新能源接入综合系统（精选8篇）
新能源接入综合系统 篇1
0 引言
目前,由于可再生能源接入电网,其不确定性导致接入电网的潮流产生波动。因此,在制定含可再生能源的电力系统经济调度时,需要对线路潮流进行安全校核。安全校正控制是电力系统安全控制的一项重要内容,分为在线校正和离线校核2种。在线校正控制要求控制策略简单、可靠、易行,一般以灵敏度算法为主;离线校核相对来说可以考虑较复杂的情况,以优化算法为主。文献[1,2]对灵敏度进行了详细的定义,以线路潮流对发电机有功出力的灵敏度为基础进行快速调节,达到在线控制的效果。文献[3,4]是对灵敏度算法的改进。安全约束调度[5]问题是其中的一种典型应用,计及了所有支路的潮流限制不等式约束,以内点法或者单纯型法进行求解。文献[6]研究了电力市场中的安全校核问题。电力系统的无功安全校正问题在算法上与有功安全校正算法相类似。文献[7]以无功调整量最小和有功网损最小为目标函数,建立无功安全校正的数学模型,采用线性规划的方法进行求解。针对有功和无功综合安全校正问题的研究相对较少,文献[8]建立了有功和无功综合安全校正的模糊数学模型,并采用Dantzig Wolfe分解算法,将有功和无功安全校正问题进行解耦,分别求解。
在电网安全校核方面,文献[9,10][9,10]在安排发电调度方案时考虑了计划运行情形,但对于可再生能源带来的不确定性考虑不足。文献[11]在安全约束校核过程中考虑了风电场出力偏差,通过调节平衡节点发电机组出力来平衡风电偏差,达到了一定的安全校核效果,但由于在实际运行过程中参与调节的机组并不只是位于平衡节点,因此需要综合有功无功运行情况对安全校核的调节方式进行研究。此外,在校核安全约束过程中,需要模拟不同可再生能源出力场景以应对其出力的不确定性,目前最为常用的分析方法是蒙特卡洛算法[12,13],但这种方法计算的时间比较长。因此,在考虑含有大规模可再生能源接入电网的有功无功安全校核问题时,合理考虑由于可再生能源的不确定性引起的安全约束建模和计算方法仍是值得研究的问题。
本文将电力网络方程进行拓展,以回路(支路)电流和节点电压作为状态变量,推导支路电流和节点电压与节点注入功率之间的灵敏度关系,以发电成本和网损综合最小化为目标函数,建立有功和无功综合安全校正的数学模型。为了简化计算,只考虑越限支路潮流和越限节点电压的不等式约束。并且没有考虑变压器分接头对节点电压的调整作用。本文所提出的模型在IEEE-30节点系统上进行验证,得到了很好的仿真结果。
1 综合安全校正问题的数学模型
1.1 控制变量和状态变量
在安全校正问题中,所有的发电机节点的P、Q和节点电压、相角都是变量;平衡节点的P、Q是变量,节点电压、相角是不变的;负荷节点的P、Q是不变的,节点电压、相角是变量。
所以,与常规潮流分析不同,发电机(PV)节点的假设有所不同,控制变量一般是发电机(不包括平衡节点)的有功和无功出力;状态变量则是节点电压(不包括平衡节点)和支路电流。
1.2 目标函数
当认为电力系统的负荷不变时,对各个发电机的有功和无功出力进行调整,以消除线路潮流越限以及节点电压越限。发电机的有功调整需要煤耗,而发电机的无功调整不引起煤耗,却引起网络的潮流变化,即引起网损的变化。在电力系统中,网损的变化是通过平衡节点功率的变化反映出来的,而平衡节点通常也是发电机节点,所以以经济性为目标函数可以表示为:
式中:F为系统中所有发电机组调整有功、无功出力引起的总成本;NG、NS分别为发电机和平衡节点的总数;ai表示发电机组i单位发电成本;ΔPi为有功功率损耗。上述目标函数可以分为两部分,表示调整发电机有功出力产生的发电成本;表示调整发电机的有功和无功出力产生的网损成本。
1.3 约束条件
有功—无功综合安全校正问题应满足等式约束:
有功—无功综合安全校正问题应满足不等式约束包括以下几点:
1)发电机的出力限制约束。
即:
式中:Pi0、Qi0、Si0为调整前的发电机有功、无功和视在功率。展开后略去二次项,有:
2)节点电压约束。
式中:Uj为负荷节点j处的节点电压;NF为负荷节点的数量。即:
3)线路潮流约束。
式中:L为网络的支路数。同样有:
2 网络方程的混合表示
2.1 直角坐标方程
回路电流法是网络分析的一种主要方法。在电力网络的回路电流分析法中,首要的问题是基本回路的建立。对于电力网络而言,当采用π型等值模型时,可将并联的接地支路作为树支、串联的阻抗支路作为连支来构成基本回路,见图1。
图1中:Si、Sj为支路首末两端节点的注入功率,Si=pi+j qi、Sj=pj+jqj;同时设节点i、j(i,j=1,2,…,N)的电压分别为:ui=ei+jfi、uj=ej+j fj;回路l(l=1,2,…,L)的电流为。令Rl=Ri j、Xl=Xi j,则回路l的电流方程可表示如下:
将带入式(1 0)后得:
式中:pi、qi表示节点i的注入功率;表示节点注入电流,为与节点i相关联的所有支路电流之和;表示与节点i相关联的所有支路对地导纳;表示对地支路中的电流。
将ui=ei+j fi代入式(12)有:
由式(11)及式(13)共同构成节点—回路混合分析方程。
2.2极坐标方程
将节点与回路方程表示成极坐标的形式时,有:
式中:Ui、θi分别为节点i的电压幅值和相角;φl为支路电流的相角;qci为节点i的无功补偿容量。进一步写成:
其中回路电流由下列方程描述:
3 灵敏度分析
将式(15)和式(16)线性化,得:
式中:ΔUL、ΔθL表示回路电压偏差向量;ΔPS、ΔQS、ΔPG、ΔQG、ΔPF、ΔQF、分别为平衡节点、发电机节点和负荷节点的注入功率偏差向量;ΔI、Δφ为支路电流偏差向量;ΔUS、ΔθS、ΔUG、ΔθG、ΔUF、ΔθF分别为平衡节点、发电机节点和负荷节点的电压偏差向量;H、N、J、L为对应的雅可比矩阵。按照式(21),回路电压偏差向量为0,即ΔUL=0、ΔθL=0;按照上述假设,负荷节点的注入功率是不变化的,即ΔPF=0、ΔQF=0;平衡节点的电压是不变化的,即ΔUS=0、ΔθS=0。上式变化为:
展开整理可得到:
支路电流与节点注入功率的灵敏度矩阵:
节点电压与节点注入功率的灵敏度矩阵:
平衡节点注入功率与发电机节点注入功率之间的灵敏度矩阵:
4 计算方法
综合安全校正问题的目标函数变化为:
式中:AG、AS分别对应发电机节点和平衡节点的发电机发电成本系数向量。则综合安全校正问题可以描述为:
式中:E为元素都为1的向量;△ SG,m in、PTG0、QTG0、△ SG,m ax、△UF,m in、△UF,m ax、△UG,m in、△UG,m ax、△I,m in、△I,m ax分别为系数向量。
灵敏度矩阵的计算涉及到大量的矩阵运算,可以采用连续回代算法[13]求解矩阵的灵敏度,计算的效率就较高。对于式(24)所示的有功和无功综合安全校正问题,是针对△PG、△QG的线性规划问题,采取单纯型法或者内点法进行求解。
5 实例
以IEEE-30节点为例,系统见图2,计算原始数据参见文献[13]。以第35条支路(节点25与节点27之间的支路)为例,计算其对节点注入的灵敏度见表1。
在没有进行节点注入功率调整之前,支路35的电流实部、虚部、幅值和相角分别为:-0.280654、0.275091、0.392991及44.4265。依次调节发电机节点的注入功率,调整系数取0.05,计算后支路35的电流大小见表2。
由表2可知,按相同比例依次调节发电机节点的注入功率,支路35电流减小的趋势完全按照表1中计算的灵敏度顺序。计算结果表明所建立的支路电流—节点注入功率的灵敏度有效,能很好地指出对支路电流影响大的发电机节点。
按照灵敏度对发电机有功进行调整,取不同的调整系数时,支路35的电流计算结果见表3。
通过上述3组数据对比,随着调整系统的变大,支路35的电流不断减小。如负荷也参与调整,调整系数取0.001,则计算后支路35的电流实部、虚部、幅值和相角分别为:-0.277334、0.265729、0.384091及-43.7758,电流下降的幅度更大。
6 结语
本文对电力网络建立节点电压与回路(支路)电流混合表示的数学模型,在此混合模型的基础上推导出支路电流、节点电压、平衡节点有功功率对于发电机节点的灵敏度矩阵,在线形化后得到了有功和无功综合校正问题的数学模型,通过对IEEE-30节点网络计算分析得到如下结论:
1)支路电流表示的线路潮流相比于节点电压法计算的潮流,能更准确地体现线路的过负荷状况,更加适合于电力系统精确分析的场合;
2)将有功和无功综合安全校正问题放在发电机上进行综合控制,可以避免单独调整一台发电机所造成的控制策略冲突问题;
3)在可再生能源大规模接入电网的背景下,对于可再生能源在考虑其容量置信度后,本文所提出的算法也适合于考虑大规模可再生能源接入电网的有功和无功安全校正问题,而且还可应用于发电计划的调整和校核问题。
摘要：电力系统的有功和无功安全校正是运行和控制的一项重要内容,特别是在大规模可再生能源接入的情况下。文章首先将(回路)支路电流变量引入到电力网中,建立电力网络分析的拓展方程。其次根据支路电流、节点电压和平衡节点有功功率针对发电机节点注入的有功和无功功率灵敏度,以平衡节点有功功率变化表示网损的变化,以发电成本和网损综合最小为目标函数,考虑节点电压约束、支路潮流约束和发电机视在功率限制约束,建立电力系统线性化的有功和无功综合安全校正的数学模型,从而对电力系统的有功和无功安全校正问题进行综合考虑。最后以IEEE-30节点系统进行实例验证分析,证明该方法是有效的。
关键词：节点电压,支路电流,有功安全校正,无功安全校正,灵敏度
新能源接入对智能配电网的影响 篇2
关键词：新能源;智能配电网 风力发电;光伏发电;电动车充电站
近年来，世界范围内能源危机日益加剧，能源的开采和使用加速了人类生存环境的恶化。人类必须在有限资源和环境保护要求的双重制约下发展经济。因此，作为一次能源的最大使用者，电力行业综合利用各种新能源具有非常重要的意义。由于新能源发电具有随机性、波动性和间歇性，其接入电网会影响电力系统的安全稳定运行。
一、新能源发电技术及其对智能配电网的影响
在可再生能源中，光伏发电和风力发电发展最快，世界各国都将其作为重要的发展方向。新能源的转换、利用和并网运行技术，是世界各国智能电网技术的研究焦点。
（一）风力发电简介。风力发电是目前新能源开发中技术最成熟、最具规模化商业开发前景的发电方式。风力发电是利用天然风吹转叶片，带动发电机转子旋转发电。其运行方式可分为独立运行、并网运行、与其它发电方式互补运行如与柴油机组、与太阳能光伏发电、与燃料电池发电方式等互补等。
（二）光伏发电简介。光伏发电是应用太阳电池在受到太阳光照时产生光伏效应，将太阳能转变为直流电能，主要由光伏阵列、传感器、储能型蓄电池和充放电控制器、升压电路、逆变器、滤波器和系统控制器等组成。
（三）新能源发电接入对电网的影响。新能源发电的目的是增加电力系统的电量，减少电力系统对一次能源的消耗。新能源发电具有间歇性、随机性、可调度性差的特点。在电网接纳能力不足的情况下，新能源发电并网会给电力系统带来一些不利影响，存在的主要问题在众多文献中均有描述，现总结如下。
（1）对电能质量的影响。风力发电和光伏发电受天气影响均具有间歇性和波动性特点，且一般配有整流-逆变设备和大量的电力电子设备，会产生一定的谐波和直流分量。（2）对网损的影响。新能源接入配电网后，配电系统将由原有的单电源辐射式网络变为用户互联和多电弱环网络[1]。电网的分布形式将发生根本性的变化，负荷大小和方向都很难预测。这使得网损不但与负载等因素有关，还与系统连接的电源具体位置和容量大小密切相关。（3）对配电网系统的实时监控的影响。现行的配电网是一个无源的放射形电网，信息采集、开关的操作、能源的调度等相应比较简单，其实施监测、控制和高度是由供电部门统一来执行的。新能源的接入使此过程复杂化，特别需要对新能源接入后可能出现的“孤岛”现象进行监测预防。（4）并网标准。目前，我国还没有统一的关于新能源发电的并网标准，关于大中型新能源发电并网对电力系统安全稳定性、电能质量、电网调度和运行等的影响因素，以及电网接纳能力等方面的技术问题尚没有确切定论，对接入系统的有功/无功控制能力、电能质量及低电压穿越能力等的检测手段也不完善，包括对控制器、逆变器、输配电设备、双向计量设备及系统安全性方面的检测。
二、电动车充电设备及其对智能配电网的影响
（一）电动车充电设备简介。目前新能源汽车主要有替代燃料汽车、电动汽车、燃料电池汽车三种。电动汽车在环保、清洁、节能等方面有明显优势，成为了当代汽车的主要发展方向，是最有潜力的交通工具。
（二）电动车充电设备对智能配电网的影响。（1）对电能质量的影响。电动车直流充电机采用电力电子技术、整流装置等非线性设备，在实际使用过程中不可避免的产生谐波和无功电流，从而影响电能质量。（2）对配电网的其他影响。电动车采用白天行驶、夜间充电的运行方式，有利于电网的峰谷平衡，改善电网负荷特点，减少为维持电网低负荷运转而引起的调峰费用。
三、结语与展望
随着微网、物联网技术、微型风力发电和光伏发电并网技术以及新型滤波充电桩技术越来越成熟，未来的智能配电网必须可以兼容新能源，实现负荷侧的交互，支持多元化电源的灵活接入和方便使用。首先，智能配电网可以利用太阳能光伏发电和微型风力发电不受地域限制的特点，实现新能源的即插即用，建立微型发网系统，组成微型电网，实现自发自用。其次，电动车特别是电动汽车产业虽然发展迅速，但普及率仍不高。
参考文献：
[1] 李晓明，刘淑琼.分布式发电对配电网的影响及对策技术[J].2009（11）：80～8 3 .
新能源接入综合系统 篇3
随着经济的持续发展和科技水平的逐步提高,高层建筑越来越多,电梯的应用越来越普及。由于电梯的用电量远远高于照明等其他行业的用电量,电梯行业需要寻求新能源的支持。 采用接入太阳能、风能等新能源来驱动电梯不仅大幅度提高了电梯行业的能源利用效率,有效地实现了电梯的节能,而且不会对环境造成污染, 很好地实现了环保[1,2,3]。
常用的电梯驱动技术中,其变频调速系统一般采用交-直-交型主电路拓扑结构,并且已经采用了双PWM控制方式,这使得变频调速系统具有高功率因数、低谐波污染和能量可逆的优势[4,5,6,7,8,9]。整个系统采用双闭环PI调节的控制策略,其中网侧变流器分别以电网电流和直流电压为内、外环控制对象进行调节,机侧变流器分别以电机电流和电动机转速为内、外环控制对象进行调节。但是系统在新能源接入时,由于新能源具有较大的波动性,容易引起直流侧功率的不平衡,进而降低了直流电压的稳定度。 针对上述问题提出在网侧变流器外环控制中, 引入网侧变流器负载电流补偿来实现网侧变流器、机侧变流器和新能源供电三者之间的功率快速平衡,从而实现直流电压的快速响应,增加直流电压的稳定度。同时针对整个系统是一个多变量耦合的非线性系统,采用基于反步法的非线性方法推导出控制算法,提高了系统的可靠性、控制精度与抗干扰能力。
2系统主电路及工作原理
整个系统主要由网侧变流器、机侧变流器和永磁同步电动机组成。同时为了验证系统能够支持新能源的接入,采用自主开发的光伏升压DC/DC变换器来进行新能源接入实验。网侧变流器和机侧变流器均采用PWM技术,双PWM具有以下特点[10,11,12,13]:输入电压、电流频率固定,波形为正弦波,可实现电网侧输入功率因数近似为1 ,消除谐波污染,输出电压、电流频率可变, 电流波形也为正弦波,可实现电动机的4象限运行,能量可双向传送,能量转换效率高。如图1所示,系统主电路由进线电抗器、网侧功率开关管IGBT构成的全桥电路、中间直流侧储能电容器、太阳能电池板、升压DC/DC变换器、机侧功率开关管IGBT构成的半桥电路和永磁同步电动机组成。其工作原理为[14,15]:1)太阳能供电未接入,系统仅由电网供电时,若电动机处于电动状态,则网侧变流器工作在整流状态,机侧变流器工作在逆变状态,能量由电网侧流向电机侧, 向电动机供电;若电动机处于发电状态,则网侧变流器工作在逆变状态,机侧变流器工作在整流状态,能量由电机侧流向电网侧,向电网回馈电能。2)太阳能供电接入时,若电动机处于电动状态,则机侧变流器工作在逆变状态,而网侧变流器的工作状态要根据负载电流来判断,负载电流由电网流向负载时,网侧变流器工作在整流状态,此时太阳能供电和电网一起向电动机供电,负载电流由负载流向电网时,网侧变流器工作在逆变状态,此时仅有太阳能供电向电动机供电,并将多余的电能经网侧变流器回馈到电网;若电动机处于制动发电状态,则网侧变流器工作在逆变状态,机侧变流器工作在整流状态,系统将太阳能供电和电动机制动发出的电能回馈至电网。
3数学模型
三相电压型PWM整流器电路结构如图2所示。
图2中,ea,eb,ec为三相对称电源相电压,ia, ib,ic为三相线电流,uao,ubo,uco为整流器输入相电压,R,L为滤波电抗器的电阻和电感,udc为直流侧电容电压,idc为直流侧电流,iL为负载电流, Q1 Q6为整流器开关管。sa,sb,sc分别表示三相桥臂的开关函数,三相桥臂的上下管互补导通, si= 1(i = abc)表示上管导通,下管关断;si= 0表示下管导通,上管关断。
在三相电压型PWM整流器的控制中,为了简化设计,一般采用空间坐标变换的思想,进行坐标变化。经dq坐标变换后,则可得三相电压型PWM整流器在dq坐标系下的方程为
式中:ω为电网基波角频率;sd,sq为dq坐标系下的开关函数。
交流电动机的数学模型具有多变量、强耦合和非线性的特点,转矩的控制比较困难,而电机调速系统的动态性能取决于对电机转矩的控制能力。控制的基本思想是在三相交流电动机上模拟直流电动机的转矩控制规律。对于表面贴式永磁同步电动机,可得在两相同步旋转dq坐标系下的方程为
式中:usd,usq为电机端电压的dq轴分量;isd,isq为定子电流的dq轴分量;Ls为同步电感;Ψf为转子磁链;ωs为电机电角速度;Es为空载电势;Te为电磁转矩;Np为电机极对数;Tm为负载转矩;J为电机转动惯量。
4控制策略
如图3所示,整个系统采用双闭环控制,在电网侧,为了稳定直流母线电压,取直流侧电容上的电压作为外环控制对象,对电压误差进行PI调节后作为在电流内环中电流d轴分量的参考值。 由于系统运行在单位功率因数状态,设定电流内环中电流q轴分量参考值为0。对电流误差进行PI调节后,输出相应的控制变量来控制系统电网侧变流器运行在稳定状态,实现对直流电压以及电流dq轴分量的无静差控制。在电机侧变流器的控制中,以电动机的转速作为外环控制对象, 电流内环的控制与电网侧类似。
常规的双PWM变频调速系统在太阳能供电接入系统时,由于太阳能发电具有波动性,引起直流侧功率的不平衡,进而影响直流电压的稳定度。针对上述问题,本文提出反步法设计方法, 通过提高网侧变流器负载电流的预测精度并进行补偿来实现直流侧功率快速平衡,使得直流电压快速稳定。如图1所示,对变频调速系统而言, 任意时刻 都满足直 流侧电流 平衡关系 ,即iL= iout- iin,其中iL为网侧变流器负载电流,iout为机侧变流器输入电流,iin为光伏供电输入电流,iL和iout方向流向电机侧时取正。将电流传感器检测出的网侧变流器负载电流iL补偿到外环控制中,经过双闭环PI调节后,加快了系统的动态响应速度,实现了直流电压的快速无静差控制。
由于网侧变流器本质上是具有多变量耦合的非线性系统,为了可以较好地解决大范围稳定性控制问题,本文采用了基于反步法的非线性控制方法,以电容、电感储能的定量关系建立Lyapunov函数。根据反步法设计原理,基于电容储能的公式,定义引入积分环节后的Lyapunov函数V1为
式中:Du = ud*c- udc;Ku I为电压外环积分系数。 对V1求导变形后可得:
为使V1′≤ 0,令
式中:Ku P为电压外环比例系数。
此时V1收敛于0,将式(1)代入式(5)化简后可得:
为了使系统工作在单位功率因数状态,令iq= 0, 即可得:
但式(7)中含有控制变量sd,为满足反步法设计要求,应将sdid分离,设sdid的期望值为s*di*d,令
并由电路稳态关系可得:
将式(9)代入式(8)可得:
将i*d作为引入网侧变流器负载电流补偿后的电流d轴参考值,对其求导可得:
针对电感储能的公式,定义引入积分环节后的Lyapunov函数V2为
式中:Ki I为电流内环积分系数。
对V2求导变形后可得:
为使V2′≤ 0,令
式中:Ki P为电流内环比例系数。
此时V2收敛于0,最后可以得到如下控制变量:
由式(11)看出,电流d轴参考值的导数含有Du分量,因此通过Lyapunov函数V2所得的控制变量sd中不仅含有Did分量,也含有Du分量,这使得直流电压的稳定度进一步提高。
整个控制系统的运行流程如图4所示。控制电路一上电,系统开始运行,电网侧控制开启时,电网侧接触器闭合,开始给直流侧电容预充电;当直流电压达到设定值时,直流侧接触器闭合,预充电过程结束,网侧变流器以单位功率因数状态整流;当电机侧控制开启时,电机侧接触器闭合,待电机相位初始化完成后,机侧变流器以单位功率因数状态逆变,电动机以电动状态运行;当光伏接触器闭合时,光伏接入直流侧进行供电;当给定电机转速信号时,系统控制电动机调节转速;同时系统实时调节着直流侧功率平衡。
5系统控制电路及辅助电路
系统的控制电路是以DSP控制芯片为核心的最小系统电路。辅助电路包括信号采集和处理电路、保护电路、驱动电路、编码器电路等。
最小系统电路主要包括DSP芯片、电源电路、时钟电路、复位电路和引导模式电路。本文采用TMS320F28335DSP作为最小系统的主控芯片。它能够执行复杂的浮点运算,可以节省代码执行时间和存储空间,具有精度高,成本低,功耗小等优点。因此,它可以简化软件开发,缩短开发周期,降低开发成本。
系统保护电路的功能包括过电压保护、过电流保护和三相电源缺相保护[16]。过电压保护和三相电源缺相保护是利用霍耳电压传感器采集电压,与设定值相比较,超过设定电压值,进行相应的保护动作。过流保护是把霍耳电流传感器采集的电流信号与设定值比较,从而进行过流保护。所有保护中有任一保护动作都会使功率管锁住,系统停止工作,防止系统在非正常工作状态下损坏设备。
系统的信号采集部分是利用霍耳传感器来采集电压电流等信号。传感器输出的模拟信号经过调理电路处理后转换为一定范围的电压模拟信号,再将电压模拟信号传送给模数转换芯片进行模数信号转换,转换输出的数字信号被送至DSP进行处理。
系统的测速部分采用海德汉ER1387光电编码器,它不仅可以检测电机的转速,而且能够测定转子相对于定子的位置以及电机的转动方向, 利用它输出的正交编码信号和索引信号经过偏置、放大、比较后产生的高频脉冲信号确定电机的转向,并实时计算求得电机的角速度。
系统驱动IGBT部分采用经典的光耦隔离驱动电路,整个系统由DSP输出PWM控制信号,经过光耦驱动电路放大后,通过控制IGBT的开通和关断来进行电能的整流逆变。光耦隔离驱动电路解决了电压隔离、功率放大等问题,使得电路设计简单。
6实验结果
为了验证提出的网侧变流器负载电流补偿的控制方法和基于反步法的Lyapunov非线性控制方法的正确性和可行性,本文分别搭建了双PWM变频调速系统的仿真平台和试验平台。把负载电流补偿的控制策略和基于反步法的非线性控制策略相结合应用到实际系统中,在开发的试验装置上,进行了相关的运行控制实验。表1给出了变流器的相关参数。
图5为直流母线电容减小为100 μF时采用传统的电流内环dq解耦、电压外环PI控制的双闭环控制策略所得到的电压仿真波形,在0.05 s突加负载后直流电压不稳定,系统抗负载扰动能力差。
图6为直流母线电容相同的情况下采用考虑网侧变流器负载电流补偿的非线性控制策略所得到的电压仿真波形,同样在0.05 s突加负载后直流电压的动态响应性较好,系统具有较好的抗负载扰动能力。
实验时直流侧目标电压设定为600 V,将电网三相电压380 V接到双PWM变频调速系统上。实验波形见图7,图7a为系统网侧变流器启动时电压和电流的阶跃响应,其中udc为阶跃响应时直流电压曲线,ia为阶跃响应时启动电流曲线。图7b为系统稳定运行时的波形,其中udc为直流母线电压曲线,uab为交流侧AB两相之间的线电压曲线,ia为A相电流曲线,经比较后可看出线电压超前线电流30°,从而分析得出电压电流同相位。图7c为由空载到突然加负载的过渡过程波形,其中udc为直流母线电压曲线,可以看出突然加负载时,母线电压变化很小,电压稳定;uab为交流侧线电压曲线,ia为交流侧相电流曲线,可以看出由于突然加入负载, 电流明显增加,但电压变化较小,受负载的干扰小。图7d为光伏DC/DC变换器并入系统直流侧时,网侧变流器运行在逆变状态的波形,其中udc为直流母线电压曲线,uab为交流侧AB两相之间的线电压曲线,ia为A相电流曲线,经比较后得出线电压超前线电流210°,从而可以得出电压电流反相位。针对以上实验波形曲线的分析,采用网侧变流器负载电流补偿的控制策略和基于反步法的Lyapunov非线性控制策略能够得到比较满意的控制效果,使得双PWM变频调速系统具有良好的稳态特性和快速的动态响应特性。
7结论
在当前全球能源缺乏的大背景下,电梯供电的能源需求量越来越大。针对上述问题,本文研究了支持新能源接入的双PWM变频调速系统,推导了三相电压型PWM整流器和永磁同步电动机在两相同步旋转坐标系下的数学模型, 分析了双PWM变频调速系统的控制策略,并针对系统接入新能源时直流电压稳定度不高的问题和本身具有的非线性多变量耦合的特性,分别提出网侧变流器负载电流补偿的控制策略和基于反步法的Lyapunov非线性控制策略,利用数字信号处理器实现了支持新能源接入的变频调速控制系统。从实验的波形中可看出变频调速系统具有高功率因数、低谐波污染和能量可再生的优点,采用提出的控制策略后,提高了系统直流侧输出电压的稳定度和系统的动态响应。通过对实验结果的深入分析,本文设计的支持新能源接入的变频调速系统方案是正确的和可行的,在电梯行业具有非常广阔的应用前景。
摘要：针对传统电梯仅由电网供电时耗能严重的问题,研究了支持新能源接入的电梯控制系统。系统采用了具有高功率因数、低谐波污染和能量可逆优点的双PWM结构。通过建立三相电压型PWM整流器和永磁同步电动机在两相同步旋转dq坐标系下的数学模型后,采用了双闭环控制策略。为了在新能源功率变化时,使系统具有更好的稳定性和更快的响应特性,提出了采用基于反步法设计的非线性控制算法,提高了系统的控制性能。最后开发了新能源驱动的变频调速的实验平台,并进行了实验验证,实验结果验证了系统方案设计的正确性和有效性。
一种多功能的综合接入传输系统 篇4
随着现代战争的多样性及不可预见性,对当前的作战系统提出了更高的标准和要求。迫切需要在复杂电磁环境下可以随遇接入任何形式的作战装备,实现各种接口测控信息的接入和协议转换,以满足不断变化的作战需求。因此,本文提出了一种多功能的综合接入传输系统。
1 综合接入传输系统的原理
多功能综合接入传输系统是集业务接入、数据交换和数据传输等为一体的通信传输系统。系统能实现SDH接口、PDH接口、被复线接口、E1接口和以太网接口的测控数据接入能力。具备测控数据与IP数据的双向协议转换,在设备内部进行交换和路由能力。同时具备通过光纤、被复线、E1、以太网等手段进行组网和传输的能力。多功能综合接入传输系统如图1所示。
多功能综合接入传输系统可分为接入、路由交换和传输等3部分。
①接入:根据不同的测控信息接口及接口类型和特点采用不同的接入方式;
②路由交换:对不同业务接口传输的测控信号统一转换为IP数据包,并具有交换和路由功能;
③传输:利用传输网远程传输IP数据,根据传输网提供的传输通道,可选择光传输、被复线传输、以太网传输或E1传输。
2 各模块实现方案
2.1 SDH接入模块
SDH光纤接入模块以交叉连接电路为核心,配合外围的光接口、以太网接口、E1接口和备用的扩展接口等完成SDH各种业务的映射、去映射以及高阶、低阶信元的交叉和分配,加上外围的时钟模块、控制模块、勤务模块,开销处理模块,组成了SDH接入模块的核心单元。
如图2所示,STM-1光信号经光电变换后进行时钟恢复,经过开销处理和指针调整后送进交叉连接模块,以太网业务和E1业务经映射后也送到交叉连接模块,交叉连接模块能处理高阶(6×6的VC-4)和低阶(378×378的VC-12)的无阻塞全交叉[1],因此可实现灵活的上下业务。
以太网模块提供4路10 M/100 M以太网端口,支持GFP/HDLC-like协议,支持VC-12的虚级联。
E1接口模块LIU电路,完成信号的整形、时钟提取功能和HDB3编解码功能,最后通过磁隔离器输出8路75Ω的2.048Mbit/s电信号。
2.2 PDH接入模块
PDH接入模块主要由光电转换、数字信号处理、E1接口单元、以太网单元、控制单元组成。PDH接入板的电路基本组成框图如图3所示。
光电转换主要光收发模块接口电路组成,其作用是将准同步PDH光信号转换为并行电信号。
数字信号处理器电路主要由线路的复用编码、线路分接解码、支路收发映射复分接、开销辅助通道电路等组成,分解出12路E1信号,每一路E1可以通过设置管脚选择为HDB3码或NRZ码。
以太网单元主要以太网映射、以太网物理层、以太网接口电路组成,以太网映射主要实现E1信号和以太网信号的协议转换,以太网物理层芯片,完成物理层的功能。
E1接口模块LIU电路,完成信号的整形、时钟提取功能和HDB3编解码功能,最后通过磁隔离器输出8路75Ω的2.048 Mbit/s电信号。
2.3 被复线接入模块
被复线接入模块主要由模拟和线路驱动、数字信号处理成帧、以太网单元组成。被复线接入模块的基本组成框图如图4所示。
线路驱动主要由变压器和保护电路组成,其作用是将模拟前端的模拟信号进行放大和发送,同时将接收的信号进行整形送到模拟前端。
模拟前端的作用是将模拟数据经过变换,变成总线形式的数字信号,然后送到DSP芯片进行处理,同样DSP处理后的数字信号通过前端总线送到模拟前端变成模拟信号进行发送。
数字信号处理器主要是将模拟前端送过来的信号进行DSP运算,分解出有用的同步信号和数据信号,通过内部串行HDLC总线送到业务接口。同样业务接口的信号通过串行总线,DSL成帧器和DSP运算组帧后送往模拟前端进行发送。
FPGA成帧单元主要完成将以太网信号的时分复用传输,以太网单元由交换机和网桥两部分组成,以太网物理层芯片,完成物理层的功能。网桥芯片将以太网信号变成HDLC信号通过FPGA进行复/分接。
2.4 E1接入模块
E1接入模块是以大规模FPGA为核心,配合外围的以太网、E1等接口芯片,完成数据编解码、协议转换等功能。
E1接入模块实现E1和以太网之间的协议转换,由两个E1成帧器、一个以太网协议转换单元以及大规模FPGA组成。该板的基本组成框图如图5所示。
网络协议模块拟采用专用信号接口模块和FPGA来实现。模块主要由以下功能部件组成:
①E1成帧器,将E1信号转换为PCM帧结构;
②大规模FPGA器件,提供数据编解码、协议转换等功能;
③带MI接口的以太网物理层芯片;
④网桥芯片,实现高速HDLC总线到MII接口的转换。
2.5 以太网接入模块
以太网接入模块是以10/100/1000 M以太网交换芯片为核心,可以接入光以太网和电以太网。光电转换电路完成10/100/1000M光以太网和电以太网信号的转换。以太网接入模块具有以下功能:
①二层交换功能:实现与OSI网络模型对应的第二层交换功能;
②支持包过滤、转发功能,能线速转发;
③采用数据存储-转发交换方式;
④支持MAC地址自学习、自动刷新;
⑤支持IEEE 802.3x流量控制;
⑥支持广播风暴控制,限制广播风暴;
3 应用方式
3.1 综合接入传输系统接入功能
综合接入传输系统能接入各种接口(SDH、PDH、被复线、E1及以太网)装备。接入方式如图7所示。
①SDH或PDH体制的光接口装备,测控信号通过以太网映射上光传输,通过光缆接入综合接入传输设备,设备内部光接口电路解出IP数据包。同时发送到光接口设备的IP数据也可以映射到光接口传输,实现光接口装备到综合接入传输系统IP数据的双向传输。
②ISDN、SDSL、SHDSL等体制的被复线接口装备,测控信号通过以太网复接到被复线传输,通过被复线接入综合接入传输设备,设备内部被复线接口电路解出IP数据包。同时发送到被复线接口设备的IP数据也可以复接到被复线传输,实现被复线接口装备到综合接入传输系统IP数据的双向传输。
③具有E1接口的装备,测控信号通过E1信号传输,通过E1线缆接入综合接入传输设备,设备内部通过协议转换电路转换出IP数据包。同时发送到E1接口设备的IP数据也可以通过协议转换电路转换出E1信号传输。
④具有10M/100M/1000M以太网接口的装备,可通过网线与综合接入传输系统直接实现IP数据的交换传输。
3.2 综合接入传输系统的组网功能
综合接入传输系统组网方式非常灵活,以下为几种常见的组网方式。
①光传输组网
在通信距离较远的场区之间,可以通过综合接入传输系统的SDH或PDH体制的光接口组网。组网应用方式如图8所示。各场区的测控信息接入综合接入传输系统,转换为统一的IP数据,IP数据经交换路由后映射到光纤传输,场区之间的IP数据可互联互通,控制中心通过IP网接收和传送控制指令和数据,实现对各场区不同接口装备的指控与调度。
②被复线传输组网
在通信距离5km以内的场区之间,可以通过综合接入传输系统的G.SHDSL接口组网。组网应用方式如图9所示。各场区的测控信息接入综合接入传输系统,转换为统一的IP数据,IP数据经交换路由后复接到被复线传输,场区之间的IP数据可互联互通,控制中心通过IP网接收和传送控制指令和数据,实现对各场区不同接口装备的指控与调度。
③E1及以太网传输组网
综合接入传输系统可利用已有的通信网(如战略网、机动骨干网等)传输组网,设备具有8路E1传输能力和以太网传输能力。E1和以太网传输组网方式如图10所示。
采用E1传输组网时,各场区各种接口装备测控信号通过协议转换为IP数据,通过协议转换将IP数据在设备内部进行交换和汇集,再通过协议转换为相应的8路E1信号。利用已有的通信网提供的E1接口传输数据。控制中心的综合接入传输设备接收E1信号,通过协议转换为IP数据,控制中心通过IP网接收和传送控制指令和数据,实现对各场区不同接口装备的指控与调度。
采用以太网传输组网时,各场区综合接入传输系统对接入侧的各种数据,经提取或转换成IP数据后,可在设备内部进行交换和汇集,可根据设定的规则路由到传输端口,利用10/100/1000M以太网接口连接至已有的通信网。控制中心通过IP网接收和传送控制指令和数据,实现对各场区不同接口装备的指控与调度。
4 结束语
我们已经研制出了多功能综合接入传输系统样机,成功地验证了该系统设计的可行性。
多功能综合接入传输系统可广泛应用在军、民用通信领域,是集SDH、PDH、被复线、E1和以太网接口的一种新型的多功能接入传输系统,可满足各种复杂电磁环境系统中的使用需求。同时,系统具备多种接入手段和多种传输手段,能接入各种应用终端,能自行组网,也可利用现有网络组网,具有很强的适应性。
参考文献
新能源接入综合系统 篇5
1综合业务接入设备概述
综合业务接入设备, 也被称为MST设备, 在电力通信系统中应用比较广泛。在实际操作中, 具有多方面的特点。
(1) 接入类型比较多样, 能够满足不同用户的需求。例如MBMAG、MBPRA等。
(2) 接口属于模块化设计, 运行相对灵活, 定时方式多样, 网络配置安全性高, 操作简单, 方便易行。
综合业务设备包括多种类型, 特点也存在一定的差异。
1.1 MST-A15
该设备接入方式相对灵活, 15路可以进行扩容, 上限为30路。它的端口设置, 采用的是双E1, 可以为中继上下电路提供支持, 增加了用户对宽带选择的自由性, 可以与其他设备进行联合组网。
1.2 MST-B20
该设备含有多种交叉矩阵, 最明显的特征是具有交叉功能, 可以实现交叉宽带接口连接。
1.3 MST-B120B
首先, 它同MST-B20一样, 具有明显的交叉功能。其次采用的是E1端口设置, 在一定程度上可以提供通道保护功能, 当该通道断开, 系统会自动进行切换。同时可以提供多个接口, 为用户提供了多种选择;在实际操作过程中, 可以实现设其他设备的组合, 实现多种组网方式, 实现设备功能的优势互补。
1.4 MST-E
该设备是在复用设备上发展起来的, 主要应用的是模块, 具有线路保护能力, 在一定程度上可以保证数据运输的可靠性。该设备可以支持多种业务, 采用的是2M接口, 可以避免数据在运行中出现流失的现象。
1.5 MST-F
该设备的功能与MST-E特点基本相同。
2综合业务接入设备的实际应用
2.1综业业务接入设备应用
在MST设备的应用中, 存在以下几种情况。
2.1.1点对点
在电力通信系统中, 是最简单的业务应用。
2.1.2链形网
适用于级联型的业务应用。
2.1.3星形网
在通信系统运行中, 适用于简单的业务需求。
2.1.4树形网
可以在复杂的业务中进行应用。这个过程中, 需要对设备进行软件管理, 其中要严格按照相应的协议进行操作。
2.2设备运行分析
在某个城镇区域, 为了实现电力通信系统的运行, 满足人们的通信需求, 进行了综合业务接入设备的建设。经过调查发现, 在该地区的中心区域, 具有MST-B120B设备7台, 其他设备例如MST-B120、MST-A15分别有38台、10台, 在当地的相关单位进行分布。这个过程中, 应用组网的方式, 实现了不同设备之间的组合, 能够支持多种业务的开展, 工作方式相对灵活。而且在运行中采用的是星状结构, 对用户的覆盖面比较广, 保证了信号的平稳正常运输, 实现了人们的正常通信。
目前, 在系统运行中, 还存在复用通道保护设备MST-E、MST-F, Z在正常的供电条件下, 安装的设备有46台, 前者相对较少, 有8台, 后者有38台。在实际传输的过程中, 在通道的侧边, 提供了相应的2路E1线路接口, 因此具有1+1的保护能力, 能够实现传输通道的实时监测, 在出现异常的情况下, 可以及时进行调整, 减少系统运行中出现故障的机率。根据这些实时数据, 判断用户的线路运行情况, 可以进行E1线路的科学选择, 保证数据的平稳传输。当主线路中出现故障的时候, 系统可以自行进行报警, 同时也会检测另一条线路的情况, 如果备用线路状态正常, 可以实现线路之间的切换, 从而对人们正常生产生活的影响降到最低。如果在系统指令执行中, 发现另一条备用线路也出现问题, 不能正常使用, 则系统不会自行切换。
2.3设备运行中的典型类型
设备运行中, 由于各种因素的影响, 会出现一定的故障。出现故障并不可怕, 但是需要明确有针对性的解决方法, 能够在第一时间内对设备进行维修, 提高解决问题的效率, 尽量将影响降到最低;另一方面, 在设备安装中, 要严格按照规范进行操作, 保证设备的质量和安装的质量, 减少工作失误, 保证系统减少出现故障的机率, 提高应用水平。因此, 加强设备相关典型问题的研究至关重要, 可以进行问题的分析, 提出有建设性的解决策略, 保证系统尽快正常运行。
2.3.1告警类型Losx
在运行的过程中, 会出现某个信号的流失。主要是因为传输中, 设备的物理链接出现问题或者是E1链路连接发生故障。在操作中, 可以检查设备的物理链接和链路的正常连接, 采用自环测试的方式, 检测是否出现故障。
2.3.2告警类型lofx
某个输入信号失步, 主要是因为时钟设置出现了相应的问题, 可能会导致业务全部中断。因此在是使用之前, 要先检查时钟设置问题, 避免出现冲突的问题。
2.3.3输入端和传输设备之间连接正常, 但是没有信号, 影响了正常通信线
在这样的情况下, 可以进行两端设备到传输设备之间的物理链接接, 检查设备是否出现其他警告。
3结语
实践见真知, 在不断的应用中, 可见综合业务接入设备的明显优势。在实际应用中, 要明确应用中的重难点, 清楚常见的故障和解决策略, 根据实际的应用环境选择合适的组网方式, 使设备的优势得到全面的发挥, 提高设备的应用程度, 保证电力通信系统的正常运行。
参考文献
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[2]丁琦, 方佳良.综合业务接入设备ADVM在电力通信网中的应用[J].电力系统通信, 2002, 23 (8) :24-26.
[3]钟元高.ISAT2000综合业务接入传输设备在配网自动化系统中的研究及其应用[C].//2008年中国电机工程学会年会论文集.2008:1-7.
新能源接入综合系统 篇6
中国电信某市分公司经过多年的艰苦努力, 建成了以业务服务为核心的IT基础架构体系。但是随着IT基础架构体系日益壮大, 一个新的瓶颈开始制约着快速增长的业务, 这个瓶颈就是IT基础架构管理水平。
凭着多年的IT系统维护经验, 公司IT管理委员会意识到一套真正行之有效的系统管理体系必须结合企业自身的IT水平, 同时必须以科学的管理理念为指导。在考察自身IT建设状况、系统应用水平的同时, IT部门在管理理论上也在寻找新的支撑点——ITIL。在对主流的IT系统管理工具进行了全面的考察后, 该公司最终选择了IBM Tivoli系统管理解决方案, 并利用其开放性等特点, 开发设计了与电信综合集中告警系统的接口, 成功地将计算机专业网管系统接入电信综合集中告警系统平台。
二、系统实施背景
该公司已经认识到企业的IT系统已经成为业务运行的基础平台和实现企业业务目标的重要手段, 通过不断加强在IT系统的投入, 目前该电信分公司仅硬件设备有50多台IBM服务器和存储设备、40多台HP服务器、140多台各类品牌的PC服务器, 以及上百台的网络设备。在这些硬件设备之上还有30多套的数据库应用在日夜工作。
如果没有一整套完善的系统监控和维护系统, IT管理者和技术人员将会面临怎样的不堪的局面呢?不妨来模拟一下现象。
可见, IT支撑系统的正常运转是电信业务正常进行的基础。对于这样一个多硬件、多平台、多应用的异构IT基础架构, 建立一个完善的计算机专业网管系统是业务系统稳定和健壮运行的关键。
三、系统架构与实施
计算机专业网管系统的架构分为资源监控层、事件处理层、业务管理层等几个层面, 系统逐次递进、逐步深化。资源监控层主要负责对各类关键IT资源进行监控, 获取其状态和性能信息, 并根据这些信息对异常状态和故障情况产生报警和进行记录。事件处理层是整个管理系统的枢纽, 它对资源监控层产生的事件进行集中的分析和统一的处理, 并将事件传递给业务管理层, 因此居于核心的位置。业务管理层将故障事件与业务相关联, 在业务视图上展现各个业务子系统受到的影响。以下将对这些层面逐一加以阐述。
架设Tivoli管理服务器
利用已有的两台IBM H50小型机作为Tivoli Netview、Tivoli Enterprise Console和Tivoli Enterprise Manager Server服务器。
设置监控策略
Tivoli的监控策略以situation的形式保存, 在situation中可以按照具体需求设置需要监控的资源、相应的报警阈值、报警方式、自动响应方式等, 然后通过网络将situation分发到所有需要监控的服务器, 各个服务器上的Tivoli Agent就能够按照监控策略实现监控操作。
设置事件管理策略
在实现对服务器、数据库、网络等资源监控后, 进一步对事件管理中心—Tivoli Enterprise Console进行设置, 使得各类监控的报警事件集中发送到TEC进行处理, 并在TEC中设置规则, 按照用户的需求实现自动报警 (如发送手机短消息, 发送Email, 声音报警等) 、自动处理 (如重起进程, 停止不必要的作业等) 。
设置历史数据采集与报表分析
为实现系统/数据库的历史运行数据分析和报表功能, Tivoli提供了Tivoli Data Warehouse软件来集中存放这些历史数据。
系统功能描述
计算机专业网管系统能够通过统一的Web界面, 集中监控分布系统的重要系统资源和运行状态, 7x24连续监控系统状态并通过与Tivoli Enterprise Console紧密集成, 提供全面、自动化的智能分析, 关联和分析来自于系统、应用和网络的告警事件, 从而发现故障的根本原因, 及时采取应对措施。对于告警事件实现了以声音和短信的形式送达相关部门和技术人员。
网络监控
可靠性管理是整个管理的重点, 而其中尤以网络管理和网络监控是整个可靠性管理的关键。所以首先需要考虑的就是提高对整个网络系统的管理和监控能力。
通过IBM Tivoli Netview网络管理功能能够自动发现网络的结点并生成网络拓扑图, 实时监控网络结点和网络连接状态, 并且能够将特定的网络资源归类进行管理。
网络管理能够自动采集重要的网络性能数据, 如:IP流量、出错包数量、丢弃包数量、snmp流量等, 并设置相应的阈值。可以用图形的方式显示这些网络性能数据的变化情况, 也可以将这些数据存放于关系型数据库系统中, 以便于检索和分析。
服务器监控
计算机系统中的服务器提供所有应用支持, 因此服务器的实时监控对于7*24的系统而言是非常关键的。计算机专业网管系统实现了对CPU、内存、文件系统、进程、文件和系统日志资源的监控。
数据库监控
数据库系统是业务系统的核心环节, 以Oracle为例, 监控的主要资源包括Oracle状态、Oracle Tablespace、Oracle回滚段、Oracle SGA、Oracle Extent、Oracle的锁和死锁、Oracle Listener状态、Oracle进程的状态、Oracle Transaction、Oracle Dump Space、Oracle Archive Log、Oracle Redo Log等等。
应用软件监控
计算机专业网管系统对应用系统提供了监控应用系统的日志、监控应用部件的状态和通过TEC的wpostemsg命令监控系统状态变化等多种监控方式。
事件管理
Tivoli Enterprise console故障事件综合管理集中地处理来自该公司DCN环境中网络监控、服务器监控、数据库与应用监控的方方面面所产生的管理事件, 包括事件的显示、过滤、报警、自动响应和关联处理。帮助管理员快速定位故障的根源, 及时排除故障。
接入技术概述
Tivoli资源监控和事件能够很好的与第三方前台展示界面或处理程序集成, 提供了三种集成接入技术:事件信息集成、资源历史性能数据集成、资源实时性能数据集成。在本系统中, 采用第一种接入技术。
四、系统实施效果
该电信分公司计算机专业网管系统已正式投入生产使用。计算机专业网管系统的成功实施, 加强了IT支撑系统中主机、网络及数据库系统的管理, 简化了系统维护工作、提高了系统管理工作的效率, 实现了对计算机网络和应用系统得高效、统一、安全的管理, 保证了各项业务系统得正常运行, 大大提升了该电信分公司的核心竞争力。
在系统管理方面, 计算机专业网管系统通过对网络、系统、应用等各条战线上的IT资源7*24小时不间断地监控, 及时发现各种系统运行故障, 减少了IT技术人员在运维工作上的投入, 极大地提高了管理员的工作效率, 降低了维护工作量和培训投资。报表子系统提供了完善的系统、应用、故障诊断和统计报告, 为衡量系统的运行水平提供了重要依据。
在对核心业务的支撑方面, 各种业务系统稳定、无间断地运行, 保障了各种核心业务的顺利实施, 从而为前端业务部门、为用户提供了优质服务。
五、结束语
该公司将在取得初步成效的基础上, 继续贯彻IT服务的理念, 打造一个可靠、稳健的支撑核心业务运作的IT基础架构体系。目前规划的工作重点如下:
面向业务的系统管理
公司计算机专业网管系统目前可自动获取和集成网管系统和其他网络安全设备的相关数据, 并提供分析手段, 实现对网络设备、服务器、数据库安全产品的运行情况的集中监视和管理, 具有很强的实用性。在此基础上, 利用Tivoli方便灵活的扩展及二次开发能力, 加强对业务支撑系统的直接监控与管理。
简约的存储管理
新能源接入综合系统 篇7
随着个人数据业务需求的不断扩大、功能强大的数据终端以及多各种媒体终端不断上市, 人们对于网络的依赖到达一个前所未有的高度。相对于有线宽带的地域束缚性, 无线局域网 (Wireless LAN, 简称WLAN) 凭借优势已经成为人们日常生活中不可获取的资源。在家里, 在火车站, 在咖啡馆, 随处可见“无线网络已经覆盖”。
2无线局域网及综合接入设备
浩瀚的大海, 深邃的崖洞, 在一片银白的沙滩上, 膝盖上放着笔记本的您正姿态优雅地在躺椅上查看最新的股价信息、足球资讯, 正在享受自由、移动、随时随地的资讯。没错, 这就是依赖于WLAN技术。WLAN能够打破物理空间的束缚, 让用户不用苦苦的守候在网线旁边, 让人们达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。
WLAN的几个重要参数:
(1) AP:Access Point (无线接入点) 。AP设备主要是将有线以太网转发为无线信号。用户可以通过终端设备和AP进行数据交换等操作。
(2) SSID:Service Set Identifier用来区分不同的无线网络。无线网卡设置了不同的SSID, 相应可以进入不同的无线网络。简单说, SSID就是一个无线局域网的名称, 只有设置为名称相同SSID的值的电脑才能互相通信。
人们通常所说的无线局域网, 多数指同一个SSID下的无线网络。
综合接入设备的英文为Integrated Access Device (简称IAD) , 作为软交换网络中用户端的综合接入设备, 在软交换体系中位于接入层。其主要作用是统一接入各种网络终端, 从而使各种业务交换网络中得以实现。
3系统的分析与实现
WLAN应用系统应能完成如下的基本功能:
(1) 系统应该具有传统的WLAN系统的基本功能, 用户能够通过图形用户界面来设置WLAN的基本信息, 包括速率、信道等; (2) 系统能够识别出合法与非法的用户请求, 接受合法用户的连接请求同时拒绝非法连接的请求。在用户正常操作下, 合法的用户要能够顺利的连接AP, 并能保持与AP之间良好的通信; (3) 无线网络和有线网络相比, 覆盖的物理范围无线的比有线的要小, 而且信号强度会随着距离的增大而减少。因此, 系统要具备WLAN覆盖范围的扩展性。
根据需求, 系统分为基本设置、安全性设置、无线分布3个模块功能。
基本设置模块
基本设置模块主要是实现传统WLAN系统中关于WLAN的一些基本设置, 主要功能: (1) 通过选择界面模式, 最直观来管理WLAN。如修改SSID、信道等信息; (2) 目前市面上主流的IEEE的标准是802.11b、802.11g和802.11n。其中802.11n标准的速率更高, 用户可以进行相应的选择。
安全性设置模块
(1) 由于厂家生产设备的初始SSID可能相同, 这样AP的SSID很可能被其他人知道。因此需要修改SSID功能, 个性化设置SSID, 甚至隐藏SSID, 这样用户就无法扫描到该AP;
(2) 具备MAC地址绑定、IP地址绑定功能, 只允许指定的IP或MAC访问AP;
(3) 能对无线网络添加密匙经行加密, 以防止非法用户的接入。这是最直接最有效的保护方法。加密模式要支持WPA-PSK、WPA2-PSK和WPA/WPA2-PSK安全性较高的加密方式, 来保证无线网络的安全性。
无线分布模块
由于WLAN覆盖的范围有限, 有时需要从物理位置上, 对其拓展。因此因具备如下功能:
(1) 能和其他的AP连接, 能够扫描到周围AP, 并将其他AP的信息如MAC地址、SSID、信号强度等信息显示在界面上, 以供用户选择要合适的拓展AP。
(2) 由于只有相同信道的AP才能使用无线分布进行通信, 所以当本地AP的信道没有指定为具体的信道时, 无线分布功能不能被开启。
(3) 开启无线分布会浪费一定的系统资源, 所以每个AP都要能单独的开启/关闭无线分布功能。
(4) AP与AP之间的通信也需要具备安全保障功能。AP之间的要通过密匙加密方式来保障安全性。此处的密匙加密方式与安全性设置模块里的密匙加密是相互独立的。这里的密匙加密仅限于AP之间的通信, 只有拥有相同密匙的AP才能通过无线分布通信, 而不影响每个AP与各自用户的密匙加密方式。
从实现的系统角度, 可以将整个系统由下到上划分为三个层次:1) 交互层, 用来完成IAD与用户的交互;2) 逻辑层, 接收来自交互层的请求, 并将接受的信息存入芯片, 然后根据请求的条件做出逻辑响应, 并向内核发出相应的命令;3) 内核层, 解析从逻辑层发出的命令, 调用系统底层函数, 实现用户请求的功能。
实现用户与IAD的交互, 需要WEB服务器, 来负责接收、解析界面上用户的请求, 传递给逻辑层, 并将逻辑层中相应的信息推送到GUI上, 显示给用户。
在逻辑层, 要实现对WLAN的控制, 只能通过向驱动传递命令。命令传递模块就是根据逻辑处理模块所解析的请求名和glb_wl Var中各成员变量的不同向驱动发出不同的命令, 从而控制整个WLAN的状态和实现其功能。
在本系统中, 界面会发送请求, 后面跟上的参数是根据用户在界面上选择的不同的值。WEB服务器通过验证后, 会将请求命令传递给do_wl_cgi () 函数处理。函数首先解析出参数对并将其存入glb_wl Var全局变量中, 并调用信息存储模块将信息存入芯片。逻辑处理模块在完成上述过程后, 命令传递模块就会调用setup Basic () 函数, 该函数中会根据保存在glb_wl Var全局变量中的值向驱动程序中传入不同的命令参数, 从而实现用户对WLAN的配制。
安全性设置的实现在从界面到命令传递模块的过程与基本设置模块基本相同, 只是用户发送的请求不同而已。逻辑层要即时的获取安全性设置的状态以显示到界面中, 以提供给用户相关的信息, 然后下向驱动传送命令。驱动就能按照用户的请求启动相应的安全性设置, 逻辑层能即时的获取相关信息, 进而显示给用户。
界面要能显示周围AP的信息。用户在进入页面时, 界面就要先向逻辑层发送一个wlwdsscan.wl的请求。逻辑处理模块收到该请求后交给命令传递模块, 然后扫描周围所有的AP, 并将扫描的信息存储。然后逻辑处理模块选择和本AP同信道的AP的信息将信息发送到界面中, 这样用户选择更加合适的AP来激活。当用户激活某个AP时, 命令传递模块就会用”wlctl-i wl0 addwep key wdsmac”命令将信息传入驱动, 其中key为在无线分布中设置的的密钥, 如果没有启用加密方式, 则为空, 而wdsmac则为所激活AP的MAC地址。驱动收到命令就会向该MAC地址发送密钥和无线分布请求, 只有对方AP有相同的加密方式和密钥并且也激活了本方AP的情况下, 无线分布才能够在2个AP之间建立起来。
参考文献
[1]张海波.无线局域网安全威胁及对策.科技信息 (学术研究) , 2008 (7) :12-14.
[2]狄强, 郭仕刚.三层交换技术及其应用.中国新通信, 2003, 6 (2) :67~69.
[3]王莉.无线局域网安全设计方案.科技信息 (学术研究) , 2008 (5) :56-87.
综合能源管理系统规划方案的探讨 篇8
1 综合能源管理系统国内外现状及需求分析
1.1 国内外发展现状分析
经过市场化改革后的欧美等国能源行业与中国现有的能源行业存在巨大的差别。市场化改革带来了一个重要趋势即是原来在传统垂直体系下的能源公司, 如电力公司负责发电、输电、配电, 在被拆分后, 开始在市场机制下进行横向的整合, 如RWE德国莱茵集团、Scottish Power苏格兰电力、Vivendi法国威望迪集团等大型公用事业公司, 它们提供的能源和服务不仅仅局限在一个领域, 而是向同一个地区的用户提供包括电力、燃气、水务、供热等多种能源和相关服务。
近年, 中国也提出了与综合能源管理相关的“智能能源网”概念, 中国国际经济交流中心智能能源研究组在2009年提出将智能电网扩展成为“智能能源网”的构想, 以绿色低碳技术、非生态消耗性技术为采纳重点, 尝试新能源、分布能源等微网系统接入并网, 通过传感终端与智能化信息控制系统, 实现各能源管网的调峰、储能等功能, 探索实现能源网的智能、互动架构。
1.2 需求分析
随着信息技术的不断发展, 能源行业面临着巨大的发展机遇, 其中一个趋势就是多能源的综合管理和优化。在一个城市中, 电力、水务、燃气等传统独立运行的能源系统, 以及微电网、电动汽车充电等新兴的智能系统得以借助智能表计、通讯和IT智能化等技术在一定程度上实现技术和管理上的融合并产生协同效应, 从而降低了成本、提高了能效、减少了排放、提升了服务等多方面的收益[2]。
综合的能源管理面向的对象是城市的管理者, 特别是以智能化、生态化为目标的新型城市。能源的供给和使用已经成为城市可持续发展的决定性因素, 城市管理者需要及时、全面地掌握能源的供给、运行和使用情况, 以及在此过程中产生的经济、环境成本, 包括二氧化碳和其他污染物的排放, 以便在制定短期措施和长期政策、规划时更加科学有效。
传统的电力、水务、燃气等能源系统独立管理于不同的运营企业或市政部门, 而且层层上报的信息汇总机制不利于城市管理者获取及时的真实的信息。因此, 综合能量管理的实现要求在政府层面构建一个能够从电力、水务、供热、燃气等相关企业或市政部门获取信息, 并提供宏观管理建议的能源管理中心 (或拥有这些权限的类似职能部门) 。
2 综合能源管理系统规划方案
综合能源管理着眼于城市级别的整体能源监控和优化。应由政府设立能源管理中心 (或赋予某政府职能部门) , 对能源生产、传输、使用进行监管, 同时电力、水务及燃气等公用事业公司或市政部门, 以及终端能源消费者和生产者如楼宇、工厂、企业、居民、电厂等, 应与能源管理中心紧密沟通协作, 形成一个分层级的综合管理体系。通过采用先进的信息通信技术, 对各个层级上能源子系统信息提取集成, 实现管理体系的统一化、实时化和智能化, 为政府管理者和公众了解掌握能源生产、传输、使用情况以及相关经济和环境因素, 维持能源供给和安全, 实现积极的经济发展和节能减排目标, 制定能源相关政策及规划, 提供信息技术支撑和科学的决策依据[3]。
具体目标:
1) 分析梳理所有能源管理相关参与方, 包括能源管理中心、能源公用事业公司以及其他能源生产者、消费者, 并划分能源管理层级。
2) 定义在不同层级上能源管理的内容和范围, 明确相应的管理功能需求, 使整个能源体系形成完善的数据、分层采集、分析、整合体系。
3) 设计综合能源管理的技术体系, 包括体系构架、数据采集和通信接口要求等。依据建设规划, 分步骤建设实施综合能源管理体系。
2.1 能源管理体系架构
城市能源体系的复杂性决定了综合能源管理的多层级和多维度。每一个能源体系的参与者 (管理方、供应方、使用方) 既是能源管理的主体也是能源管理的对象, 在综合能源管理的理念下, 尽管能源管理中心位于最主要的位置, 但其他的每一个参与者也都被赋予一定的能源管理任务, 即拥有一定管理的范围和内容。这些位于不同层级和环节上的管理内容共同组成了综合能源管理体系。
2.1.1 能源业务流
能源业务流指能源按照时间顺序发生转换的不同环节。尽管不同能源类型依据用途的不同可能产生多样化的业务流, 但在综合能源管理规划中, 业务流的划分仅作为帮助阐明相应能源管理内容的一个框架, 因此不应过细。从宏观上而言, 能源业务流可以分为输入、使用和输出三个主要环节。其中, 输入指能源的生产及传输环节, 使用指能源在用能部门的消耗, 而输出指在能源消耗时所带来的污染物或废弃物的排放。三个环节业务流以及相应涵盖的典型业务内容如图1所示。
2.1.2 能源管理层级
在综合能源管理理念下, 能源管理的主体涵盖了管理方、供应方、使用方等所有参与者。政府、电力公司、燃气公司、市政水务公司、工业企业、医院、学校、商业楼宇、居民、电动汽车充电站、电动汽车车主等都是综合能源管理体系下的管理主体, 同时也是管理对象。对这么多的参与者进行层级的划分是阐明综合能源管理内容的必要步骤。
依据信息汇集从下往上和政策、措施从上往下的原则, 结合能源管理在中国的普遍实践, 将能源管理参与者分为三个层级 (由下往上) :
第一层级:终端使用者和生产者。终端使用者和生产者不承担针对自身以外的能源管理任务, 主要行为模式是提供信息和接受指令, 因此被归于第一层级。能源终端用户包括工业企业、市政设施管理部门、商业楼宇、居民小区、医院、学校、电动汽车充电站等。能源生产者包括电厂 (可再生能源或化石能源) 、水处理厂、污水处理厂、燃气供应站、热电站等能源生产企业。
第二层级:能源公用事业公司。在现行体制下, 能源公用事业公司兼有盈利性公司非盈利的行政管理部门的角色。比如电力公司不仅负责输、配、售电给用户以赚取利润, 同时也对保证城市电力供应, 平衡电力供给和需求, 维护电力系统稳定等赋有责任, 亦具备一定程度的管理权力。在综合能源管理体系内, 公用事业公司接受来自终端使用者和生产者的信息, 并向他们发出指令;同时公用事业公司也向政府能源部门汇报, 并执行政府的行政指令。因此, 能源公用事业公司属于第二层级。
能源公用事业公司包括电力公司、供水集团、燃气集团等。
第三层级:政府———能源管理中心。政府是对能源管理承担最终责任的能源管理主体, 设立能源管理中心或相应的职能部门能够使得这种职责得到更好的体现和实现。整体的能源供需平衡、安全稳定、高效低碳等问题的最终责任主体和管理主体都是政府。政府收集从公用事业公司和终端用户和生产者汇总的能源运行信息, 并通过短期行政命令、调节措施和中长期的政策, 规划管理能源体系的运行。同时向上级政府汇报能源管理的成果, 为公众提供能源运行相关信息。因此, 政府位于综合能源管理体系的第三层级。
三个层级的关系如图2所示。
其中, 数据/信息从下往上汇总、整合, 基础的数据来源于第一层级和第二层级, 经过筛选和汇总后提供给第三层级作为政府决策的信息支持。政府的决策 (目标、措施、政策等) 则由第三层级发出, 在第二层级和第一层级分解并得到执行。层级之间信息交换的流畅、及时和准确是能源管理合理、高效的前提, 这也正是综合能源管理体系要实现的重要目标之一。
2.1.3 能源管理内容分析
能源管理的内容即位于不同层级上的参与者能源管理任务。对于每一个能源管理主体 (所有层级上的) 而言, 内部和外部的驱动力、管理权限和管理手段决定了能源管理的内容。
将能源业务流概念引入能源管理内容来分析, 可以更好地理解综合能源管理理念下不同层级和环节上能源管理的内容[4]。能源管理内容分析如表1所示。
2.2 能源管理功能分析
综合能源管理的功能需求包括以下几点:监测 (实时或非实时) 、数据统计分类、指标计算和对标比较、根源分析、运行及趋势预测、运行协调等。
第一层级:终端使用者和生产者。能源终端使用者和生产者的能源管理包括各种能源 (电力、燃气、水、热等) 的购买输入, 生产或其他环节的能源使用过程, 能源生产过程, 能源的一级市场交易, 相关的二氧化碳和其他废水、污染物的排放等。为了实现对以上内容的管理, 终端使用者和生产者侧的能源管理需要包含的功能为:监测;数据分类统计;指标计算和对标比较;能源审计等。
第二层级:能源公用事业公司。公用事业公司的能源管理包括能源传输管网运行、能源市场交易、供给调度、能源传输损耗和泄漏、故障和紧急情况处理、需求侧管理、污水排放和回收、二氧化碳排放等。在能源运营公司层级, 如下能源管理功能将与综合能源管理相关:监测;数据分类统计;指标计算和对标比较;趋势分析;运行预警等。
第三层级:能源管理中心。能源管理中心作为综合能源管理的最高层级, 是综合能源管理体系的核心。其能源管理的内容包括能源中长期政策及规划制定、能源短期行政命令和管理措施制定、能源价格、能源市场机制、节能减排实施和跟踪, 污染物排放和生态环境保护等。在最高层级上, 综合能源管理应包含的功能为:监测及预警;分类统计、汇总、分析;指标对标;智能可视化呈示;综合能源审计。
2.3 能源管理指标体系分析
综合能源管理核心绩效指标体系是构建在其他层级的能源管理指标之上的核心部分, 作用于政府层级, 是政府了解、控制和优化整体能源运行以及分行业、分区域、分领域能源体系运行的主要工具, 为政策和规划的制定提供科学的决策依据[5]。指标体系可以作为主要内容, 在主管部门的综合能源管理系统 (如大屏幕界面) 上呈现。
2.3.1 指标体系规划原则
指标体系规划原则包含国际化与本土化结合;关键绩效指标可测可控;追根寻源、找出差距;实现自上而下的能源绩效管理;全面绩效指标管理;关键指标服务于策略目标的实现等。
2.3.2 指标体系规划设计
规划设计指标体系是基于国内外研究以及相关实践项目中获取的大量相关指标。按照业务流划分, 涵盖能源生产传输、能源使用和输出各个环节。指标不仅涉及直接的能源运行, 同时考虑能源相关的社会经济、环境以及用户服务等各个方面。
核心指标体系的规划设计应在综合能源管理项目的实施中进行, 需要对指标进行详细论证并增加关键绩效指标对标标准。标准值的确定可以遵循以下原则:
1) 对于有国家标准或国际标准的指标, 参考规定的标准值;
2) 参考国外具有良好特色的城市的现状值作为标准值;
3) 参考国内城市的现状值, 作趋势外推, 确定标准值;
4) 对目前统计数据不十分完整的指标, 用类似指标替代;
5) 结合城市规划和发展目标, 对可以获得的指标做适当的调整[6]。
2.3.3 指标体系的完善改进
指标体系需要在运行实践中得到持续的改进才能实现最好的管理目标。综合能源管理绩效指标体系的构建和完善遵循“初步设计”-“实施运行”-“检查与纠正”-“分析”-“设计修改”的循环步骤。
综合能源管理涉及多个管理主体、多种管理内容和管理功能, 这个体系的实现依赖于一系列相应的智能化技术, 包括数据采集、通讯、自动化系统、运营智能化平台等。其中, 位于最上面的政府层级的综合能源管理平台是整个体系的核心部分, 承担数据/信息整合、信息处理和呈示、决策支持等综合能源管理的主要议题。外围是与之相连的处于较低层级的其他系统, 包括能源生产监控系统、微电网管理系统、能源管网运行监控系统、智能表计管理系统、智能楼宇能耗管理系统、工厂能量管理系统、市政设施监控和能量管理系统、电动汽车充电站管理系统等。同时一些非智能化的传统管理系统也可以作为数据源与平台交互。综合能源管理的理念并不影响较低层级系统的独立性, 水、电、燃气等第二层级的能源管理任务依然由各个主体进行分散管理, 并在最上层的综合能源管理平台进行整合和交互。综合能源管理体系的概念图如图3所示。
2.4 综合能源管理平台
2.4.1 规划设计原则
综合能源管理在政府层级上应包括监测及预警、分类统计、汇总、分析、指标对标、智能可视化呈示等功能, 这些功能的实现依托一个智能化的管理平台。因此, 根据需求和未来的发展规划、能源行业运行特点, 以及政府对于能源管理的方式, 对综合能源管理整体设计原则应着重考虑:系统的适应性;系统的先进性;系统的安全性;采用统一标准;数据高度集成和应用;注重灵活的数据分析;系统的可维护性和扩充性;系统的灵活性等。
2.4.2 系统构架
综合能源管理平台的基本构架应包括信息访问与集成、信息加工与处理、信息展现与升华三层结构, 同时应具有高度的可扩展性。
第一层:信息访问与集成-数据源。这一层的功能实现与各类系统的通讯连接, 全面支持各种产品和各层面专业IT系统, 包括过程控制系统、过程历史数据系统、关系数据系统、以及收集型数据系统等。
第二层:信息加工与处理-信息模型。系统平台应给予面向业务需求/信息模型的数据加工和处理方法, 按照业务对数据进行逻辑分组和分析。
第三层:信息展示与升华-客户端/信息呈示。客户端层采用纯粹的瘦客户端形式, 通过纯浏览器/服务器的网络体系结构, 让用户只需要IE浏览器就能实现对业务的有效监控和及时管理。
2.4.3 与各系统接口及带宽要求分析
1) 数据采集要求和接口要求。综合能源管理平台通过连接框架实现对外围相关系统的连接和信息集成, 要求外围的相关系统提供统一、标准的接口, 以便有效地实现对各类能源数据/信息的采集。
2) 带宽要求。根据城市发展用地规划及用户报装情况等, 估算远期企业连接到综合能源管理平台数量。大量的信息将在综合能源管理平台与各个层级的子系统间发生交换, 综合能源管理平台需要租用合适的带宽来保障所有功能的实现。
3 结论
本文充分运用国内外先进的管理理念, 基于先进、成熟的运营智能化平台, 提出综合能源管理系统的总体目标, 分别对能源管理体系架构、管理功能、指标体系、管理平台等进行了分析。通过综合能源管理系统的规划方案建设, 不仅满足当前能源管理的需要, 同时最大限度地适应未来城市发展和技术发展的变化, 大幅提升城市的能源管理水平, 提高能源利用效率。
参考文献
[1]牛彦涛.不确定城市能源系统规划模型研究及应用[D].北京:华北电力大学, 2007:1-20.
[2]王大中.21世纪中国能源科技发展展望[M].北京:清华大学出版社, 2007:1-20.
[3]曾鸣, 盛绪美.北京大气环境与能源综合规划决策模型及其应用[J].系统工程理论与实践, 1991 (5) :67-72, 79.
[4]何斯征.可持续发展能源指标体系及应用实例[J].能源工程, 2007 (5) :16-20.
[5]张鹤丹, 王惺, 付峰, 等.中国城市能源指标体系初探[J].中国能源, 2006, 28 (5) :42-45.