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(xiàng)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(shí)，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(dòng)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(gè)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(chǔ)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(gè)途徑，新能源發(fā)電得到一個(gè)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(shí)的時(shí)候多以理論課的形式為主。這樣的課堂缺乏動(dòng)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(gè)微電網(wǎng)實(shí)訓(xùn)基地，為學(xué)生動(dòng)手能力的提高以及理論知識(shí)的強(qiáng)化提供了一個(gè)廣闊的平臺(tái)。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(shí)點(diǎn)比較多，有電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。面對(duì)新知識(shí)、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(xiàng)目式教學(xué)法，把這個(gè)方法引入智能微電網(wǎng)技術(shù)這門課程，并對(duì)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(xiàng)目一:帶領(lǐng)學(xué)生參觀這個(gè)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?cè)谶@個(gè)系統(tǒng)里承擔(dān)什么樣的功能，如何對(duì)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(duì)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(jì)算公式和光伏發(fā)電系統(tǒng)，根據(jù)監(jiān)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面引導(dǎo)學(xué)生算出某個(gè)時(shí)刻的發(fā)電功率和光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)化效率。在計(jì)算三相功率時(shí)，學(xué)生往往容易出錯(cuò)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(jì)算三相功率的時(shí)候，線電壓和相電壓之間的轉(zhuǎn)換常常容易出錯(cuò)，經(jīng)常把槡3漏掉。如何把三相功率算對(duì)，這對(duì)微電網(wǎng)這門課程來說是一個(gè)很重要的知識(shí)點(diǎn)。教師針對(duì)這個(gè)難點(diǎn)，通過學(xué)生數(shù)據(jù)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)比來深化對(duì)線電壓和相電壓轉(zhuǎn)換的理解，對(duì)公式的熟練應(yīng)用。
實(shí)訓(xùn)項(xiàng)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(cè)進(jìn)行最大功率的測量。結(jié)合整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行光伏陣列發(fā)電功率的計(jì)算和光伏板發(fā)電效率的計(jì)算、系統(tǒng)輸出功率的計(jì)算。在動(dòng)手測量和計(jì)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(shí)的能量管理策略。
實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目三:學(xué)習(xí)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，首先對(duì)照實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書進(jìn)行平臺(tái)設(shè)備的認(rèn)識(shí)及對(duì)工作原理的理解。緊接著，對(duì)照實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書的接線圖把平臺(tái)上的設(shè)備連接好。設(shè)備連接好后，接上電源對(duì)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)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(gè)初步結(jié)論，來驗(yàn)證實(shí)訓(xùn)平臺(tái)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(jì)，一個(gè)班一般分成八組。在這八組中，出現(xiàn)正負(fù)極接錯(cuò)，導(dǎo)致保險(xiǎn)絲燒斷的概率至少有兩到三組，這個(gè)比例比較高。為了改變保險(xiǎn)絲頻繁被燒斷的現(xiàn)象，筆者提出了一個(gè)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(xiǎn)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(tái)的接線端子是被損壞最多的部件，這就導(dǎo)致個(gè)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(huì)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(shí)，教師就要通過自己的專業(yè)知識(shí)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(cuò)誤的區(qū)域。這是因?yàn)椴煌臄?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(xiàng)目四:MCGS組態(tài)風(fēng)光互補(bǔ)軟件設(shè)計(jì)。有了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的接線過程后，學(xué)生對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)的基本工作原理已經(jīng)比較熟悉，這時(shí)進(jìn)行風(fēng)光互補(bǔ)的軟件設(shè)計(jì)，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(huì)出現(xiàn)與系統(tǒng)不兼容的問題。因?yàn)楝F(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(gè)方式可以保證在調(diào)試的過程中不會(huì)彈出兼容出錯(cuò)問題。在MCGS軟件過程中，還經(jīng)常會(huì)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(huì)彈出一個(gè)編譯出錯(cuò)的對(duì)話框，上面寫著無法找到該變量。鑒于學(xué)生剛接觸這個(gè)軟件，對(duì)于這個(gè)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(shí)前后不一致，才導(dǎo)致編譯時(shí)沒法通過。這個(gè)軟件的組態(tài)設(shè)計(jì)，可以提高學(xué)生自主的創(chuàng)新意識(shí)。
二、課下教學(xué)內(nèi)容考核
學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)的時(shí)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(tái)，這個(gè)平臺(tái)是集教學(xué)、測試為一體在線教育綜合平臺(tái)，功能十分強(qiáng)大。教師通過這個(gè)在線平臺(tái)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(shí)隨地學(xué)習(xí)，時(shí)間安排很自由。教師也是通過這個(gè)平臺(tái)學(xué)生的課后作業(yè)。有了這個(gè)平臺(tái)，教師可以隨時(shí)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(tái)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(tái)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(tái)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(tái)。這樣學(xué)生可以快速地閱讀，并且通過這個(gè)平臺(tái)來選擇相應(yīng)的選項(xiàng)。做完后，平臺(tái)可以通過后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(tái)，教師點(diǎn)擊鼠標(biāo)就能隨時(shí)查看各個(gè)班級(jí)學(xué)生掌握知識(shí)各種表格和統(tǒng)計(jì)結(jié)論，為后續(xù)的教學(xué)提供一個(gè)數(shù)據(jù)支撐。
三、教學(xué)中應(yīng)注重的問題
因?yàn)槲㈦娋W(wǎng)課是實(shí)訓(xùn)課，教師的教學(xué)是以項(xiàng)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(jì)出符合教學(xué)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。在設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的同時(shí)也要考慮到相應(yīng)課時(shí)的要求:實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目太多，課時(shí)安排不下;實(shí)訓(xùn)項(xiàng)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(jì)劃的要求。綜合上述幾個(gè)方面，教師可采用四個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，三個(gè)基本項(xiàng)目，一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)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(duì)于后面的風(fēng)光互補(bǔ)設(shè)計(jì)，學(xué)生可以在教師搭建的框架下，發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性，設(shè)計(jì)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(jì)的不足及改善之處。項(xiàng)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(dòng)手能力以及處理問題的能力。這門課主要實(shí)施的是項(xiàng)目教學(xué)法，但是會(huì)在中間穿插一些傳統(tǒng)教學(xué)法，彌補(bǔ)項(xiàng)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(shí)，學(xué)生就會(huì)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(dòng)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(gè)人是有限的，必須要發(fā)揮學(xué)生積極性和能動(dòng)性。在項(xiàng)目實(shí)施的過程中，既有教師對(duì)小組成員的考核，又有小組內(nèi)部成員的互評(píng)、小組與小組之間的點(diǎn)評(píng)。這樣通過多個(gè)方面來對(duì)每個(gè)學(xué)生的能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，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(píng)占10%，項(xiàng)目實(shí)施占50%，撰寫報(bào)告占10%，網(wǎng)上作業(yè)占10%，課程考試占10%。項(xiàng)目實(shí)施中既涵蓋計(jì)算內(nèi)容，也包含風(fēng)光互補(bǔ)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的接線、調(diào)試內(nèi)容和組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)的內(nèi)容。這些內(nèi)容涵蓋了理論、動(dòng)手和設(shè)計(jì)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(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，提高他們?cè)诿鎸?duì)問題自己決策處理的能力，真正達(dá)到“知識(shí)、素質(zhì)和能力”的綜合培養(yǎng)。通過對(duì)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(jí)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