新能源科學與工程專業強電類課程體系構建及其實現①

柴濟民，陳磊，趙宇，熊超，袁洪春

[摘 要] 新能源科學與工程專業作為新型的交叉學科類專業，與電氣自動化類專業存在一定的強電類課程交叉，分析構建了基于新能源專業的強電類的課程體系并從課時安排、教學內容和實踐環節等方面進行了實現。

[關 鍵 詞] 新能源科學與工程；強電類；課程體系

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）31-0070-02

在當前可持續能源大量應用的形勢下，能源工業對復合型人才的需求越來越大，教育部發布的《普通高等學校本科專業目錄（2012年）》表明，新能源科學與工程專業是能源動力類下的特設專業。新能源涉及光伏、風電、光熱、生物質能和地熱能等，目前高校的專業設置以光伏和風力發電為主。

從新能源發電的整個環節看，無論哪種能源形式從發電環節看可以分為前端的能源匯集和后端的發電電氣系統兩個部分。而后端發電系統及其與電網交互部分則涉及相關的電氣類尤其是強電類專業課程。

常州工學院新能源科學與工程專業建立于2012年，在地方應用性工科的學科平臺上建立與新能源后端系統相關的專業課程體系結構，在教學內容、教學方法上進行了積極的實踐，建立了適用于新能源科學與工程的有效強電類專業課程體系結構。

一、課程體系結構分析

（一）課程體系結構導向

專業課程體系結構的設置必定以行業技術本身作為導向。從發電系統的結構看，前端系統涉及材料科學、工程熱力學、光電子學、光伏器件設計、空氣動力學等能源產生基本環節的相關課程。

目前，新能源發電系統后端涉及變流及其控制技術、與電網的交互技術、能源系統的控制和管理技術等幾個方面。相關電氣類課程包括電力電子技術、新能源發電技術、供電技術、儲能技術、微電網技術、能源系統管理和優化等。

同時在變流技術本身的控制方式還是電力系統的控制中，相關軟硬件設計知識必不可少，因此在強電類課程之外配置相關電子設計類課程，可以有效補充學生的知識結構。

（二）課程體系結構構成

新能源科學與工程專業課程體系由基礎類課程、專業基礎類課程和專業課程組成，如圖1所示。

其中基礎課包括高等數學、大學物理、計算機編程等工科通識類課程。專業基礎類課程包括電工原理、電子技術、電力電子技術、材料科學基礎、傳熱學、工程熱力學、光電子技術、空氣動力學等課程。

從圖1中看到，專業課課程分為前端材料器件類課程和后端系統強電類專業課程，并輔以一定弱電類課程。

強電類專業課程的體系如圖2所示，其中風力發電技術、光伏發電技術和光熱技術應用為核心課程。同時這三門專業核心課程均基于電工電子和電力電子技術等專業基礎課程，并輔以單片機技術作為補充。

在三門核心課程基礎上，從發電系統與電力系統的交互知識角度出發，強電類課程開設了供配電技術、微電網技術、分布式能源系統與優化作為有效的選修課程，并輔以電氣控制技術等控制類課程作為補充。

這種以專業基礎課為基礎，在前端材料器件課程基礎上輔以弱電控制類課程和電力系統類課程的強電類課程體系，旨在提高新能源科學與工程專業學生掌握相應電力系統及其自動化方面的相關理論知識和工程能力，為從事相關工程工作打下堅實基礎。

二、課程體系的實施

從目前我國的一級學科分類來說，新能源科學與工程強電類體系的課程與電氣工程專業和自動化專業部分課程相同，但從專業人才培養的角度和總的課程學時等角度出發，本課程體系的實現在教學課時安排、教學內容側重點以及相關實驗實踐環節都與其他專業有所區別。

（一）課程教學課時安排

電工原理、電子技術和電力電子技術均為電氣自動化類專業的核心專業基礎課程，一般來說，用較多的學時來實現教學，其中電子技術分為數字電子技術和模擬電子技術，這兩門課程需要較長學時來實現。新能源科學與工程專業鑒于專業內容方面和專業總學時考慮，一般不會涉及較大規模的電網絡分析和非常復雜的電子技術應用，因此，電工原理和電子技術這兩大類課程均安排為中等學時的課程。

電力電子技術作為專門針對變流技術的最重要的基本課程，在新能源發電系統中具有非常重要的地位，后續核心專業課程涉及很多相關的變流電路及其控制技術，因此電力電子技術在課程體系中安排為較長課時的必修課程，并專門安排課程設計環節，為后續專業課打下基礎。

圖2中的強電類專業選修課程中供配電技術涉及目前相關發電系統和變電系統的電氣方面的設計，因此安排為中等學時的選修課。微電網技術、分布式能源系統與優化等課程則設為短學時選修課程，讓學生了解相關電力系統自動化基本工程背景知識。

針對輔助性的弱電類課程，鑒于微機測控技術在目前工業領域的普遍應用，將單片機技術安排為長學時必修課程并安排相應課程設計，旨在讓學生熟練掌握相關芯片設計和編程，為后續實踐和發電系統設計打好基礎。電氣控制與PLC則安排為短學時選修課程，讓學生掌握電器控制的基本方法。

（二）教學內容的特殊安排

基于新能源科學與工程專業的培養目標和相關課程的前后銜接。在強電類課程安排中作如下調整；

1.電力電子技術課程中加大全控型器件的PWM整流和逆變技術的內容教學。在目前通用的電氣工程專業電力電子課程安排和相關教材中，普遍側重于基于半控器件的整流電路分析，而在后續的風力發電和光伏發電課程學習中，基于全控器件的整流逆變電路十分重要，因此課程體系在電力電子技術課程中加強該部分內容并在課程設計中專門安排。

2.核心專業課程注意與前端專業課程的內容銜接。風力發電技術和光伏發電技術相應的前端部分在前端課程中著重講解，在本課程體系中著重講授后端系統組成和分析設計方法，避免前后課程內容的重疊。

3.供配電技術課程注意結合光伏電站設計和風力場設計。目前的供配電設計課程一般均基于工廠變電站設計或者區域變電站設計，極少有設計課程專門針對新能源發電場設計。因此，本課程體系中供配電技術課程在通用的供電系統分析計算方法上引入光伏電站和風電場的設計，引入相關設計實例，提高學生對新能源并網型電站的設計和分析運行能力。

4.微電網和分布式能源優化等課程優化內容結構。新能源科學與工程專業學生并不要求掌握很深的電力系統分析運行和控制原理知識，因此本課程體系與電網交互類的選修課程在教學內容上側重于基本概念、基本設備和控制技術的介紹，避免引入較為復雜的電力系統分析和控制技術的原理性分析。

（三）實踐環節的安排

鑒于新能源專業為具有較強應用性的工科類專業，本課程體系在電力電子技術、單片機技術和三門核心專業課程中均引入了課程設計。其中電力電子技術課程設計要求學生通過設計環節掌握整流逆變的原理，單片機技術要求學生掌握相應的硬件設計和電路板設計能力。

三門核心專業課程的課程設計要求學生動手組建相應的小型發電系統實物或者基于相關分析軟件的發電系統及其控制模塊。

在相應課程基礎上安排了新能源技術與開發和光伏技術綜合實訓等綜合性實踐環節，要求學生通過前述課程學習和設計環節動手進行系統性的發電系統設計和實訓。

三、總結

本課程體系基于新能源科學與工程的培養目標，對相關交叉學科的強電類專業基礎課程和專業課程在課時安排和教學內容等方面進行了優化，并積極輔助以弱電控制類課程和實踐環節。通過在常州工學院近三屆新能源科學與工程專業積極的應用，取得了較好的教學效果，實現了專業培養目的。

參考文獻：

[1]饒政華，廖勝明.新能源科學與工程專業體系研究[J].中國大學教學，2015（3）：44-46.

[2]郭瑞，關新.新能源科學與工程專業人才培養再探討[J].沈陽工程學院學報（自然科學版），2014，10（2）：105-108.

[3]馬海嘯.“新能源發電技術”課程建設與教學改革[J].中國電力教育，2011（27）.