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1.器件与控制部分应注重练习。
电力电子器件及控制部分具有覆盖面大、定性与定量相结合的特点,学好这一部分,就必须将概念的理解与相关的计算进行练习,在习题式的教学中,不断提高分析问题和解决问题的能力。研究生阶段,各高校几乎很少带领学生做与课程相关的习题,多数学生也只有在考试的时候才有机会在试卷中解答一些问题,虽说现在不提倡传统针对考试的题海战术,但是平时适当做一些典型的练习还是有必要的,电力电子器件种类多、特点各不相同,而控制方法也有很多,甚至与自动控制原理等其他学科相关联,在教学中适当找一些典型例题进行讲解,可以让同学们在繁杂的知识中抓住重点内容进行突破,最终掌握这部分知识要点。
2.学生自主参与新技术教学。
电力电子技术具有发展速度快的特点,新的技术和应用领域不断出现,加强电力电子新技术的教学可以扩展学生知识面,掌握电力电子技术发展新方向。这一部分的特点是没有定量计算、难度不大、但对于资料的收集工作量比较大,根据这些特点,在教学中,可以将这部分安排给每个学生进行讲解,在讲解前每个同学查找相关资料,然后对资料进行分类总结,加入自己的理解,在讲解过程中既可以使用多媒体也可使用板书的形式,讲解后学生之间可以相互提出问题,相互讨论,形成良好的研究氛围。在这种学生自主教学的过程中,既提高了学生查找资料的能力,也能提高学生的概括的创新能力,还为研究生毕业学术论文的撰写提供了相关的经验。
二、实验教学应进行分类
电力电子技术是一个应用性很强的一门学科,在理论教学的同时一定要有相应的实验来配合和补充,开设实验课是对理论课的延伸和补充,更能够突出应用型学科的特色。在实验教学上,应分为验证实验、探究实验、拓展实习三个部分进行教学。
1.验证实验应紧密结合课本。
验证性实验的特点是对已经有的理论进行实验验证,与学生的理论教学紧密衔接,通过书上的理论来指导实验的操作,同时实验的结果又可以加深学生对于书本理论的深度理解。在理论课程之后,应当有相应的实验课程相跟进,在实验开始前,老师带领学生对课本知识点进行回顾,确定实验目的和实验步骤,同学们按照实验要求完成相应的实验操作,并能够运用书本上的知识来解释实验中的现象,最后通过实验报告的形式进行总结,得出验证性的结论。
2.鼓励开展探究性试验。
电力电子技术是一门正在快速发展的学科,在实验教学中,应当鼓励学生进行自主探究,通过对已有知识的学习让学生们充分发挥想象力,制作一些相关的小制作、小发明,在探究性试验的过程中培养学生的创新能力。学生根据自己掌握的知识,结合当今电力电子发展的前沿技术,加上自己的想象力和创造力,独立设计出属于自己的电子作品,而在探究的过程中难免会遇到一些问题,这时老师应进行适当指导,给出一些方案,让学生自主解决实际问题。平时尽可能地开放实验室,使学生增加动手操作机会。此外还应当鼓励学生参加“挑战杯”等科技比赛,增加在创新方面的交流合作,从而学会更多解决问题的新方法。
3.拓展实习应突出实际应用。
在传统的教学环节之外,对于电力电子技术这种应用型很强的学科,应适当组织学生到某个单位进行参观学习。学习的目的是为了应用,当今电力电子技术已经应用在了许多领域之中,在实验教学中可以联系某个具体单位进行参观,在实际的生产过程中,让学生们更加具体地了解电力电子技术的应用。除了参观之外,也可由老师或者学生找一些与电力电子技术应用相关的视频资料,分享给大家进行观看,也可以起到非常好的效果。实习结束之后,学生以报告的形式写出自己学到了什么或者是心得体会。这样,理论联系实际,对于理工科的教学是有很大帮助的。
三、总结
“电力电子技术”课程教学的基本框架还是以所选教材为基础,但在具体内容上应当以让学生认识该课程的用途与重要性为出发点进行设计,紧扣行业应用,提高学生的学习积极性与主动性。首先,注意开好头,要重视绪论课的教学,如在介绍“1.3电力电子技术的应用”时应将重点侧重到交通运输和电子这一领域中,重点介绍电力电子技术在汽车与轨道车辆上的应用。针对新能源汽车专业学生可举例介绍车辆能源系统的“骨架结构”,如油电混合动力汽车等新能源汽车的能量系统的基本结构图与基本工作原理;针对城市轨道车辆专业学生介绍地铁车辆的电源系统结构图等等,紧紧抓住行业应用为起始点引发学生的兴趣。另外针对电子装置用电源可从大家时刻不离身的手机充电器说起,让学生认识到电力电子技术无处不在,实用性很强,提高学生积极性。其次,随着课程内容教学的深入,应继续围绕专业行业应用,将原来的“骨架结构”补充上“血肉”,即实际具体电路,进行内容的丰富。如介绍DC/DC变换时,可以将原先介绍的地铁车辆电源系统中DC/DC的变流电路具体化,在知识认知的体系结构中进一步具体化,加深知识点的理解和印象。最后为提高学生对电力电子技术的关注度,提高学生资料收集与自学能力,一方面对部分内容调整为课后自学内容,要求学生利用网络、图书馆等资源条件完成学习,如器件中IGCT、功率集成电路、脉宽调节电路等的相关内容将由学生进行资料收集并选择部分主题由学生在课堂上给大家进行介绍,提高学习的相关性。另外一方面提供一些已经完成的电源板,让有兴趣的同学进行实际调试,在实践中体会电能的变换与控制,实现“自主行走”。这些同学能在今后相关的实践设计中有较好的基础,且能帮助并带动其他同学提高实践能力。
2“电力电子技术”课程设计改革
“电力电子技术”课程应用性强,因此要求学生有较强的动手实践能力。课程开设了6个学时的实验,对学生来说实践时间较少。因此率先在车辆工程专业新能源汽车专业方向开设了“汽车电力电子技术课程设计”课题,时间为一周,精选了“太阳能电动车SPWM控制逆变电路设计”、“车载逆变电源—推挽式直流变换电路设计”、“车载逆变电源—工频逆变电路设计”等设计课题,要求学生通过课程设计能充分了解电力电子技术在汽车上的应用以及应用设计,要求学生“脚踏实地”进行电路方案论证比较,完成电力电子电路的参数计算、器件的选型、绘制电路原理图等过程,掌握电力电子电路的设计,并能够掌握电力电子器件常用的驱动电路设计,合理设计保护电路。同时对于电路原理图要求采用EDA(电子设计自动化,ElectronicDesignAu-tomation)软件进行绘图,将学生所学的电力电子技术、自动控制技术、EDA技术等几门课程在汽车电力电子技术课程设计中进行融合,提高学生的实际设计能力。对multisim实践能力较强、学有余力的同学进一步指导其采用仿真手段(Matlab或者Multisim)进行仿真实习,论证设计结果。通过紧张而充实的课程设计,大部分的同学对电力电子技术在汽车上的应用有了进一步的认识,并对所学的相关课程进行贯通融合,充分了解所学专业课程之间的相互联系,增强了对自身所学专业知识架构的认识,能够熟练利用相关课程、相关技术手段进行电路设计,实现在专业知识架构中的“自由天地”。
3总结
随着现代化的科学技术的发展,教学课程中也开始使用各种新的方式来满足教学工作的需要,而信息技术作为一门新的技术运用到现代教学课程中,使课程的教学方式变得更加得生动立体,不再仅仅只是依靠黑板和图纸的抽象思维,而是通过立体的图像模拟电流的变化过程等形式进行电流的波性分析,从而使电力电子课程更加得生动形象。运用信息技术辅助教学可以弥补传统实验的不足,激发学生的学习兴趣,扩展学生的视野,帮助学生面向社会,把书本知识与生产实践结合起来,进而培养学生参与生产实践的热情。
1 传统课堂教学的不足
课堂教学只能授予学生理论知识,而无法提高学生的工程实验能力和创新能力,这样的教学模式也无法培养出满足市场需求的高素质创新型人才。在传统的课程教育中,教师偏重于知识和技能的教学,注重知识体系的结构和逻辑性,而学生通过教师的讲解获得知识,通过做大量的习题来强化对所学内容的记忆和加深对所学内容的理解;教师偏重于知识的传授和灌输,而对学生学习兴趣、自主学习的培养不够重视;做习题成为应用知识的唯一方式,并且缺乏与实际生活、现代科学技术的联系;重结果轻过程,学生很少能经历科学探究的过程,学生只能被动地跟着教师的思路走,难以发挥其创造性。因此高等教育必须要增加大量的实践实训教学环节,尤其是高级专业的学生实践,实训教学课时基本上要占到总教学课时的40%以上。电力电子技术这门课综合性、应用性和实践性都很强,实践环节尤为重要。但传统的讲授模式存在很大的不足,在讲解晶闸管的换流尤其是三相整流电路时,为了把问题讲得更清楚需要画好几个波形,这样往往要花很长的时间,且学生学习的效果不是很理想。要真正学好这门课,我们有必要给学生提供自己动手实践的软件和硬件环境,来激发学生的主观能动性,使他们利用现有条件,在电力电子技术的实践学习中,提高自己综合分析和解决工程实际问题的能力,提高自己的创新创新能力和就业竞争力,以满足人才市场的需求。
2 信息技术在电力电子课程上应用的优点
通过信息技术与教学课程的有机结合,对教学过程中的信息技术、资源、课程内容等等进行整合,是一种新型的电力电子技术课堂教学模式。从信息技术与课堂教学整合的特点来看,它主要是采用多媒体网络教学方式,将抽象化的电力电子教学内容变得生动直观,利用信息技术对课堂知识进行处理,使学生能够融入到课堂知识的整合中来,大大提高了电力电子技术课堂教学的质量。这种新颖、高效的课堂教学模式能发挥教师在课堂教学中的主导地位,也让学生自主合作,对课堂知识进行探究总结,体现了学生的主体地位。通过对传统的“电力电子技术课堂教学”进行改革,营造了一种更加活跃积极的教学氛围,培养了学生自主学习的主动性和创造性,从而提高了“电力电子技术课堂”的实际教学水平。
2.1 增加教学趣味性,提高学生的学习兴趣
电力电子教学常围绕复杂而又抽象的技术内容展开,枯燥干涩的课堂内容再加上传统的课堂教育方式,使得电力电子技术教学更加得乏味干涩,大大降低了学生的学习兴趣。但采用信息技术教学,可以将抽象的教学内容转换成生动的图片、动画效果进行展示,以更加直观的方式将课程内容展现在学生眼前,降低抽象思维的难度以及学生对知识理解的偏差,这样不仅有助于帮助学生理解并掌握知识点,更能激发学生的学习兴趣。让学生能够自觉主动地融入到课堂教学,同时也降低了教师的教学难度,有利于提高“电力电子技术课堂教学”的教学质量。
2.2 增加学生的参与机会,激发学生的创造能力。
在电力电子教学中,除了课堂讲授的知识原理以外,让学生能够参与到课程实验中来也是一个非常重要的教学环节。但由于课堂时间、教师精力、实验安全等因素的限制,使得电力电子技术实验很难落实到每一位学生身上来,也很难落实学生对相关知识的实际掌握情况。但应用信息技术模拟电力电子技术的相关实验,让学生能够融入到中间来,提高了教学质量。此外,教师还可以利用信息技术设计教学内容,选择教学课题让学生自己分组讨论,进行模拟实验,这样既能考量学生对课堂知识理解掌握的程度,又能保证实验的安全性,让学生大胆设计的同时还能够提高学生的创造力。通过这样安全的实验,能够让学生对实验进行仔细的分析探究,思考实验的合理性以及存在的不合理地方,提高学生自主设计的能力,同时也能够帮助学生有效地掌握课堂知识内容,增强学生的自主创造能力和创新意识。
电力电子技术是以实验为主要手段进行教学的学科,与其他的学科有明显的不同。随着社会的进步与科学技术的发展,信息技术以其独有的先进性进入各个学科的教学中,信息教育技术,尤其是多媒体技术的运用,在整个电力电子技术学科的教学中有很大的作用,利用多种高效便捷的多媒体网络技术,能够将抽象的内容实体化,突破时间以及空间的舒服,进行虚拟场景展示,将原本无法显示的、虚拟的物理过程展现在学生的眼前。同时也能够降低教学实验的危险指数,使得原本难以理解的电力电子技术教学变得简单化,帮助学生进行理解,减轻学生的学习压力,同时也能减轻教师的教学压力,在一定程度上能够促进整个“电力电子技术教学”的发展。对于可见度小,不易观察,实验原理难以理解,又不太好想象的实验,借助多媒体也能帮助理解,而且还可以化想象对直观。例如,电流的波形变动研究,通过信息技术的应用分析,可以通过眼球直观的感受电流的变化,在课堂中使学生对与知识的认识理解更加的深刻。对于我们实验室无法办到的演示实验也可以通过多媒体来完美演示,现代化的信息技术的多媒体教学手段与实验的整合,是解决课堂效率的有效方法。
2.3 增加课时的信息量,提高教学效率
多媒体可以提供声音动画等多种信息,图文并茂,动静结合,能使抽象的概念、复杂的定理、定律、公式以及较复杂的物理过程等形象化。传统的教学模式中最常见的就是板书,教师要花费大量的时间以及精力将模拟图像或者知识体系等内容写出来,这样不仅浪费了大量的时间,还增加了教师的教学负担。但通过信息技术的方式做好课件准备,学生可以通过各种感官同时接受信息,在这样轻松、愉快的教学环境中学习,不再感到单调枯燥,大大增加了课时的信息量,提高了教学效率。在教育教学过程中,引进现代信息技术形成教学内容的信息化,教学过程的数字化,教学手段的现代化,和教学资源的网络化。信息技术与电子技术的整合要坚持信息技术服务电子技术课程的原则,信息技术在电子技术课程中的应用,决不能只是为了简单的应用,而是应该结合在电力电子技术的课程中,为了满足学生的求知欲以及教师的教学任务。
人们常说,依靠视觉能够获取八成以上的信息量,但是如果仅仅依靠视觉,却最多只能拥有两成的信息。这也就是说,要想获取更多、更准确的电力电子技术的相关信息,必须依靠多种感官的结合。在现代电力电子技术教学中,仅仅依靠文字、语言、图片等方式授课,是很难将复杂的知识解释清楚的,也很难让学生真正掌握到这些知识。但随着信息网络技术的高速发展,出现了许多便捷高效的多媒体应用技术。比如PowerPoint、几何画板、Flash动画等的教学技术软件,它们能够将复杂的内容变得更加的简单生动。有些电力电子技术实验出于安全等因素的考虑,在现实中很难真的做出好的实验,这种时候运用信息技术模拟实验的流程及效果,就能够产生很好的学习效果。信息技术在电力电子技术教学中的应用使很多复杂的内容简单化,教师不用花费大量的时间精力进行板书,减轻了教师们的教学压力,还可以根据学生的学习特点改变教学方式,使枯燥复杂的电力电子技术教学变得更加灵活,在减轻教师教学压力的同时还能激发学生的学习兴趣,培养学生的自主创造能力和创新型思维。
3 结语
关键词:电力电子技术 教学改革 项目化教学
一、引言
“电力电子技术”被广泛地应用在工业控制、航空、智能家用电器、开关电源、医疗和军事领域。我院目前电子信息工程系,有2个专业开设了《电力电子技术》课程,而且都是专业主干课。其他后续课程如《交直流调速系统》、《电机与拖动》和《灯具产品设计》等,都与该课程有着千丝万缕的联系,可以说学好《电力电子技术》课程是学好其他专业核心课程的前提和保证。
《电力电子技术》课程内容,涉及到了中山的三大支柱产业“小家电”、“灯具”和“音响”,因此,学好这门课程,为学生今后的就业,提供了有利的保障。
目前,由于石油、天然气等化石燃料的日益枯竭,以及酸雨、厄尔尼诺现象的日益严重,国家越来越重视新能源的开发和利用,国家已经加大了资金的投入并制定了相关优惠政策。目前来说,中山的明阳龙源电力电子有限公司、格美电子有限公司以及明阳风电等已经涉足到太阳能发电及光伏发电领域。我系也与明阳风电集团及明阳龙源电力电子公司建立了长期的合作机制,通过合作为电力电子课程的建设打下了坚实的基础,也为该课程的实践教学提供最接近生产和应用现场的环境。
二、教学过程中存在的问题
通过组织本专业老师研讨,大家认为:近年来,电力电子技术发展迅速,但目前《电力电子技术》课程教学存在下列问题需要改进:
1.电力电子新器件、新装置不断涌现,而传统的电力电子技术课程体系和教学内容则以晶闸管器件为主,主要介绍晶闸管整流电路、逆变电路和调压电路。随着新器件和电路的不断出现,有必要进行课程体系和教学内容的改革。
2.教师讲授有困难,学生学习有难度;围绕应用型高职高专学生培养的定位,有必要减少以往理论教学中的数学推导,增加直观的图形、波形分析内容,有必要进行教学内容和教学手段的改革,增加计算机仿真、flas等辅助教学手段。
3.《电力电子技术》课程是一门技术性、实践性很强的课程,需要有较好的实验条件或仿真实验手段作为支持,有必要进行实践教学体系的探索,建立包含理论教学、课程实验、实习、课程设计等多种教学环节的教学体系。
4.《电力电子技术》课程的特点是要求学生着重电路原理的分析、波形的理解,在此基础上掌握计算公式的使用;课程内容比较零碎,学生要学会课程内容的梳理和总结,有必要根据课程的特点,对课程的考核方法进行改革。
三、教学改革的目标及内容
《电力电子技术》课程改革包括以下几个方面:
1.改变原有的学科教学体系,采用项目式教学,以实际项目为目标,整个教学围绕任务的解决展开,突出知识的应用性,引导学生自主思考。整个课程内容以项目模块为引导,每个模块提出一个项目要求,让学生从现象找本质,从感知了解必然。如调光灯模块,先以该项目现象让学生了解其特点,再深入到电力电子器件结构和测试、电力电子电路分析和调试、触发电路的分析和调试、调光灯的设计、开发、组装、调试、故障排除。
2.改变原有的教学模式,采取讲练结合,以学生为主体,教师加以适当的引导,提高学生分析问题、解决问题的能力,提高学生的实践技能,在教学中增加电路仿真等辅助教学手段。例如,在学习电力电子器件时,教师引导学生分析其特征,及时进行现场测试训练。学习电力电子电路时,理论分析了电路波形,马上让学生现场实践,利用示波器测量关键点波形,加强学生对该部分知识和技能的理解与记忆。
3.改变原有的实践体系,多层次实训,有层次、由浅入深地完成各项技能实训,全方位进行实践技能训练,建成完全开放式的、锻炼学生综合素质及能力的实践环境。实践教学从基础实验-综合实验-综合实训-现场教学。 开关电源模块,从开关电源使用的MOSFET器件测试进行基本技能的训练,到开关电源电路的电路分析、波形分析实验进行系统训练,再到以开关电源模拟系统的综合实训进行组装和调试训练,最后到相关企业现场进行现场参观和调试掌握企业实际应用的要求和企业岗位操作规范。
4.改变原有的教学方法,采用案例教学法,将工厂的实际案例引入教材、教学体系中,每个重要知识点均与实际应用结合起来。如以变频器引出案例,让学生了解整流逆变电路结构,再逐步深入到主电路使用的电力电子器件、相关基础电路等知识,加以相关技能训练,引导学生一步一步挖掘知识要点。
5.改变原有的考核机制,传统的考核以考试为主,忽视了学生动手能力及职业素养的考核,为此,新的考核采用多元化考核机制,理论部分主要考核学生的学习态度、专业知识、与人沟通能力和合作能力等;实践部分考核操作态度、专业技能、职业道德和合作能力等。
6.改变原有的实训条件。目前来说,电子系电力电子实验装置购买天煌公司开发的成套设备,成套设备具有安全可靠、接线方便的特点。但是也存在一些缺点,一些基础较差的学生实训课程很大一部分时间花在了接线上面,如果一条线路接错了,比较难于发现故障,从而影响了整个实验的效果和完成时间;成套设备使用一段时间之后,比较容易损坏,由于厂家涉及到保密的因素,没有提供电路的参数及元件型号,坏了之后需要等厂家来维修,虽然在保修期内不需要收取费用,但是往往报修之后需要等上1个月左右的时间,影响了其他班级的使用;由于电路已经封装在模块之内,学生看不到实际的元件和电路,影响了学生对于实际电路的理解。因此,有必要对实验装置做一定的改进,教师开发出拥有自主知识产权的实用的教学电路,应用到实际的教学中去,充分调动学生的学习积极性和创造性。
四、结束语
电力电子技术是建立在电子学、电力学和控制学三个学科基础上的一门边缘学科,它横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域,运用弱电(电子技术)控制强电(电力技术),是强电、弱电相结合的新学科领域。电力电子技术是目前最活跃、发展最快的一门学科,随着科学技术的发展,电力电子技术又与现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关,已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术科学。《电力电子技术》的课程改革,对培养学生综合应用所学知识能力、动手能力和创新能力,推动高职高专“工学结合” 教学模式改革,加快我院电气自动化专业课程体系建设有非常重要现实意义。
参考文献:
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电力电子技术课程一直是工科生在基础学科中一门非常重要的专业基础课,如何将这门难懂的基础课更好的讲授给每个学生,让他们能够明白和掌握知识点,是该任课老师需要注意和切实做好的,因为只有将电力电子技术这门课学好,才可以对以后的更深入的专业课有着良好的基石,本文将从电子技术这门课程的重难点入手,对于如何做到一体化教学提出一些见解,和如何提升学生自我学习能力等方面进行探讨,以达到提高电子技术课程的教学质量和教学效率。
【关键词】
电子技术;一体化教学;探索方法
作为一门工科学院必修的基础课程,电子技术在很多实际工作中都能够运用到,因此伴随着实际情况的发展电子技术这门课程也被列为重点课程进行学习。伴随着时代的发展不少的新型电力电子元件的单程和控制技术的不断涌现,也给电子技术的教学模式带来了非常大的挑战和难度。在不断的发展过程中,如何将电子技术课程囊括成一体化的教学,是现在主流的教学方向,一体化教学可以让学生掌握传统教学原理和当前发展的科技特点,是一种非常有效的教学模式,面对这样的教学模式,要从最根本的明确教学难重点,教学方法的改变和提升学生自我学习的意识下手,进行研究和探讨,结合当前教学中学生的实际情况,以求达到提升电子技术教学的质量。
1电子技术课程自身存在的重难点
在教学过程中我们可以明确看到,课程从绪论开始的有关于电子电力技术和电力学课程以及控制理论课程之间的相互联系,以及电子技术在国家的发展历史以及应用领域,还有未来的发展趋势。课程从一开始就让学生对电子技术课程有一个大概的认识和了解,以便从之后的章节中分部讨论电子技术中的重要内容。而概括性的描述电子电力技术教材中的主体内容,可以这样分部:第一部分是绪论,让学生大致了解电子技术的重要性;第二部分是电子电器元件和存在的共性问题讨论,第二部分的内容主要是需要学生能够掌握基本的电子电器元件的结构,工作原理和自身主要参数以及应用时需要注意的元件特性等,同时理解电子电器元件中存在的元件共性问题,包括如何驱动电子元件,如何保护电子元件和电子电器元件的使用注意特性;而第三部分则内容较多,也是学习中的一大重点,它主要包括了基本的电子电力的相关电路,包括交直流电路和整流逆流电路等,其中需要注意的是整流电路是电子电路学习的基础,要让学生充分理解并学会运用单相整流电路和三相电路之间的结构区别,使用特性和输入输出波形的区别,只有学生在了解和运用电路的基础上才可以让他们更深入的学习其他逆变电路和交变流电路之间的区别和相同点。而单单讲述电路和电器元件也不是现代化教育体系中的组成部分,面对电子技术这样的学科,需要将理论内容和实践内容相互结合,在上课的过程中还要注重实验和理论内容相互结合,从实验中得出正确的结论,从而更深入的学习电子技术的相关知识点。在教材中我们不难发现,课程的重点在于让学生能够清楚的了解到电子元件和不同电路下的电子元件存在的使用特性,参数认识和实验过程,这都是教学过程中需要注意的重难点,也是考试中必须考查的部分,如何将这些列举出来的重难点转化为学生能够接受和理解的教学方式,采用一体化深入教学,提高学生的自我学习意识和教学效率,需要老师们进行一定的探讨和总结。
2如何推动电子技术教学一体化模式
第一,通过改善教学模式让学生提高自主学习的兴趣。改革教学方式一直是教学中必不可少的一个部分,也是非常起效的一种方式,通过改善课堂教学方式,从而提高学生的学习兴趣,增强学生自主探索课程内容的能力和热情。电子技术本身就是一门包含了许多内容的混合课程,需要学生对物理知识中的电路有着清晰的了解和认识,而电路作为课程重点之一,老师在讲述重点的过程中不要单一的只说例题,而是要图形题目相互结合,最好通过相关的软件仿真,让电路的走势和波形图像清晰展示在学生面前,同时结合课本的文字知识点说明,互相结合让学生理解波形是如何产生的,从而增强他们的学习兴趣,达到教学目的。第二,讲述电路图最好让学生结合软件进行实际操作,加深印象。在讲述电子电路技术的过程中,如何实现单相电路整流和三相电路的波形展现一直是课程重难点,需要老师反复讲解才可以让学生认识清楚,但单一讲解可能学生也存在着机械记忆,因此在讲述过程中老师可以让学生结合仿真绘图软件进行同步操作,树形相互结合,根据原理和所给的数据进行图形模拟,最终通过仿真软件得出实际的波形图和电路图。通过这样的实际操作,让学生不再局限在课本例题的讲解中,而是可以自己动手实操,让他们感受到仿真软件的高性能的同时还让他们对于电路和波形之间的联系有了更加深刻的影响,也达到了老师教学的目的,实现了一体化教学区别于传统教学的优势,达到教学质量的提升。第三,引导学生清楚意识自我,懂得学习意义。有教育学者认为,学习者在认知过程需要具备一定的知识,才能够接受新的知识并与其相互联系。这就意味着,学生必须得清楚的意识到自我的水平,对自身的认知水平和知识库的积累程度的了解,从而知道自己的学习不足和缺陷,明白学习的最终意义,才能够对知识点拥有一定的认知需求。而很多的学生在自我意识上明显存在着不足和差异,有时候不能够清楚的认识到学习电子技术的意义何在,这时候就需要老师对其进行一定的引导和鼓励,让学生从中理解到学习电子技术的动机和意义,从而意识到电子技术的重要性和发展意义,让学生能够更深入的进行学习,达到提升自我和为以后的深造打下坚实的基础。第四,拥有正确的学习理念和方法。在关于电路的学习中,前文也提到由于电路类型多且复杂,对于学生的学习有着一定的难度,往往学生会将不同电路之间的提醒和分析方法搞混,进而导致成绩提升不上,课堂效率过低等结构。这时候就需要学生树立好正确的学习理念和方法,通过先将电路分析,利用化整为零的手段,将电路图中的输入输出信号进行替换,从而将个体转变为整体,然后进行相应的电路分析,达到解题效果。其次,在上课过程中,电子线路也是难倒学生的一大类型题,这类题目往往包含着交直流电路共存的局面,让学生无从下手进行解答,这时候要明确一点,面对这样的综合提醒,要将动静相互分开,交流电路通道是一个,直流电路通道是另外一部分,注意在不同的情况下电路中的元件情况存在怎样的区别,通过分析直流电路和交流电路的区别和联系,相互综合,从而进行解答。老师在上课的过程中要对直流电路和交流电路进行反复的总结和分析,进而让学生养成正确的学习观念和解题方式,自然的面对不同的题型,采用相对于的解答方法。第五,更多采用趣味的教学和实验,寓教于乐,让学生感受电子技术的魅力所在。毫无疑问,电子技术这门课程具有非常强的实践性,需要学生通过动手实验才能够充分验证结论的课程。这也意味着老师要在上课前就准备好更多的有趣的教学方式和内容,让学生提升对电子技术的学习兴趣,同时还能够培养他们的动手意识,通过自身的实际操作,加深对教师在上课过程中的理论理解,传统的教学过程过于枯燥复杂,通常都会让学生失去注意力和兴趣,从而导致成绩下降,采用一体化的有趣实用教学,会让学生提高自己的自信心,在成功操作得出相对于的结论后,相信学生都会因此感受到电子技术这门课程所带来的无穷魅力。
3总结
综合上述所说的内容我们可以明确的得出,电子技术这门课程是一门综合了多重学科的课程,不单单讲述一种内容,而是相互交叉讲述,让教学存在着很大的困难和挑战。而电子技术课程也是工科学子学习课程过程中一门非常基础而重要的课程,如何在相应的课时内讲完所有的内容,提升教学质量和教学效率,需要老师对其下一定的功夫,文章在之前讲述的一体化教学也是现阶段教学手段的热门之一,只有真正的研究和改革出合适教师在实际情况中遇到的问题,得出如何更好的一体化教学的方案,让学生增强学习兴趣,达到自我提升,是每一个教授电子技术课程的老师需要深刻意识的,只有真正的做好了这一步,才可以充分提升教学实质。
作者:李岩 单位:吉林工贸学校
参考文献
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关键词:电力电子技术;电路仿真;波形分析法
“电力电子技术”是电气工程及其自动化专业的一门专业基础课,是连接弱电和强电的纽带,且电力电子技术深入应用到国防军事、农业、商业、工业及交通各个领域。这门课程的特点是理论性、实践性、综合性、应用性较强。电力电子技术的研究对象就是各种电源,主要介绍典型电力电子器件的基本结构,工作原理,主要参数以及应用特性,重点研究各种电力电子电路,包括四种基本电力电子电路和组合电力电子电路的原理、特性、分析计算以及其应用,使学生掌握典型电力电子器件和典型电力电子电路的基本理论、基本计算方法,具有分析一般运行问题的能力,为学习后续课程奠定必要的理论基础。学生除了要具备扎实的高等数学、电路和模拟、数字电子技术知识,在学习的过程中,还要面对以下两个难点:复杂电力电子电路的波形分析(尤其是工程实际中应用较为广泛的阻感负载,如直流电机、交流电机等);电力电子电路功能的具体实现(工程实际中如何实现)。
PWM逆变电路是学生公认的“较难学”的内容之一。逆变电路是将直流电能转化为交流电能的电力电子电路,将PWM控制技术应用于逆变电路中可以有效地减小输出电能(电压或电流)的谐波,目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM控制技术。分析电路时,学生不仅要掌握逆变电路的工作过程,还要了解PWM控制技术的工作原理;而电力电子电路可以带不同负载(如电阻性,电感性和电容性或者混合负载),分析的思路和方法也有所区别。如阻感性负载(典型的如直流电机,交流电机等),其特点就是流过负载的电流滞后于负载两端的电压某一个角度(负载阻抗角),另外,一般在讲解电路时,只注重工作原理的分析,忽略了电路功能的实现。通过采用不同的教学方法如波形分析法、仿真分析法和试讲法等,解决上述难点,希抛砖引玉,达到解决本门课程或者类似课程中其他难点问题的目的。
一、波形分析法
单相电压型桥式PWM逆变电路如图1所示,信号波和载波经调制电路,采用双极性SPWM控制方式,输出4个触发脉冲信号。由4个IGBT管V1~V4构成H桥,反并联电力二极管VD1~VD4,负载为阻感性负载。
针对上述两个难点,首先采用波形分析法。波形分析法就是对照电路原理图,根据电路给定条件,绘制出电路中的参考点,特别是流过负载的电流和负载两端电压随时间变化的波形和规律的一种方法,波形分析法不仅可以分析电路的工作原理,还可进行定量计算。图2是双极性SPWM控制方式驱动信号生成电路,可让学生自己分析驱动信号的工作过程。通过这个电路,学生就可以了解双极性SPWM控制方式下,开关器件的脉冲信号是如何产生的。虽然这个电路比较简单,但实际触发电路就是按照这种思路设计的。
图3是在给出正弦波(调制波)和三角波(载波)后,通过SPWM控制负载侧的电压波形。讲解时,对照电路原理图、驱动信号生成电路,给定正弦波和三角波,按照时间节点,分析出输出电压波形。特别注意分析回路中电流的流通路径(由阻感负载的性质决定),比如说,给V1和V4施加触发信号,究竟是V1和V4导通,还是VD1和VD4导通?这两对开关器件能不能同时导通?导通后,加在负载上的电压是否有所不同?先让学生有感性认识。
可见,双极性SPWM控制方式时,三角波载波有正极性,有负极性,所得到的电压PWM波也是有正有负。
二、仿真分析法
图2毕竟只是一种简单的信号生成电路,工程实际中又是如何按照此种思路实现功能的呢?用波形分析法分析电路的工作原理后,可采用仿真分析法继续深入研究电路的工作过程。另外,电气工程专业的学生日后不管是走向相应的工作岗位,还是继续深造,都必须掌握一些应用软件。因此,在授课过程中,引入仿真分析法,从实用的角度考虑,用仿真软件将理论分析直观化,还可为学生日后逐步走向研究领域奠定扎实的基础,实现从理想电路到真实电路的顺利过渡,学生的学习能力从理论学习到仿真实践的顺利提升。
Simulink是美国MathWorks公司推出的Matlab软件包中最重要的功能模块之一,是交互式、模块化的建模和仿真的动态分析系统。在电力电子领域,通常利用专用模块集SimPowerSystems,该模块集包含电气网络中常见的元器件和设备,直观易用的图形方式对电气系统进行模型描述。模型可与其他Simulink模块相连接,包含电源、电流回路元器件、电力机械、电子元器件、控制和测量模块和三相网络元器件等6个子模块库,同标准的Simulink模块一起使用建立包含电气系统和控制回路的模型。用户可以修改系统的初始状态以便从任意的初始条件进行仿真,图形用户界面能够显示测量的电流值和电压值以及所有的状态变量(电感电流和电容电压)。
为此,建立单相电压型桥式PWM逆变电路的仿真模型,带阻感负载,如图4所示。仿真模型由直流电源,通用桥模块(选择桥臂数为2),双极性SPWM封装模块,负载,电压、电流测量模块和示波器6个部分组成。图5是双极性SPWM信号生成电路封装模块,模块由正弦函数、三角波函数、增益模块、常数模块、乘法模块和逻辑模块等6个部分组成,输出信号是给逆变电路中的4个开关管V1~V4所施加得触发脉冲。
电路参数如下:直流电压300V;负载电阻r=1Ω,负载电感L=2mH;m为调制深度,正弦波频率为50Hz,fc为载波频率。设置好各个模块的参数后,仿真结果分别如图6所示。
从图中可见,负载电流连续,输出电压是SPWM电压波,脉冲宽度符合正弦变化规律。m=0.5,fc=750Hz与m=1,fc=1500Hz相比,m=1时输出电压的中心部分明显变宽,而fc=1500Hz时输出交流电流的正弦度更好。若进一步提高载波频率,则输出电流会更加接近正弦波(讲到此处,可以让学生分析原因)。讲解时,不仅注重电路功能的实现,还要强调负载电流的变化规律和流通路径,深化在波形分析法中已有的感性认识。学生还可自己建模(如单极性SPWM控制)、仿真,观察电路更为详细的工作过程,进而对比两种控制方式的优劣,从而更加牢固掌握电路工作原理。通过波形分析法和仿真分析法,学生不仅可以了解电路的工作过程,而且可以更深刻的掌握电路的具体工程实现过程,可为以后从事类似设计和工作奠定扎实的理论基础。
三、试讲法
为了检验学生是否已经掌握了电路的工作过程,讲解完后,将学生分组,每组派出一个代表。试讲内容是双极性和单极性SPWM逆变电路工作过程,不仅将双极性SPWM逆变电路的工作过程进行分析,而且将自学的单极性SPWM逆变电路进行讲解。最后,通过学生自己组织的评审团打分,分出名次。试讲法不仅可以促使学生深入领会教学内容,考查学生对于知识的掌握程度,还可以培养其自学能力、口头表达能力和应变能力,促进学生综合素质的提高。
四、总结
综上所述,“电力电子技术”这门课有很多的难点,学生掌握起来比较困难,只要把握好课程的难点和教学关键,在课堂教学中采用适当的教学方法,如波形分析法、仿真分析法和试讲法等,并及时发现学生在学习中的问题,设法加以解决,实践证明会使广大学生取得较好的学习效果。
参考文献:
[1]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2008.
[2]刘桂英,粟时平.“电力电子技术”的Matlab/Simulink教学仿真实践[J].电气电子教学学报,2011,2(1):87-88.
1一体化教学课程内容的设计
1.1课程内容的设计理念
课程设计遵循“校企结合、岗位导向、专业标准、职业资格”四位一体的设计理念,以此确定本专业学生的核心职业能力。校企结合是高等职业技术教育的平台,在此平台上进行课程设计;岗位导向就是在深入企业广泛调研和认真分析的基础上,总结本专业毕业生的就业岗位,根据未来工作岗位上的知识、能力要求,选定本课程的教学内容;专业标准则是依据本专业人才培养方案的总体知识目标和能力结构要求,以及细化到本课程的知识、能力要求,选定课程内容;职业资格是依据中、高级维修电工职业技能鉴定的标准,选定本课程的教学内容。
1.2课程内容设计
通过走访本地区的相关企业,与行业企业专家、现场技术人员座谈,了解主要使用电力电子技术进行产品生产和设备维护等职业活动中的内容,序化所得资料,并分析总结出若干典型工作任务,形成工作任务汇总表,在此基础上,提炼出满足实际工作岗位的“知识、素质、能力”描述一览表,将实际的工作任务转化成学习任务,提炼出课程的学习情境。根据学习型工作任务,安排教学活动过程中“教、学、做”的具体内容,全部体现在课程标准当中。本课程以生产中常用的由电力电子器件所构成的电力变换电路和电力拖动系统为主线,设置学习项目,每个学习项目又分成多个子项,从由二极管构成的不可控整流电源电路入手,由浅入深,循序渐进。整个教学过程将基本知识点贯穿始终,采用项目教学法,真正以学生为主体,由学生自主查找资料,将分析问题解决问题及团队协作融入教学全过程。在完成任务的过程中,学会实做电路,分析电路,调试电路,测试电路、排除故障等维护、维修技术,而且能够进行一般的电路计算和器件选型,逐步提高方法能力和社会能力。
1.3课程内容设计的特点
本课程努力实现“教学内容———理论知识和实践技能一体、教学过程———教师传授和学生动手衔接、教学方法———任务驱动和行动导向结合”的设计思想,以培养学生组装、调试、检验、维护、维修电力电子电路的能力为宗旨,以学生在校或工作以后获得中、高级“维修电工”职业资格证为目标进行课程内容设计。以学生相应工作岗位职业能力、职业素养和创新意识为培养目标;立足于校内外实践教学环境;专、兼职教师共同教学,充分体现课程的职业性、实践性、开放性。课程所设置的教学任务,结合生产中的真实电路,将职业标准融入教学,同时注重将相关职业考核作为课程考核的一部分,便于学生进行中、高级维修电工考证,体现职业性。课程中每一个学习情境,都采用了“教、学、做”一体化的教学模式,围绕“岗位”、“任务”开展教学,充分体现职业教育的实践性。教学过程中,根据学习情境和学习内容的不同,分别在教、学、做一体化教室、校内模拟工厂、校外实习基地实施教学,而且所有校内场所向学生开放,可以充分锻炼学生的技能,充分体现教学场所的开放性。
2一体化教学模式的设计
以行动导向教学模式为指导思想进行教学设计,以学生为主体,充分体现学生在校的学习任务与今后工作任务的一致性,采用多种具有针对性的工学结合的模式进行教学设计,通过教学环境与实践场所一体化的情境教学,培养学生的实践能力和协作精神,提高学生知识的迁移拓展能力。遵循一个主体,两个岗位,三个场所,四个环节的“1234”行动导向模式进行教学设计:一个主体是以学生为主体进行教学设计。学生在学习过程中从初学者到有一定技能者,再到技能熟练应用者,技能逐步增强,教师的作用逐步减弱,突出学生的主体地位;两个岗位是指电气产品生产岗位和电气设备维护岗位。所有的教学内容、学生掌握的知识和技能都要满足岗位任务的要求;三个场所是指一体化教室、校内学习型工厂、校外实习基地。根据工作任务的不同,选择合适的教学场所;四个环节是指“教、学、做、考”四位一体的四个教学环节,“教”是教师的讲解、示范、引导;“学”是学生的理解、记忆、分析、推理;“做”是学生实做,获得技术能力,获得工程经验,获得方法能力;“考”是对学生知识、能力的测试,促进教与学的统一,保证教学的质量。
3教学方法的应用
《电力电子技术》是基于工作过程导向的课程,以技术应用能力培养为中心,以核心技术综合应用能力培养为重点,在“教、学、做”一体化教室、校内学习型工厂、校外实习基地实施行动导向教学。具体教学过程中灵活运用项目教学法,角色扮演教学法,案例分析教学法,引导文教学法,头脑风暴教学法等行动导向的教学方法。通过这些教学方法逐步培养学生的专业能力,提高学生的方法能力,完善学生的社会能力。在教学的全过程,教师发挥的作用从师傅到被咨询者再到管理者,学生从初学者逐步成长为有能力者。
1.项目教学法。项目教学法的实施分六个阶段,让学生完成收集信息、制定计划、决策、实施、检查、评价,是把整个教学过程分解成一个个具体的项目,设计成一个教学方案,在教师的引导下,对项目进行分解。分成小组的学生围绕各自的项目进行讨论,协作学习与实际操作训练,最后以共同完成项目的情况进行评价是否达到教学目的。
2.角色扮演教学法。角色扮演过程中,学生参与性强,在一个小组中,有决策者,有执行者,有检查评估者。当学生处于另一个角度的时候,对问题更容易理解和体会。角色扮演还可以增强学生学习的趣味性,同时增强了小组成员之间的沟通和合作,锻炼学生的方法能力和社会能力。
3.案例分析教学法。案例分析法是把实际应用中的问题作为案例,交给学生研究、分析,培养学生分析问题,解决问题的能力。案例教学法的实施过程是教师首先给出案例,学生进行分析提出方案,教师和学生共同分析学生的方案,最后引出最佳的方案。
4.引导文教学法。所谓引导文教学法,就是给学生提供一些文字材料,教学课件,动画演示,工业现场的视频材料,仪器设备的使用说明书,企业岗位管理制度、技能鉴定标准等,成为学生完成学习工作任务的引导材料,配合学生自主学习。在教学过程中教师要给出引导材料的位置,同时给出引导问题。
5.头脑风暴教学法。头脑风暴教学法是让参与者广开思路,集体讨论,相互启发,引发创造性思维的连锁反应,产生尽可能多的想法,使各种想法相互碰撞在学生的脑海中产生创造性思想风暴。
4实践教学改革
在实践教学方面,主要是增加了实践教学内容,通过对具体电路的测试或故障电路的维修,增加学生的感知和学生的工程经验,这就需要多动手培养学生的实践能力。往往因学生对实验仪器操作和电力电子器件功能不熟悉,造成元器件烧坏或仪器损坏,造成经济损失;或者因不具备让学生进行大量实验的外在条件等因素,无法正常开展实验,降低实验效率。所以,在电力电子实践教学改革中引入了Matlab仿真软件,学生可以在课外仿真实训时不受时间、空间和物质条件的限制,也避免了因学生误操作、对器件功能不熟悉等原因对仪器设备的损坏,在加强学生能力培养方面起到了积极的推动作用。下面以单相半波可控整流电路电阻性负载为例,如图1所示,电路由交流电源、晶闸管、负载以及触发电路组成,改变晶闸管的控制角可以调节输出直流电压和电流的大小。利用Matlab仿真软件建立仿真模型,如图2所示。然后,设置模型参数,脉冲发生器的参数:脉冲幅值为1V,周期为0.02s,脉宽占整个周期的10%,相位延迟1/600s(即);交流电源参数:电压为220V,频率为50Hz,初始相位为0°;负载参数:负载R=3Ω,L=0H,C=inf(即电阻性负载)。仿真波形结果如图3所示。可以看出,该仿真波形与理论分析波形、实验波形结果非常相符,学生也可在0°~180°之间任意改变a的值。
关键词:柔流输电系统;模块化;工程案例;仿真工具
作者简介:王华昕(1975-),男,浙江绍兴人,上海电力学院电力与自动化工程学院,讲师;张美霞(1979-),女,江苏无锡人,上海电力学院电力与自动化工程学院,讲师。(上海 200090)
基金项目:本文系2011年上海电力学院教学改革基金项目的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2012)04-0047-02
柔流输电系统是电力电子技术在电力系统应用的一个重要方面,它已经出现在电能的生产、传输和使用的各个领域。[1]许多高校已经把它列为高年级本科生的专业选修课程或者电气传动专业的必修课程。该课程融合了电力系统、电力电子技术和自动控制原理多门课的基础知识,而且要求学生具有一定的电力工程背景知识。处在专业课程体系末端的课程不单单是科学知识的灌输,而是要求学生具备科学探知能力,如文献查找和综合问题的分析能力。同时这门课程自身更新换代速度比较快,传统的教学内容和教学方法不能很好地使学生掌握此课程内容,因此“柔流输电系统”课程教学改革势在必行。多元化教改的含义是教学内容模块化和教学方法的多样化。教改目的在于提高学生专业认知水平,培养分析和解决问题能力。[2-3]依据笔者多年的教学及科研实践经验,结合该课程特点,做了教改探索。
一、存在的问题
上海电力学院于2002年开设了柔性输电课程,2010年前教学学时数为32学时,2010年培养方案修改后,该门课程为16学时。在“柔流输电系统”的多年专业教学当中,有如下教学问题。
1.教学内容过于深奥
该技术属于前沿科学技术,科学专著较多,教材较少;现有如清华大学和机械出版社的教材面对的对象是研究生,理论阐述翔实,但在短学时内要把如此丰富的教学内容灌输给本科生,教材难度、梯度太大,理论抽象,没有联系当前工程实际。教学内容上有与电力电子技术重复之处,未能与专业的核心课程很好地衔接。因此现有教材并不适合本科生。
2.教学方法未与时俱进
多媒体课件是专业课程最直接的教学手段,但该课程教学一直停留在板书阶段;教学内容关注于理论,对工程介绍太少;课程教学没有与科研相结合,学生仅停留在学分获取阶段,未吸收优秀本科生参与科研项目;没有课程设计环节,学生工程实际能力缺乏锻炼。
二、教改内容
1.教学内容模块化
针对教学中理论与实际相脱离的情况,将教学内容梳理为基本概念、基本理论和工程范例等模块,突出工程范例教学作用。教学内容模块化示意图如图1所示。随着柔性直流输电概念的提出,柔性输电领域从以前的交流扩展至直流。为了在内容上统一,笔者把该课程名称改为“柔性输电技术概述”。柔性输电技术包含柔流输电和直流输电。以讲柔流输电为主,柔性直流只介绍基本概念、原理和示范工程。考虑到教学内容的承接性,在电力电子学方面介绍电压型变量器、基本脉宽调制方法和大容量变流器的拓扑结构。模块4和5介绍串并联补偿技术,这是目前应用最广泛的柔流输电装置。模块4和5设计思路是基础理论加示范工程,分别介绍晶闸管和可关断器件两种类型的补偿器。这样学生能对比这些补偿器,从而加深对基本概念的理解。模块6是总结和提高,介绍先进的综合补偿技术,该技术能完成串并联补偿功能,设计思路依旧是基础理论加示范工程。
在模块1中为了让学生直观地明白柔流输电装置的基本原理,用图2来体现。以功角公式为例,串联补偿相当于改变线路电抗,并联补偿相当于提高末端电压。综合补偿技术能改变功角。这样学生能从电力系统角度来考虑柔性输电装置基本工作原理。
2.教学方法多样化
教学内容模块化设计完成后,教学方法的改进体现在教学课件和仿真工具上。教学课件充分体现现代化多媒体的优势,在课件设计上以教学模块为依据,将最新的科研和工程成果充实到教学内容中。笔者查阅了大量柔性输电领域的资料,抽取了代表性示范工程,从系统设计、装置基本参数、控制方法和试验结果等方面一一展现柔性输电工程领域的进展。学生可以从具体工程实例中明白理论到现实有巨大的鸿沟,同时工程需求又不断提出新的课题。
仿真工具PSCAD是研究柔性输电的很好的仿真手段。PSCAD有友好的用户界面,使得用户能更方便地使用EMTDC进行电力系统分析,而且软件可以作为实时数字仿真器的前置端,可模拟任意大小的交直流系统。[4]笔者介绍装置基本理论后,用PSCAD搭建装置模型,设计控制策略,直接观察装置仿真波形。以可控串联补偿器为例,阐述了串补的原理,指出串补有感性补偿和容性补偿,其调节依靠调整触发角,并给出了阻抗随着触发角变化曲线。而实际中触发角调节策略并不好调整。笔者设计了电流过零锁相方法,从而可以很方便观察容性补偿和感性补偿效果,如图3所示。串补所有电气量都可以展示给学生,随意调整触发角角度,可以观察各个电气量的变化。
通过项目训练提高学生实践能力。限于学时限制,无法开展实验教学。为此笔者开始了综合式项目训练。让学生组成小团队,从串联和并联补偿各选择一个小题目,一名学生负责系统设计,一名学生建立仿真模型,一名学生设计控制策略,提交一份设计报告。这样学生从被动学习到主动学习,不断发现问题,教学效果比直接讲授要有效得多。
三、结束语
本次教改撰写了柔性输电技术新教材,设计了教学内容模块,引进了仿真工具作为教学辅助手段,开展了工程案例教学。在16学时内,学生对“柔流输电系统”得到了充分的感性和理性认识。从教学效果反馈看,学生对教材满意程度高,知识点密度大,课程外需要掌握的工具和方法较多。该课程教学改革将在日后的教学实践中不断完善和总结,为专业教学体系改革积累经验。
参考文献:
[1]张文亮,汤广福,查鲲鹏,等.先进电力电子技术在智能电网中的应用[J].中国电机工程学报,2010,30(4):1-6.
[2]徐颖秦,邵华杰,王小龙.工厂供电课程多元化教学设计与实践[J].电力系统及其自动化学报,2010(12):157-160.
关键字:电力技术 调度运行 应用
中图分类号:F407.61文献标识码: A 文章编号:
1 引言
在经历高电压的大电网发展滞后阶段之后,我国的电力系统正向各个大区电网互联的方向发展,方便电力调度。随着电力体制改革发展的需要,电力系统将市场机制引入了其生产运行中,电力交易大量产生,这也就相应的要求调度运行不仅仅要满足自己区域的电网,还要在立足本网的基础上做到放眼看全国,做到交易与生产并重,经济与安全并举。然而,在电网快速发展的今天,电力调度系统越来越复杂,电网间的协调也越来越困难,传统的调度模式已经无法满足现状的需要,这就要求电力调度运行人员应更多更好地掌握现代电力技术,并将其广泛应用到调度运行中,支持、服务电网的调度运行工作。
2 电力技术及其应用
2.1 能量管理系统
(1)能量管理系统组成
能量管理系统系统,它是在WAMS的基础上建立的,WAMS的主要组成部分有中央处理机、动态测量系统、同步定时系统以及通信系统,它能够准确的测出同步定时的多种空间矢量族,例如各个母线的电压和发电机的内电势及其正序分量。所以,能量管理系统系统可以进行测出发电机的动态变化、估计动态状态以及其他的振荡现象。
(2)能量管理系统的作用
在全国电网快速发展、电网调度运行越来越复杂、各区电网协调越来越困难的背景下,在传统EMS系统的基础上建立更先进、更完善的能量管理系统系统,有利于提高电力交易的安全与稳定性,动态分析与控制系统中的负荷,解决电网调度运行遇到的一系列的问题,优化调度运行,促进电网的协调发展。
(3)能量管理系统的应用
能量管理系统系统的主要应用有三个方面。第一,运行分析全网范围,即估计全网范围的运行状态,从而使得全网范围的运行分析符合实际,具有一定的意义,也有利于更好地进行在线监控;第二,进行动态调度,即对系统内动态变化,负荷的连续进行分析与控制,弥补了传统系统只能分析控制某一时间断面的缺陷,使得动态调度得到优化;第三,预防与控制事故的连锁发展,统一调度与集中控制紧急情况,集中式对连锁性事故实行自动控制。
2.2 电力电子技术
作为电工技术中的一种新技术,电力电子技术是电力和电子两种技术的融合,它对国民经济的发展和输电系统有着十分重要的作用。就目前而言,电力电子技术在调度运行方面的应用主要有两方面:高压直流输电和柔流输电。
(1)高压直流输电
高压直流输电主要考虑了经济和技术,在进行远距离的输电时,采用高压直流输电会显得更加的经济,而且不会受到稳定性的限制,同时还可以改善两端系统甚至是整个系统的暂态稳定性和动态稳定性。高压直流输电对两端系统的交流要求不高,不要两端同步,这样就可以将两个或者多个不同步的甚至是不同频率的电网相连接。换流阀和换流技术是高压直流输电的核心设备与技术,其发展与应用前景很广阔。
(2)柔流输电
柔流输电主要是运用现代化的电力电子技术来柔性控制和优化协调控制交流输电系统,从而提高输电系统的传输能力和可控性。目前,交流输电控制器多达数十种,类型各种各样。根据控制器的安装位置可已将其分为发典型、供电型和输电型三类,这三种类型的控制器其具有相同的功能,都是通过对电力系统中的一个或者多个变量(例如阻抗、功率、电压、励磁电流、短路电流等)进行精确、快速、有效地控制,来实现交流输电和电网运行性能的增强。已经投入使用的柔流输电控制器主要有静止调相机、串联补偿器、静止无功补偿器等。
2.3 安全稳定控制技术
(1)安全稳定控制技术的种类
安全稳定控制技术有多种分类方式,根据应用电网划分可以分为电网解列、受端电网侧、送段电网侧三大类;根据稳定的类型可以分为频率稳定控制、暂态稳定控制、电压稳定控制、失步控制和设备过负荷控制五大类;根据应用的范围可以分为大区联网控制、区域电网控制和局部电网控制三大类。
(2)安全稳定控制技术的重要性
安全稳定的控制技术又叫做“特殊保护”或者“系统保护”,它是确保电力系统能够安全稳定运行的一个重要技术措施。如今,全国大电网已逐步形成,这也就相应要求各种安全稳定的控制技术在深度和广度上要有所突破和发展,并将其广泛应用于电力系统的调度运行中。
2.4 变电站自动化技术
自动化的操作与运行有利于生产率的提高和人体力劳动的解放。在电力系统的调度与运行中,变电站就实现了自动化。变电站的自动化技术其基础是计算机技术,同时还结合了通信技术,以实现信息与数据的共享。变电站全面采用自动化技术有利于故障保护、故障录波、电度采集、遥控的实现。目前,作为应用最广泛的变电站自动化技术,分布式的综合自动化系统是面向间隔,这与之前的面向功能的旧系统有所不同。这种综合自动化系统主要用于调度运行的安全控制,具体表现在以下几方面:
(1)操作同时可生存并保存数据
综合自动化系统可以VB为它的内核,以MSEXCEL作为界面,建立实时的数据库,这样就可以在操作的同时生成并保存数据。工作人员也可以通过自己的访问权限,利用已建立的数据库来实现操作票的条用功能,或者在已操作过的数据上进行修改或组合,生成其需要的操作票,最后有打印机打印出来。通过这样的过程,既可以避免因人为犯错而导致无法挽回的错误或破坏电力系统的调度运行,又可以自动写票,大大减轻了工作人员的工作负担,实现工作的自动化。
(2)可实现数据共享
综合自动化系统能够在开关设备的附近安装数据的采集器,这样就可以通过专门的通信网络把数据传送至工程师站点或者监控的上位机,于是就实现了变电站上层的数据共享,将数据的统计与查询简化了。
3 总结
随着国家电网的不断发展与联合,电力的调度系统也随之不断更新改进。为保证调度运行的顺利进行,应将现代电力技术广泛运用到调度运行中,并不断地对其进行改进。从事电力调度的工作人员应充分认识到电力技术的作用,加强对电力技术的学习,更好地为电力系统的调度运行服务,确保电力系统能够安全稳定的高效运行。
4参考文献
[1]方舒燕.电力电子技术及在电力系统中的应用现状及前景[J].高电压技术,2005年第5期