《新能源发电与控制技术 第4版》-颜文旭 教学大纲

《新能源发电与控制技术》课程教学大纲课程名称：新能源发电与控制课程编码：学分：2.0总学时：32理论学时：32实验学时：0上机学时：0实践学时：0开设实验（上机）项目总数0个，其中，必修（）个，选修（）个开课单位：适用专业：电气工程及其自动化、自动化、电气及信息类或能源与动力类相关专业一、课程的性质、目的本课程是电气工程及其自动化专业的专业自主课程，属于能力拓展课程性质。该课程综合学生先修的自动控制原理、电力电子技术、电机及其拖动基础等课程的知识，涉及新能源的形式、电力电子变换技术、新能源发电及其控制技术，包括风力发电、光伏发电、氢能及氢燃料电池发电、生物质发电、核能发电、海洋能发电、分布式能源与储能技术，以及新能源应用技术等内容，具有理论联系实际的突出特点，从系统的角度培养学生综合应用知识进行系统分析与综合的能力，对电气信息类学生掌握新能源发电与控制领域的前沿专业知识和技能，提高理论联系实际的能力，起着重要的作用。学习该课程后，使学生逐渐具有新能源发电与控制技术的系统观念、工程观念、创新观念。二、课程培养目标1.立德树人本课程面向电气工程学科实际应用对象，系统地讲述不同类型的新能源发电形式及其控制方法。课程本身不仅教授丰富的理论知识，同时也从实际应用的角度阐明风电、光伏、生物质能发电、核电等多种绿色可再生能源的发展及应用进程，可以培养学生重视客观规律、遵循客观规律的科学理念。此外，针对于同种发电形式，可以采取不同的能源转换方法及控制方案，通过对控制方案进行不断的改进与完善，能够培养学生的辩证思维能力，帮助学生建立科学的思维方法，培养学生精益求精的大国工匠精神，以及勇于面对挑战的科研精神。2.课程目标通过本课程的学习，学生所具备的素质、掌握的技能、知识和能力如下：课程目标1.能够掌握新能源发电的常用方式、基本特征及不同发电形式的适用场合。掌握电能变换器的常用器件类型、器件特征及基本电能变换电路结构。具备器件选型能力，能够根据使用场合设计电能变换功率的驱动及保护电路。课程目标2.能够掌握风力发电系统构成及风力发电机的工作原理，熟悉风力发电机的定桨距调节、变桨距调节及偏航系统调节方法。掌握风力发电机组恒速恒频和变速恒频控制原理，并能够根据不同发电机类型设计合理的并网策略。课程目标3.掌握太阳能光伏发电原理、太阳能发电系统构成、光伏发电系统最大功率跟踪控制技术、独立式光伏系统原理及控制方法和并网式光伏系统工作原理及并网控制策略，且能够利用Matlab软件进行最大功率跟踪控制技术的仿真，具备简单光伏发电系统初步设计能力。课程目标4.掌握氢能及燃料电池发电与控制技术、其他形式新能源的发电技术，生物质能发电与控制技术、核能及其应用技术、水能与水力发电技术、海洋能利用与发电、地热能发电与应用，熟悉氢能及燃料电池发电及其控制技术、沼气发电技术基本原理与控制策略、垃圾燃烧发电技术及其控制策略、核能发电、水力发电、海洋能地热能等发电的基本原理。课程目标5.掌握分布式能源特征及利用形式、分布式供电与储能技术、直流微网关技术、交直流微网关键技术、功率因数校正方法、谐波治理与补偿技术、三相交流电压控制技术等。了解新能源应用技术，电动汽车技术、多电飞机、新能源空铁技术、新能源船舶等的基本原理和形式特点。具备结合仿真结果或试运行结果进行分布式发电系统控制方案改进和实施的能力。3.课程目标对毕业要求的支撑本课程教学目标支撑的毕业要求主要体现在毕业要求指标点2-4H、3-3H、4-2L、6-2H、8-2M（参考），具体如下：课程目标对毕业要求的支撑课程目标毕业要求支撑毕业要求指标点及其内容教学内容支撑强度指标点毕业要求指标点内容12．工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识运用于解决电气工程领域的复杂工程问题。指标点2-4具有电气工程专业领域的核心专业知识，能够用于电力电子与电力传动系统设计、电能变换和运动控制等复杂工程问题的表述、建模和求解；第1、2章H6．使用现代工具：能够针对电气工程领域复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，以达到对复杂工程问题的模拟仿真与预测，并能够理解其局限性。指标点6-2能够将现代技术工具应用于复杂工程问题中，并能够对其可行性进行分析预测；22．工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识运用于解决电气工程领域的复杂工程问题。指标点2-4具有电气工程专业领域的核心专业知识，能够用于电力电子与电力传动系统设计、电能变换和运动控制等复杂工程问题的表述、建模和求解；第3章H3．问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，通过识别、表达和文献研究对电气工程领域复杂工程问题的特点或特征进行研究分析，并得到有效结论。指标点3-3能够运用工程科学原理对电气工程领域复杂工程问题进行识别和表达；H33．问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，通过识别、表达和文献研究对电气工程领域复杂工程问题的特点或特征进行研究分析，并得到有效结论。指标点3-3能够运用工程科学原理对电气工程领域复杂工程问题进行识别和表达；第4章H6．使用现代工具：能够针对电气工程领域复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，以达到对复杂工程问题的模拟仿真与预测，并能够理解其局限性。指标点6-2能够将现代技术工具应用于复杂工程问题中，并能够对其可行性进行分析预测；H42．工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识运用于解决电气工程领域的复杂工程问题。指标点2-4具有电气工程专业领域的核心专业知识，能够用于电力电子与电力传动系统设计、电能变换和运动控制等复杂工程问题的表述、建模和求解；第5、6章H3．问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，通过识别、表达和文献研究对电气工程领域复杂工程问题的特点或特征进行研究分析，并得到有效结论。指标点3-3能够运用工程科学原理对电气工程领域复杂工程问题进行识别和表达；H52．工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识运用于解决电气工程领域的复杂工程问题。指标点2-4具有电气工程专业领域的核心专业知识，能够用于电力电子与电力传动系统设计、电能变换和运动控制等复杂工程问题的表述、建模和求解；第7、8章H8．环境与可持续发展：能够理解和评价电气工程领域复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。指标点8-2熟悉环境保护的相关法律法规，理解电气工程领域复杂工程问题的工程实践过程对环境与社会可持续发展可能产生的影响；H三、课程教学基本内容第1章新能源发电与控制技术导论(支撑课程目标第1条)1.1能源储备与可持续发展战略1.2能源的分类与基本特征1.3新能源发电与储能及应用技术1.4新能源发电的主要控制技术1.5新能源技术的主要应用概要教学要求：通过课堂教学、课外阅读和课后作业，要求学生了解世界能源储备及可持续发展战略的重要性、能源分类的方式及其基本特征。掌握新能源发电的基本类型和不同类型发电形式过程中能源变换方式及新能源发电控制技术。能够根据不同的发电形式对其当前发展状态、使用需求及未来发展潜力做出正确的评价。教学重点：能源分类及其基本特征、能源转换基本形式、新能源发电的主要控制技术的讲解教学难点：能源转换基本形式、新能源发电主要控制技术的讲解第2章电力变换和控制技术基础知识2.1电力电子器件2.2电力电子器件的使用2.3电力变换电路基础2.4新能源电力变换常用拓扑2.5电力变换调制技术2.6电力变换常用控制技术教学要求：通过课堂教学和课后作业，要求学生了解常用电力电子器件及其使用，并能根据使用场合进行器件的初选。掌握电力变换电路的基本原理，能够对电力电子器件驱动电路及保护电路进行简单设计；熟悉新能源电力变换常用拓扑，理解软开关直流变换器、三电平DC/DC变换器及多电平变换器的基本工作原理；熟悉电力变换的空间矢量PWM调制技术及载波比较PWM技术；熟悉电力变换的基于经典控制理论、基于状态空间理论、重复控制、无差拍控制等控制的基本原理。通过本章知识的学习初步具备新能源电力电子、电力变换及控制技术的分析及设计能力。教学重点：功率电路驱动及保护设计、电力变换拓扑及常用控制技术讲解教学难点：电力变换电路、调制技术及控制技术讲解第3章风能、风力发电与控制技术3.1风的特性及风能利用3.2风力发电及其工作原理3.3风力机的调节与控制3.4风力发电机组的控制3.5风力发电机组的并网与安全运行3.6风力发电机组监控与运维系统教学要求：通过课堂教学和课后作业，要求学生熟悉风力发电机组的组成及基本工作原理，了解定桨距和变桨距调节的原理和特点。掌握风力发电机组恒速恒频和变速恒频控制方式的基本工作原理和系统控制特性。理解异步风力发电机和同步风力发电机的工作方式，并掌握并网控制的基本原理。具备风力发电系统结构组成、发电控制、并网控制及安全运行与监控的基本知识。教学重点：风力发电机组桨距控制方式、风力发电机组频率及并网控制教学难点：风力发电机组变速恒频和恒速恒频基本原理第4章太阳能、光伏发电与控制技术4.1太阳辐射及太阳能利用4.2光伏发电原理与太阳能电池4.3光伏发电系统的控制技术4.4光伏发电系统的结构及原理4.5光伏发电组网技术4.6光伏发电的其他技术问题教学要求：通过课堂教学和课后作业，要求学生能够理解太阳能发电基本原理和特点，熟练掌握光伏发电系统MPPT控制技术，并能够利用Matlab对最大功率跟踪策略进行初步仿真研究。掌握光伏发电系统与控制技术基本原理，理解光伏发电系统的结构及原理作用。掌握光伏发电组网技术，理解频率跟踪技术、锁相技术在系统中的作用及原理。教学重点：光伏发电系统原理、光伏发电控制技术及组网技术原理教学难点：光伏发电系统MPPT技术，光伏发电的组网技术第5章氢能及燃料电池发电与控制技术5.1氢能5.2氢燃料电池5.3氢燃料电池发电系统5.4氢能发电控制技术教学要求：通过课堂教学和课后作业，要求学生掌握氢能及氢燃料电池的基本概念；掌握氢燃料电池及其发电系统的结构与工作原理；熟悉氢能发电系统的控制技术。教学重点：氢燃料电池及其发电控制技术教学难点：氢燃料电池及其发电控制技术准第6章其他形式新能源的发电技术6.1生物质能发电与控制技术6.2核能及其应用技术6.3水能与水力发电技术6.4海洋能利用与发电6.5地热能发电与应用教学要求：通过课堂教学和课后作业，要求学生了解生物质能发电与控制技术，了解核能发电的基本形式和核能和平利用的必要性，了解核反应堆的基本工作原理和核反应堆装置的基本结构。了解水能及水力发电技术、海洋能利用与发电、地热能发电与应用的基本原理。教学重点：生物质能发电与控制技术、核反应堆的工作原理教学难点：生物质能发电与控制技术、核能及其发电技术第7章分布式能源与储能技术6.1分布式能源的特征及其应用6.2储能技术种类及其应用6.3微电网与储能系统混合组网技术6.4微网中的储能系统控制技术6.5分布式能源及储能技术的综合利用教学要求：通过课堂教学和课后作业，要求学生理解分布式能源及储能技术的特征及应用。了解分布式供电与储能技术在分布式微网中的作用，并能够根据应用场合描述出不同分布式能源的角色划分。掌握直流微网和交直流微网的多单元混合组网技术，并能够针对电网存在的谐波、功率不平衡等问题，提出相应解决方案。教学重点：分布式供电技术、微网与储能系统混合组网技术教学难点：微网电能质量治理方法第8章新能源应用技术8.1电动汽车技术8.2多电飞机8.3新能源空铁技术8.4新能源船舶技术8.5新能源助力电力行业碳中和实现教学要求：通过课堂教学和课后作业，要求学生了解新能源应用技术，主要包括电动汽车技术、多电飞机、新能源空铁技术、新能源船舶技术。熟悉新能源应用的电动汽车、多电飞机、空铁、船舶等的基本原理及其控制方法，了解新能源助力电力行业碳中和实现的方式。教学重点：电动汽车技术、多电飞机、新能源空铁、新能源船舶教学难点：电动汽车、飞机、空铁、船舶的新能源应用方式四、学时分配表教学内容思政融入点讲课时数实验时数实践学时上机时数自学时数习题课讨论时数第1章新能源发电与控制技术导论通过介绍新能源发电的方式、应用及意义培养学生建立可持续能源发展理念。2第2章电力变换和控制技术基础知识通过学习电力变换的基本方法，培养学生重视客观规律、遵循客观规律的科学理念。8第3章风能、风力发电与控制技术通过风力发电知识的学习，培养学生的绿色能源使用理念。5第4章太阳能、光伏发电与控制技术通过太阳能发电知识的学习，培养学生建立应用绿色能源意识。5第5章氢能及燃料电池发电与控制技术通过氢能及燃料电池发电知识的学习，培养学生的环保观念。2第6章其他形式新能源的发电技术通过生物质能、核能、海洋能、地热能发电知识讲解，让学生了解当前我国生物质能、核能技术的发展，培养学生的爱国情怀和荣誉感。2第7章分布式能源与储能技术通过分布式能源与储能系统混合组网技术的学习，加深学生对实践是检验真理唯一标准的理解。6第8章新能源应用技术通过新能源应用技术的学习，增强学生的新技术发展创新意识与时代紧迫感和民族自豪感。2合计320总计32五、实验（上机）项目无实验上机项目。六、教学方法本课程以课堂教学为主，辅以课后作业帮助学生学习新能源发电相关知识及应用发展情况。授课过程能够灵活运用多媒体教学，并借助于线上线下教学平台加强师生互动。对于重要知识点，采用启发式教学，通过提出问题、分析问题、解决问题的思路进行授课,潜移默化地培养学生利用所学电气工程专业知识解决新能源发电与应用工程问题的能力，强调对于所学知识的灵活应用，引导学生建立工程应用意识，加深对于理论知识的理解和掌握，并提高工程实践能力。七、课程考核及成绩评定考核方式：考查考试形式：平时+期末大作业评定方式：优秀、良好、中等、及格、不及格五级制该课程为考查课，考核方式以课堂听讲、平时作业和大作业，成绩评定中平时成绩40%、大作业60%，最后考核成绩采用优秀、良好、中等、及格、不及格五级制。课程考核内容、考核形式及支撑课程目标课程目标（指标点）考核内容考核形式及占比（％）成绩课堂提问作业测评平时测试实验报告课程报告课程论文期中考试期末考试总比(％)课程目标