电气工程基本原理范文

导语：如何才能写好一篇电气工程基本原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：电气工程；专业定位；教学分析

中图分类号：G710 文献标识码：A 文章编号：1003-2851（2012）-06-0133-01

一、何为电气工程专业

（一）电气工程专业培养目标。电气工程专业的培养目标是培养具备综合专业职业能力的，在电气工程技术领域具备必要的专业知识和必备技能的，在生产、服务、技术和管理当中能从事电气工程设备的安装、调试、运行、维护维修的具有高度专业素质的技能型人才。本专业主要强调技能的培养。

（二）电气工程专业培养规格。电气工程专业的学生，主要需学习通信系统，通信网络技术等基本理论，基本原理和基础设计方法，要进行通信工程实践培训，对专业基础实验要着重加强。本专业的主干课程实验和人才创新系统综合实验的教学实践环节，必须使专业培养具备从事现代通信系统和网络设计、开发、调试和工程应用能力的专业化毕业生。

该专业的学生要均具备以下几种能力：

1.掌握通信技术方面的基本理论和基本知识，具有和和专业相关的计算机应用操作能力和专业英语基础。

2.熟练掌握光波、无线、多媒体等相关通信技术。

3.了解通信系统和通信网络的分析方法和设计原理。

4.初步具备通信系统、通信网的设计、开发、测试能力。

5.实时跟进各类通信技术的进展和最新的动态，并且可以自学和加以应用。

二、电气工程专业学生所需技能

（一）电气工程专业的学科现状

1.电气工程专业学科内涵。电气科学是电气工程专业的理论基础，而物理学中的电学和磁学是电气科学的基础。电气工程专业主要研究电能的开发与应用。人类进步和社会发展中能源是主要的依靠。作为能源的一种，电能是迄今为止使用最为方便的能源形式。另外，电能还是信息传递的最重要的载体。计算机科学与技术专业本来也是从电气工程专业中逐渐派生出来的，但后来独立形成了一个新的、规模很大的专业。

电气工程主要研究电能；信息科学专业研究如何利用电来进行信息处理，电磁学是他们共同的学科基础。他们是同根同源的兄弟学科。如果从应用角度来看，电气工程和能源科学又是紧密相关的。电能属于能源的一个种累，是使用、输送和控制最为方便的一种能源。目前，没有任何一种能源有取代电能的趋势。人类社会的前进与发展离不开能源，电能可以提供动力，是很长阶段社会发展必须的研究对象。如果关注能源，就必须关注电能，这也是电气工程专业存在与发展的学科基础。正因为电气工程和能源科学有着如此密切的关系，在划分专业或行业时，常常把电力和动力放在一起。

2.电气工程专业的方法论介绍。理论分析是电气工程专业最基本的教学研究方法，在这一点上，电气工程专业学科与其他工程技术学科是类同的。在各种工科专业中，电气工程专业所使用的数学工具是比较多的，理论分析在电气工程专业教学中的地位也是比较重要。实验研究是电气工程专业最主要和最基本的教学辅助手段，电气工程专业教学必须依赖相应的实验教学条件，否则，学生很难掌握相关专业知识。在计算机技术高速发展的时代背景下，模拟仿真技术也受到专业研究方面更加广泛的重视。等效与类比等专业科学方法在使用上述理论分析、实验研究和仿真模拟中起到越来越重要的作用。

3.影响电气工程专业教育的因素。与学生积极沟通。从业教师授课时应情绪饱满，重点、难点要清楚讲解，恰当举例，旁征博引，吸引学生，内容深刻，活跃学生的思维，激发学生学习的积极性。认真组织专业教学。从业教师要精心地、逻辑严密地组织教学内容和语言，通过适时的提问感染、启发学生，使学生容易理解和消化专业内容。教学应紧密联系实际。讲课内容应紧密联系生活实际，实验教学要适时跟上，让学生在实践中体会和摸索，多示范，少说教，加深学生形象思维，通过动手实践使记忆更加深化。这样不仅能开拓学生思路、增大信息量、加速知识储存，更能提高动手运用能力。教师是决定课堂教学质量的主要因素，教师的知识水平、教学方略、教学手段、教学质量意识、课堂行为在电气工程教学实践中对教学质量产生巨大影响。教育技术主要指运用于教学中的技术手段和设备，尤其是实验环境，它们对于电气工程教学活动具有核心的制约作用。因此，如何提高电气工程专业从业教师自身的专业修养和教学技巧包括语言技巧，如何完善实验硬件设施建设和提高实验教师的实践操作和理论指导水平，是电气工程专业教学水平提高的关键因素。

（二）电气工程专业培养目标

1.毕业生应具备的业务素质。电气工程专业毕业生应能够制造与专业有关的装备制造、从事系统运行自动控制、信息处理、实验分析、研究开发、经济管理和相关计算机应用等领域的工作。电气工程专业旨在培养宽口径复合型科学研究、技术开发与管理人才。

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【关键词】电气工程及其自动化专业；人才培养；课程体系

一、电气专业的办学理由和就业分析

电气工程及其自动化专业是一个历史悠久、内涵丰富的老专业。目前，全国已有240余所全日制本科院校和80余所经教育部批准的民办院校设有4年制本科相关专业，每年招收3万人，另外还有460所专科院校每年招收1万人。且研究生的每年招生已近万人，占本科毕业生的1/3，专科-本科-硕士-博士-博士后的完整专业教育体制相当成熟。我们认为生源是办学最基础的条件和理由，其次便要考虑学生就业，因为当前的就业也会影响将来的招生。总体上电气专业的招生和就业都在所属学校中位居前列，但我们的问题是本院本专业毕业生的对口就业率不高，这里说的对口不好主要是指就业层次低的同学比例较大。由于专业竞争能力不高，较难拿到所期望的工作职位和待遇，因此便有相当部分同学只好改行从事某种本专业性质较弱的其它工作。本专业的就业领域包括以下几个方面:1.在各类传统企业中从事电气设备的日常维护和技术改造，如担任设备动力部门的工程技术人员、车间设备技术员和电气设备维护人员，以及其它生产过程的运行人员。2.在自动化公司中从事项目开发和售后服务，如项目工程师和施工技术员、调试人员、售后工程师和项目经理。3.在中小微企业中研发、生产电子和电气产品，如从事产品设计和工艺的工程技术人员、生产线技术负责人或骨干、测试工程师、元件工程师、售后服务工程师等。4.在相关领域中从事公务员、教师、文秘、管理、经营、销售和运行等工作。为了应聘这些职业，除了需要掌握必要的文化素质，还要接受基本电工理论和电工技能的训练，掌握电子电路的基本原理、制作、调试和PCB的设计方法，需要熟悉计算机的软、硬件基本技能（包括单片机应用技能和PC软件的应用方法），同时要求掌握PLC和工控设备组建、运行、调试和设计的基本方法，了解和熟悉某些测控、电力电子和电气传动的典型系统。为了适应本专业宽口径的就业特点，强调一专多能、可上可下（多次就业），以及适应现代科技发展和生产方式的学习方法。

二、课程体系和能力指标

本专业将整个教学分为入门、课程和实训3个阶段。为使学生尽快安全入门专业，将编程类计算机课程尽量前移，同时专设入门课及其分组实践课培养学习骨干，并以电子技术和单片机为主要内容开展课内外科技创新活动，试图鼓励学生在学习过程中重视英语和数学知识的运用；实训则作为顶层学习的出口，分为嵌控、工控、测控和电控（电力电子与传动）4组，分别进行典型系统的综合实训、毕设和基本能力的培训验收，并倒逼传统课程的改革；而目前传统课程则尽量尊重国家电类教学指导委员会和各任课教师的不同改革举措，以不同方式反复地培养学生的基本能力和职业基础，以及适于现代社会的学习方式方法。考虑我们学生应聘职位的入门性和实用性，而非领域专家的实际情况，本专业写入大纲的基本能力指标暂定如下：1.熟悉电气工程及其自动化行业，回答基本理论和安全用电的应知常识100题。2.自选原理图分析，鉴别主要电路和元件，展示电路板的装、焊、拆、调、测能力。3.简单功能电路板的原理图和PCB设计能力，展示自选中英文元件资料的阅读能力。4.继电器和PLC等工控系统的梯形图设计能力，自选示例，并说明电气设备的安装、配线要点。5.自选单片机最小系统或应用系统，展示电路设计和编程能力，说明调试方法。6.展示基本测试仪器和软件工具的使用能力，阐述自选测试任务的工作过程。7.说明自选典型电力电子、电气传动产品设备或测控系统的工作原理和特点，展示综合分析能力。

三、本专业为完成应用型人才能力指标的具体措施

为了响应学院加强企业合作，培养应用型人才的号召，我们先后在齐齐哈尔二机床、省自动化所和汇业集团等单位合作建立实习基地和科研合作关系。也与其它一些公办民办单位进行了一些合作探讨。如今，我们计划一面尽快积极提高师生的实践能力，另一面积极发动师生继续探索适宜的企业、内容和合作方式，并重点探讨：（1）以平房工业园区为重点，在全面了解的基础上寻找合适目标。（2）重点寻访工业机器人、电磁测量和信息处理协会、电控焊接设备、LED和光伏发电、智能电网和智能家居等领域的行业需求、就业渠道和合作伙伴。（3）探索聘请校内外各层次专家参与实践基地建设的方式和方法。

总结

本文阐述了电气工程及其自动化专业应用型人才培养方面的实施措施以及个人想法。具体通过人才培养方案、加强实践教学和实验室建设等方面进行了相应的改革与尝试，得到了用人单位的充分肯定。

参考文献：

[1]王晓刚,王清,刘华.电气工程及其自动化专业培养方案改革探索.中国电力教育[J],2014,(1):132-134.

[2]韩力,肖冬萍等.电气工程本科人才分类培养.电气电子教学学报[J].2013,(35):13-14.

[3]熊怡.我国高等工程教育通过认证的电气工程专业概况.中国电力教育,2013,No.27,28-34.

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关键词：工程电磁场；课程；特点；教学

作者简介：熊炜（1980-），男，湖北宜昌人，三峡大学电气与新能源学院，讲师；粟世玮（1979-），女，湖北宜昌人，三峡大学电气与新能源学院，讲师。（湖北 宜昌 443002）

中图分类号：642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）26-0042-01

“工程电磁场”课程是高校电气工程专业的一门基础专业课程，很多高校都是作为必修课之一。这门课程对于学生来说，无论是其他后续专业课程的学习，如“电机学”、“电机控制”、“电力系统分析”、“电力系统继电保护”、“直流调速控制系统”等，还是毕业后的深造和工作都十分重要，为他们将来从事工程设计、设备安装及维修、系统调试等方面的工作打下坚实的基础。因此，“工程电磁场”课程在电气工程及其自动化专业教学中具有举足轻重的作用。高校和讲授这门课程的教师都十分重视这门课程的教学效果，许多教师都针对“工程电磁场”这门课程的改革和教学方法做了许多研究，通过教学方法的研究提高教学效果，[1]通过仿真工具建立实验辅助学生理解，[2，3]还有从教学内容上入手探讨课程的教学。[4]本文针对“工程电磁场”这门课程内容上的特点，结合实际应用探讨在教学中如何提高学生的兴趣，从而提高教学效果的方法。

一、“工程电磁场”课程绪论的作用

由于“工程电磁场”课程特点，学生上课的效果很不好，对知识点的理解不深，对课程内容缺乏兴趣，进而导致课堂练习和课后练习抄袭现象严重，造成历届学生在这门课程的一次通过率并不高。每一届学生在这门课程开始之前，就已经在往届学生那里听说这门课程有多么难，有多少人没有通过等等，于是就有了畏难情绪。通过绪论的介绍，以轻松的聊天形式，让学生了解这门课程的特点，知道如何学好这门课程，从而激起学生的学习兴趣。

绪论课的重要作用是开拓学生相关知识的视野。与学生聊生活中的一些应用实例，如电磁波的传播、通讯、电磁屏蔽等等，让学生像听故事一样了解电磁场相关知识。讲好绪论课要求教师既要熟悉掌握教学的内容，又要阅读有关杂志、文献，了解最新的发展动态，收集大量资料。此外教师要善于表达，发挥讲授艺术充实学生内心世界，才能激发学生学习热情，对工程电磁场的学习产生求知欲。

另外，教师以聊天的形式和学生交流往届学生学这门课程的一些趣事，打消学生学习的顾虑，培养与学生之间的感情，让学生对授课教师的习惯有一定了解，对于后面授课时的交流有很大帮助。

二、课程抽象性与多媒体、仿真工具的应用

学生学习“工程电磁场”难的一个主要原因就是抽象。工程学科的很多课程是有实物对照的，如电机、变压器，学生在实习和实践环节中都能够有实物观看。但是电磁场是看不见摸不着的，只能让学生想象点电荷周围的电场是怎么样，通电直导线周围磁场是怎么样的。

在课堂上演示相关问题仿真结果成为了提高教学效果的一种重要方法。那么，一方面可以通过多媒体辅助教学的大量图片和视频，使抽象场形象化、可视化。在课堂以图形展示的形式解释“工程电磁场”课程中的一些基本概念，让学生从视觉上感受场的存在。如图1，为单根直导线周围磁场情况，学生就能很清晰形象地了解导线周围磁场的分布。另一方面，利用MATLAB、ANSYS等仿真软件做出实际效果图，让学生自己动手，更为清晰地了解相关概念。可在期中布置一次大作业，实践显示大部分学生通过作业亲自编程对概念有了较深入的理解。当然问题是如何增强辅导力度以提高学生仿真作业质量，避免抄袭现象，使学生真正掌握MATLAB和 ANASYS 两种软件，为将来的专业课学习和工程实践奠定基础。

三、课程理论性强、数学性强与教学重点的选择

“工程电磁场”课程安排在“高等数学”和“电路”等基础课程之后学习。课程对数学基础要求比较高，理论性强，讲解时比较抽象，没有实物观看，包含内容也比较广泛。教材一般包含几大部分内容：一部分是场的基本原理，包含静电场、恒定电场、恒定磁场、时变场；一部分是一些分析计算方法，包含镜像法等等；还有一部分是电磁波、工程方面等相关内容。其中数学性比较强的，基本上贯穿整门课程的都是梯度、散度、旋度，以及线积分、面积分、体积分，所以学生把教材粗略一翻，一般都会觉得很难。

那么在课程讲解的时候，分清主次，分清重点。在“工程电磁场”中，这门课程主要是需要学生了解相关基本原理，并且着重于基本原理的应用，所以在授课中，可以不需要介绍太多的数学推导，让学生知道能够用，怎么用才是重点。

例如讲解静电场的基本原理时，重点当然是高斯通量定理，见公式（1）。高斯通量定理是在静电场中计算电场强度的主要手段，公式左边是电场强度的闭合曲面面积分，右边是电荷与介电常数的比值。由于高斯通量定理的重要性，教材一般都花了大量篇幅对其进行了推导，但是通过几届学生的教学来看，效果并不好。那么这部分推导可以让有兴趣的学生自己看，不懂再问。教师可以重点讲授如何用这个定理解决问题，一方面解释清楚等式左边原则上闭合面可以做任意曲面，但是为了让电场强度的方向与面的方向一致，为了计算简便，从经验上看，一般做球面。另一方面等式右边是闭合面包围住的电荷量。从这两个方面和学生详细地解释清楚，学生理解了，就能够用定理去计算去解决问题了。还可以告诉学生，虽然定理表面上是计算曲面积分，但就目前学习基本原理的层次来说，只要面做得合适，很多情况无须计算积分，实际上演变成简单的乘除计算了。这样学生就会感觉，书本看起来难，学起来其实不难。

四、结合相关课程和实例分析提高教学效果

“工程电磁场”作为与“电路”同等地位的两门专业基础课之一，二者有相同之处，也有不同之处。电路趋向于集总电路，趋向于理想化，但是“工程电磁场”趋向于分布参数电路。对于三种基本电路元件、电阻、电容、电感也从电磁场方面做了计算，并且对于“电路”中的基尔霍夫电流定律从另一方面做出了解释，即电流连续性定理，见公式（2）。由于电流密度散度为零，即电流连续，那么流入电流等于流出电流。

（2）

“工程电磁场”与“高电压技术”在极化和接地电阻这部分内容交叉比较多。例如在分析静电场中的电介质情况来说明极化电荷时，可以结合“高电压技术”中的转向极化这部分内容来给学生讲授。在接地电阻的计算中，可以结合“高电压技术”中接地电阻存在的意义和工程现场实际中的考虑向学生介绍，这样可以开拓学生视野，提高学生学习的系统性。

五、结束语

“工程电磁场”课程一直是学生认为难学、难懂、难通过的一门电气专业基础课程。教师必须通过教学方法、教学手段的研究和改革来提高学生的学习兴趣，让学生更加容易理解。通过多媒体、仿真工具辅助教学，结合实际工程应用和相关课程的交叉激发学生的学习热情，并且在教学中注意主次分明，重点突出，让学生能够更好地理解书本，便于以后能够更好更快地应用于工作之中。

参考文献：

[1]吴明赞.“工程电磁场”课程研究式教学的实践[J].电气电子教学学报，2008，30（4）：65-66.

[2]卢斌先.“工程电磁场”课程教学方法探讨[J].电气电子教学学报，2012，34（3）：96-98.

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关键词：教学改革；新能源发电技术；创新人才培养

作者简介：韩杨（1982-），男，四川成都人，电子科技大学机电学院电力电子系，讲师。

基金项目：本文系电子科技大学中央高校基本科研业务费资助（项目编号：2672011ZYGX2011J093）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）14-0046-02

“新能源发电技术”是电子科技大学电气工程及自动化、机械设计制造及自动化、工业工程三个专业课程体系中的一门重要课程。该课程属于高年级本科生的专业选修课，共32课时、内容多、知识面广、综合性强。[1， 2]由于三个专业的学生知识体系存在一定差异，在教学理念、教学内容、教学方法等方面，需要做出系统的设计和创新。笔者在教学过程中，充分吸收国外高校模块化教学模式、凝练教学内容，充分利用交互式教学方法，采用课堂讲授、提问与解答、课程项目、研究报告等手段，把互动式教学方法成功应用到教学实践中。课程以电能变换与控制为主线，鼓励不同专业背景的学生组成研究小组对课程项目进行协作研究，提升了学生的学习兴趣，培养了学生的自主创新能力。[3， 4]

一、国外“新能源发电技术”教学内容与模式回顾

1.麻省理工学院（MIT）的模块化教学模式

课程简介：课程评估当前和未来潜在的能源系统，包括资源提取、转换和最终使用技术，重点区域和全球能源需求。研究各种可再生能源和传统能源的生产技术，能源最终用途和替代品，在不同国家的消费习惯。

第一部分：能源的背景。欠发达国家日益增长的能源需求、发达国家可持续的未来能源。能源概述、能源供给和需求的问题；能源转换和经济性分析，气候变化和应对措施。模块1：能量传递和转换方法。模块2：资源评估和消耗分析。模块3：能量转换、传输和存储。模块4：系统的分析方法。模块5：能源供应，需求和存储规划。模块6：电气系统动力学。模块7：热力学与效率的计算。

第二部分：具体的能源技术。模块1：核能的基础和现状；核废料处理；扩建民用核能和核扩散。模块2：化石能源的燃料转换，电源循环，联合循环。模块3：地热能源的类型；技术、环境、社会和经济问题。模块4：生物质能资源和用途，资源的类型和要求。

第三部分：能源最终用途，方案评估和权衡分析。模块1：汽车技术和燃料经济政策。模块2：生物质转化的生命周期分析；土地使用问题、净能量平衡和能量整合。模块3：电化学方法电能储存、能量转换，燃料电池。模块4：可持续能源，非洲撒哈拉以南地区的电力系统的挑战和选择。

2.瑞典皇家理工学院（KTH）课程内容与要求

课程内容：替代能源和可再生能源的全方位的介绍和分析，包括整合这些解决方案以满足能源服务的要求。包括现有和未来的替代能源，如水能、风能、太阳能、光伏、光热，燃料处理；可再生能源系统面临的挑战；动态整合各种可再生能源。在整个教学过程中，学生的读、写和研讨主题是“先进的可再生能源系统技术”，特别是通过项目工作和多个为期半天的研讨会对相关专题进行研讨，每个人都参与演讲和讨论，并邀请有行业工程背景的专家和政策制定者来课堂参与探讨，丰富课堂内容、提升教学质量。

课程要求：在课程结束时，学生应能够分析和设计能源系统，利用风能、生物能源、太阳能产生电力或用于加热与冷却。完成课程后，学生能详细说明风能、生物能、太阳能基本原理和主要特点，以及它们之间的区别。能掌握这3种可再生能源系统的主要组件，了解基于化石燃料的能源系统对环境和社会的影响。

3.威斯康星大学（UWM）课程内容与要求

课程内容：学习有关国家最先进的可再生能源系统，包括生物质、电力和液体燃料，以及风力、太阳能、水电。学生们将对可再生能源电力和能源供应做工程计算，并要了解可再生能源的生产、分配和最终使用系统。能源存储、可再生能源政策；经济分析，购买和销售能源；风能理论与实践；太阳能可用性，光热和光伏发电系统；水电；地热，潮汐能和波浪发电；生物能源、生物质燃烧热力和电力；生物质气化，生物油热解；生物燃料的生命周期评估。

课程要求：掌握基本的可再生能源系统的工程计算，了解可再生资源评估和能源基础设施一体化。确定可再生能源系统的环境影响。设计和评估可再生能源系统的技术和经济上的可行性。了解能源在社会中的关键作用。了解可再生能源发展的公共政策、市场结构。卓越学生的学习成果：能够运用数学、科学和工程原则进行实验设计，并能分析和解释实验现象。有能力设计一个系统、部件或过程，以满足预期要求，具备解决工程问题和有效沟通的能力。

二、创新人才培养模式下“新能源发电技术”教学设计

通过对该课程的学习，使学生了解中国的能源现状，掌握电源变换与控制技术的基本原理，掌握光伏发电和风力发电的基本原理及系统的构成，加深对中国风力资源和风力发电基本原理的认识，理解生物质资源的利用现状、转换与控制技术的基本原理，了解天然气、燃气发电与控制技术的基本原理和应用情况。吸收国外经验，设计教学模块。

1.电源变换和控制技术

内容要点：电力电子器件的概念、特征和分类，不可控器件——电力二极管，半控型器件——晶闸管，电力场效应晶体管——电力MOSFET，绝缘栅双极型晶体管——IGBT；AC—DC变换电路：二极管整流器——不控整流，晶闸管整流器——相控整流，PWM整流器——斩波整流；DC—DC变换电路：单管不隔离式DC—DC变换器，隔离式DC—DC变换器；DC—AC变换电路原理、分类、参数计算；AC—AC变换电路。

课堂提问：晶闸管的导通和关断条件是什么？相控整流与PWM整流电路区别是什么？交流调压电路的基本原理是什么？什么是逆变？如何防止逆变失败？

课程项目1：让学生设计一个50kW的相控整流和PWM整流电路，进行MATLAB仿真分析，比较两种整流电路的区别，要求分组讨论、制作PPT演讲，撰写研究报告。

2.风能、风力发电与控制技术

内容要点：风的产生、特性与应用；风力发电机组的结构、分类与工作原理；风力发电的特点、控制要求和功率调节控制；风力发电机组的并网运行和功率补偿：同步发电机组、异步发电机组和双馈异步发电机组的并网运行和功率补偿。

课堂提问：简述风能转换的基本原理。风力机的空气动力学参数有哪些？具体怎么求解？风力机有哪几种分类方法？

课程项目2：让学生设计基于全功率变换器的风力发电系统，在课程项目1的PWM整流电路的基础上，设计整流和逆变电路及其控制算法，进行MATLAB仿真，验证工作原理，要求分组讨论、制作PPT演讲、撰写研究报告。

3.太阳能、光伏发电与控制技术

内容要点：太阳能利用方式、分类及原理，中国光伏发电的历史和研究现状；太阳能电池的工作原理，太阳能电池材料的光学性质、等效电路、输出功率和填充因数，太阳能电池的效率、影响效率的因素及提高的途径；太阳能电池制造工艺，多、单晶硅制造技术；太阳能光伏发电系统设备构成，正弦波PWM技术，逆变器基本特性及评价；独立光伏发电系统的结构及工作原理、系统构成；并网光伏发电系统的分类、特点、结构、供电形式和设备构成。

课堂提问：多晶硅和单晶硅的制造工艺有什么不同？根据制作工艺的不同它们各有什么特点？什么是正弦波PWM逆变技术？并网光伏发电系统由哪几部分构成？

课程项目3：让学生设计小功率并网光伏发电系统，在课程项目2逆变电路的基础上，设计单相及三相逆变电路及其控制算法，进行MATLAB仿真，验证工作原理，要求分组讨论、制作PPT演讲、撰写研究报告。

4.生物质能的转换与控制技术

内容要点：生物质能的定义、生物质资源特点及类别；生物质能转换和发电技术、生物质能转换的能源模形式，城市垃圾、生物质燃气发电技术；生物质热裂解发电技术的分类、生物质热裂解机理，生物质热裂解技术及装置简介；我国生物质能的利用现状及开发生物质能的必要性，生物质能发电前景。

课堂提问：生物质能的优缺点是什么？根据其优缺点如何扬长避短充分利用生物质资源？生物质热裂解的机理是什么？请详细分析说明。影响生物质热裂解的因素有哪些？具体是如何影响的？

5.天然气、燃气发电与控制技术

内容要点：天然气水合物的概念，形成机理及化学性质；天然气的综合利用、环境价值与发展前景；小型燃气轮机发电机组的原理及用途、主要形式及应用前景；燃气轮机组的电能变换与控制系统、电网供电及控制；燃气发电机组的并网运行与控制策略，DC-AC低频并网逆变技术，DC-AC/ AC-DC-AC三级变换高频环节并网逆变技术；燃气发电机组高频并网逆变的控制策略。

课堂提问：小型燃气轮机组并网发电的原理是什么？简述燃气轮机组电能变换系统的结构和工作原理。燃气发电机组高频并网逆变是如何实现的？

三、结束语

在充分吸收国外高校“新能源发电技术”模块化教学模式的基础上，以人才培养为中心，凝练教学内容、改革教学方法，提高了学生对该课程的学习兴趣，课堂互动得到明显改善，不同专业背景的学生能够对课程项目进行协作研究，发挥各自的特长收集和吸收国外前沿技术，在PPT演讲、研究报告撰写方面锻炼了学生的综合能力，取得了良好的教学效果。

参考文献：

[1]何瑞文，谢云，陈璟华.电气工程及其自动化专业建设与实践模式探讨[J].中国电力教育，2012，（3）：72-73.

[2]王三义.浅谈新能源发电技术[J].中国电力教育，2011，（15）：92-93.

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关键词：课程教学模式;专业能力目标;职业岗位能力

中图分类号：TP277 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）45-0273-02

一、目前存在主要问题分析

《工厂电气控制技术》是电气工程及其自动化、机电一体化技术等专业的一门技术基础课程。它的培养目标是：使学生掌握交直流电机拖动、低压电器控制技术等方面的基本知识和技能，将学生培养成为高素质技术应用性人才，同时为学习后继课程打好基础。但传统的《工厂电气控制技术》课程教学方式主要采用课堂讲授的形式，以讲授工厂电气控制相关各种理论知识为主，实践环节偏少，致使理论与实践脱节，学生对电气控制的设计能力和动手能力很欠缺，不能很好地将理论应用于实际，与教育培养高级技能型专门人才相悖。为了改变这一现状，适应“以就业为导向”的教学改革，我们认为应当对《工厂电气控制技术》课程进行教学改革，重点突出考核学生在电气控制方面的设计能力和实际动手能力，立足于工学结合。

二、教学改革的内容、主要特色

根据电气工程技术应用专业的人才培养模式，本课程从应用的角度出发，基于工作过程采取“阶段性、梯次递进”的由简到难的原则，以项目为例学习，完成工作任务或项目，驱动教学对象实现对工作过程的认识和对完成工作任务的体验，从而形成职业岗位能力。确定了该课程的教学模式：是以职业核心能力培养为主线，以电气控制设备和机床类电气设备的设计、运行、安装、调试与维护等项目为载体，并将项目分解为若干个任务用以培养和训练学生的职业岗位能力;在教学过程中，以学生为主体，实施以“教、学、做一体化”和“任务驱动，项目导向”为行动导向的基于工作过程的教学模式。教师的任务是对整个学习或工作的过程进行发动、监督、帮助、控制和评估。教学放在实验室中进行，介绍各种典型控制电路工作原理，各种工业控制低压电器的性能、特点及使用方法并配合现场动手操作，帮组学生理解所讲内容，提高实际分析问题和解决问题的能力，做到真正的理论与实践相结合，教师只是针对性的讲授、示范、引导，重点突出技能培养。整个教学中，要安排三分之二的左右的学时让学生自己连接控制电路。实行“教、学、做”一体化项目教学。

课程教学内容：根据机电技术应用专业核心职业岗位所需要知识、能力、素质要求选取的教学内容，教学内容要涵盖国家职业标准（中、高级）相关应知、应会内容，教学内容选取要考虑岗位职业要求，注重岗位化能力培养，按由简到难、由单一到综合、循序渐进的原则，以基本控制线路为主线，学习从低压电器的认识、低压电器的结构及工作原理、基本控制线路的分析和设计、典型工厂控制线路的分析、调试和设计、评价全过程。每一学习情境均以工作任务承载教学内容，基于工作过程设计课程内容，来达到即定的培养目标。

三、本项目预期的主要目标

1.专业能力目标：

1）掌握各种电器元件的基本原理、技术参数，能够根据需要正确选择;

2）能够正确使用常用的电工工具完成低压电器元件的安装;

3）熟练掌握低压电器元件的文字和图形符号，具备识读电路图能力;

4）能够根据给定电气控制原理图进行电气接线;

5）能熟练使用万用表进行低压电气控制电路故障排查;

6）能实施常用机械设备电气控制电路的故障排查;

7）可以根据给定的控制要求，完成简单控制电路的规划与实施;

8）了解PLC的结构和工作原理，掌握PLC基本指令、功能指令和编程方法;

2.方法能力目标：

1）通过理论实践一体化课堂学习，使学生获得较强的实践动手能力，使学生具备必要的基本知识，具有一定的资料收集整理能力，制定、实施工作计划和自我学习的能力;

2）通过该课程各项实践技能的训练，使学生经历基本的工程技术工作过程，学会使用相关工具从事生产实践，形成尊重科学、实事求是、与时俱进、服务未来的科学态度;

3）通过对电机及控制方法的认识和深刻领会，以及教学实训过程中创新方法的训练，培养学生提出问题、独立分析问题、解决问题和技术创新的能力，使学生养成良好的思维习惯，掌握基本的思考与设计的方法，在未来的工作中敢于创新、善于创新;

4）在技能训练中，注意培养爱护工具和设备、安全文明生产的好习惯，严格执行电工安全操作规程。

四、课程的总体安排及考核方案

1.课时的分配及进度：授课12周，每周4学时，总学时48。理论授课16学时，实验实习32学时。

2.考核方案：《工厂电气控制技术》课程理论考核以够用、实用为基本原则，降低了理论考核的要求。重点突出考核学生在电气控制方面的设计能力和实际动手能力考核，强调实践效果。

考核评价方式采用过程考核+理论考核+技能鉴定。课程考核评价和职业技能鉴定紧密结合起来。学生必须参加劳动和社会保障部组织的电气控制中级工职业技能鉴定，并将学生参加职业技能鉴定所取得的成绩作为学生《工厂电气控制技术》课程考核评价的组成部分（占40%）。其中理论考核以闭卷形式进行，考察学生对电气控制原理的基本概念、原理、应用的了解。考试成绩的20%记入期末总成绩。实践考核在电气实训实验室进行，每一位学生随机抽取任务工单，含有设计和安装调试接线，成绩的40%记入期末总成绩。

参考文献：

[1]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2013：1-334.

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[4]吴勤勤.控制仪表及装置（第二版）[M].北京：化学工业出版社，2002：47-51.

[5]方承远.工厂电气控制技术[M].北京：机械工业出版社，2000：1-100.

[6]赵明主编.工厂电气控制设备[M].北京：机械工业出版社，1994.1-100.

[7]陈小华.现代控制继电器实用技术手册[M].北京：人民邮电出版社，1998：1-380.

篇6

关键词：建筑电气设计，节能，照明

随着我国经济的飞速发展，能源问题被提到越来越重要的地位。建筑的供配电系统的节能降耗问题则更显得重要。我国大约有建筑面积五百多亿平方米， 能源消耗比世界平均水平高出1-2倍， 而电气建筑部分的能源消耗更是明显，因此，降低建筑电气节的能源消耗是大势所趋。但是电气建筑节能是一项技术性很强， 影响因子复杂的工程。所以，电气工程师应对所负责的电气工程质量具有高度负责的责任心， 充分应用自己的专业水平深入、细致的搞好电气工程的技术、质量、进度、签证、安全等管理工作，同时，建筑的电气安装要符合节能的需要。为此，本文结合建筑设计的特点，探讨了建筑电气的相关节能措施。

1照明节能设计

照明节能设计就是在保证不降低照明质量的要求下，尽量减少照明电路中能量的损失，从而达到能量利用的最大化。照明节能设计的措施通常一般有以下几种：①照明方式选择：应当充分利用自然光，这是节省照明能耗的重要方式之一，即在设计中电气设计人员应当尽量考虑到自然光与人工照明的充分结合，从而从很大程度上节省了照明电能；②选择合理的光源：其最基本的原则就是应根据不同的场所选择不同的光源。例如一般的房间应当选用荧光灯。但是在显色性要求较高的场所应当采用稀土节能荧光灯，三基色荧光灯，小功率高显色型钠灯等光源。室外场所的照明则应当选用高压钠灯等使用时间较长的气体光源；3）选择恰当的照明方式或装置也是一种可行的节电能的方法。根据照明使用的要求分别采用各种节能型开关，如病房、卧房可采用调光开关；室外场所和公共场所得照明则可采用光电、声控开关；走道、走廊等场所可采用节能声控开关；

2降低线路损耗

当电能传输时，在电路网络中就产生功率损耗，一般来说，其与线路的长度和负载的大小相关联。因此，应当尽量提高系统的功率系数、减少导线的电阻，从而降低其损耗。其措施主要有以下几种：①线路路径的选择要合理。为减小导线长度，线路尽可能不走弯路，尽量走直线；②合理选择导线截面积：导线的截面积大小的确定应根据电流指标与经济条件来确定。对于线路较长的电路，在满足电流以及电压降要求的情况下，可使导线的截面积加大1～2级；③合理确定电气用房所在的位置。其遵守的基本原理就是尽量减小供电路径。

3空调系统的节能

公共建筑暖通空调系统的能耗至少占建筑总能耗的50％以上，系统节能潜力巨大。具体应遵循一下原则：机电设备启停优化控制；变风量、变流量系统最优控制；冬夏季部分负荷时水泵分设控制；与冰蓄冷相结合的低温送风系统控制；参数设定节能控制， 包括温度标准设定、焓值控制、利用室内CO2 浓度控制新风量等。

4合理选择变压器

变压器作为配电系统的基本设备，其损耗大约占总耗量的6%，主要分为铁耗和铜耗，铁耗又称为空载损耗，与负荷大小无关，仅与铁芯的制作材料和制造工艺有关，故一般来说，最好选择节能型变压器。铜耗与负荷的大小有关，故在选择变压器的容量和台数时，应根据负荷运行的时间性变化，相应的选择变压器的运行参数与台数，尽量减少不必要的损耗。

5结语

总之，节能已成为现今各个行业领域关注的重要话题，而建筑电气节能设计的空间还很大，因此，在这过程中扮演重要角色的电气设计人员，应在设计中精心考虑，反复衡量，除了在安全性、可靠性、经济性等各种技术指标满足功能要求的前提下，同时，电气设计人员还要综合考虑各种因素，将节能技术用到建筑电气照明设计中，精心思考，反复斟酌，从而真正达到提高照明效率，节约能源，为经济的可持续发展和节约型的社会做出应有的贡献。

参考文献:

[1]聂恩来，马小平.从“绿色建筑”理念谈住宅小区的设计理念—— 以某居住小区设计为例[J].科技信息(科学教研)，2008，(11).

[2]朱英.建筑电气节能设计方法[J].科技信息化，2007，(2).

[3]李景庆，刘荣福.建筑照明与节能浅析[J].集团经济研究，2007，(3):238．

篇7

【关键词】学生；能力；教学方法；研究

《发电厂电气部分》这门课在电气工程专业课程中作为核心主干专业课，在电力系统实际工作中有着不可或缺的作用；这门课涉及到的内容广泛，难度较高[1-5]。学生在学习本门课的过程中，效果不佳；会遇到各类问题，比如：课本中所讲的理论很强，很抽象，没有具体的参照物；学生不能将所学的知识具体化和形象化。另外，学生对本课程的学习能力有差异，导致学习效果参差不齐，效果不佳。因此，对发电厂电气部分这门课的教学方法进行改革研究是十分必要的。

1 发电厂电气部分教学内容调整研究

发电厂电气部分这门课中主要反映了现电厂、变电站和电力系统的现状特点以及设计规范；电能的生产、变换、输送、分配和使用过程，涵盖了一些常用的基本计算以及基本原理方法等。根据学生的能力层次不同，这些教学内容要进行调整，在教学过程中，依据学生的接受能力，循序渐进的教授和分别教授这些内容。例如：就业意向偏重于发电厂的学生，应该着重对其进行发电厂相关的内容，发电厂类型和发电过程等内容进行教授和培养；就业意向偏重于变电站的学生，应该注重其对变电站相关的内容，主变压器的选择和电气主接线的设计以及基本接线形式等内容的教授与培养。

2 发电厂电气部分教学方法的改进研究

教学形式以课堂为主，尽量在课堂教学中增加一些相关的新的模型，利用这些模型为学生讲授，学生会对所讲的内容有一个清新的认识，增强课堂的气氛，电动学生的积极性；在理论教学中，加入实习类的教学内容，到发电厂以及变电站等企业进行相关的参观实习，使学生真实的看到发输变的过程。具体的实施步骤如图1所示。

在理论教学和参观实习之后，积极开展课程设计教学工作，让学生利用所学的理论知识和所见到的发输变运行机构等来进行课程设计，设计发输变模型，完成理论计算和图纸的绘制。这些教学活动完成后，进行信息反馈，总结教学过程中的不足之处，完善教学方法，形成研究报告，以供今后的教学参考。

3 结束语

通过对发电厂电气部分这门课的教学内容的调整和方法的改革，使该门课的理论课与生产实践相结合，最后通过学生自行设计的课程设计，融合所学的知识，提高学生的实践能力以及学习兴趣。为将来就业打下坚实的理论和实践基础。

【参考文献】

[1]杨艳，董秀洁，程|旭.关于发电厂实验室教学改革的几点思考[J].中国教育技术装备，2010，36（12）：134-135.

[2]周鹏，张小刚，王宪磊，何军.“发电厂电气部分”课程教学改革探讨与实践的调研报告[J].中国电力教育，2010，161（10）：91-95.

[3]唐纬.基于“项目驱动”的发电厂类课程实践教学改革[J].实验室研究与探索，2010，29（5）：130-132.

篇8

关键词：电气工程及其自动化；电力系统分析；课程改革；能力培养

作者简介：高嬿（1965-），女，吉林长春人，长春工程学院电气与信息学院，教授；张运波（1964-），男，辽宁丹东人，长春工程学院电气与信息学院院长，教授。（吉林 长春 130012）

基金项目：本文系吉林省教育科学“十二五”规划重点资助课题“应用型本科电气工程及其自动化专业‘卓越计划’实施的研究与实践”（课题编号：ZZ1210）、吉林省教育科学“十二五”规划课题“应用型本科院校考研专业课分级教学模式及实施策略的研究与实践”（课题编号：GH12215）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）20-0052-02

高等工科学校培养的是应用型高级专业技术人才，其将来从事的是一些专业性质较强的工作，其目标是培养基础扎实、适应能力强、创新能力强、工程实践能力强、素质高的高级复合人才。在更新教育思想观念的基础上，改革高校的人才培养模式，构建新型应用型人才培养模式，是工科高等教育改革的主要内容。电气工程及其自动化专业是长春工程学院电气与信息学院的主干专业、试点专业，是国家级特色专业，“电力系统分析”课程是电气工程及其自动化专业的主干课程，是校级精品课课程，也是考研课程。该课程在电力系统知识体系中起到承上启下的作用，本课程教学质量的好坏，直接影响到后续专业课的教学，因此对该课程进行教学改革具有十分重要的意义。

一、课程改革的主要思路

“电力系统分析”课程系统性、实践性强，它涉及到整个电力系统规划、设计和运行的多个方面，内容丰富，综合性强，适合实施新型教学模式。为了提高学生的综合素质，强化能力的培养，在提高课堂教学质量的基础上，对原有课程设置的内容及实践环节进行多方面的改革，主要思路是：跟上信息时展的步伐，合理整合理论教学内容，加强实验与实践环节的教学，加强计算机应用的能力，强化实践教学的效果，利用好现有的实验室和实习基地，构建“理论、实践、应用”三大模块的教学模式，使学生在实际动手能力、独立创新能力、团队合作能力方面有所提高。

二、教学内容的改革

“电力系统分析”课程具有很强的理论性和实践性，注重理论与实践的密切结合是改革的关键问题。经过多年的研究与实践，构建了“理论、实践、应用”三大模块的教学模式。

1.理论教学内容的整合

合理整合理论教学内容，压缩理论课的学时是课程改革的一个主要内容。以往理论教学的内容由两门课程分两个学期进行，即“电力系统分析”与“电力系统计算机辅助计算”，前者包括电力系统稳态与暂态的全部理论内容，学时数为75学时；后者包括电力网络的数学模型，电力系统短路电流、潮流、稳定计算的计算机算法的原理、计算程序及上机实践，学时数为30学时，两学门课程的总学时数为105学时。

改革后将两门课程合并为一门，将“电力系统计算机辅助计算”中计算机算法的原理内容放在“电力系统分析”课程中进行教学，将“电力系统计算机辅助计算”中程序的使用、上机实践操作放在课程结束后的课程设计中进行。此外，将“电力系统分析”课程的部分内容进行精减，学时数压缩到72学时。在教学中，对于重点内容突出基本概念、基本原理；对于难点内容的处理有两种方式：既是难点又是重点的内容，强调基本概念和原理，是难点但不是重点的内容，以够用为度。

几年来，对教学内容进行了多次修改。基本原则为注重基本概念、基本原理，强化应用能力培养。优化后的教学内容，以“够用为度、注重应用”为指导思想，着重阐明电力系统的基本理论和基本概念，注重理论联系实际及计算机的应用能力，内容由浅入深、逻辑性强、重点突出、易于理解。

2.实践教学内容的整合

实践教学的改革是“电力系统分析”课程改革的另一个主要内容，改革后的实践教学包括课程设计、综合实验。

课程设计在“电力系统分析”课程结束后进行，时间为2周。以往的课程设计包括两个方面，一方面是电力网络方案的确定，另一方面是对最佳方案进行潮流计算（手算法）、无功平衡验算、变压器分接头的选择。改革后的课程设计，一是进行网络方案选择的常规设计，二是对最佳方案进行潮流、短路电流的计算，计算方法采用计算机算法，要求学生结合所确定的网络方案编写数据文件并上机实践。计算机算法上机实习不占用理论教学的学时，这样既减少了理论课的学时又增强了学生的计算机应用能力，也为毕业设计及今后的工作打下了基础。

以往的课内实验是在理论课教学过程中进行，受学时数限制通常做两个实验。由于电力系统实验较多，每个实验需要的时间较长，为使学生能够连贯完成各项实验，也为了节省理论课学时，我们将课内实验取消，改为在理论课和课程设计结束后集中一周时间进行电力系统综合实验，并增加了实验项目。改革后的“电力系统分析”综合实验开设同步发电机的启动和调整实验、稳态运行方式实验、电力系统功率特性实验、电力系统暂态稳定实验、复杂电力系统运行方式实验等。通过综合实验，提高学生对“电力系统分析”课程核心内容的理解，提高他们对于电力系统设计、规划、优化运行与控制的认识，为学生毕业后从事该领域的工作建立一个专业基础背景。

3.应用能力的提高

电力系统的综合实验包括验证性实验、综合设计性实验，学生通过实验的设计、参数的调整和在教师指导下的问题排查，不仅激发了学生学习兴趣，提高了学生主动学习的积极性和自觉性，而且使学生工程能力得到了训练和提高。学院制定了有关实验室开放的管理制度，从人、财、物上确保实验室开放工作到位。为了满足学生做实验、进行毕业设计（论文）的需要，有关实验室调整开放时间，尽量满足学生的实验要求，合理安排开放的时间和内容。实践表明，实验室开放为学生实验、学生课外科技活动创造了良好条件，学生毕业设计（论文）的水平不断提高，参加各种科技竞赛的成绩也不断提高。

三、教学方法的改进

受传统教学思想影响，高等工科院校的课堂教学，主要以注入式应试型为主。在教学内容上偏重于讲授原理、法则、公式、方法，对知识的背景与产生过程，知识的实际应用，知识与能力素质培养的协调关系重视不够，妨碍了知识传授中能力与素质教育的实施。为此，我们对教学方法进行了改进。

1.启发性的探索式、讨论式教学方法

在教学过程中，尽可能提高学生学习的主动性，提高学生横向思维的能力，特别注重师生间的双向交流，发挥学生的积极性、创造性、参与性。在教学过程中，适当地引出一定量的问题让学生思考，如：“调压与调频有何不同？“串联电容补偿与并联电容补偿在调压上有何异同？”等。或者是要求学生自己对问题提出看法，向教师提问，在学生提问的过程中，也向教育者自身提出了有利的挑战，为教育者提供了实践的教学素材。经常举一些实际的例子帮助学生理解所学理论，同时也使学生对本学科的前沿知识及发展趋势有所了解。这种教学方式实质上就是从“灌输式”教学向“启发式”教学的转变。

2.课外研究性、设计性学习法

由于“电力系统分析”课程涉及到整个电力系统的规划、设计和运行，内容丰富，综合性强。要学好这门课程，学生需要较大的课外投入。由于课堂学时十分有限，为了更好地引导学生进行课外学习，提高学习效率，我们设计了研究性课题，以专题研究的形式，让学生讨论，如：“改变变压器变比调压，低压侧要求的电压作为已知条件给出时有几种给出方式”，这个问题让学生讨论、总结、归纳。这种教学方法激发了学生的学习研究兴趣，鼓励学生积极去做，培养学生分析问题、解决问题的能力。再比如，“教材上介绍调压的方法有四种，那现场实际是否也是采用这四种方法？”这个问题让学生上电力网站查询。这种教学方法可结合工程实际将现代科技、运营机制在电力系统中的应用情况、各种新技术新设备的应用情况有效而合理地体现在教学之中。

3.自学法

由于学时数有限，教师不可能也没必要将所有内容都在课上进行详细讲解。为了提高学生的自学能力，对部分章节内容安排学生自学、讨论，教师辅导或做小结。

四、教学手段的运用

现在的教学手段绝大多数采用多媒体教学，虽然减少了板书和画图时间，增加了信息量，但也会带来新的问题：由于信息变化太快，学生没有时间思考，对所学内容都是一知半解，从而加重了学生课后负担。因此，采用黑板、粉笔等传统教学与多媒体教学相结合的教学手段是提高教学效果、教学质量的一项重要内容。

1.采用多样化的教学手段

在近几年的教学过程中，我们注重多样化的教学，对于简单内容，让学生自学；对于重要的概念、公式等需要严密推导、细心消化的内容还是采用传统的黑板粉笔模式，以加深学生的印象；对于平面图、程序框图、结构原理的介绍，直观形象、动态变化的内容和最新的技术发展内容采用多媒体投影设备、相关的影像资料及CAI课件的形式进行教学；对于复杂的计算，运用计算机程序进行演示；同时充分利用网络资源与学生们建立互动关系。这种多样化的教学收到了很好的教学效果。

2.现代教育技术的应用

（1）与课程教学相匹配的CAI课件。为配合课程教学，自行制作了“电力系统分析”课程CAI课件，并进行了多次修改与完善。CAI课件对教学起到了极大的辅助作用，提高了教学效果。

（2）MATLAB计算软件平台及计算程序。“电力系统分析”课程的计算机辅助教学，可以培养学生运用计算机解决专业问题的能力，引导学生掌握现代系统分析与设计的手段。我们编写了节点导纳矩阵形成、节点阻抗矩阵形成、故障计算、潮流计算、稳定计算等15个程序，并运用VC语言开发了可视化的软件平台，使学生掌握运用计算机解决实际问题的方法，为毕业设计和今后实际工作中计算机开发能力的养成奠定基础。

（3）“电力系统分析”独立网站。建成了“电力系统分析”独立网站，网站涵盖整个教学的各个环节，即：课前预习、课堂教学、课后复习、实践教学等，内容主要包括：课程简介、教学大纲、电子教案、课件、习题库等10多个模块。

借助于学校方便、快捷、覆盖面广的局域网，学生可进行课程学习、自测等自主学习，借助“网上答疑系统”可突破时空的限制，通过师生之间的交流，及时解决学习中遇到的疑难问题。另外，本网络教学平台还提供了辅助教学资料，通过这些教学资料的阅读，极大调动了学生学习的积极性。

五、结束语

几年来，在教学观念、教师队伍、教学内容、教学方法、教学手段、实践教学等方面进行了全面的改革研究与实践，构建了“理论、实践、应用”三大模块的教学模式。“电力系统分析”的课程建设经过多年的探索与实践已取得成效。实践证明，只有优化理论课程，强化实践环节，探索课程建设，才是提高教学效果的有效途径。

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【关键词】分布式电源 纵联保护 保护从机 LPC1768

随着单片机性能越来越优越，嵌入式继电保护装置已成为电力系统的主要保护设备。DG接入配电网后，改变了保护装置的保护范围和灵敏度，并使配电网变成多电源结构，原有的继电保护装置如三段式过流保护、距离保护等仅反映其安装处一点电气量信息，已不再适用。

为解决DG接入带来的问题，采用输电网中成熟的纵联保护作为主保护，而用三段式过流保护作为后备保护。本文采用价格低廉且性能优越的ARM Cortex-M3系列32位单片机LPC1768来设计，提出其设计方案。

1 含DG的纵联保护系统工作原理

方向比较式纵联保护的基本原理是在一个保护区域中，变电站中设置一个站级主机，在断路开关处设置保护从机；保护从机负责判断出是否有故障电流和故障的方向并上传，而不必考虑DG的接入对短路电流的影响；主站通过计算保护从机检测到的故障信息来判断故障点。

1.1 从机上传逻辑

保护从机内部均安装方向模块，用来测量其安装点处的故障方向。当从机控制器的方向模块输出高电平“1”时，则说明有故障，且方向信息为上游故障；当从机控制器的方向模块输出低电平“0”时，说明检测到故障信息为下游或者没有故障。从机获得故障信息通过光纤上传主站。

1.2 主站故障定位算法

配电系统往往带有大量的分支线，网络结构复杂。简单配电网络结构如图1所示。

故障定位算法中用关联矩阵L描述从机与线路区段直接的关系。关联矩阵L为m*n阶矩阵，m为保护从机的数目，n为线路区段数目。元素lij表示第i个节点与第j个支路的连接关系，当第i个节点与第j个支路直接相连且支路j位于节点i的正向时，lij=1；当第i个节点与第j个支路直接相连且支路j位于节点i的反向时，lij=-1；节点i与支蹄不直接相连时，lij=0。其中，正方向为变电站侧指向配电系统的用户侧方向。

从机控制器上传的故障信息用一个行向量G来表示。向量G中的元素与保护从机一一对应。

根据定义，关联矩阵L为：

当故障发生在区段L6上，则从机故障方向信息向量G为

将向量G与关联矩阵L进行乘运算，得到线路故障信息向量P

从向量P中元素的值可以发现，第六元素的值为1，据此可以判断L6为故障区段，与实际吻合。

2 微机保护从机装置硬件系统设计

基于方向比较式纵联保护的微机继电保护装置可分为7个基本功能模块，CPU主系统、模拟量输入/输出模块、方向模块、电源模块、辅助检测、人机接口及通信模块。

2.1 cpu主系统

LPC1768是一款基于ARM Cortex-M3内核的微控制器，在进行实时信号处理和控制时是个理想选择。LPC1768扩展MAX706看门狗芯片。看门狗用于监控MCU的活动。当系统处于未知状态，比如程序跑飞或进入死循环，看门狗在1.6秒内WDI端没有收到来自MCU 的触发信号，则WDO输出变低，给系统复位信号。LPC1768扩展FM24CK64 芯片用于存放设定的参数。FM24CL64写操作可以在一微妙内完成，可以有效避免噪音或电源波动的干扰，因此有更高的可靠性。LPC1768扩展Flash存储器M25P64。M25P64有8M字节的存储空间用于存放字库。

2.2 模拟量输入/输出模块

采集线路PT，CT二次侧经过互感器ZMCT112C进入控制板，通过三端子滤波器ACF321825进行处理。互感器CT或PT是将电压、电流信号转换成与所接测量设备的模拟量输入通道相匹配的电压，并可以实现测量设备与互感器回路的完全隔离，从而提高了设备的绝缘能力及抗干扰能力。主系统发出开关量后用IR2113s芯片驱动全控型功率开关器件IGBT。IR2113是一款双通道，栅极驱动专用驱动芯片，高压端的工作电压可达500V，可以提供高达4A的驱动电流，可以满足IGBT的驱动要求并减小驱动电路的体积。

2.3 其他模块

辅助检测包括开关量检测和储能检测。辅助检测信号需要经过光电耦合器来提高设备的抗干扰能力。光电耦合器用于减少信号对于控制器的干扰，增强系统的安全性，在此选择TLP521。

电源模块负责为控制器中众多的芯片提供供电电源。电源模块从PT取市电。230V电压经mornsun公司的LB05-10D0515模块转变为+12V、+5V、15V。5v再经SPX1117-1.8，SPX1117-3.3转换为1.8v、3.3v。12V为分合闸驱动提供工作电源。

功率方向判断使用方向元件判断过流方向。方向元件简单工作原理是电压Uu和电流Ui采集值先通过过零比较器；当Uu或Ui为正半周时，相应的过零比较器输出高电平，Uu或Ui 为负半周时， 相应的过零比较器输出低电平；比较器输出的方波电压经稳压管、异或门送单片机。

人机接口模块主要为ULN2003驱动的显示屏。ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列，适用于5v的TTL，用于控制可控大功率器件。

纵联保护方案对故障信息有很强的依赖，要求可靠、迅速地获得故障信息，因此对通信要求严苛。现在配电网中常用的GPRS等无线通信技术不能满足要求。在此选择光纤通信。

3 软件系统设计

基于uc_Ⅱ 操作系统作为系统软件平台可以保证从机保护装置多个任务能有序、按时完成，其核心是处理好任务和中断的优先级。

基于光纤通信的纵联保护的应用程序中，系统主要完成信息采集，通信，开关量输出及基本配套功能。其中数据预处理、通信、开关量输出等任务实时性最高，设计中设置为优先级最高的任务。其他主要功能任务：辅助检测、闭锁及警报、后备保护等，基本任务的优先级次之。人机交互和系统设置任务：数据记录、参数修改、显示等，优先级低于其他主要功能任务。

系统初始化后接受任务调度和中断调度。

4 结论

本文根据方向比较式纵联保护理论设计了适用于含DG的配电网络的保护从机控制器。在实际运行中还需要考虑抗电磁干扰问题，主从机配合问题及分布式发电孤岛问题。

参考文献

[1]张保会，尹项根主编.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，2005.

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[4]谢培元.基于LC/OS-II和DSP的微机保护方案研究[D].武汉：华中科技大学，2004.

作者简介

刘庆瑞（1959-），男，河北省石家庄市人。 硕士学位。现为河北科技大学电气工程学院副教授。主要研究方向为电力电子。

徐子熠（1988-），男，河北省石家庄市人。硕士研究生学历。现供职于河北科技大学电气工程学院。主要研究方向为微网继电保护。

石建华，男，河北省石家庄市人。大学本科学历。现为宏秀电气公司控制器研究总工程师。

刘嘉元 （1993-），男，河北省石家庄市人。现就读于河北科技大学电气工程学院。

作者单位

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针对电力工程实践开设多个与工程实践关系紧密的选题，其中一个选题是电力系统规划及发电厂电气部分设计。其针对某个电网的规划、设计及运行分析的设计伴随专业课程教学全过程逐次展开，替代以往课程教学中的分散习题和课后集中进行的课程设计，以提高学生对工程问题整体性的认识。该设计在专业课程教学之初，即在“电力系统分析”课程中，进行设计题目的布置，给出对某一电力系统进行规划设计所需要的初始条件，随着课程教学内容的逐步推进，要求学生完成对该电力系统的潮流计算及分析、电压调整、故障计算和稳定性分析。在后续的各门专业课程中，针对该系统中的火力发电厂进行各个专项设计。在“发电厂电气部分”课程学习中，要求学生对该火力发电厂的电气一次部分进行设计，即完成电气主接线的选择、电气设备的选择、厂用电部分设计和配电装置规划设计等。在“电力系统继电保护”课程学习中，对火力发电厂发电机、变压器组的主保护进行配置和整定。在“高电压技术”课程学习中，完成火力发电厂的防雷保护设计。在每门课程结束之后，专门安排一定时间完成课程设计的说明书、计算书整理撰写和绘图等工作，并进行该课程设计的考核。以往的题目中电力系统结构都是使用教师自己构建的网络结构，主要是为了保证每个学生有不同的设计任务书，可能不完全符合电力系统的实际网络结构。在保证一人一题的基础上，本课程设计采用目前电力系统一些典型的算例分析计算，例如IEEE30、IEEE18节点网络等的潮流计算分析。通过这种综合性课程设计形式，将以往零散的多个课程设计联系起来，使学生对电力系统的设计、运行有了从全局到局部逐渐过渡的了解，对工程问题局部与整体的关系有了更全面的把握，对电力系统一次、二次各部分之间关系有了更深刻的认识。另外，由于课程设计贯穿于课程教学过程中，学生学到的知识立即就会运用到设计中，促进了学生对知识的掌握和理解。

2.开放实验平台

充分利用校内实验中心和校内、外仿真基地。各实验中心采取全天开放的形式，设计中需要进行实验时，学生可以到实验室进行预约，在指定时间内进行实验。东北电力大学现有两个物理仿真中心——“电力系统动态模拟仿真实验室”和“输变电运行仿真中心”，一个数字仿真中心——“电力运行仿真中心”。其中动态模拟实验是大型电力系统的一个缩影，可以搭建所设计的电力系统，通过它可以对电力系统的某些运行特性包括潮流、稳定等进行实践性的实验，从而加深对知识的认识和拔高。变电运行仿真可以使学生获得对运行现场的直观认识，获得实践运行的基本知识，并对电气主接线的设计及配电装置的规划设计有很大的帮助。通过数字化计算机仿真系统了解、熟悉发电厂和变电站的运行操作过程。经过课程设计中的各种实践，学生增加了独立实践机会，提高了实践能力，对多门专业主干课程的知识进行系统的整合并加以融会贯通，增强了对电力系统运行实践基本原理的理解。

3.辅助措施

根据当前电力工业的发展趋势、电气工程及其自动化专业的培养目标以及学校的具体情况，组织指导教师到供电公司、发电厂、电力设计院等单位进行调研，学习、熟悉现今实际工程的设计过程，避免课程设计与工程实际的脱节。重新编写了各个课程设计的教学大纲、设计任务书和设计指导书，使之更贴近电力系统工程实践。由于在设计过程中学生遇到了利用计算机制图和计算能力不足等实际困难，在制订培养方案时，开设“电力CAD”、“电力系统仿真软件应用”及“matlab在电力系统计算中应用”等多门选修课，保证了学生设计的顺利进行。另外购置大量设计手册，参考资料，解决了以往设计过程中参考资料严重不足的情况。由于改革后的题目涉及面较广，工作量较大，单独一名学生完成有些困难，将每班学生分成若干小组，由3-4名学生组成一个小组，共同完成其中一个课题。小组成员在自主设计的基础上，一起对课题进行研究、讨论，共同完成课题，提高了协同合作能力，充分调动积极性。

4.严格考核

虽然新的课程设计模式是以开放式管理为前提，但实行严格考核的制度。由于本专业班级较多，做课程设计的总人数很多，必须形成完善的过程评价和结果考核机制。所以加强了过程管理，课程设计成绩中含有一部分指导过程成绩，并引入毕业设计答辩制度对学生逐一考核，考核不合格者补考和重修，避免了一部分学生不参加课程设计，只抄袭其他同学成品的情况。

5.总结