本站原创摘 要 随着我国水电进入大规模调度运行阶段,水电专业人才需求变得尤为强烈,特别是对研究生的理论和实践能力提出更高的要求.为此,设计了一种基于专题任务的水电调度专业研究生培养模式,围绕实际工程课题,从任务设计、专业理论学习、研究与开发、关键问题讨论、成果评价等方面给出了详尽的专题实施方案.提出的培养模式有助于深化研究生对专业知识的理解,提高工程实践能力,可以为改善我国研究生培养水平提供一种可行的思路.
关 键 词 水电调度 专题任务 研究生 培养模式
中图分类号：G643.0 文献标识码：A
Discussion on Hydroelectric Scheduling Postgraduate
Training Mode Based on Thematic Mandates
SHEN Jianjian, CHENG Chuntian, WU Xinyu, LI Gang, LIAO Shengli
（Hydropower and Water Information Institute, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116024）
Abstract As China enters a large-scale hydropower dispatching stage, hydropower professionals bee particularly strong demand, especially in the theory and practice of graduate students put forward higher requirements. For this reason, the design of a hydroelectric scheduling postgraduate training mode thematic mandates around practical engineering problems, from the task design, professional study of theory, research and development, the key issues discussed, given the results of a detailed evaluation of other aspects of the implementation of the thematic program. Training model proposed will help to deepen the understanding of graduate professional knowledge and improve the ability of engineering practice, can provide a viable idea for improving the training level of our students.
Key words hydropower scheduling, thematic mandates, postgraduates, training model
我国实行研究生教育改革10多年来,已经培养了大批高层次人才,为经济和社会发展做出了巨大贡献.然而,随着研究生招生规模的急剧扩大,传统的针对小规模研究生的培养模式已很难满足当前的教育现状,研究生的培养质量暴露出许多亟待解决的问题,尤其对于工程应用类专业,如何提高研究生的理论和实践水平是非常棘手和紧迫的问题之一,解决好这一问题对全面提升我国工程技术和管理人员的整体水平,保障工程安全可靠经济运行具有重要现实意义.
水电作为我国电力工业长期发展的主要方针,在过去10年间实现了高速发展,三峡、龙滩、小湾、糯扎渡、溪洛渡、向家坝等一大批巨型水电站相继投入运行,标志着我国已经迈入了大规模水电系统运行和管理阶段,与此同时水电专业人才需求也变得非常强烈.水电调度专业有典型的工程应用特色,对工程技术和管理人员的专业知识特别是实践能力要求很高,随着水电调度和管理越来越复杂,现阶段人才的需求也转移到硕士和博士等高层次研究人员,因而对研究生的培养提出了更高的要求.本文结合作者在研究生教育培养中的实践经验,介绍了一种基于专题任务的水电调度专业研究生培养模式,围绕实际工程课题,从任务设计、专业理论学习、研究与开发、关键问题讨论、成果评价等方面给出了详尽的专题实施方案.经过两年的实践检验,提出的培养模式确实有助于深化研究生对专业知识的理解,提高工程实践能力,可以为改善我国研究生培养水平提供一种可行的思路.
1.水电调度专业研究生专题培养模式概述
正如上文所提及的,水电调度专业的研究生培养在注重深化专业理论知识的同时,需要更加重视工程实践应用,这对当前我国大多数高校普遍采用的“课本化”教学培养方式提出了很大挑战.本文基于专题任务的培养模式就是立足于我国水电调度和管理现在和长远需求提出的,这种模式依托巨型水电站水库、特大流域梯级水电站群,以及省级和区域电网水电系统等代表性工程,针对工程实际中面临的关键科学技术难题和应用问题,构建具体的专题任务,同时结合专题特点,分组分阶段进行特定专题任务的研究与开发,以此强化研究生的理论知识,增强学习兴趣,加快专业入门速度,更重要的是可以依托具体专题任务,将理论与工程实践紧密结合,实现活学活用,提高研究生的整体专业素养.
2.专题培养模式的实施方案
2.1 专题任务设计
专题任务的设计需要紧跟当前水电系统调度的前沿方向、涵盖重要的基础理论知识,同时需要兼顾研究生的专业知识水平,目的是激发学生对专题任务和解决实际问题的兴趣,同时也不会因为专题任务难度过大、方向过时无法调动学生的积极主动性. 首先专题任务的来源是我国西南地区巨型水电站、流域梯级水电站群、以及电网水电系统等实际工程,由于电网水电系统规模较大,且调度问题复杂,所以一般选择具有代表性的巨型水电站或者流域干流梯级水电站群作为任务研究对象,如龙滩、小湾、糯扎渡、溪洛渡等巨型水电站,以及红水河流域、澜沧江流域、金沙江流域等.
第二,在研究对象确定后,按照水电调度的问题类型划分专题任务,大致包括优化调度规则、中长期优化调度、短期优化调度、实时调度和梯级AGC策略、厂内经济运行等几大类主要问题.
第三,按照由易至难的顺序,设计各个专题任务的分阶段实施计划,基本遵循从单库到梯级、从单目标到多目标的思路确定各阶段的具体研究问题.例如对于中长期优化调度专题,第一阶段主要研究单一龙头水库的年度或季度的调度决策方案,采用发电量最大作为优化目标,第二阶段则集中在流域梯级水库群的联合优化调度上,并分步骤进行单目标优化和多目标优化,第三阶段重点针对跨流域水电站水库群补偿优化调度,研究流域梯级间的补偿优化策略.
在设计完成后,由导师和研究生共同确定各组学生的研究专题,并制定专题研发、讨论交流、以及评价考核的详细执行计划.
2.2 专业理论学习
在开展专题研究之前,需要由研究生导师或者所在课题组教师统一进行为期8课时左右的专业基础理论教学,目的是让学生掌握水库（群）调度相关的基本概念、基本原理、常规计算方法,了解国内外水库（群）调度的发展历程、研究现状、经典问题及求解算法、前沿问题等.与此同时,导师可以推荐一些水电调度领域权威专家和学者的研究论文和书籍,通过查阅这些经典论著,便于研究生掌握更多的问题建模思路和求解方法细节,这对于开展专题研究有非常重要的作用.
2.3 专题研究与开发
水电调度专题主要包括三项任务,一是开展建模及求解算法研究,二是利用计算机编制算法程序,三是开发系统用户界面展示优化计算结果.
（1）水电调度是典型的大规模高维、离散、非线性复杂优化问题,包括大量的电站、机组时间耦合型约束,以及系统空间耦合型约束,需要考虑发电、防洪、航运、生态、灌溉等多目标综合利用要求,所以该问题的建模求解是一项非常复杂的工作.这项任务可以培养研究生对实际工程问题的理解,通过研究大规模复杂水电调度约束和多目标处理的简化策略,掌握能够准确反映实际工程问题的数学建模方法,同时结合模型特点,可以进一步研究解决模型的优化算法,提升对实际问题的分析和解决能力.
（2）计算机编程是解决水电优化调度问题的必备工具,因本科阶段计算机课程的差异,学生可以自由选择最为熟悉的编程语言如JA或者C++等编制算法程序.同时,为保证算法流程的准确性以及提高算法编制效率,可以从书籍或网络上下载一些经典算法的标准程序,参考借鉴其实现思路,使水电优化调度算法程序尽可能规范化、标准化.
（3）水电调度涉及到大量的模型输入条件和输出结果,若直接在程序中写入或输出这些数据,既不利于修改维护,也无法直观展示调度过程,所以利用JA等工具包开发输入和输出用户界面是非常有必要的,通过这项任务,可以提高学生利用计算机工具解决实际工程问题的能力,同时也能改善针对水电优化算法的调试效率和查错水平.
2.4 关键问题讨论
受专业知识和计算机水平的限制,学生在专题研究与开发过程中不可避免地会遇到优化调度算法和计算机编程等方面的技术难题和问题,对于这种情况,导师需要定期组织各专题小组进行成果汇报和问题集中讨论,了解学生的专题实施进度,以及对问题的理解水平,并针对一些共性的重点难点问题,进行详细的剖析和讲解,发散性地给出这些问题在实际工程中的产生原因和常用的解决手段,拓宽学生的专业知识面,加深其对问题的理解.
2.5 专题成果评价
从三个方面对专题成果进行评价：一是在定期的专题汇报中,由导师和课题组其他教师组成评委会,针对学生的汇报成果和对问题的回复情况给出总体评分,二是根据最终专题研究报告的完成情况和完成水平确定报告成绩,三是考察各专题小组成果的创新性,是否已经或者可以提炼出可发表的创新成果,目的是鼓励学生独立完成学术论文,这对于培养学生的逻辑思维能力和文笔功底是非常重要的.
3.结语
作为世界上水电装机规模最大、调度问题最为复杂的国家,中国对于水电调度和管理人才的专业水平和实践能力要求极高,人才需求非常强烈,迫切需要从高等教育阶段着手全面提升硕士和博士研究生的整体专业素养,以及解决水电工程实际问题的实践能力.本文提出的基于专题任务的水电调度专业研究生培养模式,可以调动学生的积极性,激发对专业知识的学习兴趣,提高研究生的科研创新水平和计算机应用水平.多次实践结果表明,一个学期左右的专题培养可以使学生基本掌握水电调度的基础理论知识和计算机编程技术,具备参与实际工程项目和独立科研的能力,可以为类似专业的研究生培养提供借鉴.
基金资助：教育部高校基本科研业务费专项基金（DUT14RC（3）089）