電力系統(tǒng)自動化技術(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)與試卷電力系統(tǒng)自動化技術(shù)是電氣工程及其自動化專業(yè)的核心課程，銜接《電力系統(tǒng)分析》《繼電保護(hù)原理》等基礎(chǔ)課程與《變電站綜合自動化》《配電自動化》等專業(yè)課程，聚焦電力系統(tǒng)“監(jiān)測-控制-決策”全流程的自動化技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生具備電力系統(tǒng)自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試與運(yùn)行維護(hù)的能力。（一）課程定位與教學(xué)目標(biāo)1.課程定位本課程是電氣工程及其自動化專業(yè)本科階段的必修課（48學(xué)時，其中理論32學(xué)時、實(shí)驗(yàn)16學(xué)時），旨在讓學(xué)生掌握電力系統(tǒng)自動化的基本理論、核心技術(shù)與工程應(yīng)用，為后續(xù)從事電力系統(tǒng)運(yùn)行、自動化設(shè)備研發(fā)或新能源接入等工作奠定基礎(chǔ)。2.教學(xué)目標(biāo)結(jié)合工程教育認(rèn)證（OBE）要求，教學(xué)目標(biāo)分為知識、能力、素質(zhì)三個維度：知識目標(biāo)：掌握電力系統(tǒng)自動化的基本概念（如SCADA、AGC、AVC）、核心技術(shù)（如數(shù)據(jù)采集、頻率控制、電壓調(diào)節(jié)）及工程標(biāo)準(zhǔn)（如DL/T____《遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng)》）；理解電力系統(tǒng)自動化系統(tǒng)的架構(gòu)（如EMS、變電站自動化系統(tǒng)）與運(yùn)行邏輯。能力目標(biāo)：能運(yùn)用PSASP、MATLAB/Simulink等工具仿真設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)自動化方案（如AGC控制策略）；能完成SCADA系統(tǒng)的組態(tài)與數(shù)據(jù)采集調(diào)試；能分析電力系統(tǒng)自動化系統(tǒng)的常見故障（如通信中斷、數(shù)據(jù)異常）并提出解決措施。素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)工程思維（如系統(tǒng)觀、邏輯推理）、團(tuán)隊(duì)合作精神（如項(xiàng)目分組協(xié)作）及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)穆殬I(yè)態(tài)度（如數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、規(guī)程遵守）。（二）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)（模塊化）遵循“基礎(chǔ)-核心-應(yīng)用”的認(rèn)知規(guī)律，將教學(xué)內(nèi)容劃分為三大模塊，每個模塊對應(yīng)具體的知識點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：模塊名稱核心知識點(diǎn)配套實(shí)驗(yàn)**基礎(chǔ)理論模塊**電力系統(tǒng)自動化概述（定義、發(fā)展歷程、主要內(nèi)容）；電力系統(tǒng)通信技術(shù)（Modbus、IEC____協(xié)議）；數(shù)據(jù)采集與信號處理（傳感器、變送器、A/D轉(zhuǎn)換）。實(shí)驗(yàn)1：電力系統(tǒng)通信協(xié)議仿真（用PacketTracer模擬Modbus通信）；實(shí)驗(yàn)2：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)搭建（用PLC實(shí)現(xiàn)溫度、電壓信號采集）。**核心技術(shù)模塊**SCADA系統(tǒng)（結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場設(shè)備層、通信層、主站層；功能：數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制、報(bào)警處理）；AGC/AVC（AGC原理：頻率-功率調(diào)節(jié)、聯(lián)絡(luò)線控制；AVC原理：電壓-無功優(yōu)化）；EMS（能量管理系統(tǒng)：負(fù)荷預(yù)測、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、安全分析）。實(shí)驗(yàn)3：SCADA系統(tǒng)組態(tài)（用KingView軟件搭建模擬變電站監(jiān)控界面）；實(shí)驗(yàn)4：AGC控制仿真（用PSASP模擬兩區(qū)域系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)）。**工程應(yīng)用模塊**變電站自動化（結(jié)構(gòu)：間隔層、站控層、遠(yuǎn)方調(diào)度層；設(shè)備：保護(hù)裝置、測控裝置、后臺機(jī)）；配電自動化（饋線自動化：故障定位、隔離、恢復(fù)；需求側(cè)管理：負(fù)荷控制）；新能源自動化（風(fēng)電/光伏監(jiān)控：功率預(yù)測、并網(wǎng)控制）。實(shí)驗(yàn)5：變電站自動化系統(tǒng)調(diào)試（用RCS-9000系列裝置模擬間隔層與站控層通信）；實(shí)驗(yàn)6：配電饋線自動化仿真（用DIgSILENT模擬故障處理流程）。（三）教學(xué)方法設(shè)計(jì)采用“項(xiàng)目式教學(xué)+案例教學(xué)+仿真實(shí)驗(yàn)”三位一體的教學(xué)方法，強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”：1.項(xiàng)目式教學(xué)：設(shè)計(jì)貫穿學(xué)期的大項(xiàng)目——“小型區(qū)域電力系統(tǒng)自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”，要求學(xué)生分組完成“需求分析→系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)→SCADA組態(tài)→AGC/AVC策略設(shè)計(jì)→仿真驗(yàn)證”全流程，最終提交項(xiàng)目報(bào)告與演示視頻。項(xiàng)目占過程性評價的15%。2.案例教學(xué)：引入實(shí)際工程案例，如“某500kV變電站SCADA系統(tǒng)故障分析”（案例背景：監(jiān)控畫面顯示某線路電流為0，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)通信光纜斷裂），讓學(xué)生討論“故障原因→影響→解決措施”，培養(yǎng)問題分析能力。3.仿真實(shí)驗(yàn)：依托電力系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室，用PSASP、MATLAB/Simulink等工具模擬真實(shí)場景，如“AGC對系統(tǒng)頻率的調(diào)節(jié)效果”（改變負(fù)荷擾動，觀察發(fā)電機(jī)出力與頻率變化），增強(qiáng)理論與實(shí)踐的結(jié)合。4.混合式教學(xué)：用MOOC平臺（如中國大學(xué)MOOC）發(fā)布“電力系統(tǒng)自動化概述”“IEC____協(xié)議”等視頻lectures，線下課堂重點(diǎn)講解難點(diǎn)（如AGC控制算法）與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，用雨課堂進(jìn)行互動答題（如“SCADA系統(tǒng)中‘四遙’指什么？”），提高課堂參與度。（四）評價體系設(shè)計(jì)采用“過程性評價+終結(jié)性評價”結(jié)合的多元評價體系，突出能力導(dǎo)向：過程性評價（40%）：平時作業(yè)（10%）：包括概念題（如簡述SCADA與EMS的區(qū)別）、計(jì)算題（如AGC調(diào)節(jié)系數(shù)計(jì)算），考察知識掌握情況；實(shí)驗(yàn)報(bào)告（15%）：要求包含實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、步驟、數(shù)據(jù)處理與分析（如實(shí)驗(yàn)4中AGC調(diào)節(jié)的頻率偏差曲線分析）；項(xiàng)目成果（15%）：評價指標(biāo)包括項(xiàng)目完整性（是否覆蓋需求分析至仿真驗(yàn)證）、正確性（AGC策略是否實(shí)現(xiàn)頻率控制目標(biāo)）、創(chuàng)新性（是否采用優(yōu)化算法如遺傳算法改進(jìn)AVC）、團(tuán)隊(duì)合作（組員分工是否合理）。終結(jié)性評價（60%）：期末考試（50%）：閉卷考試，題型包括選擇題、填空題、簡答題、分析題、綜合應(yīng)用題（詳見第二部分“試卷設(shè)計(jì)”）；實(shí)驗(yàn)操作考試（10%）：現(xiàn)場考核“SCADA系統(tǒng)組態(tài)”或“AGC仿真調(diào)試”，要求在規(guī)定時間內(nèi)完成并提交結(jié)果（如監(jiān)控界面顯示正確的電壓、電流數(shù)據(jù)）。二、電力系統(tǒng)自動化技術(shù)試卷設(shè)計(jì)試卷是檢驗(yàn)教學(xué)效果的重要工具，需覆蓋教學(xué)大綱核心知識點(diǎn)、區(qū)分學(xué)生能力層次、體現(xiàn)工程應(yīng)用導(dǎo)向。以下是具體設(shè)計(jì)方案：（一）命題原則1.知識點(diǎn)覆蓋：覆蓋基礎(chǔ)理論（20%）、核心技術(shù)（50%）、工程應(yīng)用（30%）三大模塊，重點(diǎn)考核SCADA、AGC/AVC、變電站自動化等核心內(nèi)容。2.難易程度：基礎(chǔ)題（30%，如概念題、簡單計(jì)算）、中等題（50%，如分析題、流程題）、難題（20%，如綜合設(shè)計(jì)題），難度系數(shù)控制在0.6-0.7（平均得分率）。3.能力導(dǎo)向：選擇題、填空題考核知識記憶；簡答題考核理解能力；分析題考核問題診斷能力；綜合應(yīng)用題考核綜合設(shè)計(jì)能力。（二）題型設(shè)計(jì)與示例1.選擇題（每題2分，共10題，20分）考核目標(biāo)：基礎(chǔ)概念與易混淆知識點(diǎn)的區(qū)分。示例：（1）以下不屬于SCADA系統(tǒng)“四遙”功能的是（）A.遙測（TT）B.遙信（YX）C.遙控（YK）D.遙調(diào)（YT）E.遙判（YP）答案：E（“四遙”為遙測、遙信、遙控、遙調(diào)）。（2）AGC的首要控制目標(biāo)是（）A.保持系統(tǒng)頻率恒定B.保持聯(lián)絡(luò)線功率恒定C.實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度D.優(yōu)化無功分布答案：A（AGC的核心是頻率調(diào)節(jié)，聯(lián)絡(luò)線控制與經(jīng)濟(jì)調(diào)度是次要目標(biāo)）。2.填空題（每題2分，共5題，10分）考核目標(biāo)：關(guān)鍵知識點(diǎn)的記憶（如公式、流程、標(biāo)準(zhǔn)）。示例：（1）IEC____協(xié)議是電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域的______標(biāo)準(zhǔn)，其核心是______（如“面向?qū)ο蟆被颉胺謱咏Y(jié)構(gòu)”）。答案：通信；面向?qū)ο?。?）AVC系統(tǒng)的控制策略通常采用______（如“集中控制”或“分散控制”），通過調(diào)節(jié)______（如“發(fā)電機(jī)勵磁電流”或“變壓器分接頭”）實(shí)現(xiàn)電壓優(yōu)化。答案：集中控制；發(fā)電機(jī)勵磁電流（或變壓器分接頭）。3.簡答題（每題5分，共4題，20分）考核目標(biāo)：對知識點(diǎn)的理解與歸納能力。示例：（1）簡述SCADA系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及各層功能。答案要點(diǎn)：現(xiàn)場設(shè)備層：包括傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如斷路器），負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)（如電壓、電流）與執(zhí)行控制命令（如分閘）；（1分）通信層：包括通信線路（如光纜、無線）、協(xié)議（如IEC____），負(fù)責(zé)將現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸至主站，將主站命令傳輸至現(xiàn)場；（1分）主站層：包括服務(wù)器、工作站、數(shù)據(jù)庫，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理（如濾波、統(tǒng)計(jì)）、監(jiān)視控制（如畫面顯示、報(bào)警）、決策支持（如故障分析）；（2分）總結(jié)：SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“現(xiàn)場-主站”的閉環(huán)控制，是電力系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)。（1分）4.分析題（每題10分，共2題，20分）考核目標(biāo)：運(yùn)用知識分析實(shí)際問題的能力。示例：（1）某變電站SCADA系統(tǒng)顯示“10kV線路電流為0”，但現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)線路正常帶電。試分析可能的故障原因及解決措施。答案要點(diǎn)：故障原因1：電流變送器故障（如輸出信號中斷）；解決措施：更換變送器并校準(zhǔn)。（3分）故障原因2：通信線路中斷（如光纜斷裂）；解決措施：檢查通信線路，修復(fù)或更換光纜。（3分）故障原因3：主站數(shù)據(jù)庫配置錯誤（如該線路電流信號未關(guān)聯(lián)正確的I/O點(diǎn)）；解決措施：檢查數(shù)據(jù)庫配置，重新關(guān)聯(lián)I/O點(diǎn)并重啟系統(tǒng)。（3分）總結(jié)：故障排查應(yīng)遵循“現(xiàn)場設(shè)備→通信層→主站層”的順序，逐一驗(yàn)證。（1分）5.綜合應(yīng)用題（每題20分，共1題，20分）考核目標(biāo)：綜合運(yùn)用知識設(shè)計(jì)解決方案的能力（工程應(yīng)用導(dǎo)向）。示例：（1）某兩區(qū)域電力系統(tǒng)，區(qū)域A有2臺發(fā)電機(jī)（G1、G2），區(qū)域B有1臺發(fā)電機(jī)（G3），聯(lián)絡(luò)線功率設(shè)定值為P0=100MW，系統(tǒng)頻率設(shè)定值為50Hz。試設(shè)計(jì)AGC控制策略，要求：①畫出AGC控制框圖（包括區(qū)域控制中心、發(fā)電機(jī)控制器、聯(lián)絡(luò)線測量裝置）；②寫出區(qū)域A、區(qū)域B的AGC控制方程（假設(shè)區(qū)域控制誤差A(yù)CE=Δf+K×ΔP，K為聯(lián)絡(luò)線偏差系數(shù)）；③說明當(dāng)區(qū)域A負(fù)荷增加10MW時，AGC系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程（頻率、聯(lián)絡(luò)線功率、發(fā)電機(jī)出力的變化）。答案要點(diǎn)：①控制框圖：區(qū)域控制中心（ACC）接收頻率信號（Δf）、聯(lián)絡(luò)線功率信號（ΔP），計(jì)算ACE，發(fā)送控制命令至發(fā)電機(jī)控制器（GC），調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)出力（ΔP1、ΔP2、ΔP3）；（5分）②區(qū)域A控制方程：ACE_A=Δf+K_A×ΔP_AB（ΔP_AB為區(qū)域A向區(qū)域B的聯(lián)絡(luò)線功率偏差）；區(qū)域B控制方程：ACE_B=Δf+K_B×ΔP_BA（ΔP_BA=-ΔP_AB）；（5分）③調(diào)節(jié)過程：區(qū)域A負(fù)荷增加→頻率下降（Δf<0）→聯(lián)絡(luò)線功率增加（ΔP_AB>0）→ACE_A=Δf+K_A×ΔP_AB<0→區(qū)域A發(fā)電機(jī)（G1、G2）增加出力（ΔP1+ΔP2=10MW）→頻率回升至50Hz，聯(lián)絡(luò)線功率恢復(fù)至P0=100MW；區(qū)域B發(fā)電機(jī)（G3）出力不變（因ACE_B=Δf+K_B×ΔP_BA=0）。（10分）（三）試卷分析與教學(xué)改進(jìn)試卷批改后，需通過難度系數(shù)（P=平均得分/滿分）、區(qū)分度（D=高分組得分率-低分組得分率）分析試題質(zhì)量，并調(diào)整教學(xué)策略：1.難度系數(shù)：若某題P<0.5（太難），如綜合應(yīng)用題（1）難度系數(shù)0.3，說明學(xué)生對AGC控制策略的綜合應(yīng)用能力不足，需在后續(xù)教學(xué)中增加“兩區(qū)域AGC仿真”的實(shí)驗(yàn)課時，加強(qiáng)案例講解。2.區(qū)分度：若某題D<0.2（區(qū)分度差），如選擇題（2）區(qū)分度0.15，說明題目過于簡單，需調(diào)整選項(xiàng)（如將“AGC首要目標(biāo)”改為“AGC與AVC的主要區(qū)別”），提高區(qū)分度。3.整體分