论文部分内容阅读
摘要：在对“新能源与分布式发电技术”课程建设与实践中，精选了教学内容，在选择教学内容时注重知识面宽度与深度的结合，注重理论部分和实践部分的结合，探索灵活多样的教学方法与手段，并对考核方式等方面进行了改革和实践，激发了学生的学习热情，取得了较好的教学效果。
关键词：新能源；分布式发电；课程建设；教学实践
作者简介：熊远生（1979-），男，河南新县人，嘉兴学院机电工程学院，副教授；刘青松（1965-），男，山西太原人，嘉兴学院机电工程学院，副教授。（浙江 嘉兴 314001）
基金项目：本文系嘉兴学院机电工程学院2012年教学改革项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）30-0108-02
新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、风能、生物质能、地热能、水能、海洋能和潮汐能等；此外，还有氢能、沼气、酒精、甲醇等，而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气等能源，称为常规能源。随着常规能源的逐步枯竭以及化石能源在燃烧过程中产生的环境污染问题日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视。研究开发新能源与能源转换技术，不仅成为科技界的当务之急，而且上升到了经济和战略安全的范畴。在各种形式的新能源利用中，由于电能具有易传输、用途广等一系列优点，使得利用新能源进行发电技术备受瞩目。根据国家发改委2013年颁布的《分布式发电管理暂行办法》，分布式发电是指在用户所在场地或附近建设安装、运行方式以用户端自发自用为主、多余电量上网，且在配电网系统平衡调节为特征的发电设施或有电力输出的能量综合梯级利用多联供设施。相对于传统的集中式发电，分布式发电因具有初期建设投资低、发电方式灵活等优势，在全球范围内越来越被看好。在分布式发电系统中，电源通常采用光伏、风力等新能源。
随着新能源与分布式发电技术的快速发展，培养这方面的人才显得尤为重要。目前，我国部分高校的电气专业已在本科高年级开设课程“新能源发电技术”或其相近课程，2012年开始，嘉兴学院在电气工程及其自动化专业中首次将“新能源与分布式发电技术”作为一门选修课，在大四上学期开设。其目的在于帮助学生比较全面地了解和基本掌握除常规发电形式以外的能源利用形式及其相关技术，特别是新能源发电技术的前沿动态，在拓宽学生新能源利用领域知识面的同时，进一步增强学生投身新能源领域建设的使命感和责任感。学生学好该课程，可以提高对已学课程知识的综合应用能力，并对今后的就业和职业发展都有积极的意义。这门课程涉及内容多且杂，涉及知识面广，为了在有限的学时中能够尽快引导学生入门，在理论与实践两个方面的能力都有所提高，笔者从课程教学内容安排、教学方法与手段和考核方式等方面进行了一定的探索和研究。
一、精选教学内容
“新能源与分布式发电技术”是一门专业性、综合性较强的课程，其中新能源部分就涵盖有风能、太阳能、地热能、氢能、海洋能等多种新能源。[1，2]为充分就地利用这些新能源，一般采用分布式发电技术，分布式发电技术又涉及到储能、并网及微电网等。[3]因其涉及的专业知识面比较宽广，学生普遍反映不太容易找到学习规律，难以把握重点，部分内容理解困难。因此，结合“新能源与分布式发电技术”课程的培养目标，精选该课程的教学内容，在选择教学内容时注重知识面宽度与深度的结合，注重理论和实践部分的结合。
1.知识面宽度与深度的结合
为使对学生对“新能源与分布式发电技术”有全面的了解，风能、太阳能、潮汐能、海洋能、地热能、生物质能、氢能、储能、微电网、并网等知识都出现在教学内容中。对各种新能源的发展历史、资源分布和特点、各种类型的新能源能量转化方式、发电原理进行简单介绍，让学生清楚其基本概念和原理即可。考虑到电气工程及其自动化专业对学生的培养目标要求，对部分内容可只做概述性讲解，让学生了解其基本概念即可。如太阳能热转换原理、风力机的空气动力学原理、生物质热裂解过程等。
在各种新能源发电中，目前应用广泛的是风能和太阳能。为此，本课程对其中的光伏发电技术和直驱式风力发电系统进行重点讲解。对光伏阵列从厂家提供的手册讲起，推导出基于厂家提供参数的工程模型，结合软件仿真得到光伏阵列的外特性，讲授常用最大功率点跟踪控制方法，并讨论其具体实现。讲解直驱式风力发电的基本原理及常用最大功率点跟踪控制方法。讨论其最大功率点跟踪控制方法的具体实现等。
在各种新能源与分布式发电中，并网系统是其中的主流。为此，本课程对并网进行重点讲解。主要内容包括并网要求及标准、并网逆变器的拓扑结构、并网控制策略、孤岛检测技术、低电压穿越技术及并网逆变器实现等。
2.理论部分与实践部分的结合
“新能源与分布式发电技术”是一门工科课程，更注重于实践应用。在对理论部分进行讲解后，配以相关的实践环节，加强学生对理论部分的掌握及提高实际动手能力。如在讲述光伏阵列外特性及最大功率点跟踪控制后，开设光伏阵列外特性测试实验。针对一块具体的光伏阵列，要求学生连接实际电路，在寻找到最大功率点后，调整参数，测量并记录其输出电压和输出电流，从而绘制出其P/V特性曲线及I/V特性曲线。改变太阳光的入射角度后，重新测量记录；部分遮挡情况下，进行测量记录，对照所讲理论部分及最新文献，对实验结果进行分析。在讲述并网相关内容后，开设并网实验，首先依据并网标准对电能质量的要求，利用电能质量分析仪测试实际光伏并网逆变器的输出电能质量；随后在模拟风力发电系统中，借助于已有的软硬件平台，编写自己的控制算法，实现并网，并测试相应的电能质量。
二、探索灵活多样的教学方法与手段
1.重点讲授与专题讨论相结合
目前正是人类大规模开发利用新能源的关键时期，因此有关新能源与分布式发电技术的新知识必定也层出不穷，并且由于部分知识点有一定的难度，仅依靠学生自己获取相关知识是远远不够的。从教学实践来看，教师对关键知识点进行重点讲授是必要的，尤其是涉及风光发电技术及并网等，可加深学生对知识点的理解和掌握。 授课教师在对关键知识点进行重点讲授之后，可以提出一些讨论专题让学生去选择，学生在选定各自专题后，进行相关文献的查阅、阅读、归纳和总结。结合所学知识提出自己的观点。然后进行课堂讨论，其他同学可以针对该专题提出问题或发表自己的见解。专题讨论之后，师生一起归纳和总结讨论的主要内容，帮助学生掌握该专题的内容，提高学生分析问题和解决问题的能力。
2.理论讲解与仿真应用相结合
为改进“新能源及分布式发电技术”的教学效果并让学生做到理论联系实际，将PSIM仿真软件引入到课堂教学中，通过仿真实现理论讲解和仿真应用的有机结合。如在对光伏阵列的外特性进行理论讲解后，应用PSIM中自带光伏阵列模型，在PSIM中搭建测试电路，改变其输出电压，测量其输出电流和输出电压，计算出输出功率，并绘制出相应的P/V特性曲线及I/V特性曲线。进一步改变光强和温度，绘制出不同环境下光伏阵列的P/V特性曲线及I/V特性曲线。通过直观的图形，加深学生对光伏阵列的外特性及随后的最大功率点跟踪控制的理解。
三、选择合理的考核方式
考核环节是整个教学过程的重要环节之一。长期的实践证明，此环节能有效地促使学生复习和巩固所学内容。本课程成绩从平时表现、课程论文及论文答辩三方面考核。其中平时表现、课程论文和论文答辩分别占总成绩的40%、30%和30%。平时表现注重对学生的出勤、讨论发言、提问、作业及实践环节进行考核。课程论文考核部分提供给学生一些论文主题，要求学生从中选择一个或结合自己的认知水平，拟定一个和课程相关的主题，查阅文献资料，进行相关仿真研究或实验研究，并撰写一篇综述性论文或者研究性论文。提交论文后，组织学生进行答辩，由学生制作PPT对论文讲解后，教师提问，学生回答。
四、教学效果
通过教学设计和教学实践，学生对该课程学习充满了兴趣，在课堂上积极主动发言，专题讨论时能积极思考，课下认真查阅相关文献。在实验课上，大多数学生能够独立完成实验内容的基本部分，部分学生能与教师讨论后，完成提高部分。从最终考核交上来的40份课程论文中，学生在选题上发挥了主观能动性，选题范围比较宽，共选题18个，涉及风光发电技术、并网技术、孤岛检测、微电网及各类新能源发电。综述性论文涉及内容有一定的宽度，研究性论文涉及内容有一定的深度。
总之，学生在该课程学习过程中发挥了主体作用，提高了分析问题和解决问题的能力。通过对该课程的建设和实践，取得了较好的教学效果。
参考文献：
[1]朱永强.新能源与分布式发电技术[M].北京：北京大学出版社，
2010.
[2]惠晶.新能源转换与控制技术[M].北京：机械工业出版社，2008.
[3]殷桂梁，杨丽君，王珺.分布式发电技术[M].北京：机械工业出版社，2008.
关键词：新能源；分布式发电；课程建设；教学实践
作者简介：熊远生（1979-），男，河南新县人，嘉兴学院机电工程学院，副教授；刘青松（1965-），男，山西太原人，嘉兴学院机电工程学院，副教授。（浙江 嘉兴 314001）
基金项目：本文系嘉兴学院机电工程学院2012年教学改革项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）30-0108-02
新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、风能、生物质能、地热能、水能、海洋能和潮汐能等；此外，还有氢能、沼气、酒精、甲醇等，而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气等能源，称为常规能源。随着常规能源的逐步枯竭以及化石能源在燃烧过程中产生的环境污染问题日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视。研究开发新能源与能源转换技术，不仅成为科技界的当务之急，而且上升到了经济和战略安全的范畴。在各种形式的新能源利用中，由于电能具有易传输、用途广等一系列优点，使得利用新能源进行发电技术备受瞩目。根据国家发改委2013年颁布的《分布式发电管理暂行办法》，分布式发电是指在用户所在场地或附近建设安装、运行方式以用户端自发自用为主、多余电量上网，且在配电网系统平衡调节为特征的发电设施或有电力输出的能量综合梯级利用多联供设施。相对于传统的集中式发电，分布式发电因具有初期建设投资低、发电方式灵活等优势，在全球范围内越来越被看好。在分布式发电系统中，电源通常采用光伏、风力等新能源。
随着新能源与分布式发电技术的快速发展，培养这方面的人才显得尤为重要。目前，我国部分高校的电气专业已在本科高年级开设课程“新能源发电技术”或其相近课程，2012年开始，嘉兴学院在电气工程及其自动化专业中首次将“新能源与分布式发电技术”作为一门选修课，在大四上学期开设。其目的在于帮助学生比较全面地了解和基本掌握除常规发电形式以外的能源利用形式及其相关技术，特别是新能源发电技术的前沿动态，在拓宽学生新能源利用领域知识面的同时，进一步增强学生投身新能源领域建设的使命感和责任感。学生学好该课程，可以提高对已学课程知识的综合应用能力，并对今后的就业和职业发展都有积极的意义。这门课程涉及内容多且杂，涉及知识面广，为了在有限的学时中能够尽快引导学生入门，在理论与实践两个方面的能力都有所提高，笔者从课程教学内容安排、教学方法与手段和考核方式等方面进行了一定的探索和研究。
一、精选教学内容
“新能源与分布式发电技术”是一门专业性、综合性较强的课程，其中新能源部分就涵盖有风能、太阳能、地热能、氢能、海洋能等多种新能源。[1，2]为充分就地利用这些新能源，一般采用分布式发电技术，分布式发电技术又涉及到储能、并网及微电网等。[3]因其涉及的专业知识面比较宽广，学生普遍反映不太容易找到学习规律，难以把握重点，部分内容理解困难。因此，结合“新能源与分布式发电技术”课程的培养目标，精选该课程的教学内容，在选择教学内容时注重知识面宽度与深度的结合，注重理论和实践部分的结合。
1.知识面宽度与深度的结合
为使对学生对“新能源与分布式发电技术”有全面的了解，风能、太阳能、潮汐能、海洋能、地热能、生物质能、氢能、储能、微电网、并网等知识都出现在教学内容中。对各种新能源的发展历史、资源分布和特点、各种类型的新能源能量转化方式、发电原理进行简单介绍，让学生清楚其基本概念和原理即可。考虑到电气工程及其自动化专业对学生的培养目标要求，对部分内容可只做概述性讲解，让学生了解其基本概念即可。如太阳能热转换原理、风力机的空气动力学原理、生物质热裂解过程等。
在各种新能源发电中，目前应用广泛的是风能和太阳能。为此，本课程对其中的光伏发电技术和直驱式风力发电系统进行重点讲解。对光伏阵列从厂家提供的手册讲起，推导出基于厂家提供参数的工程模型，结合软件仿真得到光伏阵列的外特性，讲授常用最大功率点跟踪控制方法，并讨论其具体实现。讲解直驱式风力发电的基本原理及常用最大功率点跟踪控制方法。讨论其最大功率点跟踪控制方法的具体实现等。
在各种新能源与分布式发电中，并网系统是其中的主流。为此，本课程对并网进行重点讲解。主要内容包括并网要求及标准、并网逆变器的拓扑结构、并网控制策略、孤岛检测技术、低电压穿越技术及并网逆变器实现等。
2.理论部分与实践部分的结合
“新能源与分布式发电技术”是一门工科课程，更注重于实践应用。在对理论部分进行讲解后，配以相关的实践环节，加强学生对理论部分的掌握及提高实际动手能力。如在讲述光伏阵列外特性及最大功率点跟踪控制后，开设光伏阵列外特性测试实验。针对一块具体的光伏阵列，要求学生连接实际电路，在寻找到最大功率点后，调整参数，测量并记录其输出电压和输出电流，从而绘制出其P/V特性曲线及I/V特性曲线。改变太阳光的入射角度后，重新测量记录；部分遮挡情况下，进行测量记录，对照所讲理论部分及最新文献，对实验结果进行分析。在讲述并网相关内容后，开设并网实验，首先依据并网标准对电能质量的要求，利用电能质量分析仪测试实际光伏并网逆变器的输出电能质量；随后在模拟风力发电系统中，借助于已有的软硬件平台，编写自己的控制算法，实现并网，并测试相应的电能质量。
二、探索灵活多样的教学方法与手段
1.重点讲授与专题讨论相结合
目前正是人类大规模开发利用新能源的关键时期，因此有关新能源与分布式发电技术的新知识必定也层出不穷，并且由于部分知识点有一定的难度，仅依靠学生自己获取相关知识是远远不够的。从教学实践来看，教师对关键知识点进行重点讲授是必要的，尤其是涉及风光发电技术及并网等，可加深学生对知识点的理解和掌握。 授课教师在对关键知识点进行重点讲授之后，可以提出一些讨论专题让学生去选择，学生在选定各自专题后，进行相关文献的查阅、阅读、归纳和总结。结合所学知识提出自己的观点。然后进行课堂讨论，其他同学可以针对该专题提出问题或发表自己的见解。专题讨论之后，师生一起归纳和总结讨论的主要内容，帮助学生掌握该专题的内容，提高学生分析问题和解决问题的能力。
2.理论讲解与仿真应用相结合
为改进“新能源及分布式发电技术”的教学效果并让学生做到理论联系实际，将PSIM仿真软件引入到课堂教学中，通过仿真实现理论讲解和仿真应用的有机结合。如在对光伏阵列的外特性进行理论讲解后，应用PSIM中自带光伏阵列模型，在PSIM中搭建测试电路，改变其输出电压，测量其输出电流和输出电压，计算出输出功率，并绘制出相应的P/V特性曲线及I/V特性曲线。进一步改变光强和温度，绘制出不同环境下光伏阵列的P/V特性曲线及I/V特性曲线。通过直观的图形，加深学生对光伏阵列的外特性及随后的最大功率点跟踪控制的理解。
三、选择合理的考核方式
考核环节是整个教学过程的重要环节之一。长期的实践证明，此环节能有效地促使学生复习和巩固所学内容。本课程成绩从平时表现、课程论文及论文答辩三方面考核。其中平时表现、课程论文和论文答辩分别占总成绩的40%、30%和30%。平时表现注重对学生的出勤、讨论发言、提问、作业及实践环节进行考核。课程论文考核部分提供给学生一些论文主题，要求学生从中选择一个或结合自己的认知水平，拟定一个和课程相关的主题，查阅文献资料，进行相关仿真研究或实验研究，并撰写一篇综述性论文或者研究性论文。提交论文后，组织学生进行答辩，由学生制作PPT对论文讲解后，教师提问，学生回答。
四、教学效果
通过教学设计和教学实践，学生对该课程学习充满了兴趣，在课堂上积极主动发言，专题讨论时能积极思考，课下认真查阅相关文献。在实验课上，大多数学生能够独立完成实验内容的基本部分，部分学生能与教师讨论后，完成提高部分。从最终考核交上来的40份课程论文中，学生在选题上发挥了主观能动性，选题范围比较宽，共选题18个，涉及风光发电技术、并网技术、孤岛检测、微电网及各类新能源发电。综述性论文涉及内容有一定的宽度，研究性论文涉及内容有一定的深度。
总之，学生在该课程学习过程中发挥了主体作用，提高了分析问题和解决问题的能力。通过对该课程的建设和实践，取得了较好的教学效果。
参考文献：
[1]朱永强.新能源与分布式发电技术[M].北京：北京大学出版社，
2010.
[2]惠晶.新能源转换与控制技术[M].北京：机械工业出版社，2008.
[3]殷桂梁，杨丽君，王珺.分布式发电技术[M].北京：机械工业出版社，2008.