“新能源與電力系統”研究生課程建設探析

摘要：大量風電、光伏等新能源發電在現代電力系統中的接入，使得電網需要在規劃、運行等多方面作出調整，以便能更好地適應新能源的發電隨機性和波動性對電力系統電壓、頻率穩定性等方面產生的影響。首先介紹了上海電力學院“新能源與電力系統”研究生課程的建設情況，然后對課程結構與教學內容設計、教學方法與手段、實踐環節建設等方面進行了探析。

關鍵詞：新能源；電力系統；課程建設；教學方法

作者簡介：趙晶晶（1980-），女，重慶人，上海電力學院電氣工程學院，副教授；李東東（1976-），男，安徽阜陽人，上海電力學院電氣工程學院，教授。（上海#8194;200090）

中圖分類號：G643.2#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2014）14-0077-02

21世紀人類面臨的兩大基本問題是能源問題與環境問題，發展新能源是解決這兩大問題的必由之路。新能源是相對于常規能源而言的，是指采用新技術和新材料或在新技術基礎上系統地開發利用的能源，如太陽能、風能、地熱能、海洋能等，大部分新能源被轉換成電能接入電力系統中。新能源在地理位置上高度分散、受氣候影響大，因此新能源發電的控制方式比傳統石化燃料發電復雜。要將大量新能源電能接入現有電力系統，需要電網在規劃、運行及控制等諸多方面作出調整，以便能更好地適應新能源隨機性、波動性對電力系統電壓、頻率、穩定性等方面帶來的影響。

2013年，為促進上海電力學院電力系統及其自動化專業研究生適應新能源大量并網后電力系統發展的需要，上海電力學院電氣工程學院新開設了“新能源與電力系統”研究生專業選修課程。該課程旨在使學生對新能源發電技術的基本原理、風力與光伏發電等可再生能源并網后電力系統的運行特點有一個全面的了解，并能夠利用電力系統專業分析方法解決新能源并網給電力系統帶來的新問題，為進一步分析和研究新能源并網后電力系統的規劃、設計、運行打下良好基礎。

一、課程結構與教學內容的設計

“新能源與電力系統”課程的內容涉及電氣、動力、機械、控制等許多學科領域，其中新能源發電技術主要包括太陽能發電、風能發電、生物質能發電、氫能發電、天然氣、燃氣發電、小水力發電、地熱能發電和海洋能發電等多種發電技術。新能源發電并網后對電力系統的影響包括規劃、運行、控制等諸多方面。該課程涉及“新能源發電技術”與“電力系統分析”兩部分內容，概念多、知識面廣、工程應用性強。但授課學時僅為36學時，內容多，課時少，要在有限的課堂教學時間內使學生有效掌握重要知識，需要合理設置課程結構，并對教學內容進行篩選。

在過去10年中，世界風電裝機容量以平均每年30%累計速度迅速增長。截止到2013年，中國風電累計裝機已突破90GW，全球總裝機容量達到318GW。中國光伏發電累計裝機容量達到17.16GW，其中，大規模光伏電站累計裝機容量達到11.18GW，分布式光伏發電累計裝機容量達到5.98GW。風力發電和太陽發電占據新能源發電總裝機容量的91.5%，是新能源利用的主力軍。生物質能、海洋能、地熱源等其他新能源發電技術還處于實驗研究或商業探索階段，市場份額較小。

大量隨機性、波動性的風電和光伏發電并網后對電力系統運行帶來較大的影響，特別是中國部分北方地區千萬千瓦級風電場集中接入當地110kV或220kV電網，對風電接入地區電力系統的運行與控制產生了相當大的影響。因此，該課程將風力發電并網后對電力系統的影響作為課程主要講授內容之一。而太陽能光伏發電裝機容量較小，大型的光伏電站裝機容量一般在幾兆瓦以內，如果直接接入當地110kV或220kV電網，對電網影響不大。但大量的分布式光伏發電并入配電網后對配電網的影響卻不可忽視，因此該課程將光伏發電并網后對配電網的影響也作為課程主要講授內容之一。其他新能源發電形式由于裝機容量均較小，對電力系統影響并不大，則用較少的課時泛講。新能源并網后對電力系統的影響包含對電壓、頻率穩定、調度、規劃、控制等諸多方面，因此課程安排了較多的課時對新能源并網后的電力系統分析進行講授，具體課時安排如下：新能源發電及并網技術基礎知識2學時，風力、太陽能光伏發電6學時，生物質能發電、氫能發電、天然氣/燃氣發電、地熱能發電和海洋能發電共2學時，風電、光伏功率預測2學時，新能源并網的經濟性2學時，海上風電2學時，新能源并網對電力系統的影響共20學時（主要包括新能源并網后的消納、電力系統優化調度、電力系統有功平衡與頻率控制、電力系統無功電壓控制、電力系統穩定性分析等）。

二、教學方法和手段優化

“新能源與電力系統”課程教學中需要積極探索、發掘與課程特點相匹配的教學方法和手段；強調知識的系統性、完整性；注重理論與實際、知識深度與廣度的結合；重視科研動態的傳遞及科研方法的引導；加強對學生實踐環節的培養。

1.課程深度與廣度相協調

課程內容在滿足廣度的基礎上還應保證一定的深度。課程內容應包括各種新能源發電技術基本原理、電力系統分析方法等基礎知識，在新能源發電控制技術，電力系統運行、調度、控制等方面還應具有一定深度，從而使得學生掌握分析新能源發電并網對電力系統影響的方法。

2.經典理論與科研前沿技術并重

傳統的“電力系統分析”課程由于理論較深、涉及面廣、工程性強，歷來被視為電氣專業難教、難學的一門課程。新能源發電并網后，對電力系統的分析仍是建立在傳統電力系統分析方法的基礎上，但又存在傳統分析方法不能解決的新問題。由于新能源發電發展時間不長，上述許多新問題還未得到全面解決，因此，在教學上應重視對科研前沿研究成果的呈現。通過對新能源并網技術方面最新科研成果的介紹、高水平學術期刊的查閱、電力系統運行中實際問題的調研，培養學生檢索文獻、查閱資料的能力，引導學生掌握提出問題并分析問題的能力。

3.教學案例的分析與討論

課程教學過程中還應設置少量教學案例分析與討論環節。學生通過具體案例分析，課堂上以討論的形式讓學生將自己的觀點表述出來，不但鍛煉了學生分析和歸納總結的能力，同時也加深了他們對所學內容的理解和掌握。例如，可讓學生對采用不同風電機組類型、不同安裝容量，接入不同地區的實際風電接入案例進行分析，以了解風電場并網后對接入地區電力系統的電壓的影響。教學案例的分析與討論比課本上教條的說詞更能引導學生充分認識到所學知識的實際價值，明確學習目標，從而激發學生的興趣，引領學生去深入理解課程內容。

三、實踐環節建設

實踐教學內容對課程理論的理解幫助較大。在實驗教學方面，課程應設置一些新能源并網后電力系統分析的綜合性實驗，如新能源并網后電力系統的潮流計算、暫態穩定性分析、無功電壓控制等。學生以實驗小組為單位，實驗方案設計、參數調整計算、電網接線到數據整理、實驗結果分析和撰寫實驗報告等一整套工作都由實驗小組通過合作來完成。通過新能源并網實際案例的仿真分析實踐環節，能加深學生對理論知識的認識，有效加強學生的動手實踐能力和綜合科研能力。

四、教學團隊的建設

本課程內容涉及電氣、動力、機械、控制等許多學科領域，因此教學團隊應老中青搭配，從而達到專業職務和知識結構合理的效果。課程負責人應為具有較深的學術造詣和創新性學術思想的本學科的專家，同時要具有團結、協作精神和較好的組織、管理和領導能力。主講教師知識結構最好能覆蓋電力系統、控制等多個領域，這樣才能準確把握課程內容的廣度和深度。

五、結論

本文對上海電力學院“新能源與電力系統”研究生課程建設的方案進行了探析。通過對上海電力學院電力系統自動化專業建設、新能源技術在電力行業的發展態勢等方面的分析，制訂了合理的課程結構與教學內容，并發掘了與課程特點相匹配的教學方法和手段。課程建設注重理論與實際的有效結合，提出加強課程實踐環節建設的思想。通過開展課程建設，找出了該課程教學的薄弱環節，制訂了符合電力專業的建設目標和滿足電力企業對上海電力學院研究生專業能力要求的切實可行的課程建設發展規劃。

參考文獻：

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（責任編輯：王意琴）