淺談智能微電網(wǎng)技術課程教學
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［摘要］本文結合本校供用電專業(yè)高職生培養(yǎng)的目標和特點，以“項目教學法”為主要教學方式，優(yōu)化“智能微電網(wǎng)技術”的教學內(nèi)容和教學方法，讓高職生學習掌握新能源領域的新技術和新知識，激發(fā)他們的學習興趣、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，實現(xiàn)職業(yè)素養(yǎng)的綜合提高。
［關鍵詞］微電網(wǎng);分布式發(fā)電;人才培養(yǎng);教學探索
隨著國民經(jīng)濟的快速發(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)濟發(fā)展的瓶頸。為了能夠使電網(wǎng)不再制約經(jīng)濟，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、負荷、儲能裝置、變流器以及監(jiān)控保護裝置等有機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)展的機遇。智能微電網(wǎng)是供用電專業(yè)學生的一門專業(yè)課，以往的教學由于缺乏相應的設備，給學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)，學生參與的積極性比較低。2016年，學校利用國家示范實訓基地的建設資金，建設了一個微電網(wǎng)實訓基地，為學生動手能力的提高以及理論知識的強化提供了一個廣闊的平臺。微電網(wǎng)技術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比較多，有電力電子技術、自動控制技術和計算機控制技術。面對新知識、新技術，教師要在教學方法、教學內(nèi)容和考核方式上下功夫。本文結合項目式教學法，把這個方法引入智能微電網(wǎng)技術這門課程，并對這門課程進行了教學探索。
一、課上教學內(nèi)容和過程的實施
智能微電網(wǎng)技術是一門專業(yè)性、綜合性很強的課程，涉及的新能源有很多，常見的新能源有太陽能、風能。因此，本課程從光伏發(fā)電和風力發(fā)電系統(tǒng)進行講解，實訓內(nèi)容也依據(jù)這兩方面的內(nèi)容設置。
實訓項目一:帶領學生參觀這個風光互補實訓室的各種設備。如這些設備如何連接在一起，即主接線圖，它們在這個系統(tǒng)里承擔什么樣的功能，如何對這些設備進行參數(shù)設置以及它們是如何投入運行和退出運行。對這些設備進行講解完后，教師給學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)控實時數(shù)據(jù)界面引導學生算出某個時刻的發(fā)電功率和光伏發(fā)電的轉化效率。在計算三相功率時，學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。教師針對這個難點，通過學生數(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換的理解，對公式的熟練應用。
實訓項目二:根據(jù)光伏陣列的外特性進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，帶直流負載的電壓和電流測量，根據(jù)廠家提供的手冊進行最大功率的測量。結合整個系統(tǒng)進行光伏陣列發(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)的要求及標準，并網(wǎng)的控制策略、低電壓穿越技術及并網(wǎng)逆變器的工作原理以及離網(wǎng)運行的要求和標準，還包含離網(wǎng)運行時的能量管理策略。
實訓項目三:學習風光互補發(fā)電實訓平臺，首先對照實訓指導書進行平臺設備的認識及對工作原理的理解。緊接著，對照實訓指導書的接線圖把平臺上的設備連接好。設備連接好后，接上電源對實訓平臺的光伏，風電進行調(diào)試和測試，記錄相應的數(shù)據(jù)并進行分析、判斷，得出一個初步結論，來驗證實訓平臺設備的連線是否符合要求。在離網(wǎng)運行的基礎上進行系統(tǒng)測試，學生最容易出現(xiàn)的問題是直流電源的正負極的接線。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)正負極接錯，導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)相應的問題，讓小組找出相應的整改措施。通過這樣的方法，保險絲被燒斷的現(xiàn)象幾乎沒有。鑒于這是實訓課，在接線過程中，實訓平臺的接線端子是被損壞最多的部件，這就導致個別線路表面看是接通了，實際上，線路并沒有被接通，這就是專業(yè)術語中常說的虛接。這會導致在調(diào)試運行過程中，得不出正確的結論。學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)知識來指導學生查找問題的出處，根據(jù)不正確的數(shù)據(jù)，引導學生查找錯誤的區(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，讓學生去找出虛接的線路。這樣的方式大大鍛煉了學生分析問題、處理故障的能力。實訓項目四:MCGS組態(tài)風光互補軟件設計。有了風光互補發(fā)電實訓平臺的接線過程后，學生對風光互補的基本工作原理已經(jīng)比較熟悉，這時進行風光互補的軟件設計，教師不需要在風光互補的基本原理上下功夫，教師的重點就是給學生講授MCGS軟件的運用。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，而MCGS組態(tài)軟件有點落伍，這就導致軟件和系統(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生設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。鑒于學生剛接觸這個軟件，對于這個問題的處理，教師要引導學生去查看參數(shù)變量和圖形變量是否一致。造成這樣的結果，多數(shù)是學生的粗心大意。在輸入變量名稱時前后不一致，才導致編譯時沒法通過。這個軟件的組態(tài)設計，可以提高學生自主的創(chuàng)新意識。
二、課下教學內(nèi)容考核
學生在課堂上學習的時間畢竟有限，如何讓學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。學校在2016年引進了清華教學平臺，這個平臺是集教學、測試為一體在線教育綜合平臺，功能十分強大。教師通過這個在線平臺了一些課后的學習視頻和PPT。通過這些學習視頻和PPT，學生可以在課后在線學習風光互補的內(nèi)容，也可以下載手機APP，在手機上學習相關的內(nèi)容。學生可以隨時隨地學習，時間安排很自由。教師也是通過這個平臺學生的課后作業(yè)。有了這個平臺，教師可以隨時監(jiān)督學生完成的作業(yè)，在線答疑學生提出的問題。即使技術的進步帶來線上平臺的方便快捷，也要看到它不足的地方。有一部分學生為了完成教師布置的作業(yè)，在網(wǎng)上搜索，然后復制粘貼。學生不僅沒看過內(nèi)容，而且作業(yè)的內(nèi)容存在很多瑕疵，應付了事的態(tài)度十分突出。更有些學生就直接把其他同學的答案粘貼過來。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。我們認為最理想的辦法就是問答題不在平臺上實施，而是以選擇題的形式或者下拉菜單的形式出現(xiàn)在網(wǎng)絡平臺。這樣學生可以快速地閱讀，并且通過這個平臺來選擇相應的選項。做完后，平臺可以通過后臺的數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)計打分。這樣可以大大減少學生的抄襲，減輕教師后期批改作業(yè)的負擔，一舉兩得。有了在線平臺，教師點擊鼠標就能隨時查看各個班級學生掌握知識各種表格和統(tǒng)計結論，為后續(xù)的教學提供一個數(shù)據(jù)支撐。
三、教學中應注重的問題
因為微電網(wǎng)課是實訓課，教師的教學是以項目的形式實施，所以教學的內(nèi)容既要符合大綱要求，又要結合現(xiàn)有的實訓設備，把兩方面進行結合，設計出符合教學的實訓項目。在設計實訓項目的同時也要考慮到相應課時的要求:實訓項目太多，課時安排不下;實訓項目太少，學生掌握的內(nèi)容和深度又達不到人才培養(yǎng)計劃的要求。綜合上述幾個方面，教師可采用四個實訓項目，三個基本項目，一個設計項目。這讓學生自主學習，并訓練他們的創(chuàng)新能力。學生學習的積極性得到大幅度提高。對于后面的風光互補設計，學生可以在教師搭建的框架下，發(fā)揮自己的主觀能動性，設計出自己認為更加合適的風光互補系統(tǒng)。教師的角色就是引導和指出設計的不足及改善之處。項目教學法在微電網(wǎng)這門工程性比較強的課上實施，可以大大提高學生的動手能力以及處理問題的能力。這門課主要實施的是項目教學法，但是會在中間穿插一些傳統(tǒng)教學法，彌補項目教學法中理論內(nèi)容講授的不足。在解決遇到的問題時，學生就會有足夠的理論作為支撐。
四、考核方式
這門課程是實訓課，考察的側重點在于能力方面的考核，包括動手能力、工程實踐能力、處理問題的能力、協(xié)作能力和總結表達能力。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)揮學生積極性和能動性。在項目實施的過程中，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評。這樣通過多個方面來對每個學生的能力進行評價，得出的結果更加真實和客觀。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%。項目實施中既涵蓋計算內(nèi)容，也包含風光互補實訓平臺的接線、調(diào)試內(nèi)容和組態(tài)軟件的設計的內(nèi)容。這些內(nèi)容涵蓋了理論、動手和設計調(diào)試這三大方面，能大大加強學生的工程實踐和創(chuàng)新能力，調(diào)動學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)技術這門課程在課上、課下教學內(nèi)容和過程及考核方式的改革，大大促進職業(yè)教育高級技術人才的培養(yǎng)，推進電力行業(yè)智能化、信息化、專業(yè)化，使這門課的教學適應電力行業(yè)的新發(fā)展。
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作者：楊波 單位：廣西電力職業(yè)技術學院