电气工程导论论文样例十一篇

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2城市轨道交通电气安装工程施工中的质量控制

城市轨道交通电气设备中存在的问题对城市轨道交通中电气安装工程的质量至关重要,当前,一些城市轨道交通在电气设备的设计方面还没有形成严格的体系,在所以说在电气设设备的安装中出现了各种各样的问题,影响到城市轨道交通的通行质量。因此,必须充分重视电气设备的质量,保证电气设备的质量和功能可以满足城市轨道交通的需要。因此,在实际的工作过程中施工单位应该加强对施工人员的培训,聘请专业的电气安装人员对设计人员进行分析和指导,保证设计出来的图纸能够通过有效的措施来保证城市轨道交通电气安装的施工质量。

(2)在城市轨道交通电气安装中使用直流电机。对于城市轨道交通来说,车辆一般情况下使用的是径向的转向架,這种转向架属于一种自导式的模式,优点是结构比较简单,在车辆上使用比较容易通过半径比较小的曲线,在某种情况下可以保证线路在运行中的平稳度。在城市轨道交通的施工的电气安装中,直线电机采用的主要是直线感应的方式进行电机的牵引,主要的构成是转向架上面的定子和钢轨在进行铺设的时的感应板。城市轨道交通电气系统利用直线电机进行工作的时候会产生很大的推力,同时还会产生侧向力,城市轨道交通电力系统在对推力的工作点进行选择的时候应该充分考虑到直线电机产生的侧向推力和垂向力,城市轨道交通在对直线电机进行制动的时候,英爱采用再生制定和反接制动,这样城市轨道车辆在紧急制动的时候,采用的是空气制动和再生制动的方式,利用城市轨道车辆的非黏着特点,在城市轨道交通系统中使用直线电机具有非常大的优势。

对于城市轨道交通电气系统中的直线点击来说,直线电机的牵引是一种非黏着驱动,不会轨道车辆的轮轨之间的黏着造成限制,因此,轨道交通车辆的爬坡能力是非常好的。对于一些常规性质的铁路来说,爬坡的能力比较城市轨道交通车辆是有一定的限度的。在城市轨道交通系统中使用直线电机可以很大程度上提高轨道车辆的爬坡能力,在爬升的时候具备良好的灵活性能。直线电机在牵引的过程中不需要使用减速齿轮,这样在对转的时候具有一定的自由度,可以利用径向的转向架通过车辆来设置组成半径,减少线路建设的具体长度,在城市轨道交通电气系统中使用直线电机具有非常好的导向效果,降低城市轨道车辆的整体高度,在可以行走的区间之内是的断面的面积降到最小。

作者简介:李自成(1970-),男,四川资阳人,成都理工大学工程技术学院自动化系,副教授。(四川乐山614000)

电气工程及其自动化专业在电气信息领域起着十分重要的作用,主要研究电能的产生、传输、转换、控制、储存和利用,同时有关电能的转换及使用的控制在该专业所占的地位也日益重要。[1,2]它和人们的日常生活及工业生产联系越来越紧密,因而发展迅速,已经成为高新技术产业的重要组成部分,并成为很多高校的一门重要学科。而成都理工大学工程技术学院在2005年成立了电气工程及其自动化专业,在专业发展过程中注重实践课程体系的建立。为了适应当今社会关于应用型人才的培养要求,加强学生的动手能力和实践技能,突出工程能力和工程素质的培养,结合电气工程及其自动化专业的人才培养方案制订了电气专业工程训练教学计划,形成了科学的电气工程实训课程体系。体系以培养学生在电机及其电力拖动技术、电力电子与电气传动技术、电气控制技术、电力系统自动化技术等方面的工程技能为基本目标,旨在提升学生在电气领域的知识应用水平和综合创新能力,构建起理论知识学习与实际技能训练、单项能力培养与综合素质提升之间的桥梁。

一、课程目标定位

课程体系反映了应用型本科对知识能力方面的要求。应用型本科同一般普通本科的培养体系是平行的,相比具有鲜明的技术应用性特征。[3]在培养规格上,应用本科培养的不是学科型、学术型、研究型人才,而是培养适应生产、建设、管理、服务第一线需要的高等技术应用型人才;在培养模式上,应用本科以适应社会需要为目标,以培养技术应用能力为主线设计学生的知识、能力、素质结构和培养方案,以“应用”为主旨和特征构建课程、教学内容体系,重视学生技术应用能力的培养。基于应用型本科的性质,为了加强对学生实践能力的培养,使学生尽快掌握本专业领域的技能,因此整个体系强调建立一个系统化的实训过程,通过实训,学生应该具备以下技能:

掌握电机和电力拖动技术,熟悉变压器、直流电机、交流电机的结构,通过实训熟悉电机运行原理和调速原理。

掌握电力电子与电气传动技术,熟悉各种电力电子器件的应用,能正确使用变频器,并能初步进行电机调速电路的设计和调试。

掌握电力系统自动化技术,通过实训熟悉继电保护基本原理,利用MATLAB进行潮流计算,并能进行初步的短路分析。

熟练掌握工厂电气控制、电气设计软件等开发平台和应用技术,能够进行系统控制程序设计或者利用软件进行电路的设计。

掌握电气系统或者控制程序的调试方法,能通过实际操作较好地判断出电气系统或者控制程序的缺陷,并进行改进。

为了节约成本,加快开发过程,能够用仿真软件对电路进行仿真,熟练使用各种仿真软件,包括ProtelDXP等。

能熟练使用各种检测工具,具备对低压电器的认知和感性认识,熟悉每种低压电气的正确用法,能进行初步的设计,选择出满足要求的电器。

二、课程体系的构成原则

实训基于各课程各章节内容或者课程之间联系,以实训项目为主体和载体,以程序或者电路系统设计作为驱动,实现知识、技术、能力和素质的全面提高。以实训课程体系作为实训目标的基础,制订完善的实训计划体系,同时坚持了以下原则:

以就业实际需求为导向,以能力培养为核心,以学生适应就业岗位为目标,以岗位技能为重点,兼顾长远发展。

注重知识、技术、能力、素质的协调发展,使学生通过实训既巩固了所学的知识和技术又提高了应用知识、技术的能力,使素质得到升华。

以实践能力和工程训练为重点,突出技术应用能力培养,强调在应用中创新,通过解决问题综合运用所学的知识。

课程体系体现了开放性、灵活性,及时反映了新能源技术的发展以及新技术的应用。

课程体系与人才培养方案的课程体系衔接,分别针对电气技术、电力系统自动化、电力电子等方向设立实训课程。

三、分层次模块化实训教学体系的设立

电气工程及其自动化专业主要是研究电能应用的专业。近几十年来,有关电能的转换、控制在该专业所占的地位日益重要,专业名称中的“及其自动化”反映了科学技术的这种发展和变化。电气工程及其自动化专业的专业范围主要包括电工基础理论、电气装备制造和应用、电力系统运行和控制三个部分。[4,5]因此实训课程的设立也应该反映这些专业范围。首先,电工理论是电气工程的基础,主要包括电路理论和电磁场理论。这些理论是物理学中电学和磁学的发展、延伸。而电子技术、计算机硬件技术等可以看成是由电工理论的不断发展而诞生,电工理论是它们的重要基础。电气装备制造主要包括发电机、电动机、变压器等电机设备的制造,也包括开关、用电设备等电器与电气设备的制造,还包括电力电子设备的制造、各种电气控制装置、电子控制装置的制造以及电工材料、电气绝缘等内容。电气装备的应用则是指上述设备和装置的应用。电力系统主要指电力网的运行和控制、电气自动化等内容。制造和运行不可能截然分开,电气设备在制造时必须考虑其运行,如电力系统由各种电气设备组成,其良好的运行必然要依靠良好的设备。

针对专业范围,电气工程及其自动化专业工程训练在学院工程训练中心进行。训练内容划分为工程认知训练、专业技能训练和综合创新训练三个层次。由于我院从专业建立初期就注重实验室的建设。目前训练条件优良,已建有电气技术实训室、电机及拖动实验室、电力自动化及继电保护实验室、电力电子及传动控制实验室等专业实验室。同时,学院工程训练中心为进一步提升学生在电气工程领域的综合创新能力,建设了数控加工中心、基于先进控制技术的运动控制实验室和柔性制造中心,突出真实的工业应用环境,突出强化学生在系统分析、系统设计、系统开发等方面的工程训练,有利于高水平应用型人才的培养。

我院电气工程及其自动化专业课程体系设立了三个方向:电气技术方向、电力电子技术方向、电力系统及其自动化。针对不同方向和实训层次设立不同的课程。如图1所示。

整个课程体系对应于工程素质训练、金工实习、电机及拖动技术实训、控制理论和控制系统实训、PLC与变频器应用技术实训、单片机技术工程训练、CAD实训、电力系统自动化实训、电力电子与电气传动实训、自控系统综合实习、调速系统综合设计、供配电系统综合设计等实训。同时为了突出应用型本科的特点,增加了“ProtelDXP实用教程”和“电气工程CAD”与实训环节联系紧密的课程。实训课内容如表1所示。

通过该课程体系使学生能够初步了解机电工程的基本研究领域,具备电气基本操作技能,掌握电机及拖动系统的类型、组成和控制方法,掌握控制理论及自动控制系统的组成,具备对一般机电控制系统的安装、分析和维护技能,掌握常用电力电子器件的特性,并能根据要求设计出实用电路,掌握可编程控制器和变频器的使用方法,具有一定的电气控制系统开发能力,在本专业领域内具备一定的科学研究、科技开发和组织管理能力,具有较强的工作适应能力。

四、结论

参考文献:

[1]贾文超.电气工程导论[M].西安:电子科技大学出版社,2007.

[2]范瑜.电气工程概论(第1版)[M].北京:高等教育出版社,2012.

作者简介:李俊峰(1978-),男,河南南阳人,浙江理工大学机械与自动控制学院,副教授;潘海鹏(1965-),男,河南濮阳人,浙江理工大学机械与自动控制学院,教授。(浙江杭州310018)

基金项目:本文系2009年浙江理工大学电气工程及其自动化新专业建设项目(项目编号:xzy200905)、2012年浙江理工大学电气工程系列课程建设项目(项目编号:XLKC1203)的研究成果。

随着社会的发展,其对学生的能力、素质要求越来越高,《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》又一次明确要求学校在人才培养上坚持“德育为先,能力为重,全面发展”。[1]目前,我国高等教育长期形成的以传承知识为中心的观念使教师注重传授知识,忽视工程能力,使学生满足于对知识的学习和记忆,注重模仿和重复以应付考试,缺乏解决实际问题的能力和创新能力。社会更看重的是学生的工程应用能力与创新能力,而对学生能力素质的培养需要相适应的培养方案、课程体系。[2-4]

浙江理工大学(以下简称“本校”)电气工程及其自动化专业2009年经教育部批准开始招生,本校的电气专业主要有两个培养方向:电机与电器和电力系统自动化。由于是新专业,这两个方向并没有严格分开,也就是说,这两个方向的课程学生都要学习。与国内清华大学、上海交通大学、西安交通大学、浙江大学及东南大学等高校的电气专业相比,本校的电气专业刚起步,办学经验不足,专业建设更处于较低水平。为了避免电气专业学生在起步阶段与其他名校学生拉开差距,本校汲取其他高校在电气专业办学上的经验和长处,结合该专业的培养目标及培养特色,开展面向工程创新人才培养的“电气工程”系列课程建设,这对电气新专业的建设将起到举足轻重的作用。

一、建立教授为首的系列课程

本校以实际工程为背景,以工程素质和工程创新能力培养为目的,构建电气工程及其自动化专业的知识体系和课程体系。电气工程系列课程主要包括电力电子与电气传动、电力系统自动化、嵌入式系统及自动控制四个系列课程。电力电子与电气传动系列课程包含的课程有“电机及电力拖动基础”、“电力电子技术”、“电机设计”、“运动控制系统”、“MATLAB与系统仿真”及“电气传动大型综合设计”;电力系统自动化系列课程包含的课程有“电力系统分析”、“继电保护技术”、“电力系统自动化”、“高电压工程”、“供变电技术”及“建筑电气与自动化”;嵌入式系统系列课程包含的课程有“单片机原理与应用”、“电源技术”、“ARM嵌入式系统技术及应用”、“现场总线技术”、“DSP技术及应用”及“单片机原理与应用”课程设计;自动控制系列课程包含的课程有“自动控制原理”、“现代控制理论”、“智能控制导论”、“计算机控制技术”、“纺织电气控制”及“控制系统组态设计”。

以本校电力系统自动化系列课程建设为例,探讨一下电力系统自动化系列课程的改革情况以及建设特色、建设成效。

二、系列课程建设改革

1.加强教学队伍的建设

电力系统自动化系列课程建设组的职责、功能、任务是:制定课程体系;整合课程内容;修订教学大纲;相互随课堂听课;开展教改和教学法研究;规划和编写教材建设;教学与检查实验;培养青年教师。

2.教学内容与课程体系改革

3.实验(实践)教学的改革与建设

电气工程及其自动化专业是工科专业,培养的是工程人才,必须以工程实践为基础,以实践作为立足的根本。[5]目前,本校电气工程专业开设的实验都是验证性的实验,学生只要按照实验指导书上的实验步骤按部就班地操作就可完成实验。但是,电力安全生产具有一定的特殊性和重要性,对于电气设备的操作、电气设备事故和异常情况分析处理等电力生产运行的主要内容,需要学生动手操作,要求学生有工程实践体验,不能只纸上谈兵。基于以上的认识,本校在以下几个方面进行了改革和建设:

(1)根据电气工程行业特点结合本校的实际情况,通过软、硬件开发改造实践教学平台,使实验过程接近于实际的工作环境,为课程设计、毕业设计和学生科技创新提供一个良好的实践场所。

(2)开发电力系统分析实验平台,精心设计实验教学内容并修订实验指导书,增加创新性、综合性、设计性实验的内容。综合性实验要体现专业课程间的整体性和连贯性,打破单个课程进行实践教学的界限,实现一体化实践教学体系。例如在“微机保护”实践教学中,可以综合“单片机原理”、“电力系统分析”、“电力系统调度自动化”、“电力系统仿真”等多门课程知识。此外,鼓励学生积极参与实验室的建设和设备开发,综合训练学生的自学能力、独立思考能力、实践动手能力及对所学知识的综合应用能力等,提高学生的科技创新能力。

(3)选择教师科研过程中的生产实践问题作为教学案例,使学生将实践教学与工业现场相结合,从而锻炼学生解决生产实际问题的能力,同时可以为生产企业提供技术支持。

(4)编写电气工程大型课程设计任务书,课程设计来自教师的工程设计课题,与实际应用相结合。例如35kV或110kV变电站的设计等,让学生通过大型课程设计,熟练掌握变电所设计主要内容及设计流程,把电气工程系列课程知识串在一起,形成系统化,使学生得到一次综合性应用锻炼,有利于他们对知识的掌握、巩固、以及对知识的综合应用。同时将课程实验、毕业设计、课程设计、科研实训多个环节相结合,充实教学内容和提高教学效果及本科生毕业设计质量。

(6)利用MATLAB电力系统仿真工具箱开发潮流计算软件、负荷计算软件、短路电流计算软件、微机保护算法等,搭建电力系统仿真平台,进行电力系统各种短路、变压器励磁涌流、变压器保护、线路保护等各种仿真研究。并将开发的各种软件移植到电力系统自动化实验装置中,检验这些软件和算法的实用性。

4.教学方法与手段的改进

(1)提问式教学与启发式教学相结合。在课堂教学中,应以教师为主导,学生为主体。学生可以自由发表意见,对有见地的学生发言要充分肯定,鼓励创新思维,鼓励个性发展。对理解有失偏颇甚至理解错误的学生,不要挫伤他们的学习积极性,要给以鼓励,给予正确引导。教师要潜心研究、精心备课,做好课堂教学策划,营造一个和谐宽松的课堂氛围,让学生怀着轻松愉快的心情参与学习,调动学生学习专业知识的兴趣和学习的主动性;教师结合课题进行案例分析,把研究性学习的方法贯穿在专业课程的教学中。

(3)多媒体教学与传统教学方法相结合。多媒体教学具有信息量大、速度快、图文并茂、声形相应、生动逼真等特点,可以使教学过程更加生动、直观,使学生全方位地接受信息。例如,继电保护的动作过程、控制回路的动作过程、高压电器的工作原理等内容都可以开发和制作成FLASH动画,教师在讲课过程中反复操作,既可以吸引学生又使该内容容易被学生接受。但是,多媒体教学也有不足之处,例如会使学生来不及记笔记,或为记笔记而不注意听课。课堂上全部采用多媒体教学,效果往往也不理想。因此,可以将多媒体教学与传统的理论教学结合起来,一方面通过多媒体让学生了解更多的知识,扩大信息量;另一方面,学生也可向教师直接提问,形成互动以解决学生在学习过程中遇到的问题。

(5)教学与科研互动。本校提倡“双师制”教学模式,将理论讲解和工程实践相结合。以教学带科研,以科研促教学,实现教学科研双赢。

(6)采用案例教学、现场教学。采用现场教学手段不仅使教学内容形象化而且可以加大教学信息量,使学生能以工程为背景,理论联系实际,加探对知识的掌握,做到学以致用。

(7)数字虚拟实验。随着电力系统的发展,现有的纯物理的动模实验室已经难以满足现代电力系统实验教学要求;而且,本校电气工程及其自动化专业是新专业,实验仪器数量不足,实验场地和教学经费有限。数字虚拟实验可以使学生在计算机上仿真电力系统的各种稳态和暂态过程,例如利用LabVIEW中的Prony分析工具对三相短路电流进行分析,得到各个模态的信息。此外,出于安全性的要求,很难将纯物理的实验做到开放性和设计性,数字虚拟实验可以实现实验的开放性和设计性,对于培养学生的实践能力、创新意识和创新能力大有裨益。

5.考试改革

学校应注重对学生平时学习状况与效果的考查,将其按适当比例计入期末总成绩,其中卷面考查占50%,综合性、设计性实验占20%,平时成绩占10%,案例分析占10%,机动奖励分(、参与项目)占10%。逐步实现教、考、评分离,使考试更加科学、规范、公平。考核方式采用多元综合考查法,同时鼓励学生参与教师的项目,发表研究论文。

6.教材建设

7.教学文件的制订与完善

三、结束语

本系列课程的建设通过“优化理论课程、强化实践环节”,形成一系列颇具特色的教学理念、内容、方法和手段。主要课程教学特色如下:进行了理论课程的优化重组,形成了课内研究型授课方法、课外自选研究专题、数字化实验平台、研究型实验等系列研究性教学方法。总结和补充国内外科研重大成果和学科前沿;加强实践教学环节的作用,通过建设可由以前单一的基础性实验模式发展为基础实验、设计型实验及综合开发型实验,并对综合设计型、创新型实验实行开放式教学;综合运用多媒体课件、Flas、数字化实验新技术等多种现代化教学手段。突出网络教学特色,可实现网上课件演示、习题提交解答、制定网上学习活动等,对加强教学效果,激发学生的学习热情,将起到积极的促进作用;建立实验教学网站、构建网络实验教学平台,推进学生自主学习、合作学习、研究性学习的实验教学新模式;将教师的最新的科研成果转化为教学资源,开发先进的电力系统动模数字化实验平台,同时教学研究也可以带动科学研究,促进数字化实验平台的研究。

[1]张立新,纪文刚,戴波,等.面向能力素质培养的自动化专业系列课程建设[J].实验室研究与探索,2011,30(10):351-353.

[2]赵舵,冯晓云.电气工程及其自动化专业人才培养及课程改革的研究[J].电气电子教学学报,2008,(S1):88-89.

热爱是最好的老师

出于对机械工程的热爱,我的学习生活变得轻松快乐。平时,我总是学院里最早完成课程作业的,因为我把课程学习当成一种快乐的生活方式,课程学习给我的生活增添了无尽的乐趣。也正因如此,我在平时便掌握了课程知识,考试之时,我无需突击,便可轻松地取得优异的成绩。这也使得我本科的课程成绩排名学院机械工程专业第一。同时,我也获得了许多殊荣,从学院颁发的院长奖和杰出学术成就奖,到学校颁发的交大优秀奖学金,再到上海市颁发的上海高校优秀毕业生和国家颁发的国家奖学金等。在轻松快乐的本科学习生活之余,我积极投身科研活动中。我本科时设计的供血管内微型手术机器人使用的微型电动机获得了密西根学院设计展示金奖。正由于我本科优异的学习和科研表现,我顺利地直升本学院硕士研究生,继续着我轻松快乐的学习生活。

一支笔和一张纸的科研

谈到科研,人们总是首先想到硕大无比的实验台架和实验室里忙忙碌碌的实验人员。然而,科研并不仅仅局限于此。实验固然重要,然而,人们对科研问题的思考和探索却更为关键。我的导师RobertG.Parker教授曾经说过,我们科研所需的其实并不太多,一支笔和一张纸足矣。机械工程虽然是工科学科,但是进入了更专业的硕博学习阶段,同样需要大量的理论研究,我所从事的就是机械工程专业理论研究。每当有人问起我的科研方向,我总会回答他,我的科研就是数学加上物理。Parker教授所做的科研项目大量地应用了数学和物理知识对机械系统的动力学和振动问题进行推导研究,这正是我所喜爱的科研方向,也正因如此,我在三年前选择了留在学院读硕,在Parker教授的指导下进行我的科研工作。

我并不像许多刻苦工作的人那样起早贪黑,相反的,我总是工作日才来到实验室,而且每天总是“朝九晚五”。在同学们眼中,我的学习和科研生活是轻松的。这样轻松的科研生活得益于我一根笔和一张纸的科研。正因为我的科研无需笨重的实验器材,我可以随时随地进行着我的科研,即使我不在实验室中。

据说英国牛津大学的洗手间里放置着许多的纸张。这些纸张不仅是为了人们使用卫生间所用,同时也让大家在想到一些新的想法时能够写下来,据说有不少科研问题就是在这样的纸上解决的。研一的时候,也曾听其他学院的一位学姐说过,她曾经被+错误的推导结果困扰了很久,却在一次梦中推导出了正确的结果。梦中推导结果虽然有些夸张,但我却真曾躺在床上想通了一个困扰了我一周的科研问题。思考是科研最为关键的步骤,而思考随时随地皆可,正因有了思考,我们的生活才充满了乐趣,科研也因而融入我们的生活中,使我们得以享受科研的快乐。只要我们身边有一支笔和一张纸,我们可以随时随地拿起笔,写下我们思考的问题,推导出我们思考的结论,解决我们所遇到的科研问题。

一、引言

二、教学方法和教育思想

通过近几年课程教学发现,国内教师和学生以考试及格、获得学分为教育目的,而国外则以实用的知识传授(教师)和求知实用(学生)为教育目的。

在课堂教学方面,国内、外高等院校都在运用“翻转课堂”教学模式进行教学,但西方课堂气氛非常活跃,学生随时打断老师的讲课与提问,教师必须回答。由于学生对授课内容有充分的了解,甚至有些问题与教师的观点不同。而中国课堂几乎是教师的一言堂,学生几乎没有问题可问。因为,他们平时很少看书,只有期末考试前用功一下,如有问题也是寻求考题之类的。

在学习主动性方面,国内学生较差,课程学习是为了得到学分,而不是获取知识。而西方学生一旦进入本科学习,就能制定学习目标,形成自己的学习观点,选择好的学习方法。

三、课程内容和教材

国内专业课程及内容设置较细。如自动化专业分别设置“电路”、“模拟电子技术”、和“数字电子技术”;而国外高等院校分类较粗,将上述课程设置为“电子学与电路”和“电路分析”两门课程。另外,国内自动化专业基础课“控制理论”分为“自动控制理论1”和“自动控制理论2”,而国外设置为“控制导论”和“高级控制”两门课程。

课程内容上国内外高校也有差异。国内高校基础课程内容多,国外基础课程内容少而浅,但国外可通过选修课加强基础课程内容,如“模拟电子学”和“数字电子学”单独作为选修课,可弥补基础课学习的不足。

四、结语

[1]李祖来,刘瑞瑜,黄国雄,杨盛安.“翻转课堂”在材料学科教学中的应用探索[J].考试周刊,2015(17):173-174.

[3]江学建等.大学课程设置体现的中西文化差异-国内外大学创新教育比较研究[J].教育与现代化,2006,78(1):26-31.

[4]张文英.中美高等教育比较与启示[J].黑龙江高等教育,2005,131(3):155-157.

1背景

随着传统能源的枯竭和环境的恶化,全世界逐步达成共识,要大力开发新技术,使用清洁能源。各种能源最终以电能的形式被人们使用,电力行业对于节能减排至关重要。同时人们开始思考如何提高大电网的安全性稳定性并使电网具有坚强和自愈的特性。智能电网是21世纪重大科技创新和发展趋势,相比于传统电网,智能电网可以提高电网效率,提高能源安全,改善电能质量,提高电网的稳定性与安全性,完善电力市场,促进社会经济发展,实现低碳环保可持续发展。与此同时,现代通信、信息、计算机、微电子和电力电子技术的迅速发展并引入电网应用,为电网自动化提供了有力工具。

2智能电网的概念和特点

2.1智能电网的概念

智能电网不是一个单独的设备、应用、系统或网络,甚至不是一个单独的理念。对于什么是智能电网这个问题,学术上没有一个统一的定义。美国能源部和电力公司普遍遵循一个主题:智能电网利用通信技术和信息技术来优化从供应者到消费者的电力传输和配电。图1所示为智能电网的基本概念。

天津大学余贻鑫认为:智能电网是自动的和广泛分布的能量交换网络,它具有电力和信息双向流动的特点,同时它能够监测从发电厂到用户电器之间的所有元件,它将分布式计算和提供实时信息的通信的优越性用于电网,并使之能够维持设备层面上即时的供需平衡。

2.2智能电网的特点

目前国际上对智能电网的特点基本达成共识,即自愈、安全、兼容、交互、协调、高效、优质集成等。

2.2.1坚强和智能是现代智能电网发展的本质

坚强意味着电网具有很强的安全性,稳定性,有极强的抵御风险的能力。智能意味着高度自动化和自愈能力。

2.2.2自愈

对电网的运行状态进行连续的在线自我评估,并采取预防性的控制手段,消除故障隐患;故障发生时,在没有或少量人工干预下,能够快速隔离故障、自我恢复。

2.2.3互动

使电力供应商与消费者建立实时信息联系,及时向用户通知电价、停电消息以及其他一些服务信息,而用户也可以将自己的用电计划及时反馈给供应商,平衡供需关系,有力于电网稳定性。同时通过市场交易激励电力市场主体参与电网安全管理,提升电力系统的安全运行水平。

2.2.4优质电能供应

用户对电能质量越来越重视。智能电网可以根据不同的电力价格提供不同等级的电能。随着电力电子技术、测控技术和通信技术的发展,智能电网可以实现电能质量问题的快速诊断和解决方案,对于线路故障等故障引起的质量波动,它的高级组件可以使用最新的超导、储能、电力电子等方面的研究成果提高电能质量。

2.2.5兼容各种发电和储能系统

智能电网不仅可以兼容大规模集中式的电厂,还将兼容不断增多的分布式能源(DER)。分布式能源包括分布式电源和储能。表1显示了分布式发电与传统发电单元的关键差异。

2.2.6活跃市场

智能电网对电力市场有推进作用。智能电网实现了用户与供电商“双向通信”和“双向电力传输”,使普通用户参与进电力市场,甚至有部分用户可实现自给自足。智能电网为实时电力市场提供完善的技术,发电侧与用户的互动性增强,电网的运行效率更高。可以吸引更多的电力市场参与者,分散市场风险,使电力生产、输送、销售等环节更高效,更公平。同时消费者通过与生产商的“双向通信”可以获得实时电价,制定用电计划并反馈给供电商,使电力市场价格更合理。

3智能电网的驱动因素

建设智能电网的价值和效益是综合的,如图2所示,主要包括以下方面:

(1)改善系统可靠性。

(2)改善电网可信赖性。

(3)改善电网运行的经济性。

(4)改善电网运营效率。

3.1能源需求不断增加

全世界正面对着人口不断增加和不可再生能源不断递减的严峻挑战。目前的传统能源只够维持几十年到200年之间,图3所示为不断减少的能源。能源是经济社会发展的保证,从国家层面上讲,必须提高能源利用效率,走能源更安全,环境更友好的道路。新世纪以来电能成为越来越重要的能源,中国电能占终端能源消费的比重每提高1个百分点,单位GDP能耗可下降4%。我们必须处理好可靠的能源供给、环境的可持续发展以及经济的不断发展之间的矛盾。智能电网可以实现安全、高效、清洁的能源目标。

3.2电网复杂度越来越高

3.3电力用户的需要

电力用户对电网的可靠性和电能质量提出越来越高的要求。建设智能电网后,电网可靠性和电能质量将会有很大的提高。智能电网的高可靠性不仅可以减小未来停电事故发生的频率,还能使电网从事故中更快的恢复。

3.4分布式能源(DER)的接入

智能电网将允许不同类型的发电及储能系统接入电网,分布式发电(DER)有利于高效的连接发电侧和用户侧,使双方同时参与电力系统的优化运行,同时可以摆脱对单一能源的依赖,提高电网可靠性。风能和太阳能是目前大力发展的清洁能源,它们具有间歇性,无法预测。大规模风电和太阳发电的接入给电网安全稳定运行带来极大的挑战,也极大的制约了它们的并网。智能电网技术可提高电网管理大规模间接性可再生能源发电的能力,对间歇性能源发电的峰和谷作出即刻的反应,从而吸纳更多的可再生能源。

4构建智能电网的技术体系

(1)AMI同用户建立通信联系提供带时标的系统信息。

(2)ADO使用AMI的通信收集配电信息改善配电运行。

(3)ATO使用ADO信息改善输电系统运行和管理输电阻塞,使用AMI让用户能够访问市场。

(4)AAM使用AMI,ADO和ATO的信息与控制改善运行效率和资产使用。综合文献,图4表示了智能电网技术组成。

4.1高级量测体系(AMI)

智能电网按一定顺序建设可以降低成本,减小难度。一般把AMI视为实现智能电网的第一步。AMI不是一个独立的技术体系,它包括家庭网络系统,智能表计,本地通信网络,连接电力公司数据中心的通信网络,表计数据管理系统和数据集成平台。智能表计可将耗能情况和电网实时信息传给本地用户,电力公司利用AMI的历史数据和实时数据来帮助优化电网运行。AMI通过网络将电网、用户、电商联成一个整体,是用户直接参与到电力市场的同时,也将大力提高电力企业的运行机制。

4.2高级配电体系(ADO)

通常110kV及以下电力网络属于配电网络,配电网络直接面向用电用户,是保证电网运行稳定,电能质量和提高运行效率的关键环节。我国要实现智能电网的要求,智能配电要重点研究。ADO的技术组成主要包括:高级配电自动化、智能通用变压器、DER运行、微网运行和需求响应。ATO具有自愈和不间断供电功能;将设备进行可视化管理,为运行人员调度决策提供技术支持;实现与用户的双向互动;实施状态检修与在线监测,延长设备寿命。

4.3高级输电体系(ATO)

ATO强调阻塞管理和降低大规模停运的风险,通过新型电力电子装置和超导研发装置研发实现优化电力系统的运行参数或网络参数,提高交流电力系统线路的输电能力。其技术组成主要有:(1)变电站自动化;(2)输电的地理信息系统;(3)广域量测系统;(4)高速信息处理;(5)高级保护与控制;(6)模拟、仿真和可视化工具;(7)高级的输电网络元件,如电力电子(灵活交流输电,固态开关等)、先进的导体和超导装置;(8)先进的区域电网运行。

4.4高级资产管理(AAM)

AAM是智能电网主要技术之一,功能包括优化资产使用运行、输配电网规、基于条件的维修、工程设计与建造、顾客服务、工作与资产管理及模拟仿真。实现AAM需要在系统中装设大量可以提供系统参数和设备“健康”状况的高级传感器。AAM的应用使电力资产时刻处于最佳工作状态,从而对电力资产的优化和科学管理起到积极作用。

5智能电网的关键技术

实现智能电网,需要研发和应用一系列技术。综合文献,这些技术可以被归纳为以下5个关键技术领域:

(1)集成通信。

(2)传感与测量

(3)高级电力设施

(4)高级控制方法

(5)决策支持。

5.1集成通信

集成通信技术是5个关键技术中的基础,也是整个智能电网所必须的。集成通信技术包括:(1)电力宽频通信。(2)无线通信技术。(3)其它通信技术。

5.2传感与测量

5.2.1智能电表

智能电表既可以收集,检测信息,又可以作为连接供电侧和用电侧的桥梁。在智能电网架构下,要求智能电表具有实时计量的功能,以提供带时标的电量信息,为电网高效节能管理提供了有用的实时信息,同时也要求它具有双向通信的功能

5.2.2广域测量系统(WAMS)

广域测量系统是由基于全球定位系统(GPS)的同步相量测量装置PMU群及其通信系统组成。它可以动态地测量和计算电力系统的运行状态相量和发电机功角。

5.2.3电网设备的在线监测

该技术包括电气量以及非电气量的监测。采用先进的传感器通过对以上各状态量的监视,可完成电网设备的在线诊断,为实施电网设备的状态检修和管理提供必要的信息。

5.3高级电力设施

高级电力设施在电网中起着非常重要的作用,可以实现更高输电容量、更优系统稳定性和电能质量、增强电力效率和实时的系统诊断。高级电力设施主要包括:(1)电力电子装置;(2)超导装置;(3)分布式发电及储能装置;(4)电网友好型装置等。

5.4高级控制方法

现代控制理论、优化理论和人工智能技术在控制领域的综合应用形成了先进的控制技术。高级控制方法是用来分析、诊断和预测智能电网状况的装置和算法,并决策和采取合适正确的动作去排除、缓解或者避免电力短缺和电能质量问题。

5.5决策支持

6结语

我国智能电网的发展应立足于国情需要,制定一个适合中国国情的目标,以便少走弯路,尽快实现智能电网的目标。欧美国家将重点放在发展智能配电网上,而我国在重视ATO的同时,也应对AMI、ADO和AAM予以足够的重视。考虑到新能源发电的特点及其发展远景,我国也应该把新能源的利用作为我国智能电网发展的重心。

参考文献

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作者简介

李昂(1994-),男,山东省菏泽市人。现就读于四川大学大学电气信息学院。专业为电气工程及其自动化。

赵彦一(1993-),男,辽宁省鞍山市人。现就读于四川大学大学电气信息学院。专业为电气工程及其自动化。

作者简介:倪良华(1966-),男,江苏南京人,南京工程学院电力工程学院,副教授;杨志超(1960-),男,江苏南京人,南京工程学院电力工程学院院长,副教授。(江苏南京210013)

基金项目:本文系南京工程学院重点教改项目(项目编号:JG201104)的研究成果。

进入21世纪以来,经济发展低碳化席卷全球,绿色能源利用蓬勃兴起,智能电网发展方兴未艾,电力行业迎来了一个崭新的发展时期,发展特高压和智能电网,已成为我国能源战略的重要内容。随着电力行业的快速发展和电力体制改革的不断深入,特别是特高压远距离输电网的规划与建设,对具有高水平的专业背景人才的需求日益迫切,这为输配电工程专业人才培养带来了机遇和挑战。结合电力行业发展与改革的大背景,为培养行业需要的高素质复合型人才,主动适应行业对专业人才需求变化,更新人才培养理念,开展输配电工程专业的人才培养模式和培养方式方法的改革与实践,具有重要的现实意义。

应从输配电工程专业应用型本科人才培养目标出发,定位好新形势下人才培养目标和规格,整合优化现有教学资源,构造完善的理论和实践教学体系,实施教学方式方法改革,打造新的实践教学基地及现场实习基地,促进教学科研相互融合,完善教学质量评估体系与方法;同时根据学生发展特点,结合课堂理论教学和现场实践,让学生学习掌握新的理论、技术和方法,提升学生的动手实践能力及创新能力,使学生的知识水平和综合素质得到全面提高,这是目前输配电工程专业改革的主要内容和亟待解决的问题。

一、输配电工程专业人才培养过程中存在的主要问题

当前输配电工程专业人才培养和教学过程中存在的主要问题包括以下四个方面:

第一,专业人才培养目标和规格与行业发展不相适应。国家电网发展特高压输电和新能源技术,新设备、新技术、新材料、新工艺、新方法不断涌现,现有输配电专业人才培养目标和人才培养规格的定位没能很好地与时俱进,从知识、能力和素质等方面进一步明确输配电工程专业人才培养的具体要求。

第二,原有课程知识体系中,理论课程中部分课程存在交叉重复现象,部分理论教材内容未能及时反映行业领域发展的新理论和新技术,滞后于现场工程实际,不利于学生学习系统知识和跟踪学科前沿知识,不利于学生从系统角度思考问题,不利于学生未来较快适应现场工作。

第三,教学方式方法手段单一,现主要以课堂灌输式讲授为主,尊重学生的个性发展不够,现代化教学手段运用和信息技术资源利用不充分,单一的教学模式无法实现教与学的互动,教学效果不甚理想,甚至导致部分学生产生厌学情绪。

第四,教学评估体系不完善,难以全过程监控教学过程,考核手段单一,往往以一份考卷或一份报告的形式考查学生对一门课程的掌握情况,不能多元化检验、评价学生的综合水平,更无法考查学生的创新能力。

二、专业教学改革的具体措施与实践

“十一五”期间,通过承担教学改革立项课题的研究和教改试点,经过多年专业教学改革实践,探索了一条新时代背景下输配电工程专业人才培养之路,取得了颇为丰富的教学成果。专业教学改革的具体措施与实践归纳总结如下。

1.紧跟电力行业发展,定位好人才培养目标

当前电力系统及自动化技术发展日新月异,新技术、新设备、新方法不断涌现,国家电网正朝着大区域、大规模电网方向发展,同时电力行业需要多种层次的专业人才。认清并明确输配电工程本科专业所培养人才的层次,是形成人才培养理念的关键。为此,深入到电力公司、送变电公司、电力设计院、电力监理公司、地铁公司等单位进行广泛调研,虚心听取用人单位对输配电专业人才的需求意见,是确定人才培养目标的第一要务。目前现场方面的人才层次不高,而用人单位对高层次专业人才需求量较大,要求所培养的人才综合素质较高,专业方面不仅要具备完备的电工理论基础、机械工程知识、电力工程知识、输电线路工程知识,还要求具备实践动手能力强、现场适应能力强、管理能力突出、团队合作意识好等综合素质。

认清形势,紧密跟踪社会发展对专业人才的需求,调整输配电工程专业发展方向,合理设计人才培养方案,突出专业建设特色,采取有效可行的人才培养措施,努力提高教学质量,培养出个性健全、情操高尚、基础扎实、知识面广、面向生产第一线、工程实践能力强、能够跟踪本领域新理论新技术、具有创新精神的应用型高端专业人才,是南京工程学院输配电工程专业的人才培养目标。

2.走校企合作之路,共建先进实践基地

打造有特色的实践教学基地是进行输配电工程专业改革与建设的目标之一。经过多年努力,在增加实验室建设投资的同时,通过与电力公司和送变电公司等单位合作,在原有已建实习基地的基础上,共同建设了“输变电工程实习中心”、输电线路施工实训基地、输变电虚拟仿真实验室、输电线路测量实验室、电缆故障测试实验室、输电线路金具陈列室、杆塔模型室等实践基地。实验基地及实验室配置的设备种类齐全,功能全面,技术先进,处于国内领先水平。同时,为解决学生毕业现场实习问题,与地方市供电公司大力合作,设立了校企合作培训实习基地,通过校内实践基地的训练和现场实践活动,提高了学生的实践动手能力。

3.紧扣行业需求,修订人才培养方案,重组优化课程体系

4.以“九个结合”为指导,改革教育教学方法

将输配电工程专业的教学方式方法改革的具体措施归纳为“九个结合”:理论教学与工程实践相结合;校内教师课堂讲授与校外专家专题讲座相结合;传统教学方式与现代化教学手段运用相结合;产、学、研相结合;毕业设计与现场工程设计相结合;毕业实习与企业实践相结合;编写或选用教材与企业培训要求相结合;大学生科技创新实践与科研课题相结合;仿真实验室虚拟培训与现场具体实践相结合。

以“九个结合”为指导思想的教学模式,常规课堂教学中辅助运用高级多媒体课件教学,将理论知识和现场知识结合,提高了课堂教学效果。聘请高水平的专家到学校作专题讲座,与师生共交流,拓宽了专业视野。学生毕业设计选题选自实际工程中的项目,做到真题真做,将所学专业理论知识运用于具体工程实践,为学生将来就业打下良好的基础。现场实训与在输配电虚拟仿真实验室培训互相结合,学生的工程实践效果明显增强。

5.重视科研进修实践,提升师资队伍素质

6.突出电力特色,邀请企业专家共同精编适用教材

为了突出输配电工程专业的特色,编写出能反映电力系统自动化新技术、新方法、新标准、新工艺的系列化适用教材,特地邀请企业专家和工程技术人员共同参与。几年来共编写出版各类规划教材8本,其中《输配电线路施工技术》、《输电线路设计基础》等为“十一五”规划教材。

7.改革课程考核手段,多样化地评价学生的水平

过去仅凭一张试卷或一份报告的课程考核手段无法全面反映学生对课程的掌握情况和能力,不能客观、多样化地评价学生。为此,应改革课程考核办法,推行期末考试与平时出勤、课堂提问、课后作业、实验报告、小论文相结合的考核制度,以确保更公正、更公平、更科学地评价学生的水平。

三、总结

以上是主动适应电力行业发展,着力改造传统输配电工程专业,通过一系列在人才培养方案制定、课程体系组合、先进实践基地打造、教学方法与手段运用、教师队伍建设、教材建设、考核方法多样化等方面进行的教学改革与实践活动。经过改革,学生的专业理论水平、工程实践能力和创新能力得到了培养,适应社会的能力增强,就业率提高,取得的效果令人满意,为培养适应电力行业需求的应用型本科高级人才作出了贡献,具有很好的示范作用。

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学校依托轨道交通类国家重点学科、国家特色专业、国家级人才培养模式创新实验区以及一批国家级实践教学平台和科研平台,以行业前沿理论和先进技术为引领,通过学科专业交叉、教学科研协同、学校企业联合,深化课程平台、精品教材、实践平台和师资队伍内涵建设,为轨道交通特色拔尖创新人才培养奠定坚实基础。

1.构建轨道交通特色拔尖创新人才培养课程体系

以行业先进技术为引领,鼓励教师积极将高水平的科研成果和前沿技术带入课堂和实验室,转化为课堂教学内容和实验教学项目,建设了一批与前沿技术接轨的特色专业课程群。在课堂教学中加大双语教学课程比重,拓宽学生的国际视野,提高学生的国际竞争力。

2.编写轨道交通特色教材

以精品教材建设为核心,吸收最新科技成果和前沿理论,不断加强轨道交通特色系列教材建设,编写出版了《交通运输》《车辆工程》《铁道工程》《铁道信号》《轨道牵引电气化》等特色专业系列教材,保持专业课程教学内容和教材内容的先进性。

3.搭建科研教学一体化实践平台

学校在现有的科研平台、实验教学平台和校外基地建设的基础上,及时将科研最新成果转化为实验教学内容与实验教学系统,自主研制一批与轨道交通关键技术发展同步的实验系统,实现了校内优质科研资源、行业企业先进技术条件和实验教学资源的深度融合与共享,为轨道交通拔尖创新人才培养奠定了坚实的实践基础。

4.培养一支掌握轨道交通前沿理论与先进技术的师资队伍

通过引进与培养相结合、承担学科前沿理论研究课题与行业先进技术项目开发相结合等方式,培育了一批掌握轨道交通前沿理论与先进技术、学历层次高、结构合理、教学科研一体化的高水平师资队伍,为拔尖创新人才培养提供了师资保障。聘请长江学者、杰出青年基金获得者、教学名师和学科带头人等优秀教师为拔尖创新人才培养试点班授课,让学生感受大师风范,在拔尖创新人才培养过程中发挥了重要作用。

拓展途径,营造氛围,探索多元化拔尖创新人才培养模式

学校在原有拔尖创新人才培养试点改革建设基础上,持续探索“研究型、复合型和工程型”三类拔尖创新人才培养模式,不断拓展拔尖创新人才培养途径。

1.通过“2+2理科试验班”“通信工程本硕及本硕博连读班”“土木工程茅以升班”,开展专业特色鲜明的研究型人才培养模式探索实践

“2+2理科实验班”是从全校新生中选拔优秀学生,招生规模由原来的60人扩展到现在的180人,这些学生在理学院完成2年深厚理科基础培养后,于第3年根据其兴趣进入相应专业学习;土木工程专业每年从本专业选拔优秀本科生30人进入“茅以升班”;通信工程专业每年从本专业选拔70人进入“本硕博一体化实验班”。这些实验班通过加强基础学科学习和配备学业导师个性化指导,培养基础理论扎实、知识结构合理、专业兴趣浓厚、科研创新能力突出的具有学术带头人素质的拔尖创新人才。

2.通过“轨道交通复合型实验班”开展“运―电、运―控、运―建、运―车”等主学科专业交叉的复合型人才培养探索与实践

3.通过“卓越工程师产学联合培养试点班”校企联合开展工程型拔尖创新人才培养探索与实践

依托教育部“卓越工程师培育计划”试点项目和“探索行业高校产学联合培养人才的模式和机制”国家教育体制改革试点项目,从全校工科专业选拔100余人,通过校企双导师制,开展“3+1+2”卓越工程师产学联合人才试点培养,要求学生1年在企业开展本科毕业实习与毕业设计,后2年研究生论文要在指定企业进行实习和工程项目研究,突出了学生工程素质、工程实践能力和创新能力的培养,为企业培养了急需的卓越工程人才。

科教融合,注重实践,建立一套系统的科研训练方法

通过开设研究方法论课程群、主干课程研究型教学、自主创新实验、专题讲座等,及时将科研成果和前沿技术引进课堂、引进实验、引进教材和引进毕业设计;通过将大学生创新创业计划项目、学科竞赛、企业实践等固化到培养方案中,引导学生早进课题、早进实验室、早进团队、早进企业,形成了“四引进”和“四早进”的科研训练方法。

1.研究方法课程群

包括专业导论课程、科技文献检索课程、学科专业研究方法论课程、产品创意设计与实践课程等,是指导学生认识学科、了解专业、明确专业取向的引导课,是吸引学生了解学科前沿、参与科研项目、探究未知领域、激发科研兴趣的探索课,是培养学生具有严谨的科学态度、系统的研究方法、务实的科研作风和活跃的创新思维的训练课。

2.推行主干课程研究型教学模式

研究性教学载体内容主要来自教师实际科研项目或专题研究项目,在教学内容与科研充分融合的同时,也将科研方法融入教学活动,激发学生的科研兴趣,提升学生的实践能力和科技创新能力。

3.创建了贯穿人才培养全过程的科研训练体系

以大学生创新性实验计划项目、学科竞赛、专题研究和自主创新实验为载体,设立了3个层次的科研训练内容,通过学生创新实践给予自主教育学分,引导学生系统参与科研训练,参与到导师的科研实践中,培养学生掌握专业研究技能和科学的研究方法,不断提升学生的实践能力、研究能力与创新精神。

完善制度,提供保障,形成拔尖创新人才培养长效机制

随着科学和科学劳动的社会化以及学科专业化程度提高,不同学科之间、领域、学者之间的合作日益广泛化、密切化,科研合作日趋频繁。反映在科学论文中,则是学者之间的合著现象越来越多,规模越来越大。所以研究合著现象对于了解学科领域概况是必要的。

1.2研究方法概述

社会网络研究发端于上世纪二三十年代英国人类学的研究,其基本事实是每个行动者都与其它行动者有或多或少的联系,社会网络分析就是要建立这些关系的模型,力图描述群体关系的结构,研究这种结构对群体功能或者群体内部个体的影响[6]。美国社会心理学家Moreno创立的社会测量法为社会网络分析奠定计量分析基础。发展至今,社会网络分析已经被广泛的用于社会关系挖掘、支配类型发现(关键因素)以及信息流跟踪,通过社会网络信息来判断和解释信息行为和信息态度。而且作为一种跨学科的研究方法,在多学科的共同努力之下,使得社会网络分析从一种隐喻成为一种现实的研究范式[7]。

所谓“社会网络”指的是社会行动者及其间的关系的集合[8]。而社会网络分析(SocialNetworkAnalysis,简称SNA)就是要对社会网络中行为者之间的关系进行量化研究,是社会网络理论中的一个具体工具[9]。社会网络有两种表示方法:图论法和矩阵法。图论法是利用图论的概念,在网络图中,节点表示社会行动者,而节点之间的连线表示社会行动者之间的关系。矩阵法是在矩阵中,行和列表示社会行动者,而矩阵元素值表示社会行动者之间的关系。

本文在构建合著网络时,用1、2等数字表示两位作者之间的合著次数,用0表示两位作者之间不存在合著关系。在1984篇论文中,删除1232篇独立完成的文献,是孤立的点,因此在构建合著网络时排除这1232篇文献的著者,仅对752篇文献的著者构建合著网络。

1.2.1社会网络分析法的分析角度

社会网络分析方法已经比较成熟,可以从多个不同的角度构建社会网络进行分析,包括中心性及中心势分析,成分、核、派系分析,网络中的位置及角色分析等。

(1)中心度和中心势

(2)成分、核、派系

(3)位置角色分析

在社会网络中假设群体的角色结构以及个体在群体中的位置,都可借助于体现关系的一组网络数据来加以测量。每个行动者都占据社会位置,那些具有相似关系模式的行动者在关系上是等价的,他们构成了一个等价的阶级,在网络中占有等价的位置,可以互换。位置分析的主要目的之一是简化社会网络资料包括依据等价性定义的位置去说明网络,并分析这些位置之间的关系。

本文将从这3个角度对构建的合著网络进行分析,具体选择了中心性、子群分析、结构洞分析。

1.2.2软件工具介绍

社会网络分析软件有多种,在国际社会网络分析网(INSNA)的网站以及中国社会科学院社会学研究所主办的中国社会学网都列出了一些常用的社会网络分析软件,主要包括:Inflow、Fatcat、Multinet、Pajek、Stocnet和Ucinet等。其中,Ucinet是研究者使用较多的社会网络分析软件。Ucinet是由borgatti、Everett和freeman开发的。他们3人在社会网络分析领域都取得了很大的成就。Ucinet是一个用来处理社会网络数据的软件包。它能读取多种不同形式的数据,如文本文件(textfiles)和Excel文件。它能处理的网络节点是32767个,从实际操作来看,当节点数达到5000~10000之间时,一些程序的运行就会较慢。此外,该软件包有很强的矩阵分析功能,如矩阵代数和多元统计分析。Ucinet6还集成了Netdraw、Pajek等,既可以识别Pajek的数据文件,同时可以绘制社会网络图表。Ucinet是一款开源的软件,本文主要使用此软件进行分析。

2分析与结果

本文采用Ucinet软件对构建的合著网络分别进行中心性分析、子群分析和结构洞分析。下面简要列出分析结果并对其进行讨论。

2.1中心性分析

2.1.1点度中心性

Ucinet中进行点度中心性分析的菜单路径为Network>Centrality>Degree。分析的结果如图3(部分)。

在上述结果中,第一列、第二列分别是绝对点度中心度和相对点度中心度。点度中心度就是节点中心度,指的是在网络中有多少个行动者与节点有关联。从结果中我们可以看出,点度中心度最高的是邱均平,其绝对点度中心度是30,表明其与网络中其他30个节点有直接联系,也就是说,邱均平曾与30位作者合著发表过文献。

对点度中心度排在前20的几位作者的发文量进行对比,由表1可见,两者具有相似性,说明发表文献越多的人与别人的合作越广泛。进一步分析合作论文发现,大部分的合作都是导师与研究生之间的合作,说明这种合作模式是目前主要的合作形式。除此之外,科研项目团队成员之间的合作也占有很大的比例。

2.1.2中间中心性

在Ucinet中进行中间中心性分析的菜单路径是Network>Centrality>Betweenness>Nodes。分析的结果如图4(部分)。

中间中心性是指在网络中掌握比较多的资源的行动者,中间中心性越高表示占有的资源越多。可以看出,只有少数著者的中间中心性大于1,分别是邱均平、夏立新、王伟军等,他们占有了大部分的资源。同时,结果表明,68%的作者接近中心性为0,这些作者几乎不具备控制资源的能力。两者对比,可以发现在学科领域,学科资源掌握在少数人手里的,大部分的学者没有控制资源的能力。

2.2子群分析

2.2.1k-核分析

k-核分析是一个建立在点度数基础上的凝聚子群概念,在一个子图中每个点都至少与其他k个点邻接,即k-核中的所有点的度数至少为k,在具体的分析中可以通过调整k的大小形成不同的子群。在Ucinet中进行k-核分析的菜单路径为Network>Regions>K-core。分析的结果如图5(部分)。

可见在781个著者的合著关系中,可以进行5种分区,其度数分别为5,4,3,2,1。对于度数为5(即5-核)来说,它包含11个著者;度数为4的核(即4-核)中包含71个著者,其他的著者都集中在度数为3的核、度数为2的核、度数为1的核。说明大部分的著者都集中在度数比较低的子图中,他们之间的联系比较松散。

分析结果给出了上述5种k-核分区中包含的聚类数。可见,这4类分区中的聚类数分别是179,477,675,744,776。聚类数非常多,说明聚类规模小。著者的合著仅限于小范围内,根据收集数据的经验,有些著者之间会多次合作,这样势必会造成小团体的形成。

2.2.2子群的密度

子群的密度可以通过E-I指数测量。E-I指数的值越向1靠近,表明关系越趋向于发生在群体之外,意味着派系林立的程度越大。在Ucinet中进行分析的菜单路径为Network>Cohesion>E-Iindex。通过分析,发现该网络的凝聚子群密度为0.995,由此可见该网络的子群内部的学者联系比较密切,子群与外界之间的联系比较疏远。这样就造成了处于核心群体之外的科研人员很难获得足够的信息和科研合作的机会。

2.3结构洞(structureholes)分析

结构洞是指两个关系人之间的非重复关系[12]。根据结构洞理论,在我们所认识的人中有重复关系人和非重复关系人,在建立关系网络时,不必要把每一个人都是初级关系人,就是与我们有直接联系的人,可以通过少量的直接联系人与非重复关系人(间接关系人)保持利益联系。映射到合著网络中,可以识别网络中是否存在过多的结构洞,如果存在,可以说某些著者是联通网络的关键,同时也说明整体网络缺少交流。在Ucinet中进行结构洞分析的菜单路径Network>EgoNetworks>StructuralHoles,分析结果如图8所示(部分)。

这4个指标是根据伯特(Burt)的结构洞指标计算测量的,Burt的结构洞指标考虑4个方面:有效规模(EffectiveSize);效率(Efficiency);限制度(Constraint);等级度(Hierarchy),其中第3个指标最重要。对结果进行预处理,删除限制度大于等于1的著者(共有781个著者,删除463个,剩余318个),以限制度为主关键字对结果排序。由分析结果可以看出其中0.1~0.5之间的著者有97个,说明这些著者收到的限制越小,具有运用结构洞的能力。同时,这些受限度较低的著者都是学科领域内的权威,可以说是社会网络中的“明星”。

3结论

合著分析一直是情报学研究的重要课题,本文采用社会网络分析方法分别从中心性、子群分析和结构洞3个角度进行合著网络分析,为合著分析提供了一个全新的视角。

中心性分析结果表明,点度中心性高的作者往往也是比较高产的作者,说明高产作者与别人的合作也最为密切。同时,经过中间中心性的分析,可以看出大部分作者中间中心性都比较低,说明学科资源掌握在少数人的手里,大部分人没有资源的控制能力。

子群分析结果表明,子群的规模比较小,说明合著网络中作者的合著范围比较小,通过对著者背后的文献进行分析,得到目前大部分的合著都是研究生和导师以及项目团队成员之间的合作。同时凝聚子群的密度非常显著,意味着各个子群之间联系比较紧密,但是子群和群体以外的成员之间联系比较松散,说明学科领域内合作比较欠缺。

结构洞理论分析的结构表明,只有少数的作者具有运用结构洞的能力,而且这些作者都是学科领域范围内的权威性人物。根据结构动理论的两类测量方法:Burt本人给出的结构洞指数以及中间中心性测量,对两者的测量结果进行对比,结果具有一致性,学科领域的权威学者能够最大化自己人际关系的收益,更好的发展人际关系的质量,获得更多的信息和资源,但是这样会影响学科领域知识交换,不利于知识共享。

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