变电站自动化技术课程教学大纲

课程名称：	变电站自动化技术	课程模块编码：	6013A702
总学时数：	32	课内实践学时数：	4
学    分：	2	开课单位：	电信学院
先修课程：	计算机应用、单片微机原理及应用、自动控制原理、电气设备与供配电系统、电气控制与PLC、电力系统分析、继电保护原理
适用专业：	电气BG

 

一、课程性质、目的和任务

《变电站综合自动化现场技术》，是电气工程及其自动化专业面向应用的一门专业任选课，是电力系统继电保护及自动化方向与发电厂及电力系统方向的核心专业课程。本课程以“变电站综合自动化系统”为载体，通过该课程的学习使学生初步掌握变电站综合自动化变电站综合自动化系统的原理、结构、功能以及实际应用，为今后从事变电站综合自动化系统的研究设计、生产制造、运行维护等工作奠定基础。

通过本课程的学习，达到以下教学目标：

1、工程知识

掌握必要的变电站综合自动化的基本知识。能够应用变电站综合自动化的基本知识解决复杂工程技术问题。

2、问题分析

能够理解并恰当表述控制工程实际问题。能够找到合适的解决电气工程实际问题的方案与方法。在一定的限制条件下能够合理解决电气工程实际问题。

3、设计/开发解决方案

能够运用变电站综合自动化的基本知识进行产品规划与设计并体现创新意识。

4、环境和可持续发展

针对电气工程及相关领域的复杂工程问题，能够分析和评价工程实践对环境、社会可持续发展的影响。

 

表1 课程教学目标对专业毕业要求的支撑

 

二、教学内容及教学基本要求

第一章 变电站综合自动化系统概述

1、教学要求

掌握国内无人值班的发展简况，变电站实现无人值班的目的和意义。

了解变电站综合自动化技术的必然性与发展过程，国外无人值班的发展简况。

2、教学内容

第一节  变电站综合自动化技术的必然性与发展过程

知识要点：变电站自动化是技术发展的必然趋势，国外变电站综合自动化的早期发展概况，我国变电站自动化的发展过程。

第二节  变电站综合自动化与无人值班

知识要点：国外无人值班的发展简况，国内无人值班的发展简况，变电站实现无人值班的目的和意义，变电站综合自动化全面提高无人值班变电站的技术水平。

3、本章重点、难点

本章重点：变电站实现无人值班的目的和意义，国内无人值班的发展简况

本章难点：变电站实现无人值班的目的和意义

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验(课内实践、上机)0学时。

 

第二章 变电站自动化系统的基本功能

1、教学要求

掌握变电站自动化系统的内涵，继电保护子系统，自动控制子系统，变电站综合自动化系统的特点。

理解电能量计量子系统。

了解变电站综合自动化系统的通信功能，谐波分析与监视系统。

2、教学内容

第一节  变电站自动化系统的内涵

知识要点：变电站自动化系统的内涵

第二节 监控子系统

知识要点：数据采集，模拟量的采样方式，数据采集途径，安全监控功能，操作与控制功能，人机联系功能，运行记录功能，对时功能。

第三节 继电保护子系统

知识要点：继电保护的基本任务，对继电保护的基本要求，微机保护子系统内容，微机保护的优越性。

第四节 电能量计量子系统

知识要点：电能量计量装置的发展历程，变电站自动化系统对电能量计量系统的管理模式。

第五节 自动控制子系统

知识要点：变电站的电压、无功综合控制，备用电源自投控制，低频率减负荷控制。

第六节 谐波分析与监视系统

正弦波形畸变指标，谐波源分析，电力系统谐波监测方法，电力系统中谐波的抑制。

第七节 变电站综合自动化系统的通信功能 

综合自动化系统的现场级通信，综合自动化系统与上级调度通信。

第八节 变电站综合自动化系统的特点 

功能综合化，分级分布式，微机化的系统结构，测量显示数字化，操作监视屏幕化，运行管理智能化

3、本章重点、难点

本章重点：变电站自动化系统的内涵，继电保护子系统，电能量计量子系统，自动控制子系统，谐波分析与监视系统，变电站综合自动化系统的通信功能

本章难点：继电保护子系统

4、本章学时数

本章教学时数：8学时，其中讲课6学时，实验(课内实践、上机2学时。

 

第三章 变电站自动化系统的结构

1、教学要求

掌握自动化系统的硬件结构模式，变电站自动化系统的分层和逻辑接口，变电站的智能电子系统。

2、教学内容

第一节  概述

知识要点：变电站自动化系统的分层和逻辑接口，变电站的智能电子系统。

第二节  自动化系统的硬件结构模式

知识要点：集中式的综合自动化系统，分层（级）分布式系统集中组屏的结构模式，分布分散式与集中相结合的自动化系统结构模式，分布分散式的变电站自动化系统结构模式。

3、本章重点、难点

本章重点：自动化系统的硬件结构模式

本章难点：分层（级）分布式系统集中组屏的结构模式

4、本章学时数

本章教学时数：4学时，其中讲课4学时，实验(课内实践、上机)0学时。

 

第四章 数字量的输入/输出

1、教学要求

理解输入/输出信息的组成，输入/输出信息的传送方式，开关量输入/输出接口电路，开关量输入/输出的抗干扰措施。

了解CPU对输入/输出的控制方式。

2、教学内容

第一节 概述

知识要点：采集的信息：模拟量、开关量、脉冲量和广义读表数

第二节 输入/输出信息的组成

知识要点：数字信息，状态信息，控制信息。

第三节 输入/输出信息的传送方式

知识要点：并行传送，串行传送。

第四节 CPU对输入/输出的控制方式

知识要点：同步传送方式，查询传送方式，中断控制输入/输出方式，直接存储器访问方式（DMA方式）。

第五节 开关量输入/输出接口电路

知识要点：开关量输入接口电路，开关量输出接口电路。

第六节 开关量输入/输出的抗干扰措施

知识要点：光电隔离，继电器隔离，继电器和光电耦合双重隔离。

3、本章重点、难点

本章重点：输入/输出信息的组成，输入/输出信息的传送方式，开关量输入/输出接口电路。

本章难点：CPU对输入/输出的控制方式，开关量输入/输出的抗干扰措施

4、本章学时数

本章教学时数：8学时，其中讲课6学时，实验(课内实践、上机)2学时。

 

第五章 模拟量的输入、输出

1、教学要求

掌握模拟量输入/输出通道的组成，采样保持器的作用。

理解多路转换器（模拟多路开关）。

了解A/D转换器的主要技术性能。

2、教学内容

第一节  模拟量输入/输出通道的组成

知识要点：传感器，信号处理环节，多路模拟开关，采样保持器，模/数（A/D）转换器，模拟量输入通道。

第二节 A/D转换器的主要技术性能

知识要点：分辨率，准确度，转换时间，量程，输出逻辑电平，工作温度范围。

第三节 多路转换器（模拟多路开关）

知识要点：多路开关的作用和要求，常用的多路开关集成电路芯片，微机保护子系统内容，微机保护的优越性。

第四节 采样保持器的作用

知识要点：保证转换时的误差在A/D转换器的量化误差内，实现多个模拟量的同步采样。

3、本章重点、难点

本章重点：模拟量输入/输出通道的组成，路转换器（模拟多路开关）

本章难点：采样保持器的作用

4、本章学时数

本章教学时数：4学时，其中讲课4学时，实验(课内实践、上机)0学时。

 

第六章 变电站自动化系统的数据通信

1、教学要求

理解变电站内的信息传输，变电站自动化系统的信息传输网，现场总线通信网络。

了解网络通信。

2、教学内容

第一节 变电站内的信息传输

知识要点：过程层与间隔层的信息交换，间隔层内设备间的通信，间隔层与变电站层的通信，变电站层的内部通信。

第二节 变电站自动化系统的信息传输网络

知识要点：变电站自动化系统通信网络的要求，串行通信接口EIA-RS-232C和EIA-RS-422/485。

第三节 现场总线通信网络

知识要点：现场总线定义，现场总线的优点。

第四节 网络通信

知识要点：现场总线通信网络，以太网。

3、本章重点、难点

本章重点：变电站内的信息传输，变电站自动化系统的信息传输网，现场总线通信网络

本章难点：现场总线通信网络，网络通信

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验(课内实践、上机)0学时。

 

第七章 变电站与调度中心的通信标准

1、教学要求

掌握IEC 60870-5系列国际标准，调度中心之间的计算机网络通信标准，当前IEC TC57已有标准协议存在的问题。

了解远动无缝传输协议IEC 61850。

2、教学内容

第一节 现有的国际标准

知识要点：IEC 60870-5系列国际标准，调度中心之间的计算机网络通信标准，当前IEC TC57已有标准协议存在的问题。

第二节 远动无缝传输协议IEC 61850

知识要点：建立远动的无缝通信体系结构是今后的发展方向，主要特征，IEC 61850变电站通信网络和系统的特点，积极开展IEC 61850通信标准的研究。

3、本章重点、难点

本章重点：现有的国际标准

本章难点：远动无缝传输协议IEC 61850

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验(课内实践、上机)0学时。

 

第八章 变电站综合自动化系统的调试、维护、运行

1、教学要求

掌握综合自动化系统的调试，使用与维护。

了解运行管理。

2、教学内容

第一节 综合自动化系统的调试

知识要点：目的，具体工作，调试内容。

第二节 综合自动化系统的运行管理

知识要点：管理分类，目的。

第三节 综合自动化系统的使用与维护

知识要点：综合自动化系统使用注意事项，维护要领。

3、本章重点、难点

本章重点：综合自动化系统的调试，运行管理，使用与维护

本章难点：综合自动化系统的调试

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验(课内实践、上机)0学时。

三、课内实践环节教学安排及要求

注：实验类型是指验证性、综合性、设计性，上机、课内实践等项目不需填写本项内容。

 

四、教学手段、方法建议

课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施。

本课程将以“控制系统建模及性能分析”为主线，主要介绍控制系统建模及性能分析的相关知识，重点培养学生应用自动控制原理基本知识并使用现代工具软件分析、研究、解决复杂工程问题的能力。

本课程采用国家“十二五”规划教材，结合学生个性特点，因材施教。本课程的课堂教学将充分利用数字化技术、网络技术制作丰富多彩的教学课件和辅导材料，调动学习积极性，提高教学效率。

 

五、考核内容及考核方式

考核内容

1、变电站综合自动化系统概述。

2、变电站自动化系统的基本功能。

3、变电站自动化系统的结构。

4、数字量的输入/输出。

5、模拟量的输入、输出。

6、变电站自动化系统的数据通信。

7、变电站与调度中心的通信标准。

8、变电站综合自动化系统的调试、维护、运行。

 

1．考核方式：考试（）；考查（√ ）

2．成绩评定：计分制：百分制（）；五级分制（√）；两级分制（ ）

3．总评成绩构成：采用（N+2）考核模式：笔记考核（10）％；过程考核（40）％；结课考核（50）％。

其中过程考核构成：随堂测试（40）％；习题作业（20）％；实验（20）％；考勤考纪（20）％等。

六、建议教材及参考资料

建议教材：

1. 《变电站综合自动化现场技术》，樊爱龙、关大陆主编，辽宁科技学院校内印刷

2. 《变电站综合自动化》，国家电网公司人力资源部，中国电力出版社，2010年

参考资料：

1. 《变电站综合自动化技术及应用》，马大中编著，人民邮电出版社，2014年

2. 《变电站综合自动化原理及运用》，丁书文主编，中国电力出版社，2010年 

3. 《变电站综合自动化系统运行技术》，王显平主编，中国电力出版社，2012年

七、大纲说明

需要特殊表述的大纲中未尽事宜，如课程改革、整合情况等。

 

执   笔   人：李润生

参加研讨人员：樊爱龙、高长伟

审   核   人：关大陆

审   批   人：赵双元