智能电网论文2500字

坚强智能电网：促进我国低碳发展的有效途径 我国是世界上最大的发展中国家，也是世界上碳排量放最大的国家之一。过去的30年，伴随着经济的持续快速增长，能源消费大幅攀升。2009年，我国能源消费总量约31亿吨标准煤，2001～2009年年均增速为％。我国一次能源消费以煤为主，煤炭消费量占一次能源消费总量的比重为70％左右。能源需求的快速增长使碳排放不断增加。据国际能源署报告，2005年我国二氧化碳排放总量约51亿吨，占全球排放的18%，居全球第二，仅次于美国；2007年超过美国成为世界上二氧化碳排放第一大国，占全球排放的21%。我国发电装机以煤电为主，燃煤发电容量约占总装机容量的81％，因此电力行业二氧化碳排放量较大。来自国际能源署的数据显示，火电二氧化碳排放量占全国二氧化碳排放量的40%～50%，而且在未来一段时期还将继续呈上升态势。因此，电力行业的碳减排工作对我国实现低碳发展具有重要意义。电力系统主要包括电源、电网和电力用户，其中电网是联系电源和电力用户的纽带。当前，电力行业实现碳减排的工作重点是：提高发电、输电、用电的效率；大力发展清洁能源发电。坚强智能电网的建设可以促进清洁能源的开发利用、提高电力行业用能效率。2010年第十一届全国人民代表大会第三次会议的政府工作报告中已明确提出“加强智能电网建设”。坚强智能电网对节能减排的作用当前，国家电网公司提出了坚强智能电网的建设目标。到2020年，将建成“以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，以信息化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网”，实现从传统电网向高效、经济、清洁、互动的现代电网的升级和跨越。坚强智能电网建设包含发电、输电、变电、配电、用电和调度等六大环节。清洁能源机组的大规模并网技术，灵活的特高压交直流输电技术、智能变电站技术、配电自动化技术、双向互动关键技术、智能化调度技术等是各个环节建设坚强智能电网的关键技术。坚强智能电网建成后，将在节能减排方面发挥重要作用，主要体现在：支持清洁能源机组大规模入网，加快清洁能源发展，推动我国能源结构的优化调整；引导电力用户将高峰时段用电转移到低谷时段，提高用电负荷率，稳定火电机组出力，降低发电煤耗；促进先进输配电技术在电力系统的推广和应用，降低输电损失率；为电网与用户有效互动提供技术支撑，有利于用户智能用电，提高用电效率；推动电动汽车的发展，带动相关产业发展，促进产业结构升级。坚强智能电网的碳减排效益从支撑清洁能源发电的接入、提高火电发电效率、提升电网输送效率、支持用户智能用电、推动电动汽车发展等五个方面分析，到2020年，若在国家电网公司经营区域内基本建成坚强智能电网，可实现二氧化碳减排量约亿吨。（2020年坚强智能电网碳减排效益如表1所示。）支撑清洁能源接入。水电、核电、风电、太阳能等清洁能源的发展，对于优化我国能源结构、减少化石能源消费、降低温室气体排放具有重要意义。坚强智能电网集成了先进的信息通信技术、自动化技术、储能技术、运行控制和调度技术，为清洁能源的集约化、规模化开发和应用提供了技术保证。坚强智能电网能够解决风电、太阳能发电等大规模接入带来的电网安全稳定运行问题，提高电网接纳清洁能源的能力。坚强的跨区网架结构，可以为远离负荷中心的清洁能源规模化、集约化开发提供输出条件。根据规划，到2020年国家电网公司经营区域内的水电、核电、风电、太阳能等装机容量比2005年分别增加约15660万、5018万、9725万和1820万千瓦。按照水电、核电、风电、太阳能发电年利用小时数分别为3500小时、7500小时、2000小时和1400小时测算，与2005年相比，2020年国家电网公司经营区域内清洁能源发电量增加万亿千瓦时，可减少煤炭消费亿吨标准煤，可实现二氧化碳减排约亿吨。提高火电发电效率，降低发电煤耗。在坚强智能电网发展的带动下，清洁能源发电装机容量增加；同时由于调峰电源增加，使得火电运行效率提高，单位发电煤耗下降，因此系统发电燃料消耗减少。通过“需求侧响应”，引导用户将高峰时段的用电负荷转移到低谷时段，降低高峰负荷，减少电网负荷峰谷差，减少火电发电机组出力调节次数和幅度，提高火电机组效率，降低火电机组发电煤耗，减少温室气体和环境污染物排放。根据电力系统整体优化规划和系统生产模拟软件测算，在坚强智能电网发展的影响下，2020年全国平均火电单位发电煤耗下降克/千瓦时。据规划，2020年国家电网公司经营区域内火电装机容量可达亿千瓦，按照火电利用小时数为5300小时来计算，发电煤耗降低可节约亿吨标煤，减排二氧化碳为亿吨。提升电网输送效率，减少线路损失。未来，我国的特高压技术和坚强智能电网，将大大降低电能输送过程中的损失电量。此外，电网灵活输电技术对智能站点的智能控制以及与电力用户的实时双向交互，都可以优化系统的潮流分布，提高输配电网络的输送效率。坚强智能电网的高级电压控制系统能够有效提高常规电网的节能电压调节和控制水平，提高电能传输效率，减少输配电损耗。美国西北太平洋国家实验室（简称PNNL，以下同）研究表明：高级电压控制系统可使得电网本身实现的节电潜力为上网电量的1%～4%。考虑我国线损的实际情况，未来下降空间相对较小。假设坚强智能电网的发展可使国家电网公司经营区域内的平均线损率至2020年由2005年的％下降到％，即可减少线损电量502亿千瓦时，相应减少二氧化碳排放5145万吨。支持用户智能用电，提高用电效率。智能电网一个重要的特征就是可以通过创新营销策略实现电网与电力用户的双向互动，引导用户主动参与市场竞争，实现有效的“需求侧响应”。一方面，智能电网可以为用户提供用电信息储存和反馈功能。通过智能表计收集用户的用电信息并及时向用户反馈不同时段的电价、用电量、电费等信息，引导和改变用户的用电行为。用户可以根据自己的用电习惯、电价水平以及用电环境，给各种用电设备设定参数。如空调和照明等智能用电设备可以根据相关参数，自动优化其用电方式，以期达到最佳的用电效果，进而提高设备的电能利用效率，实现节电，并通过选择用电时间达到减少电费支出的目的。PNNL研究表明，信息干预和反馈系统可以使得用户用电效率提高3％。另一方面，智能电网可以为用户提供故障自动诊断服务。实时采集用电设备的运行情况，及时发现故障并反馈给用户，用户及时调整和优化设备运行方式，减少电能消耗及运行维护费用。研究表明，通过提供此服务，可以使用户用电效率提高3％。我国目前电价机制不甚合理，电力用户与电力系统的互动性较差，电力用户还存在较大节电潜力。随着坚强智能电网建设工作的推进，电网与用户的互动将不断深入，电力用户将更加主动地节电。参考PNNL研究成果和我国的用电实际情况，假定坚强智能电网可使用户用电效率提高4％，按照2020年国家电网公司经营区域内全社会用电量为60000亿千瓦时和厂用电率为5％来计算，则2020年国家电网公司经营区域内电力用户可实现节电量约2150亿千瓦时，减少二氧化碳排放亿吨。推动电动汽车发展，减少石油消耗。汽车是我国耗能的重要领域，随着汽车保有量的不断上升，耗油量还将不断攀升，给我国能源安全带来巨大的隐患；汽车尾气排放也成为城市大气污染的重要来源。电动汽车是指以电能为动力的汽车。从能源利用效率方面来讲，电动汽车的能源利用效率比燃油汽车提高1～2倍以上。从运行的经济性来看，电动汽车百千米只消耗10千瓦时电，运行费用远低于普通汽车。预计2020年，在智能电网相关技术的带动下，国家电网公司经营区域内2020年比2005年新增电动汽车约2500万辆，按照每辆电动汽车每年行驶20000千米计算，每年可替代汽油3550万吨，实现减排二氧化碳约为7940万吨。建设坚强智能电网对实现我国碳减排目标的贡献在未来相当长的时期，我国工业化和城镇化进程将加速推进，经济将保持平稳较快增长，经济的快速发展将带动能源需求的大幅增长。据有关机构预测，2020年我国能源消费量将达45亿吨标准煤，全国GDP将达62万亿元（2005年可比价格）。如果按照2005年的碳排放强度测算，2020年我国二氧化碳排放总量将超过173亿吨。这已远远超过我国资源和环境所承载的极限。气候变化问题作为人类社会可持续发展面临的重大挑战，已受到国际社会的强烈关注。为积极应对气候变暖问题、实现绿色发展和低碳发展，我国政府提出了“到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%”的碳减排目标。如果2020年我国二氧化碳排放强度比2005年下降40%～45%，则2020年二氧化碳排放总量应控制在95～104亿吨以下，需要减少二氧化碳排放69亿～78亿吨。根据上述测算，建设坚强智能电网可实现二氧化碳减排量约亿吨，可使2020年二氧化碳排放强度比2005年下降，对实现我国2020年碳减排目标的贡献率可达19％～22％。若国家加大有关政策执行力度，这一贡献率还可能提高 “十二五”特高压建设——五千亿畅想电气设备行业下游涉及发电、输配电和用电，包括了电力、电网、冶金、煤炭等行业，与工业生产和居民生活紧密相关。由于其特殊地位，国家对下游电力、电网等行业监管严格，并出台一系列政策和规范约束企业经营行为。 自上而下看，“十二五”规划是目前国家层面最具指导性政策，将影响未来至少五年内的发展和变革，通过解读“‘十二五’规划建议”和“新兴产业规划”，可确立电气设备行业未来五年内将集中发展智能电网（含特高压）、工业节能产品和配电网改造。 自下而上看，成熟技术将首先得到推广（如柔性输变电、变频技术、智能用电系统）；综合分析市场空间及开拓进度，特高压直流输电、柔性输变电、高性能高压和低压变频器、智能变电站和智能用电系统、农配网改造将成为“十二五”发展重点。 从“十二五”规划出发，未来五年电气设备行业投资将呈现“两极化”趋势：特高压骨干网和配网改造将成为电网投资主题，“智能化”拉动二次设备占比提升，同时工业领域变频器将得到进一步普及。具体来看，特高压方面，直流建设基本符合进度，交流受示范线路验收推迟的影响有所延后，目前呈现提速趋势。“十二五”特高压直流将建设9条线路，预计总投资达2170亿元；特高压交流完成“三横三纵一环网”的建设，乐观估计投资达2989亿元，若考虑项目推迟的影响预测约2092亿元。预计特高压直流换流站投资1014亿元，其中换流变压器、换流阀和直流保护系统占65%；特高压交流变电站投资1225亿元，主要是变压器、电抗器和GIS开关，占比分别为18%、16%和24%。 发展智能电网和特高压是内生需求 我国电力供应长期面临远距离、高负荷、大容量的现状，这是与世界上绝大多数国家不同的发展问题，内生性需求决定了中国的电网必须在强度、广度和稳定性上超越其他所有国家和地区。 能源和用电负荷分布差异使特高压成为必然之选 我国的能源分布主要在北部和西部，以火电为例，已探明的煤炭储量近80%都集中在山西、内蒙古、新疆等地区，而经济发达的东部沿海用电需求量大，过去通过铁路运输的方式输送煤既不经济也不环保，未来通过电网直接输电可以很好地解决问题。 根据新能源发展规划，预计到2020年我国新能源占一次能源消费的比重应该达到15%左右。风能、水能也存在资源分布远离负荷中心的问题。 在我国，特高压是指交流1000kV及以上和直流±800kV以上的电压等级，据国家电网公司提供的数据显示，一回路特高压直流可以送600万千瓦电量，相当于现有500kV直流电网的5~6倍，送电距离也是后者的2~3倍，效率大大提高；同时输送同样功率的电量，如果采用特高压线路输电可以比采用500kV超高压线路节省60%的土地。正是因为这些优势，特高压才成为未来我国电网建设的必然方向。 电网规模化和区域网络互联对安全稳定提出新要求 我国电力装机容量已突破9亿千瓦，这个数字到了2015年将增加至亿千瓦，到2020年达到亿千瓦。 截至2009年底，全国220kV及以上输电线路回路长度达万公里，我国电网规模已超过美国，列世界首位。 电网规模增大、结构日趋复杂和区域电网互联对运行的安全性和稳定性提出更高要求，通过引入先进的传感和测量技术，采用更安全环保的设备，整体集成并实现设备和控制的双向通信，就是电网“智能化”的体现。 城市化进程和新农村建设利好配电网络发展 我国的工业化已进入中后期，按照这样的工业化发展水平，城市化率应为55%~60%，而2009年我国城市化率只有。未来的5~10年，城市化进程将推动电网尤其是配网建设，集中在城网扩张和改造上。 我国城乡发展差异大，未来无论从改善民生、促进社会和谐的角度，还是从刺激内需，鼓励农民消费的角度，都要求建设和升级农村电网以满足新农村建设的需求。 正是因为我国电网发展必须与工业生产和居民用电水平相匹配，才萌生出对特高压、智能电网和配网建设的需要。而内生性增长符合产业和经济运行规律，这是可持续和稳定的趋势。 未来电网发展呈现“两极三重点” “十二五”我国电网发展三大方向是：特高压、智能化改造和配网建设。 特高压和智能电网：在规划建议中提到大力发展包括水电、核电在内的清洁能源，同时“加强电网建设，发展智能电网”。 配网建设：规划建议要求“加强农村基础设施建设和公共服务”，“继续推进农村电网改造”。 过去十年我国电网建设集中在220~500kV（西北750kV）输电网络，未来将向着“特高压”和配网两端发展，而智能化顺应对复杂网络稳定和控制的要求，电网“三大重点”明确。 考虑电网对安全、稳定性的要求，相对成熟的技术当首先得到推广，尚处于挂网阶段的设备或试运行线路的建设脚步可能延后，在细分行业投资上应当有所甄别。总体来说： 第一，特高压直流建设进度基本符合预期，未来高端一次设备厂商和柔性输变电企业受益明显。 第二，“智能化”发展对应二次设备新建改造，配网和用电端智能化相对成熟，看好具有技术和渠道优势的龙头企业。 第三，配网改造，尤其是农网强调设备升级和电气化，上游的设备商数量众多、竞争激烈，区域化特点显著。 预计特高压直流尤其是柔性输变电技术将得到最快推广，直流高端一次设备生产商获益居次，智能变电站投资和农网改造分列其后。 特高压直流——发展先行高端一次设备发力 “特高压电网”指交流1000kV、直流±800kV及以上电压等级的输电网络，能够适应东西2000~3000公里、南北800~2000公里远距离大容量电力输送需求。国家电网在“十一五”建设初年曾提出“加快建设以特高压电网为核心的坚强国家电网”。经过五年的发展，目前1000kV晋东南—南阳—荆门的交流示范工程完成验收，直流±800kV示范工程向家坝—上海线路投运，初步形成华北—华中—华东特高压同步电网，基本建成西北750kV主网并实现与新疆750kV互联。 规模投资启动直流输电将成“十二五”发展亮点 特高压直流输电（UHVDC）目前在我国主要是±800kV，从技术上看线路中间无需落点，可点对点、大功率、远距离直接将电力输送至负荷中心，线路走廊窄，适合大功率、远距离输电，同时还能保持电网之间的相对独立性。 南方电网±800kV云广特高压直流2010年6月投产；国家电网±800kV向上特高压直流也于年内通过验收，预示着“十一五”直流工程进展顺利，直流输电技术发展进度基本符合预期。 根据国家电网发展规划，有9条±800kV直流线路计划“十二五”期间投运，同时有2条将在“十二五”开工，目前锦屏—苏南线路招标正有序进行。 投资总量方面，2016年建成的2条线路按照70%投资在“十二五”期间确认，国家电网±800kV特高压直流投资总规模预计达2170亿元（见表1）。南网规划的直流800kV工程为糯扎渡送广东线路，投资总额约187亿元，计划于2012年投产。 “十二五”国家电网和南方电网预计±800kV直流特高压输电投资达2357亿元，特高压直流全面建设启动。 同时考虑到国网±660kV和±400kV直流建设，南网±500kV直流，“十二五”期间两网的直流总投资规模达到3312亿元。 设备供应商——高端一次设备的盛宴 特高压直流包括线路和换流站建设，其中换流站对上游设备供应商的投资增量效果更明显。换流站主设备包括：换流变压器、电抗器、避雷器、换流阀和无功补偿装置等，其中投资大项为换流变和换流阀。 云广线换流站设备投资超过规划总量的一半，考虑到示范线路设备价格较高，预计未来规模建设后占比约为43%。 “十二五”特高压直流±800kV设备投资总额约1014亿元，其中换流变395亿元，换流阀203亿元，直流保护系统61亿元。若考虑两网±660kV、500kV和400kV后主站换流设备投资为1424亿元，其中换流变555亿元，换流阀285亿元，直流保护85亿元。 普遍看好一次设备龙头 特高压直流是坚强的输电网络，规模建设启动后将普遍利好一次设备生产企业。考虑特高压对设备稳定性和技术要求高，前期研发投入大，细分行业龙头将继续领先优势。 变压器：已完成建设招标的线路，设备供应商主要为特变电工、中国西电等行业龙头。换流变压器招标特变电工份额接近45%，中国西电约35%，天威保变20%。考虑到示范线路招标量小，份额相对集中，全面建设启动后龙头企业相对份额会略有下降，但绝对中标金额提升明显。 换流阀：国内换流阀生产企业包括中国西电、许继集团和电科院，考虑到换流阀技术门槛高，未来将继续是三家三分天下的局面。 直流保护系统：许继电气、南瑞继保和四方继保三分天下，占比分别为38%、60%和2%。 无功补偿技术———“特高压”拉动发展 无功补偿技术旨在调节电网中的无功功率，减少电源由线路输送的无功，最终降低线路和变压器因输送无功造成的电能损耗，提高电源和线路的利用效率并保证电网运行的稳定。特高压输电由于线路距离长、电压高，在变电站配电端和输电网络中需安装无功补偿装置。 无功补偿主要分为并联型和串联型，目前电科院是行业龙头，占比超过80%。荣信股份并联无功补偿SVC在工业领域应用广泛，年内取得国网订单显示开拓电网脚步加快；串补TCSC中标南网大单，与西门子成立合资公司后预计将在电网市场取得不错的成绩。 预计“十二五”期间并联无功补偿（SVC+SVG）市场容量在51亿元，可控串补（TCSC）配合500kV以上线路建设，需求在60亿元，无功补偿总需求在111亿元，年均亿元。 结合上述分析，提出如下核心观点：第一，“十二五”特高压直流进度符合预期，交流建设延迟是大概率事件，目前国网正加速推进项目审批和招标，未来工程获批将整体利好行业。 第二，特高压建设主要是高端一次设备，由于技术难度大，需要前期投入多，行业龙头优势明显，未来将占领主要份额。 第三，2011年是全面建设初年，投资启动对行业相关公司的业绩贡献将在今年下半年逐步体现。 特高压交流——进度落后期待项目审批提速 示范线路验收推迟交流建设提速在即 国家电网特高压交流示范工程晋东南—南阳—荆门1000kV线路直至2010年8月才通过国家验收，目前特高压交流建设进度落后于市场预期。 国网公司去年9月开始示范工程扩建工程施工招标，据悉另一条特高压交流线路锡盟—南京前期工作正有序开展，都预示着国网正努力推进特高压交流项目，未来建设提速可以期待。 按照国家电网的规划，到2015年将基本建成华北、华东、华中（“三华”）特高压电网，形成“三纵三横一环网”。特高压交流工程方面，锡盟、蒙西、张北、陕北能源基地通过三个纵向特高压交流通道向“三华”送电，北部煤电、西南水电通过三个横向特高压交流通道向华北、华中和长三角特高压环网送电。 从前期准备和招标情况看，“三纵”线路进度较快，未来有望先于其他线路提前开工。 预计国家电网特高压交流规划对应总投资2989亿元，其中特高压变电站投资1225亿元，线路投资1764亿元。设备利好——变压器、GIS、电抗器 特高压交流设备包括变压器、电抗器、组合电器开关GIS、隔离开关、避雷器和无功补偿设备等，其中变压器、电抗器和GIS占比较大，根据示范线路投资组成粗略计算比例分别为18%、16%、24%。 乐观估计：“十二五”期间特高压交流7条线路全部完成投资；悲观估计：“十二五”完成预计投资量的70%。 变压器：主要设备供应商包括特变电工、天威保变和中国西电，示范线路招标占比分别为60%、40%、0%。预计中国西电技术实力雄厚，未来将享有一定份额，同时其他变压器企业有望在全面建设后取得订单。 电抗器：从示范线路招标看，中国西电和特变电工占比分别为58%和42%。考虑全面建设后预计其他企业能分得10%~15%的市场份额。 GIS：示范线路招标平高电气、中国西电和新东北电气均分天下，组合电器开关技术难度高，预计全面建设后将继续是三家领先行业。 特高压交流建设进度低于预期，目前晋东南—荆门扩建线路正有序招标，锡盟—南京线路年内有望获批，未来投资和建设有望提速，高端一次设备龙头仍是受益主体。

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我有，不过得两天。如何？

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。