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【關(guān)鍵詞】電裝質(zhì)量檢測;器材設(shè)備;智能化管理
電裝質(zhì)量檢測的目的
隨著社會的發(fā)展,客戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高,為了使焊接結(jié)構(gòu)更完整,更可靠,更安全,我們會對工件焊接質(zhì)量進行檢測,這不但滿足了焊接工藝的要求,也使得產(chǎn)品外觀符合產(chǎn)品標準。另一方面也對焊工的工作起到了一定的監(jiān)督作用。
1、電裝質(zhì)量檢測
作為一名檢驗員一定要把鑒別功能、把關(guān)功能、預(yù)防功能、報告功能做好做到位。所以要科學(xué)地判定電裝后的產(chǎn)品特性是否符合要求,剔除不合格產(chǎn)品,分析不合格產(chǎn)品質(zhì)量的因素,確保產(chǎn)品質(zhì)量達到技術(shù)標準要求,為產(chǎn)品質(zhì)量改進提供準確的信息。
1.1印制板檢驗
對于印制板的檢驗可分為裸板檢驗和焊裝完工的印制板的檢驗。
裸板檢驗標準是:外形尺寸與圖紙一致;印制板、焊盤及孔徑與圖紙一致;印制線無短路、無斷線、無翹箔、焊盤無脫落;孔金屬化無偏孔、無破孔、無漏孔、孔壁光潔無節(jié)瘤;鍍金屬層無結(jié)瘤、鍍層均勻光潔、無堆積;阻焊膜膜面無粘性、色調(diào)均勻無污染、未污染焊盤及焊孔;印制板外觀板面無重劃傷、板面未變形、多層板未分層。檢查符合要求,再用激光打標機在裸板上打印檢驗標識。
對焊裝完工的電路印制板檢驗人員必須遵守響應(yīng)的ESD規(guī)章和流程,帶好防靜電腕帶并穿好防靜電工作服再進行檢驗工作。
焊裝完工的印制板,分電子組件的插件焊裝檢驗和電子組件貼片焊裝檢驗。那么我們將怎樣檢驗印制板焊裝后的缺陷呢?對插件焊裝印制板用目測方法進行檢驗,目測檢驗顧名思義就是從外觀上檢驗產(chǎn)品是否符合標準和受控文件的要求,用眼觀測印制板是否錯焊、漏焊、虛焊、短接、焊點有無缺陷等。對于電子組件貼裝的印制板可用AOI自動光學(xué)檢測儀進行檢測。這種方式是利用光學(xué)知識對貼裝電路板進行全方位掃描,通過CCD攝像頭記錄焊接圖形,然后用記錄的圖形經(jīng)過圖像數(shù)字化處理轉(zhuǎn)入計算機內(nèi)部與已編好的程序里的標準圖像進行對比。
測試時仍舊按檢驗標準和受控文件的要求作為檢驗依據(jù),進行首件印制板的編程和檢測,合格后再對后續(xù)生產(chǎn)的印制板進行檢測。一般測試結(jié)果可實時跟蹤分析出SMT生產(chǎn)線上產(chǎn)生的各種缺陷原因并及時反映出信息,達到優(yōu)化生產(chǎn)線的目的;從而提高產(chǎn)品質(zhì)量,保證最終的缺陷產(chǎn)品不流入客戶手中。
AOI光學(xué)檢測儀自動化程度高、技術(shù)先進,對于檢驗部門來說不僅需要高素質(zhì)的檢驗人員,而且還需要檢驗人員有與時俱進的專業(yè)精神并開拓新的檢測方法和良好的執(zhí)行能力。
1.2機箱和機柜焊裝檢驗
首先要懂得電子技術(shù),了解和熟悉各種電子元器件的性能和作用,再按企業(yè)檢驗標準、設(shè)計圖紙的技術(shù)要求、工藝文件規(guī)定的操作規(guī)則來對產(chǎn)品裝焊質(zhì)量進行全數(shù)檢驗,并及時記錄檢驗結(jié)果。
對機箱、機柜電裝完工后的產(chǎn)品檢驗內(nèi)容是:導(dǎo)線、電纜端頭處理、焊接端子上導(dǎo)線的正確處理、屏蔽導(dǎo)線接地端的處理;壓接件上壓痕的判定、焊接方法的選擇、整機布線扎線的要求、焊點的標準和機箱機柜上焊接連線的錯對等是否符合要求。如果發(fā)現(xiàn)不合格項應(yīng)及時幫助生產(chǎn)工人分析產(chǎn)生原因,提出改進建議直到復(fù)檢合格為止。
1.3機箱和機柜的電鉗裝配檢驗
在電子產(chǎn)品的裝配中,會遇到大量的機械組裝工作,統(tǒng)稱為電鉗裝配。如印制板上的緊固件、壓板、線夾、膠粘、扎線、鉚接;電子元器件、零部件組裝成機箱機柜等。
電鉗裝配檢驗涉及到的知識面是很廣的,且還需要豐富的實踐經(jīng)驗。首先要熟知電鉗裝配知識、機械制圖基礎(chǔ)知識、機裝的通用要求和電子裝聯(lián)的相關(guān)知識,要有較強的識圖能力,對配裝所用材料的理解運用判斷能力等。再按企業(yè)的標準、設(shè)計圖紙的要求、工藝文件的操作規(guī)則,對產(chǎn)品的電鉗裝配質(zhì)量進行全數(shù)檢驗。檢驗內(nèi)容是:先檢查圖紙和工藝文件是否一致,機箱機柜上電子元器件的型號是否符合要求,零部件選用是否正確,裝配是否緊固牢靠,零部件放置方向是否正確,組裝順序是否正確,是否有漏裝、錯裝、多裝及有無肉眼可見的缺陷,實物與圖紙是否一致,產(chǎn)品的外形、尺寸是否符合要求(零件、部件的尺寸上到工序已檢合格再流入電鉗裝配工序中),產(chǎn)品外觀油漆的顏色是否符合要求、是否有劃傷或油漆脫落現(xiàn)象等。而機柜還需檢查導(dǎo)軌的型號及配裝是否符合要求,分機拉出后用手輕推分機,觀察分機是否晃動大,內(nèi)導(dǎo)軌上的彈片是否鎖住分機,配裝后的導(dǎo)軌是否有變形,分機推拉是否靈活;再檢查分機與機柜骨架的平行度和垂直度,分機之間上下左右間隙是否一致;每層分機的信號地和機殼地上的接線、信號匯流排和大地匯流排上的接線是否牢固;機箱機柜內(nèi)是否有多余物等。如果檢查有不合格項需要及時記錄并分析原因,若是圖紙和工藝的錯誤應(yīng)告訴工藝設(shè)計者,提供圖紙或工藝更改單;若是生產(chǎn)工人裝配錯誤應(yīng)及時告知操作者返工直到復(fù)檢合格;若是上道工序加工錯誤應(yīng)及時通知相應(yīng)人員及時返工,直到復(fù)檢合格。
2、智能化管理
為了保證工件的質(zhì)量,使電裝質(zhì)量檢測規(guī)范化進行,達到對工件的控制和監(jiān)督,必須對檢測進行智能化管理。管理可涉及到各個方面,如:檢測人員管理,檢測設(shè)備和器材的管理,檢測資料管理,檢測的環(huán)境和防護管理等。
2.1檢測人員的管理
檢測人員管理可分人員資格管理,人員培訓(xùn)與考核管理,人員技術(shù)業(yè)績檔案管理等。首先應(yīng)當有技術(shù)工作簡歷表,以及學(xué)歷,資格,技能等級證書,待通過后對上崗新手進行培訓(xùn)和考核管理,并做好考核記錄。做好工作人員的業(yè)績資料,像,取得研究成果等,要適當獎勵。對于無損檢測人員,應(yīng)具備高尚的品質(zhì),嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度,有責任心,嚴于待己,減少漏判,具有企業(yè)責任感。
根據(jù)企業(yè)設(shè)計的要求,合理安排工作時間,及時反映檢測結(jié)果,做到早發(fā)現(xiàn),早返工。對于檢測要人員賞罰分明,體現(xiàn)績效考核作用,激發(fā)員工的創(chuàng)造性和積極性,讓他們明確檢測質(zhì)量的責任,使檢測人員管理更加的規(guī)范。對于難道較大的焊接檢測應(yīng)讓操作技能強,經(jīng)驗豐富的檢測人員先進行模擬練習(xí),考核通過后再進行檢測。
2.2檢測設(shè)備和器材的管理
2.2.1設(shè)備的存放和保養(yǎng):對于一些精密,價格昂貴的儀器,要做到合理存放。有些儀器不使用時,應(yīng)注意保潔和收放。如AOI自動光學(xué)檢測儀的保養(yǎng)工作,可分為日保養(yǎng),周保養(yǎng)和月保養(yǎng),日保養(yǎng)由電裝的質(zhì)檢人員完成,主要清潔機器表面塵土,清潔軌道兩側(cè)的異物,檢查電線是否接觸良好等;周保養(yǎng)和月保養(yǎng)由電裝質(zhì)檢技術(shù)人員完成,主要檢查機器是否有損害,查看電動馬達的情況做好保潔,散熱風扇是否良好,以便及時修復(fù)。
2.2.2器材的采購和使用:器材采購時要嚴把質(zhì)量關(guān),如檢查器材誤差度是否在誤差范圍以內(nèi),器材的規(guī)格是否和訂購時的一致,器材靈敏度是否達到標準等。對于器材的使用用做到節(jié)約,杜絕浪費,精密器材使用時要小心謹慎,保持其完整性,使用完后要及時放盒封蓋,并做好保潔保養(yǎng)工作。
2.2.3檢測資料管理
在單位的內(nèi)部應(yīng)備有相關(guān)的技術(shù)指南,參考資料,質(zhì)量檢測說明書等,以便員工查閱。制定出企業(yè)的質(zhì)量檢測規(guī)程,檢測記錄和報告。
(1)檢測規(guī)程:可以在檢測規(guī)程中總結(jié)出一套合理的檢測思路,記錄最新的檢測技術(shù)及方法,分析各種檢測方法的特點。制定出詳盡的檢測規(guī)程可以提高工件的檢測效率,降低檢測時間和成本,減少人力物力,對于一個企業(yè)有不容小視的作用。
(2)檢測記錄:檢驗人員按項目分類進行檢驗狀態(tài)的實時記錄,記錄應(yīng)一件一卡保證其追溯的需要,檢驗人員應(yīng)嚴格按照企業(yè)質(zhì)檢部門所制定的檢驗工作規(guī)范進行貫徹執(zhí)行。
(3)檢測報告:質(zhì)量檢測報告是對檢測工藝質(zhì)量的評價,制定檢測報告可以從根本上監(jiān)督檢測的進行。另一方面,檢測報告能夠科學(xué)的反映出產(chǎn)品質(zhì)量的好壞,使得檢測有一個明確的標準。因此,做好每份檢測分析報告是必不可少的。
2.2.4檢測環(huán)境管理
為防止環(huán)境污染,保證檢查人員的身體健康,以及擁有一個舒適的工作環(huán)境,做好電裝質(zhì)量檢測環(huán)境管理必不可少。使用過的化學(xué)殘液不能隨處排放,一定要及時環(huán)保處理。對于一些有輻射的設(shè)備,檢測人員應(yīng)做好射線的防護,每年定期檢測身體,以免射線損害健康。無論是廠房還是廠區(qū)都要做好衛(wèi)生工作,不得隨便擺放堆積雜物。
總結(jié)
隨著科技的進步,工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,電裝質(zhì)量檢測在工廠企業(yè)中的作用越來越大,它能確保產(chǎn)品的可靠性,提高企業(yè)的經(jīng)濟效益,在不久的將來會有更好的發(fā)展。在質(zhì)量檢測的基礎(chǔ)上建立合理的智能化管理制度,對于一個企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的運轉(zhuǎn)具有重要意義。嚴格的質(zhì)量檢測,健全的管理制度是一個企業(yè)得以生存的根本,是其維護長治久安保證。
參考文獻
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當前狀況及需求
隨著電力市場用電規(guī)模的不斷擴大,客戶的用電需求更加個性化,這就要求電力公司能提供更優(yōu)質(zhì)的用電服務(wù),縮短業(yè)務(wù)周期跨度。提高應(yīng)急影響的水平。為此,電力公司先后制定并實施“十項承諾”、“優(yōu)質(zhì)服務(wù)工程”等相關(guān)策略,其中就計量工作而言,就是要保障計量資產(chǎn)的良好運轉(zhuǎn)。對電能計量中心來說,實現(xiàn)計量資產(chǎn)的全生命周期管理是其業(yè)務(wù)關(guān)鍵,但目前在實際工作中常面臨以下問題:計量資產(chǎn)由于分散庫存管理、招標周期長、需求不確定等多種原因,造成屬地公司計量資產(chǎn)庫存巨大,從而造成電力公司資金成本大、資產(chǎn)利用率低等多種弊端。
目前,電能計量器具管理正在由過去的粗放式管理向集約化精益管理模式轉(zhuǎn)變,對資產(chǎn)的管理要求已詳實到每個具體的電能計量資產(chǎn)單元,以保證電能計量的公平、公正,而加強計量器具資產(chǎn)的監(jiān)控力度是必要的管理目標。當前,大多數(shù)電力企業(yè)已有成熟的電力營銷系統(tǒng)、關(guān)口計量系統(tǒng)等較獨立的運行系統(tǒng),但均無法實現(xiàn)對計量情況的實時跟蹤、分析和管控,需要一個能全面跟蹤和監(jiān)控計量資產(chǎn)情況的一體化解決方案。
庫存優(yōu)化策略
對于計量資產(chǎn)存貨成本而言,“零庫存模式”是計量資產(chǎn)管理的最高標準,代表計量資產(chǎn)庫存管理的極限。結(jié)合電力計量的實際情況,計量資產(chǎn)庫存管理模式要經(jīng)歷三個階段:計量庫存分散管理模式、計量庫存集中管理模式、計量零庫存管理模式。
目前,計量流轉(zhuǎn)業(yè)務(wù)的流程是:屬地公司上報需求,物資公司根據(jù)屬地公司要求統(tǒng)一采購,計量中心統(tǒng)一入庫、統(tǒng)一檢定、統(tǒng)一配送,屬地八二級庫后進入運行維護階段。由于這種簡單型供應(yīng)鏈流程單一、跨度大、周期長,造成屬地公司整個到貨周期長達3~6個月,因此,屬地公司為正常開展計量業(yè)務(wù),勢必儲備大量存貨,造成計量總體庫存偏大。
對上述狀況進行改變的優(yōu)化思路是,把以上簡單供應(yīng)鏈改造為復(fù)合型供應(yīng)鏈,將供應(yīng)鏈按屬地公司、計量中心、供應(yīng)商進行分層,縮短各層供應(yīng)鏈的長度,進行局部優(yōu)化,屬地公司上報需求后,計量中心根據(jù)已檢定庫存情況分解成協(xié)議訂單直接配送,屬地到貨周期可以縮短1~2周,屬地存貨大幅度下降。
計量中心根據(jù)屬地整體需求情況,增強計量中心存貨容量、檢定能力、配送能力,設(shè)置待檢定庫和檢定庫的安全庫存,形成供應(yīng)商一待檢定庫、待檢定庫一檢定庫的自動補貨,以庫房內(nèi)的安全庫存驅(qū)動模式指導(dǎo)檢定作業(yè)。 在供應(yīng)商層面,實現(xiàn)聯(lián)合計劃、聯(lián)合預(yù)測、聯(lián)合補貨的運作模式,屬地計量總體需求被層層分解成采購訂單,保障計量業(yè)務(wù)的開展。
實施方法探討
由計量資產(chǎn)庫存管理的當前階段發(fā)展到計量器具零庫存的管理階段不可能一蹴而就,基本上應(yīng)經(jīng)歷一個逐步提高的過渡過程。在提升階段,計量資產(chǎn)庫存管理可以借助計量業(yè)務(wù)一體化調(diào)控平臺,根據(jù)屬地公司計量需求設(shè)置中心庫房已檢定庫的安全庫存,并進行集中配送,屬地公司計量需求無需反饋給計量供應(yīng)商,縮短屬地計量供應(yīng)周期。減少屬地公司的計量庫存。當計量中心已檢定庫存低于安全庫存設(shè)置時,調(diào)控平臺根據(jù)監(jiān)控結(jié)果自動調(diào)度采購作業(yè)、入庫作業(yè)和檢定作業(yè),使中心庫存恢復(fù)到安全庫存水平,由此形成計量資產(chǎn)庫存的“蓄水池”式集中管理模式。這樣,雖然中心庫存增大,但各屬地公司存貨可以大幅度降低,計量資產(chǎn)總體庫存降低。
要實現(xiàn)計量資產(chǎn)零庫存管理模式,就需要有效加強計量供應(yīng)能力、檢定能力和配送能力。加強計量供應(yīng)能力的策略是,實行計量資產(chǎn)CPF只管理模式,要求屬地提供的計量需求真實、有效、及時,計量供應(yīng)商要有及時可靠的生產(chǎn)能力和供應(yīng)能力,提高供應(yīng)能力的目的是實現(xiàn)計量中心待分揀庫的零庫存管理模式;加強計量檢定能力的策略是實行JIT計量檢定模式,即“需要一件、檢定一件”,這就需要提高計量檢定的自動化水平化和作業(yè)能力。加強計量檢定能力的目的是實現(xiàn)中心檢定庫房的零庫存管理模式;加強配送能力的主要策略是采用自動分揀設(shè)備和ITS智能交通系統(tǒng),通過自動分揀設(shè)備實現(xiàn)計量資產(chǎn)的快速分揀,通過JTS智能交通調(diào)度實現(xiàn)在北京復(fù)雜擁堵交通環(huán)境下的送貨線路優(yōu)化,從而提升計量通貨能力,提高計量配送能力的目的是實現(xiàn)屬地公司的零庫存管理模式。
在計量零庫存管理模式的實際操作過程中,建議按照從易到難的方式進行:提高配送能力一>提高檢定能力>提高供應(yīng)能力。采取這種策略的依據(jù)是三者之間的關(guān)系。即提高計量配送能力的前提是計量已檢定庫存的保障能力,而計量已檢定庫存的保障能力則取決于計量供應(yīng)能力。由此,在先保障計量中心安全庫存(包括待檢定庫、已檢定庫)的前提下提高配送能力。再在保障計量中心待檢定庫安全庫存的前提下提高檢定能力,最后優(yōu)化整個計量供應(yīng)鏈,提高屬地、計量中心、計量供應(yīng)商的協(xié)作能力,不斷降低計量中心的待檢定庫的安全庫存,直至實現(xiàn)計量中心待檢定庫的零庫存或接近于零庫存,這樣才能實現(xiàn)電力計量資產(chǎn)的零庫存管理模式。
具體實現(xiàn)的關(guān)鍵方法
實現(xiàn)電力計量資產(chǎn)零庫存管理的具體方法包括:通過依據(jù)CRFR理念進行計量設(shè)備的統(tǒng)一招標、采購管理;通過采用條碼及RFID技術(shù)實施過程管理;通過三維立體倉庫技術(shù)實現(xiàn)倉庫的可視化管理;通過采用現(xiàn)代物流技術(shù)與設(shè)備進行集中倉儲、集中配送,實現(xiàn)最優(yōu)化庫存,提高庫存的利用率,降低綜合成本;通過依據(jù)訂單情況、車輛情況、智能道路信息平臺進行送貨線路實時優(yōu)化,實現(xiàn)提高送貨能力,降低送貨成本的目標;提升計量工作的整體管理水平。
其中,基于GIS平臺和無線射頻識別技術(shù)(RFID),可對所有出入庫的電力計量設(shè)備(電表和互感器)進行自動識別計數(shù),完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的自動采集,并利用附設(shè)在電力計量設(shè)備上具有唯一ID號的RFID標簽伴隨該計量資產(chǎn)的整個生命周期,完成該產(chǎn)品生命周期中所有利用標識的管理活動。電力計量設(shè)備自采購入庫到交付用戶,基本上都是在倉庫、調(diào)度室和檢定室之間完成的。在這一作業(yè)流程中,需要對關(guān)鍵節(jié)點進行設(shè)備數(shù)據(jù)的自動采集。為全面實時地掌握計量器具的庫存情況,應(yīng)用電子標簽輔助揀貨系統(tǒng)取替?zhèn)鹘y(tǒng)人工卡片管理方式,讓庫管人員能快速準確地存取貨物和盤點庫存,同時也降低了管理人員的勞動強度。
在實際運行中,計量中心還可實現(xiàn)各狀態(tài)資產(chǎn)庫的動態(tài)盤點管理。通常情況下,計量資產(chǎn)始終處于動態(tài)流動過程,即各狀態(tài)資產(chǎn)庫中的計量器具數(shù)量時刻處于動態(tài)變化。通過系統(tǒng)實時統(tǒng)計各地區(qū)、各狀態(tài)資產(chǎn)庫中計量器具的數(shù)量,按照地區(qū)、廠家、類型等信息進行分類統(tǒng)計,可實現(xiàn)計量器具各狀態(tài)資產(chǎn)庫的動態(tài)盤點。此外,還可實現(xiàn)從計量器具進庫、出庫、預(yù)支、退庫、報廢等整個流程的監(jiān)控,可以隨時統(tǒng)計當前檢定合格的“可備”數(shù)量,通知哪些計量器具檢定到期后還未安裝,杜絕超期表計的存放;詳細記錄跟蹤每批計量器具的調(diào)撥情況,方便計量管理人員跟蹤各分局表計安裝情況,嚴格控制各分局庫存周轉(zhuǎn)量等,這些方法方便了計量中心對計量器具日常進出庫的管理。
關(guān)鍵詞:高級能量管理;控制策略
Abstract: this article in view of China's car market, some new models for the assembly's "car senior energy management system", this paper expounds the car senior energy management system concept, detailed introduces the system composition, each component function, as well as control strategy.
Keywords: senior energy management; Control strategy
中圖分類號:TM714文獻標識碼:A 文章編號:
近年來,我國汽車市場中,一些新上市的高檔車型上,裝配了最新的“汽車高級能量管理系統(tǒng)”。這一新系統(tǒng)對于廣大汽車消費者甚至是汽車行業(yè)人員來說是一個嶄新的概念。到底什么是“汽車高級能量管理系統(tǒng)”呢?
了解這一系統(tǒng)之前,我們來回顧一下普通車輛的能量管理方式。當汽車發(fā)動機不啟動時,車上的所有用電設(shè)備,由蓄電池來供電。發(fā)動機啟動后,交流發(fā)電機所發(fā)出的電流經(jīng)過整流后,一方面給蓄電池充電,另一方面給全車用電設(shè)備供電。這樣的能量管理方式比較簡單,但是有很多弊端。比如發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低,導(dǎo)致發(fā)電機發(fā)電電壓過低,無法給蓄電池及時充電。車輛用電設(shè)備過多,耗電量過大,而發(fā)電機發(fā)電電壓不足,導(dǎo)致蓄電池因過度放電而損壞等[1]。正是出于對這些弊端的考慮,近幾年,一些高檔車型上開發(fā)并裝備了“汽車高級能量管理系統(tǒng)”。
汽車高級能量管理系統(tǒng),是指相關(guān)控制單元根據(jù)蓄電池的實際狀態(tài)、車輛用電設(shè)備的使用狀況等信息,經(jīng)過模型計算,得出相應(yīng)控制值,再通過調(diào)節(jié)發(fā)電機發(fā)電電壓,控制用電設(shè)備的使用等方式,對車輛的能量進行科學(xué)、合理的調(diào)配與管理的一整套電子控制系統(tǒng)。
一、系統(tǒng)組成及各部件作用
1、 蓄電池
安裝有高級能量管理系統(tǒng)車輛的蓄電池,其容量取決于使用的發(fā)動機和車輛裝備。 所需容量的選擇標準有:
- 發(fā)動機的冷起動表現(xiàn)
- 車輛的休眠電流消耗
- 停車時用電器 (停車預(yù)熱裝置、電話等) 的能量需求
2、 發(fā)電機
發(fā)電機在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生一個可變充電電壓,給蓄電池充電。 此可變充電電壓由能量管理系統(tǒng)根據(jù)溫度和電流由 發(fā)動機控制單元通過提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速來施加影響。
3、 IBS: 智能型蓄電池傳感器[2]
智能型蓄電池傳感器 (IBS) 是一個帶專用微處理器的機械電子部件,用于監(jiān)控蓄電池狀態(tài)。 IBS 不斷測量蓄電池的下列值:
- 電壓
- 充電和放電電流
- 蓄電池溫度
為了進行數(shù)據(jù)傳輸,IBS 一般通過總線 與發(fā)動機控制單元相 連接,并將所測的的數(shù)據(jù)傳遞給發(fā)動機控制單元。
4、 發(fā)動機控制單元
發(fā)動機控制單元按如下方式參與供電: 當發(fā)電機電壓下降時,發(fā)動機控制單元 按需提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速。 相應(yīng)的軟件被稱為 ”能量管理”。
二、系統(tǒng)控制策略
1、 斷開或減小用電設(shè)備的功率
單個用電器斷開或減小功率消耗可降低臨界情況下的耗電。 這樣,蓄電池便不會放電。能量管理系統(tǒng)將通過向與各用電設(shè)備相關(guān)的控制單元發(fā)出請求 (信息),來控制各個用電器如何進行關(guān)閉,或如何降低輸入功率。
關(guān)閉各種用電器,或降低輸入功率的動作只能在以下 2 種條件下被激活:
-蓄電池充電狀態(tài)處于臨界區(qū)域 (接近起動能力極限)
-發(fā)電機的高負載率或發(fā)電機由于溫度過高而造成負載率降低。
2、電控輔助加熱器的調(diào)節(jié)
在裝備柴油發(fā)動機而不帶停車預(yù)熱裝置的車輛上,另外通過一個按 PTC 原理工作的電控輔助加熱器加熱暖風熱交換器。 此電控輔助加熱器屬于大功率用電設(shè)備 (最高 1300 W),因此需要由能量管理系統(tǒng)調(diào)節(jié)該用電器功率。
3、 怠速轉(zhuǎn)速提升
為避免蓄電池出現(xiàn)負充電平衡,能量管理系統(tǒng)可要求提高發(fā)動機的怠速轉(zhuǎn)速。 怠速轉(zhuǎn)速將根據(jù)發(fā)動機型號,最多提高 200 rpm。 怠速轉(zhuǎn)速提升將在以下條件下被激活:
- 計算出的蓄電池充電狀態(tài)質(zhì)量足夠好,且蓄電池充電狀態(tài)在規(guī)定的極限以下。
- 發(fā)電機高負載率延續(xù)特定的時間段。
4、 最優(yōu)化充電和車載電網(wǎng)電壓
A、不帶智能化發(fā)電機調(diào)節(jié) (IGR) 的車輛
能量管理系統(tǒng)根據(jù)下列標準調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓:
- 蓄電池溫度: 冷蓄電池可接收較少電流,因此在充電時,電壓要比暖蓄電池時更高。蓄電池溫度由 IBS 確定,并通過 總線發(fā)送至 發(fā)動機控制單元。
- 防止長時間過高電壓和不良充電狀況下持續(xù)放電的蓄電池保護裝置。
- 由車載電網(wǎng)組件發(fā)出的要求及功能 (例如外部照明或動態(tài)穩(wěn)定控制): 所必需的最小和最大電壓。 不允許低于或超出這些極限值,否則將可能出現(xiàn)功能限制或功能失靈。
該調(diào)節(jié)功能用于確保蓄電池有足夠的電量。 目標是電量 100 %。
B、帶智能化發(fā)電機調(diào)節(jié) (IGR) 的車輛
與普通蓄電池充電調(diào)節(jié)相反,配備智能化發(fā)電機調(diào)節(jié)時可避免蓄電池 100 % 充電。 蓄電池電量將達到可能實現(xiàn)的最大電量的 75 85 % 的范圍。這樣,蓄電池將保持 "可接收" 狀態(tài),以實現(xiàn)車輛在滑行階段的能量回收。
能量管理系統(tǒng)將協(xié)調(diào)對于車載電網(wǎng)電壓的不同要求:
- 蓄電池: 標準電壓取決于蓄電池溫度。 為保護持續(xù)過高電壓和不良充電狀態(tài)下的放電所需的最小和最大電壓。智能化發(fā)電機調(diào)節(jié)受到周期性抑制,以允許達到100% 蓄電池充電,以持續(xù)達到蓄電池的全部容量 (再生)。
- 車載電網(wǎng)組件及功能 (例如外部照明或動態(tài)穩(wěn)定控制): 所必需的最小和最大電壓。 不允許低于或超出這些極限值,否則將可能出現(xiàn)功能限制或功能失靈。
- IGR 運行狀態(tài): 滑行階段的能量回收,發(fā)電機部分減負荷 (不允許蓄電池放電) 或發(fā)電機減負荷 (能量從蓄電池回饋到車載電網(wǎng))。
三、結(jié)論
汽車高級能量管理系統(tǒng),是一種新的汽車能量控制策略。這套系統(tǒng)可以更加科學(xué)、合理的管理和利用車輛上的能量(電能)。大大延長了蓄電池和發(fā)電機的使用壽命,也在一定程度上降低了發(fā)動機的油耗。基于這些優(yōu)勢,相信在不久的將來,所有車輛上都會裝備這種高級能量管理系統(tǒng)。
參考文獻
[1]吳建華.汽車發(fā)動機原理.北京:機械工業(yè)出版社,2005.208
主 辦: 北京國富創(chuàng)新管理咨詢公司華南中心
地 點: 廣州
時 間: 8月7日
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課 程: 中國渠道――全面的銷售管理和績效考核
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課 程: 企業(yè)高效管理――經(jīng)營決策沙盤模擬訓(xùn)練
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“經(jīng)營決策沙盤模擬訓(xùn)練”通過一種體驗式的互動學(xué)習(xí),把涉及到企業(yè)經(jīng)營管理的方方面面都展示在沙盤上。
本課程融角色扮演、案例分析和專家診斷于一體,在訓(xùn)練過程中,學(xué)員一起分析企業(yè)經(jīng)營中出現(xiàn)的各種典型問題,制定決策,組織實施。同時進行角色互換,加強學(xué)員之間的相互溝通和理解,凸顯出團隊的協(xié)作精神,培養(yǎng)企業(yè)管理者所須具備的素質(zhì)。
課 程: 實戰(zhàn)營銷管理課程
主 辦: 北京大學(xué)
地 點: 北京大學(xué)
時 間: 8月20日~22日
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從結(jié)構(gòu)和功能方面抽象,混合動力系統(tǒng)可以分成“串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)”,“并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)”,“串并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)”和“復(fù)雜式混合動力系統(tǒng)”四類。
并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)存在兩類核心的控制問題:1)穩(wěn)態(tài)或動態(tài)過程中多個動力源的能量分配和效率優(yōu)化;2)動態(tài)過程中多個機械動力源的相互配合協(xié)調(diào)工作。前者屬于并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)能量管理策略的研究范疇,能量管理策略是迄今為止并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)控制算法中研究的最為廣泛的內(nèi)容之一。而對后者的研究進展卻鮮有報道,尤其涉及到具體的控制方法。由于發(fā)動機與電動機動態(tài)特性存在明顯不同,在狀態(tài)切換過程中,當發(fā)動機和電動機的目標轉(zhuǎn)矩發(fā)生較大幅度變化時,如果仍然只按照各自的目標值進行控制[3],將使得發(fā)動機和電動機實際輸出的轉(zhuǎn)矩之和產(chǎn)生較大波動,與需求的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的誤差,從而導(dǎo)致動力傳遞不平穩(wěn),影響整車動力性能,甚至惡化駕駛性能。所以使得當發(fā)動機和電動機目標轉(zhuǎn)矩發(fā)生大幅度變化或者突變時,必須進行動態(tài)協(xié)調(diào)控制。
1.控制系統(tǒng)特征分析
多能源動力總成控制器通過直接信號連接或數(shù)據(jù)通訊方式向部件控制器發(fā)送控制指令,同時也接收部件控制器返回的部件運行的主要參數(shù),從而完成各項控制功能??刂葡到y(tǒng)的具體實現(xiàn)方法如下:1)多能源動力總成控制器采集加速踏板行程、制動踏板行程、鑰匙開關(guān)位置和AMT換檔桿位置等信號,同時根據(jù)部件控制器反饋的信號向部件控制器發(fā)出控制指令;2)發(fā)動機控制器接收多能源動力總成控制器發(fā)送的噴油脈寬信號完成相應(yīng)的燃油噴射,并將發(fā)動機轉(zhuǎn)速反饋至多能源動力總成控制器;3)電動機控制器接收多能源動力總成控制器發(fā)送的目標轉(zhuǎn)矩信號和控制方式字信號,控制電動機轉(zhuǎn)矩,并將電動機轉(zhuǎn)速反饋至多能源動力總成控制器;4)ISG控制器接收多能源動力總成控制器發(fā)送的ISG起動和停止信號,控制發(fā)動機起動;5)AMT控制器在需要換檔時向多能源動力總成控制器發(fā)出換檔請求,在換檔請求被允許后,AMT控制器根據(jù)車速信號以及直接獲得的當前加速踏板行程、制動踏板行程和AMT換檔手柄信號,進行換檔操作,并將當前的檔位信號,離合器狀態(tài)以及車速反饋至多能源動力總成控制器;6)電池控制器接收多能源動力總成控制器發(fā)送的強電允許信號,將電池電壓接入整車強電系統(tǒng),并將電池的SOC值,電池電壓以及電流反饋至多能源動力總成控制器,當電池電量減少時,電池控制器還向多能源動力總成控制器發(fā)出充電請求信號。
2.基于扭矩的控制算法
在整個汽車動力系統(tǒng)中,發(fā)動機作為汽車的動力源,負責整個系統(tǒng)的動力供給,即把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為整車系統(tǒng)的機械能,通過傳動機構(gòu)實現(xiàn)整個車輛動力系統(tǒng)的扭矩傳輸。對于整個汽車動力傳動系統(tǒng)而言,發(fā)動機曲軸的輸出扭矩首先通過離合器,然后通過變速器、萬向節(jié)軸、驅(qū)動橋、半軸,最后到達驅(qū)動輪,從而實現(xiàn)了整個系統(tǒng)動力傳動鏈的能量傳遞與轉(zhuǎn)化。
如果將以功率作為最主要的控制變量的能量管理策略稱為功率管理策略,那么功率管理策略最大的優(yōu)點是在計算功率傳遞的過程中只需考慮傳動系統(tǒng)各部件的效率,而不需要考慮具體的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速,更不需要考慮變速器的速比等因素,簡化了能量分配過程。與功率管理策略相比,轉(zhuǎn)矩管理策略最大的特點就是以轉(zhuǎn)矩作為最主要的控制變量,在發(fā)動機和電動機之間對轉(zhuǎn)矩而不是功率進行合理的分配。選擇轉(zhuǎn)矩作為最主要的控制變量的原因一方面是因為,在車輛實際運行過程中,當變速器和離合器均接合時,發(fā)動機轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)速與車速具有一定比例關(guān)系,在發(fā)動機或電動機之間進行功率分配還受到兩者轉(zhuǎn)速變化的限制,而分配轉(zhuǎn)矩更為直接。但更重要的是,轉(zhuǎn)矩管理策略是為動態(tài)協(xié)調(diào)控制算法服務(wù)的,動態(tài)協(xié)調(diào)控制算法通過對轉(zhuǎn)矩的控制達到控制目標,算法中將涉及到總需求轉(zhuǎn)矩、發(fā)動機和電動機目標轉(zhuǎn)矩等多種轉(zhuǎn)矩信號,因此,轉(zhuǎn)矩管理策略必須識別出總轉(zhuǎn)矩需求,并通過對發(fā)動機、電動機和電池等部件效率的優(yōu)化確定發(fā)動機和電動機的目標轉(zhuǎn)矩??梢哉f,轉(zhuǎn)矩管理策略并不是獨立的,而是與動態(tài)協(xié)調(diào)控制算法形成一個整體,解決動態(tài)協(xié)調(diào)控制問題。轉(zhuǎn)矩管理策略由三部分組成:1)識別總需求轉(zhuǎn)矩;2)確定狀態(tài)切換條件;3)確定目標轉(zhuǎn)矩。
3.動態(tài)協(xié)調(diào)算法及控制流程
轉(zhuǎn)矩管理策略將確定在目標狀態(tài)中發(fā)動機和電動機的目標轉(zhuǎn)矩,在部分狀態(tài)切換過程中,狀態(tài)切換前后的發(fā)動機和電動機目標轉(zhuǎn)矩發(fā)生了突變,需要在狀態(tài)切換過程中對發(fā)動機和電動機進行動態(tài)協(xié)調(diào)控制。雖然發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩不能完全由噴油脈寬指令進行控制,但是,動態(tài)協(xié)調(diào)控制的目標并不是使發(fā)動機和電動機的轉(zhuǎn)矩盡快響應(yīng)目標轉(zhuǎn)矩,而是在兩者響應(yīng)各自目標轉(zhuǎn)矩的過程中,如何保持兩者的轉(zhuǎn)矩之和在狀態(tài)切換過程中的波動盡可能減小。如果將發(fā)動機和電動機視為一個動力源,發(fā)動機和電動機各自轉(zhuǎn)矩變化的過程只是動力源的內(nèi)部過程。在這樣的提條件下,既然電動機的轉(zhuǎn)矩可以通過轉(zhuǎn)矩指令直接控制,而且轉(zhuǎn)矩變化的時間常數(shù)非常小,動態(tài)協(xié)調(diào)控制中,可以通過電動機轉(zhuǎn)矩對發(fā)動機轉(zhuǎn)矩補償?shù)姆绞綇浹a發(fā)動機轉(zhuǎn)矩不能完全控制的問題。要實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)矩對發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的補償?shù)谋匾獥l件是可以反饋發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩。發(fā)動機轉(zhuǎn)矩反饋通常有兩類方法:1)利用轉(zhuǎn)矩傳感器信號直接反饋;2)利用估計或觀測的方法反饋,包括線性觀測器,非線性狀態(tài)觀測器,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測器等。用傳感器直接測量發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的方法成本較高,有效使用期短,在實車上安裝困難,一般只在試驗研究中采用,作為其他發(fā)動機轉(zhuǎn)矩反饋方法的參考,因此只能選用轉(zhuǎn)矩估計的方法反饋發(fā)動機轉(zhuǎn)矩。
參考文獻:
[1]廣瀨久士,丹下昭二.電動車及混合動力車的現(xiàn)狀與展望[J].汽車工程,2003,25(2):204-209.
關(guān)鍵詞:電網(wǎng)調(diào)度;數(shù)據(jù)網(wǎng);二次安全;探討
中圖分類號:TB
文獻標識碼:A
文章編號:16723198(2015)23029102
0 引言
調(diào)度自動化系統(tǒng)是電網(wǎng)調(diào)度的重要組成部分,對于電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行發(fā)揮著極其重要的作用。隨著越來越多的應(yīng)用系統(tǒng)接入,調(diào)度自動化系統(tǒng)已從集中式、封閉式的孤立系統(tǒng)發(fā)展成現(xiàn)有的開放式、分布式的集成系統(tǒng),地區(qū)電網(wǎng)自動化系統(tǒng)維護也由原來單一的EMS(能量管理系統(tǒng))擴展延伸至EMS、調(diào)度管理信息系統(tǒng)、廠站監(jiān)控、調(diào)度生產(chǎn)管理、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)以及二次系統(tǒng)安全防護等各個領(lǐng)域。各個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互也越來越頻繁,對調(diào)度自動化系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境安全提出了更高的要求,自動化系統(tǒng)的功能、性能和安全穩(wěn)定運行直接關(guān)系到電力安全生產(chǎn)和安全運行,因此加強系統(tǒng)全方位的安全防護就顯得尤為重要。
淮北市電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)為地區(qū)級系統(tǒng)。而近年來淮北地區(qū)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的建設(shè)形成了一個安全穩(wěn)定、高速可靠的多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)平臺,實現(xiàn)了主備電網(wǎng)調(diào)度自動化、繼電保護、故障錄波、電量計量等業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)接入功能,并且充分利用數(shù)據(jù)專網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)迂回及自愈功能,進而有效提高了信息傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴?/p>
1 能量管理系統(tǒng)(EMS)的安全防護
1.1 能量管理系統(tǒng)(EMS)的架構(gòu)
淮北供電公司能量管理系統(tǒng)是于2009年建設(shè)投運,采用基于SCADA/PAS/DTS開放式的一體化集成應(yīng)用環(huán)境,是一個開放的、基于國際標準的電力系統(tǒng)自動化及信息化應(yīng)用環(huán)境。設(shè)計思想是標準性、先進性、實用性。系統(tǒng)基于國際標準IEC 61970的獨立于底層技術(shù)的應(yīng)用集成框架和組件接口規(guī)范CIS以及IEC TC57的公共信息模型CIM設(shè)計,采用了全新的軟件與硬件,實現(xiàn)跨平臺設(shè)計,支持異構(gòu)環(huán)境,全面提升了淮北電網(wǎng)的能量管理的水平。系統(tǒng)提供實時監(jiān)視控制、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與分析、調(diào)度員培訓(xùn)仿真、安全防護、實時WEB、電子值班等基本功能,并具備強大的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能,具備傳統(tǒng)通信方式的同時,系統(tǒng)支持采用TASE II、DL 476-92、IEC 60870-5-104 等多種方式與上、下級調(diào)度之間交換數(shù)據(jù),并實現(xiàn)了不同方式之間的相互備用及自動切換。得益于對IEC61970標準的良好支持,系統(tǒng)還支持不同EMS系統(tǒng)之間的互操作。
EMS系統(tǒng)與其他系統(tǒng)互聯(lián)方式見圖1。
1.2 能量管理系統(tǒng)(EMS)的安全策略
從圖1中可以看出,EMS系統(tǒng)防護較可靠,按照國家電力監(jiān)管委員會《電力二次系統(tǒng)安全防護規(guī)定》中規(guī)定EMS系統(tǒng)位于安全級別最高的安全Ⅰ區(qū)。從橫向看,EMS系統(tǒng)通過國家指定的電力專用正向物理隔離裝置與安全Ⅲ區(qū)的WEB服務(wù)器相連,再通過防火墻與安全Ⅳ區(qū)辦公信息網(wǎng)連接,從而安全有效地實現(xiàn)實時系統(tǒng)的信息。調(diào)度員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)位于安全Ⅱ區(qū),通過防火墻獲?、駞^(qū)EMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)。從縱向看,主站系統(tǒng)與各變電站總控裝置和縣區(qū)調(diào)公司的實時數(shù)據(jù)傳送有兩種方式,一是傳統(tǒng)遠動專用通道,二是調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)專用網(wǎng)絡(luò)通道;與安徽省調(diào)實時數(shù)據(jù)通信采用網(wǎng)絡(luò)通道傳輸,使用TASEII和DL476兩種方式。
在Ⅰ區(qū)部署了入侵檢測IDS,對EMS系統(tǒng)進行了安全檢測。在安全Ⅰ區(qū)針對Windows工作站安裝了卡巴斯基防病毒軟件,將一臺工作站作為軟件控制主控端,其他機器作為被控端。但是主控端病毒庫軟件版本缺乏及時的升級。目前遠程維護使用的撥號網(wǎng)關(guān)因技術(shù)問題在訪問畫面界面時速度低無法實現(xiàn)基本應(yīng)用功能,所以在需要廠家技術(shù)人員遠程維護時,即使各工作站規(guī)范了人員使用權(quán)限,但是仍有非專業(yè)人員誤動了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的可能,造成系統(tǒng)誤操作,后果十分嚴重。
1.3 亟待解決的問題
(1)按照《信息安全等級保護管理辦法》和國家電力監(jiān)管委員會5號令《電力二次系統(tǒng)安全防護規(guī)定》,能量管理系統(tǒng)定級信息安全等級為三級,需要每年由國家制定的安全等級機構(gòu)進行評估。
(2)遠程維護使用的撥號網(wǎng)關(guān)因技術(shù)問題在訪問畫面界面時速度低無法實現(xiàn)基本應(yīng)用功能,所以在需要廠家技術(shù)人員遠程維護時,即使各工作站規(guī)范了人員使用權(quán)限,但是仍有非專業(yè)人員誤動了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的可能,造成系統(tǒng)誤操作,后果十分嚴重。
2 調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的安全防護
2.1 數(shù)據(jù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)
淮北市電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)開始建設(shè)于2004年,2008年部署至35kV廠站。它利用淮北電力主干網(wǎng)光纖,在SDH光纖傳輸通道上建立了高性能、透明的、高帶寬、多種業(yè)務(wù)綜合集成的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò),是連接淮北市電網(wǎng)調(diào)度相關(guān)部門、相關(guān)設(shè)施,并用以實現(xiàn)各應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的調(diào)度專用數(shù)據(jù)網(wǎng)。承載著各省市級、市縣級調(diào)度系統(tǒng)之間的實時數(shù)據(jù)交換;電力市場信息;電能量計量系統(tǒng)信息;EMS系統(tǒng)的實時信息;繼電保護管理系統(tǒng)信息;故障錄波信息;發(fā)、用電計劃及負荷預(yù)測信息等多種業(yè)務(wù)。
電力調(diào)度管理信息數(shù)據(jù)網(wǎng)于2001年建設(shè)應(yīng)用,2007年進行了設(shè)備及鏈路改造,帶寬流量大幅增加,現(xiàn)應(yīng)用的業(yè)務(wù)有調(diào)度檢修申請、高清視頻會議、調(diào)度DMIS互聯(lián)。
2.2 配置及架構(gòu)
為了滿足數(shù)據(jù)網(wǎng)安全、可靠和可擴展性的要求,淮北電力數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)計為核心層和接入層構(gòu)成,呈星型結(jié)構(gòu)。核心層采用2臺H3C公司8808路由器,2臺3600交換機以及一臺DELL網(wǎng)管服務(wù)器。各廠站端采用H3C MSR3040或3020,3100交換機。220kV廠站采用4×2M雙上聯(lián)至核心,110kV及以下廠站采用2×2M雙上聯(lián)至核心。拓撲圖見圖2。
2.3 調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的業(yè)務(wù)接入現(xiàn)狀
電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與生產(chǎn)控制大區(qū)相連接,是一種專用生產(chǎn)運行網(wǎng)絡(luò),承載電力在線生產(chǎn)交易、實時控制等業(yè)務(wù)?;幢彪娏φ{(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)目前應(yīng)用的業(yè)務(wù)有:主備調(diào)度自動化系統(tǒng)、負荷預(yù)測系統(tǒng)、故障錄波系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)、電量計量系統(tǒng)等。
調(diào)度管理信息數(shù)據(jù)網(wǎng)是與管理信息大區(qū)連接的專用網(wǎng)絡(luò),承載著調(diào)度生產(chǎn)管理系統(tǒng)、氣象/衛(wèi)星云圖系統(tǒng)、電力市場監(jiān)管信息系統(tǒng)接口等。目前管理信息網(wǎng)應(yīng)用的業(yè)務(wù)有:調(diào)度生產(chǎn)管理系統(tǒng)、視頻高清會議、調(diào)度DMIS互聯(lián)、綜合數(shù)據(jù)平臺等。
2.4 調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的安全策略
(1)建立調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)專網(wǎng)安全防護應(yīng)用體系。
淮北市電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)是按照國家電網(wǎng)調(diào)度二次系統(tǒng)安全防護的要求構(gòu)建的。采用MPLS/BGP VPN技術(shù),進而實現(xiàn)業(yè)務(wù)的安全隔離,并要求網(wǎng)絡(luò)按安全等級劃分VPN區(qū)分業(yè)務(wù)等級。
(2)采取必要的網(wǎng)絡(luò)安全措施。
依據(jù)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)架構(gòu)和業(yè)務(wù)特點,主要對網(wǎng)絡(luò)接入安全、路由安全、訪問控制和監(jiān)測、業(yè)務(wù)隔離、日志記錄等方面深入考慮。通過MPLS VPN隔離不同類型業(yè)務(wù),確保不同業(yè)務(wù)之間的設(shè)備無法獲知對方的路由信息,而且即使是業(yè)務(wù)相同,如果沒有互訪需求,也無法相互訪問。同時關(guān)閉IP功能服務(wù),對用戶和設(shè)備采用多種驗證、防護手段,關(guān)閉設(shè)備一些不必要的端口服務(wù)。
(3)做好網(wǎng)絡(luò)運行實時跟蹤。
網(wǎng)絡(luò)安全不僅要關(guān)注事前防范能力,更要做好事后跟蹤能力的提升,安全事件發(fā)生的前后,都可以通過對用戶上網(wǎng)時間、網(wǎng)絡(luò)端口、訪問地記錄,全面提高用戶上網(wǎng)的追溯能力,為后期的網(wǎng)絡(luò)分析提供最原始的資料。調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)采取日志記錄等功能,可以在出現(xiàn)問題時迅速查找到事故源頭,防止事態(tài)進一步擴大。
(4)結(jié)合電力二次系統(tǒng)安全防護要求,調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)在業(yè)務(wù)接入端使用縱向加密認證裝置,采用認證、訪問控制、加密等技術(shù)措施,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的縱向邊界的安全防護與遠方安全傳輸。特別針對EMS系統(tǒng)采用密通隧道方式,實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C密性、完整性保護。
(5)對管理信息網(wǎng)統(tǒng)一部署、防火墻、IDS等通用安全防護設(shè)施。同時在管理信息大區(qū)與生產(chǎn)控制大區(qū)之間設(shè)置由國家相關(guān)部門檢測認證的電力專用橫向單向安全隔離裝置,并且隔離強度應(yīng)達到或接近物理隔離。
亟待解決的問題:
(1)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)越來越多,接入的廠站也越來越多。地址分配規(guī)劃需要進一步全面考慮。
(2)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)承載了安全Ⅰ、Ⅱ區(qū)業(yè)務(wù),實時性、安全性要求強。在業(yè)務(wù)接入側(cè)縱向加密裝置廠站端部署還不夠全面。
3 電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)管理對策
“三分技術(shù),七分管理”,調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與能量管理系統(tǒng)除了制定各自安全防護策略,還必須做到管理與技術(shù)雙重管理,從根本上保障信息和控制系統(tǒng)的安全。
(1)全面監(jiān)管電力二次系統(tǒng),保證調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與能量管理系統(tǒng)及其系統(tǒng)的各個節(jié)點都必須在有效的管理范圍內(nèi),保障系統(tǒng)的有效性與安全性。
(2)組建一支高素質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)管理員工隊伍,提高管理人員的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能力與思想素質(zhì),嚴防內(nèi)部人員的網(wǎng)絡(luò)攻擊、越權(quán)、誤用和泄密。積極參加技術(shù)交流和培訓(xùn),提高維護人員的安全防護技術(shù)水平。
(3)加強制度管理。建立健全各項管理制度、操作措施及作業(yè)指導(dǎo)書,嚴禁未經(jīng)允許的設(shè)備接入到調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和EMS系統(tǒng)中,嚴禁各系統(tǒng)應(yīng)用節(jié)點與管理信息大區(qū)及其他網(wǎng)絡(luò)直接互通互聯(lián)。
(4)建立健全運行管理及安全規(guī)章制度。將能量管理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全維護作為日常工作,將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和安全防護設(shè)備運行維護納入到正常運行值班工作中。
4 結(jié)語
電力行業(yè)的安全關(guān)系到國家的經(jīng)濟建設(shè)、社會安定等諸多重大社會、經(jīng)濟、政治問題。電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的安全是整體、動態(tài)的,其防護技術(shù)、措施和認識是逐步完善和提高的,不能依靠單一的安全技術(shù)去實現(xiàn)。安全工程的實施也不是一蹴而就的過程,而是一個持續(xù)的、長期的“攻與防”的矛盾斗爭過程。我們應(yīng)當在保證系統(tǒng)信息傳輸可靠性、實時性的前提下綜合考慮安全策略,建立起適合地區(qū)電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)和調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)安全保障體系。
參考文獻
關(guān)鍵詞:船舶能量管理系統(tǒng);綜合電力系統(tǒng);公用信息模型;動態(tài)耦合
中圖分類號:U665.1 文獻標識碼:A
1 引言
隨著綜合電力系統(tǒng)(Integrated Power System,IPS)技術(shù)及全電力船舶[1]的發(fā)展,船舶能量管理系統(tǒng)(Shipping Energy Management System,SEMS)的應(yīng)用逐漸成為未來船舶發(fā)展的必然趨勢[2-5]。
船舶能量管理系統(tǒng)是船舶綜合電力系統(tǒng)的管理中心,是綜合電力系統(tǒng)的核心系統(tǒng)之一。隨著船舶綜合電力系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展,電站容量、電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式都發(fā)生了變化,尤其是電力推進等高耗能系統(tǒng)的出現(xiàn)使電力的產(chǎn)生、分配、管理變得非常復(fù)雜,必須采用基于系統(tǒng)分析上的能量深層次管理方式。能量管理系統(tǒng)就是建立多級計算機網(wǎng)絡(luò),對船舶電站、電力系統(tǒng)、負載特別是電力推進系統(tǒng)等大功率負載進行綜合計算分析,對電力系統(tǒng)的電網(wǎng)運行狀況、安全情況、電能質(zhì)量情況的監(jiān)測、保護和管理,可實現(xiàn)能量的智能化調(diào)配,以保證能量供應(yīng)的連續(xù)性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性,提高船舶的續(xù)航力。
本文對新型船舶能量管理系統(tǒng)研制過程中的主要技術(shù)問題進行研究,包括系統(tǒng)軟硬件體系架構(gòu)及實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)等,從而保證全電力船舶網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控的實時性、有效性和可靠性。
2 船舶能量管理系統(tǒng)硬件架構(gòu)研究
船舶能量管理系統(tǒng)硬件總體框圖如圖1所 圖1 船舶能量管理系統(tǒng)總體架構(gòu)圖
示,系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)采用硬線直連、雙冗余現(xiàn)場總線和雙冗余以太網(wǎng)混合的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。即重要的信號線、控制線為硬線直連,如緊急停車控制線等;實時性要求比較高的信號采用具有實時優(yōu)先級功能的現(xiàn)場總線,如操控臺的車鐘、多功能定義鍵、電站的機組控制器和電站區(qū)域控制器之間、負載區(qū)域控制器與采集單元之間采用現(xiàn)場總線連接。
能量管理模塊上層通過雙冗余以太網(wǎng)連接,其中連接交換機的主干網(wǎng)絡(luò)采用光纖以太網(wǎng),各接入主干以太網(wǎng)的設(shè)備采用雙冗余以太網(wǎng)連接。由于是環(huán)形主干網(wǎng)絡(luò),因此當環(huán)型鏈路上有一點發(fā)生斷線時,自動開啟備用線路,讓系統(tǒng)恢復(fù)運行,切換時間小于 500ms。交換機之間的兩條鏈路采用鏈路聚合方式運行,在雙倍增加帶寬的同時,增加系統(tǒng)的冗余度,當一條鏈路發(fā)生斷路故障,另一條鏈路仍可正常運行,保證交換機之間正常通訊。
顯控臺是數(shù)據(jù)的融合中心和分析處理中心,作為功能軟件的載體,完成能量管理的人機界面的顯示、故障報警、運算分析、綜合決策與控制等功能。主要包括配電及負載管理顯控臺、系統(tǒng)分析及安全管理顯控臺、信息與網(wǎng)絡(luò)管理顯控臺、電力推進顯控臺等。
功能管理軟件包括供配電管理、負載管理、安全管理、系統(tǒng)分析、電力GIS、信息網(wǎng)絡(luò)管理6個功能模塊。功能軟件是在開放框架下應(yīng)用開發(fā)、應(yīng)用集成和系統(tǒng)運行的環(huán)境集合。它基于已成熟的行業(yè)技術(shù)標準,在異構(gòu)分布環(huán)境(操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫)下提供透明、一致的信息訪問和交互手段,對其上運行的應(yīng)用進行管理,為應(yīng)用提供服務(wù),它提供統(tǒng)一的共享數(shù)據(jù)機制和設(shè)施,支持應(yīng)用間協(xié)同工作。
3 船舶能量管理系統(tǒng)軟件架構(gòu)研究
能量管理系統(tǒng)軟件的總體部署如下:集控室部署供配電及負載管理顯控臺、系統(tǒng)分析及安全管理顯控臺、電力GIS與信息網(wǎng)絡(luò)管理顯控臺、電力推進顯控臺及服務(wù)器;完成能量管理系統(tǒng)的人機交互功能;駕控室部署能量管理駕控室顯控臺,復(fù)顯能量管理重要信息。
能量管理系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)如圖2所示。數(shù)據(jù)存儲層是整個軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐,其主要功能包括:通過外部環(huán)境接口,利用數(shù)據(jù)采集和處理組件從現(xiàn)場設(shè)備采集數(shù)據(jù),按CIM(common information model,通用信息模型)模型格式存儲至數(shù)據(jù)庫,或向現(xiàn)場設(shè)備發(fā)送指令;與服務(wù)層和應(yīng)用層進行數(shù)據(jù)交互。服務(wù)層是CIS(component interface specification,組件接口規(guī)范)接口的實現(xiàn)層,從數(shù)據(jù)存儲層讀取數(shù)據(jù),按一定的組件粒度,實現(xiàn)能量管理應(yīng)用組件和公共應(yīng)用組件,供應(yīng)用層調(diào)用。應(yīng)用層根據(jù)各功能模塊的需求,調(diào)用服務(wù)層組件,實現(xiàn)能量管理平臺的軟件功能。
圖2 能量管理系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖
采用這種松散耦合結(jié)構(gòu)優(yōu)點在于:
① 每一顯控臺按配置需求分布式地進行業(yè)務(wù)線程計算和數(shù)據(jù)處理,提高操作端的響應(yīng)速度。
② 數(shù)據(jù)存儲功能由應(yīng)用服務(wù)器完成,避免了當監(jiān)控數(shù)據(jù)量較大時的數(shù)據(jù)擁擠和通信瓶頸問題。
③ 當系統(tǒng)需求發(fā)生變化,增加新的功能或修改功能時,開發(fā)人員可增加功能配置參數(shù)更新業(yè)務(wù)邏輯,從而提高系統(tǒng)的可維護性。
④ 當終端控制臺發(fā)生變化,數(shù)據(jù)或者應(yīng)用服務(wù)器的業(yè)務(wù)邏輯也不需改變,從而提高系統(tǒng)模塊的可重用性,便于系統(tǒng)的升級,降低建設(shè)和維護成本。
利用面向?qū)ο筌浖こ痰脑O(shè)計方法,能量管理軟件系統(tǒng)主流程(活動圖)如圖3所示。詳細描述了包括軟件初始化、數(shù)據(jù)通信與處理、主界面顯示、各子界面圖形顯示、各功能模塊應(yīng)用組件、故障報警等在內(nèi)的軟件主體相互關(guān)系。
4 能量管理系統(tǒng)實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)研究
4.1 船舶公共信息模型(CIM)技術(shù)研究
船舶能量管理系統(tǒng)作為一個集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理為一體的信息流對能量流的管理系統(tǒng),無論是底層的智能終端所具有的數(shù)據(jù)采集和程序處理,還是各種高級應(yīng)用程序,其功能的最終操作對象都是數(shù)據(jù)。因此構(gòu)建船舶能量管理系統(tǒng)公共信息模型(Common Information Model,CIM)是船舶能量管理系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的一項關(guān)鍵技術(shù)。
本文借鑒“國際電工委員會制定的IEC 61970系列標準”,結(jié)合船舶能量管理系統(tǒng)與陸地能量管理系統(tǒng)的聯(lián)系和區(qū)別,對公共信息模型CIM語義上進行擴展,以對象類和屬性的方式來顯示船舶電力系統(tǒng)資源以及它們之間關(guān)系,實現(xiàn)不同應(yīng)用系統(tǒng)間集成。并用統(tǒng)一建模語言(UML)構(gòu)建支持面向?qū)ο蟮脑獢?shù)據(jù)模型。
4.2 船舶能量管理系統(tǒng)軟件接口規(guī)范
網(wǎng)絡(luò)化使船舶能量管理平臺系統(tǒng)軟件在分布式環(huán)境下分工合作, 不再靠“單干”, 不再是“孤島”, 這種分布式系統(tǒng)往往是一個由不同硬件、不同操作系統(tǒng)、不同支撐環(huán)境或不同廠家的產(chǎn)品組成的異構(gòu)系統(tǒng), 要使其協(xié)調(diào)工作,各個部分的軟件接口必須標準化, 能像硬件那樣“即插即用”。
本課題提出利用動態(tài)耦合組件技術(shù)實現(xiàn)軟件接口的方案。動態(tài)耦合組件技術(shù)是指根據(jù)能量管理系統(tǒng)的特點,將數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)存儲與讀取、監(jiān)控對象數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)綜合顯示、功能模塊調(diào)用等應(yīng)用,按照不同的組件粒度進行封裝,按照不同的功能需求調(diào)用相應(yīng)的組件。
4.3 船舶能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)研究
在能量管理系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是實現(xiàn)有組織、動態(tài)的存儲大量電力系統(tǒng)數(shù)據(jù),方便多操作者訪問的由計算機軟硬件資源組成的系統(tǒng)。不論是底層的智能終端所具有的數(shù)據(jù)采集和處理程序,還是各種高級應(yīng)用程序,其功能的最終操作對象都是數(shù)據(jù),因此數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是能量管理軟件的核心。
從現(xiàn)場設(shè)備的物理位置來看,能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)可分為以下幾類:發(fā)電機組狀態(tài)數(shù)據(jù)、配電狀態(tài)數(shù)據(jù)、推進狀態(tài)數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量測量狀態(tài)數(shù)據(jù)以及電量同步測量狀態(tài)數(shù)據(jù)等。從數(shù)據(jù)特性上來看,能量管理數(shù)據(jù)又可以分為以下幾類:實時量測數(shù)據(jù)、狀態(tài)估計數(shù)據(jù)、基本數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和臨時數(shù)據(jù)。能量管理數(shù)據(jù)還可分為實時態(tài)數(shù)據(jù)和研究態(tài)數(shù)據(jù)。由此可見,能量管理系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)種類復(fù)雜,數(shù)據(jù)量大、相互聯(lián)系交互。只有從系統(tǒng)的角度仔細設(shè)計數(shù)據(jù)庫,才能把不同的應(yīng)用軟件連成有機的能量管理整體,并能適應(yīng)綜合電力系統(tǒng)的擴展。
本課題利用實時數(shù)據(jù)緩存技術(shù)來構(gòu)建能量管理實時數(shù)據(jù)庫,從而保證數(shù)據(jù)讀取的實時性。結(jié)構(gòu)如圖4所示的。實時數(shù)據(jù)庫包括數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型、實時資源管理、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)通信等模塊。實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)直接對內(nèi)存進行操作,使每個實時事務(wù)執(zhí)行過程中避免了磁盤I/O,減少了不確定因素,提高了執(zhí)行效率。
實時數(shù)據(jù)庫的“實時資源管理”主要涉及到數(shù)據(jù)存儲形式(一種是存儲在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中,另一種是轉(zhuǎn)儲到磁盤上)。能量管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)十分龐大,并不是所有數(shù)據(jù)都需要存放在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中,而是根據(jù)實時數(shù)據(jù)庫管理策略將實時性、高效性、關(guān)鍵性數(shù)據(jù)放到內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中。并且建立事件觸發(fā)機制,按策略將實時數(shù)據(jù)緩存的數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫。
5 結(jié)論
船舶能量管理系統(tǒng)的核心是實現(xiàn)全船能量的在線監(jiān)測與合理控制, 以保證在船舶主機和發(fā)電機都不過載的前提下滿足全船動力、電力和推進等特種負荷的需要。本文針對一類新型船舶能量管理系統(tǒng)研制過程中主要技術(shù)問題進行了研究。設(shè)計的能量管理系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)采用硬線直連、雙冗余現(xiàn)場總線和雙冗余以太網(wǎng)混合的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架,以保證控制的可靠性;軟件系統(tǒng)基于松散耦合的分層架構(gòu)構(gòu)建,利用動態(tài)耦合組件技術(shù)實現(xiàn)軟件接口,建立了船舶能量管理系統(tǒng)公用信息模型,利用實時數(shù)據(jù)緩存技術(shù)來構(gòu)建能量管理實時數(shù)據(jù)庫?;谶@些關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的能量管理系統(tǒng)保證了全電力船舶網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控的實時性、有效性和可靠性。本文所研究的能量管理系統(tǒng)設(shè)計方法將隨著綜合電力技術(shù)的發(fā)展而進一步提高,以滿足未來現(xiàn)代化船舶設(shè)計的需要,大幅提高船舶整體性能。
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【關(guān)鍵詞】1500V城軌系統(tǒng) 再生制動能量 儲存利用
作為城市交通的重要組成部分,城軌系統(tǒng)的運行情況不僅關(guān)系著其交通的建設(shè)情況,而且對于節(jié)約環(huán)保型城市的建立也具有重要的影響。本文通過對1500V城軌系統(tǒng)再生制動能量儲存裝置的特點及其基本原理展開研究,進而對裝置的控制策略以及裝置內(nèi)各個模塊功能的實現(xiàn)方法進行了詳細分析。
1 1500V城軌系統(tǒng)再生制動能量存儲裝置簡述
1.1 1500V城軌系統(tǒng)再生制動能量的儲存裝置特點
1500V城軌系統(tǒng)再生制動能量儲存裝置的特點為:以裝置吸收的制動能量得以充分利用為目標,在利用儲能模塊優(yōu)化技術(shù)與能量管理技術(shù)的基礎(chǔ)上,降低城軌系統(tǒng)母線電壓的波動,進而達到優(yōu)化車輛電制動的效果。
1.2 再生制動能量儲存裝置的基本原理
當城軌系統(tǒng)中的地鐵車輛處于再生制動的工作情況時,其所產(chǎn)生的再生制動能量并不能完全被本車的用電設(shè)備及系統(tǒng)中的其他車輛所吸收,進而使得系統(tǒng)母線電壓快速升高。而此時,系統(tǒng)線路中的1500V(超級電容)再生制動能量儲存裝置則會將多余的能量吸收,在對超級電容進行充電的情況下,使得裝置將系統(tǒng)多余的電能轉(zhuǎn)化為電容的電場能并將其儲存,從而達到控制系統(tǒng)母線線壓、最大限度發(fā)揮車輛電制動性能的目的。
此外,在電能的利用方面,當1500V城軌系統(tǒng)的供電區(qū)間內(nèi)有車輛啟動或部分車輛具有供電需求時,超級電容在升壓斬波放電的情況下,可以將其內(nèi)部的電場能轉(zhuǎn)化為電能,進而將電容存儲的電能進行釋放,回饋給直流母線以滿足相關(guān)電力需求。
2 1500V城軌系統(tǒng)再生制動裝置能量儲存的實現(xiàn)
2.1裝置模塊的設(shè)置及其特點
1500V城軌系統(tǒng)再生制動能量儲存裝置的模塊包括了超級電容模塊、電阻吸收模塊、蓄電池模塊以及逆變模塊。其中超級電容模塊的特點是:功率密度較高、充放電時間較短,且具有控制簡單和環(huán)保等優(yōu)良特性,但模塊的單體耐壓較低,若單獨使用并不能滿足城軌系統(tǒng)再生制動能量儲存利用裝置的電壓與能量等級的要求。所以,根據(jù)其特點可知,在使用超級電容時,需要視情況進行串聯(lián)或并聯(lián)使用。超級電容吸收或釋放的總能量E=C(U22- U12),其中 與 分別表示裝置在整個充放電過程中母線電壓的最低值與最高值,C表示超級電容器組。電阻吸收模塊在整個再生制動能量儲存裝置中的作用是補充上述超級電容儲存模塊對母線降壓的不足,即當電容模塊對母線的降壓未達到制動能量儲存的標準或電容器組出現(xiàn)內(nèi)部故障時,電阻吸收模塊則會將母線電壓穩(wěn)定在U1―U2 之間,進而確保地鐵車輛可以有效利用電制動。
1500V城軌系統(tǒng)再生制動能量儲存裝置儲存并利用電壓的過程為:超級電容器持續(xù)充電使得電容電壓高于系統(tǒng)的蓄電池電壓時,超級電容則會自動對蓄電池進行充電,而上述電壓轉(zhuǎn)移的過程中則會使得直流母線的電壓持續(xù)升高,此時,蓄電池將會和電容一同吸收城軌系統(tǒng)的多余能量;而當超級電容放電使得直流母線電壓降低時候,則電容電壓要低于裝置內(nèi)蓄電池的電壓,此時,蓄電池則會對電容進行充電,即蓄電池一起將儲存的電能回饋給城軌系統(tǒng)的電網(wǎng)中,使先前制動產(chǎn)生的多余能量得到充分利用。由此可見,上述過程對蓄電池本身的要求較高,根據(jù)實踐經(jīng)驗可知,蓄電池應(yīng)該選用放電性能較好的鋰電池。
逆變模塊的工作過程為整流電路、平波電流以及控制電路和逆變電路,其主要作用就是借助能量管理技術(shù),將蓄電池中儲存的制動電能轉(zhuǎn)變?yōu)闃藴实墓ゎl交流電能,并將其供給城軌系統(tǒng)中的部分負載,例如站內(nèi)的照明、空調(diào)和風機等。
2.2裝置的控制策略
2.2.1雙向變換器的控制
雙向變換器就是在保持輸入或輸出電壓穩(wěn)定的情況下,根據(jù)系統(tǒng)用電的具體要求改變電流的方向,進而達到雙向性電流運行的目的。1500V城軌系統(tǒng)中的雙向變換器的工作模式主要分為如下四種:
(1)初始充電模式,即以恒流模式對初始階段電容值為零時的超級電容進行充電,使超級電容具備滿足裝置運轉(zhuǎn)的電壓深度。
(2)充電模式,即當直流母線的電壓持續(xù)升高到城軌系統(tǒng)容納電壓的上限 時,超級電容開始運作,直接從直流母線吸收能量。
(3)放電模式,即直流母線電壓下降到系統(tǒng)下線電壓 時,超級電容則開始運作,開始向直流母線釋放能量。
(4)被有保持模式。當直流母線的電壓處于裝置放電模式與充電模式電壓之間時(U1―U2 ),利用電流與電壓雙閉環(huán)控制的降壓和升壓電路對超級電容的內(nèi)部電壓進行微調(diào),從而使電壓值維持在裝置所設(shè)定的電壓深度。
2.2.2超級電容的控制
根據(jù)2.2.1中雙向變換器的變換控制可知,超級電容的控制模塊主要具有三種工作狀態(tài),分別為微調(diào)、放電和充電。微調(diào)、放電和充電根據(jù)城軌系統(tǒng)電網(wǎng)電壓的變化進行協(xié)調(diào)并互相轉(zhuǎn)化,使得裝置對電網(wǎng)電壓的優(yōu)化性能得到了充分改善。
3 結(jié)論
本文通過對1500V城軌系統(tǒng)再生制動能量儲存裝置的特點及實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化與儲存的基本原理進行闡述,在對裝置的超級電容模塊、電阻吸收模塊、蓄電池模塊以及逆變模塊等各模塊功能實現(xiàn)方法進行研究的基礎(chǔ)上,進而對裝置的控制策略做出了具體分析??梢姡磥砑訌妼?500V城軌系統(tǒng)再生制動能量儲存與利用方法的研究力度,對于建設(shè)節(jié)約環(huán)保型城市并促進我國城市交通發(fā)展具有重要的歷史作用和現(xiàn)實意義。
參考文獻
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[3]王鈞正.城市軌道交通供電系統(tǒng)再生電能利用技術(shù)研究.[D].華中科技大學(xué),2011.
關(guān)鍵詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò);覆蓋優(yōu)化;灰狼算法;萊維飛行;能量位置融合
隨著材料科學(xué)和電子信息技術(shù)的發(fā)展,體積小、能耗低、無線覆蓋范圍廣的傳感器越來越來成為主流,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也就自然而然地走進了科學(xué)界和工業(yè)界的視線中。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為大量傳感器在自組織和多跳的方式下構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),目的是群體內(nèi)的協(xié)作感知、收集、處理和轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)覆蓋目標區(qū)域內(nèi)感知對象的監(jiān)測信息。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著深遠的應(yīng)用前景,無論是在戰(zhàn)爭戰(zhàn)術(shù)[1]、化學(xué)工業(yè)監(jiān)測和預(yù)報,還是航天器狀態(tài)監(jiān)控、城市軌道交通和倉儲物流管理[2]等領(lǐng)域都極具意義。近年來,群體智能算法在WSN覆蓋問題中的應(yīng)用與日俱增。文獻[3]提出了一種粒子群和螢火蟲的混合算法(PG-SO),以粒子群為主體,螢火蟲進行局部搜索,算法復(fù)雜度提升較高,需要迭代的次數(shù)顯著增加,同時,節(jié)點部署稀疏時效果不明顯。文獻[4]提出了一種指數(shù)加權(quán)的粒子群改進方法,盡管粒子群動態(tài)性能有所改善,但收斂速度并沒有大幅提高,粒子群算法早熟的局限性依然存在,對覆蓋問題的求解不利。Hu等[5]利用混沌映射加上非線性因子和Delta狼的變異行為對灰狼優(yōu)化算法進行了改進,但由于是第三優(yōu)個體的變異,跳出局部最優(yōu)仍存在困難,變異也導(dǎo)致迭代次數(shù)增加,降低了快速性。上述方法雖然可用于解決覆蓋問題,但算法帶來的覆蓋能力依然不夠,收斂速度慢,有些還沒有考慮能量受限等問題?;依莾?yōu)化算法(GreyWolfOptimizer,GWO)是2014年提出的一種群智能優(yōu)化方法[6]。由于其出色的尋優(yōu)性能,明顯優(yōu)于粒子群、螢火蟲等傳統(tǒng)算法,因此被大量應(yīng)用在核科學(xué)[7]、農(nóng)業(yè)預(yù)測[8]等領(lǐng)域。然而,與其他算法一樣,即便擁有3個優(yōu)勢引導(dǎo)個體,灰狼優(yōu)化算法也不可避免地存在過早收斂、全局能力不足等問題。針對這些問題,國內(nèi)外大量學(xué)者采取了不同的改進措施來提升算法的性能。文獻[9]中用混合蛙跳和灰狼混合,大幅提高了精度,但對低維度問題,尤其是最高三維的覆蓋問題求解存在著不足,收斂速度不如傳統(tǒng)算法。Zhang等[10]引入差分策略提升了算法的性能,但由于自適應(yīng)參數(shù)和趨優(yōu)因子的存在,在覆蓋問題上反而降低了算法的迭代速度,延長了達到最優(yōu)的時間,一定意義上降低了整個網(wǎng)絡(luò)的生存周期。為了提高目標區(qū)域覆蓋率,文中提出了一種能量位置融合改進灰狼算法。該方法在傳統(tǒng)灰狼算法中加入了混沌映射對初始種群進行改進;在更新種群的過程中通過本文提出的改進萊維飛行策略對算法的全局探索能力進行改善;種群更新的同時考慮文中提出的能量和位置融合機制,使得每一步都是平衡兩者的更優(yōu)解,從而提高覆蓋率,也為能量受限條件下算法的設(shè)計提供新思路。
1覆蓋模型分析
假設(shè)求解的是二維覆蓋問題,即可定義網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測區(qū)域面積為M×N,區(qū)域內(nèi)目標可以被離散化為M×N個點,在區(qū)域內(nèi)隨機布置n個傳感器節(jié)點,節(jié)點集可以表示為U={u1,u2,…,un},所有節(jié)點的感知半徑Rs和通信半徑Rc都相同,且Rs≤2Rc。被檢測區(qū)域任意節(jié)點Ui的坐標為(xi,yi),目標節(jié)點Oj的坐標為(xj,yj),兩者之間的距離表示為:d(ui,Oj)=(xi-xj)2+(yi-yj)2。
2灰狼算法原理
灰狼算法是模擬灰狼群體,利用灰狼的等級制度以及在捕食過程中的搜索、包圍、捕獵等行為來達到優(yōu)化的目的。假設(shè)灰狼種群個體數(shù)為pop,搜索區(qū)域的維度為h。其中,第i個灰狼個體的位置可以表示為Zi={Zi1,Zi2,…,Zih},在種群中適應(yīng)度(Fitness)最大的個體被記作α,將順次適應(yīng)度第二名的個體記作β,第三名記作δ,剩余的個體記作ω。
3算法改進策略
3.1混沌初始化
混沌是非線性系統(tǒng)獨有的且廣泛存在的一種非周期運動形式,其涉及自然科學(xué)和社會科學(xué)的每一個分支。因為其普適性和隨機性,不同優(yōu)化算法都能在全局區(qū)域?qū)崿F(xiàn)高效尋優(yōu)。
3.2改進萊維飛行策略
分析原始灰狼算法可知,整個種群隨著迭代次數(shù)的增加逐漸向三頭優(yōu)勢狼靠近,灰狼個體分布變得集中,極有可能錯失全局最優(yōu)解。為此,文中提出了一種改進的萊維飛行策略,在傳統(tǒng)策略下,個體每次都要進行飛行[11],改進后的策略是否飛行取決于時間步長近似出的數(shù)值概率,而在算法全程運行的不同周期中概率不同,有效地平衡了全局和局部能力,既可以讓算法在前期不至于全局過于發(fā)散,也可以保證在后期具有跳出局部最優(yōu)的能力。
3.3能量位置融合
傳感器節(jié)點的能量儲備是有限的,為了節(jié)省能量的使用,優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源,提升網(wǎng)絡(luò)生存周期,本文將能量概念引入算法中,使得算法尋找的最優(yōu)點不再單單是整個網(wǎng)絡(luò)的最大覆蓋率,而是能量位置移動綜合考慮后的最優(yōu)位置。
4覆蓋優(yōu)化設(shè)計
改進后的灰狼優(yōu)化算法目的是未覆蓋率和能量之和最小化,算法步驟如下:Step1初始化參數(shù),設(shè)置灰狼種群規(guī)模為pop,求解問題的維數(shù)為2,最大迭代次數(shù)為Tmax。對參數(shù)A,C,a進行賦值。Step2初始化種群,利用Circle映射隨機產(chǎn)生種群個體。Step3由給出的適應(yīng)度函數(shù)計算各灰狼個體的適應(yīng)度fitness,并按適應(yīng)度排序,前三名設(shè)置為個體α,β,δ,對應(yīng)的位置信息為Z1,Z2,Z3。Step4利用式(5)-式(16)更新個置。
5仿真實驗與分析
5.1未考慮能量受限的仿真
未考慮能量時的仿真主要是改進的IGWO與原始灰狼算法即文獻[6],還有文獻[3]、文獻[4]、文獻[5]進行對比,其中不同文獻的實驗參數(shù)設(shè)置與本文相同,隨后進行比較。實驗平臺為CPU主頻為2.9GHz、動態(tài)加速頻率4.2GHz的計算機,仿真軟件為MATLAB,所有后續(xù)實驗均在此實驗環(huán)境中進行。表1所列為對比算法。(1)與GWO對比實驗參數(shù)設(shè)置:監(jiān)測區(qū)域為10×10的正方形區(qū)域,傳感器節(jié)點數(shù)為48,種群數(shù)量為30,迭代次數(shù)1000,感知半徑為1m,通信半徑10m。圖2給出了GWO與IGWO迭代時的覆蓋率變化曲線。由圖2可以看出,改進灰狼算法跳出局部最優(yōu)只有40次迭代,而原始灰狼算法大約需要200次。在改進的萊維飛行策略下,不論是最優(yōu)還是最弱的個體,跳出局部能力都有一定程度的提升,帶來了迭代次數(shù)的減少。在尋找全局最優(yōu)上,改進灰狼算法達到了全覆蓋,灰狼算法只有99%,一定程度上可以歸功于Circle映射下的初始種群優(yōu)越性,使得IGWO能做到100%的覆蓋率。由此可見,IGWO的全局能力遠強于GWO。(2)與PGSO,IPSO,F(xiàn)GWO的對比實驗參數(shù)同上。圖3給出了4種算法的共同對比圖。由表2可見,改進后的灰狼優(yōu)化算法性能明顯優(yōu)于文獻[3-5]中所提到的算法。在迭代40次后,改進灰狼算法的覆蓋率達到了100%,而其他算法此時的覆蓋率不到90%,這可以歸因于初始種群的優(yōu)越性,并且改進的萊維飛行在保證全局能力的同時沒有降低前期的收斂速度,全局收斂速度因此有所提高。萊維飛行所進行的隨機行走使得個體按照重尾分布改變自身位置,大大提高了跳出局部最優(yōu)的能力。
5.2能量位置融合仿真