發(fā)布時(shí)間：2023-03-17 18:01:38
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的現(xiàn)代電力電子技術(shù)論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；實(shí)踐教學(xué)；教案
作者簡(jiǎn)介：屈克慶（1970-），男，河南洛陽人，上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院，副教授。（上海 200090）
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）09-0077-02
“電力電子分析與設(shè)計(jì)”課程是上海電力學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“我院”）本科生教育中為電力電子與風(fēng)力發(fā)電專業(yè)方向開設(shè)的一門專業(yè)選修課，也是必選課程。這門課程著重教授現(xiàn)代電力電子技術(shù)內(nèi)容，要求理論課程與實(shí)踐緊密結(jié)合，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的理論知識(shí)和實(shí)踐能力為目的，能為本科畢業(yè)設(shè)計(jì)和今后工作奠定良好的基礎(chǔ)，以期滿足當(dāng)今社會(huì)急劇增長(zhǎng)的對(duì)電力電子技術(shù)的知識(shí)和人才需求。
一、教學(xué)現(xiàn)狀和分析
電力電子技術(shù)是一門關(guān)于電能變換與利用的學(xué)科，涉及到發(fā)電、輸電、配用電、傳動(dòng)等各個(gè)環(huán)節(jié)。隨著當(dāng)今社會(huì)迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)、交通運(yùn)輸、生活醫(yī)療、新能源發(fā)電等各個(gè)方面，這些都與實(shí)踐內(nèi)容密切相關(guān)。
電力電子技術(shù)是在時(shí)展要求下產(chǎn)生的節(jié)能與發(fā)電技術(shù)，是高校電氣專業(yè)的一門重要課程，其理論性和工程實(shí)踐性都很強(qiáng)，是學(xué)生既感興趣，又普遍感覺較難的一門課程。結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐總結(jié)，探討了這其中的主要原因，大概可分為以下三個(gè)方面：
1.電力電子技術(shù)內(nèi)容繁多，并且知識(shí)點(diǎn)分布廣泛
根據(jù)應(yīng)用的場(chǎng)合和要求不同，電力電子電路形式和內(nèi)容紛繁多樣。
從應(yīng)用場(chǎng)合上劃分主要有基本四種變換形式：直流-直流、直流-交流、交流-直流、交流-交流；每種變換形式從電源種類上看包括有單相、三相、多重化、多電平電路，從負(fù)載方面上看包括有電阻負(fù)載、阻感負(fù)載、阻容負(fù)載；從電力電子元件上看主要包括有二極管、晶體管、晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管GTO、場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET、絕緣柵型場(chǎng)晶體管IGBT；采用不同的元件、電路和負(fù)載都會(huì)產(chǎn)生不同的效果。
從應(yīng)用目的上包括有幅值的變化（如電壓的升高與降低）、頻率的改變（如變頻調(diào)速）、相位的移動(dòng)（如無功補(bǔ)償）、相數(shù)的改變（如三相到多相）、功率或轉(zhuǎn)矩的變化（如電機(jī)傳動(dòng)）、諧波的治理（如電力濾波）。
從不同形式的電力電子電路和不同的負(fù)載特性上，都可以得到不同的工作波形，對(duì)于波形的把握與理解，也是電力電子技術(shù)區(qū)別于其他學(xué)科的顯著特點(diǎn)之一。這需要在理解電力電子器件的特性上掌握電路的功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立電路的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行多種電路的對(duì)比總結(jié)，才能具備分析主電路功能的基本能力。
2.電力電子技術(shù)涵蓋涉及學(xué)科眾多，并且理論內(nèi)容廣泛
既涵蓋到電氣基礎(chǔ)的課程有：電路、電子技術(shù)、電機(jī)學(xué)、電磁場(chǎng)，又涉及到電氣專業(yè)的課程有：控制理論、微機(jī)原理、電力系統(tǒng)分析、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等。
電力電子技術(shù)是一門弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)，也是所謂將“粗電”變換為“精電”過程，學(xué)科跨度和綜合性非常廣。實(shí)際的電力電子裝置既包括由電力電子器件等構(gòu)成的主電路，又包括由DSP等微處理器構(gòu)成的控制電路。
首先在主電路設(shè)計(jì)中，根據(jù)以電路、電機(jī)和電力系統(tǒng)為主的應(yīng)用對(duì)象，進(jìn)行原理分析和推證，實(shí)施具體的功能要求和性能指標(biāo)。
其次在控制電路設(shè)計(jì)中，要根據(jù)裝置要求和特點(diǎn)，不僅要實(shí)現(xiàn)各種功能要求，而且考慮諧波及電磁干擾問題，很多裝置也需要DSP等微處理器來進(jìn)行算法實(shí)現(xiàn)。最后還要進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和測(cè)試EMI影響。
大學(xué)三年級(jí)本科生已具備了電路、電機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，講授電力電子技術(shù)課程是以主電路作為內(nèi)容。由于在初步學(xué)習(xí)各專業(yè)課階段，尚未形成多學(xué)科知識(shí)交叉匯總的全面思維模式。雖然能掌握主電路基本原理，對(duì)于涉及控制電路和應(yīng)用對(duì)象，常感到困惑并難以理解。如何培養(yǎng)學(xué)生形成對(duì)電學(xué)各學(xué)科的整體意識(shí)，而不能“只見樹木，不見森林”，是這項(xiàng)教學(xué)課程所要探討的主要內(nèi)容和目的之一。
3.電力電子技術(shù)的理論內(nèi)容發(fā)展迅速，并且實(shí)踐應(yīng)用范圍廣泛多樣
電力電子技術(shù)自身的理論體系處于迅速發(fā)展階段。其中：電力電子器件的發(fā)展起決定性作用，從二極管、三極管、晶閘管、MOSFET、IGBT、IGCT等的發(fā)展，推動(dòng)了主電路結(jié)構(gòu)的本質(zhì)變化；根據(jù)本質(zhì)不同的器件形成紛繁多樣的主電路拓?fù)湫问?，又因不同的?shí)際要求而形成眾多獨(dú)立不同的控制方式，其中形成了具有突破性的控制理論，比如PWM技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)、空間矢量等。
如何將電力電子器件、主電路結(jié)構(gòu)、控制方法和理論相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生從電力電子技術(shù)的發(fā)展來全面理解和掌握知識(shí)，懂得從發(fā)展歷史上進(jìn)行思考和總結(jié)，也是需要探討的內(nèi)容之一。
電力電子技術(shù)的實(shí)踐性非常強(qiáng)，這種實(shí)踐性體現(xiàn)在對(duì)電力電子裝置的設(shè)計(jì)、調(diào)試和操作等諸多方面。在實(shí)踐中，需要對(duì)電路功能和各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合驗(yàn)證，不僅要求懂得硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試，涉及到主電路、元器件、印刷電路板、布線和布局；也要求懂得軟件設(shè)計(jì)和配合，包括有匯編、C語言、DSP、FPGA等。電力電子器件對(duì)環(huán)境和用法要求較高，在使用之前需要對(duì)電路非常熟悉，即便是工作經(jīng)驗(yàn)豐富的人員，也還有預(yù)料不到的情況發(fā)生，導(dǎo)致器件和電路損壞。
對(duì)于大三學(xué)生而言，僅僅具備了有限的初步認(rèn)識(shí)，實(shí)踐能力欠缺，體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，電力電子器件的損壞現(xiàn)象最為普遍。這當(dāng)中自然有主觀的因素，但是如何降低損耗，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐意識(shí)，提高學(xué)生動(dòng)手能力，也是教學(xué)改革面臨的難點(diǎn)和重點(diǎn)之一。
二、教學(xué)目的和特點(diǎn)
從本科教學(xué)計(jì)劃上看，大學(xué)本科生在第三學(xué)年學(xué)習(xí)了“電力電子技術(shù)”，這門課程內(nèi)容豐富，但因2～3學(xué)分課時(shí)有限，主要是講授以晶閘管為主的整流和逆變電路，讓學(xué)生掌握傳統(tǒng)的相控式電路及應(yīng)用。此外，也著重講授直流變換電路中的升壓及降壓基本工作原理，初步介紹MOSFET和IGBT為主的斬控式逆變和整流電路。通過對(duì)這門課程的教授，使學(xué)生掌握四種基本變換的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，對(duì)電力電子技術(shù)有了基本認(rèn)識(shí)，奠定了學(xué)生的基本電力電子知識(shí)體系。
結(jié)合前述情況的分析可知，現(xiàn)有的課程內(nèi)容不完全適應(yīng)我院新開辟的“電力電子與風(fēng)力發(fā)電”專業(yè)方向的教學(xué)需要，除此之外，近十多年間電力電子技術(shù)在節(jié)能、傳動(dòng)、新能源、電力系統(tǒng)等行業(yè)迅猛發(fā)展，因此有必要在課程內(nèi)容中增加這方面知識(shí)的比重，以及通過增設(shè)“電力電子分析與設(shè)計(jì)”專業(yè)選修課的方式拓展學(xué)生的知識(shí)面。
這門課程介紹由IGBT和MOSFET為主要電力電子器件所構(gòu)成的現(xiàn)代電力電子電路，重點(diǎn)要求掌握直流-直流斬波器、直流-交流逆變器這兩種應(yīng)用最普遍系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法。內(nèi)容包括主電路的選擇、功率器件的選擇、控制電路的設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)、變壓器設(shè)計(jì)及元件參數(shù)的技術(shù)、仿真實(shí)踐等。該課程注重將理論分析和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，使學(xué)生掌握新型電力電子電路的分析方法，具備初步的設(shè)計(jì)能力。
三、課程內(nèi)容
現(xiàn)代電力電子技術(shù)主要是圍繞PWM技術(shù)展開的，其中DC/DC和DC/AC變換是基本的兩種電源變換方式，也是實(shí)踐生產(chǎn)中最為普遍的應(yīng)用方式，不僅涉及到基本的變換電路及參數(shù)，而且涵蓋了基本的變換理論和技術(shù)。
課程內(nèi)容結(jié)合了多年的實(shí)踐和教學(xué)總結(jié)，是從電力電子裝置的角度來傳授相關(guān)理論、知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電力電子的系統(tǒng)知識(shí)，樹立整體觀念。教學(xué)形式以理論教學(xué)和仿真實(shí)踐相結(jié)合，各占一半課時(shí)。這兩部分內(nèi)容交叉進(jìn)行，如單周進(jìn)行理論教學(xué)，雙周進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。其中：第一部分理論教學(xué)內(nèi)容安排如下表1所示。在理論教學(xué)的同時(shí)，配合進(jìn)行以MATLAB的實(shí)踐教學(xué)，仿真實(shí)踐內(nèi)容安排如下列表2所示。
四、教學(xué)效果總結(jié)
經(jīng)過2學(xué)期的教學(xué)工作，筆者總結(jié)了一下教學(xué)效果。同學(xué)們普遍認(rèn)為在學(xué)習(xí)這門課程以后，能夠全面理解和掌握以DC/DC斬波變換，以及DC/AC逆變的基本原理和基本控制方法，學(xué)會(huì)了應(yīng)用Matlab仿真軟件對(duì)電力電子電路進(jìn)行分析方法，設(shè)計(jì)控制電路參數(shù)和調(diào)試控制參數(shù)。在后期的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中，學(xué)生能夠輕松上手，對(duì)復(fù)雜的畢業(yè)設(shè)計(jì)如新能源發(fā)電，領(lǐng)悟和掌握較快，較多同學(xué)的畢業(yè)論文被評(píng)為優(yōu)秀本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。不足之處在于，由于受制于課時(shí)和實(shí)踐條件有限，只是通過仿真實(shí)踐來掌握學(xué)習(xí)。如果能進(jìn)一步聯(lián)系實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更能提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，提高動(dòng)手實(shí)踐能力。
在今后的教學(xué)實(shí)踐中，仍然面臨提高本科學(xué)習(xí)興趣、全面提高學(xué)生理論知識(shí)水平和動(dòng)手實(shí)踐能力等問題，這些都是值得深入分析和探討，不斷改進(jìn)完善的重要課題。
參考文獻(xiàn)：
[1]鐘炎平.電力電子電路設(shè)計(jì)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，
2010.
當(dāng)前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動(dòng)化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ),正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠(yuǎn)的將來,電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng) 濟(jì)、實(shí)用,實(shí)現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。
1. 電力電子技術(shù)的發(fā)展
現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代,并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。
1.1 整流器時(shí)代
大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費(fèi)的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機(jī)車、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車、地鐵機(jī)車、城市無軌電車等)和直流傳動(dòng)(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時(shí)國內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時(shí)的產(chǎn)物。
1.2 逆變器時(shí)代
七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī),交流電機(jī)變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)?。這時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。
1.3 變頻器時(shí)代
進(jìn)入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計(jì),到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)上已達(dá)到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實(shí)現(xiàn)小型輕量化,機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
2. 現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域
2.1 計(jì)算機(jī)高效率綠色電源
高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)帶領(lǐng)人類進(jìn)入了信息社會(huì),同時(shí)也促進(jìn)了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計(jì)算機(jī)全面采用了開關(guān)電源,率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。
計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對(duì)環(huán)境無害的個(gè)人電腦和相關(guān)產(chǎn)品,綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署l992年6月17日“能源之星"計(jì)劃規(guī)定,桌上型個(gè)人電腦或相關(guān)的設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2 通信用高頻開關(guān)電源
通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動(dòng)了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機(jī)用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代,高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關(guān)整流器的功率容量不斷擴(kuò)大,單機(jī)容量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuò)大到48V/200A、48V/400A。
因通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護(hù),且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上,對(duì)二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3 直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動(dòng)車的無級(jí)變速和控制,同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源), 同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術(shù),開關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4 不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場(chǎng)合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,
另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時(shí)仍能向負(fù)載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。 現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS的智能化管理,進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。
2.5 變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,其在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器, 將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達(dá)到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)于90年代初期開始研究變頻空調(diào),96年引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點(diǎn)。預(yù)計(jì)到2000年左右將形成。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機(jī)電機(jī)。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進(jìn)一步發(fā)展方向。
2.6 高頻逆變式整流焊機(jī)電源
高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源,代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。
逆變焊機(jī)電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合, 整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。
由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性問題成為最關(guān)鍵的問題,也是用戶最關(guān)心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過對(duì)多參數(shù)、多信息的提取與分析,達(dá)到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進(jìn)而提前對(duì)系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機(jī)已可做到額定焊接電流300A,負(fù)載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。
2.7 大功率開關(guān)型高壓直流電源
大功率開關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機(jī)和CT機(jī)等大型設(shè)備。電壓高達(dá)50~l59kV,電流達(dá)到0.5A以上,功率可達(dá)100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進(jìn)入80年代,高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)元件,將電源的開關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。
國內(nèi)對(duì)靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負(fù)載條件下,輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達(dá)到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8 電力有源濾波器
傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運(yùn)時(shí),將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時(shí)還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時(shí),網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(dá)(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流; (2)電流環(huán)基準(zhǔn)信號(hào)為電壓環(huán)誤差信號(hào)與全波整流電壓取樣信號(hào)之乘積。
2.9 分布式開關(guān)電源供電系統(tǒng)
分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強(qiáng)電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。
八十年代初期,對(duì)分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展,各種變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動(dòng)了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學(xué)界的研究熱點(diǎn),論文數(shù)量逐年增加,應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。
分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。已被大型計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場(chǎng)合,如電鍍、電解電源、電力機(jī)車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。
3. 高頻開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)
在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中,開關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對(duì)于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會(huì)大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動(dòng)汽車和變頻傳動(dòng)中,更是離不開開關(guān)電源技術(shù),通過開關(guān)電源改變用電頻率,從而達(dá)到近于理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動(dòng)控制。高頻開關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開關(guān)電源(逆變焊機(jī)、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術(shù)。
3.1 高頻化
理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當(dāng)我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計(jì)的 5~l0%。無論是逆變式整流焊機(jī),還是通訊電源用的開關(guān)式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)“整流行業(yè)”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合 閘用等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進(jìn)行改造, 成為“開關(guān)變換類電源”,其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟(jì)效益,更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價(jià)值。
3.2 模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實(shí)質(zhì)上都屬于“標(biāo)準(zhǔn)”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機(jī)的體積,更方便了整機(jī)的設(shè)計(jì)制造。實(shí)際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重,對(duì)器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了“用戶專用”功率模塊,它把一臺(tái)整機(jī)的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過嚴(yán)格、合理的熱、電、 機(jī)械方面的設(shè)計(jì),達(dá)到優(yōu)化完美的境地。它類似于微
電子中的用戶專用集成電路。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個(gè)模塊固定在相應(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺(tái)新型的開關(guān)電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機(jī)體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。另外,大功率的開關(guān)電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個(gè)獨(dú)立的模塊單元并聯(lián)工作,采用均流技術(shù),所有模塊共同分擔(dān)負(fù)載電流,一旦其中某個(gè)模塊失效,其它模塊再平均分擔(dān)負(fù)載電流。這樣,不但提高了功率容量, 在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求, 而且通過增加相對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬一出現(xiàn)單模塊故障,也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時(shí)間。 3.3 數(shù)字化
在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中,控制部分是按模擬信號(hào)來設(shè)計(jì)和工作的。在六、七十年代,電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號(hào)、數(shù)字電路顯得越來越重要,數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(yōu)點(diǎn):便于計(jì)算機(jī)處理控制、避免模擬信號(hào)的畸變失真、減小雜散信號(hào)的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測(cè)遙調(diào),也便于自診斷、容錯(cuò)等技術(shù)的植入。所以,在八、九十年代,對(duì)于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來說,模擬技術(shù)還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC) 問題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術(shù)的知識(shí),但是對(duì)于智能化的開關(guān)電源,需要用計(jì)算機(jī)控制時(shí),數(shù)字化技術(shù)就離不開了。
3.4 綠色化
電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電, 這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對(duì)環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染,國際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn),如IEC555、IEC917、IECl000等。事實(shí)上,許多功率電子節(jié)電設(shè)備,往往會(huì)變成對(duì)電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高次諧波電流,使總功率因數(shù)下降,使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀(jì)末,各種有源濾波器和有源補(bǔ)償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。這些為2l世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色開關(guān)電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。
1仿真教學(xué)引入與創(chuàng)新思維拓展
1．1引入仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性
電力電子技術(shù)課程理論教學(xué)中，十分注重對(duì)電路的波形與相位分析，電力電子系統(tǒng)中出現(xiàn)的電壓、電流等波形分析，以方便理解電力電子器件在電路中導(dǎo)通與截止的開關(guān)過程，從而加深對(duì)整流、逆變、交流變換、PWM控制技術(shù)等知識(shí)的理解。大量的波形分析內(nèi)容，如果在黑板上手工畫，是一個(gè)比較困難的事情，并且學(xué)生不易理解。通過在仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中完成，同時(shí)回饋到多媒體教學(xué)，會(huì)取得更好的教學(xué)效果，所以，引入仿真教學(xué)是對(duì)理論課教學(xué)的必要補(bǔ)充［7］。另外，一些較為復(fù)雜的電力電子電路創(chuàng)新和綜合性實(shí)驗(yàn)，無法通過模擬實(shí)驗(yàn)完成實(shí)踐課教學(xué)，通過引入仿真教學(xué)，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)教學(xué)的維度，擴(kuò)大了實(shí)踐教學(xué)的可操作性。電力電子技術(shù)是電力技術(shù)、電子技術(shù)和控制技術(shù)交叉學(xué)科，學(xué)生僅通過理論教學(xué)很難理解學(xué)科交叉性，對(duì)電力電子技術(shù)的認(rèn)識(shí)也不夠全面，通過引入仿真教學(xué)，既能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)主電路的認(rèn)識(shí)，也能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)控制電路的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)課程，如“現(xiàn)代電力電子技術(shù)”、“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”等課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［8］。在結(jié)合當(dāng)今產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)研究領(lǐng)域，如新能源發(fā)電、電動(dòng)汽車、變頻調(diào)速、柔流輸電、高壓直流輸電等，具有一定的前瞻性和創(chuàng)新性，然而受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備的局限性無法完成，引入仿真教學(xué)，可以進(jìn)行對(duì)新技術(shù)的研究，拓展學(xué)生的工程意識(shí)［9］。仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的引入，很好地解決了上述問題，同時(shí)提高了調(diào)試和設(shè)計(jì)的靈活性，可以最大限度地實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新思維的發(fā)揮，開闊學(xué)生視野。
1．2創(chuàng)新思維培養(yǎng)與拓展
創(chuàng)新思維就是帶有創(chuàng)見性的思維，更具體地說，是指學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中善于獨(dú)立思索和分析，不因循守舊，能主動(dòng)探索、積極創(chuàng)新的思維因素［10］。從創(chuàng)新思維的角度來看，創(chuàng)新教育就是要培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維能力、隱喻聯(lián)想思維能力、發(fā)散思維能力以及有助于創(chuàng)新思維的非智力因素。對(duì)知識(shí)的“開墾性”越高，知識(shí)的系統(tǒng)性越強(qiáng)，減縮性越大，遷移性越靈活，則創(chuàng)造性就越突出［11］。創(chuàng)新人才培養(yǎng)是教育者及全社會(huì)共同關(guān)注的熱點(diǎn)話題，更是推動(dòng)我國盡快走上創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展軌道的現(xiàn)實(shí)的迫切需要。電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是培養(yǎng)寬口徑、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力的創(chuàng)新型人才，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為培養(yǎng)大學(xué)生基本技能、實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)的關(guān)鍵教學(xué)環(huán)節(jié)，應(yīng)該把培養(yǎng)人才的綜合素質(zhì)和能力作為出發(fā)點(diǎn)和歸宿，學(xué)生在校期間創(chuàng)新思維的培養(yǎng)顯得尤為重要［12］。電力電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中，雖然有一些產(chǎn)學(xué)研結(jié)合和科技創(chuàng)新方面的課題，學(xué)生也有參與熱情，但對(duì)于這種創(chuàng)新的課題，學(xué)生感覺高不可攀，遙不可及，然而，軟件仿真實(shí)驗(yàn)調(diào)試和設(shè)計(jì)靈活，可最大限度地實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新思維的發(fā)揮，同時(shí)也能解決人才缺乏和行業(yè)需求的矛盾，開闊學(xué)生視野，增強(qiáng)就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力［13］。
2仿真教學(xué)開展實(shí)例分析
直流—直流變換（斬波電路）是電力電子技術(shù)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，其中，升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路及Zeta斬波電路結(jié)構(gòu)不同，但其輸入輸出關(guān)系完全相同，此處通過應(yīng)用PLECS軟件，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)電力電子控制技術(shù)的分析，通過開展仿真教學(xué)，提高學(xué)生創(chuàng)新能力。
2．1理論教學(xué)與電路工作原理分析
升降壓斬波電路、Cuk斬波電路和Sepic斬波電路如圖1（a）、（b）、（c）所示，可見電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，升降壓斬波電路的工作原理為：當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，電源E經(jīng)過開關(guān)管V向電感供電儲(chǔ)能；V處于斷態(tài)時(shí)，電感中儲(chǔ)存的能量向負(fù)載釋放［14］。Cuk斬波電路當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分別流過電流。V處于斷態(tài)時(shí)，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路分別流過電流，負(fù)載電壓極性與電源電壓極性相反，為反極性斬波電路。Sepic斬波當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，E—L1—V回路和C1—V—L2回路同時(shí)導(dǎo)通，L1和L2同時(shí)儲(chǔ)能。V處于斷態(tài)時(shí)，E—L1—C1—VD—負(fù)載回路及L2—VD—負(fù)載回路同時(shí)導(dǎo)通，此階段E和L1既向負(fù)載充電，同時(shí)也向C1充電，C1儲(chǔ)存的能量在V處于通態(tài)時(shí)向L2轉(zhuǎn)移。
2．2電路的PLECS仿真分析
在傳統(tǒng)升降壓斬波電路分析中，只注重主電路分析，而關(guān)于全控器件如何控制以及系統(tǒng)開閉環(huán)形式等內(nèi)容，往往忽略了講解和分析，此外，導(dǎo)出電路的輸入輸出關(guān)系后，對(duì)不同電路結(jié)構(gòu)下，為什么具有相同的輸入輸出關(guān)系不作明確解釋，各個(gè)電路的特點(diǎn)和利弊不作分析，從而使得學(xué)生在開關(guān)電源設(shè)計(jì)等方面具有很大的困惑，同時(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程變?yōu)楸粍?dòng)的知識(shí)傳教，也無法引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更談不上創(chuàng)新思維的開發(fā)［15］。此處，引入PLECS仿真軟件，構(gòu)建3種電路的仿真系統(tǒng)，分別如圖2（a）、（b）、（c）所示，系統(tǒng)中電路仿真參數(shù)按圖示進(jìn)行選取，此處輸入電壓選為10V，占空比設(shè)為α＝0．6，進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，仿真結(jié)果分別如圖3（a）、（b）、（c）所示。通過PLECS仿真軟件引入，輔助了對(duì)斬波電路的分析，學(xué)生可以充分理解在主電路背后，由于電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，其電路的運(yùn)行效果不同，如：Cuk斬波電路與升降壓斬波電路相比，其輸入電源電流和負(fù)載電路都連續(xù)，脈動(dòng)小，有利于輸入、輸出進(jìn)行濾波。Sepic斬波電路為正極性斬波電路，而其他2種為反極性斬波電路。如此，結(jié)論和總結(jié)都可以通過仿真結(jié)果得到更清晰的認(rèn)識(shí)。另外，學(xué)生可以借助仿真手段，靈活地修改參數(shù)，分析不同參數(shù)下電路的輸入、輸出關(guān)系，還可借助于其他的控制方式，研究在不同的控制方式下對(duì)系統(tǒng)的控制效果，從而為以后設(shè)計(jì)開關(guān)電源構(gòu)造閉環(huán)系統(tǒng)打下基礎(chǔ)，對(duì)電力電子技術(shù)是電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論交叉學(xué)科有更清晰的認(rèn)識(shí)。
3結(jié)束語
關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；教學(xué)研究；備課；教學(xué)原則
作者簡(jiǎn)介：湯賜（1978-），男，湖南湘潭人，長(zhǎng)沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，講師。（湖南 長(zhǎng)沙 410114）
中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）07-0070-03
電力電子技術(shù)是使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，其應(yīng)用范圍非常廣泛，涉及一般工業(yè)、交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、新能源發(fā)電等，因而“電力電子技術(shù)”已成為本科教學(xué)階段的專業(yè)基礎(chǔ)課程，地位十分重要。然而由于課程難、內(nèi)容多、課時(shí)少，所以上好“電力電子技術(shù)”是一件具有挑戰(zhàn)性的工作。
評(píng)判“電力電子技術(shù)”課上得是否好，至少應(yīng)關(guān)注它有無具備以下7個(gè)方面的特征：[1]內(nèi)容豐富、概念明確、重點(diǎn)突出、脈絡(luò)清晰、語言生動(dòng)、板書精當(dāng)和學(xué)時(shí)準(zhǔn)確（不拖堂、不早退）；其中第一、二點(diǎn)主要取決于授課教師的學(xué)術(shù)水平，而后面五點(diǎn)則與教師傳授、幫促方面的基本功有關(guān)。目前，大學(xué)新進(jìn)教師普遍為高學(xué)歷人才，在學(xué)術(shù)上有著一定深度和廣度，但在傳授和幫促的基本功方面還顯得有些薄弱。
作為大學(xué)新進(jìn)教師中一員，筆者通過多聽有豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的老師授課，向他們請(qǐng)教，并拜讀北京理工大學(xué)龔紹文教授所著《大學(xué)青年教師教學(xué)入門：大學(xué)施教學(xué)初步》，[1]對(duì)如何上好“電力電子技術(shù)”有了一些初步認(rèn)識(shí)，概括起來，主要是注意四個(gè)方面的問題：做好整體性備課工作、做好每次課的課前備課工作、重視第一堂課以及掌握并運(yùn)用好教學(xué)基本原則。
一、做好整體性備課工作
眾所周知，要想上好一門課，首先是要備好課。備課有兩種類型：[1]一種是針對(duì)全課程內(nèi)容而言的整體性備課，另一種是每次課（大學(xué)中通常是將連續(xù)的兩節(jié)課作為一次課）的課前備課。
整體性備課是對(duì)“電力電子技術(shù)”的全面準(zhǔn)備，是教師能否講好這門課程的最關(guān)鍵的一步。只有對(duì)“電力電子技術(shù)”有了整體上的把握，對(duì)教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)做到了融會(huì)貫通，才能在具體講授每次課時(shí)有一個(gè)全局的高度、有一種俯視的自信，才能清晰流暢、舉重若輕地講授課程，猶如庖丁解牛，游刃有余。在整體性備課時(shí)，關(guān)鍵是要弄清楚5個(gè)基本問題，并完成好6件準(zhǔn)備工作。
1.5個(gè)基本問題
（1）“電力電子技術(shù)”的主體框架，基本內(nèi)容、各部分內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系，以及貫穿全課程的關(guān)鍵線索是什么？這個(gè)問題是從整體上把握“電力電子技術(shù)”的首要問題，直接挑戰(zhàn)教師對(duì)所授內(nèi)容的理解深度和運(yùn)用程度。
“電力電子技術(shù)”主要由三大部分組成：[2]電力電子器件；AC/DC、DC/DC、AC/AC、DC/AC四大類基本變流電路以及由它們組合而成的組合變流電路；對(duì)各種變流電路都適用的PWM控制技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)。其中，各種變流電路及其控制技術(shù)的學(xué)習(xí)和掌握是本課程的主體。變流電路種類繁多，突出帶有共性的分析方法對(duì)于理解各種電路的工作原理具有十分重要的作用。例如，通斷型電力電子器件的存在，使得四大類變流電路及其他們的組合變流電路呈現(xiàn)出非線性特性；但當(dāng)電路中各通斷型電力電子器件的通斷狀態(tài)確定后，整個(gè)變流電路又可以根據(jù)線性電路的基本理論進(jìn)行分析。相位控制和脈沖寬度調(diào)制（PWM）則是分別針對(duì)半控型器件和全控型器件組成的電路拓?fù)涞膬煞N控制技術(shù)。而所選用的通斷型電力電子器件的類型（即不可控型、半控型、全控型）則是將各種變流電路及其控制技術(shù)（對(duì)不可控型器件構(gòu)成的電路不存在控制問題）構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體的關(guān)鍵線索。
（2）“電力電子技術(shù)”的教學(xué)目標(biāo)是什么？也就是說，學(xué)了這門課程以后，學(xué)生能夠做到些什么？為了從宏觀上控制大學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，教育部對(duì)主要的基礎(chǔ)性、專業(yè)基礎(chǔ)性課程都制定了相應(yīng)的“課程教學(xué)基本要求”，一般涉及兩個(gè)方面的內(nèi)容：一個(gè)方面是規(guī)定了一門課程必須包含的知識(shí)點(diǎn)和基本技能；另一個(gè)方面是學(xué)生對(duì)這些知識(shí)和技能應(yīng)該掌握的程度層次，例如，識(shí)記、了解、理解、應(yīng)用（可進(jìn)一步細(xì)化為簡(jiǎn)單應(yīng)用、分析、綜合和評(píng)價(jià)等）。
通過對(duì)“電力電子技術(shù)”的學(xué)習(xí)，學(xué)生熟悉并掌握晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力雙極型晶體管（BJT）、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Power MOSFET）和絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）等電力電子器件的工作原理、開關(guān)特性和電氣參數(shù)；熟悉并掌握單相、三相整流電路和有源逆變電路的基本原理、波形分析，以及各種性質(zhì)的負(fù)載對(duì)電路工作性能的影響；掌握直流斬波電路的工作原理、電路結(jié)構(gòu)、換相方法及參數(shù)計(jì)算；掌握交流調(diào)壓電路的電路結(jié)構(gòu)、換相方法、波形分析和參數(shù)計(jì)算，了解交-交變頻電路的基本原理；掌握逆變電路，特別是PWM型逆變電路的工作原理、控制方法、波形分析；了解軟開關(guān)技術(shù)的基本概念；了解電力電子技術(shù)的發(fā)展方向。
（3）“電力電子技術(shù)”的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展方向是什么？了解歷史，分析現(xiàn)狀，是為了更好地預(yù)測(cè)未來。所謂“了解歷史”，首先，要清楚所授課程的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)階段；其次，應(yīng)知道每個(gè)階段的標(biāo)志性事件、代表性人物和重要結(jié)果；最后，對(duì)某些重要結(jié)果在歷史上的獲得過程也需有所涉獵，從而有助于利用歷史所蘊(yùn)含的科學(xué)精神、研究方法和思想啟迪，創(chuàng)造性地挖掘新方法、新技術(shù)。[1]而在分析現(xiàn)狀時(shí)，不但要聚焦本校、兄弟院校、國外高校對(duì)本課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面的情況，還應(yīng)關(guān)注本課程所屬學(xué)科的最新科研進(jìn)展。
由于電力電子器件的發(fā)展對(duì)電力電子技術(shù)的發(fā)展起著決定性的作用，因此，電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的。
使用電子管、水銀整流器的時(shí)期屬于電力電子技術(shù)的史前期或黎明期。在這一時(shí)期，各種整流電路、逆變電路和周波變流電路的理論已經(jīng)發(fā)展成熟并廣為應(yīng)用。1957年美國通用電氣公司研制出第一個(gè)晶閘管標(biāo)志著電力電子技術(shù)的正式誕生；隨著晶閘管及晶閘管變流技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)的概念和基礎(chǔ)得以逐漸確立。由于晶閘管是通過對(duì)門極的控制能夠使其導(dǎo)通而不能使其關(guān)斷的器件（即半控型器件），因而所采用的控制方式主要是相位控制，其關(guān)斷通常需要依靠電網(wǎng)電壓等外部條件來實(shí)現(xiàn)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)受到很大的局限。20世紀(jì)70年代后期，以GTO、BJT和Power MOSFET為代表的全控型器件迅速發(fā)展，把電力電子技術(shù)推進(jìn)到一個(gè)新的發(fā)展階段。與晶閘管電路的相位控制方式相對(duì)應(yīng)，采用全控型器件電路的主要控制方式為PWM。PWM方式不僅在逆變、斬波、整流、變頻及交流電力控制中均可應(yīng)用，而且使得電路的控制性能大為改善，因而對(duì)電力電子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了極為深遠(yuǎn)的影響。在20世紀(jì)80年代后期，以IGBT為代表的復(fù)合型器件異軍突起。由于綜合了MOSFET驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度快和BJT通態(tài)壓降小、載流能力大的優(yōu)點(diǎn)，因此，IGBT成為了現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導(dǎo)器件。同IGBT相類似的，還有復(fù)合了MOSFET和GTO優(yōu)良性能的MOS控制晶閘管（MCT）和集成門極換流晶閘管（IGCT）。目前，把驅(qū)動(dòng)、控制、保護(hù)電路和功率器件集成在一起，構(gòu)成功率集成電路（PIC）成為了電力電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。
（4）“電力電子技術(shù)”在整個(gè)教學(xué)計(jì)劃中的地位和作用是什么？整個(gè)大學(xué)四年的教學(xué)過程是一個(gè)系統(tǒng)工程，而具體到某一門課程則只屬于它的一個(gè)局部，因此，各門課程的教學(xué)不能孤立地進(jìn)行，而必須與其他課程相互配合，特別是要關(guān)注前修課和后續(xù)課。
“電力電子技術(shù)”是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，在學(xué)習(xí)它之前，學(xué)生應(yīng)學(xué)過“電路”和“電子技術(shù)基礎(chǔ)”，并已能熟練使用示波器等電子儀器；而“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”則是該課程的后續(xù)課之一。
（5）“電力電子技術(shù)”的主要內(nèi)容應(yīng)通過怎樣的教學(xué)步驟和教學(xué)方法傳授給學(xué)生？設(shè)計(jì)一個(gè)合理的教學(xué)步驟或教學(xué)過程，并采用科學(xué)的教學(xué)方法幫助和鼓勵(lì)學(xué)生達(dá)到教學(xué)目標(biāo)是整體性備課的最后一個(gè)基本問題。
一般來講，教學(xué)過程可分為三步走：首先，是把“電力電子技術(shù)”的教學(xué)目標(biāo)具體化、明確化，并通過教學(xué)內(nèi)容這一載體反映出來。然后，采用各種行之有效的教學(xué)方法，幫助和鼓勵(lì)學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)來達(dá)到課程教學(xué)目標(biāo)，所謂“授之魚，不如授之以漁”。比如，可以幫助和鼓勵(lì)學(xué)生自己運(yùn)用Matlab/Simulink搭建簡(jiǎn)單的變流電路拓?fù)?，[3]驗(yàn)證相位控制方式和PWM方式；幫助和鼓勵(lì)學(xué)生使用Matlab/Simulink中自帶的仿真模型，并善于利用Google搜索網(wǎng)絡(luò)資源；最后，就是要合理評(píng)價(jià)學(xué)生的進(jìn)步。
教學(xué)方法是多種多樣的，包括講授法、談話法、討論法、直觀教學(xué)法、準(zhǔn)直觀法、邊講邊練法、單元教學(xué)法、發(fā)現(xiàn)教學(xué)法、程序教學(xué)法、案例教學(xué)法、暗示教學(xué)法等，[1]上述方法都有它們各自的優(yōu)勢(shì)和不足，適用于不同的場(chǎng)合，因此，不應(yīng)盲目肯定或否定一種方法，而應(yīng)結(jié)合教學(xué)模式、教學(xué)手段和教學(xué)設(shè)備加以綜合使用。對(duì)于“電力電子技術(shù)”這門課程而言，筆者非常信賴案例教學(xué)法――通過演示Matlab/Simulink模型搭建與仿真分析來傳授學(xué)生點(diǎn)石成金的“金手指”。
2.6件準(zhǔn)備工作
有了對(duì)上述5個(gè)基本問題的認(rèn)識(shí)后，接下來就應(yīng)該做好以下6件準(zhǔn)備工作了：認(rèn)真研讀“電力電子技術(shù)”教學(xué)基本要求和教學(xué)大綱；認(rèn)真選擇、研讀教材及參考書；認(rèn)真研讀“電力電子技術(shù)”的前修課和后續(xù)課的教材；自己動(dòng)手做過教材中的全部練習(xí)題及思考題；了解學(xué)生；撰寫一份“電力電子技術(shù)”教學(xué)安排表，并在課前發(fā)放給每個(gè)學(xué)生。其中，最要緊的是研讀教材、做好習(xí)題和了解學(xué)生。
所謂“研讀”，是指通過仔細(xì)的、反復(fù)的、研究式的將選定的《電力電子技術(shù)》教材讀上很多遍，從而把教材中的重點(diǎn)和難點(diǎn)部分完全吃透，即要讀到不會(huì)被人就教材中的內(nèi)容問倒、讀到可以脈絡(luò)清晰、有理有據(jù)地用自己的語言來闡述教材中的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。
西安交通大學(xué)王兆安教授和黃俊教授主編的《電力電子技術(shù)》（第4版），[2]每章均提供有習(xí)題及思考題。這些習(xí)題及思考題都是精心安排的，與正文相互呼應(yīng)、相互配合，有助于學(xué)生對(duì)教材內(nèi)容的理解和能力的培養(yǎng)。然而學(xué)生在做題的過程中又最容易出現(xiàn)問題，也最需要教師的幫助和指導(dǎo)，因此，教師必須事先親自動(dòng)手做一遍，做到對(duì)所有習(xí)題都心中有數(shù)，這樣才能使學(xué)生通過“帶著問題自學(xué)”、“向教師尋求答疑釋惑”的過程獲得“豁然開朗”的明悟。
所謂了解學(xué)生，首先，是要了解學(xué)生當(dāng)前的知識(shí)基礎(chǔ)，因?yàn)橐磺行碌闹R(shí)都是在已有知識(shí)平臺(tái)的基礎(chǔ)上增加的。其次，是要了解學(xué)生的能力狀況、所學(xué)專業(yè)、就業(yè)去向等信息，以便決定“電力電子技術(shù)”對(duì)本屆學(xué)生的講法，如何運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)原則以及如何與學(xué)生的專業(yè)、就業(yè)相結(jié)合。
只有在弄清楚5個(gè)基本問題并做好6件準(zhǔn)備工作后，整體性備課才能算大致完成，所獲得的一個(gè)重要結(jié)果就是寫出一份“‘電力電子技術(shù)’教學(xué)安排表”；據(jù)此，實(shí)現(xiàn)每次課的課前備課，即寫出一份針對(duì)每次課的教案，從而給學(xué)生具體上好每一次課。
二、做好每一次課的課前備課工作
整體性備課是非常重要的，但課還得一次課一次課地講。事實(shí)上，只有每一次課都講好了，整體性的把握才能落到實(shí)處，因此，在每一次講課之前也要備好課，具體來說：要根據(jù)“電力電子技術(shù)”教學(xué)安排表明確每次課所講授內(nèi)容的大題目，確立教學(xué)目的，選擇具體內(nèi)容及講授重點(diǎn)；根據(jù)教學(xué)的具體內(nèi)容確定教學(xué)模式，例如，課堂講授、實(shí)驗(yàn)或討論等；要把選定的教學(xué)內(nèi)容組織成一次講授式或議論式或談話式的文稿，應(yīng)服從并服務(wù)于主題，把各部分內(nèi)容按起始段、中間段到結(jié)尾段的順序安排組織好；選擇合適的教學(xué)方法和教學(xué)手段；寫出一份教案來，準(zhǔn)備在課堂中使用。其中，教案是做好每次課的課前備課工作的最為核心之處。
一般來說，一次“電力電子技術(shù)”課的教案由兩大部分組成：概述和教學(xué)進(jìn)程。概述主要用于闡釋教師對(duì)本次課的基本認(rèn)識(shí)和實(shí)施教學(xué)的指導(dǎo)思想，涉及授課對(duì)象及其特點(diǎn)（重點(diǎn)是學(xué)生的專業(yè)特色、就業(yè)去向、已有的知識(shí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力）、題目或主題、教學(xué)目的、重點(diǎn)和難點(diǎn)、講授方法和教學(xué)手段等。[4]教學(xué)進(jìn)程則負(fù)責(zé)具體組織教學(xué)步驟，用以落實(shí)概述中的基本分析和指導(dǎo)思想，通常按授課時(shí)序?qū)懨髅總€(gè)教學(xué)段落的教學(xué)要求、教學(xué)內(nèi)容、表達(dá)方式和時(shí)間分配等細(xì)節(jié)。
三、重視第一堂課
俗話說，良好的開端是成功的一半！第一堂課講得好不好對(duì)整個(gè)“電力電子技術(shù)”課程能否順利進(jìn)行是至關(guān)重要的。如果學(xué)生對(duì)第一堂課的印象好，為以后的講課就創(chuàng)造了良好條件；相反，如果第一堂課準(zhǔn)備不足，給學(xué)生的印象不好，以后就要花上好幾倍的工夫才能挽回。因此，教師首先要從思想上高度重視第一堂課。
那么，第一堂課怎樣才算成功呢？“興趣是最好的老師”，筆者認(rèn)為，第一堂課應(yīng)努力使學(xué)生產(chǎn)生三個(gè)興趣：讓學(xué)生對(duì)教師產(chǎn)生興趣；讓學(xué)生對(duì)電氣工程學(xué)科產(chǎn)生興趣；讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)“電力電子技術(shù)”課程產(chǎn)生興趣。為此，教師須明確教學(xué)目的，并完美演繹“三個(gè)介紹”。
1.明確教學(xué)目的
“電力電子技術(shù)”第一堂課通常為緒論課?？紤]到大學(xué)生都有一定的自學(xué)能力，即表現(xiàn)為對(duì)具體問題的理解以及數(shù)學(xué)演繹能力，但從課程整體內(nèi)容上把握實(shí)質(zhì)問題的能力還較弱，因此，第一堂課的教學(xué)目的旨在把學(xué)生的注意力抓過來，免得課程一開頭就使學(xué)生在沒有任何思想準(zhǔn)備的情況下盲目陷入到具體問題的思考之中。通過對(duì)一些教學(xué)內(nèi)容，如“電力電子技術(shù)”課程及電力電子技術(shù)的地位與作用是什么，什么是電力電子技術(shù)，它的發(fā)展經(jīng)歷了哪些階段，目前主要應(yīng)用在哪些領(lǐng)域等具體教學(xué)內(nèi)容的初步說明，使學(xué)生對(duì)電力電子技術(shù)有一個(gè)宏觀意義上的了解。在進(jìn)行課堂講授時(shí)，要重點(diǎn)分析“電力電子技術(shù)”課程及電力電子技術(shù)的地位與作用；闡述電力電子技術(shù)與電子學(xué)、電氣工程、控制理論三者的關(guān)系；并結(jié)合授課對(duì)象所學(xué)專業(yè)的特點(diǎn)及需要，介紹電力電子技術(shù)目前主要應(yīng)用的領(lǐng)域。
2.教師的自我介紹
對(duì)于任何一門新開課，簡(jiǎn)短的自我介紹是師生間建立起相互了解的第一步。教師良好的精神風(fēng)貌、對(duì)本學(xué)科知識(shí)孜孜以求的精神以及求學(xué)、工作、生活中面對(duì)困難、挫折的勇氣都會(huì)深深地感染學(xué)生，使對(duì)未來還多少感到迷茫的他們多一份信心，少一些顧慮。因此，教師在進(jìn)行自我介紹時(shí)，需注意以下幾個(gè)方面：第一，內(nèi)容應(yīng)盡量貼近電氣工程學(xué)科的發(fā)展或“電力電子技術(shù)”課程的學(xué)習(xí)。例如，筆者通過自己本科階段學(xué)習(xí)自動(dòng)化專業(yè)、碩士研究生階段從事電機(jī)與電器專業(yè)、博士研究生階段畢業(yè)于電力電子與電力傳動(dòng)專業(yè)的求學(xué)歷程介紹，為后續(xù)分析“電力電子技術(shù)”課程及電力電子技術(shù)的地位與作用埋下伏筆。第二，用語準(zhǔn)確、規(guī)范、生動(dòng)，有著自己鮮明或獨(dú)特的語言風(fēng)格和表達(dá)特點(diǎn)。第三，要把自己的學(xué)科造詣、科研成就適度的介紹給學(xué)生，使學(xué)生對(duì)教師產(chǎn)生信任感和敬佩感。
3.電氣工程學(xué)科的介紹
電氣工程是研究電磁現(xiàn)象、規(guī)律及應(yīng)用的學(xué)科，下設(shè)5個(gè)二級(jí)學(xué)科，分別為電機(jī)與電器、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化、高電壓與絕緣技術(shù)、電力電子與電力傳動(dòng)和電工理論與新技術(shù)。
作為現(xiàn)代科技領(lǐng)域中的核心學(xué)科之一，以及當(dāng)今高新技術(shù)領(lǐng)域中不可或缺的關(guān)鍵學(xué)科，電氣工程的教育和科研不僅在我國，而且在發(fā)達(dá)國家的大學(xué)中也一直占據(jù)著十分重要的地位。通過“電路原理”、“電路實(shí)驗(yàn)”、“模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”、“電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”、“自動(dòng)控制原理”、“微機(jī)原理與接口技術(shù)”等基礎(chǔ)必修課，認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、電子實(shí)習(xí)、金工實(shí)習(xí)等基礎(chǔ)實(shí)踐環(huán)節(jié)，“工程電磁場(chǎng)”、“電機(jī)學(xué)”、“電力電子技術(shù)”、“電氣控制與PLC技術(shù)”、“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”、“電力系統(tǒng)暫態(tài)分析”、“發(fā)電廠的電氣部分”、“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”、“電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置”、“高電壓與絕緣技術(shù)”、“電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)”等專業(yè)必修課，“單片機(jī)原理及應(yīng)用”、“控制系統(tǒng)仿真”、“嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用”、“自動(dòng)化儀表與過程控制”、“虛擬儀器”、“電力工程概論”、“電能質(zhì)量分析與控制”、“新能源發(fā)電技術(shù)”、“配電自動(dòng)化”、“絕緣在線檢測(cè)技術(shù)”、“電力系統(tǒng)過電壓”、“電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行與控制”、“電力系統(tǒng)市場(chǎng)營銷”、“電力系統(tǒng)自動(dòng)化”等專業(yè)選修課，“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)”、“高電壓與絕緣技術(shù)課程設(shè)計(jì)”、“發(fā)電廠的電氣部分課程設(shè)計(jì)”、“電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)”、“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)”、“變電站微機(jī)監(jiān)控實(shí)訓(xùn)”、“生產(chǎn)實(shí)習(xí)”、“畢業(yè)實(shí)習(xí)”、“畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）”等專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，培養(yǎng)有關(guān)電能生產(chǎn)、傳輸直至使用的全過程中，各種電氣設(shè)備和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、測(cè)量和控制等方面的高層次科學(xué)研究、工程技術(shù)與管理專門人才和高等學(xué)校師資。
由于電氣工程研究范圍廣泛，應(yīng)用前景樂觀，加上在人才培養(yǎng)模式上突出了寬口徑、復(fù)合型，因此，該專業(yè)的畢業(yè)生在就業(yè)時(shí)呈現(xiàn)出“點(diǎn)多、面寬、適應(yīng)性強(qiáng)”等特點(diǎn)。一般來說，從電氣工程專業(yè)順利畢業(yè)后能夠在系統(tǒng)運(yùn)行、自動(dòng)控制、電力電子技術(shù)、信息處理、試驗(yàn)技術(shù)、研制開發(fā)、經(jīng)濟(jì)管理以及電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用等領(lǐng)域擔(dān)任重要工作，也能到各級(jí)發(fā)電廠、供電局、電網(wǎng)調(diào)度所、各類大中型企業(yè)從事電力設(shè)計(jì)、建設(shè)、調(diào)試、生產(chǎn)、運(yùn)行、管理、市場(chǎng)運(yùn)營、科技開發(fā)和技術(shù)培訓(xùn)等工作，或從事電氣設(shè)備的維護(hù)、檢修、安裝和調(diào)試等方面的工作。
通過對(duì)電氣工程學(xué)科的介紹，一方面讓學(xué)生產(chǎn)生能有幸從事電氣工程學(xué)習(xí)的自豪感，并形成正確的學(xué)習(xí)觀，明確學(xué)習(xí)目的；另一方面也有助于引出“電力電子技術(shù)”課程及電力電子技術(shù)的地位與作用的學(xué)習(xí)內(nèi)容。
4.“電力電子技術(shù)”學(xué)習(xí)方法的介紹
對(duì)于學(xué)生而言，他們最關(guān)心的是即將要開始學(xué)習(xí)的這門課程到底要學(xué)些什么，學(xué)完了以后有什么用，難不難學(xué)，該怎樣學(xué)等，因此，教師在第一堂課上，應(yīng)結(jié)合自己的學(xué)習(xí)經(jīng)歷和科研體會(huì)，向?qū)W生介紹“電力電子技術(shù)”的學(xué)習(xí)方法。例如，筆者通過介紹自己如何運(yùn)用電力電子技術(shù)提高電能質(zhì)量的科研經(jīng)歷，鼓勵(lì)學(xué)生自己運(yùn)用Matlab/Simulink搭建簡(jiǎn)單的變流電路拓?fù)洌?yàn)證相位控制方式和PWM方式；鼓勵(lì)學(xué)生使用Matlab/Simulink中自帶的仿真模型；將適合學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)資源介紹給他們，以期達(dá)到“授之漁”的目的。
四、掌握并運(yùn)用好教學(xué)基本原則
首先，要建立一個(gè)指導(dǎo)思想，就是“教完全是為了學(xué)”，即明確教學(xué)效果和學(xué)生的收獲才是“電力電子技術(shù)”教學(xué)研究的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。
其次，應(yīng)確立啟發(fā)式教學(xué)的原則。所謂啟發(fā)式教學(xué)是指在教學(xué)活動(dòng)中學(xué)生對(duì)于知識(shí)的獲得不是被動(dòng)地由教師灌入而來的，而是在教師的啟發(fā)、引導(dǎo)下，通過自己的思考、推理或聯(lián)想而來的。這種教學(xué)方式保證了學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)的主體，教師是教學(xué)活動(dòng)的主導(dǎo)，有利于發(fā)揮二者的積極性。那么，每一堂課怎樣實(shí)施啟發(fā)式教學(xué)呢？是不是在講述一個(gè)問題時(shí)，只有向?qū)W生不斷提問才算是啟發(fā)式教學(xué)呢？其實(shí)不然。
在講述一個(gè)問題時(shí)，只要教師抓住了問題的本質(zhì)，或通過剖析提煉出某類問題的共性，并深刻地闡明了它，在解決問題的講述中體現(xiàn)了解決此類問題的一般方法和特殊技巧，那么對(duì)學(xué)生就會(huì)有啟發(fā)作用，因而也就屬于啟發(fā)式教學(xué)。[1]例如，在講授基本斬波電路的相關(guān)內(nèi)容時(shí)，筆者以Buck電路為例，對(duì)其小信號(hào)建模方法進(jìn)行了介紹。由于電路拓?fù)浜?jiǎn)單（開關(guān)器件的通斷只衍生出兩個(gè)線性子電路拓?fù)洌?，涵蓋內(nèi)容卻豐富（涉及電路分析、偏微分運(yùn)算、狀態(tài)方程求解，傳遞函數(shù)與控制框圖表示等），因此，一方面學(xué)生能夠輕松掌握對(duì)于變流電路這類因含有開關(guān)器件而呈現(xiàn)出非線性的電路的建模方法，另一方面，也讓學(xué)生明白了整個(gè)大學(xué)階段所學(xué)的各門課程其實(shí)是相互關(guān)聯(lián)的，共同服務(wù)于解決問題的需要。
最后，需強(qiáng)調(diào)師生互動(dòng)，發(fā)揮教師“教”與學(xué)生“學(xué)”的積極性。師生之間的互動(dòng)有兩種表現(xiàn)形式：一種是顯性的，一種是隱形的。前者有明顯的身體動(dòng)作方面的互動(dòng)；后者則體現(xiàn)為思維上、眼神上的互動(dòng)，尤其是思維上的互動(dòng)。要想在課堂上與學(xué)生有思維上的互動(dòng)，教師要努力做到讓學(xué)生的腦子里始終帶有問題，引導(dǎo)學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)解決問題的方法，使之有成就感，教師再適時(shí)地給予肯定，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性高漲起來。
五、結(jié)束語
由于課程難，內(nèi)容多，課時(shí)少，所以對(duì)于大學(xué)新進(jìn)教師來說，上好“電力電子技術(shù)”并非易事。筆者從做好整體性備課工作、做好每次課的課前備課工作、重視第一課堂以及掌握并運(yùn)用教學(xué)的基本原則4個(gè)方面談了談自己講授《電力電子技術(shù)》的認(rèn)識(shí)和體會(huì)。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：小波變換，非整數(shù)次諧波，諧波檢測(cè)
1 引言
近年來，隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，各種變頻器、變流器、開關(guān)電源和電抗器等非線性設(shè)備的應(yīng)用日益增多，產(chǎn)生了大量的高次諧波，造成電力系統(tǒng)電壓、電流嚴(yán)重畸變，引發(fā)了一系列問題。
傳統(tǒng)的快速傅氏變換以求和替代積分，以降低精度為代價(jià)來提取實(shí)時(shí)性，可以得出各次諧波的幅值相位。
瞬時(shí)無功功率理論自20世紀(jì)80年代提出后，突破了傳統(tǒng)的平均值為基礎(chǔ)的功率定義，具有較好的實(shí)時(shí)性，抗干擾能力強(qiáng)。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法其特點(diǎn)是算法基于誤差曲面上的梯度下降，權(quán)調(diào)數(shù)量與輸入量一致，并保持與誤差的負(fù)梯度方向一致，因此能保證網(wǎng)絡(luò)的收斂性。
小波變換理論適合于對(duì)局部頻域進(jìn)行精確分析，它提供了一個(gè)自適應(yīng)的可調(diào)采樣窗口，具有更強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。而且小波變換理論分析時(shí)頻問題的良好特性使得它在檢測(cè)非整數(shù)次諧波方面優(yōu)于其他理論。本文采用連續(xù)小波變換分析系統(tǒng)中的整數(shù)次與非整數(shù)次諧波，并通過Matlab仿真得到了較好的分析結(jié)果，表明了小波變換具有檢測(cè)電力系統(tǒng)中各種諧波的良好功能。
2 諧波檢測(cè)原理
小波變換公式：。論文格式。
其中，為小波基函數(shù)，a為伸縮因子，為平移因子，x(t)為待分析信號(hào)。
由上式可知，小波變換實(shí)質(zhì)上是信號(hào)x(t)與小波母函數(shù)的卷積，是對(duì)信號(hào)滿足一定附加條件的濾波。而濾波的范圍則是由參數(shù)α, 來決定，反映在小波母函數(shù)和小波因子的選擇上?？梢姡〔ㄗ儞Q是按頻帶而不是按頻點(diǎn)的方式處理頻域，因此信號(hào)頻率的微小波動(dòng)不會(huì)對(duì)處理產(chǎn)生很大影響，且不要求對(duì)信號(hào)進(jìn)行整周期采樣；其次，由小波變換的時(shí)間局部性可知，在信號(hào)局部發(fā)生波動(dòng)時(shí)，它不會(huì)像傅立葉變換那樣把影響擴(kuò)散到整個(gè)頻譜，而只改變當(dāng)時(shí)一小段時(shí)間的頻譜分布，這使其可以跟蹤時(shí)變信號(hào)和暫態(tài)信號(hào)。
由于小波變換具有良好的時(shí)頻局部化特征，使得小波變換應(yīng)用于電力系統(tǒng)的諧波檢測(cè)有著很好的理論基礎(chǔ)，可以根據(jù)不同尺度的小波變換系數(shù)的幅值來測(cè)量諧波的頻率。由連續(xù)小波變換公式可見，信號(hào)的連續(xù)小波變換相當(dāng)于信號(hào)通過有限長(zhǎng)的帶通濾波器不同的尺度因子α決定帶通濾波器的帶通特性。如果能夠使不同頻率的諧波位于不同的頻帶中，就能夠把包括整數(shù)次非整數(shù)次的不同頻率的諧波分離出來。因此，利用小波變換可以實(shí)現(xiàn)整數(shù)次和非整數(shù)次的諧波含量的測(cè)量。
本文中采用Daubechies小波對(duì)函數(shù)進(jìn)行小波變換。論文格式。一般將其簡(jiǎn)寫為dbN，N是小波的階數(shù)。dbN沒有明確的表達(dá)式（除了N=1外），但轉(zhuǎn)換函數(shù)h的平方模是很明確的。
令，其中為二項(xiàng)式的系數(shù)，則有：
式中，。
3 仿真結(jié)果分析
對(duì)本文提出的檢測(cè)方法進(jìn)行數(shù)字仿真，其中3.1是對(duì)于含有基波、2、3.4次諧波檢測(cè)信號(hào)的仿真，3.2是對(duì)含噪的的諧波信號(hào)檢測(cè)的仿真。論文格式。
3.1 含有基波、2、3.4次諧波檢測(cè)信號(hào)的仿真
由于非線性元件和電力電子器件的廣泛應(yīng)用，使電力系統(tǒng)中存在著大量的整數(shù)次與非整數(shù)次諧波。采樣一個(gè)周期，而系統(tǒng)中分別有基波、2、3.4次諧波時(shí)，采用db3小波對(duì)信號(hào)進(jìn)行5層分解。
圖1 線形組合后的信號(hào)
圖2 小波分解后各層的逼近信號(hào)
圖3 小波分解后各層的細(xì)節(jié)信號(hào)
當(dāng)信號(hào)中含有基波、2次、3.4次諧波時(shí)，其線形組合后的信號(hào)如圖1所示，對(duì)組合信號(hào)進(jìn)行5層db3分解后的逼近信號(hào)如圖2所示，細(xì)節(jié)信號(hào)如圖3所示。從圖2可以看出，逼近信號(hào)a1顯示了3.4次諧波，逼近信號(hào)a2顯示了基波，二次諧波則出現(xiàn)在細(xì)節(jié)信號(hào)d2中。由此可知，對(duì)于常規(guī)傅立葉變換不能檢測(cè)非整數(shù)次諧波的問題，可以利用小波變換分析系統(tǒng)中存在的非整次諧波。通過分析小波變換對(duì)諧波檢測(cè)的特點(diǎn)，選用了db3小波變換并分析了含有非整次諧波的系統(tǒng)，證明了小波變換對(duì)于解決含有非整次諧波的檢測(cè)和分析具有良好的特性。
3.2對(duì)含噪的諧波信號(hào)的仿真
在電網(wǎng)電壓中，由于各種現(xiàn)代電力電子設(shè)備的干擾，不但存在諧波信號(hào)，而且有著廣泛的噪聲信號(hào)。采樣一個(gè)周期，而系統(tǒng)中分別含有3.7次諧波和噪聲信號(hào)時(shí)，采用db3小波對(duì)信號(hào)進(jìn)行5層分解。
圖4 含噪聲信號(hào)線形組合后的信號(hào)
圖5 含噪聲信號(hào)小波分解后各層的逼近信號(hào)
圖6 含噪聲信號(hào)小波分解后各層的細(xì)節(jié)信號(hào)
當(dāng)信號(hào)中含有3.7次諧波和噪聲信號(hào)時(shí)，其線形組合后的信號(hào)如圖4所示，對(duì)組合信號(hào)進(jìn)行5層db3分解后的逼近信號(hào)如圖5所示，細(xì)節(jié)信號(hào)如圖6所示。從圖6可以看出，3.7次諧波體現(xiàn)在逼近信號(hào)部分，而白噪聲體現(xiàn)在細(xì)節(jié)信號(hào)部分。由此可知，小波變換不但具有良好的非整次諧波的檢測(cè)能力還具有良好的噪聲分辨能力。
4 結(jié)論
小波變換是針對(duì)快速傅立葉變換在分析非穩(wěn)態(tài)信號(hào)方面的局限性形成和發(fā)展起來的一種十分有效的時(shí)頻分析工具，它克服了快速傅立葉變換的缺點(diǎn)，采用不同尺度的分析方法，能在信號(hào)的不同部位得到最佳的時(shí)域分辨率和頻域分辨率，為非穩(wěn)態(tài)信號(hào)的分析提供了一條新的途徑，通過本文的仿真可知，它對(duì)于含有整數(shù)次、非整數(shù)次諧波和含噪諧波的檢測(cè)有著很大的優(yōu)越性。
參考文獻(xiàn)
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論文摘要：本文對(duì)靈活交流輸電技術(shù)進(jìn)行了綜述，對(duì)靈活交流輸電系統(tǒng)中主要的幾種控制器進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)介紹了相間功率控制器技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。
引言
靈活交流輸電(FACTS)技術(shù)是現(xiàn)代電力電子技術(shù)與傳統(tǒng)的潮流控制相結(jié)合的產(chǎn)物。它采用可靠性高的大功率可控硅元件代替機(jī)械式高壓開關(guān)，使電力系統(tǒng)中影響潮流分布的三個(gè)主要電氣參數(shù)(電壓、線路阻抗及功率角)可按照系統(tǒng)的需要迅速調(diào)整，以期實(shí)現(xiàn)輸送功率的合理分配，電壓的合理控制，降低功率損耗和發(fā)電成本，大幅度提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，可靠性。此項(xiàng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)、綜合控制的重要手段。
FACTS技術(shù)一經(jīng)提出立即受到各國電力工作者的高度重視，國內(nèi)外一些權(quán)威人士已經(jīng)將靈活交流輸電、綜合自動(dòng)化和EMS技術(shù)一起預(yù)測(cè)將其確定為“未來輸電系統(tǒng)新時(shí)代的三項(xiàng)支撐技術(shù)”。美國、日本等發(fā)達(dá)國家，以及我國都投入了大量的人力和物力對(duì)此進(jìn)行開發(fā)研究，很多裝置已經(jīng)投入了實(shí)際運(yùn)行，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。
FACTS中的控制器
1、靜止無功補(bǔ)償器SVC
靜止無功補(bǔ)償器的典型代表是晶閘管投切的電容器(TSC)，和晶閘管控制的電抗器(TCR)。實(shí)際應(yīng)用中，將TCR與并聯(lián)電容器配合使用，根據(jù)投切電容器的元件不同，可分為TCR與固定電容器配合使用的靜止無功補(bǔ)償器，和TCR與斷路器投切電容器配合使用的補(bǔ)償器，以及TCR與TSC配合使用的無功補(bǔ)償器。這些組合而成的SVC的重要特性是它能連續(xù)調(diào)節(jié)補(bǔ)償裝置的無功功率，進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，使補(bǔ)償點(diǎn)的電壓接近維持不變，但SVC只能補(bǔ)償系統(tǒng)的電壓，其無功輸出與補(bǔ)償點(diǎn)節(jié)點(diǎn)電壓的平方成正比，當(dāng)電壓降低時(shí)其補(bǔ)償作用會(huì)減弱。SVC的主要作用是電壓控制，采用適當(dāng)?shù)目刂品绞胶螅琒VC也可以有阻尼系統(tǒng)功率振蕩和增加穩(wěn)定性等作用。目前，SVC技術(shù)已經(jīng)比較成熟，國外從60年代就已經(jīng)開始應(yīng)用SVC，七十年代末開始用于輸電系統(tǒng)的電壓控制，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，不僅將靜止無功補(bǔ)償器，用于輸電系統(tǒng)的電壓控制，也用于配電系統(tǒng)的補(bǔ)償和控制，還可用于電力終端用戶的無功補(bǔ)償一電壓控制。
2、靜止同步補(bǔ)償器STATCOM
靜止同步補(bǔ)償器也可以稱為ASVG——有源靜止無功發(fā)生器。它的基本原理是將自換相橋式電路直接或者通過電抗器并聯(lián)到電網(wǎng)上，適當(dāng)調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，就可以使該電路吸收或發(fā)出滿足要求的無功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。ASVG根據(jù)直流側(cè)采用的電容和電感兩種不同的儲(chǔ)能元件，可以分為電壓型和電流型。它可以通過控制其容性或感性電流，與系統(tǒng)交換無功，在任何系統(tǒng)電壓的情況下，都能輸出額定的無功功率，與SVC相比，在系統(tǒng)故障的情況下靜止同步補(bǔ)償器維持系統(tǒng)電壓，提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和抑制系統(tǒng)振蕩的作用較明顯；近二十幾年，靜止同步補(bǔ)償器受到了國內(nèi)外專家學(xué)者的普遍重視，日本從1980年研制出第一臺(tái)20Mvar的強(qiáng)迫自換相的橋式ASVG，1991年又投入了一臺(tái)±80Mvar的ASVG成功地運(yùn)行在154kV的輸電線路上，而美國于1995年投入了一臺(tái)±100Mvar的ASVG。我國清華大學(xué)和河南電力局共同研制成功了一臺(tái)±20Mvar的靜止無功補(bǔ)償器，并于1999年在河南洛陽朝陽變電所投入運(yùn)行。
3、并聯(lián)蓄能系統(tǒng)
并聯(lián)蓄能裝置包括蓄電池蓄能系統(tǒng)(BESS)和超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)器(SMES)等，是采用并聯(lián)式電壓源換流器的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，其換流器可通過快速調(diào)節(jié)向交流系統(tǒng)供給或吸收電能。將SMES用于兩機(jī)系統(tǒng)的頻率控制，可以有效地抑制兩系統(tǒng)之間的頻率偏移。也可將SMES與靜止移相器相結(jié)合用于互聯(lián)系統(tǒng)負(fù)荷頻率控制。但這種超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置不但技術(shù)要求高，而且在目前的條件下投資費(fèi)用比較昂貴，大量投入系統(tǒng)運(yùn)行還存在一定的困難。
4、晶閘管控制的串聯(lián)電容器TCSC
晶閘管控制的串聯(lián)電容器的模塊主要由串聯(lián)電容和含有電抗、晶閘管開關(guān)的并聯(lián)回路組成，通過可控硅控制可以靈活、連續(xù)地改變補(bǔ)償容量，達(dá)到快速響應(yīng)的效果。TCSC在改善電力系統(tǒng)性能方面有很多優(yōu)點(diǎn)，將TCSC用于高壓輸電系統(tǒng)，可發(fā)揮現(xiàn)有系統(tǒng)的潛力，提高功率傳輸極限，靈活地調(diào)節(jié)系統(tǒng)潮流，增加系統(tǒng)阻尼作用，是保證超高壓電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施。
TCSC與其它FACTS裝置相比，潮流控制功能比較簡(jiǎn)單，受到了GE、ABB和Siemens等大公司的關(guān)注和重視。在美國有三處已經(jīng)安裝了TCSC，并且運(yùn)行良好，瑞典、巴西等國家也相繼將TCSC投入實(shí)際運(yùn)行。我國在伊敏電廠至齊齊哈爾地區(qū)的馮屯變電站的雙回輸電線上采用串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)。
5、靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC
靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器是以DC/AC逆變器為基本結(jié)構(gòu)，它的基本原理是向線路注入一個(gè)與電壓相差90的可控電壓，以快速控制線路的有效阻抗、從而進(jìn)行有效地系統(tǒng)控制。它在系統(tǒng)中的作用有些類似于TCSC，但是，它控制潮流的能力遠(yuǎn)大于單方向減少線路阻抗功能的TCSC控制器，并且諧波含量小。
6、晶閘管控制的移相變壓器TCPST
晶閘管控制的移相變壓器是利用可控硅開關(guān)控制移相角度從而改變線路兩側(cè)的移相角來控制潮流的大小或方向。移相器的發(fā)展比較早，早在三十年代第一臺(tái)移相器已經(jīng)在美國投入運(yùn)行，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，70年代開始各國電力專家將晶閘管與移相器相結(jié)合開始進(jìn)行晶閘管控制的移相器TCPST的研究。經(jīng)研究表明TCPST具有提高聯(lián)絡(luò)線傳輸潮流，抑制小干擾，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，阻尼功率振蕩，母線電壓控制，規(guī)約聯(lián)絡(luò)線潮流等功能，晶閘管控制的移相器的控制速度快，相角階梯可以很小，甚至達(dá)到無級(jí)調(diào)節(jié)，但晶閘管控制的移相器有一個(gè)缺點(diǎn)，它本身需要消耗無功功率，運(yùn)行中一般需要與無功補(bǔ)償裝置聯(lián)合使用，并且諧波的含量較高，因此對(duì)電能質(zhì)量有一定的影響。
7、可轉(zhuǎn)換式靜止補(bǔ)償器CSC
可轉(zhuǎn)換式靜止補(bǔ)償器是近兩年推出的FACTS控制器的一種新產(chǎn)品，它實(shí)際上是將基于同步變流器的串并聯(lián)補(bǔ)償器技術(shù)，通過在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)柔性化，使其可以更加靈活地應(yīng)對(duì)不斷變化的電力系統(tǒng)要求。CSC是由2臺(tái)電壓源換流器、一個(gè)與輸電線并聯(lián)的變壓器和2個(gè)串聯(lián)的變壓器組成。通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償器的不同運(yùn)行工作狀態(tài)，根據(jù)控制目標(biāo)的不同，CSC可以提供靜止同步無功補(bǔ)償器，靜止同步串聯(lián)無功補(bǔ)償器、統(tǒng)一潮流控制器和線間潮流控制器4種基本控制方式。
8、統(tǒng)一潮流控制器UPFC
UPFC的概念是由美國西屋科技中心的L.Gyugyi于1992年首次推出的，統(tǒng)一潮流控制器是一種從原有潮流控制裝置的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新型潮流控制裝置，它由一個(gè)并聯(lián)的換流器和一個(gè)串聯(lián)的換流器通過公共側(cè)的電容耦合而成，僅僅通過控制量的變化就可以分別實(shí)現(xiàn)并聯(lián)補(bǔ)償、串聯(lián)補(bǔ)償或移相器的功能，也可以將三者的功能結(jié)合使用。通過不同控制策略的設(shè)計(jì)，UPFC不但可以用于控制母線電壓。線路潮流、提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性，抑制系統(tǒng)振蕩，而且可以快速地轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)以適應(yīng)系統(tǒng)的緊急狀態(tài)的需要。它被認(rèn)為是FACTS家族中最有代表性、功能最強(qiáng)大和技術(shù)最復(fù)雜的成員。
（1）傳統(tǒng)的教學(xué)方式。目前，傳統(tǒng)的教學(xué)模式往往是大班教學(xué)模式，其缺點(diǎn)：第一，針對(duì)性較差，教師的教學(xué)內(nèi)容的選擇、教學(xué)方法的確定以及難度的把握不可能照顧到所有的學(xué)生。其次，互動(dòng)性會(huì)受到限制，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題不能及時(shí)的解決，也導(dǎo)致學(xué)生個(gè)性特長(zhǎng)展示的限制。再次，預(yù)習(xí)-聽講-練習(xí)-復(fù)習(xí)-考試的學(xué)習(xí)模式，在長(zhǎng)期的強(qiáng)化后使學(xué)生逐步養(yǎng)成了過于依賴教師的被動(dòng)學(xué)習(xí)習(xí)慣，不利于學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、善于思辨以及想象能力的培養(yǎng)，創(chuàng)新思維能力很難得到鍛煉和提高。
（2）新課程新知識(shí)的更新較快。電氣信息類專業(yè)，電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)相互促進(jìn)、相互滲透、共同發(fā)展，現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展為計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展又為電子技術(shù)的發(fā)展提供了前進(jìn)的動(dòng)力。伴隨而來，出現(xiàn)了各種新技術(shù)和新知識(shí)。
（3）實(shí)踐能力鍛煉的欠缺。目前，很大部分的高校學(xué)生惰性比較嚴(yán)重，缺乏主動(dòng)和積極思考的習(xí)慣，參加的實(shí)踐活動(dòng)只限于課程的實(shí)驗(yàn)和開設(shè)的實(shí)踐環(huán)節(jié)。這只是一種相對(duì)比較被動(dòng)的實(shí)踐，這對(duì)于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和鍛煉遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
2我院學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)體系
在我學(xué)院的電氣工程及其自動(dòng)化本科專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中，電子設(shè)計(jì)能力作為教學(xué)培養(yǎng)的核心能力和特色能力予以突出。
（1）課程培養(yǎng)體系。課程培養(yǎng)體系以單片機(jī)課程作為核心課程，電路原理、數(shù)電、模電、電力電子技術(shù)和傳感器技術(shù)作為基礎(chǔ)課程，智能儀器儀表、嵌入式系統(tǒng)作為提高課程形成了電子設(shè)計(jì)能力的理論培養(yǎng)體系。按照電子設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的要求，按基礎(chǔ)、應(yīng)用、實(shí)用和綜合的方式整合相關(guān)知識(shí)的課程，每個(gè)學(xué)習(xí)情境也引用具體的產(chǎn)品項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目都要求從產(chǎn)品的技術(shù)要求出發(fā)，按照技術(shù)資料查閱、熟悉器件性能、確定硬件電路設(shè)計(jì)方案、編制器件清單、制作硬件電路、程序設(shè)計(jì)、軟硬件調(diào)試、器件及模塊電路性能測(cè)試、性能指標(biāo)測(cè)試等步驟實(shí)施。教學(xué)內(nèi)容的選取充分體現(xiàn)了學(xué)生綜合能力培養(yǎng)的要求，為學(xué)生可持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。
（2）實(shí)踐教學(xué)體系。實(shí)踐教學(xué)體系按基礎(chǔ)層、應(yīng)用提高層、綜合設(shè)計(jì)開發(fā)層和科技創(chuàng)新層逐次提高的方式來設(shè)計(jì)實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)，從最基本的電路板設(shè)計(jì)到最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，再到控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從簡(jiǎn)到難分布在第四到第六學(xué)期構(gòu)成實(shí)踐培養(yǎng)體系。該體系注重“厚實(shí)基礎(chǔ)，自主學(xué)習(xí)，提高能力，不斷創(chuàng)新”。根據(jù)實(shí)踐環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，在每一個(gè)層的訓(xùn)練過程中，以制作真實(shí)產(chǎn)品為任務(wù)；在訓(xùn)練方法上采取普適性通用工作過程六步法，即從咨訊、決策、計(jì)劃，到實(shí)施、檢查、評(píng)估的步驟，積極引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并將所學(xué)知識(shí)和技能應(yīng)用于實(shí)踐，形成“企業(yè)式”的訓(xùn)練情境。我院“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造工程訓(xùn)練中心”，如圖2所示，是一個(gè)面向電氣、通信、計(jì)算機(jī)、機(jī)電類專業(yè)，以學(xué)生電子設(shè)計(jì)專項(xiàng)技能、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)能力、電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造工程能力的培養(yǎng)為目標(biāo)的校內(nèi)工程訓(xùn)練中心。其功能定位密切針對(duì)我省電子信息裝備制造業(yè)所急需的人才培養(yǎng)，具有鮮明的應(yīng)用性、工程性特征。中心的實(shí)踐教學(xué)體系由課程實(shí)驗(yàn)、專項(xiàng)技能實(shí)訓(xùn)、工程綜合訓(xùn)練等三大模塊構(gòu)成，教學(xué)、科研和服務(wù)功能有機(jī)融合，以構(gòu)建系統(tǒng)的電子基礎(chǔ)工藝、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用為主要方向的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造及檢測(cè)的產(chǎn)學(xué)研基地為核心建設(shè)目標(biāo)。該工程訓(xùn)練中心建成后，將對(duì)我校電氣、通信、計(jì)算機(jī)、機(jī)電類專業(yè)完善實(shí)踐教學(xué)體系，提高實(shí)踐教學(xué)效果，強(qiáng)化學(xué)生電子設(shè)計(jì)專項(xiàng)核心能力，培育具有地方特征的專業(yè)特色發(fā)揮重要作用，有利于進(jìn)一步推動(dòng)相關(guān)專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)工作的深化。
（3）第二課堂的學(xué)習(xí)。我院目前主要有電子愛好者協(xié)會(huì)和計(jì)算機(jī)愛好者協(xié)會(huì)的第二課堂的建設(shè)。通過協(xié)會(huì)，從大一新生開始就吸收成員，從最初的興趣培養(yǎng)，到后面的能力培養(yǎng)。相對(duì)應(yīng)的學(xué)院開設(shè)有對(duì)應(yīng)開放實(shí)驗(yàn)室和提供相關(guān)儀器儀表供學(xué)生課余時(shí)間使用，過程中有指導(dǎo)教師參與解答學(xué)生的問題和困難。目前，我院建設(shè)有四級(jí)科研訓(xùn)練體系，如圖3所示，學(xué)生通過學(xué)習(xí)可以參加各類競(jìng)賽和主持或參與申報(bào)各類的科研訓(xùn)練項(xiàng)目。目前也取得了較好的成績(jī)和效果。
（4）實(shí)踐考核體系。我院加大考核方式方法與考核主體的改革力度，變傳統(tǒng)考核方式為多元化考核評(píng)價(jià)方式，重視職業(yè)技能的考核，注重職業(yè)能力的培養(yǎng)。采用筆試、口試、操作、論文、制作作品等多樣考核方式，采用校內(nèi)老師、現(xiàn)場(chǎng)專家、學(xué)生考核評(píng)價(jià)相結(jié)合，或是學(xué)校、企業(yè)與社會(huì)考核評(píng)價(jià)相結(jié)合等多種評(píng)價(jià)方式，各種評(píng)價(jià)主體有明確合理的比例分配。第一課堂考核與第二課堂比賽相結(jié)合，校內(nèi)老師評(píng)價(jià)與企業(yè)、社會(huì)評(píng)價(jià)相結(jié)合，學(xué)生之間自評(píng)、互評(píng)相結(jié)合的考核評(píng)價(jià)模式，既培養(yǎng)了學(xué)生使用現(xiàn)代信息技術(shù)的能力，也鍛煉了學(xué)生的表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。
3結(jié)語
論文關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；配網(wǎng)自動(dòng)化；通信技術(shù)
一、配網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展歷程
我國配電自動(dòng)化的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一個(gè)階段是自動(dòng)化階段，它的主要原理是不同的自動(dòng)化開關(guān)設(shè)備相互支持；第二個(gè)階段是計(jì)算機(jī)階段，它主要基于計(jì)算機(jī)大規(guī)模云計(jì)算處理相關(guān)的配網(wǎng)問題；第三個(gè)階段是使用現(xiàn)代控制理論支持的現(xiàn)代自動(dòng)化階段。
在配網(wǎng)自動(dòng)化的第一個(gè)階段里，主要的思路是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過斷路器等二次繼保設(shè)備之間的相互配合，快速切除故障，不需要計(jì)算機(jī)介入進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，在這一階段里使用的設(shè)備主要是二次物理設(shè)備。但是，在這一階段里，受電源和繼保裝置的影響，自動(dòng)化程度非常低。在這一階段，當(dāng)在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，不能實(shí)時(shí)偵測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，僅當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，二次設(shè)備才能發(fā)揮作用；當(dāng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式發(fā)生變化后，需要工作人員重新到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整定計(jì)算；恢復(fù)事故區(qū)域供電時(shí)，不能自動(dòng)采取最優(yōu)化措施；在事故恢復(fù)階段，需采用多次重合閘，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，但是，這種方法對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的損傷很大。目前，這些設(shè)備在我國大部分地區(qū)仍在使用。
基于大規(guī)模計(jì)算機(jī)云計(jì)算的配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)是發(fā)展的第二階段，在這一階段里，對(duì)電力通信的要求較高，主要運(yùn)用了現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)，在配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)也能監(jiān)視電網(wǎng)運(yùn)行狀況，真正意義上實(shí)現(xiàn)了遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)功能。在故障時(shí)，能夠通過監(jiān)控設(shè)備及時(shí)發(fā)現(xiàn)非正常狀態(tài)，并由調(diào)度員通過遙控遠(yuǎn)方設(shè)備，隔離故障區(qū)域和恢復(fù)健全區(qū)域供電。
具有自動(dòng)控制功能的現(xiàn)代配電自動(dòng)化階段，是進(jìn)入配電自動(dòng)化發(fā)展的第三階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到更好的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)自動(dòng)控制功能。集成了配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)、配電地理信息系統(tǒng)、饋線自動(dòng)化、變電站自動(dòng)化、需求側(cè)管理、調(diào)度員仿真調(diào)度、故障呼叫服務(wù)系統(tǒng)和工作管理等一體化的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，初步實(shí)現(xiàn)了饋線分段開關(guān)遙控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶負(fù)荷控制和遠(yuǎn)方自動(dòng)抄表等功能。
面對(duì)世界電力積極開展智能電網(wǎng)研究的新動(dòng)向，借鑒歐美等國家和地區(qū)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)理論，國家電網(wǎng)公司結(jié)合我國國情和能源供應(yīng)，用電服務(wù)的新需求，于特高壓輸電國際會(huì)議上正式提出了立足自主創(chuàng)新，建設(shè)以特高壓為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的堅(jiān)強(qiáng)配電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)，從而拉開了我國配電網(wǎng)研究和建設(shè)實(shí)施的序幕。
二、配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)存在的問題
1.功能設(shè)計(jì)單一
提高供電可靠率，是配電網(wǎng)自動(dòng)化功能設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)思路。但電力可靠性中心簡(jiǎn)報(bào)數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)階段影響供電可靠性的主要是例行檢測(cè)時(shí)配電網(wǎng)停電，這一階段停電時(shí)間遠(yuǎn)大于由于配電網(wǎng)故障導(dǎo)致的停電。不斷提高配網(wǎng)管理水平，大大減少例行檢測(cè)的停電時(shí)間和次數(shù)，是發(fā)展配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)重要方面。
2.出現(xiàn)在配電網(wǎng)里的孤島情況
在現(xiàn)階段，不同的電力企業(yè)里，資源的種類多，各種資源難以整合到一起。部門內(nèi)部信息共享能力差，企業(yè)部門之間的信息更是難以交流，這進(jìn)一步導(dǎo)致了配電網(wǎng)管理出現(xiàn)紊亂，分析數(shù)據(jù)局部冗余。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，使得系統(tǒng)難以經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行。
3.新設(shè)備的出現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)影響較大
在設(shè)備資產(chǎn)管理中缺乏整體考慮和長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，盲目追求最新的設(shè)備，不注重系統(tǒng)整體運(yùn)行情況，造成新老設(shè)備難以整合到一起，從而無法達(dá)到整體最優(yōu)的效果。
4.在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)里不能統(tǒng)一設(shè)計(jì)
在配電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，往往出現(xiàn)主控方與受控方的信息不相關(guān)，網(wǎng)絡(luò)傳輸能力不夠，一次設(shè)備過老，導(dǎo)致新老設(shè)備不匹配。特別是將先進(jìn)的二次設(shè)備和老舊的一次設(shè)備整合到一起，造成系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，嚴(yán)重影響配網(wǎng)自動(dòng)化功能的實(shí)現(xiàn)和管理的優(yōu)化。
5.管理體制中出現(xiàn)的弊端
配電自動(dòng)化技術(shù)主要覆蓋生產(chǎn)、營銷兩大專業(yè)，傳統(tǒng)管理方式單純強(qiáng)調(diào)垂直專業(yè)管理，而沒有條塊結(jié)合分工協(xié)作的保證措施。同時(shí)，在功能設(shè)計(jì)過程中，還存在重系統(tǒng)、輕客戶管理，重形式輕實(shí)效的思維定式，導(dǎo)致技術(shù)缺失和管理漏洞，使得配電自動(dòng)化技術(shù)無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求。
6.當(dāng)前與長(zhǎng)遠(yuǎn)的銜接問題
配電自動(dòng)化技術(shù)涉及面廣，投資額大，既要考慮企業(yè)未來發(fā)展需要，又要著眼于現(xiàn)有系統(tǒng)的充分利用，因此，電力企業(yè)應(yīng)從技術(shù)，管理上采取措施，為配電自動(dòng)化系統(tǒng)擴(kuò)容及其功能完善做好準(zhǔn)備。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)該開發(fā)和利用可擴(kuò)展的管理系統(tǒng)模塊和功能擴(kuò)展性強(qiáng)的先進(jìn)設(shè)備；而在管理過程中，更要擯棄傳統(tǒng)的只注重當(dāng)前利益而忽視長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的做法，應(yīng)提倡資產(chǎn)全壽命周期管理的理念，解決當(dāng)前和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益權(quán)衡問題。
三、配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)
隨著科技的發(fā)展，配電網(wǎng)自動(dòng)化展現(xiàn)出配電系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化，信息化和互動(dòng)化的新特征。配電自動(dòng)化技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在以下七個(gè)方面。
1.配網(wǎng)自動(dòng)化的綜合型受控端
新型綜合受控端基于高速SCADA系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息的快速采集和信號(hào)的綜合處理，并且大大減少了受控端的數(shù)量，從而使系統(tǒng)的規(guī)模得到簡(jiǎn)化。這種受控端不僅具有以往終端所具有的功能，還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的潮流分布、電壓情況、系統(tǒng)是否產(chǎn)生震蕩、頻率是否滿足要求等，將這些信息傳遞給主控方，供進(jìn)一步分析使用。同時(shí)，這些受控端之間還可以進(jìn)行相互通信，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的精確程度。
2.配電線路載波通信技術(shù)和基于因特網(wǎng)的IP通信技術(shù)
通信系統(tǒng)一直是配電網(wǎng)自動(dòng)化的難點(diǎn)之一。在10kV及以下的配電系統(tǒng)里，由于受控端數(shù)目多，對(duì)通信的要求也顯著提高。因此，如果要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)潮流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、頻率控制等需求，穩(wěn)定的大容量的高速載波通信系統(tǒng)是必備的。該系統(tǒng)不僅可以滿足上述需求，還可以為客戶提供更多的生活服務(wù)，如電力線上網(wǎng)等。另外，光纖通信具有容量大、可靠性高、傳輸速率高等優(yōu)點(diǎn)，已成為主流通信系統(tǒng)的首選。隨著成本的降低，采用光纖通信作為配電系統(tǒng)自動(dòng)化的主干通信網(wǎng)已得到普遍共識(shí)。隨著通信技術(shù)的進(jìn)步，基于城市光纖網(wǎng)的IP通信技術(shù)充分利用了光纖通信技術(shù)抗干擾能力強(qiáng)、誤碼率低、傳遞快速和IP通信方式的通用兼容性接口等優(yōu)越性，可望成為智能配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的前沿通信技術(shù)。
3.定制電力技術(shù)
定制電力技術(shù)是柔性配電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，它將智能電網(wǎng)技術(shù)、柔性送電技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等高科技技術(shù)用于中低壓配電網(wǎng)，用以消除諧波，防止電壓閃變，保證各相對(duì)稱，提高供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性。主要由電壓穩(wěn)定器、快速無功補(bǔ)償器、頻率檢測(cè)器、高速斷路器等設(shè)備組成。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)突然增大負(fù)荷或者瞬間丟失大負(fù)荷時(shí)，該技術(shù)可以瞬間發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的變化，并滿足極限情況下系統(tǒng)的穩(wěn)定，該技術(shù)應(yīng)用于配網(wǎng)自動(dòng)化中，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)優(yōu)化，滿足高層次用戶的需求。
4.新型FA系統(tǒng)
新型的FA系統(tǒng)主要的思路是實(shí)現(xiàn)分布式電源，即根據(jù)不同的負(fù)荷就地提供合適的電源，減小線路傳輸?shù)膿p耗，提高能量利用率。根據(jù)國家電網(wǎng)制訂的未來發(fā)展方案，未來我國將把輸配電系統(tǒng)分離，并在用戶端設(shè)立電網(wǎng)提供者的信息，用戶可以根據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)選擇供電方。新型FA系統(tǒng)應(yīng)用于配網(wǎng)自動(dòng)化中也存在許多困難，主要有：分布式電源位置不確定，配網(wǎng)的運(yùn)行方式多變，從而導(dǎo)致二次設(shè)備難以滿足要求。
5.配電系統(tǒng)的集中化管理
在以往的配網(wǎng)系統(tǒng)中，用戶是分散的，系統(tǒng)被迫分離為多島，多島之間功能相似，但系統(tǒng)難以交流，通道不可共享。集中化管理的配電系統(tǒng)，可以利用先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)將配電網(wǎng)控制中心與系統(tǒng)多島連接在一起。比如，將SCADA系統(tǒng)與配網(wǎng)控制中心通過接口連接起來，形成一個(gè)多級(jí)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的應(yīng)用，最好的方法是最大限度利用用戶原有的軟硬件資源，保護(hù)用戶的投資，實(shí)現(xiàn)實(shí)用化管理和多廠家產(chǎn)品共享的原則。
6.優(yōu)化的系統(tǒng)配電網(wǎng)運(yùn)行
隨著社會(huì)的發(fā)展和電力企業(yè)體制改革的推進(jìn)，國家電網(wǎng)也逐漸以經(jīng)濟(jì)效益作為一個(gè)階段性目標(biāo)。這要求供電企業(yè)要不斷分析電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，提出最優(yōu)潮流的方案，即按照狀態(tài)估計(jì)、潮流計(jì)算、最優(yōu)潮流控制來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，在保證可靠性的同時(shí)提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。配網(wǎng)要在運(yùn)行中提高經(jīng)濟(jì)效益，還應(yīng)當(dāng)優(yōu)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，盡量保證二次設(shè)備“不誤動(dòng)，不據(jù)動(dòng)”，防止因系統(tǒng)突發(fā)事件導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
