“電力電子在電力系統中的應用”研究生課程教改與實踐

王華昕?李東東

摘要：研究生課程建設不同于本科生課程建設，需要突出應用特色和使用新型教學方法。對“電力電子技術在電力系統中的應用”課程的教學內容進行了梳理，構建了知識模塊。知識模塊重點強調以應用為特色，抓住實際工程應用為主的案例，配以基礎知識模塊。在教學方法上采用團隊研究型教學模式，精心組織案例教學，指導學生從系統到裝置設計去整體理解裝置基本原理。教學實踐效果表明，課程組織內容合理，學生研究能力有所提高。

關鍵詞：電力電子應用；知識模塊；團隊教學

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）11-0075-02

電力電子技術在電力系統中的應用有較長的歷史。早期的直流輸電采用大功率晶閘管閥作為換流閥，現在輕型直流則采用IGBT器件。自20世紀80年代，柔性交流輸電（FACTS）的概念被提出來后，電力電子技術深入到電力系統的發、輸、配各環節中，成為新型學科領域。[1，2]學科方向涉及電力電子、控制理論、電力系統分析、高電壓等多門學科領域，具有較強的綜合性。

為適應新技術的發展，國內高校大部分電氣工程專業都開設了該課程。但該課程內容的高深讓學生和教師都感到困惑。筆者曾討論過本科生課程建設內容，提出了合理的教學改革方案，[3]但研究生課程建設不同于本科生課程建設，研究生課程體系強調提高應用特色和構建實踐創新教育模式。筆者結合自身的教學實踐，做了有益探索。

一、國內高校課程建設現狀

對國內高校該課程開設現狀進行了調研，見表1。

該課程作為電力系統自動化或者電力電子及其傳動專業的專業選修課程。學分是2學分的高校為75%，學分是1學分的高校為25%。課程名稱不統一，有“復雜電力電子系統”、“柔性輸電技術”等。授課教師的專業背景：電力系統專業背景的教師占90%，電力電子技術專業背景的教師占10%。國內設置有傳統的電氣工程專業的重點大學均開設了此課程，一般電力院校也開設了此課程。課程考核方式中，筆試占80%，作業占20%。教材包括：清華大學出版社出版的《柔性交流輸電原理與應用》；機械工業出版社出版的《柔性交流輸電系統》和《電力電子技術在電力系統中的應用》；中國水利水電出版社出版的《柔性輸電技術概論》。重點院校在專業選修課的師資上均配備了從事該方向的教授級研究人員，一般電力院校則是從事該方向的副教授以上研究人員。選修該課程的研究生依據導師的研究方向而選修，一般在該方向實力較強的高校的課題組的研究生選修較多。通過調研發現，主要有以下幾個問題：

1.知識點較多且雜亂

電力電子技術在電力系統的輸、發、配電各個環節都有應用，課程內容豐富，知識面廣。但教師只是在某個問題上有所專研，不可能面面俱到。如：懂電力系統的教師卻不懂裝置；懂裝置的教師卻不懂電力系統。

2.研究生層次不一

研究生依據選修方向而選課。電力電子傳動專業的學生不懂電力系統；電力系統專業學生不懂電力電子技術。講授某方面知識點過深時，部分學生就會跟不上教師進度。

3.書本跟不上技術的發展

電力電子技術極大地推進了生產力，新型技術在電力系統中的應用非常迅速。如柔性直流輸電技術在中國從35kV的示范工程發展到300kV的示范工程，傳統的直流輸電面臨著被柔性直流取代的局面。但現有教材對于柔性直流的介紹卻很少。

二、上海電力學院課程建設現狀

上海電力學院于2005年開設了本科課程，本科課程名稱為“柔性輸電技術”，在2009年開設了研究生課程，研究生課程名稱為“電力電子技術在電力系統中的應用”。本科生課程的學分為1分，研究生課程的學分為2分。研究生授課教師均為副教授以上研究人員，在該方向上都有過研究經歷。現主講教師為2名，一位為電力系統背景，一位為電力電子技術背景。考核方式為大作業形式，教材采用上海電力學院教師編寫的《柔性輸電技術概論》。在“電力電子技術在電力系統中的應用”課程的多年專業教學中，存在如下幾個教學問題：

1.教學內容過于深奧

該技術處于學科前沿領域，科學專著較多，但教材較少，可選擇的教材《柔性輸電技術概論》偏重于柔性交流輸電，《電力電子技術在電力系統中應用》偏重于電力電子。教學內容方面有與電力電子技術重復之處，未能與專業核心課程很好的銜接。

2.教學方法未與時俱進

研究生專業教學與本科教學有極大的不同，理論的深度和廣度都超于本科教學。面向本科的教學方法不適應研究生教學。研究生教育要培養創新人才，教師要引導學生去發現問題、解決問題。

三、教學內容構建

針對知識點內容分散和銜接度不夠緊密等問題，筆者對教學知識點進行梳理，如表2所示。知識內容體系構建為五大模塊：學科綜述、基礎理論、發、輸、配應用。對知識模塊中的教學內容和知識點做了設計。對電力電子裝置的應用有所選取，抓住實際工程中主要應用的類型。在教學內容組織上，教學重點放在發、輸、配的應用上，尤其是輸電網的應用。發電應用主要講述風力發電機組的控制；輸電網應用主要介紹串補、并補裝置和柔性直流輸電；配電網應用主要介紹有源濾波器裝置。基礎知識模塊的內容設計是為了應用做準備，該模塊介紹了電力電子裝置接入電力系統的建模方法和大功率變量器拓撲結構的基礎知識。這些屬于電力電子裝置的共性知識。這種教學內容的安排可以承接電力電子和電力系統基礎知識，又能強調本門課程的特色。

四、團隊研討型學習方式

傳統教學方法以灌輸為主，選修課的教學方法采用傳統教學方法，教學效果不好。文獻[4]介紹了團隊教學方法在控制理論課程中的應用。“電力電子技術在電力系統中的應用”課程也引入了團隊教學方式。團隊教學牽涉兩個方面：教師要設計好研究內容，學生要分工明確。團隊教學組織見表3。在研究內容上以應用為主進行劃分，按照發輸配環節，給學生若干個任務。如可控串補裝置在電力系統應用中可以組建一個3人的團隊：1人研究可控串補提高系統輸送能力，側重于電力系統；1人研究可控串補的控制算法；1人研究可控串補的裝置設計。可控串補的理論從機電暫態到電磁暫態各個層面均有，學生任務各有側重。在考核環節，學生的成績由團隊學習質量和論文質量兩部分綜合評分。團隊學習質量和論文質量各占50%。

五、教學反饋

學期結束后了解到，教學效果較好。學生團隊90%完成任務，10%的學生團隊接近完成任務。各專業的學生都能較好地分工融入團隊，對裝置的原理能深入理解。通過仿真計算環節，學生們普遍提高了研究能力和創新能力。通過對知識點的梳理，教師對本課程知識點的理解更加全面，學科知識融合度也大幅提高。但由于團隊教學課堂上不能花費大量時間指導學生，加上團隊課外交流不夠，也影響了團隊教學組織質量。對于存在的問題，將在以后的教學中采用流程優化、加強監督等措施加以改進。

參考文獻：

[1]張文亮，湯廣福，查鯤鵬，等.先進電力電子技術在智能電網中的應用[J].中國電機工程學報，2010，30（4）：1-6.

[2]王仲鴻，沈裴，吳鐵錚.FACTS技術研究現狀及其在中國的應用與發展[J].電力系統自動化，2000，24（23）：1-5.

[3]王華昕，張美霞.“柔性交流輸電系統”多元化課程教學設計與實踐[J].中國電力教育，2012，（4）：47-48.

[4]劉廷章，鄭祺.專業學位研究生課程教學的團隊探究方法研究[J].學位與研究生教育，2011，（1）：48-52.

（責任編輯：孫晴）