施工实时控制

施工实时控制（精选7篇）

施工实时控制 篇1

在一些重大的水利水电工程中,由于施工进度和质量的要求,必须实施监控和管理,但受种种因素的影响,人工监控和管理技术存在诸多限制,并不能完全满足工程建设的需要。鉴于此,技术人员发明了高心墙堆石坝填筑碾压质量实时监控技术、质量信息PDA实时采集技术、运输中的实时监控技术,以求实现对水利水电工程施工中全天候、精细化、在线实时监控的目的,以上所述的各种监控和管理方式有效保证了水利水电工程的施工质量,延长了工程的使用寿命。

1 水利水电工程中实时控制技术的重要性

随着国家经济的发展和人民生活水平的提高,我国电力需求量明显增长。由于我国水资源相对丰富,因此有必要建设一些重大的水利水电工程,这样既可以满足我国人民的用电需求,又能实现资源的有效利用。但是在水利水电工程的实际施工中,如何保证工程的质量是整个工程施工的关键,一旦出现工程质量问题不仅是经济利益受到威胁,同时也影响着我国的千年大计,因此不能有任何的疏忽。高混凝土坝施工程序复杂,同时影响因素众多,因此在进行施工质量实时监控方面面临很大的问题。参考一些国外的技术要点,但是其压实指标、碾压质量参数及施工工艺方面都不适合我国的工程现实情况,因此有关人士发明了GPS实时监控系统,它可以实现堆石坝填筑质量的实时监控,与此同时,还有很多高科技的实施监控技术被使用到了实际中,例如质量信息PDA实时采集技术、运输中的实时监控技术等,下面就对这些技术做具体的分析。

2 高心墙堆石坝施工质量实时监控技术的核心

2.1 高心墙堆石坝质量实时监控方案

高心墙堆石坝填筑碾压质量监控技术在水利水电工程中发挥着非常重要的作用,其所涉及的技术也非常多,例如自动控制技术、GPRS技术、计算机网络技术及GPS技术等。为了更好地实现对水利水电工程施工质量的有效控制,协调水利水电工程的整体施工流程,优化水利水电工程的整体施工方案,高心墙堆石坝填筑碾压质量监控技术采用了总控中心、现场分控站、监控终端、基准站等监控模式,构建了整体的控制流程,以求实现对整个水利水电工程的整体实施监督(如图1所示)。在施工中所使用的碾压机械上,安装了实时自动采集设备,设备配备了GPS定位技术,可以通过GPS基准站的校正,提高检测的精度,在此基础上,还安装了激振力输出装置,在机械进行施工碾压的过程中,该设备能及时把激振力的状态、碾压的厚度、碾压的次数和机械运行的速度做实时的监控、分析、计算,避免发生参数不符合标准的情况,如果有上述方面的参数不达标,那么管理人员手中的PDA及监控中心的PC就会发出报警信号,及时作出正确的信息反馈,保证整体碾压质量,确保整个环节没有安全问题。高心墙堆石坝填筑碾压质量实时监控总体方案如图1所示。

2.2 可视化监控的高精度快速算法

在对施工现场进行监控后,其会传输大量的动态数据,但是要能进行实时、快速的绘制就非常困难,针对这一尖锐的问题,技术人员设计了针对Bresenham算法的碾压机,从而实现了对轨迹的绘制,在整体的绘制过程中,需要将碾压的轨迹作为绘制图片的轴线,然后将半个碾压轮作为绘制的宽度,从而向两边垂直扩展,最终会形成一条碾压带,通过移动画笔的方式,绘画的宽度就是碾压轮的宽度,在施工现场碾压轮不断移动和碾压的过程中,数据传输过来后就能绘画出对应的碾压条带。在此期间,碾压设备所行驶的轨迹、当前的振动状态、碾压的实时速度及碾压的次数都可以应用字符生成技术进行描绘,发现不符合标准的使用红色字体进行记录,而符合标准的使用绿色字体进行记录。在碾压次数的记录方面,使用像素点来进行碾压遍数的记录,而通过不同的颜色就能分清楚碾压的次数。碾压的条带在经过像素的时候,一定要先分清其颜色,再通过字符的转化就能表示出碾压遍数的数值,最后通过加1的方式把对应的颜色赋予该像素中。

2.3 运输坝料过程中的实时监控技术

在运输坝料过程中,为了确保整体的施工质量,一定要对施工全过程进行实时的监控,这其中就会涉及GPRS技术、GPS、GIS技术及PDA技术等,在从原料停放的位置和运送到大坝坝面的过程中,都进行了全过程的装卸料监控和定位,在这些技术中,有很多都是我国自主研发的,例如车辆在运输大坝施工的料物过程中,所有的信息都必须进行严格的采集,这些设备装置就是我国自行研制的,然后通过施工总布置中的数字地图,对整体的工作情况做一个具体而准确的判断。例如,如果车辆在装卸货物时发生问题,技术人员手中的PDA及终端自动监控的PC就会同时发出报警,避免了运送物料混乱。料场分布的位置多、面积大,这对整个工程施工和管理造成很多的负面影响。同时,该技术还能实现道路行车密度和上坝强度的数据统计,为优化车辆的运输工作、科学管理施工、合理组织人员调度等工作提供了可靠的依据。

2.4 高心墙堆石坝施工PDA实时采集技术

PDA实施动态采集技术在这方面的应用非常广泛,而且实践中所表现来的效果也非常好。施工现场的信息内容主要涉及对车辆进行及时合理的调配工作,以及采集大坝物料的运输情况,例如每辆运输车载料的方量、卸料的目的分区、装填料的地点,除此之外,其监控的信息还有机械碾压的参数等,例如碾压设备所属的分区、激振力情况、设备振动的频率、机械的规格和碾压设备的编号等。该技术还可以很好地采集试坑质量的检测信息,包含现场取样的照片、试坑的含水率、试坑的干密度及压实度等数据,收集这些数据,可以为以后的整体工程做一个很好的评估和规划。具体而言,就是现场的管理人员可以应用PDA客户端程序对以上动态信息进行采集,然后利用无线通信技术,在互联网上把所收集到的信息传输到PDA数据库服务器,技术人员可以结合所采集到的各个方面的信息进行分析,这种技术解决了在一些重大水利水电项目施工中,对碾压质量的信息不能进行实时监控,对运输车辆信息不能做动态采集的难题,通过PDA实时采集技术,可以随时对现场的施工质量信息进行采集,通过得到的反馈信息,能有效控制和解决现场施工中存在的问题,提高我国重大水利水电工程的施工质量。

3 工程的实际应用情况

在我国的南水北调施工中,有11项重大水利水电工程,下面就针对某一心墙堆石坝工程进行分析。该工程规模庞大,共计1 010个舱面,需要碾压11遍以上,同时面积占舱面总面积的比值是98.6%,而且在施工过程中,大坝上面最多有200多台上坝运输车和15台碾压机械同时工作,这样的实时监控工作量是非常大的,几乎在之前的工作中都没有涉及,这给有关技术人员提出了一个挑战。为了保证整体的施工进程,提高工程的施工质量,下面就对该工程使用高心墙堆石坝施工质量实时监控技术中的关键点进行分析。

为了确保心墙堆石坝工程圆满竣工,在施工过程中还应用了非常先进的监测感应技术和移动通信技术等,该技术主要是借助互联网,在网络环境下采集安全、进度、质量等一系列的动态信息,通过数字化的模型处理技术,达到对大坝质量、进度和安全评估的合理控制,是大坝长期运行和管理的数字化信息支撑平台,为工程设备进行整体的宏观调控和组织施工奠定了坚实的基础。同时,还建立了监测一分析一反馈一处理的质量监管体系,保障舱面的平均压实厚度是23.8 cm,做到要求的压实厚度是25cm的控制标准,可以看出网络环境下数字大坝系统集成技术的优势。

4 总结

该文中主要阐述了重大水利水电工程施工实时控制中一些关键的技术问题,分析了施工质量实时监控技术、施工进度实时控制分析技术及网络环境中的数字大坝系统集成技术,通过对这些技术的分析和研究,提高我国高心墙堆石坝的整体施工质量,提升大坝在按期发电、指导防洪度汛等方面的作用,为推广我国高土石坝和高混凝土坝工程建设奠定了基础。

参考文献

[1]钟登华,刘东海,张社荣,等.心墙堆石坝施工质量实时监控方法:中国,ZL200910069245.9[P].2010-10-13.

[2]钟登华,刘磊,刘东海.心墙堆石坝碾压过程信息自动采集装置:中国,ZL200910069167.2[P].2010-10-06.

[3]钟登华,刘磊,刘东海.心墙堆石坝碾压过程信息自动采集装置:中国,ZL200910069167.2[P].2010-10-06.

[4]程丽,黄承锋.基于定额思想的物流标准成本制定方法探讨[J].重庆交通大学学报(社会科学版),2011(2):25-27.

电力系统低频振荡实时控制 篇2

基于广域测量系统(WAMS)数据平台,低频振荡在线分析功能可得到系统的主导模式及设备分群信息,识别强相关的机组并计算参与因子,但无法在线分析计算抑制振荡的控制措施[1,2,3,4]。小干扰稳定性辅助决策功能基于状态估计结果和元件模型参数,可提供提高弱阻尼模式的控制措施,但受控制措施计算时间和元件模型参数准确性的限制,无法实现实时控制[5]。为实现低频振荡的实时控制,需从小干扰稳定计算得到的弱阻尼模式中筛选出与实测主导模式对应的模式,将小干扰稳定在线计算的控制策略或设定的离线策略应用于控制实际发生的低频振荡[6]。

受系统非线性和非自治因素的影响,实测的主导振荡模式特征与小干扰稳定计算得到的模式特征必然存在差异[7,8,9]。仅依据阻尼或频率进行匹配,可能会做出错误的判断。文献[10]指出低频振荡模式的频率主要取决于机组间的电气距离,只要不发生严重事故,低频振荡模式的频率不会发生大的变化。因此,可靠的做法是采用实测主导模式的频率筛选出候选的模式集,并根据实测的设备分群信息,将与实测主导模式分群情况一致的模式确定为匹配模式。小干扰稳定性分析的准确性受制于模型参数的准确性,而在线小干扰计算数据的断面时刻与低频振荡起始时刻不可能完全一致,需要研究模型参数准确性和运行参数变化对模式匹配判据的影响。

受电网中PMU安装数目的限制,实测数据无法给出所有机组的分群信息,但可给出部分关键母线的分群信息。小干扰稳定性分析可给出所有机组的分群信息,但无法直接给出非发电机节点的分群信息。因此,小干扰稳定性分析中需要将电网在振荡中心处分为2个独立网络,得到所有节点的分群信息。在模式匹配时考虑关键母线的分群情况,可以提高匹配的准确性。

实测的主导模式阻尼σreal与小干扰稳定性分析得到的模式阻尼σsimu之间的差异可能比较大。需要根据σreal与临界安全的阻尼门槛值σthres之间的差值Δσ来确定控制措施搜索时的阻尼调整量。如果在得到σreal后再计算控制措施,则无法满足低频振荡实时控制对时间的要求。因此,需要根据在线数据计算出不同Δσ对应的控制措施,实际发生低频振荡时直接根据Δσ来索引对应的控制措施。

本文首先介绍了低频振荡在线分析方法,在此基础上研究了实测低频振荡和小干扰稳定分析模式匹配判据的有效性,以及模型与参数准确性和运行参数变化对模式匹配判据的影响,提出了设备分群方案,并给出了模式匹配失败时的离线控制策略。最后提出低频振荡实时控制的具体实施方案。

1 低频振荡在线分析

当发生低频振荡时,低频振荡在线分析自动触发。对发电机功角和厂站电压相角数据预处理后,经Prony分析得到振荡模式特征量组,结合预警部分的计算结果,依据能量最大原则,识别系统的主导模式,依据频率差和阻尼比差判断相同模式。

针对主导振荡模式,把角度振荡幅值最大的发电机或厂站的初相角设为参考角(0°),依据新的初相角对发电机和厂站进行分群,0°附近的为一群,180°附近的为另一群。振荡中心大致区域为新的初相角位于90°附近,且电压波动幅值大于设定值的厂站。针对主导振荡模式参与设备的模式特征量组,选择分群结果中设备的有功功率振荡幅值的最大值作为基准值,把设备有功功率振荡幅值与基准值的比值作为设备的参与因子,依据设备的参与因子大小判定强相关设备。

2 模式匹配的判据

2.1 模式匹配判据的有效性

通过比较实测的主导模式信息和小干扰稳定性分析得到的模式信息研究模式匹配判据的有效性。采用数值仿真模拟实际的振荡,计算数据为华东电网2010年某时刻的在线数据,系统中部分PSS停运。

设220 k V颍州—邢集双回线颍州侧三相瞬时短路,仿真时间10 s,积分步长0.01 s。使用Prony方法从阜阳电厂1号机组的摇摆曲线中提取主导振荡模式,不同的故障清除时间下的主导模式信息见表1。

由表1可见,随着故障持续时间的增加,主导模式的阻尼(绝对值)增大,而频率减小。小干扰稳定分析中安徽对华东模式的特征根为-0.114±j4.499,阻尼为-2.532%,频率为0.716 Hz,与表1中主导模式的频率比较接近。

根据模态相角将机组分为2群,分别取2群机组中模态幅值较大的机组,分析其转子角曲线的主导模式信息。故障切除时间为0.10 s时,各机组的主导模式信息如表2所示。

由表2可见,前6个机组的主导模式相位均在125°左右,分布范围不超过125°±10°;后5个机组的主导模式相位均在-50°左右,分布范围不超过-50°±10°。由此可以明显看出机组的两群特性。表中给出了小干扰稳定性分析得到的模态相角作为参考,与仿真模拟的实际振荡机组分群情况一致。

因此,实测主导模式与小干扰稳定性分析得到的模式之间存在对应关系。根据频率可筛选出与实测主导模式频率最接近的小干扰稳定性分析结果模式集。实测主导模式和小干扰稳定性分析得到的模式之间的机组分群情况基本一致,而网络拓扑的影响反映在分群结果中。可根据设备分群信息对候选的模式集进行详细分析,确定与实测主导模式对应的模式。

2.2 模型与参数准确性对模式匹配判据的影响

低频振荡实时控制需利用WAMS实测的低频振荡信息与小干扰稳定性分析得到的模式信息进行模式匹配。若模型与参数的误差对模式匹配的判据影响非常大,则无法保证模式匹配的可行性。因此,需研究模型与参数的准确性对模式匹配判据的影响。

文献[11-15]深入研究了模型与参数对低频振荡的影响,认为模型及参数的变化对模式阻尼的影响可能比较大(视模型与参数类型而定),对频率影响比较小。虽然没有明确说明模型与参数对机组分群的影响,但在确定与模型及参数变化前模式对应的模式时,其隐含的依据是机组的分群情况。因此,模型及参数的准确性对模式匹配判据的影响较小。

2.3 运行参数变化对模式匹配判据的影响

小干扰稳定分析计算的断面数据时刻与实测的低频振荡数据时刻不可能完全一致,在该时间差内系统的运行参数可能发生变化。因此,需要考察运行参数变化对模式匹配判据的影响。

采用华东电网2009年的典型方式数据,将部分机组的PSS停运,使安徽对华东为弱阻尼模式。改变安徽对华东的断面功率,根据模式的频率和机组的分群情况确定断面功率变化前后的模式。振荡模式的阻尼和频率随断面功率变化的情况如表3所示。

拓扑不变时,机组出力变化引起的断面功率变化对模式阻尼影响较大,对模式频率和机组的分群影响较小。

2.4 设备分群方案

当系统发生低频振荡时,振荡中心附近节点的物理特征表现为:电压幅值波动较大、电压相角波动较小且初相角位于90°附近。低频振荡在线分析判断出振荡中心大致区域后,在小干扰稳定性分析中将系统在振荡中心处分为2个独立的网络,得到所有节点的分群信息。分群成功的判据是参与因子较大的2群机组之间不存在路径。

3 离线控制策略

当电网的网络拓扑或运行参数发生较大变化时,可能会导致模式匹配失败。此时需要制定离线控制策略,根据实测主导模式从事先制定的离线策略表中匹配获取辅助决策措施,达到抑制低频振荡的效果。为了避免离线制定的控制策略过于保守,需要采用分级控制的辅助决策方案。根据电网的实际需求,可以制定3级辅助决策的实施方案。

a.第1级控制措施:振荡初期的预防控制。这一级控制中,低频振荡监测功能首次监测到系统中的低频振荡,建议用户采用降低机组出力或减少线路传输功率的措施来抑制低频振荡。

b.第2级控制措施:振荡过程中依据振荡模式改变和电网动态信息自动修正抑制振荡的辅助决策方案。由于此时已向用户提供了第1级控制措施,所以当再次检测到系统中存在低频振荡时,会建议用户采用提高线路运行电压或退出机组自动发电控制(AGC)的措施来抑制低频振荡。

c.第3级控制措施:振荡达到电网运行极限时的紧急控制辅助决策。由于此时已向用户提供了2级控制措施建议,如果检测到低频振荡仍然存在,那么应用功能会认为此时电网的频率持续波动,建议用户采用解列线路措施来抑制低频振荡。

4 控制流程

当小干扰稳定性分析获得实时数据后,分别计算将各弱阻尼模式的阻尼提高到不同档位值的控制措施。假设模式i当前的阻尼为σi 0,将该模式的阻尼最大调整量Δσmax.i分为Ni档,分别计算将σi0提高Δσmax.ij/Ni(j=1,…,Ni)的控制措施,控制措施包括机组出力调整和直流功率调整等。

在检测到电力系统发生低频振荡时,根据PMU实测的动态数据分析主导振荡模式,并确定电网的振荡中心大致区域,对小干扰稳定性分析中的设备进行分群。从小干扰稳定计算得到的弱阻尼模式中筛选出与实测主导模式对应的模式。计算实测主导模式的阻尼σreal和临界安全的阻尼门槛值σthres之间的差值Δσ,若Δσmax.i(j-1)/Ni<Δσ<Δσmax.ij/Ni(1≤j≤Ni),则低频振荡实时控制的措施为Δσmax.ij/Ni对应的小干扰稳定分析模式的控制措施。通过在线计算分档控制措施,可以避免过调或欠调的现象,理论上可以保证控制精度小于Δσmax.i/Ni。

机组出力调整的执行手段包括:将机组调整量作为AGC的控制量,由AGC自动执行;通过AGC装置的通信通道,将机组出力调整量下发给电厂的自动控制系统,由其自动执行;电厂的运行人员依据调度员命令进行机组出力调整的操作。

低频振荡实时控制流程如图1所示。

5 结论

本文将低频振荡在线分析、小干扰稳定性辅助决策和匹配离线低频振荡控制策略表相结合,给出低频振荡实时控制的方法。通过模式匹配确定小干扰稳定性分析得到的模式集中与实测主导模式对应的模式。在小干扰稳定分析中将系统在振荡中心附近解列为2个独立的孤网,可以实现将所有节点分为2群,在模式匹配时可以同时利用机组和变电站的分群信息。根据实测主导模式阻尼与临界安全阻尼门槛值的差值确定对应的控制措施。根据实测主导模式匹配事先制定的离线策略表,解决了小干扰稳定模式中无法找到与实测主导模式对应的模式的问题。通过AGC或者调度员遥控的方法立即执行控制措施,可以满足低频振荡实时控制对时间的要求。

实际上抑制低频振荡最有效的措施是PSS,但实际采用的PSS一般只考虑机端信号,对区域振荡模式的抑制作用有限。如果能根据在线数据确定对当前振荡模式抑制效果最好的广域信息并在线整定广域PSS的参数,则能以较小的代价抑制低频振荡。因此,后续的研究工作中需要考虑解决与广域PSS相关的信号接入、参数整定和在线投运等问题。

摘要：低频振荡实时控制方法将小干扰稳定在线控制策略或设定的离线策略应用于控制实际发生的低频振荡。通过小干扰稳定计算得到电网的弱阻尼模式,分别计算将各弱阻尼模式的阻尼提高到不同档位的控制措施。在电网发生低频振荡时进行在线分析,采用实测主导模式的频率筛选出候选的模式集,根据振荡中心的信息在小干扰稳定性分析中对设备进行分群,并根据设备分群信息确定与实测主导模式对应的模式,根据实测主导模式阻尼与临界安全阻尼门槛值的差值确定对应的小干扰稳定计算得到的控制措施。若没有与实测主导模式对应的模式,则从离线策略表获取辅助决策信息。最后通过自动发电控制(AGC)系统或调度员命令实施相应的控制策略。

ERP环境下会计实时控制研究 篇3

为了解决会计流程远离业务流程, 管理者获得的信息明显滞后、无法满足实时控制的需求这一难题, 会计界的众多学者对会计实时控制进行了深入研究。AICPA主席Robert Mednick 1988年就曾指出:“如果会计行业不按照IT技术重新塑造自己的话, 它将有可能被推到一边, 甚至被另一个行业———对提供信息、分析、鉴证服务有着更加创新视角的行业———所代替”。美国会计学家霍兰德 (Hollander) (1999) 认为财务部门应帮助管理部门塑造并控制业务流程。著名会计学家阎达五教授 (2004) 从IT视角诠释了会计实时控制观, 并探讨会计实时控制的框架体系, 努力使之成为实现企业价值增值的管理工具。綦好东、杨志强 (2004) 认为以实时控制理论为核心协调和优化价值链, 最终会实现价值链联盟和核心企业价值最大化。戴玮炜、王正军 (2007) 分析了价值链会计实时控制的特点, 认为构建价值链会计实时控制要与企业的业务流程再造同步进行。综合这些观点, 可以发现:会计的实时管理控制职能和价值链管理已日趋重要, 但国内当前对在ERP环境下会计实时控制的研究还没有统一观点。基于此, 本文对在ERP环境下的会计实时控制作了研究, 并提出了ERP环境下会计流程再造的一些方法和建议。

二、ERP环境下会计实时控制理论

在经济全球化和新科技革命的推动下, 企业之间竞争的范围和规模都已扩大, 企业与企业之间以及企业内部各部门之间存在大量需要交换的物流、资金流和信息流, 迫切要求企业建设具有高集成度的信息化系统, 将企业的所有资源集成管理, 实时控制。ERP企业资源管理系统的出现, 实现了企业物流、资金流和信息流的实时反映, 能为企业实时提供大量的会计信息, 实时传递相关单据、实时处理相关数据, 从而实现会计信息的实时披露。这也为会计信息系统的实时控制提供了平台。实践的进行促进了会计实时控制的创新和发展, 用新的控制理论来指导实践已经成为现实。

作为一种新的会计控制观, 会计实时控制与传统会计控制观具有很大不同:在控制目标上, 从“确保资产的安全完整或单一利润最大化”发展成为“提高企业经营效率和效益从而实现价值增值”;在控制内容上, 从“注重资本要素的单项变动控制”发展到“注重将企业看做一个整体, 对企业实行价值链管理, 实现了从单项控制到多维控制”的转变;在控制方式上, 实现了从适时控制向实时控制转变;在控制信息上, 实现了从“利用会计信息或货币量”发展成利用“时间量、实物量、货币量”三量信息进行控制的转变;在控制属性上, 实现了“企业从事后获取会计信息”到“在企业经营活动过程中实时获取信息”, 从事后走向事中, 从静态走向动态的转变。

三、ERP环境下会计实时控制结构体系

ERP企业资源管理系统是企业实行会计实时控制的基础, 要实现会计实时控制的最终目标, 就要使企业的ERP系统有效运行。因此, 需要构建企业良好的ERP控制环境、运用有效的会计实时控制方法、根据实际需要对会计业务流程再造 (如图1) 。

(一) 构建良好的内部控制环境

内部控制环境是企业文化的基础, 对企业员工的控制意识具有极大地影响作用。企业中的人及其活动是企业的核心, 企业决策层要特别重视企业中对人的控制, 重视对员工素质的培养和提高。 (1) 培养员工的道德价值观和以诚为本的原则。企业有效运行的核心是人以及人所进行的业务活动, 企业内部环境与员工的道德价值观相互影响, 良好的内部会计控制环境是企业有效运行的根本因素。 (2) 企业导入ERP后会计人员的角色要相应转变。企业应用ERP系统后, 各业务部门在发生经济业务时通过网络即时传递给会计子系统, 由会计子系统根据预先设定的程序记账, 最后生成会计凭证, 并按要求生成不同类型的会计报表, 但ERP系统并没有完全代替会计。

在ERP系统中, 会计人员不但可以辅助经营决策而且可以参与企业经营管理。ERP系统中的会计实时控制已经完成了从事后反应会计信息, 到事前事中控制会计信息的转变, 注重在企业经营过程中的控制, 强调事前计划、事中控制和事后反馈的有机统一。实施ERP的企业, 要求从会计人员全局和整体出发, 把财会在整个管理系统中的作用充分发挥出来。

(二) 根据实际需要再造会计业务流程

传统会计业务流程由功能驱动, 是各项经济业务按发生先后顺序进行处理的过程, 而重组后ERP环境下的会计业务流程是事件驱动的。事件驱动会计信息具有独特的信息传递流程:在经济业务发生时, 业务部门按照设定好的处理程序把数据存储到业务事件数据库, 业务事件数据库中的数据被称为源数据, 只经过业务部门初步的加工, 信息使用者根据自己的需要从系统中选择信息, 系统会预先设定信息处理代码, 信息使用者选择信息时输入信息处理代码, ERP系统根据相应的信息处理程序, 加工处理业务数据库中信息, 并把处理结果实时反馈给信息使用者。虽然ERP系统的应用使企业在收集原始数据的过程中分散化, 但却实现了各项业务活动的数据存储和数据处理的集成, 最后实现了财会管理和业务过程管理的同步。

ERP会计业务流程以事件驱动的模式, 突破了传统会计业务流程功能驱动的模式, 是信息技术和信息系统应用的大势所趋。ERP环境下会计业务流程。在ERP环境下, 会计业务以事件驱动为原则, 对该业务重组后的会计业务流程可用图2如描绘。 (1) 经济业务事件发生时, 由各业务部门人员把相关的业务事件数据记录在相对应的管理信息子系统中, 并且把数据适时存储到全局数据库中。 (2) 对业务事件数据中的资金信息进行审核, 由系统生成记账凭证, 将记账凭证数据存入到经过处理的数据库中。 (3) 根据企业规定把最初的业务数据进行处理并在业务事件数据库中存储, 信息使用者需要查询某项信息时, 可以随时向事件驱动型会计信息系统输入代码进行处理, 会计信息系统中存有模型库。 (4) ERP系统根据需要获取业务事件数据库中的数据, 利用加工模型库中的会计模型处理数据。 (5) 为了方便计信息使用者对信息的需求, 系统定期生成账簿以方便财产清查, 并产生资产负债表、现金流量表和利润表等财务报表。

(三) 会计实时控制的具体方法

事前、事中、事后控制的紧密结合是一个完整的会计实时控制系统要达到的目的。会计事前控制主要是对预算资金的编制, 事中控制主要是根据预算进行实时控制并对计划内和计划外情况进行修改补充, 事后控制主要是及时反馈会计信息并评价会计信息的效率。先进的内部会计控制方法是企业充分发挥会计信息系统监管职能, 降低成本, 提高效率的保障。

在ERP环境下, 传统的会计控制原则是基础, 但一些先进的会计实时控制方法, 如标准成本控制法、责任会计控制法、预算控制法, 也要大量使用。 (1) ERP环境下标准成本控制方法。标准成本是通过精确地调查、分析与技术测定而制定, 用来评价实际成本、衡量工作效率的一种预计成本。因此利用标准成本可以实现对实际成本的精确控制, 最大限度降低生产成本, 控制过程简便易行, 是一种较理想的成本控制方法。标准成本控制法的原理是事先确定控制对象的标准成本, 为各控制对象制定标准成本卡, 在生产过程中, 定期将实际成本与标准成本作比较, 计算成本差异, 分析差异原因, 及时采取控制措施, 将各项成本支出以标准成本为依据加以控制。作业成本法简称ABC法, 是以作业为基础的成本计算方法, 在ERP系统中作业成本法是标准成本控制的基础, 作业成本法的基本理论认为企业的全部经营活动是由一系列相互关联的作业组成的, 把作业作为核算成本的基本对象, 这样可以准确的核算成本。 (2) ERP环境下责任会计控制方法。责任会计是指为了适应企业内部管理的要求, 更好地调动各部门和职工的积极性, 在企业内部建立若干责任中心, 并使他们对所分工负责的经济活动进行规划、核算、控制和考核的一整套专门制度。责任会计按经济责任归属对企业总体目标进行分解, 把责任分解到各个责任中心, 每个责任中心再分解落实到个人, 并制定相应的奖惩措施, 将员工的经营业绩与分配的经营目标进行对比, 以实现利润最大化的目标。一般情况下, 企业运用责任会计控制法首先设置责任中心, 明确权责范围;然后编制责任预算, 确定考核标准;第三步就是建立跟踪系统, 进行反馈控制;最后分析评价业绩, 建立奖罚制度。 (3) ERP环境下预算控制方法。全面预算管理是实现事先计划与事中控制思想的重要手段, 它以会计控制为核心。在实施ERP的企业, 财务人员在预算子系统中作预算, 并把预算结果存放在全局数据库。

参考文献

[1]财政部:《企业内部控制规范》, 中国财政经济出版社2010年版。

[2]阎达五:《价值链会计研究:回顾与展望》, 《会计研究》2004年第2期。

[3]阎达五、张瑞君:《会计控制新论——会计实时控制研究》, 《会计研究》2003年第4期。

[4]綦好东、杨志强:《价值链会计目标确定与职能定位》, 《会计研究》2004年第2期。

[5]戴玮炜、王正军:《价值链会计实时控制浅探》, 《中国管理信息化 (会计版) 》2007年第1期。

[6]于文利:《浅议ERP在企业财务管理中的应用》, 《现代商业》2012年第3期。

[7]张庆军:《探析基于ERP的会计实时控制研究》, 《现代商业》2010年第12期。

[8]陈荣秋、马士华:《生产与运作管理 (第二版) 》, 高等教育出版社2009年版。

[9]中国注册会计师协会:《财务成本管理》, 北京大学出版社2011年版。

[10]王利萍:《基于ERP的会计实时控制研究》, 中国海洋大学2009年硕士学位论文。

[11]张瑞君:《网络环境下会计实时控制》, 中国人民大学出版社2004年版。

超导磁储能装置的功率实时控制 篇4

超导磁储能 (简称SMES ) 是20世纪90年代发展起来的一种新型储能技术, 主要由超导磁体和功率调节系统 (简称PCS) 构成。由于这种储能装置储能效率高, 能够按照系统的要求进行有功和无功功率的独立地四象限快速调节, 可以用于改善电力系统的动态特性, 因此越来越受到电力系统研究人员的关注[1,2,3,4,5]。为了利用SMES在电力系统实现负荷均衡、抑制功率振荡及稳定电压等功能, 需要快速准确地根据电力系统实际需要调节其与SMES之间的输入输出功率。因此, 如何提高SMES的四象限快速准确功率调节, 研究与变流器所采用开关策略相适应的SMES功率控制方法对于实现其在电力系统的应用具有重要的意义。

根据PCS构成变流器的拓扑结构不同, SMES主要分为电流源型超导磁储能装置 (简称CSMES) 和电压源型超导磁储能装置 (简称VSMES) [6]。其中, CSMES主要由电流源型变流器 (Current Source Converter, 简称CSC) 和超导磁体组成;VSMES主要由电压源型变流器 (Voltage Source Converter, 简称VSC) 、斩波器和超导磁体组成。由于SMES固有的电流源特点, 因此, 电流型变流器技术自然适用于SMES。同时, 电压型变流器作为当前电力电子技术领域的主流发展技术, 由于在可靠性和成熟性方面已经取得了巨大的进步, 因此也有SMES变流器拓扑结构选用电压型变流器。

2 SMES功率调节的工作原理

图1所示为一个六脉冲CSMES装置的基本结构原理图, 它由六脉冲电流源型变流器和超导磁体构成。整个装置经变压器与电网连接, 其PCS控制器利用适当的控制算法, 根据SMES的实际调节功率、超导磁体中流过的直流电流id以及给定的功率参考值, 确定变流器的触发脉冲信号, 通过调节CSC的开关状态, 以改变其交流侧输入输出相电流ica、icb、icc的幅值和相位, 从而控制SMES的输入或者输出有功和无功功率能够准确跟踪给定的有功和无功功率参考值Pr和Qr。

图2所示为六脉冲VSMES装置的基本结构原理图, 它主要由PCS系统和超导磁体构成, 而PCS系统主要由六脉冲电压源型变流器和二象限斩析波器组成。整个装置经变压器与电网连接, 其PCS控制器利用适当的控制算法, 根据SMES的实际调节功率、电压源型变流器直流侧电压Ud以及给定的功率参考值, 确定变流器的触发脉冲信号, 通过调节VSC的开关状态, 以改变其交流侧各相电压Uca、Ucb、Ucc的幅值和相位, 从而控制SMES的输入或者输出有功和无功功率能够准确跟踪给定的有功和无功功率参考值Pr和Qr。由于VSC调节功率将导致其直流侧电压Ud的变化, 因此需要通过对析波器的有效控制, 实现SMES对Udc的恒定电压补偿控制。当VSC吸收功率时, 通过将S8开关器件导通, 同时调制开关器件S7的开关状态, 以实现超导磁体的储能和直流电压的恒定;当VSC向系统输出功率时, 通过将S7关断, 同时调制开关器件S8的开关状态, 以实现超导磁体的释能和直流电压的恒定。

3 CSMES的功率实时控制

3.1 CSC的正弦脉宽调制

根据CSMES的功率调节原理可知, 由于图1所示CSMES的磁体电流Ism不能突变, 可以在各触发控制周期内认定其为一个恒流源, 因此对SMES进行功率调节的目的就是按照给定Pr和Qr, 通过有效的开关控制策略来动态调节CSC交流侧基波电流的幅值和相位。

文献[7]在文献[8]的基础上, 提出了一种适用于CSC的改进SPWM控制策略。它利用三角载波和正弦调制波信号产生p1～p7七个调制脉冲信号, 并根据由变流器交流侧目标电流的相位所确定的触发模式信号mod, 确定变流器各开关器件的触发脉冲pS1～pS6。

通过对该脉冲调制策略下CSC输入输出电流的基波分量分析可知, 采用该触发控制策略, CSC交流侧电流基波分量的幅值和相位可由式 (1) 表示。

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式中, M为调制波的幅值;α为CSC调制电流ica、icb和icc基波分量与电网各相电压usa、usb和usc之间的相位差的目标值;Is为CSC调制电流ica、icb和icc基波分量的幅值;φs为CSC调制电流ica、icb和icc基波分量的初始相位。

式 (1) 表明, 该触发控制策略对CSC输出电流中基波分量的幅值和相位具有很好的可控性。

3.2 CSMES的功率控制

将SMES接入实际电力系统进行功率调节时, SMES的控制一般由外环控制和内环控制两部分组成。其中:外环控制器作为主控制器用于按照电力系统的需求, 提供内环控制所需要的有功和无功功率给定值。而内环控制器主要完成两项工作, 首先它必须根据系统的实际功率需要, 确定诸如变流器进行PWM控制所需调制信号的幅值和相位等控制量, 从而实现对系统有功和无功功率相应的补偿。然后它还必需根据变流器的控制方式, 产生各开关器件的触发脉冲信号, 使变流器交流侧电流的幅值和相位跟踪给定的目标值, 从而达到按照外环控制的要求进行四象限调节有功和无功功率的目的。

在图1所示三相电压对称的电网中, 三相电流和三相电压之和为零, 即isa+isb+isc=0, usa+usb+usc=0。如果电压和电流之间的相位差为α, 并且考虑SMES接入点处的电流等于CSC调制电流ica、icb和icc的基波分量, 结合瞬时功率理论, 利用三角恒等式和式 (1) 可得CSMES的调节有功和无功功率如下:

式中Us、Is分别为电网中SMES接入点处变流器的基波电压和电流的幅值。

SMES的功率调节目的就是跟踪给定的有功和无功功率参考值, 将参考值Pr和Qr代入式 (2) 、 (3) 可得:

式 (4) 、 (5) 表明, 通过直接调节M和α, 可以实现SMES和电网之间按照给定的功率参考值交换有功和无功功率。

图4是所设计的CSMES功率控制器原理图。图中, 两个PI调节器构成的有功和无功功率反馈控制环节用来补偿由变压器和变流器以及滤波器的功率损耗所引起的给定功率和SMES调节功率之间的误差。同时通过合适地选取PI调节器的参数可以避免因调节功率误差引起的α和M剧烈变化, 从而减少SMES输出电流和调节功率的振荡, 提高SMES的输出电流品质和功率响应特性。

4 VSMES的功率实时控制

4.1 交流侧电流的两相旋转坐标系解耦控制

假设三相系统平衡并忽略开关器件的损耗, 则根据基尔霍夫定律可以建立图2所示VSC的时域数学模型如式 (1) 和式 (2) 所示[5]。

式 (6) 和式 (7) 中:Usa、Usb、Usc分别为电网三相电源相电压;ia、ib、ic分别为VSC交流侧的三相电流;iDC为VSC直流侧母线电流;Udc为VSC直流侧母线电压;S*a, S*b, S*c为三相桥臂的开关函数, S*a, S*b, S*c=1代表A、B、C三相上桥臂各开关器件导通、三相下桥臂各开关器件关断, S*a, S*b, S*c=0, 则代表A、B、C三相下桥臂各开关器件导通、上桥臂各开关器件关断。

遵循功率不变的原则, 同时考虑三相对称的条件, 利用变可进一步得到式 (6) 和式 (7) 所示VSC的同步旋转d-q坐标系下的数学模型。

(8)

由式 (8) 可知VSC交流侧电流的d、q分量分别为:

(9)

式 (9) 中, d、q轴电流除受控制电压urd (等于Sdud) 和urq (等于Squd) 的影响外, 还受耦合电压ωLiq、-ωLid和电网电压usd、usq的影响。由于仅对d、q轴电流进行负反馈控制不能消除d轴和q轴之间的电流耦合, 因此无法利用对直流电压Udc的脉宽调制来控制VSC的d、q轴电流分量。如果在控制VSC输出电流的调制电压中引入电流状态反馈和电网电压的前馈补偿, 即式 (9) 中的urd和urq控制量分别为urd=urd1+urd2+urd3、urq=urq1 +urq2+urq3, 其中, urd1=usd、urd2=ωLiq、urq1=usq、urq2=-ωLid, 则对VSC的d、q轴电流分量控制呈现出式 (10) 所示的相互独立解耦的一阶惯性环节控制特性。 (10)

4.2 VSMES的功率控制

式 (10) 同时表明, 在电网电压Us和输入电抗一定的情况下, 通过控制VSC交流侧的d、q轴的电压urd3和urq3, 能够对变流器交流侧的d、q轴电流进行准确控制。urd3和urq3由电网和VSMES之间的交换功率确定, 如式 (11) 所示。

(11)

式 (11) 中, , δ是Ur3和Us之间的功率角, Xs是反映VSC输入电阻R和电感L的电抗, psm和qsm分别是VSMES和电网之间交换的有功和无功功率。

根据前面所述的VSC交流侧电流解耦控制原理可知, 通过在所确定的urd3和urq3控制分量基础上叠加电流状态反馈和电网电压的前馈补偿, 即可实现图3所示VSMES的功率实时控制。

图中, 外环控制器用于保持VSMES与电网交换的功率跟踪功率指令值。它主要依据VSMES的功率交换指令值与实际值之间的误差确定用于内环控制器输入的VSC交流侧电流的d、q电流控制分量id和iq。

电流内环控制器则根据外环控制器的d、q指令电流和VSC交流侧实际d、q电流的偏差, 经PI调节后形成用于控制VSC交流侧电流d、q分量的urd3和urq3。然后该控制量分别与引入的urd1、urd2和urq1、urq2控制分量相加, 形成用于VSC进行SPWM调制的调制波型号的d、q电压分量urd和urq。正弦调制信号的幅值M和相位α由式 (12) 确定。

(12)

4.3 VSMES的斩波器控制

在VSC按照功率参考指令进行VSMES输入输出功率调节时, 其斩波器则根据设定的VSC直流侧电压给定值Udc_ref与Udc的偏差, 通过PI调节器产生期望的VSC直流母线电压的控制信号。根据该控制信号, 确定超导磁体的储能或释能工作状态, 从而通过调节图2所示斩波器S7和S8开关器件开断配合, 使得Udc快速跟踪Udc_ref。

5 仿真结果

利用PSCAD仿真软件对图1所示的CSMES储能系统进行功率实时控制仿真研究。主要仿真参数为:CSC电网相电压幅值1kV, 交流侧等效电感为L=200uH, 滤波电容C=100uF, 超导磁体等效电感为8H。超导磁体的初始设定储能电流为1kA, 仿真时间为10s, 仿真过程设置如下: 0s至2s秒, CSMES储能系统工作在磁体电流为1kA的储能状态;在2s至6s, 有功功率指令为Pr=2sin2πt (MW) , Qr为正负幅值分别为1MVar、-0.5MVar, 频率为0.5Hz的方波指令;6s至10s, 有功率功率指令Pr变化为正负幅值分别为2MW、-1MW, 频率为1Hz的方波指令, Qr指令未发生变化。CSMES的四象限功率跟踪响应曲线如图6所示。

图6 (a) 和图6 (b) 分别描述了CSMES输入输出有功和无功功率跟踪功率指令Pr和Qr的动态跟踪过程, 图6 (c) 则是功率调节过程中, 超导磁体电流的动态响应过程。由图6所示仿真结果可知, CSMES在所研究功率调节方法的控制下, 不仅能按照设定电流对磁体进行储能, 而且在四象限范围内快速跟踪外部有关功率和无功功率指令, 具有响应速度快, 调节特性好的特点。

图2所示系统的主要参数为:VSC电网相电压幅值1kV, 交流侧等效电阻R=0.2Ω, 交流侧电感L=5mH, 直流电容Cd=10mF, 线圈等效电感为8H;仿真时间为15s。

仿真过程设置如下: 0s至7s秒, VSMES储能系统工作在Udc=2kV、磁体电流为0.8kA的储能状态;在7s至15s, 有功功率指令Pr为正负幅值分别为0.2MW、-0.2MW, 频率为2Hz的三角波指令, Qr=0.2sin2πt (MVar) , VSMES的四象限功率跟踪响应曲线如图7所示。

图7 (a) 和图7 (b) 分别描述了VSMES输入输出有功和无功功率跟踪功率指令Pr和Qr的动态跟踪过程, 图7 (c) 和图7 (d) 则是功率调节过程中, 超导磁体电流和VSC直流侧电压Udc的动态响应过程。由图7 (d) 可知, VSME通过VSC和斩波器的协调功率控制, 使VSC直流侧电压稳定在2kV。在此基础上, 对超导磁体进行储能, 储能电流设定为0.8kA。7s时, 当磁体储能电流达到设定值时, VSMES在所设计功率调节方法的控制下, 立刻对Pr和Qr指令进行快速准确的功率跟踪。

此外, 对比图6 (c) 的磁体电流变化周期与图6 (a) 、图6 (b) 的功率指令变化周期, 以及图7 (c) 与图7 (a) 、图7 (b) 可知, 对SMES的有功调节会引起磁体的电流Ism发生变化, 而无功调节则不会引起磁体电流的变化, 即不改变磁体储能。

6 结 论

SMES储能密度大, 充放电速度快且没有环境污染, 是非常理想的储能元件。快速准确地四象限功率调节是实现SMES在电力系统应用的关键。本文从实现对SMES储能系统电网侧电流幅值和相位的能控性出发, 探讨了CSC和VSC器的SPWM开关策略, 以此为基础, 进一步研究并提出了用于实现CSMES和VSMES的功率实时控制策略。仿真实验研究证明了所建立的四象限功率跟踪控制方法的正确性和控制的灵活性, 同时表明该控制方法可为实现SMES储能系统在电力系统中的应用奠定基础。

参考文献

[1]杨勇.超导技术的发展及其在电力系统中的应用[J].电网技术, 2001, 25 (9) :48～60.

[2]肖立业.超导电力技术的现状和发展趋势[J].电网技术, 2004, 28 (9) :33～37.

[3]陈星莺, 刘孟觉, 单渊达.超导储能单元在并网型风力发电系统的应用[J].中国电机工程学报, 2001, 21 (12) :63～66.

[4]周双喜, 吴畏, 吴俊玲, 等.超导储能装置用于改善暂态电压稳定性的研究[J].电网技术, 2004, 28 (4) :1～5.

[5]韩翀, 李艳, 余江等.超导电力磁储能系统研究进展-超导磁储能装置[J].电力系统自动化, 2001, 25 (12) :63～68.

[6]Iglesias I J, Acero J.Comparative study and simulation of optimal converter topologies for SMES systems[J].IEEE Trans.on Applied Super-conductivity, 1998, 5 (2) :254～257.

[7]彭晓涛, 程时杰, 王少荣等.一种新型的电流源型变流器PWM控制策略及其在超导磁储能装置中的应用[J].中国电机工程学报, 2007, 26 (22) :60～66.

电力系统小干扰稳定实时控制 篇5

随着电力系统的发展,特别是特高压工程的实施,电力系统大区域互联成为发展趋势。由于大规模电能的长距离输送,互联电网动态稳定性问题成为制约大型互联电力系统输送能力的重要因素,也决定了整个系统的运行稳定性[1,2,3,4]。

针对系统区域振荡稳定,一般通过预防控制措施(如安装电力系统稳定器(PSS)、合理调整运行方式等)都可以有效地抑制振荡。但是在某些突发场景下,针对区域振荡的预防控制措施都已失效,在系统开始或者已经发生区域功率振荡失稳时,运行人员采取何种紧急控制措施以抑制系统低频振荡,是系统保持稳定的关键。目前基于运行人员的经验以及对系统的了解,选择某些机组减出力、某些地点减负荷,可以有效地抑制系统振荡。然而随着“三华联网”和特高压互联工程的实施,以及大规模区域互联电网的形成,系统与外网的连接越来越密切,受外网的影响也越来越大,整个系统的复杂性成倍增加,此时仅依靠运行人员的经验已经不能适应大规模区域互联电网的发展要求,需要给予运行人员充分的小干扰稳定的控制信息以及辅助控制决策,以快速有效地采取控制措施抑制振荡。

实际应用中的紧急控制[5]是针对电力系统暂态稳定提出的,目的是在发生故障导致系统可能暂态失稳时,通过紧急控制使得系统保持暂态稳定。电力系统紧急控制是没有调度员参与的闭环控制,以工况和故障作索引,预先制作决策表,一旦检测到故障立刻搜索决策表,用前馈控制率执行决策表中相应的切机、切负荷、故障解列等措施。紧急控制系统分为“实时计算、实时控制”,“离线预算、实时匹配”和“在线预算、实时匹配”3类方案,紧急控制基于具体的运行工况和具体故障场景,数据量大,计算量大,同时对时间要求高(一般在故障发生后的10 ms内采取最佳决策),故理想的“实时计算、实时控制”方案并不现实,“在线预算、实时匹配”成为紧急控制研究的方向,也取得了实质性的进展[6]。小干扰稳定同样存在紧急控制,即在低频振荡已经发生时(此时针对小干扰稳定的预防控制措施已经失效),采取紧急控制措施(降出力、减负荷)以抑制振荡。

目前国内外对小干扰稳定机理已经开展研究[7,8,9],对小干扰稳定预防控制也进行了卓有成效的工作,在负荷[7]、FACTS附加阻尼控制[8,9]、励磁[9]、DTA[10,11,12,13]分析法等方面的研究工作确保了实际电力系统低频振荡稳定性。但对于小干扰稳定紧急控制方面开展的工作并不多,其原因在于运行人员的知识和经验仅能应对不太复杂的网络。本文基于大规模区域互联电网形成的背景,研究电力系统小干扰稳定紧急控制。

小干扰稳定紧急控制和暂态稳定紧急控制有密切的联系(控制措施类似),但是也有明显的区别(控制驱动方式、对决策时间要求均不同),为了和暂态稳定紧急控制相区分,本文将小干扰稳定紧急控制定义为小干扰稳定实时控制。

和紧急控制(此处指暂态稳定紧急控制,以下均为此义)类似,小干扰稳定实时控制需要控制决策的优化,即如何以代价最小、效果最好的控制措施对发生的振荡进行有效的抑制。控制决策的优化必然涉及到如何量化运行方式和模态之间的关系这个关键问题,也是小干扰稳定实时控制能否正确有效实施的基础。本文基于特征值对运行方式的灵敏度来描述和量化模态与运行方式两者的关系[14,15]。

本文首先阐述了小干扰稳定实时控制的基本理念,建立了小干扰稳定实时控制的基本框架,描述了其分析和控制流程,着重介绍了对运行方式和模态阻尼之间关系的量化方法;通过实际大规模互联电网,阐述了小干扰稳定实时控制的具体实施过程,验证了量化运行方式和模态阻尼方法的正确性,表明了通过小干扰稳定实时控制来实时抑制和平息系统振荡的可行性。

1 小干扰稳定实时控制基本理念

本文将小干扰稳定实时控制具体定义为:在某种运行方式下,由于某种故障场景的诱因,小干扰稳定的预防控制措施已经失效,低频振荡已经发生时,基于控制措施(降出力、减负荷)对运行方式进行修正,以有效抑制和平息振荡。

小干扰稳定实时控制与紧急控制有类似点,但区别也很明显,具体如表1所示,需要强调以下3点。

a.小干扰稳定实时控制是事件驱动的反馈控制,即只有在检测到低频振荡已经发生后才会启动,此时不安全现象已经呈现,不会产生和紧急控制类似的由于不确定因素引起的严重过控和欠控现象。

b.小干扰稳定实时控制只和运行方式相关,而和具体故障场景无关,是小干扰稳定实时控制非常重要的特点,决定了其控制决策的计算量要比紧急控制小得多。而且,紧急控制针对暂态稳定,暂态失稳时间非常短(一摆或者两摆),对紧急控制决策时间要求非常高;而小干扰稳定实时控制针对小干扰稳定,振荡失稳时间要长得多,对决策时间要求也比紧急控制低得多。因此控制决策计算量小和时间要求低是小干扰稳定实时控制的特点,可以快速实时地生成决策表。

c.小干扰稳定实时控制和紧急控制的决策都需要量化的稳定指标。紧急控制稳定指标具有多样性和复杂性;小干扰稳定实时控制的稳定指标单一,即所考察模态的阻尼,因而小干扰稳定实时控制的量化稳定指标可以通过模态阻尼和运行方式之间的关系量化来实现。

2 小干扰稳定实时控制基本框架

小干扰稳定实时控制是由事件驱动的反馈控制,是由运行人员在发现低频振荡发生,且阻尼是负阻尼或者弱阻尼后,调度台人工发送指令到发电厂,由发电厂执行指令采取控制措施,因此没有专门的针对小干扰稳定实时控制的自动装置,也就在流程上没有紧急控制复杂,其主要的任务是给运行人员提供充分的有关动态稳定的信息和辅助控制策略。

小干扰稳定实时控制决策和控制流程如图1所示。

在小干扰稳定实时控制范畴内,实时监控系统是否发生振荡,一旦检测到低频振荡发生,则作为事件驱动在线决策系统的运行;在线决策的任务是基于系统当前的运行工况,根据量化指标快速得到可行的优化控制措施,并将有关信息反馈给运行人员,运行人员基于辅助控制决策,人工发送指令至发电厂,由发电厂的自动装置执行命令。

小干扰稳定实时控制的核心是控制措施的生成,及通过对运行方式的有效修正以平息振荡;生成控制决策的基础是模态与运行方式间关系的量化。本文将特征值对系统运行参数的灵敏度作为量化指标。

小干扰稳定实时控制的目标是提高系统的阻尼以抑制振荡的恶化,假设通过小干扰稳定实时控制p,将系统的阻尼由原来的D0移动到目标DT,则其决策数学模型如下:

其中,Cp为控制总代价;Cgp为发电机降出力代价;Clp为减负荷代价;Rg为发电机权重因子;Rl为负荷权重因子;g为潮流等式约束;h为安全限值不等式约束。

3 特征值对运行参数的灵敏度

本文将特征值对系统运行参数的灵敏度作为量化指标,也是小干扰稳定实时控制决策的基础。文献[14-15]提出了特征值对运行参数和运行方式的灵敏度,但计算十分复杂和繁琐,不能满足大规模区域互联电网的计算速度要求。本文在此基础上推导了适合大规模电网计算的方法,只需一次全系统线性化即可计算所有运行参数的灵敏度,计算量小。

分析电力系统小干扰稳定时,系统的数学模型:

其中,ΔX为系统状态变量(包含发电机及其调节器、动态负荷等),ΔU为系统代数变量(xy坐标下的节点电压)。

将式(2)中的代数变量消去,可得:

其中,状态矩阵Asys=A-BD-1C。

矩阵Asys的特征值为系统的模态,可计算出模态的阻尼和频率。

假设λ为系统特征值,其左、右特征向量分别为v和uT,令:

则可以得到:

将式(6)两边同时对运行参数(功率、电压等)求导,并结合式(7)得特征值λ对运行参数K的灵敏度为:

式(7)便是用结构保留模型矩阵表达的特征值灵敏度公式,它与直接用矩阵Asys表达的灵敏度公式等效。由于存在逆矩阵问题,直接推导d Asys/d K非常困难,而结构保留模型中的分块矩阵A、B、C、D对运行参数K的求导则相对简单,更适应大规模计算的要求。

分块矩阵A、B、C、D都可以表示为节点电压和节点注入电流的函数。在求出节点电压和电流对运行参数K的灵敏度后,根据每个分块矩阵和电压、电流的关系,可以得到每个分块矩阵对运行参数的灵敏度。

基于潮流方程,求取电压对运行参数K的灵敏度。扩展潮流方程为:

其中,S=[PTQTV2T]T,P、Q为节点注入功率,V为节点电压;Y为网络导纳矩阵;U为用直角坐标表示的电压。

则电压对运行参数K的偏导数为:

其中,J为直角坐标形式的增广雅可比矩阵。

向量d S/d K中,如果K为节点注入功率Pi,则:

如果K为节点注入功率Qi,则:

如果K为节点电压Vi,则:

根据全系统节点电压、电流方程:

即可求取电流对运行参数K的灵敏度:

结合式(2)、(7)、(9)、(11),只需一次全系统线性化,即可得到模态对运行方式的灵敏度。

4 算例

以华东电网2010年夏高方式的实际大规模电网为例,阐述小干扰稳定实时控制具体实施流程。

华东电网包括上海、江苏、浙江、安徽、福建四省一市。根据对华东电网区域振荡模态的计算和分析,将华东电网分为7个区域,如图2所示。需要说明的是,由于PSS和固定串补的作用,阳城与华东的电气联系加强,阳城模态已经得到有效抑制,因而将阳城机组并入苏北区域。

华东电网中福建区域属于功率送端,将福建区域电力输送至浙江地区,而且由于福建电网和浙江电网只有2回输电通道(宁德—双龙、连江—丽水),在输送大量功率时,很可能会发生低频振荡,因此对2回联络线功率进行重点监视。

为了更好地示例,采用福建区域与浙江区域2回联络线的一回(连江—丽水)停运的检修方式,联络线潮流都转至宁德—双龙,导致该线路重载,系统处于不安全状态。

假设故障场景为江苏双泗至三汊湾双回输电线路其中的一回在1 s(50周期)发生三相短路故障,1.1 s(55周期)故障清除,系统仍然稳定,但是激发出弱阻尼福建模态,具体如图3、图4所示。可以看出,如果不采取措施,系统会处于振荡之中,持续的时间很长(1 800周期内振荡依然明显),严重影响了系统的安全稳定运行。

小干扰稳定实时控制流程中,监控系统发现系统产生振荡,对其初始时间段内振荡曲线(6 s即300周期)进行Prony分析,发现其频率为0.053 6 Hz,阻尼为0.018,属于弱阻尼,立即根据控制决策搜索,得到福建模态的控制策略结果,如表2、表3所示。

表2反映的是发电机运行方式对福建模式的影响,可以发现针对发电机有功调整,福建机组有较大的影响,如后石机组(灵敏度为0.2619),并且灵敏度为正,表示降低后石机组的出力,会减小模态的实部,也即增大了模态的阻尼;而其他区域机组对模态的影响相对较小,比如浙江机组北仑港(灵敏度为-0.0300),并且灵敏度为负,表示要增大机组出力才能增大系统阻尼。针对电压调整,福建机组同样也有较大的影响,如后石机组(灵敏度为-0.216 4),并且灵敏度为负,表示提高后石机组的电压,可以增大系统阻尼,而其他区域影响较小。因此由表2得到的小干扰稳定实时控制方式为:减少福建机组出力并提高机组机端电压,以增大系统阻尼。由于福建模态是福建功率外送引起的,降低送端机组出力以减少联络线功率是最有效的,因此表2得到的结论和实际物理解释是一致的。

表3反映的是负荷运行方式对福建模式的影响,可以发现有功负荷的灵敏度要比无功负荷灵敏度大得多,无功负荷对模态几乎没有影响。针对有功负荷,福建区域负荷对模态影响较大,但灵敏度为负,表示增加福建本区负荷会增大模态阻尼,显然实际运行中该方式不可行。而其他区域有功灵敏度为正,比如浙江义乌负荷(0.014 1)表示减小负荷会增大模态阻尼,是可行方案。因此由表2得到的小干扰稳定实时控制方式为:减少非福建地区有功负荷以减少联络线功率,可增大系统阻尼。该结论也符合实际物理解释。

基于表2、表3得到的量化结果,通过式(1)快速寻优,以最小的负荷损失代价,决定控制策略。

因此,小干扰稳定实时控制的措施如表4所示(由于水口机组是水电厂,水轮机调速器时间常数要比汽轮机大得多,因此只提升电压而不调整出力)。

假设调度运行人员在7 s发送控制命令,7.6 s控制策略实施,以最小的负荷损失有效地抑制了区域振荡,具体仿真图如图5、图6所示。

5 结语

大规模互联电网的低频振荡稳定表现为区域振荡稳定,在区域振荡发生时,小干扰稳定实时控制可以以最小的负荷损失和调整代价有效抑制区域振荡。小干扰稳定实时控制的核心是量化控制措施策略的决策,需要基于模态对运行方式的灵敏度量化。

施工实时控制 篇6

20世纪末, 以网络技术为代表的信息技术将人类社会由工业社会逐步推进到信息社会, 随之而来的是信息技术在企业管理中的广泛应用——企业经营管理逐渐从传统模式转向信息化管理。信息技术的发展使得会计信息使用方式发生变化, 对会计控制提出更要求。由于企业中不同的职能部门、不同职别的内部使用者将根据授权调阅会计信息, 外部使用者也可能被授权进入系统内部直接调阅会计信息, 使得大量会信息通过网络通讯线路传输, 有可能被非法拦截, 窃取甚至篡改, 网络会计信系统遭受“病毒”入侵或“黑客”攻击的可能性更大, 会计信息系统的安全面临挑战。

二、影晌分析

1、信息技术对会计实时控制的影响

(l) 理论支持层面。纵观会计理论的发展, 可以发现, 会计控制理论与实践是随着时代的变革、经济环境的变化以及企业管理的需要而不断丰富、完善和发展的。当前信息技术改变了企业的生存环境、经营理念、管理模式和管理理念和方法。

(2) 技术支持层面。信息技术在会计中的应用, 给会计学科带来了深刻的影响。这种影响不仅表现在数据处理工具和信息载体的巨大变革上, 还表现在会计方法、会计理论等方面的发展上。早期人们只是把计算机当作是高速运算的工具, 模拟手工会计模式去完成原有的数据处理任务。随着计算机软硬件技术的不断进步和信息技术应用的不断深入, 人们开始认识到把计算机应用于人工操作无法完成的会计体系中, 是计算机带来的真正好处所在。

2、信息技术对控制要素的影响

(l) 对控制环境要素的影响。控制环境提供企业架构, 塑造企业文化, .并影响着组织成员的控制意识, 是其他控制要素的基础。控制环境要素包括:诚信和道德价值观;致力于提高员工工作能力及促进员工职业发展的承诺;董事会和审计委员会, 包括的因素有董事会与审计委员会与管理者之间的独立性, 成员的经验和身份, 参与和监督活动的程度, 行为的适当性;管理层的理念和经营风格;组织结构;包括了定义授权和责任的关键领域以及建立适当的报告流程;权限及职责分配, 经营活动的权限和权责分配以及建立报告关系和授权协议;人力资源政策及程序。

(2) 对控制活动要素的影响。控制活动是企业为了保证指令得到实施而制定并执行的控制政策和程序, 是针对实现组织目标所涉及的风险而采取的必要防范或减少损失的措施。它们有助于保证采取必要措施来管理风险以实现企业目标。

(3) 对信息与沟通要素的影响。一个良好的信息与沟通系统有助于提高内部控制的效率和效果。信息系统不仅处理内部资料, .而且还处理形成企业决策和外部报告所必须的外部事件、行为和条件的信息。有效的交流必须广泛地进行, 涉及机构的各个方面。所有人员都要从高级监理层获得清楚无误的指令信息, 他们必须明白各自在内部控制制度中的作用, 明白个人行为如何与他人的工作相联系;他们必须有自下而上传递重要信息的方法。顾客、供应商、监督者和股东这样的外界之间也必须有有效的沟通。与现代信息技术相结合的信息系统具有开放化、实时化、电子化的技术特点, 在内部控制系统中呈现出新的特点并发挥出新的作用。

三、信息技术条件下的会计控制

随着计算机在会计中的广泛应用, 会计工作经历了从手工会计到会计电算化再到网络会计这一发展过程。作为会计信息系统重要组成部分的会计控制, 在信息技术环境下, 也呈现出从电算化会计控制到网络会计控制的发展过程。

1、电算化会计控制

早期信息技术在会计中的应用被称为会计电算化。即会计电算化就是以电子计算机为主的当代电子技术应用到会计实务中的简称, 是使用电子计算机实现会计数据处理, 完成记账、算账、报账工作, 并实现会计信息的分析、预测、为决策活动服务。会计电算化不仅是数据处理手段的改革, 也促进了会计制度和会计理论的变革与发展。在一般环境下, 电算化会计控制的具体内容包括一般控制和应用控制。

(l) 电算化会计一般控制。一般控制主要是对电算化系统中组织、操作、开发、安全等系统运行环境方面所进行的控制。作为应用控制的基础, 一般控制为数据处理提供了良好的处理环境。主要包括: (1) 组织控制; (2) 操作控制; (3) 系统开发与维护控制; (4) 系统安全控制; (5) 档案控制; (6) 内部审计;

(2) 电算化会计应用控制。电算化会计应用控制是指为了适应会计处理的特殊要求而建立的能预防检测、更正错误和处置舞弊行为的控制措施。应用控制是一般控制的深化, 可以在一般控制的基础上, 直接深入到具体的业务数据处理, 为数据处理的准确性、完整性和可靠性提供最后的保证。通常, 将应用控制划分为输入控制、处理控制和输出控制二种。

(1) 输入控制。美国执业会计师协会在审计标准意见书中, 将输入控制定义为:“所一谓输入控制, 是指正式确认为进行电子数据处理所可接受的数据, 将其转换为机器能够感知的形态, 并能为机器所识别, 而且要合理地保证数据没有丢失、删除、外加、重复或不应有的变更。它包括对不正确的初始数据予以拒绝, 或者给予修正后重新提供这些方面的控制”。

(2) 处理控制。处理控制就是指针对计算机系统内部数据处理活动的控制措施。其目标是确保数据处理过程的正确性、可靠性, 包括处理正确性控制、数据一致性控制、预留审计线索控制等。处理控制用于确保:第一, 经济业务由计算机准确处理;第二, 经济业务没有丢失或不恰当地增加、改动;第二, 计算机处理的错误被及时地鉴别并改正。

(3) 输出控制。所谓输出控制, 是为了保证处理的结果 (如总账、明细账、会计报表等) 的正确性, 以及保证这些处理结果由指定的人员, 按照正确的路线, 传递到合法的使用者手中而进行的控制。

通常, 针对输出可能发生的错误而采用的控制方法卞要包括:按照用户的要求设置输出的格式、方式、内容、时间等, 对输入的总数与输出的总数加以核对;审核输出结果, 检查输出结果的正确性与完整性:将本期输出的结果与上期输出的结果进行对比, 检查输出结果的合理性;指定专门的报表传递人员, 保证将报表及时送达有权接受者;建立输出报告登记簿, 记录报告发送的份数、时间、传递人、接受者等事项, 以防错发、漏发和多发等。

2、网络会计控制

网络会计是指在互联网环境下对各种交易和事项进行确认计量和披露的会计活动, 是建立在网络环境基础上的会计信息系统。一方面, 在网络会计信息系统中, 大量的会计信息在网上传递, 存在着数据传输丢包、被截取、篡改、泄漏机密等安全隐患。同时, 由于网络的开放性, 给一些非善意访问者以可乘之机, 他们利用网络技术手段, 掠取他人信息, 尤其是网络黑客。此外, 计算机病毒也使网络会计系统面临巨大的安全风险。另一方面, 网络会计同时集成了许多企业竹理、财务管理的相关功能, 诸如网上记结账、网上结算、网上报税、网上报关、网上法规及财务信息查询、网上询价、网上报价、网上采购、网上销售、网上服务、网上银行、网上理财、网上保险、网上证券投资和网上外汇买卖、网络会计在线办公等等, 从而实现会计信息的网上实时处理, 原来由几个部门按预定步骤完成的业务事项可集中在一个部门甚至一个人完成, 直接导致企业内部控制的范围和方法较原来系统将更加广泛和复杂。

(1) 网络会计组织控制。职责分离是内部控制的一个重要组成部分。在网络会计系统中, 由于计算机具有自动高效的特点, 许多不相容的工作都合并到一起由计算机统一执行, 这样很容易形成内部隐患。为了强化系统的内部控制, 应该在网络会计系统中分别设置系统设计、’系统操作、数据录入、数据审核、系统监控、系统维护、档案管理等岗位, 各个岗位之间相互联系、相互监督、相互牵制。

(2) 网络会计安全控制。网络技术在会计信息系统中的应用, 极大地丰富了会计信息系统的功能, 促进了会计工作效率的提高。但网络安全问题若不能有效地得到解决, 则网络会计系统的发展与应用将受到巨大影响。

(3) 网络会计系统的应用控制。应用控制是对网络会计信息系统中具体的数据处理活动所进行的控制。应用控制可划分为输入控制、计算机处理与数据文件控制和输出控制。

四、结束语

在信息化已经全面渗透到社会经济生活的今天, 传统会计控制理论和方法不可能“独善其身”, 不受信息革命的影响和冲击。本文通过对信息技术环境下会计实时控制的目标、内容、模式及实施的分析, 从几个方面论证了实行会计实时控制的必要性、可能性和实践性, 从而回应了信息技术对会计理论方法的创新与发展。

摘要：以网络技术为代表的信息技术 (information technology, IT) 在企业管理中的广泛应用, 使得企业经营管理逐渐从传统管理转向信息化管理。作为企业管理的重要工具, 会计控制也必须适应信息技术环境变化带来的新机遇、新挑战。因此对基于信息技术的会计实时控制进行深入研究, 具有重要的理论意义和现实意义。

关键词：信息化,信息技术,会计实时控制

参考文献

[1]、张书云.试论WTO及网络经济环境下的会计信息系统[J].中央财经大学学报, 2002 (4) .

[2]、吴旺盛.论网络时代会计目标下的会计业务流程重组[J].会计研究, 2000 (6) .

[3]、李翔.信息化背景下中国企业会计职能拓展[J].会计研究, 2005 (6) .

[4]、Merle Martin, Monica Lam.会计信息系统案例[M].北京:;清华大学出版社, 2003

基于智能手机平台的实时控制系统 篇7

HTML5[1]是目前Web领域最热门的话题之一,它带来的一些新特性引发了基于Web的应用程序的革新。随着Web应用程序对Flash、Silverlight等插件依赖性的降低以及Web应用程序内在的跨平台且易于部署和管理的优势,基于Web的应用已经成为一种趋势。WebSocket标准[2,3]最初作为HTML5规范的一部分被提出。目前,由于其重要性被人们越来越多的认识到,WebSocket标准已从HTML5规范中独立出来成为了一份独立的规范以得到更好的维护和改进。 WebSocket协议使服务器和客户端可以进行全双工双向通信,与传统的为实现相同目的而采用的轮询和长轮询等技术相比不仅更加便捷,而且速度极快,开销极小。近几年来智能移动平台迅速发展、尤其是智能手机的普及率正逐年上升,手机平台上的应用也快速增长,这给人们的工作、生活带来了重大的影响。

技术在不断地进步,同时,人们的需求也在不断地增长。比如,渴求更加新奇的游戏控制方式,用智能手机方便地控制不易触控的车载系统,通过智能手机控制运行于PC的音、视频播放器,甚至控制智能家电,无论何时何地只要有网络连接就可以用智能手机实时的监视和控制大型设备的运行状态。而HTML5和WebSocket技术以及主流移动设备对这些技术的逐步支持使这些需求成为了可能。

本文在这一背景下将智能手机平台与HTML5和WebSocket两项新技术整合起来进行探索。最终,我们开发了一个基本的应用框架,并进行了简单的实现,以使用智能手机通过WebSocket协议来实时控制运行于PC端的游戏。结果表明,基于HTML5开发的应用运行相当流畅,智能手机端与游戏端的通信也十分良好。这一应用框架无论是在生活娱乐、商务应用方面还是在工业控制、科学研究领域都将具有重要的意义。值得注意的是,HTML5以及WebSocket还并未完善,网络通信质量的优劣也影响着基于WebSocket协议的一些实时应用,但这些都将会随着技术的发展、完善而得以解决。

1背景

1.1HTML5

如今,Web浏览器已经从单纯的HTML渲染器演进成了交互式应用程序的运行环境。由于具有跨平台、易于部署和管理等优势,基于Web的应用已经成为了一种趋势[4],这一平台下的应用程序日益增多,而HTML5标准的到来更进一步地促进了这一发展过程。

HTML5不仅引入了<audio>和<video>这两个新的元素从而实现在网页中不依赖任何第三方插件而直接播放音、视频,而且还引入了<canvas>和<svg>元素,这使得不借助任何第三方技术而直接在Web页面中绘制2D图形(支持3D绘图的API也正在逐步得到完善)成为可能。除此之外,HTML5还增加了诸如localStorage、Geolocation、Drag and Drop、Application Cache 以及Web Worker等诸多新特性[5]。这些新元素或新特性不仅降低了Web开发的复杂性,减少了对Flash、Silverlight等第三方插件的依赖,而且使得基于Web的更加大型、复杂、功能完善的交互式游戏和应用成为可能。目前,HTML5仍在完善之中,但其很多新特性已经得到了众多浏览器的支持,而且已经有很多专家学者在这一领域进行了探索并取得了卓越的成果[6,7]。

1.2WebSocket

在WebSocket出现以前Web应用程序并不能真正地与Web服务器进行全双工通信,因为HTTP通信是从客户端开始的,若客户端没有向服务器发出请求,那么服务器端则无法直接向客户端发送消息。为了解决这一问题,出现了诸如轮询、长轮询等技术,这些技术中客户端会定期地向服务器发送请求,基于轮询技术的服务器会立即响应每一次请求并在发送完响应消息后立即断开连接,而基于长轮询技术的服务器会在新消息到达之前保持一段时间的连接,以便减少客户端轮询的次数。尽管如此,这两种技术在每次轮询时都会重新打开一个HTTP通信会话,无疑会增加额外的开销,况且在轮询期间,客户端不能在发生某事件时触发向服务器发送消息的动作[8]。

WebSocket规范旨在实现基于Web的实时通讯, 它定义了一个全双工单套接字的连接,通过这一连接服务器和客户端可以在任意时刻相互发送消息,而不必频繁地建立、断开连接。完整的WebSocket规范包含WebSocket API和WebSocket 协议两方面的内容。为了保持向后兼容WebSocket连接以HTTP连接开始,当客户端希望与服务器建立一条WebSocket连接时,它会调用WebSocket API使Web浏览器发送一个请求给服务器,以表明它想将HTTP协议转换为WebSocket协议,客户端通过HTTP头部的“Upgrade”头来表明这一愿望。服务器在收到这一请求后,如果它能够理解WebSocket协议,那么它会通过“Upgrade”头来表明它同意将协议转换为WebSocket协议。此时,HTTP连接断开并由WebSocket协议取代。这一过程,被称为WebSocket 握手(图1、图2)。WebSocket连接一旦建立,消息就可以以开销极小的WebSocket数据帧的形式在客户端和服务器之间以全双工模式传输,直到超时或者双方之一主动断开连接。与传统的为模拟实时通信而使用的基于轮询、长轮询等技术的Ajax和Comet方法相比,WebSocket不仅大大简化了双向通信及连接管理的复杂性,而且显著地降低了网络流量和延迟。许多关于WebSocket的探索[9,10]都证明了它的便捷与高效。

WebSocket规范还未成为完善的W3C标准,目前,最新的WebSocket协议版本是RFC6455,只有Google Chrome 16.0、 Firefox 11.0及后续版本的浏览器原生支持这一最新的协议。由于WebSocket具有得天独厚的优势,相信其他的浏览器都会逐步实现对其的支持。

2设计和实现

2.1设计

本文的目标是利用目前最新的Web技术——HTML5和WebSocket,结合目前市场占有率最高的Android智能移动平台,搭建一个简单的应用框架,以实现利用Android智能移动平台通过WebSocket远程控制PC端基于Web的应用的设想。

2.1.1 体系结构

该框架包括四个组成部分(图3):Controller on Android Device ——运行于Android智能移动平台的客户端应用程序,它可以连接至WebSocket Server并向其发送控制消息;HTML5 Game Running on Web Browser ——运行于PC端Web浏览器中的HTML5游戏,它可以连接到WebSocket Server并接收来自WebSocket Server的消息;WebSocket Server ——可以连接至Android设备上的控制器和PC端游戏端,起消息路由的作用,它接收来自控制器的控制消息并将该消息发送给PC端的游戏;HTTP Server ——宿存HTML5游戏的Web服务器。

2.1.2 运行机理

该设计中,游戏使用Browser/Server架构。基于HTML5的游戏宿存于远端的HTTP服务器中,当运行于PC的Web浏览器向HTTP服务器发出游戏请求时,HTTP服务器会响应请求并将游戏发送至PC端的Web浏览器。由于这一过程不需要持续的连接,所以游戏服务器和Web浏览器之间的通信使用HTTP协议。

当HTML5游戏被发送到本地后由PC端的Web浏览器解释运行。游戏会调用内部的WebSocket API向Web浏览器发送指令以使Web浏览器向WebSocket服务器发起建立WebSocket连接的请求,如果WebSocket服务器响应了这一请求并正确地建立了WebSocket连接,那么,基于HTML5的游戏就可以利用WebSocket协议与WebSocket服务器相互实时地发送和接收数据,直至超时或者双方之一主动断开连接。其中,WebSocket服务器发送给HTML5游戏的数据可以用以控制游戏,而HTML5游戏发送给WebSocket服务器的数据可以用以监视游戏的运行状态。

同理,运行于Android设备的控制器也可以和WebSocket服务器建立WebSocket连接。在摇动手机时,控制器可以将Android设备中的重力感应信息通过WebSocket服务器实时地发送给PC端的HTML5游戏,以达到控制游戏的目的。当然,控制器也可以通过WebSocket服务器接收来自HTML5游戏的数据,以显示游戏的运行状态(图3中的WebSocket Server与HTTP Server在逻辑上是两个独立的服务器,但在物理上两者可以运行于同一主机。另外,图3中的核心结构是椭圆形虚线框中的三个部分,椭圆虚线框以外的HTTP Server并不是必要的,因为HTML5游戏也可以以本地应用程序的方式直接在PC上的Web浏览器中运行)。

2.2实现

目前,已经有诸多实现WebSocket协议的解决方案,如Socket.io(http://socket.io/)、Kaazing WebSocket Gateway(http://kaazing.com/products/kaazingwebsocket-gateway)、jWebSocket(http://jwebsocket.org/)等。Socket.io完全由JavaScript编写,旨在各个浏览器和移动设备上实现实时应用,它屏蔽了各种不同传输机制之间的差异; Kaazing WebSocket Gateway可以让开发者在所有旧的浏览器中使用WebSocket;jWebSocket是一个开源的纯Java/JavaScript的WebSocket协议实现方案,具有稳定、可靠、高速的特点,而且有着大量的扩展。理论上以上任何一种方案都可以用以实现我们的设计,但是考虑到日后功能的增加与改进,我们选用了开源的且具有丰富扩展能力的jWebSocket来作为该模型中实现WebSocket协议的解决方案。下面分别对该结构中的三个部分做详细的阐述。

2.2.1 游戏端

目前,由于基于浏览器的在线游戏不需要明确的安装而且极易实现跨平台部署而受到了人们越来越多的欢迎。过去的基于浏览器的在线游戏往往要依赖于特定的插件来呈现游戏画面和音、视频,而HTML5的出现使Web浏览器可以不依赖任何插件就可以轻松地处理音、视频和图形内容。随着HTML5标准的完善及其他Web技术的发展,相信基于浏览器的在线游戏将会有广阔的前景。

本文使用了由dale harvey基于HTML5开发的开源游戏——HTML5 helicopter(http://arandomurl.com/2010/08/05/html5-helicopter.html)。游戏中需要通过不断的调整直升机的高度来躲避障碍物,用最后飞行的距离来表示选手成绩。游戏使用HTML5的<audio>元素来处理游戏的声音,用localStorage来存储玩家的成绩信息,用<canvas>来呈现游戏的画面。为了适应本文的设计,我们基于此开源游戏进行了二次开发,除了在<canvas>上应用更加丰富的Styles和Colors,绘制特别的Path、Text、Images以使其界面更具吸引力外(图4),我们还通过代码调整对飞机的飞行方式做了适当修改以使其可以响应更多的控制信息从而可以在上下左右四个方向上移动。

最后在游戏中加入了适当的jWebSocket的JavaScript客户端代码(图5),以使其可以连接至WebSocket 服务器接收来自服务器的消息并根据消息做出相应的响应。

值得注意的是,本文虽然使用的是基于Web的HTML5游戏,但这一应用框架绝不仅限于控制基于Web的游戏,它还可以实时监视和控制更多其他的基于Web的HTML5应用。

2.2.2 控制器端

目前,智能手机平台上已经有了成千上万种应用,一些用智能手机连接远程电脑桌面的应用也相继出现。但是,基于最新的WebSocket协议,在智能手机平台上监视远程应用程序的运行状态并利用智能手机平台的一些特性对其进行控制的研究还比较少,这也正是本文要关注的重点。

我们基于jWebSocket的Android客户端构建了基于Android 2.3平台的控制器应用程序。该程序主要包括两部分(图6):登入部分和控制部分。登入部分允许用户输入要连接到的WebSocket 服务器的地址,并在输入用户名和密码后与相应的WebSocket服务器建立WebSocket连接。控制部分可以在我们摇动手机时将智能手机中的重力感应信息通过WebSocket连接实时地发送至WebSocket 服务器并经由WebSocket服务器发送到游戏端,以控制运行于PC端的游戏。

控制器和WebSocket服务器通信的原理与游戏端和WebSocket服务器通信的原理相同,都是使用WebSocket协议进行全双工双向通信。不同之处在于,由于目前运行于智能手机平台的浏览器普遍缺乏对WebSocket的原生支持,在构建控制器时我们没有使用jWebsocket的JavaScript API,而是使用了适合于Android平台的 jWebsocket Android API。值得注意的是,随着移动平台上的浏览器对WebSocket的逐步支持,将来可以使用更加便捷的jWebSocket JavaScript API来构建易于跨平台的基于Web的控制器。

2.2.3 服务器

在本文的该设计中选择使用jWebSocket Server做WebSocket 服务器。jWebSocket Server 可以运行在Windows、Mac OS、Linux几大主流操作系统上,用于实现server-to-client(S2C)通信,也可以用于实现服务器控制的client-to-client(C2C)通信。前一种模式中,客户端通过WebSocket协议向WebSocket服务器发送(send)消息,WebSocket服务器收到消息后产生相应的响应消息返回给发送消息的客户端。后一种模式中,客户端通过WebSocket协议向WebSocket服务器发送(send)或者广播(broadcast)消息,WebSocket服务器接收到消息后会将消息发送到指定的客户端或者广播给所有的客户端。本文中的通信模式属于后者,服务器可以接收来自Android客户端的控制信息并将信息发送给运行于PC端运行的游戏。jWebSocket Server在Windows、Linux及Mac OS平台上的安装、配置、运行都很方便,在此不做详细的介绍。

3结果与结论

目前,只有Chrome 4.0.249、Firefox 3.7a6、Safari 5.x、Opera 10.7b及这些版本之后的浏览器支持jWebSocket。我们分别在Ubuntu 11.04和Windows 7这两大主流操作系统以及Google Chrome 16.0和Firefox 11这两大重要的Web浏览器中搭建了测试环境,以对我们的设计进行测试。测试时的控制器端运行于Android 2.3.6系统之上。测试结果显示,除了在Firefox浏览器中游戏运行速度较慢之外,其他方面均表现良好,游戏运行流畅,控制器端对游戏的控制灵敏、精确。这一结果不仅显示了HTML5强大的新特性,证明了WebSocket在实时应用方面的能力,还展示了智能手机端的巨大潜力。

在本设计中我们只是利用WebSocket协议借助运行于Android平台的控制器端来控制运行于PC端的HTML5游戏。但这还远远没有充分利用WebSocket协议的特性,也没有充分挖掘出智能平台和HTML5的巨大潜力。 正如文章开头提到的,利用WebSocket协议的双向性,我们不仅可以借助智能手机实时控制远程的应用,还可以将远程应用的运行状态实时地显示以便我们做出更好的决策(这也是我们下一步将要做的工作)。另外,我们也可以利用HTML5的新特性构建一些基于Web的音、视频播放等实用程序,利用智能平台的重力感应、加速感应等诸多特性来对其加以监视和控制,我们甚至还可以构建一些基于Web的大型设备控制系统,利用智能手机的便携性随时随地对其监视和控制。综上所述,这一设计有着广阔的应用前景。

摘要：随着智能移动平台迅速发展,人们越来越希望通过这一便捷的平台来实时监控一些远程应用。随着各种技术的进步,这一需求逐渐成为可能。结合HTML5和WebSocket这两项最前沿的Web技术以及智能手机这一热门的移动平台构建一个应用框架,以期在利用智能手机远程实时监视和控制基于Web的应用这一领域进行尝试和探索。实验结果表明,那一方案不仅可行,而且效果良好,具有十分重要的应用前景。

关键词：HTML5,WebSocket,Mobile platform,Remote control

参考文献

[1] Hickson I.HTML5:A vocabulary and associated APIs for HTML and XHTML[S/OL].W3C,2012.[2012-05-20].http://www.w3.org/TR/html5/.

[2] Fette I,Melnikov A.The WebSocket Protocol[S/OL].IETF,2011.[2012-05-20].http://tools.ietf.org/html/rfc6455.

[3] Hickson I.The WebSocket ApI[S/OL].W3C,2012.[2012-05-20].http://www.w3.org/TR/websockets/.

[4] Jazayeri.Some trends in web application development[C]//Future of Software Engineering(FOSE),Minneapolis,MN,May 2007.2007:199-213.

[5] Pilgrim M.HTML5:Up and Running[M].O’Reilly Media,2010.

[6]H Wenling,H Yuan,Wang Jiangdong,et al.The research and applica-tion of power system visualization based on HTML5[C]//Electric Util-ity Deregulation and Restructuring and Power Technologies(DRPT),2011 4th International Conference,Weihai,Shandong,July 2011.IEEE,2011:1562-1565.

[7]Corcoran P,Mooney P,Winstanley A,et al.Effective Vector Data Trans-mission and Visualization Using HTML5[C]//GISRUK 2011,Ports-mouth,England,April 2011.University of Portsmouth,2011.

[8]Lubbers P,Greco F.HTML5 Web Sockets:A Quantum Leap in Scal-ability for the Web[EB/OL].Kaazing Corporation,2009.[2012-05-20].http://www.websocket.org/quantum.html.

[9] Chen B.A Framework for Browser-based Multiplayer Online Games using WebGL and WebSocket[C]//2011 International Conference on Multimedia Technology (ICMT 2011),Hangzhou,China,July 2011.IEEE,2011:471-474.