《电力系统自动化》课程教学大纲

《电力系统自动化》教学大纲课程名称：电力系统自动化（AutomationofPowersystems）课程编码：1502ZY177 课程类别：专业课程-选修学 分：2.5分总学时：40学时，其中，理论学时：40学时适用专业：电气工程及其自动化先修课程：电路理论、电机学、电力系统分析、自动控制原理一、课程性质《电力系统自动化》课程是电气工程及其自动化专业的一门专业课，选修课。它是依照复杂系统控制的规律研究电力系统运行自动化问题的一门课程，通过本课程的学习，能够让学生了解发电机自动同步并列、电力系统励磁自动控制、电力系统频率与电压自动调整以及调度所、变电所、馈线自动化的原理等专业基础知识，该课程属强电方面各专业学生知识结构中不可或缺的组成部分。了解电力系统自动化与其他学科的相互渗透和联系，一方面不断汲取其他科技领域的新成果，促进了自身的更新和发展；另一方面也使电力系统自动化方面的新进展、新方法更广泛地应用到诸多领域。为将来从事专业工作打下良好基础。二、课程目标（一）育人目标从培养学生的辩证思维方式，爱国教育、社会责任、人生领悟、民族自信等方面入手，将育人要素和电力系统自动化专业知识嵌入到课堂中教学，凝聚学生对社会主义核心价值观的共识。通过电力系统行业发展历程学习科学精神，通过课程概念原理学习系统论、工程论、科学思维，利用电力系统自动化系统实际应用研究学习科技自信及爱国主义情怀，师生互动进行“三观”教育和学习方法指导，培养学生的专业素质和职业道德，全面提高学生缘事析理、明辨是非的能力，培养学生成为德才兼备、全面发展的人才。掌握发电机同步并列的自动化原理，了解将同步发电机一台台投入系统进行并列运行，组成电力系统的基本原理；掌握电力系统励磁自动控制系统中发电机端电压自动调整的原理、影响因素及防护措施等基本知识。（支撑毕业要求3.1）掌握电力系统的频率与电压特性，了解自动调频与调节控制电压水平的原理与方法，以及电力系统重要的反事故措施，建立最优电压控制模型等。（支撑毕业要求4.1）掌握调度所、变电所、馈线的自动化基本概念，正确理解基于计算机技术及通信技术的发展而兴起的现代电力系统的综合自动化系统及数字化变电所，相应调度所、变电所及馈线设计的理论依据和处理原则。（支撑毕业要求7.2）课程目标与毕业要求指标点对应关系课程目标毕业要求指标点课程目标13.1能够对复杂电气工程问题进行抽象、分解和建模，设计合理的总体解决方案和各个子问题的解决方案。课程目标24.1能够基于电气工程领域中科学原理和文献研究，对电气设备与电力系统中复杂工程问题进行工程建模，拟定解决方案，选择研究路线。课程目标37.2针对实际中电气设备与电力系统，能评价其资源利用效率、废弃物处置方案和安全防范措施，判断产品周期中可能对人类和环境造成损害的隐患，并提出合理化的改进建议。三、基本要求通过本课程的学习，能够让学生了解发电机自动同步并列、电力系统励磁自动控制、电力系统频率与电压自动调整以及调度所、变电所、馈线自动化的原理等专业基础知识，该课程属强电方面各专业学生知识结构中不可或缺的组成部分。能够基于电气工程领域中科学原理和文献研究，对电气设备与电力系统中复杂工程问题进行工程建模，拟定解决方案，选择研究路线，是一门实用性很强的专业课程。掌握发电机同步并列的自动化原理，了解将同步发电机一台台投入系统进行并列运行，组成电力系统的基本原理。掌握电力系统励磁自动控制系统中发电机端电压自动调整的原理、影响因素及防护措施等基本知识。掌握电力系统的频率与电压特性，了解自动调频与调节控制电压水平的原理与方法，以及电力系统重要的反事故措施、最优电压控制措施等。掌握调度所、变电所、馈线的自动化基本概念，正确理解基于计算机技术及通信技术的发展而兴起的现代电力系统的综合自动化系统及数字化变电所，相应调度所、变电所及馈线设计的理论依据和处理原则。四、教学内容分章节说明教学内容，课时安排，融入思政元素，并说明教学重点与难点、主要教学模式（包括课堂授课、自学、课后练习、课堂讨论等）以及对应的知识、能力要求。章节教学内容学时思政元素教学模式对应课程目标1发电机的自动并列6通过对国内电力发展的重要事件和典型人物进行分析解读，将国内外发电机并列方式发展过程进行对比，激发学生的爱国情怀和专业认同感，定位自己的社会责任，从而明确本课程学习的目标。课堂授课，课后练习2题，课堂讨论课程目标12同步发电机励磁自动控制系统6通过对国内同步发电机励磁控制系统的发展历程和发展现状进行对比，培养学生家国情怀、职业认同感和责任担当。课堂授课，课后练习2题课程目标1/23电力系统频率及有功功率的自动调节8采用案例教学法，以长江大学校内有功负荷类型的组成为例进行分析，解读当负荷发生变化时对应的频率变化关系，引导学生形成面对电气复杂工程问题建立模型的思维课堂授课，课后练习2题课程目标1/24电力系统电压及无功功率的控制技术4采用案例教学法，以荆州市电力系统内无功电源类型的组成为例进行分析，解读当无功负荷发生变化时对应的系统电压变化关系，引导学生形成面对电气复杂工程问题建立模型的思维课堂授课，课后练习2题课程目标1/25电力系统调度自动化6可引入5G移动通信先进技术对于电力系统调度自动化的发展影响的介绍，拓宽学生的行业视野，增加学生的专业认同感，培育学生“爱国、敬业”的社会主义核心价值观。课堂授课，课后练习2题课程目标1/36配电管理系统6可通过介绍配电管理系统中DTU、FTU、TTU在不同场景下的应用，保证电能资源的有效安全利用，引导学生在解决复杂工程问题过程中充分考虑各种影响因素和各项边界条件，建立全面思考、系统均衡的全局性的工程思维。课堂授课，课后练习2题课程目标37变电所综合自动化和数字化变电所4可采用互动教学法，要求学生分组讨论和研究，形成交叉领域热点技术综述报告，并分组汇报。通过自主学习、合作研究、课堂互动，培养学生的学习研究能力、合作协同意识。课堂授课，课后练习2题课程目标1/2第一章发电机的自动并列1、准同期并列的基本原理；2、恒定越前时间并列装置；3、数字式并列装置；本章重点：.1、掌握同步发电机组并列应遵循的原则；2、掌握同步发电机的准同期并列的条件；3、理解电压幅值差、合闸相角差、频率差对准同期并列的影响；4、了解自动准同期装置的原理及合闸信号的控制方法；5、了解线性整步电压、恒定越前时间、滑差、电压差检测、频差压差控制的原理；6、了解数字式并列装置的软硬件设计结构。能力：能够将同步发电机并列的基本条件、模型用于分析发电系统准同期并列的复杂工程问题，并具备初步设计并列装置软硬件电路的能力。第二章同步发电机励磁自动控制系统1、同步发电机励磁控制系统的任务；2、同步发电机励磁控制系统的基本要求；3、同步发电机励磁系统的励磁功率单元的结构；4、励磁系统中转子磁场的建立与灭磁；本章重点：1、掌握同步发电机励磁控制系统的任务；2、了解同步发电机励磁系统的类型；3、掌握不同类型励磁机的时间常数；4、掌握发电机组的安全灭磁方法。能力：能够将同步发电机励磁控制系统的基本要求和结构参数，用于分析不同类型发电机的灭磁能力。第三章电力系统频率及有功功率的自动调节1、电力系统的频率特性；2、电力系统调频与调频方程式；3、电力系统的经济负荷分配；4、电力系统低频减载；本章重点：1、掌握电力系统负荷随频率的分类；2、掌握发电机组和电力系统的功率-频率特性；3、掌握电力系统调频和有功功率自动调节的方法；4、掌握等微增率原理的内容及不考虑网损时负荷的经济分配；5、掌握自动低频减载的工作原理能力：能够结合电力系统负荷的特性，将发电机和电力系统的功频特性用于分析电力系统频率调整的影响和负荷的经济分配。第四章电力系统电压及无功功率的控制技术1、电力系统电压控制的意义；2、电力系统无功平衡与电压的关系；3、电力系统电压控制的措施；4、电力系统电压的综合控制；本章重点：掌握无功电源的类型，负荷点的电压控制与调节方法。能力：根据电力系统电压质量的要求，将电力系统的无功功率与电压关系用于分析电力系统电压调节特性。第五章电力系统调度自动化1、远方终端RTU；2、数据通信的通信规约；3、调度中心的计算机系统；4、自动发电控制；5、EMS的网络分析功能本章重点：掌握远动终端RTU的含义与作用；电力系统调度的远动技术，相应控制系统的构成及基本任务。能力：根据远动终端的基础概念和数据通信的基本规约，分析电力系统调度自动化远动技术中所传输的具体信号，并依据该信号建立相应的自动发电控制系统。第六章配电管理系统1、配电管理系统概述；2、馈线自动化；3、负荷控制技术及需方用电管理；4、配电图资地理信息系统；5、远程自动抄表计费系统。本章重点：1、掌握馈线终端中FTU、DTU、TTU的功能与相应应用场合。2、掌握辐射状网与环状开环运行的故障隔离等就地控制馈线自动化的原理。3、了解负荷控制技术；4、了解配电图资地理信息系统的结构；5、了解远程自动抄表计费系统的结构。能力：根据馈线终端中的FTU、DTU、TTU的基础功能，建立不同类型网络的就地控制模型，并依据该模型实现故障隔离区域特性。第七章变电所综合自动化和数字化变电所1、变电所综合自动化；2、数字化变电所。本章重点：1、重点掌握变电所综合自动化中对继电保护、控制方式、测量手段、通信与管理模式的变革内容；2、了解数字化变电所的功能。能力：根据变电所自动化的基础概念和数字化变电所的发展趋势，分析变电所系统设计的复杂工程问题。五、教学方法本课程是一门理论性、实践性很强的学科专业课程。为了提高教学质量，增强学生分析问题和解决问题的能力，本课程的教学采用课堂教学、课后作业、实验等相结合的教学方式方法，达到使学生掌握发电机自动同步并列、电力系统励磁自动控制、电力系统频率与电压自动调整以及调度所、变电所、馈线自动化的原理等专业基础知识的教学目标。主要教学环节包括课堂教学、习题练习以及课后自学。课堂教学与互动讨论课堂教学以“互动式”方法为主导，在这一教学环节，学生以听课为主，并参与讨论，采用多媒体和板书相结合的教学手段，并辅以程序实例演示和教学，以此提高课堂效率。课后作业和自学课堂上，教师会有针对性的提出作业要求。通过作业达到了加深理解、增强学生对电力系统自动化理解能力的目的，同时开展作业分析，精选精讲作业的重点难点。给学生推荐网络教学资源:国家级精品课程、国内/国际名校视频公开课、电力系统自动化学习论坛，让学生开阔眼界，共享优质教学资源，培养学生自主学习的意识和能力。六、考核与评价方式及标准考核标准与成绩评定课程考核包括平时成绩、期末考试两个部分。平时成绩（百分制），包括作业等。平时成绩评价标准基本要求评价标准优秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）掌握发电机同步并列的自动化原理，了解将同步发电机一台台投入系统进行并列运行，组成电力系统的基本原理；掌握电力系统励磁自动控制系统中发电机端电压自动调整的原理、影响因素及防护措施等基本知识。掌握电力系统的频率与电压特性，了解自动调频与调节控制电压水平的原理与方法，以及电力系统重要的反事故措施、最优电压控制措施等。了解调度所、变电所、馈线的自动化基本概念，正确理解基于计算机技术及通信技术的发展而兴起的现代电力系统的综合自动化系统及数字化变电所，相应调度所、变电所及馈线设计的理论依据和处理原则。电力系统自动化中的相关理论知识清晰，具备非常好的分析、计算和实践的能力，且能正确分析电力系统自动化功能特点。能基于电气工程领域中科学原理和文献研究，对电气设备与电力系统中复杂工程问题进行工程建模，拟定解决方案，选择研究路线。电力系统自动化中的相关理论知识较为清晰，具备非常较好的分析、计算和实践的能力，且能较好地分析电力系统自动化功能特点。基本能基于电气工程领域中科学原理和文献研究，对电气设备与电力系统中复杂工程问题进行工程建模，拟定解决方案，选择研究路线。电力系统自动化中的相关理论知识基本清晰，初步具备分析、计算和实践的能力，且能分析电力系统自动化功能特点。初步能基于电气工程领域中科学原理和文献研究，对电气设备与电力系统中复杂工程问题进行工程建模，拟定解决方案，选择研究路线。电力系统自动化中的相关理论知识不清晰，不具备的分析、计算和实践的能力，且不能正确分析电力系统自动化功能特点。不能基于电气工程领域中科学原理和文献研究，对电气设备与电力系统中复杂工程问题进行工程建模，拟定解决方案，选择研究路线。期末考试（百分制）开卷，题型包括：简答题、分析题。课程期末考试考核内容与评价标准基本要求评价标准比例（%）优秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）目标1掌握发电机同步并列的自动化原理，了解将同步发电机一台台投入系统进行并列运行，组成电力系统的基本原理；掌握电力系统励磁自动控制系统中发电机端电压自动调整的原理、影响因素及防护措施等基本知识。电力系统自动化中的发电厂自动化相关理论知识清晰，具备非常好的分析、计算和实践的能力。电力系统自动化中的发电厂自动化相关理论知识较为清晰，具备非常较好的分析、计算和实践的能力。电力系统自动化中的发电厂自动化相关理论知识基本清晰，初步具备分析、计算和实践的能力。电力系统自动化中的发电厂自动化相关理论知识不清晰，不具备的分析、计算和实践的能力。50目标2掌握电力系统的频率与电压特性，了解自动调频与调节控制电压水平的原理与方法，以及电力系统重要的反事故措施、最优电压控制措施等。能够基于电气工程领域中科学原理和文献研究，对电气设备与电力系统中复杂工程问题进行工程建模，拟定解决方案，选择研究路线。基本能够基于电气工程领域中科学原理和文献研究，对电气设备与电力系统中复杂工程问题进行工程建模，拟定解决方案，选择研究路线。初步能够基于电气工程领域中科学原理和文献研究，对电气设备与电力系统中复杂工程问题进行工程建模，拟定解决方案，选择研究路线。不能够基于电气工程领域中科学原理和文献研究，对电气设备与电力系统中复杂工程问题进行工程建模，拟定解决方案，选择研究路线。30目标3了解调度所、变电所、馈线的自动化基本概念，正确理解基于计算机技术及通信技术的发展而兴起的现代电力系统的综合自动化系统及数字化变电所，相应调度所、变电所及馈线设计的理论依据和处理原则。能正确分析电力系统自动化功能特点。能较好地分析电力系统自动化功能特点。能分析电力系统自动化功能特点。不能正确分析电力系统自动化功能特点。20注：该表格中的比例为期末考试试卷成绩比例。成绩评定为：考试成绩*70%+平均平时成绩*30%。课程目标达成评价《电力系统自动化》课程目标达成评价分析报告一、课程基本信息课程名称电力系统自动化课程性质专业课程，选修学时学分40/2.5开课学期专业班级考核方式考试，闭卷任课教师：评价人员：课程组长，命题教师，阅卷教师二、课程目标达成评估课程目标支撑指标点课程目标评价数据源评价依据分值平均分达成度值KMi评价方式毕业要求3.1能够对复杂目标1：掌握发电机同步并列的自动化原理，建立将同步发电机一台台投入系统进行并列期末考试：发电厂自动化的基本概念、基本语法（20分）T10=20试题构成说明T1=�1*0.7+�1*0.3�10 �10=电气工程问题进行抽象、分解和建模，设计合理的总体解决方案和各个子问题的解决方案。运行模型，组成电力系统的基本原理；掌握电力系统励磁自动控制系统中发电机端电压期末考试：发电厂自动化的基本应用（30分）T20=30试题构成说明T2=�2*0.7+�1*0.3�20 �10=自动调整的原理、影响�1+�2*0.7+�1*0.3�10+�20 �10因素及防护措施等基本知