分布式智能范文（精选9篇）

分布式智能 第1篇

1 实现原理

智能分布式FA系统就是指不需要配电主站或配电子站控制, 通过终端相互通信、保护配合或时序配合, 在配电网发生故障时, 隔离故障区域, 恢复非故障区域供电, 并上报处理过程及结果。不同模式的FA在具体实现原理、配置、功能特性上并不完全相同, 本文在传统的馈线终端、配电变压器终端、配电子站等之外, 提出分布式FA的概念, 即通过收集对应终端 (保护、FTU、TTU) 的信息, 并与相邻的终端设备实现对等通信, 运行智能分布式FA系统的控制算法, 实现故障定位、隔离与非故障区域恢复供电功能的设备单元。实际应用中可能把算法功能融合在传统的配电终端中。

2 结构配置

智能分布式FA系统采用支持对等通信的以太网结构, 各种智能分布式FA模式都需要建立基于IP的通信网络, 如以太网无源光网络 (EPON) 或工业以太网, 但因为这几种模式的分布式颗粒度不同, 配置差别较大。

3 功能特性

虽然这几种模式都最终实现了FA, 但因其原理与配置不同, 在实际应用时, 功能特性差别很大。

配电网改造、扩容以及日常性维护频繁, 需要各个配电环网的FA功能独立运行、互不影响, 如果某环网需要改造或检修, 在工作过程中仅需停止本环网的FA功能, 无需考虑对其他环网的影响。这也是智能分布式FA系统相对于集中式FA系统的最大优点。子站级FA系统可能涉及多个环网, 难以避免从同一个变电站引出的多个环网间的相互影响, 其他模式在馈线层次上完全独立, 优于子站级。

4 基于IEC61850

基于IEC 61850的模型设计与扩展根据IIEC 61850的建模思想, 智能分布式FA系统由分布在配电网线路上的相关IED设备组成。每个IED应包含一个或多个SERVER对象, 每个SERVER对象中至少包含一个LD对象, 每个LD对象至少包含有3个LN:LLN0, LPDH和其他应用LN。组合成一个LD的这些LN一般具有某些公用特性。

5 系统环境及其要求

变电站10k V出线开关采用断路器并且配置具有延时速断保护功能的保护设备。

馈线开关采用断路器并配置具有智能分布式FA功能的智能终端设备。智能分布式配电终端除了具有常规终端的三遥功能、对时功能、与主站通信等功能外还具有以下功能:

通信功能:通过网络方式与同一供电环路内相邻智能分布式配电终端实现信息交互, 如故障信息、开关位置状态信号、跳闸成功、开关拒动等信息, 实现智能智能分布式FA功能。

逻辑判断功能:能够根据预设条件自动实现故障定位、故障隔离, 非故障区域恢复, 针对不同的馈线保护和一次设备, 具备相应的动作机制。

FA投退功能:能够实现FA功能投退。

FA动作信号:能够生成FA保护动作信号, 并上传配电自动化主站。

6 应用实例

6.1 开环配电网智能分布式FA原理

(1) 故障定位

一个典型的开环配电网如图所示, 变电站出口开关、分段开关及联络开关均为断路器, 线路上由一组相邻开关围成的线路部分成为一个区域, 各个开关为该区域的端点。如区域P (S1、K1) 、区域P (K1, K2, K7) 、区域P (K8, -) 等。

若一个开关的某一相流过了超过电流整定值的故障电流, 则其智能配电终端报过流故障信号, 并向其相邻开关的智能配电终端发送过流故障信号。若一个配电区域有且只有一个端点上报流过了故障电流, 则故障发生在该配电区域内部;否则, 故障就没有发生在该配电区域内部。

例如, 对于图1的配电区域P (K1, K2, K7) , 若开关K1上报流过了故障电流, 而开关K2和K7均未上报流过故障电流, 则可断定故障发生在该配电区域中;若开关K2和K7均上报流过了故障电流, 则可断定故障没有发生在该配电区域中。

(2) 故障隔离

对于一个开环运行的配电网, 故障隔离的机制如下:

若以某一个开关为端点的所有配电区域内部都没有发生故障, 则即使该开关流过了故障电流也没有必要跳闸来隔离故障区域。

只有当以某一个开关为端点的一个配电区域内部发生故障时, 该开关才立即跳闸来隔离故障区域。

若某个开关收到与其相邻的开关发来的“开关拒分”信息, 则立即分断该开关来隔离故障区域。

一个非联络开关 (包括变电站的10k V进、出线开关和馈线上的分段开关) 的智能分布式FA配电终端的故障处理步骤为:

若该智能终端采集到一条流过故障电流的信息 (可能来自其本身或其相邻开关) , 则从保护启动后的极短暂延时时间内继续收集其相邻开关的故障信息。

该极短暂延时时间到后根据收到的故障电流信息判断以该智能电子设备所控制的开关为端点的配电区域内是否有故障。

若判断出故障发生在以该智能电子设备所控制的开关为端点的配电区域, 则令其所控制的开关跳闸;否则使其所控制开关为原状态不变。

(3) 非故障区域恢复供电

对于一个联络开关, 正常运行方式下其处于分闸状态, 且其两侧均带电。若一个联络开关的一侧发生故障, 则非联络开关依照上述原理可以自动实现故障区域隔离, 从而导致该联络开关一侧失电。

对于一个开环运行的配电网, 非故障区域自动恢复供电的机制由配电主站参与集中式DA进行自愈, 或者通过如下机制进行自愈:

若一个联络开关的一侧失压, 且以该联络开关为端点的配电区域内部都没有发生故障, 则经过预先整定的合闸延时时间的时延内, 收到无故障电流开关隔离后依次发送过来的“跳闸成功”信号, 该联络开关自动合闸, 恢复非故障区域供电。若经过预先整定的合闸延时时间的时延后, 扔没有收到无故障电流开关隔离后依次发送过来的“跳闸成功”信号, 则该联络开关始终保持分闸状态。

若一个联络开关的一侧失压, 且故障发生在以该联络开关为端点的配电区域内, 则该联络开关始终保持分闸状态。

若联络开关收到与其相邻的开关发来的“开关拒分”信息, 则该联络开关始终保持分闸状态。

若一个联络开关的两侧均带电, 则该联络开关始终保持分闸状态。

对于具有多个联络开关提供不同恢复途径的情形, 可以通过合闸延时时间整定值的差异, 来设置它们的优先级。

6.2 考虑瞬时性故障的智能分布式FA方案

对于经历了故障电流并且跳闸的开关 (包括变电站出线开关) , 在其一侧带电的条件下, 开放其1次快速重合闸功能;若重合失败导致该开关再次跳闸, 则自动闭锁于分闸状态, 并向其相邻开关发送“重合失败”信息;若重合成功, 则向其相邻开关发送“重合成功”信息。

对于未经历故障电流已跳闸的开关, 不允许重合功能, 跳闸后在一段时间内若收到其相邻开关发来的“重合失败”信息或没有收到其相邻开关发来的任何信息, 则闭锁于分闸状态;若收到其相邻开关发来的“重合成功”信息, 则驱动开关合闸。

未跳闸的开关以及重合成功的开关收到其相邻开关发来的“重合成功”信息, 则置之不理。

闭锁在分闸状态的开关只有通过人工就地或远程控制才可复归。

对于联络开关, 应具备的功能与上述相同, 只是为了配合瞬时性故障和永久性故障的判别, 联络开关的合闸延时时间需要设置的稍微长一些。

6.3 后备保护

变电站出线的总后备保护

变电站出线开关配置延时速断保护作为馈线的总后备保护, 若由于种种原因造成延时时间到后故障电流仍未切除, 则该延时速断保护动作跳闸切断故障电流, 即包括馈线开关拒动、开关误动、保护信号失真、通信异常、后备电源故障等, 造成的最严重后果也就是故障所在区域及其上游全部停电, 而不会导致更严重的影响。

馈线开关拒动、误动。

若不采取措施, 开关拒动会对恢复供电产生很大影响, 导致故障所在线路的变电站出线开关跳闸并且重合不能成功, 从而扩大故障影响范围。

解决开关拒动问题的措施是:

若发出跳闸命令后开关未在规定时间内跳闸成功, 则认为该开关发生了拒动。

发生拒动的开关的智能终端设备向其相邻开关发送“开关拒动”信息。

收到“开关拒动”信息的相邻开关若处于合闸状态, 则驱动开关跳闸。

变电站出线开关配置延时速断作为后备保护 (若由于种种原因造成延时时间到后故障电流仍未切除, 则该延时速断动作跳闸切断故障电流) 和一次快速重合闸功能。

采取上述措施后, 开关拒动仅仅造成故障隔离范围有所扩大, 并不会对自愈恢复造成更大影响。

信号失真。

信号失真包括故障信号误报、漏报, 开关位置信号误报等。

对于偶然干扰造成的故障信号误报或是漏报, 需要对信号进行甄别, 无法甄别时按上述过程处理, 会造成故障影响范围短暂扩大现象。

判断信号是否为误信号时, 增加判据条件, 判断线路是否有开关跳闸信号, 若存在开关跳闸信号, 则认为为漏信号, 增加跳闸, 若没有收到开关跳闸信号, 则认为为误信号, 不进行处理。

如下图所示, 开关S1、K2报故障信号, 无法确定开关K1信号漏报, 还是开关K2信号误报情况下, 根据上述判据, 判断出故障发生在P (S1、K1) 范围内, 并隔离开关S1、K1, 同时将跳闸信号发送给线路开关, K2如果收到其他开关跳闸信号, 则认为有信号漏报 (开关K1) 情况, 并隔离区域P (K2、K4) 。如果开关K2没有收到其他开关跳闸信号, 则认为有信号误报 (开关K2) , 不予处理。

对于开关位置信号误报, 如某开关当前为分状态, 却报有过流信号, 同时判断出故障发生在本开关区域内, 则仍然发跳闸命令, 认为开关分状态信号为误信号。

通信故障。

智能分布式FA对通信可靠性要求很高, 如果通信全部中断, 则及时发出告警给配电主站, 进行检修处理。若不及时采取措施, 通信故障会对故障隔离及恢复产生很大影响, 有可能导致不仅故障所在线路、而且联络开关对侧的线路都全线停电。

如果某开关报过流信号, 且其与相邻开关通信中断, 则认为故障发生在本开关区域内, 并进行跳闸隔离。联络开关由于没有收到无故障电流信号的开关的跳闸信号, 则经过延时后不合联络开关, 防止将故障区域误送电。联络开关如果收到了无故障电流信号的开关的跳闸信号, 则经过延时时间内合联络开关。会造成故障影响范围扩大现象。

7 智能分布式FA限制条件

智能分布式FA适应于拓扑结构比较简单的环网线路或单线路。

智能分布式FA需要与变电站出口断路器时间定值配合, 变电站出口断路器时间需要整定为0.3S-0.5S, 以躲开智能分布式FA动作、隔离时间。

智能分布式FA对通信可靠性要求比较高, 需要高可靠性快速通信网络的支持。

智能分布式FA动作、隔离故障需要线路上配置断路器开关, 跳闸时间越快越好。

当通信或开关跳闸时间不能躲开变电站出口断路器时间时, 需要先跳开变电站出口断路器, 保证线路安全, 后进行故障隔离和自愈。

结语

智能分布式FA在配网中的应用, 基于10k V配电线路分段开关为断路器开关的线路上, 智能配电终端通过高速通信网络, 与同一供电环路内相邻智能分布式配电终端实现信息交互, 根据预设条件自动实现故障定位、故障隔离, 非故障区域恢复, 可以实现快速故障隔离和自愈, 大大减少了无故障线路的连带性事故停电、缩小故障停电范围、缩短用户停电时间, 从而提高所带用户的供电可靠性, 提高了电网的安全运行系数。

摘要：本文以智能分布式FA技术为基础, 介绍了智能分布式FA的实现原理、结构配置以及功能特性和所处的系统环境要求。以开环配电网智能分布式FA和瞬时性故障的智能分布式FA为例, 介绍了典型的智能分布式FA的应用方式并提出了其限制的条件。智能分布式FA的引进运用于配网中, 大大减少无故障线路的连带性事故停电、缩小故障停电范围、缩短用户停电时间, 从而提高用户的供电可靠性, 对电网的安全运行具有重要意义。

关键词：智能分布式FA,智能配网,应用

参考文献

[1]刘健.配电自动化系统[M].北京:中国水利水电出版社, 1998.

[2]林攻平.配网自动化与10kV智能化开关电力系统自动化.

[3]李凌.馈线自动化技术方案研究[J].电力勘测设计.

分布式智能 第2篇

根据相应的规定得知，在分布式发电技术并入智能电网技术的过程当中，首先需要了解分布式发电技术的分布状况以及负荷增长的程度，之后以此为依据对分布式发电技术在智能电网技术当中的接入位置、接入容量进行适当调整。调整中需要依照相应的标准来开展工作，标准可以依照IEEEP1574内容来进行选择，本文对IEEEP1574进行了解之后确认，其标准适用于所有低于10MVA的分布式电源入网。

3.2分布式发电技术并入智能电网控制方法

分布式发电技术并入智能电网之后会发生一系列的问题，针对问题的特性进行分析可见，其大多数问题都存在难以控制的特性，因此为了保障分布式发电技术在智能电网当中的合理运作，需要采用相应的控制方法。本文主要介绍了电力电子技术、功率管理系统两种控制方法，具体如下文所述：(1)电力电子技术。在电力电子技术领域中，一种即插即用的技术受到了广大用户的青睐，本文通过前人研究了解到，此项技术能够对分布式发电技术与智能电网并行进行有效控制，控制侧重点在于协调性控制、能量控制。应用当中，首先采用电力电子耦合技术构建并行电路，此电路有两个显著的功能特点：①支持接口快速转换;②限制短路电流。其次，在电力电子耦合并行电路当中，可以始终保持短路电流低于额定电流200%，以此维持电路的稳定性。此外，虽然此项技术的性能良好，但同样存在一个“致命”的缺陷，即当电力故障发生之后无法恢复系统的电压与频率，不利于配电运作。(2)功率管理系统。此管理系统主要是针对上述电力电子耦合并行电路缺陷而设定的，其中包含了许多控制模块，可以针对电力电子耦合并行电路中的无功、有功电力潮流进行控制，因此可以作为电力电子耦合并行电路的终端处理系统。通过实际应用发现，功率管理系统具备3种不同的控制模式，即电压下垂特性调整、电压调整策略制定、电力潮流因子校正，因此该管理系统的灵活性也相对较高，可以避免电压下垂特性出现偏离、电力总线合理电压维持、校正电力潮流因子实现母线无功补偿。此外，因为功率管理系统本身不具备通信功能，所以也存在一定的弊端，对此本文建议电力单位采用相应的优化方法来进行改善，例如智能电网高级故障管理系统。智能电网高级故障管理系统能够在电力发生故障时，通过通信功能使分布式供电应用转化为孤岛模式，避免了故障的扩散。

4结语

本文主要分析了分布式发电技术与智能电网技术的协同发展，分析首先对分布式发电技术进行了概述，了解了此项技术的应用面以及应用优势，之后针对分布式发电技术并入智能电网技术后产生的问题进行分析，了解了此两项技术并入的难度，最终提出了两者协同发展的方法，主要包括标准设定、控制方法两个部分。

参考文献

[1]陈丽丽.智能电网大数据处理技术现状与挑战[J].科技资讯，，15(9)：56.

分布式智能 第3篇

关键词：分布式发电；微网；智能配电；配电网

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）23-0109-02

随着科学技术的快速发展，我国电网技术也在不断更新换代。分布式发电技术在政策的支持和电能生产价格不断下降的情况下得到了广泛的应用。新的并网发电分布式发电系统的稳定运行提出了挑战，而系统运行人员也往往对部分分散的小容量分布式发电电源视而不见，相反，一些大型的集中性分布式发电电源又总是不易控制的。

分布式发电是指一种充分利用各种分散存在和可用的能源来进行发电和供能的技术。微网发电技术一般应用于小型发配电系统，其组成结构往往根据实际需求而不同，不过一般包含分布式电源、自动检测设施和储能设施等。智能输电相对前面两者网的整体稳定性和可靠性更高，在应对紧急事故是更加具有优势。智能输电网在能源利用方面具有一定优势，可以对可再生资源进行大范围集中性开放，并且实现能源广域性优化。

1 分布式发电技术

1.1 分布式发电现状

分布式发电是利用多种分散能源来进行发配电的技术。这里的分散能源所包含的种类繁多，可再生能源和不可再生能源都被包括在内。太阳能、风能、潮汐能等都是分布式发电所利用的主要能源，而一些地区不具备相应条件，一般使用煤炭和天然气进行发配电。

分布式发电的规模范围较广，发电量可以从几百千瓦到兆瓦级，我国目前通常使用的是中小型的分布式发电。分布式发电不仅在我国得到广泛应用，欧洲、美国等发达国家也对分布式发电投入了大量的人力物力进行相关研究。

欧盟连续在以“能源、环境与可持续发展”为主题的第五、六、七框架计划支持了一系列与分布式发电接入技术和可再生能源有关的研究项目。与此同时，美国在分布式发电研究上投入的经费更多。美国政府为了促进分布式技术发展，不仅在国家有关技术实验部分开展分布式发电研究项目，而且在各大高校和电力企业投入大量资金来全面推广分布式发电技术。

我国在分布式技术相关研究上起步较早，在2009年就成立相关分布式发电技术研究所，并且配备了科技含量较高的研究设施和技术水平过硬的科研人员。我国在分布式发电技术上的相关研究，不仅是分布式发电逐渐发展成熟的关键基础，也为分布式发电推广应用提供了技术保障。

1.2 分布式发电特点

分布式发电系统由于工作需求而各不相同，不过一般分布式发电系统包含能源转化设施、控制系统以及与外部电网相连的电器接口。分布式发电相对其他发电技术，其不仅在成本花费方面具有优势，环境污染方面也得到了控制。然而分布式发电也有其自身缺点，其稳定性较差，特别是一些利用可再生能源进行发配电的设施。使用可再生能源发电时往往很难进行大幅度发电量调节，当负载发生较大变化或负载加大情况，分布式发电不稳定性的缺点就体现出来。在实际使用中，可再生能源分布式发电往往不能单独工作，需要外部能源或其自身内部电源进行搭配使用。

除此之外，分布式电力系统往往使用电子电力设施进行并网，而电子电力设施在实际运行中也具有动态性，这就给分布式发电的电力控制系统带来更大的挑战。值得一提的是，分布式发电的应用对当地环境条件要求较高，这在一定程度上也限制了分布式发电技术推广。

1.3 分布式发电的技术问题

从经济角度进行分析，具有并网功能的分布式发电电源不仅能够发挥自身技术优势，同时还可以节省大量经济费用。但是从技术方面出发，分布式发电依然有较多需要攻克的难题。

由于分布式发电的自身特点，在实际运行中不会随外界载荷而进行变化，只会通过调节外部能源消耗来控制发电量。这就给实际运行带来了技术难题，特别是夏天居民用电大幅度提升时，需要不断进行其他外界能源补给来满足供电需求。

2 微 网

2.1 微网介绍

微网通常只能进行小规模发配电，发电量难以与分布式发电相比。微网的组成与分布式发电相似，主要包含分布式电源、能源储存和转化设施以及相关的应急保护设置。

微网不仅可以与外界联系进行并网运行，还可以做到内部独立运行。

微网的实质就是一个具有负载的独立运行系统，将分布式电源与负荷有机结合在一起。微网虽然是小规模发电系统，但是其内部结构应有具有，可以顺利完成输配电任务，并且对负载进行一定程度的调节。

2.2 微网的经济意义

微网在实际使用中拥有十分大的经济优势，它可以将分布式电源与外部电网联系在一起，从而最大程度上发挥出分布式电源的功效。

微网经济意义不止如此，在实际运行中不仅能够为分布式发电提供效率保证，在恶劣天气中更能体现自身优势。例如在风暴或大雨天气，微网可以为一些重要设施提供供电保障，保证相关设备正常运行，避免出现经济损失。微网供电质量较高，不容易受外界干扰，对用电设备寿命有间接保护作用。

2.3 微网的特点

微网的特点是它具有双重身份，在实际电网中既可以当作发电设施，也可以充当负荷的角色。

因此，在微网运行时就可以展示其两方面的特点，一是以封闭系统进行单独运作，二是接入到电网中发挥作用。不过与分布式发电类似，微网在实际使用中也具有较大的不稳定性。微网的电力能源主要是风能、太阳能等，输出能量虽然以电能为主，还包括热能、光能等。两方面的动态特点也增加了微网的不稳定性，给控制人员带来更多的困难。

微网独立运行需要考虑的动态因素较少，容易进行操控。但是一旦微网与电网并行运行时，整个电力系统将会变得复杂，需要涉及到多方面调控。微网的发配电能力有限，无法满足大负载设备，这也阻碍了微网的推广使用。

3 智能配电网

3.1 智能电网介绍

智能电网是通过对电网系统宏观调控来实现电力资源的充分利用，使电网安全稳定运行，为广大居民用户提供安全可靠的电力供应。智能电网的优势主要体现在其对整个电力系统的控制，有效避免大规模停电现象出现。

同时在对可再生能源利用上，智能电网可以从全局出发，对资源进行高效使用和集中性开发。智能输电网的建设为实现智能配电网提供了强有力的基础，为智能配电网的持续性发展提供了保证。

智能配电网与智能输电网一样，在实际使用中可以运用发达的电子计算机技术，对电网进行自动化控制。智能电网可以对用户用电信息进行整合分析，在电网系统中实现信息化，进一步加强电力系统的发配电控制。智能电网还可以根据市场需求开发新产品，可以兼容各种分布式发电电源和储能设备，从而根据不同的需求提供不同质量的电能。

3.2 智能配电网的技术问题

商业需求的拉动和技术上的推动为智能配电网的发展提供了强有力地动力来源。随着人们生活趋近于科技化，电力资源是人们生活中不可替代的必需品。

同时从技术角度出发，供电技术和电子信息技术的高效结合，为智能电网的快速发展提供了技术基础。但是目前智能配电网技术发展尚未完善，在许多细节方面仍需努力。

在实际使用中往往利用微网将分布式发电与电网相连，这也给智能配电网正常运行带来了技术挑战。

首先，微网作为连接两者的关键纽带，微网的稳定性需要得到保证。

其次，由于分布式发电与微网共同存在，电网系统中的电流就会具有双向性。而分布式发电技术在电流故障判断上发展不成熟，电流保护装置配备面临难题。

最后，智能电网包含着整个电力系统，其复杂程度也是电力管理系统要解决的问题。一旦电网出现故障，需要电力系统做好维修人员的调度管理工作，及时对故障类型做出判断而制定维修计划。

参考文献：

[1] 王成山，李鹏.分布式发电、微网与智能配电网的发展与挑战[J].电力

系统自动化，2010，（2）.

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分布式人工智能与多智能体系统研究 第4篇

1 分布式人工智能的概念及特点

1.1 基本概念

人工智能的发展和普及,在各个方面都发挥出了不可替代的作用,解决了很多复杂困难的问题,为人类的生产和生活提供了诸多便利。但是,在人工智能系统中,以往是集中式系统,产生了诸多问题。因此,分布式人工智能的理念得以提出,其核心思想就是将人工智能划分为多个不同的子系统,实现分别控制。而且,在这些不同的子系统之间建立起一定的协作关系,共同完成相关任务。在分布式系统当中,将需要解决的任务划分成多个子任务,每个子任务都设计了一个对应的执行子系统,在交互策略的基础上,实现系统的整体化。每个子系统不能单独存在,需要通过协作和其他子系统一起存在于人工智能当中,这样才能构成分布式人工智能。

1.2 特点分析

分布式人工智能在实践中表现出了诸多特点。第一,分布性。即指人工智能系统所包含的数据、知识、控制逻辑等信息都是分布存在的,而且系统中的节点和路径能够实现并行,大大提高了子系统的求解效率。第二,协作性。分布式人工智能当中存在诸多子系统,这些子系统不能单独存在,需要通过相互协作彼此联系而存在于人工智能当中。这也使得人工智能在执行任务的过程中,需要多个子系统相互协调才能完成,体现出了协作性。第三,开放性。分布式人工智能并非一个封闭的系统,其可以和互联网连接,实现系统规模的扩大。这不仅提高了系统的灵活性,也降低了系统求解过程的求解代价和通讯代价。第四,容错性。由于分布式人工智能是一个开放性的系统,其中存在数量众多的冗余处理节点或者路径等,在系统出现故障时,这些节点或者路径会减缓求解进度和响应速度,从而减轻故障对系统产生的危害。第五,连接性。在对问题进行求解或是完成任务的过程中,分布式人工智能的各个子系统可以通过网络和求解机构实现连接,进而使得系统求解问题或是完成任务更加便利。第六,独立性。分布式人工智能通过任务求解规约将系统划分为几个相对独立的子系统,从而降低求解问题的复杂性,同时也降低了各个处理节点的复杂性。

2 多智能体系统的内涵和思维状态

2.1 多智能体内涵

要理解多智能体系统,首先要清楚智能体的定义。在业界,对于智能体的定义有两类,一类是弱定义,其将智能体定义为基于硬件或软件的计算机系统,具有能动性、社会能力和自治性等基本特征。另一类是强定义,其在弱定义的基础上,将人类情感等也纳入其中。总的来说,智能体的主要作用就是完成某一类型的任务或者工作,这也是设计智能体的初衷。智能体并非是一个静态的能够一步到位的模拟智能,其是一个具备动态连续性和过程性的智能体。

从实践来看,智能体的优势相当明显。首先,智能体具有自主性,即不需要外界因素的参与就可以独立自主地完成任务或是工作。其次,具备良好的推理能力和协作能力,智能体具备推理能力是和其他软件的关键区别,这也是其执行任务的核心能力。不仅如此,智能体还具备协作能力,即可以和其他个体实现合作,共同完成任务。再次,智能体具备良好的通讯能力,可以和其他智能体或者外界环境实现通讯,获取或者传递信息。最后,智能体具有良好的自适应能力以及可信赖性,其能够适应复杂的外界环境,而且对用户具有高度忠诚,值得信赖。从多智能体的特点来看,通讯能力和协作能力表现出了智能体的社会性,其社会性使得智能体可以和其他智能体实现交互,达成协作共同解决问题。

2.2 多智能体的思维状态

通常情况下可以使用BDI模型表示智能体的思维状态,其中B代表信念,即Belief;D代表愿望,即Desire;I代表意图,即Intention。智能体的信念是基于对世界的认识,由智能体所相信的事实构成。愿望来源于信念,这是通过对情景的判断分析所得出的具体任务。需要注意的是,智能体并不能实现所有的愿望,这是因为资源存在一定的限制,不可能满足所有愿望的实现要求。而那些被实现的愿望,就是智能体的意图。三者之间的逻辑关系如图1所示。

在BDI模型当中,其表现出了几个基本属性,一是智能体的思维状态完整包含了信念、愿望和意图等部分。二是智能体具备反应性和预动性,前者是智能体根据环境做出的变化,后者是目标驱动。三是智能体具备思考能力。在运用多智能体时,需要遵从其思维状态进行系统的设计与构建。

2.3 多智能体系统

多智能体系统是多个独立智能体所构成的系统集合,通过通信、协商和协作实现这些独立智能体之间的联系,形成一个完整的系统。在多智能体系统的实践中,其表现出了较为显著的特点。首先,在多智能体系统中,每一个单独智能体都只具备解决问题的部分信息和能力。其次,多智能体系统没有系统全局控制。再次,在多智能体系统中,其所包含的数据是分散的,并没有集中在某一个智能体当中。最后,多智能体系统中的计算并非同步的,而是异步的,其中每一个独立智能体的计算存在一定差异,这给多智能体系统实现分布式系统构建奠定了基础。

在完成具体的任务或是解决问题的过程中,多智能体系统会将任务或者问题进行分解,将分解后的任务或者问题通过一定的逻辑关系联系起来,一般有三种:一是子任务或者子问题的顺序相关性,比如a任务需要在b任务之前完成;二是子任务或者子问题之间相互独立,互不干扰,也就是任务a和任务b是独立的,两者不会产生交集;三是子任务之间具有并发相关性,即指不同子任务之间可能同时在多智能体系中开始。基于这三个方面的逻辑性质,就使得多智能体系统表现出了其他的特点。一是交互能力,即不同多智能体系统之间可以实现交互;二是联合规划,即可以将独立智能体进行统筹规划,依照子任务的逻辑实现其顺序相关或者是并发相关。

总的来说,单个智能体在能力上存在诸多限制,而且基于其本身所具有的视野和知识资源的限制,不适合面向分布式人工智能。因此,就需要将单个智能体有机连接起来,形成一个多智能体系统,完成或解决单个智能体所不能达成的任务或是不能解决的问题,因此,多智能体系统适合运用在分布式人工智能当中,而具体的运用形式会受到多智能体系统自身的性质和特点影响。

3 结语

分布式人工智能和多智能体系统在不断的发展过程中面临更多的要求,因此,必须对其加强研究,突破存在的技术阻碍,推动分布式人工智能进一步发展,同时也促进多智能体系统水平不断提高。

参考文献

[1]魏善碧.多智能体系统分布式预测控制方法研究[D].重庆:重庆大学,2009.

[2]王晓丽,洪奕光.多智能体系统分布式控制的研究新进展[J].复杂系统与复杂性科学,2010(Z1):70-81.

分布式智能 第5篇

近年来,中东部雾霾污染日益严重,环境不堪重负,大规模新能源发电是解决当前能源短缺、环境污染的重要举措之一。随着国家审批权下发和各项政策的出台,分布式发电技术迎来了新一轮的快速发展期,尤其是具有清洁环保、无污染、分布广泛、可再生等优点的光伏发电,具有更广阔的市场空间[1,2,3,4,5]。

分布式光伏发电大多以分散屋顶或建筑一体化为主,基于布线的简便性和能源就地接入就地使用减小损耗的原则,城市电网中光伏的接入将是分散而无序的,分布式光伏的大量接入改变了原有的单电源结构,单配电网变成多电源结构,而且也给电网的调度工作带来很大的困难。

在10 k V及以上分布式光伏电站工程建设中通常要求电站具有功率调节功能。国内外各高校及电力企业也相继开展了对分布式光伏发电系统及其功率调节方面的研究工作。文献[6]研究了不致引起馈线各点电压超出馈线首端电源电压的分布式电源的准入容量;文献[7]研究了分布式光伏接入的情况下配电网自动化系统故障处理策略的适应性,及超出适应范围情况下的应对措施;文献[8]提出了光伏并网运行功率的直接控制方法,实现光伏有功功率和无功功率的直接、统一控制,以改善配电网供电质量。文献[9]提出了一种基于DC-DC变换器的功率调节控制器,使用电压和电流反馈实现MPPT算法; 文献[10]提出了一种基于UPS的光伏并网功率调节系统,不仅可实现光伏发电而且还具有并联型有源电力滤波器的功能。目前,在分布式光伏发电对配电网影响方面的研究很多,而对于分布式光伏电站的功率调节控制的具体研究还较少,重点也在于光伏逆变器的控制策略优化方面,未涉及在分布式光伏电站中功率控制系统的研究。为提高电网对分布式光伏发电的接纳能力,降低分布式光伏发电对电网运行的负面影响,能够自动接收调度系统的调节指令,研究分布式光伏电站的功率调节系统是非常必要的。

1分布式光伏电站的建设模式

随着分布式光伏电站建设补贴模式的变化,即由原来的电站建设补贴变为度电补贴,用户则更加关注光伏电站的发电效率和发电量。

光伏电站的发电量主要取决于当地的太阳能资源和光伏发电的效率,同时还受运行方式、电池表面清洁度、线路损耗等多种因素的影响,而影响光伏发电效率的最大因素是光伏阵列效率,即光伏阵列在1 000 W/m2太阳能辐射强度下,实际的直流输出功率与标称功率之比。光伏阵列在能量转换过程中的损失包括:组件的匹配损失、不可利用的太阳辐射损失、温度影响、最大功率点跟踪精度及直流线路损失以及树木或烟囱、云层等其他物体投射的阴影遮挡住光伏系统时导致系统造成“失配”问题而引起的遮蔽损失等。

组串逆变器(不大于60 k W)采用模块化设计, 在每个光伏组串并网逆变器的直流端可实现最大功率跟踪功能,且不受组串间模块差异和遮影的影响, 同时减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况,大大提高了发电量;另外组串逆变器还可解决不同朝向、不同倾角、不同区域引起的低效率问题,也可解决最大化减小阵列失谐损耗对发电效率的影响;同时采用组串逆变器时会省去汇流箱、直流柜,减少了两个故障环节,大大提高了系统的可靠性。因此,在分布式光伏电站中采用组串逆变器进行分散逆变、集中并网的模式可大大提高发电效率和发电量。

但是,采用组串逆变器进行分散逆变、集中并网的建设模式给分布式光伏电站的功率调节带来了一系列的问题。比如整站中组串逆变器的数量剧增、 组串逆变器的布置比较分散使得功率调节控制策略更加复杂;同时对逆变器进行数据采集和控制变得困难且可靠性差等。

2分布式光伏电站区域智能调控系统

2.1区域智能调控系统

为解决上述问题,本文提出了一种适用于分布式光伏电站的区域智能调控系统,其网络结构图如图1所示。

区域智能调控系统支持远方控制和就地控制, 远方控制为调控系统按照调度中心下达的指令进行调节,就地控制为调控系统不经过调度中心,直接接收监控系统人工预置的本地控制指令。

在图1所示的网络结构图中,光伏监控主站主要用于接收调度中心下发的功率调节指令后进行功率分配计算,并将计算结果下发给各对应的区域智能调控单元。

区域智能调控单元包括有数据采集与处理模块,采集光伏电站就地组串逆变器、电度表、保护测控装置等设备的模拟量、开关量、电度量等数据并进行相应的处理(如滤波、精度校验、有效性检查等);规约转换模块,对采集的就地设备的数据进行规约转换,用于功率调节,同时上送给光伏监控主站;功率调节模块,根据接收到的对应的功率调节指令对所负责区域内的组串逆变器进行功率调节, 对组串逆变器下发遥调、启停等命令,共同完成整站的功率调节任务。区域智能调控单元主要在光伏监控主站与区域就地设备之间建立了桥梁,起到“承上启下”的作用。

在分布式光伏电站中,各园区的设备相对集中, 但每个园区之间的距离较远,因此通过光纤进行通信,各区域智能调控单元对就地设备的数据采集后通过光纤传输到站内的主交换机上,光伏监控主站的调节指令也是通过光纤分配给各区域智能调控单元,保证数据的高速可靠的传输。

2.2智能功率调节策略

在区域智能调控系统中,所采用的智能功率调节策略的框架图如图2所示,其步骤如下。

1) 光伏监控主站接收调度中心下发的调度指令Pref或在本地预置调节指令Pref后,根据当前的输出功率Pcur计算出整站待分配的有功调节指令PDref 。

2) 光伏监控主站根据功率分配算法计算各区域智能调控单元的待分配有功调节指令,功率分配计算采用可调容量比例分配算法,根据实时计算的各个智能调控单元的可调容量,按照最大可调容量大的区域分配有功功率多的原则进行功率调节指令的分配,计算公式如式(1)。

式中:Pjref 为第j个区域智能调控单元的待分配有功调节指令;Pmj 为第j个区域智能调控单元的有功功率可调节容量;Pmar 为整站内各区域调控单元的有功功率可调节容量之和;PDref 为光伏电站待分配的有功调节指令。

3) 各智能调控单元根据智能优化功率调节策略将其调节指令Pjref分配给所负责区域内的组串逆变器并进行调节,共同完成功率调节任务。

区域智能调控单元对各逆变器进行功率调节采用一种智能优化调节策略,综合考虑环境及发电设备的最佳运行状况实现光伏电站的有序功率自动控制,做到连续最优运行调节。智能调控单元接收监控主站下发的功率调节指令,根据该区域内每个逆变器的当前出力、通信状态、运行状态(开机/关机)、 最优工作区间(空载或满载时转换效率降低)、调节精度、1 min有功变化率、10 min有功变化率等因素,按照合适的调节容量,合理分配各逆变器的调节容量,智能选择少量逆变器接受调节,同时考虑逆变器调节速度的影响,制定出优化的调节策略, 逆变器按预先制定的优化调节策略调节功率输出达到目标值。

其中,智能优化功率调节策略的步骤如下。

a) 计算功率差额=指令Pjref –实际值Pj,若功率差额≤调节精度,则不需要调节,否则转向步骤b)。

b) 判断调节方向,若上调则转向步骤c),否则转向步骤d)。

c) 上调

i) 发电单元按上调能力降序排列,将功率差额分配给该区域的各发电单元;

ii) 发电单元下的逆变器按上调倍数降序排列并将该分配给发电单元的功率差额分配给各逆变器;

iii) 发电单元的上调能力相等时,调节次数较少的先调节;

iiii) 逆变器的上调倍数相等时,调节次数较少的先调节。

d) 下调

i) 发电单元按下调能力降序排列,将功率差额分配给该区域的各发电单元;

ii) 发电单元下的逆变器按下调倍数降序排列并将该分配给发电单元的功率差额分配给各逆变器;

iii) 发电单元的下调能力相等时,调节次数较少的先调节;

iiii) 逆变器的下调倍数相等时,调节次数较少的先调节。

其中,逆变器的上调倍数=int[逆变器可上调最大幅度/调节步长]。

3算例验证

在实验室搭建分布式光伏电站的模拟系统环境,系统容量为0.4 MWp,分为3个区域智能调控单元(RICU),分别为RICU1、RICU2、RICU3,其容量分别为0.1 MWp、0.15 MWp、0.15 MWp,分为8个发电单元,每个发电单元的装机容量为0.05MWp,采用同规格的10 k W的组串逆变器,厂区设备经过智能调控单元进行数据采集后,接入许继Solar-8100光伏电站智能监控系统实现远程监控。

3.1有功控制能力测试

测试时所有逆变器或部分逆变器正常运行(部分逆变器停机或通信异常),不限制分布式光伏发电站的有功功率变化速度。通过在光伏监控主站上预置有功计划曲线,以每隔5 min设置分布式光伏电站的有功功率输出指令分别为:40%Pn、60%Pn、 80%Pn、70%Pn、50%Pn、35%Pn(Pn为0.4 MW),光伏电站的实际出力与计划曲线图如图3所示。

由图3可以看出:光伏电站有功出力能够较好地跟踪计划曲线,并达到较高的控制精度。由于在接收到计划指令后,监控主站需要计算并分配各智能调控单元的调节指令,另外下发命令至各逆变器、 逆变器调节完成数据上送至监控主站都需要一定的时间,因此每个5 min时间段的前期实际有功功率并未实时发生变化,但每次调节完成的响应时间均不超过2 min,满足要求。

3.2电压无功控制能力测试

测试时所有组串逆变器处于有功满发(1 p.u.)输出状态,不限制光伏电站的无功功率变化速度,通过在光伏监控主站上预置无功计划曲线,以每隔5min设置分布式光伏电站的无功功功率输出指令分别为:0、20、40、80、100、60、30、0、-30、-50、 -70、-100(单位均为kvar),光伏电站的实际无功输出与计划曲线图如图4所示。

由图4可以看出,无功输出可以很好地跟踪预置的计划调节指令,能够实现较高的调节精度,且调节时间均在2 min以内。

4总结

目前,分布式光伏电站中大多使用集中式逆变器,基本是以500 k W为功率单元,但随着电站建设补贴模式到为度电补贴模式的变化,用户更加关注光伏电站的发电效率和发电量,使用小功率的组串逆变器可大大提高分布式光伏电站的发电效率和发电量。本文提出了基于组串逆变器的分布式光伏电站区域智能调控系统,将一定区域内的组串逆变器的调节任务分配给单个智能调控单元,整个分布式光伏电站的功率调节由多个智能调控单元完成, 不但减轻了光伏监控主站的负担,各个区域同时进行功率调节,还大大提高了调节速度和调节精度, 智能调控单元主要在光伏监控主站与区域就地设备之间建立了桥梁,起到“承上启下”的作用,在分布式光伏电站中具有重要的工程应用价值。

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一种基于分布式结构的智能电网初探 第6篇

2009年初, 我国国家电网启动了“坚强智能电网体系研究报告”、“坚强智能电网综合研究报告”和“智能电网关键技术研究框架”等项目的研究。4月15日华北电网向社会公布了智能电网规划。5月21日在北京召开的“2009特高压输电技术国际会议”上, 国家电网公司正式宣布将建设“坚强的智能电网”。至此, 我国的智能电网建设步入了正式的发展时期。[1,2,3]

本文将把重点放置在智能电网信息化建设中的信息和通信部分, 这一部分是智能电网和核心和灵魂所在, 也是与其他电网系统的重要区别之处。

1 现有的智能电网方案和网络技术

1.1 Sm artMe te r系统

Sm artMe te r系统是世界领先的智能电网解决方案提供者Sm artSynch公司的核心产品。这个系统基于IP协议接入和处理电网计量仪器信息, 对电网进行控制, 向企业和用户提供电网监控服务。

目前许多智能电网的技术方案都涉及到对电网的物理结构做出较大改变, 这些过于理想化的模型很难应用于实际的大规模部署中, 因此, 尽量保持现有电网的物理结构对于设计智能电网系统来说是十分重要的[4]。

1.2 分布式网络技术

所谓分布式网络, 顾名思义, 即网络中各个节点并非集中在一起, 而是分散在网络各处。这里的节点可以是物理上的节点, 即主机, 传感器和具有联网功能的各类终端设备, 当然也可以是逻辑上的概念, 即应用程序或者协议驱动等。在分布式网络中, 对等节点可以直接相互通信, 并不需要服务器进行中转, 这种对等也可以是硬件上的或者逻辑上的。

1.3 云计算技术

云计算是在网格计算, 集群计算的基础上发展而来的概念。其核心是使用集中在一起的廉价计算设备和存储设备提供可伸缩的, 按需分配的通用或专用的计算和存储服务的形式。

目前云计算技术按照其架设的层次可分为:SaaS (软件即服务) 、PaaS (平台即服务) 、IaaS (基础设施即服务) , 其中SaaS主要用于专业应用, 在电网中可用于计量统计, 决策等电网专业应用。PaaS和IaaS可以自由地装入各种应用软件和操作系统提供给用户和企业进行更为通用的应用[5]。

1.4 近场通信技术

所谓近场通信, 是指一种有效距离10cm左右的高频无线通信技术。这种通信技术向消费者提供了一种简便, 直观的信息交换方式, 非接触和内置芯片的实现方式使得其应用范围比较传统磁卡和接触式芯片设备更加广泛。同时, 近场通信的实现方案价格十分低廉, 将其搭载在移动设备上还能够和移动设备进行交互, 实现更加高级和定制化的服务。

近场通信可用于身份识别、金融支付、票务等消费应用, 通过结合手机也可以实现智能钱包等综合性应用。

2 基于雪片结构的分布式智能电网网络

智能电网是传统电网的升级产物, 它是对传统电网阶段性的, 循序渐进的改造, 因此在大胆使用新技术的同时, 最大限度地保持老线网也是非常重要的。这里将探讨一种架构方式, 充分将现代互联网通信技术融合到电网中, 取长补短, 以较小成本来升级智能电网。

本文中提到的雪片结构是一种网络的逻辑结构, 它不同于典型的分布式网络, 这种结构顾名思义就像雪片一样:具有区域性的中心节点;非中心相邻节点间具有链路;区域性中心节点也符合上述条件;具有一个根节点[6]。一言以概之, 这个网络是分布式和传统网络的结合体。

2.1 P2P和C/S模式结合的通信网组网方式

P2P网络, 即对等网, 是一种典型的分布式逻辑网络的形式, 信息在网络中直接交换。在雪片结构中, P2P网络组成整个结构的同级节点对等通信部分。

雪片结构中还有一种重要的类型, 即区域中心节点。这个概念继承于传统的中心网络。因为完全的分布式结构并不适宜进行通用的网络应用, 实际上很多具有逻辑中心应用在中心网络中具有更高的执行效率和敏捷的部署, 同时中心节点还可以像网络中提供富裕的资源, 分担瘦节点终端的压力。因此, 作为一个实用网络, 应该部署一些中心节点。

在对等网中基于不破坏对等网的基本特性的前提, 我们设置一种称为区域中心节点的节点类型, 与它直接相连的次级节点被认为在同一个区域中。同时, 区域节点的设置造成了客观上的网络分级 (分层) , 同级的区域中心节点又构成了一级并与上级相连。最后整个网络收敛于一个根节点处。在网络中的高一级的节点一般地要比低级的节点拥有更加富裕的资源, 这包括计算资源, 网络资源, 存储资源等, 这些资源可以通过服务的形式向下级提供或者供运行一些特定的管控应用。

2.2 通信网与电力网的融合方式

现在已有的电力网络是采用典型的总线结构。但是总线结构的网络中, 支线并不是集中在一个节点处连接到干线上的, 实际上, 支线都似乎分散地连接在干线各处的, 这种连接方式和一般的通信网络并不一致。这种传输方式较传统的通信网络而言, 无疑是比较昂贵的, 但是, 其好处是节约了基础网络线路的建设成本。

除了电力调制以外, 还可以比照电力网络线路的部署, 在沿线建立纯数据线路网络。这种传输方式在保证线路主要节点可以相互重合的基础上, 充分利用了成熟的电信技术, 减小了电力调制大规模部署的风险性和电力调制复用路数的限制问题, 当然重新部署通信线路将耗费较大的成本[7]。

综上我们在实际建设者中应当采用折衷的方案, 譬如在骨干网上建立电力专用数据线路, 同时支持公共电信网络的接入, 这种接入可以通过发布服务的方式实现, 另外在偏远地区, 可以采用电力调制方式, 避免向偏远地区二次架设网络的昂贵支出。

2.3 网络应用的部署和应用前景

智能电网其智能来源于强大的计算和信息存储能力和无处不在的终端和传感器, 因此云计算和近场通信技术就显得尤为关键了。

这种智能电网还能够很好地支持目前方兴未艾的微电网架构[8], 微电网和主干电网的层级关系与雪片模型相当吻合, 只需在微电网中设立区域中心节点并与其他区域中心节点和上级节点连接, 微电网的监控、计量和管理便可以很好地和主电网相容。

智能电网的终端设备由于其可具有计量, 物理位置确定等特性, 因此无疑会是所有网络基础设施中分布最广, 覆盖最全的设备, 在智能电网的应用中可以充分利用这种设备的先天优势。通过在设备中搭载或者存储地理信息记录, 整个网络就能形成一个覆盖所有通电地区的地理信息系统, 这个系统可向网络和云服务发布精确的地理位置信息, 进而帮助维修人员进行故障定位, 或者帮助无线智能设备的持有用户定位当前位置并根据服务提供者的发布获得相应社会服务信息。

摘要：本文简要地介绍了智能电网的概念和历史, 并以智能电网的核心:通信部分的建设为切入点, 通过分析现有的商业智能电网技术和当前互联网技术中新兴和有用的网络技术, 综合比较, 提出了一种新的网络架构, 并阐述了其原理、实用性和演进方式。最后对基于这种架构的智能电网前景进行了展望。

关键词：智能电网,分布式网络,云计算,近场通信,对等网

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分布式智能 第7篇

1 分布式电源的概念

分布式电源指小型 (容量一般小于50 MW) 、向当地负荷供电、可直接连到配电网上的电源装置。它包括分布式发电装置与分布式储能装置。

分布式发电 (Distributed Generation, DG) 装置根据使用技术的不同, 可分为热电冷联产发电、内燃机组发电、燃气轮机发电、小型水力发电、风力发电、太阳能光伏发电、燃料电池等;根据所使用的能源类型, DG可分为化石能源 (煤炭、石油、天然气) 发电与可再生能源 (风力、太阳能、潮汐、生物质、小水电等) 发电两种形式。分布式储能 (Distributed Energy Storage, DES) 装置是指模块化、可快速组装、接在配电网上的能量存储与转换装置。根据储能形式的不同, DES可分为电化学储能 (如蓄电池储能装置) 、电磁储能 (如超导储能和超级电容器储能等) 、机械储能装置 (如飞轮储能和压缩空气储能等) , 热能储能装置等。此外, 近年来发展很快的电动汽车亦可在配电网需要时向其送电, 因此也是一种DES。

2 分布式电源的发展

2.1 分布式发电技术的发展

长期以来, 电力系统向大机组、大电网、高电压的方向发展。进入20世纪80年代, 各种分散布置的、小容量的发电技术又开始引起人们的关注, 经过20多年的发展, 分布式发电已成为一股影响电力工业未来面貌的重要力量。引起这一变化的原因主要有以下几个方面。

1) 应对全球能源危机的需要。

随着国际油价的不断飙升, 能源安全问题日益突出, 为了实现可持续发展, 人们的目光转向了可再生能源, 因此, 风力发电、太阳能发电等备受关注, 快速发展并开始规模化商业应用, 而这些可再生能源的发电大都是小型的、星罗棋布的。

2) 保护环境的需要。

CO2排放引起的全球气候变暖问题, 已引起各国政府的高度重视, 并成为当今世界政治的核心议题之一。为保护环境, 世界上工业发达国家纷纷立法, 扶持可再生能源发电以及其他清洁发电技术 (如热电联产微型燃气轮机) , 有利地推动了DG的发展。

3) 天然气发电技术的发展。

对于天然气发电来说, 机组容量并不明显影响机组的效率, 并且天然气输送成本远远低于电力的传输, 因此比较适合采用有小容量特点的DG。

4) 避免投资风险。

由于难以准确地预测远期的电力需求增长情况, 为规避风险, 电力公司往往不愿意投资大型的发电厂以及长距离超高压输电线路。此外, 高压线路走廊的选择也比较困难。这都促使电力公司选择一些投资小、见效快的DG项目来就地解决供电问题。

在国际上, DG的发展方兴未艾。在美国, 1978年修改了《公共事业法》, 以法律的形式要求各电力公司接受用户的小型能源系统, 特别是热电机组并网;2000年, 热电联产装机容量已占总装机容量的7%, 预计到2010年将占其总装机容量的14%;2008年, 风力发电装机容量达2500万kW;太阳能装机容量达87万kW。欧洲在世界上最早开始应用DG。目前, 丹麦、芬兰、挪威等国的DG容量均已接近或超过其总发电装机容量的50%;欧洲DG应用规模最大的德国, 2008年末风电装机容量达到2300万kW, 太阳能发电装机容量达540万kW。

我国应用的DG原来主要以小水电为主, 风电、光伏发电等起步相对较晚。2003年以来, 国家强力推进节能减排, 颁布了《可再生能源法》并制定了一系列促进可再生能源利用与提高能效技术发展的政策。到2008年底, 我国风力发电装机容量达到1200万kW, 跃居世界第三位;光伏发电装机容量达到14万kW。

近年来, 各国政府对能源安全与环境问题高度重视。美国、欧盟都提出2020年应用可再生能源占总能源消费的比例超过20%;我国也制定了2020年应用可再生能源占消费总能源的比例达15%的目标。目前, 各国可再生能源发电容量在总发电装机容量中的比例远低于这些目标, 可见DG的发展空间巨大。

目前, 风力发电等可再生能源发电的成本还远高于常规燃煤发电, 只有国家实行优惠的税收政策并给予一定的财政补贴, 才能调动投资者发展DG的积极性。其次, DG并网技术也是制约DG发展的重要因素, 因此, 智能电网的提出, 从技术上为解决这一问题创造了条件。

2.2 分布式储能技术的发展

能量储存是电力系统调峰的有效手段, 作为一种成熟的储能技术, 抽水蓄能电站获得了大量应用。近年来, 作为补偿DG输出间歇性、波动性的有效手段, 分布式储能技术受到了人们的重视。

蓄电池是一种传统储能技术。钠硫电池具有大容量、高效率、结构紧凑、易扩展、对环境影响小等优点, 技术进一步成熟后可用于城市电网和可再生能源发电补偿。超级电容器容量大、使用寿命长、环保, 目前已有市场化应用。2005年, 美国加利福尼亚州建造了一台450 kW的超级电容器储能装置, 用以减轻950 kW 风力发电机组向电网输送功率的波动。飞轮储能效率高、寿命长, 德国、美国等都在投资研制用于电网调峰的飞轮储能装置。超导磁能储能具有效率高、响应快等优点, 目前已在风力发电系统中得到了应用。

总体来说, 分布式储能技术还在发展之中, 还没有实现大规模产业化, 需要国家在政策上给于引导和扶持。

3 分布式电源并网对配电网的影响

3.1 分布式电源并网的作用

分布式发电装置并网后会给配电网带来一系列积极的影响。

1) 提高供电可靠性。DER可以弥补大电网在安全稳定性上的不足。含DER的微电网可以在大电网停电时维持全部或部分重要用户的供电, 避免大面积停电带来的严重后果。

2) 提高电网的防灾害水平。灾害期间, DER可维持部分重要负荷的供电, 减少灾害损失。

3) DER启停方便, 调峰性能好, 有利于平衡负荷。

4) DER投资小、见效快。发展DG可以减少、延缓对大型常规发电厂与输配电系统的投资, 降低投资风险。

5) 可以满足特殊场合的用电需求。如用于大电网不易达到的偏远地区的供电;在重要集会或庆典上, DER处于热备用状态可作为移动应急发电。

6) 减少传输损耗。DER就近向用电设备供电, 避免输电网长距离送电的电能传输损耗。

分布式储能装置并网后, 可在负荷低谷时从电网上获取电能, 而在负荷高峰时向电网送电, 起到对负荷削峰填谷的作用, 提高电网运行效率。其另一个重要作用, 是与风能、太阳能等可再生能源发电装置配合使用, 可就地补偿可再生能源发电装置功率输出的间歇性。

3.2 分布式电源并网带来的技术问题

DER的大量接入改变了传统配电网功率单向流动的状况, 这给配电网带来一系列新的技术问题。

1) 电压调整问题。

配电线路中接入DER, 将引起电压分布的变化。由于配电网调度人员难以掌握DER的投入、退出时间以及发出的有功功率与无功功率的变化, 使配电线路的电压调整控制十分困难。

2) 继电保护问题。

DER的并网会改变配电网原来故障时短路电流水平并影响电压与短路电流的分布, 对继电保护系统带来影响:

(1) 引起保护拒动。DER对保护动作的影响如图1所示。如果一个DER接在线路的M处, 当线路末端k处发生短路故障时, 它向故障点送出短路电流并抬高M处的电压, 因此使母线处保护R检测到的短路电流减少, 从而降低保护动作的灵敏度, 严重时会引起保护拒动。

(2) 引起配电网保护误动。在相邻线路发生短路故障时, DER提供的反向短路电流可能使保护误动作。

(3) 影响重合闸的成功率。在线路发生故障时, 如果在主系统侧断路器跳开时DER继续给线路供电, 会影响故障电弧的熄灭, 造成重合闸不成功。如果在重合闸时, DER仍然没有解列, 则会造成非同期合闸, 由此引起的冲击电流使重合闸失败, 并给分布式发电设备带来危害。

(4) 影响备用电源自投。如果在主系统供电中断时, DER继续给失去系统供电的母线供电, 则由于母线电压继续存在, 会影响备用电源自投装置的正确动作。

3) 对短路电流水平的影响。

直接并网的发电机都会增加配电网的短路电流水平, 因此提高了对配电网断路器遮断容量的要求。

4) 对配电网供电质量的影响。

风力发电、太阳能光伏发电输出的电能具有间歇性特点, 会引起电压波动。通过逆变器并网的DER, 不可避免地会向电网注入谐波电流, 导致电压波形出现畸变。

3.3 分布式电源并网对配电网运行管理的影响

1) DER的接入, 会增加配电网调度与运行管理的复杂性。

风力发电、太阳能光伏发电等输出的电能具有很大的随机性, 而用户自备DER一般是根据用户自身需要安排机组的投切;这一切给合理地安排配电网运行方式、确定最优网络运行结构带来困难。

2) DER的接入, 给配电网的施工与检修维护带来了影响。

由于难以对众多的DER进行控制, 停电检修计划安排的难度增加, 配电网施工安全风险加大。

3.4 分布式电源对配电网规划建设与经营的影响

DER的大量应用, 给配电网的规划建设与经营带来了新挑战。

1) 对配电网规划设计、负荷预测的影响。

由于大量的用户安装DER为其提供电能, 使得配电网规划人员难以准确地进行负荷预测, 进而影响配电网规划的合理性。

2) 分布式发电并网的经济问题。

由于DER的接入, 特别是对于自备DER的用户, 为保证其自备DER停运时仍能正常用电, 供电企业需要为其提供一定的备用容量, 这就增加了供电企业的设备投资与运行成本, 这些费用理应有一部分由DER业主来分担。因此, 需要完善电价政策, 合理地调整供电企业与DER业主的利益。

4 分布式电源并网技术

4.1 分布式电源并网基本技术要求

为确保配电网的安全运行和供电质量, DER并网要满足以下基本要求。

1) 保证配电网电压合格, 所引起的电压偏移不超过允许的范围。

2) 配电设备正常运行电流不超过额定值, 动热稳定电流不超过允许值。

3) 短路容量不超过开关、电缆等配电设备的允许值。

4) 电能质量合格, 所引起的电压骤升、骤降、闪变、谐波不超过规定值。

4.2 分布式电源接入方案的选择

DER并网对配电网的影响与DER的容量以及接入配电网的规模、电压等级有关。一般情况下, DER容量在250 kVA以内的接入380 V/400 V低压电网;DER容量在1～8 MVA的接入10 kV等级中压电网;DER容量更大一些的则接入更高电压等级的配电网。具体接入方式一般是大容量的DER通过联络线接到附近变电所的母线上, 如图2 (a) 所示。对于小型的DER, 为减少并网投资, 就近并在配电线路上, 如图2 (b) 所示。

美国电气电子工程师协会 (IEEE) 的第21标准化工作组起草的DER并网系列标准中, 定义了以下两个参数来衡量DER并网对配电网的影响。

1) 刚度系数, 指配电网中DER接入点的设计短路电流与DER额定电流的比值。

2) 短路电流贡献比, 指配电网在DER接入点发生短路时, 来自DER的短路电流与来自配电网的短路电流的比值。

刚度系数越大, 短路电流贡献比越小, 则配电网运行电压与短路电流受DER并网的影响越小。一般认为, 如果刚度系数大于20, 则DER并网不会对配电网运行带来实质性影响。

在我国, 热电联产发电与小水力发电有着很广泛的应用, 它们一般是并到配电变电所的母线上。这些DER (小电源) 的并网以及保护控制技术已比较成熟, 有大量的技术标准、规程可供参考。近年来, 太阳能光伏发电、微型燃气轮机发电等容量在数百千瓦及以下的小型分布式电源有了很大发展, 为降低成本, 它们一般是就近接到配电线路上, 这些小型DER的并网及其保护控制技术还需进一步探讨。

为减少投资、简化工作程序与运行管理, 一些国家的供电企业对于小型DER并网采取“即接即忘 (Connect and Forget) ”的原则, 即忽略其对配电网安全性、供电质量与保护控制方式的影响。为达到这一目的, 需要对DER的接入容量做出严格限制。例如, 美国对于小型 (容量小于200 kVA) DER的并网, 供电企业要求接入线路的DER总容量小于线路最小负荷的10%。

4.3 分布式电源并网保护

分布式电源并网保护除分布式电源机组的保护外, 主要是配备孤岛运行保护, 简称孤岛保护。

“孤岛”是指配电线路或部分配电网与主网的连接断开后, 由分布式电源独立供电形成的配电网络。如图2 (a) 中, 变压器低压侧断路器QF1跳开后, 分布式电源和母线上其他线路形成的独立网络就是一个孤岛。这种意外的孤岛运行状态是不允许的, 因为其供电电压与频率的稳定性得不到保障, 并且线路继续带电会影响故障电弧的熄灭、重合闸的动作, 危害事故处理人员的人身安全。对于中性点有效接地系统的电网来说, 一部分配电网与主网脱离后, 可能会失去接地的中性点, 成为非有效接地系统, 这时孤岛运行就可能引起过电压, 危害设备与人身安全。

在DER与配电网的连接点上, 需要配备自动解列装置, 即孤岛保护。在检测出现孤岛运行状态后, 迅速跳开DER与配电网之间的联络开关。一般来说, 在孤岛运行状态下, DER发电量与所带的负荷相比, 有明显的缺额或过剩, 从而导致电压与频率的明显变化, 据此可以构成孤岛运行保护。孤岛保护的工作原理主要有以下3种。

1) 反应电压下降或上升的欠压/过压保护。

2) 反应频率下降或上升的频率变化率保护。

3) 反应前后两个周波电压相量变化的相量偏移保护。

反映频率变化率的孤岛保护在电力系统功率出现缺额导致频率下降时也可能动作, 这导致在电力系统最需要功率支持的时候切除DER, 使电网情况更为恶化。因此, 实际应用中不宜将低频解列保护整定得过于灵敏, 以避免这种不利局面的发生。

在线路故障切除后, 重合闸时间需要与孤岛运行保护配合, 其等待时间要确保DER解列并留有足够的故障点熄弧时间。

4.4 DER并网技术标准

一些工业发达国家已对DER并网的技术标准进行制定。英国电力协会 (Electricity Association) 早在1991年就发布了《G59/1嵌入式发电并入地区配电网的推荐技术标准》;国际电气电子工程师协会 (IEEE) 于2003年6月发布了“DER并网技术标准IEEE Std.1547”, 2003年10月该标准被批准为国家标准。在我国, 上海市电力公司和上海燃气集团公司联合制定了《分布式供能系统工程技术规程》, 上海市政府于2005年8月发文要求在全市范围内贯彻实施这一规程。但总体来说, 我国在这方面的工作还比较滞后。特别是接入配电线路的DER的并网问题, 没有可供参考的技术标准、规范, 急需启动有关标准的制定工作。

5 分布式电源并网技术的发展

以上介绍的DER并网技术是“有限接入”, 即对于接入容量等做出严格限制。为了充分利用可再生能源, 必须实现DER并网的“宽限接入”和大量接入, 这也是智能电网概念提出的根本原因之一, 智能电网技术的发展, 将使这问题能得到较好地解决。随着DER的大量接入, 配电网就由传统的无源网络将发展成为有源网络, 当前, 涉及这方面的技术研究主要有微电网技术与虚拟发电厂技术。

5.1 有源网络的基本概念

有源网络 (Active Network) 指的是分布式电源高度渗透、功率双向流动的配电网络。所谓“高度渗透”是指接入的DER对配电网的潮流、短路电流产生了实质性的影响, 使得传统配电网的规划设计、保护控制、运行管理方法不再有效。有源网络的概念是针对并网技术对DER接入容量做出严格限制的配电网而提出的。

有源网络不再单纯地为了不影响现有配电网而严格限制DER的接入, 而是让DER尽可能地多发电 (特别是对可再生能源) 、充分地发挥其对配电网的积极作用以及节省电力系统的整体投资。 DER的容量客观上是可以替代一部分配电容量的, 从而减少对发、输、配电系统的投资。因此, 考虑DER对配电容量的替代作用, 也是有源网络的一个重要的特征。

有源网络给配电网的保护控制、运行管理提出了新挑战, 它包括电压控制、继电保护、短路电流限制、故障定位与隔离、DER调度管理等方面的问题。

5.2 微电网技术

微电网 (Micro Grid) 简称微网, 是指由DG、DES装置和监控、保护装置汇集而成的并为相应区域供电的小型发配电系统, 能够不依赖大电网而正常运行, 实现区域内部供需平衡。一般来说, 微网是一个用户侧的电网, 它通过一个公共连接点 (Point of Common Connection, PCC) 与大电网连接。图3是美国电力可靠性技术解决方案协会 (CERTS) 提出的微电网基本结构。

按照常规的做法, DER必须配备孤岛保护, 在大电网停电时自动与主网断开。而微网可以在与大电网脱离后独立运行, 由DER维持区域内所有或部分重要负荷的供电, 能够发挥出DER在提高供电可靠性方面的作用。

微网仅在PCC点与大电网连接, 避免了多个DER与大电网直接连接。通过合理地设计, 可使微网中DER主要用于区域内部负荷的供电, 做到不向外输送或输送很小的功率, 使得大电网可以不考虑其功率输出的影响, 继续采用“即接即忘”的并网方法。这样, 就较好地解决了DER大量接入与不改变配电网现有保护控制方式之间的矛盾。

就微网本身来说, 它是一个“有源网络”, 需要解决功率平衡、稳定控制、电压调整、继电保护等一系列问题。微网技术还在研究发展之中, 是智能配电网的重要研究内容。

5.3 虚拟发电厂技术

虚拟发电厂 (Virtual Power Plant, VPP) 技术是将配电网中分散安装的DER通过技术支撑平台实现统一调度并将其等效为一个发电区, 实现分布式电源大量并网, 达到DER的优化利用、降低电网峰值负荷、提高供电可靠性的目的。

VPP的调度对象主要是可随时启动并且功率可调节的DER, 如热电联产微型燃气轮机、应急供电柴油发电机组以及各种DES等。对于风能、太阳能发电等可再生能源发电来说, 其输出具有不确定性, 且一般需要在具备条件时让其足额发电, 因此不能对其进行有效地调度。

实施VPP要有配网自动化系统 (DAS) 作为技术支撑平台。VPP是DAS的一个高级应用功能。DAS需要采集、处理分布式电源的实时运行数据, 并能够对其进行调节、控制。

除技术问题外, 实施VPP还涉及电价、政策法规等一系列问题, 目前处于研究探讨阶段, 还缺少成熟的经验。

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分布式智能 第8篇

随着高等教育和信息产业化的不断发展, 在高校中推行网络化考试对提高高校的教育水平有着举足轻重的作用。传统的考试方式对于所有考生的试卷完全相同, 抄袭舞弊现象时有发生;对教师授课水平的评估方式则往往采用学生打分的机制, 这种主观性的衡量形式并不能完全准确的反应出授课教师的真实水平;随着造纸资源的日趋紧张和人们环境意识的不断提高, 从节约自然资源、减少污染、保护环境的角度看, 节约资源和减少环境污染应是每个高校发展教学必须考虑的重要方面。

采用智能化考试系统则从海量题库中随机为每位考生抽取等量考题进行考试, 有效避免了抄袭现象的发生, 保证了考题的灵活性, 试卷提交后系统自动为每位考生判卷, 自动生成成绩, 有效避免了由于人为的出题、评卷带来的漏题、误批、舞弊等弊端, 更适应现代化的教学要求, 对学生作弊的预防及其成绩的客观性、公正性提供保证;同时通过使用各种分类方法对考生分类, 进而运用统计学方法对学生成绩进行科学的分析, 即可得到对学校的整体教学情况和学生学习情况的科学、真实的评估结果, 可以对教学改革、教法改革、教学成果的评估及教师授课水平评估提供科学的、准确的、客观的指导意见;另外考试系统也可用于竞赛, 用来衡量学生在某些方面的差异, 反映不同学生的不同的专业特长;考试系统适应社会和时代的可持续发展要求, 它不再使用纸张, 节省了对自然资源的消耗, 减少了对环境的危害, 在充分完成考试任务的同时也对考生进行了有效的环保意识的强化教育。

1 基于COM组件开发的分析

1.1 介绍COM组件

COM组件由COM接口、COM服务器、和COM客户组成, 作为组件对象之间相互接口的规范, 凡是遵守COM接口规范的对象彼此之间都能相互通信和交互, 尽管这些对象出自不同的生产商、不同的程序设计语言、不同的Windows版本, 甚至是在不同的机器上编写和建立的。客户通过COM接口来访问COM对象, 获取COM服务器的服务, 每个接口用一个惟一标示符 (GUID) 来标示它称为IID, COM对象也用一个GUID来标示它称为CLSID, 它被注册到Windows注册表, 使用COM服务器的关键是要获取COM对象的引用, 即要创建COM对象。COM对象的创建由COM库和类工厂来完成, 它们分别提供了创建注册COM对象以及查找注册数据库、定位服务器、返回对象指针的服务。COM库提供了3个API函数用来创建COM对象, 它们是CoGetClassObject () CoCreateInstance () 和CoCreateInstanceEx () 。

和传统的开发方法相比, 基于组件的开发方法具有如下优点:

(1) 可重用性强, 以往面向对象的重用是基于继承的受编程语言的限制, 而基于组件的开发方法一般不受语言的限制, 可以以接口的形式供各种语言的应用程序调用, 更大限度地提高的组件的重用性, 从而提高软件开发效率缩短开发周期降低开发成本。

(2) 可扩展性强, 组件在接口设计时, 既可采用热点式接口, 也可在保持接口不变的情况下作功能上的扩充或替换, 这样使得组件具备更大的灵活性, 可以根据不同的需求进行扩展, 从而最大限度地满足各种需要。

(3) 稳定性好, 基于组件的开发方法应用成熟的组件来构建整个系统, 使系统运行的稳定性大大提高。

1.2 考试系统的组件解决方案分析

好的体系结构能使系统结构清晰、易理解、易开发、易维护, 为适应将来用户需求可能发生的变化, 尽量降低维护成本, 提高可用性和重用性, 本系统使用了多级正交软件体系结构的设计思想, 正交软件体系结构由组织层和线索的构件构成。层是由一组具有相同抽象级别的构件构成, 线索是子系统的特例, 它是由完成不同层次功能的组件组成, 通过相互调用来关联每一条线索, 完成整个系统中相对独立的一部分功能。如果线索是相互独立的, 即不同线索中的构件之间没有相互调用, 那么这个结构就称是完全正交的。本系统较为复杂, 将系统设计为二级正交结构, 第一级分为多个主线索 (子系统) , 每一个主线索又可划分为数个子线索, 这样为大型软件结构功能的划分提供了便利, 使得既能对功能进行分类, 又能在每一类中对功能进行细分, 使功能划分既有序又合理, 能控制在一定的粒度以内, 合理的粒度又为线索和层次中构件的实现打下了良好的基础。

2 考试系统结构主框架分析

本考试系统要求从录制题库、学生报名、上机考试到教师判卷四个过程均实行计算机一体化管理。系统所包括的子系统主要有报名管理子系统、题库管理子系统、考试管理子系统、判卷管理子系统, 系统结构如图1所示。

整个系统的核心模块为考试管理子系统, 该系统采用C/S架构的三层结构, 数据库应用服务器采用SQL Server2005, 主要对1个数据库进行操作, 该数据库包括学生基本信息、各试题类型库、已经报名管理表等, 题库由题库管理子系统提供, 学生考试报名信息由报名管理子系统提供, 考试结束后, 由考试管理子系统自动生成的成绩交由成绩子表进行统计, 主观试题类型交由判卷管理子系统进行教师人工判卷。数据库成为连接题库管理子系统、报名管理子系统及成绩管理子系统、判卷管理子系统的桥梁, 其中各个子系统通过权限设置将其各自分散成一个可独立运行的系统。

由于本系统所采用的三层体系结构, 即客户层、服务器层、数据层。其中服务器层采用了双层结构, 即在一级服务端的基础之上建立了二级服务端, 这样杜绝了“胖客户端”所带来的风险, 使得用户不必直接访问数据库, 而且在二级服务端上可以灵活对各种考试题型以及各种考试科目进行灵活随机抽题, 方便进行多次考试。

在三层体系结构中, 客户 (请求信息) 、程序 (处理请求) 和数据 (被操作) 被物理的隔离, 三层结构是更灵活的体系结构, 它把显示逻辑从业务逻辑中分离出来, 这就意味着业务代码是独立的, 可以不关心怎样显示和在哪里显示。业务逻辑层现在处于中间层, 不需要关心由哪种类型的客户来显示数据, 也可以与后端系统保持相对稳定性, 有利于系统扩展。三层结构具有更好的移植性, 可以跨不同类型的平台工作, 允许用户请求在多个服务器间进行负载平衡。三层结构中安全性也更易于实现, 因为应用程序已经同客户隔离, 一旦受到攻击, 只需要重新启动服务器即可。

3 系统功能特点

(1) 本系统采用组件技术、三层C/S的多级分布式结构, 使得系统灵活高效, 易用性和稳定性得到了统一, 便于日后的维护和升级。学生考试报名、题库、考试、判卷四部分的分布式管理, 允许管理员管理题库、学生信息、考试成绩、教师判卷等, 允许指定题库的保密和共享, 允许一般管理员布置和管理本学院的学生的考试, 系统管理员通过下放权限和任务, 使得系统管理更轻松。

(2) 随机抽题的策略使得考试更具安全性, 可以有效杜绝和防止考试舞弊事件的发生。允许管理员定义从题库中无重复地随机抽取填空试题、单选试题、多选试题、判断试题、主观试题等不同类型题目, 按照自己事先设定抽取数目随机组成一份考试卷, 各类型试题分值也可以根据不同需要进行不同设置, 而且试题的顺序都被打乱, 这样在一定程度上防止了舞弊的发生。

(3) 多种基于策略试卷创建模式, 灵活多样, 使得自动处理和人工处理相得益彰。在题库管理子系统中, 教师按照不同科目、不同知识点、试题难易程度不同建立试题库, 方便有效日后的考试试卷的创建, 而且还允许教师对不满意的试题内容及时进行修改和调整。

(4) 根据试题类型进行自动判卷和手工判卷相结合的形式。在考试管理子系统中, 学生考试并提交试卷后, 系统直接将填空试题、单选试题、多选试题、判断试题进行自动判卷, 即学生考试结束, 填空试题、单选试题、多选试题、判断试题等各试题成绩也就自动产生, 这样有效的减轻了教师的工作量, 还能避免可能出现的遗漏。主观试题主要是教师通过判卷管理子系统进行手工判卷, 其中教师必须为专职本考试科目的任课教师, 否则不允许参与判卷, 这样避免了因主观试题出现评测不准确所带来问题, 而且判卷模式采取教师负责制、多名教师参与评测, 避免因一位教师的主观偏差而使得判卷错误。

(5) 完善的试卷保护功能。在考试进行中如果遇到如发情况, 比如非人为死机、人为的误操作等, 只要考试时间没有结束, 就可以完成再次登录进行相同的考试内容, 而且学生在考试过程中, 可以通过试题选择来随意选做各种试题, 也可以通过上一页和下一页功能进行选题, 这样学生可以根据试题的难易程度、根据自身的情况进行跳跃式答题, 另外考试管理子系统中还增加了标记功能, 学生可以将有暂时不能快速解决的试题进行标记, 以备后续检查来继续进行弥补。在试题选择模块中, 学生可以一目了然的看到, 自己已经做过的题目、未做过的题目和标记过的题目, 这样可以方便学生考试答题。

(6) 本系统采用分级权限控制和用户管理, 实现了资源共享于管理的分立。本系统将用户分为:系统管理员、一般管理员、用户3个层次, 实现了应用逻辑的分离。系统管理员拥有全部的权限, 并对一般管理员进行权限分配;一般管理员主要是教务处的教务管理人员设置;这里的用户主要是指学生和老师。每个一般管理员可建立并维护自己的考试账户、账户组、题库、试卷、学生等信息, 除非得到系统管理员的授权, 否则无权看到其他管理员建立的同类数据, 也无权修改或者删除, 这样保证了系统数据的安全性、一致性和完整性。

(7) 具有较强的稳定性。本系统采用诸多技术方案保证考试正常稳定的进行。全面的容错处理使考试流程得到有序的控制, 对用户的误操作能够进行有效的屏蔽;系统采用考试时间倒计时功能, 使考生随时掌握考试剩余时间, 在考试结束前10分钟、1分钟, 系统能够自动提醒考生考试剩余时间, 提醒考生适时交卷, 在考试结束时, 系统能够强制交卷, 保证考试能够严肃、公正的结束。

(8) 加密和解密算法的运用, 使得软件更防黑客攻击, 保证考试的安全性。这里面考生的身份验证要求为最高, 其验证的方法将考生姓名、考号、报名号、身份证号、考生照片、登录标志、登录客户机IP地址、登录客户机MAC地址等字段相结合。在考生客户端程序中嵌入了获取本地机IP地址和网卡MAC地址以及防止考生客户端程序同时运行的程序段, 而身份信息的验证由服务器端中SQL Server的存储过程完成, 使得考试更安全。

4 考试管理子系统设计与实现

4.1 静态架构定义

考试管理子系统的静态架构定义如图2所示。

4.2 动态架构定义

考试管理子系统的动态架构定义如图3所示。

5 结论与展望

本文结合《东北师范大学教学管理系统考试子系统》实际项目, 阐述了基于组件的三层C/S系统结构的软件开发方法, 新系统在东北师范大学各学科考试运行过程中收到良好的效果, 该系统稳定、可靠、维护方便、灵活性强、简单易操作。这种基于组件的多级分布式软件开发方法效果是明显的, 能大大缩短开发周期, 降低成本, 提高产品质量, 且更易于升级和维护, 并使软件工业化生产成为可能。

本系统的研发新颖之处是在倡导“高校学分制”改革的前提下应运而生的。为了充分发挥学分制改革的优势, 更新教学管理手段, 采用现代化的计算机网络系统进行管理, 所以本系统的开发也为我国的高校学分制的改革做出了突出贡献。

摘要：本文主要介绍了考试子系统的报名管理、题库管理、考试管理、判卷管理等子系统的功能特点, 接着着重介绍了考试管理子系统的设计和实现。最后, 指出该考试系统在高校学科考试应用中取得了良好的效果, 同时也为高校的学分制改革做出了突出贡献。

关键词：组件,COM服务器,考试系统

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分布式智能 第9篇

磁力泵由于其彻底解决了流体输送过程中, 机械密封泵不可避免的“跑、冒、滴、漏”等问题而广泛应用于国内外电力、石化、医药等工业领域, 用来输送易燃、易爆、有毒、有腐蚀以及贵重液体等[1]。磁力泵使用的行业大多是高度自动化的连续生产行业, 对这些行业的设备, 需要状态可以监测, 故障可以诊断, 失效可以预测, 而且设备需要联入计算机网络控制系统[2,3]。对于磁力泵工作的场合, 一旦因泵发生故障导致整个装置系统停车, 将造成重大损失。因此在磁力泵上设置智能监测系统, 对其运行状态进行实时监测, 是确保磁力泵系统安全可靠运行的必要条件[3], 也是工厂实现设备现代化管理的需要。自磁力泵在国内推广应用以来, 业界在磁力泵磁路设计, 水力设计和机械设计方面取得了很大进展, 但在磁力泵监控技术方面还处于初级的阶段[2], 目前还没有一套较为理想的现场状态监测系统。现场操作人员仅能对磁力泵一些明显故障做出主观判断, 很难对其运行状态及趋势进行客观准确的判断。因此, 文章针对磁力泵使用集中的场合, 设计一种以单片机和PC机为核心的主从分布式监测系统, 通过单片机与PC机通讯, 实现远距离自动监测[4], 具有重要的现实意义和的实用价值。

通过磁力泵的实际应用和分析对比, 发现对磁力泵的监控主要应从两个方面考虑:一是对轴承运行状态的监测, 轴承为磁力泵内重要易损件, 且位于泵内, 浸泡在输送介质中, 异常状态不易控制和诊断, 因此对轴承的监测是重要的环节之一, 将对轴承故障诊断和预测提供重要参考依据;二是对磁力泵驱动组件的监测, 防止磁力泵发生退磁, 而热退磁是其主要表现形式, 隔离套是泵内热源体的主要件, 因此隔离套温度监测是磁力泵另一重要监测环节。通过以上两个方面的实时监测, 就可以及时发现磁力泵发生的各种故障[1,2,3], 最大限度避免生产事故发生。

1系统组成及工作原理

根据系统规模及提高现场管理水平的要求考虑, 采用以PC机为上位机, 多台单片机为下位机的主从式分布结构。下位机主要实现磁力泵运行温度、工作气隙中磁感应强度数据的采集以及测量信号预处理, 并向上位机传送下位机采集的主要参数和现场运行状态;上位机则主要实现对下位机及现场进行监控, 对来自下位机的数据进行多种形式的分析、存储和管理。上、下位机之间通过RS485异步通信接口进行通信。

温度的监测通过安装在每台磁力泵上的温度传感器 (这里采用标准铠装铂电阻Pt100温度传感器, 其体积小, 易弯曲适合磁力泵空间狭小的特点) , 对磁力泵运转过程中隔离套温度进行采样;轴承的磨损监测通过安装在磁力泵工作气隙中测磁探头[1], 对气隙磁场强度值进行采样 (经上位机按神经网络算法计算可得轴承的磨损值) 。采样信号经放大修正、A/D转换后传入单片机进行现场数据处理 (如测量数据的暂时存储、数字滤波、标度变换等) , 并通过RS485异步通信接口向上位机传送数据。上位机则对各磁力泵运行过程中温度、轴承磨损在显示器及主机画面上进行动态刷新显示, 并将处理后的数据与设定值 (隔离套温升120℃, 轴承单边磨损0.1 mm) 进行比较, 若超过设定值时, 电路自动发出声光报警信号并弹出故障显示画面, 显示打印越限点的名称、地点、温度和轴承磨损值, 以便工作人员进行进一步检查和处理[5,6,7], 同时, 给下位机输出指令。通过下位机输出控制信号, 使执行机构动作, 及时对故障泵停机, 并自动启动备用泵, 确保生产连续进行, 防止设备及生产事故的发生。

2系统硬件设计

上位机采用具有丰富软硬件资源的PC系列机IBM-PC586, 可以实现友好的人机界面, 如中文菜单、彩色图像、图表曲线的动态显示及报表的打印等。

下位机系统均选用单片机8051为实时监测的中央处理机, 即现场控制器。配以两路标准铠装铂电阻Pt100温度传感器, 测磁探头, 多路开关CD4051, 光电耦合式隔离放大器, 8位A/D转换器ADC0809, 自我检测电路, 温度显示电路, 声光报警电路, 以及自动停、启电路等。

由于上下位机的距离较远 (通常在几百米甚至1 000 m) , 上下位机之间的联系主要通过PC机RS232串口和RS485通信接口来完成[3,4,5,6,7,8]。RS485接口采用平衡传送和差分接收, 具有很好的抑制共模干扰的能力。由抗干扰能力强、传输距离比较远的传输线采用带有屏蔽层的双绞线。通信方式为半双工方式, 传输速率为9 600 bit/s。

PC机串口输入输出采用的是RS232电平, 因此, 在上下位机之间增加了通信适配器, 用于实现RS232和RS485之间的信号电平转换。设计中, 将通信接口制成符合PC总线标准的通信卡, 将其插入计算机总线即可。

3系统软件结构

系统软件由上位机软件和下位机软件构成, 上位机软件采用Microsoft Visual C++ 6.0编写;下位机软件采用C51语言编写, 程序在Keil C51 V7.0 单片机设计软件中进行仿真并编译后, 烧写到单片机中。

3.1上位机软件设计

上位机软件设计本着人性化的理念, 方便用户的原则, 采用人机交互方式, 下拉式菜单, 弹出式窗口, 热键操作, 错误屏蔽, 同时采用模块化的设计方法, 最大限度方便用户操作。整个系统划分为:通讯自检模块、实时监测模块、参数设定模块、数据处理模块[7]。

通讯自检模块, 在进行数据采集前, 调用该模块以检测通讯路线的好坏, 以便及时作出处理。若某一路出现故障, 系统会自动提示, 同时将故障发生时间、类型存储, 以便事后追忆。

实时监测模块分别以表格和动态曲线的形式同时显示各磁力泵温度及轴承磨损变化并和设定值比较, 确定是否报警、停机以及启动备用泵, 从而完成对磁力泵运行状态的实时监测。此模块定时从下位机接收各单片机采集的数据, 然后显示、比较、存储。

参数设定模块主要完成系统参数和控制参数设定。系统参数包括一些系统运行所必需的、与硬件系统密切相关的一般操作人员不必涉及的参数设定, 如I/O口地址、通道的分配、定时器的定时参数等。控制参数设定则完成向下位机传送控制参数, 如报警温度, 轴承单边磨损值上限的设定, 采样时间设定以及对故障泵停机, 启动备用泵指令设定等。

数据处理模块主要完成:①数据的整理存储:定时将下位机采集的实时数据整理成规范形式, 并自动向数据库及时存储实时数据, 实现实时数据和历史数据的安全保存。②数据的分析:对特定时间段 (用户设定) 数据进行曲线拟合, 形成运行温度、轴承磨损与时间的变化趋势曲线。用户可以直观清楚地看到各磁力泵隔离套温度及轴承运行状态随时间变化的情况。据此对磁力泵运行状态趋势做出预测判断, 对存在的隐患预做相应处理。③数据的管理:根据磁力泵不同运行状态, 向数据库自动存储相关典型数据, 形成年、月、日、周、小时和报警、启/停机数据库, 以便进行趋势分析、故障预报和故障的精密诊断。④对上述功能块均提供数据查询, 报表生成, 用户可方便快捷的查询历史报警数据, 趋势曲线等。

单片机软件主要有主程序及数据采集、模拟信号的A/D转换、数据通信、实时控制等程序。其详细设计可参考相关文献。

3.2上下位机通信软件设计

3.2.1PC机与多单片机的多机通信原理

多机通信是通过串行口实现的。对下位机而言, 当串行口工作在方式2或方式3时, 若特殊功能寄存器SCON的SM2由软件置为1, 便可实现多机通信。通信的关键就是把第9位数据位作为地址/数据标志位。而上位机的串行通信主要由接口芯片8250完成, 它并不具备多机通信功能, 但可以用软件编程的办法, 使得8250满足8051单片机通信的要求。通过对MSComm控件Setting属性中的奇偶校验P进行设置就可以使芯片8250的奇/偶校验位形成正确的地址/数据标据标志位, 若P置为S, 则奇偶校验为0, 可作数据标志;若P置为M, 则奇偶校验为1, 可作地址标志[8,9]。

3.2.2单片机与PC机通信协议的确定

为保证通信的可靠性, 系统数据传输的流畅性, 需要严格制定一系列通信协议。通信协议分为3个阶段, 即主机与从机的连接挂钩与握手阶段、发送 (接收) 阶段、结束阶段。连接阶段主要完成通信联络任务, 主机发送从机地址信号 (发送前主机的奇偶校验设为M, 发完设为S) , 从机确认与本机地址相符, 则使SM2位置0, 并向主机发回答信号, 否则不予理睬 (SM2仍为1) , 主机与从机进入点对点通信。然后主机向从机发送命令代码, 收到应答信号后, 开始发送或接收数据;接收 (发送) 阶段收/发数据及校验码, 完成数据传输的校验;结束阶段, 由于通信系统出错或误码次数越限, 通信失败, 主机向从机发送结束命令, 下位机接到命令后发送回答信号, 并使SM2位置1, 上位机接到信号后, 奇偶校验位设为M[8,9]。

3.2.3通信软件的设计

利用VC++6.0的通信控件MSComm, 可以实现上位机与下位机的串行通信。通信程序以CForm View作为MSComm控件容器, 采用一个辅助线程发送数据, 使用事件对象实现与数据接收同步。MSComm控件在串口编程时十分方便, 用户只要用Get/Set函数来访问/设置一些控件属性值即可。MSComm通信编程流程如图1, 其中, 串口初始化主要完成通信端口号、通信协议、传输速率等参数的设定, 必要时再加上其他属性设定。图示步骤分别在不同的讯息处理函数中得以实现[9]。

设计单片机的通信软件, 实际上是对单片机串行口的设计, 采用C51语言编程。通过主程序完成串行口和中断初始化后, 等待中断, 这里只给出单片机响应中断的程序流程如图2所示。

4实验检测

系统经反复设计改进后, 利用实验室现有磁力泵进行了多次实验, 实验装置示意图如图3所示。温度检测实验以清水为介质, 同时采用加热水的方法提高温度。预设温度70℃, 加热一段时间温度达到70℃, 系统自动报警、停机, 并启动备用泵, 经多次实验, 平均误差1～2℃, 平均时间延迟2～5 s。

轴承磨损实验在清水中加入泥沙, 加速轴承磨损, 当磨损值达到预设值 (0.01 mm) 时, 系统自动发出报警信号, 实现停机切换。经过多组实验确定系统最大有效工作距离800 m, 当距离超过800 m时, 信号波动剧烈, 响应准确性明显下降。在800 m以内, 系统各方面性能与预测效果基本一致。

1-调节阀;2-储水罐;3-温度计;4-磁力泵;5-单片机系统;6-通信接口;7-停机/启动电路;8-PC机;9-打印机;10-电机

5 结语

利用单片机的高可靠性及个人PC机管理和复杂运行的灵活性构建的二级分布式温度监测系统, 形成磁力泵群温度分散监测、数据集中管理, 能够实现多台磁力泵的温度实时监测, 并在主机界面上显示, 对温度超限产生报警信号, 对故障泵及时停机、切换。各磁力泵单片机系统相互独立, 即使某一台泵监测系统发生故障或连接上、下位机的通信线路发生故障, 都不会影响其他泵状态监测的正常工作。并且可在此基础上, 计算机网络在线监测系统, 最大限度地预防设备故障的发生以及防止故障的进一步发展, 确保磁力泵系统安全可靠的运行。

参考文献

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[2]刘凯, 丛玉良, 郭兰升.磁力泵监控技术概述[J].水泵技术, 1997 (4) :19-21.

[3]Mitchell H.Rosenbaum, Stephen A.Jaskiewicz.Intelligent seal-less pumps-a unique evolution[J].WORLD PUMPS, 2003 (7) :16-21.

[4]施卫东, 蒋小平, 王准, 等.基于嵌入式TCP/IP协议的潜水排污泵群远程监控系统[J].中国农村水利水电, 2006 (5) :89-91.

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[7]刘玮婧, 魏学业, 谢涛.分布式环境监测系统中的温度监测设计[J].铁道通信信号, 2005, 41 (11) :50-52.

[8]刘强.串口通信技术在分布式控制系统中的应用[J].辽宁工程技术大学学报, 2005, 24 (S) :132-134.