新型“电力系统继电保护原理”课程改革研究

王 艳，王 雪，戴志辉，徐 岩，焦彦军

（华北电力大学 电气与电子工程学院，河北 保定 071003）

“碳达峰、碳中和”是我国“十四五”污染防治的主攻方向。构建以新能源为主体的新型电力系统，是加速“双碳”目标实现的关键。双碳目标下新型电力系统专业课程应做到与时俱进，调整更新课程相关内容，开展课程思政体系建设。我们应遵循人才成长规律，形成以学生为中心的教学模式；
理论联系实践，不断整合和优化实践教学环节，以培养新工科背景下多元化、创新型、应用型的卓越工程人才。华北电力大学继电保护教学团队以双碳目标下新型电力系统的构建为背景，积极开展双碳目标下新型“电力系统继电保护原理”课程的教学改革与实践探索。

目前大多数高校的“电力系统继电保护原理”课程讲授内容均为交流电网所配置的传统继电保护原理，包括：阶段式保护（电流保护、距离保护）、输电线路纵联保护、自动重合闸及主元件保护（变压器、发电机、母线）。

随着以新能源为主体的新型电力系统的构建，低碳电网呈现出“可再生能源发电”和“交直流混联”两大主要特征。风电、光伏等波动性发电给电网调控和稳定运行带来挑战。交直流混联使得电网故障特征更加复杂，故障判断更加困难。随着新能源占比的提高，系统惯性下降，局部故障在连锁反应下可能影响电网全局，导致大面积停电的潜在风险，传统的安全防御体系受到挑战。而“电力系统继电保护原理”本科课程内容更新速度较慢，并未涉及直流电网的保护内容及交流混联电网的系统保护内容；
但该部分内容是现今电力系统面临的主要问题之一，在电网发生故障时需要保护工作人员具备一定的故障分析能力和处理能力。为培养双碳目标下新型电力系统继电保护多元化、创新型、应用型人才，“电力系统继电保护原理”课程内容需紧跟行业发展，凝练“双碳”目标下新型电力系统继电保护技术的重点和难点，适当增加直流电网保护、特高压电网保护及交直流混联电网系统保护等相关知识点，精心打磨课程内容、整合教学资源，不断调整、优化和更新课程教学内容和实践教育方案，使得课程内容不断推陈出新，始终保持教学内容的前沿性和先进性。

“电力系统继电保护原理”课程的讲授过程中，应遵循教育教学和人才成长规律，积极推动课堂教学革命，探索课程教学范式和学生学习方式的转变，从“以教为主”的教学范式，向“以学为主”的教学范式转变，形成以人为本、以学生为中心，以应用为导向的教学理念。

华北电力大学继电保护课题组老师为实现全程育人、全方位育人，在教学过程中积极推进课程的思政建设，深入分析和挖掘蕴含在电力系统继电保护课程中的思政教育资源，将保护课程相关专业知识点与思政案例有机融合，达到“润物细无声”的育人目标。在知识传授过程中融入价值引领，让学生学习知识的同时，提升创新思维与能力，培养辩证唯物主义世界观、乐观向上人生观、爱国敬业价值观，构建“知识、能力、素质”一体的课程目标。下文给出了几个保护专业知识点与思政元素结合的例子：在讲授电力系统对继电保护的“四性”要求时，引导学生用马克思辩证唯物主义的理论和方法去理解和把握继电保护系统的矛盾性和统一性；
在讲授电力系统三段式电流保护时，通过电流保护I段、II段和III段之间的配合关系，培养学生的团队协调能力和团队合作精神；
在讲授电力系统距离保护时，可引用中国微机继电保护之父，我校杨奇逊院士艰苦奋斗、攻坚克难的例子，去激发学生的爱国敬业价值观等。

以“电力系统继电保护原理”课程为主要载体，打磨形成知识、素质、能力多元目标一体化的课程教学内容。采用案例分析法、问题启发式、互动教学法、类比教学法等多种教学方法，系统地梳理已学章节内容及后续知识如何有效衔接。同时结合动画与动态电路的演示，不断激发学生思考，让学生知道“如何学”“如何做”“如何思维”。通过课内课外、线上线下相结合的新型教学模式，拓展学生培养渠道，实现以学生为中心的立体化教学。

以知识点、技能点为出发点，以知识框架为脉络，以素质能力培养为目标，借助课堂派，打造全过程“学习”平台（如图1所示）。通过课前资源共享，课上积极互动，课下仿真实践环节，全过程、全方位调动学生的学习兴趣，在使学生牢固掌握知识点的同时，培养学生对知识点的灵活运用能力，增强学生解决复杂电气工程问题的能力。

图1 打造全过程“学习”平台

教学过程中的具体环节和相关模块包括：（1）课前资源模块。教师指导学生提前做准备，通过课堂派，提前发布教学课件与本节课将要学习内容的相关微资源。提醒学生预习，同时收集学生对预习材料的相关反馈意见。（2）课中互动模块。根据学生的“问题发现”和相应的内容体系，在课堂上组织学生对知识点、难点进行研讨，在教师的组织引导下完成教学大纲的目标要求，并深化对教材内容的理解和掌握。以电流速断保护整定计算为例，进行课堂时间分段的教学设计。一环节从绪论部分主后备保护定义着手，引导学生思考电流速断保护所属类型，引出电流速断保护基本概念。二环节通过继电保护“四性”的辩证统一关系及影响短路电流大小的因素着手，组织学生研讨电流速断保护整定计算中短路电流取值大小问题，分析取值依据。三环节教师总结，给出电流速断保护整定计算原则，并分析其优缺点。四环节从知识点的实际应用、理论与实际的联系着手，对比分析电流速断保护在不同线路应用中所表现出的灵敏性差异，以拓展知识的深度和广度。在实际工程案例基础上，让学生对比分析短线路和线路-变压器组二者电流速断保护的保护范围，以达到学以致用。（3）课后补充资源模块。结合课堂知识点主题，寻找能够帮助理解和有利于深化认识的工程实际案例及相关资源材料，整理后展示，同时对课后作业进行分类。作业1为基本知识，针对少数基础较差的同学，使他们通过认真听讲就能够完成作业，从而获得自信，完成后续课程的学习；
作业2为简单电力系统继电保护的整定计算，面向电气工程学科大多数学生，通过作业巩固所学知识点，并具备一定的分析计算能力；
作业3为复杂工程案例的整定计算，针对学有余力的同学，使其能够灵活运用所学知识来解决复杂电气工程问题。通过作业分类环节的实施，使不同层次的同学都得到锻炼。

整合现有的教学资源，有效应用课堂派等交流平台实现资源共享，进而不断丰富教学手段，不断进行智慧教学探索。通过课内课外、线上线下相结合的新型教学模式，拓展学生的培养渠道，实现以学生为中心的多元化、立体化教学。

加强校企联合，深化产教融合，在以工程实践推动创新能力培养，以工程创新促进研究性教学的目标指引下，深入探索新工科背景下的校企实践合作方式，形成实质化的校企合作实践模式，建立专业教师与企业定期交流培训制度，打造校企“双师型”教学队伍，促进产学研深度融合的长效合作机制。

通过“走出去、请进来”的模式发挥校内外资源优势，组织教师和学生到相关继电保护生产厂家及供电企业进行实地参观考察，认识和发现实际工程中存在的问题；
邀请继电保护生产厂家及供电企业人员参与校内实践基地建设和教学指导，使教学内容更加丰富、更加贴近实际。为了培养学生独立分析、解决复杂问题的能力，根据继电保护课程的特点，结合工程需求及生产实际，在“电力系统继电保护原理”课程的教学实验环节中，依托教学团队自主研发的“电力系统继电保护通用实验平台”，开展了“基础性+创新性”实验教学。学生可以根据兴趣自行进行实验设计、自行进行实验操作，引导学生的科研实验思维，强化学生的实践能力，培养学生用理论知识分析和解决实际问题的能力，从而实现继电保护专业的多层次、多维度、全方位的实践教学，全面增强学生的创新思维能力+动手实践能力，注重工程教育，做到人才培养与生产实际的无缝连接。

通过校企联合，深化产教融合，打造校企、师生学习共同体，探讨双碳目标下职业能力与素养相融合的继电保护实践教学方法，构建“厚基础、重实践、突特色”的继电保护专业实践教学体系；
打造能力强、素质硬、产教融合的“双师型”优秀教学团队；
构建科研与教学相结合、“产学研”有效衔接的人才培养模式；
培养新工科背景下多元化、创新型、应用型的保护专业卓越工程人才；
促进校企的共生共赢，为师生搭建成长平台，实现师生的共同成长。

随着双碳目标下新型电力系统的构建，系统发生故障后其故障特征更为复杂，继电保护需要与电力电子控制、系统稳定、多种能源优化控制相协调，共同提升系统的安全防御能力和韧性，因此对新工科背景下多元化、创新型、应用型继电保护专业工程人才的需求更加迫切。本教学团队通过不断调整、优化和更新课程相关内容，以保持教学内容的前沿性和先进性；
通过提升教学理念、转变教学范式，推进继电保护原理课程的思想政治建设；
通过整合教学资源、丰富教学手段，形成了以学生为中心的立体化教学模式；
加强校企联合，深化产教融合，打造校企、师生学习共同体，促进校企共生共赢，实现师生共同成长；
以培养新工科背景下多元化、创新型、应用型的继电保护专业卓越工程人才。