突破传输极限（共5篇）
突破传输极限 篇1
0 引言
随着电力系统电网结构的日益庞大与复杂,电网安全稳定分析存在一定的困难,调度员们迫切需要一种能分析系统稳态特性、分析系统动态特性、判断当前系统的状态、给出近期操作指导的辅助工具。由于计算机性能、网络和通讯技术的迅猛发展,在电力工程领域建构大规模的计算机群进行高速运算、获取广泛区域的测量数据成为可能,从而为在电力系统应用和推广在线稳定监测预警系统(Online Dynamic Security Assessment System,DSA)[1]提供了条件。
电力系统在线稳定监测预警系统是一个基于当前电力系统运行状态、对系统安全稳定性进行全面分析和评估、对潜在威胁向调度人员提供预警和指导的分析系统。在线稳定监测能对当前时间断面进行各种静态、动态稳定的监测,提醒运行人员各种可能的安全威胁,给出基于当前运行状态的操作指导,在线传输极限分析便是其中重要的方面。
1 传输极限
电力系统的传输极限(TotalTransferCapability,TTC)指在保持电网稳定运行的前提下联络线上所能承担的最大功率,是决定可用传输能力(AvailableTransferCapability,ATC)的基础[2],是调度员进行调度决策的重要依据。
长期以来,计算电力系统的极限被认为是电网设计或运行计划阶段的工作,属于离线研究范畴。分析人员采用重点考察的方式,保留所研究的联络线等设备,对系统其它部分进行简化等值,并用暂态稳定计算校核[3],以求出研究对象的近似暂稳极限。事实上,离线研究不可能研究在线运行可能出现的所有情况,只能采用比较保守的算法,用离线计算出来的极限值指导运行可能降低设备的使用效率。随着现代互联电力系统的发展和系统规模日益庞大,由于经济性的驱动和其它社会因素的影响,迫使系统经常接近极限运行。如何引导调度员正确操作,使电网始终处于各种稳定约束之内成为在线稳定监测预警系统(OnlineMAPS)及其它安全评估系统[4,5]急须解决的问题。
分析静态电压稳定的连续性潮流方法(ContinuationPowerFlowmethod,CPF)出现后,有学者用它计算系统在静态电压稳定约束下的传输极限[6,7],通常都是用发电机功率虚拟增长的方式进行,即给定某种负荷的增长方式,增加系统中现有的发电机出力,得到系统在更高负荷量下的运行点。传统的连续性潮流算法有如下特点[8,9]:a.系统中至少有1台机组功率不设限,以承担无法预计的网络损耗增长量;b.只要系统中任一点电压到达电压崩溃临界值,系统即到达功率极限,发电机出力和负荷功率自动减小,进入潮流的低电压解部分。有的学者在每得到连续潮流一个新的运行点后即进行暂稳校核和小干扰稳定校核,得到系统的综合稳定极限[10],这在离线研究的情况下有一定的合理性。
现有的在线分析软件沿袭了离线分析的方法,一般基于多个模块:专用于分析暂态稳定的TSAT,分析电压稳定的VSAT,分析小干扰稳定的SSAT。各分析模块独立工作,分别求出满足该种失稳方式下的稳定极限,系统的稳定极限被认为是各分析模块所得结果的交集[4,11]。
从协助调度员操作的角度看,现有的稳定裕度计算方法,存在如下缺点:
a.分析采用的运行方式是虚拟的。需将考察元件外的系统进行简化等值,或者使系统出现越过功率极限的机组。用该分析结果指导运行,必须乘以较大的可靠系数,作为调度员参考的可操作性差。
b.分析方法是孤立的。将多条联络线分别考察,或者用不同的方式分别计算极限。前者没有顾及到各条联络线极限之间的相互制约,后者可能使计算结果过于保守。
2 在线稳定监测预警系统
中国电力科学研究院建构电网在线稳定监测预警系统总体结构如图1所示。
电网能量管理系统(EMS)和广域相角量测系统(WAMS)的在线数据(电压、电流、功率、相角、开关位置、变压器分接头档位等)与离线数据(元件模型、参数等)相结合,形成完整的描述电网运行状态的信息,经在线分析及预决策系统内部总线和支持平台,提供给顶层应用模块使用。图模一体化支持环境用于实现人机交互、计算设置等功能。历史数据库存储近期历史数据和有价值的长期统计数据。
在安全评估模块中,集成了电力系统分析综合程序PSASP中主要的稳定分析功能,同时进行N-1静态分析,用暂态稳定评估、静态电压稳定评估和小干扰稳定评估来获取系统的全局安全稳定性。在发现系统稳定水平不足时,对不同的稳定问题,及时启动相应的辅助决策支持模块,为调度员提供运行方式调整的决策支持,包含如下内容:
a.系统的稳定性(稳定或不稳定)。
b.系统的稳定程度或不稳定程度(稳定裕度)。
c.稳定裕度对主要变量的灵敏度分析。
d.预防/紧急控制措施。
传输极限模块利用在线稳定监测系统强大的计算能力、稳定的底层平台、丰富的在线和离线数据,为调度人员提供操作指导的联络线传输极限。
3 基于DSA系统的在线传输极限计算算法
一般情况下调度员对其管辖设备的理论极限兴趣不大,主要关注当前运行条件下电网设备能承担的功率,应该采取什么操作,确保系统工作在极限范围内。对大型电力系统而言,进行适当的失稳后调整是必要的,局部发生失稳并不意味着达到了全系统的稳定极限,将该失稳情况处理后,能获得全系统负荷更高的运行点。例如,研究国家电网的传输极限而发现负荷增长到某个水平时,西北网出现电压失稳,若以此为依据,认为整个国家电网已达到运行极限则是明显错误的。事实上,适当减少西北网电压崩溃点的负荷,使其维持在临界状态以上,东北、华东等区域的负荷可能还有很大的增长空间。当全网负荷达到最大时,对应各联络线的功率就是该联络线的传输极限。尽管从单条联络线或单个输送断面看,将网内负荷和发电重新分配,可能获得更高的传输极限,但整个系统的可用率没有全网负荷最大值高。基于此,开发了在线传输极限的算法,其核心思想:同时获取系统总所有联络线的传输极限,指导调度人员获得该极限。
该算法的主要计算过程如下:
a.利用历史数据信息进行负荷预测,建构当前运行状态、最有可能出现的潮流增长方式。
b.在获得的每一潮流运行点进行暂态稳定、电压稳定、小干扰稳定、静态安全稳定和频率稳定校核。
c.当发生失稳故障时,寻找与其最相关的设备,通常考虑发电机、负荷和联络线等常用操作对象,并对其进行调整,调节方式为减小和限制该元件的出力。
d.系统恢复稳定后,继续增长其它区域或元件的功率。
e.当系统中无可增加功率的机组、负荷或联络线,即认为已达到系统稳定极限。
由上述可知,获得尽可能真实且总功率高的潮流调整方案在整个算法中处于核心地位。
该算法能实现以下2种重要功能:
a.中长期极限计算。系统的运行方式和检修计划无重大变化时,极限值无需重新计算,启动间隔可能比较长,对应的计算时间也允许长些。在这种应用中,发电机组处于运行或备用,负荷超过限值后的过度增长对最终结果都没有影响。只要机组可用,在计算过程中会根据需要决定其是否投入运行,增长过快的负荷在调整中会被限制住。
b.短期运行指导。由于该算法每一步中间结果都可输出只要计算速度快于电网中负荷的实际增长速度,就可以为调度员下一步的操作提供依据。
4 潮流增长方案
由于潮流方程在接近电压稳定极限点时雅可比矩阵奇异、连续潮流方法(CPF)成为获得尽可能高的极限功率的有力工具[12]。该算法潮流调整方式采用改进后、考虑电压静态稳定、连续型潮流方法,即运行点远离临界点时采用正常潮流算法;接近临界点时采用连续潮流算法以渡过雅可比阵的奇异点;调整功率采用正常潮流算法。
4.1 数据准备
a.建构详细的离线和在线数据库。
b.形成计算用数据。包括3部分:SCADA采集并处理后的在线运行数据、设备备用或检修信息、由离线数据库中提取的动态设备数据及备用设备数据。
c.根据给定的开机次序或调度规则形成各区域的开机次序表(含旋转备用)。
d.根据预测形成电网的负荷增长方式。
4.2 潮流计算
a.由负荷增长方式和开机方式进行区域功率增长平衡计算。依次对每个负荷区域统计单位步长本区域的负荷增长量,然后采用宽度优先搜索,找到所有能送电给本负荷区域的发电区域,确定满足本负荷区域的功率增长、该发电区域单位步长必须增加的出力。最终根据开机次序表决定应该开出的机组及出力增加的速率。
b.采用分布式潮流算法[13],由所有出力增加的机组共同承担系统损耗的增加部分,真实模拟系统的运行状态,避免出现理想机组。
在功率增长过程中,全系统有功功率平衡方程
式中,第一部分代表发电功率的增长,Ng为全系统发电机台数;Pgi为第i台发电机的额定出力;λ为负荷、发电协同增长因子;βi为第i台发电机承担有功负荷增长的参与因子,当第i台发电机功率不能增加时,该值为0;Kg为全系统机组承担系统损耗增加的公共因子;γi为第i台发电机承担系统损耗增加的参与因子。
式(1)第二部分代表有功负荷的增长,Np为全系统负荷数,pli为第i个负荷初始有功值,即在当前运行状态下的值;αi为第i个负荷的增长系数。在区域功率增长平衡计算中保证如下关系式成立
若上一时步计算中系统达到有功平衡,则有
式(3)第二部分为全网有功损耗增量,第一部分为发电机为承担该损耗增量而增加的出力。
系统中各节点有功方程
式中,fi(x)为各节点网络方程的实部;x为电压V和相角θ。
系统各节点的无功方程按节点性质,除考虑PQ节点无功增量及外,其它与普通潮流算法相同。
如果为分布式正常潮流,则迭代过程中λ为定值,只多出一个变量Kg,需补充一个方程。本算法中指定1台能调节有功的机组作为相角参考,设为j号机,则新增方程
若进行分布式连续潮流算法,则按连续潮流算法增加与相应的补充方程。
其它问题的处理均和连续潮流算法[8,9]相同。
4.3 潮流计算中的调整
a.进行常规的变压器分接头调整,以及投切电容器和发电机无功限制等电压调整。
b.发电机有功达到极限后,将其出力固定在限值并新开机组。此时,到达有功极限的发电机节点有功方程
即使所有发电机节点有功均为固定值,也可通过变量使系统方程获得平衡。
c.发电机电压自调整功能。系统中发电机的机端电压并不是一成不变的,各厂运行人员发现本厂机组带的无功太多,一般会减小励磁给定,避免转子过热;若发现承担的无功过少,通常会增加励磁给定,确保有功能顺利送出。在计算中,就是在PV和SLACK机中利用各机组的无功承担量改变电压给定。
4.4 稳定判断
出现电压失稳后,停止引起电压崩溃的节点负荷功率增长。为搜索最近的平衡点,略微减轻该节点对后继负荷增长的限制,先将该点负荷增长方向变为负值切除部分负荷被调节点的有功功率方程变为
搜索到最近的平衡点后,将被调节点的负荷增长系数设为0。
该算法以电压下降最大的部分节点作为调节对象。如果该点为负荷,就直接调节;若为联络线端节点,则降低通过联络线的功率,将联络线受端区域的负荷作为调节对象。若该节点不属于上述类型,则继续搜寻下一个调解对象。被调节节点的功率方程发生变化后,均进行区域功率平衡计算。当系统中再无可增加功率的发电机、负荷或联络线,即认为系统已达到极限。此时各联络线上的功率即为该联络线的极限值。
5 算例
采用该算法对黑龙江省网采用的东北电网2007年某运行数据进行只考虑电压稳定性的稳定裕度(即潮流调整)计算。该网总共有249台机,其中149台运行,100台备用。采用该算法从其备用机组(含备用容量超过50MW的旋转备用机组)中开出86台机,负荷采用均匀增长方式。图2为对全网发电和负荷的综合统计。
负荷有功功率(PLOAD)初始值为29.171 2GW,不采用电压失稳后调节措施时,功率增长第14步出现第一个电压失稳临界点`FIRSTCRITIC',此时全网总有功负荷为42.1735GW,有功负荷裕度为13.0023MW。调整后,在22步、25-32步、35-37步均出现电压失稳临界点。到38步,可调手段用尽,仍不能继续增加负荷功率,即认为系统中各潮流断面传输容量均达到极限。故第37步为最后一个电压失稳临界点`LASTCRITIC',此时全网有功负荷为43.982 4 GW,有功负荷裕度达到14.811 2GW。
全网无功损耗(QLOSS)和无功发电(QGEN.)在第1步和15步均出现明显减少。因为在第1步进行发电机端电压调整,使无功负荷更多的就地平衡,减少远距离传输,因而总无功损耗大减。第15步,为寻找最近的平衡点,切除了电压崩溃点的部分负荷,使系统无功损耗明显减少,有功负荷(PLOAD)和无功负荷(QLOAD)继续增长。
选取黑龙江东部联络线断面潮流(cut1)和吉黑东部联络线断面潮流(cut2)如图3所示。
第一次达到电压失稳临界点时,断面1的有功为4.309 2GW、无功为0.357 1GW,断面2的有功为4.414 3GW、无功为0.482 1GW。到达最后一次电压失稳临界点时,断面1的有功为4.418 0GW、无功为0.418 3GW,断面2的有功为4.529 7GW、无功为0.557 5GW,略有增加。由此可见,越过电压极限后,全网负荷的增加通常以限制甚至减少联络线功率的传输为代价。
将断面1送端电压监测点黑方正500kV母线(V1)和断面2送端电压监测点黑牡二220kV母线(V2)电压变化曲线绘于图4,当第一次接近电压崩溃极限点时,电压急剧下降,经切除部分负荷后,电压回升,才能继续增加负荷。此后又经历数次波动,最终到达全系统极限。在负荷增长起始处,由于发电机电压的调整,监测点电压略有上升。这与系统实际运行中由于负荷增加,各机组增大励磁的做法一致。
由算例结果可知,利用该文构建的潮流调整方案,能获得在所给负荷增长方向上尽可能高的潮流值,为最终确定各联络线的传输极限提供方便。
6 结论
该算法利用在线稳定监测预警系统强大的资源优势,建构出当前运行状况最合理的传输极限,其优越性在于:
a.未做简化等值或采用理想机组假设,可直接用于指导运行。
b.可同时确定多个联络断面的极限。
c.在失稳后进行调整计算,以获得全系统更高的传输极限。
d.用简单的方式搜索电压失稳后系统稳定运行点。
可以预见,利用大规模并行计算平台,在算法中加上暂态及其它形式失稳的校核与调整,该传输极限算法必将成为大型电网调度员的有力助手。
摘要：电力系统的传输极限是大电网调度人员进行决策的重要依据之一。由于计算能力的限制,以前电力系统的传输极限是通过对单个联络线进行研究,然后把它应用到电网中,这将难免会出现大量错误的结论。然而随着IT业的发展使得建立大型计算平台并从平台上获得大量电网数据成为可能。在线稳定监测预警系统的目的是实现对电网进行在线分析与评估并向调度人员提供指导的系统。在线稳定监测预警系统有很强的实用性并能给调度人员提供指导,通过它可以用一种新方法来计算电网中所有联络线的传输极限。
关键词：预警系统,传输极限,算法研究
黄江吉：突破成长极限 篇2
雷军丝毫没提创业的事儿，他们只是从手机侃到电脑、再从电脑聊到电纸书，没想到二人竟然同为Kindle的发烧友，只是，黄江吉觉得雷军比他更疯狂，他甚至把Kindle拆开，去研究里面的构造。
这场兴致勃勃的谈话持续了4个半小时，临走前，黄江吉扔下一句话，“我先走了，反正你们要做的事情，算上我一份。”
黄江吉就这样成为了小米七位创始团成员之一。翻开黄江吉的履历，确实足够光鲜，美国普渡大学毕业，在微软工作13年，升了7级，30岁之前已经成为微软首席工程师。这在他的同龄人看来，简直就是“羡嫉恨”。然而，他却抛弃了这样的金饭碗，选择去创业，这就是因为他的不甘心。
选择“台风口”的那艘船
那晚与雷军见完面回来，他就迫不及待地研究起了安卓系统。
为这一天，他似乎等了太久。
五年前，面对苹果的势头，微软在美国和欧洲的移动市场，露出些许窘迫。而这种现状却一直未找到有效的解决方法。而当时的中国，对于微软来说，是一个全新的机会丛生的地方。因此黄江吉主动请缨，满怀希望地从微软总部来到中国，意图在中国开辟一块移动市场的新天地。
当时，黄江吉在中国汇集了接近200个最好的工程精英、产品精英。他做了各种尝试，但是5年下来，即使竭尽全力，中国市场也打不进去。
作为产品领头人，黄江吉最明白这其中的原因。当中国市场铺天盖地是安卓系统的时候，微软仍然坚持使用自己在PC端上的技术，无论他带领团队开发什么样的产品，都要使用公司的技术。
比如：微软总部规定，新开发的手机浏览器一定要用IE浏览器的内核。“当你把精力放在如何把一些不适合的技术上时，就已经落后了。”
明明知道移动是下一个风口，但是微软就是抓不住。一家市值3000多亿美元价值的公司，它的移动业务竟然不是第一、第二，甚至连第三都排不上。这让黄江吉很郁闷，后来，他越发想摆脱这种状态。“当你看到一个风口，如果所在的企业拥抱不了的话，那个平台就不是你需要的。”
遇到雷军，仿佛是上天设定的一样。虽然很多人都说雷军找人、找资源的能力很强，但现在回想起来，其实，当时雷军最打动他的，正是他对产品的极致追求。在黄江吉看来，雷军是他见过对产品体验和用户体验追求最极致的一个。“遇到像雷军这样的人，我还有什么理由留在微软将就一辈子呢？”
有“猪”的状态才能进步
雷军曾有一句名言，被很多互联网人士封为“神作”——找到台风口，猪都会飞起来。黄江吉对此却有自己独特的感受，他认为，很多人都将注意力放在这个“风口”两个字上。而事实是，重点是那个“猪”，猪是什么，就是承认自己一无所知。
“只有猪才会觉得自己的想法是错的，所以有必要倾听用户的声音。”黄江吉解释到。
也正是这种直面用户，倾听用户的极致精神，催生了黄江吉对团队与以往不同的管理方式。以往在微软，他曾带领过一个由上百名成员组成的产品团队。那时候，最糟糕的境况是，当一个员工向他汇报工作时，他得先花费一个小时去倾听员工所做的事情，以及面临的问题，然后才能帮他做判断。
因为随着管理工作的增加，黄江吉已经严重脱离产品。这种状态让他觉得自己像是飘在空中。而黄江吉本身的兴趣其实还在研究产品上，特别疯狂的是，写代码就是他在假期里重要的休闲方式，这会给他带来像游戏通关一样的快乐。
来到小米后，他发现互联网公司的特质使得管理模式发生了彻底的革新。减少了层级，接近了消费者，直面终端市场，使每天的工作都是基于对产品本身的不断深入研究，有的时候要不断否定之前的创意和构想，接受来自全球各地粉丝的质疑和批评，这种热辣的工作模式很有挑战性，但也非常能够锤炼人。
实际上，在小米内部，七个创始人团队每人坐阵一层楼，分管不同的产品。现在，通过米聊，很多事情几分钟就可以决定。黄江吉也有了更多的精力用于创新，他经常会叫助理去买一堆好玩新鲜的东西，然后在办公室里一件一件琢磨。每天，黄江吉最有成就感的时候，就是下午拿着手机进行软件升级，看每天的更新日志。“员工所干的任何工作，一个新的功能、优化、修复，我每天都会感受到。”
正是这种可视化的成果，驱动员工努力去完善产品的每一个细节。可能有的员工两三个月也见不着面，但他们所有的工作都会体现在产品上。“我认为最好的管理，是通过产品，给员工带来荣誉感和成就感。我常常开玩笑，有几千万米粉帮我们去管理工作，我们哪还需要去管理？”
回想与雷军的相遇，自视为产品发烧友的他，至今都自愧不如。“小米今天做的任何一个产品，都达不到他的要求，你想象有多难，他每天活在痛苦中。”黄江吉打趣道。
责任编辑：邓纯雅
个人档案
姓名黄江吉（KK）
星座水瓶座
年龄39
职位小米联合创始人&副总裁
人物画像谈到产品，就是个好奇心 泛滥的孩子
Q&A
Q：您给职场人士的建议？
A：第一、精英分子要把自己当“猪”，要有归零心态。第二、愿意与用户做朋友，愿意接受批评，把自己的气量练出来。第三、千万不要怕吃亏。愿意先付出，不问回报。
Q：您给职场人士推荐什么书？
A：《乔布斯传》。乔布斯对产品的追求，不仅挽救了苹果，而且把它变成了全世界最有价值的公司。很多时候，领导者会把全部的中心放在管理上面，而忘记了一个公司的根本，那其实是产品与用户的关系，这本书可以提醒大家。
DNA传感器突破人类感知极限 篇3
人们为了从外界获取信息,需借助于感觉器官。而单靠人类自身的感觉器官,在研究自然现象和规律时或者在生产活动中,它们的功能还远远不够。为适应这种情况,需要借助传感器。因此可以说,传感器是人类五官的延长,相当于人的感官。
传感器将非电量信号转变成电信号,这样就能满足信号的传输、处理、储存、显示、记录和控制等要求。传感器早已渗透到诸如工业生产、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程,甚至文物保护等等极其广泛的领域。从茫茫太空到浩瀚的海洋,以至各种复杂的工程系统,几乎每一个现代化项目,都离不开各种各样的传感器。
1 传感器的种类
传感器分类多种多样,根据输入物理量可分为:位移传感器、压力传感器、速度传感器、温度传感器等;根据换能器原理可分为:电阻式、电感式、电容式及电势式等;根据输出信号的性质可分为:模拟式传感器和数字式传感器。即模拟式传感器输出模拟信号,数字式传感器输出数字信号;根据能量转换方式可分为:有源传感器和无源传感器。有源传感器将非电量转换为电能量,如电动势、电荷式传感器等;无源程序传感器不起能量转换作用,只是将被测非电量转换为电参数的量,如电阻式、电感式及电容光焕发式传感器等。
2 DNA传感器工作原理
DNA传感器称为基因传感器,属于生物传感器的一种。DNA生物传感器是一种能将目标DNA的存在转变为可检测电信号的传感装置。它由两部分组成:一部分是识别元件,即DNA探针;另一部分是换能器,如图1所示。识别元件主要用来感知样品中是否含有待测的目标DNA;换能器则将识别元件感知的信号转化为可以观察记录的信号(如电流大小、频率变化、荧光和化学发光强度以及光吸收程度等)。通常,在换能器上固化一条单链DNA,通过DNA分子杂交,对另一条含有互补序列的DNA进行识别(碱基互补配对原则),形成稳定的双链DNA,通过声、光、电信号的转换,对目标DNA进行检测。
DNA传感器是一类特殊的传感器,是在生物、化学、物理、医学、电子技术等多种学科互相渗透的基础上成长起来的。它特异性强,DNA分子双链之间具有非常高的特异性识别能力;分析速度快,可以在1分钟内得到结果;准确度高,误差极小;操作系统比较简单,容易实现自动分析;成本低,在连续使用时,测定价格低廉。具有高度自动化、微型化与集成化的特点。
DNA传感器延伸感官的原理是通过固定在传感器或称换能器探头表面上的已知核苷酸序列的单链DNA分子(也称为ss DNA探针)和另一条互补的ss-DNA分子(也称为目标DNA)杂交,形成的双链DNA会表现出一定的物理信号,最后由换能器反应出来。DNA传感器原理图如图2所示。
以DNA电化学传感器检测基因损伤为例,详细说明它的工作原理。因为DNA碱基互补具有选择性和特异性,所以通常把需要检测的DNA(目标DNA)的互补链作为探针。当探针与目标DNA碱基互补配对成功时,通过DNA链的电流会发生相应的改变。电信号出现变化,表明已经互相吻合了。从另一个角度讲,如果电信号未发生变化,也暗示着这段DNA可能存在损伤。
生物敏感材料的固定化技术是基因传感器研究的重要一环,也是制备生物传感器的关键。这项技术决定了传感器的功能、性能和质量。与传感器的灵敏度、线性范围、稳定性及使用寿命有关。现固定DNA探针的技术主要有共价键结合法、自组装膜法、电集合法、表面富集法。
共价键结合法是通过共价键使生物活性分子与电极表面结合而进行固定的方法。固定电极之前首先要对电极进行活化预处理,再引入活性键合基团(如氨基、羧基等),然后进行表面的共价键合,把含预定功能团的探针分子固定到电极表面。
自组装膜法一般利用一段带巯基的DNA片段,在金电极表面形成自组装单分子膜来固定核酸探针。
3 DNA传感器的应用
随着分子生物学的发展,人们逐渐意识到除外伤以外,包括传染性疾病、遗传性疾病及恶性肿瘤等所有的疾病都与基因有关系,因此应用在基因检测方面的DNA传感器就显得十分重要。
比如,乙型肝炎是乙肝病毒(HBV)所引起的一种传播快、潜伏期长、危害广的传染病,我国慢性无症状HBV感染者或慢性无症状HBV携带者已超过1.2亿,是HBV感染者中存在数量最大的群体。如果采用上面介绍过的自组装单分子膜技术,将巯己基修饰的探针的单链DNA探针固定在金电极表面,制得DNA电化学传感器,以某种电活性物质为指示剂,就可以获得特异性好、灵敏度高、响应时间短的DNA传感器。它对血清样品中乙肝病毒DNA的响应则更理想。换句话说,DNA传感器能帮助人们正确、快速、高质量地检测出受试者体内是否已经感染慢性无症状HBV或者已经携带这种病毒。
生物传感器在近几十年发展迅速,尤其分子生物学与微电子学、光电子学、微细加工技术及纳米技术等新学科、新技术结合后,这种发展正在加速进行,并在国民经济的各个部门,如食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等领域显露出广泛的应用前景。
比如,葡萄糖的含量是衡量水果成熟度和贮藏寿命的一个重要指标,已开发的生物传感器可用来分析白酒、苹果汁、果酱和蜂蜜中的葡萄糖。食品工业中对食品鲜度尤其是鱼类、肉类的鲜度检测是评价食品质量的一个主要指标。目前,已开发出测定鱼降解过程中产生的肌苷一磷酸等物质的浓度,进而评价鱼鲜度的传感器。
近年来,环境污染问题日益严重,人们迫切希望拥有一种能对污染物进行连续、快速、在线监测的仪器,生物传感器能够满足此类要求。目前,已有相当部分的生物传感器应用于水环境监测、大气环境监测等领域。
军事医学中,对生物毒素的及时快速检测是防御生物武器的有效措施。生物传感器已应用于监测多种细菌、病毒及其毒素,如炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶尔森菌、埃博拉出血热病毒、肉毒杆菌类毒素等。
此外,在法医学中,生物传感器可用作DNA鉴定和亲子认证等。
4 DNA传感器未来发展趋势
目前,传感器的研究尚需在稳定性、可靠性方面寻求新的突破。只有打造更加稳定可靠的生物传感器,才能大幅拓展在临床检验方面的应用。
另外,传感器还将朝着微型化、集成化方向发展。随着微加工技术和纳米技术的进步,生物传感器将不断的微型化,各种便携式生物传感器的出现使人们在家中进行疾病诊断、在市场上直接检测食品成为可能。而且,未来的生物传感器必定与计算机紧密结合,自动采集数据、处理数据,更科学、更准确地提供结果,实现采样、进样、结果一条龙,形成检测的系统。随着这两个方向研究的不断深入,产品成本的逐渐下降,在实验室展现巨大应用前景的生物传感器,也将会“飞入寻常百姓家”。
还应该看到,生物传感器的研究本质上依仗的是生物学、电子学、材料学的不断进步。尤其新材料技术是人们研究必须密切关注的领域,它能促成生物传感器极大的飞跃。
摘要：承载着生命遗传物质的DNA分子,可作为检测基因损伤和错误的生物传感器,也可被用来诊断、治疗多种疾病。主要论述了DNA传感器工作原理、应用及未来发展趋势。
助力运动员突破极限 篇4
正在备战北京奥运会的中国体育健儿们，为了在北京奥运会上再获佳绩，再创辉煌，也得到了强大的科技支持。
在竞技体育科技攻关方面，一批项目已经取得重要成果。其中，“奥运会射击比赛用运动枪、弹研制”、“数字化三维人体运动的计算机仿真研究”等重点项目已经在近两年的国内外体育比赛中发挥了重大作用。
比如，“数字化三维人体运动的计算机仿真与分析技术”为雅典奥运会上我国跳水、蹦床等项目取得突出成绩作出了贡献。中国蹦床队总教练评价说，“中科院计算技术研究所的‘数字化三维人体运动的计算机仿真与分析技术’在训练中起了很大作用”。
这一系统以数字化三维人体运动员的计算机仿真技术、人体运动生物力学数据与真实人体运动数据为基础，以三维方式逼真模拟、设计、分析技术动作，具有很强的指导意义，可以帮助教练员更好地编排动作、优选备战方案。
在重点运动员技术保障方面，针对国家队备战奥运会的实际需求，保证我国体育健儿在优势和准优势项目上获得尽可能多的金牌，实施了“提高体能类项目优秀运动员竞技能力关键技术的研究”、“提高集体球类项目竞技运动水平的研究”等项目，解决了体育训练中的一些紧迫性、关键性问题。
数字三维人体运动
仿真分析技术
“数字化三维人体运动的计算机仿真与分析技术”研究成果在跳水和蹦床训练中使用后，跳水运动员在雅典奥运会取得6枚金牌。蹦床运动员首次参加奥运大赛就赢得一枚奖牌，用几年时间走完了别国选手二三十年的历程。
数字铅球
数字铅球能够实时检测记录运动员在投掷铅球过程中的三维力信息以及力随时间的变化曲线，在采集大量优秀运动员的投掷曲线的基础上，建立专家指导系统，为铅球运动员的训练提供科学依据和指导，为“科技夺金”提供科学的训练设备。
皮划艇实船测试分析系统
突破增长极限的新动力 篇5
20年前读过一本书，叫《增长的极限》（The Limits to Growth），书中一道法国儿童的题目给人印象极深。池塘里生长着一朵小百合花，百合花的体积每天按2倍速度生长，如果允许这朵百合花不受限制地生长，在30天里就会完全覆盖住这个池塘，闷死水中的其他生命。在很长的时间里，这种百合属植物似乎很小，所以直到它覆盖住这池塘的一半时，你还不必为修剪它担心。这究竟有多少天呢？答案当然是29天。你只有一天来挽救你的池塘。美国麻省理工学院研究员丹尼斯·米都斯在研究了人口、资源及污染等问题后，在书中提示我们，增长将突然地接近一个固定的极限。
近20年里，我国的经济飞速发展，出口迅猛增长，仿佛是一夜之间，中国已经成为名副其实的世界工厂。中国制造之所以能够这么快地占领世界市场，其中一个最重要的因素是低成本扩张。而同时带给我们的还有资源的过度开发、环境的破坏和劳工成本的低下。今天我们突然发现，这一切都在极快地接近于极限。各种工业原材料价格整体大幅度上涨；污染不仅严重影响着我们的生活，而且已经到了无法忍受的地步；而劳动力作为竞争的关键因素被严重透支，两年前华南地区的打工仔工资水平20年没有提高就是一个例子，今年春节后，原以为用之不竭的劳动力出现了奇缺的状况。
20年来，我国招商引资卓有成效，国内资本的增值也很快，资本的逐利本性使得国内外资本结合在一起，创造了中国的奇迹，也无限地向增长的极限接近。正是在这样的背景下，企业社会责任（CSR）话题摆到了我们的面前。这要求企业在追逐自利的单轨道之外，再加上另外一条轨道，那就是包括商业道德、劳工权益、环境保护等的社会责任。生意就是要赚钱，让投资者和股东有回报，这无可厚非。但商业的最终目的还是要让社会不断进步，只有把发展的车轮放在更稳定的双轨道上，中国的经济才有可能持续发展。所以，CSR得到了越来越多企业家的认同。
20世纪90年代，CSR作为一个正式概念被广泛认可，并逐步实现了体系化，如SA8000、道琼斯可持续发展指数、多米尼道德指数等。1999年联合国前秘书长安南提出了《全球契约（Global Compact）》，推动“企业生产守则运动”，要求企业自觉遵守涉及人权、劳工、环保、反腐败等领域的9项原则。中国一些有远见的企业也已经加入到全球契约中来。中远集团2005年就发布了可持续发展报告，魏家福总裁在报告中发表了总裁声明，“中远确立的战略发展目标不仅包括在世界航运上的领先地位，也包括为中国和世界经济贸易的繁荣和可持续发展作出新的贡献，履行我们的社会责任。”