高职院校“电力电子技术”课程教学思考

摘"要：“电力电子技术”是高职院校电气自动化技术专业基础课程，主要讲述电能的转换与控制，课程内容比较抽象，高职专业学生基础较为薄弱，学习兴趣不足。新能源发电在我国的电力构成中具有越来越重要的地位，每年的装机规模不断增加，本文以新能源发电的具体应用为研究对象，将电能转换与控制的相关知识（包括电力电子器件、整流环节、逆变环节等）与新能源发电结合起来。同时，为避免课堂知识传授滞后于实践应用的特点，本文将知识讲解与风力发电的技术发展趋势结合起来，不仅提升了课堂效果，增强了我们科技进步带来的民族自豪感，而且开阔了同学们的视野，增加了学生职业规划意识。

关键词：“电力电子技术”课程；风力发电；技术发展趋势；教学设计

按照《高等职业学校电气自动化技术专业教学标准》要求，高职院校电气自动化技术专业学生掌握必需的电工、电子技术、电机电器等专业基础理论和知识，因此，“电力电子技术”课程属于专业基础课程。“电力电子技术”主要研究由电力电子器件所构成的各种电路和变流装置，以完成对电能的转换与控制，横跨“电力”“电子”和“控制”三个领域，是弱电对强电实现控制的纽带。电力电子设备已广泛应用于工业、交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统以及日常生活的各个方面，是一门与实践生活联系较为紧密的课程。

1"“电力电子技术”课程特点与要求

“电力电子技术”课程注重从实际生活电器出发，注重理论联系实际，在具体教学中，理论知识学习、MATLAB仿真、工程设计与应用案例等教学环节彼此衔接、逐步递进，使学生不仅能够熟练掌握专业基础知识，还能应用所学知识解决实际工程问题。对高职院校的学生来说，就业领域一般局限于产品装配、生产和服务环节，对“电力电子技术”的基础知识掌握就显得尤为重要。近年来，随着新型电力电子器件的应用及高性能的电力电子器件不断涌现，人工智能技术与电力电子技术不断融合，使电力电子装置开始向高性能和智能化方向发展，这也是教学中需要特别关注的一点。

2"“电力电子技术”课程教育现状

“电力电子技术”课程的教学目标是使学生熟悉电力电子技术器件的基本知识、理论，掌握转换电路的结构和工作原理，掌握电力电子变流电路的数学分析方法及器件选型问题，具备将电力电子技术应用于工程技术领域的初步能力或能够在工程实践中更进一步地提出优化改进措施。本课程的特点是理论和工程实际紧密结合，但学生基本没有工程应用的场景概念，解决工程问题能力较弱。同时，本课程与“电路”“模拟电子技术”“控制理论”等课程关联较强，且课程中电路变换种类多、波形分析多，学生理解起来较为困难。学生课前不预习、课后不复习，课堂上不积极参与教师的课堂教学活动，导致学生对课堂失去了兴趣。

3"电力电子技术在风力发电中的应用场景

根据行业报告，截止到2024年6月底，全国风电累计并网容量达到4.67亿kW。风力发电已成为国家电力的重要组成部分，是新能源电力系统发展最快的领域之一。风力发电机在内部组成上大量使用了电力电子器件，同时也是高职院校学生的就业方向之一。电力电子装置在风力发电中的应用场景包括如下几个方面。

3.1"控制柜内配电用开关电源

风力发电系统中经常会遇到电能转换的情况，比如常用传感器通常会使用24V"DC供电，这就需要实现230V"AC24V"DC的电能转换。开关电源通常是采用电力电子中的功率半导体器件（如IGBT等）作为开关元件，通过周期性控制其通断，进而控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关电源的工作原理概括地说是将交流电先整流成直流电，然后将直流逆变成交流电，最后整流输出成所需要的可以调节的直流电，这些都涉及最基本的交流—直流、直流—交流电能转换。

3.2"发电环节电能转换变流器

风力发电机变流器的工作原理基于电力电子技术，其核心部件为绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。风力发电机产生的电能是交流电，其频率和电压都不稳定，不符合并网要求，无法直接输送到电网中。因此，风力发电机需要整流环节将其转换为直流电，再通过逆变环节将其转换为符合电网要求的、稳定的交流电，才能输送到电网中，这就是风电变流器的主要工作原理。

风电变流器的主要工作流程如下：首先，风力发电机产生的交流电经过整流环节将其转换为直流电。其次，直流电经过滤波电容器进行滤波，去除掉直流电中的脉动成分，使其变得更加稳定。最后，直流电经过逆变环节，通过PWM（脉宽控制）技术将其转换为稳定的交流电，并将其输送到电网中。

3.3"变桨电能转换驱动器

变桨驱动器的功能是通过驱动叶片齿轮改变风轮叶片的角度来调整叶片的迎风面积，从而改变叶片吸收风能的大小。风力发电机变桨控制系统可以实现对不同工况下（比如阵风等）对桨叶进行精确控制，以实现正常叶片调整动作。风机需要停机时，驱动叶片收桨实现风机安全停机，变桨控制系统的核心部件是变桨驱动器，变桨系统通过变桨驱动器驱动叶片电机实现对桨叶位置和速度的控制，变桨驱动器的作用是通过电能变换实现对变桨电机速度的控制。

3.4"其他电力电子部件

风力发电机系统中还用到一些其他的电力电子器件，实现对电能、功率、温度等监测和控制的PLC等，使风力发电机得到更加稳定的运行。

4"风力发电机及电力电子技术的发展趋势

4.1"风力发电机的发展趋势

风力发电机组是风电系统的核心组件。随着技术的进步，机组的尺寸和容量不断增大，提高单机容量和发电效率，其关键核心技术如表1所示。

4.2"电力电子技术的发展趋势

电力电子技术发展趋势呈现集成化、智能化、通用化、信息化。

（1）电力电子技术集成化：有利于减小产品体积和重量，提高产品的功率密度和性能，满足人们方便、快捷、便于携带的需求；

（2）电力电子技术智能化：提高产品的自动调节能力，提高效率和功率以及调速范围和性能等方面，减少人力物力，提升产品服务质量；

（3）电力电子技术通用化：电力电子技术的广泛应用，提升技术的应用范围，降低生产制造成本；

（4）电力电子技术信息化：现代化信息技术逐渐运用到电力电子技术中，使得技术不但是能量的转换和传送装置，同时具备信息传送和交换功能。

5"教学改革与教学设计

根据所选教材，将教材中的“电力电子技术”课程内容进行重新梳理，以新能源发电行业（风力发电等）为工程实际应用案例讲授学科知识，同时结合实际生活中的典型案例（如变频空调的原理、调速电梯的原理等）开展教学，使学生明白电力电子就在身边。同时，为深入贯彻落实教育部颁布的《高等学校课程思政建设指导纲要》精神，贯彻落实关于“大思政课”的重要指示批示，充分挖掘和梳理“电力电子技术”课程的思政元素，确立思政培养目标，将课程思政贯穿于教育教学全过程，构建具有逻辑性、体系化的专业课程的思想政治教育教学目标。结合以上思路，重构后的课程设计如表2所示。

6"教学评价

高职学生的课程考核主要目的是考核学生对相关知识的掌握能力、个人学习态度以及对岗位技能掌握情况。

平时过程性考核成绩由教师评定，包括平时学习态度是否端正，是否迟到早退，是否服从教师安排，是否具有分析问题、解决问题的能力，是否有团队协作意识，参与讨论的态度和积极性是否良好，是否具有正确的人生观、价值观等，平时过程性考核比重占30%。

最终课程重点考核的是学生对相关知识点的掌握程度，采用闭卷考核方式，最终课程考核成绩比重占70%。

结语

“电力电子技术”作为电气自动化技术专业的基础课程具有重要意义，通过将课堂教学和风电等新能源的实际应用相结合，为避免学生所学知识与社会实际应用脱节，本文充分结合风力发电的历史发展趋势进行讲解，激发了同学们的学习兴趣，有利于课堂效率的提升。同时，也对学生的职业选择提供了参考，丰富了学生的职业规划方向。

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作者简介：王剑利（1984—"），男，汉族，山东菏泽人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：风力发电机控制系统设计。