cps方向研究生毕业论文

设计学硕士论文和毕业设计怎么写

设计学是关于设计行为的科学，是研究设计创造方法、设计发生及发展规律、应用与传播的方式等，强调理论属性与实践结合。而如何防止设计学硕士学位论文与毕业设计脱节是一个值得关注的问题。从培养学生的独立思考和解决问题的能力，到创新意识的培养发掘，再到理论与实践的良好融合，以及论文结构的合理安排都是必不可少的步骤。学生应该从抵触论文写作到主动追求文章与设计作品的有机融合，促进设计学硕士学位论文与毕业设计的一体化写作。下面我们就设计学硕士学位论文与毕业设计的一体化写作谈谈自己的看法。

一、选题始于发现，成于思考

好的选题是一篇文章成功的关键。近年来，在观察毕业生论文选题的过程中，发现诸多问题：首先是选题“假大空”。这部分学生脱离了自己实际经验与能力，选择了一个范围广、涉及面复杂、吸引注意力的选题。譬如设计复杂机械，以及自由畅想的未来产品，前者难以驾驭，后者容易迷失方向，一味追求“炫酷”，实际上内容写出来空泛无物，没有重点。另外就是选题落于俗套，反复咀嚼前人的研究成果，没有创新点。譬如服装设计中对于旗袍的研究，作为一个持续多年的研究热点问题，如果仅仅着眼于旗袍的历史很难再发现值得研究的创新点，文章也就失去了含金量。最后一种就是选题没有实际应用价值，虽然有理有据，却沦为设计中的“永动机原理”，研究价值不大。

从设计学毕业论文写作的角度看，我们都知道，硕士学位论文是综合检验一名研究生科研能力和三年学习成果的试金石，很多学生之所以无法将自己的毕业论文与毕业设计统一一致，关键在于没有选对题目，当开题在眼前的时候赶忙在图书馆里找资料“临时抱佛脚”，没有时间去认真阅读文献、提出问题，更不用说独立思索解决问题了。毕业论文的写作是一个逐步积累、发现问题、认真思考的过程，所以在入学之初培养学生养成问题意识和独立思考的能力是解决学位论文与毕业设计脱节问题的第一步。在这个过程中，理论与实践能力都应当予以重视，围绕培养学生问题意识和独立思考能力去规划学习进程，逐步使学生习惯于用问题意识看待设计现象，以独立思考的成果去撰写文章，即问题始于发现，成于思考。

（一）广泛阅读，有选择地深入阅读。研究生的首要任务应当是对所在领域有一个较为全面的把握，最直接有效的方式就是利用学校图书馆和互联网资源广泛阅读。广泛阅读带来的另一个好处就是培养文献查找能力，因为后期毕业论文前的文献检索与综述环节是比较辛苦的，许多外文文献或者未上网的中文资料需要作者自行手工查找。广泛阅读也是提高学生语言表达能力的最好途径，尝试用学术语言代替口语化写作方式，这是一个逐步提高的过程。高质量的文献资料阅读将使学生在最短的时间内对所在专业领域的理论框架有一个相对明确的把握，当在阅读的过程中接触到自己感兴趣的内容时，就可以具体详细地搜索该方面的资料进行深入阅读研究，在阅读的过程中产生的大大小小问题就是今后将要面临和去尝试解决的。任何问题的提出都建立在广泛阅读文献的基础上，也是培养问题意识，尝试独立思考的第一步。

（二）积极参与实践。设计学专业对于实操能力要求较高，单纯沉溺于理论研究是不行的，只有在实践中进行磨炼，才能真正产生一套自己的知识理论体系。我们以产品设计专业为例：现代的产品设计已经不再是简单的外形设计，其中包含概念设计、改进设计等，因此在设计中应该考虑内部功能、外观功能、结构、模具、制造工艺、材料、成本等多种因素。由此可见，企业的实际需求非常复杂，没有接触过实际操作流程是难以制作出符合社会需要的合格的毕业作品的。设计学专业硕士生应当积极参与专业实践，把握最新的设计态势与供需关系，因为在实际操作中非常容易产生问号，以往在书上读来的东西未必容易实操。在实践的引导之下将问题转化为自身感兴趣的研究方向，通过各种方式去改进研究的过程也为独立思考能力的培养提供了土壤。

（三）具备创新意识。创新意识的养成对于设计学专业来讲是非常重要的。尽管在忙碌而短暂的研究生学习阶段过程中未必人人都会有创新性强的`作品出现，但是创新意识将会引领学

生走向更高的平台去发掘自身潜力。遇到问题多问几个为什么，当得不到满意解答之时思维上的刺激会指引学生产生更深入的思考。比如湖南大学的设计学硕士范石钟，利用自己的创意思维设计了一个生命滑梯“Life Slide”，通过三段式的折叠伸缩可以将滑梯送到需要火灾救援的高层窗口实施援救，这项创意设计也为他带来了诸多设计大奖。创意思维的养成远远比实际出成果要关键，一个具备创意思维的学生无论是论文写作还是毕业设计制作，都将有着出人意料的新论点。

二、理论源于实践，善于总结

目前，存在于设计学研究生中一个普遍的现象就是对理论学习的忽视，很多设计学学生认为以后工作主要是检验自己的实践能力，对文章写得好与坏漠不关心。“重实践轻理论”的认识误区是设计学教育中长期积累的弊病，很多学生在研究生阶段对论文写作心存畏惧，敷衍了事。理论来源于实践，是实践规律的概括总结，掌握了设计理论思想的精华可以大幅提高学生的眼界，设计的角度与思维模式较之从前都会有改变。大部分学生在实践中不注意理论的总结提炼，不去深入思考，长此以往虽然设计技能熟练，却也只能停留在一个水平。所以善于在实践中总结理论经验，是研究生阶段需要具备的素养。只有将所学知识与实践经验良好融合才能清晰流畅地表达论文写作动机与设计意图，否则再好的想法也不具备实操性，无法被外界认可。

（一）杜绝纸上谈兵。据近几年对于设计学毕业生的观察，发现许多学生毕业设计的作品与论文相差甚远，论文写作有理有据，但制作出来的实际作品却难以找寻到论文描述的关键点，究其原因在于理论写作大于实践操作，在写作的过程中过于想当然，有想法但是模糊不清，难以制作实施。比如有服装专业学生以“宋瓷”作为设计灵感来源，在论文写作中分别提到宋瓷的“自然美”和“理性美”，但在实际制作环节却是简单借用瓷器色彩找寻颜色相近的青白色面料，再在面料上简单做几个类似瓷器裂纹的褶皱了事，丝毫看不到“瓷器美”主体的呈现，这里的问题便是过于纸上谈兵，没有认真思考要摄取的设计元素，以及详细思索面料肌理制作、廓形结构、细节装饰等具体操作，直接导致了文章与作品的脱节，是非常不可取的。究其原因除了来自学生的浮躁心理之外，更多的是无法良好把控设计元素的提取，致使设计出来的作品“假大空”。宋瓷文化精深，即便是专研宋瓷的专家也未必会对宋瓷文化完全精通，所以学生在首次接触到一个感兴趣的较大题目时，其理论提炼转化能力是非常重要的，在大量的资料面前提取出对自己有用的一个设计关键点，再考虑如何作为设计元素进行恰当运用，是对学生专业能力的一次考量，在这个过程中学生与教师沟通交流、共同敲定选题是非常重要的。

（二）论文与作品目标一致。在答辩的时候偶尔会看到有同学论文与作品描述的完全不是同样的内容，譬如有平面设计同学论文写作是探究包装设计，实际制作的却是招贴作品。遇到此类情况后我们对毕业生进行询问，主要原因在于前期工作没有做好，一是论文写作的目标题目实际制作有困难，或者制作出来效果不佳。还是以平面设计为例，我们有同学在论文中探讨安全食品包装，这个题目是有写作价值的，但是实际去制作，不仅有难度而且视觉效果没有冲击性，外观普通。究其原因首先在技术上难以实现，安全包装会涉及安全工业染料和安全包装材质的使用，这类材料在市面上难以找寻。其次安全包装的关键点围绕“安全”进行研究而不是外观的表现，所以学生选择了更具视觉表现力的招贴作为毕业设计成品。这一缺陷直接导致了学位论文与毕业设计的完全脱节，解决办法是引导学生对设计作品的正确认识，不仅仅是色彩亮眼、造型奇特吸睛的作品才称为优秀，要正确认识设计的价值与内涵，放宽思路跳出拘泥于单一某方面的怪圈。论文与设计作品目标一致，既在理论上进行有价值的研讨，亦要有设计上的表达，而不只是博取人的眼球为目的，如果仅仅是这样也就失去设计的实际意义了。

三、形式在于多样，妙于变化

论文写作形式应当结合自身题目富于变化，有的学生在论文写作前对照着前几年毕业学生的目录列自己的提纲，譬如一篇文章分几章，每一章多少个字，分几个小节等，都按照别人的目录格式规划自己的论文框架，这就陷入了拘泥于论文形式的陷阱。毕业论文的写作应当围绕毕业设计去进行深层理论阐述，譬如灵感来源、设计现状、细节构成、文化背景、未来展望等。不同专业毕业设计不同，自然难以用一个固定的框架去束缚写作格式，所以要改变目前研究生论文写作中存在的单一的、模式化、八股化的写作方法，鼓励论文形式的多样化与创新性，引导学生围绕自己的主题找寻合适的阐述方式，避免生搬硬套。

（一）根据研究方法决定写作思路。设计学专业方向较多，很多同学在决定毕业设计主题前都会运用不同研究手法去获取一手资料，这个亲身经历的过程就会决定论文的写作思路。比如环境艺术的同学想要做一个室外景观改造，那么在这之前首先需要对场景进行实地考察，在调查过程中的次序性就定格为脑海中的写作思路，首先发现的问题和其次发现的问题 相互关联，解决方式建立在问题发现的基础上。也有同学没有进行实地考察，比如平面专业有同学想做招贴，就需要翻阅大量相关设计作品，实地考察这个时候就没有太大用处了，那么在翻阅查找的过程中，就会边看边在脑海中构思自己的设计作品，或者在前人的作品中吸收长处，或者寻找别人与自己不同的地方思考如何展示自己的想法。不同的研究调查方法就决定了论文写作思路的不同，如果实地考察的同学生搬硬套资料查找的写作模式，就无法体现考察过程中问题发现、提炼、总结、尝试解决的过程，结构上会弄巧成拙乃至前后矛盾；资料查找的同学硬搬实地考察的写作模式就会空洞无物，勉强硬凑，所以根据自己调查方式去选择写作思路非常重要，论文写作不是临摹，结合自己的设计思路才能正确表达出逻辑观点。

（二）创新点决定论文可读性。创新点是

一篇优秀学位论文脱颖而出的关键。我们所提的创新并非要求学生的论点较之从前有着颠覆性改变，这也是不现实的，而是要求学生对知识的学习稳扎稳打，在广泛阅读文献与实践观察的基础上形成自己的知识体系，针对一个小的问题进行深入剖析，写出自己的独到观点。所以论文的写作是长期积累的过程，一个小的创新点的发现是知识积累到一定量的结果，每个同学对于专业认识不同，想法不同，创新点发现的角度、题材都不一样，所以论文写作就会多姿多彩，如果单纯去模仿是不可能写出独具观点的文章的。知识的积累与创新点的发现是一个长期累积的程序，教师应当予以正确引导，学生应杜绝“一口吃成胖子”的浮躁心态。

（三）设计论文的框架结构。一般来讲，学位论文需要有摘要、绪论、主体章节以及末尾的结束语等，写作之前应规划好框架，列一个大体的布局，以防止想多少写多少、章与章之间脱节、越往下写越跑题的盲目写作方式，最后埋没主体，不知所云。在目录框架结构规划的环节中，最好不要仅仅在头脑中形成一个大致的模糊体系，最好将框架写下来，从章到节，越具体越好，规划得越详细越不容易出错。因为后期写下去如果出现了跑题的错误，再回头更改是很麻烦的。有的同学在最后才紧赶慢赶去写论文，这个时候出错会影响论文的顺利完成，所以论文的框架构成最好在选题之时就开始进行，边查阅资料边思考边完善，随时记录下需要改动的内容，期间可以主动征求指导老师的建议，广泛征求其他专家的意见，是一个汇集多方面信息的好机会，前期论文框架的构成直接关系到论文的成败，所以对于框架写作不能盲目照搬照抄，要做到心中有数，明确自己写作的重点与非重点，在框架中予以明确。

四、结语

如何防止设计学硕士学位论文与毕业设计脱节是一个值得教师与学生共同关注的问题。从培养学生的独立思考和解决问题的能力，到创新意识的培养发掘，再到理论与实践的良好融合，以及论文结构的合理安排都是必不可少的步骤。教师应当引导学生逐渐发现自己的兴趣点，鼓励学生创意思维的养成，使学生从抵触论文写作到主动追求文章与设计作品的有机融合，我们认为设计类硕士生的学位论文与毕业设计一体化的创作思路在我国高校设计艺术类研究生中完全具有推行的必要与应用价值，也必将推动研究生教育的改革与创新。

选择论文研究课题、研究论文课题、制定论文大纲、写作毕业论文初稿、修改、编辑、校对论文

一、选择论文研究课题

硕士毕业论文要选择一个自己专业的研究课题，论文写作步骤的最基础事件，在选择论文研究可以时可以参考平时自己的研究重点或者感兴趣的方向，还要和自己的导师商议哪个课题适合研究。

二、研究论文课题

对于论文课题的研究需要参考大量的文献资料，因此阅读大量课题相关论文内容，找到相关资料和论据以支持自己论文课题的论点，在搜索到相关论据和材料时一定要详细记录，以便得到更好的运用。

三、制定论文大纲

论文提纲对于整理论文写作思路有重要意义，我们需要在写毕业论文前先列出论文大纲，这对于论文而言是个简易且结构全面的论文草稿，可以逐步整理混乱的论文想法。

四、写作毕业论文初稿

按照论文提纲逐步丰满论文全文，在写作完成后即为论文初稿，论文初稿并非最终成稿，但是基本算是完了研究生毕业论文。

五、修改、编辑、校对论文

论文初稿完成后对论文进行细致的检查和反复阅读，理顺逻辑和语言表达。

物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科，是当今最精密的一门自然科学学科。下文是我为大家整理的关于物理学方面的论文的 范文 ，欢迎大家阅读参考!

试谈物理学专业电动力学课程教学

动力学电磁现象的经典的动力学理论。通常也称为经典电动力学，电动力学是它的简称。它研究电磁场的基本属性、运动规律以及电磁场和带电物质的相互作用。

一、课程教学根本理念

第一，在教学中要尊重先生学习的主体性、教员教学的主导性，片面发扬先生的盲目性、自动性、发明性。第二，“电动力学”课程属于专业根底课程，教学内容布置上除了让先生学习本门课程的根本知识、根本实际、根本思绪，与其他物理学分支也具有个性和特性的关系。针对这一特点，教师在教学中要留意引导先生类似性抽象思想。第三，教学应突出探求式教学办法，改动传统的教学形式，把信息技术与电动力学课程最大限制地整合，运用多种古代 教育 手腕优化教学进程，推行启示式、探求式、讨论式、小制造等授课方式，培育先生的创新思想和创新理念。

二、在本课程教学中该当做到以下几点

1.讲授内容应实际联络实践

“电动力学”作为一门专业学科课程，是师范院校物理专业的根底实际课。教学中要求先生掌握课程的根本知识、根本实际和根本原理，使先生加深对所授知识的了解，更可深入看法电动力学的实践使用价值，到达学致使用的目的，同时提升先生剖析成绩、处理成绩的才能。

2.注重先生学习的主体性和集体性培育

从课程的设计到评价各个环节，在留意发扬教员在教学中主导作用的同134教改课改2016年3月时，应特别留意表现先生的学习主体位置，以充沛发扬先生的积极性和发掘学习潜能。要求先生能初步剖析消费、生活中的电动力学成绩，以提升先生的剖析成绩和处理成绩的才能。在电动力学实际的学习中运用数学工具处置成绩，使先生看法数学和物理的亲密关系，培育先生运用数学工具处理物理成绩的才能。培育先生自学才能，重要的不是教内容，而是教给先生学习办法。要充沛留意先生的兴味、专长和根底等方面的集体差别，因材施教，依据这种差别性来确定学习目的和评价办法，并提出相应的教学建议。课程规范在课程设计、教学方案、方案制定、内容选取和教学评价等环节上，为教学、学习提供了选择余地和开展的空间。

3.运用多种古代教育手腕优化教学环节

充沛应用古代化教学手腕，发扬信息化教学的劣势，加强先生的学习兴味，进一步强化需求掌握的知识点，拓宽知识面，加强先生的理论操作技艺，培育迷信的思想方式，这样先生能更好地掌握“电动力学”课程知识所触及的相关迷信办法，无效提升其发现成绩、剖析成绩、处理成绩的才能。

4.具有良好的实验条件，充沛保证明验和理论训练质量

鼓舞先生展开科研理论训练，参与各类科技竞赛。实验课及理论训练要留意培育先生的逻辑思想、发明性思想，充沛应用好物理、电子竞赛等创新平台，促进电动力学课程的教学。

三、课程学习战略探求

第一，针对“电动力学”是实际根底课的特点，先生必需坚持 课前预习 ，预习进程中无意识地提出成绩。课堂教学次要采用探求式课堂教学法，即每节课突出一个主题，讲清论透相关原理知识，每个主题经过师生多种方式的互动，教员及时理解、处理先生的疑问成绩，以加强先生的学习兴味。第二，将传统板书、电子课件、网络和视频多种教学手腕相结合。如课内讲授与课外讨论和制造相结合、根底实际教学与学科前沿讲座结合、根本实际与科研理论训练相结合。第三，鼓舞先生参与科研理论训练和各类科技竞赛。培育多样化使用型人才，以培育使用型、复合型、技艺型人才，加强 毕业 生失业才能，完本钱课的预期目的。第四，电动力学也是一门理论性很强的课程，其研讨对象是区别于实物的物质形状，具有笼统的特征。为防止课程教学的数学化，我们将充沛使用当代信息技术的劣势，比方说以视频教学材料加强先生的理性看法和入手才能。再次，实验课及理论训练要留意培育先生的逻辑思想、发明性思想才能和素质，充沛发扬先生的物理思想和物理探求才能。

四、课程教学办法探求

本课程教学中应留意电动力学实际与理论的结合，尊重先生学习的主体性，适当布置指点性自习，培育先生的自学才能。增强对先生课前、课后的答疑辅导，注重先生才能的培育，使先生经过对电动力学中根本实际的了解，看法和掌握电动力学原理的研讨规律，开辟思绪，初步培育先生的科研思想。

1.“双边反应式”教学法

这种教学法由“自学”和“反应”两局部构成，其着眼点是先生在教员指点下的自学和教员由反应来的信息而停止的有重点的解说，使先生的才能在重复训练中失掉锤炼。“自学”和“反应”表现了先生和教员的互相联络、互相配合、互相作用的训练进程。

2.以成绩为中心，展开课堂讨论

式教学法建议课堂教学中遵照迷信性、主体性、开展性准绳，采用以先生为主体的小组讨论式的办法，从提出成绩动手，激起先生学习的兴味，让先生有针对性地去探究并运用实际知识处理实践成绩;也可以针对教研室科研任务中遇到的成绩设计讨论或考虑题，以启示先生剖析、讨论有关电动力学成绩，学习并稳固电动力学知识，开辟思绪，培育科研思想。

3.倡导学导式的教学方式

在教员指点下，先生停止自学、自练，教员把先生在教学进程中的认知活动视为教学活动的主体，让先生自动地去获取知识，开展各自才能，从而到达在充沛发扬先生自动性的根底上，渗入教员的正确引导，使教学单方各尽其能，各得其所。

4.多展开课外理论活动

课外理论训练中，要留意培育先生的逻辑思想、发明性思想才能和素质。鼓舞和指点有才能的先生进入科研理论训练，参与各类科技竞赛。将先生撰写的课程小论文融入教学全进程,从中选出有质量的项目进入科研理论训练。充沛应用好物理、电子竞赛等创新平台，促进电动力学课程的教学，培育使用型、复合型、技艺型人才，加强毕业生失业才能。“电动力学”作为一门探求性课程，在课堂教学中，要突出先生的参与性，使他们自动获取而不是主动承受迷信结论，互动思想使先生觉得电动力学发人沉思，不难入门。“电动力学”与其他物理学分支具有“个性”和“特性”的关系。为了激起先生学习兴味，可以常常采用课堂讨论方式，由先生发问，在教员引导下大家讨论， 总结 得出正确结论。由于剖析“电动力学”需求运用笼统思想，所以课堂教学应充沛运用多媒体，尽量运用图像和颜色搭配，使先生树立正确的物理图像。留意“信息技术”与“电动力学”课程的无效整合，这关于全体优化教学进程，进步先生的专业知识学习效果、进步先生的信息技术才能、培育先生的协作认识和创新肉体均具有严重的理想意义。同时，可将教学实际使用到创新理论才能训练中，使用到物理、电子等各类竞赛中。

参考文献：

[1]冯云光.物理专业电动力学教学变革的探究[J].才智，2014，(19).

[2]郑伟，吕嫣.电动力学网络教学平台建立的研讨[J].沈阳师范大学学报(自然迷信版)，2013，31(4)：531-534.

[3]刘佳.《电磁学》与《电动力学》课程体系创新研讨[J].科技信息，2013，(11)：44.

[4]熊万杰，陆建隆.对“电动力学”课程变革的探究[J].初等文科教育，2003，(6)：72-75.

[5]付长宝，徐国慧，王希英.基于电动力学教学变革的学习办法讨论[J].通化师范学院学报，2009，30

试谈电力信息物理融合系统

【摘 要】嵌入式系统、计算机技术、网络通信技术的快速发展使构建未来智能电网成为了可能，基于信息物理系统(CPS)技术构建电力信息物理融合系统(CPPS)为实现未来智能电网提供了新的思路。本文对CPPS平台进行了初步研究分析，介绍了应用于CPPS中的同步PMU技术、开放式通信网络、分布式控制。

【关键词】CPPS;同步PMU;开放式通信;分布式控制

引言

受能源危机、环保压力的推动，以及用户对电能质量(QoS)要求的不断提高，当代电力系统不再符合社会的发展需求，智能电网(Smart Grid)成为未来电力系统的发展方向。智能电网的发展原因主要有以下几个方面：

1)分布式电源(Distributed Generation，DG)大量接入电网导致的系统稳定性问题。由于DG的大量接入使电网变成一个故障电流和运行功率双向流动的有源网络，增加了系统的复杂度和脆弱度，因此亟需发展智能电网以解决DG大量接入电网导致的系统稳定性问题。

2)电力用户对电能质量(QoS)要求的不断提高。现代社会短时间的停电也会给高科技产业带来巨额的经济损失，近年来发生的大停电事故更是给社会带来了难以估量的经济损失。因此，亟需建立坚强自愈的智能电网以提供优质的电力服务。

论文主体结构如下：第1部分介绍了近年来信息物理系统(Cyber Physical System ，CPS)技术的发展以及CPS与智能电网的相互关系;第2部分介绍了电力信息物理融合系统(Cyber-Physical Power System，CPPS)的硬件平台模型;第3部分介绍了同步相量测量装置(Phasor Measurement Units，PMU)技术;第4部分对CPPS中的开放式通信网络进行了初步分析;第5部分对CPPS的分布式控制技术进行了简单介绍;最后第6部分做出全文总结。

1 CPS与智能电网的相互关系

CPS技术的发展得益于近年来嵌入式系统技术、计算机技术以及网络通信技术等的高速发展，其最终目标是实现对物理世界随时随地的控制。CPS通过嵌入数量巨大、种类繁多的无线传感器而实现对物理世界的环境感知，通过高性能、开放式的通信网络实现系统内部安全、及时、可靠地通信，通过高精度、可靠的数据处理系统实现自主协调、远程精确控制的目标[1]。

CPS技术已经在仓储物流、自主导航汽车、无人飞机、智能交通管理、智能楼宇以及智能电网等领域得以初步研究应用[2]。

将CPS技术引入到智能电网中，可以得到电力信息物理融合系统(Cyber-Physical Power System，CPPS)的概念。为了分析CPPS与智能电网的相互关系，首先简单回顾一下智能电网的概念。目前关于智能电网的概念较多，并且未达成一致结论。IBM中国公司高级电力专家Martin Hauske认为智能电网有3个层面的含义：首先利用传感器对发电、输电、配电、供电等环节的关键设备的运行状况进行实时监控;然后把获得的数据通过网络系统进行传输、收集、整合;最后通过对实时数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行进行优化管理的目的[3-4]。

从上文关于CPS和智能电网的介绍中可以看出，CPS与智能电网在概念上有相通之处，它们均强调利用前沿通信技术和高端控制技术增强对系统的环境感知和控制能力。因此，在CPS基础上建立的CPPS为促进电力一次系统与电力信息系统的深度融合，最终实现构建完整的智能电网提供了新的思路和实现途径。

2 CPPS的硬件平台架构

基于分布式能源广泛接入电网所引起的系统稳定性问题以及建立坚强自愈智能电网的总体目标，建立安全、稳定、可靠的智能电网成为未来电力系统研究的重要方向，同时也是CPPS研究的主要内容。

传统的电力系统监测手段主要有基于电力系统稳态监测的SCADA/EMS系统和侧重于电磁暂态过程监测的各种故障录波仪，保护控制方式主要有基于SCADA主站的集中控制方式和基于保护控制装置安装处的就地控制方式[5]。就地控制方式易于实现，并且响应速度快，但是由于利用的信息有限，控制性能不够完善，不能预测和解决系统未知故障，对于电力系统多重反应故障更不能准确动作。集中控制方式利用系统全局信息，能够优化系统控制性能，但是计算数据庞大、通信环节多，系统响应速度慢，并且现有SCADA系统主要对电力系统进行稳态分析，不能对电力系统的动态运行进行有效地控制。

针对目前电力系统监测、控制手段的不足，要建立坚强自愈的未来智能电网，必须建立相应的广域保护的实时动态监控系统，CPPS的硬件平台就是在此基础上建立起来的。

CPPS的硬件平台6层体系架构如图1所示，主要包括：物理层(电力一次设备)、传感驱动层(同步PMU)、分布式控制层(智能终端单元STU、智能电子装置IED等)、过程控制层(控制子站PLC)、高级优化控制层(SCADA主站控制中心)和信息层(开放式通信网络)。

其中，底层的物理层是指电力系统的一次设备，如发电厂、输配电网等。传感驱动层主要用于对电力系统的动态运行参数进行实时监控，测量参数包括电流、电压、相角等，在CPPS中广泛使用的测量装置是同步PMU。分布式控制层主要包括各STU/IED，为广域保护的分布式就地控制提供反馈控制回路。过程控制层主要指枢纽发电厂和变电站的控制子站，是CPPS的重要组成部分，通过收集多个测量节点的数据信息，建立系统层面的控制回路，并做出相应的控制决策。高级优化控制层是指调度中心控制主站，主要为电力系统的动态运行提供人工辅助优化控制。顶层的信息层即智能电网的开放式通信网络，注意信息层并不是单独的一层，而是重叠搭接CPPS的各个分层，为CPPS内部各组件提供安全、及时、可靠的通信。

上文给出了CPPS的硬件平台模型，但要在电力系统中具体实现CPPS，涉及诸多方面的技术难题，下面对CPPS中的同步PMU、开放式通信网络以及分布式控制等分别加以简单介绍。

3 同步PMU测量技术

同步PMU是构建CPPS的基础，它为CPPS中广域保护的动态监测提供了丰富的测量数据。同步PMU装置主要对电力系统内部的同步相量进行测量和输出，装设点包括大型发电厂、联络线落点、重要负荷连接点以及HVDC、SVC等控制系统，测量数据包括线路的三相电压、三相电流、开关量以及发电机端的三相电压、三相电流、开关量、励磁电流、励磁电压、励磁信号、气门开度信号、AGC、AVC、PSS等控制信号[6]。利用测得的数据可以进行系统的稳定裕度分析，为电力系统的动态控制提供依据。

同步PMU的硬件结构框图如图2所示。

其中，GPS接收模块将精度在±1微秒之内的秒脉冲对时脉冲与标准时间信号送入A/D转换器和CPU单元，作为数据采集和向量计算的标准时间源。由电压、电流互感器测得的三相电流、电压经过滤波整形和A/D转换后，送到CPU单元进行离散傅里叶计算，求出同步相量后再进行输出。注意，发电机PMU除了测量机端电压、电流和励磁电压、电流以外，还需接入键相脉冲信号用以测量发电机功角[7]。

4 CPPS的开放式通信网络

建立CPPS的开放式通信网络，应该在保证安全、及时、可靠的通信的基础上，使系统具有高度的开放性，支持自动化设备与应用软件的即插即用，支持分布式控制与集中控制的结合。对于建立的开放式通信网络，需要进行通信实时性分析、网络安全性和可靠性分析。

IEC 61850标准的应用

IEC 61850标准作为新一代的网络通信标准而运用于智能变电站中，支持设备的即插即用和互操作，使智能变电站具有高度的开放性。IEC 61850标准是智能变电站的网络通信标准，同时正在进一步发展成为智能电网的通信标准[8]，因此，使用IEC 61850作为CPPS通信网路的通信标准是最佳选择。

IEC 61850的核心技术[9]包括面向对象建模技术、XML(可扩展标记语言)技术、软件复用技术、嵌入式 操作系统 技术以及高速以太网技术等。

通信网络配置与分析

对于CPPS开放式通信网络的网络配置，可参考智能变电站的三层二网式网络结构配置，构建CPPS的3层式通信网络，如图3所示。

其中，底层为位于发电厂、变电站和重要负荷处的大量PMU、STU/IED，分别负责采集实时信息和执行保护控制功能。中间层为控制子站(过程控制单元PLC)，每个控制子站与多个PMU、STU/IED相连，以完成该分区系统层面的保护控制，并根据需要将数据上传到SCADA主站控制中心。SCADA主站控制中心接收各控制子站的上传数据，处理以后将控制信息下发到各控制子站，以实现CPPS的广域保护控制功能。注意，各层设备均嵌入GPS实现精确对时，保证全系统的同步数据采样。

5 CPPS的分布式控制机理

要建立坚强自愈的智能电网，必须利用新型控制机理建立可靠的电力控制系统。根据电力故障扩大的路径和范围以及故障的时间演变过程，文献[10-11]中提出建立时空协调的大停电防御框架，建立了电力系统的3道防线，为实现智能电网的广域动态保护控制奠定了良好的基础。

电力系统的分布式控制(Distributed Control，DC)是相对于传统的SCADA主站集中控制方式而言的，指的是多机系统，即用多台计算机(指嵌入式系统，包括PLC控制子站和STU/IED等)分别控制不同的设备和对象(如发电机、负荷、保护装置等)，各自构成独立的子系统，各子系统之间通过通信网络互联，通过对任务的相互协调和分配而完成系统的整体控制目标[12]。分布式控制的核心特征就是“分散控制，集中管理”。在电力系统的3道防线的基础上，结合分布式控制技术，建立CPPS的3层控制架构，如图4所示。

其中，分布式控制层主要是在故障发生的起始阶段(缓慢开断阶段)采取的控制 措施 ，其控制目标应该是保证系统在不严重故障下的稳定性，防止故障的蔓延。过程控制层是在系统已经发生严重故障时(级联崩溃开始阶段)所采取的广域紧急控制措施，需要付出较大的代价。通常针对可能会使系统失稳的特定故障，往往需要投切非故障设备以保证系统的稳定性。广域的紧急控制措施应该在故障被识别出的第一时间立即实施，控制措施实施越晚，控制效果越差。优化控制层是在前两层控制均拒动或欠控制而没有取得控制效果，同时在检测到各种不稳定现象后所采取的控制措施，通常需要进行多轮次的切负荷和振荡解列。在电力恢复阶段，要有自适应的黑启动和自痊愈的控制方案。

6 结语

将CPS 方法 引入到电力系统中，建立CPPS的模型平台，为建立坚强自愈的智能电网提供新的思路。文中对CPPS中的同步PMU测量技术、开放式通信 网络技术 、分布式控制技术分别进行了简单介绍。