新时期《电力工程信号处理及应用》特色立体化教材的建设

刘可真　束洪春　吴尉民　骆逍

如今，信号处理技术在电力工程中的应用越显广泛。介绍了立体化教材的概念、背景，分析了国家级精品课程特色教材《电力工程信号处理及应用》课程立体化教材的建设及其特色。

立体化教材 《电力工程信号处理及应用》 特色

一、引言

立体化教材建设的想法是于上世纪末提出的，是指以形成教学能力为目标，以传统纸质教材为基础，以学科课程为中心，以多媒介、多形态、多用途及多层次的教学资源和多种教学服务为内容的结构性配套教学出版物的集合。以往的传统教材体系已不能满足今天对高等专业人才培养的要求，我国近年来在教育各个层次都提出要深化教学改革，构建新的教学体系与教学模式。教学方式的改变、课程内容的创新以及现代化教学手段的普遍使用，使教材的改革显得日益紧迫。经过不懈努力，虽然我国教育在教材建设上已经取得了一定的成果，但在教材内容的选取与表现方式上任处于探索、提高的阶段。

信号处理技术是随着信息学科和计算机学科的发展而快速发展的一门学科，它的重要性日益在各个领域的应用中彰显出来。一直以来，电气类专业学生往往表现为在线性系统方面的知识较为扎实，而信号分析处理的知识掌握偏弱。通过“数字信号处理”课程的一系列改革和建设，学生对数字信号处理知识的掌握已得到了明显的提高。对此，昆明理工大学把《电力工程信号处理及应用》作为国家级精品课程电力工程信号处理应用的核心教材，将其建设成为满足综合考虑多学科内容、教学对象的多层次、表现形式的多媒体、解决问题的多角度等要求的特色立体化教材，目前《电力工程信号处理及应用》已获批为国家“十二五”规划教材。

二、立体化教材的构成

立体化教材包含了主教材、电子教案、网络课件、试题库和多媒体素材库等，为培养适应信息化社会学习、生活和工作的高素质人才奠定基础。

主教材建设是立体化教材建设中的重点内容，本校即昆明理工大学电力工程学院最初采用束洪春教授主编的《电力工程信号处理应用讲义》，通过总结多年来的教学实践和科研心得，研究同行学者成果，现已由科学出版社出版了《电力工程信号处理应用》。此书系统性强，根据电气工程及其自动化专业的特点，对电力工程信号处理应用进行了课程体系改革。以本门课程为线索，从电力工程实际问题出发，将电气工程专业知识、信号分析与处理知识紧密结合，使学生所学知识融会贯通，既启迪思路，又解决实际问题。

实验教材采用束洪春教授主编的《电力工程信号处理应用讲义实验指导书》，根据理论教学内容的不断更新实时调整，已进行了5次较大幅度的更新，现在积极准备实验教材的正式出版。

为促进学生课后自主学习，为学生提供了“电力工程信号处理应用”课件、“电力工程信号处理应用习题课件”“教学录像”等扩充性资料。从使用情况看，对学生专业自学和研究确实有很大的帮助。

在网络教学方面，建有教学资源丰富，功能比较齐全，运行良好的课程网站。在校园网平台上逐步实现网络教学。现已提供电力工程信号处理应用多媒体课件，电力工程信号处理应用实验课件，习题课件，教学录像以及在线测试等，且提供了师生互动平台，使学生能够在网络上实现自主学习。

三、教材特色

电力工程信号的处理是方法和工具，其宗旨是要解决电力系统的专项问题。本着“针对性、实用性、职业性”的原则，以问题为中心的教育理念，以电力工程信号为教研对象，以电力工程信号处理算法原理和实现为着力点，以电力工程信号处理应用为落脚点来组织内容。

（1）教材充分考虑了学生自主学习的需要，内容叙述详尽，目标明晰，结构清晰见图。每一独立章节讲述清楚概念、方法、结论和主要应用等四个层面内容。既启迪思路，又解决实际问题，理论联系实际，赋有时代性和实用性。

（2）该教材将电气工程专业知识、信号分析与处理知识紧密结合，要求学生具备较为扎实的专业知识；含有大量公式，其物理含义较难理解。针对本门课程的重点和难点积极引入教研和科研成果，优化课程体系，更新教学内容。将课题组创新的科研成果应用于教学中，更新教学内容，优化课程体系。

（3）在原有内容的基础上，通过总结多年来的教学实践和科研心得，研究同行学者成果，补充了小波变换、相量测量单元（Phasor Measurement Unit，PMU）、希尔伯特-黄（Hilbert-Huang Transform HHT）、S变换等内容。主要包括小波变换用于电力系统在线检测、故障诊断、变压器保护、负荷预测等工程课题；希尔伯特-黄变换在配电网故障选线、电力系统低频振荡检测、设备局部放电信号检测等问题的算法实现步骤和算例分析；S变换其在电力系统的应用研究主要集中在对电能质量扰动特征的提取、（间）谐波检测、配电网故障选线、低频振荡模态分解、行波波头识别等范围。

（4）将课题组创新的科研成果应用于教学中，如将形态学—小波检测，HHT，S变换等综合应用于行波波头检测和初始波头到达时刻标定；采用小波能量熵，S变换能量熵和形态谱等方法进行缆—线混合线路的故障选线以及创造性提出的变压器励磁涌流鉴别的形态结构判别方法以及动态电能质量扰动检测的形态谱方法、分形方法和广义S变换法。

四、应用情况

《电力工程信号处理及应用》是昆明理工大学在长期使用的内部教材《电力工程信号处理应用（讲义）》基础上，通过不断完善和更新已正式出版。教材具有方便开展理论教学与实践教学紧密结合的突出特点，围绕该课程的主要内容，在我校电力系统保护与控制重点实验室开展了基于“电力系统实时闭环仿真与保护测控试验系统等仿真试验平台的各种电力工程暂态信号分析处理实验，有效提高了学生的实践动手能力。

在使用时间已经长达十多年之中，该教材在实践中得到广泛的应用和创新。例如：

（1）多轨语言数字记录系统、直流系统绝缘在线检测与故障分支诊断系统、电力系统故障录波与测距装置、输电线路故障行波分析与测距系统等技术水平处于国内先进，成果在云南电网得到广泛应用。

（2）应用电力工程信号处理技术开展了大量的工程应用研究，《10-35kV电网接地故障监测和选线技术》《云电送粤交直流混合输电动态特性分析研究》《110kV架空电缆混用线路重合闸投切问题研究》《±800kV云广直流输电系统电磁暂态建模与仿真研究》《昆明电网规划、设计、装备技术原则》《昆明电网十一五规划》《昆明电网供电能力分析》《怒江电网高频稳定运行研究》等10余项成果被云南电网公司采用，为地方经济和社会发展做出了突出的贡献。

据科学出版社证明，由于本教材特色鲜明，反映了人才培养模式和教学改革的需求，自出版以来就受到全国各高校的普遍好评，截止2011年12月30日，教材印刷2次，实际印数28000册，目前使用该书作为教材的高校有昆明理工大学、四川大学、郑州大学、河南农业大学、南昌大学、辽宁科技大学、华东交通大学等学校，主要涉及电力工程、通信与信息系统等专业。出版以来，受到业界的广泛好评。

五、结语

《电力工程信号处理及应用》立体化教材是为满足培养高等电气专业人才的要求而建设的。在为电气专业高年级学生和研究生提供信号处理方法，培养其解决电力工程问题的能力，推进教学现代化、提高教材质量方面有良好作用，而且对创新意识和创新价值规律的培养也有积极的促进作用。

参考文献：

[1]韦晓杨.美国优秀立体化教材范例分析[M].高等教育出版社，2007

[2]张浩宇.立体化教材建设的思考[J].重庆文理学院学报，2008.

[3]束洪春.电力工程信号处理及应用[M].科学出版社，2009.