電力特色信息類專業“電力電子技術”課程改革探討

摘要：電力電子技術的內容主要涵括器件、電能變換主電路、控制三大部分。信息類專業學生應側重于學習電力電子的控制技術，弱化電能變換主電路的拓撲分析與建模。同時，“電力電子技術”課程又是信息類專業學生學習電力背景知識的有效課程。文章分析了滿足上海電力學院信息類專業人才電力特色培養要求的課程體系，然后探討了將多媒體課件、PSIM電力專用仿真軟件的教學手段與工具應用于電力電子課程的人才培養方法，使難于理解及復雜的強電拓撲弱化，學生會更加有信心、興趣學習和理解這門課程。

關鍵詞：電力電子；電力特色；信息類專業

作者簡介：唐忠（1964-），男，湖南武岡人，上海電力學院計算機學院，教授；江友華（1974-），男，江西南城人，上海電力學院計算機學院，副教授。（上海200090）

基金項目：本文系上海電力學院重點教改項目（項目編號：20111309、20111311）的研究成果。

中圖分類號：G642.0#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2012）06-0070-02

電力電子技術就是使用電力電子器件（如晶閘管，GTO，IGBT等）對電能進行變換和控制的技術，是一門應用于電力領域的電子技術[1]，也是電氣工程及其自動化專業的專業基礎課，更是上海電力學院培養學生具備電力特色的一門專業課程。電力電子技術如今已發展成了一門橫跨電子、電力和控制三個領域的新型工程技術科學，該課程以其電路圖多、波形圖多、波形圖復雜、實踐性強等特點，給其教學提出了一定的挑戰，尤其對于信息類專業學生，其自身電力知識體系不是很完整，去深入理解拓撲變換、器件開關物理狀態、換流方式比較吃力，從而使信息類專業學生學習這門課程沒有自信心，最終失去興趣，使得教學效果不是很理想[2-3]。因此，在這種情況下既要培養出電力特色的信息類專業應用型電力電子技術人才，又只能利用有限的課時進行教學，就必須對傳統的“電力電子技術”課程教學進行改革，即結合學生認知的實際和教學大綱對不同專業學生的要求，選擇與之相適應的教學內容和教學難度，使不同學生對電力電子技術的認識都有一個提高，都能知道電力電子技術介紹的主要內容，但知道的細節和深度不同。如電氣工程及其自動化專業學生需要熟悉電力電子拓撲變換、換流方式及原理、公式推導等知識，而對于信息類專業學生可以要求其不進行復雜的公式推導和知識的深入討論、研究，只需知道結論和應用即可。

一、上海電力學院信息類專業人才電力特色培養要求

上海電力學院是一所電力特色明顯的電力高校，被譽為電力工程師的搖籃。作為具有電力行業背景的高校，計算機與信息工程學院的信息類專業堅持“行業為背景、注重實踐、培養能力”的培養理念，以“信息與電力結合，以信息為本，電力應用”為特色。圖1顯示了上海電力學院培養方案中電力知識相關課程的設置分布。

通過這一特色培養計劃，上海電力學院信息類專業學生除了掌握信息領域中電子技術、計算機技術、信息技術、自動化技術等，還掌握了電工學科中關于電的生產、傳輸、變換、使用等內容，因而真正將“信息與電力結合，信息為本，電力應用”。而電力電子方面的知識是這一特色培養計劃及其知識結構不可或缺的組成部分。開設電力電子課程時，同時又要根據信息類專業內涵及培養結構體系，著眼點在控制，授課重點在于電力電子器件及電能變換的控制、信號的檢測、保護與數據處理等，主電路變換及拓撲、器件選型等強電知識作為熟悉、了解內容，知道的細節和深度不需要如電氣工程及其自動化專業學生那樣，這樣學生將有更多精力投入到其自身專業背景與知識點，而不必糾結于強電中的功率流換相等復雜的拓撲分析中，從而弱化這門課程的難度，學生會更加有信心學好這門課程，既熟悉了電力相關知識及背景，又加深了信息類控制技術的應用。

二、信息類專業“電力電子技術”課程人才培養方法探討

信息類專業重點在于弱電及控制，在學習電力電子專業課程時，應該回歸本位，把學習重點放在弱電及控制原理，把難于理解及復雜的強電拓撲進行弱化，通過給學生講解電能變換原理，然后讓學生利用所學“DSP原理”課程知識進行編程，產生出電能變換中所需要的脈沖，至于實際的強電變換結果則通過PSIM軟件進行仿真。

1.利用多媒體課件生動、直觀地展示電力電子拓撲及原理

近年來，多媒體教學逐漸代替了板書成為主流課堂教學手段，有效地利用多媒體手段展示不同電力電子器件開關狀態下電路拓撲結構，可將枯燥的分析變得生動[4]。如在講解晶閘管整流電路時，對于信息類專業學生，重點不在于每個拓撲電路電流分析，而在于其不同觸發角所對應的直流電壓，觸發脈沖如何產生等。圖2所示課件中，點擊顯示波形，電壓和電流波形將動態地顯示出來。電路電流和波形顯示結合起來，有助于學生掌握觸發角、移相范圍等概念，同時也有助于學生更好地分析和掌握電路。

2.利用PSIM電力專用仿真軟件加強信息類專業學生培養內涵

利用多媒體方式的課題教學只能授予學生理論知識，無法提高學生的工程實驗能力和創新能力，這樣的教學模式也無法培養出滿足市場需求的高素質創新型人才。尤其對于“電力電子技術”這門課，其綜合性、應用性和實踐性都很強，要想讓學生真正學好這門課，有必要給學生提供自己動手進行實踐的軟件和硬件環境，激發學生的主觀能動性，使他們利用現有條件，在“電力電子技術”課程的實踐學習中，提高自己綜合分析和解決工程實際問題的能力，提高自己的創新能力和就業競爭力，滿足人才市場日漸增長的需求。因此，必須要增加大量的實踐、實訓教學環節。

但是電力電子技術實驗所涉及的都是功率器件、三相電源、示波器等。這些設備費用高、實驗所花時間太長，且危險性大。利用PSIM電力專用模擬工具代替實際元件在計算機上進行仿真，既不擔心元器件損壞，也沒有任何危險，具有直觀易懂、改變參數容易、精度高和重復性好等特點，學生完全可以在無人指導的情況下，在計算機上自行完成電力電子線路仿真實驗[5]。更為重要的是，對于信息類專業學生，不用去分析主電路變換及拓撲、器件選型等強電知識，只需要從庫模型中直接拖出，使其不必糾結于強電中的功率流換相等復雜的拓撲分析中，把學習重點放在弱電及控制原理，有利于對所學理論有深刻的理解，而且新的思路和想法可以立即通過仿真加以驗證，可促進學生創新能力的培養。這樣激發了學生的學習興趣，提高了學生發現問題、解決問題和實際動手的能力，起到事半功倍的實際效果。比如在講解電能變換中的逆變器章節，信息類專業學生只需要了解主電路工作原理，重點在于逆變器的控制及SVPWM信號的產生，如果通過設計實際控制電路來完成，效果不佳。因為所用時間比較長，且學生水平及經費受限，因此可以利用PSIM仿真軟件來建立SVPWM模型，如圖3所示，其為SVPWM波的產生模型。

3.實際效果分析

通過采用新的教學方法及手段，信息類專業學生在學習“電力電子技術”課程后，其理解深度及體會均得到提高，具體實際效果可從表1對照看出。通過改進教學方式，學生對“電力電子技術”課程內容理解力加強，表現在作業的正確率得到提高；做實驗時，實驗設備損壞率降低，其主要原因是學生在做實際實驗時，先通過PSIM軟件進行模型搭建，并分析其各點波形，理論通過后，才允許進入實際實驗室進行真實物理模型實驗，這樣學生在做實驗前就已經對實際實驗有所了解，設備損壞也就減少，同時其建模速度也得到提高。

三、結論

電力電子技術是對電能進行變換和控制的技術，是電力學院培養學生具備電力特色的一門專業課程。可以把它看成是弱電控制強電的技術，是弱電和強電之間的接口。計算機與信息工程學院屬于信息學科，側重于弱電及控制，因此授課重點在于電力電子器件及電能變換的控制、信號的檢測、保護與數據處理等，主電路變換及拓撲、器件選型等強電知識作為熟悉、了解內容，這樣學生將有更多精力投入到其自身專業背景與知識點，而不必糾結于強電中的功率流換相等復雜的拓撲分析中，從而弱化這門課程的難度，學生會更加有信心學好這門課程，既熟悉了電力相關知識及背景，又加強了對信息類控制技術的應用。

參考文獻：

[1]王兆安.電力電子技術(第四版)[M].北京:機械工業出版杜，2008.

[2]梁永春，閆彩紅.“電力電子技術”課程立體化教學方式探索[J].中國電力教育，2010，(31):63-64.

[3]陳新河，楊漢生，魯業頻.實用型電力電子技術教學[J].巢湖學院學報，2010，(6):140-144．

[4]程瓊，黃圣超.《電力電子技術》課程教學的改革[J]．理工高教研究，2008，(2):109-110．

[5]洪武.PSIM在電力電子技術教學中的應用[J].實驗科學與技術，2009，(1):37-38．

（責任編輯：劉輝）