高職院?！半娏﹄娮蛹夹g(shù)”課程教學(xué)思考

摘"要：“電力電子技術(shù)”是高職院校電氣自動化技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要講述電能的轉(zhuǎn)換與控制，課程內(nèi)容比較抽象，高職專業(yè)學(xué)生基礎(chǔ)較為薄弱，學(xué)習(xí)興趣不足。新能源發(fā)電在我國的電力構(gòu)成中具有越來越重要的地位，每年的裝機規(guī)模不斷增加，本文以新能源發(fā)電的具體應(yīng)用為研究對象，將電能轉(zhuǎn)換與控制的相關(guān)知識（包括電力電子器件、整流環(huán)節(jié)、逆變環(huán)節(jié)等）與新能源發(fā)電結(jié)合起來。同時，為避免課堂知識傳授滯后于實踐應(yīng)用的特點，本文將知識講解與風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)發(fā)展趨勢結(jié)合起來，不僅提升了課堂效果，增強了我們科技進步帶來的民族自豪感，而且開闊了同學(xué)們的視野，增加了學(xué)生職業(yè)規(guī)劃意識。

關(guān)鍵詞：“電力電子技術(shù)”課程；風(fēng)力發(fā)電；技術(shù)發(fā)展趨勢；教學(xué)設(shè)計

按照《高等職業(yè)學(xué)校電氣自動化技術(shù)專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》要求，高職院校電氣自動化技術(shù)專業(yè)學(xué)生掌握必需的電工、電子技術(shù)、電機電器等專業(yè)基礎(chǔ)理論和知識，因此，“電力電子技術(shù)”課程屬于專業(yè)基礎(chǔ)課程。“電力電子技術(shù)”主要研究由電力電子器件所構(gòu)成的各種電路和變流裝置，以完成對電能的轉(zhuǎn)換與控制，橫跨“電力”“電子”和“控制”三個領(lǐng)域，是弱電對強電實現(xiàn)控制的紐帶。電力電子設(shè)備已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通運輸、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、新能源系統(tǒng)以及日常生活的各個方面，是一門與實踐生活聯(lián)系較為緊密的課程。

1"“電力電子技術(shù)”課程特點與要求

“電力電子技術(shù)”課程注重從實際生活電器出發(fā)，注重理論聯(lián)系實際，在具體教學(xué)中，理論知識學(xué)習(xí)、MATLAB仿真、工程設(shè)計與應(yīng)用案例等教學(xué)環(huán)節(jié)彼此銜接、逐步遞進，使學(xué)生不僅能夠熟練掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識，還能應(yīng)用所學(xué)知識解決實際工程問題。對高職院校的學(xué)生來說，就業(yè)領(lǐng)域一般局限于產(chǎn)品裝配、生產(chǎn)和服務(wù)環(huán)節(jié)，對“電力電子技術(shù)”的基礎(chǔ)知識掌握就顯得尤為重要。近年來，隨著新型電力電子器件的應(yīng)用及高性能的電力電子器件不斷涌現(xiàn)，人工智能技術(shù)與電力電子技術(shù)不斷融合，使電力電子裝置開始向高性能和智能化方向發(fā)展，這也是教學(xué)中需要特別關(guān)注的一點。

2"“電力電子技術(shù)”課程教育現(xiàn)狀

“電力電子技術(shù)”課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生熟悉電力電子技術(shù)器件的基本知識、理論，掌握轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握電力電子變流電路的數(shù)學(xué)分析方法及器件選型問題，具備將電力電子技術(shù)應(yīng)用于工程技術(shù)領(lǐng)域的初步能力或能夠在工程實踐中更進一步地提出優(yōu)化改進措施。本課程的特點是理論和工程實際緊密結(jié)合，但學(xué)生基本沒有工程應(yīng)用的場景概念，解決工程問題能力較弱。同時，本課程與“電路”“模擬電子技術(shù)”“控制理論”等課程關(guān)聯(lián)較強，且課程中電路變換種類多、波形分析多，學(xué)生理解起來較為困難。學(xué)生課前不預(yù)習(xí)、課后不復(fù)習(xí)，課堂上不積極參與教師的課堂教學(xué)活動，導(dǎo)致學(xué)生對課堂失去了興趣。

3"電力電子技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用場景

根據(jù)行業(yè)報告，截止到2024年6月底，全國風(fēng)電累計并網(wǎng)容量達到4.67億kW。風(fēng)力發(fā)電已成為國家電力的重要組成部分，是新能源電力系統(tǒng)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。風(fēng)力發(fā)電機在內(nèi)部組成上大量使用了電力電子器件，同時也是高職院校學(xué)生的就業(yè)方向之一。電力電子裝置在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用場景包括如下幾個方面。

3.1"控制柜內(nèi)配電用開關(guān)電源

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中經(jīng)常會遇到電能轉(zhuǎn)換的情況，比如常用傳感器通常會使用24V"DC供電，這就需要實現(xiàn)230V"AC24V"DC的電能轉(zhuǎn)換。開關(guān)電源通常是采用電力電子中的功率半導(dǎo)體器件（如IGBT等）作為開關(guān)元件，通過周期性控制其通斷，進而控制開關(guān)元件的占空比來調(diào)整輸出電壓。開關(guān)電源的工作原理概括地說是將交流電先整流成直流電，然后將直流逆變成交流電，最后整流輸出成所需要的可以調(diào)節(jié)的直流電，這些都涉及最基本的交流—直流、直流—交流電能轉(zhuǎn)換。

3.2"發(fā)電環(huán)節(jié)電能轉(zhuǎn)換變流器

風(fēng)力發(fā)電機變流器的工作原理基于電力電子技術(shù)，其核心部件為絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）。風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生的電能是交流電，其頻率和電壓都不穩(wěn)定，不符合并網(wǎng)要求，無法直接輸送到電網(wǎng)中。因此，風(fēng)力發(fā)電機需要整流環(huán)節(jié)將其轉(zhuǎn)換為直流電，再通過逆變環(huán)節(jié)將其轉(zhuǎn)換為符合電網(wǎng)要求的、穩(wěn)定的交流電，才能輸送到電網(wǎng)中，這就是風(fēng)電變流器的主要工作原理。

風(fēng)電變流器的主要工作流程如下：首先，風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生的交流電經(jīng)過整流環(huán)節(jié)將其轉(zhuǎn)換為直流電。其次，直流電經(jīng)過濾波電容器進行濾波，去除掉直流電中的脈動成分，使其變得更加穩(wěn)定。最后，直流電經(jīng)過逆變環(huán)節(jié)，通過PWM（脈寬控制）技術(shù)將其轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的交流電，并將其輸送到電網(wǎng)中。

3.3"變槳電能轉(zhuǎn)換驅(qū)動器

變槳驅(qū)動器的功能是通過驅(qū)動葉片齒輪改變風(fēng)輪葉片的角度來調(diào)整葉片的迎風(fēng)面積，從而改變?nèi)~片吸收風(fēng)能的大小。風(fēng)力發(fā)電機變槳控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對不同工況下（比如陣風(fēng)等）對槳葉進行精確控制，以實現(xiàn)正常葉片調(diào)整動作。風(fēng)機需要停機時，驅(qū)動葉片收槳實現(xiàn)風(fēng)機安全停機，變槳控制系統(tǒng)的核心部件是變槳驅(qū)動器，變槳系統(tǒng)通過變槳驅(qū)動器驅(qū)動葉片電機實現(xiàn)對槳葉位置和速度的控制，變槳驅(qū)動器的作用是通過電能變換實現(xiàn)對變槳電機速度的控制。

3.4"其他電力電子部件

風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)中還用到一些其他的電力電子器件，實現(xiàn)對電能、功率、溫度等監(jiān)測和控制的PLC等，使風(fēng)力發(fā)電機得到更加穩(wěn)定的運行。

4"風(fēng)力發(fā)電機及電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1"風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)展趨勢

風(fēng)力發(fā)電機組是風(fēng)電系統(tǒng)的核心組件。隨著技術(shù)的進步，機組的尺寸和容量不斷增大，提高單機容量和發(fā)電效率，其關(guān)鍵核心技術(shù)如表1所示。

4.2"電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢

電力電子技術(shù)發(fā)展趨勢呈現(xiàn)集成化、智能化、通用化、信息化。

（1）電力電子技術(shù)集成化：有利于減小產(chǎn)品體積和重量，提高產(chǎn)品的功率密度和性能，滿足人們方便、快捷、便于攜帶的需求；

（2）電力電子技術(shù)智能化：提高產(chǎn)品的自動調(diào)節(jié)能力，提高效率和功率以及調(diào)速范圍和性能等方面，減少人力物力，提升產(chǎn)品服務(wù)質(zhì)量；

（3）電力電子技術(shù)通用化：電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，提升技術(shù)的應(yīng)用范圍，降低生產(chǎn)制造成本；

（4）電力電子技術(shù)信息化：現(xiàn)代化信息技術(shù)逐漸運用到電力電子技術(shù)中，使得技術(shù)不但是能量的轉(zhuǎn)換和傳送裝置，同時具備信息傳送和交換功能。

5"教學(xué)改革與教學(xué)設(shè)計

根據(jù)所選教材，將教材中的“電力電子技術(shù)”課程內(nèi)容進行重新梳理，以新能源發(fā)電行業(yè)（風(fēng)力發(fā)電等）為工程實際應(yīng)用案例講授學(xué)科知識，同時結(jié)合實際生活中的典型案例（如變頻空調(diào)的原理、調(diào)速電梯的原理等）開展教學(xué)，使學(xué)生明白電力電子就在身邊。同時，為深入貫徹落實教育部頒布的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》精神，貫徹落實關(guān)于“大思政課”的重要指示批示，充分挖掘和梳理“電力電子技術(shù)”課程的思政元素，確立思政培養(yǎng)目標(biāo)，將課程思政貫穿于教育教學(xué)全過程，構(gòu)建具有邏輯性、體系化的專業(yè)課程的思想政治教育教學(xué)目標(biāo)。結(jié)合以上思路，重構(gòu)后的課程設(shè)計如表2所示。

6"教學(xué)評價

高職學(xué)生的課程考核主要目的是考核學(xué)生對相關(guān)知識的掌握能力、個人學(xué)習(xí)態(tài)度以及對崗位技能掌握情況。

平時過程性考核成績由教師評定，包括平時學(xué)習(xí)態(tài)度是否端正，是否遲到早退，是否服從教師安排，是否具有分析問題、解決問題的能力，是否有團隊協(xié)作意識，參與討論的態(tài)度和積極性是否良好，是否具有正確的人生觀、價值觀等，平時過程性考核比重占30%。

最終課程重點考核的是學(xué)生對相關(guān)知識點的掌握程度，采用閉卷考核方式，最終課程考核成績比重占70%。

結(jié)語

“電力電子技術(shù)”作為電氣自動化技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)課程具有重要意義，通過將課堂教學(xué)和風(fēng)電等新能源的實際應(yīng)用相結(jié)合，為避免學(xué)生所學(xué)知識與社會實際應(yīng)用脫節(jié)，本文充分結(jié)合風(fēng)力發(fā)電的歷史發(fā)展趨勢進行講解，激發(fā)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，有利于課堂效率的提升。同時，也對學(xué)生的職業(yè)選擇提供了參考，豐富了學(xué)生的職業(yè)規(guī)劃方向。

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作者簡介：王劍利（1984—"），男，漢族，山東菏澤人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：風(fēng)力發(fā)電機控制系統(tǒng)設(shè)計。