“电力电子在电力系统中的应用”研究生课程教改与实践

王华昕?李东东

摘要：研究生课程建设不同于本科生课程建设，需要突出应用特色和使用新型教学方法。对“电力电子技术在电力系统中的应用”课程的教学内容进行了梳理，构建了知识模块。知识模块重点强调以应用为特色，抓住实际工程应用为主的案例，配以基础知识模块。在教学方法上采用团队研究型教学模式，精心组织案例教学，指导学生从系统到装置设计去整体理解装置基本原理。教学实践效果表明，课程组织内容合理，学生研究能力有所提高。

关键词：电力电子应用；知识模块；团队教学

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）11-0075-02

电力电子技术在电力系统中的应用有较长的历史。早期的直流输电采用大功率晶闸管阀作为换流阀，现在轻型直流则采用IGBT器件。自20世纪80年代，柔性交流输电（FACTS）的概念被提出来后，电力电子技术深入到电力系统的发、输、配各环节中，成为新型学科领域。[1，2]学科方向涉及电力电子、控制理论、电力系统分析、高电压等多门学科领域，具有较强的综合性。

为适应新技术的发展，国内高校大部分电气工程专业都开设了该课程。但该课程内容的高深让学生和教师都感到困惑。笔者曾讨论过本科生课程建设内容，提出了合理的教学改革方案，[3]但研究生课程建设不同于本科生课程建设，研究生课程体系强调提高应用特色和构建实践创新教育模式。笔者结合自身的教学实践，做了有益探索。

一、国内高校课程建设现状

对国内高校该课程开设现状进行了调研，见表1。

该课程作为电力系统自动化或者电力电子及其传动专业的专业选修课程。学分是2学分的高校为75%，学分是1学分的高校为25%。课程名称不统一，有“复杂电力电子系统”、“柔性输电技术”等。授课教师的专业背景：电力系统专业背景的教师占90%，电力电子技术专业背景的教师占10%。国内设置有传统的电气工程专业的重点大学均开设了此课程，一般电力院校也开设了此课程。课程考核方式中，笔试占80%，作业占20%。教材包括：清华大学出版社出版的《柔性交流輸电原理与应用》；机械工业出版社出版的《柔性交流输电系统》和《电力电子技术在电力系统中的应用》；中国水利水电出版社出版的《柔性输电技术概论》。重点院校在专业选修课的师资上均配备了从事该方向的教授级研究人员，一般电力院校则是从事该方向的副教授以上研究人员。选修该课程的研究生依据导师的研究方向而选修，一般在该方向实力较强的高校的课题组的研究生选修较多。通过调研发现，主要有以下几个问题：

1.知识点较多且杂乱

电力电子技术在电力系统的输、发、配电各个环节都有应用，课程内容丰富，知识面广。但教师只是在某个问题上有所专研，不可能面面俱到。如：懂电力系统的教师却不懂装置；懂装置的教师却不懂电力系统。

2.研究生层次不一

研究生依据选修方向而选课。电力电子传动专业的学生不懂电力系统；电力系统专业学生不懂电力电子技术。讲授某方面知识点过深时，部分学生就会跟不上教师进度。

3.书本跟不上技术的发展

电力电子技术极大地推进了生产力，新型技术在电力系统中的应用非常迅速。如柔性直流输电技术在中国从35kV的示范工程发展到300kV的示范工程，传统的直流输电面临着被柔性直流取代的局面。但现有教材对于柔性直流的介绍却很少。

二、上海电力学院课程建设现状

上海电力学院于2005年开设了本科课程，本科课程名称为“柔性输电技术”，在2009年开设了研究生课程，研究生课程名称为“电力电子技术在电力系统中的应用”。本科生课程的学分为1分，研究生课程的学分为2分。研究生授课教师均为副教授以上研究人员，在该方向上都有过研究经历。现主讲教师为2名，一位为电力系统背景，一位为电力电子技术背景。考核方式为大作业形式，教材采用上海电力学院教师编写的《柔性输电技术概论》。在“电力电子技术在电力系统中的应用”课程的多年专业教学中，存在如下几个教学问题：

1.教学内容过于深奥

该技术处于学科前沿领域，科学专著较多，但教材较少，可选择的教材《柔性输电技术概论》偏重于柔性交流输电，《电力电子技术在电力系统中应用》偏重于电力电子。教学内容方面有与电力电子技术重复之处，未能与专业核心课程很好的衔接。

2.教学方法未与时俱进

研究生专业教学与本科教学有极大的不同，理论的深度和广度都超于本科教学。面向本科的教学方法不适应研究生教学。研究生教育要培养创新人才，教师要引导学生去发现问题、解决问题。

三、教学内容构建

针对知识点内容分散和衔接度不够紧密等问题，笔者对教学知识点进行梳理，如表2所示。知识内容体系构建为五大模块：学科综述、基础理论、发、输、配应用。对知识模块中的教学内容和知识点做了设计。对电力电子装置的应用有所选取，抓住实际工程中主要应用的类型。在教学内容组织上，教学重点放在发、输、配的应用上，尤其是输电网的应用。发电应用主要讲述风力发电机组的控制；输电网应用主要介绍串补、并补装置和柔性直流输电；配电网应用主要介绍有源滤波器装置。基础知识模块的内容设计是为了应用做准备，该模块介绍了电力电子装置接入电力系统的建模方法和大功率变量器拓扑结构的基础知识。这些属于电力电子装置的共性知识。这种教学内容的安排可以承接电力电子和电力系统基础知识，又能强调本门课程的特色。

四、团队研讨型学习方式

传统教学方法以灌输为主，选修课的教学方法采用传统教学方法，教学效果不好。文献[4]介绍了团队教学方法在控制理论课程中的应用。“电力电子技术在电力系统中的应用”课程也引入了团队教学方式。团队教学牵涉两个方面：教师要设计好研究内容，学生要分工明确。团队教学组织见表3。在研究内容上以应用为主进行划分，按照发输配环节，给学生若干个任务。如可控串补装置在电力系统应用中可以组建一个3人的团队：1人研究可控串补提高系统输送能力，侧重于电力系统；1人研究可控串补的控制算法；1人研究可控串补的装置设计。可控串补的理论从机电暂态到电磁暂态各个层面均有，学生任务各有侧重。在考核环节，学生的成绩由团队学习质量和论文质量两部分综合评分。团队学习质量和论文质量各占50%。

五、教学反馈

学期结束后了解到，教学效果较好。学生团队90%完成任务，10%的学生团队接近完成任务。各专业的学生都能较好地分工融入团队，对装置的原理能深入理解。通过仿真计算环节，学生们普遍提高了研究能力和创新能力。通过对知识点的梳理，教师对本课程知识点的理解更加全面，学科知识融合度也大幅提高。但由于团队教学课堂上不能花费大量时间指导学生，加上团队课外交流不够，也影响了团队教学组织质量。对于存在的问题，将在以后的教学中采用流程优化、加强监督等措施加以改进。

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]王仲鸿，沈裴，吴铁铮.FACTS技术研究现状及其在中国的应用与发展[J].电力系统自动化，2000，24（23）：1-5.

[3]王华昕，张美霞.“柔性交流输电系统”多元化课程教学设计与实践[J].中国电力教育，2012，（4）：47-48.

[4]刘廷章，郑祺.专业学位研究生课程教学的团队探究方法研究[J].学位与研究生教育，2011，（1）：48-52.

（责任编辑：孙晴）