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关键词:电气工程及其自动化;CDIO;模块化教学
作者简介:刘超(1985-),男,吉林省吉林市人,南京理工大学泰州科技学院电子电气工程学院,助教;杨蕾(1986-),女,江苏徐州人,南京理工大学泰州科技学院商学院,助教。(江苏 泰州 225300)
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)02-0069-02
CDIO是由美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学提出的一种新的教育模式。CDIO包括构思(conceive)设计(design)实现(implement)运作(operate)四个方面。“构思”是指明确客户的需求,考虑技术、企业战略和制度等因素,不断改进概念、技术和商业要求。“设计”指指定开发的产品系统所需的各种计划、图纸和算法;“实现”指把设计转变为产品的过程,包括硬件制造、软件编程、测试、检查和验证;“运行”指对产品系统的维护、优化和淘汰等。CDIO教育思想的核心内容是着重强调学生的实际动手能力和工程实践能力,是将教学过程与工程实践项目相结合,通过理论学习解决工程实践的问题,也通过工程实践的问题强化理论学习内容。使学生在“学中做、做中学”达到工程实践与理论教学相辅相成的效果。
电气工程及其自动化作为极具工程背景的专业,最应该以CDIO为基本思想进行教学实践。南京理工大学泰州科技学院(以下简称本校)电气工程及其自动化专业,以培养“现场工程师”为教育目标,2010年被吸纳为CDIO工程教育改革试点高校,成为江苏省独立学院中唯一一所CDIO工程教育改革试点成员校,教学效果在应用型本科院校中处于前列。
一、以CDIO为理念的电气工程及其自动化专业改革特点
1.以求职为导向的电气工程及其自动化的教学方法
培养学生学以致用、理论联系实际以适应将来求职之需的能力和素质是所有专业教育的共性。CDIO理念说明本科应用型人才培养方案既不是一蹴而就的,也不是一成不变的。工程教育应当是动态的,随着新科技成果地不断出现,本科应用型人才培养目标必须通过市场调研,不断进行更新和调整。对于高校来说,人才培养方案地制订和调整绝不仅仅是高校内部的事情,高校在制订和调整人才培养方案时,应当把雇主对人才培养的需求作为重要依据。同时,广泛征求用人单位、学术界、政府以及学生群体的意见和建议,确保人才培养方案的科学性、全面性和可操作性。以CDIO为理念的电气工程及其自动化专业建设应从教学大纲、教材、实验、课程设计、毕业设计等方面与企业需求相结合,形成一切围绕企业需求的教学方法。
2.以大工程为主的宏观教学手段
宽口径人才一直是各大高校所追求的目标。CDIO模式从一个宽广的视野来解读工程,在这个视野中工程不再局限于技术,工程与社会发展、市场规律、管理模式、历史文化、价值观念、心理、审美等紧密结合起来。CDIO模式根据这样一个大工程的理念来建构课程体系,CDIO模式培养的不仅仅是技术专家,而且是能在现代组织管理模式和市场运行机制下从事产品系统开发的工程师,更是以人类福祉为宗旨的具有社会责任感的工程人才与社会文明的缔造者。
对于电气工程及其自动化专业来说,要教育学生对整个系统有一个整体的概念。不能将学生的视野局限于简单的一点、一门学科,而是要让学生深刻理解所做工作在整个工程中的意义和地位,这样才能实现宽口径人才的目标。以一种系统宏观的视角来培养工程人才,无论是课程体系、教学模式还是培养目标,都应该在这个教育理念下制订。在学生毕业设计中,可以将一个大项目拆成几个小的课题,让学生组成一个完整的项目组,分摊项目中的一个部分。比如说:将一个建筑电气化的项目分成三个部分:建筑供配电、电梯控制、监控系统。这三部分看似相互独立,实际紧密相连。建筑供配电要给电梯控制;监控系统提供电源,保证其稳定运行;电梯控制需要监控系统的辅助,才能保证运行的安全性,监控系统服务于建筑供配电,实时监控各部分的稳定运行。通过三部分的设计,形成一套完整的解决方案。在这个项目的设计中,将大工程的理念贯穿其中,培养学生工程实践中的大局观使其更加真实地了解工程实践的各个细节分工。
本校将“工程导论”作为大一的必修课,请多年从事实践工程的教授作为主讲教师,以其丰富的工程经验让学生了解电气工程及其自动化专业的发展方向。课程中全部以大工程为案例,让学生主动思考工程的每一个部分。使学生明确工程师的角色和职责,并且进行简单的问题解决和设计实践,养成初步的个人能力、人际交往能力和构思、设计、实施、运行能力,为今后的学习打下基础,并提高学习的兴趣。同时进行考核方式的改革,不通过笔试的方式给学生评定分数,而是让学生通过PPT展示自己对电气工程及其自动化专业的理解,使学生积极参与到课程之中,获得了良好的效果。
二、以企业项目需求为核心的模块化教学改革
1.以企业项目需求为核心的模块化教学特点
所谓模块化教学模式是按照程序模块化的构想和原则来设计教学内容的一整套教学体系,它是在既定的培养目标指导下,将全部教学内容按照一定标准或规则进行分解,使其成为多个相对独立的教学模块,且各教学模块之间可以按照一定的规则有选择性地重新组合。
以企业项目需求为核心的模块化教学改革就是将企业需求放在第一位,学校的课程设置根据企业项目需求做一系列地调整,形成职业化的教学模块,这些模块既相对独立又相互联系。对于实现大学生的培养必须注重“宽口径、厚基础、强实践、重创新”的目标有很重要的作用。以企业项目需求为核心的模块化教育,是服务于企业项目的,将学生课程的理论学习与企业项目直接挂钩,从专业课程的层面就开始让学生了解所学内容在项目中所处的位置,既符合以求职为导向的教育方法,又符合CDIO大工程的理念。
2.以企业项目需求为核心的电气工程及其自动化专业模块化教学分析
电气工程一级学科目录下有五个方向:电力系统自动化、电机与电器、电工理论与新技术、高压电与绝缘技术、电力电子与电力传动。结合独立院校的自身特点,依据市场需求和企业需求可将电气工程及其自动化专业分为以下几个模块:
(1)电气控制模块。电气工程及其自动化专业的学生和自动化专业的学生有很多知识的交叉,而且又兼顾了电气、电机方面的知识,所以在控制领域有很广的就业前景。电气控制模块不仅直接与工业控制方面挂钩,甚至涉及火力发电厂集控运行等方面,应用领域极为广泛,是应用型本科院校学生就业的重点,也是“现场工程师”所必须掌握的一个重要模块。
其核心课程包括:“电器控制技术”、“PLC原理与应用”、“变频器原理与应用”等。本校单独开设了电气控制实验室,以西门子S7-200系列PLC为例,引导学生自己动手调试。完成了“五层电梯PLC控制”、“邮件分检系统PLC控制”等课程设计。在此基础上,还开设了组态软件课程,将下位机与上位机连接起来,更加贴近真实项目,使枯燥的编程变得更加生动,也对学生毕业设计地完成起到了抛砖引玉的作用。毕业设计中不仅完成了工业控制PLC下位机的编程和调试,还要将下位机控制的情况通过组态软件真实地反应,毕业设计论文与工程实践更加紧密贴合,具有较高的水平。
(2)电子电路设计模块。根据江苏省经济发展的特点,电子产业有着广阔的就业前景。单片机以及电路方面的知识是学生就业择业的一大重点。各种电子产品的生产与开发,都离不开软件或者硬件工程师。
其核心课程包括:“数字逻辑电路”、“模拟电子技术”、“微机原理与接口技术”、“单片机原理及应用”、“电力电子技术”等。作为上述课程的补充,本校还开设了“嵌入式系统开发”等现阶段应用广泛的专业课,以及大学生创新实验室。该实验室为完全开放的实验室,学生自己动手,操作开发板、调试电源器件。在这个实验室锻炼过的学生进步很快,就业选择优势明显。
(3)电力系统设计运行模块。能源问题一直是工业社会发展的热点问题,电气工程及其自动化专业的一个极为重要的就业方向就是电力系统设计运行。发电厂、供电公司需要大量的“现场工程师”来保证电力系统稳定安全的运行;建筑行业需要大量的设计施工人员进行供配电系统的设计、施工、调试,该模块有广阔的就业前景。
其核心课程包括:“电力系统分析”、“电力系统继电保护”、“发电厂电气部分”等。对于应用型本科院校,上述课程要以“轻理论,重实践”为指导思想,通过课程设计和毕业设计等手段,让学生从整个电力系统“大网”运行为入手点,掌握电力系统运行的基本原理。
三、结语
对于应用型本科院校来说,CDIO工程教育模式是极具借鉴意义的教育改革理念。本校作为江苏省独立学院唯一一所CDIO工程教育改革试点成员校,在“现场工程师”的培养道路上不断摸索,积极总结,取得了显著效果。本文总结了以CDIO为理念的电气工程及其自动化专业改革,提出一种以企业项目需求为目标的分模块的电气工程及其自动化专业的教学改革。这将对以CDIO工程教育为理念的高校教学改革提供参考。
参考文献:
[1]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究,2008,(3).
关键词:计算机控制技术;宽口径;教学改革
作者简介:孙坚(1978-),女,山西运城人,三峡大学电气与新能源学院,副教授;王强(1974-),男,江西抚州人,三峡大学电气与新能源学院,副教授。(湖北 宜昌 443002)
基金项目:本文系三峡大学教学研究项目(项目编号:J2011057和1143)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)28-0130-02
当前科学技术呈现出多学科、多领域相互交叉发展的现象,加上人才市场体制的建立,按行业培养学生专业技能的格局,已越来越难以适应人才市场化需求。而当前大学生就业已成为社会关注的焦点,直接关系到家庭、社会与高校的和谐及可持续发展。[1]因此,从培养行业专业人才转变为重基础、宽口径、可适应不同行业需求的高素质、复合创新型人才是保证高校毕业生就业的有力基础。建立与实施大类培养,优化课程结构,加强学科课程和教学教改建设,紧跟技术进步,主动适应人才市场需求是高校教学改革不断深入的基本原则和方向。“计算机控制技术”是工科类电气相关专业主干课程之一,了解和掌握典型控制器件性能,学会以其为核心构建物理控制系统和基本应用技术,是该课程培养学生分析问题、解决问题和创新能力的关键所在,使其学会并掌握使用基于典型控制器进行工业控制系统的设计、安装、调试和参数整定等一般方法和过程以促进毕业生就业质量,增强社会适应力。
一、“计算机控制技术”宽口径平台构建
由教育部1998年7月颁布的《普通高等学校本科专业目录》,把504种专业调整到249种,这为高校拓宽专业口径,改善就业,积极探索新型素质教育,培养复合型人才提供了指导依据。要实现高素质复合型人才培养,就有必要淡化小专业意识,树立起大专业思想。打破工科类电气相关专业近似课程的差异壁垒,,充分挖掘专业课程的内在联系,对专业基础课、专业综合类课程及实践类课程进行整合,甚至重新设计制订,着力构建完善的“一纲、两体、三化”教学平台,实现理论教学与实践教学、课堂教育与课外自学的相互融合及补充。
“一纲”,即一门课程一份教学计划大纲。它对理论课程教学目的、深度及知识体系、教学进度和教学法进行了统一规定。以2011教学大纲为例,热能与动力工程、机械工程及其自动化、电气工程及自动化、自动化、电子信息等专业都开设“计算机控制技术”课程。原教学大纲分专业设置,教材、教学时数略有差异,现学大纲和教学要求。采取就高不就低的原则,教材和教学内容以自动化专业为标准,统一调整为32学时,并整合教师资源成立课程教研组,负责课程的建设与教学实施。
“两体”,即实践环节主体和理论教学主体。专业导师通常在“计算机控制技术”理论课程接近尾声时,根据专业设置情况开设专业导论课,介绍各专业最新前沿发展动态,以帮助学生更好地了解各专业学习内容及研究方向,使其结合自身兴趣爱好和能力,合理选择后期实践性教学内容。
“三化”,即教学过程的全程化、全员化和个性化。全程化,指的是不论在理论教学环节,还是在实践教学环节,每个工作日都安排老师进行答疑。全员化即“计算机控制技术”课程教研组成员人人参与,建立面向全体学生服务意识和健全答疑制度。个性化指导,主要以提高学生专业技能和就业竞争力为目标,对每一专业、每一个实践小组进行“综合设计一对一,指导服务一对一”的培养模式。
二、“计算机控制技术”理论教学模式改革
1.教改原则
在以往的计算机控制教学实践中,大多采用条块分割,按章逐节进行讲解。本次教改过程中,把计算机控制课程视为一个完整的系统(如图1所示),通过引导学生用系统的观念去认识和把握该门课程。[2]即系统建模是理论分析基础;典型控制器件和电路或附件组成系统的硬件结构;依据工控对象特性及数量,选择适宜的控制策略和系统结构层次。在实际教学中,以某一工程实例为背景,教学结合工程实例,遵循从上到下的原则,按照图1每个模块的层次依次展开。但由于在现实设计中,由于工控机的高度模块化和插板结构,在“数据通信技术”模块的教学中,对通信原理无需作为重点,学生学会如何组建“PC+Fieldbus、DCS、PC+PLC、PC+SLC”四种典型控制系统即可;同样,在计算机接口电路方面,如输入/出通道、通信接口等,教学内容以标准主流板级产品为主,把主流产品的工作原理、技术参数及应用方法进行重点介绍。
2.理论教学案例
讲授完“系统数学建模基础”后,将以“电炉温控系统”为工程实例。教师首先讲解工作原理图和系统的工作过程及重要相关概念,对整体系统进行说明后,再将系统按功能模块给予分割,如:硬件结构包括典型控制器(计算机)、接口电路、检测电路、调理电路和执行机构等,软件部分可使用汇编语言或高级语言进行编程;带学生到实验室演示已设计好的系统,同时明确指出每个功能模块所对应的教学知识点,将理论知识与实物对应起来,化抽象为具体,把课本上枯燥的文字叙述转变为直观的物理系统。这样,就很容易调动学生主动学习的欲望和动手实践的激情。不过,值得注意的是,在课程讲授初时,不宜过多使用专业术语,尽可能采用通俗易懂的教学语言。
学生建立起计算机控制技术的“系统”概念后,教师在“教”的过程中有意识地“以面谈点,逐个突破”,即:从“电炉温控系统”再次回归到图1对应的“理论模块”。在讲解每一功能模块时,都结合“系统”展开,明确概念,强调重点和说清难点。在学生掌握了基于PID控制算法后,根据教学内容改变被控对象和数量,引申出其它知识点进行讲解。如此这般,通过“系统-理论教学模块-系统”螺旋式循环过程,不仅有助于学生对“计算机控制技术”这门课程核心思想的深刻理解,还有利于学生切身感受从性能指标出发到方案构想、系统设计的全过程,无形中加强了分析问题、解决问题能力的锻炼。
三、“计算机控制技术”实验体系
1.实验体系构建思想
在大专业教改原则下的“计算机控制技术”实践教学中,构建一个对立统一的实践体系是保证课程连续性和区别性,以满足不同专业特点的内在需求。教学团队在实际操作中,把握“一个基本点,两条途径,三种层次”的从下到上教学思想。[2]即一个基本点是指以培养学生应用创新能力为中心;学生从物理实验和仿真实验两条途径获取互补学习的方法;三种层次是指实验教学体系包含有验证性实验、设计性实验和特色性综合设计实验三个层次的递进。
2.实验教学案例
第一层次验证性实验主要针对学生所学的“计算机控制技术”相关知识进行,这部分实验内容又分为限选项目和自选项目。限选项目主要有“数字量输入输出通道”、“模拟量输入输出通道”、几类“经典控制算法”等,主要定位为通识教育。学生可通过物理性和仿真性实验,达到帮助理解课堂所学知识,对课程重点加深认识和把握。而对于复杂控制系统,如“PC+Fieldbus、DCS、PC+PLC、PC+SLC”四种典型控制系统的组建、复杂控制算法归为自选项目,这部分内容主要由学生自主在开放实验室仿真平台上完成。
第二层次设计性实验主要有“交流电动机速度控制”、“水塔水位控制”、“彩灯控制系统”等。学生可根据自身爱好和能力,进行自主选题和难易取舍,初步要求学生能查阅相关专业文献,培养学生运用学过的知识和方法,发挥自己的思考和想象,自行编制控制算法程序来实现性能指标。如某学生选择精确型“交流电动机速度控制”,在进行辅导时,指出交流电动机是一非线性、多变量、强耦合的控制对象,其数学模型较难精确建立,为克服常规模糊控制器隶属函数不变的缺陷,可考虑设计一种具有自学习功能的控制器,[3]更为详细内容可通过查找相关文献途径获取。
特色性综合设计实验为第三层次,一般在完成第一层次和相关理论课程教学后,以兴趣爱好或专题形式进行。经过学生报名和教师筛选,让一部分有能力、有潜力的本科同学进入实验室学习和研究。在这一过程中,教给他们科学的工作方法,使他们学会利用图书馆、网络等资源查阅资料,提出解决方案并进行论证。[4]每个特色性综合设计实验题目均以工程实际需求为背景,如:综合设计性题目“程控型高稳定输出交流电压源研制”,教师组织兴趣组学生对方案的总体设想和技术路线进行引导;在系统装置控制策略的把握上,提醒同学使用输出电压瞬时值反馈可提高输出的稳态精度满足性能指标要求,但这可能带来系统的不稳定,用并联微分校正——引入滤波电容器电流反馈可达到改善系统稳定性的目的。[5]这种启发式、互动式的教学方式,有利于培养学生科学的工作方法和缜密的研究习惯,达到高素质创新人才培养的目的。
四、结束语
本文从宽口径“计算机控制技术”人才培养需求出发,对理论和实践教学进行改革。从系统层面上有效认识和把握各模块间的内在联系,实现了认识层面从孤立到统一的转变,有助于学生的融会贯通。实践教学体系的构建和实验内容的设置,既保持了课程的统一性,又体现了不同专业的对立性。而通过特色性综合设计实验,将对立与统一进行了很好的融合。
参考文献:
[1]陈建.基于四个“创新—提升”视阈下的高校毕业生就业工作研究[J].就业指导,2012,(24):47-51.
[2]王强,孙坚.“电力电子技术”教学的改革与实践[J].中国电力教育,2011,(6):177-178.
[3]王强,林刚勇,冯林,等.直接转矩控制系统中自学习控制器的研究[J].东华理工学院学报,2007,30(1):92-95.
从“离网”向“并网”的跨越
光伏并网发电是当今世界光伏发电的主要发展方向,是光伏技术步入大规模发电阶段,成为电力工业组成部分之一的重大技术步骤。许多统计资料表明,近几年来世界光伏并网发电市场发展迅速,光伏并网发电的装机容量从1 996年的7MWp上升到2000年的140MWp,光伏并网发电在光伏行业中的市场比例也从1 996年的10%上升到2000年的50%,2007年光伏并网发电的市场比例已达到80%。而在中国,光伏发电也将在未来的电力供应中扮演重要的角色,其累计装机容量预计至201 0年将达600MWp,2020年将达到30GWp,2050年将达到100GWp。根据电力科学院预测,到2050年,中国可再生能源发电将占到全国总电力装机的25%,其中光伏发电则占到5%。显而易见,光伏并网发电已经是大规模光伏发电的主要趋势。
早在上世纪80年代,合肥工业大学已经开展起太阳能光伏与风力发电技术的研究,张兴就是在那个时候走入合肥工业大学校门的。在这所留下他半生印记的学校里,不仅走过了从学士到博士的求学之路,而且也撇下了攻关,探索的辛勤汗水。他对太阳能光伏发电技术的研究,源于1 997年新疆新能源研究所原所长王国华研究员在合肥工业大学的一次讲学。在那次讲学中,张兴对欧美日等发达国家正在兴起的光伏并网技术产生了浓厚的兴趣,当时,我国的光伏发电技术与产业还是针对技术相对落后的光伏离网系统,很少有人关注技术新颖且有一定难度的光伏并网技术。尽管深知其中的挑战,张兴却从未想过低头,他抓住光伏并网系统中的并网逆变器这一核心技术,开始了潜心的研究。经过一年多的努力,他终于成功研制了500W光伏并网样机。在1 998年的全国光伏年会上,该样机一经展出即引起了同行的高度关注。在此基础上,1999年,张兴教授又与新疆新能源研究所开展了技术合作,共同承担起自治区的科技攻关项目。当时,逆变电源专家曹仁贤创办的合肥阳光电源有限公司起步不久,虽然主打产品主要是离网型光伏逆变器,但他还是给予了这一项目充分的肯定和支持。在共同的努力下,该项目组于2000年成功开发出3kW工程化样机,并在新疆鄯善县成功地进行了应用测试,取得了预期性能。随之,在经过一年多的试运行之后,2001年,该项目顺利通过了新疆维吾尔自治区组织的专家鉴定,得到了一致的好评。
而正是这个项目的成功,拉开了张兴教授与合肥阳光电源有限公司产学研合作的帷幕。此后,国家“十五”科技攻关项目“并网光伏发电用系列逆变器的产业化开发”、科技部新能源行动计划项目等诸多科技攻关项目在他们的携手并进下,得以产业化实践,同时建造了多个并网光伏示范电站,其中,科技部新能源行动计划项目“60kW光伏并网系统的应用与研究”项目获得新疆维吾尔自治区科技进步二等奖。
与“阳光”同行
“阳光”,一个听起来倍感明媚的词语。而在电源领域,这一个词语则让人联想起我国知名的新能源发电电源专业制造商――合肥阳光电源有限公司(以下简称“阳光电源”)。
自1 997年成立以来,阳光电源专注于可再生能源发电产品的研发与生产,囊括了光伏发电电源、风力发电电源、回馈式节能负载、电力系统电源等系列产品,曾成功参与北京奥运鸟巢、上海世博会、三峡工程,全球环境基金可再生能源项目、西班牙MaIaga 5MW大型光伏电站,英国和法国小型风力并网发电项目、青藏铁路等重大工程,获得了国内外业界的一致好评。多年来,阳光电源先后获得“安徽省优秀民营科技企业”、“安徽名牌产品”、“优秀创新企业”,“安徽省‘115’产业创新团队”、国家发改委REDP项目“技术进步优秀项目奖”,“太阳能光伏产品金太阳认证”等荣誉,是安徽省可再生资源电源工程技术研究中心依托单位、安徽省研究生产学研示范基地。
同样,经过二十余年的努力,合肥工业大学在太阳能光伏与风力发电技术等可再生能源发电技术方面也取得了长足的进展,如今,不仅拥有电力电子与电力传动国家级重点学科、教育部光伏工程研究中心,还进入了国家培育优势重点学科的“111计划”,成为“可再生能源并网发电国家级创新引智基地”。而在可再生能源并网发电技术的科学研究中,张兴教授与阳光电源的产学研合作尤其值得称道。
从1 999年共同开展新疆维吾尔自治区的科技攻关项目开始,他们的产学研合作已经整整十年。十年间,他们联手创造了不少成绩,近年来更是成果选出。
“上海电力局奉贤10kW光伏屋顶示范工程项目”属于上海电力局新能源发展计划项目,工程于2003年3月建成并投入运行,2004年7月通过专家鉴定,是上海首个全部采用国产化技术的光伏屋顶并网示范系统,该系统所用的1台10kW三相并网逆变器即由张兴课题组与阳光电源联合研制。
他们合作的“并网光伏发电用系列逆变器的产业化”项目是国家科技部“十五”科技攻关项目,该项目于2005年2月通过科技部的专家鉴定。其成功研发解决了并网光伏系统的关键部件逆变器的产业化难点,推进了我国并网光伏发电产业的发展,如今,该项目系列产品已在阳光电源实现了产业化,并定型了多种规格的并网逆变器产品。
随即,在国家科技部新能源行动计划项目“新疆乌鲁木齐大型光伏并网工程”研发中,张兴课题组承担起72台60kW并网逆变器的系统及控制设计任务,而阳光电源则对逆变系统的制造,现场安装与调试工作进行了全权负责。2004年12月,该工程完满建成并投入运行,2006年3月,通过科技部验收及专家鉴定。经鉴定,该项目采用可调度型并网发电结构,并具有并网发电、蓄电池充放电和独立逆变三重运行功能,省略了常规的充电控制器,简化了系统结构,大大提高了光伏并网发电系统的性价比,是当时新疆地区最大且功能最为先进的光伏并网示范工程,其成果被授予新疆维吾尔自治区科技进步二等奖。
此外,在“上海生态示范园光伏屋顶工程”、安徽省科技攻关项目“合肥阳光电源30kW光伏屋顶示范工程项目”以及
科技部科技攻关推广项目“上海崇明30kW光伏屋顶示范工程”研发中,他们的表现也不负众望。
“非常”追求
电力电子与新能源应用技术的多年研发、与阳光电源十年的产学研合作,点点滴滴的付出,张兴教授用自己的智慧和汗水写出了一个不一般的科研生涯。
在风力发电研究方面,其MW级变流器作为核心技术一直被外国垄断,其国产化的路途极其艰辛和富有挑战性,2004年,张兴教授与阳光电源再度联手进行科技攻关,他们首先完成了安徽省“十五”科技攻关项目“风力发电用交直交并网变流器”,并获得安徽省2006年度科技进步二等奖。接着,作为课题负责人之一,张兴教授与阳光电源联合申报并获得了“十一五”国家科技支撑计划“大功率风电机组研制与示范”的两个重大项目的资助――“1 5MW以上直驱式风电机组控制系统及变流器的研制与产业化”与“1,5MW以上双馈式风电机组控制系统及变流器的研制与产业化”。经过大家不懈的努力,目前,MW级双馈型与直驱型风机变流器基本实现了产业化,部分机型已经批量向整机厂商供货。
在柔性直流输电变流与控制研究方面,张兴教授着眼于柔性直流输电技术与风力发电相结合,对安徽省自然基金项目“电网异常条件下风场柔性直流输电网侧变流器控制策略研究”进行了攻关研究。与此同时,在合肥工业大学本科评建项目的支持下,他自主研发成功了一套1 5kW柔性直流输电变流及控制系统研究平台。
在PWM整流器技术研究方面,张兴教授完成了包括HT--7u超导托卡马克等离子移快控电源、蓄电池双向馈电电源、背靠背双向变流器等多项研究成果,并在其博士学位论文基础上,由“电气自动化新技术丛书”编委会资助并由机械工业出版社出版了《PWM整流器及控制》学术专著,该学术专著在新能源并网发电的逆变器研究与应用领域得到了学术界专家学者的肯定并被广泛引用。
在积极进行科研攻关的同时,张兴教授还将大量精力投入到特色实验室建设中。2006年,他主持完成了“合肥工业大学风力发电变流器及其控制实验室”的建设,其主要包括“250kW中低压双馈、交流异步全功率风力发电驱动平台”、“永磁同步直驱风力发电驱动平台”,以及分布式发电系统中的“风力发电模拟平台”,“柔性直流输电变流及控制系统研究平台”等。而他与阳光电源合作,还为该公司建成了“2MW双馈型风力发电变流器试验平台”、“2MW同步直驱风力发电变流器试验平台”。这些实验研究平台基本上涵盖了张兴教授及其团队近年来的大部分成果,在这些成果的基础上,经过深入地自主研制,这些平台已经开始发挥各自的功用,不仅大大促进了合肥工业大学新能源应用及其电力电子研究技术的发展,使其成为全国高校风力发电变流器研究条件一流的单位,也为国家支撑项目的取得与完成提供了良好的研究条件与基础。
经过多年的拼搏,张兴教授不仅在风力、太阳能并网发电的变流器技术的研究和工程应用方面取得众多的成果,积累了大量研究与工程经验,同时也为阳光电源以及电力电子行业输送了一批高素质人才。从当年初次涉足光伏并网发电技术,到如今的MW级风电变流器的研制成功,在太阳能光伏并网、风力发电变流控制与驱动领域的多年研究,使他和团队得到了锤炼和成长,逐渐发展为一支拥有2名教授、2名副教授、3名博士毕业的青年科研骨干教师以及近30名博士、硕士研究生的优秀团队,在一起,他们总是能形成一股强大的科研力量。而与阳光电源长期的优势互补合作,其科研水平经受了考验,更是得到了升华。