“新能源發(fā)電技術”課程教學改革的探索與研究

周小杰

摘 要：新能源發(fā)電技術是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門選修課，是專業(yè)性、綜合性較強的前沿應用型課程。經(jīng)過教學改革與探索并結合實際，在教學過程中采用“項目驅動教學法”，按照理論分析、仿真驗證、實驗驗證三個層次漸進式展開。教學實踐表明，該方法行之有效，教學效果得到明顯提升，達到提升學生的思維創(chuàng)造能力以及綜合素質(zhì)的目的。

關鍵詞：新能源發(fā)電技術；教學改革；教學方法；項目驅動

中圖分類號：G642文獻標志碼：A文章編號：2095-9214（2016）07-0095-02

能源、環(huán)境是當今人類生存和發(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)電技術具有極其重要的社會意義和經(jīng)濟價值[1，2]。本世紀不僅是人類對新能源大力開發(fā)的關鍵時期，也是新能源的技術革命和產(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”是安徽理工大學電氣工程及其自動化專業(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、動力、材料、控制、電子、信息等多個學科的交叉高新技術，綜合程度高，理論性、實踐性較強，與工程實際聯(lián)系緊密。上這門課時，同學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。為了提高學生對該課程的學習興趣和教學效果，探索該課程的教學方法是十分必要的。作者通過教學實踐，探索本門課程教學改革的方法，期望對提高該課程教學質(zhì)量有一定幫助。

一、課程教學內(nèi)容與方法

新能源發(fā)電技術涵蓋太陽能、風能、生物質(zhì)能等多種新能源的內(nèi)容，涉及的專業(yè)門類和知識面比較廣，學生反映教學內(nèi)容較繁雜，不知從何處著手。因此，根據(jù)該課程的教學要求和目的，適當選擇合適的教學內(nèi)容，如有關太陽能發(fā)電原理、風力機的空氣動力學原理、水輪機機械構造等內(nèi)容可僅做概要介紹，讓學生了解基本概念[5]。在教學過程中，對理論實踐要求較高的部分采用“項目驅動教學法”，讓學生充分發(fā)揮自己的主觀能動性，可以激發(fā)學生學習興趣，進而提高教學質(zhì)量。該教學法包括項目設置、目標分析、制定方案、執(zhí)行方案、評價交流[6]。首先，教師根據(jù)一定的教學內(nèi)容進行項目的設置；然后，按照項目的目標，指導學生對其進行分析，包括需要用到的理論知識；對學生進行分組，每組學生自行負責項目的具體實施，確定每位同學的分工及步驟；項目實施過程中，若存在問題，先組內(nèi)同學討論，不能解決的再由教師負責分析原因；最后，每組學生對項目結果進行匯報和交流，教師負責點評并總結[7]。在“項目驅動”的教學過程中，主要通三個層次來完成即理論知識講解、軟件仿真、實驗驗證。

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

教學案例以項目“光伏三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)”為例，介紹改革后的教學思路。首先，教師對項目中用到的理論知識進行講解；其次，在軟件仿真、實驗驗證層次涉及方案的制定與執(zhí)行；最后，學生之間交流，教師進行總結。

（1）理論知識講解

項目“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的導通和截止，使光伏陣列工作在最大功率點進而提高發(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)電流進行控制，以實現(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、實驗驗證

對學生進行分組，每組學生自行決定項目的具體實施方案，確定每位同學的分工及步驟，進行建模軟件仿真、實驗測試。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。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，a相電壓、a相電流的仿真波形。

圖2 功率因數(shù)為1時a相電壓、電流波形

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

實驗驗證過程中，通過雙通道數(shù)字示波器觀察實際光伏三相并網(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、實驗驗證培養(yǎng)了學生動手分析和解決問題的能力、與其他同學的分工協(xié)作能力。最后，學生將前面軟件仿真和實驗測試得到的波形寫成總結報告，與不同組同學進行交流，教師對得到的波形進行分析和評價。

三、課程教學改革效果

經(jīng)過教學改革的探索并結合實際，采用“項目驅動教學”，按照理論知識講解、軟件仿真、實驗驗證三個層次展開教學，取得的教學效果主要在兩個方面：

（1）在教學活動開展過程中以學生為中心。學生主動對項目完成需要的知識進行學習，收集相關的資料，完成具體方案的實施，組中每個同學分工明確、優(yōu)勢互補，共同完成一個完整的項目。在教師評價總結過程中，給予積極評價促進學生學習興趣的提高。

（2）學生分析、解決問題能力得到加強。在整個項目的實施過程中，會遇到不同的問題（一般是課本上沒有提到的），組內(nèi)學生之間對問題分析和解決的過程，加深了學生對理論知識的理解，軟件仿真和實驗測試相互結合、相互印證，提高了學生的實踐能力。

四、結語

新能源發(fā)電技術因其知識覆蓋面廣、采用技術新等特點，成為電氣工程及其自動化專業(yè)課程體系中一門重要的選修課程。經(jīng)過對該課程教學改革的探索與研究，采用理論知識講解、軟件仿真、實驗驗證的教學進程，教學反饋結果表明，該方法促進學生學習興趣的提高、加深了學生對理論知識的理解、使學生分析、解決問題的能力得到加強，教學效果得到明顯改善。

（作者單位：安徽理工大學電氣與信息工程學院）

參考文獻：

[1]陳春香，李嘯驄，梁志堅等.“新能源發(fā)電技術”課程教學改革與探索[J].中國電力教育，2013，（ 5） ： 62，102.

[2]孫欣，黃永紅.“新能源發(fā)電技術”課程教學改革與實踐[J].中國電力教育，2011，35.

[3]陳杰，秦海鴻，龔春英等.“新能源發(fā)電技術”課程建設與教學改革[J].電氣電子教學學報，2015，37（2）： 28-30，80.

[4]馬海嘯.“新能源發(fā)電技術”課程建設與教學改革[J].中國電力教育，2011，（ 27） ： 148-149.

[5]惠晶.新能源發(fā)電與控制技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[6]井新宇.電子設計自動化技術教學改革的研究與實踐——“七階段”教學法的應用與推廣[J].實驗室研究與探索，2010，29（12）： 202-205.

[7]孫曉明.“電力電子與電機調(diào)速技術應用”課程教學改革與探索[J].教育與教學研究，2016，30（1）：93-96.