电力特色信息类专业“电力电子技术”课程改革探讨

摘要：电力电子技术的内容主要涵括器件、电能变换主电路、控制三大部分。信息类专业学生应侧重于学习电力电子的控制技术，弱化电能变换主电路的拓扑分析与建模。同时，“电力电子技术”课程又是信息类专业学生学习电力背景知识的有效课程。文章分析了满足上海电力学院信息类专业人才电力特色培养要求的课程体系，然后探讨了将多媒体课件、PSIM电力专用仿真软件的教学手段与工具应用于电力电子课程的人才培养方法，使难于理解及复杂的强电拓扑弱化，学生会更加有信心、兴趣学习和理解这门课程。

关键词：电力电子；电力特色；信息类专业

作者简介：唐忠（1964-），男，湖南武冈人，上海电力学院计算机学院，教授；江友华（1974-），男，江西南城人，上海电力学院计算机学院，副教授。（上海200090）

基金项目：本文系上海电力学院重点教改项目（项目编号：20111309、20111311）的研究成果。

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）06-0070-02

电力电子技术就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术，是一门应用于电力领域的电子技术[1]，也是电气工程及其自动化专业的专业基础课，更是上海电力学院培养学生具备电力特色的一门专业课程。电力电子技术如今已发展成了一门横跨电子、电力和控制三个领域的新型工程技术科学，该课程以其电路图多、波形图多、波形图复杂、实践性强等特点，给其教学提出了一定的挑战，尤其对于信息类专业学生，其自身电力知识体系不是很完整，去深入理解拓扑变换、器件开关物理状态、换流方式比较吃力，从而使信息类专业学生学习这门课程没有自信心，最终失去兴趣，使得教学效果不是很理想[2-3]。因此，在这种情况下既要培养出电力特色的信息类专业应用型电力电子技术人才，又只能利用有限的课时进行教学，就必须对传统的“电力电子技术”课程教学进行改革，即结合学生认知的实际和教学大纲对不同专业学生的要求，选择与之相适应的教学内容和教学难度，使不同学生对电力电子技术的认识都有一个提高，都能知道电力电子技术介绍的主要内容，但知道的细节和深度不同。如电气工程及其自动化专业学生需要熟悉电力电子拓扑变换、换流方式及原理、公式推导等知识，而对于信息类专业学生可以要求其不进行复杂的公式推导和知识的深入讨论、研究，只需知道结论和应用即可。

一、上海电力学院信息类专业人才电力特色培养要求

上海电力学院是一所电力特色明显的电力高校，被誉为电力工程师的摇篮。作为具有电力行业背景的高校，计算机与信息工程学院的信息类专业坚持“行业为背景、注重实践、培养能力”的培养理念，以“信息与电力结合，以信息为本，电力应用”为特色。图1显示了上海电力学院培养方案中电力知识相关课程的设置分布。

通过这一特色培养计划，上海电力学院信息类专业学生除了掌握信息领域中电子技术、计算机技术、信息技术、自动化技术等，还掌握了电工学科中关于电的生产、传输、变换、使用等内容，因而真正将“信息与电力结合，信息为本，电力应用”。而电力电子方面的知识是这一特色培养计划及其知识结构不可或缺的组成部分。开设电力电子课程时，同时又要根据信息类专业内涵及培养结构体系，着眼点在控制，授课重点在于电力电子器件及电能变换的控制、信号的检测、保护与数据处理等，主电路变换及拓扑、器件选型等强电知识作为熟悉、了解内容，知道的细节和深度不需要如电气工程及其自动化专业学生那样，这样学生将有更多精力投入到其自身专业背景与知识点，而不必纠结于强电中的功率流换相等复杂的拓扑分析中，从而弱化这门课程的难度，学生会更加有信心学好这门课程，既熟悉了电力相关知识及背景，又加深了信息类控制技术的应用。

二、信息类专业“电力电子技术”课程人才培养方法探讨

信息类专业重点在于弱电及控制，在学习电力电子专业课程时，应该回归本位，把学习重点放在弱电及控制原理，把难于理解及复杂的强电拓扑进行弱化，通过给学生讲解电能变换原理，然后让学生利用所学“DSP原理”课程知识进行编程，产生出电能变换中所需要的脉冲，至于实际的强电变换结果则通过PSIM软件进行仿真。

1.利用多媒体课件生动、直观地展示电力电子拓扑及原理

近年来，多媒体教学逐渐代替了板书成为主流课堂教学手段，有效地利用多媒体手段展示不同电力电子器件开关状态下电路拓扑结构，可将枯燥的分析变得生动[4]。如在讲解晶闸管整流电路时，对于信息类专业学生，重点不在于每个拓扑电路电流分析，而在于其不同触发角所对应的直流电压，触发脉冲如何产生等。图2所示课件中，点击显示波形，电压和电流波形将动态地显示出来。电路电流和波形显示结合起来，有助于学生掌握触发角、移相范围等概念，同时也有助于学生更好地分析和掌握电路。

2.利用PSIM电力专用仿真软件加强信息类专业学生培养内涵

利用多媒体方式的课题教学只能授予学生理论知识，无法提高学生的工程实验能力和创新能力，这样的教学模式也无法培养出满足市场需求的高素质创新型人才。尤其对于“电力电子技术”这门课，其综合性、应用性和实践性都很强，要想让学生真正学好这门课，有必要给学生提供自己动手进行实践的软件和硬件环境，激发学生的主观能动性，使他们利用现有条件，在“电力电子技术”课程的实践学习中，提高自己综合分析和解决工程实际问题的能力，提高自己的创新能力和就业竞争力，满足人才市场日渐增长的需求。因此，必须要增加大量的实践、实训教学环节。

但是电力电子技术实验所涉及的都是功率器件、三相电源、示波器等。这些设备费用高、实验所花时间太长，且危险性大。利用PSIM电力专用模拟工具代替实际元件在计算机上进行仿真，既不担心元器件损坏，也没有任何危险，具有直观易懂、改变参数容易、精度高和重复性好等特点，学生完全可以在无人指导的情况下，在计算机上自行完成电力电子线路仿真实验[5]。更为重要的是，对于信息类专业学生，不用去分析主电路变换及拓扑、器件选型等强电知识，只需要从库模型中直接拖出，使其不必纠结于强电中的功率流换相等复杂的拓扑分析中，把学习重点放在弱电及控制原理，有利于对所学理论有深刻的理解，而且新的思路和想法可以立即通过仿真加以验证，可促进学生创新能力的培养。这样激发了学生的学习兴趣，提高了学生发现问题、解决问题和实际动手的能力，起到事半功倍的实际效果。比如在讲解电能变换中的逆变器章节，信息类专业学生只需要了解主电路工作原理，重点在于逆变器的控制及SVPWM信号的产生，如果通过设计实际控制电路来完成，效果不佳。因为所用时间比较长，且学生水平及经费受限，因此可以利用PSIM仿真软件来建立SVPWM模型，如图3所示，其为SVPWM波的产生模型。

3.实际效果分析

通过采用新的教学方法及手段，信息类专业学生在学习“电力电子技术”课程后，其理解深度及体会均得到提高，具体实际效果可从表1对照看出。通过改进教学方式，学生对“电力电子技术”课程内容理解力加强，表现在作业的正确率得到提高；做实验时，实验设备损坏率降低，其主要原因是学生在做实际实验时，先通过PSIM软件进行模型搭建，并分析其各点波形，理论通过后，才允许进入实际实验室进行真实物理模型实验，这样学生在做实验前就已经对实际实验有所了解，设备损坏也就减少，同时其建模速度也得到提高。

三、结论

电力电子技术是对电能进行变换和控制的技术，是电力学院培养学生具备电力特色的一门专业课程。可以把它看成是弱电控制强电的技术，是弱电和强电之间的接口。计算机与信息工程学院属于信息学科，侧重于弱电及控制，因此授课重点在于电力电子器件及电能变换的控制、信号的检测、保护与数据处理等，主电路变换及拓扑、器件选型等强电知识作为熟悉、了解内容，这样学生将有更多精力投入到其自身专业背景与知识点，而不必纠结于强电中的功率流换相等复杂的拓扑分析中，从而弱化这门课程的难度，学生会更加有信心学好这门课程，既熟悉了电力相关知识及背景，又加强了对信息类控制技术的应用。

参考文献：

[1]王兆安.电力电子技术(第四版)[M].北京:机械工业出版杜,2008.

[2]梁永春,闫彩红.“电力电子技术”课程立体化教学方式探索[J].中国电力教育,2010,(31):63-64.

[3]陈新河,杨汉生,鲁业频.实用型电力电子技术教学[J].巢湖学院学报,2010,(6):140-144．

[4]程琼,黄圣超.《电力电子技术》课程教学的改革[J]．理工高教研究,2008,(2):109-110．

[5]洪武.PSIM在电力电子技术教学中的应用[J].实验科学与技术,2009,(1):37-38．