物理学科毕业论文

物理学科毕业论文

论文题目是全文给读者和编辑和第一印象，文题的好坏对论文能否利用具有举足轻重的作用。如何进行物理学 毕业 论文的选题呢？下面我给大家带来优秀物理学毕业论文题目2021，希望能帮助到大家!

物理学毕业论文题目

1、物理学史与物理教学结合的理论与实践研究

2、二氧化碳深含水层隔离的二相渗流模拟与岩石物理学研究

3、二十世纪中国原子分子物理学的建立和发展

4、普通高中物理课程内容与大学物理课程内容的适切性研究

5、从现代物理学理论发展探讨孙思邈修道养生观

6、地震岩石物理学及其应用研究

7、碎屑岩地震岩石物理学特征研究

8、信息技术支持下的物理学与教的研究

9、物理学中对称现象的语境分析及其意义

10、本质直观视域下的量子引力学困境

11、复杂金融系统的相互作用结构与大波动动力学研究

12、大小细胞视觉通路在早期开角型青光眼和双眼竞争中作用的功能磁共振成像及视觉心理物理学研究

13、经济物理学中的金融数据分析：统计与建模

14、农村高中物理学困生的差异教学研究

15、基于PD控制的拟态物理学优化算法的研究

16、多目标拟态物理学优化算法解集分布性研究

17、利用物理学史 教育 资源优化中学物理教学的研究

18、中学生与物理学家共同体概念形成过程的对比研究

19、物理学专业师范生PCK研究

20、物理学史融入高中物理教学的实践研究

21、莱布尼茨物理学哲学思想研究

22、运用高中物理教材栏目开展物理学史教育的实践

23、新课程下 高一物理 学困生转化策略

24、运用高中物理“学案教学”提高学生问题意识的实践

25、基于书目记录的《中图法》物理学类目调整 方法

26、物理学专业师范生教学技能训练现状调查与对策研究

27、高中物理学困生成因及转化策略研究

28、从物理学家的研究方法看物理学的进展

29、高中物理学困生学习动机的实证调查与影响因素分析

30、食管癌调强放疗物理学参数对放射性肺炎的评估价值

31、近代物理学史在高中物理教学中的应用

32、提升物理学困生自主学习能力的教学策略研究

33、物理学史在高中物理教学中的应用研究

34、关于培养学生物理学科素养的教学实践研究

35、高一物理学困生学习效率低下成因及转化策略

36、校本课程《生活中的物理学原理 DIY 》的开发与实践

37、高中物理教学中物理学史教育现状调查与研究

38、高中物理学困生学业情绪现状及影响因素的调查研究

39、利用物理学史促进高中生理解科学本质的实践研究

40、物理学史融入中学课堂教学的实践研究

2021中学物理论文题目

1、 中学物理教材的重难点内容表达方式的研究

2、 关于中学物理学习中学生素质培养之设想

3、 中学物理学习中互动作用的深入研究

4、 通过力学教学实现中学物理到大学物理的良好过渡

5、 一类变分问题在中学物理课外教学中的尝试

6、 在中学物理知识结构化中锻造学生核心素养

7、 浅谈中学物理探究教学的策略

8、 物理模型在中学物理教学中的作用研究

9、 浅谈中学物理学习中创造性思维的障碍与对策

10、 中学物理知识在甜樱桃保鲜中的应用

11、 浅谈中学物理教学中的“骆驼教学法”

12、 中学物理良性学习习惯的现状调查及分析

13、 函数图像法在中学物理中的应用

14、 中学物理异课同构教研活动设计研究

15、 中学物理教学中缄默知识的应用研究

16、 中学物理教学对大学物理教学的影响——以安阳师范学院为例

17、 物理实验在中学物理教学中的地位和作用

18、 中学物理活动教学的设计研究

19、 中学物理课堂环境评价量表的实证检测

20、 中学物理教学中概念的教学策略研究

21、 几何画板在中学物理教学中的应用

22、 引导式 反思 :将HPS教育融入中学物理教学的方式

23、 中学物理实验课堂环境的测评研究——以北京地区为例

24、 我国中学物理教育研究的进展与趋势——基于中国知网的文献计量学研究

25、 国际科学教育坐标中的我国中学物理教育研究:基于文献计量学的国际比较研究

26、 中学物理实验技能的评价研究

27、 中学物理教学中激发学生学习动机的策略研究

28、 突破中学物理教学难点的策略

29、 探究中学物理课堂的实际案例中如何引入新的教学模式

30、 中学物理“微实验”创设的价值思考

31、 中学物理实验教学的新思考

32、 提高中学物理教师信息技术应用技能的策略

33、 高师本科物理专业中学物理教学能力培养目标体系的研究

34、 刍议中学物理教科书中的举例说明题

35、 中学物理教学的问题情境创设

36、 3D虚拟增强现实技术在中学物理教学中的应用研究

37、 以藏族 文化 生活为例,开发藏区中学物理课程实验资源

38、 贯通大中学物理综合能力培养的物理学术竞赛教学模式

39、 中学物理在教学内容上的改革思考

40、 我国中学物理“时间观”课程教学的现实与改进

41、 中学物理教学中演示实验的应用策略

42、 中学物理教学中学生动手能力的培养

43、 新课程背景下农村中学物理实验教学的探索

44、 浅谈提高中学物理低成本实验教学的有效性

45、 浅谈中学物理“生活化”教学的策略

物理教学论文题目

1、 高中物理教学中常见电学实验问题分析

2、 以生活化教学模式提高初中物理教学的有效性

3、 工科专业大学物理教学现状与改革方向研究

4、 大学物理教学中创新型人才的培养与实践

5、 教学新范式下大学物理教学的几点思考

6、 基于翻转课堂理念的独立学院大学物理教学模式研究

7、 基于CDIO理念的大学物理教学改革探索

8、 统计物理教学中引入Jarzynski等式的必要性

9、 物理教学融入工匠精神的思考与实践

10、 让“陶花”在物理教学实践中绽放——浅议过程性评价和物理教学实践

11、 高中物理教学中培养学生的思维

12、 “蜂窝视频元”在高中物理教学中的应用实践研究

13、 中学物理教学中缄默知识的应用研究

14、 提高大学物理教学质量的 措施 与对策

15、 高分子物理教学中关于链段概念的讲解

16、 以提高人才培养质量为目标,探索新形势下大学物理教学策略

17、 基于翻转式课堂模式的大学物理教学研究

18、 中学物理教学对大学物理教学的影响——以安阳师范学院为例

19、 高分子物理教学中“结晶”概念的讲解

20、 引导式反思:将HPS教育融入中学物理教学的方式

21、 高中物理教学核心素养:演示实验创新

22、 数形结合思想在高中数学与物理教学中的应用研究

23、 浅析信息技术在初中物理教学中的应用——以欧姆定律学习为例

24、 新工科背景下大学物理教学研究

25、 地方本科院校大学物理教学改革模式探究

26、 高师本科物理专业中学物理教学能力培养目标体系的研究

27、 高中物理教学使用 思维导图 的几个误区

28、 中学物理教学的问题情境创设

29、 3D虚拟增强现实技术在中学物理教学中的应用研究

30、 MATLAB的可视化在物理教学中的应用

31、 案例教学法在“半导体器件物理”教学中的尝试与反思

32、 新工科背景下“类像思维”在半导体物理教学中的应用

33、 核心素养下的高校半导体物理教学改革路径研究

34、 材料专业大学物理教学内容的改革与实践

35、 为提高大学物理教学的学术水平而努力

36、 材料学专业固体物理教学中的抽象与形象思维转化

37、 大学物理教学研究现状与展望——基于10年核心期刊论文分析

38、 高考3+3新模式下中学与大学物理教学的衔接性校本研究:热学部分

39、 浅析STS教育在职业学校物理教学中的有效渗透

40、 智慧教育理念在大学物理教学改革中的应用研究

41、 混合教学模式在固体物理教学中的应用

42、 物理学思维方法在大学物理教学中的应用

43、 多媒体在应用型本科院校大学物理教学中的应用

44、 在物理教学中渗透生涯教育的探索——由新高考选考物理遇冷说开去

45、 浅谈初中物理教学中“弱势学生”激励策略

46、 “物理教学论实验”课程的“课例化”教学模式研究

47、 提高大学物理教学效果的策略

48、 利用虚拟实验改进物理教学

49、 基于建筑学学生思维特点的实践性建筑物理教学初探

50、 核心素养视角下初中物理教学的方法

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物理学毕业论文开题报告

在生活中，大家逐渐认识到报告的重要性，不同的报告内容同样也是不同的。那么报告应该怎么写才合适呢？以下是我帮大家整理的物理学毕业论文开题报告，欢迎大家分享。

一、选题背景及研究意义

(一)选题背景

密立根作为英国杰出的物理学家，在1909至1917年间做了大量的测量微小油滴所带电荷的实验工作，即所谓油滴实验。历经10年左右，密立根终于成功的直接测量到电子电荷量。密立根油滴法采用经典力学的方法揭示微观粒子的电子本性，实验方法简单、直观、巧妙而又准确，堪称物理实验的典范，一直久负盛名以及各大学物理教程实验都在学习他的实验方法。密立根油滴法测量电子电荷的结果证明了电荷的不连续性，并且测量到基本的电子电荷的电荷数为e=1.60×10库仑。

电子电荷量e是一个重要基本物理常数，其经典测量技术--密立根油滴实验是大学物理实验教学的重要项目之一。

基本电荷量e是一个基本物理常数，它描述电子电量的量子单元。尽管现代公认的e值是根据光速和其他可精确测定的物理常数值而求得的，但由于电子基本电荷测量的原始实验方法--密立根油滴实验具有设计精妙、物理思想清晰和实验技术方法简单等特色，具有极高的学习价值，从而成为高等学校物理实验教学的重要经典项目之一。

随着科学的发展密立根测油滴法所测出的电子所带电荷量越来越不能满足科学实验的需要，精确度的提高是实验成功的关键。从而不断改进实验是后面的物理学家的一种责任和义务，对于我们大学生来讲如何提高学习效率和实践能力是我们在大学所要掌握的一种技巧和能力，对于现在的实验来说如何更好地做好实验和降低实验误差就是我们应该去努力实现的。

本论文从对三种方法的比较入手选择比较好的方案来测量电子电量，在实验中去发现问题改进问题，在对实验数据的分析取合理的数据来完成电子电量的测量。通过对实验过程中的问题解决及新的发现去选择其中的一项误差并对其改进。

(二)研究意义

实践意义：通过实践我们把理论掌握的东西变成能通过实践表达出来，进一步加深对理论的理解和掌握也是一种加强我们的动手能力的方法。在实验过程中让我们更好的去了解理论上的推到和公式中各个字母代表的意思。

理论意义：通过理论上的研究和讨论让我们明白每一个科学上有建树的人的成果的来之不易，让我们去学会更好的珍惜别人的劳动成果，不让我们在有那种感觉如何事情都还简单的想法。

二、主要研究内容、研究方法及拟解决的关键问题

(一)主要研究内容：

1、电子电量的公式表达式

2、电子电量的测量方法

3、电子电量的测量方法研究和改进

(二)研究方法：

1、实验法

2、参考文献分析法

3、经验总结法

(三)拟解决的关键问题

当前物理实验是解决很多物理理论的`关键部分，物理实验是在很多实验中去推敲和证明理论的一种方法。如何提高物理实验的精确度和实验过程的简化度是一个物理实验能否更快完成的关键，通过对密立根油滴的实验来验证试验的过程和过程补救来完善实验。

三、完成毕业论文所必需具备的工作条件及解决的办法

(一)工作条件：

实验室图书馆互联网。

(二)解决办法：

通过实验来测量油滴的带电量并想发来减小实验过程的误差。

到学校图书馆查阅资料，收集资料，根据收集到的资料进行研究和分析，同时对高中生进行调查，了解他们的心理，最后着手毕业论文的书写。

四、工作的主要计划、进度与时间安排

论文研究初期(20xx年10月——20xx年11月)：查阅相关的文献资料，做好资料收集工作。

论文研究中期(20xx年11月——20xx年2月)：对收集的材料进行整理分析，并对收集的资料在实验中去完成和完善，具体开展阶段性研究，积累资料，不断改进，及时整理研究成果并形成初稿。

论文研究后期(20xx年2月——20xx年4月)：在初稿基础上总结反思，不断完善和修改，最后完成定稿。

五、论文写作提纲

0.引言

1.电子电量的测量研究

1.1电子电量的物理意义及历史背景

1.2电子的量子化证明

1.3电子电量公式表达试的推导

1.4三种测量电子电量方法的比较及选择

1.5选择方案的优点及选择的原因

2.电子电量的实验及减小误差分析

2.1利用前面的推导公式用实验来测量电子电量

2.2通过对实验数据的分析取舍和在实验过程中的观察理解来分析减小误差的办法

3.通过自己的实验证明来完成论文

3.1通过对数据的分析来验证误差的大小

3.2对偶然误差进行减小

3.3通过不断的改善来完成论文

4.结束语

参考文献

[1]汪沛.密立根油滴法测量电荷电量实验的一种改进【J】.大学物理实验，2010.

[2]王玉梅.基于Matlab用最大公约数法求电子电量【JJ】.大学物理实验，2012.

本科物理学毕业论文多少字

5000字。本科物理学毕业论文需要将论文中的论题讲述清楚，因此是需要书写5000字的。论文是一个汉语词语，古典文学常见论文一词，谓交谈辞章或交流思想。

关于物理学方面的论文

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。

4.1 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。

4.2 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。