备用数据库（精选7篇）
备用数据库 篇1
摘要：在数据中心中, 供电系统是基础设施最重要子系统之一, 在数据中心供电系统中必须具备的两种备用能源, 一是备用柴油发电机;二是备用电池。此文将对两路备用能源的配置方法、设备选用要求和使用维护中的问题进行全面论述。
关键词：数据中心,基础设施,供电系统
1引言
数据中心供电系统实现不停电连续运行的最基本条件是具有备用能源。在数据中心供电系统中必须具备两种备用能源, 一是备用柴油发电机, 用于在主供电电网发生故障时继续维持数据中心正常运行;二是备用电池, 用于在主供电网故障后备用油机启动和切换时间内支持UPS继续向关键IT负载供电。本文将对两路备用能源的配置方法、设备选用要求和使用维护等问题进行全面论述。
2直流备用能源——蓄电池
在数据中心供电系统中, 蓄电池是UPS设备的一部分, 它的使用环境、充放电管理和维护都与UPS相关。
2.1备用电池的特性和特征参数
(1) 电池容量
电池组的额定容量在规定的放电率下得出:
例如, 12V、6A·h/10Hr, 此规格定义为输出直流电压12V, 标称容量为6A·h, 放电率为10Hr。具体含意是把输出直流电压12V的电池组置于10h恒放电率条件下进行放电, 一直放到其输出电压由12V降到允许下线电压 (10.5V) 时, 所测到的总安时数应为6A·h。
(2) 放电率对电池实际可输出容量的影响
图1为蓄电池典型的放电特性曲线, 图中标的C为电池容量, C (A·h) 等于放电电流 (A) 与电池电压达到下限值的放电时间 (h) 的乘积。
在实际使用时, 其放电率并不等于标准容量规定的放电率, 当实际放电率大于标称容量规定的放电率时, 其实际输出的容量要小于标称容量。我国电力、邮电标准规定10h率电池, 当采用1h率放电时, 其容量为标称容量的55%。
图1所示的放电曲线反映了不同的放电率对电池容量的影响。
从图1中曲线可知, 电池的实际放电电流越小, 电池的电压能维持的稳定时间越长, 反之亦然。例如, 对100A·h电池组而言, 当放电电流为5A时, 放电率为0.05C, 其输出电压维持在12V以上的时间长达10h以上, 当电池电压下降到临界电压为10.5V时, 放电时间达到20h, 电池释放的容量基本上是标称容量。若将放电电流增大至100A, 放电率为1C, 则输出电压维持在12V以上的时间不到10min。当电池电压下降到临界电压时, 可维持放电时间超过30min, 实际放出的容量为58.3A·h左右, 远低于标称容量100A·h。
从图1曲线还可看出, 电池组允许的放电临界电压值和实际可供利用的容量 (A·h) 与电池的放电电流大小密切相关, 如表1所示。
在不同放电率情况下, 电池端电压下降的临界值也在变化, 当放电率低时, 如0.01C时, 所允许的电池端电压下降也高 (10.5V) , 当放电率大时, 如1C, 允许的电池端电压下降可低些 (8V) 。表2列出了这种关系。
(3) 环境温度对电池容量及寿命的影响
蓄电池的额定容量通常是在25℃并在指定的放电率情况下规定。当电池放电工作温度达不到25℃时, 由于电化学的作用, 实际容量应按Ce=Ct/[1+K (T-25℃) ]换算成25℃基准温度的容量。
式中:Ct为实测容量, Ce为环境温度25℃时的标称容量, K为温度系数, T为实际环境温度。
10h放电率, K=0.006/℃;3h放电率, K=0.008/℃;1h放电率, K=0.01/℃。
从温度系数K的取值还可看出, 放电率越大, 温度对容量的影响也越大。
同时, 过高的工作环境温度还导致免维护密封电池寿命缩短的主要原因。分析数椐表明, 当环境温度超过25℃时, 温升每增加10℃, 将会导致电池的实际寿命缩短一半。
(4) 储藏时间和储藏环境对电池实际可用容量及寿命的影响
蓄电池是渐变失效的产品, 电池充满电后若处于储存状态下会进入自放电过程, 其容量将逐渐减少。电池自行放电是在储存中降低容量和寿命的内在原因, 当环境温度升高时, 会加速自放电过程。温度每升高10℃, 各种原材料的化学反应速度将加大一倍, 电池寿命也随之缩短一半。根据大量蓄电池储存的数据统计结果, 蓄电池的储存寿命如表3所示。
为保证蓄电池处于良好的工作状态, 对于长期搁置不用的蓄电池, 必须每隔一定时间重新放电、充电一次。
当储存温度≤20℃时, 每隔6个月充电一次。
当储存温度在20℃~30℃之间时, 每隔3个月充电一次。
当储存温度≥30℃时, 不要储存, 应改善储存环境。
(5) 浮充电压对电池容量及寿命影响
由于UPS的蓄电池大部分时间处于浮充状态, 浮充电压选择得当与否, 会对蓄电池使用寿命产生极大影响。浮充电压选择太高, 会增大浮充电流, 由于电池内阻很小, 对于单体 (2.0V) 电池而言, 通常浮充电压升高0.1V, 浮充电流会增加10倍左右, 这会增加电池析气量、加速电池失水, 会严重缩短电池使用寿命。若浮充电压选择太低, 则会降低充电电流, 使电池容量不能保证在充满状态。表4给出了不同温度下的浮充电压值。
(6) 电池放电深度对实际可供容量和寿命的影响
电池被“深度放电”是造成电池使用寿命被缩短的另一个重要原因, 这种情况极易造成电池自动关机。为说明问题, 参照图1中的1C、0.6C、0.2C、0.4C、0.05C等5种不同放电率下的放电曲线。放电率高时 (例如1C) , 允许的临界放电电压低 (7.8V) ;放电率低时 (如0.05C) , 允许的临界放电电压高 (10.5V) 。如果电池电压过低自动关机阀值电压为10.0V时, 则对于1C和0.6C而言, 当放电电压降到10.0V就被强迫关机, 电池能量并没有降到临界放电电压值, 属于电池正常放电, 对电池使用寿命不会造成影响。对于0.2C、0.1C、0.05C三条曲线而言, 当放电电压降到10.0V时, 都超过了电池容许的临界放电电压值, 而且放电率愈小, 超过部分越大, 使电池进入“深度放电”, 这必然会造成电池过早失效报废。
2.2备用蓄电池组在数据中心中使用的特点
在数据中心供电系统中, 蓄电池是UPS设备的一部分, 它的使用特点有以下五个方面:
(1) 电池组电压高, 单体电池以12V电池为主
纵观当前数据中心使用的UPS设备, 特别是中大功率UPS, 直流母线电压都很高, 如384V。在总备用容量 (V·A) 不变的情况下, 电池组电压高, 单体电池容量就小, 所以采用12V电池。
(2) 备用时间短 (5min~10min)
由于连续运行 (包括制冷系统) 的苛刻要求, 数据中心的交流输入都配置柴油发电机, 所以UPS备用电池只是用于主供电电网故障后备用油机启动和切换时间内支持UPS继续向关键IT负载供电。柴油发电机的启动时间可控制在10s~5min内, 主供电电网向油机的切换时间仅有几百毫秒, 所以电池实际运行时间很短, 但考虑到大电流放电的电池容量利用率低 (40%~50%) 及必要的设计余量, 设计时选用5min~10min的备用电池便足够。
(3) 高放电率
数据中心备用电池备用时间短的设计原则决定了电池放电率必然很高。如:
UPS:100k V·A的负载功率因数为0.9;满载输出有功功率为90k W;电池的输出有功功率为90k W/0.9 (效率) =100k W;电池组设计电压为384V (12V/32节) 。
大电流放电终止电压为384Vⅹ0.65≈249V;最大输出电流为100k W/249V≈401A;后备时间为15min;电池容量的理论值≈401Aⅹ0.25h≈100A·h;电池放电率≈401A/100A·h≈4 (1/h) , 即4C。
(4) 恒功率放电
电池是通过UPS的DC/AC逆变器向负载放电, 如图2所示。由于UPS向负载供电功率是恒定, 所以电池必然是恒功率放电。
(5) 物理环境比较好
在数据中心中, 电池通常是与UPS等供电设备放在同一房间, 所以对环境温度、湿度、通风条件和洁净度等物理环境要求较高。
2.3数据中心备用蓄电池的选用方法
一般选用电池有两种方法, 根椐最大放电电流确定蓄电池容量和利用恒功率放电或恒电流放电来确定蓄电池容量, 由于电池在UPS系统中的恒功率放电特点, 所以宜采用恒功率法确定电池容量。
通常电池厂家都提供自己生产的不同型号的电池, 在不同放电时间内电压降到临界值时的放电功率数, 所以恒功率法也称查表法。
用查表法确定电池容量时, 特别要注意放电终止电压, 从图1可看出, 高放电率时, 允许电池放电终止电压低, 而低放电率时允许电池的放电终止电压高。为此厂家针对不同的放电率和所允许的电池放电终止电压给出了不同的恒功率放电功率表。
表5是YUASA电池放电终止电压为1.67V的放电功率表的部分数据。根据实际放电时间, 在单体电池放电终止电压不低于1.67V的情况下, 表中各型号电池相对应功率瓦特数, 就是该电池最大的放电容量。
2.4蓄电池维护工作应注意的问题
当前UPS设备使用的蓄电池主要是阀控式铅酸蓄电池 (VRLA) , 在UPS设备的故障中, 与蓄电池有关的原因占30%以上, 在这些故障中, 有一部分是蓄电池本身的质量问题, 但更多的是因为使用和维护不当造成的。表6为VRLA蓄电池在数据中心供电系统中的常见故障、问题以及原因分析。
3交流备用能源——柴油发电机
由于数据中心连续性运行的要求, 柴油发电机已成为数据中心必须的后备能源。但是用户和数据中心规划设计者对是否配置油机、油机能否保证在设计指标规定时间内启动并投入运行、如何选择油机的容量等问题, 留有许多疑惑和不解之处。
3.1现代数据中心必须配置备用柴油发电机
现代数据中心要求关键负载IT设备必须连续运行, 而IT设备工作连续性同时对供电系统和空调制冷系统提出要求。特别是空调制冷系统, 因主供电电网故障而使空调停运后, IT设备机架的进风温度会迅速上升。图3是一个高密度数据中心市电掉电后机架平均进风温度曲线。
该数据中心:机房功率密度为1.7k W/m2;机柜平均功率密度为3.5k W/个。
设计参数是:机房制冷正常温度为23.3℃;机房超常温度≥25℃;IT设备允许最高进风温度32℃。
从图3可以看出, 制冷设备停止运行后, 60s的机房温度就上升到25℃, 3.5min后就上升到IT设备允许最高进风温度32℃。也就是说因市电掉电或空调制冷系统故障而失去制冷功能后, IT系统只能继续运行3.5min。
另外两个功率密度更高的数据中心测试结果是:
第一个:17个3k W机柜, 51k W总发热量。3台40k W制冷量空调, 空调停运后, 大约35s~40s机柜进风口温度达到32℃。
第二个:17个6k W机柜, 102k W总发热量。3台40k W制冷量空调, 空调停运后, 大约15s机柜进风口温度达到32℃。
解决空调制冷系统连续运行的根本措施是在交流输入系统配置柴油发电机, 一旦市电发生故障, 柴油发电机可在短时间启动, 以便在机房温度上升到IT设备允许的进风温度之前恢复制冷功能。
3.2柴油发电机的输出阻抗特性
当前, 性能优良的柴油发电机是一个功能完善、功率容量范围大、对环境和场地条件要求低、安装使用方便的小型发电设备, 应用广泛。发电机组给出的电性能参数通常是可以满足一般性负载要求, 但在数据中心供电系统中, 柴油发电机能否正常运行, 主要取决于其输出阻抗是否与负载匹配。发电机依靠电压调节器控制输出电压, 电压调节器检测三相输出电压, 以其平均值与设定的电压值相比较。调节器从发电机内部的辅助电源取得能量, 通常是与主发电机同轴的小发电机, 传送DC电源给发电机转子的磁场激励线圈。线圈电流上升或下降, 以控制发电机定子线圈磁场 (或称为电动势EMF) 的大小。定子线圈的磁通量决定发电机的输出电压。
图4为发电机输出等效电路, (a) 为带纯感性负载的简化示意图, (b) 为带纯容性负载的简化示意图。
在图4 (a) 中, Ė为电动势EMF;Z为发电机内阻, 包括感性和阻性成分;İ为感性负载电流;ύ为发动机输出电压。
内阻Z包括感性和阻性部分。因假设负载是纯感性的, 在相量图中电流İ滞后电压ύ正好在90°电相位角。如果负载是纯阻性的, ύ和İ的矢量图曲线将重合 (或同相) 。实际上多数负载介于纯阻性和纯感性之间。
电流通过定子线圈引起的电压降用电压矢量İ×Z表示。它实际上是与İ同相的电阻压降与超前90°的电感压降的矢量和, 因为电动势必须等于发电机内阻的电压降和输出电压之和, 则Ė>ύ, 电压调节器改变Ė, 可有效地控制输出电压ύ。
图4 (b) 中, 用纯容性负载代替纯感性负载, 在这种情况下, 输出电流方向正好和感性负载相反。电流İ超前电压ύ正好在90°的相位角, 内阻电压降矢量İ×Z的方向也相反。则ύ和İ×Z的矢量和Ė<ύ。
对于感性负载相同的电动势Ė, 在容性负载时就产生了较高的发电机输出电压ύ, 所以电压调节器必须减小定子线圈的磁场。实际上, 电压调节器并没有足够的调节范围来调节输出电压。因为发电机的转子含有一个永久性磁场在一个方向连续励磁, 即使电压调节器完全关闭, 转子永久性磁场连续励磁产生的电动势仍足以对电容负载充电并产生电压, 这种现象称为“自激”。自激的结果是过压或是电压调节器关机, 发电机的监控系统则是电压调节器故障 (即“失励”) 。这两种情况都会引起发电机停机。
3.3柴油发电机在数据中心供电系统中存在的问题
从图4等效电路可以看出, 柴油发电机是不适合带有超前或滞后功率因数的负载以及非线性负载。当油机输出存在这些性质的负载时, 会对柴油发电机的工作稳定性造成危害。特别是图4 (b) 所示情况, 这是一个典型的R、L、C串联电路, 在负载性质和负载量变化过程中, 可能出现串联共振, 造成油机输出电压和频率大幅度周期性变化。
当组成市电、发电机、UPS供电系统时, 尽管发电机的负载量在额定输出容量范围内, 市电掉电后, 在发电机投入运行过程中却经常发生工作不稳定, 使发电机、UPS系统不能正常工作。主要表现为发电机组输出电压低频振荡、发电机频率低频振荡;UPS工作不正常, 当油机频率、电压振荡变化超出UPS输入工作范围时, UPS会在正常运行和电池逆变两种状态下交错运行。
以上现象突出地反映了数据中心负载的特殊性和油机的适应性:
(1) 油机启动过程的负载阶跃变化
因市电故障需要将数据中心供电系统转移到发电机组时, 从市电掉电到油机启动并完成市电到油机的成功转换大约需要15s, 在这段时间内, 交流供电系统输入完全停电, 数据中心关键负载由备用电池经UPS的DC/AC逆变器维持供电。很多负载同时起动会引起巨大的起动电流, 并且持续一定的时间。可能存在的设备启动电流情况包括:电动机类 (例如空调系统) 的启动电流最大值Imax=8In~12In (In:额定有效值) , 持续20ms~30ms。启动电流为5In~8In, 持续时间1s~10s;变频调速器类起动电流为3In~4In, 并持续100ms;计算机类的每台起动电流为5In~8In, 持续80ms;隔离变压器 (包括隔离变压器、UPS输入12脉冲整流用变压器和以补偿变压器为主体的交流稳压器) 的起动电流为10In~15In, 并持续120ms~150ms;UPS设备将全部IT负载从电池逆变供电转换到油机供电。
(2) 容性电流
发电机组只能提供相当小的容性电流 (额定电流的10%~30%) 。若UPS输入端配置LC无源滤波器, 则在两种情况下都会对发电机的运行产生不利影响。
一是在启动期间。在UPS设置延时起动时, 油机启动期间的输出有功功率等于零, 发电机组只为UPS前端滤波器提供容性电流。油机实际上是对纯容性负载启动供电。
二是在稳定运行期间。通常人们在设计和考察无源滤波器时, 大多把注意力放在UPS满载或接近满载情况下的工作状态。却很少有人对滤波器在空载或接近空载时的状况感兴趣, 实际上无源滤波器的滤波效果是随流过的电流改变而变化的, 使UPS的输入功率因数成为一个变数。在空载或很小负载的情况下, 无源滤波器会衍生出一个电容性极低的功率因数。特别是为满足5%最大电流失真度要求设计的无源滤波的UPS。一般情况下, 当负载低于25%时, UPS系统的输入滤波器会导致明显的功率因数降低, 有些系统已达到空载功率因数, 接近于理想的容性负载。
(3) 谐波对发电机运行的影响
在传统的使用6脉冲或12脉冲整流的UPS供电系统中, 系统谐波含量大输入功率因数低是普遍现象, 特别是在UPS容量利用率低的场合更为严重。与变压器相似, 磁滞现象和涡流现象也会由于谐波的作用造成发电机的损耗增大。发电机输出阻抗是频率的函数, 随着频率的升高而增大。“谐波”旋转磁场是以kf频率与转子相切割, 而不是以同步频率 (50Hz或60Hz) 相切割。其后果是产生寄生转矩, 降低机械能向电能转换的效率;在线圈绕组和转子阻尼线圈中产生额外的损耗;产生振动和发出异常的噪音;加大异步电动机损耗。
3.4改善发电机与UPS供电系统的配置
要改善备用发电机与UPS设备间匹配的问题, 在选用性能优良发电机的同时, 应把注意力放在改善UPS的输入特性和系统的输入功率因数上。
(1) 改善系统输入功率因数
改善系统输入功率因数的方法很多, 下面主要介绍几点:
第一种方法是设置自动切换柜, 使发电机的其他负载先于UPS接入, 此方法只适用于大功率发电机——UPS供电系统。但是这种方法实现起来存在一定因难, 而且在维护时, 工程师需要单独对UPS和发电机进行调试。
第二种方法是增加一个感应电抗来补偿容性负载, 通常使用并联线绕电抗器接在发电机输出并连板上, 此方法容易实现且成本较低。但是电抗器总是在消耗电流并影响负载功率因数, 而且, 不论UPS的数量多少, 电抗器的数量总是固定的。
第三种方法是在每一台UPS中加装正好能补偿UPS容抗的感性电抗器, 在低负载情况下由接触器 (选件) 控制电抗器接入, 此方法安装和控制的成本高。
第四种方法是在无源滤波器电容前安装接触器, 在低负载时断开。由于接触器接入时间要求精确, 控制复杂, 只能在工厂安装。
第五种方法是在UPS供电系统前配置混合型有源滤波器DHM, 使整个供电系统的输入功率因数保持在0.95以上, 输入电流谐波控制在10%以下。
(2) 改善UPS设备的输入功率因数
这里讲的不是用增加UPS输入端无源滤波器方法。对于传统双变换在线式UPS, 可改6脉冲整流+5次无源滤波器为12脉冲整流+11次无源滤波器, 这种方法对提高UPS在额定负载情况下的输入功率因数是有效的。但它的输入端同样要设置滤波器, 所以不能从根本上解决与发电机的匹配问题。最有效的办法是把UPS输入端的AC/DC整流电路改为高频整流 (PFC) 电路, 这种办法可在UPS负载0%~100%范围内, 将输入功率因数提高到0.95以上, 当UPS负载超过50%时, 可提高到0.98以上, 而且输入端无需加设无源L-C滤波器。在这样的系统中, 可使发电机与UPS的容量配置关系达到1:1.3。
(3) 消除系统中设备启动电流冲击
为降低在发电机启动过程中突变负载的影响, 通常会对UPS设置延时启动和缓启动功能。图5是某UPS供电系统发电机启动时的冲击电流实测波形。该系统由1台100k V·A的电力稳压器+1台80k V·A的UPS组成。电网掉电后, UPS转电池逆变向负载供电, 而电力稳压器则进入不工作的停机状态。油机启动时面临电力稳压器启动和UPS由电池逆变转发电机供电的负载电流转移过程, 电力稳压器输入端所产生的第一级的开机启动浪涌电流幅值路线的变化特性为:最大峰值电流是135A, 持续期为0.2s左右单极性的瞬态浪涌电流, 由UPS所产生的第2级开机启动浪涌电流, 它出现在第一级电流消失后的3s~4s后, 输入电流呈“缓启动爬升”特性, 输入电流的稳态值是50A。
(4) 发电机组容量的选择
数据中心供电系统的设计者在考虑备用柴油发电机容量时, 往往是根据系统配置的UPS额定容量来确定发电机容量, 因为UPS设备阻抗性质和工作状态的特殊性, 是影响发电机正常运行的主要因素, 所以以UPS容量确定发电机容量的做法是有一定道理的。实际上在现代数据中心中, 柴油发电机就是第二路电网能源, 市电故障掉电后, 发电机要承担全部的数据中心用电。所以在规划时, 首先应根据总用电量来确定发电机容量, 然后视系统配置的UPS类型, 对选择结果进行修正。如果供电系统配置了IGBT高频整流输入的UPS, 在IT设备总用电量基本确定的情况下, 可用数据中心的能效指标PUE来确定柴油发电机的容量。现在数据中心的能耗指标PUE在2.5左右, 那么对于一个IT设备用电量为100k W的数据中心, 发电机的最小容量应该是250k W, 再考虑一定的裕量, 应选用300k W的油机。也就是说, 用发电机容量与IT设备容量的比值表达发电机的容量, 在配置IGBT高频整流输入UPS的情况下, 这个比值就是3:1。
但是, 如果供电系统配置的是传统的6脉冲或12脉冲+无源滤波UPS时, 考虑到UPS输入谐波、无源滤波容性负载的影响, 就应该适当增大油机的容量。
备用数据库 篇2
关键词：Oracle,Data,Guard,备用数据库,可用性
1 序言
1.1 研究背景
如今的信息系统, 各种数据高度集中, 突然断电、意外故障、人为破坏等都会造成数据丢失。在信息时代的各行各业, 数据已经变成最具价值的生产资料。任何数据的损坏或丢失都将带来毁灭性的灾难。如何去应对这些灾难, 已经成为我们不得不考虑的问题。
此外, 信息技术与互联网技术的飞速发展, 使得人工服务逐渐向智能化服务转型。电子商务、银行金融、通信服务等重要领域必须保证7x24小时不间断服务。如何保证这些业务的稳定性与连续性, 也将成为未来技术研究和产业发展的主要方向。
1.2 Data Guard简介
Oracle数据库是全世界最流行的数据库之一, 多年来都以接近50%的市场占有率稳居世界第一。经过数十年来的技术发展和市场考验, Oracle数据库的稳定性和安全性已经得到了行业的认可, 其集成的Data Guard也成为应用最为广泛的数据库容灾产品之一。
在Data Guard体系中, 产品数据库又被称为主数据库 (Primary Database) , 是指用于存放业务数据的Oracle数据库, 而产品数据库的事务一致性副本被称为备用数据库 (Standby Database) 。Data Guard提供了一组全面的服务供用户创建、维护、管理和监控备用数据库, 使主数据库免受意外灾害或数据损坏带来的损失。如果生产数据库变得不可用, Data Guard可以切换备用数据库成为生产数据库, 将故障的停机时间降到最低。Data Guard技术还能够与传统的备份恢复和集群技术相结合, 以提供高级别的数据保护和数据可用性。
2 Data Guard备用数据库类型
备用数据库是最初从主数据库的备份副本创建一个Oracle生产数据库的事务一致性副本。一旦备用数据库创建和配置, Data Guard可以自动将主数据库的重做数据 (Redo Data) 传输到备用系统, 并应用到备用数据库进行数据维护。
备用数据库分为以下三种类型:物理备用数据库 (Physical Standby) 、逻辑备用数据库 (Logical Standby) 和快照备用数据库 (Snapshot Standby) 。如果需要的话, 备用数据库可以随时承担主数据库的角色, 将生产系统接管。
2.1 物理备用数据库
物理备用数据库是主数据库到备用数据库的块对块拷贝。物理备用数据库通过一种被称之为重做应用 (Redo Apply) 的机制保持与主数据库的一致性, 这种机制以块介质恢复的原理实现, 可以使备用数据库与主数据库在物理结构上保持完全一致。
物理备用数据库可以以只读访问权限打开, 此时从主数据库接收到的重做数据会被暂停应用。
如果用户购买了Oracle Active Data Guard选件的许可, 那么重做应用在被激活的同时, 物理备用数据库也是打开的, 从而使查询返回的结果可以与主数据库随时保持完全一致。这项功能是Oracle11g R2版本当中的新特性, 称为实时查询 (Real-time Query) 功能。
2.2 逻辑备用数据库
逻辑备用数据库在最初创建时是与主数据库相同的副本, 但投入运行之后就具有不同的结构。它能够将接收到的重做数据转化为SQL语句, 然后在逻辑备用数据库重新执行SQL语句来更新数据。正是由于这种工作机制, 逻辑备用数据库必须保持打开状态。但这种打开状态和普通的数据库打开状态不同, 它只接受由主库传送的重做数据, 而不接受来自一般用户的修改性事务请求, 只提供查询统计功能。
此外, 逻辑备用数据库对数据类型、表类型等有一些限制, 同时对于数据库定义语言 (DDL) 和数据库操作语言 (DML) 也支持的并不全面。
2.3 快照备用数据库
快照备用数据库是一种可更新的备用数据库, 由物理备用数据库转换而来, 它提供了对主数据库完整的数据保护。快照备用数据库接收和归档从主数据库传送过来的重做数据, 但并不应用它们。只有当快照备用数据库重新转换回物理备用数据库时, Data Guard才会丢弃所有本地更新并应用此前接收到的重做数据。
快照备库同样也是Oracle11g R2版本当中的新特性, 它能够在没有任何风险的情况下对数据库进行一系列修改或测试, 并且随时能够转换回物理备用数据库, 重新启动对主数据库的保护。
3 Data Guard备用数据库优势对比
3.1 物理备用数据库
高可用性:物理备用数据库具有较为简单的管理方法, 能够在故障发生时迅速将备用数据库切换为主数据库, 最大限度地减少计划内或计划外的停机时间。
数据保护:物理备用数据库可以防止数据丢失, 在主数据库存储上发生的物理损坏不会传播到备用数据库。而且物理备用数据库支持所有的数据对象, 做到与主数据库完全一致。
性能优势:物理备用数据库的重做应用机制绕过了所有SQL级代码层, 而是采用了最底层的块介质恢复技术来保持与主数据库的同步更新, 这种方式只需要占用很少的系统资源。
3.2 逻辑备用数据库
防止故障:由于逻辑备用数据库是通过将重做数据解析为SQL语句重新执行而保持与主库的一致, 它可以防止主数据库上出现的数据块级别的错误被同步到备用数据库。
资源利用:逻辑备用数据库始终处于打开状态, 与主数据库保持同步的同时, 还可以提供统计查询功能。因此, 逻辑备用数据库可以与主数据库同时使用, 以满足其他的业务需求。
减少停机:当数据库软件需要更新升级时, 可以首先维护逻辑备用数据库, 然后将其切换成为主数据库。此时再维护原有的主数据库, 完成后切换至最初状态, 可以保证业务的连续性。
逻辑备用数据库是理想的高可用性方案, 同时还具有数据恢复的优势。相较于物理备用数据库, 逻辑备用数据库具有以上显著的优势。但是, 由于逻辑备用数据库不支持特殊的数据对象, 也不支持特定的DDL和DML语句, 在实际生产环境中还是受到了诸多限制。
3.3 快照备用数据库
测试方便:快照备用数据库提供了生产数据库的精确副本用于进行开发和测试目的, 同时还可以保持在任何时候对主数据库的数据保护。
使用灵活:快照备用数据库可以很容易地被重新转换为物理备用数据库, 还原在测试期间所进行的所有更改并恢复同步, 保持与主数据库的一致性。
需要注意的是, 快照备用数据库只能与物理备用数据库相互转换, 并不能与逻辑备用数据库发生转换。
4 总结
技术的发展在给我们带来巨大便利的同时也提出了新的挑战, 本文仅对Oracle 11g R2版本中Data Guard所提供的三种备用数据库类型进行了简要的对比分析, 以供用户在方案拟定初期进行选择。
但是, 生产环境的复杂性远不是寥寥几笔可以尽述的, 其不仅涉及到对于数据自身安全性和可用性的考量, 更要综合设备成本、人力资源、管理制度等多方面进行全面分析。希望未来可以看到更多新技术相关的实践方案研究。
参考文献
[1]杨剑, 王瑜.Oracle Data Guard容灾技术的研究与实现[J].现代计算机 (专业版) , 2012 (19) .
[2]张金胜, 李飞.Oracle Data Guard在灾备系统中的应用[J].信息通信, 2012 (04) .
人生没有备用 篇3
不知从何时开始, 我们的人生中多了许多备用的东西, 比如:备用钥匙, 备用轮胎, 备用电脑, 备用电池等。备用的东西给我们的生活带来了很大的便利, 比如, 当主钥匙丢了时, 可以用备用钥匙开门;当轮胎爆胎时, 可以换上备用轮胎继续前行;当手机没电时, 可以换上备用电池, 继续保持通话……
然而, 备用的东西在给我们带来便利、放心、保障的同时, 也逐渐让我们丧失了某些方面的能力, 比如:谨慎, 爱惜, 记忆力等。记得刚搬进新房时, 我们家一共有六把钥匙, 但不到一年的时间就只剩下了两把, 我和妻子各执一把, 但奇怪的是, 最后两把钥匙陪伴了我们多年仍完好无损。这时我才明白, 备用养成了我们粗心大意、不懂珍惜的习惯, 因为内心深处觉得, 反正有备用的, 丢了、坏了也无所谓, 但如果没有备用的, 我们就会加倍小心, 时刻提醒自己注意保管那些仅有的物品, 这样反而杜绝了意外的发生。
其实, 我们的人生又何尝不是如此呢?很多人认为, 人的一生很长, 有足够的时间去实现自己的梦想, 于是, 浪费、徘徊、虚度。而事实上, 人的一生非常短暂, 稍不留神, 青春就随风而逝, 偌大的春天荒了, 又怎会有秋天的累累硕果呢?如果你做什么事情都想着退路, 那么你很难在事业上取得成功, 甚至寸步难行, 到头来只能一声长叹, 空留余恨。
惩罚教育是一把备用钥匙 篇4
一、惩罚教育何时派上用场
1.家庭教育中的惩罚教育
场景对比:
一个3岁的美国小朋友, 不好好吃饭摔碎了碗, 美国父母就不会再让他吃饭, 饿到他认识错误为止。
一个3岁的中国小朋友, 同样不好好吃饭, 也摔碎碗, 中国父母可能会哄宝宝开心, 哄他吃饭, 宝宝会很得意。
在爱心教育泛滥的今天, 爱似乎已成了一种教育宗教, 许多家长都视其为万能。尤其是当今独生子女占大多数, 结果过度的爱心教育, 无休止的满足使孩子养成了任性、自私、懦弱的性格, 无法形成正确的价值观, 并表现为抗挫能力差, 意志脆弱, 也就是所谓的“蛋壳效应”。
孩子行为的偏差、有瑕疵, 不去拨开眼前迷雾, 恰恰助长了孩子坏习惯和不良行为的养成。这其实是害了他们一生!
2.学校教育中的惩罚教育
“动之以情, 晓之以理”是我们做教师的经常挂在嘴边上的教育学生的原则。多数学生会被你的“情和理”打动, 能理解你的苦心, 但也有特殊的学生根本不理你的茬儿, 被教师认为是“刺头”“冷血动物”“没治”的, 怎么办?其实我们不妨换个角度, 根据学生的特点, 采用合适的“惩罚”手段。
这是一则我在教学工作中的案例:
记得才带这个班时, 对班级卫生工作我是相当头痛, 几乎有一半学生好像没有打扫卫生的习惯, 轮到值日不是忘记就是不认真扫, 应付了事, 我也曾想到用自己的行为感化他们, 每到放学打扫时, 我亲自去, 协助他们一起干, 坚持了相当长的时间才有所改善, 可当你不在时, 又偷工减料了, 你还真拿他们没办法, 天天陪着你也实在吃不消, 此时, 我想到了惩罚, 我把他们分成三个小组:早晨、中午、下午, 采用小组负责制, 几个人捆在一起, 包干到人, 如果卫生扣分, 全组一起罚扫地, (不知这个算不算体罚) 说也奇怪, 从那以后一直到现在, 卫生工作我不用再怎么操心了。平时教室卫生保持也不错, 每天早上, 那黑板都擦得干干净净, 我自叹不如, 有时我擦黑板可没他们那功夫。前后反差如此之大, 我想是惩罚的魅力所在吧。
因此, 从上面两点可以看出, 不管是家长还是教师都应该在适当的时候抓住时机, 实施不同的教育, 使孩子形成健康的人格。孩子犯了错误, 在不伤害其自尊的前提下实施“惩罚”, 严格管教, 是必要的。
二、惩罚教育要有目的性
惩罚的根本宗旨在于“治病救人”, 惩罚的出发点和终结点都是出于爱, 一切都是为了爱护学生———当然不是溺爱, 也不是那种残酷的爱, 那种职业心态被扭曲下的对学困生的苛责。“罚”要立足于学生身心的健康发展, 罚是为了矫治缺点, 而不是为了打击, 甚至是伤害学生的自尊。这是区分必要的惩罚和“体罚”依据之一。在内容上表现为:罚以爱为中心, 它不是讽刺、挖苦, 让学生失去前进的动力和勇气, 它犹如春风, 催人奋进, 它要求以情动人。要让学生知道老师罚得无奈, 老师也正为他着急、不安、难过。罚不仅仅是指出不足, 更要给予学生以希望, 应该避免说这样的话:你太让我失望了, 我对你缺少信心……这些话犹如利剑, 会刺伤学生的自信心。罚中要多这样的勉励和期望:努力一下, 有什么困难不能克服?你能改正, 老师信任你……
在苏霍姆林斯基成功的惩罚中, 有罚学生“画画”“写作”代替惩罚的, 这类意在彰显学生特长的惩罚, 更应该说是一种激励。我也学着用了一些方法, 有学生上课不认真, 就让其为我代收作业, 等到了办公室后, 再跟他谈谈课堂里的问题, 使其意识到自己的不足, 同时也要让他了解老师的良苦用心;有学生经常违反一日常规, 造成班级检查被扣分, 就让他在课前五分钟为大家献歌一首, 以示歉意。其实, 惩罚和激励也许本是同一回事, 只不过这种惩罚, “让爱做主”, 因而更富有人情味, 也更易被学生接受。
三、惩罚教育要有策略性
1.惩罚———不需要语言
案例:陶行知先生在教学中就巧妙地处理过这样一件事。考完试之后, 一个孩子拿着自己的试卷要求陶先生将“99”改成“100”。陶先生仔细看了一遍试卷后, 什么话也没有说, 将“99”改成“100”, 只不过随手在一个字上点了一个小红点。许多年过去了, 那个孩子还时常回忆起这件事, 并总爱说一句话, 那个小红点点到了我的心里去, 它教会我怎样诚实做人。原来陶先生点点的那个字是被那个孩子改过的。
解析:面对孩子错误行为时, 有时只需要一个眼神、一个动作就会收到“无声胜有声”的效果。当然这个眼神、这个动作既包含着对孩子错误行为的责备、制止, 又包含着对孩子的尊重与关爱。
2.肯定———惩罚中的激励
案例:我班有个非常调皮的男孩董某, 在班里学习成绩较差, 每次测验成绩一直不及格, 保持在30分~40分之间。我通过一些渠道了解到董某的家庭环境非常特殊, 母亲在没生下他时父亲就有了外遇, 在他刚上学时父母就离异。该生课堂上不专心听讲, 手里不停地玩笔和纸, 做一些小动作, 还经常在桌子、书上画小人。作业经常不交, 不完成。在一次数学课上, 董某又由于在上课时调皮捣蛋, 影响周围的同学, 惹恼了数学老师。我了解到这一情况后, 准备换一种方式对他进行教育。我先让董某罚站在教室的前面, 此时的董某一脸的无所谓, 或许这对他来说已经是家常便饭了。然后, 我要求全班同学以组为单位, 依次站好, 惩罚不是辱骂, 而是让每个人都来说说董某这个人的优点和长处, 而且说的内容不准跟别人重复。于是, 有的同学说出了董某在某一天曾经帮助过自己的经历, 有的同学则表扬董某在画画方面比较有天赋, 有的同学称赞董某值日认真……我发现董某的脸上先是一脸的错愕, 慢慢地, 在同学们的一句句肯定中, 董某的脸上渐渐露出了惭愧的神情, 轻轻低下了原本高高昂起的头。
解析:表扬在帮助经常犯错误的董某坚定了“自己还是一个好孩子, 为周围人接受的人”认识的同时, 更加深自己对错误的认识, 更有利于其悔改。
3.顺应———让“错”成为一种教育资源
案例:我印象很深的是自己刚毕业那会儿, 第一次接一年级的一个班, 全班43名学生, 男生占了24人。当时乡下的孩子大多调皮, 尤其是男孩子, 整天摸爬滚打的一身泥。有一天上课, 我刚走到教室外的走廊时就听见班级里传来一片吵闹声, 还有几个女生尖利的哭声, 我心里一紧:出什么事了?三步并两步跑进教室, 看到的情景让我啼笑皆非:几个女生抱在一起哭, 一堆男孩子则站一旁坏笑, 而班里的头号“调皮鬼”李某拎着一条大青虫在女孩们眼前晃呢。见我来, 女孩子们好像见到了救星一样都跑过来开始控诉李某的所为, 而其他的男生则乘机跑回自己座位。此时的李某已没有了刚才的威风, 耷拉着脑袋等着我的批评。看他的样子已经知道自己的错了。我想了想, 俯下身子对女孩们说:“好, 老师今天就替你们出这口气, 惩罚他们!”女孩们点点头, 用疑惑的眼光看着我, 男孩们更紧张了。我故意停了一会儿才说:“你们敢捉大青虫, 还是蛮勇敢的, 老师都不敢捉呢。那么, 一个勇敢的男子汉怎么会欺负女生呢?所以, 男子汉们, 你们今天做得不对哦。为了惩罚你们, 你们今天回家得帮你们的妈妈捉光菜地里的虫子, 而且每个人要写一篇日记 (不会写的字用拼音代替) , 可以写你对大青虫的认识, 也可以写今天的事或者你想对女生们说的话, 明天让女孩们‘审查’你们的日记。”我一说完, 女孩们脸上都露出胜利的微笑。
解析:这次惩罚, 男孩们愉快接受, 日记也写得不错, 虽然表达还有欠缺, 但真情流露, 有的还在日记上向女孩子道歉了呢。女孩们也很大方地原谅了他们。惩罚的最终目的是教育。当孩子犯错误时, 我们首先要冷静下来, 分析孩子错误行为的心理及动机。是不是“好心办坏事”抑或是强烈的好奇心驱使, 如果是这样, 我们就可以顺应孩子的行为及心理, 让事件发展下去。不过这样的发展是在教师引导下向好的方面、有利于孩子成长的方面发展。
四、惩罚教育要有适度性
虽然“惩罚”教育好处多, 但是倘若一个不小心, 往往会闯进“体罚”的禁区。那么如何做好“惩罚”教育?掌握好一个“度”字, 即科学地使用处罚。我们在使用惩罚教育时需把握好以下三点。
1.控制惩罚程度, 避免粗暴的批评
粗暴的批评语言和行为只会产生讽刺、挖苦、打击和伤害学生的恶性后果。尖刻的训斥犹如利剑一样刺伤学生, 伤害师生关系, 更会把学生推向更远, 导致学生逆反思想的产生, 最终导致教育失败。
2.把握惩罚尺度, 避免伤害学生自尊心
有些教师在批评学生时往往“杀一儆百”, 以期收到立竿见影的效果, 也有部分教师当着其他学生、教师甚至家长的面历数学生的斑斑劣迹。这种伤害学生自尊心的行为往往会适得其反, 造成学生“破罐子破摔”的局面。教师应给予更多的关爱, 通过找学生个别谈话、慢慢疏导, 在保护学生自尊心基础上的批评, 让学生清醒地认识自己的错误, 乐于接受师长的批评教育。
小议消防备用水泵的启动 篇5
1 备用消防水泵的必要性
根据《高层民用建筑设计防火规范》和《建筑设计防火规范》等相关法律规定, 消防给水设施要设置消防水箱和消防水泵, 并辅以高压给水系统时, 保证该设施的正常给水。消防水泵是高层建筑重要灭火设施, 在高层建筑消防给水系统中担任着重要的角色, 能否正常给水直接关乎广大公民的生命财产安全。消防给水设施在设计的过程中要本着绝对安全的理念, 即保证在救火过程中某一水泵的故障出现仍能保证不间断地供水。
我国目前的消防水泵均采取电气控制技术, 这种控制能有效的根据消防中心的要求或工作人员的要求自动或手动启停, 并根据电力情况实现缺相、欠压、超压、过载等各项功能。消防水泵正常及时供水有两个必要条件:1) 供电正常, 在高层建筑的消防水泵的供电, 应按一、二级负荷要求供电, 应在最末一级配电箱处设置自动切换装置, 也就是供电变压器双路供电;2) 规定消防给水系统应有备用的消防水泵, 并能转换运行。
在工作水泵 (主泵) 有故障的时, 备用水泵能自动切换并投入供水, 无疑对给水系统的可靠性有着极大的提高, 不仅可以满足消防用水的要求, 而且在遇到重大火灾时, 能够保证供水的及时性, 最大限度的保护人民的生命财产安全, 减少火灾损失, 具有有非常重要的意思。
2 传统备用消防水泵启动方式
传统备用消防水泵启动控制方式一般为:当自动报警系统的低压电, 在控制柜里布置检测断路器的工作状态和主机或控制要求是否一致, 在接到启动水泵命令时, 如果检测的断路器不工作或没有按照指令要求动作, 此时, 备用泵延时自动启动, 所利用的检测对象为接触器的辅助触点和热继电器, 判断的标准是电气信号, 而不是实践工作情况。这样的控制方式只有在接触器本身、断路器跳闸、热继电器动作出现故障时, 备用消防水泵方可自动启动。
3 传统备用消防水泵存在的问题
3.1 水泵机电或机械故障
备用泵不能自动投入不灵活不能自动投入水泵机械故障, 如电机空转、水泵抽空、机械性能损坏、电机损坏、电线未连接等原因, 通过机械的自身装置能够控制工作泵的接触器的吸合, 但在这种情况下水泵仍不能正常供水, 传统的控制方式控制中心仍然认为消防泵已经启动, 不会主动切换到备用泵, 也不会报警。
3.2 水泵压力下降, 流量不够, 备用泵无法自动投入
这是传统消防水泵存在的又一问题, 相关房屋防火规范中规定, 建筑室内消火栓给水系统的消防用水量要保证建筑物消防必要的最低用水量, 这种用水量以扑救高层建筑物初中期火灾用水量为标准。如果选择较大的室内水泵非常庞大, 消防用水量大, 占地面积宽, 投资也随之增大。如果主消防泵按该用水量设置时又会存在缺陷, 造成发生大面积火灾时, 水量可能就不够, 满足不了消防要求, 出现管网压力下降。当发生大面积火灾时, 消防管网压力下降, 工作泵供水量不足, 备用泵应能一起投入运行。按传统的控制方式, 当存在供水量不够, 压力下降, 备用泵却不能自动投入工作。另外由于年久失修, 即使选择的水泵供水量足够, 管道也往往会出现破裂、出口阀门、水泵进口等问题, 出现流量不足、压力下降, 传统的控制方式也无法监测或得知, 所以也无法启动备用泵。
3.3 电流的变化, 备用泵的误动
电动机负荷电流的正常值较难确定;当水泵处于特性曲线上不同工况点时, 水泵的功率变化范围较大, 而且泵轴轻微卡滞, 阀门开启度变化引起管路阻力变化等影响供水会引起电机负荷电流的不正常变化。例如:目前浙江省消防设施检测中是将工作泵接触器输出端接线断开, 使工作泵电机电流为零来检测备泵电机能否启动。实际上这种做法不能涵盖主泵电机运行而泵未能正常供水的情况。
4 备用泵启动方式的改进
基于上述研究, 从整个给水系统分析, 不论是流量不足, 还是电气故障、机械故障等问题, 都可从消防管网压力上反映出来, 通过对其进行分析, 可以看出问题产生的原因, 反映水泵的工况及消防用水情况。因此, 将消防管网压力作为备用泵启动控制的依据, 是较理想的措施。即每个室内消火栓处的按钮不宜直接启动消防水泵, 可以把它作为警报信号传送给消防水泵房或消防值班室, 提醒管理人员应立即查明、核实火情, 防止误报;严格地讲, 只有水流指示器并压力的水力信号才是真正火警信号, 才可以直接启动消防水泵。简单易行的实现方法是在消防水泵供水总出水管处安装可靠的水流指示器和电节点压力传感器或压力表, 总管的压力还低设定压力下限, 工作泵起动一定时间 (30s) 内, (下限必须满足最不利点的消防需要) , 备用泵经延时一并自动投入工作。
对室内消火栓给水系统;1) 启动消防工作泵信号可以是在消火栓箱处远程启泵按钮启动或在消防控制中心手动起泵, 也可以在水泵房消防水泵电控箱上手动启泵。对湿式自动喷水灭火系统:2) 启动消防工作泵信号可以是任一水流指示器动作信号+湿式报警阀组压力开关动作信号, 也可以是在水泵房或消防控制中心手动启泵。
我们常见到的消防供水设备为“一用一备”的传统配置方式, 长期以来这种方式有着许多优点, 它造价较低, 配置简单, 广泛的应用于消防领域。通过不断的实践来看, 其缺点也是十分明显的, 传统的大流量水泵在消防灭火小流量运行时压力升高到设定压力上限, 往往产生超压现象, 以至于消火栓难以打开, 造成消火栓早期的超压, 消火栓操作人员稳不住水枪, 水枪后坐力大, 甚至会引起水带爆裂等事故。另外, 该配置方式在水泵供水流量大于20L/s时, 由于其启动电流较大, 单台电机功率较大, 启动时对电网的电流冲击较大, 不利于定期自动巡检方式对水泵进行维护和采用定期人工启动。但两台大泵一用一备时, 应停止一台泵工作, 避免系统超压, 这样起动停机过于频繁, 对电机、水泵不利。解决的办法是采用采用新型供水方式, 即多台水泵并联运行的供水。根据出水量的不同, 做到供水不足时, 启动不同流量的消防泵, 可增加开泵数量;压力升高时, 可减少开泵数量。抗干扰能力强、可靠性高的工业可编程序控制器 (PLC) 是电控系统常采用的装置, 通过编程实现循环启泵, 先开的水泵先停, 后开的水泵后停, 这样就能避免停机过于频繁的问题, 很好地解决了系统超压和水泵起动。
5 备用水泵启动的条件
5.1 对供电变压器容量的要求
考虑到变压器供电时局部电网稳态运行要求二次压降在允许范围内, 当交流电动机的容量小于供电变压器的额定容量的10%~15%时, 可以一次启动成功;如果电动机容量是略微超过上述数值, 则可以采用星三角启动或带补偿器启动等削减启动容量的方式启动。上述情况都可以认为电源具备消防水泵自动切换运行的条件。
水泵电机启动时变压器的负荷率对水泵电机启动能否成功影响很大。在空载情况下加载与在满载状态下再增加一台水泵电机的启动功率输出, 对局部电网承受的压降变化和稳定性的考验是很大的。按消防规范规定, 当火灾确认以后, 消防控制室应能切断有关部位的非消防电源。符合国家规范的设计和安装施工将在一定程度上保证供电变压器的低负荷率以满足消防水泵电机的启动功率需求。
5.2 对消防水泵的要求
组成消防水泵的电气控制箱、电动机、联轴器、水泵等部件均应完好, 并保证处于准工作状态。
电气控制系统不应出现过载或短路故障, 控制电路也不应出现线路、元件及触点故障;电机、水泵应转动灵活, 不能有卡滞现象, 泵轴密封应良好。
5.3 对管网系统的要求
消防水泵启动时, 管网需设置在不需人工操作并能适应自动启动运行的状态。消防主备泵进出口阀门应开启, 并采用自灌式引水方式;各处止回阀安装符合设计要求。水泵供水管上应设自动泄压系统。
摘要：通过对传统消防备用水泵启动方式的分析, 并提出几点改进的方案, 最后总结了消防水泵启动的条件。
关键词：消防备用水泵,启动方式,接触器
参考文献
[1]高层民用建筑设计防火规范 (GB50045-95) , 2001.
备用电源工作模式的研究 篇6
关键词：供电网,备用电源,工作方式,备自投,稳定性
0 引言
有重要供电负荷的企业往往采用有备用的网络结构和变电站主接线的方式供电。“备自投”是备用电源自动投入装置和备用设备自动投入装置的简称, 是一种常用的自动装置, 在供电系统中具有提高电网正常运行时的供电能力、减小重载线路的负荷、限制短路电流、提高供电可靠性的特性, 得到了广泛应用。
但是, 在备自投装置的具体使用过程中, 由于网络结构及变电站存在许多运行方式, 备自投的工作方式也有多种, 当变电站运行方式发生变化时, 备自投的运行方式和逻辑关系也往往发生变化, 不再符合要求, 因此, 造成许多备自投装置虽已安装, 但无法正式投入运行。同时, 每种方式对应的供电网络结构不一样, 备自投对系统和负荷的影响也不一样, 如果不慎重对待并做出相应的防范措施, 反而会降低供电系统的可靠性和造成负荷的短时停电。为此, 本文对常用的“两进两出”、具有一主一备运行方式的典型供电网络进行各种有备用方式的分析, 并根据存在的问题提出了相应的改进措施。
1 系统网络结构及运行方式分析
图1为常见的具有“两进两出”供电网络的典型接线图。图1中两进线分别来自2个独立电源或同1个电源的不同母线, QF1、QF2为2个进线端的断路器;QF3、QF4为2个出线端断路器, 2个出线各带1台主变运行, 也可以将图1理解为单母分段的主接线;QF5为分段断路器;QF7、QF8为变压器低压侧断路器;QF6为低压母线分段断路器;QF9、QF10为低压出线断路器。
从系统的结构不难发现, 该接线方式有无备用受上一级供电单元的影响很大;2个进线端电源的独立与否对后续设备的有无备用以及备用方式都有很大的影响。本文从2种情况讨论该系统的备用情况。
1.1 两进线只有1个独立电源
两进线只有1个独立电源的情况在电力系统实际运行时常出现, 也就是进线1和进线2都来自同一个电源或上一级网络的不同母线, 彼此不完全独立, 这种情况进线1和2就相当于双回路一回运行、一回备用方式。下面讨论该种方式对进线备用和出线备用的影响。
1.1.1 对进线备用的影响
这种方式下, 进线备用通过彼此相互切换实现, 备用回路的投入运行是以工作回路退出作为启动条件的, 一般都是以断路器的跳闸出口节点作为逻辑启动信号、并附加电压闭锁信号和时间延时环节实现备自投。这种方式可以提高进线端对出线端的供电可靠性和连续性, 但是存在以下问题:
(1) 进线端备用的成功与否取决于上一级网络的供电可靠性和连续性。如果进线端故障引起上一级网络发生扩大事故的故障, 就影响了进线备用回路正常运行。在实际运行中就曾经出现过这种情况, 某110 kV变电站2台变压器1台运行、1台检修, 35 kV母线单母分段运行, 虽然进线端从35 kV母线的不同母线段上取电源, 但由于110 kV只有1台变压器, 无实际运行备用, 造成35 kV备用无效, 出现工作回路失电、备用回路也失电的大事故。
(2) 备用回路的投入与工作回路的退出时间差对备用回路保证供电可靠性和连续性影响也很大。设定备用回路与工作回路时间差的整定往往从2个方面考虑:一是增大备用回路的投入延时以可靠地切除工作回路的故障电流, 避免备用回路切换到故障回路扩大故障范围;另一方面是减小备用回路的投入时间, 减小负荷的停运时间, 提高负荷的供电可靠性和连续性。这是一对矛盾, 过长的延时对于切除故障有利, 但对负荷的供电可靠性和连续性不利, 往往会出现备用投运后的短时过电流问题, 尤其在电动机负荷比重大、且直接采用启动变压器带负荷的情况下, 严重时造成备用回路过负荷保护动作, 扩大事故范围, 降低供电可靠性。在实际工作中, 往往是短时闭锁过负荷保护、躲开负荷自启动带来的过电流问题, 这种方法提高了备用回路投运的成功率, 但由于闭锁了本级保护, 靠上一级保护来保护, 存在扩大事故范围的隐患, 不是长久之策。这种方法的优势就是工作回路和备用回路的保护完全一样, 不需要任何调整, 设置、维修和管理方便。
1.1.2 对出线备用的影响
对于进线端一回运行、一回备用的方式, 出线端的备用方式有以下几种:
(1) 出线端一回运行、一回备用
如图1所示, 假设进线1工作, QF1、QF5处于合闸, 出线1工作, 出线2备用, QF3合闸, QF4处于备用状态, 可以实现出线1的备用。同理也可以采用出线2做工作回路, 出线1做备用。这种方式的备用同样存在1.1.1节中所述的2个问题, 也具有主、备保护一样的优势。同时, 在网络规划设计时, 要考虑变压器带全负荷的特性, 变压器容量选得大一些, 采用变压器一台运行、一台备用的方式, 运行费用可能比较低一些。
(2) 出线端分列运行, 彼此备用
这种方式是出线1和2分列运行, 变压器低压侧断路器QF6断开。任一出线变压器故障都可通过QF6实现备用。这种方式的备用也存在1.1.1节中所述的2个问题, 但是这种方式正常运行时, 2个变压器都带负荷, 比较适合于一级、二级负荷多且对供电连续性比较高的情况, 单个变压器的容量相对于上一种情况略小一点, 经济运行比较灵活, 故障变压器负荷切换到非故障变压器时负荷自启动恢复时间会比上一种情况略低一些。但是带来的问题是当一台变压器故障时, 备用启动, 另一台带全负荷或基本上全负荷, 造成断路器QF3或QF4的正常工作电流发生变化, 过电流保护的定值应作相应调整, 对保护设备要求具有可修改定值的功能, 不论人工还是自动修改都比较复杂。
(3) 变压器低压侧负荷双回路一回运行、一回备用
这种方式是在变压器低压侧的两段母线上各有一回供电线路对一个负荷供电, 正常运行时一回运行、一回备用, 比如低压断路器QF9与QF10都以彼此的跳闸作为备用回路的启动。这种方式具有1.1.1节中所述的2个问题, 但第二个问题不突出, 工作回路切换对任一回路变压器的负荷影响都不大, 不存在造成上一级保护定值变化的问题。实现逻辑判断明确, 原理简单可靠。
1.2 两进线彼此都有独立电源
两进线彼此都有独立电源, 其对出线的各种情况的备用都提高了一个等级, 但是受运行方式的影响, 备用可靠性不一样。下面分2种情况讨论。
1.2.1 两进线一回运行、一回备用
对于这一种情况, 基本上具备1.1节论述的问题, 唯一不一样的是, 备用回路具有独立电源, 工作回路故障对备用回路没有影响, 提高了备用电源的可靠性和供电的连续性。
1.2.2 两进线分列运行, 出线及以下网络全分列运行
这种运行方式彼此互为运行备用, 具有极高的供电可靠性和连续性。对于安全和生产具有非常重要影响的不能停电的负荷应采用该种方式供电。该运行方式具有以下特点:
(1) 整个供电网络采用具有2个独立电源的全分列运行;重要负荷采用一回运行、一回备用, 任何一路回路都有独立电源, 彼此互不干扰, 提高了供电可靠性和连续性;
(2) 正常运行方式下, 网络成单电源辐射状, 最大和最小运行方式下短路电流变化相对比较小, 保护配置容易实现, 灵敏度易满足要求, 可以保证重要负荷的可靠供电, 保护定值不需做调整, 减小了工作维护量。
(3) 对重要负荷的备用切换时间短, 可靠性高。由于只考虑工作回路故障后的可靠退出, 不考虑变压器的励磁涌流和整个变压器负荷的自启动影响, 所以该方式下一级负荷备自投原理简单, 投切速度快, 过负荷保护误动几率低, 成功率高。
(4) 易于实现故障后的负荷恢复管理, 便于系统分级分批快速恢复。由于当事故发生后, 电力系统进入非稳态变化, 经过一定时间后才能进入新的稳态运行。如果在电力系统非稳态下靠“备自投”的无序动作, 可能会加剧电力系统的非稳态变化或延缓电力系统进入到新稳态运行的进程, 对电力系统的有效快速恢复不利, 所以细化到一级负荷的“备自投”可以在保证重要负荷供电不中断的情况下, 优先保证电力系统的快速平稳恢复, 然后靠其它方式逐级分批恢复停电负荷的供电。
2 对备自投工作的几点建议
综合上述分析, 在备用电源投入运行工作中应注意以下问题:
(1) 要做好上下级供电方式及备用方式的互通问题, 以便采取更合理的备用方式和措施提高供电的可靠性和连续性。
(2) 要优先做好负荷侧一级负荷的备用电源自投工作, 提高一级负荷的供电可靠性及不间断性;分级分批做好其它负荷的快速恢复, 减小对系统的影响。
(3) 对于采用“一回运行, 一回备用”的供电系统, 工作方式切换时, 要联切一定数量的非重要负荷, 经一定延时后分批恢复全负荷, 以减小系统恢复时的自启动电流, 缩短系统恢复时间。
(4) 如果采用变压器“一回运行, 一回备用”的运行方式, 为缩短工作回路故障后备用回路投入时间, 可在故障第一次切除时, 投入备用变压器, 当故障回路重合闸不成功二次跳闸时, 再投入负荷。如重合闸成功, 则退出备用变压器。
3 结语
备用电源的自动投入运行对于提高供电的可靠性与连续性具有很重要的意义。但是单纯考虑负荷供电的可靠性和连续性, 加之备用运行方式的无序性, 会给备用电源的可靠工作、整个系统的健康稳定运行以及负荷的快速恢复有很大的影响。本文通过对“两进两出”的典型网络研究, 分析了可能的工作与备用方式存在的问题及优缺点, 并提出了改进措施与建议, 具有一定的工程实用价值。
参考文献
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节能发电调度旋转备用计划优化 篇7
节能发电调度以节能、环保为目标,以全电力系统内发、输、供电设备为调度对象,优先调度可再生和清洁发电资源,按能耗和污染物排放水平,由低到高依次调用化石类发电资源,最大限度地减少能源、资源消耗和污染物排放[1]。节能发电调度改变了国内以往的计划电量调度方式,也不同于国际上普遍实行的以发电报价排序形成交易计划的市场机制。这种单纯以降低系统运行能耗为目标的发电调度方式,使得电力系统的旋转备用集中由少数小容量、高能耗机组承担,由此可能引发系统备用安全问题。因此,为促进节能发电调度顺利实施,需要研究节能发电调度科学、合理的旋转备用计划。
节能发电调度方式下的旋转备用计划优化问题涉及2个重要方面:一是旋转备用模型的建立;二是旋转备用计划与发电出力计划如何配合。针对旋转备用建模,文献[2]运用保险理论研究了电力市场环境下备用容量的集中和分散优化的决策模型和算法;文献[3]建立了在电力市场环境下一种计及发电机组可用率水平的备用需求分配模型。文献[4]考虑系统运行的可靠性,建立了多目标分层决策模型,采用遗传算法求解。
针对旋转备用计划与发电出力计划配合问题,文献[5,6]分别提出了日前和实时节能发电调度发电计划的模型和算法;文献[7]针对不同发电调度模式,统一对旋转备用计划和发电出力计划建模;文献[8]提出了融合旋转备用的机组组合算法,即根据系统旋转备用容量效益最大为目标,确定最佳的机组组合方案,然后在此基础上,以机组的燃料费用最小为目标,将旋转备用作为发电出力计划的约束条件进行电能量和备用容量的联合优化。
上述研究成果基本上是针对电力市场,目前尚未见到针对节能发电调度方式下旋转备用计划优化问题的学术研究文献。本文将具体针对节能发电调度模式,在上述文献研究基础上,研究2种旋转备用优化决策模型;然后,分别选用旋转备用计划和发电出力计划独立建模分步优化、统一建模联合优化2种思路,构建不同的节能发电调度模型,再基于启发式动态规划方法求解。
1 旋转备用优化决策模型
1.1等备用原则
等备用原则描述为:在满足电力系统运行总旋转备用需求和机组备用调节速率基础上,参与节能发电调度的在线运行机组按照相等比例,预留发电容量作为系统旋转备用。
下面建立相应的数学模型。
1)旋转备用的初始等备用分配
式中:α为系统等旋转备用比例,根据系统总旋转备用需求RD和机组总容量
2)初始等备用分配的调整
按式(1)确定的初始等备用分配可能不满足机组备用调节速率约束,如果不满足约束,将低调节速度机组承担的旋转备用依次转移给高调节速度机组,直至满足系统备用调节速度的要求。为此,本文提出基于最小二乘的等备用优化决策调整模型:
满足2类约束条件:
1)系统总旋转备用需求:
2)机组旋转备用限值:
式中:Rtotal为系统旋转备用容量需求;Ri,min和Ri,max分别为机组i的旋转备用容量限值。
等备用原则使得备用责任分散,这对于保障电力系统安全稳定运行是必要的。等备用原则的缺点是不能实现系统运行能耗最小目标。
1.2能耗最小原则
等备用原则并不能实现能耗最小的目标,因此考虑按能耗最小原则建立旋转备用优化决策模型。数学模型如下:
式中:Pi为机组i的有功出力,fi(Pi)为机组i的耗量特性函数。
在式(4)和式(5)基础上增加约束条件:
1)系统有功功率平衡:
2)机组有功功率限值:
3)旋转备用和有功功率约束:
2 优化旋转备用计划的节能发电调度模型
2.1 旋转备用和发电出力计划建模的思想
旋转备用和发电出力计划的优化建模可以是独立建模或统一建模。独立建模可以实现不同量纲目标函数的分步优化。统一建模存在2种方式:一是将发电出力计划和旋转备用计划二者目标函数统一量纲;二是将旋转备用计划作为发电出力计划的约束条件。在节能发电调度模式下,由于上述建立的2种旋转备用优化决策模型和单纯以降低系统能耗为目标的发电出力计划,二者量纲不尽相同,因而旋转备用计划和发电出力计划可以独立建模,或者建立以旋转备用计划作为发电出力计划的约束条件、而以降低系统能耗为目标函数的统一的节能发电调度模型。
2.2 节能发电调度独立建模
节能发电调度独立建模,优化模型中无需考虑旋转备用的目标函数和约束条件,建立日前节能发电调度数学模型如下:
式中:i为机组编号,i=1,2,…,I,I为机组总数;t为时段编号,t=1,2,…,T,T为时段数;Ui,t=1表示机组i为运行状态,Ui,t=0表示为停机状态;Pi,t为机组i在t时段的有功出力;fi(Pi,t)为机组i的耗量特性函数;Si为机组i的启动耗量。
约束条件在式(7)～式(9)基础上,增加时段间的耦合约束:
1)爬坡约束:
2)机组启停时间约束:
式中:Pupi和Pdowni分别为机组爬坡速率限值;Ti,t-1为机组i在t-1时段已连续运行(正值)或连续停机(负值)的时间;Toni和Toffi分别为机组的最小开机和停机时间。
2.3 节能发电调度统一建模
在该方式下,节能发电调度模型需要增加旋转备用优化变量及其约束条件,数学模型如下:
式中:Rt=(R1,t,R2,t,…,RI,t)为机组旋转备用向量,表示共同影响机组i的耗量函数fi。
模型(13)的约束条件是在模型(10)的约束条件基础上再增加旋转备用约束条件(式(4)、式(5)、式(9))。
32种节能发电调度模型的求解方法
3.1 发电出力计划的启发式动态规划算法
本文基于启发式动态规划算法[9],实现旋转备用计划和发电出力计划独立建模分步优化、统一建模联合优化2种节能发电调度模型的求解。统一建模的节能发电调度模型,首先通过启发式方法形成日前每个时段的可行状态集合,针对每种可行的机组组合状态均进行旋转备用优化,然后修正该状态下机组的有功功率限值,在此基础上,再进行每个阶段的路径寻优;独立建模的节能发电调度模型,则在确定的机组组合方式下,同时进行发电出力计划和旋转备用计划的优化求解。
3.2 旋转备用的优化算法
对于上述2类模型涉及的旋转备用优化算法,等备用原则采用约束线性的最小二乘算法,能耗最小原则采用线性规划算法求解。
3.32类节能发电调度模型的实现方式
独立建模分布式优化和统一建模联合优化的实现方式分别如图1、图2所示。
4 算例分析
本文通过一个简单的算例,采用国内某地区实际电网中10台火电机组的数据,进行节能发电调度日前24时段发电出力计划和旋转备用计划优化的模拟分析,以上述建立的旋转备用优化模型及其2种实现方式求解。以每台机组最大功率段对应的平均煤耗近似作为该机组的能耗参数,见表1。约束条件暂不考虑电网安全约束。日前24时段负荷预测见图3,每个时段系统总旋转备用取为该时段负荷的10%。整个优化过程在MATLAB 6.5上编程实现。
4.12种实现方式的优化结果分析
可以看出,2种节能发电调度旋转备用计划的优化结果从总煤耗和求解时间上都不同。统一建模联合优化方式得到的系统总煤耗比独立建模分步优化方式更佳,但需要增加优化的求解时间。这是因为统一建模需要对每种机组组合状态都进行迭代求解,而独立建模仅需要在最终确定的机组组合上进行旋转备用计划决策,故统一建模目标函数值要优于独立建模,但独立建模计算时间相对较短。因此,2种实现方式各有利弊,其机组组合结果见附录A。
4.22种旋转备用计划优化结果分析
以统一建模联合优化的结果为例,选取1号600 MW、4号300 MW、8号125 MW机组的旋转备用计划进行分析比较,如图4所示。
如图4(a)所示,1号机组的平均煤耗最低,故按能耗最小原则,24时段内均无旋转备用计划;而按等备用原则,由于等比例承担了系统的旋转备用,故在全时段内均有备用计划安排。
如图4(b)所示,4号机组按平均煤耗排序为第5位,由于在低谷时段没有进入机组组合,故2种决策方式下均无旋转备用计划;而在系统腰荷时段,相比高峰时段(例如时段11-12),按能耗最小原则4号机组承担了更多的旋转备用,原因是在高峰时段,小容量机组启机,系统大部分的旋转备用集中到小容量机组上。
从图4(c)看出,8号机组在2种旋转备用决策方式下仅在系统高峰时段承担旋转备用,原因是8号机组的平均煤耗最高,仅在系统高峰时段进入机组组合,并且按能耗最小原则所承担的旋转备用要远大于按等备用原则。
综上所述,按等备用原则优化机组的旋转备用计划,机组等比例承担系统运行的旋转备用,此时不能获得能耗最低目标;而按能耗最小原则进行优化,系统旋转备用计划大部分集中到中小容量机组上,不过,此时由于大容量机组发电出力接近容量极限,这可能是系统运行潜在的安全隐患。
5 结语
本文研究了日前节能发电调度的旋转备用计划,按等备用和能耗最小2种原则建立了旋转备用计划优化决策模型,提出了旋转备用计划和发电出力计划的独立建模分步优化、统一建模联合优化的2种实现方式。算例分析表明,2种优化的实现方式各有利弊,统一建模方式计算结果优于独立建模,但独立建模计算时间相对较短;按等备用和能耗最小原则优化旋转备用计划能够体现不同的决策意愿,这与机组的耗量特性、系统旋转备用需求等密切相关。
本文建立的旋转备用优化决策模型和实现方式可以为节能发电调度模式制定相应的备用计划提供参考。不过,这些也仅仅是初步的构想,如何精细化制定节能发电调度的旋转备用计划有待进一步深入研究。
附录见本刊网络版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。
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