面向智能電網(wǎng)的電氣專業(yè)大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)探究

劉朝華，李小花，肖小石，周少武

(湖南科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院,湖南 湘潭 411201)

?

面向智能電網(wǎng)的電氣專業(yè)大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)探究

劉朝華，李小花，肖小石，周少武

(湖南科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院,湖南 湘潭 411201)

隨著智能電網(wǎng)的深入推進，電力系統(tǒng)擁有巨大的數(shù)據(jù)信息。如何有效挖掘和利用電網(wǎng)大數(shù)據(jù)價值，對建設(shè)堅強智能電網(wǎng)具有重要意義。作為人才培養(yǎng)基地的高等院校需要對傳統(tǒng)電氣工程及其自動化專業(yè)的人才培養(yǎng)進行改革。從“智能電網(wǎng)”概念入手，闡述“智能電網(wǎng)”大數(shù)據(jù)背景下的傳統(tǒng)電氣專業(yè)培養(yǎng)模式的局限。從智能電網(wǎng)背景下對電氣專業(yè)數(shù)據(jù)人才需求特點出發(fā)、對智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)目標、課程體系、培養(yǎng)方案進行探討。

智能電網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；電氣專業(yè)；課程體系；教學(xué)

近年來，全球能源危機問題日益突出。為適應(yīng)能源可持續(xù)發(fā)展要求，歐美等發(fā)達國家率先提出“智能電網(wǎng)”的構(gòu)想，以保障電力高質(zhì)量、高可靠性、高效率等要求，“智能電網(wǎng)”業(yè)已成為全球電力系統(tǒng)發(fā)展的主流[1]。我國將智能電網(wǎng)建設(shè)列入國家“十二五”發(fā)展規(guī)劃，上升為國家戰(zhàn)略。

智能電網(wǎng)的實質(zhì)是在現(xiàn)有傳統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)電、輸變電、配電、調(diào)度、用電、管理等多個環(huán)節(jié)上，通過電力轉(zhuǎn)換、通信、自動控制、物聯(lián)網(wǎng)感知、計算分析與決策等，在特征上主要表現(xiàn)為自我堅強、自我調(diào)控、自我分析決策等信息自動化、實時數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)[2]。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的深入與發(fā)展，電力系統(tǒng)從發(fā)電、運行、并網(wǎng)、傳輸、調(diào)度、用電、配電到設(shè)備檢/監(jiān)測等各個環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不斷累積，規(guī)模呈指數(shù)級增長并呈現(xiàn)大數(shù)據(jù)趨勢。面對異構(gòu)巨大電力數(shù)據(jù)，如何高效存儲和挖掘利用這些數(shù)據(jù)成為當(dāng)今電力生產(chǎn)和管理部門面臨的挑戰(zhàn)。

由于電力大數(shù)據(jù)中蘊含著重大的價值，充分挖掘潛在價值可提升電網(wǎng)系統(tǒng)自身的建設(shè)、管理、運行水平至新的高度。同時，還可為其它工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)部門、政府管理部門和廣大用戶提供更好的服務(wù)和咨詢，最重要的是能夠為電力公司拓展市場業(yè)務(wù)提供決策依據(jù)。如何對智能電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)進行高效利用是當(dāng)前智能電網(wǎng)建設(shè)中的研究課題。與商業(yè)及互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的大數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用相比，電力系統(tǒng)具有自身的特殊性和復(fù)雜性，智能電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用還有待進一步加強[3]。隨著“智能電網(wǎng)”的深入推進，智能電網(wǎng)方向的電氣專業(yè)人才的需求較大，為實現(xiàn)智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略目標，電力企業(yè)將需要大量高水平的既精通電力系統(tǒng)又懂現(xiàn)代信息化技術(shù)的復(fù)合型人才。然而，現(xiàn)有大部分高校電氣專業(yè)智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)科學(xué)人才培養(yǎng)體系不完善。隨著智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)問題日益突出，有關(guān)智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)人才需求極為短缺，給高校電氣專業(yè)人才培養(yǎng)帶來了機遇和挑戰(zhàn)。因此，建立科學(xué)有效的人才培養(yǎng)體系，培養(yǎng)能夠從事智能電網(wǎng)運行過程中大數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用的高級工程技術(shù)人才是高等學(xué)校面臨的一項十分重要的課題。

目前, 高校電氣專業(yè)中智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理方向的人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)薄弱，難以適應(yīng)國家新型電力系統(tǒng)建設(shè)信息化、自動化、數(shù)字化的急切需求。針對以上問題，本文從“智能電網(wǎng)”大數(shù)據(jù)背景下電氣專業(yè)人才需求特點、培養(yǎng)目標、課程體系與培養(yǎng)方案進行探討，期望建立新的人才培養(yǎng)模式，力求能培養(yǎng)出適應(yīng)智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)環(huán)境的高素質(zhì)電氣技術(shù)人才。

1　傳統(tǒng)電氣專業(yè)教育模式的局限

傳統(tǒng)電氣專業(yè)著重于發(fā)電、配電以及電網(wǎng)建設(shè)與運行，主要培養(yǎng)學(xué)生掌握電機電器、電力電子技術(shù)、高壓與絕緣、自動控制技術(shù)等方面知識[4]。學(xué)生通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)電氣工程、應(yīng)用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、控制理論等課程后，能夠從事與電氣工程有關(guān)的系統(tǒng)運行、運動控制與電力拖動、電力電子、電子技術(shù)、電力系統(tǒng)調(diào)度與管理等。而“智能電網(wǎng)”背景下的電氣專業(yè)涉及的范圍更廣、信息量更大、智能化程度更高，包括了信息、感知、通信、計算與分析、挖掘與決策等方面諸多新技術(shù)，更要體現(xiàn)出大數(shù)據(jù)科學(xué)的思維。因此，在“智能電網(wǎng)”背景下電氣專業(yè)學(xué)生不僅要有寬泛的基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識，還應(yīng)具備數(shù)據(jù)科學(xué)思維及創(chuàng)新精神。

2　智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)特點及對電氣人才的要求

隨著電力信息化的推進和智能變電站、智能電表、實時監(jiān)測系統(tǒng)、現(xiàn)場移動檢修系統(tǒng)、測控一體化系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)信息管理系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，電力數(shù)據(jù)的規(guī)模和種類快速增長，這些信息共同構(gòu)成了智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)。智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分為兩大類：一類是電網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)，包括用電信息采集系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)、廣域監(jiān)測系統(tǒng)、電管理系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、設(shè)備檢測和監(jiān)測系統(tǒng)；另一類是外部數(shù)據(jù)，包括氣象信息系統(tǒng)、公共服務(wù)部門和互聯(lián)網(wǎng)信息。其數(shù)據(jù)特征有：數(shù)據(jù)具有分布性；數(shù)據(jù)量大、維度多、數(shù)據(jù)種類多、存儲要求高；數(shù)據(jù)中蘊含著巨大的經(jīng)濟社會價值；數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)性強，且實時性要求高。

針對智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的特征，要求數(shù)據(jù)科學(xué)專業(yè)人員利用現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理技術(shù)對電力行業(yè)數(shù)據(jù)進行獲取與感知、挖掘與分析，并設(shè)計專業(yè)數(shù)據(jù)處理程序?qū)ζ溥M行加工應(yīng)用。具體而言之，必須掌握以下技術(shù)：1)數(shù)據(jù)管理技術(shù)。由于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性，數(shù)據(jù)質(zhì)量不高，數(shù)據(jù)分散，要求專業(yè)人員利用數(shù)據(jù)存儲技術(shù)(包括大容量存儲技術(shù)，關(guān)系型、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù))、數(shù)據(jù)抽取技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、數(shù)據(jù)清洗和過濾技術(shù)等對數(shù)據(jù)進行管理。2)數(shù)據(jù)處理技術(shù)。由于電力數(shù)據(jù)的海量增長，考慮電力系統(tǒng)安全運行的重要性與時效性，要求專業(yè)技術(shù)人員利用分布式計算技術(shù)、內(nèi)存計算技術(shù)、流計算技術(shù)對電力大數(shù)據(jù)進行快速高效能處理，降低資源能耗。3)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)。由于電力數(shù)據(jù)類型復(fù)雜，需要專業(yè)技術(shù)人員利用可視化技術(shù)、空間信息展示技術(shù)、以及歷史信息流展示技術(shù)來表示電力數(shù)據(jù)的直觀性和可視性，以提升電力數(shù)據(jù)內(nèi)在的實際價值并展現(xiàn)給用戶參考。4)數(shù)據(jù)分析技術(shù)。由于電力數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性強，單位數(shù)據(jù)價值低，要求專業(yè)技術(shù)人員利用數(shù)據(jù)挖掘、機器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)對電力數(shù)據(jù)在線分析、關(guān)聯(lián)度分析，對設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)測。

3　智能電網(wǎng)背景下高校電氣專業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)培養(yǎng)模式構(gòu)建

基于以上背景，高校應(yīng)順應(yīng)智能電網(wǎng)技術(shù)前沿理論和技術(shù)發(fā)展以及新型電力系統(tǒng)建設(shè)需求，立足于智能電網(wǎng)對大數(shù)據(jù)技術(shù)人才的知識結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)以及整體素質(zhì)的要求，緊密結(jié)合電力行業(yè)部門的協(xié)同合作，通過核心課程設(shè)置、校企協(xié)作辦學(xué)培養(yǎng)方式等教學(xué)環(huán)節(jié)的綜合改革，培養(yǎng)具備堅實的電力系統(tǒng)專業(yè)背景和“數(shù)據(jù)科學(xué)”基礎(chǔ)以及“大數(shù)據(jù)處理技術(shù)”實踐應(yīng)用能力的智能電網(wǎng)專門人才。

3.1面向智能電網(wǎng)的電氣本科大數(shù)據(jù)人才專業(yè)核心課程設(shè)置

為適應(yīng)智能電網(wǎng)信息化、自動化、數(shù)字化的急迫需求，需要在原有電氣專業(yè)本科培養(yǎng)目標與課程設(shè)置的基礎(chǔ)上調(diào)整、優(yōu)化人才培養(yǎng)方案和課程體系。通過對智能電網(wǎng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等環(huán)節(jié)進行分析，增設(shè)智能電網(wǎng)知識和電力大數(shù)據(jù)科學(xué)方面的課程。在智能電網(wǎng)知識方面應(yīng)增加智能電網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電力系統(tǒng)通信與智能電網(wǎng)通信技術(shù)、智能電網(wǎng)信息安全、智能電網(wǎng)先進傳感技術(shù)、智能電網(wǎng)綜合監(jiān)控技術(shù)、電力營銷與信息化系統(tǒng)等課程。在大數(shù)據(jù)技術(shù)知識方面可以考慮開設(shè)數(shù)據(jù)科學(xué)導(dǎo)論、數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉庫、統(tǒng)計程序、數(shù)據(jù)挖掘、并行算法與程序設(shè)計、大數(shù)據(jù)分析、預(yù)測分析和實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)可視化、商業(yè)分析、云計算技術(shù)、Hadoop與MapReduce大數(shù)據(jù)處理平臺軟件等課程，增強學(xué)生掌握大數(shù)據(jù)技術(shù)的理論水平與實踐能力。

3.2科研促進智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)模式

智能電網(wǎng)與大數(shù)據(jù)科學(xué)都是發(fā)展中的學(xué)科專業(yè)，其學(xué)科理論體系還不完善。當(dāng)今世界電力信息化和智能化發(fā)展迅速,很多工程中的問題還有待進一步探索與實踐，許多新理論、新方法有待進一步挖掘。這就要求高校在人才培養(yǎng)過程中需要走在理論與實踐的前沿，既要探索智能電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)科學(xué)理論方法，又要解決智能電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)實際問題，為國家建設(shè)智能化信息化電網(wǎng)提供智力支持和人才保障。因此，高校要加強智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)科學(xué)研究，將最新研究成果展現(xiàn)在大學(xué)課堂上，形成“研教合一”，這樣更有利于培養(yǎng)智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)創(chuàng)新性人才。

3.3校企合作的智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)模式

智能電網(wǎng)具有很強的行業(yè)背景，高校培養(yǎng)的人才能否適應(yīng)行業(yè)發(fā)展是檢驗人才培養(yǎng)質(zhì)量的試金石。這要求院校與企業(yè)、行業(yè)建立良好的合作關(guān)系。筆者認為可以通過以下兩種模式進行校企合作辦學(xué)。一是聘請有實踐經(jīng)驗的企業(yè)技術(shù)骨干或行業(yè)專家來校承擔(dān)教學(xué)任務(wù)，共同參與學(xué)校培養(yǎng)方案的制定。選派企業(yè)資深技術(shù)專家指導(dǎo)教師和學(xué)生的實驗實訓(xùn)，幫助教師了解行業(yè)發(fā)展動態(tài)、提高實踐能力；不定期邀請行業(yè)工程技術(shù)人員來校做報告，提升學(xué)生對前瞻性、前沿性學(xué)術(shù)與技術(shù)問題的認識，拓展學(xué)生的專業(yè)視野。二是引入行業(yè)實際案例教學(xué)，通過引入智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理實際案例與實驗系統(tǒng)，讓學(xué)生實際接觸電力工業(yè)現(xiàn)場，建立對電力工業(yè)現(xiàn)場的感性認識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。不定期選派智能電網(wǎng)方向的學(xué)生到電力企業(yè)行業(yè)實習(xí),培養(yǎng)學(xué)生運用理論知識解決工程實際中的大數(shù)據(jù)問題的能力。

4　結(jié)語

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的深入與發(fā)展，電網(wǎng)中從發(fā)電、運行、并網(wǎng)、傳輸、調(diào)度、用電、配電到設(shè)備檢/監(jiān)測等各個環(huán)節(jié)產(chǎn)生了多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)為智能電網(wǎng)的建設(shè)提供了機遇，但面對智能電網(wǎng)中的巨大信息量，如何高效處理和利用這些數(shù)據(jù)成為當(dāng)今電力部門面臨的挑戰(zhàn)，同時也給高校電力信息技術(shù)人才培養(yǎng)提出了新的要求。為適應(yīng)新時代下電力系統(tǒng)發(fā)展要求，高等院校需要對傳統(tǒng)電氣專業(yè)的人才培養(yǎng)進行改革。新形式下高等院校的電氣專業(yè)教育需要在培養(yǎng)目標、課程設(shè)置、教學(xué)方式等方面進行綜合改革，才能培養(yǎng)出在理論知識和實踐能力方面符合智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)需求的電氣專業(yè)人才。

[1] Xi Fang, Satyajayant Misra, Guoliang Xue, et al．Smart Grid,the new and improved power grid：a survey[J].IEEE Communications Surveys and Tutorials (COMST),2012(4):944-980．

[2] 宋亞奇,周國亮,朱永利.智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[J].電網(wǎng)技術(shù),2013(4):927-935.

[3] 張東霞,苗新,劉麗平, 等.智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展研究[J].中國電機工程學(xué)報, 2015(1):2-11.

[4] 馬玉泉,馬繼偉,盧衛(wèi)娜,等.電氣信息類專業(yè)課程體系優(yōu)化與大類平臺課建設(shè)[J].中國電力教育，2011(10): 167-168.

(責(zé)任校對王小飛)

10.13582/j.cnki.1674-5884.2016.07.023

20160112

劉朝華(1983-)，男，湖南衡陽人，講師，博士，主要從事電氣與自動控制技術(shù)的教學(xué)與研究。

G640

A

1674-5884(2016)07-0069-03