2025年大學(xué)《系統(tǒng)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫(kù)——智能電網(wǎng)系統(tǒng)工程在電力傳輸中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)答題（每題10分，共40分）1.請(qǐng)簡(jiǎn)述智能電網(wǎng)的核心特征，并說(shuō)明系統(tǒng)科學(xué)中的哪些基本原理有助于理解和構(gòu)建智能電網(wǎng)系統(tǒng)。2.闡述信息通信技術(shù)（ICT）在提升電力傳輸系統(tǒng)狀態(tài)感知能力方面的主要應(yīng)用方式及其系統(tǒng)層面的意義。3.系統(tǒng)工程方法在智能配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化中扮演著重要角色，請(qǐng)列舉至少三種系統(tǒng)工程的關(guān)鍵活動(dòng)，并說(shuō)明它們?nèi)绾卧谥悄芘潆娋W(wǎng)應(yīng)用中發(fā)揮作用。4.在將先進(jìn)技術(shù)（如大數(shù)據(jù)分析、人工智能）應(yīng)用于電力傳輸系統(tǒng)以提高效率或可靠性時(shí)，可能會(huì)引發(fā)哪些系統(tǒng)層面的挑戰(zhàn)或風(fēng)險(xiǎn)？請(qǐng)選擇其中一項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。二、分析題（每題15分，共45分）5.假設(shè)一個(gè)地區(qū)的配電網(wǎng)正在考慮引入高級(jí)計(jì)量架構(gòu)（AMI）和配電自動(dòng)化（DA）系統(tǒng)。請(qǐng)運(yùn)用系統(tǒng)思維，分析該系統(tǒng)引入可能對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行、管理、用戶以及電網(wǎng)與其他系統(tǒng)（如能源互聯(lián)網(wǎng)）的交互產(chǎn)生哪些積極和潛在的消極影響。6.描述智能電網(wǎng)環(huán)境下，電力傳輸系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度（如發(fā)電出力、潮流控制、儲(chǔ)能配置）需要考慮哪些關(guān)鍵系統(tǒng)約束和目標(biāo)。并簡(jiǎn)析如何運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)與工程的優(yōu)化理論或方法來(lái)應(yīng)對(duì)這些復(fù)雜性。7.以“提高電力傳輸系統(tǒng)對(duì)可再生能源（如風(fēng)能、太陽(yáng)能）消納能力”為例，說(shuō)明系統(tǒng)工程的全生命周期方法（如需求分析、方案設(shè)計(jì)、實(shí)施部署、運(yùn)行維護(hù)、評(píng)估改進(jìn)）如何應(yīng)用于該問(wèn)題的解決過(guò)程。三、設(shè)計(jì)與論述題（20分）8.設(shè)想一個(gè)面臨高峰負(fù)荷持續(xù)增長(zhǎng)和可再生能源大規(guī)模接入挑戰(zhàn)的城市區(qū)域電力傳輸系統(tǒng)。請(qǐng)結(jié)合系統(tǒng)工程的思想，初步構(gòu)思一個(gè)智能電網(wǎng)系統(tǒng)解決方案的核心框架，并論述該方案如何在系統(tǒng)層面實(shí)現(xiàn)可靠性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的平衡。試卷答案一、簡(jiǎn)答題（每題10分，共40分）1.答案：智能電網(wǎng)核心特征包括：信息通信技術(shù)與電力系統(tǒng)的深度融合、自愈能力、互動(dòng)能力、供電可靠性與電能質(zhì)量高、用電信息采集與管理能力、環(huán)境友好等。系統(tǒng)科學(xué)的基本原理如整體性原理（系統(tǒng)是整體而非各部分之和）、關(guān)聯(lián)性原理（系統(tǒng)各要素間相互影響）、動(dòng)態(tài)性原理（系統(tǒng)隨時(shí)間變化）、層次性原理（系統(tǒng)內(nèi)部存在不同層級(jí)）、反饋原理（系統(tǒng)行為對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)產(chǎn)生影響并調(diào)節(jié)）等，都為理解和構(gòu)建需要高度集成、復(fù)雜互動(dòng)、動(dòng)態(tài)變化的智能電網(wǎng)提供了理論基礎(chǔ)和方法指導(dǎo)。解析思路：第一步，準(zhǔn)確列出智能電網(wǎng)的關(guān)鍵特征。第二步，明確系統(tǒng)科學(xué)的核心原理。第三步，關(guān)鍵在于闡述系統(tǒng)科學(xué)原理如何應(yīng)用于智能電網(wǎng)的理解和構(gòu)建中，強(qiáng)調(diào)其提供的思維方式和分析工具價(jià)值。2.答案：ICT在提升電力傳輸系統(tǒng)狀態(tài)感知能力方面的主要應(yīng)用方式包括：利用先進(jìn)的傳感器（如智能電表、在線監(jiān)測(cè)裝置）實(shí)時(shí)采集電壓、電流、頻率、溫度、設(shè)備狀態(tài)等海量數(shù)據(jù)；通過(guò)光纖、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)（如蜂窩網(wǎng)絡(luò)、專網(wǎng)）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠、高速傳輸；利用云計(jì)算和數(shù)據(jù)中心平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和分析，形成對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的全面、實(shí)時(shí)視圖。其系統(tǒng)層面的意義在于，實(shí)現(xiàn)了從“被動(dòng)響應(yīng)”到“主動(dòng)感知”的轉(zhuǎn)變，為電網(wǎng)的精細(xì)化運(yùn)行、故障快速定位、預(yù)測(cè)性維護(hù)和智能化決策提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，提升了電網(wǎng)的透明度和可控性。解析思路：第一步，具體說(shuō)明ICT應(yīng)用的幾種技術(shù)手段（傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理）。第二步，描述這些手段共同實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)（實(shí)時(shí)、全面的狀態(tài)感知）。第三步，重點(diǎn)分析其對(duì)整個(gè)電力傳輸系統(tǒng)帶來(lái)的價(jià)值和影響（提升運(yùn)行水平、決策能力等）。3.答案：系統(tǒng)工程的關(guān)鍵活動(dòng)包括：需求分析（明確系統(tǒng)目標(biāo)、功能、性能指標(biāo)及約束條件）、系統(tǒng)設(shè)計(jì)（選擇合適的技術(shù)方案、進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)）、系統(tǒng)實(shí)施（采購(gòu)、建設(shè)、集成、測(cè)試）、系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)（保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、進(jìn)行故障處理、性能監(jiān)控與優(yōu)化）以及系統(tǒng)評(píng)估與改進(jìn)（根據(jù)運(yùn)行效果和新的需求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)和迭代優(yōu)化）。在智能配電網(wǎng)應(yīng)用中，這些活動(dòng)貫穿始終，確保從概念到實(shí)現(xiàn)再到優(yōu)化的全過(guò)程都遵循系統(tǒng)化方法，有助于提高設(shè)計(jì)的科學(xué)性、實(shí)施的有效性和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性。解析思路：第一步，清晰列出系統(tǒng)工程的關(guān)鍵活動(dòng)名稱。第二步，簡(jiǎn)要解釋每個(gè)活動(dòng)的核心內(nèi)容。第三步，結(jié)合智能配電網(wǎng)的具體應(yīng)用場(chǎng)景，說(shuō)明這些活動(dòng)是如何被應(yīng)用和發(fā)揮作用的，強(qiáng)調(diào)其在保證系統(tǒng)成功中的重要性。4.答案：引入先進(jìn)技術(shù)可能引發(fā)的系統(tǒng)層面挑戰(zhàn)或風(fēng)險(xiǎn)中，選擇“網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)”進(jìn)行說(shuō)明。隨著ICT技術(shù)的深度融入，電力傳輸系統(tǒng)面臨來(lái)自內(nèi)部和外部的多種網(wǎng)絡(luò)攻擊威脅（如黑客攻擊、病毒傳播、拒絕服務(wù)攻擊）。這些攻擊可能破壞數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?、保密性，癱瘓控制系統(tǒng)，導(dǎo)致設(shè)備損壞、電網(wǎng)癱瘓、大面積停電等嚴(yán)重后果。此外，不同技術(shù)系統(tǒng)間的接口也可能成為攻擊的薄弱點(diǎn)，增加了整體系統(tǒng)的安全防護(hù)難度和復(fù)雜度。應(yīng)對(duì)此風(fēng)險(xiǎn)需要從系統(tǒng)層面采取縱深防御策略，包括物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全、應(yīng)用安全等多重防護(hù)措施，并建立完善的應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制。解析思路：第一步，按要求選擇一個(gè)具體的挑戰(zhàn)或風(fēng)險(xiǎn)（如網(wǎng)絡(luò)安全）。第二步，詳細(xì)闡述該風(fēng)險(xiǎn)的具體表現(xiàn)、可能造成的后果。第三步，分析該風(fēng)險(xiǎn)在系統(tǒng)層面的特殊性（如跨領(lǐng)域、接口復(fù)雜），并提出系統(tǒng)化的應(yīng)對(duì)思路或措施。二、分析題（每題15分，共45分）5.答案：引入AMI和DA系統(tǒng)對(duì)電力傳輸系統(tǒng)可能產(chǎn)生的積極影響包括：提升供電可靠性（通過(guò)FDIR快速隔離故障區(qū)域并恢復(fù)供電）；優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行效率（通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)調(diào)整潮流，減少線損）；增強(qiáng)用戶服務(wù)能力（提供分時(shí)電價(jià)、需求響應(yīng)接口，支持互動(dòng)用電）；促進(jìn)可再生能源消納（更精確的負(fù)荷預(yù)測(cè)和發(fā)電預(yù)測(cè)，便于協(xié)調(diào)調(diào)度）；為電網(wǎng)規(guī)劃和擴(kuò)展提供數(shù)據(jù)支持。潛在的消極影響或挑戰(zhàn)包括：巨大的初始投資成本；復(fù)雜的系統(tǒng)集成難度；數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)問(wèn)題；對(duì)操作人員技能提出新要求；可能產(chǎn)生的信息孤島或標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一問(wèn)題；網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)增加。解析思路：第一步，運(yùn)用系統(tǒng)思維，從多個(gè)維度（系統(tǒng)運(yùn)行、管理、用戶、交互）分類討論。第二步，先列舉積極影響，結(jié)合AMI和DA的功能說(shuō)明其帶來(lái)的好處。第三步，再列舉潛在的消極影響或挑戰(zhàn)，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理、安全等多個(gè)系統(tǒng)要素可能存在的問(wèn)題進(jìn)行分析。6.答案：智能電網(wǎng)環(huán)境下，電力傳輸系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度需要考慮的關(guān)鍵系統(tǒng)約束包括：功率平衡約束（發(fā)電有功必須等于負(fù)荷有功加網(wǎng)絡(luò)損耗）；電壓約束（節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相角必須在允許范圍內(nèi)）；線路潮流約束（線路實(shí)際潮流不得超過(guò)其熱穩(wěn)定或極限傳輸容量）；頻率約束（系統(tǒng)頻率必須在允許范圍內(nèi)波動(dòng)）；安全約束（如N-1、N-k安全準(zhǔn)則，即系統(tǒng)在失去部分元件后仍能保持穩(wěn)定運(yùn)行）；設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)約束（如變壓器分接頭位置、開(kāi)關(guān)狀態(tài)限制）。關(guān)鍵系統(tǒng)目標(biāo)通常包括：最大化系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性（最小化總發(fā)電成本或網(wǎng)損）；保障系統(tǒng)運(yùn)行安全性（滿足所有安全約束）；提高供電可靠性（最小化停電頻率和持續(xù)時(shí)間）；優(yōu)化電能質(zhì)量（維持電壓和頻率在規(guī)定范圍內(nèi)）。運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)與工程的優(yōu)化理論（如線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、智能優(yōu)化算法）和方法（如模型構(gòu)建、求解算法、靈敏度分析）可以應(yīng)對(duì)這些復(fù)雜性，通過(guò)建立數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，在滿足所有約束的前提下，尋求系統(tǒng)目標(biāo)的最佳或次優(yōu)解。解析思路：第一步，明確問(wèn)題要求，區(qū)分“約束”和“目標(biāo)”。第二步，逐一列舉典型的系統(tǒng)約束條件，并稍作解釋。第三步，列舉典型的系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)。第四步，說(shuō)明如何運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)與工程的優(yōu)化理論和方法來(lái)處理這些問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)模型化、求解和評(píng)估的過(guò)程。7.答案：運(yùn)用系統(tǒng)工程的全生命周期方法提高電力傳輸系統(tǒng)對(duì)可再生能源消納能力的過(guò)程如下：在需求分析階段，明確可再生能源的種類、接入規(guī)模和特性，分析現(xiàn)有系統(tǒng)的消納瓶頸和薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)定可再生能源滲透率目標(biāo)和消納能力提升指標(biāo)。在方案設(shè)計(jì)階段，基于需求分析結(jié)果，設(shè)計(jì)包含分布式電源接入、儲(chǔ)能配置、靈活負(fù)荷調(diào)控、電力電子變換器應(yīng)用、智能調(diào)度策略等在內(nèi)的綜合技術(shù)方案，并進(jìn)行系統(tǒng)建模仿真評(píng)估。在實(shí)施部署階段，按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)備采購(gòu)、建設(shè)、安裝、調(diào)試和系統(tǒng)集成，確保新方案順利接入并運(yùn)行。在運(yùn)行維護(hù)階段，對(duì)包含可再生能源的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、性能評(píng)估、故障診斷和快速響應(yīng)，根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化調(diào)度策略和控制參數(shù)。在評(píng)估改進(jìn)階段，定期對(duì)系統(tǒng)消納能力、經(jīng)濟(jì)性、可靠性進(jìn)行綜合評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果和新的發(fā)展需求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行迭代優(yōu)化或升級(jí)改造，形成持續(xù)改進(jìn)的閉環(huán)管理。解析思路：第一步，清晰闡述系統(tǒng)工程全生命周期的各個(gè)階段（需求分析、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行維護(hù)、評(píng)估改進(jìn)）。第二步，針對(duì)“提高可再生能源消納能力”這一具體問(wèn)題，詳細(xì)說(shuō)明在每個(gè)階段需要做什么、關(guān)注什么、采取什么行動(dòng)。第三步，強(qiáng)調(diào)全生命周期方法的系統(tǒng)性和迭代性特點(diǎn)，以及其在解決復(fù)雜問(wèn)題中的指導(dǎo)作用。三、設(shè)計(jì)與論述題（20分）8.答案：針對(duì)面臨挑戰(zhàn)的城市區(qū)域電力傳輸系統(tǒng)，初步構(gòu)思的智能電網(wǎng)系統(tǒng)解決方案核心框架可包括：分層分區(qū)智能配電架構(gòu)（如配電自動(dòng)化、故障自愈、主動(dòng)配電網(wǎng)）；集成化的能源管理系統(tǒng)（EMS）平臺(tái)（實(shí)現(xiàn)源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化調(diào)度）；廣泛部署的儲(chǔ)能系統(tǒng)（分散式儲(chǔ)能、集中式儲(chǔ)能）和可控負(fù)荷（需求響應(yīng)）；先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)（如無(wú)線自愈網(wǎng)絡(luò)、光纖通信）；用戶側(cè)智能互動(dòng)系統(tǒng)（如智能電表、家庭儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車V2G）。在系統(tǒng)層面實(shí)現(xiàn)可靠性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的平衡，可以通過(guò)EMS平臺(tái)對(duì)多種資源進(jìn)行智能調(diào)度：利用儲(chǔ)能平抑可再生能源波動(dòng)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性（可靠性）；通過(guò)需求響應(yīng)轉(zhuǎn)移高峰負(fù)荷，優(yōu)化發(fā)電計(jì)劃，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本（經(jīng)濟(jì)性）；優(yōu)先消納分布式可再生能源，減少化石燃料消耗和污染物排放（環(huán)保性）。同時(shí)，通過(guò)配電網(wǎng)自愈能力快速隔離故障