王華昕, 王育飛, 薛 花

(上海電力學(xué)院 電氣工程學(xué)院, 上海 200090)

“電力電子在電力系統(tǒng)中應(yīng)用”課程群團(tuán)隊(duì)建設(shè)

王華昕, 王育飛, 薛 花

(上海電力學(xué)院 電氣工程學(xué)院, 上海 200090)

“電力電子在電力系統(tǒng)中應(yīng)用”課程團(tuán)隊(duì)以三門(mén)應(yīng)用選修課程為核心，展開(kāi)課程內(nèi)涵建設(shè)。該課程群建設(shè)強(qiáng)調(diào)以行業(yè)應(yīng)用特色為主線，由點(diǎn)到面逐級(jí)深入核心領(lǐng)域。通過(guò)對(duì)課程體系的梳理，課程教學(xué)內(nèi)容得到優(yōu)化；教學(xué)方法采用案例教學(xué)和團(tuán)隊(duì)教學(xué)法，著重培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力。教學(xué)效果良好。

課程團(tuán)隊(duì)建設(shè)；體系結(jié)構(gòu)；創(chuàng)新能力

0 引言

我院2008年設(shè)置電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化碩士點(diǎn)后，就開(kāi)設(shè)了“電力電子在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用”課程群。該課程群有：“柔性輸電技術(shù)”、“電力電子在新能源的應(yīng)用”和“電力電子裝置及系統(tǒng)”等三門(mén)課程。這三門(mén)課程有其共性且有各自的特性，是針對(duì)不同的領(lǐng)域的應(yīng)用而展開(kāi)的課程?！叭嵝暂旊娂夹g(shù)”針對(duì)輸電領(lǐng)域的電力電子的應(yīng)用；“電力電子在新能源的應(yīng)用”針對(duì)配網(wǎng)領(lǐng)域的新能源接入問(wèn)題；“電力電子裝置及系統(tǒng)”主要針對(duì)電力電子裝置高精尖端應(yīng)用。

現(xiàn)階段教學(xué)中發(fā)現(xiàn)：這三門(mén)課程之間存在內(nèi)容重復(fù)、案例教學(xué)單一、教師間交流欠缺等問(wèn)題。課程群教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教改探索強(qiáng)調(diào)課程之間的相互配合，加深每門(mén)課程深度，提供給研究生一個(gè)豐富的具有電力電子行業(yè)應(yīng)用特色的課程群。

1 構(gòu)建以工程應(yīng)用為目標(biāo)的課程體系

電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化和電力電子與電力傳動(dòng)這兩個(gè)二級(jí)學(xué)科在傳統(tǒng)上交叉關(guān)聯(lián)度較弱。隨著電力電子在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的發(fā)展。電力電子接入問(wèn)題和電力電子適用于高電壓復(fù)雜電磁環(huán)境的電力系統(tǒng)裝置問(wèn)題使得這兩個(gè)學(xué)科交叉緊密起來(lái)[1-4]。清華大學(xué)、武漢大學(xué)、華北電力大學(xué)等都成立了相關(guān)研究所開(kāi)展電力電子在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的研究，與此相適應(yīng)的課程也相繼開(kāi)設(shè)，如“柔性輸電技術(shù)”、“直流輸電技術(shù)”和“新能源技術(shù)”課程等，國(guó)內(nèi)高校分別開(kāi)展了這些課程內(nèi)涵建設(shè)。但以應(yīng)用為特色的課程團(tuán)隊(duì)建設(shè)還未見(jiàn)有報(bào)道。

我院“電力電子在電力系統(tǒng)中應(yīng)用”課程團(tuán)隊(duì)以上述的三門(mén)應(yīng)用選修課程為核心，展開(kāi)課程群內(nèi)涵建設(shè)，強(qiáng)調(diào)以行業(yè)應(yīng)用特色為主線，不同課程圍繞應(yīng)用展開(kāi)不同層面內(nèi)容。從裝置到系統(tǒng)接入，由點(diǎn)到面逐級(jí)深入核心領(lǐng)域，突破傳統(tǒng)課程之間的隔離，從而推動(dòng)整個(gè)課程體系的建設(shè)。課程體系改革思路如圖1所示。

圖1 教學(xué)改革思路

各門(mén)課程教學(xué)重點(diǎn)見(jiàn)表1所示。

表1 課程教學(xué)內(nèi)容

表中，“柔性交流輸電技術(shù)”(簡(jiǎn)稱(chēng)FACTS)課程的教學(xué)模塊為串補(bǔ)、并補(bǔ)和柔性直流三塊。串補(bǔ)又分為可控串補(bǔ)和靜止同步串補(bǔ)，并補(bǔ)有靜止無(wú)功補(bǔ)償器和靜止無(wú)功發(fā)生器之分。柔性直流技術(shù)是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中重大應(yīng)用，所以單列出來(lái)?！靶履茉础苯虒W(xué)重點(diǎn)是風(fēng)、光、儲(chǔ)三個(gè)模塊的并網(wǎng)技術(shù)。風(fēng)機(jī)模塊講授雙饋和永磁機(jī)的并網(wǎng)控制，光模塊講授光伏陣列并網(wǎng)最佳追蹤技術(shù)，儲(chǔ)能模塊講授超級(jí)電容器和鋰電池在微網(wǎng)中的應(yīng)用?！半娏﹄娮友b置”三個(gè)模塊是開(kāi)關(guān)電源、逆變器和直流—直流變換器。開(kāi)關(guān)電源講授高頻整流器的控制策略，逆變器講授單相恒壓恒頻正弦波逆變裝置工作原理，直流—直流變換器講授具有高頻環(huán)節(jié)的直流變換器工作原理。

從教學(xué)內(nèi)容上看，這三門(mén)課程基本覆蓋了電力電子在電力系統(tǒng)應(yīng)用的各個(gè)方面。柔性交流重點(diǎn)是補(bǔ)償和直流技術(shù)，是電力電子在輸電領(lǐng)域的典型應(yīng)用；新能源是電力電子在新興能源并網(wǎng)中的應(yīng)用；電力電子裝置面向裝置，強(qiáng)調(diào)裝置的工程設(shè)計(jì)和逆變器的控制方法。

三門(mén)選修課程特色明細(xì)，在學(xué)科上有交叉之處。

三門(mén)課程在前言上都需要講授部分電力電子學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。牽涉到裝置需要講裝置的基本原理和工程設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。三門(mén)課程的內(nèi)容還有相近之處。如柔性交流輸電技術(shù)講用戶電力技術(shù)內(nèi)容時(shí)有有源濾波器模塊，電力電子裝置有電力電子在電力系統(tǒng)的應(yīng)用的宏觀介紹之類(lèi)的知識(shí)點(diǎn)。

作為整體進(jìn)行教學(xué)改革設(shè)計(jì)時(shí)，三門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容重新做了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

(1)加入新元素

“柔性交流輸電技術(shù)”在用戶電力技術(shù)知識(shí)模塊處理上原先采用弱處理，現(xiàn)得到了“電力電子裝置”課程支持，強(qiáng)化了該知識(shí)模塊內(nèi)容；“電力電子裝置”中關(guān)于電力電子在電力系統(tǒng)應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)也得到了“柔性交流輸電技術(shù)”課程支持；“新能源”中關(guān)于直流并網(wǎng)技術(shù)得到了柔性輸電課程支持。三門(mén)課程知識(shí)點(diǎn)相互補(bǔ)償，完善了電力電子在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用的課程體系結(jié)構(gòu)。

(2)教學(xué)內(nèi)容交叉部分做減法

FACTS課程內(nèi)容上對(duì)配電領(lǐng)域和新能源接入問(wèn)題做減法。把教學(xué)內(nèi)容集中到補(bǔ)償技術(shù)和直流技術(shù)領(lǐng)域；“新能源”課程對(duì)于逆變器裝置方面也做減法，重點(diǎn)放在新能源并網(wǎng)控制技術(shù)上。“電力電子裝置”減少了新能源和輸電領(lǐng)域課程介紹，聚焦點(diǎn)在裝置的工程設(shè)計(jì)方面。

2 研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方法

研究生教學(xué)不同于本科教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容不再全堂灌輸，需要增加研討、實(shí)驗(yàn)和參觀等諸多教學(xué)環(huán)節(jié)。三門(mén)課程教師在討論教學(xué)時(shí)迫切感受到研究生創(chuàng)新能力薄弱，特別關(guān)注如何通過(guò)課程學(xué)習(xí)體會(huì)到前人研究的方法，而不是單純追求結(jié)論的灌輸。教師對(duì)研究生們進(jìn)行了訪談，了解其對(duì)當(dāng)下研究生課程的看法。研究生們表示選修課程要有實(shí)用性，課程的內(nèi)容與研究方向要有關(guān)系，至少要為二年級(jí)的研究打個(gè)基礎(chǔ)。研究生課程考核不能單單評(píng)估考試成績(jī)，更要考核學(xué)生的創(chuàng)新能力。為此教師在教學(xué)方法上做了些調(diào)整，引入了案例教學(xué)和團(tuán)隊(duì)教學(xué)方法。

1)案例教學(xué)法

教學(xué)內(nèi)容模塊化設(shè)計(jì)完成后，教學(xué)方法的改進(jìn)體現(xiàn)在教學(xué)課件和仿真工具上。教學(xué)課件充分體現(xiàn)現(xiàn)代化多媒體的優(yōu)勢(shì)，在課件設(shè)計(jì)上以教學(xué)模塊為依據(jù)，將最新的科研和工程成果充實(shí)教學(xué)內(nèi)容。教師選擇了代表性示范工程，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、裝置基本參數(shù)、控制方法到試驗(yàn)結(jié)果一一展現(xiàn)電力電子在電力系統(tǒng)應(yīng)用中的進(jìn)展。學(xué)生從這些具體工程實(shí)例明白理論到現(xiàn)實(shí)之間需作的努力以及工程需求不斷提出的新的課題。

圖2 案例教學(xué)方法

以“柔性輸電技術(shù)”課程為例，仿真工具PSCAD是研究柔性輸電的很好仿真手段。PSCAD有友好的用戶界面，使得用戶能更方便地使用EMTDC進(jìn)行電力系統(tǒng)分析，而且軟件可以作為實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的前置端，可模擬任意大小的交直流系統(tǒng)。筆者介紹裝置基本理論后，用PSCAD搭建裝置模型，設(shè)計(jì)控制策略，直接觀察裝置仿真波形。課程設(shè)計(jì)案例中利用Matlab工具，對(duì)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及并網(wǎng)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。所研究的仿真系統(tǒng)由永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)、不可控整流器、升壓斬波、DC-AC并網(wǎng)逆變器等部分組成。學(xué)生可以把該風(fēng)力發(fā)電仿真模型分成同步發(fā)電機(jī)仿真模塊、斬波變流器仿真模塊和逆變仿真模塊，就每個(gè)模塊運(yùn)用理論知識(shí)進(jìn)行仿真，最后將各模塊結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)案例體系的研究。同時(shí)結(jié)合啟發(fā)式教學(xué)：從工程實(shí)際問(wèn)題引入，到問(wèn)題的分析、歸類(lèi)、解決，再回到實(shí)際工程中，每個(gè)環(huán)節(jié)都讓學(xué)生真正理解和領(lǐng)會(huì)各種新能源發(fā)電系統(tǒng)變換裝置的來(lái)龍去脈，使學(xué)生形成一條脈絡(luò)清晰的主線。

2)團(tuán)隊(duì)教學(xué)法

傳統(tǒng)教學(xué)方法以灌輸為主，往往是教師講得天花亂墜，學(xué)生聽(tīng)得想睡，教學(xué)效果不是很好。文獻(xiàn)[5-6]介紹了團(tuán)隊(duì)教學(xué)方法在“控制理論”課程中的應(yīng)用。我們的FACTS課程也引入了團(tuán)隊(duì)教學(xué)方法。團(tuán)隊(duì)教學(xué)牽涉兩方面內(nèi)容，教師要設(shè)計(jì)好教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生要分工明確。團(tuán)隊(duì)教學(xué)組織見(jiàn)表2。在研究?jī)?nèi)容上以應(yīng)用為主進(jìn)行劃分，按照發(fā)輸配環(huán)節(jié)，給學(xué)生布置若干個(gè)任務(wù)。如針對(duì)可控串補(bǔ)裝置在電力系統(tǒng)的應(yīng)用可以組建一個(gè)3人的團(tuán)隊(duì)。1人研究可控串補(bǔ)提高系統(tǒng)輸送能力，側(cè)重于電力系統(tǒng)；1人研究可控串補(bǔ)的控制算法；1人研究可控串補(bǔ)的裝置設(shè)計(jì)?？煽卮a(bǔ)的理論從機(jī)電暫態(tài)到電磁暫態(tài)各個(gè)層面均有涉及，學(xué)生任務(wù)各有側(cè)重。考核環(huán)節(jié)上，學(xué)生的成績(jī)由團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)質(zhì)量和論文質(zhì)量綜合評(píng)分。團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)質(zhì)量和論文質(zhì)量各占50%。

表2 團(tuán)隊(duì)教學(xué)組織安排

3)積極開(kāi)展工程實(shí)踐教育

以工程應(yīng)用為特色的課程團(tuán)隊(duì)建設(shè)應(yīng)從各個(gè)方面加強(qiáng)工程實(shí)踐教育。利用中央與地方共建高等學(xué)校專(zhuān)項(xiàng)基金建設(shè)的風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室和085工程專(zhuān)項(xiàng)基金建設(shè)的微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)設(shè)雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)/永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、單晶硅/多晶硅/非晶硅薄膜光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能裝置與分布式控制系統(tǒng)、新能源發(fā)電與電力電子系統(tǒng)仿真等教學(xué)實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生課程學(xué)習(xí)、課題研究以及科技創(chuàng)新活動(dòng)提供必要的硬件支持，引導(dǎo)學(xué)生參加教師的科研工作或開(kāi)展自主性創(chuàng)造發(fā)明活動(dòng)。FACTS課程結(jié)合上海南橋直流輸電工程和南匯輕型直流輸電工程，現(xiàn)場(chǎng)參觀實(shí)習(xí)；“新能源”和“電力電子裝置”課程結(jié)合學(xué)校微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)展教學(xué)實(shí)驗(yàn)。課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)同步進(jìn)行，不僅包括基礎(chǔ)性原理知識(shí)與驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，還提供了綜合設(shè)計(jì)和綜合測(cè)試內(nèi)容，與理論教材相得益彰，并將理論和實(shí)踐教學(xué)部分相對(duì)分離，相互配合，單獨(dú)考核，從而達(dá)到強(qiáng)調(diào)實(shí)踐的效果，也大大改善了理論教學(xué)效果。

3 教學(xué)效果反饋

通過(guò)一年來(lái)的教學(xué)改革與探索，課程群教學(xué)取得了豐碩的成果?！叭嵝暂旊娂夹g(shù)”課程對(duì)研究生課程論文進(jìn)行了跟蹤評(píng)價(jià)如圖3所示。課程論文評(píng)價(jià)指標(biāo)有5項(xiàng)，綜合成績(jī)指標(biāo)為5項(xiàng)疊加。2015年論文水平整體上升10%，其中文獻(xiàn)調(diào)研和工作量增長(zhǎng)顯著。提高的原因正是采用了團(tuán)隊(duì)教學(xué)法和案例教學(xué)法?！半娏﹄娮友b置”和“新能源”以課程表現(xiàn)、主題宣講情況作為學(xué)生平時(shí)成績(jī)的打分依據(jù)，平時(shí)成績(jī)占總分的30%；期末閉卷考試成績(jī)占總分的70%。但實(shí)際操作下來(lái)，感覺(jué)還不能精確反映學(xué)生的知識(shí)水平，所以后期打算將平時(shí)成績(jī)的占比提高到50%左右。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容、方法還需要進(jìn)一步改進(jìn)。教學(xué)內(nèi)容需要更加重點(diǎn)突出，如UPS裝置需全面深入介紹，應(yīng)延伸模塊化及串并聯(lián)冗余技術(shù)；學(xué)生交流的主題需加強(qiáng)審核，強(qiáng)調(diào)與電力電子裝置及系統(tǒng)的相關(guān)性。

圖3 研究生課程論文評(píng)價(jià)指標(biāo)

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)課程體系的梳理，“電力電子在電力系統(tǒng)中應(yīng)用”課程群教學(xué)內(nèi)容得到優(yōu)化；在研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面，教學(xué)方法多元化，使得學(xué)生得到良好的訓(xùn)練。教學(xué)反饋表明，所屬的三門(mén)課程的滿意度均得到提升，研究生反映課程改革強(qiáng)度大，考核環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)合理，從中學(xué)習(xí)到了新知識(shí)。團(tuán)隊(duì)課程教學(xué)改革將在日后的教學(xué)實(shí)踐中不斷總結(jié)和完善，為全校教學(xué)體系改革積累經(jīng)驗(yàn)。

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本刊已在《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊評(píng)價(jià)研究報(bào)告(武大版)》中被評(píng)為“RCCSE中國(guó)核心學(xué)術(shù)期刊A”

Construction of The Educational Team on The Power Electronics Application in Power System

WANG Hua-xin, WAN Yu-fei, XUE Hua

(CollegeofElectricalEngineering,ShanghaiUniversityofElectricPower,shanghai200090,China)

Courses team of Power Electronics Application in Power System′ uses three elective courses as the core of the curriculum to carry out connotation development.Industry application feature is the key to the development ,from the device to the system access,to the core areas gradually.Through the combing of curriculum system,teaching contents are optimized.The teaching method uses multiplication method,including case teaching and group teaching method.Teaching feedback is good.

team construction;architecture; innovation ability

2015-07-24;

2015-11- 09

本文系2015年上海電力學(xué)院研究生教學(xué)改革基金項(xiàng)目研究成果

王華昕(1975-)，男，博士，副教授，主要從事柔性輸電技術(shù)的教學(xué)和研究，E-mail:2009000032@shiep.edu.cn

G426

A

1008-0686(2016)02-0012-04

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