方式改革

面对新的教学内容，旧的教学方法已不能适应当前教学需求。为了提高教学质量，必须进行智能电网电气测量技术课程教学方式改革。随着教学改革的开展和深入，一些学校通过探索不同的教学方式，比如启发式教学、导图式教学和案例式教学等[4-5]，取得了一定的效果。本文借鉴优秀的教学成果，结合实际情况，针对智能电网电气测量技术中的有关问题，在教学方法上提出改进方案。

首先，摒弃传统灌输式的单向教学模式，采用灵活可控的互动式教学方法引领课堂氛围，加强授课内容针对性，突出重点知识。在课堂上，每一个知识点设置一个或多个问题，通过学生思考、回答和讨论，加强师生及学生互相之间的交流和沟通。针对不同内容采取不同的授课方式，吸引学生注意力，激发学生兴趣，提高学生学习积极性和主动性。基础理论部分，除讲述必要的结构组成和工作原理外，还需要补充理论的发展演变情况和最新研究成果，让学生对基础理论有更加透彻、系统和深入的了解。数据误差处理是测量学科的必备知识，建议从数学和统计学的角度着重介绍常见技术指标，并通过实例的方式讲解指标计算过程;而对于不常用指标，可作为课后作业，学生课外通过自学了解[6-7]。

其次，采用图形化和模拟仿真现场的教学模式辅助教学。导图式教学是一种图形化的教学方式，对传统文字教学起到较好的补充和改进作用。图形化的色彩色调变化可以调动人的感官和想象，通过图形化方法将晦涩的知识结构表示出来，使学生在倾听教师语言讲授的同时，还能结合图形或图画展示加深对所讲知识的理解。除了采用静止的图形或结构表示外，过程性课程内容还可使用动画演示的方式，对具体操作步骤、测试位置、测试方法进行现场模拟和仿真，将电流流向、信号或波形传输与变化、同步信号波形等形象地表示出来。通过采用模拟仿真的方法将信号传输测试过程中的测试点位置、测试流程和测试结果等进行生动展示，学生一览无余如亲临现场解决实际问题，极大地提高学生对课程的兴趣。

最后，加强与企业合作。电气测量技术是一门实践性很强的课程，仅仅通过学校所学还不足以胜任工作岗位职责，需要大量增加实践环节的参与和学习。通过与电气设备企业和公司建立紧密的合作关系，将企业或公司的现场测试测量方法、测试方案、测试流程和步骤等实用性强的知识带到课堂上，与教程中的理论知识相结合，使理论知识得到进一步升华，有利于学生更好地掌握课程知识，满足社会和企业需求。除此之外，学院或教师尽可能地创造机会，使学生能够在公司的电气设备生产现场或智能电网运行状态监测现场进行短期实习和实践，跟随工程师现场监测智能电网中的关键信号，参与到发现问题、分析原因和解决方案等环节中去，从而加深对智能电网电气信号测试技术的掌握。

四、结语

近年来，随着科技信息的快速发展，信息化、网络化、智能化已成为时代发展的主体。高校中的不同学科相互交叉和融合，出现了很多新的发展方向。在大环境的影响下，传统行业的电力系统发生了翻天覆地的变化，电气工程与信息工程优势结合产生了新的学科专业智能电网信息工程;然而，原有课程的教学内容已经不再满足新专业的要求，必须进行有针对性的删减、扩充和更新，相对应的教学方法也需要进行适当的改革。作为核心课程的智能电网电气测量技术，将电气测量应用到智能电网系统中，力求改革，推陈出新，不断满足智能电网信息工程专业人才培养指标。本课程改革也将进一步促进智能电网信息工程新专业建设，适应不断变化的社会需求，为社会培养出更多合格的人才。

参考文献：

[1]刘振亚.智能电网技术[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2]徐科军，马修水.面向电气类专业的《电气测试技术》教材编写分析[J].中国电力教育，2013，33（046）：110-111.

[3]Huang Q，Jing S，Yi J，et al.Innovative testing and measurement solutions for smart grid[M].John Wiley & Sons，2015.

[4]陈丽丹，张尧，蔡丽娟."电气测试技术"课程多种教学模式探索与实践[J].中国电力教育，2013，（14）：61-62.

[5]丁曼.淺谈思维导图在《电气测量技术》课程教学中的应用[J].教育教学论坛，2018，7（30）：180-181.

[6]瞿晓，侯北平，沈立民，等.应用型本科教学电气测量技术课程改革的思考与探索[J].教育教学论坛，2016，4（15）：273-274.

[7]邱雄迩，李辉，刘新波.提高《电气测量技术》课程教学质量的思考[J].福建电脑，2017，33（9）：61-61.