“新能源發(fā)電技術(shù)”課程教學(xué)改革的探索與研究

周小杰

摘 要：新能源發(fā)電技術(shù)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門選修課，是專業(yè)性、綜合性較強(qiáng)的前沿應(yīng)用型課程。經(jīng)過教學(xué)改革與探索并結(jié)合實(shí)際，在教學(xué)過程中采用“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法”，按照理論分析、仿真驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)層次漸進(jìn)式展開。教學(xué)實(shí)踐表明，該方法行之有效，教學(xué)效果得到明顯提升，達(dá)到提升學(xué)生的思維創(chuàng)造能力以及綜合素質(zhì)的目的。

關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電技術(shù)；教學(xué)改革；教學(xué)方法；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：2095-9214（2016）07-0095-02

能源、環(huán)境是當(dāng)今人類生存和發(fā)展所需要解決的迫切問題。隨著煤炭、石油、天然氣等常規(guī)能源面臨不可再生的消耗和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的需要，新能源的開發(fā)和利用迫在眉睫，發(fā)展新能源發(fā)電技術(shù)具有極其重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1，2]。本世紀(jì)不僅是人類對新能源大力開發(fā)的關(guān)鍵時(shí)期，也是新能源的技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展期，因此，培養(yǎng)這方面的人才對新能源的開發(fā)和利用具有重要的意義[3，4]。

“新能源發(fā)電技術(shù)”是安徽理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程體系中一門重要的專業(yè)選修課程。該課程涉及電氣、動(dòng)力、材料、控制、電子、信息等多個(gè)學(xué)科的交叉高新技術(shù)，綜合程度高，理論性、實(shí)踐性較強(qiáng)，與工程實(shí)際聯(lián)系緊密。上這門課時(shí)，同學(xué)們反映有些概念理解較困難，可增加一些波形、圖片幫助理解。為了提高學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果，探索該課程的教學(xué)方法是十分必要的。作者通過教學(xué)實(shí)踐，探索本門課程教學(xué)改革的方法，期望對提高該課程教學(xué)質(zhì)量有一定幫助。

一、課程教學(xué)內(nèi)容與方法

新能源發(fā)電技術(shù)涵蓋太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等多種新能源的內(nèi)容，涉及的專業(yè)門類和知識(shí)面比較廣，學(xué)生反映教學(xué)內(nèi)容較繁雜，不知從何處著手。因此，根據(jù)該課程的教學(xué)要求和目的，適當(dāng)選擇合適的教學(xué)內(nèi)容，如有關(guān)太陽能發(fā)電原理、風(fēng)力機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)原理、水輪機(jī)機(jī)械構(gòu)造等內(nèi)容可僅做概要介紹，讓學(xué)生了解基本概念[5]。在教學(xué)過程中，對理論實(shí)踐要求較高的部分采用“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法”，讓學(xué)生充分發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。該教學(xué)法包括項(xiàng)目設(shè)置、目標(biāo)分析、制定方案、執(zhí)行方案、評價(jià)交流[6]。首先，教師根據(jù)一定的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行項(xiàng)目的設(shè)置；然后，按照項(xiàng)目的目標(biāo)，指導(dǎo)學(xué)生對其進(jìn)行分析，包括需要用到的理論知識(shí)；對學(xué)生進(jìn)行分組，每組學(xué)生自行負(fù)責(zé)項(xiàng)目的具體實(shí)施，確定每位同學(xué)的分工及步驟；項(xiàng)目實(shí)施過程中，若存在問題，先組內(nèi)同學(xué)討論，不能解決的再由教師負(fù)責(zé)分析原因；最后，每組學(xué)生對項(xiàng)目結(jié)果進(jìn)行匯報(bào)和交流，教師負(fù)責(zé)點(diǎn)評并總結(jié)[7]。在“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)過程中，主要通三個(gè)層次來完成即理論知識(shí)講解、軟件仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

二、課程教學(xué)改革的實(shí)踐——以“光伏三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)”教學(xué)為例

教學(xué)案例以項(xiàng)目“光伏三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)”為例，介紹改革后的教學(xué)思路。首先，教師對項(xiàng)目中用到的理論知識(shí)進(jìn)行講解；其次，在軟件仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證層次涉及方案的制定與執(zhí)行；最后，學(xué)生之間交流，教師進(jìn)行總結(jié)。

（1）理論知識(shí)講解

項(xiàng)目“光伏三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)”的原理圖如圖1所示。介紹電路的基本原理，與光伏陣列相連的升壓變換器通過電壓、電流傳感器獲得光伏陣列的輸出電壓和電流，使用最大功率追蹤算法產(chǎn)生PWM脈沖控制電力電子開關(guān)的導(dǎo)通和截止，使光伏陣列工作在最大功率點(diǎn)進(jìn)而提高發(fā)電系統(tǒng)效率。圖中L為濾波電感，R為電感寄生電阻。uga、ugb、ugc為三相電網(wǎng)相電壓，電網(wǎng)電壓中性點(diǎn)為o，ia、ib、ic為三相并網(wǎng)電流。

與升壓變換器輸出相連的是并網(wǎng)變換器，其采用按電網(wǎng)電壓定向的雙環(huán)控制策略，外環(huán)是電壓環(huán)，主要目的是穩(wěn)定直流母線電壓；內(nèi)環(huán)是電流環(huán)，主要目的是對并網(wǎng)電流進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為1的并網(wǎng)要求。

圖1 光伏三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)原理圖

（2）軟件仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

對學(xué)生進(jìn)行分組，每組學(xué)生自行決定項(xiàng)目的具體實(shí)施方案，確定每位同學(xué)的分工及步驟，進(jìn)行建模軟件仿真、實(shí)驗(yàn)測試。利用MATLAB仿真軟件搭建光伏三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仿真平臺(tái)。圖2為光伏陣列在環(huán)境溫度25℃，光照1kW/m2下，功率因數(shù)為1時(shí)，a相電壓、a相電流的仿真波形。

圖2 功率因數(shù)為1時(shí)a相電壓、電流波形

通過對光伏三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仿真平臺(tái)的搭建工程，促進(jìn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的提高，幫助學(xué)生加深了對理論知識(shí)的理解，也增加了學(xué)生對該門課程的興趣。圖3 實(shí)際并網(wǎng)系統(tǒng)a相電壓、電流波形

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程中，通過雙通道數(shù)字示波器觀察實(shí)際光伏三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)a相電壓、電流波形，如圖3所示。通過理論分析、軟件仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手分析和解決問題的能力、與其他同學(xué)的分工協(xié)作能力。最后，學(xué)生將前面軟件仿真和實(shí)驗(yàn)測試得到的波形寫成總結(jié)報(bào)告，與不同組同學(xué)進(jìn)行交流，教師對得到的波形進(jìn)行分析和評價(jià)。

三、課程教學(xué)改革效果

經(jīng)過教學(xué)改革的探索并結(jié)合實(shí)際，采用“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)”，按照理論知識(shí)講解、軟件仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)層次展開教學(xué)，取得的教學(xué)效果主要在兩個(gè)方面：

（1）在教學(xué)活動(dòng)開展過程中以學(xué)生為中心。學(xué)生主動(dòng)對項(xiàng)目完成需要的知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，收集相關(guān)的資料，完成具體方案的實(shí)施，組中每個(gè)同學(xué)分工明確、優(yōu)勢互補(bǔ)，共同完成一個(gè)完整的項(xiàng)目。在教師評價(jià)總結(jié)過程中，給予積極評價(jià)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高。

（2）學(xué)生分析、解決問題能力得到加強(qiáng)。在整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施過程中，會(huì)遇到不同的問題（一般是課本上沒有提到的），組內(nèi)學(xué)生之間對問題分析和解決的過程，加深了學(xué)生對理論知識(shí)的理解，軟件仿真和實(shí)驗(yàn)測試相互結(jié)合、相互印證，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力。

四、結(jié)語

新能源發(fā)電技術(shù)因其知識(shí)覆蓋面廣、采用技術(shù)新等特點(diǎn)，成為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程體系中一門重要的選修課程。經(jīng)過對該課程教學(xué)改革的探索與研究，采用理論知識(shí)講解、軟件仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的教學(xué)進(jìn)程，教學(xué)反饋結(jié)果表明，該方法促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高、加深了學(xué)生對理論知識(shí)的理解、使學(xué)生分析、解決問題的能力得到加強(qiáng)，教學(xué)效果得到明顯改善。

（作者單位：安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院）

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