与物理知识点有关的小论文

还记得，那是刚开学的一天。

在那天下午的第二节课，我们翻开陌生的课本，准备迎接陌生的老师，给我们讲解这一陌生的课程：物理。

教我们物理的男老师姓许，他的普通话说的不是很好，所以许老师一来就表明他需要讲雷州话，还特意问我们全班同学的意见。我想，他会是一位好老师吧!

“物理学是一门十分有趣的科目。它研究声、光、热、电和力等形形色色的物理现象。”

“物理不仅有趣，而且都包含了一定的科学道理。”

“物理学还是一门以观察、实验为基础的科学，人们许多物理知识便是通过观察和实验，经过认真的思索而总结出来的。”

“要学好物理，一定要多动手，多做实验。”

许老师在讲台上认真讲课，我们在下面仔细听，眼睛还一眨不眨地盯着他放在讲台上的实验工具。

讲台的大课桌上，摆放着不少有趣的东西：一面酷似棒棒糖的小镜，一面光亮的凸镜，一个和课本里的图一模一样的漏斗、乒乓球，还有一瓶矿泉水。当然，除了许老师口渴时喝的水，其它新奇的东西都是他的实验工具。

许老师讲完了课本前几页的内容，便一样一样示范他带来的工具：远看时物体放大、近看时物体缩小的小镜，能把东西照的倒过来的凸镜，从漏斗口向下用力吹气，并将手指移开，乒乓球不会下落的漏斗……

“红绿灯有横有竖，谁知道在最下或最右的灯是什么颜色的灯吗?”

众同学一齐摇头。

“所以才说许多事物就是通过仔细观察，经过认真的思索而总结出来的。”

我喜欢上物理课。

你走进我们的学校，如果看到一位大个子，小眼睛，一脸“阳光灿烂”的中年男教师，那一定是我的物理老师――周老师了。

周老师的那张笑脸，酷似小朋友画笔下的太阳公公，让我们觉得好亲切!

在课堂上，周老师总是面带微笑地教我们解题，每当我们遇上难题时，他总是一边在黑板上演示解题的过程，一边口里念叨着他的那几句“名言”――“大的困难是没有的”，我们马上接下句――“小的困难是可以克服的!”“没有困难!你们看这道题不就解决了吗?”周老师的眼睛笑得眯成了一条月牙儿：“所以啊，面对困难我们要藐视它，才能够克服它!”说完他又发出了爽朗的笑声。我不禁惊叹，一道难题就这样在他手里解开了。

以后每当我遇到挫折时，总是学着周老师的样，口里念叨着他那句“名言”：“大的困难是没有的。。。。。。”

周老师在我们因为淘气而犯错时，所采用的也是另一种独特的方式，被同学们夸张地戏称为：“笑里藏刀。”

记得那一次，我们学磁场的时候，坐在前排的一位男同学总是顽皮地伸长了脖子去吹在讲台边上的指南针。周老师二话没说，拿起指南针，两步跨到那个同学面前，把指南针放在他的课桌上，笑眯眯地说：“你喜欢吹，那你就使劲儿吹吧!”他的那个“使劲”逗得我们大笑起来。他呢?也仍是一脸笑容。周老师一边慢步踱回讲台，一边给我们讲了一个故事：“我小时候，最爱哭，我妈妈呢，也从不来哄我。我每次一哭，她就拿来一个很大的盆对我说：‘你哭呀，哭到眼泪把这个盆装满为止。’我想这什么时候才能装满呀!所以我马上就不哭了。”说完之后就望了望那个同学又“嘿嘿”地笑了。笑得那么天真，就像一个孩子。

和周老师在一起的时候总是快乐的!他的快乐感染了我，所以我总能用微笑去面对生命的每一刻。

事实上，我是一个物理白痴。只是一直没承认而已。

物理课上，当老师正在唾沫横飞地解说着牛顿三大定律的时候，我趴在桌子上，将头仰到45度时，发现黑板上的粉笔灰正以每秒1CM的速度往下掉，根据公式着这个粉笔颗粒在自由落体运动后做了多少功，恩，是W=。可是当时还是不会做这道题。

每当做到物理题时，我都会从释迦牟尼祈祷到上帝耶和华，然后看着这道题，仍发现这道题还是毫无头绪，只得将牛顿在心里痛骂了一顿。之后发现眼前的练习册那白白的纸张在阳光下那么刺眼，窗外的树叶被吹得哗哗作响，在阳光的照耀下的树叶呈现出许多把斑驳的树影在练习册上跳着华尔兹。

这是一次期中考试，下午考物理。考场上，我用了一个半小时的时间再次证实一个事实，那就是：我是一个物理白痴。后来物理白痴决定认真学习物理。于是，物理白痴坐在了万恶的物理课堂里。班级的生活是快乐的，我坐在第二排，每当上物理老师的课时，物理白痴都会极其认真的听讲，极其认真的做笔记，极其认真的摆弄着左右手，只不过他找电流我看手表。所以，我崭新的物理生活还是值得歌颂的，除了卷子上那片如太阳般耀眼的红色海洋。

然而，没有一个物理老师会欣赏或注意一个物理白痴，即使那物理白痴也很想学好物理，我用语文安慰物理，然而我的语文最好也只不过85分。

期中考试的成绩出来了，桌子上厚厚一摞卷子。我用最快的速度把物理试卷压在最下面，这时，我前面的同学泪流满面地问我：“怎么办，我无力只考了90分。”在那一瞬间，我听到心里那片“哗啦哗啦”的声音，我知道，那叫“心碎了”，很痛很痛。

直到后来，我想我也许逃不开物理了。因为网上的朋友告诉我，她们也学物理的，因为她们在海关工作的时候，是需要算每个集装箱的重力，对地面的支持力，及风雨的阻力等，要保证不会砸死人也不会摔坏，这也是竞争的条件嘛。

之前，无力白纸还在嘲笑正在学习物理的男男女女们，因为物理在将来有什么用，我不能再看见前方有帅哥时，计算他的速度，以及我们之间的距离;我也不能将沙滩上金灿灿的沙子变成金灿灿的黄金;更不能幻想，在高温高压的情况下，将可爱的玻璃变成永恒的钻石。

接下来的某一天，物理白痴问无力天才说：“同学，你在做那本书?”“!#￥……%”物理天才告诉了物理白痴，但是物理白痴没听明白，然后物理白痴又问：“同学，你耳机里在放谁的歌?”“Beatles。”于是物理白痴从“甲壳虫乐队”听到了“U2”，一个月后的物理测验中，物理白痴最引以为傲的英语听力居然只有16分(满分30分)!

在曾经的沧海桑田里，没有物理老师知道曾有个物理白痴那么努力地学习物理，最终却一无所获;在曾经地日月星辰中，没有物理天才知道有个物理白痴作了几本厚厚的考纲，却不曾有结果;在上千年的历史长河里，物理不知道曾经有个物理白痴愿意放下她那高贵的尊严向她求饶。

然而，物理还是要考的，而物理白痴依然是那个对物理一窍不通的物理白痴。

初中物理知识在社会生产和生活中的应用 物理是与人类生产和生活最为密切的科学。在物理教学中如何将物理知识与生产实践和生活实际相联系，使学生尽可能理解物理知识在生产实际和生活实际中的应用，也就成了物理教师义不容辞的义务。 一、力学知识的广泛应用 1．重力的应用 我们生活在地球上，重力无处不在。如工人师傅在砌墙时，常常利用重锤线来检验墙身是否竖直，这是充分利用重力的方向是竖直向下这一原理；羽毛球的下端做得重一些，这是利用降低重心使球在下落过程中保护羽毛；汽车驾驶员在下坡时关闭发动机还能继续滑行，这是利用重力的作用而节省能源；在农业生产中的抛秧技术也是利用重力的方向竖直向下。假如没有重力，世界不可想象，水不能倒进嘴里，人们起跳后无法落回地面，飞舞的尘土会永远漂浮在空中，整个自然界将是一片混浊。在讲授重力时，要让学生展开热烈的讨论，充分挖掘学生的想象力，知道重力与我们的生产生活实际密切相关。 2．摩擦力的应用 摩擦力是一个重要的力，它在社会生产生活实际中应用非常广泛。如人们行走时，在光滑的地面上行走十分困难，这是因为接触面摩擦太小的缘故；汽车上坡打滑时，在路面上撒些粗石子或垫上稻草，汽车就能顺利前进，这是靠增大粗糙程度而增大摩擦力；鞋底做成各种花纹也是增大接触面的粗糙程度而增大摩擦；滑冰运动员穿的滑冰鞋安装滚珠是变滑动摩擦为滚动摩擦，从而减少摩擦而增大滑行速度；各类机器中加润滑油是为了减小齿轮间的摩擦，保证机器的良好运行。可见，人类的生产生活实际都与摩擦力有关，有益的摩擦要充分利用，有害的摩擦要尽量减少。 3．弹力的应用 利用弹力可进行一系列社会生产生活活动，力有大小、方向、作用点。如高大的建筑需要打牢基础，桥梁设计需要精确计算各部分的受力大小；拔河需要用粗大一些绳子，防止拉力过大导致断裂；高压线的中心要加一根较粗的钢丝，才能支撑较大的架设跨度；运动员在瞬间产生的爆发力等等。 可见，物理力学知识生产和生活实际中是很有用的，从宇宙天体到微观的分子、原子处处存在着各种各样的力，教师只要将课本知识与生产生活实际有机地结合起来，就能极大地激发学生的学习兴趣，从而培养他们树立崇尚科学、研究科学、应用科学精神。 二、热学知识的应用 天气的阴晴、冷暖与人类的各类活动息息相关，包含了很多的物理热学知识。如人们常喝开水、吃熟食，需要对水和食物进行加热，而加热过程中就需知道燃料燃烧或电力加热的基本知识；炎热的夏天在地上撒些水，靠水分的蒸发达到降温的目的；严寒的冬天如何保暖，汽车发动机常用水来散热，保护秧苗不被冻坏而往往采用在夜间向稻田里灌水，都充分利用了水的比热大这一特性；水稻生长在夏季，是由于水稻是喜高温的植物；各种机械轴承、火车轮箍的制造是充分利用固体的热胀冷缩原理。这些都是热学知识在生产生活中的重要应用。 答案补充 三、光、声现象的应用 人类生存需要光。白天靠阳光，夜间需要灯光，设想宇宙无光，整个世界将陷入一片漆黑，所有生物将无法生存，由此可见光的重要性。然而光到底遵循什么规律，人类怎样利用这些规律为自己服务，这是人类研究光的目的所在。如日月食现象中遵循的是光在同一均匀介质中沿直线传播；教室里通常用日光灯管而少用白炽灯，除为了节省能源外，更重要的是白炽灯这种光源容易形成阴影，而日光管是平行光，可以避免阴影使我们能够很好的工作学习；夜间行驶的汽车内不开灯是为了避免挡风玻璃反射光而影响驾驶员的视线，汽车的反光镜用凸镜而不用平面镜是为了扩大观察范围，近视眼病人要佩戴凹透镜是为了矫正物体成像在人的视网膜上，手电筒能“收光”是利用凹透焦点发出的光能平行射出。另外，教室的长度限制10m左右是避免原声、回声两次声音，从而使两种声音叠加在一起，加强原声；两山距离和海底深度的测定也是利用声音的传播原理。 答案补充 四、电学知识的应用 自法拉发现电磁感应现象以来，人类进入了电气化时代。从生活用电到交通运输、工厂企业用电，都来源于发电机，电已成为人类必不可少的主要能源。在我们的生活中，随处可见电的应用。如夜间走路用的手电，它是将化学能转化为电能；干电池不会发生触电事故，而照明用电如使用不当，将会危及我们的生命安全，这是因为不高于36V的是安全电压，而照明电路的电压是220V，远远高于安全电压；煮饭用电饭煲、电炒锅是将电能转化为内能，电力机车的行驶也是靠电能，一切家用电器都需要电。假设没有电，电动机将不能转动，电力机车不能行驶，电器都不能工作，人类社会将会倒退。因此，电是人类的好伙伴，只要我们严格遵循安全用电原则，我们就可以驯服它，利用它为人类服务。 总之，物理知识从生活实际到高科技前沿，它的应用十分广泛。作为一名物理教师，不仅要使学生理解学习物理知识的重要性，认识物理知识在当代社会中的重要作用，更要引导学生关注物理学的最新发展，使学生将所学物理知识与当前的社会实践和生活实际结合起来，坚持与时俱进，坚持科学发展观，利用物理知识推动社会和谐发展，更好地造福于人类。 答案补充 生活中的物理小常识 包括 跳高运动员为什么要助跑?为什么可以用吸管“喝”汽水?暖水瓶为什么能保温? 东西太多了，并列举了，非常有用。 写这篇文章时，多举几个例子，2000个字就能凑到了

1、写一写你对一个物理现象的观察，或过程、或提问、猜想、假设，可以没有结论，也可以有结论，要依据你的生活经验或已有的知识写。要用心观察，用脑思考。力的、光的、声的等等都可以。2、描述你对一个问题的思考。3、写一写你上过的一节物理课。4、写一写你听说过的与物理有关的事物，可以以对话形式写。

物理类论文大体上分成这样几个部分1.背景介绍。（交代历史背景已经前人相关研究结果）2.基础理论。（文中具体用到什么样的物理知识，注意，是基本理论）3.模型与计算（本文中具体采用了什么样的设计方法，得到了什么养的计算数据，图表。等等）4.结论与展望（写改论文的目的以及研究结论，本文中有什么创新点，今后在这个基础上还可以继续做什么样的文章）

(1)天空为什么是蓝色的；（2）镜子为什么能成像；（3）水里的鱼为什么比实际的深度要浅；（4）为什么白炽灯会发光；（5）为什么骑自行车拐弯的时候人要倾斜。

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。