關(guān)于物理學(xué)方面的論文
關(guān)于物理學(xué)方面的論文
物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的學(xué)科，是當(dāng)今最精密的一門自然科學(xué)學(xué)科。下文是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的關(guān)于物理學(xué)方面的論文的范文，歡迎大家閱讀參考!
物理學(xué)方面的論文篇1
試談物理學(xué)專業(yè)電動(dòng)力學(xué)課程教學(xué)
動(dòng)力學(xué)電磁現(xiàn)象的經(jīng)典的動(dòng)力學(xué)理論。通常也稱為經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)，電動(dòng)力學(xué)是它的簡(jiǎn)稱。它研究電磁場(chǎng)的基本屬性、運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及電磁場(chǎng)和帶電物質(zhì)的相互作用。
一、課程教學(xué)根本理念
第一，在教學(xué)中要尊重先生學(xué)習(xí)的主體性、教員教學(xué)的主導(dǎo)性，片面發(fā)揚(yáng)先生的盲目性、自動(dòng)性、發(fā)明性。第二，“電動(dòng)力學(xué)”課程屬于專業(yè)根底課程，教學(xué)內(nèi)容布置上除了讓先生學(xué)習(xí)本門課程的根本知識(shí)、根本實(shí)際、根本思緒，與其他物理學(xué)分支也具有個(gè)性和特性的關(guān)系。針對(duì)這一特點(diǎn)，教師在教學(xué)中要留意引導(dǎo)先生類似性抽象思想。第三，教學(xué)應(yīng)突出探求式教學(xué)辦法，改動(dòng)傳統(tǒng)的教學(xué)形式，把信息技術(shù)與電動(dòng)力學(xué)課程最大限制地整合，運(yùn)用多種古代教育手腕優(yōu)化教學(xué)進(jìn)程，推行啟示式、探求式、討論式、小制造等授課方式，培育先生的創(chuàng)新思想和創(chuàng)新理念。
二、在本課程教學(xué)中該當(dāng)做到以下幾點(diǎn)
1.講授內(nèi)容應(yīng)實(shí)際聯(lián)絡(luò)實(shí)踐
“電動(dòng)力學(xué)”作爲(wèi)一門專業(yè)學(xué)科課程，是師范院校物理專業(yè)的根底實(shí)際課。教學(xué)中要求先生掌握課程的根本知識(shí)、根本實(shí)際和根本原理，使先生加深對(duì)所授知識(shí)的了解，更可深入看法電動(dòng)力學(xué)的實(shí)踐使用價(jià)值，到達(dá)學(xué)致使用的目的，同時(shí)提升先生剖析成績(jī)、處理成績(jī)的才能。
2.注重先生學(xué)習(xí)的主體性和集體性培育
從課程的設(shè)計(jì)到評(píng)價(jià)各個(gè)環(huán)節(jié)，在留意發(fā)揚(yáng)教員在教學(xué)中主導(dǎo)作用的同134教改課改2016年3月時(shí)，應(yīng)特別留意表現(xiàn)先生的學(xué)習(xí)主體位置，以充沛發(fā)揚(yáng)先生的積極性和發(fā)掘?qū)W習(xí)潛能。要求先生能初步剖析消費(fèi)、生活中的電動(dòng)力學(xué)成績(jī)，以提升先生的剖析成績(jī)和處理成績(jī)的才能。在電動(dòng)力學(xué)實(shí)際的學(xué)習(xí)中運(yùn)用數(shù)學(xué)工具處置成績(jī)，使先生看法數(shù)學(xué)和物理的親密關(guān)系，培育先生運(yùn)用數(shù)學(xué)工具處理物理成績(jī)的才能。培育先生自學(xué)才能，重要的不是教內(nèi)容，而是教給先生學(xué)習(xí)辦法。要充沛留意先生的興味、專長(zhǎng)和根底等方面的集體差別，因材施教，依據(jù)這種差別性來(lái)確定學(xué)習(xí)目的和評(píng)價(jià)辦法，并提出相應(yīng)的教學(xué)建議。課程規(guī)范在課程設(shè)計(jì)、教學(xué)方案、方案制定、內(nèi)容選取和教學(xué)評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)上，爲(wèi)教學(xué)、學(xué)習(xí)提供了選擇余地和開展的空間。
3.運(yùn)用多種古代教育手腕優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)
充沛應(yīng)用古代化教學(xué)手腕，發(fā)揚(yáng)信息化教學(xué)的劣勢(shì)，加強(qiáng)先生的學(xué)習(xí)興味，進(jìn)一步強(qiáng)化需求掌握的知識(shí)點(diǎn)，拓寬知識(shí)面，加強(qiáng)先生的理論操作技藝，培育迷信的思想方式，這樣先生能更好地掌握“電動(dòng)力學(xué)”課程知識(shí)所觸及的相關(guān)迷信辦法，無(wú)效提升其發(fā)現(xiàn)成績(jī)、剖析成績(jī)、處理成績(jī)的才能。
4.具有良好的實(shí)驗(yàn)條件，充沛保證明驗(yàn)和理論訓(xùn)練質(zhì)量
鼓舞先生展開科研理論訓(xùn)練，參與各類科技競(jìng)賽。實(shí)驗(yàn)課及理論訓(xùn)練要留意培育先生的邏輯思想、發(fā)明性思想，充沛應(yīng)用好物理、電子競(jìng)賽等創(chuàng)新平臺(tái)，促進(jìn)電動(dòng)力學(xué)課程的教學(xué)。
三、課程學(xué)習(xí)戰(zhàn)略探求
第一，針對(duì)“電動(dòng)力學(xué)”是實(shí)際根底課的特點(diǎn)，先生必需堅(jiān)持課前預(yù)習(xí)，預(yù)習(xí)進(jìn)程中無(wú)意識(shí)地提出成績(jī)。課堂教學(xué)次要采用探求式課堂教學(xué)法，即每節(jié)課突出一個(gè)主題，講清論透相關(guān)原理知識(shí)，每個(gè)主題經(jīng)過(guò)師生多種方式的互動(dòng)，教員及時(shí)理解、處理先生的疑問(wèn)成績(jī)，以加強(qiáng)先生的學(xué)習(xí)興味。第二，將傳統(tǒng)板書、電子課件、網(wǎng)絡(luò)和視頻多種教學(xué)手腕相結(jié)合。如課內(nèi)講授與課外討論和制造相結(jié)合、根底實(shí)際教學(xué)與學(xué)科前沿講座結(jié)合、根本實(shí)際與科研理論訓(xùn)練相結(jié)合。第三，鼓舞先生參與科研理論訓(xùn)練和各類科技競(jìng)賽。培育多樣化使用型人才，以培育使用型、復(fù)合型、技藝型人才，加強(qiáng)畢業(yè)生失業(yè)才能，完本錢課的預(yù)期目的。第四，電動(dòng)力學(xué)也是一門理論性很強(qiáng)的課程，其研討對(duì)象是區(qū)別于實(shí)物的物質(zhì)形狀，具有籠統(tǒng)的特征。爲(wèi)防止課程教學(xué)的數(shù)學(xué)化，我們將充沛使用當(dāng)代信息技術(shù)的劣勢(shì)，比方說(shuō)以視頻教學(xué)材料加強(qiáng)先生的理性看法和入手才能。再次，實(shí)驗(yàn)課及理論訓(xùn)練要留意培育先生的邏輯思想、發(fā)明性思想才能和素質(zhì)，充沛發(fā)揚(yáng)先生的物理思想和物理探求才能。
四、課程教學(xué)辦法探求
本課程教學(xué)中應(yīng)留意電動(dòng)力學(xué)實(shí)際與理論的結(jié)合，尊重先生學(xué)習(xí)的主體性，適當(dāng)布置指點(diǎn)性自習(xí)，培育先生的自學(xué)才能。增強(qiáng)對(duì)先生課前、課后的答疑輔導(dǎo)，注重先生才能的培育，使先生經(jīng)過(guò)對(duì)電動(dòng)力學(xué)中根本實(shí)際的了解，看法和掌握電動(dòng)力學(xué)原理的研討規(guī)律，開辟思緒，初步培育先生的科研思想。
1.“雙邊反應(yīng)式”教學(xué)法
這種教學(xué)法由“自學(xué)”和“反應(yīng)”兩局部構(gòu)成，其著眼點(diǎn)是先生在教員指點(diǎn)下的自學(xué)和教員由反應(yīng)來(lái)的信息而停止的有重點(diǎn)的解說(shuō)，使先生的才能在重復(fù)訓(xùn)練中失掉錘煉。“自學(xué)”和“反應(yīng)”表現(xiàn)了先生和教員的互相聯(lián)絡(luò)、互相配合、互相作用的訓(xùn)練進(jìn)程。
2.以成績(jī)爲(wèi)中心，展開課堂討論
式教學(xué)法建議課堂教學(xué)中遵照迷信性、主體性、開展性準(zhǔn)繩，采用以先生爲(wèi)主體的小組討論式的辦法，從提出成績(jī)動(dòng)手，激起先生學(xué)習(xí)的興味，讓先生有針對(duì)性地去探究并運(yùn)用實(shí)際知識(shí)處理實(shí)踐成績(jī);也可以針對(duì)教研室科研任務(wù)中遇到的成績(jī)?cè)O(shè)計(jì)討論或考慮題，以啟示先生剖析、討論有關(guān)電動(dòng)力學(xué)成績(jī)，學(xué)習(xí)并穩(wěn)固電動(dòng)力學(xué)知識(shí)，開辟思緒，培育科研思想。
3.倡導(dǎo)學(xué)導(dǎo)式的教學(xué)方式
在教員指點(diǎn)下，先生停止自學(xué)、自練，教員把先生在教學(xué)進(jìn)程中的認(rèn)知活動(dòng)視爲(wèi)教學(xué)活動(dòng)的主體，讓先生自動(dòng)地去獲取知識(shí)，開展各自才能，從而到達(dá)在充沛發(fā)揚(yáng)先生自動(dòng)性的根底上，滲入教員的正確引導(dǎo)，使教學(xué)單方各盡其能，各得其所。
4.多展開課外理論活動(dòng)
課外理論訓(xùn)練中，要留意培育先生的邏輯思想、發(fā)明性思想才能和素質(zhì)。鼓舞和指點(diǎn)有才能的先生進(jìn)入科研理論訓(xùn)練，參與各類科技競(jìng)賽。將先生撰寫的課程小論文融入教學(xué)全進(jìn)程,從中選出有質(zhì)量的項(xiàng)目進(jìn)入科研理論訓(xùn)練。充沛應(yīng)用好物理、電子競(jìng)賽等創(chuàng)新平臺(tái)，促進(jìn)電動(dòng)力學(xué)課程的教學(xué)，培育使用型、復(fù)合型、技藝型人才，加強(qiáng)畢業(yè)生失業(yè)才能。“電動(dòng)力學(xué)”作爲(wèi)一門探求性課程，在課堂教學(xué)中，要突出先生的參與性，使他們自動(dòng)獲取而不是主動(dòng)承受迷信結(jié)論，互動(dòng)思想使先生覺得電動(dòng)力學(xué)發(fā)人沉思，不難入門。“電動(dòng)力學(xué)”與其他物理學(xué)分支具有“個(gè)性”和“特性”的關(guān)系。爲(wèi)了激起先生學(xué)習(xí)興味，可以常常采用課堂討論方式，由先生發(fā)問(wèn)，在教員引導(dǎo)下大家討論，總結(jié)得出正確結(jié)論。由于剖析“電動(dòng)力學(xué)”需求運(yùn)用籠統(tǒng)思想，所以課堂教學(xué)應(yīng)充沛運(yùn)用多媒體，盡量運(yùn)用圖像和顏色搭配，使先生樹立正確的物理圖像。留意“信息技術(shù)”與“電動(dòng)力學(xué)”課程的無(wú)效整合，這關(guān)于全體優(yōu)化教學(xué)進(jìn)程，進(jìn)步先生的專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)效果、進(jìn)步先生的信息技術(shù)才能、培育先生的協(xié)作認(rèn)識(shí)和創(chuàng)新肉體均具有嚴(yán)重的理想意義。同時(shí)，可將教學(xué)實(shí)際使用到創(chuàng)新理論才能訓(xùn)練中，使用到物理、電子等各類競(jìng)賽中。
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物理學(xué)方面的論文篇2
試談電力信息物理融合系統(tǒng)
【摘 要】嵌入式系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速發(fā)展使構(gòu)建未來(lái)智能電網(wǎng)成為了可能，基于信息物理系統(tǒng)(CPS)技術(shù)構(gòu)建電力信息物理融合系統(tǒng)(CPPS)為實(shí)現(xiàn)未來(lái)智能電網(wǎng)提供了新的思路。本文對(duì)CPPS平臺(tái)進(jìn)行了初步研究分析，介紹了應(yīng)用于CPPS中的同步PMU技術(shù)、開放式通信網(wǎng)絡(luò)、分布式控制。
【關(guān)鍵詞】CPPS;同步PMU;開放式通信;分布式控制
引言
受能源危機(jī)、環(huán)保壓力的推動(dòng)，以及用戶對(duì)電能質(zhì)量(QoS)要求的不斷提高，當(dāng)代電力系統(tǒng)不再符合社會(huì)的發(fā)展需求，智能電網(wǎng)(Smart Grid)成為未來(lái)電力系統(tǒng)的發(fā)展方向。智能電網(wǎng)的發(fā)展原因主要有以下幾個(gè)方面：
1)分布式電源(Distributed Generation，DG)大量接入電網(wǎng)導(dǎo)致的系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題。由于DG的大量接入使電網(wǎng)變成一個(gè)故障電流和運(yùn)行功率雙向流動(dòng)的有源網(wǎng)絡(luò)，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和脆弱度，因此亟需發(fā)展智能電網(wǎng)以解決DG大量接入電網(wǎng)導(dǎo)致的系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題。
2)電力用戶對(duì)電能質(zhì)量(QoS)要求的不斷提高?，F(xiàn)代社會(huì)短時(shí)間的停電也會(huì)給高科技產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨額的經(jīng)濟(jì)損失，近年來(lái)發(fā)生的大停電事故更是給社會(huì)帶來(lái)了難以估量的經(jīng)濟(jì)損失。因此，亟需建立堅(jiān)強(qiáng)自愈的智能電網(wǎng)以提供優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。
論文主體結(jié)構(gòu)如下：第1部分介紹了近年來(lái)信息物理系統(tǒng)(Cyber Physical System ，CPS)技術(shù)的發(fā)展以及CPS與智能電網(wǎng)的相互關(guān)系;第2部分介紹了電力信息物理融合系統(tǒng)(Cyber-Physical Power System，CPPS)的硬件平臺(tái)模型;第3部分介紹了同步相量測(cè)量裝置(Phasor Measurement Units，PMU)技術(shù);第4部分對(duì)CPPS中的開放式通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了初步分析;第5部分對(duì)CPPS的分布式控制技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹;最后第6部分做出全文總結(jié)。
1 CPS與智能電網(wǎng)的相互關(guān)系
CPS技術(shù)的發(fā)展得益于近年來(lái)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等的高速發(fā)展，其最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界隨時(shí)隨地的控制。CPS通過(guò)嵌入數(shù)量巨大、種類繁多的無(wú)線傳感器而實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的環(huán)境感知，通過(guò)高性能、開放式的通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部安全、及時(shí)、可靠地通信，通過(guò)高精度、可靠的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自主協(xié)調(diào)、遠(yuǎn)程精確控制的目標(biāo)[1]。
CPS技術(shù)已經(jīng)在倉(cāng)儲(chǔ)物流、自主導(dǎo)航汽車、無(wú)人飛機(jī)、智能交通管理、智能樓宇以及智能電網(wǎng)等領(lǐng)域得以初步研究應(yīng)用[2]。
將CPS技術(shù)引入到智能電網(wǎng)中，可以得到電力信息物理融合系統(tǒng)(Cyber-Physical Power System，CPPS)的概念。為了分析CPPS與智能電網(wǎng)的相互關(guān)系，首先簡(jiǎn)單回顧一下智能電網(wǎng)的概念。目前關(guān)于智能電網(wǎng)的概念較多，并且未達(dá)成一致結(jié)論。IBM中國(guó)公司高級(jí)電力專家Martin Hauske認(rèn)為智能電網(wǎng)有3個(gè)層面的含義：首先利用傳感器對(duì)發(fā)電、輸電、配電、供電等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控;然后把獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行傳輸、收集、整合;最后通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析、挖掘，達(dá)到對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化管理的目的[3-4]。
從上文關(guān)于CPS和智能電網(wǎng)的介紹中可以看出，CPS與智能電網(wǎng)在概念上有相通之處，它們均強(qiáng)調(diào)利用前沿通信技術(shù)和高端控制技術(shù)增強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的環(huán)境感知和控制能力。因此，在CPS基礎(chǔ)上建立的CPPS為促進(jìn)電力一次系統(tǒng)與電力信息系統(tǒng)的深度融合，最終實(shí)現(xiàn)構(gòu)建完整的智能電網(wǎng)提供了新的思路和實(shí)現(xiàn)途徑。
2 CPPS的硬件平臺(tái)架構(gòu)
基于分布式能源廣泛接入電網(wǎng)所引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題以及建立堅(jiān)強(qiáng)自愈智能電網(wǎng)的總體目標(biāo)，建立安全、穩(wěn)定、可靠的智能電網(wǎng)成為未來(lái)電力系統(tǒng)研究的重要方向，同時(shí)也是CPPS研究的主要內(nèi)容。
傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段主要有基于電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)的SCADA/EMS系統(tǒng)和側(cè)重于電磁暫態(tài)過(guò)程監(jiān)測(cè)的各種故障錄波儀，保護(hù)控制方式主要有基于SCADA主站的集中控制方式和基于保護(hù)控制裝置安裝處的就地控制方式[5]。就地控制方式易于實(shí)現(xiàn)，并且響應(yīng)速度快，但是由于利用的信息有限，控制性能不夠完善，不能預(yù)測(cè)和解決系統(tǒng)未知故障，對(duì)于電力系統(tǒng)多重反應(yīng)故障更不能準(zhǔn)確動(dòng)作。集中控制方式利用系統(tǒng)全局信息，能夠優(yōu)化系統(tǒng)控制性能，但是計(jì)算數(shù)據(jù)龐大、通信環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)響應(yīng)速度慢，并且現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)主要對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析，不能對(duì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行進(jìn)行有效地控制。
針對(duì)目前電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、控制手段的不足，要建立堅(jiān)強(qiáng)自愈的未來(lái)智能電網(wǎng)，必須建立相應(yīng)的廣域保護(hù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，CPPS的硬件平臺(tái)就是在此基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。
CPPS的硬件平臺(tái)6層體系架構(gòu)如圖1所示，主要包括：物理層(電力一次設(shè)備)、傳感驅(qū)動(dòng)層(同步PMU)、分布式控制層(智能終端單元STU、智能電子裝置IED等)、過(guò)程控制層(控制子站PLC)、高級(jí)優(yōu)化控制層(SCADA主站控制中心)和信息層(開放式通信網(wǎng)絡(luò))。
其中，底層的物理層是指電力系統(tǒng)的一次設(shè)備，如發(fā)電廠、輸配電網(wǎng)等。傳感驅(qū)動(dòng)層主要用于對(duì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，測(cè)量參數(shù)包括電流、電壓、相角等，在CPPS中廣泛使用的測(cè)量裝置是同步PMU。分布式控制層主要包括各STU/IED，為廣域保護(hù)的分布式就地控制提供反饋控制回路。過(guò)程控制層主要指樞紐發(fā)電廠和變電站的控制子站，是CPPS的重要組成部分，通過(guò)收集多個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，建立系統(tǒng)層面的控制回路，并做出相應(yīng)的控制決策。高級(jí)優(yōu)化控制層是指調(diào)度中心控制主站，主要為電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行提供人工輔助優(yōu)化控制。頂層的信息層即智能電網(wǎng)的開放式通信網(wǎng)絡(luò)，注意信息層并不是單獨(dú)的一層，而是重疊搭接CPPS的各個(gè)分層，為CPPS內(nèi)部各組件提供安全、及時(shí)、可靠的通信。
上文給出了CPPS的硬件平臺(tái)模型，但要在電力系統(tǒng)中具體實(shí)現(xiàn)CPPS，涉及諸多方面的技術(shù)難題，下面對(duì)CPPS中的同步PMU、開放式通信網(wǎng)絡(luò)以及分布式控制等分別加以簡(jiǎn)單介紹。
3 同步PMU測(cè)量技術(shù)
同步PMU是構(gòu)建CPPS的基礎(chǔ)，它為CPPS中廣域保護(hù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了豐富的測(cè)量數(shù)據(jù)。同步PMU裝置主要對(duì)電力系統(tǒng)內(nèi)部的同步相量進(jìn)行測(cè)量和輸出，裝設(shè)點(diǎn)包括大型發(fā)電廠、聯(lián)絡(luò)線落點(diǎn)、重要負(fù)荷連接點(diǎn)以及HVDC、SVC等控制系統(tǒng)，測(cè)量數(shù)據(jù)包括線路的三相電壓、三相電流、開關(guān)量以及發(fā)電機(jī)端的三相電壓、三相電流、開關(guān)量、勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁信號(hào)、氣門開度信號(hào)、AGC、AVC、PSS等控制信號(hào)[6]。利用測(cè)得的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度分析，為電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制提供依據(jù)。
同步PMU的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
其中，GPS接收模塊將精度在±1微秒之內(nèi)的秒脈沖對(duì)時(shí)脈沖與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換器和CPU單元，作為數(shù)據(jù)采集和向量計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源。由電壓、電流互感器測(cè)得的三相電流、電壓經(jīng)過(guò)濾波整形和A/D轉(zhuǎn)換后，送到CPU單元進(jìn)行離散傅里葉計(jì)算，求出同步相量后再進(jìn)行輸出。注意，發(fā)電機(jī)PMU除了測(cè)量機(jī)端電壓、電流和勵(lì)磁電壓、電流以外，還需接入鍵相脈沖信號(hào)用以測(cè)量發(fā)電機(jī)功角[7]。
4 CPPS的開放式通信網(wǎng)絡(luò)
建立CPPS的開放式通信網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)該在保證安全、及時(shí)、可靠的通信的基礎(chǔ)上，使系統(tǒng)具有高度的開放性，支持自動(dòng)化設(shè)備與應(yīng)用軟件的即插即用，支持分布式控制與集中控制的結(jié)合。對(duì)于建立的開放式通信網(wǎng)絡(luò)，需要進(jìn)行通信實(shí)時(shí)性分析、網(wǎng)絡(luò)安全性和可靠性分析。
4.1 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用
IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)作為新一代的網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)而運(yùn)用于智能變電站中，支持設(shè)備的即插即用和互操作，使智能變電站具有高度的開放性。IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)是智能變電站的網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)正在進(jìn)一步發(fā)展成為智能電網(wǎng)的通信標(biāo)準(zhǔn)[8]，因此，使用IEC 61850作為CPPS通信網(wǎng)路的通信標(biāo)準(zhǔn)是最佳選擇。
IEC 61850的核心技術(shù)[9]包括面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)、XML(可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言)技術(shù)、軟件復(fù)用技術(shù)、嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)以及高速以太網(wǎng)技術(shù)等。
4.2 通信網(wǎng)絡(luò)配置與分析
對(duì)于CPPS開放式通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)配置，可參考智能變電站的三層二網(wǎng)式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)配置，構(gòu)建CPPS的3層式通信網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。
其中，底層為位于發(fā)電廠、變電站和重要負(fù)荷處的大量PMU、STU/IED，分別負(fù)責(zé)采集實(shí)時(shí)信息和執(zhí)行保護(hù)控制功能。中間層為控制子站(過(guò)程控制單元PLC)，每個(gè)控制子站與多個(gè)PMU、STU/IED相連，以完成該分區(qū)系統(tǒng)層面的保護(hù)控制，并根據(jù)需要將數(shù)據(jù)上傳到SCADA主站控制中心。SCADA主站控制中心接收各控制子站的上傳數(shù)據(jù)，處理以后將控制信息下發(fā)到各控制子站，以實(shí)現(xiàn)CPPS的廣域保護(hù)控制功能。注意，各層設(shè)備均嵌入GPS實(shí)現(xiàn)精確對(duì)時(shí)，保證全系統(tǒng)的同步數(shù)據(jù)采樣。
5 CPPS的分布式控制機(jī)理
要建立堅(jiān)強(qiáng)自愈的智能電網(wǎng)，必須利用新型控制機(jī)理建立可靠的電力控制系統(tǒng)。根據(jù)電力故障擴(kuò)大的路徑和范圍以及故障的時(shí)間演變過(guò)程，文獻(xiàn)[10-11]中提出建立時(shí)空協(xié)調(diào)的大停電防御框架，建立了電力系統(tǒng)的3道防線，為實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的廣域動(dòng)態(tài)保護(hù)控制奠定了良好的基礎(chǔ)。
電力系統(tǒng)的分布式控制(Distributed Control，DC)是相對(duì)于傳統(tǒng)的SCADA主站集中控制方式而言的，指的是多機(jī)系統(tǒng)，即用多臺(tái)計(jì)算機(jī)(指嵌入式系統(tǒng)，包括PLC控制子站和STU/IED等)分別控制不同的設(shè)備和對(duì)象(如發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、保護(hù)裝置等)，各自構(gòu)成獨(dú)立的子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)之間通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，通過(guò)對(duì)任務(wù)的相互協(xié)調(diào)和分配而完成系統(tǒng)的整體控制目標(biāo)[12]。分布式控制的核心特征就是“分散控制，集中管理”。在電力系統(tǒng)的3道防線的基礎(chǔ)上，結(jié)合分布式控制技術(shù)，建立CPPS的3層控制架構(gòu)，如圖4所示。
其中，分布式控制層主要是在故障發(fā)生的起始階段(緩慢開斷階段)采取的控制措施，其控制目標(biāo)應(yīng)該是保證系統(tǒng)在不嚴(yán)重故障下的穩(wěn)定性，防止故障的蔓延。過(guò)程控制層是在系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)(級(jí)聯(lián)崩潰開始階段)所采取的廣域緊急控制措施，需要付出較大的代價(jià)。通常針對(duì)可能會(huì)使系統(tǒng)失穩(wěn)的特定故障，往往需要投切非故障設(shè)備以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。廣域的緊急控制措施應(yīng)該在故障被識(shí)別出的第一時(shí)間立即實(shí)施，控制措施實(shí)施越晚，控制效果越差。優(yōu)化控制層是在前兩層控制均拒動(dòng)或欠控制而沒(méi)有取得控制效果，同時(shí)在檢測(cè)到各種不穩(wěn)定現(xiàn)象后所采取的控制措施，通常需要進(jìn)行多輪次的切負(fù)荷和振蕩解列。在電力恢復(fù)階段，要有自適應(yīng)的黑啟動(dòng)和自痊愈的控制方案。
6 結(jié)語(yǔ)
將CPS方法引入到電力系統(tǒng)中，建立CPPS的模型平臺(tái)，為建立堅(jiān)強(qiáng)自愈的智能電網(wǎng)提供新的思路。文中對(duì)CPPS中的同步PMU測(cè)量技術(shù)、開放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式控制技術(shù)分別進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。
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