新能源科学与工程专业强电类课程体系构建及其实现①

柴济民，陈磊，赵宇，熊超，袁洪春

[摘 要] 新能源科学与工程专业作为新型的交叉学科类专业，与电气自动化类专业存在一定的强电类课程交叉，分析构建了基于新能源专业的强电类的课程体系并从课时安排、教学内容和实践环节等方面进行了实现。

[关 键 词] 新能源科学与工程；强电类；课程体系

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2017）31-0070-02

在当前可持续能源大量应用的形势下，能源工业对复合型人才的需求越来越大，教育部发布的《普通高等学校本科专业目录（2012年）》表明，新能源科学与工程专业是能源动力类下的特设专业。新能源涉及光伏、风电、光热、生物质能和地热能等，目前高校的专业设置以光伏和风力发电为主。

从新能源发电的整个环节看，无论哪种能源形式从发电环节看可以分为前端的能源汇集和后端的发电电气系统两个部分。而后端发电系统及其与电网交互部分则涉及相关的电气类尤其是强电类专业课程。

常州工学院新能源科学与工程专业建立于2012年，在地方应用性工科的学科平台上建立与新能源后端系统相关的专业课程体系结构，在教学内容、教学方法上进行了积极的实践，建立了适用于新能源科学与工程的有效强电类专业课程体系结构。

一、课程体系结构分析

（一）课程体系结构导向

专业课程体系结构的设置必定以行业技术本身作为导向。从发电系统的结构看，前端系统涉及材料科学、工程热力学、光电子学、光伏器件设计、空气动力学等能源产生基本环节的相关课程。

目前，新能源发电系统后端涉及变流及其控制技术、与电网的交互技术、能源系统的控制和管理技术等几个方面。相关电气类课程包括电力电子技术、新能源发电技术、供电技术、储能技术、微电网技术、能源系统管理和优化等。

同时在变流技术本身的控制方式还是电力系统的控制中，相关软硬件设计知识必不可少，因此在强电类课程之外配置相关电子设计类课程，可以有效补充学生的知识结构。

（二）课程体系结构构成

新能源科学与工程专业课程体系由基础类课程、专业基础类课程和专业课程组成，如图1所示。

其中基础课包括高等数学、大学物理、计算机编程等工科通识类课程。专业基础类课程包括电工原理、电子技术、电力电子技术、材料科学基础、传热学、工程热力学、光电子技术、空气动力学等课程。

从图1中看到，专业课课程分为前端材料器件类课程和后端系统强电类专业课程，并辅以一定弱电类课程。

强电类专业课程的体系如图2所示，其中风力发电技术、光伏发电技术和光热技术应用为核心课程。同时这三门专业核心课程均基于电工电子和电力电子技术等专业基础课程，并辅以单片机技术作为补充。

在三门核心课程基础上，从发电系统与电力系统的交互知识角度出发，强电类课程开设了供配电技术、微电网技术、分布式能源系统与优化作为有效的选修课程，并辅以电气控制技术等控制类课程作为补充。

这种以专业基础课为基础，在前端材料器件课程基础上辅以弱电控制类课程和电力系统类课程的强电类课程体系，旨在提高新能源科学与工程专业学生掌握相应电力系统及其自动化方面的相关理论知识和工程能力，为从事相关工程工作打下坚实基础。

二、课程体系的实施

从目前我国的一级学科分类来说，新能源科学与工程强电类体系的课程与电气工程专业和自动化专业部分课程相同，但从专业人才培养的角度和总的课程学时等角度出发，本课程体系的实现在教学课时安排、教学内容侧重点以及相关实验实践环节都与其他专业有所区别。

（一）课程教学课时安排

电工原理、电子技术和电力电子技术均为电气自动化类专业的核心专业基础课程，一般来说，用较多的学时来实现教学，其中电子技术分为数字电子技术和模拟电子技术，这两门课程需要较长学时来实现。新能源科学与工程专业鉴于专业内容方面和专业总学时考虑，一般不會涉及较大规模的电网络分析和非常复杂的电子技术应用，因此，电工原理和电子技术这两大类课程均安排为中等学时的课程。

电力电子技术作为专门针对变流技术的最重要的基本课程，在新能源发电系统中具有非常重要的地位，后续核心专业课程涉及很多相关的变流电路及其控制技术，因此电力电子技术在课程体系中安排为较长课时的必修课程，并专门安排课程设计环节，为后续专业课打下基础。

图2中的强电类专业选修课程中供配电技术涉及目前相关发电系统和变电系统的电气方面的设计，因此安排为中等学时的选修课。微电网技术、分布式能源系统与优化等课程则设为短学时选修课程，让学生了解相关电力系统自动化基本工程背景知识。

针对辅助性的弱电类课程，鉴于微机测控技术在目前工业领域的普遍应用，将单片机技术安排为长学时必修课程并安排相应课程设计，旨在让学生熟练掌握相关芯片设计和编程，为后续实践和发电系统设计打好基础。电气控制与PLC则安排为短学时选修课程，让学生掌握电器控制的基本方法。

（二）教学内容的特殊安排

基于新能源科学与工程专业的培养目标和相关课程的前后衔接。在强电类课程安排中作如下调整；

1.电力电子技术课程中加大全控型器件的PWM整流和逆变技术的内容教学。在目前通用的电气工程专业电力电子课程安排和相关教材中，普遍侧重于基于半控器件的整流电路分析，而在后续的风力发电和光伏发电课程学习中，基于全控器件的整流逆变电路十分重要，因此课程体系在电力电子技术课程中加强该部分内容并在课程设计中专门安排。

2.核心专业课程注意与前端专业课程的内容衔接。风力发电技术和光伏发电技术相应的前端部分在前端课程中着重讲解，在本课程体系中着重讲授后端系统组成和分析设计方法，避免前后课程内容的重叠。

3.供配电技术课程注意结合光伏电站设计和风力场设计。目前的供配电设计课程一般均基于工厂变电站设计或者区域变电站设计，极少有设计课程专门针对新能源发电场设计。因此，本课程体系中供配电技术课程在通用的供电系统分析计算方法上引入光伏电站和风电场的设计，引入相关设计实例，提高学生对新能源并网型电站的设计和分析运行能力。

4.微电网和分布式能源优化等课程优化内容结构。新能源科学与工程专业学生并不要求掌握很深的电力系统分析运行和控制原理知识，因此本课程体系与电网交互类的选修课程在教学内容上侧重于基本概念、基本设备和控制技术的介绍，避免引入较为复杂的电力系统分析和控制技术的原理性分析。

（三）实践环节的安排

鉴于新能源专业为具有较强应用性的工科类专业，本课程体系在电力电子技术、单片机技术和三门核心专业课程中均引入了课程设计。其中电力电子技术课程设计要求学生通过设计环节掌握整流逆变的原理，单片机技术要求学生掌握相应的硬件设计和电路板设计能力。

三门核心专业课程的课程设计要求学生动手组建相应的小型发电系统实物或者基于相关分析软件的发电系统及其控制模块。

在相应课程基础上安排了新能源技术与开发和光伏技术综合实训等综合性实践环节，要求学生通过前述课程学习和设计环节动手进行系统性的发电系统设计和实训。

三、总结

本课程体系基于新能源科学与工程的培养目标，对相关交叉学科的强电类专业基础课程和专业课程在课时安排和教学内容等方面进行了优化，并积极辅助以弱电控制类课程和实践环节。通过在常州工学院近三届新能源科学与工程专业积极的应用，取得了较好的教学效果，实现了专业培养目的。

参考文献：

[1]饶政华，廖胜明.新能源科学与工程专业体系研究[J].中国大学教学，2015（3）：44-46.

[2]郭瑞，关新.新能源科学与工程专业人才培养再探讨[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2014，10（2）：105-108.

[3]马海啸.“新能源发电技术”课程建设与教学改革[J].中国电力教育，2011（27）.