新能源發(fā)電技術(shù)在特色專業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用

黃飛騰， 翁國慶

(浙江工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院， 浙江 杭州 310023)

新能源發(fā)電技術(shù)在特色專業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用

黃飛騰， 翁國慶

(浙江工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院， 浙江 杭州 310023)

提出了新能源發(fā)電技術(shù)在電氣專業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用，采用了探索性實驗項目來加強學(xué)生的實踐能力培養(yǎng)。以浙江省財政廳專項電氣工程專業(yè)能力實踐基地建設(shè)項目為依托，建設(shè)了電力系統(tǒng)繼電保護、電力系統(tǒng)自動化與新能源發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合的綜合型實驗平臺。設(shè)計了一系列圍繞新能源技術(shù)的探索性實驗，建立了基于學(xué)校網(wǎng)絡(luò)平臺的實驗仿真輔助系統(tǒng)。教學(xué)實踐表明，實施教學(xué)改革后電氣類課程教學(xué)質(zhì)量得到了較大提高，這些改革方法具有較強的推廣性和示范性。

新能源發(fā)電； 探索性實驗； 教學(xué)改革

電氣類專業(yè)實驗涉及電力系統(tǒng)、控制理論、電力電子、微機系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)等多領(lǐng)域知識,是我國高校電氣、信息、機電、自動化等工科專業(yè)十分重要的教學(xué)內(nèi)容。隨著新能源發(fā)電技術(shù)的迅速發(fā)展，社會對高層次電氣專業(yè)人才的能力要求不斷提高[1-3]。傳統(tǒng)的電氣實驗教學(xué)模式以基礎(chǔ)理論驗證和認知性實驗為主，已無法適應(yīng)社會新形勢[4-5]。電氣類專業(yè)實驗?zāi)壳按嬖诘闹饕獑栴}有：教學(xué)內(nèi)容跟不上科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)教學(xué)方法中學(xué)生處于被動地位，實驗內(nèi)容形式單一，限制了學(xué)生的積極主動性和創(chuàng)新能力培養(yǎng)[6-7]。新興特色專業(yè)建設(shè)中針對這些問題，改革措施包括三部分內(nèi)容：建設(shè)了新能源發(fā)電技術(shù)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相結(jié)合的實驗平臺，以優(yōu)化教學(xué)資源；開發(fā)了圍繞新能源技術(shù)的多項探索性新實驗，來加強創(chuàng)新實踐能力鍛煉；建立了基于校園網(wǎng)絡(luò)平臺的實驗仿真輔助系統(tǒng)，使教學(xué)手段現(xiàn)代化、多樣化、網(wǎng)絡(luò)化。

1 實踐平臺建設(shè)

以浙江省財政廳專項支持的電氣工程及其自動化專業(yè)能力實踐基地建設(shè)項目為依托，開展了特色實驗平臺建設(shè)。包含了新能源發(fā)電智能系統(tǒng)與電力系統(tǒng)繼電保護、電力系統(tǒng)自動化相結(jié)合的綜合型實驗平臺，以及計算機仿真系統(tǒng)和多媒體等設(shè)備，優(yōu)化了實驗設(shè)備資源，為探索型教學(xué)改革的實施創(chuàng)造了優(yōu)良條件，既能提升教學(xué)效果，又能加強學(xué)生能力的培養(yǎng)[8-10]。

優(yōu)化后的新能源綜合實驗平臺(以下簡稱綜合實驗平臺)聯(lián)接結(jié)構(gòu)見圖1。該實驗平臺既能進行專業(yè)入門實驗，也可進行各類高級的電力系統(tǒng)大型設(shè)計實驗，還可提供開放探索性的實驗項目和各類軟仿真實驗平臺，供學(xué)生進行自主設(shè)計、調(diào)試仿真和創(chuàng)新實驗，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和實踐創(chuàng)新能力。

圖1 電氣類專業(yè)新能源發(fā)電綜合實驗平臺結(jié)構(gòu)

擴建后的實驗平臺主要包含以下設(shè)備：

(1) 新能源風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含太陽能發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、電力電子逆變裝置以及智能監(jiān)控儀表等?？砷_展關(guān)于新能源發(fā)電、智能微網(wǎng)、電力儲能等前沿技術(shù)的實驗內(nèi)容，還可開設(shè)科研發(fā)哺教學(xué)的相關(guān)大學(xué)生創(chuàng)新實驗。

(2) 電力系統(tǒng)綜合自動化試驗臺。WDT-IIIC型7套，包含微機保護裝置、勵磁調(diào)節(jié)裝置、準同期裝置、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器和各類電力檢測儀表，該套設(shè)備每臺還各配有一組連軸電機SFD型，它包含直流電動機和三相同步發(fā)電機并帶有測速裝置、功角指示器、減振裝置、萬向輪等。

(3) 電氣控制及繼電保護試驗臺。DJZ-IIIC型8套,包含各種電磁型繼電保護裝置、微機保護裝置、自動重合閘裝置、移相器、調(diào)壓器和檢測儀表等。該DJZ-IIIC型試驗臺與WDT-IIIC型試驗臺都具有綜合性強，安全保護措施全面等優(yōu)點，且能實現(xiàn)豐富多變的線路模型與并網(wǎng)功能。

(4) 電力系統(tǒng)監(jiān)控實驗臺。PS-7G型1臺，包含電力聯(lián)網(wǎng)功能組件、工控上位機、監(jiān)控軟件、報表打印機、各類智能監(jiān)測儀表，相當于電力系統(tǒng)調(diào)度通信局的功能，可模擬多臺600 mW機組在500 kV主電力網(wǎng)運行的技術(shù)參數(shù)。并帶有風(fēng)電和光伏發(fā)電可再生能源接口、統(tǒng)一潮流控制器UPFC接口，能實現(xiàn)豐富多變的線路模型并網(wǎng)發(fā)電功能，以及與新能源智能微網(wǎng)系統(tǒng)的對接。

(5) 多類型可變動態(tài)RLC負載1臺，包含可調(diào)節(jié)的電阻、電容、電感、電動機等各類負載，可模擬自定義特性的綜合負荷。

(6) 33臺計算機微機系統(tǒng)。安裝有HDDZMS-II微機監(jiān)控管理系統(tǒng)、PSASP電力系統(tǒng)仿真軟件、EMTP電磁暫態(tài)仿真軟件、Matlab/simulink電力系統(tǒng)建模與仿真等，能進行電力系統(tǒng)自動化的各類仿真調(diào)試實驗。

(7)1套多媒體教學(xué)設(shè)施，并組建了含不間斷電源UPS和數(shù)據(jù)服務(wù)器的教學(xué)微機局域網(wǎng)等，為實驗教學(xué)多樣化和網(wǎng)絡(luò)化提供基礎(chǔ)。

2 探索性實驗設(shè)計

基于該綜合實驗平臺，設(shè)計了一系列探索性實驗項目，改變傳統(tǒng)模式，讓學(xué)生自主探索。探索實驗?zāi)艹浞职l(fā)揮學(xué)生的主動性和積極性，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[11-13]。

設(shè)計探索性實驗將新能源發(fā)電技術(shù)等新興教學(xué)內(nèi)容融入到實驗項目中。這些探索性實驗的學(xué)習(xí)目的明確，以小項目形式交于學(xué)生小組來完成，教師僅提供必要的引導(dǎo)。學(xué)生通過前期準備、團隊合作、分工協(xié)同、制定計劃等步驟，自主完成實驗。在實驗過程中，靈活運用電氣類專業(yè)知識、分析并解決實驗中的難題，既能鍛煉學(xué)生動手能力，又能培養(yǎng)創(chuàng)新精神和團隊精神。一些代表性的探索性實驗項目見表1。這些探索性實驗要求學(xué)生在完成電氣類課程入門實驗的基礎(chǔ)上，在課余時間，自主進行深入學(xué)習(xí)和實踐。

表1 電氣類專業(yè)探索性實驗項目

學(xué)生通過校園網(wǎng)絡(luò)預(yù)約實驗項目，實驗室管理教師提供監(jiān)管服務(wù)和安全防護。進行開放探索實驗之前，學(xué)生需要做一些前期準備：首先，通過學(xué)校網(wǎng)絡(luò)平臺的教學(xué)輔助系統(tǒng)，查閱該類課程的文獻和資料，特別是了解和熟悉已預(yù)約的開放實驗相關(guān)知識；然后，做好實驗預(yù)習(xí)和方案設(shè)計草案，交于實驗室開放管理教師查閱，教師對設(shè)計案的基本原則問題和人員設(shè)備安全進行把關(guān)；管理教師在現(xiàn)場進行監(jiān)管，對學(xué)生的所提疑問進行指導(dǎo)。探索性實驗往往是不斷嘗試和摸索，自動保護跳閘和錯誤警報等不可避免，這樣鍛煉了學(xué)生在探索過程中克服困難、越挫越勇的精神。開放實驗完成后，學(xué)生整理實驗數(shù)據(jù)，分析歸納，寫成總結(jié)報告，交于相應(yīng)課程教師作為平時成績和課外表現(xiàn)的依據(jù)。

3 教學(xué)手段現(xiàn)代化、多樣化

新能源發(fā)電技術(shù)等新知識不斷更新，使得電氣類專業(yè)的實驗教學(xué)內(nèi)容不斷增加，為此利用多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機仿真等現(xiàn)代化教學(xué)手段，進行配套輔助，提高教學(xué)效率。基于學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，建立了電氣專業(yè)實驗仿真輔助系統(tǒng)。學(xué)生可以通過該輔助系統(tǒng)，進行仿真實驗、資料下載、信息發(fā)布、師生互動等內(nèi)容，是開放型的網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)平臺。

教學(xué)內(nèi)容的更新難以追上科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，教科書內(nèi)容也很難做到與領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展同步更新，其不足之處需要通過及時補充相關(guān)參考書和文獻來彌補。為能更好地引導(dǎo)、提高學(xué)生的自學(xué)能力、為學(xué)生今后從事創(chuàng)新科技工作打下良好的基礎(chǔ)，需要改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，要加強探索性實驗教學(xué)，鼓勵學(xué)生在實驗準備階段開展文獻查閱、主題討論、方案論證等探索性環(huán)節(jié)。

在新能源發(fā)電綜合實驗平臺的基礎(chǔ)上，利用科研項目反哺教學(xué)，也是此次教學(xué)改革中的一種重要輔助方法。利用新能源發(fā)電相關(guān)的科研項目資源，開展具有前沿性的演示教學(xué)、開拓學(xué)生的知識面，并設(shè)立課程相關(guān)創(chuàng)新項目來反哺教學(xué)，使得部分主動好學(xué)的學(xué)生有深入學(xué)習(xí)的機會。目前，我校已形成了由研究生帶領(lǐng)優(yōu)秀本科生參與到導(dǎo)師科研項目的眾多成功例子，培養(yǎng)出的學(xué)生在自主創(chuàng)新方面取得了不少佳績。此外，科研反哺教學(xué)的方法還有設(shè)立課外科技項目或畢業(yè)設(shè)計課題，充分利用課余探索性實驗，引導(dǎo)學(xué)生自主完成具有一定創(chuàng)新意義的設(shè)計項目。

在新能源發(fā)電技術(shù)的充分利用，以及探索性教學(xué)改革模式的支撐下，電氣類專業(yè)建設(shè)成了國家精品課程1門、省級精品課程3門，近年來獲得浙江省優(yōu)秀教學(xué)成果獎3項。而且，我校已有不少學(xué)生經(jīng)過教師指導(dǎo)，取得了許多創(chuàng)新成果，代表性成果見表2。

表2 探索性模式下的學(xué)生創(chuàng)新成果

探索性實驗教學(xué)改革，使得電氣類課程的理論教學(xué)和實踐緊密結(jié)合，取得了良好的教學(xué)效果；還加強了科學(xué)前沿的教育，提高了教學(xué)水平，鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出了一批優(yōu)秀的創(chuàng)新人才。

4 結(jié)束論

新能源發(fā)電技術(shù)是我校電氣專業(yè)的新興特色方向，而電氣類專業(yè)實驗也是電氣、信息、機電、自動化等相關(guān)專業(yè)的重要教學(xué)內(nèi)容。本文探索了新能源發(fā)電技術(shù)在特色專業(yè)建設(shè)和實驗教學(xué)改革中的應(yīng)用。建設(shè)了綜合實驗平臺以優(yōu)化教學(xué)資源；設(shè)立了一系列探索性實驗來加強學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)，利用多媒體教學(xué)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)輔助仿真系統(tǒng)，鼓勵學(xué)生在實驗準備階段開展文獻查閱、主題討論、方案論證等探索性環(huán)節(jié)，輔以課外科研項目反哺教學(xué)，使教學(xué)手段多樣化和現(xiàn)代化，提高了教學(xué)水平。

教學(xué)實踐表明，該教學(xué)改革在電氣類課程的應(yīng)用中取得了成功，教學(xué)質(zhì)量和效果得到了較大改善，學(xué)生的積極主動性和實踐創(chuàng)新能力得到了提高。該項教學(xué)改革具有較強的推廣性和示范性，能對其他工科專業(yè)課程產(chǎn)生一定的良好影響。同時，為我校電氣工程及其自動化專業(yè)建設(shè)浙江省新興特色專業(yè)提供了良好支撐。

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Application of new energy power generation technology in construction of characteristic specialty

Huang Feiteng， Weng Guoqing

(College of Information Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310023, China)

Some experimental teaching reform methods for the new energy power generation technology on the electrical engineering construction are proposed, using the exploratory experiment project to enhance the students’ practical ability training. Based on the Zhejiang provincial department of finance special electrical engineering professional practice base construction project, the comprehensive experiment platform is constructed by the combination of the power system relay protection, the power system automation and the new energy power generation system. A series of experiments are designed around the new energy technology, and the simulation system based on school network platform is established. The teaching practice shows that the implementation of teaching reform of electrical courses teaching quality has been improved. The reform methods have good promotion and demonstration, and provide supports for the construction of Zhejiang provincial emerging characteristic specialty.

characteristic specialty; new energy power generation; exploratory experiment; teaching reform

2015- 04- 22

浙江省新興特色專業(yè)建設(shè)項目(080601);浙江工業(yè)大學(xué)2015年校級實驗室工作研究與改革項目(“電力系統(tǒng)保護與新能源”新實驗項目開發(fā))；浙江工業(yè)大學(xué)教學(xué)方法改革專項項目(JGZ1303)

黃飛騰 (1984—)，男，浙江溫州，工學(xué)碩士，實驗師，主要研究方向為電力自動化和智能電網(wǎng)

E-mail：hfate@zjut.edu.cn

TK5；G642.0

A

1002-4956(2015)10- 0067- 03