關(guān)于物理學方面的論文

　　　物理學是研究物質(zhì)運動最一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的學科，是當今最精密的一門自然科學學科。下文是學習啦小編為大家整理的關(guān)于物理學方面的論文的范文，歡迎大家閱讀參考!

　　物理學方面的論文篇1

　　試談物理學專業(yè)電動力學課程教學

　　動力學電磁現(xiàn)象的經(jīng)典的動力學理論。通常也稱為經(jīng)典電動力學，電動力學是它的簡稱。它研究電磁場的基本屬性、運動規(guī)律以及電磁場和帶電物質(zhì)的相互作用。

　　一、課程教學根本理念

　　第一，在教學中要尊重先生學習的主體性、教員教學的主導性，片面發(fā)揚先生的盲目性、自動性、發(fā)明性。第二，“電動力學”課程屬于專業(yè)根底課程，教學內(nèi)容布置上除了讓先生學習本門課程的根本知識、根本實際、根本思緒，與其他物理學分支也具有個性和特性的關(guān)系。針對這一特點，教師在教學中要留意引導先生類似性抽象思想。第三，教學應突出探求式教學辦法，改動傳統(tǒng)的教學形式，把信息技術(shù)與電動力學課程最大限制地整合，運用多種古代教育手腕優(yōu)化教學進程，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、在本課程教學中該當做到以下幾點

　　1.講授內(nèi)容應實際聯(lián)絡實踐

　　“電動力學”作爲一門專業(yè)學科課程，是師范院校物理專業(yè)的根底實際課。教學中要求先生掌握課程的根本知識、根本實際和根本原理，使先生加深對所授知識的了解，更可深入看法電動力學的實踐使用價值，到達學致使用的目的，同時提升先生剖析成績、處理成績的才能。

　　2.注重先生學習的主體性和集體性培育

　　從課程的設計到評價各個環(huán)節(jié)，在留意發(fā)揚教員在教學中主導作用的同134教改課改2016年3月時，應特別留意表現(xiàn)先生的學習主體位置，以充沛發(fā)揚先生的積極性和發(fā)掘?qū)W習潛能。要求先生能初步剖析消費、生活中的電動力學成績，以提升先生的剖析成績和處理成績的才能。在電動力學實際的學習中運用數(shù)學工具處置成績，使先生看法數(shù)學和物理的親密關(guān)系，培育先生運用數(shù)學工具處理物理成績的才能。培育先生自學才能，重要的不是教內(nèi)容，而是教給先生學習辦法。要充沛留意先生的興味、專長和根底等方面的集體差別，因材施教，依據(jù)這種差別性來確定學習目的和評價辦法，并提出相應的教學建議。課程規(guī)范在課程設計、教學方案、方案制定、內(nèi)容選取和教學評價等環(huán)節(jié)上，爲教學、學習提供了選擇余地和開展的空間。

　　3.運用多種古代教育手腕優(yōu)化教學環(huán)節(jié)

　　充沛應用古代化教學手腕，發(fā)揚信息化教學的劣勢，加強先生的學習興味，進一步強化需求掌握的知識點，拓寬知識面，加強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“電動力學”課程知識所觸及的相關(guān)迷信辦法，無效提升其發(fā)現(xiàn)成績、剖析成績、處理成績的才能。

　　4.具有良好的實驗條件，充沛保證明驗和理論訓練質(zhì)量

　　鼓舞先生展開科研理論訓練，參與各類科技競賽。實驗課及理論訓練要留意培育先生的邏輯思想、發(fā)明性思想，充沛應用好物理、電子競賽等創(chuàng)新平臺，促進電動力學課程的教學。

　　三、課程學習戰(zhàn)略探求

　　第一，針對“電動力學”是實際根底課的特點，先生必需堅持課前預習，預習進程中無意識地提出成績。課堂教學次要采用探求式課堂教學法，即每節(jié)課突出一個主題，講清論透相關(guān)原理知識，每個主題經(jīng)過師生多種方式的互動，教員及時理解、處理先生的疑問成績，以加強先生的學習興味。第二，將傳統(tǒng)板書、電子課件、網(wǎng)絡和視頻多種教學手腕相結(jié)合。如課內(nèi)講授與課外討論和制造相結(jié)合、根底實際教學與學科前沿講座結(jié)合、根本實際與科研理論訓練相結(jié)合。第三，鼓舞先生參與科研理論訓練和各類科技競賽。培育多樣化使用型人才，以培育使用型、復合型、技藝型人才，加強畢業(yè)生失業(yè)才能，完本錢課的預期目的。第四，電動力學也是一門理論性很強的課程，其研討對象是區(qū)別于實物的物質(zhì)形狀，具有籠統(tǒng)的特征。爲防止課程教學的數(shù)學化，我們將充沛使用當代信息技術(shù)的劣勢，比方說以視頻教學材料加強先生的理性看法和入手才能。再次，實驗課及理論訓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)揚先生的物理思想和物理探求才能。

　　四、課程教學辦法探求

　　本課程教學中應留意電動力學實際與理論的結(jié)合，尊重先生學習的主體性，適當布置指點性自習，培育先生的自學才能。增強對先生課前、課后的答疑輔導，注重先生才能的培育，使先生經(jīng)過對電動力學中根本實際的了解，看法和掌握電動力學原理的研討規(guī)律，開辟思緒，初步培育先生的科研思想。

　　1.“雙邊反應式”教學法

　　這種教學法由“自學”和“反應”兩局部構(gòu)成，其著眼點是先生在教員指點下的自學和教員由反應來的信息而停止的有重點的解說，使先生的才能在重復訓練中失掉錘煉。“自學”和“反應”表現(xiàn)了先生和教員的互相聯(lián)絡、互相配合、互相作用的訓練進程。

　　2.以成績爲中心，展開課堂討論

　　式教學法建議課堂教學中遵照迷信性、主體性、開展性準繩，采用以先生爲主體的小組討論式的辦法，從提出成績動手，激起先生學習的興味，讓先生有針對性地去探究并運用實際知識處理實踐成績;也可以針對教研室科研任務中遇到的成績設計討論或考慮題，以啟示先生剖析、討論有關(guān)電動力學成績，學習并穩(wěn)固電動力學知識，開辟思緒，培育科研思想。

　　3.倡導學導式的教學方式

　　在教員指點下，先生停止自學、自練，教員把先生在教學進程中的認知活動視爲教學活動的主體，讓先生自動地去獲取知識，開展各自才能，從而到達在充沛發(fā)揚先生自動性的根底上，滲入教員的正確引導，使教學單方各盡其能，各得其所。

　　4.多展開課外理論活動

　　課外理論訓練中，要留意培育先生的邏輯思想、發(fā)明性思想才能和素質(zhì)。鼓舞和指點有才能的先生進入科研理論訓練，參與各類科技競賽。將先生撰寫的課程小論文融入教學全進程,從中選出有質(zhì)量的項目進入科研理論訓練。充沛應用好物理、電子競賽等創(chuàng)新平臺，促進電動力學課程的教學，培育使用型、復合型、技藝型人才，加強畢業(yè)生失業(yè)才能。“電動力學”作爲一門探求性課程，在課堂教學中，要突出先生的參與性，使他們自動獲取而不是主動承受迷信結(jié)論，互動思想使先生覺得電動力學發(fā)人沉思，不難入門。“電動力學”與其他物理學分支具有“個性”和“特性”的關(guān)系。爲了激起先生學習興味，可以常常采用課堂討論方式，由先生發(fā)問，在教員引導下大家討論，總結(jié)得出正確結(jié)論。由于剖析“電動力學”需求運用籠統(tǒng)思想，所以課堂教學應充沛運用多媒體，盡量運用圖像和顏色搭配，使先生樹立正確的物理圖像。留意“信息技術(shù)”與“電動力學”課程的無效整合，這關(guān)于全體優(yōu)化教學進程，進步先生的專業(yè)知識學習效果、進步先生的信息技術(shù)才能、培育先生的協(xié)作認識和創(chuàng)新肉體均具有嚴重的理想意義。同時，可將教學實際使用到創(chuàng)新理論才能訓練中，使用到物理、電子等各類競賽中。

　　參考文獻：

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　　物理學方面的論文篇2

　　試談電力信息物理融合系統(tǒng)

　　【摘 要】嵌入式系統(tǒng)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)的快速發(fā)展使構(gòu)建未來智能電網(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)為實現(xiàn)未來智能電網(wǎng)提供了新的思路。本文對CPPS平臺進行了初步研究分析，介紹了應用于CPPS中的同步PMU技術(shù)、開放式通信網(wǎng)絡、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、環(huán)保壓力的推動，以及用戶對電能質(zhì)量(QoS)要求的不斷提高，當代電力系統(tǒng)不再符合社會的發(fā)展需求，智能電網(wǎng)(Smart Grid)成為未來電力系統(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方面：

　　1)分布式電源(Distributed Generation，DG)大量接入電網(wǎng)導致的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。由于DG的大量接入使電網(wǎng)變成一個故障電流和運行功率雙向流動的有源網(wǎng)絡，增加了系統(tǒng)的復雜度和脆弱度，因此亟需發(fā)展智能電網(wǎng)以解決DG大量接入電網(wǎng)導致的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。

　　2)電力用戶對電能質(zhì)量(QoS)要求的不斷提高。現(xiàn)代社會短時間的停電也會給高科技產(chǎn)業(yè)帶來巨額的經(jīng)濟損失，近年來發(fā)生的大停電事故更是給社會帶來了難以估量的經(jīng)濟損失。因此，亟需建立堅強自愈的智能電網(wǎng)以提供優(yōu)質(zhì)的電力服務。

　　論文主體結(jié)構(gòu)如下：第1部分介紹了近年來信息物理系統(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)的硬件平臺模型;第3部分介紹了同步相量測量裝置(Phasor Measurement Units，PMU)技術(shù);第4部分對CPPS中的開放式通信網(wǎng)絡進行了初步分析;第5部分對CPPS的分布式控制技術(shù)進行了簡單介紹;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)展得益于近年來嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、計算機技術(shù)以及網(wǎng)絡通信技術(shù)等的高速發(fā)展，其最終目標是實現(xiàn)對物理世界隨時隨地的控制。CPS通過嵌入數(shù)量巨大、種類繁多的無線傳感器而實現(xiàn)對物理世界的環(huán)境感知，通過高性能、開放式的通信網(wǎng)絡實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部安全、及時、可靠地通信，通過高精度、可靠的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實現(xiàn)自主協(xié)調(diào)、遠程精確控制的目標[1]。

　　CPS技術(shù)已經(jīng)在倉儲物流、自主導航汽車、無人飛機、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，并且未達成一致結(jié)論。IBM中國公司高級電力專家Martin Hauske認為智能電網(wǎng)有3個層面的含義：首先利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵設備的運行狀況進行實時監(jiān)控;然后把獲得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡系統(tǒng)進行傳輸、收集、整合;最后通過對實時數(shù)據(jù)的分析、挖掘，達到對整個電力系統(tǒng)運行進行優(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，它們均強調(diào)利用前沿通信技術(shù)和高端控制技術(shù)增強對系統(tǒng)的環(huán)境感知和控制能力。因此，在CPS基礎上建立的CPPS為促進電力一次系統(tǒng)與電力信息系統(tǒng)的深度融合，最終實現(xiàn)構(gòu)建完整的智能電網(wǎng)提供了新的思路和實現(xiàn)途徑。

　　2 CPPS的硬件平臺架構(gòu)

　　基于分布式能源廣泛接入電網(wǎng)所引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題以及建立堅強自愈智能電網(wǎng)的總體目標，建立安全、穩(wěn)定、可靠的智能電網(wǎng)成為未來電力系統(tǒng)研究的重要方向，同時也是CPPS研究的主要內(nèi)容。

　　傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)監(jiān)測手段主要有基于電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)監(jiān)測的SCADA/EMS系統(tǒng)和側(cè)重于電磁暫態(tài)過程監(jiān)測的各種故障錄波儀，保護控制方式主要有基于SCADA主站的集中控制方式和基于保護控制裝置安裝處的就地控制方式[5]。就地控制方式易于實現(xiàn)，并且響應速度快，但是由于利用的信息有限，控制性能不夠完善，不能預測和解決系統(tǒng)未知故障，對于電力系統(tǒng)多重反應故障更不能準確動作。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，但是計算數(shù)據(jù)龐大、通信環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)響應速度慢，并且現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)主要對電力系統(tǒng)進行穩(wěn)態(tài)分析，不能對電力系統(tǒng)的動態(tài)運行進行有效地控制。

　　針對目前電力系統(tǒng)監(jiān)測、控制手段的不足，要建立堅強自愈的未來智能電網(wǎng)，必須建立相應的廣域保護的實時動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，CPPS的硬件平臺就是在此基礎上建立起來的。

　　CPPS的硬件平臺6層體系架構(gòu)如圖1所示，主要包括：物理層(電力一次設備)、傳感驅(qū)動層(同步PMU)、分布式控制層(智能終端單元STU、智能電子裝置IED等)、過程控制層(控制子站PLC)、高級優(yōu)化控制層(SCADA主站控制中心)和信息層(開放式通信網(wǎng)絡)。

　　其中，底層的物理層是指電力系統(tǒng)的一次設備，如發(fā)電廠、輸配電網(wǎng)等。傳感驅(qū)動層主要用于對電力系統(tǒng)的動態(tài)運行參數(shù)進行實時監(jiān)控，測量參數(shù)包括電流、電壓、相角等，在CPPS中廣泛使用的測量裝置是同步PMU。分布式控制層主要包括各STU/IED，為廣域保護的分布式就地控制提供反饋控制回路。過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，通過收集多個測量節(jié)點的數(shù)據(jù)信息，建立系統(tǒng)層面的控制回路，并做出相應的控制決策。高級優(yōu)化控制層是指調(diào)度中心控制主站，主要為電力系統(tǒng)的動態(tài)運行提供人工輔助優(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，注意信息層并不是單獨的一層，而是重疊搭接CPPS的各個分層，為CPPS內(nèi)部各組件提供安全、及時、可靠的通信。

　　上文給出了CPPS的硬件平臺模型，但要在電力系統(tǒng)中具體實現(xiàn)CPPS，涉及諸多方面的技術(shù)難題，下面對CPPS中的同步PMU、開放式通信網(wǎng)絡以及分布式控制等分別加以簡單介紹。

　　3 同步PMU測量技術(shù)

　　同步PMU是構(gòu)建CPPS的基礎，它為CPPS中廣域保護的動態(tài)監(jiān)測提供了豐富的測量數(shù)據(jù)。同步PMU裝置主要對電力系統(tǒng)內(nèi)部的同步相量進行測量和輸出，裝設點包括大型發(fā)電廠、聯(lián)絡線落點、重要負荷連接點以及HVDC、SVC等控制系統(tǒng)，測量數(shù)據(jù)包括線路的三相電壓、三相電流、開關(guān)量以及發(fā)電機端的三相電壓、三相電流、開關(guān)量、勵磁電流、勵磁電壓、勵磁信號、氣門開度信號、AGC、AVC、PSS等控制信號[6]。利用測得的數(shù)據(jù)可以進行系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度分析，為電力系統(tǒng)的動態(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)的秒脈沖對時脈沖與標準時間信號送入A/D轉(zhuǎn)換器和CPU單元，作為數(shù)據(jù)采集和向量計算的標準時間源。由電壓、電流互感器測得的三相電流、電壓經(jīng)過濾波整形和A/D轉(zhuǎn)換后，送到CPU單元進行離散傅里葉計算，求出同步相量后再進行輸出。注意，發(fā)電機PMU除了測量機端電壓、電流和勵磁電壓、電流以外，還需接入鍵相脈沖信號用以測量發(fā)電機功角[7]。

　　4 CPPS的開放式通信網(wǎng)絡

　　建立CPPS的開放式通信網(wǎng)絡，應該在保證安全、及時、可靠的通信的基礎上，使系統(tǒng)具有高度的開放性，支持自動化設備與應用軟件的即插即用，支持分布式控制與集中控制的結(jié)合。對于建立的開放式通信網(wǎng)絡，需要進行通信實時性分析、網(wǎng)絡安全性和可靠性分析。

　　4.1 IEC 61850標準的應用

　　IEC 61850標準作為新一代的網(wǎng)絡通信標準而運用于智能變電站中，支持設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標準是智能變電站的網(wǎng)絡通信標準，同時正在進一步發(fā)展成為智能電網(wǎng)的通信標準[8]，因此，使用IEC 61850作為CPPS通信網(wǎng)路的通信標準是最佳選擇。

　　IEC 61850的核心技術(shù)[9]包括面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)、XML(可擴展標記語言)技術(shù)、軟件復用技術(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)絡配置與分析

　　對于CPPS開放式通信網(wǎng)絡的網(wǎng)絡配置，可參考智能變電站的三層二網(wǎng)式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)配置，構(gòu)建CPPS的3層式通信網(wǎng)絡，如圖3所示。

　　其中，底層為位于發(fā)電廠、變電站和重要負荷處的大量PMU、STU/IED，分別負責采集實時信息和執(zhí)行保護控制功能。中間層為控制子站(過程控制單元PLC)，每個控制子站與多個PMU、STU/IED相連，以完成該分區(qū)系統(tǒng)層面的保護控制，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，以實現(xiàn)CPPS的廣域保護控制功能。注意，各層設備均嵌入GPS實現(xiàn)精確對時，保證全系統(tǒng)的同步數(shù)據(jù)采樣。

　　5 CPPS的分布式控制機理

　　要建立堅強自愈的智能電網(wǎng)，必須利用新型控制機理建立可靠的電力控制系統(tǒng)。根據(jù)電力故障擴大的路徑和范圍以及故障的時間演變過程，文獻[10-11]中提出建立時空協(xié)調(diào)的大停電防御框架，建立了電力系統(tǒng)的3道防線，為實現(xiàn)智能電網(wǎng)的廣域動態(tài)保護控制奠定了良好的基礎。

　　電力系統(tǒng)的分布式控制(Distributed Control，DC)是相對于傳統(tǒng)的SCADA主站集中控制方式而言的，指的是多機系統(tǒng)，即用多臺計算機(指嵌入式系統(tǒng)，包括PLC控制子站和STU/IED等)分別控制不同的設備和對象(如發(fā)電機、負荷、保護裝置等)，各自構(gòu)成獨立的子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)之間通過通信網(wǎng)絡互聯(lián)，通過對任務的相互協(xié)調(diào)和分配而完成系統(tǒng)的整體控制目標[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，其控制目標應該是保證系統(tǒng)在不嚴重故障下的穩(wěn)定性，防止故障的蔓延。過程控制層是在系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生嚴重故障時(級聯(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。通常針對可能會使系統(tǒng)失穩(wěn)的特定故障，往往需要投切非故障設備以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。廣域的緊急控制措施應該在故障被識別出的第一時間立即實施，控制措施實施越晚，控制效果越差。優(yōu)化控制層是在前兩層控制均拒動或欠控制而沒有取得控制效果，同時在檢測到各種不穩(wěn)定現(xiàn)象后所采取的控制措施，通常需要進行多輪次的切負荷和振蕩解列。在電力恢復階段，要有自適應的黑啟動和自痊愈的控制方案。

　　6 結(jié)語

　　將CPS方法引入到電力系統(tǒng)中，建立CPPS的模型平臺，為建立堅強自愈的智能電網(wǎng)提供新的思路。文中對CPPS中的同步PMU測量技術(shù)、開放式通信網(wǎng)絡技術(shù)、分布式控制技術(shù)分別進行了簡單介紹。

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