【導讀】EduardoI.Ortiz-Rivera,MemberIEEE,andMarcelJ.Castro-Sitiriche,MemberIEEE. theircountries.Aspartofthiseffort,theauthorsof

　　

【正文】 波多黎各 ）的應用的電力電子拓撲的研究經(jīng)驗。最后，作為我們這篇論文的一個目的，我們希望可以使其他學術(shù) 機構(gòu)注意到對于一個電力工程的教學大綱，增加包括電力電子學、可再生能源、和實驗教學的課程對于他們國家益處的重要性以及必須性。 關鍵詞： 教學工藝、實驗室、電力電子學、太陽能、 熱能 引 言 當今世界范圍內(nèi)市場的變化給我們的日常生活帶來了巨大的影響。油價每天都在漲，但存儲量每天都在下降。同時，人口統(tǒng)計的變化會影響電力設施的可行性，并最終影響到工業(yè)在經(jīng)濟上的未來。而且，二氧化碳排放量的減少為電力設備的生產(chǎn)提供了幫助。這就是為什么那么 多國家希望集合可再生能源作為他們用持續(xù)發(fā)展方式發(fā)電的作為他們國家 政策的一部分。 但是 ，任何改變電力基本設備的計劃和它的國家政策都需要有著傳統(tǒng)電力系統(tǒng)、電力電子拓撲結(jié)構(gòu)和可行性的可再生能源方面專業(yè)知識的熟練勞動工人。對于任何國家來說，他們的專業(yè)機構(gòu)對于使這個國家具有良好專業(yè)知識的熟練勞動工人都扮演著十分重要的角色。這就是對于現(xiàn)在普通的學生（潛在的雇員）只學理論課程并不夠的原因；同時，一些實踐操作的實驗也是必須的！為了達到這個目的，作者做的工作是把一些實際操作實驗的一體化策略加入，以吸引和培養(yǎng)合適的電力電子、可再生能源和本科研究領域的 ECE學生。 為什么實際操作實驗如此重要？ 4 我們都知道好的實 驗室實驗增加了學生在這一領域的興趣，因為將理論與實踐向結(jié)合，并且促使學生主動的學習的一個過程。 一個引人關注的政策已經(jīng)被波多黎各的 馬亞圭斯校區(qū) ECE 學院推行出來以得到可再生能源和其相關領域的優(yōu)良技術(shù)生產(chǎn)力，特別是他們利用了由 愛德華多 奧爾蒂斯 博士領導的技術(shù)和教育先進性的數(shù)學建模和可再生能源的控制。理論課程實驗的一體化特別是電力電子和可再生資源的應用已經(jīng)變成了 Minds2CREATE 研究團隊 的聚焦點。這項策略的基本目標是為國家或者一個區(qū)域準備出足夠的最好的工程勞動者來滿足需要，而又不會犧牲未來的可持續(xù)發(fā)展。目前 的實踐課程有可以達到 100名電力電子基礎本科課程的學生，除去做研究的學生外其中有 60 名學習先行課程的本科生的潛力。這個實驗在深刻影響到了大量的電力電子學生，每年有大約 100名 馬亞圭斯 大學電力電子相關專業(yè)的學生。 在 馬亞圭斯 大學， Minds2CREATE研究團隊 已經(jīng)開始讓電力電子和可再生能源專業(yè)的學生準備基于波多黎各地理情況的電力系統(tǒng)應用。為了獲得理論知識，對這個領域感興趣的 ECE 學生需要學習一系列的關于可再生能源和電力電子的課程。圖 1 描述了對應一下等級的 ECE 課程。每一門課程 都是由電力電子和其在可再生能源方面的應用的易于理解的基礎知識設計而成。 實際動手課程的教育活動 為了開創(chuàng)和波多黎各現(xiàn)實情況合適的課程，只是建立電力電子和可再生能源相關課程并 不是足夠的！ 圖 1 PELS的本科生可再生能源課程的選擇 圖 2 質(zhì)子交換膜燃料電池的電特性與控制 這就是這些課程 的 動手操作是吸引新學生和增強他們在這方面展開工程研究的基礎的原因。從長遠上考慮，這些措施都是推進研究生教育的基礎。實際動手的教學活動與其它的教學活動，如理論教學、 仿真教學、工程中的一些實際問題相結(jié)合。一個學生的實際動 手實驗如下描述： 1） 質(zhì)子交換膜燃料電池的電力特征 在這個實驗當中，學生會使用低功耗的質(zhì)子交換膜燃料電池連接一個斬波器和一個可變電阻負載。學生們需要學會如何使用質(zhì)子交換膜燃料電池、實際斬波器必要的部件、利用燃料電池模擬和建立控制功率和電流的拓撲結(jié)構(gòu)。 5 2） 光伏組件的最大功率跟蹤點的數(shù)學建模 這個實驗需要最優(yōu)控制和 PVM利用非線性原件模擬的特征的概念知識。在這項工作中，學生要學會如何閱讀光伏的數(shù)據(jù)表，并且利用這些數(shù)據(jù)來描述出該太陽能電池板的特征。之后，我們利用之前我們開發(fā)出的一款軟件來比較理論值與 PVM 實驗得 出的值相比較。最后，學生把 PVM 與升壓斬波器相連接來得到PVM的最大功率。 3） Z源逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)與設計 為了實現(xiàn)這個實驗，學生需要了解例如三相系統(tǒng)、脈沖寬度調(diào)制、 Z源、逆變器等概念。 學生要用 PSIM、 SABER、 Matlab等軟件來設計這個逆變器。在電力電子實驗室中，學生創(chuàng)建模型，這項工作包括選擇拓撲結(jié)構(gòu)，散熱器，選擇 IGBT和變壓器 /感應器的構(gòu)建工作。 這些學生和波多黎各的預期未來 預計當在這些學生將要結(jié)束學業(yè)生涯之時，他們將會在電力電子應用于可再生能源的拓撲結(jié)構(gòu)，有關波多黎各地形的可再生能源的特征 的知識，熟悉與能源有關的國家政策和 有關機構(gòu)的對于社會和經(jīng)濟的一些激勵波多黎各大學生的規(guī)程有著廣泛的了解。 學習不同形式的可再生能源的優(yōu)點在波多黎各熱帶氣候中是非常突出的，因為氣候中有山地區(qū)域的不停的風能，一年四季的日照的情況，這些都只在單一的地方出現(xiàn)。最后，波多黎各在加勒比海的良好的地理位置、關于新能源的新技術(shù)的積極研究、工程教育的良好環(huán)境以及島上有可能成為未來企業(yè)家的學生對于商業(yè)機會的興趣，使這項計劃被成功的執(zhí)行。 項目進展狀況 研究小組成功的利用在各種期刊和會議中的 5 份出版物使他們的工作得以散布開來。去 年，已經(jīng)有十二名本科生著手參與實際操作實驗的研究。目前，我們正在集合各種與可再生能源相關工程方面的代表來鑒定具體的勞動技能水平。特別地，我們正在籌備召集一個咨詢委員會來精煉和執(zhí)行波多黎各國內(nèi)工業(yè)和學術(shù)之間更為廣泛的合作。這個委員會將會為這方面相關的組織提供建議、創(chuàng)新能力、籌資的資源以及至關重要的伙伴。 感謝 作者感謝馬亞圭斯大學 Minds2CREAT研究小組的數(shù)學建模和可再生資源控制相關人員的貢獻。