环路检测

环路检测（精选7篇）

环路检测 篇1

0 引言

在变电检修和线路检修过程中, 挂接地线是至关重要的一环, 但不规范的管理或使用将会造成接地线的漏拆, 导致带接地线合闸的误操作事故发生, 给人身、电网、设备的安全造成了极大的危害。特别是近几年, 随着电网建设力度的加大, 电网容量不断增大, 传输功率不断提升, 各类电力网与网之间的联系更加紧密, 牵一发而动全身的可能性极大, 如果发生带接地线合闸送电, 特别是发生在主要设备或通道上, 将会对电网造成不可估量的破坏, 给人民生活、经济发展和国家形象造成严重的影响。

传统方法主要有两种, 一是通过强化制度的执行, 规范接地线使用的管理来实现;二是通过变电站防误系统带有的闭锁功能来实现。虽然以上两种方法都能在实际运用中取到实质性的效果, 但都分别存在不可移越的障碍和管理空白。通过规范接地线管理的方法中每一步骤的实施都是要靠人这个实施主体来严格执行制度、流程来保证, 受人员因素干扰较大;防误系统除了存在执行主体行为不确定的问题外, 更主要的是这种方法存在很大的局限性, 仅能用于站 (厂) 内的特定设备, 而不适用于线路接地线的控制。除此以外, 文献[2]提出的接地线状态监视预警系统对接地线进行编号, 建立输电线检修时临时接地线挂接和撤除识别手段, 并将信号实时回传给调度端, 向调度值班人员和相关管理人员提供接地线未撤除的预警信号, 在一定程度上防止了带接地线合闸的误操作发生, 但是仍然涉及人的行为, 有一定的不确定性, 而且监测过程的数据传输依赖无线信号, 不具有独立性。文献[3]提出的接地线状态在线监测系统将接地线状态编辑成短消息发送到调度中心, 再由调度中心工作人员将接地线状态反馈给现场操作人员, 过程较为繁琐, 实时性差。文献[4]研究的可视化监测装置利用超声波测距结果对接地线状态进行判断, 并且增加了视频装置, 为接地线状态提供了更加可靠的信息, 但是超声波测距过程容易受空气密度干扰。文献[5]提出的智能临时接地线管理系统通过对临时接地线进行改造, 通过加入地线识别与闭锁附件, 使临时接地线纳入五防管理系统, 但对临时接地线作此改造成本较大, 经济性不高。文献[6, 7]提出了一种全新的检测方法, 通过产生回路电流的大小作为接地线状态判定依据, 回路电流大小受到线路长度的影响较大, 但文献中未提及判据适用线路长度范围。文献[8, 9]同样给线路加一信号源, 以测得的环路电阻大小作为判据, 该法的不足之处在于适用线路长度短, 有一定局限性。

本文在前述文献的基础上, 提出了一种新的方法, 能够在保证准确性和有效性的基础上克服以上问题。该法利用可变频接地电阻测试仪在线路首端加一感应电压信号, 通过测试环路电流, 在仪器内部计算出环路阻抗, 以其相角为判据判定接地线状态, 使工作人员在合闸前得到接地线信息, 防止误带接地线合闸的发生。由于现有的接地电阻测试仪无法以环路阻抗角作为判定依据, 本文对现有仪器的软件部分做出改进以适应本法。本法的优点是判断结果准确、可靠, 使用简便, 经济性高, 同时适用的线路长度范围大大增加, 可以满足所有10kV配网线路的要求。

1 原理

检修中的线路可以看做是终端接有电抗器L0的空载线路, 如图1所示。

根据均匀无损传输线的分布参数等值电路模型中长线路的基本方程和入口阻抗方程[10], 得到如下结论。

(1) 线路无漏拆接地线时, 输电线路末端开路, L0→∞, 从首端看进去的入口阻抗为:

(2) 线路有漏拆接地线时, 输电线路末端短路, L0=0, 从首端看进去的入口阻抗为:

由此可知, 两种情况下的入口阻抗Zr随参数η变化而变化, 在1/2个频率波长内, 入口阻抗的大小与线路长度l的变化关系如图2所示。

可以看出:

当时, 两种情况下入口阻抗的相角发生变化, Zoc由容性变为感性, Zsc由感性变为容性。

由以上分析, 当时, 可以环路阻抗相角φZl作为接地线状态的判断依据, 即:

其中:φU、φI以及φZl分别表示激励电压、环路电流和环路阻抗的相角。

由于通常在测量处加的激励电压相角为零, 因此只需测出环路电流的相角即可判断出阻抗的相角。由式 (3) 得具体判断方法如下:

这一特征受所加电源频率和线路参数的影响, 频率越低, 零序电感L0及零序电容C0参数越小, 判据适用的有效线路长度越长。

2 仿真验证

用EMTP仿真软件进行仿真, 搭建架空线路仿真模型见图3和图4。

图3, 图4分别为未挂接地线模型和挂有接地线模型, 其中, AC1、AC2为设定为100V的交流电源, m1、m2为电流测试装置, 测量单位为安培 (A) , TML1为参数恒定的线路, Bus1为母线, 后接变压器DYg_1 (DYg接法, 变比为10/0.38kVA) 和负载Load1 (包括有功负载P=100kW和无功负载Q=100kVar) 。

现有电阻测试仪通过前端卡环这一特殊的电磁变换器, 可以提供多种频率的高频 (通常>1k) 激励电压信号, 目的是排除工频交流电和设备本身产生的高频噪声所带来的地线上的微小电流干扰。现假定将仪器的测试频率设定为1.7kHz, uUmv=100V, 改变线路长度进行仿真, 两种情况下环路阻抗值如图5所示 (这里由于交流电路三相并联, Zloc=Zoc/3, Zlsc=Zsc/3) , 环路电流值和环路阻抗值 (部分值) 如表1所示。

经验证, 表1中数据与之前的理论分析基本一致, 现将其绘制成图5的形式[ (b) 中正负表示相角情况]。

分析如下:

(1) 图5 (a) 中, 当线路长度时, 两种情况的环路电阻值趋于相等, 若是用文献[8, 9]中检测电阻值差异的方法对接地线状态进行判断, 则在此种频率下要求线路长度小于12.823km, 不能满足所有10kV线路, 因此该法对线路长度限制较大。

(2) 图5 (b) 中呈现出的环路阻抗和线路长度的关系与之前图2的理论分析结果基本吻合, 充分证实了理论分析的正确性。

(3) 图5 (c) 中两种情况下阻抗角的正负关系体现了本文所提出的方法, 当线路长度l< (v/4f) =25.646km, 无漏拆接地线时环路阻抗角恒小于0, 反之, 有漏拆接地线时环路阻抗角恒大于0, 于是在这一长度范围内可以对接地线状态进行判断, 完全可以满足所有10kV线路的检测, 且范围超出文献[8, 9]中所提方法的一倍, 这是本法最大的优势。

(4) 图5 (c) 中, 在线路长度0

3 结语

本文介绍了以环路阻抗为判据对接地线状态进行判断的方法, 并对相应硬件实现进行了改进, 在仿真验证的基础上可以看出该法是切实可行的, 且对比其他获得接地线状态信息的方法来说, 该法具有操作简便, 成本低, 结果可靠和适用面广等优势, 具有推广价值。

参考文献

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[8]李立伟, 邹积岩.新型双钳口接地电阻在线测量仪[J].电力系统自动化, 2003, 27 (14) :83-86.

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[11]陈慈萱.电气工程基础 (下册) [M].北京:中国电力出版社, 2004:572-574.

SEPIC电路环路补偿研究 篇2

随着能源短缺、环境污染等问题日益严重, 电动汽车作为一种安全、经济、清洁的绿色交通工具, 在能源、环境方面有其独特的优越性和竞争力, 因而具有广阔的发展前景。

电动汽车驱动系统作为唯一的动力装置, 由电机和控制器组成。控制器主要由功率模块和控制模块构成。不管是功率模块还是控制模块, 其有源器件的电源一般来自直流电源或电池, 这就需要广泛使用DC-DC转换器。在DC-DC转换器中, Buck-Boost, Cuk, SEPIC转换器都能满足升降压的要求。但是经过Buck-Boost和Cuk转换器变换后的输出电压与输入电压的极性是相反的。这个问题一方面虽然能通过在电路中加一个隔离变压器来修正, 但是不可避免地会增加转换器的体积和成本;另一方面, 由于SEPIC既能够工作在升压和降压模式, 又不会有极性相反的问题。对于这样的应用, SEPIC转换器无疑是一种理想的选择。

SEPIC电源转换电路作为一种开关模式的功率转换器, 控制方法采用脉宽调制技术 (PWM) , 通过闭环负反馈来改善开环系统的响应, 达到期望的电源调整率、负载调整率及动态响应等要求。由于环路设计受到输入电源、输出负载和温度等因素的影响, 工作过程中可能产生自激振荡或者寄生振荡, 影响整个电源的工作, 因此其设计对于SEPIC电源的稳定性起着决定性的作用。在反馈环路控制的设计中, 由于涉及到多种电路原理, 需要大量复杂的数学推导。为简化设计, 可采用波特图的方法完成补偿参数设计。

本文以分块电路介绍环路参数的设计方法, 利用波特图, 为设计者选择元件参数提供依据, 通过实验调试进行适当调整, 可达到最佳的控制效果。

1 电源环路控制理论

图1为一个典型的SEPIC转换器负反馈闭环调节系统。虽然脉宽调制电路包含误差放大、PWM形成电路外还具备许多辅助功能, 但对于闭环稳定性问题, 仅需考虑误差放大器和PWM电路。对于输出电压Vo缓慢或直流变化, 图1的负反馈电路是稳定的。但在环路内, 对于动态变化的情况下, 存在低电平噪声电压和含有丰富连续频谱的瞬态电压。这些分量通过输出LC滤波器、误差放大器和Vea到Vy的PWM调节器会引起增益改变和相移。噪声干扰谐波分量中的任意一个分量, 其增益和相移发生变化时都可能导致正反馈, 并因此引起振荡。因此, SEPIC电源转换电路的环路补偿是非常必要的。

SEPIC转换器是一种四阶的高度非线性系统, 具有复杂的频率特性, 工作过程中极易产生自激振荡或者寄生振荡。本文根据经典控制理论中的频率稳定判据, 利用波特图, 判定SEPIC控制系统的稳定性并确定补偿电路的参数。

2 SEPIC电路频率特性

控制环路有两部分组成, 第一部分是电源级, 由脉冲宽度调制器、输出滤波器、电流感测电路和负载组成。第二部分是误差放大器, 这是将运放配置成一个反相放大器组态来实现的。控制环路补偿的一种通用方法是为电源级和误差放大器创建增益和相位的波特图。

SEPIC转换器不含反馈回路时是一种系统, 峰值电流模式SEPIC转换器由直流增益、一个负载极点、ESR零点、一个右半平面零点和峰值电感电流的采样产生的一个双重极点组成。电流感测电路被当作一个直流增益, 并包含在APS的表达式中。

电源级传递函数 (控制到输出的传递函数) 可表达如下:

直流增益项为:

式中:

RO为负载电阻;

RSNS为电流感测电阻;

系统ESR零点为:

CO为输出电容;

RC为输出电容的等效串联阻抗;

负载极点为:

右半平面零点为:

采样双重极点品质因子为:

D为占空比;

采样转折频率为:

内部电感电流斜率为:

外部斜波补偿斜率为:

负载极点会造成低频处增益以-20d B/十倍频程产生滑降。右半平面零点和采样双重极点的结合可维持斜率超出开关频率之外。相位在低频处趋向于-90°, 但接着会增加至-180°, 并会超出RHP零点和采样双重极点。可以不观察ESR零点的影响, 因为其频率一般位于开关频率之上的几个十倍频程处。

采用误差放大器实现补偿, 并提供高直流增益 (为输出精度) 和高相位裕度 (为控制环路稳定性) 。将误差放大器作为带输入阻抗ZI和反馈阻抗ZF的反相运算放大器, 能够推导出补偿模块的传递函数GEA。

一般地, 控制回路补偿先设定好误差放大器传输函数的中间频带增益, 然后确定补偿零点和极点的位置, 稳定的控制回路应至少有45度的相位裕度和8d B的增益裕度。

3 测试实验

本实验设计了一个8-30V输入、15V/1A输出的Sepic升降压电源, 电源设定参数为:

画出本系统电源级的波特图如图2所示:

显然上面的系统是不稳定。若要让系统稳定, 必须对系统添加反馈校正。如上节所提出的采用误差放大器实现补偿, 并提供高直流增益和高相位裕度。利用上述方法进行补偿后的系统波特图如图3所示:

4 结论

本文分析了SEPIC电源系统的频率特性, 通过串联反馈校正, 实现了整个系统的稳定收敛, 最后通过测试实验验证了该方法的正确性。

摘要：SEPIC电路具有效率高、输出升降压、开关停止停振等优点, 本文在分析SEPIC电路基本原理的基础上, 利用电源环路控制理论, 介绍了一种SEPIC转换器环路补偿参数的设计方法, 通过实验得出设计的SEPIC电路完全满足性能指标, 动态性能良好, 验证了理论设计的正确性。

关键词：SEPIC,环路补偿,环路控制,直流-直流变换器

参考文献

[1]张占松, 蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京:电子工业出版社, 2004:16-56.

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[4]杨汝.峰值电流控制模式中斜坡补偿电路的设计[J].电力电子技术, 2001, 35 (3) :35-38.

巧解生成树环路问题 篇3

快速生成树协议(RSTP rapid spaning tree protocol)是IEEE 802.1w中定义的协议,它构建于IEEE 802.1d技术之上,可以提供生成树的快速收敛。

1 案例背景

瑞华企业计划实现数字化办公,须搭建企业内部局域网,实现企业内部网络互连、资源共享,二是实现企业内部的行政、生产、财务、销售部门网络分离,防止企业内部信息泄露。根据设计要求,网络互联的拓扑结构如图1所示。

在S1与S2之间的冗余链路中使用STP技术防止桥接环路的产生,并通过手工配置使S1成为STP的根。但在实际配置出现以下问题:

1)在图1所示的三层交换机S1的Fa0/10、Fa0/5、Fa0/6三个端口的颜色都为深绿色。

2)VALN2和VLAN4之间能相互通信,VLAN3与VLAN2、VLAN4之间不能相互通信。如图2所示。

2 问题分析

首先查看S1的VLAN2的IP地址,发现配置正确。其次查看三层交换机S1,发现也启动了路由。初步判断VLAN之间的路由没有问题,应该是VLAN3转发数据到二层交换机S2之间的链路有问题,应该是由于环路,启用了生成树,导致生成树没有正常正作。

具体分析如下:

1)在三层交换机S1显示VLAN3生成树情况如下,如图3所示。

从上图3可以看出S1为根桥,所连的三个端口Fa0/5、Fa0/6、Fa0/10都为转发端口。

2)在S2上查看VLAN3的生成树情况,如图4所示。

从图4中可以看出,在S2上没有显示VLAN 3的消息。在S2上查看的VLAN情况,没有创建VLAN 3,如图5所示。

3)从上图3至图5可以看出,VLAN3生成树没有根桥,只有转发端口,所以数据无法转发。所以出现三层交换机S1的Fa0/5、Fa0/6、Fa0/10三个端口的颜色都为深绿色,都为转发状态,但找不到根端口。所以导致VLAN3无法和VLAN2、VLAN4通信。

3 解决办法

1)在二层交换机S2上创建VLAN3,如图6所示。

2)在S2上创建VLAN3完成后,查看拓扑结构图7如下所示,端口指示灯变为正常绿色。

3)测试VLAN3与VLAN4的连通性,PC3上测试PC4的连通性如图8所示。

4 结束语

由于在二层交换机S2上忘记配置VLAN2,导致生成树出现环路,出现广播风暴,网络无法正常工作,这是由于手工配置VLAN导致的结果。因此在配置过程中须采用VTP通告VLAN信息,使用每个交换机上同步VLAN信息,都不会出现上述情况。

参考文献

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[4]郭彦伟,郑建德.生成树协议与交换网络环路研究[J].厦门大学学报:自然科学版,2006,45(5):301-304.

网络环路的分析及对策 篇4

关键词：网络环路,二层环路,链路冗余,生成树

0 引言

在规模较大的局域网运维管理中,网络环路属于比较难处理的一类故障。网络环路的形成具有隐蔽性,易引起网络动荡,大量的广播数据可在短时间内造成网络拥塞,数据丢包,如果处理不及时可引起全网瘫痪。特别是电力企业为了提高网络可靠性,常将冗余设计贯穿核心层、汇聚层和接入层。冗余设计使网络具有容错功能,避免单点故障引起网络中断,但也增加了产生环路的机率。2011年江西省电力公司网络环路事件,造成门户、协同办公等12个业务系统无法访问,与公司总部业务应用纵向级联中断。暴露了网管人员对网络中可能存在的环路问题分析不足、缺少防范措施等问题,向运维人员敲响了警钟。网络环路的危害不可轻视,网络环路的防治应当列入网络设计、运维培训及应急管理中。

1 网络环路的分类及危害

网络环路主要分为二层环路和三层环路,但本质都是由于目的路径不明确导致混乱造成的。三层环路通常指的是路由环路,多发生在启用距离矢量路由协议的网络中,与是否存在冗余链路无关。由于电力企业的网络规模大,普遍采用开放式最短路径优先(Open Shortest Path First,OSPF)链路状态路由协议进行交换,且三层环路有生存时间(Time To Live,TTL)保证循环数据包最终被丢弃机制,该层环路发生几率及危害较小;二层环路通常是由于冗余链路造成的,此外接入层设备多面向终端用户,由于人员流动性、网点密集性、跳线头是否一致等因素,易发生误接入操作、网线接触不良、设备硬件故障等状况,这些也会产生环路。但数据包不局限于环路上的链路和设备,它会在整个二层网络上无休止地重复转发,形成广播风暴。在一个没有任何防护措施的环路中,一个简单的广播帧会以2N指数级增长,瞬间就足以将100 M的以太网阻塞。如果同一设备中有二层和三层接口并存,广播包还会广播到汇聚层甚至骨干层设备中。当上层设备对大量的ARP报文进行分析时,会严重占用系统资源,如果处理不及时会导致系统CPU占用率过高,交换能力衰竭,进而影响整个网络。

2 网络环路的表现形式

2.1 用户侧现象

1)用户上网网速变慢或者断网。

2)在用户计算机上ping网关,网络时延过大,数据严重丢包。

2.2 设备侧现象

1)直接观察设备:端口指示灯闪烁频率明显高于其他端口。

2)通过命令查看(以H3C设备为例):“display cpu”查看设备CPU利用率,发现CPU利用率达到80%以上;由于环路带来的广播风暴会被交换机端口记录,故通过“display interface”可以查看到环路端口的广播数据以每秒几百个甚至上千个的报文量增加;如果网络中本身具有冗余链路,并且启用生成树协议(Spanning Tree Protocol,STP),还可以通过“display stp brief”查看到所有链路都是forwarding状态。

3)设备日志告警:环路产生时交换机在其地址池表中寻到的地址出现在和初始端口不一样的另一个端口上,形成地址漂移,设备会产生大量诸如“Jan 20 15:57:00:%SW_MATM-4-MACFLAP_NOTIF:Host0022.6430.28e0 in vlan 1 is f lapping b e t w e e n p o r t F a 0/2 5 a n d p o r t Fa0/45”的告警信息。

4)流量统计对比:链路上出现异常大流量。

5)抓包软件分析:通过sniffer、科来等抓包软件抓包,出现大量相同的数据包,且大小都是64 B,IPID(IP Identification信息)相同。

3 网络环路的防治对策

图1是电力系统中常见的组网形式,本文以此为例主要从5个方面进行网络环路的防治。

3.1 启用生成树协议

启用生成树协议是降低环路影响的最基本的措施。生成树协议工作在ISO 7层网络模型中的第2层,它模拟自然界树的生长规律,通过对比环路网络中设备属性优先级、链路开销、端口优先级等来判断链路优先级,从逻辑上阻断优先级低的网络链路,确保从树根到树梢不会形成环路。STP、快速生成树协议(Rapid Spanning Tree Protocol,RSTP)和多实例生成树协议(Multi-Instance Spanning Tree Protocol,MSTP)是生成树协议发展的3个版本。STP依靠交换桥接协议数据单元(Bridge Protocol Data Units,BPDU)信息来逻辑判断链路状态,当主链路出现故障时,将自动启用备用链路,重构网络结构,保证网络的畅通。但是STP的网络端口从阻断到转发状态所需时间依赖于定时器,故不能实现快速迁移;RSTP解决了STP收敛时间过长的问题,但是和STP一样属于单生成树,无法做到冗余链路上的负载均衡,造成链路浪费;MSTP通过不同VLAN的流量沿各自的路径转发,为冗余链路提供了负载均衡机制,同时能实现端口的快速迁移。但是在实际应用中,地市公司局域网的流量并不大,配置负载均衡并不能提高网络的性能,反而增加了配置的复杂性和故障排查的难度。在地市公司的网络中,尤其是接入层面,并不需要负载均衡。由于MSTP本身就可以完美地向下兼容STP和RSTP,所以MSTP模式是没有必要通过配置命令改变的。需要注意的是,端口镜像与生成树协议是相互矛盾的,如果交换机启用了端口镜像来分析检测流量,则生成树协议将关闭。

3.2 开启环路保护功能

生成树协议工作过程比较复杂,在链路拥塞、端口双工模式不匹配或者单向链路故障(即本端设备可以通过链路层收到对端设备发送的报文,但对端设备不能收到本端设备的报文)等特殊情况下,端口将收不到上游交换机发送的BPDU信息。此时交换机重新选择根端口,根端口转变为指定端口,而阻塞端口则迁移到转发状态,从而交换网络中会产生环路。启动环路保护功能后,如果出现上述情况,则根端口的角色变为指定端口,端口的状态为阻塞;阻塞端口同样也变为指定端口,端口状态为阻塞,不转发报文,从而避免了环路的发生。

3.3 配置边缘端口开启BPDU保护功能

为了实现端口快速迁移,避免网络拓扑变化产生临时环路,运维人员常将直连终端、服务器以及其他不会接收BPDU信息的端口配置为边缘端口。如果边缘端口收到BPDU信息,系统又会自动将这些端口设置为非边缘端口,重新计算生成树。但是如果人为伪造配置消息恶意攻击,交换机就会不停地计算,从而引起网络震荡。当启动BPDU保护时,如果边缘端口收到了BPDU,系统将日志告警,然后关闭端口(见图2)。这样避免了攻击造成的网络震荡,同时也防止了终端用户私改接入层网络结构的问题。需注意的是被关闭的端口只能由网络管理人员恢复,重启设备是无效的。

3.4 开启端口环路监测功能

接入层多面对终端用户,受室内布线和资金限制,经常串接网桥设备以满足扩大接入点的需求。当误接入操作、网线接触不良、设备硬件损坏等原因形成环路时,接入层交换机认为环路是在同一个端口上产生,生成树协议无法解决此类环路问题。此时交换机不同端口学习到相同MAC地址,广播报文以指数级速度增长,并迅速蔓延至整个二层网络,形成广播风暴,终端用户出现网速变慢甚至断网现象。开启环路监测功能后,交换机定时监测各个端口是否有环路,如果发现Access模式的端口环路,则关闭该端口,同时删除该端口对应的MAC地址转发表项,但是端口指示灯仍然亮,且物理状态仍为up;如果是Trunk或者Hybrid模式的端口环路,由于关闭受控功能,仅向终端上报告警信息。这样就使交换机达到出现单端口环路但不影响其他端口的状态。

3.5 在所有端口配置广播抑制

网络环路的产生具有多样性和隐蔽性,为防止其他原因产生环路引起广播风暴,还应设置广播抑制。考虑到电力系统各网段接入点多,且桌面终端管理等一些业务系统需要应用广播报文,可将广播抑制配置到5%,保证能够远远超过正常需要。即使产生环路,当广播流量超过设置值后,系统对广播报文作丢弃处理,从而避免网络拥塞。

4 结语

随着电力企业网络规模越来越大,环路带来的危害也逐步扩大,必须引起足够重视。通过以上5个方面的设备配置完善,可以把环路对网络的影响程度控制在最小的范围内。但是要想把网络环路从被动防御转为主动治理,还要将基本的防范措施贯穿整个网络的建设运维过程中,包括:在建设阶段必须规划好线路冗余和生成树之间的关系,减小二层广播域,避免二层大平面的网络架构;在管理阶段,规范布线,做好接入层控制,关闭所有不使用的端口,任何网络改动都要及时更新对应的网络拓扑资料,加强网络监控,做到设备状态和线路流量有序管理。

参考文献

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北京四环路的植物选择 篇5

四环路是北京市城区的一条环城快速路, 全长65.3km, 共建设桥梁147座, 主路双向八车道, 设计时速为80km/h。四环路贯穿海淀、朝阳、丰台三区, 途经亚运村、中关村、丰台高科技园区、北京经济技术开发区、东郊电子城等, 与北京首都国际机场、京通、京沈、京津塘、京开、京石、八达岭等快速公路和数十条城市干道相连。

2 四环路选择的主要植物

四环路由于途径北京奥运场馆区和许多新兴的科技发展园区, 而成为新北京, 新印象的最佳代言道路。因此在修建和维护上都有一定重视, 特别就奥运园区附近的健翔桥和北辰桥的植物选择上都是比较慎重的, 植物景观效果比较好。但南四环区域的植物选择相对单一, 植物景观效果就削弱了很多。

2.1 常绿植物

雪松 (Cedrus deodara) 、油松 (Pinus tabuliformis) 、白皮松 (Pinus bungeana) 、桧柏 (Sabina chinensis) 、侧柏 (Platycladus orientalis) 、华山松 (Pinusarmandii Franch) 。

2.2 乔木

山杏 (Prunus armeniaca) 、绦柳 (Salix matsudana f.pendula) 、国槐 (Sophora japonica) 、刺槐 (Robinia pseudoacacia) 、千头椿 (Ailanthus altissima) 、元宝枫 (Acer truncatum Bunge) 、栾树 (Koelreuteria paniculata) 、悬铃木 (Platanus acerifolia) 、毛白杨 (Populus tomentosa) 、绒毛白蜡 (Fraxinus velutina) 、银杏 (Ginkgo biloba) 、紫叶桃 (Prunuspersica'Atropurpurea') 、山桃 (Prunusdavidiana) 、玉兰 (Magnolia denudata) 、榆叶梅 (Amygdalus triloba) 、紫叶李 (Prunus ceraifera cv.Pissardii) 、西府海棠 (Malus micromalus) 、樱花 (Prunus serrulata) 。

2.3 灌木

大叶黄杨 (Buxus megistophylla) 、金叶女贞 (Ligustrum vicaryi) 、紫叶小檗 (Berberisthunbergiicv.atropurpurea) 、金银木 (Lonicera maackii) 、月季 (Rosa chinensis) 、黄刺玫 (Rosa xanthina) 、紫薇 (Lagerstroemia indica) 、锦带 (Weigela florida'Variegata') 、木槿 (Hibiscus syriacus) 、小叶黄杨 (Buxus sinica) 、棣棠 (Kerria japonica) 、连翘 (Forsythia suspensa) 、红瑞木 (Swida alba) 、珍珠梅 (Sorbaria kirilowii) 。

2.4 地被

五叶地锦 (Parthenocissus quinquefolia) 、爬山虎 (Parthenocissus tricuspidata) 、大花萱草 (Hemerocallis middendorffii) 、万寿菊 (Tagetes erecta) 。

3 四环路植物选择主要影响因素研究

首先, 具有良好的适应性。无论是银杏、旱柳、黄栌, 还是臭椿、黄杨, 这些植物都是比较能耐干旱的。没有水植物是无法生存的, 选择耐旱的植物适合快速路交通的特殊性。四环路车辆众多, 废气排放量较一般的绿地多, 而这些植物也是适合北京这种夏热冬冷的天气, 生长效果好。在城市快速路植物的选址, 选用时要坚持适地适树的原则, 根据树种的生物学特性、土壤及气候条件, 确定可以选择的树种范围。同一株树种也会因不同的小气候条件而不同多数受到空气、土壤以及风的影响。研究表明由于快速路交通的特殊性, 选择的植物多数是较为耐寒、耐旱适应性强的植物。适应性强的植物应是具有抗性强, 耐修剪, 寿命长的特点。

其次, 具有观赏性强的特点。四环路选择了有春天开花的玉兰、榆叶梅、樱花, 夏天开花的紫薇、月季, 秋季变色的更是多种, 再配以常绿植物这样的搭配使得道路绿化具有极强的观赏性。因为花、叶一直都是植物的特色, 具有极强的观赏性, 在四环路植物的选择上, 也是沿用这个原理, 使得四环路上的植物景色具有三季观花、四季常绿的景色, 让人们走在景色优美的道路上, 心情愉悦。观花、观叶植物具有无可比拟的优越性, 在园林中如果配置应用得当, 植物色彩丰富, 会取得意想不到的效果。

最后, 能够改善环境的生态性。侧柏、火炬、栾树、绒毛白蜡这些植物都是具有良好的耐盐碱性, 可以改善土质、同时也可以对环境起到净化作用, 对生态起到了保护作用。所以通过研究四环路的植物选址, 可以看出, 需要选择比较改善环境机理的植物, 这样的植物才能用于快速路的种植。

4 结论和展望

城市快速路作为空间界定标志而存在, 是人流、物流、信息流的交换地。选择正确的植物作为快速路的造景使用, 不仅能改善和丰富城市整体环境, 更集中体现了城市的整体绿化质量。

(1) 结论:四环路的植物选择具有抗性、观赏性、生态性, 这样的植物选择适合四环路的使用, 而且在不同路段强化不同的特色树种, 这样的选择才能高效率的养护植物, 也就同时节约了能源, 也就降低了综合成本, 也同时为城市快速路植物选择提供了选择原则。 (2) 展望:为了让北京市按照世界城市高端发展的目标发展, 深入开展城市绿地增绿添彩, 通过大规模种植市花月季, 常绿树、彩叶植物对四环路进行增绿添彩, 推进全市绿地增绿添彩工程建设。

参考文献

[1] 苏雪痕.植物造景[M].北京:中国林业出版社, 1994

矿用ADSL环路输入阻抗的分析 篇6

矿井监控系统是煤炭高产、高效、安全生产的重要保证。由于煤矿井下作业面距地面监控中心较远, 矿井监控信号的传输距离至少要达到10 km。矿井监控系统工作在有瓦斯和煤尘爆炸性危险的煤矿井下, 其设备必须是防爆型电气设备, 然而中继器是有源设备, 在煤矿井下电源的供给受到电气防爆要求的限制下, 若采用远距离供电还需要增加供电芯线, 增加了系统的复杂性和故障率, 所以使用中继器来延长传输距离不适合煤矿井下的环境[1]。因此, 基于矿用双绞线的ADSL系统必须满足“10 km以上无中继信号传输”的要求[2]。

基于ADSL技术研究的需要, 通过比较不同的调制技术, 各标准化组织限定了ADSL的固定环路。矿用ADSL和普通ADSL有很大的不同, 无法套用普通ADSL限定的环路。本文设定了2种矿用ADSL的测试环路, 并对这2种环路的的输入阻抗进行了分析。

1 环路输入阻抗的理论公式

图1表示了一个端到端的ADSL环路模型[3]。其中, Vg是信号源, Zg是信号源阻抗, ZL是负载阻抗。在ADSL中, 通常将Zg设计成发射器的一部分, 将ZL设计成接收器的一部分。在分析时, 一般将Zg和ZL假设为100 Ω。

图1中, A、B、C、D代表ADSL环路中双绞线的参数, 可以用下式求得:

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式中:L为双绞线的长度;γ和Z0分别为双绞线的传播常数和特性阻抗:

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式中:R、L、C、G分别为双绞线的电阻、电感、电容和电导。

根据传输线路理论, 图1所示环路模型的输入阻抗Zin可以表示为

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从式 (4) 可以看出, 环路的输入阻抗是环路中双绞线A、B、C、D参数和负载阻抗ZL的函数, 而与信号源阻抗Zg无关。

2 矿用ADSL环路的设定

为了比较不同双绞线的性能, 分析矿用ADSL环路的传输特性, 本文借鉴标准化组织定义的普通ADSL固定环路, 设定了2种矿用ADSL测试环路, 如图2所示。这2条环路并未给出每一线段的双绞线类型和线段长度, 这些参数将在随后的分析中具体指定。在以下分析中, 假定每种环路的信号源阻抗和负载阻抗均为100 Ω。另外, 由于在矿井监控系统中, 双绞线专线专用, 因此设定测试环路时, 没有考虑桥接插头的影响。

图2中, 环路1的双绞线A、B、C、D参数可由式 (1) 得到。环路2由2种双绞线组成, 可以利用下式求出等效的A、B、C、D参数。

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3 矿用双绞线电气参数

表1列出了煤矿用阻燃信号电缆的主要电气性能[1]。

表1中, 7/0.52型和1/1.38型电缆固有衰减最小, 两者的等效直径也很相近;7/0.28型直流电阻最大, 等效直径最小, 固有衰减最大;1/1.0型的各项参数居于上述几种型号中间。因此, 本文选择了7/0.52型、1/1.0型和7/0.28型3种矿用双绞线进行环路输入阻抗的分析。

根据普通双绞线R、L、C、G参数性质的分析, 电感、电容和电导可以近似为不随频率变化的常数。因此, 由表1中的性能指标, 可以对3种矿用双绞线的这3种参数进行如下假设:L=800 μH/km, C=0.06 μF/km, G=0.333×10-9 S/km。

矿用双绞线的传输电阻随着频率的升高而增加, 其近似数学模型为

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式中:ac为常用双绞线模式参数, 可以通过等效方法计算[4], 计算结果如表2所示。

4 矿用ADSL环路输入阻抗的分析

根据式 (4) 可以绘制出不同环路长度下随频率变化的输入阻抗曲线。

4.1 环路1

图3和图4分别是3种矿用双绞线采用环路1的输入阻抗的实部曲线图和虚部曲线图, 环路的长度依次为6 km、8 km、10 km和12 km。

从图3可以看到以下规律:

(1) 同型号的双绞线环路长度从6 km增加到12 km, 输入阻抗实部曲线并没有明显的变化。

(2) 频率较小时, 输入阻抗的实部随着频率的增加而减小;频率大于100 kHz之后, 输入阻抗的实部收敛至115 Ω左右。

(3) 型号为7/0.28至7/0.52的矿用双绞线, 其线径越大, 输入阻抗的实部越小。

从图4的输入阻抗虚部曲线中可以看到与实部曲线相似的规律。环路长度对曲线影响不大;随着频率的升高, 虚部曲线收敛至0;双绞线线径越大, 输入阻抗的虚部 (绝对值) 越小。

4.2 环路2

图5是矿用双绞线采用环路2时的输入阻抗实部曲线, 图6为对应的虚部曲线。其中, 实线表示环路第一段的双绞线型号为7/0.28矿用双绞线, 第二段为7/0.52矿用双绞线;点划线表示环路第一段的双绞线型号为7/0.52矿用双绞线, 第二段为7/0.28矿用双绞线。

在图5 (a) 中, 环路的第一段长度L1=6 km, 第二段长度L2=4 km;图5 (b) 中, L1=4 km, L2=6 km。由于双绞线环路各分段长度的不同, 图5 (a) 和 (b) 中输入阻抗实部曲线不完全一致, 但是从阻抗实部的幅度以及曲线的变化趋势上看, 分段长度的改变对整个环路的输入阻抗实部影响很小, 可以忽略不计。通过比较还可以发现, 图中实部曲线与图3中的7/0.28型矿用双绞线的输入阻抗实部曲线很接近, 而点划线曲线与7/0.52型的实部曲线很接近, 这说明环路中第一段的双绞线型号决定了整个环路的输入阻抗实部。

同样地, 图6中 (a) 和 (b) 的曲线不完全一致, 但曲线幅度以及曲线的变化趋势是很接近的, 而且也接近于图4中相应的曲线。

(a) L1=6 km, L2=4 km

(a) L1=6 km, L2=4 km

4.3 环路输入阻抗的分析结论

通过以上对环路1和环路2中输入阻抗曲线的分析, 可以得到以下几点结论: (1) 在较低频段, 矿用双绞线输入阻抗随着频率的升高而降低;大于100 kHz时, 输入阻抗收敛于115 Ω左右。 (2) 环路长度的变化对输入阻抗几乎没有影响, 在研究环路时可以不予考虑。 (3) 随着双绞线线径的增加, 输入阻抗逐渐减小。 (4) 在有多个分段的环路中, 第一分段的双绞线型号决定了整个环路的输入阻抗, 而各分段的长度对输入阻抗的影响很小。

简单地说, 影响双绞线环路输入阻抗的是双绞线的型号和环路上的频率, 而不是环路的长度。

5 结语

本文根据普通ADSL的固定环路, 设定了矿用ADSL的2种测试环路。在这2种环路上, 对矿用双绞线ADSL环路的输入阻抗进行了分析。结果表明:影响双绞线环路输入阻抗的是双绞线的型号和环路上的频率, 而与环路的长度无关。因此在研究环路的输入阻抗时, 可以不考虑环路长度的影响。

参考文献

[1]孙继平.矿井安全监控系统[M].北京:煤炭工业出版社, 2006.

[2]成凌飞, 宋为.基于矿用双绞线的矿井视频信号传输的分析[J].煤炭工程, 2007 (3) :105~107.

高动态环境载波跟踪环路的设计 篇7

本文对高动态环境下中频接收机的载波跟踪算法进行研究, 通过对载波跟踪环路的设计、仿真与测试, 充分利用二阶数字锁频环路和三阶数字锁相环路的优点, 形成一种锁频锁相环联合工作的方法[1], 解决较大的载波捕获带宽、捕获速度和较高的跟踪精度之间的矛盾, 建立了适合在高动态环境下进行载波跟踪算法模型。

二、三阶锁相跟踪环路设计

2.1模拟三阶锁相环环路结构

模拟锁相环结构[2]原理框图如图1:

根据图2得到环路滤波器传递函数:

考虑鉴相器和压控振荡器数学模型, 可得环路传递函数:

2.2数字三阶锁相环环路结构

三阶锁相环环路滤波器离散表达形式[3]:

对应的滤波器结构框图如图3所示:

对模拟三阶锁相环环路滤波器传递函数Fp (s) 采用双线性变换后, 得到其数字环路滤波器表达式如下:

对比式 (3) 、式 (4) , 可得:

式中的T为环路滤波器的更新间隔。

三、二阶锁频跟踪环路设计

3.1模拟二阶锁频环环路结构

模拟锁频环结构原理框图如图4:

从式 (5) 可以得到标准模拟二阶锁频环路滤波器传递函数:

等效噪声带宽BL计算公式如下:

如果设定BL, 则可以求解af:

根据式 (5) 构建模拟二阶锁频环路结构框图如图5所示:

3.2数字二阶锁频环环路结构

二阶锁频环环路滤波器离散表达形式[3]:

对应的滤波器结构框图如图6所示:

对模拟二阶锁频环环路滤波器传递函数Ff (s) 采用双线性变换后, 得到其数字环路滤波器表达式如下:

对比式 (9) 、式 (10) , 可得:

式中的T为环路滤波器的更新间隔。

四、高动态环境下二阶FLL辅助三阶PLL载波跟踪环路设计

高动态环境下, 锁频环辅助锁相环[4][5]是一种较为合理的载波环设计方案, 将锁频环和锁相环结合使用可以充分发挥各自的优势;当数字中频接收机刚开始工作时, 载波频偏有可能处于一个较大的偏差之上, 此时采用FLL实现频率跟踪, PLL贡献比较少, 当频率被牵引到一定范围内时, 此时PLL开始工作, 实现相位的精细同步。当动态增强时, 由FLL实现频率跟踪牵引, 实现动态性的变化, 环路自动实现PLL和FLL跟踪方式的配合跟踪。

4.1载波跟踪环切换策略

在载波环工作过程中, 依据频差和相差的大小可以区分出以下三种情况:频差较大;频差较小且相差较大;频差较小且相差较小。因此, 锁频环与锁相环之间的切换策略以频率和相位的判决量作为依据[6]。

设置频率判决表达式为

设置相位判决表达式为

结合式 (11) 和式 (12) , 图2中载波环切换策略可表示为

载波跟踪环根据式 (13) 的切换策略在锁频环和锁相环之间自动调整工作状态。经过测试, 当ef与ep均设置为0.75时, 频率和相位跟踪误差的标准差最小。

4.2载波跟踪环仿真

为了模拟多普勒效应对载波跟踪环的影响, 仿真中设定环路的输入载噪比为40 (d B·Hz) , 在输入载波环的中频信号上分别叠加模拟的频率阶跃信号、频率斜升信号和频率二次曲线信号;各仿真条件下叠加在中频信号上的模拟信号如表1所示。以动态最高的仿真条件4为例, 在300ms处输入信号和本地复现载波之间开始叠加模拟信号, 该条件对应的载波环跟踪结果如图8所示。

由图8 (a) 可知, 环路开始工作时频率判决量低于门限, 载波环以纯锁频环形式工作;在大约380ms处, 频率判决量高于门限且相位判决量低于门限, 载波环开始以锁频环辅助锁相环形式工作;650ms后, 频率判决量和相位判决量均高于其门限, 载波环开始以纯锁相环形式工作。由图8 (b) 可知, 载波环能稳定跟踪第4组仿真条件下的高动态信号, 经数据分析得到稳定跟踪后载波相位的均方误差为2.97°。

五、结束语

载波跟踪环路的设计与实现是高动态环境下中频接收机能否成功研制的关键因素之一。本文对高动态环境下中频接收机的载波跟踪算法进行了研究, 最终形成了跟踪算法模型并对载波跟踪环路的性能进行了仿真测试。结果表明:载波跟踪环的设计能够在高动态环境下实现对信号的稳定跟踪。

参考文献

[1]王兰芳, 吴长奇, 高秀英.基于FLL与PLL级联的高动态载波跟踪技术[J].电子测量技术.2009, 35 (4) :61-64

[2]张厥盛, 郑继禹, 万心平.锁相技术[M].西安:西安电子科技大学出版社, 1994.

[3]王光鼎, 游福初, 房建成.基于FLL与PLL级联的高动态载波跟踪技术[J].战术导弹技术.2012, 3 (5) :01-07.

[4]鲁郁.GPS全球定位接收机——原理与软件实现[M].北京:电子工业出版社, 2009.

[5]P.W.Ward.Performance Comparisons Between FLL, PLL and a Novel FLL-Assisted-PLL Carrier Tracking Loop Under RF Interference Conditions[J].Proceedings of the 11th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation, Nashville, 1998:783-795.