“双碳”背景下“电力电子技术”课程实验教学改革探讨

甘学涛 王雷 谭亲跃 刘泽 毛秀丽

摘要 要实现“双碳”国家战略目标，习近平总书记强调要构建以新能源发电为主体的新型电力系统，作为新能源发电的核心技术，电力电子技术课程教学也必将迎来新的变革。文章针对目前“电力电子技术”课程实验教学现状，提出了实验教学环节中的一些不足，从改进教学实验设备、实验教材及实验方法等方面对如何提高该课程实验教学质量做了初步分析与探索。

关键词“双碳”目标；电力电子技术；实验教学改革

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.11.029

2021年习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上，对碳达峰、碳中和做出重要部署，强调要构建以新能源为主体的新型电力系统，明确了“双碳”背景下我国能源电力转型发展的方向。在2022年中国共产党第二十次全国代表大会上，习近平总书记代表第十九届中央委员会向大会作报告，题目为《高举中国特色社会主义伟大旗帜，为全面建设社会主义现代化国家而团结奋斗》，习近平总书记在二十大报告中提出，“积极稳妥推进碳达峰碳中和，立足我国能源资源禀赋，有计划分步骤实施碳达峰行动，深入推进能源革命，加快规划建设新型能源体系，积极参与应对气候变化全球治理”。对电力行业而言，要实现国家“双碳”战略目标，就要大力发展光伏发电、风力发电等以新能源发电为主体的新型电力系统，作为新能源发电的核心技术，电力电子技术被广泛应用于光伏发电系统和风力发电系统，因此，在“双碳”背景下，电力电子技术的发展必将迎来新的机遇与挑战，高等学校也应该将“双碳”建设目标与课程实验教学改革有机结合，为“双碳”发展目标的早日实现提供人才储备与技术支撑。作为电气工程及其自动化专业的核心课程，“电力电子技术”实验教学也必将迎来新的变革。本文结合目前“电力电子技术”课程实验教学现状，对如何改进该课程的实验教学质量做了初步分析与探索。

1“电力电子技术”课程实验教学现状及存在的问题

目前“电力电子技术”课程的实验教学主要存在以下三个方面的问题：

第一，在实验设备上，该课程的实验教学大部分以传统电力电子技术教学实验平台为主，这些教学实验平台在操作的便利性、安全性等方面有着很多优势，学生在进行该课程的教学实验时，只需对照实验指导书上的电路图在实验平台上简单插线，就能完成基本的实验，这种实验方式简化了学生的实验步骤，使学生能很快完成相关实验并进行测试。但在“双碳”背景下，我们不仅需要学生熟悉基本实验项目的操作技巧，还需要加强学生在新能源发电方面的实验操作技能，但这些传统实验平台一般不具备也无法满足这些新能源发电项目的实验需求。

第二，在实验内容上，由于学时限制，目前电气工程及其自动化专业主要完成教材上的基本实验，如单相和三相整流电流、逆变电路、变频电路等，这些实验项目均以验证性实验为主，学生无须完成实际电路的构建与调试，这也大大弱化了学生的实际动手能力。实验教材也普遍是采用和实验平台配套的实验指导书，由于实验设备的使用年限问题，必然导致实验平台和教材在技术上无法引进最新的科学技术。但随着国家电网公司大力发展光伏发电和风力发电技术，以新能源为主体的新型电力系统正高速发展，而现代电力电子技术作为新能源发电的核心技术也得到了快速发展，各种新的电力电子技术、电力电子设备不断涌现，而目前的实验内容与日新月异的新技术无法匹配。

第三，在实验方法上，教师在课程实验中往往只能关注本门课程的基本实验，采取老师指导、学生照着做的模式，这种实验方式大大弱化了学生的实际动手能力，学生在做完这些实验后普遍感觉收获不大，对电力电子技术基本的电路、元器件、操作等都不甚了解，学生毕业后无法直接投入电力电子技术的实际建设中。同时，由于学生对课堂理论知识的掌握程度参差不齐，造成部分学生对实验过程中出现的各种现象难以很好地掌握与理解，也就无法进行技术创新，使得实验效果与“双碳”背景下国家培养创新型人才的目标存在不小差距。

为了实现“双碳”背景下国家大力发展创新型人才的需求，我们必须现有实验教学环节的不足，将“双碳”理念融入“电力电子技术”课程实验教学中，探索符合“双碳”要求的实验教学方法，切实提高学生的实际运用能力和创新能力。

2“电力电子和技术”课程实验教学改革措施探讨

针对目前“电力电子和技术”实验教学的现状和不足，本文认为应该采取如下几点措施，切实提高该课程的实验教学质量，促进学生实践能力的提高。

2.1将“双碳”建设理念融入课程实验教学中，更新现有实验仪器设备

在党中央、国务院关于碳达峰碳中和的重大战略部署中，明确提出“全面推进风电、太阳能发电大规模开发和高质量发展，加快建设风电和光伏发电基地”“到2030年，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上。”“双碳”目标为我国未来新能源的发展指明了方向，教育部制定的《高等学校碳中和科技創新行动计划》也明确提出“加快构建高校碳中和科技创新体系和人才培养体系”。作为太阳能和风力发电系统的核心技术，电力电子技术面临着前所未有的机遇，因此，高校应该把握时机，积极将“双碳”建设理念融入课程实验教学中，在原教学平台的基础上，大力引进更新各种电力电子技术最新的实验设备，积极购置太阳能和风力发电系统实验平台，开发新型太阳能、风能等零碳排放电力发电技术以及储能技术，加强高比例可再生能源并网、特高压输电、新型直流配电、分布式能源等先进能源互联网技术研究。探索开发各种创新型实验设备，积极建立高校碳中和科技创新体系和人才培养体系，为国家实现“双碳”目标提供科技支撑和培养后备人才。

2.2以“双碳”目标为指导，引进最新的电力电子技术，完善实验教材建设

一本好的教材是提高教学质量的关键，对实验教学也是如此。目前在电力电子技术的实验教学中，普遍采用和实验平台配套的教材，这些教材主要是针对该实验平台编写的，多为该课程中一些普通性、验证性的实验，而且学校经费条件有限，实验教学平台往往要使用很长的时间，这导致了实验平台及其实验教材的落伍，在技术上无法引进最新的科学技术，学生在实验过程中也就无法接触最先进的技术。因此，高校应该在改善实验设备的同时，以“双碳”目标为指导，积极探索最新的电力电子技术，在实验教材中增加有关太阳能、风能、生物质能、核能、潮汐能等发电技术知识，积极引进并及时更新先进的电力电子技术，让学生能接触这些新技术，紧跟时代潮流，为将来的工作打下坚实的基础。

2.3“双碳”背景下，积极探索以培养创新型人才为目标，完善实验教学方法与手段

目前在电力电子技术课程实验过程中，为了学生的安全，普遍采取老师指导、学生照着做的模式，当电路出现问题时，学生更多的是去请教老师，而不是自己动手去解决问题时，这种实验方式无助于学生实践能力的提高。笔者认为应该引导学生自己思考，独立完成电路实验，敢于尝试，在电路出现问题时，老师不要急着去帮学生，而让学生自己去解决。在“双碳”背景下，以培养创新型人才为目标，鼓励学生在完成基本实验后，积极尝试工程型、创新型实验，比如让学生独立制作开发新型风力或太阳能发电系统，促进学生将所学的整流、逆变、控制等知识点結合起来，让学生仿佛置身于实际风力或太阳能发电系统中，在实验过程中不断反思、不断尝试、不断改进，提高学生的兴趣，培养学生的实际动手能力和创新思维能力。

2.4以“双碳”行动方案为指引，积极带领学生走进现代新能源企业

对于创新型人才的培养，我们不能局限于学校的实验室。作为实验教学的一个重要补充，我们应该以碳达峰、碳中和行动方案为指引，积极主动联系现代新能源企业，让学生走进现代新能源企业，让学生进入太阳能和风力发电站，亲身体会新能源发电技术，了解电力电子技术在新能源发电中的重要作用，让学生亲身去体验新能源发电的生产过程，了解现代电力电子技术的发展趋势和其对电力系统的巨大贡献，在实际生活中去学习、体会，使学生切实感受到电力电子技术在新型电力系统中的核心作用，加强其学习的兴趣和紧迫感。

2.5加强和其他课程的实验联系，形成有效的知识体系

电气工程及其自动化专业是一门系统的学科，各门课程之间都有着很强的联系，在实验教学环节中，不应过多强调单门课程的实验，而应加强和其他相关课程的实验交叉、互动，如在电力电子技术的变频实验中，可以和电机学、控制理论等课程实验联系起来；同时在其他课程实验教学中也可融入电力电子技术的知识，将相关课程融会贯通，形成一个有效的知识体系，这对于学生掌握整个学科有着重要的意义，也必将提高电力电子技术课程实验教学的质量。

3结语

构建以新能源为主体的新型电力系统，是以习近平同志为核心的党中央着眼加强生态文明建设、保障国家能源安全、实现可持续发展做出的一项重大部署，对我国能源电力转型发展具有重要的指导意义。要实现“双碳”目标，大力发展风能、太阳能等新能源是关键，电力电子技术在新能源电力系统中得到了更加广泛的应用，对构建以新能源为主体的新型电力系统有着十分关键的作用，作为电气工程及其自动化专业的本科生，将会更多地参与新型电力系统现代化的建设中，高校也应该积极对标“双碳”目标，积极引进各种新型太阳能和风力发电系统实验平台，探索开发各种创新型实验设备，积极建立高校碳中和科技创新体系和人才培养体系，为国家实现“双碳”目标和中国式现代化培养高层次创新型人才。

基金项目：陕西省本科和高等继续教育教学改革研究项目“‘双碳背景下电气工程及其自动化专业实践教学模式创新与平台创建”（21BY019）；西北农林科技大学教改项目“‘双碳背景下电气工程及其自动化专业实践教学模式创新与平台创建”（JY2102007）；西北农林科技大学教改项目“《机器学习》课程“教学+科创+竞赛”协同体系建设研究”（JY2103098）。

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