在线安全评估

在线安全评估（通用9篇）

在线安全评估 篇1

0 引言

本世纪初,世界电力系统相继出现了若干重大事故[1],促使电力工作者对危及电力系统安全性各种因素进行分析从而研究防止事故的对策。

电力系统安全评估方法分为确定性方法[2,3,4,5]和不确定性方法两大类。前者难以考虑电力系统的复杂随机性和电网状态实时、定量、直观的诊断信息,无法建立有效控制和决策支持系统及满足电力市场的要求而造成资源浪费。后者主要分为概率分析方法[6,7,8,9]和基于风险评估方法[10,11]。概率稳定分析方法克服了确定性评估方法的不足,但基于纯技术的观点不能为电压安全与经济因素取舍等提供决策量化支持[12]。风险评估方法基于风险理论,能定量抓住事故可能性和严重性两个重要因素和引入反映经济因素的风险指标,但不能够反映电力系统不同的运行条件和负荷等变化对系统的电压风险指标的影响。

伴随现代电力系统容量的增大,区域互联增加,智能调度的发展[13,14],电力市场引入,大型互联电力系统,如何准确确定区域间的功率输送能力,使系统在满足安全性约束条件下,最大程度地满足各区域用电负荷需求,计算系统状态的安全水平和当前状态到不安全状态的距离十分关键,给安全性研究提出了更高的要求。

综上,本文提出并建立了全局模糊指标。该指标不依赖于网络,基于稳定裕度、热约束和电力系统传输能力[15]情况下分别求取其受影响的发电方、输电方和负荷的安全模糊隶属度,实现了充裕度与安全性,传统风险指标和严重度函数的结合统一,结合模糊推理提出两步程序评估电力系统安全性:首先通过监控和数据采集(SCADA)和实时潮流计算测量采集电力系统相关元件数据,通过建立的模糊集量化输出其最小安全隶属度(SSMG)[16],然后通过考虑发电方、输电方和负荷SSMG的加权综合模糊控制[17]得到全局模糊指标。限制条件通过离线分析求得,嵌入模糊隶属度函数得到相应模糊集,综合基于潮流计算和系统关键元件测量得到的实时数据进行连续计算,通过元件对系统安全的负面影响来得到当前系统安全到不安全状态的距离,实现对系统安全性在线评估。整个系统安全性状态被确定后,电力系统就能对其做出相应措施。对IEEE30样本系统的仿真,验证了全局模糊指标合理性和有效性。

1 电力系统各部分运行变量模糊集

1.1 发电机

1.1.1 电力系统储备

为保证安全运行,电力系统需要适当有功和无功储备量[18]。如图1所示,有功储备变量用计及最小有功储备APR1的模糊隶属度函数表示。

有功储备隶属度函数用式(1)的单边梯形模糊集计算其安全隶属度(SMG)。

式中,μres=0表示有功储备不充足。

相同形式可运用于计及无功储备空间分布的电压控制的无功储备。本文运用文献[19]中的程序进行计算,APRlim和APR1分别取装机容量的7%和15%,其适应于不同国家的电力系统标准,运行政策,储备管理和其他制度指令:如北美电力可靠性组织(NERC),大型电力系统国际会议(CIGRE)等。

1.1.2 励磁系统容量

励磁电流达到发电机励磁系统暂态极限是电压崩溃的主因之一,此时发电机无功消耗易引起系统不安全问题。如图2与公式(2),励磁电流由双边梯形模糊函数SMG表示,if lim1设定为防止过低励磁电流导致的发电机失稳及设备停运;if 2为安全裕度,允许达到if lim 2前10%或20%的负荷增量。

其中200 MW额定功率的励磁电流限制为:if lim1=300 A,if1=600 A,if 2=2 700 A,if lim2=3 000 A。此范围可随发电机额定功率和励磁特征变化而变化。

1.2 传输线

对传输线路考虑热稳定约束和电力系统传输能力[17,20]。如图3,当前功率由允许区间为[0,S1]和右侧宽度为[Slim-S1]的单边梯形模糊集确定。隶属度函数μs如式(3)所示。

μs=1区间为[0,1S],覆盖实时潮流不破坏热稳定的允许范围。热稳定安全裕度允许在达到Slim之前,负荷有平均由10%到20%的增长[21]。

1.3 负荷节点

1.3.1 电压稳定因子

电压稳定是保证电力系统完整的关键因素[22]。本文采用SDC指标对选择的线路电压进行2次连续的测量[23],其原理为在电压失稳附近,输电端线路当前潮流的增加不再在接收端线路产生输电增量,说明电压失稳发生。如公式(4)所示。

可见,电压失稳发生在比值a=0同时位移ϕ=π时。此时,ΔS=0,SDC=0。如图4,其模糊隶属度函数包含SDC1和SDClim限制。在安全的系统中,SDC指标接近于1;SDC=2表示远离电压失稳。SDC的模糊集由其模糊隶属函数表示为:

1.3.2 电压幅值

全面评估电压安全性,还需考虑电压幅值约束。其限制基于电力设备绝缘限制的节点电压最大值Umax.allowable和维持电能质量的断面节点电压最小值Umin.allowable。其模糊隶属函数由双边梯形模糊集表示,如公式(6)和图5所示。U1和U2表示正常电压范围电压水平的裕度值,此时

本文对额定电压为220 k V的传输线路设定如下:U1=210 k V,U2=230 k V,Umin.allowable=200 k V,Umax.allowable=240 k V。对其他额定电压的线路其关系同样适用。

2 全局模糊指标建模

2.1 最小安全隶属度

考虑不同运行状态下电力系统所有元件和其运行极限是工作量庞大的工作;扰动可能改变系统结构,传统分析方法难以辨认系统状态,而若把状态变量和它们极限看作一个模糊集,系统安全状态就更易于被描述。

本文把电力系统分成发电方,输电方和负荷三个受影响方[24]进行分析。每部分看作一组相关物理量构成的模糊集,通过状态变量描述该部分运行:如电力储备、励磁电流、潮流、电压稳定性和电压幅值等。其复合安全隶属函数通过模糊控制器I聚合各方的隶属度函数SMG得到单一模糊值、即最小安全隶属度(SSMG),分别表示发电方、输电方、用户各自最弱点。实现了传统风险评估中风险指标和严重度的结合。

模糊控制器I采用公式(7)的二元算子T聚合,取两个模糊系统交集:

T表示μA(x),μB(x)的乘积。用其聚合模糊集的模糊隶属度函数描述当前系统到不安全水平的距离,即通过T聚合相关元件得到SSMG[23,25],识别电力系统最不安全水平。如图6,Xi为电力系统发电方,输电方和负荷第i个元件,分别输出每部分SSMG。

2.2 全局模糊指标

全局模糊指标为系统每部分SSMG的进一步聚合。本文由发电方、输电方和负荷三个受影响方来分析系统安全性,不同的指标需要设计不同的权重。权重设计有多种方法,如经验判断法、数理统计法、模糊理论统计法以及层次分析法。其中,模糊统计法基于自然语言的描述,建立在专家经验的基础上,能够有效地处理多目标和不确定性问题,是人们对客观世界的观察做出相应决策的一种有效方法[26,27,28,29]。如图7,本文将其运用于通过每段的SSMG进行全局模糊指标的建模,建立了2阶模糊控制。

对各部分安全隶属度指标进行尺度变换,使其变换到相应的论域范围,进行模糊分割。模糊空间的分级数决定了模糊推理的精细化程度。本文将风险指标划分为大、中、小3个层次,在函数编辑器中设置隶属度函数为高斯函数。生成一定模糊规则并进行模糊推理[27],得到系统各部分关键元件的SSMG。每条规则包含3个输入量和1个输出量,输入量分别为发电方、输电方和负荷,按照一定的规则输出全局模糊指标。图8为该模糊器模糊规则的3维模型,从图中可看出不同的发电方、输电方和负荷的SSMG组合可能具有相同的综合风险指标,这对操作人员调整系统运行状态,使系统某一方面风险不致于太严重有重要作用。

3 数值仿真

本文采用IEEE-30节点系统进行仿真,该系统共包括6个发电机,41条支路。

考虑以下几种情况,得到该系统安全分析的结果见表2。

1)无停运的运行状态;

2)12-4间变压器停运;

3)2)基础上2节点增加发电机出力;

4)3)基础上5节点增加发电机出力。

以上表明全局模糊指标以模糊推理为载体,综合了发电机、变压器和负荷三方SSMG,继承统一了风险指标与严重程度,能通过探测相关安全事件而连续进行实时监控,较全面地为系统运行提供了一个可靠工具。一方面可以通过深入各方的SSMG找出电力系统各自的薄弱区域,另一方面通过全局模糊指标对系统整体实时安全性有一个全面认知。电力系统运行的每一动作通过安全监测与计算找到紧急状态附近的最优解,输出全局模糊指标接近0时系统处于一个不安全的运行状态,这时一个或多个元件都运行在它们极限,十分慢和小的扰动能导致部分或全部的停电。因此该指标能给运行人员提供一种直观的实时决策支持。

4 结论

本文提出了在线安全性评估的全局模糊指标,其主要优点有:

(1)不同于对系统最脆弱状态进行评估的传统离线方法,使用电力系统元件模糊隶属度,能够不断地量化电力系统的安全状态。

(2)此指标计算过程中,离线计算部分用于制订平常运行政策和运行计划,在线估计部分用于各种事故计划补救措施。利于电力系统的运行和扩建。

(3)算法开放,能根据运行情况考虑更多现象加入。算法简单,鲁棒性强,应用成本低。

(4)采用2阶模糊控制器建模输出全局模糊指标的方法,克服了只考虑元件SSMG的保守性,考虑了电力系统传输能力,对当前市场环境下实际系统监控更具有参考性。

在线安全评估 篇2

一、单选题（共 15 道试题，共 60 分。）

1.二手车的技术状态受使用强度的直接影响，一般来说，下列哪种使用使用性质的车，使用强度较大（）A.单位员工班车 B.私人生活用车 C.公务用车

D.专业货运车辆 正确答案：

2.以下哪项可以判定车辆有过严重碰撞（）A.前保险杠弯曲变形 B.更换过倒车镜 C.车架大梁弯曲变形 D.前叶子板补过漆 正确答案：

3.汽车经济使用寿命的量标有（）

A.规定使用年限、行驶里程、使用年限、使用强度 B.行驶里程、使用年限、大修次数、使用强度 C.使用年限、行驶里程、运行时间、大修次数

D.规定使用年限、行驶里程、使用年限、大修次数 正确答案：

4.越野型客车累计行驶达到（）应当报废。A.40万公里 B.60万公里 C.50万公里 D.55万公里 正确答案：

5.在旧机动车交易中，核实被评估车辆产权的证件是（）。A.机动车行驶证 B.购置附加税凭证 C.机动车登记证

D.公路养路费缴讫证 正确答案：

6.发动机大修竣工后，发动机的汽缸压力应符合原设计规定，各缸压力差应该为（）A.汽油机应不超过各缸平均压力的5％，柴油机为15％ B.汽油机应不超过各缸平均压力的10％，柴油机为15％ C.汽油机应不超过各缸平均压力的8％，柴油机为10％ D.汽油机应不超过各缸平均压力的15％，柴油机为5％ 正确答案：

7.汽车使用性质不同，同年限的汽车累积行驶里程相差很大。一般来说，同年限的汽车中，专业运输车辆行驶的里程数（）。A.较小

B.与其他车辆相等 C.与其他车辆相近D.较大 正确答案：

8.参照物的市场价格必须是（）A.市场实际报价 B.卖方要的价格

C.实际的市场交易价格 D.市场预测的价格 正确答案：

9.依照我国汽车各总成大修的规定，汽油发动机送大修的条件是：气缸磨损，圆柱度达到（）

A.0.15—02.mm B.0.175—0.25mm C.0.2—0.25mm D.0.1—0.2mm 正确答案：

10.按照国家相关安全标准，为保持汽车规定的技术状态，汽车必须在规定的（）或规定的（）内，按规定的（）进行保养、检修。A.行驶里程，使用强度，时间 B.方法，程序，行驶里程

C.行驶时间，行驶里程，使用年限 D.行驶里程，行驶时间，方法和程序 正确答案：

11.根据我国政府有关部门颁布的《汽车报废标准》，旅游载客汽车和9座以上的非营运载客汽车，使用年限为（）A.9年 B.12年 C.7年 D.10年 正确答案：

12.依照我国对汽车各总成大修的规定，柴油发动机送大修的条件是：气缸磨损，圆柱度达到（）A.0.15mm B.0.175mm C.0.2mm D.0.25mm 正确答案： 13.电控燃油喷射系统的使用，提高了汽车的燃油经济性，降低了汽车的排放污染，化油器汽车的（）因此缩短，加快退出市场。A.自然使用寿命 B.正常使用寿命 C.合理使用寿命 D.技术使用寿命 正确答案：

14.汽车的经济使用寿命的量标——规定使用年限是汽车从投入运行到报废的年数，没有考虑（）.A.使用条件和使用强度 B.使用状况 C.运行时间

D.闲置时间的自然损耗 正确答案：

15.根据车辆的不同用途，乘用车的车船税税额为（A.100—660元 B.60—660元 C.40—660元 D.50—600元 正确答案：

吉大17春学期《汽车评估》在线作业一

二、多选题（共 5 道试题，共 20 分。）

1.二手车评估的目的与任务是：

A.为二手车所有权转让，提供交易的参考底价； B.抵押贷款时，为抵押物作价； C.为司法裁定提供现时价值依据； D.为拍卖提供参考底价；

E.在企业或个人发生产权变动时，提供咨询服务； F.识别非法车辆。正确答案：F 2.发动机检查项目主要包括哪些项目 A.发动机外部检查 B.检查机油 C.蓄电池检查 D.水箱检查 正确答案：）不等。3.发动机无负荷工况检查项目包括

A.启动发动机后怠速状态下运行，检查有无异响，发动机运行是否平稳 B.发动机启动一段时间后，检查发动机加速的灵敏性 C.打开机油口盖，检查慢加速时是否窜油 D.打开机油口盖，检查慢加速时是否窜气 E.检查排气颜色 正确答案：

4.确定折现率有哪几个方面的原则？ A.折现率应高于无风险报酬； B.折现率应体现投资回报率； C.折现率要体现资产收益风险； D.折现率应与收益口径相匹配。正确答案：

5.底盘测功的目的是：

A.获得驱动轮上的输出功率或驱动力，以便评价汽车的动力性

B.获得的驱动轮上的输出功率与发动机飞轮输出功率进行比较,并求出传动系的效率，以便判断汽车传动系的技术状况 正确答案：

吉大17春学期《汽车评估》在线作业一

三、判断题（共 5 道试题，共 20 分。）

1.有关标准规定，在用车发动机的气缸压力不得低于原设计额定压力的85% A.错误 B.正确 正确答案：

2.气缸密封性是表征气缸组件技术状况的重要参数之一。A.错误 B.正确 正确答案：

3.汽油机汽车排气颜色为蓝色，说明有机油窜入气缸燃烧室内参与燃烧。A.错误 B.正确 正确答案：

4.汽车的自然使用寿命是指在正常使用条件下，从投入使用到由于物理与化学原因而损耗报废的时间。A.错误 B.正确 正确答案：

在线安全评估 篇3

民航空中交通管理ATM系统是保障民航飞行安全和航班正常运行的飞行调度和协调中心。它包括:空间导航和通信卫星系统、空中机载电子系统和地面空中交通管制ATC (Air Traffic Control) 系统, 以及平面通信网络和信息服务系统;涉及与ATM运行相关的通信、导航、监视、气象、情报和空中交通管制等方面的数据, 以及经过处理、选取、组织和规范化后的有用信息。

目前, 世界ATM信息化建设已进入全面推进和加快发展的重要时期, 具有规模庞大、涉及应用多、用户广、业务依赖程度高的特点。中国民航在通信、导航、监视、气象、情报等方面建成了一批重要的ATM信息系统, 如:辐射全国各地区空管局、空管中心 (站) 的分组数据交换网/帧中继网、卫星网;VHF甚高频地空数据链;覆盖我国东部地区的一、二次雷达和自动化系统;还有自动观测系统、气象填图系统、气象数据库系统、航站情报自动服务系统、航行情报数据库系统、航线资料自动作图系统等。这些系统的建成有效提高了ATM运行保障能力。

由于ATM信息系统是航空交通运输安全运行的重要保障、其信息安全性直接影响整个民航系统的安全稳定运行, 危及到国家、人民生命财产安全。故而, ATM的信息安全是直接关系到国计民生的大事。因此, 研究ATM信息系统的安全评估方法对建立和完善长效的ATM信息安全保障系统具有重要的意义。

1相关工作

航空交通运输无论用于军事还是民用, 都是社会稳定和国家安全的重要因素之一。因此, 世界各国, 特别是发达国家, 对民航ATM信息系统的安全格外重视, 投入大量的资金和人力, 构建了ATM信息安全的评估体系。

从90年代初, 国际上针对ATM运行安全和信息安全的研究计划就开始不断出现。其主要分为两个阶段:

(1) 从1991年到1999年, 主要针对航空运行安全计划的制定和推行;

(2) 从2000年开始, 在加强航空运行安全的同时, 开展航空信息安全的保障计划。

从航空安全运行角度, 安全评估方面的发展如图1所示。

1992年美国FAA (Federal Aviation Administration) 启动实施了针对外国航空公司的安全评估计划IASA (International Aviation Safety Assessment) [1];1996年欧洲民航会议组织ECAC (European Civil Aviation Conference) 启动了针对外国航空公司的安全评估计划SAFA (Safety Assessment of Foreign Aircraft) [2];同年, 美国FAA航空运输安全监察系统ATOS (Air Transportation Oversight System) 投入使用[3];1998年国际上其他国家的民航当局开始进行安全评估[4,5,6]。我国自主研发的“民用航空安全评估系统”从1995年开始陆续投入使用[7]。

从航空信息安全的角度, 美国FAA最早提出的美国航空信息系统安全ISS (Information Systems Security) 计划[8]。特别是在“9.11”之后, 美国加快了ISS计划的推进。FAA针对美国航空信息系统开发了信息安全测试和评估系统, 并编制了相应的评测规范[9]。

我国在航空信息安全方面的研究起步较晚, 目前尚未形成体系, 正处于信息安全评估阶段。目前的评估方法仅仅局限于问卷调查和专家打分的手段, 评测的结果不能很好地反映实际航空信息系统的安全状态。

目前, 中国信息化水平与国际先进水平还有较大差距。尤其是民航的网络和信息安全形势不容乐观, 全行业的网络和信息安全意识还比较淡薄, 重要网络和信息系统还存在安全隐患, 影响较大的网络与信息安全事故时有发生。鉴于上述原因, 中国民航总局将2007年定为“民航信息安全工作推进年”。

中国ATM信息安全保障工作仍然存在一些亟待解决的问题, 例如:网络与信息系统的防护水平不高, 应急处理能力不强;信息安全管理和技术人才缺乏, 缺少整体的信息安全技术体系;空管系统内的信息安全标准、规范不完善;人员的信息安全意识不强, 信息安全管理薄弱;缺乏整体、统一、行之有效的信息安全保障体系。

本课题在对ATM信息系统面临的安全威胁分析的基础上, 研究ATM信息安全技术体系的范畴;采用网络入侵检测、攻击防御、应急响应和灾难备份等通用信息安全技术与航空电信网ATN (Aeronautical Telecommunication Network) 专用技术结合的方法, 利用ATM信息系统的运行数据统计, 设计ATM信息安全在线评估系统。

2ATM在线信息安全评估系统框架

ATM信息系统是一个技术密集、人才密集、资金密集、业务复杂、发展迅速的行业, 对安全和服务要求极高。民航ATM信息系统在通信、导航、监视方面建成了辐射全国各地区空管局、空管中心 (站) 的民航数据通信网、民航C 波段卫星网;建成了覆盖我国东部地区的一、二次雷达和自动化系统;VHF甚高频地空数据链、ATM指挥内话系统等;在气象方面建成了自动观测系统、气象填图系统、气象数据库系统、航站情报自动服务系统 (ATIS) ;在航行情报方面, 建成了航行情报数据库系统、航线资料自动作图系统;建成了民航空管生产运行管理信息系统等。这些系统的建成改善了空管系统设备落后的现状, 提高了ATM运行保障能力。

ATM信息系统是一个行业性强、特色突出的综合信息系统。其信息安全保障评价涉及到民航企业自身、网络技术、人员心理、社会大环境等诸多方面的因素。本文在系统安全工程SSE (Security System Engineering) 理论基础上, 将其应用到ATM信息系统综合安全保障评价中。首先, 要通过有关的数据和信息对系统的层次、结构、边界以及内部关系等有一个全面的理解和深刻的认识。在此基础上, 通过常用的危险识别方法和技术, 并利用相关的数据和资料, 对系统存在的所有危险进行系统的识别和分析, 找出事故的发生原因、发展过程、影响因素和最终后果等。根据分析的结果, 对所识别的危险的层次、涉及范围、内部关系、发生的频率以及后果的严重性等问题进行估计和评价, 进而确定出各种风险的水平与层次、找出高风险的区域, 并制定出合理可行的风险控制方案。建立航空信息系统安全保障评价指标体系, 研究针对航空信息系统安全保障评价的系统理论和评价模型, 行成实际可用的评价算法, 最终实现实时反映ATM信息安全态势的在线评估系统。

2.1评估系统框架

ATM信息系统由多个核心系统组成, 属于典型的多输入、多输出、多目标系统[10]。可以将其抽象为一个多输入多输出系统模型.然后, 综合考虑技术、管理、战略、工程四个方面的因素, 可以得到评估系统的框架如图2所示。

该框架的研究分为两个部分:系统监测和安全评估。其基础是通过网络探针采集的各种数据, 经过分析和处理形成基础数据库。主要完成的功能为安全隐患分析, 系统漏洞挖掘, 状态监测, 安全态势评估和分析, 实现ATM信息系统的安全监控。

通过对各个组成核心子系统的数据采集等到评估的基础指标, 经过指标的层层细化, 最终得到的基层指标就是可以直接提取并能用于ATM信息系统安全评估的指标。

利用基础数据库数据可以完成对ATM信息系统安全评估的功能:

(1) 设计基于安全系统工程理论SSE的ATM信息系统安全评价系统框架 本项研究是在安全系统工程理论SSE的基础上, 利用动态系统控制DSC (Dynamic System Control) 原理, 结合空管信息系统自身的特点, 设计基于状态观测器的信息安全评价系统框架。信息形态安全评价指标体系是一个动态的系统工程。随着安全威胁的变化, 相应的网络安全保障措施必须随之改变, 使得系统的安全性能发生变化。

(2) 建立基于安全基线政策的空管系统信息安全评价指标体系 本项研究针对空管系统的静态评价、动态测试 (渗透测试) 和效果评价三个过程, 分别得到静态指标、动态指标和效果指标;综合考虑影响空管系统信息安全的各种因素, 从而建立空管信息系统安全的评价指标体系。

(3) 提出ANN与模糊Fuzzy-AHP的综合评价模型 本项研究根据典型网络的拓扑结构, 建立人工神经网络ANN[11]与模糊层次分析法AHP的评价模型[12]。利用该评价模型可以设计基于安全等级和风险评估的评价流程;利用综合多目标决策的灰色关联分析方法, 研究空管系统信息安全多级模糊综合评价方法。

2.2评估流程

ATM信息系统安全评估方法上采用多层次灰色综合评估方法对所提取的基层指标数据进行处理[12]。空管信息系统安全评估流程如图3所示。

首先生成安全评估模型, 由模型提取出安全评估基层指标, 并将基层指标储存在数据库的基层指标库;之后对空管信息系统进行评估, 评估结果存入基层指标库;积累了一定量的评估结果后, 通过后台程序对基层指标库中的采集信息进行运算, 从而得出整个空管信息系统各方面的安全状况, 运行结果存入安全等级库中;然后通过评估系统调用, 将空管信息系统的评估结果, 即空管信息系统系统安全等级信息显示出来;最后根据空管信息系统的各项安全等级数据综合出安全建议, 从漏洞库和知识库中调出相应的漏洞补丁程序或相关措施供决策者参考使用;评估完成后, 可以根据实际评估效果通过反馈系统对评估系统进行意见反馈, 接受反馈意见并进行有针对的修改后, 重新开始评估程序。

3ATM在线信息安全评估系统实现

ATM在线信息安全评估系统采用原型法进行设计, 原型法强调快速实现系统雏形, 然后随着双方对系统理解程度的逐步加深, 再不断地对这些需求进一步补充、细化和修改, 依此类推, 反复进行, 直到用户满意为止。原型法开发过程通常分为四个阶段, 如图4所示。

原型法的优点是可以缩短系统开发周期, 降低成本, 获得较高的综合开发效益, 而且有利于日后系统的运行和维护。

3.1评估系统组成结构

ATM信息系统的信息安全评估系统通过使用基于Web的网络编程技术和数据库技术开发而成, 可以让用户方便的对空管信息系统进行安全评估、查看评估结果、查看安全建议和管理维护系统。空管在线信息安全评估系统采用C/S (服务器/用户) 模式, 按人机对话设计, 由服务器系统、数据库管理系统和评估程序三个部分组成, 系统结构如图5所示。

服务器系统主要功能是通过友好的线信系统界面设计, 向用户提供Web服务, 数据库管理可使数据的冗余减少并实现共享, 评估程序在后台运行, 用于处理用户提交的数据。

ATM信息安全系统的评估系统包含的主要功能模块如图6所示。它主要有主控模块、评估模块、结果显示模块, 以及数据库和基础指标库等组成。为了保障该评估系统的安全性, 还设计了安全防护模块来提供相应的信息安全保护措施。

(1) 主控模块

该模块是系统各功能模块间的连接中心, 负责系统各功能模块组件间的数据及信息交换, 提供各功能模块组件见得输入输出接口, 实现各功能模块之间的信息传递, 身份验证等功能, 主要PHP代码如下:

(2) 评估模块

该模块是系统核心的模块。评估模块主要实现空管信息系统安全评估指标体系中基础指标数据的提交功能。授权用户可以通过此模块向服务器上传空管信息系统的安全运行数据, 主要PHP代码如下:

限制访问代码:

(3) 结果显示模块

该模块将得到的空管信息系统安全结果显示出来, 提供给决策者辅助决策, 主要PHP代码如下:

mysql_select_db ($ database_connatmisse, $ connatmisse) ;

$ query_RecUser = sprintf ("SELECT * FROM memberdata WHERE mb_username = %s",

$ GetSQLValueString ($ colname_RecUser, "text") ) ;

RecUser = mysql_query ($ query_RecUser, $ connatmisse) or die (mysql_error () ) ;

row_RecUser = mysql_fetch_assoc ($ RecUser) ;

totalRows_RecUser = mysql_num_rows ($ RecUser) ;

(4) 其他模块

数据库模块 该模块包括权限库, 基层指标库, 安全等级库, 漏洞库和知识库。该模块主要功能是存储系统相关的重要数据以供其他模块使用。

管理维护模块 该模块负责对评估系统的用户信息和评估数据进行维护和管理。

后台程序模块和系统反馈模块 后台程序模块主要负责计算用户提交的基层指标数据, 由独立的软件完成。系统反馈模块主要供用户提供反馈建议。

(5) 安全防护模块

ATM在线信息安全评估系统用于民航空管信息系统的安全评估, 其自身的安全性必须有保障, ATM在线信息安全评估系统的设计考虑了一些常见的Web入侵手段并做了防御[13]。

a) 针对外部数据和用户输入的改进 任何外部数据, 如 GET 变量、表单 POST、数据库、配置文件、会话变量或cookie都是不可信任的。评估系统使用cleanInput函数, 对外部数据进行代码清理, 代码如下:

$ loginUsername=cleanInput ($_POST[′mb_username′]) ;

$ password=cleanInput ($_POST[′mb_passwd′]) ;

function cleanInput ($ input) {

$ clean = strtolower ($ input) ;

$ clean = preg_replace ("/[^a-z]/", "", $ clean) ;

$ clean = substr ($ clean, 0, 12) ;

return $ clean;}

b) 防止SQL注入攻击 将PHP的内置"mysql_real_escape_string () "函数用作任何用户输入的包装器。这个函数对字符串中的字符进行转义, 使字符串不可能传递特殊字符并让 MySQL 根据特殊字符进行操作, 代码如下:

$ sql= "select count (*) as ctr from users where username=′".mysql_real_escape_string ($ loginUsername) ."′ and password=′". mysql_real_escape_string ($ password) ."′ limit 1";

c) 防止缓冲区溢出攻击 系统将检查所有用户输入的长度。在表单域上添加符合规定的maxlength属性, 并在后端使用函数substr () 进行检查。这样浏览器可以防止用户输入PHP或MySQL不能安全地处理的超长字符串, 而后端PHP检查会确保没有人远程地或者在浏览器中操纵表单数据, 代码如下:

d) 系统权限设定和访问控制 从评估系统使用需要出发, 将用户权限划分为三类, 分别为:stuff、expert和admin。stuff为普通使用者权限除浏览新闻和留言外, 只能修改自己的部分用户信息;expert为专家级权限, 能进行安全评估, 提交基层指标数据;admin为管理员权限, 能使用在线系统的所有功能。

3.2评估系统安运行

首先进入评估主页面, 在成功登陆后进入前台输入及显示系统主界面, 如图7所示。

主页面在中国地图上标出了中国民航7个地区ATM管理分局的位置。在评估主界面中选择具体参与的民航空管分局之后进入空管信息系统子系统选择页面, 如图8所示。

在空管信息子系统中选择需要进行评估的ATM子系统, 例如:通信系统、导航系统、监视系统和自动化系统, 随后进入基层指标数据提交页面, 工作人员在此页面提交基层指标数据。选择所要评价的子系统后就可进入基层指标数据提交页面, 设此处选择的是测距机DME (Distance Measurement Equipment) 系统 (如图9所示) , 则在界面上将会显示从DME系统在数据库中的评价指标说明表。

提交的表单共分三列:

a) 第一列是基层指标的名称;

b) 第二列表格供工作人员填写基层指标数据;

c) 第三列则是填写的说明。

工作人员填写表单时, 对应每一项基层指标名称, 参照第三列中的数据填写说明完成基层指标数据的填写。

基层指标具体的提取形式共分以下三种:

a) 网络问卷 它主要是对信息系统的设施配置、技术措施和服务质量进行评估, 根据指标说明中的标准由相关专家进行评定, 填写出判定的分数。

b) 运行数据 它是指ATM信息系统平常运行的数据记录, 属于具体数据类的填写, 如相关的信息安全属性, 以及工作参数, 例如:温度、湿度和电磁信号等, 工作人员根据指标说明填写数据。在评估时, 这些数据依据一定的指标综合算法进行统计和分析。

c) 专项测试 它是指针对ATM信息系统的某项信息安全指标进行的专门测试。这种测试可以是单独的某个指标的测试, 也可以是某个单独的系统测试 (也称为渗透测试) 。

前台系统中每次评价都会生成一张评价指标输入值表, 综合评价方法工具选取要使用的表, 将数据通过综合评价方法工具进行运算, 即可得评价结果, 存入评价信息库中, 如图10所示。

当数据库中积累了一定量的数据之后, 便可以利用后台程序对搜集到的数据进行处理。之后空管在线信息安全评估系统便能够调用处理结果, 将结果显示出来, 如图11所示。

系统中对安全状况的评价参照全国信息安全标准化技术委员会颁布的《信息系统安全等级保护定级指南》[14]定级, 安全状况分为5个等级。

本文的指标体系综合了各级的不同要求提出, 在5级之间再定义高、中、低三个等级表示对其更为精确的评价。由此, 将对ATM信息系统的评价实际上定义为15个级别从“第5级高级”到“第1级低级”依次从高到低排列。

根据评估的结果, 给出相应的安全建议和提高信息安全防护能力的措施。

4结束语

本文研究的ATM信息系统在线信息安全评估系统有两个方面的目的:一个是提供民航网络与信息安全信息通报技术平台, 用于信息通报和发布预警信息;二个是提供民航网络与信息安全管理技术平台, 用于分析、判断和应急协调。

在本文的研究中采用的关键技术包括: (1) 基于SSE理论建立针对航空信息系统安全保障评价的灰色建模理论, 将其应用到航空信息系统安全评价模型建立中, 并详细分解建模的各个过程, 结合分级模糊数学模型和指标权重分配方法, 整理科学、合理的评价流程; (2) 根据提出的基于灰色理论的信息安全评价指标体模型, 结合实际的航空信息系统的各个组成系统, 阐述构建每个系统的具体安全防御方案的设计过程, 并采用分层、分级方式对每个系统进行评价, 然后综合评价整个航空信息系统的安全性, 对提出的评价模型进行验证; (3) 解决指标权重系数的科学分配问题, 关键技术是要确定三角白化权函数, 利用指标的隶属度进行权重的归一化处理和计算。对于航空信息系统的各个组成系统, 在民航安全保障中, 他们之间的相对重要性是不相等的。相对于评价目的来说, 决定了评价指标之间的相对重要性也是不相等的。评价指标之间的这种相对重要性的大小, 用指标的权重系数来刻画。当被评价对象和评价指标确定后, 综合评价 (重要性排序) 的结果就依赖于权重系数了, 即权重系数确定合理与否直接关系到评价结果的可信度; (4) 风险等级的划分和安全基线的确定。根据航空信息系统各子系统的主要评价指标, 引入鲁棒性测量策略, 把指标的信息价值分为五类, 形成一个鲁棒性的安全等级分类。在本课题中, 对航空信息系统中各子系统的可能产生安全事件的各种因素集, 即安全的底线, 引入安全基线的概念, 并在评价中对其进行定义和应用。

本文通过在线评估的形式可以完成对民航ATM信息系统的信息安全态势进行监控, 保障其信息的安全。另外, 该评估系统的使用可以提高评估的效率, 节约评估时间, 节省人力和物力。

摘要：民航空中交通管理ATM (Air Traffic Management) 信息系统是航空交通运输安全保障的核心。利用系统安全工程的理论, 针对ATM信息系统的信息安全评估, 提出了一种基于AMP (Apache+MySQL+PHP) 的ATM信息安全在线评估系统。该评估系统从系统工程的角度, 从战略、管理、技术和工程四个方面综合考虑, 通过对ATM信息系统进行运行数据统计、安全专项测试和安全管理规范检查三项内容的评估, 实现ATM信息系统的在线评估;完成针对ATM信息系统可能存在的安全隐患和系统漏洞进行分析, 并根据评估结果给出相关的改进建议和措施。该系统的研究有助于加强ATM信息系统的安全性, 保障航空交通运输的安全。

在线安全评估 篇4

1.运用收益法评估不动产的价格，需要确定不动产预期产生的总收益和总费用，从而计算纯收益。可直接应用于估价中的总收益是（）。(5.0 分)

有形收益 客观收益 无形收益 实际收益

知识点：

用户解答： 客观收益

2.不动产的（）是不动产的一般性质，是针对不动产价值变化的总体趋势而言的，不排除不动产价值随社会经济发展的波动而波动，也不排除人为造成的市场动荡和外部负效应所引起的不动产贬值。(5.0 分)

用途多样性 保值增值性 权益受限性 涉及广泛性

知识点：

用户解答： 保值增值性

3.技术路线的错误主要是指估价报告撰写中的（）。比如说，不动产整体评估，只采用土地估价的技术路线或房屋估价的技术路线均是错误的，它应当采用不动产整体估价的技术路线或采用土地或房屋分别估价加和的技术路线。(5.0 分)

参数确定错误 方法运用错误 报告整体格式错误 技术思路错误

知识点：

用户解答： 技术思路错误

4.收益法是将待估不动产未来每年的预期客观纯收益以一定的资本化率统一折算到估价期日现值的一种估价方法。采用收益法测算出的价格通常称为（）。(5.0 分)

收益价格 市场价格 比准价格 成本价格

知识点：

用户解答： 收益价格

5.依据某类不动产价格的历史资料和数据将其按时间顺序排列成时间序列，运用一定的数学方法，预测其价格的变化趋势，从而进行类推或延伸，作出对这类不动产价格在估价期日的推测与判断，估算出这类不动产价格的方法是（）。(5.0 分)

路线价法 长期趋势法 基准地价系数修正法 高层建筑地价分摊法

知识点：

用户解答： 长期趋势法

6.基准地价系数修正法是宗地价格的一种评估方法。它是利用基准地价评估成果，在比较的基础上，对基准地价进行修正，从而求取估价对象宗地于估价期日价格的方法。该方法的理论依据是（）。(5.0 分)

收益分配原则 替代原理 供求原则 预期收益原理

知识点：

用户解答： 替代原理

7.（）是表示合理经济行为的基本原理，它广泛应用于经济活动中，也是市场比较法的理论依据。(5.0 分)

替代原理 边际效用原理 预期原理 生产费用价值论

知识点：

用户解答： 替代原理

8.收益法中需要用资本化率将预期纯收益转化为不动产价格，那么，资本化率的实质是（）。(5.0 分)

纯收益与价格的比率 社会平均资金利润率 将纯收益转换为价格的比率 一种资本投资的收益率

知识点：

用户解答： 一种资本投资的收益率

9.估价期日是决定估价对象不动产估价额的基准日期，通常以年、月、日表示，如估价期日为2001年6月30日是指（）。(5.0 分)

在2001年6月30日开始对某不动产价格评估 可比实例不动产价格是2001年6月30日这一时点的价格 在2001年6月30日完成对某不动产价格评估

某估价对象不动产价格是2001年6月30日这一时点的价格

知识点：

用户解答： 某估价对象不动产价格是2001年6月30日这一时点的价格

10.通过求取估价对象在估价时点时的重置价格或重建价格，然后扣除折旧，以此估算估价对象的客观合理价格的方法是（）。(5.0 分)

假设开发法 基准地价系数修正法 路线价法 成本法

知识点：

用户解答： 成本法

11.基准地价系数修正法是在短时间内评估多宗土地或大量土地价格的一种估价方法，其估价精度与（）密切相关。(5.0 分)

估算土地开发成本费用的数额 基准地价及宗地价格修正系数体系 市场交易资料是否充分

不动产未来每年的预期客观纯收益

知识点：

用户解答： 基准地价及宗地价格修正系数体系

二 多项选择题 1.运用市场比较法进行不动产价格评估，经常发生的方法运用错误有（）。(5.0 分)

成本项目确定错误

所选的比较因素不能反映待估不动产的特点 总收益计算有误

条件说目标和前面表述不一致 比较实例选择有误

知识点：

用户解答： 总收益计算有误 | 条件说目标和前面表述不一致 | 比较实例选择有误

2.估价上的折旧是各种原因所造成的价值损失,是建筑物在估价时点时的市场价值与其重新构建价格之间的差额。在实际估价中，考虑建筑物的折旧包括（）。(5.0 分)

物质折旧 功能折旧 税法规定的折旧 经济折旧 会计规定的折旧

知识点：

用户解答： 物质折旧 | 功能折旧 | 经济折旧

3.运用假设开发法评估不动产价格，需要估算开发成本费用及利税包括（）。(5.0 分)

投资利息

税金及开发商合理利润 不可预见费 专业费用 开发建筑承包费

知识点：

用户解答： 投资利息 | 税金及开发商合理利润 | 不可预见费 | 专业费用 | 开发建筑承包费

4.估价报告应全面、公正、客观、准确地记述估价过程和结论。因此，在撰写过程中要避免发生哪些错误：（）。(5.0 分)

方法运用错误

文字表述等其它常见错误 技术路线错误 参数确定错误 报告格式错误

知识点： 用户解答： 方法运用错误 | 文字表述等其它常见错误 | 技术路线错误 | 参数确定错误 | 报告格式错误

5.准地价是指在宗地估价的基础上，评估出的各个级别或各个区域土地的平均价格。基准地价具有的特点是（）。(5.0 分)

是一种分用途的价格 是一种控制性的价格 它是一种区域性的价格 是无限年期的价格 是一种平均价格

知识点：

用户解答： 是一种分用途的价格 | 是一种控制性的价格 | 它是一种区域性的价格 | 是一种平均价格

6.在估价程序中，确定估价结果后应撰写估价报告，估价报告应达到（）要求。(5.0 分)

概括性 全面性 特殊性 公正性 准确性

知识点：

用户解答： 概括性 | 全面性 | 公正性 | 准确性

7.成本法的实质是通过对估价对象不动产的各组成部分的市场价格的估算，最终确定估价对象整体的市场价格。成本法适用于（）。(5.0 分)

全新或基本全新的不动产价格评估 既无收益又很少进入市场交易的不动产

使用时间较长且新旧程度难以判断的不动产的价格评估 不动产市场不活跃、缺乏市场交易实例的区域 工业用地的价格评估

知识点： 用户解答： 全新或基本全新的不动产价格评估 | 既无收益又很少进入市场交易的不动产 | 不动产市场不活跃、缺乏市场交易实例的区域 | 工业用地的价格评估

8.适用于评估新建不动产价格的成本法基本公式是（）。(5.0 分)

新建不动产的价格＝（土地取得费＋土地开发费＋税费＋投资利息＋投资利润＋土地增值收益）×修正系数＋建造建筑物的直接成本＋建造建筑物的间接成本＋建造建筑物的正常利润

新建不动产的价格＝（土地取得费＋土地开发费＋税费＋投资利息＋投资利润＋土地增值收益）×修正系数 新建不动产的价格＝（土地取得费＋土地开发费＋税费＋投资利息＋投资利润＋土地增值收益）×修正系数＋建造建筑物价格

新建不动产的价格＝购置土地价格＋建造建筑物价格

新建不动产价格＝土地的重新取得价格或重新开发成本＋建筑物的重新构建价格－建筑物的折旧

知识点：

用户解答： 新建不动产的价格＝（土地取得费＋土地开发费＋税费＋投资利息＋投资利润＋土地增值收益）×修正系数＋建造建筑物的直接成本＋建造建筑物的间接成本＋建造建筑物的正常利润 | 新建不动产的价格＝（土地取得费＋土地开发费＋税费＋投资利息＋投资利润＋土地增值收益）×修正系数＋建造建筑物价格 | 新建不动产的价格＝购置土地价格＋建造建筑物价格

9.运用假设开发法评估不动产价格需要经过以下（）步骤来求取估价对象价格。(5.0 分)

估计开发经营期

调查待估不动产基本情况 选择最佳的开发利用方式 预测开发完成后不动产总价格 估算成本费用及利税

知识点：

基于SBR的在线控制评估策略 篇5

目前, 已开发出许多城市污水处理技术但基本上都是以生物处理为基础, 依靠消耗能量, 创造适于微生物的生存环境强化其降解污染物质的能力, 从而达到改善环境的目的。其中应用最值得关注的就是SBR处理技术。SBR属于典型的批处理过程以操作灵活, 结构简单, 投资节省等优点而受到关注, 在工业, 服务业等许多分布广, 种类杂的场合被普遍采用[1]。可是SBR处理技术不仅流程长基建费高管理复杂而且在运行中要消耗大量能源。经统计各地污水厂的耗电量已超过全国总发电量的0.1%。

随着科学技术特别是自动化技术的飞速发展, SBR的单元设备及控制水平有了很大提高, 电动阀、电磁阀、液位计、流量计及DO等在线仪表的出现为SBR技术的发展提供了支持, 使SBR的自动化操作成为可能, 克服了SBR法运行管理复杂的主要缺点, 使SBR工艺有了更加广泛的应用前景。在经济水平高速发展, 中小城市迅速崛起的今天, SBR工艺一定会在城市化进程中发挥更大的作用[2,3]。

1 SBR仿真

间歇式活性污泥法又称序批式活性污泥处理法。英文简称SBR[4] (Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process) 。对SBR几个阶段进行适当的规划, 通过厌氧、缺氧、好氧阶段运行顺序和时间长度的适当调节, 可以在实现高效去除有机碳的同时, 达到脱除氮、磷等成分的目的[5], 如图1所示。与传统的生物处理工艺相比, SBR技术的优势在于它能处理液压和有机负荷下引起的更大范围的波动。通常这些系统有一个固定的通过操作器来实现的循环配置。预先设定的周期有时不能适应动态变化的影响, 导致资源的过量使用。在环境条件配置正确的前提下, SBR系统可实现有机物氧化和脱氮, 脱氮分为硝化和反硝化。控制有氧和缺氧阶段的交替对消除氮和磷是必不可少的。由于目前正在实施更为严格的立法, 需要更多对废水处理系统的控制, 尤其是降低成本方面。

1.1 SBR污水系统的优化控制提法的构成

选择厌氧时间tana, 好氧时间tae和缺氧时间tano作为受控对象。在SBR污水处理系统中, 影响运行费用的关键因素是曝气阶段消耗的能量。因为曝气阶段氧传递系数k La恒定, 即单位时间内曝气量恒定, 因此运行代价最小可归结为曝气时间tae最小。最优控制提法构造如下:

目标函数:

其中X∈R19是状态变量, X0是状态变量初值;u是操作变量 (曝气开关动作) [6]。

1.2 SBR最优问题求解

最优问题虽然可以化为经典表达形式, 但由于厌氧/好氧/缺氧每个阶段相互影响相互制约, 构造数值解法方面也存在很大难度。根据污水组成情况, 借助仿真工具试差求解是目前求解这个问题的途径之一。本文采用直接寻优法求解上述最优问题。直接寻优法的基本思想是:

1) 预置一个初始试验点X0。

2) 寻找一个合适的搜索方向Pk, 令Pk为第k+1步的搜索方向, k=0, 1, 2……

3) 沿Pk方向前进一步的步长设为λk, 求合适的步长λk。

4) 得到新的点为Xk+1, 它应比原来的点Xk更接近于最优点,

5) 检验Xk+1是否最优, 若是最优, 则停止搜索。否则, 令k=k+1, 重复 (2) 以后各步。

上述方法既适用于无约束的最优化问题, 也适用于有约束的优化问题[7]。本文采用补偿函数法将其化为无约束条件的最优控制问题。即采用补偿函数法来满足式约束条件, 得到新的性能指标J:

其中, k1、k2和k3分别为足够大的正数。借助仿真工具求取最优控制的数值解。

2 优化仿真运行方案及结果比较

20小时的周期时间分为反应阶段, 进水阶段和排放阶段是用于整个实验研究 (见图2) 。一个周期, 5个阶段缺氧和好氧交替进行来确定先前的研究, 以实现有机物和脱氮。出水中有机物浓度偏高或波动大及运行费用高是污水处理厂普遍存在的两个问题。本文将这两个问题联系起来, 寻求实现以最小的能量消耗满足排水指标的最优控制方案。选择SBR污水处理系统各个阶段的运行时间, 即厌氧时间tana、好氧时间tae、缺氧时间tano作为控制变量, 以运行费用 (即能耗) 作为性能指标, 以出水水质为约束条件。在满足出水水质要求的前提下, 尽可能减少运行费用是最重要的目标。

从仿真结果可以看出, 优化控制算法可以根据进水水质的变化, 自动选择满足出水指标的最优运行时间, 优化前后从仿真图中可以清晰的看出所得出的结果更加令人满意。根据出水水质情况, 不仅使得各种成分达到更优的指标, 更加节省了时间, 对实际污水处理系统的节能降耗将具有一定的指导意义。

3 结论

本文介绍了一个基于SBR模型在线控制策略设计实验, 根据不同的进水浓度, 可以自动调整阶段运行时间而不影响出水水质, 选择最优运行时间决定处理时间以及能量消耗。由于影响水质的因素从多, ASM2d模型的通用性在一定程度上受限, 因此针对不同的工艺的运行费用数学模型还需要广泛的实际运行数据不断完善, 不断优化, 从而通过改善工艺参数达到优化运行, 节约能源消耗。实验采用西门子的DCS。检测部分采用德国WTW公司的传感器对PH值、溶解氧、悬浮固体、氨氮、磷酸盐、BOD等重要参数进行在线测量。

参考文献

[1]樊立萍, 于海斌, 袁德成.序批式反应器污水处理工艺建模与控制研究[J].信息与控制, 2004, 33 (2) :202-207.

[2]Buecker B.Zero discharge programs requirecareful planning[J].Power b Engineering, 1997 (5) :49-52

[3]Kawamura S.Optinisation of basic water treatment processes design and operation filtration AQUA[M].London:Ann Arbor Science Publishers Inc, 1996.225-263

[4]Chang H.N., Moon R.K., Simulation of sequential batch reactor (SBR) operation for simultaneous removal of nitrogen and phosphorus[J].Bio.Eng.2000, (23) :513-521.

[5]H.Stephons and H, Stensel.Effect of Operating Conditions of SBR Processes., Water Environmental Research., 70 (3) :362-369, 1998.

[6]蔡宣三, 最优化与最优控制[M].北京:清华大学出版社, 1982:176-229.

在线安全评估 篇6

1 继电保护隐患运行在线评估系统概述

1.1 在线评估系统

通过EMS系统或SCADA系统对电网运行汇总的各个数据进行实时的在线采集检测和判断评估, 当数据偏离定值要求时, 系统能够及时发出警报, 提醒工作人员及时的对电网中的继电保护装置进行检查, 如果继电保护装置能够全面实现在线评估, 电网的安全性将大大提高。

1.2 继电保护在线辨识

当继电保护装置出现隐患时, 多是由于继电保护的保护定值与实时运行数据不符导致保护动作不能正常的发出。或是继电保护的硬件直接存在缺陷, 对于整个电网的安全保护都存在很大的不利, 类似于系统故障、元件老化等这种“硬伤”, 严重的影响了继电器继电保护动作的准确发出。而且我们也要知道, 我们所计算的电网继电保护定值是在离线状态下获得的一个相对不变的稳态值。不同于电网实际运行中的状态, 这个定值是运用电网运行的最大方式与最小方式的关系计算所得, 不能完全体现出电网的动态变化状态也不能完全反映出某些不在我们计算所得的定值范围之内的特殊数据, 即电网的特殊运行方式。加上计算所得的定值并不能完全合理, 电网中的用电设备出现故障时, 继电保护装置就会错误的发出保护动作或者根本就不采取保护。为了对不合理的保护定值早发现, 早修订, 减少不必要的安全事故的发生。所以采用继电保护的在线辨识对电网的保护定值进行准确有效的核对和评估。

2 不合理保护定值的风险在线评估

所谓的继电保护定值不合理性是指, 保护定值没有足够的灵敏度, 也不符合选择性要求, 当不合理值出现时对于电网的危害程度是不同的。下面我们就对继电保护中不合理保护定值在线评估的主要内容进行具体的分析:

2.1 继电器不合理定值的隐患范围

不合理保护定值需要在一定的范围内才会对继电器保护动作的正常发出产生影响, 我们以一个简单的图示加以说明 (见图1) 。以HF1表示初段的继电保护与末端的故障关系。在图一中, 当首段L1发生故障, 距离较小的位于L2段的R2同样会受到L1段的影响, 这将导致保护定值不合理, B2误跳, 在这里隐患范围即图一中的阴影区域。

2.2 不合理保护定值隐患的发生概率

对于不合理保护定值隐患的发生概率我们通过一个简单的电网接线示意图来加以分析 (如:图2) 。

当图2中的L1短路, 根据事件树结构我们做出了不合理保护定值隐患的发生概率的比例 (已知B1为初段, 发生概率几率≤17%) , 则各段上的隐患发生率见图示。计算方法是, 首先假设每段上发生故障的概率是相同的, 每段上的故障概率记为Pfn, 则, L1短的隐患暴发概率为:PHF1=Pf1×LHF, 以此类推, 计算出每段不合理定值隐患发生的概率。

2.3 不合理保护定值隐患的风险计算

在继电保护隐患在线评估中, 根据下面的公式来求不合理定值的总风险。

其中Pi为第i个保护定值不合理的运行风险, Pj为在第j种情况下的严重性指标, Sj则为暴发率。通过这一公式的计算, 我们就能对每一段上存在的不合理保护定值隐患风险进行确定, 以便做到及时的规避。

3 继电保护系统硬件缺陷的在线评估

3.1 继电保护系统硬件缺陷的在线评估类型

继电保护系统硬件缺陷导致继电保护存在隐患的类型有三:①最常见的是:被保护设备保护动作正常, 而相邻设备硬件损坏产生保护误动。这样的硬件缺陷, 容易产生跳闸现象。②被保护设备硬件损伤导致保护拒动。这种类型的硬件缺陷并不常见, 但是需要相邻设备的后备保护加以支持, 使相邻的众多设备无法正常运行。③第三种状况同样会导致跳闸, 这就是:设备本身无故障但受外界干扰, 继电保护设备存在缺陷产生保护拒动。我们在进行继电保护系统硬件缺陷的在线评估时也多是以第一种状况为评估重点。

3.2 继电保护系统硬件缺陷隐患的风险的在线评估

通过具体的实例来对继电保护系统硬件缺陷的风险进行在线评估计算。某省级电网有节点365个, 线路141条, 通过在线进行线路保护误动评估, 在其中一个断面上就发现保护误动隐患369个, 对于这种隐患的风险在线计算如图4所示。在图4中, 我们可以清楚的发现不同的线路段上产生的保护误动风险村子啊很大的差异, 经过在线计算后, 就很容易的找出继电保护隐患较多的环节, 发现保护不到位的地方。

4 结束语

本文从继电保护隐患的两大方面进行论述, 就这两个主要方面的运行风险在线评估内容和计算方式展开讨论。通过对继电保护隐患运行风险的评估方法的讨论为继电保护隐患的在线评估提供了有效的计算方式。对基地单保护不合理定值的讨论则方便我们能够及时的发现继电保护中的薄弱环节, 及时的采取措施加以控制。

摘要：继电保护存在着一些问题隐患, 导致继电保护装置不能正确的发出保护动作, 对整个电网的安全运行都十分不利。本文通过对继电保护隐患运行风险的在线评估进行探讨, 希望能够及时的发现继电保护的薄弱环节, 及时的对电网进行有效的保护, 减少安全事故的发生。

关键词：继电保护隐患,运行风险,在线评估

参考文献

[1]戴志辉, 王增平, 焦彦军, 曹树江.阶段式保护原理性失效风险的概率评估方法[J].电工技术学报, 2012 (06) .

在线安全评估 篇7

关键词：常压储罐,声发射,在线评估

常压储罐的罐内多储存易燃易爆、易挥发等有毒有害介质, 且长年在自然环境和液位交替变化条件下运行, 储罐的壁板和罐底板存在大量的焊接残余应力和结构应力, 罐内外也存在大量的腐蚀介质, 材料本身不可避免的出现老化、减薄、腐蚀等缺陷, 尤其是罐底板的腐蚀减薄不易被发现和预防, 极易引起介质泄漏, 导致严重的经济损失和环境生态污染。如1995年4月8日凌晨我国厦门某油库3号罐底板穿孔泄漏, 造成航空煤油严重泄漏;1997年北京东方化工厂“6.27”事故, 由于储罐泄漏引起爆炸, 死亡8人, 燃烧区域达6万多平方米。

鉴于上述原因, 如果有一种好的检测技术能帮助管理者列出储罐维修的优先顺序, 不仅能延长储罐的检验周期、节省检验费用, 更能使管理者对设备安全了如指掌, 真正做到设备受控。实际上, 这种技术就是声发射罐底腐蚀状况监测技术, 如果能在今后的常压储罐检验中应用此项技术, 相信每年能节约数千万元的检测费用。

下文首先介绍这种用于罐底板检测技术的原理, 进而应用大量工业应用统计的结果来验证这种技术的实际效果。

1 罐底板检测技术简介

声发射波是一种来自于材料得内部由于突然释放应变能而形成的一种弹性应力波。在腐蚀过程中由于氢脆裂纹的产生以及腐蚀引起的断裂和分层能够产生声发射波。它可被高灵敏度的声发射传感器接收到, 这种声发射的传感器可将这种弹性波的信号转换成电信号进而由声发射系统来数字化处理。声发射的信号不仅在它所产生的材料的内部传播, 也能传到材料表面并且沿表面传播直至其能量完全衰减为止。所有的材料, 包括固体, 液体及气体都能够传播声发射波, 但不同的材料具有不同的信号衰减率。由罐底板腐蚀引起的声发射波信号可通过油介质传播至数十米远的地方, 这种声发射的信号可由先进的声发射仪器及软件来进行数字化分析。由于一个声发射源的信号可被几个不同的声发射传感器接收得到, 因而可以根据接收时差法对声发射源进行定位计算, 这也是声发射技术的另一个主要特征。

图1为声发射对罐底板腐蚀检测简图。所有检测的过程都非常简单和方便, 主要包括如下几个步骤:1) 充油至储罐80%以上液面并稳定几个小时 (该过程可在夜间完成) 。2) 在储罐的外壁底部安装传感器并由电缆线连到主机上 (1小时) 。3) 运行声发射仪进行测试 (1小时) 。4) 存贮数据至计算机硬盘, 进行下一罐测试。5) 在检测后进行数据后处理, 分析及出报。

显然, 上述过程并不需要倒罐及清罐, 只是在检测前需关闭阀门和机泵几小时 (最多24小时) , 检测完成后储罐可立即投入使用。此外, 由于这种方法非常的省时省力, 因此比其他像超声, 磁粉等离线检测方法更节省费用。

在国外, 这种声发射监测常压储罐的技术应用已经十分成熟, 并已建立油罐罐底腐蚀状况声发射在线检测专家系统, 简称TANKPAC。他们已经将此项技术列为常压储罐检测的必要手段。这种技术是建立在声发射所采集到的数据与事后对数百个储罐进行清罐并用其它无损检测手段检测验证进而建立相关关系的基础上形成的。TANKPAC技术根据罐底腐蚀情况将储罐等级状况进行由A﹣E的5级分类。每个等级都有相应的维修处理方法, 具体见表1:

在我国, 应用TANKPAC比较早并且已经在数百台常压储罐做过声发射检测的单位有大庆石油学院、天津石化特检中心、杭州特检院等。下文将介绍他们在常压储罐检测实例中的成功经验及PANKPAC系统的应用。

2 检测实例

图2为一储罐在维修前后声发射检测结果, 维修前的E级罐 (a) 维修后变成A级罐 (b) , 显然TANKPAC成功地区分开两种不同状况的储罐。

做为对TANKPAC技术应用效果的一个检验, 上述某单位以完成145台不同类型、不同介质储罐的腐蚀状态检测与诊断。145台储罐中A、B级占59%, 而D、E级仅占10%, 根据原先的维修计划所有这些罐都是必须清罐检测的。但基于维修优先权的分类建议表1, 有大部分的贮罐是不需立即维修的。这不仅节约了大量的检测费用, 而且能及时维修腐蚀严重的储罐, 并制定合理的维修计划。在被检测的145台常压立式储罐中, 对其中的28台储罐进行了开罐和罐底板常规无损检测或漏磁扫描方法检测, 其储罐声发射在线检测结果与开罐的检测和评价结果基本一致。根据检测结果的对比分析, 充分证明了声发射在线检测的可行性与可靠性, 并在石油、石化行业有广泛应用前景。

3 结论

在线安全评估 篇8

继电保护装置是电力系统安全运行的保障,同时也是极为重要的二次设备。美加大停电事故表明[1,2],大停电及连锁故障的发生与继电保护装置的不正确动作密切相关。因此,提出一种在线校核保护装置的有效方法就显得极其迫切与重要。

文献[3]提出了继电保护定值在线校核的概念并初步探讨了校核方法。在线校核即利用能量管理系统(EMS)/数据采集与监控(SCADA)系统采集的电力系统实时数据,实时判别系统所有保护在实时运行方式下的性能,包括保护的保护范围与选择性;一旦存在保护拒动或误动隐患,校核系统就会发出警报。在线校核这一概念的提出引起了学术界广泛关注,众多学者在理论和实践上展开了深入的探索和研究。文献[4]提出了针对距离保护的校核原则;文献[5]实现了基于集群计算机的保护定值在线校核并行计算方法;文献[6]根据地区电网的特点,开发了地区电网继电保护定值在线校验智能系统;文献[7]开发了基于EMS/DTS的大地区在线继电保护智能预警系统,并已经在线应用于某省级电网。

随着中国电力建设的飞速发展,电网规模不断扩大,对于规模庞大、运行方式多变的区域级电网,按照传统的顺序或随机保护校核方法,用户是不可能短时间内校核完所有保护。目前,国内外鲜有对保护校核顺序研究的文献。基于此,考虑到在电网中,各继电保护的电气地理位置、配合关系、事故发生概率以及带来的后果均不相同,即保护的重要程度不同,本文提出了一种基于保护重要度的继电保护定值在线校核评估方法。该方法根据元件的停运模型以及保护动作的时序建立了事件树,利用事件树分析法定量评估出预想连锁故障给系统带来负荷孤立、发电机孤立、线路过载的风险;基于这些风险,全面地定义了线路和保护的重要度指标。根据求出的保护及线路重要度排序,辨别出重要保护和关键线路,从而优化了在线校核的过程,使其更为合理有效。

1 元件停运模型

1.1 独立停运模型[8]

电力系统包括发电机、线路、变压器、保护装置、电抗器等各类元件。本文主要考虑线路和保护装置,每个元件模型只有2种稳定状态,即正常运行状态和停运状态,其余元件均假设100%正常运行,即失效率为0。

在独立停运模型中,各元件发生停运事件的概率是独立的,互不影响。最常用的可修复元件的独立停运模型可以通过稳态“运行—停运—运行”的循环过程来模拟。图1为元件的状态空间图,图中λ为失效率(失效次数/年),μ为修复率(修复次数/年)。

1.2 配合停运

在实际系统的运行中,涉及多个元件的相关停运事件的概率远大于这些相同元件同时独立停运的概率。相关停运比独立停运对系统造成风险影响更大,更容易引起连锁故障,造成大范围停电。本文针对连锁故障,考虑了保护装置误动和拒动2种失效形式,而线路只考虑短路故障失效。

配合停运是指线路上的多个保护装置之间存在保护配合关系,1个保护装置失效将会让其他具有配合关系的保护动作,从而迫使多个元件进入停运状态。

配合停运的示例如图2所示。若线路L3发生短路故障,保护6正确动作,保护5拒动,则保护5的远后备保护1,3同时动作,额外切除线路L1,L2以及母线B2。又如线路L1发生短路故障,保护1,2正确动作,但保护2的远后备保护3,6发生误动,将额外造成线路L2,L3以及母线B2停运。

1.3 连锁停运

连锁停运是指系统中第1个元件的失效引起第2个元件失效,第2个元件失效引起第3个元件失效,依此类推。其中,第1个元件被称为停运激发元件。这样的连锁停运常常会给系统造成极其严重的后果。图3给出了连锁停运的状态空间图。图中λ1是激发元件的失效率,λ2是第2元件失效率;μr是连锁停运恢复率,通常就是激发元件的修复率。

状态1对应于所有元件正常运行,状态2是激发元件失效状态,状态3是第2个元件失效状态,依此类推。在实际应用中,可合理假设连锁故障发生时,状态转移过程太快,近似忽略除首尾状态外的其他所有状态,则可简化为类似于图1的两状态简单模型。处于状态1时,全部元件正常运行;处于状态N时,全部元件停运。

2 评估方法

2.1 事件树分析法

事件树分析(ETA)起源于决策树分析(DTA),它是一种按事故发展的时间顺序由初始事件开始推论可能后果的方法[9]。事件树分析过程通常以系统中的原发性故障为初始诱发事件,找出与其相关的后续事件,具体分析每个后续事件正常或失效的2种对立事件的概率,形成一棵倒立的树。从树最末尾的事件回溯到原发性事件的每条路径代表了一个时序逻辑事件序列,由此可以清晰地导出初始诱发事件引起的各种系统状态。

2.2 系统状态选择

当一条线路发生故障被切除后,与该线路相连的线路保护装置不正确动作的概率将大幅提高,而一个保护装置的拒动或误动,往往会引起其他保护的连续动作,这是造成连锁故障的常见形式[10]。由事件树分析法的原理可知,此方法能较清晰地分析连锁故障的整个过程,并估计事故的可能后果。因此,本文将线路故障设为原发性故障(初始诱发事件),保护装置故障分为误动、拒动2种情况,利用事件树分析法,构造相关停运事件树,从而形成不同的系统状态。但考虑到该算法搜索到的系统状态数将随着事件树的层数呈指数级增加,若相关停运事件树的分支数不被限制,那么显然无法满足实时在线应用的要求。考虑到系统实际运行中,多重原发性故障和多台保护装置同时误动或拒动的发生概率极低。基于此,作出以下适当简化。

1)初始诱发事件只考虑单重性故障。

2)线路保护装置误动、拒动不同时发生。

3)同一保护装置误动、拒动概率相互独立。

4)发电机故障和变压器故障不予考虑,且发电机出口保护100%可靠。

基于上述考虑,图4描述了一个简单的保护动作事件树。

3 评估指标

3.1 风险理论简介

IEEE于1993年在文献[11]中将风险一词定义为概率和后果的乘积,用于分析电力系统的不确定性问题。因为风险具有可累加组合的性质,所以使用风险指标既可以对个体也可以对整体进行定量评估。一般风险的表达式为:

式中:R为风险值;P为事件的发生概率;I为事件的产生后果。

3.2 风险指标

连锁故障是一种概率较低但后果严重的事故,它是由系统中某一元件故障引起一系列其他元件停运的连锁反应[11]。文献[12-13]利用风险和概率的评估方法考虑了保护隐性故障对电网脆弱性的影响,但没有分析每个保护的重要度。本文将从发电机、负荷、线路潮流3个方面定义电力系统连锁故障的风险。假设第k个保护的正确动作概率、误动概率、拒动概率分别为PC(k),PW(k),PJ(k),且为互斥事件,满足式(2):

通常情况下,保护装置的误动概率和拒动概率比较容易求得[14],则通过式(2)能计算出保护正确动作的概率。

3.2.1 风险概率

1)当第i条线路发生短路故障,线路两端保护正确动作的概率为:

式中:PL(i)为第i条线路的故障率,可以通过历年的统计数据求得;PC(k)和PC(k+1)为第i条线路上两端保护装置正确动作的概率。

2)当第i条线路发生短路故障,第k个保护误动的概率为:

3)当第i条线路发生短路故障,线路上第k个保护拒动,远后备保护正确动作的概率为:

式中:PJ(k)为第i条线路上一端保护装置拒动的概率;第j个保护为第k个保护的远后备保护;N为其远后备保护的个数。

3.2.2 风险后果

1)第x种风险概率事件可能造成负荷孤立的后果为:

式中:ILD(x)为上述第x种概率事件可能造成负荷孤立的功率损失,x可取1,2,3,依次表示线路故障时,保护正确动作、保护误动和保护拒动3种不同的概率事件;SLD(x)为第x种概率事件造成负荷孤立的视在功率损失;SB为系统的基准功率;δ(x)为第x种概率事件的标志系数,若有负荷孤立,δ(x)取1,否则取0。

2)第x种风险概率事件可能造成发电机孤立的后果为:

式中:IG(x)为上述第x种概率事件可能造成发电机孤立的功率损失,x可取1,2,3,依次表示线路故障时,保护正确动作、保护误动和保护拒动3种不同的概率事件;SG(x)为第x种概率事件造成发电机孤立的视在功率损失;θ(x)为第x种概率事件的标志系数,若有发电机孤立,θ(x)取1,否则取0。

3)为了反映保护装置可能的隐性故障,即在故障发生时或故障发生后瞬间,电力系统潮流的转移使一些线路可能出现过载的情况,使保护装置将电路元件错误地从系统中移除,从而可能造成连锁故障的风险,本文定义了第i条线路的潮流变化率为:

式中:SL′(i)为故障后第i条线路的视在功率;SL(i)为故障前第i条线路的视在功率。

因此,本文定义第x种风险概率事件可能造成线路过载的后果为:

式中:IF(x)为第x种概率事件可能造成的线路过载后果,x可取1,2,3,依次表示线路故障时,保护正确动作、保护误动和保护拒动3种不同的概率事件;当F(i)>0时,表示线路潮流在增大,有过载的风险;当F(i)=-1时,表示线路潮流变为0,有造成停电的风险;其他情况则不需考虑。

在实际的应用中,可以在每条线路设置不同的阈值ε衡量该线路潮流的变化;若系统拓扑结构发生变化,线路的潮流变化率大于阈值ε,则该线路有过载的风险,系统应该及时发出预警使调度运行人员及时调整保护整定值或系统运行状态,以避免连锁故障的发生。

3.2.3 风险值

根据风险的定义,第i条线路发生短路故障造成负荷孤立的风险为:

式中:ILD(1)为线路故障时,保护正确动作造成负荷孤立的后果。

第i条线路发生短路故障造成发电机孤立的风险为:

式中:IG(1)为线路故障时,保护正确动作造成发电机孤立的后果。

第i条线路发生短路故障造成线路过载的风险为:

式中:IF(1)为线路故障时,保护正确动作造成线路过载的后果。

第i条线路发生短路故障,第k个保护误动造成负荷孤立的风险为:

式中:ILD(2)为线路故障时,保护误动造成负荷孤立的后果。

第i条线路发生短路故障,第k个保护误动造成发电机孤立的风险为:

式中:IG(2)为线路故障时,保护误动造成发电机孤立的后果。

第i条线路发生短路故障,第k个保护误动造成线路过载的风险为:

式中:IF(2)为线路故障时,保护误动造成线路过载的后果。

第i条线路发生短路故障,第k个保护拒动造成负荷孤立的风险为:

式中:ILD(3)为线路故障时,保护拒动造成负荷孤立的后果。

第i条线路发生短路故障,第k个保护拒动造成发电机孤立的风险为:

式中:IG(3)为线路故障时,保护拒动造成发电机孤立的后果。

第i条线路发生短路故障,第k个保护拒动造成线路过载的风险为:

式中:IF(3)为线路故障时,保护拒动造成线路过载的后果。

对于含有M条线路的系统,由第k个保护误动造成负荷孤立的风险为:

由第k个保护误动造成发电机孤立的风险为:

由第k个保护误动造成线路过载的风险为:

3.3 重要度指标

本文将第i条线路短路故障所造成的负荷、发电机、线路过载风险的加权和作为衡量第i条线路重要与否的指标,即第i条线路的重要度指标定义为:

式中:ωL,ωG,ωF分别为负荷风险、发电机风险和线路过载风险的权重系数,且ωL+ωG+ωF=1。

类似地,把第k个保护误动和拒动造成的负荷、发电机、线路过载风险的加权和作为衡量第k个保护重要与否的指标,即第k个保护的重要度指标定义为:

线路和保护的重要度指标越大,说明该线路保护越重要,即重要度指标大的线路和保护为关键线路和保护。对于关键线路,可以通过加强该线路的保护设备和实时监控,从而以较小代价换取较高的可靠性;对于关键保护,可以采取优先在线校核从而以最短时间降低大规模停电事故发生的概率。

4 评估算法流程

该评估算法流程如图5所示。

本文提出的算法有以下优势。

1)程序实现较简单,能满足在线实时应用要求。

2)在计算系统失效概率时,计及了元件的正确工作概率,比其他方法更加精确。

3)事件树的每条路径只计算1次,且生成的事件树没有发生更新时,可以重复使用,效率较高。

5 算例分析

本文采用IEEE 9节点测试系统为例对所提出的算法进行仿真验证,如图6所示。对其6条线路、3台变压器和对应的18个保护进行重要度评估,线路、变压器均等值为支路,按标幺值计算。假设不考虑保护装置的差异性,即保护的拒动概率均取为0.005[14],保护的误动概率均取为0.005[13];系统中负荷孤立、发电机孤立和线路过载的权重系数分别取为0.2,0.3,0.5[13],本算例重点考查线路过载的风险,以检测隐性的连锁故障发生。

经式(22)计算得到各支路重要度指标,并列出相对应的过载最严重的线路,如表1所示。

由表1的支路重要度计算结果可以看出,排在前3位的支路(2,7),(7,8)和(5,7)的重要度远大于其他支路,因此这3条支路为关键支路,支路(7,8)和(5,7)为关键支路;这是因为2号发电机发出的有功功率非常大,所以造成出端所连3条支路的重要度很大,应当加强支路上的保护装置。但同时也要注意到有5条支路(2,7),(7,8),(5,7),(6,9)和(4,5),发生故障被切除时,支路(8,9)都为最严重过载支路,且当支路(8,9)故障时,同时有2条支路严重过载。这表明支路(8,9)是潜在的重要支路,容易受到其他支路故障的影响,潮流波动较大,应对其进行重点监控,以防止连锁故障发生。

经式(23)计算得到各保护重要度指标,如表2所示。

由表2的保护重要度计算结果可知,排在前3位的18,7和15号保护的重要度远远大于其他保护,因此这3个保护为本算例的关键保护。从表1可看出,18,7和15号保护分别在支路(2,7),(5,7)和(7,8)上,而支路(2,7),(5,7)和(7,8)正是本算例的关键支路,可以看出,保护的重要度是由本身的特性和电网的拓扑结构决定。综上所述,算例的结果验证了该方法的正确性和可行性。

6 结语

本文提出了基于保护重要度的继电保护在线校核新方法。本文既考虑了保护的误动,又考虑了保护的拒动;同时定义了线路过载的风险,大大提高了对隐性连锁故障的侦测能力。通过线路和保护重要度指标,可以方便地辨识系统薄弱环节以及实现按保护重要度由高到低的顺序依次对各保护进行在线校核,避免了传统的随机或顺序校核各保护带来的弊端,对提高电力系统的稳定性和可靠性有着十分重要的意义。

摘要：为了使继电保护定值校核工作更加科学有效,提出了基于保护重要度的继电保护定值在线校核新方法。首先建立了元件停运模型;然后利用事件树分析法构造相关停运事件树,从而得到不同的系统状态;最后基于风险理论计算出线路和保护的重要度指标排序,根据保护重要度降序排序可进行在线校核保护定值。通过IEEE 9节点系统的分析,验证了该方法的可行性及正确性。

在线安全评估 篇9

光伏发电具有污染少、可再生、技术成熟、安装方便等特点,已成为最重要的分布式电源之一,但光伏电站的输出功率随光照强度变化而波动,对并网和独立光伏系统都会造成不利影响[1]。当大电网具有足够的备用容量和调节能力时,主要计及功率波动引起的电压波动和闪变。而光伏发电站并入偏远地区电网或微网孤立运行时,其功率波动带来的电网频率偏移以及频率稳定问题则不容忽视[2,3,4]。由于光伏发电系统需要利用电力电子装置实现并网,由其产生的电压、电流谐波也不可避免[5]。

目前光伏并网发电系统的监测主要是进行电压、电流、谐波等电能质量的测量[6],国内外还没有专门针对光伏并网发电系统的运行状态综合评估的量测平台及指标体系和评估方法。本文针对并网光伏电站,设计了光伏并网发电测量技术平台,开发了软件综合分析系统。提出了间谐波测量算法和谐波源定位与责任划分方法,结合光伏发电站环境参数,全面检测其运行参数和各项电能质量指标。在对各电气量监测的基础上,结合灰色理论和改进的权重系数确定方法[7],综合分级评估光伏发电站的各项监测指标,得出一个量化的指标作为全面考核其运行状态的依据,以达到对并网光伏发电站电能质量全面、高效监测的目的。

1 系统功能设计

光伏并网发电测量技术平台的主要功能包括:监测、数据记录、显示、通信。通过采集频率、电压、电流,经过计算得到光伏电站的各个监测参数。并对实时数据进行多种显示,包括统计表格、曲线、相位图、棒状图等。通过键盘输入和装置自带控制面板,实时查询装置运行状态,并设置内部时钟和系统基本参数。为便于监测数据的实时传输或定时提取存储记录,装置配置2个RS-485/232接口、1个以太网接口、1个USB接口。可通过以太网将监测数据和开关状态信息传送到上位机,以太网底层传输协议采用TCP协议,应用层通信规约遵照Modbus协议,实时传送速率达5帧/s。

监测项目包括10项:光伏电站发电效率;光照强度、环境温度;光伏电站有功、无功、视在功率和功率因数;光伏电站有功、无功电量;电压偏差;频率偏差;电压、电流三相不平衡度;谐波电压、电流的幅值及相位,各次电压、电流谐波的含有率和总畸变率以及电压、电流间谐波;谐波源定位;电压波动和闪变。其中对发电效率、电压偏差、频率偏差、三相不平衡度、谐波监测的基本记录周期为3 s,其他采用实时显示方式。装置针对各项指标都给出相应的越限报警。通过对上述各项评估指标进行有机综合,不仅真实反映了电能质量情况,而且对光伏电站的运行状态和电能质量做出了综合分级评估。

2 光伏并网发电测量技术平台监测与评估

对于整次谐波、三相不平衡度、电压偏差、频率偏差、电压波动和闪变等常规电能质量指标,光伏并网发电测量技术平台采用FFT算法、IEC标准推荐的测量方法等常规方式进行测量[8,9,10]。本节仅介绍光伏并网发电测量技术平台的3项关键技术:间谐波测量方法、谐波源定位与责任划分以及光伏发电站运行状态综合评估。

2.1 间谐波测量方法

根据标准IEC61000-2-1,间谐波定义如下[11]:在电压和电流信号的谐波分量之间存在着频率与基波频率不成整数倍关系的信号,它表现为离散频谱或宽带频谱。由于间谐波引起波形畸变,降低了负荷的功率因数,这将增加光伏电站内各种能量的损耗。目前光伏电站广泛采用由电感、电容和电阻构成的无源滤波器来滤除谐波,提高功率因数。但无源滤波器只能滤除固定某几次谐波,当有间谐波流过该支路时,有可能引起间谐波放大,造成LC调谐滤波器的过载甚至损坏。因此,必须对光伏电站间谐波水平进行监测。

间谐波频谱随时间而变化,因此其具有随机性,增加了测量的难度。间谐波的频率与基波和各谐波分量的频域距离小于一个工频,在检测间谐波时需要较高的频率分辨率。间谐波的幅值往往远小于基波与谐波分量的幅值,当间谐波与基波、谐波分量的频率接近时,频谱泄漏明显。这些问题都将对测量的精确性产生严重影响。

分析间谐波常用的普通加窗插值FFT、基于二阶统计量的AR模型功率谱等算法存在频谱泄漏、抗干扰性较差等缺陷[12,13]。而基于高阶累积量的间谐波检测方法由于其算法的复杂性,难以应用到基于DSP、ARM的在线实时检测系统中。考虑到算法效率和硬件限制,本文采用了改进的加窗插值FFT计算间谐波幅值和相位。虽然整次谐波对间谐波的频谱影响较大,但间谐波由于其幅值小等特点,对整次谐波的影响极为有限。所以,本文在采用双峰谱线修正算法[8]测量出谐波的幅值、相位后,在时域中减去整次谐波分量,最大限度地消除其对间谐波频谱的影响[14],最后通过加窗插值FFT计算间谐波。由于该方法有运算量小、检测周期短的特点,更适用于在线实时监测装置。算法流程如图1所示。

2.2 谐波源定位与责任划分

当用户或系统的谐波阻抗变化时,会引起总谐波畸变率的变化,必须准确划分用户和系统的责任,这样不仅可使系统准确地实施奖惩机制,而且能够更精确地监测光伏电站的谐波水平,判断出光伏电站谐波水平因电网其他谐波源的影响而提高的情况,确定各次谐波的真正来源和性质。本文结合无功功率变化法和参考阻抗法[15],采用总谐波畸变率作为指标,定性、定量分析了谐波源以及用户、系统各自对公共连接点(PCC)的谐波贡献,即使在谐波阻抗变化的情况下也能准确实施奖惩机制。

2.3 光伏发电站运行状态综合评估

结合PCC的并网光伏发电站在线监测系统,选定反映并网光伏发电站运行状态、电网损耗、电能质量、可靠性以及环境影响的各项量化指标进行综合评估,使当地电力部门能够及时了解光伏电站的实际情况。从电能质量指标、电能指标和环境指标3个方面建立并网光伏电站状态评估体系,并根据国标规定将各评估指标按等级量化。具体指标及分类如图2所示。

为达到客观、全面评估的目的,本文基于灰色系统理论,采用灰色关联分析方法[5]对并网光伏发电站运行状态进行综合评估,通过计算各指标间的关联系数和关联度,从整体上动态、定量分析指标间的关联程度和影响程度。在各指标权重系数的处理上,考虑到单一方式定权容易受赋权方法的影响缺少客观性,采用改进的AHP主观赋权和客观熵值法赋权相结合的方法,以得出客观、准确的权重系数。具体评估流程如下。

a.选定能够反映光伏发电站运行特性的评估指标,以改进的AHP主观赋权法和客观熵值法计算各权重系数,并将主观权重和客观权重进行线性加权,得到各指标的组合权重系数wj。

b.以电能质量指标的理想值为其理想样本(如谐波畸变率为零,频率偏差为零等)。结合电能质量国家标准限制各等级的标准样本对其进行分级处理。各单项指标在限值范围内平均划分为5个等级来描述,可得并网光伏发电站评价指标标准矩阵。

c.根据理想样本、标准矩阵和待评估数据样本生成数据矩阵C,以Ci,j表示矩阵中各数据项。

d.利用理想样本C1,j与标准矩阵、待评估数据样本各对应项的差值建立绝对差矩阵Δ,以△i,j表示矩阵中各数据项。

e.根据式(1)对绝对差矩阵进行变换得到关联系数矩阵。

其中,ξi(j)表示第i个待评估样本第j个指标与标准样本第j个指标的关联程度,其值越大则表示待评估样本与标准样本越接近。

f.结合权重系数wj和关联系数ξi(j)计算出待评估样本矩阵与标准矩阵的关联度:

根据上述3类指标,共16项由Ii(i=1,2,…,16)表示。M1表示理想样本,M2、M3、M4、M5依次表示四级标准样本,分别为优质、良好、合格、较差。在某地并网光伏电站冬季典型天气一天24 h各指标数据中取3个时间段(每段25 min)数据作为待评估样本,如图3所示,分别由N1、N2、N3表示。

为与其他指标保持一致,功率因数、发电效率和每小时平均光照强度3项指标(I14、I15、I16)采用与理想值之差的方式表示。样本数据如表1所示。按上述评估流程进行仿真计算可得各样本间的关联度为r=[0.881 1,0.782 6,0.675 7,0.584 8,0.760 3,0.775 4,0.695 1]。其中,r1、r2、r3、r4分别为优质、良好、合格、较差的参考数值,r5、r6、r7分别为3个待评估样本的数值。通过将r5、r6、r7与各参考值之差求倒数,可得各待评估样本与各级参考值之间的关联程度,数值越大,关联越紧密。因此可得出结论:3个待评估样本均合格,但第1个和第2个样本更接近良好的标准。

3 硬件及软件设计

3.1 硬件系统设计

光伏并网发电测量技术平台的基本要求为采集实时频率、电压与电流,以这3个参数作为平台输入参数,经过各种算法处理后得到光伏电站的各个监测参数输出。由于测量技术平台对采样和计算的要求很高,为实现前述监测要求和指标,考虑采用多处理器方式实现,设计并网光伏发电测量技术平台的总体硬件结构如图4所示,主要由以下7个部分构成。

a.电量采集单元:采集4路电压和4路电流模拟量,经ARM7频率测量模块计算三相电压和电流基波相位、三相电压频率,并由DSP计算光伏电站各项监测指标。

b.开入单元:采集光伏电站并网馈线开关信号,开入信号经信号调理电路和光耦隔离后由DSP芯片进行数据传输处理。

c.开出单元:DSP接收ARM9数据管理及监测单元的开出信号,实现开出单元的继电器输出控制。

d.温度测量单元:测量光伏电站环境温度。温度传感器将温度信号转换成电压信号,由A/D采集和数据处理后得到温度数据。

e.照度测量单元:与温度测量单元类似,测量光伏电站环境温度。

f.ARM9嵌入式平台:提供光伏电站监测数据读取、数据统一管理,实现实时监测评估算法,完成装置的人机交互、数据通信功能。

g.CPLD/FPGA接口转换单元:考虑DSP与ARM9嵌入式平台通信接口的不兼容问题,利用CPLD/FPGA作为接口转换。

3.2 软件系统设计

软件分析系统如图5所示,包括采集单元DSP软件系统、采样控制及频率测量模块的ARM7软件系统和数据管理及监测单元的ARM9软件系统3个部分。

3.2.1 DSP软件系统

DSP软件系统结构图如图5右下部分所示。

a.DSP平台初始化将软件中涉及到的模块功能使能启动,并对关键数据进行初值处理,如读取掉电存储器中的数据、记录开机信息等。

b.A/D采样包括采样点控制、A/D转换和校准3个部分功能。A/D转换分为A/D驱动和模块连接层代码两部分,其中驱动包括初始化、启动以及转换结果的读取;模块连接层代码包括A/D采样模块中其他辅助电路控制(如采样保持器等)、A/D转换结果的数据转换等。A/D校准是为了降低A/D以及采样电路上的比例偏差和固定偏差。

c.数据处理程序是通过A/D采样数据,运用光伏电站各项监测指标涉及到的各种公式以及运算方法,计算、分析出各种监测变量参数。

d.数据存储及传输程序涉及到DSP的EMIF、IIC、SPI、HPI等接口,需要根据设计情况写出各接口模块的驱动代码,以及配合外设完成连接层代码。

3.2.2 ARM7系统

采样脉冲触发单元的ARM7软件系统如图5左下部分所示,由采样脉冲触发程序、相位和频率测量程序及数据传输程序组成。A/D采样控制须由ARM7提供捕获功能接口,ARM7通过捕获测得单周期,从而等间隔划分信号周期值作为定时器时间,在定时中断中保持前端待测信号以及启动A/D采样。此外,三相电压、电流相位和电压频率采集由ARM7处理器LPC2132完成。

3.2.3 ARM9系统

ARM9系统主要负责对采集到的基本电量数据、开关量状态、环境数据和电能质量数据等信息进行统一管理,利用各信息量对并网光伏电站运行状态进行综合评估,并实时刷新显示光伏电站测量数据。同时通过以太网通信将光伏电站的监测评估结果传输到上位机按网页浏览方式显示。ARM9数据管理及监测单元的软件系统结构如图4所示,包括数据传输程序、数据处理及管理程序、串口通信程序(接收照度和温度测量数据以及串口发送监测数据)、以太网通信程序及各驱动程序。

为给光伏并网发电测量装置提供远程B/S模式服务,以太网通信底层采用TCP/IP协议。由于以太网数据传输的优势,使光伏并网发电测量装置具备了真正意义上的远程访问、控制,使多级组网成为可能。ARM9软件系统采用Linux嵌入式实时操作系统,其功能主要是任务调度、文件管理和网络通信等,以太网通信程序应用层采用Modbus协议。

4 技术特点

a.多CPU全嵌入式设计。采用全嵌入式设计方法,光伏并网发电综合评估软件采用源代码开放的Linux嵌入式实时操作系统,量测平台采用ARM9、ARM7和DSP组成多CPU系统,极大提高了测量控制单元的可靠性和可扩充性。

b.全面的并网光伏发电站综合评估体系。提出了光伏发电站运行状态综合评估的指标体系,采用基于灰色系统理论的灰色关联分析方法对并网光伏发电站运行状态进行分级评估。在测量、计算各项电能质量指标的基础上,结合电站当地环境参数,定量分析各指标间的关联度。采用改进的AHP主观赋权和客观熵值法赋权相结合的方法,得出客观、准确的权重系数。便于运行工作人员发现光伏并网发电站运行中存在的问题,提高其运行状况的透明度。

c.高精度的同步采样。ARM7通过捕获测得单周期,再等间隔划分信号周期值作为定时器时间,在定时中断中保持前端待测信号以及实现同步采样,采用16位同步A/D以10 k Hz的速率转换数据,使得装置的测量精度可达到0.5%,开关量分辨率为0.1 ms,频率的测量分辨率达到0.005 Hz。

d.准确的谐波责任区分。结合参考阻抗和无功功率变化法准确区分用户和电网的谐波责任,通过DSP采集计算各次电压、电流谐波幅值和相位,得出各次谐波的谐波源以及系统和用户对PCC谐波畸变贡献大小。改进的谐波源检测算法避免了传统算法的测量误差,能有效区分谐波阻抗变化时用户和电网的谐波贡献量变化。

e.在线快速间谐波检测算法。基于双峰谱线算法,采用2次FFT计算分离谐波与间谐波,分别计算各分量含量。在保证测量精度的同时,减少了计算量和采样周期,更易于在DSP中使用,符合实时在线测量的要求。

f.高速灵活的数据传输。以嵌入式人机交互处理模块为系统中心,DSP与嵌入式处理器的接口采用双口RAM,并使用CPLD/FPGA转换接口将DSP的EMIF、IIC、SPI、HPI中的总线接口转化为其他总线接口,实现ARM9、ARM7和DSP多CPU间数据传输。CPLD/FPGA与DSP组合优势互补、结构灵活、通用性强,不仅能够提高数据处理和传输效率,且便于后期系统的维护和扩展。

5 结语

本文提出的光伏并网发电测量技术平台的硬件及软件技术,能够实现对并网光伏发电站的电能质量、运行状态进行在线实时监测,记录各种稳态、暂态事件。在各项电能质量指标和电能指标的基础上,对并网光伏发电站进行综合分级评估。光伏并网发电测量技术平台和软件系统不仅便于运行工作人员直观地监测光伏并网发电站运行状态,还为分析其运行中出现的扰动和故障原因提供了可靠数据和充分依据,是实现电网新能源接入的重要基础。