《新能源發(fā)電與控制技術(shù) 第4版》-顏文旭 教學(xué)大綱

《新能源發(fā)電與控制技術(shù)》課程教學(xué)大綱課程名稱：新能源發(fā)電與控制課程編碼：學(xué)分：2.0總學(xué)時：32理論學(xué)時：32實驗學(xué)時：0上機(jī)學(xué)時：0實踐學(xué)時：0開設(shè)實驗（上機(jī)）項目總數(shù)0個，其中，必修（）個，選修（）個開課單位：適用專業(yè)：電氣工程及其自動化、自動化、電氣及信息類或能源與動力類相關(guān)專業(yè)一、課程的性質(zhì)、目的本課程是電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)自主課程，屬于能力拓展課程性質(zhì)。該課程綜合學(xué)生先修的自動控制原理、電力電子技術(shù)、電機(jī)及其拖動基礎(chǔ)等課程的知識，涉及新能源的形式、電力電子變換技術(shù)、新能源發(fā)電及其控制技術(shù)，包括風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、氫能及氫燃料電池發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、核能發(fā)電、海洋能發(fā)電、分布式能源與儲能技術(shù)，以及新能源應(yīng)用技術(shù)等內(nèi)容，具有理論聯(lián)系實際的突出特點，從系統(tǒng)的角度培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識進(jìn)行系統(tǒng)分析與綜合的能力，對電氣信息類學(xué)生掌握新能源發(fā)電與控制領(lǐng)域的前沿專業(yè)知識和技能，提高理論聯(lián)系實際的能力，起著重要的作用。學(xué)習(xí)該課程后，使學(xué)生逐漸具有新能源發(fā)電與控制技術(shù)的系統(tǒng)觀念、工程觀念、創(chuàng)新觀念。二、課程培養(yǎng)目標(biāo)1.立德樹人本課程面向電氣工程學(xué)科實際應(yīng)用對象，系統(tǒng)地講述不同類型的新能源發(fā)電形式及其控制方法。課程本身不僅教授豐富的理論知識，同時也從實際應(yīng)用的角度闡明風(fēng)電、光伏、生物質(zhì)能發(fā)電、核電等多種綠色可再生能源的發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)程，可以培養(yǎng)學(xué)生重視客觀規(guī)律、遵循客觀規(guī)律的科學(xué)理念。此外，針對于同種發(fā)電形式，可以采取不同的能源轉(zhuǎn)換方法及控制方案，通過對控制方案進(jìn)行不斷的改進(jìn)與完善，能夠培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維能力，幫助學(xué)生建立科學(xué)的思維方法，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神，以及勇于面對挑戰(zhàn)的科研精神。2.課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生所具備的素質(zhì)、掌握的技能、知識和能力如下：課程目標(biāo)1.能夠掌握新能源發(fā)電的常用方式、基本特征及不同發(fā)電形式的適用場合。掌握電能變換器的常用器件類型、器件特征及基本電能變換電路結(jié)構(gòu)。具備器件選型能力，能夠根據(jù)使用場合設(shè)計電能變換功率的驅(qū)動及保護(hù)電路。課程目標(biāo)2.能夠掌握風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理，熟悉風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定槳距調(diào)節(jié)、變槳距調(diào)節(jié)及偏航系統(tǒng)調(diào)節(jié)方法。掌握風(fēng)力發(fā)電機(jī)組恒速恒頻和變速恒頻控制原理，并能夠根據(jù)不同發(fā)電機(jī)類型設(shè)計合理的并網(wǎng)策略。課程目標(biāo)3.掌握太陽能光伏發(fā)電原理、太陽能發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成、光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤控制技術(shù)、獨立式光伏系統(tǒng)原理及控制方法和并網(wǎng)式光伏系統(tǒng)工作原理及并網(wǎng)控制策略，且能夠利用Matlab軟件進(jìn)行最大功率跟蹤控制技術(shù)的仿真，具備簡單光伏發(fā)電系統(tǒng)初步設(shè)計能力。課程目標(biāo)4.掌握氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)、其他形式新能源的發(fā)電技術(shù)，生物質(zhì)能發(fā)電與控制技術(shù)、核能及其應(yīng)用技術(shù)、水能與水力發(fā)電技術(shù)、海洋能利用與發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電與應(yīng)用，熟悉氫能及燃料電池發(fā)電及其控制技術(shù)、沼氣發(fā)電技術(shù)基本原理與控制策略、垃圾燃燒發(fā)電技術(shù)及其控制策略、核能發(fā)電、水力發(fā)電、海洋能地?zé)崮艿劝l(fā)電的基本原理。課程目標(biāo)5.掌握分布式能源特征及利用形式、分布式供電與儲能技術(shù)、直流微網(wǎng)關(guān)技術(shù)、交直流微網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)、功率因數(shù)校正方法、諧波治理與補(bǔ)償技術(shù)、三相交流電壓控制技術(shù)等。了解新能源應(yīng)用技術(shù)，電動汽車技術(shù)、多電飛機(jī)、新能源空鐵技術(shù)、新能源船舶等的基本原理和形式特點。具備結(jié)合仿真結(jié)果或試運行結(jié)果進(jìn)行分布式發(fā)電系統(tǒng)控制方案改進(jìn)和實施的能力。3.課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐本課程教學(xué)目標(biāo)支撐的畢業(yè)要求主要體現(xiàn)在畢業(yè)要求指標(biāo)點2-4H、3-3H、4-2L、6-2H、8-2M（參考），具體如下：課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐課程目標(biāo)畢業(yè)要求支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點及其內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容支撐強(qiáng)度指標(biāo)點畢業(yè)要求指標(biāo)點內(nèi)容12．工程知識：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識運用于解決電氣工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。指標(biāo)點2-4具有電氣工程專業(yè)領(lǐng)域的核心專業(yè)知識，能夠用于電力電子與電力傳動系統(tǒng)設(shè)計、電能變換和運動控制等復(fù)雜工程問題的表述、建模和求解；第1、2章H6．使用現(xiàn)代工具：能夠針對電氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，以達(dá)到對復(fù)雜工程問題的模擬仿真與預(yù)測，并能夠理解其局限性。指標(biāo)點6-2能夠?qū)F(xiàn)代技術(shù)工具應(yīng)用于復(fù)雜工程問題中，并能夠?qū)ζ淇尚行赃M(jìn)行分析預(yù)測；22．工程知識：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識運用于解決電氣工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。指標(biāo)點2-4具有電氣工程專業(yè)領(lǐng)域的核心專業(yè)知識，能夠用于電力電子與電力傳動系統(tǒng)設(shè)計、電能變換和運動控制等復(fù)雜工程問題的表述、建模和求解；第3章H3．問題分析：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，通過識別、表達(dá)和文獻(xiàn)研究對電氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的特點或特征進(jìn)行研究分析，并得到有效結(jié)論。指標(biāo)點3-3能夠運用工程科學(xué)原理對電氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進(jìn)行識別和表達(dá)；H33．問題分析：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，通過識別、表達(dá)和文獻(xiàn)研究對電氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的特點或特征進(jìn)行研究分析，并得到有效結(jié)論。指標(biāo)點3-3能夠運用工程科學(xué)原理對電氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進(jìn)行識別和表達(dá)；第4章H6．使用現(xiàn)代工具：能夠針對電氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，以達(dá)到對復(fù)雜工程問題的模擬仿真與預(yù)測，并能夠理解其局限性。指標(biāo)點6-2能夠?qū)F(xiàn)代技術(shù)工具應(yīng)用于復(fù)雜工程問題中，并能夠?qū)ζ淇尚行赃M(jìn)行分析預(yù)測；H42．工程知識：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識運用于解決電氣工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。指標(biāo)點2-4具有電氣工程專業(yè)領(lǐng)域的核心專業(yè)知識，能夠用于電力電子與電力傳動系統(tǒng)設(shè)計、電能變換和運動控制等復(fù)雜工程問題的表述、建模和求解；第5、6章H3．問題分析：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，通過識別、表達(dá)和文獻(xiàn)研究對電氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的特點或特征進(jìn)行研究分析，并得到有效結(jié)論。指標(biāo)點3-3能夠運用工程科學(xué)原理對電氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進(jìn)行識別和表達(dá)；H52．工程知識：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識運用于解決電氣工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。指標(biāo)點2-4具有電氣工程專業(yè)領(lǐng)域的核心專業(yè)知識，能夠用于電力電子與電力傳動系統(tǒng)設(shè)計、電能變換和運動控制等復(fù)雜工程問題的表述、建模和求解；第7、8章H8．環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展：能夠理解和評價電氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。指標(biāo)點8-2熟悉環(huán)境保護(hù)的相關(guān)法律法規(guī)，理解電氣工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的工程實踐過程對環(huán)境與社會可持續(xù)發(fā)展可能產(chǎn)生的影響；H三、課程教學(xué)基本內(nèi)容第1章新能源發(fā)電與控制技術(shù)導(dǎo)論(支撐課程目標(biāo)第1條)1.1能源儲備與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略1.2能源的分類與基本特征1.3新能源發(fā)電與儲能及應(yīng)用技術(shù)1.4新能源發(fā)電的主要控制技術(shù)1.5新能源技術(shù)的主要應(yīng)用概要教學(xué)要求：通過課堂教學(xué)、課外閱讀和課后作業(yè)，要求學(xué)生了解世界能源儲備及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要性、能源分類的方式及其基本特征。掌握新能源發(fā)電的基本類型和不同類型發(fā)電形式過程中能源變換方式及新能源發(fā)電控制技術(shù)。能夠根據(jù)不同的發(fā)電形式對其當(dāng)前發(fā)展?fàn)顟B(tài)、使用需求及未來發(fā)展?jié)摿ψ龀稣_的評價。教學(xué)重點：能源分類及其基本特征、能源轉(zhuǎn)換基本形式、新能源發(fā)電的主要控制技術(shù)的講解教學(xué)難點：能源轉(zhuǎn)換基本形式、新能源發(fā)電主要控制技術(shù)的講解第2章電力變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識2.1電力電子器件2.2電力電子器件的使用2.3電力變換電路基礎(chǔ)2.4新能源電力變換常用拓?fù)?.5電力變換調(diào)制技術(shù)2.6電力變換常用控制技術(shù)教學(xué)要求：通過課堂教學(xué)和課后作業(yè)，要求學(xué)生了解常用電力電子器件及其使用，并能根據(jù)使用場合進(jìn)行器件的初選。掌握電力變換電路的基本原理，能夠?qū)﹄娏﹄娮悠骷?qū)動電路及保護(hù)電路進(jìn)行簡單設(shè)計；熟悉新能源電力變換常用拓?fù)?，理解軟開關(guān)直流變換器、三電平DC/DC變換器及多電平變換器的基本工作原理；熟悉電力變換的空間矢量PWM調(diào)制技術(shù)及載波比較PWM技術(shù)；熟悉電力變換的基于經(jīng)典控制理論、基于狀態(tài)空間理論、重復(fù)控制、無差拍控制等控制的基本原理。通過本章知識的學(xué)習(xí)初步具備新能源電力電子、電力變換及控制技術(shù)的分析及設(shè)計能力。教學(xué)重點：功率電路驅(qū)動及保護(hù)設(shè)計、電力變換拓?fù)浼俺Ｓ每刂萍夹g(shù)講解教學(xué)難點：電力變換電路、調(diào)制技術(shù)及控制技術(shù)講解第3章風(fēng)能、風(fēng)力發(fā)電與控制技術(shù)3.1風(fēng)的特性及風(fēng)能利用3.2風(fēng)力發(fā)電及其工作原理3.3風(fēng)力機(jī)的調(diào)節(jié)與控制3.4風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制3.5風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)與安全運行3.6風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)控與運維系統(tǒng)教學(xué)要求：通過課堂教學(xué)和課后作業(yè)，要求學(xué)生熟悉風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的組成及基本工作原理，了解定槳距和變槳距調(diào)節(jié)的原理和特點。掌握風(fēng)力發(fā)電機(jī)組恒速恒頻和變速恒頻控制方式的基本工作原理和系統(tǒng)控制特性。理解異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作方式，并掌握并網(wǎng)控制的基本原理。具備風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、發(fā)電控制、并網(wǎng)控制及安全運行與監(jiān)控的基本知識。教學(xué)重點：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳距控制方式、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組頻率及并網(wǎng)控制教學(xué)難點：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速恒頻和恒速恒頻基本原理第4章太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù)4.1太陽輻射及太陽能利用4.2光伏發(fā)電原理與太陽能電池4.3光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)4.4光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理4.5光伏發(fā)電組網(wǎng)技術(shù)4.6光伏發(fā)電的其他技術(shù)問題教學(xué)要求：通過課堂教學(xué)和課后作業(yè)，要求學(xué)生能夠理解太陽能發(fā)電基本原理和特點，熟練掌握光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT控制技術(shù)，并能夠利用Matlab對最大功率跟蹤策略進(jìn)行初步仿真研究。掌握光伏發(fā)電系統(tǒng)與控制技術(shù)基本原理，理解光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理作用。掌握光伏發(fā)電組網(wǎng)技術(shù)，理解頻率跟蹤技術(shù)、鎖相技術(shù)在系統(tǒng)中的作用及原理。教學(xué)重點：光伏發(fā)電系統(tǒng)原理、光伏發(fā)電控制技術(shù)及組網(wǎng)技術(shù)原理教學(xué)難點：光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT技術(shù)，光伏發(fā)電的組網(wǎng)技術(shù)第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)5.1氫能5.2氫燃料電池5.3氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)5.4氫能發(fā)電控制技術(shù)教學(xué)要求：通過課堂教學(xué)和課后作業(yè)，要求學(xué)生掌握氫能及氫燃料電池的基本概念；掌握氫燃料電池及其發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理；熟悉氫能發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)。教學(xué)重點：氫燃料電池及其發(fā)電控制技術(shù)教學(xué)難點：氫燃料電池及其發(fā)電控制技術(shù)準(zhǔn)第6章其他形式新能源的發(fā)電技術(shù)6.1生物質(zhì)能發(fā)電與控制技術(shù)6.2核能及其應(yīng)用技術(shù)6.3水能與水力發(fā)電技術(shù)6.4海洋能利用與發(fā)電6.5地?zé)崮馨l(fā)電與應(yīng)用教學(xué)要求：通過課堂教學(xué)和課后作業(yè)，要求學(xué)生了解生物質(zhì)能發(fā)電與控制技術(shù)，了解核能發(fā)電的基本形式和核能和平利用的必要性，了解核反應(yīng)堆的基本工作原理和核反應(yīng)堆裝置的基本結(jié)構(gòu)。了解水能及水力發(fā)電技術(shù)、海洋能利用與發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電與應(yīng)用的基本原理。教學(xué)重點：生物質(zhì)能發(fā)電與控制技術(shù)、核反應(yīng)堆的工作原理教學(xué)難點：生物質(zhì)能發(fā)電與控制技術(shù)、核能及其發(fā)電技術(shù)第7章分布式能源與儲能技術(shù)6.1分布式能源的特征及其應(yīng)用6.2儲能技術(shù)種類及其應(yīng)用6.3微電網(wǎng)與儲能系統(tǒng)混合組網(wǎng)技術(shù)6.4微網(wǎng)中的儲能系統(tǒng)控制技術(shù)6.5分布式能源及儲能技術(shù)的綜合利用教學(xué)要求：通過課堂教學(xué)和課后作業(yè)，要求學(xué)生理解分布式能源及儲能技術(shù)的特征及應(yīng)用。了解分布式供電與儲能技術(shù)在分布式微網(wǎng)中的作用，并能夠根據(jù)應(yīng)用場合描述出不同分布式能源的角色劃分。掌握直流微網(wǎng)和交直流微網(wǎng)的多單元混合組網(wǎng)技術(shù)，并能夠針對電網(wǎng)存在的諧波、功率不平衡等問題，提出相應(yīng)解決方案。教學(xué)重點：分布式供電技術(shù)、微網(wǎng)與儲能系統(tǒng)混合組網(wǎng)技術(shù)教學(xué)難點：微網(wǎng)電能質(zhì)量治理方法第8章新能源應(yīng)用技術(shù)8.1電動汽車技術(shù)8.2多電飛機(jī)8.3新能源空鐵技術(shù)8.4新能源船舶技術(shù)8.5新能源助力電力行業(yè)碳中和實現(xiàn)教學(xué)要求：通過課堂教學(xué)和課后作業(yè)，要求學(xué)生了解新能源應(yīng)用技術(shù)，主要包括電動汽車技術(shù)、多電飛機(jī)、新能源空鐵技術(shù)、新能源船舶技術(shù)。熟悉新能源應(yīng)用的電動汽車、多電飛機(jī)、空鐵、船舶等的基本原理及其控制方法，了解新能源助力電力行業(yè)碳中和實現(xiàn)的方式。教學(xué)重點：電動汽車技術(shù)、多電飛機(jī)、新能源空鐵、新能源船舶教學(xué)難點：電動汽車、飛機(jī)、空鐵、船舶的新能源應(yīng)用方式四、學(xué)時分配表教學(xué)內(nèi)容思政融入點講課時數(shù)實驗時數(shù)實踐學(xué)時上機(jī)時數(shù)自學(xué)時數(shù)習(xí)題課討論時數(shù)第1章新能源發(fā)電與控制技術(shù)導(dǎo)論通過介紹新能源發(fā)電的方式、應(yīng)用及意義培養(yǎng)學(xué)生建立可持續(xù)能源發(fā)展理念。2第2章電力變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識通過學(xué)習(xí)電力變換的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生重視客觀規(guī)律、遵循客觀規(guī)律的科學(xué)理念。8第3章風(fēng)能、風(fēng)力發(fā)電與控制技術(shù)通過風(fēng)力發(fā)電知識的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的綠色能源使用理念。5第4章太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù)通過太陽能發(fā)電知識的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生建立應(yīng)用綠色能源意識。5第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)通過氫能及燃料電池發(fā)電知識的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保觀念。2第6章其他形式新能源的發(fā)電技術(shù)通過生物質(zhì)能、核能、海洋能、地?zé)崮馨l(fā)電知識講解，讓學(xué)生了解當(dāng)前我國生物質(zhì)能、核能技術(shù)的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷和榮譽(yù)感。2第7章分布式能源與儲能技術(shù)通過分布式能源與儲能系統(tǒng)混合組網(wǎng)技術(shù)的學(xué)習(xí)，加深學(xué)生對實踐是檢驗真理唯一標(biāo)準(zhǔn)的理解。6第8章新能源應(yīng)用技術(shù)通過新能源應(yīng)用技術(shù)的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生的新技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新意識與時代緊迫感和民族自豪感。2合計320總計32五、實驗（上機(jī)）項目無實驗上機(jī)項目。六、教學(xué)方法本課程以課堂教學(xué)為主，輔以課后作業(yè)幫助學(xué)生學(xué)習(xí)新能源發(fā)電相關(guān)知識及應(yīng)用發(fā)展情況。授課過程能夠靈活運用多媒體教學(xué)，并借助于線上線下教學(xué)平臺加強(qiáng)師生互動。對于重要知識點，采用啟發(fā)式教學(xué)，通過提出問題、分析問題、解決問題的思路進(jìn)行授課,潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)電氣工程專業(yè)知識解決新能源發(fā)電與應(yīng)用工程問題的能力，強(qiáng)調(diào)對于所學(xué)知識的靈活應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生建立工程應(yīng)用意識，加深對于理論知識的理解和掌握，并提高工程實踐能力。七、課程考核及成績評定考核方式：考查考試形式：平時+期末大作業(yè)評定方式：優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五級制該課程為考查課，考核方式以課堂聽講、平時作業(yè)和大作業(yè)，成績評定中平時成績40%、大作業(yè)60%，最后考核成績采用優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五級制。課程考核內(nèi)容、考核形式及支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)（指標(biāo)點）考核內(nèi)容考核形式及占比（％）成績課堂提問作業(yè)測評平時測試實驗報告課程報告課程論文期中考試期末考試總比(％)課程目標(biāo)