酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 程明杰 馮黎成

我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)發(fā)展，需要更多的職業(yè)型、實(shí)戰(zhàn)型、應(yīng)用型人才，職業(yè)教育在我國教育領(lǐng)域中占據(jù)重要地位。電力電子技術(shù)是一門同工程應(yīng)用密切相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，教師在教學(xué)過程中要重視學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)與專業(yè)基礎(chǔ)訓(xùn)練。傳統(tǒng)的教育模式已經(jīng)難以滿足如今電力專業(yè)的教育需求，教師在教學(xué)時(shí)應(yīng)積極采用多元化的教學(xué)方式與各類新型教學(xué)軟件，例如仿真軟件，以有效培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

一、電力教學(xué)存在的問題

（一）缺少創(chuàng)新

傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)方式難以活躍電力電子課堂的教學(xué)氛圍，一些電力電子的相關(guān)知識難以理解，教師在教學(xué)過程中應(yīng)盡可能將相關(guān)理論知識同具體的工程應(yīng)用實(shí)踐結(jié)合起來，幫助學(xué)生把握整體的課程知識結(jié)構(gòu)，掌握其中的認(rèn)知規(guī)律。但如今許多教師在電力教學(xué)中仍采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，教學(xué)過程缺乏創(chuàng)新性，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且過于抽象的理論知識很容易讓學(xué)生感到枯燥乏味。

（二）綜合教學(xué)內(nèi)容需要優(yōu)化

教師在電力教學(xué)中應(yīng)對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，將理論知識的學(xué)習(xí)同實(shí)際的應(yīng)用銜接起來，不僅要幫助學(xué)生構(gòu)建科學(xué)的知識體系，還要積極培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力。但是此優(yōu)化過程需要教師花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，許多教師為降低工作量，每年采用同一套題目開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，更是難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，部分學(xué)生甚至?xí)稒C(jī)取巧，直接抄襲學(xué)長學(xué)姐的實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)付教師。

（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式需改進(jìn)

除理論教學(xué)外，電力電子的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也十分重要。開展電力電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要一定的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，例如晶體管、三相電源等功率器件，這些設(shè)備價(jià)格較高且具有一定的危險(xiǎn)性，操作不當(dāng)很容易出現(xiàn)安全事故。所以，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可合理應(yīng)用仿真軟件，仿真軟件的元器件同真實(shí)物理工作原理基本相同，引入仿真軟件在不影響教學(xué)成果的同時(shí)還能保障學(xué)生的安全性。許多教師受到資金設(shè)備、信息素養(yǎng)等方面的影響并未應(yīng)用仿真軟件，也未通過其他方式改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，難以提高教學(xué)成果。

二、常用電力仿真軟件概述

（一）常見的電力仿真軟件

電力電子技術(shù)的教學(xué)過程中常用的仿真軟件包括MATLAB、PSIM、PSpice與PSCAD。其中，MATLAB通常面對科學(xué)計(jì)算、可視化與交互式程序設(shè)計(jì)的計(jì)算環(huán)境，有著多元化、較為全面的功能，可用于建模仿真分析。Simulink是MATLAB十分重要的組件，可以提供動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真與綜合分析的集成環(huán)境。PSIM是一種用于電機(jī)控制行業(yè)與電力電子行業(yè)的仿真應(yīng)用包軟件，具備界面友好、仿真高速等功能，可提供可靠的仿真環(huán)境進(jìn)行電力電子電路解析、電機(jī)驅(qū)動(dòng)研究等。PSpice軟件有著電路模擬仿真功能、圖形后期處理功能、電路圖繪制功能等，能夠進(jìn)行電力分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)還能和印制板設(shè)計(jì)軟件搭配，做到電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化。PSCAD能夠簡單模擬復(fù)雜電力系統(tǒng)，比如直流輸電系統(tǒng)，還能有效提升電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)模擬研究效率。

（二）常見電力仿真軟件的特點(diǎn)

在電力教學(xué)中，常用的仿真軟件一般具有以下幾種特點(diǎn)：第一，圖形界面友好，操作較為簡便。借助拖曳相應(yīng)功能模塊，依據(jù)電氣聯(lián)結(jié)關(guān)系連接，不僅能夠緊密結(jié)合電力教學(xué)中的內(nèi)容，而且操作過程十分簡單，學(xué)生只需掌握一定的計(jì)算機(jī)水平與電力相關(guān)知識便能自己動(dòng)手操作。第二，構(gòu)建仿真工程的步驟較為相似，其運(yùn)用過程基本相同。第三，節(jié)約時(shí)間與設(shè)備，利用仿真軟件分析電路設(shè)計(jì)，能夠任意設(shè)置電路參數(shù)并更換電路元件，通過軟件反復(fù)調(diào)試，對實(shí)際電路的操作步驟進(jìn)行簡化，并且利用軟件中的功能元件還能節(jié)約一部分測量儀器，降低元器件消耗量。第四，軟件升級快速。隨著科技水平的提升，仿真軟件也在不斷更新?lián)Q代，相關(guān)人員一直在結(jié)合用戶的實(shí)際需求對仿真軟件進(jìn)行升級。比如，如今新能源發(fā)展迅速，仿真軟件中順應(yīng)時(shí)勢加入光伏、風(fēng)機(jī)發(fā)電等模式，盡可能滿足用戶的要求。

三、常見電力仿真軟件在電力教學(xué)中的應(yīng)用

（一）元件模型與參數(shù)設(shè)置

不同軟件有著不同的元件模型，尤其對于部分比較復(fù)雜的元件，其仿真過程的暫態(tài)變化曲線也不一樣，參數(shù)設(shè)施也有所不同。MATLAB/Simulink的元件參數(shù)設(shè)置比較全面，時(shí)常用于仿真暫態(tài)響應(yīng)過程，另外幾種軟件多用于仿真常見的電力電子電路，比如逆變電路、整流電路等，沒有嚴(yán)格的元件性能參數(shù)要求。

（二）具體仿真操作

在仿真操作過程中，幾種軟件也各有不同。例如連接元器件的方式，MATLAB/Simulink元件多具備輸入輸出順序，需結(jié)合電路位置選取元件，若是選擇失誤，元件間也不會(huì)形成電氣連接，構(gòu)建電路的過程比較復(fù)雜。其他軟件的連接方式相對簡單，一般情況下元件能夠完成電氣連接，用戶需判斷元件間的電路連接關(guān)系，各類軟件的數(shù)據(jù)文件處理、特殊功能部件、波形顯示窗口等細(xì)節(jié)操作有所區(qū)別。因?yàn)镸ATLAB有著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，且一些軟件的仿真波形不適用，用戶可通過其他軟件開展仿真工作，待生成數(shù)據(jù)文件后將其導(dǎo)入MATLAB中完成數(shù)據(jù)處理，從而得到更好的處理操作與波形效果。

（三）仿真精度、速度與準(zhǔn)確性

仿真軟件的仿真精度同仿真步長相關(guān)，其步長設(shè)置定義不同，仿真精度無法直接進(jìn)行對比。MATLAB能夠選取不同的數(shù)學(xué)算法，仿真精度比較高，認(rèn)可度也比較高。PSIM與PSCAD的仿真速度較快，不過仿真速度會(huì)受到電路特點(diǎn)與實(shí)際情況的影響。MATLAB/Simulink若是采用圖庫電路元件依照電力電子電路搭建電路仿真，其速度很緩慢，若是用戶直接構(gòu)建數(shù)學(xué)模型仿真將會(huì)極大程度地提高其仿真速度，因此，是接受緩慢的仿真速度或是增加構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的過程，需要用戶結(jié)合自身實(shí)際情況決定。仿真確定的參數(shù)能夠作為實(shí)際電路參數(shù)的重要依據(jù)，但是同實(shí)際電路參數(shù)仍存在一定差距，用戶需綜合分析仿真數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù)與具體情況，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，從而有效降低風(fēng)險(xiǎn)。

（四）復(fù)合功能與應(yīng)用領(lǐng)域

MATLAB為Simulink提供支撐，Simulink可以借助MATLAB的數(shù)據(jù)處理功能與其他功能函數(shù)仿真電力電子電路，有著較強(qiáng)的復(fù)合功能，應(yīng)用范圍較為廣泛，易于銜接其他設(shè)備與軟件。PSIM仿真系統(tǒng)除回路仿真單體外，還能同其他仿真器相連接，為用戶提供良好的、開發(fā)效率高的仿真環(huán)境。PSpice程序通過改進(jìn)節(jié)點(diǎn)法列電路方程，進(jìn)行非線性分析、瞬態(tài)分析等提升仿真結(jié)果準(zhǔn)確度。PSCAD更加適用于電力電子電路較多的復(fù)雜電力系統(tǒng)。

（五）故障模擬和功率器件性能

電力專業(yè)學(xué)生可以利用仿真軟件實(shí)施故障模擬，直接查看波形變化情況，強(qiáng)化自身認(rèn)識。尤其一些初學(xué)者在搭建電力電子電路實(shí)驗(yàn)時(shí)很容易出現(xiàn)問題，合理應(yīng)用仿真軟件能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些問題并進(jìn)行解決處理。故障模擬與器件性能測試方面的仿真一般借助MATLAB/Simulink進(jìn)行，可以實(shí)現(xiàn)良好的仿真觀察效果。

當(dāng)前，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)發(fā)展，電力行業(yè)不斷進(jìn)步，需要更多的電力專業(yè)實(shí)戰(zhàn)型人才。職業(yè)教育是我國培育職業(yè)型人才的重要教育類型，承擔(dān)著一定的教學(xué)壓力，電力專業(yè)教師應(yīng)當(dāng)合理應(yīng)用仿真軟件，積極開展實(shí)踐教學(xué)，努力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力與動(dòng)手操作能力，提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)與就業(yè)競爭力。