新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)強(qiáng)電類(lèi)課程體系構(gòu)建及其實(shí)現(xiàn)①

1、    新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)強(qiáng)電類(lèi)課程體系構(gòu)建及其實(shí)現(xiàn)    柴濟(jì)民，陳磊，趙宇，熊超，袁洪春摘 要 新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)作為新型的交叉學(xué)科類(lèi)專(zhuān)業(yè)，與電氣自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)存在一定的強(qiáng)電類(lèi)課程交叉，分析構(gòu)建了基于新能源專(zhuān)業(yè)的強(qiáng)電類(lèi)的課程體系并從課時(shí)安排、教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。關(guān) 鍵 詞 新能源科學(xué)與工程；強(qiáng)電類(lèi)；課程體系中圖分類(lèi)號(hào) g642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 a 文章編號(hào) 2096-0603（2017）31-0070-02在當(dāng)前可持續(xù)能源大量應(yīng)用的形勢(shì)下，能源工業(yè)對(duì)復(fù)合型人才的需求越來(lái)越大，教育部發(fā)布的普通高等學(xué)校本科專(zhuān)業(yè)目錄（2012年）表明，新能源

2、科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)是能源動(dòng)力類(lèi)下的特設(shè)專(zhuān)業(yè)。新能源涉及光伏、風(fēng)電、光熱、生物質(zhì)能和地?zé)崮艿龋壳案咝５膶?zhuān)業(yè)設(shè)置以光伏和風(fēng)力發(fā)電為主。從新能源發(fā)電的整個(gè)環(huán)節(jié)看，無(wú)論哪種能源形式從發(fā)電環(huán)節(jié)看可以分為前端的能源匯集和后端的發(fā)電電氣系統(tǒng)兩個(gè)部分。而后端發(fā)電系統(tǒng)及其與電網(wǎng)交互部分則涉及相關(guān)的電氣類(lèi)尤其是強(qiáng)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程。常州工學(xué)院新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)建立于2012年，在地方應(yīng)用性工科的學(xué)科平臺(tái)上建立與新能源后端系統(tǒng)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法上進(jìn)行了積極的實(shí)踐，建立了適用于新能源科學(xué)與工程的有效強(qiáng)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)。一、課程體系結(jié)構(gòu)分析（一）課程體系結(jié)構(gòu)導(dǎo)向?qū)I(yè)課程體系結(jié)構(gòu)的設(shè)置必定以行業(yè)技

3、術(shù)本身作為導(dǎo)向。從發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)看，前端系統(tǒng)涉及材料科學(xué)、工程熱力學(xué)、光電子學(xué)、光伏器件設(shè)計(jì)、空氣動(dòng)力學(xué)等能源產(chǎn)生基本環(huán)節(jié)的相關(guān)課程。目前，新能源發(fā)電系統(tǒng)后端涉及變流及其控制技術(shù)、與電網(wǎng)的交互技術(shù)、能源系統(tǒng)的控制和管理技術(shù)等幾個(gè)方面。相關(guān)電氣類(lèi)課程包括電力電子技術(shù)、新能源發(fā)電技術(shù)、供電技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、微電網(wǎng)技術(shù)、能源系統(tǒng)管理和優(yōu)化等。同時(shí)在變流技術(shù)本身的控制方式還是電力系統(tǒng)的控制中，相關(guān)軟硬件設(shè)計(jì)知識(shí)必不可少，因此在強(qiáng)電類(lèi)課程之外配置相關(guān)電子設(shè)計(jì)類(lèi)課程，可以有效補(bǔ)充學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)。（二）課程體系結(jié)構(gòu)構(gòu)成新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)課程體系由基礎(chǔ)類(lèi)課程、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)課程和專(zhuān)業(yè)課程組成，如圖1所示。其中基礎(chǔ)

4、課包括高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、計(jì)算機(jī)編程等工科通識(shí)類(lèi)課程。專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)課程包括電工原理、電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)、光電子技術(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)等課程。從圖1中看到，專(zhuān)業(yè)課課程分為前端材料器件類(lèi)課程和后端系統(tǒng)強(qiáng)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程，并輔以一定弱電類(lèi)課程。強(qiáng)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程的體系如圖2所示，其中風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、光伏發(fā)電技術(shù)和光熱技術(shù)應(yīng)用為核心課程。同時(shí)這三門(mén)專(zhuān)業(yè)核心課程均基于電工電子和電力電子技術(shù)等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，并輔以單片機(jī)技術(shù)作為補(bǔ)充。在三門(mén)核心課程基礎(chǔ)上，從發(fā)電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的交互知識(shí)角度出發(fā)，強(qiáng)電類(lèi)課程開(kāi)設(shè)了供配電技術(shù)、微電網(wǎng)技術(shù)、分布式能源系統(tǒng)與優(yōu)化作為有效的選修課程，并輔以電氣控制

5、技術(shù)等控制類(lèi)課程作為補(bǔ)充。這種以專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課為基礎(chǔ)，在前端材料器件課程基礎(chǔ)上輔以弱電控制類(lèi)課程和電力系統(tǒng)類(lèi)課程的強(qiáng)電類(lèi)課程體系，旨在提高新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生掌握相應(yīng)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化方面的相關(guān)理論知識(shí)和工程能力，為從事相關(guān)工程工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。二、課程體系的實(shí)施從目前我國(guó)的一級(jí)學(xué)科分類(lèi)來(lái)說(shuō)，新能源科學(xué)與工程強(qiáng)電類(lèi)體系的課程與電氣工程專(zhuān)業(yè)和自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)部分課程相同，但從專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的角度和總的課程學(xué)時(shí)等角度出發(fā)，本課程體系的實(shí)現(xiàn)在教學(xué)課時(shí)安排、教學(xué)內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)都與其他專(zhuān)業(yè)有所區(qū)別。（一）課程教學(xué)課時(shí)安排電工原理、電子技術(shù)和電力電子技術(shù)均為電氣自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，一般

6、來(lái)說(shuō)，用較多的學(xué)時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)，其中電子技術(shù)分為數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)，這兩門(mén)課程需要較長(zhǎng)學(xué)時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)鑒于專(zhuān)業(yè)內(nèi)容方面和專(zhuān)業(yè)總學(xué)時(shí)考慮，一般不會(huì)涉及較大規(guī)模的電網(wǎng)絡(luò)分析和非常復(fù)雜的電子技術(shù)應(yīng)用，因此，電工原理和電子技術(shù)這兩大類(lèi)課程均安排為中等學(xué)時(shí)的課程。電力電子技術(shù)作為專(zhuān)門(mén)針對(duì)變流技術(shù)的最重要的基本課程，在新能源發(fā)電系統(tǒng)中具有非常重要的地位，后續(xù)核心專(zhuān)業(yè)課程涉及很多相關(guān)的變流電路及其控制技術(shù)，因此電力電子技術(shù)在課程體系中安排為較長(zhǎng)課時(shí)的必修課程，并專(zhuān)門(mén)安排課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課打下基礎(chǔ)。圖2中的強(qiáng)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)選修課程中供配電技術(shù)涉及目前相關(guān)發(fā)電系統(tǒng)和變電系統(tǒng)的電氣方面的設(shè)

7、計(jì)，因此安排為中等學(xué)時(shí)的選修課。微電網(wǎng)技術(shù)、分布式能源系統(tǒng)與優(yōu)化等課程則設(shè)為短學(xué)時(shí)選修課程，讓學(xué)生了解相關(guān)電力系統(tǒng)自動(dòng)化基本工程背景知識(shí)。針對(duì)輔助性的弱電類(lèi)課程，鑒于微機(jī)測(cè)控技術(shù)在目前工業(yè)領(lǐng)域的普遍應(yīng)用，將單片機(jī)技術(shù)安排為長(zhǎng)學(xué)時(shí)必修課程并安排相應(yīng)課程設(shè)計(jì)，旨在讓學(xué)生熟練掌握相關(guān)芯片設(shè)計(jì)和編程，為后續(xù)實(shí)踐和發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。電氣控制與plc則安排為短學(xué)時(shí)選修課程，讓學(xué)生掌握電器控制的基本方法。（二）教學(xué)內(nèi)容的特殊安排基于新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和相關(guān)課程的前后銜接。在強(qiáng)電類(lèi)課程安排中作如下調(diào)整；1.電力電子技術(shù)課程中加大全控型器件的pwm整流和逆變技術(shù)的內(nèi)容教學(xué)。在目前通用的電氣工程專(zhuān)

8、業(yè)電力電子課程安排和相關(guān)教材中，普遍側(cè)重于基于半控器件的整流電路分析，而在后續(xù)的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電課程學(xué)習(xí)中，基于全控器件的整流逆變電路十分重要，因此課程體系在電力電子技術(shù)課程中加強(qiáng)該部分內(nèi)容并在課程設(shè)計(jì)中專(zhuān)門(mén)安排。2.核心專(zhuān)業(yè)課程注意與前端專(zhuān)業(yè)課程的內(nèi)容銜接。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和光伏發(fā)電技術(shù)相應(yīng)的前端部分在前端課程中著重講解，在本課程體系中著重講授后端系統(tǒng)組成和分析設(shè)計(jì)方法，避免前后課程內(nèi)容的重疊。3.供配電技術(shù)課程注意結(jié)合光伏電站設(shè)計(jì)和風(fēng)力場(chǎng)設(shè)計(jì)。目前的供配電設(shè)計(jì)課程一般均基于工廠變電站設(shè)計(jì)或者區(qū)域變電站設(shè)計(jì)，極少有設(shè)計(jì)課程專(zhuān)門(mén)針對(duì)新能源發(fā)電場(chǎng)設(shè)計(jì)。因此，本課程體系中供配電技術(shù)課程在通用的供電系

9、統(tǒng)分析計(jì)算方法上引入光伏電站和風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)計(jì)，引入相關(guān)設(shè)計(jì)實(shí)例，提高學(xué)生對(duì)新能源并網(wǎng)型電站的設(shè)計(jì)和分析運(yùn)行能力。4.微電網(wǎng)和分布式能源優(yōu)化等課程優(yōu)化內(nèi)容結(jié)構(gòu)。新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生并不要求掌握很深的電力系統(tǒng)分析運(yùn)行和控制原理知識(shí)，因此本課程體系與電網(wǎng)交互類(lèi)的選修課程在教學(xué)內(nèi)容上側(cè)重于基本概念、基本設(shè)備和控制技術(shù)的介紹，避免引入較為復(fù)雜的電力系統(tǒng)分析和控制技術(shù)的原理性分析。（三）實(shí)踐環(huán)節(jié)的安排鑒于新能源專(zhuān)業(yè)為具有較強(qiáng)應(yīng)用性的工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)，本課程體系在電力電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)和三門(mén)核心專(zhuān)業(yè)課程中均引入了課程設(shè)計(jì)。其中電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)掌握整流逆變的原理，單片機(jī)技術(shù)要求學(xué)生掌握相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)和電路板設(shè)計(jì)能力。三門(mén)核心專(zhuān)業(yè)課程的課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生動(dòng)手組建相應(yīng)的小型發(fā)電系統(tǒng)實(shí)物或者基于相關(guān)分析軟件的發(fā)電系統(tǒng)及其控制模塊。在相應(yīng)課程基礎(chǔ)上安排了新能源技術(shù)與開(kāi)發(fā)和光伏技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)等綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，要求學(xué)生通過(guò)前述課程學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)動(dòng)手進(jìn)行系統(tǒng)性的發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)訓(xùn)。三、總結(jié)本課程體系基于新能源科學(xué)與工程的培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)相關(guān)交叉學(xué)科的強(qiáng)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程和專(zhuān)業(yè)課程在課時(shí)安排和教學(xué)內(nèi)容等方面進(jìn)行了優(yōu)化，并積極輔助以弱電控制類(lèi)課程和實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過(guò)在常州工學(xué)院近三屆新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)積極的應(yīng)用，取得了較好的教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)了專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目的。參考文獻(xiàn)：1饒政華