2025年大学《系统科学与工程》专业题库- 智能电网系统工程在电力传输中的应用

2025年大学《系统科学与工程》专业题库——智能电网系统工程在电力传输中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、简答题（每题10分，共40分）1.请简述智能电网的核心特征，并说明系统科学中的哪些基本原理有助于理解和构建智能电网系统。2.阐述信息通信技术（ICT）在提升电力传输系统状态感知能力方面的主要应用方式及其系统层面的意义。3.系统工程方法在智能配电网的设计与优化中扮演着重要角色，请列举至少三种系统工程的关键活动，并说明它们如何在智能配电网应用中发挥作用。4.在将先进技术（如大数据分析、人工智能）应用于电力传输系统以提高效率或可靠性时，可能会引发哪些系统层面的挑战或风险？请选择其中一项进行详细说明。二、分析题（每题15分，共45分）5.假设一个地区的配电网正在考虑引入高级计量架构（AMI）和配电自动化（DA）系统。请运用系统思维，分析该系统引入可能对电网的运行、管理、用户以及电网与其他系统（如能源互联网）的交互产生哪些积极和潜在的消极影响。6.描述智能电网环境下，电力传输系统进行实时优化调度（如发电出力、潮流控制、储能配置）需要考虑哪些关键系统约束和目标。并简析如何运用系统科学与工程的优化理论或方法来应对这些复杂性。7.以“提高电力传输系统对可再生能源（如风能、太阳能）消纳能力”为例，说明系统工程的全生命周期方法（如需求分析、方案设计、实施部署、运行维护、评估改进）如何应用于该问题的解决过程。三、设计与论述题（20分）8.设想一个面临高峰负荷持续增长和可再生能源大规模接入挑战的城市区域电力传输系统。请结合系统工程的思想，初步构思一个智能电网系统解决方案的核心框架，并论述该方案如何在系统层面实现可靠性、经济性和环保性的平衡。试卷答案一、简答题（每题10分，共40分）1.答案：智能电网核心特征包括：信息通信技术与电力系统的深度融合、自愈能力、互动能力、供电可靠性与电能质量高、用电信息采集与管理能力、环境友好等。系统科学的基本原理如整体性原理（系统是整体而非各部分之和）、关联性原理（系统各要素间相互影响）、动态性原理（系统随时间变化）、层次性原理（系统内部存在不同层级）、反馈原理（系统行为对系统状态产生影响并调节）等，都为理解和构建需要高度集成、复杂互动、动态变化的智能电网提供了理论基础和方法指导。解析思路：第一步，准确列出智能电网的关键特征。第二步，明确系统科学的核心原理。第三步，关键在于阐述系统科学原理如何应用于智能电网的理解和构建中，强调其提供的思维方式和分析工具价值。2.答案：ICT在提升电力传输系统状态感知能力方面的主要应用方式包括：利用先进的传感器（如智能电表、在线监测装置）实时采集电压、电流、频率、温度、设备状态等海量数据；通过光纤、无线通信网络（如蜂窝网络、专网）实现数据的可靠、高速传输；利用云计算和数据中心平台进行数据的存储、处理和分析，形成对电网运行状态的全面、实时视图。其系统层面的意义在于，实现了从“被动响应”到“主动感知”的转变，为电网的精细化运行、故障快速定位、预测性维护和智能化决策提供了基础数据支撑，提升了电网的透明度和可控性。解析思路：第一步，具体说明ICT应用的几种技术手段（传感器、通信网络、数据处理）。第二步，描述这些手段共同实现的目标（实时、全面的状态感知）。第三步，重点分析其对整个电力传输系统带来的价值和影响（提升运行水平、决策能力等）。3.答案：系统工程的关键活动包括：需求分析（明确系统目标、功能、性能指标及约束条件）、系统设计（选择合适的技术方案、进行系统架构设计、模块详细设计）、系统实施（采购、建设、集成、测试）、系统运行与维护（保障系统稳定运行、进行故障处理、性能监控与优化）以及系统评估与改进（根据运行效果和新的需求对系统进行评价和迭代优化）。在智能配电网应用中，这些活动贯穿始终，确保从概念到实现再到优化的全过程都遵循系统化方法，有助于提高设计的科学性、实施的有效性和运行的经济性、可靠性。解析思路：第一步，清晰列出系统工程的关键活动名称。第二步，简要解释每个活动的核心内容。第三步，结合智能配电网的具体应用场景，说明这些活动是如何被应用和发挥作用的，强调其在保证系统成功中的重要性。4.答案：引入先进技术可能引发的系统层面挑战或风险中，选择“网络安全风险”进行说明。随着ICT技术的深度融入，电力传输系统面临来自内部和外部的多种网络攻击威胁（如黑客攻击、病毒传播、拒绝服务攻击）。这些攻击可能破坏数据传输的完整性、保密性，瘫痪控制系统，导致设备损坏、电网瘫痪、大面积停电等严重后果。此外，不同技术系统间的接口也可能成为攻击的薄弱点，增加了整体系统的安全防护难度和复杂度。应对此风险需要从系统层面采取纵深防御策略，包括物理安全、网络安全、数据安全、应用安全等多重防护措施，并建立完善的应急响应机制。解析思路：第一步，按要求选择一个具体的挑战或风险（如网络安全）。第二步，详细阐述该风险的具体表现、可能造成的后果。第三步，分析该风险在系统层面的特殊性（如跨领域、接口复杂），并提出系统化的应对思路或措施。二、分析题（每题15分，共45分）5.答案：引入AMI和DA系统对电力传输系统可能产生的积极影响包括：提升供电可靠性（通过FDIR快速隔离故障区域并恢复供电）；优化电网运行效率（通过实时数据调整潮流，减少线损）；增强用户服务能力（提供分时电价、需求响应接口，支持互动用电）；促进可再生能源消纳（更精确的负荷预测和发电预测，便于协调调度）；为电网规划和扩展提供数据支持。潜在的消极影响或挑战包括：巨大的初始投资成本；复杂的系统集成难度；数据安全和隐私保护问题；对操作人员技能提出新要求；可能产生的信息孤岛或标准不统一问题；网络安全风险增加。解析思路：第一步，运用系统思维，从多个维度（系统运行、管理、用户、交互）分类讨论。第二步，先列举积极影响，结合AMI和DA的功能说明其带来的好处。第三步，再列举潜在的消极影响或挑战，从技术、经济、管理、安全等多个系统要素可能存在的问题进行分析。6.答案：智能电网环境下，电力传输系统进行实时优化调度需要考虑的关键系统约束包括：功率平衡约束（发电有功必须等于负荷有功加网络损耗）；电压约束（节点电压幅值和相角必须在允许范围内）；线路潮流约束（线路实际潮流不得超过其热稳定或极限传输容量）；频率约束（系统频率必须在允许范围内波动）；安全约束（如N-1、N-k安全准则，即系统在失去部分元件后仍能保持稳定运行）；设备运行状态约束（如变压器分接头位置、开关状态限制）。关键系统目标通常包括：最大化系统运行经济性（最小化总发电成本或网损）；保障系统运行安全性（满足所有安全约束）；提高供电可靠性（最小化停电频率和持续时间）；优化电能质量（维持电压和频率在规定范围内）。运用系统科学与工程的优化理论（如线性规划、非线性规划、动态规划、智能优化算法）和方法（如模型构建、求解算法、灵敏度分析）可以应对这些复杂性，通过建立数学优化模型，在满足所有约束的前提下，寻求系统目标的最佳或次优解。解析思路：第一步，明确问题要求，区分“约束”和“目标”。第二步，逐一列举典型的系统约束条件，并稍作解释。第三步，列举典型的系统优化目标。第四步，说明如何运用系统科学与工程的优化理论和方法来处理这些问题，强调模型化、求解和评估的过程。7.答案：运用系统工程的全生命周期方法提高电力传输系统对可再生能源消纳能力的过程如下：在需求分析阶段，明确可再生能源的种类、接入规模和特性，分析现有系统的消纳瓶颈和薄弱环节，设定可再生能源渗透率目标和消纳能力提升指标。在方案设计阶段，基于需求分析结果，设计包含分布式电源接入、储能配置、灵活负荷调控、电力电子变换器应用、智能调度策略等在内的综合技术方案，并进行系统建模仿真评估。在实施部署阶段，按照设计方案进行设备采购、建设、安装、调试和系统集成，确保新方案顺利接入并运行。在运行维护阶段，对包含可再生能源的复杂系统进行实时监控、性能评估、故障诊断和快速响应，根据运行数据不断优化调度策略和控制参数。在评估改进阶段，定期对系统消纳能力、经济性、可靠性进行综合评估，根据评估结果和新的发展需求，对系统进行迭代优化或升级改造，形成持续改进的闭环管理。解析思路：第一步，清晰阐述系统工程全生命周期的各个阶段（需求分析、设计、实施、运行维护、评估改进）。第二步，针对“提高可再生能源消纳能力”这一具体问题，详细说明在每个阶段需要做什么、关注什么、采取什么行动。第三步，强调全生命周期方法的系统性和迭代性特点，以及其在解决复杂问题中的指导作用。三、设计与论述题（20分）8.答案：针对面临挑战的城市区域电力传输系统，初步构思的智能电网系统解决方案核心框架可包括：分层分区智能配电架构（如配电自动化、故障自愈、主动配电网）；集成化的能源管理系统（EMS）平台（实现源-网-荷-储协同优化调度）；广泛部署的储能系统（分散式储能、集中式储能）和可控负荷（需求响应）；先进的通信网络（如无线自愈网络、光纤通信）；用户侧智能互动系统（如智能电表、家庭储能、电动汽车V2G）。在系统层面实现可靠性、经济性和环保性的平衡，可以通过EMS平台对多种资源进行智能调度：利用储能平抑可再生能源波动，提高系统稳定性（可靠性）；通过需求响应转移高峰负荷，优化发电计划，降低系统运行成本（经济性）；优先消纳分布式可再生能源，减少化石燃料消耗和污染物排放（环保性）。同时，通过配电网自愈能力快速隔离故障