项目驱动学习在电力系统继电保护的应用论文
摘要：为了培养符合中国产业升级需求的“卓越工程师”，引入了CDIO工程教育模式。在《电力系统继电保护》专业课程的教学实践中，采用主动式项目驱动学习法。基于CDIO模式，教学内容将紧密联系工程培养目标，构建学习型项目；教学方式上，理论与可视化的ETAP仿真软件相结合。该方法的目的是培养学生的学习积极性与主动性，强调让学生在一定的情景下以合作的方式进行知识的消化与吸收，以期最大化课程教学效果。在提高学生的动手能力和团队协作能力的同时，也为学校工程专业课程的教学改革提供一条可参考的思路。
关键词：CDIO；工程教育模式；项目学习法；ETAP仿真
《电力系统继电保护》课程作为电气类的主干专业课程[1]，其理论和实践同等重要。而传统的教学模式是循序渐进地进行课程的理论教学，运用以“教室-课本-黑板-多媒体”为主的教学方法，最后进行考试测试。在此过程中，教师是主体，完全忽略了对学生实践能力的培养，这使得课程教学与工程实践产生了严重脱离[2]，不能满足工程应用型人才的培养目标。
1CDIO工程教育模式
高等工科学校培养的目标是应用型高级专业技术人才，其不仅要求理论基础扎实，还要求具备很强的工程实践能力，专业综合素质要高。我国从2005年引入了CDIO工程教育模式，与其他工程教育模式相比，CDIO具有先进性、全面性和国际性，四个英文字母分别代表构思、设计、实施和运行四个部分。目前，我国很多高校都已开展了基于CDIO的教学改革[3]，取得了显著成效。随着科学技术的飞速发展，电力系统继电保护技术不断更新，继电保护产品越来越趋近于微机化、一体化、网络化和小型化，这使得继电保护的应用现状与高校人才的培养现状之间存在着巨大的差距。在《电力系统继电保护》的教学实践中引入CDIO工程教育模式，从根本上改革课程的教学内容和教学方法，以期最大化课程的教学效果，培养符合中国产业升级需求的“卓越工程师”。
2课程教学内容的改革
由于国内的一次电网相对国外的要薄弱些[4]，所以就需要相对完备的保护系统。《电力系统继电保护》课程在构建教学内容时，首先应该满足发达继电保护的行业性要求，再加上继电保护的通用性，引入了CDIO模式后，将形成一套既能满足国内行业需求又能与国际接轨的内容体系。《电力系统继电保护》课程教学的目标，是为今后从事电力系统的继电保护、二次回路、自动装置相关工作，包括“设计、安装、检验、调试、运行、维护、管理”等工作培养高级应用型人才。从此出发，教学内容改革的思路是“专业定位分析→工作任务分析→能力要求分析→项目化教学内容”。根据学生将来所面向岗位，以及岗位所要求的能力，将理论与工程应用相结合，构建了五个学习型的项目：①各种继电器的检验与调试，②继电保护与自动装置相配合，③微机线路保护的运行监视及常见故障处理，④微机变压器保护的.运行监视及常见故障处理，⑤保护系统设计。
3主动式项目驱动学习方法的应用
采用主动式项目驱动学习方法，教学主体将从教师转向学生，教学方法由传统的集中式改为小组分散式，教学过程从课堂教学转向具体项目的CDIO实现，教学目标从专业知识学习到学生系统工程能力的培养。项目驱动学习方法将围绕着课程的教学项目，分阶段进行教学。对于每个教学项目可以按照CDIO的四个过程进行分解，过程如图1所示。具体的实施步骤如下：1）“继电保护的目的”，是保障电力系统的安全、稳定运行。学生只有掌握了一次系统的运行和故障特性，才能设定出合理的二次保护方案。从此出发，首先让学生理解继电保护的根本，然后在系统出现问题时引导学生去发现问题，最后学生才能完成主动的“构思”过程。2）“继电保护的方法”，是思考和解决保护配置问题。学生只有熟悉了基本保护方法，才能分析系统出现的问题，并组织出对应的策略来解决问题，完成主体的“设计”和“实现”过程。3）“典型完备的保护方案”，是系统的应用实例。来自企业中配置成熟的保护案例，可为学生提供不同的解决方案，使学生能在配置保护时形成系统的概念，完成最终的“运作”过程。可见，整个课程的教学内容都是以项目为载体，让学生的能力训练带动知识学习，将理论与实践进行有机的结合。通过项目化的教学，不但可以培养学生懂原理、能读图、熟计算、会安装调试等专业技能，同时也可以培养学生相互协作的专业素养。
4基于ETAP的项目驱动学习法
4.1ETAP仿真软件
在《电力系统继电保护》课程讲授时，传统的板书和多媒体讲授有时难以把问题具体描述清楚，学生难以对电力系统有整体的认识，教学效果一般。如果将可视化的电力系统综合分析计算仿真软件引入到教学过程中，学生通过图形界面能够直观地反映电力系统运行情况，会对电力系统概念有更深的理解。ETAP软件作为一款电力系统综合分析计算软件，功能强大，具有建模直观、图形界面友好、运行方式多样等优点，完全能够满足本科教学的使用需求。2018年华东交通大学电气与自动化学院通过与ETAP中国公司合作，建立了ETAP电力系统仿真联合实验室，获得了该软件的教学使用权。借此机遇，将ETAP软件引入《电力系统继电保护》教学中具有重要意义，它不仅可以激发学生的研究兴趣，还可以培养学生的创新意识，提高他们解决实际工程问题的能力，这和CDIO工程教育模式的目标不约而同。
4.2模型的建立与分析计算
图2简单的电力系统模型在深入学习继电保护各部分原理之前，可以先引导学生完成学习型项目二。在ETAP仿真环境中构建电力系统模型，可以根据学生的学习情况由浅入深，由简单到复杂。图2为ETAP的单线图编辑模式界面，左侧为的编辑面板，右侧为电力系统元件库。首先，通过鼠标左键选中所需的电力元件，并直接拖到编辑面板中；然后，用线条连接所有元件；最后，正确输入每个元件的特性参数[5]，这样完成了一个含有保护装置的简单辐射型电力系统建模过程。在此模型基础之上，学生就可以很容易的进行潮流计算和短路分析等。
4.3保护设置及分析
以往保护定值完全靠手工计算，手工绘制时限曲线(Time-CurrentCurve,TCC)[6]，不仅耗时长，而且效率低，一般很难获取系统侧最大和最小运行方式下的短路容量。利用ETAP中的继电保护配合模块，选择任意支路，都可以快速生成TCC曲线，校验也很方便。在继电保护配合的模块中，只要选择所需的支路及继电器，此时界面右侧分析工具条中出现了新按钮生成STAR视图，上述模型的TCC曲线如图3(a)所示。在继电保护配合模块中，还可以仿真出故障时开关的动作时间和顺序，直观明了。电动机短路故障插入时，软件自动做出短路计算，并按顺序在单线图上显示相应的断路器动作，如图3(b)所示。充分利用ETAP联合仿真实验室，学生可以很方便地进行继电保护的仿真实现，将获得的经验运用在项目的实现和运作中，检验保护设计的最终成果5结语以提高学生工程素养和创新意识作为课程教学改革的目标，从教学内容的融合、更新，传统教学方法与项目学习法的取长补短，提高教学质量。通过在《电力系统继电保护》教学实践中引入CDIO工程教育模式，提出了主动式项目驱动学习方法，以期最大化课程教学效果，这将成为电气专业教学质量系统工程的重要部分。将ETAP软件与主动式项目驱动学习方法相结合，应用于《电力系统继电保护》课程的教学改革中，不仅使抽象的电力系统变得可视化，而且使得学生对电力系统的计算分析更加简便。教师在构建项目过程中能不断提升教师的个人能力，学生通过主动式项目驱动学习，能激发学生的积极性和主动性，使学生的创新精神和实践能力得到了很好的培养，为我国产业升级培养工程型和创新型的“卓越工程师”。
参考文献：
[1]高广玲,张沛云.“电力系统继电保护”工学结合特色课程的建设[J].电气电子教学学报,2011(Z1):130-133.
[2]张景杰.改革高职院校继电保护课程培养"卓越工程师"[J].山东工业技术,2017(19):237-238.
[3]顾佩华,包能胜,康全礼,等.CDIO在中国(上)[J].高等工程教育研究,2012(3):24-40.
[4]王洪梅,郑晓丹,彭学虎,等.基于CDIO的电力系统继电保护课程课堂教学改革[J].学子(教育新理念),2013(7),177-178.
[5]刘禹良,伍家洁.ETAP在高职高专“电力系统分析”教学改革中应用[J].实验室研究与探索,2016,35(8):212-216.
[6]牛光宏,蒋鹏赞.基于ETAP的供配电系统继电保护定值分析[J].智能建筑电气技术,2015,9(3):8-11.
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