分布电源系统（通用11篇）
分布电源系统 篇1
1 分布式能源系统概述
分布式能源系统是在用户处建立的冷热电联供的能源系统, 直接面向用户, 按用户的需求就地生产并供应能量, 具有多种功能, 可满足多重目标的中、小型能量转换利用系统。通常受热用户距离分布所限, 一般限制距离2 k m以内, 经济距离小于1.5km。分布式能源系统的规模较小, 分散设置, 可以是几千瓦, 也可能达MW级。
分布式能源系统可包括燃气冷热电联供能源系统、可再生能源发电系统、生物质发电系统、燃料电池发电系统等。燃气冷热电联供能源系统是以一次能源—燃气如天然气为燃料, 通过燃气发电装置在生产电能的同时对外供热、供冷, 满足各类建筑物或建筑群等终端的用能需求, 实现一次能源的梯级利用, 提高能源利用效率。
有资料显示美国已有6000余座分布式能源系统。2006年一些国家分布式能源占电力市场的比例:英国为7%, 日本为14%, 印度为18%, 芬兰、德国、荷兰、捷克已达38%, 丹麦已达53%。我国北京、上海、广州等地已建设了一些分布式能源项目。
2 分布式能源冷热电负荷
分布式能源系统实行冷热电联供, 需按准确的冷热负荷确定其系统容量。系统高效运行的关键在于冷热负荷的匹配及其对能源的梯级利用规则。分布式能源系统的供冷负荷大多是夏季空调和一些需要控制温度的特殊生产工艺需求;而其热负荷主要有建筑供暖、种植和养殖环境温度控制和提供生活用热水, 前两项是季节性的, 生活热水需全年供应;在满足供冷、供热的前提下, 若生产的电力不足, 则需要从主电力系统中补充, 若有盈余也可输送给主电力系统, 平衡调度。
3 燃气冷热电联供分布式能源系统的主要形式
系统及设备配置方案的制定需考虑系统规模不同、终端用户负荷波动变化情况和使用要求的不同以及所在地区的具体条件等因素, 经技术经济比较确定。
(1) 燃气轮机发电装置—余热锅炉—抽凝式汽轮机—烟气/热水换热器—蒸汽吸收式制冷机;该系统适用于具有一定规模的区域型冷热电联供能源站, 采用重型或轻型燃气轮机, 发电能力可达50~500MW。 (2) 燃气轮机发电装置—余热直燃机—电制冷机—燃气锅炉; (3) 内燃机发电装置—热水型吸收制冷机—电制冷机—燃气锅炉; (4) 微型燃气轮机发电装置—余热直燃机。
4 冷热电联供分布式能源系统设计要点
(1) 冷热电联供分布式能源系统应本着电能自发自用、热电平衡的原则。以热、冷负荷定电, 充分利用余热, 发电能力充分发挥。发电系统的发电能力一般控制为其供热、冷范围电力负荷的20%~30%。系统的设备配置和运行模式应经技术经济比较后确定。 (2) 冷热电联供分布式能源系统宜采用电力并网的运行方式。以便于平衡调度, 当装置自身电力有所盈余时可并网发电, 当自身发电不满足自身所需时候可从电网补充。 (3) 分布式能源系统的年平均能源利用率应大于70%, 余热利用率应大于60%。 (4) 当发电余热不能满足设计冷、热负荷时, 应设置补充冷、热能调节补充设备, 如吸收式冷、热水机组、压缩式冷水机组、热泵、锅炉等。条件允许时, 应采用蓄冷、蓄热装置, 以达到调峰节能、减缓系统负荷冲击的目的。 (5) 主机 (燃气轮机或燃气内燃机) 余热利用常采用以下几种基本形式:
主机余热经余热锅炉或换热器产生蒸汽或热水。蒸汽、热水直接利用或进人吸收式冷、热水机组制冷、供热;主机余热直接进人余热吸收式冷、热水机组制冷、供热;主机各部分余热分别利用, 烟气进人余热吸收式冷、热水机组制冷、供热。冷却水进人换热器供热水。条件许可时, 应采用热泵机组及设置蓄热 (冷) 装置。当热负荷主要为空调制冷、供热负荷时, 余热利用设备宜采用吸收式冷、热水机组, 直接利用烟气和高温水热量。当热负荷主要为蒸汽或热水负荷时, 余热利用设备宜采用余热锅炉, 将发电余热转化为蒸汽或热水再利用。
(6) 分布式能源系统发电设备可采用小型燃气轮机、微型燃气轮机、燃气内燃机。当发电机组孤网运行或兼作备用电源时, 发电机组数量不宜小于2台。孤网运行时应考虑备用措施。 (7) 应采取措施降低系统的废气排放浓度, 满足环境保护排放要求。
5 分布式能源系统的能源利用效率和环境保护效益
燃煤纯凝汽式电厂平均热效率约为34%, 最高热效率可达50%, 热电联产机组的热效率根据热负荷情况可有不同程度的提高;大型燃气—蒸汽联合循环供热机组, 在充分供热的情况下, 其热效率可达70%~80%;分布式能源系统按冷热电联供, 在满足供冷供热负荷要求的基础上发电的原则设计, 匹配终端热负荷及温度要求, 实施热能梯级利用的原则, 其总体能源利用效率可达70%~90%, 分布式能源系统最高能源利用效率可达95%。
6 结语
分布式能源系统是清洁能源的良好载体, 主要采用天然气, 辅以合适的可再生能源, 其环境保护效率比燃用天然气的燃气—蒸汽联合循环的供热机组更好。近年来得到广泛的应用和发展。是将来资源综合利用的必然途径之一。
参考文献
[1]隋军, 金红光, 林汝谋, 徐建中.分布式供能及其系统集成[J].科技导报, 2007.
[2]刘猛, 郑丹星.分布式冷热电联供系统的节能率指标体系研究[J].标准科学, 2013.
分布电源系统 篇2
Katta可用于大量、重复、索引的碎片，以满足高负荷和巨大的数据集。这些索引可以是不同的类型。当前该实现在Lucene和Hadoop mapfiles
让大型高负荷的索引变简单
能为许多具有大型Lucene或Hadoop Mapfile 的索引碎片的服务器提供服务
在不同服务器上复制碎片以保证性能和容错性
支持插件化的网络拓扑
故障管理
快速、轻量级、易于集成
与Hadoop集群工作良好
Apache License,Version 2.0
移动通信室内分布系统设计 篇3
【关键词】移动通信；室内分布；规划设计
一、前言
随着社会经济的不断发展，城市化进程逐步加快，各种大型建筑越来越广泛地分布于城市之中。室内分布系统的建设，可完善大中型建筑物、重要地下公共场所及高层建筑的室内信号覆盖，提高移动电话接通率，较为全面地改善建筑物内的通话质量。同时，使用室内分布系统还可以分担室外宏站话务，扩大网络容量，整体提高网络服务水平。
二、室内分布系统的组成及类型
室内分布系统是指基站信源射频信号通过无源器件进行分路，经由馈线将无线信号均匀地分配到每一幅室内小功率低增益天线上，从而实现目标区域信号的良好覆盖。
1、室内分布系统的组成
（1）信号源：主要包括宏蜂窝、微蜂窝、分布式基站以及直放站等。（2）天馈分布系统：包括馈线、干线放大器、功分器、耦合器、合路器、电桥、天线等设备。
2、室内分布系统的类型
（1）同轴电缆分布系统 同轴电缆分布系统将信源输出的能量通过功分器、耦合器等无源器件合理分配，经同轴电缆和天线将能量均匀分布到室内各区域，其特点是性能稳定，造价低，设计方案灵活、易于维护和线路调整，可兼容多种制式的通信系统。
（2）光纤分布系统 光纤分布系统利用单模光纤将信号传输到建筑物内部的各个位置。光纤分布系统的传输损耗小，传输容量大，不受电磁干扰，性能稳定可靠。光纤分布系统适于远距离的信号传输，但需增加专门的光电转换设备，因此成本较高。
（3）泄漏电缆分布系统 泄露电缆分布系统利用了泄露电缆兼具信号的传输和收发特性，替代了传统同轴电缆分布系统中馈线和天线的功能，可以使信号通过泄露电缆均匀分布到室内的各个区域。泄露电缆分布系统具有传输损耗均匀，信号稳定等特点，但是其造价高，线径大，施工困难，通常只用于对地铁、隧道等特定环境的覆盖。
三、室内分布系统的设计
室内分布系统设计整体上分为设计准备阶段和设计阶段两部分，设计准备阶段主要用来完成现场数据资料的收集，室内覆盖分析，通过对室内覆盖能力、容量需求的分析，为后面的设计阶段的工作提供支撑。设计阶段主要围绕信源选取、天线布局、馈线布放等环节展开。
1、设计准备阶段
（1）现场资料收集 现场资料收集的目的是通过对网络覆盖区域的基本信息、市场需求、业务分布等进行细致了解后，获取数据化的资料，作为后期网络规划的输入。资料收集和分析的具体内容包括：场景特征、用户业务需求信息、现有网络资料等。
（2）室内覆盖分析 与室外宏基站的规划设计类似，室内分布系统也是通过合理的功率分配和天线布放来实现良好的覆盖。链路预算是功率分配的基础，最终目标是计算覆盖半径，即评估从信号源发射的无线信号经过分布系统的各个射频器件以及空中接口的无线传播之后是否能够满足系统覆盖边缘的功率要求。
（3）室内容量分析 进行容量估算时，需要充分考虑到室内分布各区域的容量需求，对信源目标覆盖区域进行话务量预算。在小区划分和配置上充分考虑到覆盖区的用户需求，确保各场景业务需求量大的区域有足够的容量支撑。室内容量估算首先需考虑用户的业务类型，依据业务量模型来计算等效话务量，并依据相关业务质量要求来估算网络的配置容量。
2、设计阶段
（1）信源的选取
信源即室内分布系统中无线信号的来源，常用的信源有：宏蜂窝、微蜂窝、分布式基站、直放站。进行室内分布系统的设计时，应根据覆盖、容量等各方面的情况，并充分考虑投入成本，从而确定室内分布系统的信号源。选取信源时应主要注意以下几条原则：①应根据室分系统中天线口输出功率的要求，来确定信源的输出功率；②应根据室分系统的预测容量来确定信源的配置和种类；③选取信源时还应考虑将室分系统的电磁辐射水平控制在标准范围内，以达到环境保护的要求；
（2）馈线系统设计
对于新建室分系统，原则上电缆主干大于等于30m的使用7/8”馈线，平层电缆大于等于50m的使用7/8”馈线，平层电缆小于50m的宜使用1/2”馈线，若天线口功率不满足要求，则使用7/8”馈线。馈线布放应该走线牢固、美观、不可有交叉、扭曲、裂损的情况，需要弯曲时，角度应平滑，弯曲半径不能超过规定值。
（3）天线选取及设置
设计时应根据建筑物结构情况采用不同的天线，主要应该遵循以下原则：①一般情况下可以采用室内全向吸顶天线；②如果建筑物中有中空的天井结构或者大型会议室、餐厅等空旷结构，可采用定向天线大面积覆盖；③對于TD-LTE的MIMO双路系统，若采用单极化天线，建议双天线尽量采用10λ以上间距，为1-1.5m，如实际安装空间受限双天线间距不应低于4λ（0.5m）。
（4）分区与分簇
多制式系统室内覆盖的分区分簇的原则包括：①区簇划分主要依据建筑物的结构特性、面积、容量需求及业务密度分布等因素进行设计，如覆盖面积大于50000平米的独立楼宇、高于20层的写字楼等场景需要分区；②分区后的分布系统应保证各个分区的覆盖区域清晰明确；③多制式分布系统设计，应以链路最差，覆盖最受限的制式的技术条件来确定天线的覆盖半径，并构建分布系统的基本单位“分簇”，簇内的天线数量尽量均衡，天线位置相对集中。
（5）切换区设置
室分系统小区切换区域的规划应遵循以下原则：①切换区域应综合考虑切换时间要求及小区间干扰水平等因素设定；②室分系统小区和室外宏站的切换区域应规划在建筑物的入口处；③电梯的小区划分：尽量将电梯与底层划分为同一小区，电梯厅尽量使用与电梯同小区信号覆盖，确保电梯与平层之间的切换在电梯厅内发生；④对于地下停车场进出口的切换区域应尽量长，拐弯处可增加天线覆盖；⑤平层分区不能设置在人流量大的区域，避免频繁切换；切换带也不能设置过大，避免用户出现乒乓切换的情况。
（6）泄露控制
目前城市高层建筑多为玻璃外墙，室分系统的信号很容易泄露到室外，对室外基站小区信号形成干扰。主要通过以下几种方式来减弱室内信号外泄：①采取小功率、多天线的覆盖方式；②控制天线的角度和天线的合理布放，如使天线的主瓣方向朝向室内；③为避免在窗口附近比较强的室内信号对室外的影响，可采用在窗口附近使用定向平板天线的方式进行覆盖。
四、结束语
综上所述，本文重点对室内分布系统设计流程及要点进行了描述，对于实际不同场景的室分系统设计，需要进行具体分析，科学规划，使得最终的设计方案能够更趋合理。
参考文献
[1]高泽华，高峰，林海淘，丰雷.马瑾室内分布系统规划与设计-GSM/TD-SCDMA/TD-LTE/WLAN
分布系统程序化设计 篇4
1 分布系统应用范围
分布系统的组成:分布系统是由天线、馈线、耦合器、功分器、合路器、电桥、衰减器以及干线放大器等器件组成。
分类:从器件组成分为:无源分布、有源分布、光缆分布和泄露电缆分布方式及混合分布方式;从应用环境分为:室内分布系统、室外分布系统;从信源角度看分为:与直放站配合的分布系统、与微蜂窝配合的分布系统、基站直接耦合的分布系统。
使用范围:室内分布系统多用在宾馆、写字楼、政府机关、酒吧、洗浴、电梯、商场、超市等场所。室外分布系统多用在住宅小区、大学城、大型厂区、商业区等场所。
对于小型场所多采用直放站配合分布系统的解决方案;对于话务量较高的地区,为有效吸收话务量,降低周围基站的话务负荷,可采用微蜂窝设备配合分布系统的网络覆盖解决方案;对于高话务量地区可增加基站设备,采取直接耦合方式的分布系统解决方案。
2 分布系统程序化设计
首先根据用户投诉、网络覆盖需求等因素,去优化站点进行现场勘察及测试,初步确定分布系统结构,选取覆盖区边缘场强值、衰落余量等参数,应用覆盖预测算法及电磁辐射算法确定天线位置及输出口功率的设定;根据分布系统的结构构建主线及支线模型;通过支线上的天线输出口功率值范围,应用分布系统程序递推算法进行试算,确定支线设备型号;同样确定主线上的设备型号;通过主线、支线的功率计算,考虑支线入口功率在两者计算中存在差值,需进行支线与主线天线口功率的重新匹配,再判断天线口功率是否满足要求,若不满足则修正分布系统结构,若满足则根据计算结果选取设备,如无设备需修改分布系统结构,选取完设备后,还应进行分布系统对基站干扰的测算,若对原基站干扰较大,需更改方案,如干扰可忽略则程序结束,方案确定。
分布系统程序化设计详见图1。
流程中的覆盖预测算法,主要需考虑室内或室外的路径损耗,及相应的衰落余量设置。室内、室外采用的路径损耗公式如下。
室内:PL900(d)=31.5+10×nlgd+FAF
其中:PL900(d)为路径d的总损耗值,单位为d B。
d为路径,单位为m。
n为同层损耗因子,通常取值范围为1.6~3.3。
FAF表示不同层路径损耗附加值,取值范围为10~20d B,同层取0。
室外:PL=-27.56+20lg D+20lgf
其中:PL为自由空间路径损耗值,单位为d B。
D为路径,单位为m。
f为频率,单位为MHz。
流程中的电磁辐射算法采用点源的功率密度公式计算,根据国标GB8702-88《电磁辐射防护规定》,公众照射在一天24小时内,环境电磁辐射的场量参数在任意连续6分钟内的平均值应满足功率密度<0.4W/m2(频率为30~3000MHz)。
有源设备(如干线放大器、直放站等)在分布系统应用,势必会对原有信源基站产生底噪声抬升,因此分布系统的方案设计应对原有基站进行干扰分析,即上行链路的干扰分析,涉及的参数主要有系统热噪声、设备的噪声系数、设备上行增益以及链路损耗。
3 核心模块模型建立
分布系统程序化设计的主要核心是将方案构建成标准模型,然后采用程序递推算法确定信源的输出功率。
不同的房屋结构、不同规模的优化区域,采用分布系统的方案将有所不同。如何将复杂的结构建立成一个标准模型来计算是分布系统程序化、电算化的关键,通过结构分析建立标准模型如图2。
将模型分成n个阶段,每个阶段定义4个状态点1(i)、2(i)、3(i)、4(i),其中状态1(i)表示第i阶段的输入口功率,2(i)表示第i阶段的输出口功率,3(i)表示第i阶段的耦合器的耦合口输出功率或功分器的输出口功率,4(i)表示第i阶段天线输入口状态。
耦合器件各端口功率的关系如下:
耦合器耦合口输出功率=输入功率-耦合度-插入损耗
耦合器输出口输出功率=输入功率-耦合损耗-插入损耗
功分器件各端口功率的关系如下:
功分器每个输出口的输出功率=输入功率+分配比-插入损耗
由以上公式可以建立1(i+1)与3(i)、1(i+1)与2(i)之间的关系等式,另外从模型图中可以看出2(i)与1(i)、3(i)与4(i)之间仅相差两状态点之间的馈线损耗。通常选用1/2”馈线百米损耗7d B,7/8"馈线百米损耗4 d B。
由此在初选器件的前提下,根据网络需求假设末端天线口的功率(C(0)点),便可递推到2(n+1)点功率,若在此点接有源设备(干线放大器或直放站),便可提出相应设备的功率输出需求,从而得到相应的设计方案。
4 分布系统器件使用说明
分布系统所使用的器件主要有:天线、耦合器、功分器、合路器、电桥、衰减器、馈线、直放站、干线放大器等等。
天线的类型较多,有全向天线、定向板状天线、抛物面天线、八木天线、美化天线等,不同类型的天线性能不同,有各自的应用范围,在工程中需灵活运用。
耦合器、功分器有微带和空腔两种,其耐压等级不同;另外不同厂家有不同型号的器件,在工程中应对照使用,对于基站直接耦合应采用大功率耦合器。
合路器主要应用在不同系统的信号合并,同系统信号合并多采用电桥。
直放站(包括无线直放站、光纤直放站、移频直放站)、干线放大器应注意设备的输入功率、输出功率、增益。过高的信号输入功率会损害设备,而过低的信号输入将无法达到设备指定的最大功率输出。为减少噪声积累过多,在方案设计中干线放大器不要级联(串联)。
方案中应合理的使用衰减器,既要确保有源设备合理的功率输入,又要避免不必要的功率损耗。
目前在工程中所采用的馈线主要为1/2”和7/8”两种,在工程中应根据工程的可操作性及方案的合理性进行选用。另外对于工程安装中的复杂情况还会少量采用8D电缆替代上述馈线,因8D电缆损耗较大,不建议大量使用。
5 工程应用
分布式三维虚拟校园系统设计 篇5
摘 要:本文首先介绍了三维虚拟校园及其发展现状和分布式虚拟现实系统,然后在此基础上设计了一种以用户为中心,可以实现在三维虚拟场景里进行生活、学习的令人身临其境的分布式三维虚拟校园环境。
关键词:三维 虚拟校园 分布式
中图分类号:TP311.1 文献标识码:B 文章编号:1673-8454(2009)17-0034-03
三维虚拟校园可以将学校的各种场景、细节和体验完全复制到互联网上,让学生和教师不受时间和空间的限制,仅需通过电脑和网络,就能够身临其境地感受优美的校园风光、良好的教学环境和优秀的教学资源。
一、三维虚拟校园及其发展现状
1.三维虚拟校园
三维虚拟校园基于因特网、虚拟现实技术和地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、空间定位系统(GPS)技术等。该技术的应用对现实校园三维景观和教学环境的数字化和虚拟化有很多辅助作用。
2.虚拟校园的发展现状
早在1996年,天津大学在SGI公司的硬件平台上,基于VRML国际标准,最早开发了虚拟校园。随着宽带技术的大规模应用,国内其他高校也开始逐步推广、使用虚拟校园模式。然而这些虚拟校园大多都是以实现浏览功能为主,不能让用户体验在三维虚拟校园里面的学习生活氛围。现在,人们不再满足于只是对校园环境的浏览,而是期待一种以用户为中心,可以实现在虚拟场景里进行生活、学习、工作的三维虚拟校园环境。
二、分布式虚拟现实系统
分布式虚拟现实系统简称DVR,是虚拟现实系统的一种类型。它是基于网络的虚拟环境,在这个环境中,位于不同物理环境位置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相连接,或者多个用户同时参加一个虚拟现实环境,通过计算机与其他用户进行交互,并共享信息。在分布式虚拟现实系统中,多个用户可通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作,以达到协同工作的目的。
三、分布式三维虚拟校园系统的整体构想
分布式三维虚拟校园系统是利用分布式虚拟现实技术,构建的基于网络的三维虚拟校园环境。本系统的整体结构如图1所示。
从总体上讲,系统主要由以下三个部分组成:三维虚拟人物、三维虚拟校园场景和学习资源。
1.三维虚拟人物
用户通过注册之后可以登录到三维虚拟校园系统中,登录后可以根据自己的爱好设计三维化身,设置自己的基本资料,在虚拟校园中进行学习、工作和交流。按照不同的权限,系统中的用户可以分为三种:系统管理员用户、助管用户、普通用户。具体来说各类用户的权限主要表现在:
(1)系统管理员用户
系统管理员是整个系统中权限最高的用户,负责管理整个系统,系统管理员可以对系统的用户进行管理,包括处理用户的注册申请、分配用户权限、添加删除用户等;另外系统管理员可以对系统中的教学楼、实验室、办公场所、休闲娱乐场所等虚拟校园内的硬件设施进行管理,以及对系统中的资源进行管理。
(2)助管用户
助管用户是由系统管理员指定,分配一定的权限之后,协助管理员进行管理的用户。助管用户可以在自己的职权范围之内对三维数字校园内的虚拟建筑物、资源及特定的用户进行管理。助管用户具体来说包括虚拟教室管理员、虚拟实验室管理员、虚拟图书馆管理员、虚拟教师用户、虚拟学习社区管理员、虚拟购物场所管理员。
(3)普通用户
普通用户是整个系统中权限最小的角色,在三维虚拟校园系统,普通用户登录后可以在三维场景里漫游,在虚拟教室上课,在虚拟实验室做实验,还可以与其他用户进行交流,进行一些休闲娱乐活动。
2.三维虚拟校园场景
系统中的虚拟校园场景是根据学校的地形地貌,利用三维建模技术,将实际生活中的学校环境重现在计算机上,为用户提供一个三维显示的具有真实情境感的学习环境,通过在虚拟环境中集成各种媒体,可以让用户获得视觉、听觉等多方面的感知,同时用户可以与虚拟环境和虚拟环境中的虚拟人物进行交互,让用户能够体验到一种主体存在感和沉浸感。
系统中的三维虚拟场景主要包括以下几个部分:虚拟教室、虚拟实验室、虚拟图书馆、虚拟生活休闲场景。
用户浏览校园时通过点击查看建筑物属性,可以查询此时此栋教学楼有哪些教室在上课,虚拟教师在特定的虚拟教室中组织教学。学习者进入教室后,可以自己选择座位坐下,开始听课,学习者在听课的同时可以看到教室中的虚拟教师和其他学习者,并可以与他们进行交流。
虚拟教师如果要教授实验部分的知识或者学习者要在虚拟环境中做实验,可以选择去虚拟实验室。虚拟实验室中有必要的实验设施,可以让用户对实验设施进行操作。
虚拟图书馆是运用虚拟现实技术、网络技术和数字技术将文献信息资源以及各种数字资源整合,通过网络提供远程服务,使处在不同地理位置的用户可以方便地利用这里的数字化信息资源。虚拟图书馆中按照各种不同专业类别将电子图书分类放在不同的书架上,用户进入虚拟图书馆后可以在虚拟图书馆内行走,并可以根据自己的需求选择图书。
虚拟生活休闲场景就是指除了虚拟教室、虚拟实验室和虚拟图书馆以外的一些学校校园场景,包括一些购物场所、健身场所、行事办公场所,以及学校的花草树木等。
3.虚拟学习资源
为了更好地促进学习者的学习,三维虚拟校园中必须提供充足的学习资源供学习者使用,系统不仅提供学习者学习过程中需要的学习资源,图书馆的图书资源,还提供一些可以供用户随时下载的资源。这些资源不仅是文本性质的,还包括一些声音、图片、图像等,给用户提供全方位、多感知的学习资源。
四、分布式三维虚拟校园系统技术实现
系统采用B/S结构,基于VRML-Java的分布式多用户虚拟现实系统,实现了多个用户共享一个三维虚拟校园环境,实现人机交互。服务器端的场景管理器负责整个系统的用户登录/注销管理、场景更新、多用户连接时的线程管理,并负责接受各个用户的场景更新数据包;客户端采用装有可显示VRML场景的Applet插件的浏览器来充当,负责本地的场景绘制渲染,通过键盘、鼠标等实现用户与虚拟场景之间的交互,接受服务器发送的场景更新数据,并维持同服务器之间的Socket连接。其结构如图2所示。
1.客户端
客户端环境是分布式虚拟现实系统中的用户在虚拟环境中协同工作的场所。本系统采用3D MAX等建模软件对校园模型进行建模,然后转换成.wrl文件,再利用VRML脚本语言给模型添加一些交互行为,但是VRML只能实现有限的交互性,而且这些交互都是一些单一的、缺乏内在的逻辑控制的交互行为。
Java语言不仅具有跨平台性,而且语言还具有强大的逻辑控制功能,同时Java Applet可以调用VRML规范所提供的EAI接口来对VRML场景进行控制,Java Applet还可以通过VRML嵌入到网页中。所以系统中客户端为装有插件的浏览器,客户端程序以Applet的方式运行在浏览器中,用于创建与服务器之间的Socket连接,接收服务器的广播报文进行解析,从而实现客户虚拟场景的更新,可以通过键盘、鼠标等控制用户虚拟化身在三维虚拟校园场景中的位置、方向和视角,实现用户与场景的交互。
2.服务器端
服务器端主要由三部分组成:Web服务器、场景及用户数据库、场景管理器。Web服务器负责提供基于WWW的Internet服务,将系统站点发布出去供客户端访问,用户可以通过客户端浏览器登录,进入三维虚拟校园系统;场景及用户数据库用来管理系统的三维虚拟场景和用户的基本信息,其中保存了系统可调用的三维虚拟场景信息、进入场景中漫游的用户名称、用户密码,以及用户在虚拟场景中的虚拟化身等信息;场景管理器是服务器端的主要部分,它连接了Web服务器和场景及用户数据库,主要用于维护用户的登录/注销,管理不同用户与服务器之间的连接,从用户端接收数据报文,这些报文主要分为状态更新、加入/退出请求等几类,在解析这些报文以后,服务器再将这些信息以广播的方式发送给网络上的每一台客户机,用以更新客户机的虚拟场景,从而实现网络上客户与虚拟场景以及客户与客户之间的动态交互。
3.数据库连接
用户登录后与系统的交互不仅仅是靠客户端基于VRML场景本身所提供的数据信息进行交互,更多的是与系统中的其他用户的协作交互,而这些信息不能完全存储在客户端,这就需要数据库系统提供相应的支持。数据库中不光要存储用户的数据信息,学习资源的信息,最主要的还是要存储分布式系统中登录的不同客户端在场景中改变的数据,而且这些改变的数据还可以被不同客户端读取。由于VRML没有直接定义访问数据库的语句,因此VRML场景与数据库的连接一般是通过VRML规范所提供的EAI接口发送给Java Applet,由Java Applet实现对数据库的访问,最后将结果通过EAI接口返回给VRML客户端场景,从而实现与数据库系统的相互操作。
4.系统的时钟同步
分布式虚拟现实系统中一个关键的技术就是时钟同步技术,由于不同的计算机有自己的物理时钟,两台计算机的时钟不可能实现完全的同步。这是由于计算机的时间是由其固定的晶体振荡频率所决定的。虽然两个时钟之间的振荡周期的偏差可能相对很小,但是经过多次的累加之后会在时钟计数器中形成可以观察到的差异。因此,当系统长期运行时,这种差异就有可能影响到系统的实时性。为了消除这种实时性问题,可以利用统一的外部时间源来同步进程的时钟,也就是外部同步。当外部同步满足一定的精度,就能够通过本地时钟度量发生在不同计算机上的两个事件的间隔,达到内部同步。因此可以使用一个事件同步服务器,连接到一个接受UTC(Universal Time Coordinated,通用协调时)信号的设备上,用于实现系统外部同步。
五、结束语
利用分布式虚拟现实技术构建的基于网络环境的三维分布式虚拟校园系统使得位于不同物理环境位置的多个用户
可以通过网络对三维虚拟校园进行观察和操作,与其他用户进行交互,共享信息。用户不仅可以浏览到校园的风景,更可以感受到校园的文化氛围,可以更有效地促进学习者的学习。
参考文献:
[1]杨宝民.分布式虚拟现实技术及其应用[M].北京:科学出版社,2000.
[2]芦鸿雁,李斌兵.虚拟校园及其在现代化教学中的作用[J].科技资讯,2007(34):102-103.
数控系统分布式测控系统的实现 篇6
随着分布计算技术、网络技术与微电子技术的发展为测控系统向分布式、网络化和以微计算机作为平台的方向发展提供了良好的条件。分布式测控系统(DMCS)是通过计算机网络把分布于各个测控点的测量设备、测量用的计算机以及各控制节点连接起来,达到测量资源共享、分散采集、集中分析管理等目的,实现了对现场测控设备监视与控制。分布式测控技术用在数控系统远程监控还在不断尝试中。数控机床的分布式测控系统的实现需要解决现场总线技术和分布式计算两方面的技术。本文设计一个基于CAN总线和CORBA中间件的分布式远程测控系统实现对数控系统/机床的各种静态、动态精度测控。
1 数控机床分布式测控系统的整体设计
本测控系统包含三个层次的子系统:底层测控子系统、中间测控子系统和顶层客户端子系统,如图1所示。底层(下位测控系统)采用了CAN现场总线技术,中间层采用基于分布式对象模型(即CORBA)的中间件技术,顶层则为Web客户端。
测控系统功能描述为:1)底层测控子系统采集数控机床运动时的脉冲信号通过CAN总线把数据发送到中间服务器系统,同时接受上位测控子系统应用服务器发送过来的控制命令和参数给现场测控仪,通过数控机床的伺服系统控制数控机床进行相应运动。2)中间服务器系统主要承担协议的转换、数据转发和本地服务器的一些功能。数据经过进一步的加工处理保存到数据库服务器以备检索和加工处理。3)顶层客服端子系统有用于监控/管理的人机界面,操作人员可以通过监控/管理计算机的人机界面发出测试请求和显示测试结果等。通过测控软件的结构化设计使系统实现现场数据的采集、分析、存储以及远程测控等功能。
2 底层测控子系统
为了实现对数控数据的实时采集和处理,在此引入DSP技术。DSP是一种特别适用于进行实时信号处理的微处理器,具有高速的数据处理能力。基于DSP的CAD测控仪的系统原理如图2中,光电隔离用6N137实现,集成电路计数器用LS7266R1实现,DSP型的CPU用T1公司的2000系列的TMS320LF2407(自带有CAN控制器),CAN驱动器采用PCA820C250。
2.1 底层测控子系统硬件设计
底层(现场层)的测控仪器的接口与数控机床伺服电机的编码器相连,通过采集编码器的A、A、B、B信号把数控机床运动时的实时的脉冲信号送到CAN测控仪的输入端;由集成度较高的LS7266RI进行采样、滤波、鉴相倍频、计数等,可提高系统的抗干扰性,同时减小了系统的体积,提高了精度和速度,可以在更恶劣的环境下进行可靠的工作。通过对光电编码器的计数,计算出X轴、Y轴的位移。TMS320LF2407微处理器对采来的数据进行简单处理后放到CAN控制器的缓存器里面,最后通过CAN驱动器PCA82C250将信息发布到CAN总线上。高性能CAN总线收发器8 2 C 2 5 0是C A N控制器和物理总线间的接口,用来增大通信距离,增强系统的瞬间抗干扰能力,提高对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。数据通过CAN总线到达CAN总管节点,CAN总管节点充当网关的作用。相反上面传来的请求命令依照同样的道理可以通过CAN网关下传到底层的CAN节点,再通过输出信号通道把命令传给相应的接口电路、伺服系统,以便对数控设备进行控制。高速光电耦合器6N137可增强CAN总线节点的抗干扰能力。TMS320LF2407自带有4K RAM,32KFLASH程序存储器,芯片自身的存储器己经满足了本系统设计的要求,因此硬件设计时不再扩展数据和程序存储器。选用TPS730电源管理芯片给TMS320LF2407 DSP供电;DSP工作电压是3.3V,LS7266R1工作电压是5V,因此采用SN74Lv C4245A芯片进行电压转换。
2.2 基于DSP的CAN测控仪的软件设计
TMS320LF2407A自带的CAN控制器完全支持CAN2.0B协议,可工作在标准模式和扩展模式,支持数据帧和远程帧,数据收发采用邮箱方式,邮箱0-1是接受邮箱,邮箱4-5是发送邮箱,邮箱2-3是随意配置邮箱,根据实际需要确定为接受邮箱或发送邮箱,邮箱由寄存器控制。
CAN总线智能节点的软件设计主要包括四大部分:CAN节点初始化、数据发送、数据接收以及数据处理。初始化模块将所用的寄存器清零,并将程序FLASH区和数据RAM区初始化,中断口等设置为主程序准备运行状态;看门狗监视DSP芯片的各资源的硬件运行情况,DSP芯片运行处于正常状态后,定时器软中断启动LS7266R1采集一帧数据。TMS320LF2407中的数据处理模块对各通道数据进行处理。数据的发送和接收主要是通过CAN控制器来完成,CAN控制器经过初始化设置后即可进入正常的工作模式进行数据的发送和接收。控制系统的CAN数据发送采用查询方式、CPU一旦执行完中断处理程序,就检测是否有CAN数据对外发送。发送子程序负责节点数据的发送。发送时CAN控制器将待发送的数据按照特定格式组合成一帧报文,送入发送邮箱。为保证不丢失接收的数据,控制系统接收CAN数据采用中断方式。接收子程序接收到网络上其他节点发来的数据后,CAN控制器向DSP产生一个中断请求,DSP进入接收中断子程序后查询接收控制寄存器RCR。确定接收到的数据所存放的邮箱号,然后读取该邮箱的数据。图3为系统主程序的流程图。
3 中间测控子系统和顶层客服端子系统(上位测控子系统)
由于测控系统包含物理层、数据链路层、应用层三层协议,设计相对复杂,CORBA技术能够屏蔽底层复杂的不同的操作平台和网络通信的细节问题,使网络化控制系统的设计与实现更为简单方便,因此上位测控系统引入CORBA技术。本设计采用CORBA Server(相当于网关),解决CAN总线与上位机以太网直接通讯问题,完成协议的转换和数据转发及服务器的一些功能。CORBA Client(被嵌入进Web Server)对现场设备进行监控并对远程Web客户提供信息服务,CORBA Server与CORBA Client通过以太网连接。ORB采用Borland公司的Visibroker,编程实现工具为C++Bilder6.0。
分布式远程控制功能是通过WEB浏览器来实现的,通过动态机制CGI与Web服务器连接,最终实现了对现场总线设备的远程控制。HTTP协议是Web服务器和浏览器的通信协议,HTTP规定了发送和请求的标准方式.规定了浏览器和服务器之间传输的消息格式及各种控制信息,允许不同种类的客户端相互通信而不出现兼容问题。
根据实际要求,上位机应用程序功能模块主要有数据采集、数据显示、数据处理等,其结构如图4所示。
4 测试及分析
图5是用测控系统对MTC.2M系统进行数控圆测试的结果。其中的测试进行了直径1~400之间密集测试,对于每一种直径的数控圆又进行了从低速(1 mnv~mln)到高速(5 000 mn~min)的较密集测试。图4显示了数控圆的形状误差,图中每相邻圆的半径相差1,从图中看出误差变化的幅值及所处的位置,通常在4个象限交界处误差较大。图中也显示了理论圆的位置,表明了在不同转速下实际数控圆偏离理论圆的情况。图5显示了在所有测试点的总数中不同误差值所占的百分比,从图中可看出误差值在±2脚之内的占90%左右,这样的结果是符合实际情况的。
5 结束语
本文设计一个基于CAN总线和CORBA中间件的分布式远程测控系统,实现了对数控现场数据的采集、分析、存储以及远程访问等功能。CAN总线的通信协议中支持的是基于报文的工作方式,加入或撤销节点设备都不会影响网络的工作,十分适用于要求快速、可靠的控制系统。CORBA技术能够屏蔽底层复杂的不同的操作平台和网络通信的细节问题,使网络化控制系统的设计与实现更为简单方便,与平台无关性特点使得系统易于升级易于扩张易于更改。此系统可用于对数控系统的分析研究,本设计方案可对远程分布式测控系统设计提供借鉴。
摘要：文章设计一个基于CAN总线和CORBA中间件的分布式远程测控系统,实现了对数控现场数据的采集、分析、存储以及远程访问等功能。首先介绍了数控测控系统的结构模型,然后介绍基于CAN总线的底层测控系统设计以及利用CORBA技术实现分布式测控系统的各子系统之间的通讯。最后对系统进行测试分析,验证了本系统的有效性。
关键词：数控机床,测控系统,现场总线,中间件
参考文献
[1]饶运涛.现场总线CAN原理与应用技术[M].北京.北京航空航天大学出版社,2003.
[2]朱其亮,郑斌.CORBA原理及应用[M].北京:北京邮电大学出版社,2001.
航天器分布式电源系统稳定性研究 篇7
电源系统从比较单一的变换器逐渐发展成为不同结构的供电系统, 大体可以分为三个阶段[1]:集中式电源系统、模块式电源系统、分布式电源系统, 如图1 所示。现阶段, 我国多数航天器电源系统属于分布式电源系统, 该种电源系统已经在国际空间站[2]、深空探测[3]、多电飞机[4]等航天航空飞行器技术领域中广泛应用。其相比较传统的集中式和模块式电源系统具有以下优势: (1) 容错性好; (2) 可靠性高; (3) 易于模块化、标准化设计; (4) 便于维护和扩容; (5) 能够满足复杂终端负载对电源系统的电能质量要求。
分布式电源系统的设计复杂, 涵盖了母线电压的选择, 电源和负载变换器的优化设计, 系统的寿命、效率、成本控制, 以及稳定性设计等多个方面。其中稳定性设计是最基础、最核心, 也是较为复杂的部分, 特别是具有多变换器的大型电源系统, 其稳定性问题尤为突出。因此, 研究分布式电源系统, 尤其像航天器等大功率、长寿命、高可靠电源系统的稳定性, 分析和预测不稳定因素越发受到重视。
1 航天器分布式电源系统的稳定性问题
航天器分布式电源系统关注的稳定性问题主要有两个方面: (1) 电源调节模块层面的控制环路稳定性; (2) 电源系统层面的级联稳定性。
对于电源调节模块控制环路, 航天器电源系统母线电压的稳定性, 通常其不稳定问题通过纹波和噪声表现出来。纹波是在母线直流电压中有周期规律地叠加了交流电压信号, 它既可能出现在单一固定频率上, 也可能多频率混合迭加, 如果某些频段上出现交流扰动将造成母线电压较大的波动, 因此纹波属小信号稳定性范畴。噪声表现为非周期性的震荡和尖峰, 多数航天器电源母线上的噪声主要来自大功率负载的通断及负载功率的非周期性变化。此外, 负载电流的瞬态变化同样会在母线上产生电压噪声, 并通过母线传给其它负载, 影响其他负载正常工作, 因此大部分噪声所引起的稳定性问题属于大信号稳定性的范畴。
就航天器电源系统与负载级联而言, 虽然系统中每个调节模块均根据控制环路的稳定性准则进行了优化设计, 单独工作均具有良好的稳定性和动态响应特性, 然而多个变换器构成实际应用系统时, 由于模块之间、以及模块和滤波器间复杂的相互作用, 可能会导致整个系统无法工作在预设的稳态工作点, 出现母线电压振荡或工作在异常的电压范围等情况[5]。因此, 航天器电源采用分布式电源系统供电时, 也存在因电源系统各个部分及负载之间相互影响而引起的级联不稳定问题。
针对上述稳定性问题, 现阶段电源系统的稳定性研究主要分为两大分支: (1) 电源单调节模块控制环路的稳定性 (包括小信号和大信号) ; (2) 电源系统与输出滤波器或负载变换器之间的级联稳定性。据此, 国内外的学术研究机构和航天工程领域相继对电源系统的稳定性做了研究和应用。
2 国外电源系统的稳定性研究及空间应用
国外对于电源环路小信号稳定性的研究已经形成了成熟的体系和方法, 其中运用最广泛的是波特图。波特图是基于分析和环路传递函数有关的幅频图和相频图 (如图2 所示) 来研究系统环路的稳定性。为表示系统相对稳定度引入了增益裕度 (Gain Margin, GM) 和相位裕度 (Phase Margin, PM) ;为表示系统的动态响应性能引入了穿越频率 (wc) 。当其满足一定工程要求时, 模块即有良好的环路稳定性。
大信号稳定性分析方面, 主要形成了基于计算机模型的仿真分析方法和基于样机的试验测试方法。随着电源变换器硬件仿真技术的发展, 仿真模型已经涵盖了发电、储能、控制、变换和负载等各个部分, 并且已经被用来预测各模块之间的非线性特性和潜在的相互影响。试验测试的方法也可以更直观地考察由电源系统中各环节产生的大信号对环路稳定性的影响程度。
用于电源系统级联稳定性分析的方法主要是阻抗分析方法, 由加州理工学院的Middlebrook教授[6]于1976 年引入, 其原理是运用电源输出阻抗与负载输入阻抗之比的奈奎斯特曲线来分析开关电源间的阻抗稳定性。在此基础上, 美国弗吉尼亚理工大学的Carl M.Wildrick博士[7]和Feng Xiaogang博士[8]先后提出了阻抗禁止区的概念和一种适用于多负载变换器的禁止区法 (如图3 所示) , 当阻抗比曲线在禁止区外时, 系统具有较好的级联稳定性。为每个单独的负载变换器提出了基于系统稳定性的设计准则。与此同时, 各种阻抗禁止区的优化和应用也相继展开[9~12], 整个国外学术研究进展的示意图可总结为图4 所示。
上述稳定性理论也在国外航天器电源系统工程中开展了应用。为了保证航天器电源系统的高稳定性, 欧洲航空局 (ESA) 就曾在颁布的全调节母线型电源控制器标准中明确要求[13]:母线纹波不得超过额定电压的0.5%;母线中开关噪声引起的电压尖峰不能超过母线额定电压的2%;电源控制器中母线的输出阻抗在100Hz~10k Hz中不得超过20m, 在100k Hz以内的其他频段具有更加严格的规定。
国际空间站也对电源系统的稳定性做了大量工作, 目前美国国家航空航天局针对其稳定性分析的方法主要有两种[14]: (1) 基于稳态工作环路小信号模型的阻抗比判据法。 (2) 电源和负载瞬态大信号稳定性的测试方法。由于负载始终处于变化状态, 因此针对国际空间站电源系统稳定性的分析方法也一直在进行不断的完善。
3 国内电源系统的稳定性研究及空间应用
国内学术界和高校研究机构也对涵盖电源系统设计的电力电子系统稳定性研究表现出高度的重视。从2002 年起, 国家自然科学基金委员会、国家重点基础研究发展规划项目973 计划分别设立了项目对标准模块集成应用系统中可能存在的稳定性问题进行了深入的研究探讨。此外还有其他教育基金会 (如:台达环境与教育基金会) 也都相继对直流分布式电源系统稳定性的具体问题展开了理论和应用的基础研究。通过项目实施, 电源系统稳定性的基础理论得到研究, 多模块互联、级联大信号、非线性子系统、并网等方面的稳定性关键技术取得进展。多种阻抗禁止区判据的折衷应用, 含有母线滤波电容的级联系统建模及合理设计等方面的研究卓有成效, 提高级联系统稳定性的方法也得到优化。然而, 电源系统的稳定性分析研究注重基础理论, 没有形成实际的应用方法体系, 成果转换较少, 与国外学术领域的研究有一定差距。
在空间电源应用方面, 中国空间技术研究院和上海空间电源研究所分别同高校展开了紧密的合作。其中涉及电源系统的阻抗仿真和测试、S3R拓扑的非线性建模、载人航天器一次电源稳定性研究等。但与级联稳定性联系较为紧密的电源输出阻抗、负载输入阻抗的计算方法、测量方法并不成熟, 未得到应用推广。此外, 关于母线电压稳定性的品质要求没有细化, 母线滤波电容的取值缺少合理性设计, 提高级联系统稳定性的优化措施不足。
我国空间站电源系统就稳定性分析与设计开展的工作方面, 针对空间站电源系统正处于设计研制阶段, 上海空间电源研究所与南航航空电源航空科技重点实验室开展合作, 进行了空间站电源系统时域和频域的稳定性分析, 得到了一些空间站电源系统方案设计阶段的稳定性分析结论, 较好地指导了电源系统方案的完善和优化, 但也存在着一些不足和遗留问题, 相关的一些补充和进一步研究正在进行。
4 启示与建议
通过国内外有关分布式电源系统稳定性分析在学术研究及航天应用进展的比较, 可得出如表1 所示的结果对比与启示。
当前针对我国航天器分布式直流电源系统稳定性的研究还基本处于初级阶段。随着我国载人航天工程、探月工程、空间站工程的开展, 航天器电源系统将变得更为复杂, 且对系统可靠性的要求将更高。因此, 我国应当在借鉴国外对航天电源系统稳定性分析设计方法的同时, 吸纳国内研究机构和高校在电源系统稳定性研究方面的理论成果, 结合我国航天器电源系统的特点, 深入开展航天器电源系统稳定性的研究工作, 以便于满足复杂航天器电源系统的高可靠要求。
摘要：文章对航天器分布式电源系统的特点进行了归纳和总结, 对涉及的稳定性问题进行了分析和分类。通过调研国内外对电源系统稳定性的研究进展, 对比航天工程中稳定性研究成果的应用情况, 得到了学术领域的研究差距以及稳定性研究今后在我国空间电源应用的发展方向, 最后就航天器电源系统稳定性的研究和应用得到启示, 提出了建议。
分布电源系统 篇8
关键词：分布式电源,配电系统,运行规划,影响
1 研究现状及意义
在常规的发电系统中, 集中供电是传统的模式, 分布式电源技术的产生极大的解决了传统供电中存在的顽疾。但在分布式电源运用到发电系统的过程中, 带来了各种变化与结果, 目前对这种状况的研究尚不明确, 影响了分布式电源作用的充分发挥。
分布式电源具有分布广泛、装置便捷等优点, 其在发电系统中的使用量越来越大, 在现今以及未来的电力发展过程中承担着越来越重要的角色[1]。但由于分布式电源使用过程中也出现一些对输出功率无法掌控、对现行电网结构无法兼容等问题, 因此, 本文通过对分布式电源在配电系统规划运行过程中各个环节的考察与研究, 对其作用的充分发挥, 能源的合理应用, 为行业提供参考借鉴。
2 分布式电源的概述
2.1 分布式电源的概念
分布式电源的基本概述为:用分电式的电源装置, 以多种能源为传输内容实施发电的新型能源发电类型, 是功率较小、分布较广、与环境兼容的独立电源。见图1。
2.2 分布式电源的类别
能源分为可再生能源和不可再生能源, 分布式电源基于此种分类, 在对能源的利用上同样分为两类。本文针对此种分类, 各选取两种目前运用比较广泛的发电种类来进行论述。
2.2.1利用可再生能源的分布式电源
1) 太阳能光伏发电
太阳能光伏发电的原理是光电转化, 利用太阳能电池装置将太阳光产生的能量转换成电能。其系统组成为:太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池和逆变器。太阳能是无尽的资源, 满足经济可持续发展的要求。在目前所发现的新型能源当中, 太阳能发电的特点尤为突出, 无运输环节, 就地取材, 降低成本;无固定位置, 分布范围广, 随时可用;无危险因子, 使用安全;可反复使用, 无穷无尽;无需加工程序, 无污染物排放, 可减少环境污染;利用太阳能发电有着巨大的优势, 对太阳能的利用在未来还有更多研究, 未来的前景光明[2]。
2) 风力发电
风力发电的原理是将风能转换成电能, 是目前新能源使用中比较完善的一种发电技术, 有一定的商业模式。其发电过程很容易理解, 即利用简单的风车装置, 在自然风的吹动下, 风车的发电机被风车的叶片带动, 进而发电, 如此反复, 形成风力发电的循环模式, 可以单独发生作用, 也可以借助并网进行。风能同太阳能一样, 在属性上同属可再生资源, 拥有诸多优点。
2.2.2利用不可再生能源的分布式电源
1) 燃料电池
燃料电池是一种将燃料产生的化学能直接转化成电能的装置形式, 但强调的是在过程当中, 并不需要对燃料进行燃烧, 主要利用电解质的性质使空气中的氧气和存在于石油、天然气等燃料中的氢气产生化学效应, 生成水, 进行放电过程。由于整个化学反应产生的最终物质是水, 无危险性和污染性, 一种新型的发电形式, 受到广泛关注, 并投入使用。
2) 微型燃气轮机
微型燃气轮机的发电原理为将天然气、汽油等工作燃料进行周而复始的加热产生化学能, 并将其转换成机械能, 用机械能推动小型发电机运转, 产生电能, 完成一个电能形成的过程。整个系统由四个部分构成, 燃烧过程、压气过程、燃气透平过程和回热过程, 结构简单, 运行便捷迅速, 因此, 虽然发展起步较晚, 但发展很快, 在一定方面已经得到推广使用。
2.3 分布式电源发展的原因
除分布式电源自身的优点之外, 其得到快速发展外在原因还有很多, 这些外在的推动因素, 一定程度上加快了其发展的步伐。
2.3.1 配电系统的需求
传统的集中供电的形式已经满足不了现代社会对电力的需求, 除此之外, 常规的配电系统存在的问题已经越来越突出。分布式电源技术的产生, 解决了传统配电系统经常造成电力系统整体瘫痪的现实问题, 能够增加电力系统的安全性和可靠性, 减少投入成本, 获得效益最大化。
2.3.2 环境问题的催生
近年来人类面临的环境问题越来越严峻, 引起很多企业的高度重视, 尽可能的减少污染物质的排放量, 减小对环境的污染程度, 实现企业良好的发展前景, 是很多企业的共同追求。作为与人类联系密切的电力行业, 更要承担起重要的责任, 共同保护环境, 实现经济可持续发展, 创造更美好的未来。
2.3.3 正确决策的有效推广
能源的枯竭是阻碍经济持续发展的重要问题, 为保证经济发展的稳步前进, 世界各国对此达成无形的共识, 促进能源的有效利用, 减少能源消耗量, 是各国采取的正确决策。这种正确导向的广泛推广, 促使新型能源的产生, 分布式电源作为其中一种新型方式, 应运而生。
2.4 分布式电源的优点
分布式电源方法的运用较传统的集中供电模式而言, 有着诸多优点。在分布式电源运行过程中, 主要存在三大优势:
1) 供电的电压存在差异, 对于传统电源来说, 对线路板布线的厚度与宽度的要求很大, 要达到足够的数量值, 如一个报警系统的功率为1KW, 电压是5V, 则入口可通过的电流量为200A, 如若同样的功率和电压, 使用分布式电源的方式, 流过的电流量只需20A, 只是集中供电所需的十分之一。
2) 电压产生的变化不一样, 传统的集中供电的方式, 电源线路上通过的电流量较大, 导致供电电压发生变化, 对讯号输送的过程造成不好后果。而分布式电源就避免了这个问题的产生, 在分布式电源的供电程序中, 电压只有与模块本身属性有关。
3) 系统的功能不同, 由于分布式电源的的各个板块之间是相互独立的, 有效的避免了整个供电系统崩溃的局面发生, 这是传统的集中供电方式难以解决的问题。
3 分布式电源对配电系统规划运行的影响
3.1 电能质量
3.1.1 电压
由于分布式电源的并网形式, 造成不同区域间电网所需的电压不同。分布式电源布入的方位和包含容量不同, 使得线路上的电压产生变化。与此之外, 不只是对电网中电压的分布情况带来变化, 同时也影响了电压的稳定状态。电压不同对并网线路造成的不良后果充分证明了在分布式电源中, 电压的状况担当起重要角色, 如在采取风力发电的过程, 由于风能存在的随意性和不可控制性, 在电网中使用风电装置时, 极易造成电压的不稳定性, 情况严重时, 造成整个电力系统的瘫痪。在此分析上, 在利用分布式电源对配电系统进行规划运行时, 电压是极其重要的方面, 对电压运行过程中带来的不良效果仍需深入研究, 对分布式电压的调度情况需谨慎, 采取相应的调度措施。对分布式电源中电压稳定性的控制情况, 直接影响着配电系统的运行。
3.1.2 频率
在分布式电源进行并网的过程中, 必须保证运行时的速度和频次与电网自身的速度和频次相同, 即二者频率相同。一般来说, 分布式电源由于其分布广且灵活, 对其系统的容量要求较小, 因此对各个区域的频率产生的作用并不是很明显。但并不意味着频率在配电系统的规划运行中不产生影响。在模块较大的分布式电源的电网系统中, 依然要引起重视。储存零件与分布式电源系统的有效配合, 能够保证一定数量的电力的产生, 还能够保证电网中频率的稳定, 避免不必要的系统崩溃, 维持电网中调峰电源的充足。在此基础上, 有效的掌控发电机转动的速度, 保持分布式电源与电网中的频率二者相同。配电系统需要一个持续良好的运行平衡状态, 要时刻保持电力的产生、输送的电量、使用的电量三者为一个平衡状态, 这样才能保证分布式电源配电系统的正常运行。
3.1.3 波形
以电力为技术支持的逆变器在分布式电源电网运行中起到根基性的作用。在分布式电源运用到配电系统的情况下, 为保证谐波电压水平的一定, 可有目的的运用功能多样的逆变器, 来达到预期效果。
3.2 规划配电网
由于分布式电源自身所具有的随意性特征, 对配电网进行事先的规划尤为重要, 但在实施规划的过程中, 面临的困境也十分明显, 因此在以往集中供电情况仅仅注重供电过程的安全性和可持续性, 已然不能满足分布式电源接入配电网中所要达到的需求, 然而, 在对配电网规划的过程中, 建造多处变电站这一不当举措, 造成配电网中网络分布情况的混乱, 很难找到最佳的分布点, 在一定时间内不能实现对配电网进行的科学有效的规划。
3.3 配电网网络的损害
配电网不同的负荷水平, 影响着分布式光伏电源的有功注入水平。配电网的网络遭到损害与分布式电源的出力水平和功率水平产生异常存在联系。
3.4 配电网的可信赖性
在分布式电源使用的配电系统区域中, 电网的负荷量可以用不同的分布式电源的分布情况进行相抵, 这就造成了配电网中实际的输送电量值变小, 如此一来, 配电网的电力运输能力就有所改善, 进一步加快。与此同时, 提高了分布式电源分布区域电网中电压的可靠程度。相反, 如若在对分布式电源进行位置分布时, 不符实际的区域布置, 接线路径都会减弱配电网的可信赖性。
3.5 对电力市场产生的影响
对分布式电源的广泛使用一定程度上降低了配电网中某些设备的使用度, 导致一定设备的浪费。比如, 在分布式电源运行的过程中, 配电变压器与电缆线路二者之间易出现轻载现象, 这样就造成设备过剩状况, 出现备用状态, 使得设备利用率降低, 侧面增加了成本的投入量, 导致最终效益的低下。
3.6 对传输电力能力的影响
传输电力的能力是评价一个配电系统安全能力和效用能力的重要标准, 侧面的反映出在进行电力的产生到电力投入整个过程中, 交易双方获取最终效益的多寡。鉴于分布式电源被广泛的投入使用, 这一现象需要引起相关重视。
4 结束语
本文通过对分布式电源的概念、分类、优点、以及使用等方面, 对配电系统规划运行的影响进行系统深入的分析, 对影响配电系统的各种因素进行剖析, 从各个方面进行探讨, 以期达到对分布式电源准确认知的作用, 以及在未来对分布式电源使用过程中所面临问题的有效解决, 以此来达到分布式电源使用效益的最大化。但由于个人知识面的缺乏, 笔者认为本文对分布式电源对配电系统的规划和运行影响的探讨尚存在一定的局限性, 仅以此文作为对分布式电源研究的提供有限参考, 希望在未来能有机会进一步对该问题作出更为完善的探讨。
参考文献
[1]王浩鸣.含分布式电源的配电系统可靠性评估方法研究[D].天津:天津大学, 2012.
分布电源系统 篇9
热力站分布式回水加压泵供热系统 (以下简称分布式系统) 是指在资用压差不足的热力站内换热器一次侧回水管上设置回水加压泵完成流量调节的供热系统, 这种系统不仅可以有效地降低整个供热系统的工作压力, 同时可以实现系统的变频调节, 减小由调节阀造成的能量损失, 避免了供热系统在大流量小温差下运行的可能, 是一种较为节能的供热系统。
中继泵站回水加压泵供热系统 (以下简称中继泵系统) 是指在供热系统的输配干线上设置中继泵站, 根据系统的运行需求及中继泵站的位置, 安装一台或多台回水加压泵以降低管网的工作压力, 这是传统的降压方式。
本文以某城市集中供热项目为例, 分析比较了分布式系统与中继泵系统的优劣。
1 工程概况
某城市集中供热项目, 热源为热电厂。供热系统设计压力为1.6 MPa, 设计供回水温度分别为130 ℃和70 ℃。热源位于离城市约9.6 km的山顶上, 热源与最低点热力站高差约为108.39 m, 为典型的长距离大高差输送管线。现以该供热系统的最不利环路为研究对象, 从技术经济的角度比较采用分布式系统和中继泵系统的优劣。
最不利环路长约为14.52 km, 最不利环路上共有22个热力站, 供热面积为170万m2, 其水力计算见表1。
根据以上水力计算, 取热源主循环泵入口为系统定压点, 考虑130 ℃水的汽化压力为176 kPa, 定压压力取为200 kPa。
热源位于系统的最高处, 随着水流的方向, 地势越来越低, 由于高差的影响, 热网的工作压力越来越大, 压力均>1.6 MPa。因此, 整个系统管网的设计压力需定为2.5 MPa。为了使管网的运行压力<1.6 MPa, 现有两种方案可供选择, 即采用分布式系统或中继泵系统。
2 中继泵系统
综合考虑征地、城市发展及配电便捷等因素, 在城市边上距热源9.4 km处新建中继泵站。同样取热源主循环泵入口为系统定压点, 定压压力为200 kPa, 采取中继泵系统, 热源处循环泵扬程由原来的1 952.3 kPa降为1 085.4 kPa, 中继泵的扬程为867.9 kPa。由于热源循环泵与中继泵是串联连接, 且中继泵前没有支线, 因此二者的流量相等, 均为1 559.47 t/h。
3 分布式系统
分布式变频泵供热系统中存在供水压力与回水压力相等的现象, 即在水压图中供、回水动水压线的交点, 该点的资用水头为0, 称为零压差点。零压差点的位置与各热力站的流量分配、热网总流量及循环泵提供的热网总供回水压差等因素相关, 恰当选取零压差点的位置对于分布式变频泵的扬程有重要的影响。
采用分布式变频泵系统, 主循环泵只需提供系统循环的部分动力, 其余动力由各支线的回水加压泵进行调节, 这使得主循环泵的扬程从1 952.3 kPa降为1 240.4 kPa。整个管线随水流流动方向的地势越来越低, 供水压力也不断升高, 但由于管网总供水压力的起点低, 直到管网最不利点, 供水压力仍≯1.6 MPa。但在回水管网上, 由于部分末端热力站回水加压泵的扬程高, 从支线Ⅲ以后的回水压力>1.6 MPa, 这部分管网仍需采用公称压力为2.5 MPa的管道。
支线所加变频加压泵的流量和扬程见表2。
4 总功率计算
根据特兰根定律, 上述两种方案的理论总功率可按以下公式计算:
N0=∑GiΔHi (1)
undefined (2)
式中:N0——由特兰根定律计算的循环水泵总功率, kW;N——循环水泵总功率, kW;Gi——供热系统各管段的流量, t/h;ΔHi——供热系统各管段的压降损失, kPa;η——水泵效率, 取70%。
计算结果见表3。
5 结语
(1) 采用分布式系统与中继泵系统均可以有效地降低供热系统的运行压力, 但是, 采用分布式系统对压力的降低是平滑无极的, 而采用中继泵系统对压力的降低则是骤降的。在长距离大高差供热系统中, 一旦发生停电, 则极容易产生水击现象。以本工程为例, 由水击产生的压力波将达到2.97 MPa, 一旦发生水击, 将对中继泵站及整个管网系统造成破坏性的影响。
(2) 在能耗方面, 采用中继泵系统对于节约能耗没有任何作用, 但是采用分布式系统则可以降低约30%的电耗, 因此, 从经济运行的角度来讲, 采用分布式变频泵系统不失为最优选择。
(3) 采用分布式变频系统加压泵只需增设在热力站内, 而采取中继泵系统则需新增中继泵站。以本工程为例, 需新建约1 000 m2的中继泵站, 其投资额远高于增设分布式系统。
摘要：通过分析比较分布式系统与中继泵系统的优劣, 以某工程实例为研究对象, 得出了采用分布式回水加压泵供热系统比采用中继泵站回水加压泵供热系统节能约30%的结论。
关键词：分布式,中继泵,节能,降压
参考文献
[1]秦冰, 秦绪忠, 谢励人, 等.分布式变频泵供热系统的运行调节方式[J].煤气与热力, 2007, 27 (2) :73-75.
[2]狄洪发, 袁涛.分布式变频调节系统在供热中的节能分析[J].暖通空调, 2003, 33 (2) :90-93.
分布电源系统 篇10
【关键词】LTE技术；MIMO技术；室内分布系统；规划与设计
1.引言
LTE是3G通信技术演进的产物，对3G技术的空中接入技术进行了优化和增强，并且引入了扁平化网络结构。LTE技术是目前4G通信的主流技术，因此随着4G牌照的发放，LTE技术也必将获得巨大的发展。在LTE通信技术中，其典型的特点是提供较大的通信数据流量。根据对国内外3G技术发展的经验分析发现，80%以上的业务量集中于20%的用户密集区域，因此在LTE技术的发展过程中，室内分布将成为其发展的重点和主要的部署方式。MIMO多天线技术是LTE技术的关键技术，通过对空间信道的充分利用实现了大数据通信，使得LTE技术的信道容量和数据流量大幅度提升。因此，在实际的LTE室内分布规划和设计过程中，必须将MIMO多天线技术作为一个重要的因素予以考虑。
2.LTE室内分布系统概念
（1）LTE室内分布系统结构框架
作为LTE技术实现的重要方式，室内分布系统主要分为信号源以及信号分布系统两个主要部分，其中信号源又主要有宏基站、蜂窝基站、直放站等形式。在具体的通信业务实现过程中，即信号源与室内分布系统的相互结合，实现对室内网络覆盖区域的通信业务、用户容量等进行考虑。目前的信号分布系统可以分为无源式、有源式、光线式、同轴电缆式以及混合方式等，在其选取的过程中需要综合考虑室内分布系统的覆盖范围以及通信环境等因素。
（2）LTE室内分布系统的天线类型
在传统的室内分布系统中，其天线形式主要采用较为简单的单极子形式，此类天线制作成本较低，覆盖范围较大。然而随着通信天线技术的不断发展以及室内分布系统相关性能和参数要求的提升，双极化天线受到广泛的关注。在LTE室内分布系统中，由于需要采取MIMO多天线技术来提升系统的数据吞吐量，因此天线之间的相互耦合成为一个十分严重的问题。所以对于LTE室内分布系统而言，双极化天线将会更加实用，即在天线系统中采用极化相互正交的天线单元组成具有较低耦合度的天线阵列，从而充分利用空间环境和分集效果，实现LTE网络的高数据传输速率。在相同的输入功率和通信频带宽度情况下，采用双极化阵列方式可以使得数据量成倍增加，这对于改善LTE室内分布系统的性能具有十分重要的意义。
（3）室内分布系统天线选取
天线的选择对于室内分布系统性能有着重要影响，由于天线的辐射特性受到周围环境的影响，因此在室内分布系统的天线形式选取过程中也需要结合具体的环境进行。目前，应用于室内分布系统的天线主要有以下几种类型：一是采用全向吸顶天线，这是一种传统的室内分布系统天线形式，可以通过部署多个全乡吸顶天线实现对区域的分布式覆盖；二是定向吸顶天线，主要应用于用户呈现天井状分布的场景，通过定向天线既可以满足区域覆盖要求，同时还可以进一步扩展网络覆盖范围；三是对数周期天线，其主要应用场景是电梯的井道内，而且还需要结合具体的通信环境选择合适的信号辐射模式，以实现最佳的通信质量。
（4）LTE室内分布系统模式
在目前的LTE室内分布系统模式中，主要有单通道和多通道两种，具体而言单通道模式指的是LTE基站端输出单路信号，在接收端采用多路接收，从而实现1×n SIMO系统，这种模式主要应用于对数据流量要求降低的办公楼宇，该种模式也可以作为LTE室内分布系统初期建设的主流方式；多通道模式指的是在LTE基站端和用户端均采用多天线（不小于2）进行收发，该种模式主要应用于对数据流量要求较高的区域，可以充分的体现出MIMO系统的大数据量特点，改善用户体验。同时在具体的天线形式选择过程中，可以采用单极化或者双极化天线，需要根据具体的场景和指标要求进行选择。
3.LTE室内分布系统规划和设计方案
在LTE室内分布方案的规划和设计过程中，主要有两种主流方案，即新建独立LTE网络和在已有室内分布网络基础上进行改造。从建设投入成本的角度而言，运营商往往更加希望在推广新的网络技术时能够充分利用现存的资源，然而对目前的2G/3G室内分布网络进行改造具有较大的难度，而且在改造的过程中还会涉及到无法独立进行网络规划和设计的问题，因此选取哪种方式需要结合运营商的实际情况进行综合性分析，通过对现存室内分布网络的评估，确定其进一步改造的难度及成本。在目前的室内分布网络建设过程中，主要才用的是单通道、单极化方式，因此在LTE的室内分布网络规划过程中主要存在着以下几个方面的难题：一是通道数量的确定，采用传统的单通道方式还是更新为双通道；二是馈电系统的规划，是采用独立的新建馈电系统还是沿用现存的；三是天线的选取，是选择传统室内分布系统中常用的单极化天线，还是采用双极化天线。鉴于对上述主要问题的分析，确定了以下几种用于LTE室内分布系统的方案。
（1）单通道LTE独立设计方案。该方案主要是对现有的2G/3G方案进行改造，在馈电方式上采用传统的单通道模式，在现有室内分布式系统的基础上增加一套射频通信系统即可，没有采用MIMO多天线技术，在建设的过程中与现有系统相互独立，并且拥有自身独立的馈电系统。此种方案不会对现存系统造成影响，同时可以实现对LTE室内分布系统的优化设计，然而由于没有选取多通道技术，因此只适用于非热点区域。
（2）采用双通道单极化LTE建设方案。即在通道选取上采用双通道模式，天线选择单极化天线，能够实现MIMO多天线通信，同时与现存的室内分布系统相互独立，并且采用完全独立的馈电系统。采用这种方案需要增加两套新的天馈系统，同时天线数量也要翻倍，并且需要对馈电系统实现电平差值控制，以更好的实现MIMO性能。此种方案与现存方案完全独立，因此其成本相对较高，同时新增加的天线安装也会有着较大的难度。然而此种方案能够充分满足热点区域对于高数据流量的要求。
（3）双极化双通道LTE建设方案。即选择双极化天线方式实现MIMO性能，同时其建设过程中与现存系统相互独立，采用完全独立的馈电系统和具有双极化特点的天线进行辐射。选择该方案需要建设一套完整的室内分布系统，包括天馈系统及相关的组件，同时由于天线具有双极化的特性，因此可以采用一副天线即可。此方案可以实现对于LTE室内分布系统的独立规划和优化处理，同时其由于MIMO技术的引入可以更好的改善热点区域用户体验。
4.结束语
LTE室内分布系统的规划和设计关系到整个系统的性能，因此需要结合实际的应用场景和业务需求，选择合适的LTE室内分布系统方案，以更好的发挥LTE技术的大数据流量优势，改善热点用户的通信质量。
参考文献
[1]李维，朱恩.LTE室内分布系统设计流程[J].信息通信，2012，05.
[2]张晟，汪颖.TD-LTE室内分布系统规划与组网方案[J].电信工程技术与标准化，2013，07.
分布电源系统 篇11
随着电力技术的发展、时代的进步, 配网设备也越来越自动化、智能化。在智能测控装置层出不穷的今天, 制约配网向自动化智能化发展的一大阻力便是缺少适合配网的、稳定、可靠的操作电源。配网现阶段设备操作电源主要有采用直流屏作为操作电源以及将PT将10k V系统电压逆变为交流220V来作为操作电源这两种方式。在实际使用上这两种方案各具优势和特色。但配网本身具有设备数量十分巨大、设备分布广且空间局促、设备运行环境恶劣复杂、维保工程量大等特点决定了配网直流电源设备必须满足体积小、对运行环境要求低、坚强可靠、尽可能免维护这些苛刻的条件。而这些苛刻的条件也就决定了直流屏作为操作电源以及PT逆变AC220V操作电源这两种方式都不能完全满足配网设备的实际要求。分布式直流电源是近年出现的新型的直流电源设备, 其本身特点满足未来配网发展的要求, 将会在配网自动化、智能化的发展趋势下不断推广使用。
1 PT逆变作为操作电源的情况分析
在小型10k V配电室配网典型设计中, 出于造价、运维成本等方面因素考虑, 通常是通过PT将10k V电源逆变为AC220V为高压柜等配电设备提供操作、控制、保护、信号等回路所需的电源。在一些带有保护装置的环网柜、柱上开关也经常采用这种方式作为操作电源。这种操作电源的方式占用空间小、实施简单、易于安装、经济实用、维护费用低, 但控制电源输出不稳定、可靠性不高。
1.1 PT逆变的方式在设备发生故障时易失去操作电压
2013年, 襄阳市余家湖工业园某建材厂变压器发生低压绕组内部线圈短路时, 高压进、出线柜由于采用PT逆变的方式作为操作电源, 保护装置无法正确动作, 造成故障越级跳闸。类似的案例还有很多, 这些案例充分暴露出以PT逆变为AC220V做为操作电源最大的安全隐患在于当设备发生短路故障时, PT一次侧电压迅速降低, PT二次侧产生的电压也将很难满足工作要求, 这将会造成设备完全失去控制电源, 高压设备及机电保护装置将无法启动。
其次, 当PT本身发生故障或PT一、二次保险发生熔断时, 也会造成配网设备失去操作电压, 配网设备失去保护。2012年1月, 在襄阳地区PT逆变作为操作电源的某居民配电室发生了一起严重的设备损伤事故, 后经查明造成此次事故的主要原因便是当系统出现过电压时, 造成PT一、二次保险熔断, 导致设备完全失去操作电源, 当故障发生时, 保护无法正确动作。
1.2 PT逆变作为操作电源易造成保护装置误动作
电源往往含有大量高频杂波和直流涟波, 而以PT逆变作为操作电源的方式并没有滤波设计, 如果输出的操作电源含有谐波过多, 提供电压质量不高时, 会干扰到保护装置敏感的芯片正常工作, 容易造成保护装置的误动作, 在电网波动较大的极端情况, 甚至可能造成保护装置、控制回路的烧毁。
如果作为控制电源的PT为双绕组PT, 同时负担保护、信号、操作电源时, 当控制回路发生接地或者短路的情况下, 都会造成PT二次侧开关跳闸, 将会造成低电压保护误动作。另外, 当需要接入控制回路元器件过多的时, PT自身容量难以满足需求, 影响保护和测量的准确性。此外PT逆变作为操作电源的方式, 不能提供通讯接口, 无法实施远程监控, 不能满足配网自动化智能化的要求。
综上所述, 在配网系统以自动化、智能化为发展方向, 对供电可靠性要求越来越高的大背景下, 传统的以PT逆变AC220V作为配网设备操作电源的方式已经严重不能满足配网发展的要求。
2 直流屏作为配网操作电源的情况分析
直流屏作为发电厂、变电站最可靠的操作电源, 已有了严格的技术标准和要求, 是一种成熟、稳定、可靠的操作电源, 并且功能齐备, 带有485通信接口, 可以实时远程监控。但是直流屏所需要严格的运行环境、较高的建设成本、严格的维护要求、独立的空间要求, 这些因素都限制了直流屏在配网中大规模推广。
2.1 直流屏的体积及建设成本制约了直流屏作为操作电源在配网中的应用
直流屏作为操作电源可靠性高, 但投资大, 配电室面积和运行维护工作量会有明显增加。对于中小用户而言, 受限于投资与维护的成本, 配网小型配电室一般不会考虑直流电源供电方式。而对于配有独立保护装置、需要操作电源的配网柱上开关、环网柜、箱式变电站而言, 直流屏所需的空间很难满足并且会大大增加建设成本。
2.2 配网设备运行的恶劣环境制约了直流屏作为操作电源在配网中的应用
直流屏蓄电池组对运行环境有着严格的要求, 一般应在环境温度5~35℃范围内运行。环境温度低于5℃或高于35℃都会降低蓄电池组寿命。当前大多数配电室未安装空调系统, 环境温度无法保证。且直流屏对充电电压也有严格的要求, 如果充电电源输出超出规定范围将造成蓄电池损坏、容量降低、寿命缩短等现象。而在配网中, 充电电源只能直接来源于配网终端, 充电电压波动较大, 难以满足对充电电压的要求。而且配网系统中分布最为广泛的室外设备的运行环境更为恶劣, 进一步极大限制了直流屏的在配网中的广泛运用。如果在配网系统中大规模推广使用直流屏, 将会造成直流电源无法达到直流屏应有的效果并且将极大增加电网维护成本。
2.3 蓄电池组严格的维护要求限制了直流屏作为操作电源在配网中的应用
按照蓄电池组运行维护管理规定, 在运行中, 运维人员应时刻监视蓄电池组的端电压值, 浮充电流值, 每只蓄电池的电压值、蓄电池组及直流母线的对地电阻和绝缘状态。还应时刻监视蓄电池组每只电池充电状态, 若因为单只电池严重过充电, 将使得电池组寿命严重缩短甚至出现安全隐患的现象。配网设备数以万计, 如果均采用直流屏作为操作电源严格按照蓄电池组运行维护规定进行维护, 对配网的运维人员将是一项巨大的挑战。
此外, 电池组的容量由最低容量的电池来决定。因单只蓄电池容量不满足运行要求拖垮整个蓄电池组的事例屡见不鲜。随时监视配网中蓄电池组每只电池的状态的工作量又必将是巨大的。而当直流屏蓄电池组达到使用寿命若需更换时, 更换直流屏整组蓄电池组耗时长, 费用高。
在襄阳地区带有保护装置的10k V高压柜等电气设备数以万计, 若全部采用直流屏供电, 高昂的造价将让电力企业难以负担;安装直流屏单独的空间要求在寸土寸金的市区稍显奢侈;基于庞大数量之下的直流屏严格的维护要求也将使设备管理单位疲于应付。故直流屏在配网系统中只适用于大型、关键性中心开闭所, 并不适合全面推广使用。
3 分布式电源的特点及优势
分布式直流电源是近年出现的新型的直流电源设备, 主要应用于小型开关站和用户末端为微机保护装置、仪表、指示灯等各种二次回路元件提供可靠不间断工作电源。避免交流失电时导致保护装置、控制回路失去作用, 为一次设备提供可靠地操作电源。
分布式直流电源可直接安装在开关柜等设备的仪表箱内, 可节约直流屏的占地面积。同时因电源在开关柜内, 可减少电缆使用量, 节约一次设备投资及电缆施工工作量。在一次设备数量不多时, 采用分布式直流电源的工程造价将远小于直流屏系统, 同时在运行中减少线损, 节约运行成本, 充分满足配网设备分散、体积小、环境恶劣、要求尽可能少维护的特殊要求。
目前市场上出现的直流分布式电源已具有以下特点与优势:充电器、蓄电池组、监控设备三合一、组成独立的直流电源系统;二次设备按工作性质及负荷大小分组, 每组二次设备由一面与设备并列布置的直流电源屏供电, 即直流电源屏下放到二次设备安装地。各直流电源屏的监控设备通过现场总线或局域网受控于上位控制机, 可以实现远程监控, 节省大量人力物力。当前的逆变开关、监控模块同样是体积小、容量大、效率高且自动化程度高, 还可实现远程监控和维护。分布式直流电源充电方式灵活, PT逆变为AV220、市电AV220、AC380、乃至太阳能充电都可以满足需要, 充分适合柱上开关、环网柜、箱变等必须在室外安装的设备。智能化管理维护, 智能化高频电源技术, 自监测、自诊断, 可当地显示、报警, 也可联网通信, 实现无人值守的自动化远程管理。内置蓄电池自动充电管理模块, 自动对电池进行智能化均浮充管理, 大大延迟蓄电池的寿命, 使运行更加可靠和安全。此外, 分布式直流电源采用的少量 (通常为1~2只) 免维护电池, 降低了维护要求的同时, 大大减少了当电池需要更换时的工作量及费用。
综合对比以上三种操作电源的运行方式、可靠性、造价、维护量等特点, 得到下表。从表中对这三种操作电源对比中不难得出在小型化、分散化的配网条件下, 分布式直流电源具有和配网的天然契合性, 值得在配网建设中大力推广使用。
4 关于现阶段使用分布式直流电源使用的建议
虽然分布式直流电源具有等一系列优点, 但是由于时近年来新出现的产品, 在对它的设计、安装、维护上也尚无明确的规定。在现阶段使用分布式直流电源的方法也正处于百花齐放、百家争鸣的阶段。下面作者将结合工作实际对分布式直流电源的使用提出自己的一些看法与建议。
4.1 分布式直流电源实际应用中电池容量选择的分析
图2所示为在某小型配电室分布式直流电源的实际应用, 在如图所示的小型配电室为装设VS1型断路器的KYN28型高压柜, 共有3面开关柜、1面PT柜。而设计人员为保证操作电源的可靠性, 为每一面带有断路器的开关柜均配有一台分布式电源。但是笔者认为这种设计方式并不经济, 又不能满足操作电源可靠性的要求。下面, 笔者将以图2为例, 提出在实际应用中对分布式直流电源电池容量的算法。
图2中, 每台高压柜的微机保护及信号灯用电总功率约为20W。其采用的VS1型断路器的具体参数为:额定电流3150A, 额定分断电流40k A, 合闸时间不大于100ms, 合闸功率不大于468VA;分闸时间不大于50ms, 分闸功率不大于368VA, 储能时间不大于10s, 功率不大于100W, 以备用时间为10小时计算。按照主流分布式直流电源技术说明, 分别按照考虑按持续放电负荷计算电池容量及冲击负荷计算电池容量计算方法如下:
(1) 按持续放电负荷计算电池容量。
电流大小为:I=60W/24V=2.5A
取可靠系数为1.4, 蓄电池容量为C10=10× (1.4×0.27) /1=35Ah
(2) 按折算至24V电池电压冲击负荷计算电池容量。
电流大小为:Ich= (468+60) /24=22A
取可靠系数为1.4, 电池放电曲线得冲击系数为0.78,
蓄电池容量为C10= (1.4×22) /0.78=39.4Ah
(3) 比较两个计算值知, 在本例中蓄电池容量由冲击负荷决定。即选用一台分布式直流电源, 配置2节12V的蓄电池, 容量选用40Ah, 在图2所描述的小型供电时, 可备用时间为10个小时。若要求备用时间较短或者断路器合闸电流较小时, 电池容量会适当变小, 一般的配置应为一台分布式直流电源, 需配置容量为40Ah的蓄电池即可完全满足需要。
4.2 现阶段分布式直流电源应用方式改进的建议
图3所示为某采用分布式直流电源的KYN28高压柜二次图, 在此高压柜已安设有10k V/220V的PT作为照明及电磁锁电源的情况下, 未将PT低压侧作为分布式电源的充电电源, 仍需外接交流220V作为充电电源, 这样设计增加了建设费用、占用了宝贵的低压出线、增加了故障点, 降低了运行可靠性。
如果分布式直流电源安装于重要设备, 对可靠性有很高要求。可以采取安装两台分布式直流电源通过电压继电器、中间继电器组成的二次回路来实现直流电源自动切换。这样当一台分布式直流电源电池用完或需要检修时, 另一台分布式直流电源可以为设备提供不间断的操作电源, 这样将大大提高了设备可靠性。
5 结束语
分布式直流电源具作为一种新型的操作电源, 有建设成本低、体积小、重量轻、维护量小、可靠性高、可远程监控等一系列优势与特点。在现阶段配网系统对可靠性要求越来越高, 同时不断迈向自动化、智能化, 分布式直流电源必将得到更加广泛的应用。
参考文献
[1]卓乐友, 蓝柏林.电力工程电气设计手册电气二次部分[M].北京:水利电力出版社, 1990.