统一测试模型

统一测试模型（共3篇）

统一测试模型 篇1

1. 统一威胁管理(UTM)

统一威胁管理,最早由Fortinet公司在2002年提出。2004年9月美国著名的互联网数据中心(Internet Data Center,简称IDC)提出将防病毒、入侵检测和防火墙安全设备命名为统一威胁管理(Unified Threat Management,简称UTM)。由IDC提出的UTM是指由硬件、软件和网络技术组成的具有专门用途的设备,它主要提供一项或多项安全功能,将多种安全特性集成于一个硬设备里,构成一个标准的统一管理平台。

从定义的前半部分来看,众多安全厂商提出的多功能安全网关、综合安全网关、一体化安全设备等产品都可被划归到UTM产品的范畴;而从后半部分来看,UTM的概念还体现出在信息产业经过多年发展之后,对安全体系的整体认识和深刻理解。

目前,UTM常定义为由硬件、软件和网络技术组成的具有专门用途的设备,它主要提供一项或多项安全功能,同时将多种安全特性集成于一个硬件设备里,形成标准的统一威胁管理平台。

2. 承前启后——面向下一代安全

在过去,信息安全意味着防火墙、VPN、防病毒网关、上网行为管理等无数让人眼花缭乱的安全设备。它们各自负责信息安全的某一个部分,如防火墙就像一堵墙,可以依据访问规则过滤特定流量,而VPN则用来实现两端之间的通信安全。

随着信息化的发展,人们日益认识到:安全是一个体系问题。只具有某一种功能的设备不能保障信息安全。为了解决这个问题,同时兼顾那些已经上马了很多独立安全设备的机构的需要,一种权益之计诞生了——产品联动。联动指的是不同的安全设备之间通过特定的接口实现功能互动。最常见的联动例子如:IDS与防火墙之间的联动,IDS检测到异常网络流量,并通知与之联动的防火墙,由防火墙生成动态策略阻断该异常流量。联动的缺点和困难是显而易见的:首先是不同厂商的产品之间联动很困难;其次是由于分立产品最初的设计理念限制了其扩展性,就算能够实现联动,这种功能也非常的弱小。所以,联动只是权益之计。

真正的进展来自于统一威胁管理的出现,这是一个水到渠成的发展必然。业界关于UTM与之前分立安全产品的比喻就是“瑞士军刀”[1],如图1所示。

UTM的快速发展,得益于如下几个重要原因:[2]

威胁的多样化,安全的复杂性;

企业对安全成本的控制;

安全管理人员对安全管理的方便性要求。

无疑,UTM是一个迷人的概念,是面下一代安全机制的必然选择,其发展受到业界广泛的关注,并且在将来一段可见的时期内,将会是众多安全厂商“激战”的焦点。

3. 统一威胁管理的现状

依据IDC2009年市场数据,UTM在整体IT安全硬件市场中占到了17.9%。

IDC的数据显示,经过四年的发展,UTM产品在最初的狂热和金融危机时期短暂的沉寂之后,进入了平稳发展的阶段。2007-2009年UTM市场规模如下图所示:

从UTM的行业发展来看,2009年很多国际厂商都不同程度上遭遇到了不小的阻力。国内厂商由于政府行业的庇护,情况要乐观很多。出于安全防御需求、部署实施和成本预算的综合考虑,政府和企业对于安全有着“简单化”的需求,这些“简单化”需求表现在选择部署、策略实施、安全防御、管理维护等方面[3]。而在运营商、金融、电力等行业,由于网络统一规划性比较强以及对性能的特殊要求,对UTM抱着观望态度,尚没有形成大规模的普遍需求。

4. 研究统一威胁管理模型的理由

作为权威的第三方测评机构,中国评测一直走在行业和潮流的前端,对焦点领域和产品一直有敏锐的视觉和密切地关注,所以对UTM一直在持续研究。

目前UTM市场上各厂商的技术的混乱性,建立一个容纳大多数厂商的产品实现,具备正确性、完备性、典型性的UTM技术模型就显得非常必要。模型得建立有效地加深我们对UTM的理解,同时对建立相关的标准和规范都具有重要指导意义。

建立统一威胁管理模型的理由多种。

目前国内外各家UTM厂商并未形成统一的看法,各家产品在功能、技术、机制上均存在差异。因此,一个容纳大部分主流厂商的技术思想和工作理念的模型是UTM标准的缩影。

UTM模型具有理论研究上的价值,从而能够在理论层面上统一各种不同的认识,从而为实践提供正确而长期的指导。

统一威胁管理模型天然具有的“弹性”,让其非常适合充当一个随着技术发展不断变化和成熟的工具。

5. 统一威胁管理模型

在我们的研究中,UTM模型如图4所示。其应该包含如下模块:访问控制模块、VPN模块、IPS模块、内容过滤模块、防病毒模块、反垃圾邮件模块、上网行为管理模块、日志与审计模块和流量管理模块[4]。

这些模块各自拥有自己的内容和相关技术,同时它们彼此之间并不是孤立存在的,而是存在内在的紧密联系,这正好体现了“统一”的观念。作为一个整体,其性能、管理与配置、稳定性和可用性受到关注。

限于篇幅,在此用一个表格的形式来描述UTM模型的结构和内容,需要指出的这些内容并不是全部,也不是恒定不变的。

6. 统一威胁管理的发展趋势

国家发改委2010年信息安全专项第三项“面向国家信息安全的安全标准体系及重要信息安全产品的关键标准”中明确指出:“重点支持信息安全相关标准的制订,以及验证环境的建设及应用,主要包括……安全监控与数据采集、数据灾备、统一威胁管理(UTM)、可信计算产品等安全设备类标准。”

从中我们可以看到:UTM的发展目前到了一个重要阶段。

从市场上,为了应对金融危机,中国政府将在未来两年内加大对基础设施的投入,同时优化产业架构仍是当前改革的重点之一,以信息产业为导向的高科技行业将会得到更好的发展。

稳定的市场刺激计划能够有效促进各行业对IT的投资,特别是政府、金融、电信、能源和交通等一些和政府相关的行业。在整体IT安全硬件行业持续增长的前提下,UTM也将得到更进一步的发展。

IDC预计,UTM市场在未来几年也将成为各个厂商重点发力的领域,在未来两年内,UTM市场会重新恢复到曾经的快速增长轨道。预计从2008年到2013年,UTM市场的复合增长率为27.7%。

从技术上,UTM未来的发展方向是如何在适当的硬件成本控制下提高性能[5];如何真正实现诸多安全功能之间的无缝融合,而不是简单的叠加以及如何统一标准。

参考文献

[1]费宗莲.UTM:抵御混合攻击的盾牌.计算机安全[J]中国,2009,第1期,96-97页.

[2]薛松,顾宁平.浅析UTM设备在信息系统中的应用.信息化研究[J].中国,2009,第4期,5-7页,19页.

[3]梁海军.基于UTM网络综合防御策略研究.网络安全技术与应用[J].中国,2010,第1期,21-23页.

[4]启明星辰.UTM(统一威胁管理)技术概论[M].北京:电子工业出版社,2009.

[5]Ying Zhang,Fachao Deng,Zhen Chen,Yibo Xue,Chuang Lin,“UTM-CM:A Practical Control Mechanism Solution for UTM System,”cmc,vol.1,pp.86-90,2010International Conference on Communications and Mobile Computing,2010.

统一测试模型 篇2

一、注会英语测试是一种专业化的英语水平考试

(一) 注会英语测试是一种英语水平考试

语言测试按语言测试的目的可以分为:水平测试、成绩测试、能力倾向测试、分班测试和诊断测试等五种。既不同于为了让教师掌握学生的语言水平而决定教材的难易、课时分配等问题对新生入学后进行的全面考查的分班测试, 也不同于用来预示学生学习某种语言的潜力和天赋类似于智商测试的能力倾向测试, 也不同于为了了解学生在某一阶段学习上的长处与短处而给教师提供教学效果或质量方面的信息如课堂小测验的诊断测试, 还不同于检查学生在某一课程中的学习进展情况的成绩测试如大学英语四六级考试。注会英语测试是一种英语水平测试, 其基本目的是用来衡量考生语言能力的考试, 正如国内的高考英语考试、研究生入学英语考试、公共英语等级考试 (PETS) 、国外的托福 (TOEFL) 、雅思 (IELTS) 考试等英语水平考试。目前, 注会英语测试为笔试, 考试时间为120分钟, 满分100分, 题型包括分为词语用法与语法结构、阅读理解、汉译英与英译汉、短文写作4个部分, 主要考查考生英语的语法和词汇识记能力、英语的读、写、译能力。

(二) 注会英语测试是一种专业化水平考试

注会英语测试不同于高考英语考试、研究生入学英语考试、公共英语等级考试、国外的托福、雅思考试等一般英语水平考试, 而是一种专业化英语水平考试, 因为其目的是为培养和选拔能够在英语环境中从事注册会计师业务的国际化人才, 主要考查重点为注册会计师在英语环境中工作的能力。注会英语测试专业化实指英语考试内容会计专业化, 应涉及到注册会计师从业所需的各专业知识, 既要包括会计、审计、财务成本管理、公司战略与风险管理、经济法、税法等专业知识, 还要涉及会计实务英语交际能力。《2009年度注册会计师全国统一考试英语测试纲要》明确指出, 考生应掌握经济、会计、审计、财务专业英语常用词汇。能读懂与经济、会计、审计、财务相关的英文文献等、能够撰写一般描述性、叙述性、说明性或议论性的英文文章, 写作的内容包括社会、文化、会计、审计、经济等方面的一般常识。

(三) 注会英语测试是一种全面能力的考试

既要考查考生的英语语言能力, 又要考查考生的会计专业方面的知识和技能, 并且这两种能力应该得到有机的结合而不是分开来检测, 因此, 注会英语测试是一种综合的专业化英语水平考试。

二、注会英语测试的信度与效度分析

(一) 注会英语测试的信度分析

注会英语测试的信度, 作为评估注会英语测试质量的一个最重要的标准, 是指测试结果的可靠性和稳定性, 即测试时对考生的会计专业英语水平提供可靠的度量。注会英语测试信度的高低说明的是测试结果在多大程度上反映了受试者真实的英语水平。理论上, 如果一个测试具有较高信度, 无论在什么情况下对同一考生施考多少次, 考生各次的测试成绩应该是一致的。尽管在测试实践中, 测试成绩受到其他非语言能力因素如测试的实施、考生的个人特征、平分人等影响而产生偏差, 但其主要取决于考生的注会英语能力因素。英语语言能力因素是一种抽象的心理能力, 从不同的角度有不同的分类。英语语言能力从表现形式方面可分为听、说、读、写、译等能力, 从英语语言习得方面可分为词汇能力、语法能力、语音能力, 英语语言能力在语用上主要指将英语语言规则用于不同的会计英语环境中的能力, 即英语交际语言能力。注会英语测试, 作为一种专业化英语水平考试, 应尽可能真实测试注册会计师们的真实语言能力。为此, 既要考查其听、说、读、写、译等能力, 又要考察其词汇能力、语法能力、语音能力, 此外, 还要考察他们在会计行业中英语交际语言能力。注会英语测试目前形式上包括约60%客观题 (关于词语用法与语法结构的完形填空2大题20小题, 20分和阅读理解4-5题共40分) 和约40%主观题 (汉译英与英译汉, 2题共20分, 和短文写作1题共20分) , 内容题材广泛, 涉及到社会、文化、会计、审计、经济等方面的一般常识。然而, 当前的注会英语测试考查了受试者的读写译能力、词汇和语法能力及会计行业中书面英语的交际能力而具有一定的信度, 却并没有考查受试者的听说能力、语音能力和会计行业中英语口的实际交际能力, 其直接结果可能是会计师们拥有的是“高分低能”的哑巴似英语而有背于“国际化会计人才选拔”这一初衷, 从而导致信度不高。

(二) 注会英语测试的效度分析

注会英语测试的效度是指考试在多大程度上测出预期要测量的东西或考试在多大程度上完成了预期的测量任务, 达到了预期测试的目标。效度有高低之分, 效度是一个相对的概念, 效度的有效性总是相对于一定的目的而言的。效度分为五种:结构效度、内容效度、同期效度、预测效度和表面效度。结构效度也称观念效度或理论基础效度, 是指注会英语测试是否以有效的英语语言观和英语语言学习观为理论根据;观念效度是会计英语语言测试的主要效度, 是一切其他效度的基础;内容效度是指注会英语测试的内容是否构成它要测试的内容的有效抽样。观念效度和内容效度属注会英语语言测试的内在效度。同期效度和预测效度属外在效度, 它们指测试结果是否或在多大程度上与一些外在标准相关, 又称标准参照效度。这些外在标准主要是指在同期或未来某个时间举行的被认为具有效度的另一相同性质的考试以及教师的评价等。表面效度是指注会英语测试从外观看上去被人接受的程度, 即看上去是否考查了它应该考查的内容。注会英语测试是以英语语言观和学习观为理论依据的, 具有较强的结构效度, 但作为专业化英语水平测试因其没有在内容上考查所有的英语语言能力和会计专业知识和技能, 并且有效的参照效度标准, 导致其效度不高。准参照效度的衡量最好是以当前国际上公认的同类考试为参照标准, 如英国的ACA专业资格考试, 让2009年5月13位首批获得ACA专业资格的注册会计师参加注会英语测试, 来衡量我国注会英语测试的效度。注会英语测试标准参照效度有待进一步研究。此外注册会计师全国统一考试英语测试自2006年首次举行以来, 已进行四次全国性考试。2006年共有1310人报名, 1037人参加考试, 共有558人取得合格成绩, 合格率为53.81%;2007年共有1049人报名, 805人参加考试, 共有311人取得合格成绩, 合格率为38.73%;2008年共有1273人报名, 950人参加考试, 共有344人取得合格成绩, 合格率为36.21%。与同期参加注册会计师考试的人数相比, 可以说是少之又少。究其原因, 除了报考的考生需具有大学英语六级或相当水平的规定外, 主要是因为“注会英语测试标合格成绩的人员将发给合格证书, 记入会员档案, 并在中国注册会计师协会组织高级人才培训时参考”规定的是作为参考, 而不是重要条件, 减少了其社会价值, 降低了注会英语测试的有效性, 有效地促进我国注册会计师人才的国际化。

三、注会英语测试的反拨作用及其原因

(一) 注会英语测试的反拨作用

反拨作用指注会英语测试对教学、学习及社会等产生的影响或反作用。作为注会英语测试社会效果质量标准的一个重要方面, 其反拨作用可以是积极的, 也可以是消极的。尽管非同类测试和测试的不同方面对教学与学习的影响可能存在程度的不同。反拨效应不仅对会计英语教学和会计英语学习具有意义, 而且对社会也会产生意义。追求良好的反拨效应是测试理论研究的永恒话题。人们期望注会英语测试能够引起正向反拨效应。注会英语测试的反拨效应是测试者关注的焦点。

(二) 注会英语测试反拨作用的原因

既然英语注会英语测试有消极的, 即负面反拨作用, 就要了解造成负面反拨作用的原因, 以便化消极为积极。注会英语测试产生负向反拨效应因素主要是由注会英语测试的内部因素 (注会英语测试自身的原因) 和外部因素 (注会英语测试的实施过程和社会对注会英语测试的期望值) 构成。注会英语测试自身的原因主要体现在注会英语测试内容、注会英语测试的结果、注会英语测试手段和方式、考生自身等方面。外部因素主要指功利性驱使下的应试心理和人工评卷环节存在着不确定的因素。任何性质和类型的注会英语测试在本质上都是对注会英语测试内容的抽样检验, 试题所涉及的内容只不过是应该检测的全部内容的一部分, 语言注会英语测试只能在一个有限的程度上反映了考生掌握应该掌握内容的情况, 结果, 一个考生的得分并不能完全准确反映出其是否掌握了应该掌握的内容。同时, 为了保证评分的客观、公正、可信, 为了维持大规模注会英语测试的信度, 现行的注会英语测试手段和方式就是多用客观题型, 这种题型只注重考察考生的鉴别语言信息能力, 而忽视了考生的提供语言信息的能力, 这使注会英语测试不可避免产生负反拨作用。此外, 人们尚未找到一种注会英语测试手段来设计真实反映语言运用实际情况的注会英语测试题型, 考生将精力集中在解题技术、技巧训练的应试上而忽视了注会英语语言的具体运用和能力的提高。这些因素带来的结果是注会英语测试的非精确性。语言注会英语测试不能精确测量出应该测量的水平或成绩。注会英语测试的开考, 本意是想最大限度地实现注会英语测试的正面反拨作用:促使考生在日常学习和工作中注重会计专业知识和技能的掌握同时, 注重提高自己的会计英语的语言交际能力;促使教师及教育培训机构以培养能用英语完成会计工作的综合性国际花人才为导向;实现整个会计行业的“走出去”战略。可是, 从参加语注会英语测试的人数、各教育培训机构的培养计划和方案、及通过注会英语测试的会计师们的实际英语会计交际能力等方面观察, 注会英语测试的积极反拨作用受到极大的影响。

新能源发电模型统一化研究 篇3

随着新能源发电在电力系统中的比例不断增加,其对电力系统的影响正在凸显[1]。新能源发电系统的准确建模是分析大规模新能源并网稳定性、安全性和可靠性等方面影响的关键之一[2]。目前,新能源发电暂态模型的获取大体有两种方式,一种是设备制造商和电站运行商提供,由第三方测试机构对模型进行测试认证[3]。该方式可以使新能源发电模型的准确性得到有效解决,且所提供的模型可以描述新能源电站各发电单元的详细动态特性;但对于主要关注正序动态特性的电力系统安全稳定分析而言,模型过于复杂,随着新能源电站规模的扩大,仿真耗费的资源也让用户难以接受[4,5,6],因此,往往需要对模型进行合理的简化。同时,该方式下,由于模型开发具有针对性,与发电形式和装置都存在较强的对应关系,对于包含多种形式新能源发电的系统或不同型号装置的电站而言,会存在建模工作量大、模型复杂易出错、不便于仿真软件模块化和标准化实现等问题。此外,由于受到保密协议的限制[7],数据转换、模型验证,以及控制策略改进和实现等都无法由协议以外的研究和工程技术人员实现,这无疑给新能源发电模型的发展和推广应用带来障碍。

在常规能源发电中,同步发电机、励磁、调速和电力系统稳定器(PSS)等模型已被统一化,电气与电子工程师协会(IEEE)推荐的模型可方便地在不同厂商、不同型号或系列产品间互通,并被广泛接受[8,9]。由此引出建立新能源发电暂态模型的第2种方式,即在新能源发电暂态模型统一结构的基础上,以试验或测试数据为基础,利用参数辨识技术,获取模型参数,以实现对新能源发电系统的合理建模[10]。该方式的难点在于模型参数辨识与验证环节试验或测试数据的获取,但相较第一种方式,所得模型易于在电力系统安全稳定分析中推广应用,对于模型自身的发展也大有裨益。因此,该方式自新能源发电统一模型结构提出以来[11,12],便显示出强大的生命力,持续得到关注[13,14,15]。随着技术进步和信息透明度的不断提升,技术瓶颈也将会逐渐得到弱化。

现阶段,新能源发电机电暂态模型、参数测试、参数辨识和模型验证等方面都已取得了丰硕的研究成果[16,17,18,19,20],作为这些成果从理论到推广应用的基础和必要条件,其统一化技术研究的开展将具有实际意义。所谓模型统一化[10],是指对于具有类似并网接口和控制的新能源发电系统,所提出的模型应具有较强的适应性,模型参数不依赖于厂商提供,可通过测试和辨识等手段获取,并且可通过合适的模块选取和参数设置实现对不同新能源发电形式与不同产品动态特性的描述。

本文首先介绍新能源发电统一模型的发展过程,回顾其研究现状,在此基础上,提炼新能源发电统一模型的共性特征和适用范围,对其进一步完善和发展的方向进行探讨,以明确下一步研究思路。

1 发展过程

新能源发电暂态模型统一化的发展过程如图1所示。新能源发电统一模型的起源为复杂的三相详细模型,也称为PSCAD型模型[15],该模型考虑电力电子装置的快速动态特性,主要用于控制器的设计和详细动态特性分析。通过忽略详细模型中与正序计算无关的部分,可以推导得到正序暂态模型。这两个模型由厂商持有,对外保密。

在正序暂态模型的基础上,提炼不同产品的共性,得到的模型即为暂态通用化模型,例如,美国通用电气公司于2003 年发布的风电机组模型[11,12]。暂态通用化模型降低了研究和工程技术人员对厂商的依赖程度,但遗憾的是其仍离不开产品个性环节的支撑,如Cp曲线等。

为了绕开厂商对模型的限制,使之适用于大电网仿真,围绕国际电工委员会(IEC)定义的4 类风电机组[21],即:① 定速风电机组(Type1 WTG);②滑差控制变速风电机组(Type2 WTG);③双馈变速风电机组(Type3 WTG);④全功率变频风电机组(Type4 WTG)。研究和工程技术人员通过忽略模拟快速动态特性的环节,保留合理的共性模块,简化受保密限制的环节,分别建立了Type1 WTG至Type4 WTG简化模型,即第一代风力发电统一模型,并取得推广应用[22,23,24]。

在模型适应性验证与优化环节,伴随越来越多研究人员和设备厂商的加入,人们逐渐对第一代风力发电统一模型的正确性和适应性提出质疑,并不断对其进行优化和改进,从而形成第二代风力发电统一模型,即风力发电统一模型[25]。风力发电统一模型的模块化特征明显,各功能模块具有相对标准的形式,扩展性强,从而可有效减少模型在设计、建立和应用过程中的重复性工作。

光伏发电系统中含有与Type3 WTG和Type4WTG类似动态特性的电力电子并网接口,模型中部分模块可以通过参数设置与风力发电实现通用[26,27],从而使风力发电统一模型的适应性得到拓宽,并可以预测,随着电力电子并网接口的不同形式新能源发电系统的不断涌现,其适应性将不断提升。

2 研究现状

新能源发电系统模型研究有个性化和统一化两个方向。个性化的模型主要从系统各自特征出发,致力于分析新能源发电系统动态过程的物理特性,设计和完善控制系统,建模时需计及因产品不同而产生的差异,模型复杂和多样化。统一化的模型从个性化模型演变而来,并随着以风电和光伏为代表的新能源发电装机容量不断增加而日益受到关注。下面将以新能源发电模型统一化的发展过程和技术环节为线索,分模型简化、模型改进、模型验证和模型开发4个部分,对新能源发电统一模型的研究现状进行回顾和综述。

2.1 模型简化

面向电力系统安全稳定分析的需求,对新能源发电系统详细模型进行简化是建立新能源发电统一模型的有效途径。对于风力发电,模型简化主要围绕发电机、变流器及其控制系统、风力机与传动链模型展开[28,29,30,31,32,33,34,35,36]。文献[28-30]对双馈感应发电机的五阶和三阶模型进行了对比研究,发现由于三阶模型忽略了故障发生时刻的制动转矩,模拟的发电机去磁过程要快于实际情况。因此,对于双馈风电系统,故障清除过程将需要更大的无功功率支撑,电压恢复变慢。这样,采用三阶模型对发电机转子过速或电网故障恢复的仿真结果将偏于保守。文献[31]基于同步发电机模型及转子位置角与动态稳定的关系,指出对于电力系统稳定分析,异步电机的定子暂态过程可以忽略;在此基础上,文献[32]进一步指出转子动态过程也可不予考虑,发电机的电气部分可简化为代数方程,从而使发电机模型得到充分简化。文献[33]在计及Crowbar作用的基础上,对双馈风电系统进行简化,通过忽略定子暂态过程,将发电机模型从五阶降至三阶,但是变流器控制系统中仍然包含了响应快速的电流环,仿真过程中,仿真步长的设置受到限制,影响了仿真资源的有效节约。文献[32,34]忽略了发电机定子和转子动态,并认为变流器可以等效为受控电流源,其电流控制与跟踪过程瞬间完成,即可以忽略电流环的作用,认为:

式中:ig为变流器输出电流;igref为输出电流参考值。

考虑到变流器输出对控制指令的响应时间,文献[35-36]将变流器简化为一阶惯性环节。

风力机空气动力学模型简化的动机主要在于其功率系数Cp与桨距角和叶尖速比呈高度非线性,且气动特性为厂商所保密[37]。幸运的是兆瓦级风电机组的转子具有较大的惯性时间常数,在电力系统典型扰动下,机组转速变化较小,可以将叶尖速比λ近似看作为常数,从而使功率系数Cp在初始运行点附近线性化成为可能。基于此,文献[38]指出,风力机机械变化率 ΔPmech与桨距角变化率 Δθ,风速Vw与机械功率Pmech,以及桨距角θ与风速Vw均可用线性关系近似表达,具体为:

传动链模型简化的动机与风力机空气动力学模型类似,即详细传动链模型中包含了大量受保护的参数,尤其是阻尼控制器的相关信息,因此,迫切需要构建一个通用化的阻尼方程替代厂商持有的阻尼控制算法,或者采用简化质量块—弹簧模型代替详细传动链模型。文献[37]将采用双质块模型的风电机组动态特性与采用详细传动链模型的风电机组进行比较分析,得出通过合理设置阻尼系数,双质块模型即可近似模拟实际传动链动态特性的结论,为传动链模型的合理简化奠定基础。文献[39]对采用等值模型描述风电场时,不同扰动,例如风速波动和塔影效应等,对功率振荡模式的影响进行了深入研究,结果表明,对于具有一个功率汇集点且机型相同的风电场,传动链模型可以采用单质块模型近似等值。

鉴于上述,为适应电力系统机电暂态的需求,风力发电的模型得到了有效简化,具体如下。

1)忽略发电机的定、转子动态过程及变流器的开关动态过程,发电机电气部分与变流器采用受控电流源等效,而变流器输出对于控制指令响应的时间延迟可采用一阶惯性环节描述。

2)Type3 WTG的定子与电网直接相连,转子侧通过变流器与电网连接,由于变流器的响应很快,致使感应发电机的外特性很大程度上受电网控制。因此,与同步发电机组不同,从电网侧看,Type3WTG呈现的并网特性由变流器及其控制系统而非其本身的物理特性决定,故对于电网而言,与Type4WTG一样,Type3 WTG可用受控电流源作为并网接口。

3)风力机空气动力学模型可采用 ΔPmech与 Δθ,Vw与Pmech,以及θ与Vw的线性关系近似表达;单质块传动链模型在很大程度上可较好满足电力系统安全稳定分析的需要。

光伏发电模型简化主要针对变流器及其控制系统、光伏方阵两个方面,前者与具有电力电子并网接口的Type3 WTG和Type4 WTG类似,不再赘述。基于二极管等效电路的光伏方阵详细模型包含多个难以获取的技术参数,属超越方程[40],给建模和求解带来困难,因此有文献对光伏方阵输出特性的工程计算进行研究,提出了基于光伏组件厂家提供的5个产品参数(标准测试环境下的开路电压Uoc、短路电流Isc、最大功率点输出功率Pm、最大功率点处的电压Um和最大功率点处的电流Im)的工程模型[41],将光伏方阵的输出特性计算公式变为显式,可在工程精度下,对任意辐照度和温度条件下的光伏方阵输出特性进行复现。在此基础上,文献[42]指出光伏方阵输出特性在一定范围内对温度的灵敏度不高,建模时可通过引入补偿系数来体现温度的影响,或者予以忽略,光伏方阵模型进一步简化为单输入单输出环节,即

式中:P为光伏方阵输出功率;Sref为标准测试条件下的太阳辐照度,一般取1 MW/m2;S为太阳辐照度;b为电池材料相关常数,对于硅材料构成的光伏组件,典型值为0.000 5m2/W;e为自然对数的底。

由于b(S-Sref)/e接近于0,因此可对式(5)进行泰勒展开,忽略高阶项,将式(5)简化为:

从而使光伏方阵模型得到充分简化。

2.2 模型改进

新能源发电统一模型的改进是一个循序渐进的过程,自2003年以来,陆续有多个国际组织密切关注和跟进[43],包括美国西部电力协调委员会新能源建模工作组(WECC REMTF)、国际大电网会议(CIGRE)、国际电工委员会TC88 WG27 工作组(IEC TC88 WG27)和美国国家能源部可再生能源实验室(NERC)等。截至2010年,其取得的主要成果[25,26,27,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60]简要归纳如图2所示。

由于Type1 WTG和Type2 WTG结构简单,且市场占有率逐渐降低,很多主机厂商已停止生产[61]。自2012年11月WECC REMTF组织的关于Type 1 WTG和Type 2 WTG虚拟调速器(pseudo turbine governor,PTG)讨论会上,Enernex提出具有说服力的PTG模型后[25,57],Type1 WTG和Type2 WTG的模型改进便呈盖棺之势,后续调整甚微。

毫无疑问,Type3WTG和Type4WTG已构成风电市场的主流机型,由于不同产品动态特性不尽相同,如何在模型中既考虑到各设备的共性特征,又能对其差异化的特性进行展现,Type3 WTG和Type4 WTG统一模型从建立伊始,便得到持续关注,研究队伍不断壮大,研究成果也层出不穷[43]。目前,Type3WTG和Type4WTG模型已具有高度统一的模型结构和模块化特征。组成Type3 WTG和Type4 WTG模型的7 个模块分别为[25,47,53]:①发电机/变流器(REGC_A);②电气控制(REEC_A);③ 传动链(WTGT_A);④ 风力机(WTGAR_A);⑤ 桨距角控制(WTGPT_A);⑥ 转矩控制(WTGTRQ_A);⑦场站级控制(REPC_A)。

模块搭配如表1 所示。其中,Type4 WTG有两类,分别为Type4A WTG和Type4B WTG,区别在于研究对象有无关注风电机组的机械振荡,对于关注机械振荡的Type4A WTG模型需计及传动链的作用。

不同于风力发电,光伏发电系统没有旋转部件,模型包含3 个模块[52,55]:① 变流器(REGC_A);②电气控制(REEC_B);③场站级控制(REPC_A)。其中,REGC_A和REPC_A与Type3 WTG和Type4 WTG中的对应模块通用,REEC_B是在Type3 WTG和Type4 WTG的REEC_A基础上对电流限幅环节进行简化得到。

2.3 模型验证

模型验证是新能源发电统一模型改进和发展过程中不可或缺的部分,其关键在于获取详细模型及有效的试验测试和运行数据[54]。在这一方面,美国电力科学研究院(EPRI)与上述各组织、NREL、圣地亚国家实验室(SNL)(Sandia National Laboratory),以及多家设备厂商(ABB,Siemens,Nordex,Enernex,Enercon,GE,Vestas等)积极协调,开展了卓有成效的工作[25,47,53,62]。目前,Type3WTG和Type4 WTG的7 个功能模块中,除REPC_A模块外,其他6 个模块均通过验证。 此外,很多文献在分析实际系统时,风电机组或风电场模型从这7个模块中选取搭配,模型的正确性和适应性也可从合理的分析结果中得到验证[63,64,65,66]。

光伏发电统一模型是在风力发电基础上改进得到,目前,EPRI正在积极协调开展其各模块及整体模型的验证,预计1至2年内完成[26]。

2.4 模型开发

目前,风电和光伏发电统一模型已在GE PSLF和PTI PSS/E仿真软件中得到开发和应用[67,68],由丹麦技术大学风能学院与电气技术中心负责的基于DIgSILENT PowerFactory仿真平台的Type1WTG至Type4 WTG统一模型开发工作也基本完成[69],随着软件版本的滚动更新,不久将会发布。

3 模型特征与适用范围

3.1 模型特征

根据上文对新能源发电模型统一化研究的评述,结合电力系统机电暂态仿真的具体需求,总结归纳新能源发电统一模型的特征[15,25,44,45,46,47,70,71,72]如下。

1)公开性:模型结构及所需参数不依赖于厂商,用户对模型的使用和修改不受保密协议限制。

2)模块化:新能源发电系统模型划分为若干个具有明确功能定义和输入/输出的独立功能模块,可根据需要,选择不同模块搭配构成相应的新能源发电系统模型。

3)参数化:通过对选取模块进行合理的参数设置,即可对相应产品的动态特性进行准确模拟,其中,模型参数可基于试验/测试数据,采用参数辨识等手段获取。

4)扩展性强:为用户和模型的后续发展留有备用接口,以便模型的更新换代,用户可通过自定义模块与模型提供的接口连接,实现期望的功能。

5)可跨平台移植:模型的设计和建立不局限于某一特定的仿真平台,在不同仿真平台中具有相同的结构和参数等。

6)正确性:各功能模块与系统整体模型均得到与高阶模型仿真结果、测试和运行数据的对比验证。

3.2 适用范围

新能源发电统一模型是从电网需求的角度,在详细模型的基础上简化得到,主要用于典型时域和频域内的电力系统正序稳定分析,重点关注发电单元/电站的功率特性等,而对发电单元的快速动态特性,如发电机内的磁场变化等,一般不予考虑。仿真过程中,风速和辐照度等一次能源输入均认为保持恒定,因此,新能源发电统一模型不适用于电磁暂态和中长时间尺度方面的仿真分析,对于一些特定的研究,仍需详细模型或对新能源发电统一模型进行改进。 具体地,新能源发电统一模型的适用范围[12,15,26,50,51,52,53,54,55,56,57,58]如表2所示。

表2中对于风电而言,当发电机出力低于额定功率时,桨距角设定在最小值,一般为0°,风速由初始化计算得到,当发电机额定功率运行时,需要用户先设定一个合理的风速值,桨距角由初始化计算得到。此外,目前新能源发电统一模型只适用于描述可等值为一台机组的新能源电站[25,53]。

4 进一步完善和发展

准确的模型是开展电力系统安全稳定分析的关键,也是开展相关研究的基础[73]。随着新能源发电技术的快速发展,风电、光伏发电装机规模的进一步扩大,对新能源发电模型准确度的要求也越来越高。此外,大量电力电子设备并网形式的新能源发电技术层出不穷,采用统一的模型结构表征具有共性的新能源发电系统,用不同的参数描述差异化特征已成为新能源发电建模技术发展的方向之一。因此,新能源发电统一模型尚需进一步完善和发展,具体包含如下5个方面。

4.1 模型准确性的验证

模型的充分验证一般需要经过与详细模型、测试数据及运行数据的对比[54]。目前,由于缺乏有效的实际数据,REPC_A模块及光伏发电模型还有待验证与改进。

美国GE公司于2003年提出的风电机组模型构成了新能源发电统一模型的最初雏形[11,12],随后在国外学术组织和设备厂商的努力下渐趋成熟。换句话说,新能源发电统一模型的设计、建立和验证都是基于国外几大设备厂商相关产品完成,国内大多是直接应用,具有一定的盲目性。因此,以现有研究成果为基础,针对国内市场主流设备进行适应性验证与优化,兼容其个性特征,不仅有利于提高新能源发电模型的统一化程度,同时也为模型的深化研究和推广应用奠定坚实基础。

大量电力系统工程研究和事故仿真表明,参数与模型对系统仿真精度和可信度有重大影响[74]。如何快速有效地对新能源发电统一模型的参数进行辨识,对模型的正确性与适应性进行验证与评估,对模型中不尽合理的环节进行定位和修正,近年来,随着测量技术的快速发展,特别是具有统一时标同步相量的广域测量系统(WAMS)的不断推广应用,为其研究的开展提供了新思路。

4.2 模型功能的完善

短路电流计算是电力系统规划、设计、运行中必须进行的计算分析工作[75]。新能源发电统一模型用于短路电流计算时的仿真结果偏于保守,会间接影响新能源消纳,产生不必要的投资浪费。造成这一问题的主要原因是故障分析过程中,新能源发电统一模型未考虑发电机定、转子及变流器直流等环节的快速动态特性,导致故障发生与恢复瞬间,难以模拟电机内及并网接口的无功功率的动态变化过程。随着新能源发电装机容量的不断增长,尤其局部电网中新能源渗透率的不断攀升,包含新能源电站电力系统的短路电流计算显得愈发重要。如何改进新能源发电统一模型,尤其是对无功控制环节进行优化,使得其仿真结果能够更为有效地反映实际情况,是拓宽模型适用范围的一个方向。

新能源电站运行对电网电压存在一定的影响,尤其对于大规模接入薄弱的末端电网时,电压稳定问题更加突出。新能源电站需配置相应容量的无功补偿设备,对系统进行适当的无功补偿,各国电网公司对此也均有规定[76,77]。目前,新能源发电统一模型中尚无无功补偿装置的模型,各模块也没有计及无功补偿装置的特性,仿真过程中,用户需根据需求,自定义无功补偿装置的模型,给新能源电站模型建立带来不便。因此,充分考虑无功补偿与新能源电站运行的关系,建立无功补偿装置模型,使之固化为统一模型中的一个可选模块,或者通过对现有模块进行优化,以计及无功补偿装置动态特性的影响,将有助于准确模拟新能源电站的动态过程,提升包含新能源电站的电力系统仿真分析的可信度。

4.3 模型适应性的提升

风能和太阳能等一次能源的间歇性和随机性给电力系统安全稳定带来的影响越来越大,储能系统作为平抑新能源电源功率波动的重要手段被广泛关注[78]。目前所开展的储能建模一般都是基于特定的储能系统,研究能量存储元件的充放电特性、控制系统的设计等[79,80,81],其模型精细至电力电子元件,主要致力于改善储能系统的工作特性。新能源发电统一模型属机电暂态时间尺度,通过立足于新能源发电统一模型,建立可体现响应时延、充放电速率限制、容量限制及发出无功功率限制等特性的储能系统统一模型,对于研究储能系统对电力系统机电暂态过程的影响,反映不同储能系统的并网特性及对电网安全稳定的支撑作用,具有实际意义。

除双馈、直驱和光伏发电系统外,诸如波浪能发电和单轴微型燃气轮机等都含有电力电子并网接口,并且随着电力电子技术的发展和对新能源发电的深入开发,呈现增多趋势[82,83,84]。这些发电系统也是采用有功和无功解耦控制,与风电和光伏系统的控制方式类似。目前,光伏发电统一模型与含电力电子并网接口的风力发电模型对应模块通过参数设置可实现通用,那么该模型对于诸如波浪能发电和单轴微型燃气轮机等其他含有电力电子并网接口的发电系统是否具有良好的适应性,值得研究。

4.4 发展趋势

由于中国电源结构所承载的调峰调频能力不足、大规模远距离输送引起的系统电压稳定性薄弱以及风电机组和光伏系统故障穿越能力的缺失,导致风电和光伏发电的弃风与弃光现象严重,脱网事故频发,造成电网对新能源的消纳能力偏低[85,86]。随着技术的不断进步,风电机组将普遍具备较强的故障穿越能力,而光伏发电实现故障穿越难度较小,场站级的安稳控制措施也将日趋完善,因此未来由于新能源发电自身性能导致的系统暂态安全稳定问题将会越来越少,影响新能源消纳的主要矛盾逐渐转变为系统调峰与调频、大规模基地的电压稳定,以及暂态稳定之后的长过程动态稳定性等,属中长期过程的系统运行范畴,因此,在研究上述问题时,对系统仿真的模型也提出了新的要求。新能源发电统一模型在详细模型的基础上,忽略了诸如发电机定、转子磁链变化、直流电压暂态以及变流器控制环节的电流环等快速调整环节,以适应机电暂态仿真的需要。中长时间尺度的仿真,除对一些快速环节进一步调整或正确处理外,还需考虑一些电磁与机电暂态中忽略或不予重视的环节,例如新能源发电与调度安排出力计划或自动发电控制(AGC)调控的协调配合过程、风光资源的动态特性等。为此,研究适用于中长期时间尺度的新能源发电统一模型,揭示含大规模新能源电源的电力系统中长期动态特性,将有助于解决制约大规模新能源消纳能力的调峰、调频和电压稳定等问题。

5 结语