淺談智能微電網(wǎng)技術(shù)課程教學(xué)

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［摘要］本文結(jié)合本校供用電專業(yè)高職生培養(yǎng)的目標(biāo)和特點(diǎn)，以“項目教學(xué)法”為主要教學(xué)方式，優(yōu)化“智能微電網(wǎng)技術(shù)”的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，讓高職生學(xué)習(xí)掌握新能源領(lǐng)域的新技術(shù)和新知識，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)他們處理問題、解決問題的能力，以及鍛煉他們的動手能力和協(xié)作能力，實(shí)現(xiàn)職業(yè)素養(yǎng)的綜合提高。

［關(guān)鍵詞］微電網(wǎng);分布式發(fā)電;人才培養(yǎng);教學(xué)探索

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力需求增長迅速，能源短缺及能源發(fā)展的可持續(xù)性日漸成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。為了能夠使電網(wǎng)不再制約經(jīng)濟(jì)，改善生態(tài)環(huán)境，國家正在大力發(fā)展新能源。分布式發(fā)電是解決能源短缺的一個重要途徑，而智能微電網(wǎng)是解決分布式發(fā)電無縫接入?yún)^(qū)域大電網(wǎng)的發(fā)展趨勢。微電網(wǎng)是一種將分布式發(fā)電、負(fù)荷、儲能裝置、變流器以及監(jiān)控保護(hù)裝置等有機(jī)整合在一起的小型發(fā)輸配電系統(tǒng)。有了智能微電網(wǎng)這個途徑，新能源發(fā)電得到一個廣闊發(fā)展的機(jī)遇。智能微電網(wǎng)是供用電專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)課，以往的教學(xué)由于缺乏相應(yīng)的設(shè)備，給學(xué)生傳授知識的時候多以理論課的形式為主。這樣的課堂缺乏動手操作環(huán)節(jié)，學(xué)生參與的積極性比較低。2016年，學(xué)校利用國家示范實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)資金，建設(shè)了一個微電網(wǎng)實(shí)訓(xùn)基地，為學(xué)生動手能力的提高以及理論知識的強(qiáng)化提供了一個廣闊的平臺。微電網(wǎng)技術(shù)主要是把分布式電源整合到微電網(wǎng)中。該課程涉及的知識點(diǎn)比較多，有電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機(jī)控制技術(shù)。面對新知識、新技術(shù)，教師要在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和考核方式上下功夫。本文結(jié)合項目式教學(xué)法，把這個方法引入智能微電網(wǎng)技術(shù)這門課程，并對這門課程進(jìn)行了教學(xué)探索。

一、課上教學(xué)內(nèi)容和過程的實(shí)施

智能微電網(wǎng)技術(shù)是一門專業(yè)性、綜合性很強(qiáng)的課程，涉及的新能源有很多，常見的新能源有太陽能、風(fēng)能。因此，本課程從光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行講解，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容也依據(jù)這兩方面的內(nèi)容設(shè)置。

實(shí)訓(xùn)項目一:帶領(lǐng)學(xué)生參觀這個風(fēng)光互補(bǔ)實(shí)訓(xùn)室的各種設(shè)備。如這些設(shè)備如何連接在一起，即主接線圖，它們在這個系統(tǒng)里承擔(dān)什么樣的功能，如何對這些設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置以及它們是如何投入運(yùn)行和退出運(yùn)行。對這些設(shè)備進(jìn)行講解完后，教師給學(xué)生介紹三相功率的計算公式和光伏發(fā)電系統(tǒng)，根據(jù)監(jiān)控實(shí)時數(shù)據(jù)界面引導(dǎo)學(xué)生算出某個時刻的發(fā)電功率和光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)化效率。在計算三相功率時，學(xué)生往往容易出錯的地方就是線電壓和相電壓它們之間的定義不是很清楚，所以，計算三相功率的時候，線電壓和相電壓之間的轉(zhuǎn)換常常容易出錯，經(jīng)常把槡3漏掉。如何把三相功率算對，這對微電網(wǎng)這門課程來說是一個很重要的知識點(diǎn)。教師針對這個難點(diǎn)，通過學(xué)生數(shù)據(jù)和監(jiān)控數(shù)據(jù)對比來深化對線電壓和相電壓轉(zhuǎn)換的理解，對公式的熟練應(yīng)用。

實(shí)訓(xùn)項目二:根據(jù)光伏陣列的外特性進(jìn)行光伏板的電壓測量和電流測量，主要有開路電壓和短路電流的測量，帶直流負(fù)載的電壓和電流測量，根據(jù)廠家提供的手冊進(jìn)行最大功率的測量。結(jié)合整個系統(tǒng)進(jìn)行光伏陣列發(fā)電功率的計算和光伏板發(fā)電效率的計算、系統(tǒng)輸出功率的計算。在動手測量和計算中，教師要在其中穿插講解并網(wǎng)的要求及標(biāo)準(zhǔn)，并網(wǎng)的控制策略、低電壓穿越技術(shù)及并網(wǎng)逆變器的工作原理以及離網(wǎng)運(yùn)行的要求和標(biāo)準(zhǔn)，還包含離網(wǎng)運(yùn)行時的能量管理策略。

實(shí)訓(xùn)項目三:學(xué)習(xí)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)平臺，首先對照實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書進(jìn)行平臺設(shè)備的認(rèn)識及對工作原理的理解。緊接著，對照實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書的接線圖把平臺上的設(shè)備連接好。設(shè)備連接好后，接上電源對實(shí)訓(xùn)平臺的光伏，風(fēng)電進(jìn)行調(diào)試和測試，記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析、判斷，得出一個初步結(jié)論，來驗證實(shí)訓(xùn)平臺設(shè)備的連線是否符合要求。在離網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)測試，學(xué)生最容易出現(xiàn)的問題是直流電源的正負(fù)極的接線。根據(jù)教師的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，一個班一般分成八組。在這八組中，出現(xiàn)正負(fù)極接錯，導(dǎo)致保險絲燒斷的概率至少有兩到三組，這個比例比較高。為了改變保險絲頻繁被燒斷的現(xiàn)象，筆者提出了一個方法:接完線的小組通過小組與小組相互交換檢查來查找接線的問題。根據(jù)相應(yīng)的問題，讓小組找出相應(yīng)的整改措施。通過這樣的方法，保險絲被燒斷的現(xiàn)象幾乎沒有。鑒于這是實(shí)訓(xùn)課，在接線過程中，實(shí)訓(xùn)平臺的接線端子是被損壞最多的部件，這就導(dǎo)致個別線路表面看是接通了，實(shí)際上，線路并沒有被接通，這就是專業(yè)術(shù)語中常說的虛接。這會導(dǎo)致在調(diào)試運(yùn)行過程中，得不出正確的結(jié)論。學(xué)生遇到這樣的情況往往不知所措。這時，教師就要通過自己的專業(yè)知識來指導(dǎo)學(xué)生查找問題的出處，根據(jù)不正確的數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生查找錯誤的區(qū)域。這是因為不同的數(shù)據(jù)是由所屬的不同部位管控，需要通過排除法，讓學(xué)生去找出虛接的線路。這樣的方式大大鍛煉了學(xué)生分析問題、處理故障的能力。實(shí)訓(xùn)項目四:MCGS組態(tài)風(fēng)光互補(bǔ)軟件設(shè)計。有了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)平臺的接線過程后，學(xué)生對風(fēng)光互補(bǔ)的基本工作原理已經(jīng)比較熟悉，這時進(jìn)行風(fēng)光互補(bǔ)的軟件設(shè)計，教師不需要在風(fēng)光互補(bǔ)的基本原理上下功夫，教師的重點(diǎn)就是給學(xué)生講授MCGS軟件的運(yùn)用。MCGS容易出現(xiàn)的問題是組態(tài)軟件在安裝過程中往往會出現(xiàn)與系統(tǒng)不兼容的問題。因為現(xiàn)在的系統(tǒng)很多是win8和win10，系統(tǒng)比較先進(jìn)，而MCGS組態(tài)軟件有點(diǎn)落伍，這就導(dǎo)致軟件和系統(tǒng)不兼容，要在軟件安裝完畢后勾選組態(tài)軟件和模擬軟件的兼容性。這個方式可以保證在調(diào)試的過程中不會彈出兼容出錯問題。在MCGS軟件過程中，還經(jīng)常會遇到的問題是學(xué)生設(shè)置變量名稱與圖形界面里的變量名稱不一致。這就造成在調(diào)試過程中，會彈出一個編譯出錯的對話框，上面寫著無法找到該變量。鑒于學(xué)生剛接觸這個軟件，對于這個問題的處理，教師要引導(dǎo)學(xué)生去查看參數(shù)變量和圖形變量是否一致。造成這樣的結(jié)果，多數(shù)是學(xué)生的粗心大意。在輸入變量名稱時前后不一致，才導(dǎo)致編譯時沒法通過。這個軟件的組態(tài)設(shè)計，可以提高學(xué)生自主的創(chuàng)新意識。

二、課下教學(xué)內(nèi)容考核

學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)的時間畢竟有限，如何讓學(xué)生在課下把課上的東西消化吸收好，也是許多教師思考的問題。學(xué)校在2016年引進(jìn)了清華教學(xué)平臺，這個平臺是集教學(xué)、測試為一體在線教育綜合平臺，功能十分強(qiáng)大。教師通過這個在線平臺了一些課后的學(xué)習(xí)視頻和PPT。通過這些學(xué)習(xí)視頻和PPT，學(xué)生可以在課后在線學(xué)習(xí)風(fēng)光互補(bǔ)的內(nèi)容，也可以下載手機(jī)APP，在手機(jī)上學(xué)習(xí)相關(guān)的內(nèi)容。學(xué)生可以隨時隨地學(xué)習(xí)，時間安排很自由。教師也是通過這個平臺學(xué)生的課后作業(yè)。有了這個平臺，教師可以隨時監(jiān)督學(xué)生完成的作業(yè)，在線答疑學(xué)生提出的問題。即使技術(shù)的進(jìn)步帶來線上平臺的方便快捷，也要看到它不足的地方。有一部分學(xué)生為了完成教師布置的作業(yè)，在網(wǎng)上搜索，然后復(fù)制粘貼。學(xué)生不僅沒看過內(nèi)容，而且作業(yè)的內(nèi)容存在很多瑕疵，應(yīng)付了事的態(tài)度十分突出。更有些學(xué)生就直接把其他同學(xué)的答案粘貼過來。為了發(fā)揮平臺的真正用途，杜絕這樣的現(xiàn)象發(fā)生，筆者嘗試了很多辦法，但效果都不是很理想。我們認(rèn)為最理想的辦法就是問答題不在平臺上實(shí)施，而是以選擇題的形式或者下拉菜單的形式出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)平臺。這樣學(xué)生可以快速地閱讀，并且通過這個平臺來選擇相應(yīng)的選項。做完后，平臺可以通過后臺的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)計打分。這樣可以大大減少學(xué)生的抄襲，減輕教師后期批改作業(yè)的負(fù)擔(dān)，一舉兩得。有了在線平臺，教師點(diǎn)擊鼠標(biāo)就能隨時查看各個班級學(xué)生掌握知識各種表格和統(tǒng)計結(jié)論，為后續(xù)的教學(xué)提供一個數(shù)據(jù)支撐。

三、教學(xué)中應(yīng)注重的問題

因為微電網(wǎng)課是實(shí)訓(xùn)課，教師的教學(xué)是以項目的形式實(shí)施，所以教學(xué)的內(nèi)容既要符合大綱要求，又要結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，把兩方面進(jìn)行結(jié)合，設(shè)計出符合教學(xué)的實(shí)訓(xùn)項目。在設(shè)計實(shí)訓(xùn)項目的同時也要考慮到相應(yīng)課時的要求:實(shí)訓(xùn)項目太多，課時安排不下;實(shí)訓(xùn)項目太少，學(xué)生掌握的內(nèi)容和深度又達(dá)不到人才培養(yǎng)計劃的要求。綜合上述幾個方面，教師可采用四個實(shí)訓(xùn)項目，三個基本項目，一個設(shè)計項目。這讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并訓(xùn)練他們的創(chuàng)新能力。學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性得到大幅度提高。對于后面的風(fēng)光互補(bǔ)設(shè)計，學(xué)生可以在教師搭建的框架下，發(fā)揮自己的主觀能動性，設(shè)計出自己認(rèn)為更加合適的風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)。教師的角色就是引導(dǎo)和指出設(shè)計的不足及改善之處。項目教學(xué)法在微電網(wǎng)這門工程性比較強(qiáng)的課上實(shí)施，可以大大提高學(xué)生的動手能力以及處理問題的能力。這門課主要實(shí)施的是項目教學(xué)法，但是會在中間穿插一些傳統(tǒng)教學(xué)法，彌補(bǔ)項目教學(xué)法中理論內(nèi)容講授的不足。在解決遇到的問題時，學(xué)生就會有足夠的理論作為支撐。

四、考核方式

這門課程是實(shí)訓(xùn)課，考察的側(cè)重點(diǎn)在于能力方面的考核，包括動手能力、工程實(shí)踐能力、處理問題的能力、協(xié)作能力和總結(jié)表達(dá)能力。完成這些能力的考察，單單靠教師一個人是有限的，必須要發(fā)揮學(xué)生積極性和能動性。在項目實(shí)施的過程中，既有教師對小組成員的考核，又有小組內(nèi)部成員的互評、小組與小組之間的點(diǎn)評。這樣通過多個方面來對每個學(xué)生的能力進(jìn)行評價，得出的結(jié)果更加真實(shí)和客觀。這門課的考核方式為:課堂考勤占10%，小組互評占10%，項目實(shí)施占50%，撰寫報告占10%，網(wǎng)上作業(yè)占10%，課程考試占10%。項目實(shí)施中既涵蓋計算內(nèi)容，也包含風(fēng)光互補(bǔ)實(shí)訓(xùn)平臺的接線、調(diào)試內(nèi)容和組態(tài)軟件的設(shè)計的內(nèi)容。這些內(nèi)容涵蓋了理論、動手和設(shè)計調(diào)試這三大方面，能大大加強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力，調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，提高他們在面對問題自己決策處理的能力，真正達(dá)到“知識、素質(zhì)和能力”的綜合培養(yǎng)。通過對智能微電網(wǎng)技術(shù)這門課程在課上、課下教學(xué)內(nèi)容和過程及考核方式的改革，大大促進(jìn)職業(yè)教育高級技術(shù)人才的培養(yǎng)，推進(jìn)電力行業(yè)智能化、信息化、專業(yè)化，使這門課的教學(xué)適應(yīng)電力行業(yè)的新發(fā)展。

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作者：楊波 單位：廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院