水电调度专业人才多维联动培养模式

冯仲恺，牛文静，覃 晖，蒋志强，莫 莉，周建中

1.华中科技大学 水电与数字化工程学院，湖北 武汉 430074；2.长江水利委员会 水文局，湖北 武汉 430010

近年来，我国水电行业发展迅猛，水电系统规模呈现爆炸式增长，相继建成了三峡、小湾、龙滩、溪洛渡、向家坝等一大批巨型水电站，形成了乌江、金沙江、澜沧江等十三大水电基地，2016年总装机容量更是突破3.3亿千瓦，远超世界排名第二的美国（约为1亿千瓦），在短短几十年内实现了从“追赶者”到“领跑者”的巨大飞跃，形成了“世界水电看中国”的靓丽风景。伴随各大水电基地的先后投运与并网发电，我国逐步踏入水电系统大规模联合调度运行和统一管理新阶段[1-2]。不同于其他水电大国，我国水电系统有着装机规模大、梯级电站多、并网结构复杂、调度层级多、调节性能多变、水力—电力—动力联系密切等独有特征，对水电调度高层次专业人才的理论知识水平、工程实践技能与综合应用能力等诸多方面都提出了更为严格的要求[3-4]。

然而，现阶段我国水电调度专业大都沿用以课堂授课为主体的传统培养模式，在很大程度上减少甚至严重忽视了学生的工程化应用场景与思维模式训练，使得学生的已有专业素养与工程复杂需求不相匹配，不可避免地存在动手实践能力差、社会适应能力弱等局限[5]，既不利于学生在行业内的顺利成长与快速发展，又难以满足我国巨型水电站、特大流域、省级电网等不同水电调度对象的管理需求，因而亟待研究适用于新时代背景下水电调度行业现状的高层次人才培养模式。为此，本文结合笔者团队在水电调度本科教学、研究生培养过程中的心得体会与实践经验，提出了一种水电调度专业多维联动人才培养模式，以期深化学生专业知识，增强学生的工程实践能力，从而为推动水电调度科研后备队伍建设提供一种有效的途径。

一、概述

本文立足我国水电行业将长期保持迅猛发展的实际情况，紧密依托乌江、澜沧江、雅砻江、金沙江等巨型梯级水电基地面临的共性科学技术难题，提出了一种水电调度专业人才多维联动培养模式。该模式着力构建多个形式多样、层次鲜明的课题任务并安排学生结合自身兴趣与理论水平进行选择，而后有计划地推动课题研究并参与到相关工程项目，以加深对专业知识的理解与掌握，同时结合课题进度情况不定期地开展相关学术研讨活动，实时解答学生遇到的疑难问题、拓展学生学术视野，最后协助学生整理相关研究成果，在提高学生专业认同感与成就感的同时，切实增强其专业综合素质与就业竞争力。

二、内容

1. 科学设计课题任务，增加个性化选择

课题任务设计必须以满足水电调度国家重大需求为导向，要做到理智选择、科学设计、难易结合、与时俱进，既要涵盖经典的学科研究方向，又要考虑学生的兴趣爱好与基础差异，还要根据工程需求变化来动态调整相应课题内容，避免任务难度过大降低学生学习积极性，而任务难度过低又导致学生难以掌握基础知识，最终实现学生兴趣、经典理论与学科前沿的有机均衡。

首先，按照装机容量、电站数目等指标将水电系统划分为单一水电站、梯级水电站群、跨流域水电系统、省级电网水电系统、区域电网水电系统等规模与复杂性均逐级递增的研究对象；其次，依据时间尺度与任务需求将不同对象层面的调度问题划分为调度规则模拟优化、长期调度（如年计划）、中期调度（如周计划）、短期调度（如96点计划）、实时调度与AGC优化调度等多个紧密耦合且又彼此嵌套的核心问题，需要说明的是，在各类问题中均可根据用户需求动态调整计算电站、调节步长等关键计算要素；最后，学生根据自身兴趣个性化选择相应课题，按照“单站到多站、局部到整体、单目标到多目标、小规模到大规模”的原则逐步深入开展研究，同时与指导教师友好协商、科学制定总体目标、进度控制、阶段性成果等工作计划，并定期进行沟通交流，检查任务进度，从而保证整体效率。

以短期调峰调度为例，第一阶段可让学生聚焦在单一水电站调峰调度问题，深入掌握模型构建、求解方法、编程技巧等基础知识；第二阶段，督促学生推进至梯级水电站群联合调峰问题，逐步理解上下游水流时滞效应、复杂电力关联关系、网源协同机制等核心知识；第三阶段，着重开展跨流域水电与火电、风电、光电等多电源的联合调峰问题，尝试深入至多电源补偿策略、多目标协同优化、多主体动态博弈等学科前沿知识。

2. 集成学习多学科知识，夯实学生理论基础

水电调度涉及水利水电工程、水文学及水资源、电力系统自动化、运筹学、数学优化、计算机技术、网络通信等多个专业相关知识，这就要求学生具有良好的多学科交叉学习背景以夯实其理论基础。为此，需要遵循“由易到难、逐步深入”的总体思想，充分尊重学生兴趣与基础掌握情况，从理论经典与学科前沿等方面进行综合培养。

（1）由资深教师遴选学科权威专家学者发表的经典教材、文献、著作等学术资料，交由学生进行长期反复品读，让其逐步体会和掌握水电调度专业的概念、原理、模型构建及其求解方法等基础内容。（2）由导师指定专业内顶级期刊、专家学者以及国家部委与协会网站等重点关注对象，让学生实时跟踪学习，以便第一时间了解学科的最新发展动态与研究成果并收集研究所需数据，掌握国家对水电行业的战略布局、政策引导与未来发展方向。（3）由学生定期总结归纳研究内容学习心得，结合所承担课题任务来思考自身研究存在的不足之处与潜在解决途径，并与导师和其他方向学生共同探讨解决方案的可行性与实用性，实现学生理论基础的个性化培养。（4）经过多年教学沉淀后，导师对课题组不同方向学生存在的共性疑难问题（如模型构建、求解方法、结果分析）已经有了较为清晰的认识，应当动态调整授课内容并尝试编制兼顾各类学生实际特点的讲义、教材等资料，实现对水电调度多学科交叉内容的精准把控，进而协助学生快速掌握相关理论。

3. 深度参与生产项目，提高学生工程实践经验

通过前述的专题训练与理论学习，学生一般都会具备扎实的水电调度理论知识，但是仍然缺乏解决工程实际问题的工程训练，在独自应对复杂多变的生产任务时通常会无所适从、难以着手，因而需要逐步深入参与到合作单位的工程项目。需要说明的是，在安排工作时要综合考虑学生的学制时长、兴趣爱好、基础差异等多方面因素。以水电调度决策支持系统开发为例，可以让学生从模型层、方法层与支撑层等三个方面开展研究。

（1）水电调度涉及防洪、发电、供水、生态等形式各异、数量不等的复杂调度需求，既有目标导向性，又有约束限制性，使得水电调度模型构建十分复杂，通过参与这一工作，可以有效提升学生的数学建模能力与专业理解层次。（2）水电调度求解方法包括线性规划、非线性规划、动态规划、网络流法、智能算法等多种方法，不同方法的应用场景、寻优机理、解算规模与执行效率等方面存在较大差异，方法的通用性欠佳，而且我国水电系统存在机组动态投产、梯级滚动开发等问题，难以直接采用成熟的商业软件进行求解，通常需要结合问题特点与工程背景自行编制适用的方法，学生通过参与算法程序编制工作，可以有效锻炼其逻辑思维能力，加深理解基础理论方法的内在特性，进而逐步概括总结出标准化算法模块，在遇到类似工程问题时可以快速研发相应算法加以解决。（3）现阶段，我国各大流域梯级在水电站基础数据特性、管理用户差异化调度、计算对象动态调整、优化结果立体化展现等方面的需求往往存在很大差异，这就要求系统具有极强的技术支撑能力（如高效的复杂约束处理、实时的信息动态交互、良好的系统扩展性能、强大的数据备份能力），学生通过参与研究不同类型支撑技术的研发，能够提高其对水电调度专业的整体把控能力，进而实现多专业知识的深度融会贯通。

4. 广泛开展学术沟通交流，拓展学生专业视野

在学习和研究过程中，如果一味地闭门造车，很有可能误入歧途而不知，因而需要广泛沟通交流以开拓眼界、集思广益，才会取得意想不到的有益效果。为此，可以从以下几方面来为学生提供良好的工作环境与交流平台：（1）依据课题内容方向形成不同年级学生有机搭配的学习小组，实行面对面微课堂活动，逐步形成高年级对低年级的传帮带机制，而后安排各小组定期对课题内容进行总结汇报，由经验丰富的教师评委会对研究内容进行点评，考察具有潜在学术价值的创新性研究成果，并对未来研究方向提出科学建议。（2）鼓励学生积极参加不同机构、不同协会、不同学科、不同领域的学术交流活动（如水利年会、研究生论坛），让学生聆听大师的治学理念、学术态度，感悟差异化的思维方法与创新模式，激发学生从多个角度思考处理本专业的复杂问题。（3）为学生创造机会到水电站、流域集控中心、电网调度部门、水文局等生产单位走访调研、沟通交流，全面深入地了解当前水电调度亟待解决的关键难题，积极吸收一线调度人员丰富的工程经验，加深学生对专业问题的理解，提高研究内容的实用性。（4）邀请国内外资深专家、知名学者开展面对面学术讲座活动，深入剖析水电调度典型案例，鼓励学生勇于表达自己的观念，增强学生的思辨能力锻炼，进而在沟通中开拓视野、拓展思维。

5. 指导提炼研究成果，全面增强学生综合素质

通过长期深入的系统性学习与研究，学生基本可以具备处理水电调度的能力，而且极有可能获得具有一定学术价值的研究成果。然而，学生在首次准备学术成果时，通常会因经验不足而存在畏惧不前、无所适从等问题，仅靠个人自由探索，极易出现耗时费力、事倍功半的现象，因而需要老师主动给予学生指导、适时鼓励与支持，指导其快速完成学术论文、会议报告、国家专利、软件著作权等不同形式的研究成果，从而增强学生的自信心与成就感。与此同时，学生在这一过程中必然会查阅大量的资料并多次修改相关内容，其自我展示、沟通交流、资料收集、信息梳理、文献比对、思想凝练、内容把控、程序编制、文字修辞、逻辑表达、格式调整、精度控制、进度安排等综合素质也会得到全方位提升，这无疑会为学生立足社会打下坚实的基础。

三、 结论

伴随水电系统的高速发展，我国在现在乃至未来很长时间内都会对水电调度高层次专业人才有着极其强烈的需求，这就要求高等教育系统着力探索能有效提升水电调度从业人员综合素养的新型培养模式。针对这一现实需求，本文结合水电行业特点与发展现状，创新性地提出了面向水电调度专业的多维联动人才培养模式：首先设计出兼具科学性与趣味性的课题任务集合供学生分类选择，并积极引导学生主动学习相关经典理论与学科前沿知识；而后引导学生参与到适合所承担课题任务特点的工程项目加以锻炼，同时通过面对面微课堂、学术研讨、大师讲坛等方式指导学生解决遇到的技术难题；最后指导学生快速总结提炼相关研究成果，以提高其学术成就感、综合素质与社会竞争力。实践结果表明，该培养模式可将学生个人成长与学习兴趣有机融入到日常工作学习生活中，加速掌握扎实的水电调度专业理论知识，实现科研创新水平与工程实践能力的同步提升，是一种实用、有效的高层次人次培养模式。