高職院校“電力電子技術”課程教學思考

摘"要：“電力電子技術”是高職院校電氣自動化技術專業基礎課程，主要講述電能的轉換與控制，課程內容比較抽象，高職專業學生基礎較為薄弱，學習興趣不足。新能源發電在我國的電力構成中具有越來越重要的地位，每年的裝機規模不斷增加，本文以新能源發電的具體應用為研究對象，將電能轉換與控制的相關知識（包括電力電子器件、整流環節、逆變環節等）與新能源發電結合起來。同時，為避免課堂知識傳授滯后于實踐應用的特點，本文將知識講解與風力發電的技術發展趨勢結合起來，不僅提升了課堂效果，增強了我們科技進步帶來的民族自豪感，而且開闊了同學們的視野，增加了學生職業規劃意識。

關鍵詞：“電力電子技術”課程；風力發電；技術發展趨勢；教學設計

按照《高等職業學校電氣自動化技術專業教學標準》要求，高職院校電氣自動化技術專業學生掌握必需的電工、電子技術、電機電器等專業基礎理論和知識，因此，“電力電子技術”課程屬于專業基礎課程。“電力電子技術”主要研究由電力電子器件所構成的各種電路和變流裝置，以完成對電能的轉換與控制，橫跨“電力”“電子”和“控制”三個領域，是弱電對強電實現控制的紐帶。電力電子設備已廣泛應用于工業、交通運輸、電力系統、通信系統、計算機系統、新能源系統以及日常生活的各個方面，是一門與實踐生活聯系較為緊密的課程。

1"“電力電子技術”課程特點與要求

“電力電子技術”課程注重從實際生活電器出發，注重理論聯系實際，在具體教學中，理論知識學習、MATLAB仿真、工程設計與應用案例等教學環節彼此銜接、逐步遞進，使學生不僅能夠熟練掌握專業基礎知識，還能應用所學知識解決實際工程問題。對高職院校的學生來說，就業領域一般局限于產品裝配、生產和服務環節，對“電力電子技術”的基礎知識掌握就顯得尤為重要。近年來，隨著新型電力電子器件的應用及高性能的電力電子器件不斷涌現，人工智能技術與電力電子技術不斷融合，使電力電子裝置開始向高性能和智能化方向發展，這也是教學中需要特別關注的一點。

2"“電力電子技術”課程教育現狀

“電力電子技術”課程的教學目標是使學生熟悉電力電子技術器件的基本知識、理論，掌握轉換電路的結構和工作原理，掌握電力電子變流電路的數學分析方法及器件選型問題，具備將電力電子技術應用于工程技術領域的初步能力或能夠在工程實踐中更進一步地提出優化改進措施。本課程的特點是理論和工程實際緊密結合，但學生基本沒有工程應用的場景概念，解決工程問題能力較弱。同時，本課程與“電路”“模擬電子技術”“控制理論”等課程關聯較強，且課程中電路變換種類多、波形分析多，學生理解起來較為困難。學生課前不預習、課后不復習，課堂上不積極參與教師的課堂教學活動，導致學生對課堂失去了興趣。

3"電力電子技術在風力發電中的應用場景

根據行業報告，截止到2024年6月底，全國風電累計并網容量達到4.67億kW。風力發電已成為國家電力的重要組成部分，是新能源電力系統發展最快的領域之一。風力發電機在內部組成上大量使用了電力電子器件，同時也是高職院校學生的就業方向之一。電力電子裝置在風力發電中的應用場景包括如下幾個方面。

3.1"控制柜內配電用開關電源

風力發電系統中經常會遇到電能轉換的情況，比如常用傳感器通常會使用24V"DC供電，這就需要實現230V"AC24V"DC的電能轉換。開關電源通常是采用電力電子中的功率半導體器件（如IGBT等）作為開關元件，通過周期性控制其通斷，進而控制開關元件的占空比來調整輸出電壓。開關電源的工作原理概括地說是將交流電先整流成直流電，然后將直流逆變成交流電，最后整流輸出成所需要的可以調節的直流電，這些都涉及最基本的交流—直流、直流—交流電能轉換。

3.2"發電環節電能轉換變流器

風力發電機變流器的工作原理基于電力電子技術，其核心部件為絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）。風力發電機產生的電能是交流電，其頻率和電壓都不穩定，不符合并網要求，無法直接輸送到電網中。因此，風力發電機需要整流環節將其轉換為直流電，再通過逆變環節將其轉換為符合電網要求的、穩定的交流電，才能輸送到電網中，這就是風電變流器的主要工作原理。

風電變流器的主要工作流程如下：首先，風力發電機產生的交流電經過整流環節將其轉換為直流電。其次，直流電經過濾波電容器進行濾波，去除掉直流電中的脈動成分，使其變得更加穩定。最后，直流電經過逆變環節，通過PWM（脈寬控制）技術將其轉換為穩定的交流電，并將其輸送到電網中。

3.3"變槳電能轉換驅動器

變槳驅動器的功能是通過驅動葉片齒輪改變風輪葉片的角度來調整葉片的迎風面積，從而改變葉片吸收風能的大小。風力發電機變槳控制系統可以實現對不同工況下（比如陣風等）對槳葉進行精確控制，以實現正常葉片調整動作。風機需要停機時，驅動葉片收槳實現風機安全停機，變槳控制系統的核心部件是變槳驅動器，變槳系統通過變槳驅動器驅動葉片電機實現對槳葉位置和速度的控制，變槳驅動器的作用是通過電能變換實現對變槳電機速度的控制。

3.4"其他電力電子部件

風力發電機系統中還用到一些其他的電力電子器件，實現對電能、功率、溫度等監測和控制的PLC等，使風力發電機得到更加穩定的運行。

4"風力發電機及電力電子技術的發展趨勢

4.1"風力發電機的發展趨勢

風力發電機組是風電系統的核心組件。隨著技術的進步，機組的尺寸和容量不斷增大，提高單機容量和發電效率，其關鍵核心技術如表1所示。

4.2"電力電子技術的發展趨勢

電力電子技術發展趨勢呈現集成化、智能化、通用化、信息化。

（1）電力電子技術集成化：有利于減小產品體積和重量，提高產品的功率密度和性能，滿足人們方便、快捷、便于攜帶的需求；

（2）電力電子技術智能化：提高產品的自動調節能力，提高效率和功率以及調速范圍和性能等方面，減少人力物力，提升產品服務質量；

（3）電力電子技術通用化：電力電子技術的廣泛應用，提升技術的應用范圍，降低生產制造成本；

（4）電力電子技術信息化：現代化信息技術逐漸運用到電力電子技術中，使得技術不但是能量的轉換和傳送裝置，同時具備信息傳送和交換功能。

5"教學改革與教學設計

根據所選教材，將教材中的“電力電子技術”課程內容進行重新梳理，以新能源發電行業（風力發電等）為工程實際應用案例講授學科知識，同時結合實際生活中的典型案例（如變頻空調的原理、調速電梯的原理等）開展教學，使學生明白電力電子就在身邊。同時，為深入貫徹落實教育部頒布的《高等學校課程思政建設指導綱要》精神，貫徹落實關于“大思政課”的重要指示批示，充分挖掘和梳理“電力電子技術”課程的思政元素，確立思政培養目標，將課程思政貫穿于教育教學全過程，構建具有邏輯性、體系化的專業課程的思想政治教育教學目標。結合以上思路，重構后的課程設計如表2所示。

6"教學評價

高職學生的課程考核主要目的是考核學生對相關知識的掌握能力、個人學習態度以及對崗位技能掌握情況。

平時過程性考核成績由教師評定，包括平時學習態度是否端正，是否遲到早退，是否服從教師安排，是否具有分析問題、解決問題的能力，是否有團隊協作意識，參與討論的態度和積極性是否良好，是否具有正確的人生觀、價值觀等，平時過程性考核比重占30%。

最終課程重點考核的是學生對相關知識點的掌握程度，采用閉卷考核方式，最終課程考核成績比重占70%。

結語

“電力電子技術”作為電氣自動化技術專業的基礎課程具有重要意義，通過將課堂教學和風電等新能源的實際應用相結合，為避免學生所學知識與社會實際應用脫節，本文充分結合風力發電的歷史發展趨勢進行講解，激發了同學們的學習興趣，有利于課堂效率的提升。同時，也對學生的職業選擇提供了參考，豐富了學生的職業規劃方向。

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作者簡介：王劍利（1984—"），男，漢族，山東菏澤人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：風力發電機控制系統設計。