“雙碳”背景下“電力電子技術”課程實驗教學改革探討

甘學濤 王雷 譚親躍 劉澤 毛秀麗

摘要 要實現“雙碳”國家戰略目標，習近平總書記強調要構建以新能源發電為主體的新型電力系統，作為新能源發電的核心技術，電力電子技術課程教學也必將迎來新的變革。文章針對目前“電力電子技術”課程實驗教學現狀，提出了實驗教學環節中的一些不足，從改進教學實驗設備、實驗教材及實驗方法等方面對如何提高該課程實驗教學質量做了初步分析與探索。

關鍵詞“雙碳”目標；電力電子技術；實驗教學改革

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.11.029

2021年習近平總書記在中央財經委員會第九次會議上，對碳達峰、碳中和做出重要部署，強調要構建以新能源為主體的新型電力系統，明確了“雙碳”背景下我國能源電力轉型發展的方向。在2022年中國共產黨第二十次全國代表大會上，習近平總書記代表第十九屆中央委員會向大會作報告，題目為《高舉中國特色社會主義偉大旗幟，為全面建設社會主義現代化國家而團結奮斗》，習近平總書記在二十大報告中提出，“積極穩妥推進碳達峰碳中和，立足我國能源資源稟賦，有計劃分步驟實施碳達峰行動，深入推進能源革命，加快規劃建設新型能源體系，積極參與應對氣候變化全球治理”。對電力行業而言，要實現國家“雙碳”戰略目標，就要大力發展光伏發電、風力發電等以新能源發電為主體的新型電力系統，作為新能源發電的核心技術，電力電子技術被廣泛應用于光伏發電系統和風力發電系統，因此，在“雙碳”背景下，電力電子技術的發展必將迎來新的機遇與挑戰，高等學校也應該將“雙碳”建設目標與課程實驗教學改革有機結合，為“雙碳”發展目標的早日實現提供人才儲備與技術支撐。作為電氣工程及其自動化專業的核心課程，“電力電子技術”實驗教學也必將迎來新的變革。本文結合目前“電力電子技術”課程實驗教學現狀，對如何改進該課程的實驗教學質量做了初步分析與探索。

1“電力電子技術”課程實驗教學現狀及存在的問題

目前“電力電子技術”課程的實驗教學主要存在以下三個方面的問題：

第一，在實驗設備上，該課程的實驗教學大部分以傳統電力電子技術教學實驗平臺為主，這些教學實驗平臺在操作的便利性、安全性等方面有著很多優勢，學生在進行該課程的教學實驗時，只需對照實驗指導書上的電路圖在實驗平臺上簡單插線，就能完成基本的實驗，這種實驗方式簡化了學生的實驗步驟，使學生能很快完成相關實驗并進行測試。但在“雙碳”背景下，我們不僅需要學生熟悉基本實驗項目的操作技巧，還需要加強學生在新能源發電方面的實驗操作技能，但這些傳統實驗平臺一般不具備也無法滿足這些新能源發電項目的實驗需求。

第二，在實驗內容上，由于學時限制，目前電氣工程及其自動化專業主要完成教材上的基本實驗，如單相和三相整流電流、逆變電路、變頻電路等，這些實驗項目均以驗證性實驗為主，學生無須完成實際電路的構建與調試，這也大大弱化了學生的實際動手能力。實驗教材也普遍是采用和實驗平臺配套的實驗指導書，由于實驗設備的使用年限問題，必然導致實驗平臺和教材在技術上無法引進最新的科學技術。但隨著國家電網公司大力發展光伏發電和風力發電技術，以新能源為主體的新型電力系統正高速發展，而現代電力電子技術作為新能源發電的核心技術也得到了快速發展，各種新的電力電子技術、電力電子設備不斷涌現，而目前的實驗內容與日新月異的新技術無法匹配。

第三，在實驗方法上，教師在課程實驗中往往只能關注本門課程的基本實驗，采取老師指導、學生照著做的模式，這種實驗方式大大弱化了學生的實際動手能力，學生在做完這些實驗后普遍感覺收獲不大，對電力電子技術基本的電路、元器件、操作等都不甚了解，學生畢業后無法直接投入電力電子技術的實際建設中。同時，由于學生對課堂理論知識的掌握程度參差不齊，造成部分學生對實驗過程中出現的各種現象難以很好地掌握與理解，也就無法進行技術創新，使得實驗效果與“雙碳”背景下國家培養創新型人才的目標存在不小差距。

為了實現“雙碳”背景下國家大力發展創新型人才的需求，我們必須現有實驗教學環節的不足，將“雙碳”理念融入“電力電子技術”課程實驗教學中，探索符合“雙碳”要求的實驗教學方法，切實提高學生的實際運用能力和創新能力。

2“電力電子和技術”課程實驗教學改革措施探討

針對目前“電力電子和技術”實驗教學的現狀和不足，本文認為應該采取如下幾點措施，切實提高該課程的實驗教學質量，促進學生實踐能力的提高。

2.1將“雙碳”建設理念融入課程實驗教學中，更新現有實驗儀器設備

在黨中央、國務院關于碳達峰碳中和的重大戰略部署中，明確提出“全面推進風電、太陽能發電大規模開發和高質量發展，加快建設風電和光伏發電基地”“到2030年，風電、太陽能發電總裝機容量達到12億千瓦以上。”“雙碳”目標為我國未來新能源的發展指明了方向，教育部制定的《高等學校碳中和科技創新行動計劃》也明確提出“加快構建高校碳中和科技創新體系和人才培養體系”。作為太陽能和風力發電系統的核心技術，電力電子技術面臨著前所未有的機遇，因此，高校應該把握時機，積極將“雙碳”建設理念融入課程實驗教學中，在原教學平臺的基礎上，大力引進更新各種電力電子技術最新的實驗設備，積極購置太陽能和風力發電系統實驗平臺，開發新型太陽能、風能等零碳排放電力發電技術以及儲能技術，加強高比例可再生能源并網、特高壓輸電、新型直流配電、分布式能源等先進能源互聯網技術研究。探索開發各種創新型實驗設備，積極建立高校碳中和科技創新體系和人才培養體系，為國家實現“雙碳”目標提供科技支撐和培養后備人才。

2.2以“雙碳”目標為指導，引進最新的電力電子技術，完善實驗教材建設

一本好的教材是提高教學質量的關鍵，對實驗教學也是如此。目前在電力電子技術的實驗教學中，普遍采用和實驗平臺配套的教材，這些教材主要是針對該實驗平臺編寫的，多為該課程中一些普通性、驗證性的實驗，而且學校經費條件有限，實驗教學平臺往往要使用很長的時間，這導致了實驗平臺及其實驗教材的落伍，在技術上無法引進最新的科學技術，學生在實驗過程中也就無法接觸最先進的技術。因此，高校應該在改善實驗設備的同時，以“雙碳”目標為指導，積極探索最新的電力電子技術，在實驗教材中增加有關太陽能、風能、生物質能、核能、潮汐能等發電技術知識，積極引進并及時更新先進的電力電子技術，讓學生能接觸這些新技術，緊跟時代潮流，為將來的工作打下堅實的基礎。

2.3“雙碳”背景下，積極探索以培養創新型人才為目標，完善實驗教學方法與手段

目前在電力電子技術課程實驗過程中，為了學生的安全，普遍采取老師指導、學生照著做的模式，當電路出現問題時，學生更多的是去請教老師，而不是自己動手去解決問題時，這種實驗方式無助于學生實踐能力的提高。筆者認為應該引導學生自己思考，獨立完成電路實驗，敢于嘗試，在電路出現問題時，老師不要急著去幫學生，而讓學生自己去解決。在“雙碳”背景下，以培養創新型人才為目標，鼓勵學生在完成基本實驗后，積極嘗試工程型、創新型實驗，比如讓學生獨立制作開發新型風力或太陽能發電系統，促進學生將所學的整流、逆變、控制等知識點結合起來，讓學生仿佛置身于實際風力或太陽能發電系統中，在實驗過程中不斷反思、不斷嘗試、不斷改進，提高學生的興趣，培養學生的實際動手能力和創新思維能力。

2.4以“雙碳”行動方案為指引，積極帶領學生走進現代新能源企業

對于創新型人才的培養，我們不能局限于學校的實驗室。作為實驗教學的一個重要補充，我們應該以碳達峰、碳中和行動方案為指引，積極主動聯系現代新能源企業，讓學生走進現代新能源企業，讓學生進入太陽能和風力發電站，親身體會新能源發電技術，了解電力電子技術在新能源發電中的重要作用，讓學生親身去體驗新能源發電的生產過程，了解現代電力電子技術的發展趨勢和其對電力系統的巨大貢獻，在實際生活中去學習、體會，使學生切實感受到電力電子技術在新型電力系統中的核心作用，加強其學習的興趣和緊迫感。

2.5加強和其他課程的實驗聯系，形成有效的知識體系

電氣工程及其自動化專業是一門系統的學科，各門課程之間都有著很強的聯系，在實驗教學環節中，不應過多強調單門課程的實驗，而應加強和其他相關課程的實驗交叉、互動，如在電力電子技術的變頻實驗中，可以和電機學、控制理論等課程實驗聯系起來；同時在其他課程實驗教學中也可融入電力電子技術的知識，將相關課程融會貫通，形成一個有效的知識體系，這對于學生掌握整個學科有著重要的意義，也必將提高電力電子技術課程實驗教學的質量。

3結語

構建以新能源為主體的新型電力系統，是以習近平同志為核心的黨中央著眼加強生態文明建設、保障國家能源安全、實現可持續發展做出的一項重大部署，對我國能源電力轉型發展具有重要的指導意義。要實現“雙碳”目標，大力發展風能、太陽能等新能源是關鍵，電力電子技術在新能源電力系統中得到了更加廣泛的應用，對構建以新能源為主體的新型電力系統有著十分關鍵的作用，作為電氣工程及其自動化專業的本科生，將會更多地參與新型電力系統現代化的建設中，高校也應該積極對標“雙碳”目標，積極引進各種新型太陽能和風力發電系統實驗平臺，探索開發各種創新型實驗設備，積極建立高校碳中和科技創新體系和人才培養體系，為國家實現“雙碳”目標和中國式現代化培養高層次創新型人才。

基金項目：陜西省本科和高等繼續教育教學改革研究項目“‘雙碳背景下電氣工程及其自動化專業實踐教學模式創新與平臺創建”（21BY019）；西北農林科技大學教改項目“‘雙碳背景下電氣工程及其自動化專業實踐教學模式創新與平臺創建”（JY2102007）；西北農林科技大學教改項目“《機器學習》課程“教學+科創+競賽”協同體系建設研究”（JY2103098）。

參考文獻

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