“新能源與電力系統(tǒng)”研究生課程建設(shè)探析

摘要：大量風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的接入，使得電網(wǎng)需要在規(guī)劃、運(yùn)行等多方面作出調(diào)整，以便能更好地適應(yīng)新能源的發(fā)電隨機(jī)性和波動(dòng)性對(duì)電力系統(tǒng)電壓、頻率穩(wěn)定性等方面產(chǎn)生的影響。首先介紹了上海電力學(xué)院“新能源與電力系統(tǒng)”研究生課程的建設(shè)情況，然后對(duì)課程結(jié)構(gòu)與教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法與手段、實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)等方面進(jìn)行了探析。

關(guān)鍵詞：新能源；電力系統(tǒng)；課程建設(shè)；教學(xué)方法

作者簡(jiǎn)介：趙晶晶（1980-），女，重慶人，上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院，副教授；李東東（1976-），男，安徽阜陽(yáng)人，上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院，教授。（上海#8194;200090）

中圖分類號(hào)：G643.2#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號(hào)：1007-0079（2014）14-0077-02

21世紀(jì)人類面臨的兩大基本問(wèn)題是能源問(wèn)題與環(huán)境問(wèn)題，發(fā)展新能源是解決這兩大問(wèn)題的必由之路。新能源是相對(duì)于常規(guī)能源而言的，是指采用新技術(shù)和新材料或在新技術(shù)基礎(chǔ)上系統(tǒng)地開發(fā)利用的能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能等，大部分新能源被轉(zhuǎn)換成電能接入電力系統(tǒng)中。新能源在地理位置上高度分散、受氣候影響大，因此新能源發(fā)電的控制方式比傳統(tǒng)石化燃料發(fā)電復(fù)雜。要將大量新能源電能接入現(xiàn)有電力系統(tǒng)，需要電網(wǎng)在規(guī)劃、運(yùn)行及控制等諸多方面作出調(diào)整，以便能更好地適應(yīng)新能源隨機(jī)性、波動(dòng)性對(duì)電力系統(tǒng)電壓、頻率、穩(wěn)定性等方面帶來(lái)的影響。

2013年，為促進(jìn)上海電力學(xué)院電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)研究生適應(yīng)新能源大量并網(wǎng)后電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院新開設(shè)了“新能源與電力系統(tǒng)”研究生專業(yè)選修課程。該課程旨在使學(xué)生對(duì)新能源發(fā)電技術(shù)的基本原理、風(fēng)力與光伏發(fā)電等可再生能源并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)有一個(gè)全面的了解，并能夠利用電力系統(tǒng)專業(yè)分析方法解決新能源并網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來(lái)的新問(wèn)題，為進(jìn)一步分析和研究新能源并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行打下良好基礎(chǔ)。

一、課程結(jié)構(gòu)與教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

“新能源與電力系統(tǒng)”課程的內(nèi)容涉及電氣、動(dòng)力、機(jī)械、控制等許多學(xué)科領(lǐng)域，其中新能源發(fā)電技術(shù)主要包括太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、氫能發(fā)電、天然氣、燃?xì)獍l(fā)電、小水力發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電和海洋能發(fā)電等多種發(fā)電技術(shù)。新能源發(fā)電并網(wǎng)后對(duì)電力系統(tǒng)的影響包括規(guī)劃、運(yùn)行、控制等諸多方面。該課程涉及“新能源發(fā)電技術(shù)”與“電力系統(tǒng)分析”兩部分內(nèi)容，概念多、知識(shí)面廣、工程應(yīng)用性強(qiáng)。但授課學(xué)時(shí)僅為36學(xué)時(shí)，內(nèi)容多，課時(shí)少，要在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)使學(xué)生有效掌握重要知識(shí)，需要合理設(shè)置課程結(jié)構(gòu)，并對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行篩選。

在過(guò)去10年中，世界風(fēng)電裝機(jī)容量以平均每年30%累計(jì)速度迅速增長(zhǎng)。截止到2013年，中國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)已突破90GW，全球總裝機(jī)容量達(dá)到318GW。中國(guó)光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到17.16GW，其中，大規(guī)模光伏電站累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到11.18GW，分布式光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到5.98GW。風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)發(fā)電占據(jù)新能源發(fā)電總裝機(jī)容量的91.5%，是新能源利用的主力軍。生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)嵩吹绕渌履茉窗l(fā)電技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)研究或商業(yè)探索階段，市場(chǎng)份額較小。

大量隨機(jī)性、波動(dòng)性的風(fēng)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)后對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)較大的影響，特別是中國(guó)部分北方地區(qū)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電場(chǎng)集中接入當(dāng)?shù)?10kV或220kV電網(wǎng)，對(duì)風(fēng)電接入地區(qū)電力系統(tǒng)的運(yùn)行與控制產(chǎn)生了相當(dāng)大的影響。因此，該課程將風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)后對(duì)電力系統(tǒng)的影響作為課程主要講授內(nèi)容之一。而太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝機(jī)容量較小，大型的光伏電站裝機(jī)容量一般在幾兆瓦以內(nèi)，如果直接接入當(dāng)?shù)?10kV或220kV電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)影響不大。但大量的分布式光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)后對(duì)配電網(wǎng)的影響卻不可忽視，因此該課程將光伏發(fā)電并網(wǎng)后對(duì)配電網(wǎng)的影響也作為課程主要講授內(nèi)容之一。其他新能源發(fā)電形式由于裝機(jī)容量均較小，對(duì)電力系統(tǒng)影響并不大，則用較少的課時(shí)泛講。新能源并網(wǎng)后對(duì)電力系統(tǒng)的影響包含對(duì)電壓、頻率穩(wěn)定、調(diào)度、規(guī)劃、控制等諸多方面，因此課程安排了較多的課時(shí)對(duì)新能源并網(wǎng)后的電力系統(tǒng)分析進(jìn)行講授，具體課時(shí)安排如下：新能源發(fā)電及并網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2學(xué)時(shí)，風(fēng)力、太陽(yáng)能光伏發(fā)電6學(xué)時(shí)，生物質(zhì)能發(fā)電、氫能發(fā)電、天然氣/燃?xì)獍l(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電和海洋能發(fā)電共2學(xué)時(shí)，風(fēng)電、光伏功率預(yù)測(cè)2學(xué)時(shí)，新能源并網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性2學(xué)時(shí)，海上風(fēng)電2學(xué)時(shí)，新能源并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響共20學(xué)時(shí)（主要包括新能源并網(wǎng)后的消納、電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度、電力系統(tǒng)有功平衡與頻率控制、電力系統(tǒng)無(wú)功電壓控制、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析等）。

二、教學(xué)方法和手段優(yōu)化

“新能源與電力系統(tǒng)”課程教學(xué)中需要積極探索、發(fā)掘與課程特點(diǎn)相匹配的教學(xué)方法和手段；強(qiáng)調(diào)知識(shí)的系統(tǒng)性、完整性；注重理論與實(shí)際、知識(shí)深度與廣度的結(jié)合；重視科研動(dòng)態(tài)的傳遞及科研方法的引導(dǎo)；加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)。

1.課程深度與廣度相協(xié)調(diào)

課程內(nèi)容在滿足廣度的基礎(chǔ)上還應(yīng)保證一定的深度。課程內(nèi)容應(yīng)包括各種新能源發(fā)電技術(shù)基本原理、電力系統(tǒng)分析方法等基礎(chǔ)知識(shí)，在新能源發(fā)電控制技術(shù)，電力系統(tǒng)運(yùn)行、調(diào)度、控制等方面還應(yīng)具有一定深度，從而使得學(xué)生掌握分析新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)影響的方法。

2.經(jīng)典理論與科研前沿技術(shù)并重

傳統(tǒng)的“電力系統(tǒng)分析”課程由于理論較深、涉及面廣、工程性強(qiáng)，歷來(lái)被視為電氣專業(yè)難教、難學(xué)的一門課程。新能源發(fā)電并網(wǎng)后，對(duì)電力系統(tǒng)的分析仍是建立在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)分析方法的基礎(chǔ)上，但又存在傳統(tǒng)分析方法不能解決的新問(wèn)題。由于新能源發(fā)電發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，上述許多新問(wèn)題還未得到全面解決，因此，在教學(xué)上應(yīng)重視對(duì)科研前沿研究成果的呈現(xiàn)。通過(guò)對(duì)新能源并網(wǎng)技術(shù)方面最新科研成果的介紹、高水平學(xué)術(shù)期刊的查閱、電力系統(tǒng)運(yùn)行中實(shí)際問(wèn)題的調(diào)研，培養(yǎng)學(xué)生檢索文獻(xiàn)、查閱資料的能力，引導(dǎo)學(xué)生掌握提出問(wèn)題并分析問(wèn)題的能力。

3.教學(xué)案例的分析與討論

課程教學(xué)過(guò)程中還應(yīng)設(shè)置少量教學(xué)案例分析與討論環(huán)節(jié)。學(xué)生通過(guò)具體案例分析，課堂上以討論的形式讓學(xué)生將自己的觀點(diǎn)表述出來(lái)，不但鍛煉了學(xué)生分析和歸納總結(jié)的能力，同時(shí)也加深了他們對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解和掌握。例如，可讓學(xué)生對(duì)采用不同風(fēng)電機(jī)組類型、不同安裝容量，接入不同地區(qū)的實(shí)際風(fēng)電接入案例進(jìn)行分析，以了解風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)后對(duì)接入地區(qū)電力系統(tǒng)的電壓的影響。教學(xué)案例的分析與討論比課本上教條的說(shuō)詞更能引導(dǎo)學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到所學(xué)知識(shí)的實(shí)際價(jià)值，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，從而激發(fā)學(xué)生的興趣，引領(lǐng)學(xué)生去深入理解課程內(nèi)容。

三、實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)

實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容對(duì)課程理論的理解幫助較大。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，課程應(yīng)設(shè)置一些新能源并網(wǎng)后電力系統(tǒng)分析的綜合性實(shí)驗(yàn)，如新能源并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算、暫態(tài)穩(wěn)定性分析、無(wú)功電壓控制等。學(xué)生以實(shí)驗(yàn)小組為單位，實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、參數(shù)調(diào)整計(jì)算、電網(wǎng)接線到數(shù)據(jù)整理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等一整套工作都由實(shí)驗(yàn)小組通過(guò)合作來(lái)完成。通過(guò)新能源并網(wǎng)實(shí)際案例的仿真分析實(shí)踐環(huán)節(jié)，能加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)，有效加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和綜合科研能力。

四、教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)

本課程內(nèi)容涉及電氣、動(dòng)力、機(jī)械、控制等許多學(xué)科領(lǐng)域，因此教學(xué)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)老中青搭配，從而達(dá)到專業(yè)職務(wù)和知識(shí)結(jié)構(gòu)合理的效果。課程負(fù)責(zé)人應(yīng)為具有較深的學(xué)術(shù)造詣和創(chuàng)新性學(xué)術(shù)思想的本學(xué)科的專家，同時(shí)要具有團(tuán)結(jié)、協(xié)作精神和較好的組織、管理和領(lǐng)導(dǎo)能力。主講教師知識(shí)結(jié)構(gòu)最好能覆蓋電力系統(tǒng)、控制等多個(gè)領(lǐng)域，這樣才能準(zhǔn)確把握課程內(nèi)容的廣度和深度。

五、結(jié)論

本文對(duì)上海電力學(xué)院“新能源與電力系統(tǒng)”研究生課程建設(shè)的方案進(jìn)行了探析。通過(guò)對(duì)上海電力學(xué)院電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)、新能源技術(shù)在電力行業(yè)的發(fā)展態(tài)勢(shì)等方面的分析，制訂了合理的課程結(jié)構(gòu)與教學(xué)內(nèi)容，并發(fā)掘了與課程特點(diǎn)相匹配的教學(xué)方法和手段。課程建設(shè)注重理論與實(shí)際的有效結(jié)合，提出加強(qiáng)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)的思想。通過(guò)開展課程建設(shè)，找出了該課程教學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)，制訂了符合電力專業(yè)的建設(shè)目標(biāo)和滿足電力企業(yè)對(duì)上海電力學(xué)院研究生專業(yè)能力要求的切實(shí)可行的課程建設(shè)發(fā)展規(guī)劃。

參考文獻(xiàn)：

[1]樊艷芳.“電力系統(tǒng)分析”精品課程的調(diào)查分析與思考[J].中國(guó)電力教育，2010，(9):105-107.

[2]馬海嘯.“新能源發(fā)電技術(shù)”課程建設(shè)與教學(xué)改革[J].中國(guó)電力教育，2011，(27):148-149.

[3]孫欣，黃永紅.“新能源發(fā)電技術(shù)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2011，(35):95-97.

（責(zé)任編輯：王意琴）