“電力電子在電力系統(tǒng)中的應用”研究生課程教改與實踐

王華昕?李東東

摘要：研究生課程建設不同于本科生課程建設，需要突出應用特色和使用新型教學方法。對“電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用”課程的教學內容進行了梳理，構建了知識模塊。知識模塊重點強調以應用為特色，抓住實際工程應用為主的案例，配以基礎知識模塊。在教學方法上采用團隊研究型教學模式，精心組織案例教學，指導學生從系統(tǒng)到裝置設計去整體理解裝置基本原理。教學實踐效果表明，課程組織內容合理，學生研究能力有所提高。

關鍵詞：電力電子應用；知識模塊；團隊教學

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）11-0075-02

電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用有較長的歷史。早期的直流輸電采用大功率晶閘管閥作為換流閥，現(xiàn)在輕型直流則采用IGBT器件。自20世紀80年代，柔性交流輸電（FACTS）的概念被提出來后，電力電子技術深入到電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、配各環(huán)節(jié)中，成為新型學科領域。[1，2]學科方向涉及電力電子、控制理論、電力系統(tǒng)分析、高電壓等多門學科領域，具有較強的綜合性。

為適應新技術的發(fā)展，國內高校大部分電氣工程專業(yè)都開設了該課程。但該課程內容的高深讓學生和教師都感到困惑。筆者曾討論過本科生課程建設內容，提出了合理的教學改革方案，[3]但研究生課程建設不同于本科生課程建設，研究生課程體系強調提高應用特色和構建實踐創(chuàng)新教育模式。筆者結合自身的教學實踐，做了有益探索。

一、國內高校課程建設現(xiàn)狀

對國內高校該課程開設現(xiàn)狀進行了調研，見表1。

該課程作為電力系統(tǒng)自動化或者電力電子及其傳動專業(yè)的專業(yè)選修課程。學分是2學分的高校為75%，學分是1學分的高校為25%。課程名稱不統(tǒng)一，有“復雜電力電子系統(tǒng)”、“柔性輸電技術”等。授課教師的專業(yè)背景：電力系統(tǒng)專業(yè)背景的教師占90%，電力電子技術專業(yè)背景的教師占10%。國內設置有傳統(tǒng)的電氣工程專業(yè)的重點大學均開設了此課程，一般電力院校也開設了此課程。課程考核方式中，筆試占80%，作業(yè)占20%。教材包括：清華大學出版社出版的《柔性交流輸電原理與應用》；機械工業(yè)出版社出版的《柔性交流輸電系統(tǒng)》和《電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用》；中國水利水電出版社出版的《柔性輸電技術概論》。重點院校在專業(yè)選修課的師資上均配備了從事該方向的教授級研究人員，一般電力院校則是從事該方向的副教授以上研究人員。選修該課程的研究生依據(jù)導師的研究方向而選修，一般在該方向實力較強的高校的課題組的研究生選修較多。通過調研發(fā)現(xiàn)，主要有以下幾個問題：

1.知識點較多且雜亂

電力電子技術在電力系統(tǒng)的輸、發(fā)、配電各個環(huán)節(jié)都有應用，課程內容豐富，知識面廣。但教師只是在某個問題上有所專研，不可能面面俱到。如：懂電力系統(tǒng)的教師卻不懂裝置；懂裝置的教師卻不懂電力系統(tǒng)。

2.研究生層次不一

研究生依據(jù)選修方向而選課。電力電子傳動專業(yè)的學生不懂電力系統(tǒng)；電力系統(tǒng)專業(yè)學生不懂電力電子技術。講授某方面知識點過深時，部分學生就會跟不上教師進度。

3.書本跟不上技術的發(fā)展

電力電子技術極大地推進了生產力，新型技術在電力系統(tǒng)中的應用非常迅速。如柔性直流輸電技術在中國從35kV的示范工程發(fā)展到300kV的示范工程，傳統(tǒng)的直流輸電面臨著被柔性直流取代的局面。但現(xiàn)有教材對于柔性直流的介紹卻很少。

二、上海電力學院課程建設現(xiàn)狀

上海電力學院于2005年開設了本科課程，本科課程名稱為“柔性輸電技術”，在2009年開設了研究生課程，研究生課程名稱為“電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用”。本科生課程的學分為1分，研究生課程的學分為2分。研究生授課教師均為副教授以上研究人員，在該方向上都有過研究經歷?，F(xiàn)主講教師為2名，一位為電力系統(tǒng)背景，一位為電力電子技術背景?？己朔绞綖榇笞鳂I(yè)形式，教材采用上海電力學院教師編寫的《柔性輸電技術概論》。在“電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用”課程的多年專業(yè)教學中，存在如下幾個教學問題：

1.教學內容過于深奧

該技術處于學科前沿領域，科學專著較多，但教材較少，可選擇的教材《柔性輸電技術概論》偏重于柔性交流輸電，《電力電子技術在電力系統(tǒng)中應用》偏重于電力電子。教學內容方面有與電力電子技術重復之處，未能與專業(yè)核心課程很好的銜接。

2.教學方法未與時俱進

研究生專業(yè)教學與本科教學有極大的不同，理論的深度和廣度都超于本科教學。面向本科的教學方法不適應研究生教學。研究生教育要培養(yǎng)創(chuàng)新人才，教師要引導學生去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

三、教學內容構建

針對知識點內容分散和銜接度不夠緊密等問題，筆者對教學知識點進行梳理，如表2所示。知識內容體系構建為五大模塊：學科綜述、基礎理論、發(fā)、輸、配應用。對知識模塊中的教學內容和知識點做了設計。對電力電子裝置的應用有所選取，抓住實際工程中主要應用的類型。在教學內容組織上，教學重點放在發(fā)、輸、配的應用上，尤其是輸電網的應用。發(fā)電應用主要講述風力發(fā)電機組的控制；輸電網應用主要介紹串補、并補裝置和柔性直流輸電；配電網應用主要介紹有源濾波器裝置?；A知識模塊的內容設計是為了應用做準備，該模塊介紹了電力電子裝置接入電力系統(tǒng)的建模方法和大功率變量器拓撲結構的基礎知識。這些屬于電力電子裝置的共性知識。這種教學內容的安排可以承接電力電子和電力系統(tǒng)基礎知識，又能強調本門課程的特色。

四、團隊研討型學習方式

傳統(tǒng)教學方法以灌輸為主，選修課的教學方法采用傳統(tǒng)教學方法，教學效果不好。文獻[4]介紹了團隊教學方法在控制理論課程中的應用?！半娏﹄娮蛹夹g在電力系統(tǒng)中的應用”課程也引入了團隊教學方式。團隊教學牽涉兩個方面：教師要設計好研究內容，學生要分工明確。團隊教學組織見表3。在研究內容上以應用為主進行劃分，按照發(fā)輸配環(huán)節(jié)，給學生若干個任務。如可控串補裝置在電力系統(tǒng)應用中可以組建一個3人的團隊：1人研究可控串補提高系統(tǒng)輸送能力，側重于電力系統(tǒng)；1人研究可控串補的控制算法；1人研究可控串補的裝置設計。可控串補的理論從機電暫態(tài)到電磁暫態(tài)各個層面均有，學生任務各有側重。在考核環(huán)節(jié)，學生的成績由團隊學習質量和論文質量兩部分綜合評分。團隊學習質量和論文質量各占50%。

五、教學反饋

學期結束后了解到，教學效果較好。學生團隊90%完成任務，10%的學生團隊接近完成任務。各專業(yè)的學生都能較好地分工融入團隊，對裝置的原理能深入理解。通過仿真計算環(huán)節(jié)，學生們普遍提高了研究能力和創(chuàng)新能力。通過對知識點的梳理，教師對本課程知識點的理解更加全面，學科知識融合度也大幅提高。但由于團隊教學課堂上不能花費大量時間指導學生，加上團隊課外交流不夠，也影響了團隊教學組織質量。對于存在的問題，將在以后的教學中采用流程優(yōu)化、加強監(jiān)督等措施加以改進。

參考文獻：

[1]張文亮，湯廣福，查鯤鵬，等.先進電力電子技術在智能電網中的應用[J].中國電機工程學報，2010，30（4）：1-6.

[2]王仲鴻，沈裴，吳鐵錚.FACTS技術研究現(xiàn)狀及其在中國的應用與發(fā)展[J].電力系統(tǒng)自動化，2000，24（23）：1-5.

[3]王華昕，張美霞.“柔性交流輸電系統(tǒng)”多元化課程教學設計與實踐[J].中國電力教育，2012，（4）：47-48.

[4]劉廷章，鄭祺.專業(yè)學位研究生課程教學的團隊探究方法研究[J].學位與研究生教育，2011，（1）：48-52.

（責任編輯：孫晴）