新能源發電技術在特色專業建設中的應用

黃飛騰， 翁國慶

(浙江工業大學 信息工程學院， 浙江 杭州 310023)

新能源發電技術在特色專業建設中的應用

黃飛騰， 翁國慶

(浙江工業大學 信息工程學院， 浙江 杭州 310023)

提出了新能源發電技術在電氣專業建設中的應用，采用了探索性實驗項目來加強學生的實踐能力培養。以浙江省財政廳專項電氣工程專業能力實踐基地建設項目為依托，建設了電力系統繼電保護、電力系統自動化與新能源發電系統相結合的綜合型實驗平臺。設計了一系列圍繞新能源技術的探索性實驗，建立了基于學校網絡平臺的實驗仿真輔助系統。教學實踐表明，實施教學改革后電氣類課程教學質量得到了較大提高，這些改革方法具有較強的推廣性和示范性。

新能源發電； 探索性實驗； 教學改革

電氣類專業實驗涉及電力系統、控制理論、電力電子、微機系統、計算機網絡和通信技術等多領域知識,是我國高校電氣、信息、機電、自動化等工科專業十分重要的教學內容。隨著新能源發電技術的迅速發展，社會對高層次電氣專業人才的能力要求不斷提高[1-3]。傳統的電氣實驗教學模式以基礎理論驗證和認知性實驗為主，已無法適應社會新形勢[4-5]。電氣類專業實驗目前存在的主要問題有：教學內容跟不上科學技術的發展，傳統教學方法中學生處于被動地位，實驗內容形式單一，限制了學生的積極主動性和創新能力培養[6-7]。新興特色專業建設中針對這些問題，改革措施包括三部分內容：建設了新能源發電技術與傳統電力系統相結合的實驗平臺，以優化教學資源；開發了圍繞新能源技術的多項探索性新實驗，來加強創新實踐能力鍛煉；建立了基于校園網絡平臺的實驗仿真輔助系統，使教學手段現代化、多樣化、網絡化。

1 實踐平臺建設

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

優化后的新能源綜合實驗平臺(以下簡稱綜合實驗平臺)聯接結構見圖1。該實驗平臺既能進行專業入門實驗，也可進行各類高級的電力系統大型設計實驗，還可提供開放探索性的實驗項目和各類軟仿真實驗平臺，供學生進行自主設計、調試仿真和創新實驗，提高了學生的學習積極性和實踐創新能力。

圖1 電氣類專業新能源發電綜合實驗平臺結構

擴建后的實驗平臺主要包含以下設備：

(1) 新能源風光互補發電系統。該系統包含太陽能發電系統、風力發電系統、儲能系統、電力電子逆變裝置以及智能監控儀表等。可開展關于新能源發電、智能微網、電力儲能等前沿技術的實驗內容，還可開設科研發哺教學的相關大學生創新實驗。

(2) 電力系統綜合自動化試驗臺。WDT-IIIC型7套，包含微機保護裝置、勵磁調節裝置、準同期裝置、轉速調節裝置、電力系統穩定器和各類電力檢測儀表，該套設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點，且能實現豐富多變的線路模型與并網功能。

(4) 電力系統監控實驗臺。PS-7G型1臺，包含電力聯網功能組件、工控上位機、監控軟件、報表打印機、各類智能監測儀表，相當于電力系統調度通信局的功能，可模擬多臺600 mW機組在500 kV主電力網運行的技術參數。并帶有風電和光伏發電可再生能源接口、統一潮流控制器UPFC接口，能實現豐富多變的線路模型并網發電功能，以及與新能源智能微網系統的對接。

(5) 多類型可變動態RLC負載1臺，包含可調節的電阻、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。安裝有HDDZMS-II微機監控管理系統、PSASP電力系統仿真軟件、EMTP電磁暫態仿真軟件、Matlab/simulink電力系統建模與仿真等，能進行電力系統自動化的各類仿真調試實驗。

(7)1套多媒體教學設施，并組建了含不間斷電源UPS和數據服務器的教學微機局域網等，為實驗教學多樣化和網絡化提供基礎。

2 探索性實驗設計

基于該綜合實驗平臺，設計了一系列探索性實驗項目，改變傳統模式，讓學生自主探索。探索實驗能充分發揮學生的主動性和積極性，有利于學生創新能力的培養[11-13]。

設計探索性實驗將新能源發電技術等新興教學內容融入到實驗項目中。這些探索性實驗的學習目的明確，以小項目形式交于學生小組來完成，教師僅提供必要的引導。學生通過前期準備、團隊合作、分工協同、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知識、分析并解決實驗中的難題，既能鍛煉學生動手能力，又能培養創新精神和團隊精神。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生在完成電氣類課程入門實驗的基礎上，在課余時間，自主進行深入學習和實踐。

表1 電氣類專業探索性實驗項目

學生通過校園網絡預約實驗項目，實驗室管理教師提供監管服務和安全防護。進行開放探索實驗之前，學生需要做一些前期準備：首先，通過學校網絡平臺的教學輔助系統，查閱該類課程的文獻和資料，特別是了解和熟悉已預約的開放實驗相關知識；然后，做好實驗預習和方案設計草案，交于實驗室開放管理教師查閱，教師對設計案的基本原則問題和人員設備安全進行把關；管理教師在現場進行監管，對學生的所提疑問進行指導。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，學生整理實驗數據，分析歸納，寫成總結報告，交于相應課程教師作為平時成績和課外表現的依據。

3 教學手段現代化、多樣化

新能源發電技術等新知識不斷更新，使得電氣類專業的實驗教學內容不斷增加，為此利用多媒體教學、網絡技術和計算機仿真等現代化教學手段，進行配套輔助，提高教學效率。基于學校網絡教學平臺，建立了電氣專業實驗仿真輔助系統。學生可以通過該輔助系統，進行仿真實驗、資料下載、信息發布、師生互動等內容，是開放型的網絡化學習平臺。

教學內容的更新難以追上科學技術的發展，教科書內容也很難做到與領域技術發展同步更新，其不足之處需要通過及時補充相關參考書和文獻來彌補。為能更好地引導、提高學生的自學能力、為學生今后從事創新科技工作打下良好的基礎，需要改變傳統的教學模式，要加強探索性實驗教學，鼓勵學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節。

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

在新能源發電技術的充分利用，以及探索性教學改革模式的支撐下，電氣類專業建設成了國家精品課程1門、省級精品課程3門，近年來獲得浙江省優秀教學成果獎3項。而且，我校已有不少學生經過教師指導，取得了許多創新成果，代表性成果見表2。

表2 探索性模式下的學生創新成果

探索性實驗教學改革，使得電氣類課程的理論教學和實踐緊密結合，取得了良好的教學效果；還加強了科學前沿的教育，提高了教學水平，鍛煉了學生的創新能力，培養出了一批優秀的創新人才。

4 結束論

新能源發電技術是我校電氣專業的新興特色方向，而電氣類專業實驗也是電氣、信息、機電、自動化等相關專業的重要教學內容。本文探索了新能源發電技術在特色專業建設和實驗教學改革中的應用。建設了綜合實驗平臺以優化教學資源；設立了一系列探索性實驗來加強學生創新實踐能力培養，利用多媒體教學技術和網絡輔助仿真系統，鼓勵學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節，輔以課外科研項目反哺教學，使教學手段多樣化和現代化，提高了教學水平。

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

References)

[1] 孫宏國，周云龍，胡國文，等. 電氣與新能源省級實驗教學示范中心的建設與探索[J]. 實驗技術與管理，2013，30(10):140-144.

[2] 何濟玲，江玲，陳仕品. 面向信息化教學能力的《現代教育技術》公共課教學改革[J]. 現代教育技術，2011,21(3):46-49.

[3] 王楓，付周興，王清亮，等. PBL在電力系統仿真實驗教學中的應用研究[J]. 實驗技術與管理，2013，30(9):156-158.

[4] 熊晶，高峰，王愛民. 結對編程在師范院校計算機專業實踐教學改革中的應用[J]. 現代教育技術，2013，23(7):122-126.

[5] 劉艷莉，金文，王成山,等. 電力系統仿真控制綜合實驗平臺建設與實踐[J]. 實驗室研究與探索，2011，30(6):122-125.

[6] 陳穗麗. 大學研究院開展本科生創新培養模式實踐與建議[J]. 實驗技術與管理，2015，32(3):44-46.

[7] 陳吉明. 創新實踐課程教學中科學思維能力的培養[J]. 實驗室研究與探索，2011，30(2):85-87.

[8] 何興兵，林永慧. 提高大學生創新能力的有效途徑:大學生創新項目與教師科研課題相結合[J]. 高教論壇，2012(4):66-70.

[9] 翁國慶，張有兵. “電氣控制及PLC技術”課程實踐教學的改革與優化[J]. 中國電力教育，2010(6)：143-145.

[10] 岑健林.“主動”學習模式的研究與憧憬:從信息革命到學習革命[J]. 中國教育信息化，2013(18):21-24.

[11] 沈洪斌，李剛，胡文剛，等. 針對軍校專業特點的激光課程教學改革探索[J]. 現代教育技術，2010，20(2):70-73.

[12] Xi Xiangyin，Wang Shufeng，Li Limei，et al. Teaching Reform of the Course of Introduction to Resource and Environment under “STS” Quality Education Concept [J]. Asian Agricultural Research，2013，5(5):137-139.

[13] 陳一民，馬鴻雁，張明珠. 美國明尼蘇達大學電氣工程本科教育研究[J]. 實驗技術與管理，2012，29(12):183-186.

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建設項目(080601);浙江工業大學2015年校級實驗室工作研究與改革項目(“電力系統保護與新能源”新實驗項目開發)；浙江工業大學教學方法改革專項項目(JGZ1303)

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

E-mail：hfate@zjut.edu.cn

TK5；G642.0

A

1002-4956(2015)10- 0067- 03