基于能量范文
基于能量范文（精选12篇）
基于能量 第1篇
ADHOC网络是一种无固定基础设施的无线局域网,是处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。由于自组织网络没有预先建立好的网络固定基础设施,因此自组织网络的服务范围通常是受限的,而且自组织网络一般也不和外界的其他网络相连接。ADHOC网络中的节点不仅要参与自身作为源节点或者目的节点的通信过程,而且可能还要参与相邻节点的通信过程中信息的转发。而在多跳转发的过程中由于节点的移动,可能会导致链路的中断与重建、数据包的丢失与重发,从而导致ADHOC网络性能下降。因此,一种合适的路由算法对于充分发挥出ADHOC网络组网灵活的特点是非常重要的。
传统的按需路由协议大多数是采用以路由跳数作为衡量路径优劣的标准,路由跳数虽然满足了路由协议简单快捷的要求,但是却忽视了网络传输时延和链路质量:在一般情况下,跳数少的路由节点间的距离相对比较远,因此网络传输时延和误码率等也会相应增大。本文在考虑到传统AODV[1]协议的缺陷的基础上,提出了一种能够平衡路由跳数和传输时延的协议:基于能量等效距离-网络时延比的ADHOC路由改进算法PET-AODV。其基本思想是在节点能量稳定度的基础上考虑网络传输时延,以区别下一跳节点的优劣,从而选择合适的路由链路,来达到提高路由效率的目的[2]。
1 PET-AODV算法的实现
1.1链路PET指标的测量
在测量链路的PET指标中的链路信号强度时,我们提出了一种信号强度等效距离的思想[3],其具体算法如下:
基于ADHOC一般应用于近地传输的特点,我们可以采取近地二路传输衰减模型[4]:在近地点,信号强度按1/r2衰减,在远地点信号强度按1/r4衰减,在这种模型下,接收到的信号功率值与节点之间的的距离为。在802.11协议标准中,信号接收门限RxThesh=3.652e-10W,在节点间距离为d=250米时得到的,于是可知,根据上述可知:。由此,我们可以获知信号强度等效距离,进一步延伸,我们可以定义一个基于信号强度等效距离的链路稳定度概率,DP用来表示未来一段时间内节点停留在相互可以保持正常通信范围内的概率。
在一条链路存在多跳的情况下,我们可以采用最大最小法来计算每一条链路的DP值,具体算法如下:
假设从A节点到B节点之间存在n条路径,其中每一条路径有m跳,则第m条路径的DP值DPm,=max(DPi),即选择每条路径中DP值最大的那一跳作为该路径的DP值。
但是这样选择最优路径存在的问题是:由于跳数较多,传输时延可能会比较大,我们引入了另一个链路选择指标:链路延迟时间T,它是指数据在整个通信期间从源节点传送到目的节点无差错接收所用的时间,引入这个指标的意义在于衡量某条通信链路的数据收发延迟,尽可能避免因某个节点转发数据量过大导致的局部性网络拥堵,从而影响路由选择的有效性。结合上述理论,我们可以得到每一条路径的能量时延比PP=DP/T,我们从中选择PP值最高的一条链路作为最优路由,即PPpath=max(PPi)。当某条信号功率越稳定,传输时延越小时,链路能量等效距离距离时延比PPi越高,由此选择出的路由稳定度和实时性越好。如图1所示,S1到S2有两条路径,设经过S4的路径为路径一,经过S3的路径为路径二。路径一的DP=0.9,T=40,PP=0.0225;路径二的DP=0.8,T=35,PP=0.0228;根据PET-AODV协议的选择的原则,我们应该选择路径二作为最佳路由。
2 算法的实现
从上述论述中可以看出,本算法采用的是需求驱动距离矢量路由算法思想,通过比较每条路径的能量等效链路稳定概率同时比较传输时延来选择最优路由,在此我们称这种算法为PET-AODV路由协议,具体实现如下:
在ADHOC网络中,每个节点在向其他节点发送数据之前,都必须首先确定一条从本节点到目的节点的路由,而AODV协议是需求驱动型路由协议,它并不定时主动发送RREQ报文来维护路由表,因此、我们需要发送路由请求广播报文RREQ,格式如下[5]:
在发送的RREQ报文中,每一个RREQ报文都具有唯一的
源节点在RREQ生存期内收到多份由不同路径发送过来的RREQ报文,在确认报文目的节点是本节点的情况下,源节点应取出各个RREQ中的DP、T值,并依此计算出各条路径的能量等效链路等效概率时延比PP,选择其中最大者作为最优路由。
源节点节点在收到RREP报文时,还应做出如下判断:如果RREP中的目的地结点序列号大于目前结点路由表中的目的地结点序列号,这意味着本结点维护的路由表项已经过时,则更新到目的地结点的路由表项[7]。如果RREP中的目的地结点序列号小于或等于结点路由表中的目的地结点序列号,说明本结点维护的到达目的地结点的路由表项仍然是最新的,无需更新该路由表项。
2 总结
本文在考虑链路能量稳定度、网络传输时延的基础上提出了一种基于链路能量稳定度、网络传输时延比的按需驱动矢量路由算法。PET-AODV该协议通过计算每条链路的能量等效距离并综合考虑网络传输时延,减少了数据链断裂次数,减少了路由重建次数、平衡了网络中各节点的负载,从而有效的提高了数据包的成功接收率和网络吞吐率,并降低了路由协议开销和分组的端到端时延[8]。
参考文献
[1] Perkins C,Belding-Royer E,Das S.Ad hoc on-demand distance vector(AODV) routing[J].RFC 3561,2003.
[2] R Dube,C Rais,K Wang,S Tripath.Signal stability based adaptive routing for Ad hoc mobile networks[J].IEEE Personal Communication,1997,4(1 ):36-35.
[3]李海波,蔡一兵,李忠诚等.一种基于节点间距离提高Ad hoc路由稳定性的方法[J].系统仿真学报,2007,19(10):2374-2378.
[4] Sambasivarn Pemmal,MurthyAshwin,Belding—Royer Elizabeth M.Dynamically Adaptive Multipath Routing based on AODV:Proceedings of the 3rd Annual Mediterranean Ad hoc Networking Workshop,2004(C). Turkey:Bodrum,2004:851-863.
[5]绍青.聂景楠.一种改进的基于能量效率的AODV路由协议[J].计算机工程与应用,2007,43(28):150-152.
[6] XuLi,HuGui-long,ZhengBao-yu.Mobile agent based topolpgy discovery strategy in MANET[J].Computer Engineering and Application,2003,39(29):167-170.
[7]于斌,孙斌,温暖,王绘丽等.NS—2与网络模拟[M].北京:人民邮电出版社(北京).2007.
基于能量 第2篇
基于小波能量免疫识别的发动机转子系统故障诊断
提出了一种基于小波能量免疫识别的航空发动机转子系统故障诊断方法.该方法采用小波能量表征信号特征,根据免疫识别原理,将已知故障模式中的每个样本看作一个抗体,将待检样本看作抗原,把故障诊断问题转化为抗体对抗原的识别问题.仿真实验表明该方法具有很好的在线监测性能和分类性能,对于发动机转子系统的.监测具有一定的应用价值,并可方便地推广到其他类似的工业应用领域.
作 者：周根娜 侯胜利 柏林 史霄霈 王威 ZHOU Genna HOU Shengli BO Lin SHI Xiaopei WANG Wei 作者单位：徐州空军学院,江苏,徐州,221000 刊 名：电光与控制 ISTIC PKU英文刊名：ELECTRONICS OPTICS & CONTROL 年，卷(期)： 17(6) 分类号：V23 关键词：航空发动机 转子系统 故障诊断 小波能量 免疫识别基于能量 第3篇
关键词：能量解耦；悬置系统；匹配优化
中图分类号：U461.2 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2011）04-0025-03
Parameters Design of Vehicle Powertrain Mounts Based on Energy Decoupling
LI Zheng，JI Jin-liang，YANG He-zhou，ZHU Cheng-hui
（Zhengzhou Nissan Auto Co. LTD.，Zhengzhou 450016，China）
Abstract：ADAMS model of a powertrain system whose vibration at idle speed was poor was built.using the model，it found that the vibration energy coupling between the 6DOFs was serious. Then the theory of vibration energy decoupling was concluded and based on the theory，parameters of mounts were redesigned. The effective of the new parameters were validated from the results of another new vibration analysis. Obviously，it is a solution to improve the performance of powertrain mounts.
Keywords：energy decoupling；mounts system；optimization
车身的振动不仅影响车辆的乘坐舒适性品质，而且还会影响操纵稳定性。分析振源主要来自于两个方面：不平路面激励或发动机运转产生的往复倾覆力矩激励。为了隔振降噪，在发动机与车身或车架之间用较软的橡胶或液压悬置连接，一方面隔离动力总成振动，包括控制发动机怠速时较大幅度的低频抖动，隔离并降低高速时的高频振动与噪声，同时作为一吸振器，吸收路面传递到车身或车架上的振动。因此悬置系统的空间布置及性能匹配是车辆设计的重要环节。
本文结合某一怠速振动性能较差的实例车型，借助建立其动力总成系统ADAMS模型，从振动解耦设计理论上进行了参数验证和重新设计。使用优化后的参数，从ADAMS模型提取系统总成的振动线性模态，得到各自由度间的能量分布，验证了所达到的各阶频率和主要自由度解耦目标。
1 悬置系统的振动分析
本文采用FR车型，纵置4缸发动机、4点悬置。由于怠速振动性能较差，为分析动力总成悬置系统的振动特性，建立了其ADAMS动力学模型。
1.1 动力学模型的建立
动力总成悬置系统的临界频率一般在30 Hz以下，大大低于动力总成本身作为弹性体振动模态（最低60 Hz），图1 为动力总成悬置系统的ADAMS模型。
在工程上认为动力总成的振动只存在刚体模态。因此将动力总成简化为空间刚体，并把它通过悬置橡胶垫固连在地上［1］。输入系统质量参数和各悬置的坐标位置、弹性参数（见表1、表2），建立ADAMS模型（见图1）。
1.2 振动特性分析
对上述系统进行VIBRATION分析，抽取线性模态数据，并借助ADAMS计算各阶模态振型在坐标系各方向上的能量分布。结果见表3。
该发动机怠速为850 r/min，则发动机怠速激励频率为850/30≈28.33 Hz，由于系统刚体振动最高模态频率10.17 Hz小于发动机怠速激励频率的0.707倍，即10.17<28.33×0.707=20.03，满足悬置系统刚体模态频率的要求，说明该系统具备一定的隔振性能。
从表3中看出，6个刚体模态中Z/Y轴能量解耦程度较高，然而在绕x轴旋转方向的耦合较严重，在X/RY/RZ方向上的振动能量耦合也很明显。显然在该动力总成悬置设计时，未充分考虑各自由度间的能量解耦或部分解耦。
由于当动力总成悬置系统六个自由度间振动耦合时，会导致动力总成的振幅增大，振动频率范围过宽，对隔振极为不利。且各自由度振动如果互为耦合，很难对产生共振的自由度上的频率进行个别改进而不影响其他自由度上的隔振性能，所以在设计悬置系统时用尽量采用解耦布置［1-5］。下面就着重介绍悬置系统振动解耦的结构和性能参数设计原则。
2 悬置系统振动解耦的理论基础
2.1 动力总成两端垂向运动解耦
依据刚体撞击中心理论，将后（前）悬置布置在前（后）悬置点的共轭点上，使前（后）悬置所受的冲击在后（前）悬置处引起的动反力最小，从而达到良好的隔振效果。
LfLr=Iyy /m（1）
式中，Lf /Lr分别为动力总成质心到前后悬置组的距离；Iyy为动力总成绕主惯性轴Y的惯性矩；m为动力总成质量。
2.2 单轴平动及转动振动解耦
为使动力总成垂向和俯仰自由度振动解耦，前后悬置在垂向上的刚度要满足：
Kzf Lf=KzrLr（2）
式中，Kzf /Kzr分别为前后悬置组等效垂向刚度值。
2.3 扭矩轴理论
如果前后悬置的平面和扭矩轴垂直，并且前后悬置组的弹性中心均落在扭矩轴线上，则可使发动机在Y方向的横向振动、Z方向的垂直振动和绕X轴的扭转振动解耦。
对于V型悬置组，其弹性中心O点确定如图2示。
式中，L=Kw /Kv称为悬置的剪压比；Kw 为悬置剪切方向刚度，Kv为悬置压缩方向刚度，θ为悬置安装倾斜角。
3 悬置系统参数的优化设计
根据表1发动机坐标系下的转动惯量值，可计算得到系统的主惯性矩：Ixx=16.44 kg·m2，Iyy=43.74 kg·m2，Izz=35.47 kg·m2。主惯性轴X和扭矩轴在参考坐标系中的相对空间位置见图3。
代入悬置系统其他参数，运用第2章中的设计原则，可以得到一组优化的系统参数，见表4、表5。这里为使悬置系统其他自由度间尽可能解耦，把后悬置组也设计成倾斜放置，使其弹性中心也落在扭矩轴上。
把上述重新匹配优化后得到的参数代入ADAMS系统模型，重新计算VIBRATION性能，结果见表6。
从表6可看出：采用优化的悬置布置方式及刚度参数后，系统模态频率在限制范围内，Z方向振动能量解耦率达到100%，绕X方向扭转振动解耦率也达到86%，Y/RZ方向的能量解耦率也都在90%以上。虽然X/RY方向上解耦改善不明显，但在这两个方向并不存在主要激励，因此对系统隔振性能影响不大。
4 悬置位移控制
为保证悬置系统的寿命，发动机在正常工作区悬置位移不能太大，而在启动、加速、制动、大侧向加速度转向、冲击等极限工况条件下，悬置系统要有足够的刚度，以避免发动机与周围部件干涉。而这些验证也都可以在ADAMS中快速实现。
5 结论
（1）振动能量解耦率是动力总成悬置系统设计好坏的重要评价指标之一。本文从振动解耦设计理论出发，对某一悬置系统重新进行了参数设计与优化，使得系统具有良好的振动解耦率，为设计改进提供了方案。
（2）为使悬置系统具有良好的隔振吸能效果，在进行车辆总体设计及发动机开发时，就应该遵循设计原则，对悬置点的位置、安装角度及悬置橡胶垫性能进行充分考虑。
（3）对于重量较大的动力总成，在使用四点悬置时，根据工程实际，可以采用不对称的布置方式，但要尽量倾斜布置前后悬置组，以使它们的弹性中心都落在扭矩轴线上，从而最大限度的实现6个自由度上的振动解耦。
参考文献：
［1］ 许立峰. 汽车动力总成悬置系统NVH性能优化与试验验证［D］.北京: 北京林业大学，2009.
［2］ 吕振华，罗捷，范让林. 汽车动力总成悬置系统隔振设计分析方法［J］. 中国机械工程，2003，14（3）： 265-269.
［3］ 阎红玉，徐石安. 发动机悬置系统的能量法解耦及优化设计［J］. 汽车工程，1993，（6）.
［4］ 徐石安. 汽车发动机弹性支承隔振的解耦方法［J］. 汽车工程，1995，（4）.
基于仿真的能量最小化探索 第4篇
文章介绍如何运用仿真的方法来自定义硬件平台以使系统的能量消耗达到优化。文章使用GSM编解码器软件来作为一个例子, 并将使用一个由几个ARM处理器内核、专用和共享内存以及通过AMBA总线互连所组成的多处理器系统。文章将详细介绍所使用的硬件平台和设计方案, 并给出实验比较结果。
1 多处理器ARM平台介绍
多处理器片上系统 (MPSo C) 是使用多个CPU及其他硬件子系统来实现的系统。文中所使用的硬件平台的架构是一个分布式多处理器片上系统 (MPSo C) 的通用模板。如图1所示, 该平台包含多个计算内核、一个AMBA AHB兼容的通信总线、专用内存 (每个处理器有一个) 和处理器间通信的共享内存。
2 基于仿真的优化探索
仿真平台的优点在于它可以在设计流程的早期发挥作用。传统模式上, 最终的验证是在设计流程结束时进行, 这时第一个产品原型已经产生了。所以为了获得正确的而有效的产品, 系统模型必须是非常准确的。如果在早期设计阶段就可以对目标硬件平台进行一个周期的精确仿真, 系统模型可能因这次仿真而被修改甚至于舍弃。使用这种方式, 我们就可以使用速度较慢的仿真来获得的准确性。
3 能量最小化
我们的目标是优化一个GSM编解码器的应用程序。应用程序将在一个具有ARM7处理器的MPARM平台上运行。参数高速缓存的大小、高速缓存相关性和处理器的频率是可变的。
处理器的频率是一个关键参数, 它影响应用程序的速度和功率消耗。功耗与频率及电源电压的平方成正比[2]:P=CV2f
在大多数系统中, 选择一个较低的频率意味着使用较低的电源电压。这样处理器所消耗的功率就会以立方进行减少。其实, 对于电池供电的系统, 大家对能量消耗更有兴趣。能量的公式定义如下:
这里, t为每秒的运行时间, NC为时钟周期数来表示的运行时间。从这个公式中我们看出, 如果我们只是减少频率而使电压保持不变, 虽然功耗呈线性减少, 但是能量的消耗是不变的。
4 实验结果分析
第一步, 我们设置的缓存类型是指令缓存, 关联性是直接映射的。然后我们来改变缓存的大小, 能量如下表:
第二步, 我们设置的缓存类型是指令缓存, 关联性是K-路组关联。然后我们来改变缓存的大小, 能量如下表:
第三步, 我们设置的缓存类型是数据缓存, 关联性是直接映射的。然后我们来改变缓存的大小, 能量如下表。
第四步, 我们设置的缓存类型是数据缓存, 关联性是K-路组关联。然后我们来改变缓存的大小, 能量如下表。
根据上面的实验数据, 我们把指令缓存和数据缓存的最小能耗结合起来。
总能量为:29591216.93[p J]typ
第五步, 我们改变频率f的值:
所以最佳设置是:
5 结束语
文章通过上面的实验展示了使用仿真来对芯片进行优化的方法。按照相同的思路, 还可对其它性能进行优化。
摘要：文章介绍了用仿真来优化系统的方法。以对芯片的能量消耗最小化为实例, 并使用实验步骤和实验结果来说明使用仿真来优化系统的方法。
关键词：MPSoC,仿真,能耗最小化
参考文献
[1]Wolf, W.Georgia Inst.of Technol., Atlanta, GA;Jerraya, A.A.artin, G.Multiprocessor System-on-Chip (MPSoC) Technology.Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, IEEE Transactions on (Volume:27 Issue:10) .
正能量语录传递正能量 第5篇
1、有梦的青春，无怨!奋斗的青春，无悔!无怨无悔，青春永在。
2、我的为梦想是背一个双肩包，骑一辆单车，沿路欣赏一下大自然。躺在草地上，享受微风抚摸脸庞的感觉，赤足踏进河中，享受细沙按摩脚底的感觉，坐在山顶，观看夕阳西下和日出的壮观美景。
3、自己爱自己最美好、活着又不是给别人看的!
4、一份信心，一份努力，一份成功;十分信心，十分努力，十分成功。
5、在你没有成功之前你没有资格抬头你没有理由自我放逐放下豪言壮志放下懦弱懒惰梦想是永不停息的疯狂。
6、不属于我的东西，我不要。不是真心给我的东西，我不稀罕。
7、不要认为自己比别人做得好，即便你很出色。
8、路是自己选的，后悔的话，也只能往自己的肚子里咽。
9、路再难，也要坚持走下去。跌倒了，就勇敢站起来。爬，不是我的风格。
10、跟正常人讲道理，不正常的人不需要道理。该和善的时候一定要和善，该骂的时候千万别忍让，时时处处的彬彬有礼那是烂好人。
11、对于攀登者来说，失掉往昔的足迹并不可惜，迷失了继续前时的方向却很危险。
12、丈夫志四海，我愿不知老。
13、你可以很有个性，但某些时候请收敛。
14、高峰只对攀登它而不是仰望它的人来说才有真正意义。
15、真正的好朋友，并不是在一起就有聊不完的话题，而是在一起，就算不说话，也不会觉得尴尬。
16、人生充满着期待，梦想连接着未来。
17、就算跑最后一名又怎样，至少我又运动精神。而且我一定会跑完全程，只要跑到终点我就成功了!
18、与跟生命有关的人耗着，少与生命无关的事耗。
19、燕子嘴上的春泥，别看它点点滴滴，筑不成大厦，却能垒起幸福之巢。
20、只要我还能划水，我就不肯被淹死，只要我还能站立，我就不肯倒下。
21、荣誉比钱重要，国家利益比个人幸福重要。
22、停止拜访就是停止呼吸，停止增员就是消灭生机。
23、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。
24、尽量减少与性格孤僻、搬弄是非、怨言多多、心态负面的人接触。
25、努力去做自己该做的，但是不要期待回报，不是付出了就会有回报的，做了就不要后悔，不做才后悔。
26、人与人之间的距离，要保持好，太近了会扎人，太远了会伤人。
27、施比受幸福。帮助他人，而不祈求回报，这个过程就是很幸福的。
28、跟自己说好，悲伤时可以哭的很狼狈，眼泪流干后，要抬起头笑得很漂亮。
29、人生需要一些风情点缀的。就是我们的灵魂总要一点点历史的问候，一些诗意的触摸，一些自然的慰藉。
30、要想改变我们的人生，第一步就是要改变我们的心态。只要心态是正确的，我们的`世界就会的光明的。
31、天再高又怎样，踮起脚尖就更接近阳光。
32、中国梦对于当代中国青年来说，这边是青春梦。
33、不管是和谁约会见面，约定的时间之前一定要到达。
34、清风两袖朝天去，免得闾阎话短长。
35、只有经历过地狱般的折磨，才有征服天堂的力量。只有流过血的手指才能弹出世间的绝唱。
36、放飞青春之线，让梦想的风筝越飞越远。
37、穿有质感的衣服，找有质量的男朋友。他不一定很有钱，但是一定要能让你有安全感和开心。
38、梦想就像一双翅膀，帮助那些有梦的人穿越千难万险飞向自己理想的天空。
39、最体贴的是你的鞋子，不要嫌它脏，那是因为你走的路不干净。
40、不管好事还是坏事，自己看清楚就足够了，做人要低调。
41、记住，不可替代的是工作本身，而不是你。
42、我不入地狱，谁入地狱。
43、夙兴夜寐，无一日之懈。
44、你的工作究竟是酷还是恐怖，取决于你自己的看法。
45、你越跟我斗，我就越坚强，你越见不得我好，我就越要好给你看。
46、用快乐去奔跑，用心去倾听，用思维去发展，用努力去奋斗，用目标去衡量，用爱去生活。
47、慈善表面看是帮助了别人，是别人受益了，其实是双方的，别人受益的同时，你的内心得到了快乐和满足;每个人都觉得这个慈善事情是双方受益的，这个慈善才会人人介入，人人才会不断做。
48、你可以用爱得到全世界，你也可以用恨失去全世界。
49、忠之本义，忠于一国，非忠于一人也。人人以国为本位，勿以一身一家为本位，乃能屈小己以利大群。
50、人生没有彩排，每天都是现场直播。
51、幻想一步成功者突遭失败，会觉得浪费了时间，付出了精力，却认为没有任何收获;在失败面前，懦弱者痛苦迷茫，彷徨畏缩;而强者却坚持不懈，紧追不舍。
52、没有离不开，只有不想离开;没有舍不得，只有放不下。
53、二十一世纪工作生存法则就是：建立个人品牌，把你的名字变成钱。
54、青春并不是指生命的某个时期，而是指一种精神状态。
55、发怒一分钟。不仅得不到任何快感，还失去了六十秒的幸福。
56、做点滴小事，播微小爱心，积善事成河，汇爱心为海，扬青春正能，炫真我风采。
57、如果你最近的工作很闲，注意了，这可能是危机的先兆。
58、青春是烈火，融化前进中所有的坚冰!梦想让我们在沼泽中，越行越远。
59、心有多大，舞台就有多大。
基于能量 第6篇
关键词:电能量;自动采集;智能;ZigBee;GPRS
电能量自动采集系统是利用先进的计算机技术和通信技术自动获取和处理用户表数据的一种手段。是提高供电企业自动化管理水平的需要,也是计算机技术和通信技术迅速发展的必然。它能够避免传统抄表数据实时性差、准确率低的缺点,保证用户表具数据实时、准确的送到相关部门数据库。本文介绍一种使用ZigBee无线技术和GPRS(General Packet Radio Service)蜂窝网络技术混合组网的远程自动抄表设计方案。本自动抄表系统避免了远程有线网络布线及维护成本高、无线局域网通信距离近以及单纯使用GPRS网络通信费用贵的缺点,具有技术先进、易于实现、可靠性高、成本造价低、易于普及等优点,成为未来发展的趋势。
一、系统结构功能
本自动抄表系统主要由用户数字电能表、具有ZigBee发送模块采集终端、具有ZigBee接收模块集中器、主站服务器组成。采集终端与电能表之间的通信采用RS-485总线协议,基于单片机的嵌入式数据收发、处理系统,按国标协议通过RS-485总线抄取电能表数据。集中器与采集终端之间下行通信,采用ZigBee透明网络通信来实现。主站与集中器之间上行通信,通过GPRS通信模块实现。如图1所示。
图1中该智能远程抄表系统以半双工方式进行工作:在主站中央管理系统的指令下,通过上行信道GPRS发送抄表指令到集中器GPRS模块,集中器CPU利用下行信道ZigBee自组织网向网络中采集终端发出接受数据指令。采集器在接受到上位机指令后,向集中器通过网络上传通过RS-485总线采集来的数字式电能表的数据,集中器将电能量数据再次通过GPRS通信模块传回主站系统。即完成一次远程电能量采集。
二、通信方案选择
(一)上行信道——GPRS通信
主站与集中器之间通信通道称为上行通道,其结构主要以星形为主,以主站为中心,以星形发散通过通信信道与集中器连接形成一对多得连接构架。该结构特点是收到数据量较大,同时要求一定得传输速度和带宽。当前在实际系统使用中,主要分为有线传输和无线传输形式。有线形式主要有:电力线载波通信、电话线通信、光纤通信等;无线形式主要有:无线电台通信、移动网络通信(GPRS/GSM/CDMA)等。
GPRS传输方式作为GSM较为成熟的无线数据传输业务,允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据,而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。在GPRS信道上提供TCP/IP连接,可以用于Internet连接、数据传输等。
随着通讯技术的快速发展,GSM网络已经遍布了每一个角落,而在此网络上提供的GPRS数据传送业务资费甚至低于专网的维护费用,同时有着数据传输速率高、通信质量可靠、开发周期短、安装调试方便等显著优点。因此,上行通信选用GPRS通信模式日趋成为主流。
(二)下行信道——ZigBee通信
ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术,全球通用2.4GHZ频带传输,具有低功耗、低成本、低速率、近距离、短时延、高容量、高安全及免执照频段的特点。它依据802.15.4标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高。
ZigBee性能分析:
1.数据速率比较低。在2.4GHZ的频段虽然只有250Kb/S,除掉信道竞争应答和重传等消耗,真正能被应用所利用的速率可能不足100Kb/S,但是在集中器与采集终端上采集数据传输上已经远远能够胜任。
2.可靠性。在可靠性方面,ZigBee有很多方面进行保证.物理层采用了扩频技术,能够在一定程度上抵抗干扰。
3.能耗特性。能耗特性是ZigBee的一个技术优势,通常ZigBee节点所承载的应用数据速率都比较低,在不需要通信时,节点可以进入很低功耗的休眠状态,此时能耗可能只有正常工作状态下的千分之一。由于一般情况下,休眠时间占总运行时间的大部分,有时正常工作的时间还不到百分之一,因此达到很高的节能效果。
4.组网和路由性。网络层特性,因为ZigBee底层采用了直扩技术,如果采用非信标模式,网络可以扩展得很大,因为不需同步而且节点加入网络和重新加入网络的过程很快,一般可以做到1秒以内,甚至更快。ZigBee大规模的组网能力——每个网络60000个节点。这就有效解决采集点极度分散的矛盾,以及对采集点数量的限制。
5.时延。但是由于ZigBee采用随机接入MAC层,且不支持时分复用的信道接入方式,因此不能很好的支持一些实时的业务。
就ZigBee优点而言,在下行通信方式上是完全优于当前众多通信方式的。
三、硬件终端设计方案
(一)集中器设计
集中器主要硬件框图如图2所示,以单片机控制单元为核心,主要由电源供给电路、上行通信信道电路、下行通信信道电路、数据存储电路和LED显示电路等部分组成。集中器主要通过GPRS接受远端主站下达的指令通过ZigBee网络传送到ZigBee网络中的采集器,再将采集器执行后的结果抄录、累加、存储并打包传送给远端主站。
集中器作为整个系统的通信桥梁,它的工作情况决定了系统的可靠性和稳定性。
(二)采集器
采集终端负责接收多个电能表的电能量信息,经处理后储存在采集终端上,停电或复位后数据信息不应丢失和发生变化。采集终端主要需要具备以下功能:通过RS485接口与电能表通信功能,向电能表发送校时、初始化、读表等指令,接收电能表的电能量;通过ZigBee网络与集中器的通信功能,接收集中器的指令,并将操作结果返回集中器。其硬件结构框图如图3。
四、主站抄表
主站通信服务器在通过GPRS网络连接到集中器,自动、集中、定时地从远端集中器抄取电能量数据,存入数据库,管理部门可通过主站软件对用户的电能量进行统计,分析,按用电的峰、平、谷时间和季节自动高速复费率去核算每个用户的电价;通过银行向各用户自动完成转账收款、电费结算、打印收据;为电力部门提供有效的电网运行参数等。
五、结束语
本文主要介绍基于ZigBee和GPRS技术的电能量抄表系统构成方案,分析采用上述上行信道和下行信道优点,对终端硬件的提出结构设计方案。ZigBee无线技术在低速率远距离传输上因其各方面优点在家庭、智能楼宇、工业控制已得到普遍的应用,使用该设计方案,能够更好,更及时采集电能量数据,具有低能耗、覆盖面广、维护量小、建设时间短、费用低等优点,有着非常广阔的应用前景。
参考文献:
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[6]封瑜,葛万成.基于ZigBee技术的无线传感器网络构建与应用[J].电子工程师,2007,33(3):21-24.
基于能量转移的网络谣言传播机制 第7篇
大部分的谣言传播模型都是在传染病模型的基础上进行的宏观设计, 而忽略了谣言传播微观因素的影响。首先, 谣言对个体的吸引力不是固定不变的, 而是随着个体谣言辨别能力的提高, 呈现下降趋势, 这个微观特征并没有在模型中得以体现。第二, 不同个体将谣言传递给其他人的能力不同。在复杂的社交网络中, 重要节点一般更有权威性, 可以影响其他节点的变化。第三, 个体传播谣言的概率不是恒定不变的, 而是往往取决于时效性、心理差异和遗忘机制等因素。也就是说, 当人们第一次听到谣言, 他们会积极地分享给其他人。但当人们对谣言逐渐失去兴趣时, 传播的概率会相应的降低。基于以上分析, 我们从谣言的特征, 谣言对网络的影响以及传播个体能量的积聚等方面对谣言的传播进行了深入研究。谣言的传播能力受谣言的吸引力、传播个体的影响力、以及个体辨别力的影响, 整个传播过程与物理学中热辐射传导有极大的相似性。本文通过对互联网背景下谣言的特征和传播规律的分析, 提出了一种基于热辐射传导的网络谣言传播模型。
二、网络谣言传播机制
(一) 能量理论与谣言传播
本文基于能量转移理论模拟网络谣言传播, 而热辐射属于热量传递的三种方式之一, 任何物体, 只要绝对温度不是零度, 都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量。同时, 又不断吸收来自其他物体的辐射能。与光一样, 辐射能可以反射、穿透和吸收, 如图1所示。
其中, 能量间的关系为Q=Qa+Qr+Qd。Qa、Qr、Qd与总能量Q的比值称该物体对投入辐射的吸收率a、反射率r和穿透率d。吸收率等于1的物体称黑体, 其辐射能力服从斯蒂芬-波尔兹曼定律, 实际物体的辐射能力E恒小于黑体的辐射能力E1。
这里的C0表示黑体辐射系数, T表示物体的表面温度, ω表示物体的黑度。理想情况下, 黑体对各种波长的辐射能全部吸收, 但实际物体的吸收率与投入有波长有关, 即物体对不同波长的辐射能有选择性的吸收。我们把实际物体当作对各种波长辐射能均能同样吸收的理想物体, 这种理想物体称为灰体。其吸收能力服从克希荷夫定律, 同一灰体的吸收率与其黑度在数值上是相等的, 即ω=μ。实际物体的辐射能与相同温度下黑体的辐射能的比值, 称物体的黑度, 用ω表示。μ为物体在理想情况下的吸收率, 即对投入辐射能的吸收率可用其黑度表示, 即:E=μE1=ωE1 (3) 。
谣言传播过程类似于物体的热辐射过程。其中能量包括:内能即谣言对个体的影响, 辐射能即个体向外传播谣言的能力。从热辐射的特征中我们可以想到, 当人们第一次接触到谣言后, 他们自身的能量会升高, 就有可能变成一个辐射源, 在谣言传播中能量越高的个体, 其向能量低的个体辐射传播谣言的能力越强。与温度越高, 热辐射越强的特征相类似, 谣言本身的影响力越大时, 它被传播的能力也就越强。基于以上的分析, 我们可以使用能量模型来模拟谣言传播的进程。它开始于网络中的一个传播者, 随后传播者向周围个体传播谣言。个体之间的相互关系符合谣言传播理论, 在这个过程中, 如果一个无知者听到谣言但是没有接受它, 他的能量仍然是0。另外, 如果他转变成一个传播者, 我们可以通过能量公式计算得到其能量。当一个传播者的能量减少到0时, 他就会变成免疫者, 我们将整个网络比作能量系统, 使用能量的概念来测试谣言对网络的作用。当谣言浮现、传播以及消退时, 网络能量上升、维持和衰变。
(二) 模型建立
通过对谣言的吸引力、传播过程中个体自身的辨别能力及其影响力的分析, 我们发现谣言传播过程与物体热量传递方式中的热辐射相类似, 因此, 本文引入热辐射理论及能量的概念来分析和形象化谣言传播过程, 从微观角度研究谣言传播的特征及相关个体能量变化情况。在自然界中, 任何高于绝对温度的物体, 都会不停地向周围发出热辐射, 并且在辐射过程中伴随着能量的转变。在本文中, 我们引入能量的概念并将其定义为谣言的影响力, 它宏观表现在其传播的范围及接受谣言的人数, 随着人群的关注度和时间的变化而变化。
其次, 根据现实网络世界谣言传播特点, 我们将网络系统中的个体分为以下几类, 即每个个体在某一时刻可能为以下状态中的一种:无知者、潜伏者、传播者、免疫者。无知者, 即指从未接触过此谣言并对谣言无判断力的人, 其能量初始值e=0;潜伏者, 是指接触过谣言但未确定其真伪且不会传播的人;传播者为接触谣言并对此谣言持基本肯定态度, 同时散布此谣言的人, 包括谣言的发起者;免疫者为确信谣言为假的群体。
1、模型假设
在初始状态, 系统中只存在无知者和免疫者, 此时系统的基能量为0。谣言产生于系统中的某一节点, 其具有一定的谣言能量e1, 相应地, 系统能量增为e1。此后, 系统中的能量将发生变化。在系统中, 我们规定用e来表示每个个体具有的谣言能量。另外, 在能量传播过程中, 我们假设在以个体为单位的网络系统中, 每个独立个体存在2个稳态, e=A为相对稳态, 即当无其他辟谣能量干扰时, 个体能达到的最大谣言能量为A (此状态表示个体确信谣言为真) , 我们称达到此能量的个体为确信者;e=0为绝对稳态, 即当个体能量e=0时, 其能量将不再变化 (用以模拟免疫者) 。定义一个临界能量σ, 规定潜伏者的能量范围是0<e<σ, 传播者的能量范围是σ≤e≤A。在谣言能量传递过程中, 具有一定能量的辐射源有一定的传谣概率, 我们将其定义为p, 这样能量就会传递到其他个体上;个体在收到此能量后, 经过甄别与选择 (我们用接受概率q表示) , 从而获得一定的能量。至此, 一次有效的能量传递完成。此时系统中存在无知者、传播者、潜伏者和免疫者四种状态, 系统的能量得到积聚。接下来, 系统中具备足够能量的所有传播者将进行类似的能量辐射。结合现实的谣言传播特点, 我们将以传播者作为重点研究对象进行研究, 传播者会向任何个体辐射能量, 使接受者能量e无限趋近于A (免疫者除外) 。这一传播进程具体可以分为五种类型:
a.传播者→无知者b.传播者→潜伏者c.传播者 (高能) →传播者 (低能)
d.传播者 (低能) →传播者 (高能) e.传播者→免疫者。其传播能量的特点各有不同:a、b、c为强能传播, d为弱能传播, e则不会有能量传播。高能向低能传递等价于增加了谣言的可信度, 其传播过程类似于热辐射过程, 可类比写成, 并联系实际加以修正。弱能传播相对较小, 在一定程度上可以忽略, 我们对此不做研究。这样, 当能量为e1的谣言传入系统后, 运用以上假设与定义, 并结合相关知识, 我们可以近似地表示出系统谣言能量的变化, 以模拟谣言传播的过程。
接下来我们将以谣言能量传递的四个过程为基础, 选取重要的个体探讨系统能量的变化过程。四个过程如下:a.传播者→无知者;b.传播者→潜伏者;c.传播者 (高能) →传播者 (低能) ;d.传播者→免疫者。
第一, 谣言传播中能量的变化
在模型中, 系统中的任一个体都会不停地向外辐射能量, 同时, 又不断吸收其他个体的能量, 我们规定用e来表示每个个体具有的谣言能量, 理想情况下, 个体所能达到的最大谣言能量为A。Eb表示辐射源具有的能量, Ea表示吸收源具有的能量。
当辐射源 (指传播者) 辐射能量时, 辐射源所能达到的最大能量为A, 而实际情况下个体的辐射能力E恒小于或等于A, 因此, 我们将实际情况下个体辐射能与理想情况下个体辐射能的比值定义为信任度, 用ε表示。即:。实际情况下个体的辐射能量Eout可类比黑体热辐射公式用下式表示:。在式中, 为了调节公式, 确保其准确性, 用k1作为可变的调节量, α为可变参数。
当吸收源吸收能量时, 我们知道, 其吸收能量的多少与实际情况下辐射源和吸收源的差值正相关, 与吸收源本身具有的能量 (负6) 相。关。这样, 我们定义吸收率, 用δ表示。即:
我们考虑到个体对谣言的接受程度和谣言本身的可信度有关。为模拟这一事实, 结合数理方程建立的相关知识, 我们分别在公式的分子分母中引入能量参数S、T用以衡量谣言的可信程度。
实际情况下个体的吸收能力Ein可用下式表示:
根据实际调查分析发现, 剩余能量与传播等级、传播时间、个体性别以及个体差异都有可能有关。我们根据数学模型逐个分析, 从能量角度对系统整体及重要个体的谣言能量变化做详细探究。
第二, 总能量的变化
通过研究系统总能量的变化, 我们可以得出总能量变化公式, 进而通过数据仿真, 得到系统总能量变化曲线。系统总能量的变化体现了谣言影响力随时间的变化。研究能量的变化, 分析能量变化曲线, 就是为了得出随着时间的推移谣言影响力的消长及其变化速率。实际意义有二:其一, 了解谣言变化的微观规律, 更深入而透彻地了解谣言变化规律;其二, 研究谣言在传播过程中增长速率的变化, 得到控制和消除谣言的方法。 (根据相关数理知识, 在谣言增长速度最快的时间段内控制, 可最快消除谣言) 。其中, △Ei是指在由t到t′时间内第i个个体的能量变化量, 在系统中, 由于免疫者的能量△Ei≡0, 故我们只研究非免疫者的能量变化。根据上述分析, 我们可以得出△Ei的表达式, 即:
其中, pj为第j个体的传谣概率, q为个体对谣言的接受概率, △t=t′-t, N (t) 为t时刻传播者的人数。进而可得:
此时我们可以得出点能量的变化:即
由于E (0) =e1, 所以
第三, 个体能量的变化
通过对个体能量变化的研究, 我们推导出个体能量变化公式, 进而得出个体能量变化曲线。个体能量的变化体现了个体对谣言的信任程度和其传播能力的大小。这样, 我们可以得出随着时间的变化, 个体对谣言的输入和输出强度的变化。一方面, 通过研究个体对谣言传播能力的增减规律和变化速率, 我们可以在适当的时间控制, 从而遏制谣言的传播;另一方面, 通过观察个体对谣言信任程度的增减规律和变化速率, 我们可以选择适当节点加以控制, 从而在根本上消除谣言。
无知者与潜伏者定义为未传播者, 其能量恒为0, 不作考虑, 当转化为传播者时将在下面的过程进行分析。
传播者的辐射能量θ (t′) 的推导如下:
进而得出
最后我们得到传播者的辐射能量公式为
经过实际数据分析得出:Ei (t) 与个体差异有关, ei (t) 与传播等级有关。
第四, 典型特征量研究
根据上述分析, 我们引入系统及个体特征值如下:
1.个体信任度x (t) 的递增公式:
公式 (9) 代表在t时刻时个体能量的递增率。
2.个体影响度z (t)
个体影响度定义为j个体在t时刻辐射出的能量与该时刻总能量变化的比值, 即
个体影响度反映了一段时间内个体对系统能量传播的贡献程度, 体现了个体的能量传播能力。在谣言传播时控制影响度大的个体是抑制谣言大范围传播的有效方法。
3.总能量变化率η (t)
公式 (16) 体现了能量变化的增长幅度。
三、数据仿真与分析
为了研究网络谣言传播过程中的个体差异、模拟完整真实的传播过程, 在实验中, 我们随机选取容量为100的个体组成一个系统, 并散布一条谣言来观测相关数据的变化, 根据上述所建模型对所得数据进行仿真与分析。 (图2)
根据公式 (12) 我们得出系统谣言总能量随时间变化的趋势, 图2体现了谣言影响力随时间的变化历程, 分析能量变化曲线, 具体来说, 就是分析曲线的升降趋势和增长快慢, 我们可以得出随着时间的推移谣言影响力的消长及其变化速率规律:在网络谣言产生初期, 系统谣言能量随时间递增, 在第10天左右达到最大值, 而后随时间推移而递减。 (图3)
通过按照性别分类, 我们可以得到不同性别个体的谣言能量随时间变化的图像, 如图3所示。其中, 横坐标为时间变量 (单位:天) , 纵坐标为个体能量的积聚量的大小。由图中可以看出, 个体所具有的谣言能量随着时间推移而降低, 在初期 (30天内) , 男性所积聚的谣言能量要高于女性, 且男性传播谣言的时间持续更长。说明在网络舆论系统中, 男性的传谣能力要高于女性。 (图4)
在图4中显示了谣言传播以后不同时间下不同个体谣言传播等级与能量积聚变化的情况, 其中横坐标代表个体的传播等级, 纵坐标为个体谣言传播能量的高低, 图例为不同时间, 周期为12天。从图4中我们可以看出谣言在系统中出现以后, 在一个周期内, 系统中的具有谣言能量的个体逐渐增加, 且分布较为分散。随着时间的推移, 个体所积聚的能量逐渐降低, 但是仍然存在一些高传播等级的个体, 从第二个周期开始, 他们的影响力由高逐渐变低, 最终个体的谣言能量及等级减小至0。此时, 一轮谣言传播结束。
图5的意义为实现了能量变化流程的可视化分析, 根据传播等级, 时间以及性别的变化来分析能量的变化情况。红线表示为变化的上下限, 能量下面的中括号表示了能量的变化阈值, 最后由于给出的数据在变, 所以得到的能量区间也在变化。但是以获得的值为准。分析图5, 可以得出谣言能量的衰减主要受到时间影响, 其次受到传播者自身性质影响, 最后受到传播等级影响。
该模型由于将时间与传播者的相关度, 时间与传播等级的相关性考虑进来, 所以复杂度大大提高, 计算方式为:能量=阈值+时间*传播者权值+时间*传播等级。 (图6)
可以发现, 由于个体差异, 所以能量级别有了差别, 但是时间是影响谣言的首要制约条件, 其次传播等级也占到很大的比重。个体差异在一定区间内浮动。
四、结论
根据性别与单个个体两方面绘制了两个不同的模型, 观察了能量与传播等级与传播时间的影响。最终确立了谣言能量的衰减主要受到时间影响, 其次受到传播者影响, 最后受到传播等级影响。
在控制一个谣言的过程中, 在其传播开来的时候, 使未被传播者获得免疫谣言的能力是很有必要的, 当谣言无法控制时, 经过时间可以自动消退, 相反, 也可以理解, 如果是将谣言澄清, 那么也会起到很好地效果。
根据对谣言模型进行仿真, 发现谣言传播与个体有很大的差异。时间对谣言的影响程度是最大的, 谣言的传播与个体也有很大的差异, 性别也成为影响谣言传播的一个因素, 但是个体差异性不可避免。
在论文中, 通过建立网络谣言传播模型以及对传播机制的分析, 我们总结了新模型所描述的谣言传播的一些新特征:谣言传播的几个阶段;中心节点和一般节点对谣言传播的不同影响;谣言传播的动力学机制受几种重要因素的影响。并且通过实验和数据分析显示新模型能够从微观角度描述谣言传播的进程, 数值仿真实验证明谣言的能量变化与个体差异及时间存在一定关系。谣言能量随时间增长而呈现消减趋势;谣言网络中的关键节点 (影响等级较大的节点) 对谣言的传播起着决定性作用;能量传播级越高, 谣言的传播能力越强。通过分析, 本文认为在应对网络谣言传播的过程中, 应该从防御和辟谣策略两方面着手。首先在网络谣言防御方面:要全面提高网民素质, 提升对谣言的免疫能力;设法增加沟通平台, 提升政府和网民的信任和支持度;规范网络信息传播行为, 准确检测网络舆情。其次一旦爆发网络谣言后, 一、要及时、全面公开信息, 占据先入为主的优势, 使无知者转变成谣言的免疫者;二、针对谣言关注的话题, 指出其中破绽, 降低谣言的传播能力;三、控制中心节点, 通过免疫中心节点来强化主流言论;四、通过搭建公开讨论的网络平台, 以及权威专家解读和答疑的方式, 促使传播者及潜伏者“醒悟”, 转变为免疫者。
参考文献
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基于支路能量函数的脆弱支路评估 第8篇
电网脆弱性是指扰动或者故障影响下电网传输能力不断弱化的特性[1]。电网结构庞大而复杂,影响系统脆弱性的因素有很多,主要包括运行状态变化、通信设备故障、电力保护设备故障以及电网拓扑结构变化等。
从已有的国内外文献来看,电网脆弱性分为状态脆弱性和结构脆弱性两个方面[2,3,4]。这两方面的研究机理及方法大不相同。状态脆弱性是研究状态变量偏离正常状态或距离临界值的程度,研究方法以裕度计算,灵敏度分析及能量函数分析[5]为主;而结构脆弱性则是从网络拓扑的角度研究某一单元在网络结构中的“重要程度”,即该单元退出后对电网的影响程度,研究方法以复杂网络理论和小世界网络理论为主。
文献[6]基于结构保持的多机电力系统拓扑暂态能量函数,以支路势能为基础建立系统安全指标来评估系统脆弱性,但其支路势能函数仅包括有功功率对应的部分。文献[7]利用灵敏度技术定义了电网脆弱域指标,确定了电网的脆弱域和脆弱母线。文献[8]在概率论的基础上将风险理论应用于电力系统脆弱性评估,建立了评估电力系统脆弱性的风险指标和相应的算法,解决了传统的确定性安全评估方法无法满足电力市场以及复杂电力系统要求的问题。文献[9]基于蒙特卡罗概率方法,设定了母线割断概率、负荷损失概率以及负荷削减期望等,以此建立系统脆弱性指标分析系统的脆弱性。文献[10-11]将电网等效为有向权重图,分析电网在随机攻击和蓄意攻击下的脆弱性。文献[12]构建了基于线路电抗的加权电网拓扑模型,提出了评估电网脆弱性的新方法。文献[13]提出基于P,Q网分解的电网有向加权拓扑模型,给出了两种拓扑模型下线路的方向选取与线路权重大小的计算方法,由此利用复杂网络理论对电网脆弱性进行分析。
本文基于静态能量函数[14]的观点,从基本的支路功率传输等式出发,推导了完整的电网支路静态能量函数模型,将支路的有功功率和无功功率传输变化量共同映射到支路能量上,并基于能量信息建立了评估支路脆弱性的指标。通过对IEEE-30母线系统的仿真,证明了该方法的可行性和有效性。
1 支路静态能量函数模型
支路能量是支路传输功率的综合体现[15]。由于支路传输的功率包括有功功率和无功功率,因此支路能量应由支路上传输的有功及无功功率对应的两个势能组成。
由图1所示的支路模型[16],建立支路节点电压间的相互关系。
根据图1所示模型,由节点i、节点j的电压关系得(忽略线路电阻)
由式(1)可得支路节点i与节点j间的电压差Uij为
式中:Ui、Uj分别为节点i、j的电压幅值;ij为节点i、j的相位差;j为节点j的功率因数角。
根据支路功率传输关系,支路ij的潮流表达式为
式中:Pij是ij支路当前传输的有功功率;Qij是ij支路当前传输的无功功率;Bij是ij支路的电纳;Gij是ij支路的电导。
由此可得支路功率传输的变化量为
支路传输的有功功率主要由支路节点间的电压相角差决定,而无功功率主要取决于支路两节点间的电压幅值差。因此,本文建立了完整的同时包含有功及无功功率的支路能量函数模型,该模型同时对电压相角差和电压幅值差两部分进行积分[17],表达式为
将式(2)代入式(7),可得到支路静态能量函数值。式中Usij,sij,Psij,Qsij为Uij,ij,Pij,Qij的初始状态值。
基于基本的支路功率传输方程及静态能量函数的数学模型建立的表征支路能量的方程式(7),其物理意义在于:当系统运行方式从初始运行状态变化到当前运行状态时,支路的功率传输变化量在能量域的累积。
2 基于静态能量信息的脆弱性评估指标
2.1 脆弱趋势指标
根据系统脆弱性的定义,提出支路脆弱灵敏度表达式为
式中,ij为支路能量对支路节点电压差求导,因此ij能够表征支路能量随支路节点电压差的变化趋势。
随着支路传输任务的不断增加,系统各条支路均会呈现脆弱趋势,但各支路在脆弱趋势上却表现出不同特征。
当ij1时,随着电压差下降,支路能量呈下降趋势,且下降趋势明显,表明当前电压水平能承担此时的传输任务。
当0(27)ij(27)1时,随着电压差下降,支路能量呈现出一定的下降趋势,但其下降速率小于电压差的下降速率。此时支路能量的传输给支路造成了一定的负担,支路表现出一定程度的脆弱性。
当ij(27)0时,支路能量随电压差的下降而增大的趋势明显,支路传输任务明显加重,支路会表现出更强的脆弱性。
综上所述,根据脆弱灵敏度指标的物理意义,可得支路脆弱性的判据为ij(27)1。
将ij作为评估支路脆弱性指标其优势在于能全面量化支路传输有功无功和节点电压幅值相角对电网脆弱性的影响,物理意义清楚,且判据简单,有很强的实用价值。
2.2 脆弱程度指标
脆弱程度指标量度的是随着负荷的变化,支路能量逼近其支路能量极限的程度。
根据以上定义,提出脆弱度指标为
式中:Eij_t是当前运行状态下支路ij对应的能量;Eij_cr是支路ij对应的临界能量;Eij_ini是支路ij初始能量。
由式(9)可知,0Cij1。该式能指示当前支路能量接近其支路临界能量的程度。若Cij越小,表明在当前运行状态下,该支路能量距离其支路能量极限边界的裕度越小。即,若该支路传输的潮流不断加重,支路能量将向临界支路能量逼近,支路传输功率的脆弱特性将更加明显。
3 算例仿真
3.1 算法流程
1)建立电网的支路静态能量函数模型,提出支路脆弱性评估指标;
2)利用连续潮流法求解出系统崩溃点,再根据式(7)~式(9)计算不同负荷水平下支路能量、脆弱灵敏度和脆弱程度指标,根据指标值筛选出脆弱支路并判断支路的脆弱程度;
3)计算N-1故障下的支路脆弱灵敏度、支路脆弱度,比较分析不同故障模式下的脆弱支路;
4)依据步骤2)、步骤3),分析支路脆弱灵敏度指标和脆弱度指标对支路脆弱性的指导作用。
3.2 基态下的支路脆弱性分析
采用IEEE-30母线系统对本文所提指标进行研究。当系统运行状态改变,支路的脆弱性会随之变化。
现取负荷水平为(28)0.1,(28)0.2,(28)0.529 84(系统崩溃点)三种情况进行对比分析。各仿真结果如图2~图4所示,横坐标对应各支路编号。
由图2~图4对比可知,随着负荷水平的增大,脆弱支路逐渐增多。支路21-22(编号28)在负荷水平较轻时,该支路脆弱灵敏度值较其他支路值相差较大,表现出明显的坚强性;而随着负荷水平的增大,该支路脆弱灵敏度指标值明显减小,表明该支路在负荷增长后传输能力不断弱化。负荷水平变化后不同支路脆弱灵敏度指标的变化表明本文所提脆弱灵敏度指标对负荷波动具有灵敏性。
表1所列出的是在不同负荷水平下由脆弱性指标筛选出的脆弱支路。(28)0.1时,脆弱支路有24-25、27-30、8-28;负荷增大到(28)0.2时,脆弱支路有6-10、24-25、27-30、8-28;当负荷水平增加导致系统崩溃时((28)0.529 84),脆弱支路增加到8条,包括5-7、6-10、24-25、27-28、27-29、27-30、29-30、8-28。其中2-5、8-28为发电机支路,由发电机支路向系统注入的能量及能量变化量均较大,导致了距离发电机较近的该类支路脆弱。6-10为变压器支路,24-25、27-28、27-29、27-30、29-30为末端支路,且都直接带负荷,传输任务很重,导致该类支路易表现出脆弱性。
从表1还可看出,随着负荷水平增长,脆弱支路的脆弱度指标逐渐减小,表明脆弱支路的脆弱程度会随着负荷的增加而逐渐加深。若负荷持续增长至系统崩溃点,各支路脆弱度指标值变为0。说明本文所提的脆弱度指标与负荷的增长存在相应的递减关系,即脆弱度指标能准确的量度支路在不同负荷水平下的脆弱程度。
需要指出的是,支路的脆弱与否取决于系统运行状态。如支路6-10的支路脆弱灵敏度随着负荷水平的增大而减小,而支路8-28却先增大再减小。这是由于发电机出力或者负荷需求变化后,系统的潮流分布相应变化,这种变化是由系统结构决定,并不是简单的线性关系。
3.3 N-1故障下的支路脆弱性分析
对IEEE-30系统进行N-1故障下的脆弱性分析。不同支路开断时,会导致系统的拓扑结构发生变化。因此,潮流转移将导致不同支路表现出脆弱性。
遍历N-1故障,支路5-7、6-10、24-25、27-28、27-29、27-30、29-30、8-28在所有N-1故障下都表现出较大的脆弱性。限于篇幅,表2仅列出较严重的支路开断故障及对应故障模式下的脆弱支路。
表2及图5表明,开断临近发电机的支路17(12-15)后,对系统其他支路的脆弱性影响最大,脆弱支路达11条。原因是靠近发电机支路承担着注入系统功率的任务,一旦该类关键支路故障退出运行,系统其他支路受关键支路断开后的潮流转移较其他非关键支路更为严重,进而系统表现脆弱的支路更多。
通过分析比较基态下及N-1故障下评估出的脆弱支路,IEEE-30母线系统的关键脆弱支路(即在不同运行方式下都表现出脆弱性的支路)有24-25、27-30、8-28,而支路5-7、6-10、24-25、27-28、27-29、27-30、29-30、8-28在所有N-1故障下都表现出一定的脆弱性。仿真结果表明,靠近发电机的支路及网络末端支路易表现出脆弱性。这些筛选出的关键支路对系统的规划和运行具有指导意义。
4 结论
评估电力系统的脆弱支路,对电力系统的安全运行具有实际意义。本文建立了完整的基于支路传输功率的支路能量模型,根据脆弱性的定义,提出了基于能量信息的支路脆弱性评估指标。理论分析和算例仿真结果表明:
1)本文所提指标建立在静态能量函数的基础上,综合考虑了系统的多个物理量对能量信息的映射,较之其他方法能够更加全面且准确地反映不同运行状态下的支路脆弱性。
2)指标的建立仅依赖系统的静态潮流,可采用实时潮流信息计算得到,方法简单,思路清晰,且静态能量模型具有计算速度优势,可望用于在线评估。
基于能量 第9篇
随着信息技术的不断发展, 建设信息化电厂的呼声越来越高。首先, 电力市场改革的关键是电厂实现资源的最优配置, 以电力产品安全可靠、低成本和优质服务为核心, 实现“节能、环保、可靠、安全”4个重点;其次, 随着电力市场的不断完善, 电厂作为参与市场竞争的经营主体, 需要提高生产管理水平, 特别是加强专业化的软/硬件系统的建设;再次, 采用综合利用计算机技术、网络技术、软件技术的现代信息技术系统已经是电厂提高运行和管理水平、提高企业竞争力的必要手段, 同时也是国电集团信息化建设的统一目标[1]。
国电双辽发电有限公司 (以下简称双辽电厂) 一方面积极争取竞价上网售电, 增加售电收入;另一方面加强内部管理, 不断找出挖潜增效的新路子、新方法, 通过建设专业化系统做到优化运行和节能降耗, 不断降低能量损失和成本消耗, 以弥补煤价、电价的波动而引起企业效益的变动, 使企业实现可持续发展。
1 企业信息化建设现状
1.1 内、外部需求
双辽电厂的信息化建设时间较早, 建立了包括SIS、统计、计划、燃料、物资等多个系统;另外铺建了覆盖全厂的通信网络, 采购了一大批控制系统接口设备和服务器设备。双辽电厂还是国电集团NOSA (National Occupational Safety Association) 安健环管理体系建设的试点单位, 在积极推进NOSA建设的同时, 电厂决策层也意识到生产过程监督和生产运行管理的重要性。本项目的目的是为国电集团争创一流发电厂的目标尽一份力, 在提高各类计划考核指标、增加企业效益的同时, 提高自身的自动化和信息化管理水平, 同信息化电厂建设的思想相呼应, 在促进电力企业的科学发展过程中起到自身的推动作用。因此企业希望基于电力生产所面临的新问题和生产管理过程的需求, 立足现有系统整体规划, 对现有系统和整体信息化系统进行重构。
1.2 国内SIS现状
自20世纪70年代以来, 在电厂节能理论及应用的研究方面, 美、日及欧洲的一些发达国家走在世界的前列, 涌现出许多商品化的计算机辅助监测与经济性诊断系统。国内开展此类技术的研究是从20世纪90年代初开始的, 大量的科研工作集中在以常规热力计算为中心的系统研究和应用上, 也取得了许多技术成果, 但与国外相比, 仍存在一定的差距。以性能试验和经济性分析等产品为例, 其主要表现在:计算模型模式化, 分析过程缺乏整体架构, 信息孤岛现象严重, 多参数综合分析、系统间耦合诊断应用较少, 缺乏知识化分析和挖掘等。
1.3 双辽电厂节能分析系统开发规划
在长期推进节能减排的工作过程中, 我们发现在降低供电煤耗、提高设备可用系数、减少污染物排放等方面电厂仍有巨大潜力可以挖掘。分析国内外热力系统分析和经济性诊断系统, 我们将本系统的发展目标定位在:开发远程工况监视与信息平台系统、分层分布式结构的诊断系统与自主闭环诊断系统等, 构造大型工况数据库和经济性诊断数据库、集成化的和系统化的分析和决策系统、可行与可信的生产过程分析与决策支持系统。
2 系统介绍
2.1 系统架构
硬件系统方面, 在设计时采用国际标准协议, 既兼顾了技术上的成熟性, 同时也保证了系统的先进性。利用1 000 Mbit/s的冗余以太高速网络作为信息传递和数据传输的媒体, 核心交换机和各底层控制系统接口机用光纤连接。实时数据采集及传输部分均采用独立的工业级双光纤冗余环网, 通信速度为1 000 Mbit/s。所有的服务器都直接连接到核心交换机上, 其他客户终端通过部门级交换机和主干网络相连接 (见图1) 。
软件系统方面, 基于软件工厂的开发思想, 建立了可配置、可视化的分层的应用软件平台, 包括:数据库平台、性能计算平台、组态管理平台、发布管理平台等4个主要的软件平台。各平台之间、平台的各类功能之间实现数据与功能的耦合控制, 杜绝信息孤岛的产生。各平台具有通用组态和自定义配置的功能, 同时提供基于面向对象的软件开发工具包SDK, 以便进行二次开发[2]。
2.2 系统的技术路线
传统的节能分析以热力学第一定律为基础, 分析的基准是能量转换过程中能量平衡, 追求热效率最大化。而在市场经济条件下节能分析要以“能量价值分析”为基础, 分析的基准是发电厂在能量转换过程中实现能价增值, 追求效益和利润最大化, 这是与传统节能分析最根本的区别。从“能量价值理论”[3,4]看, 能量在转换过程中虽然可用能逐步降低, 但能量的价值却逐步增加, 相同的能量之间, 热能的能价大于煤的能价, 而电能的能价大于热能能价。“能量价值分析”方法是在热力学分析的基础上, 按能量价值的大小进行分析, 得出的结果才是真正意义上的技术经济指标。按此原理推导出“综合成本煤耗率”的计算公式, 代替常规供电煤耗率进行节能分析计算, 克服了传统热力学分析方法的局限, 把热力学和经济学有机地结合在一起, 成为在市场经济条件下发电厂技术经济分析的一种科学方法, 可成为发电厂降低成本和节能降耗的有效途径。
综合利用计算机的综合运算能力和数据仓库技术, 开发研制基于Internet/Intranet的开放式、远程、智能的监控、诊断与分析系统, 以技术手段提供火电厂的安全生产水平, 减少非计划停机, 帮助运行人员分析报警信息, 优化人机交互, 提高运行人员利用信息的效率, 进而提高火电厂的经济效益和社会效益。
2.3 系统组成及其功能
节能分析系统是集火电厂运行监视、运行经济性分析、可靠性诊断、综合成本优化于一体的火电厂自动化和信息化系统, 它以火电厂热力系统为研究对象, 基于先进的能量价值理论, 研究电厂主热力系统以及各子系统的运行状况和水平, 将各个系统的运行数据互相作为性能分析的依据, 形成层次性和环路式的诊断结构, 在此基础上对全厂的能量形式进行综合评估, 最终实现整个能量系统的节能与增效的最优化。
节能分析系统主要包括以下几个主要部分。
2.3.1 生产监视门户系统
该系统形成生产管理透视门户, 使得全厂各个专业的生产信息在发布平台一目了然, 极大地方便了电厂领导和管理人员对生产情况的把握, 健全了用户和权限机制, 提供不同用户的导航功能, 能够针对关注页面进行灵活的定制。目前, 生产监视门户系统已经成为全厂开展生产监视和运行分析必不可少的有效工具 (见图2) , 它集成了双辽电厂远程DCS、TDM、脱硫、RTU等多个控制系统, 形成了数据、图形、趋势、文字/短信息报警等综合功能体系。
2.3.2 统计考核系统
该系统在实时/历史数据库的基础上建立了计算平台软件, 统一对实时经济性指标和可靠性指标进行统计分析, 及时准确地发布各类指标。同时进行数据挖掘和分析, 为进行可靠性查询和统计以及进行班组考核提供数据依据, 为优化检修和运行提供操作指导。该功能涵盖了SIS中报表统计、设备可靠性统计、参数超限报警、指标考核、发电考核等具体功能模块, 也成为开展生产管理和分析必不可少的工具箱。
2.3.3 综合运行优化指导系统
该系统以火电厂热力系统为研究对象, 以大量的实时过程数据为基础, 进行全厂性的性能计算和能损分析, 研究机、炉、电、热等主要系统和设备的特性。性能计算采用基于国标、ASME标准的计算模型, 能损指标计算及评价采用基于等效焓降法、循环函数法等最新理论, 同时基于“能量价值理论”进行全厂性技术经济指标的计算及分析。运行优化的主要内容包括:工况优化、负荷优化、燃烧优化、吹灰优化、循环水系统优化等, 建立专门的指标综合优化策略, 采用动态寻优的方法, 寻求改善运行的合理手段。实践证明, 通过运行工况优化调整可以较大地提高设备健康状况和经济性水平, 具有切实可行的指导意义。
2.3.4 能量审计和成本分析系统
以经济性分析和可靠性分析为基础, 建立火电厂能量平衡体系, 针对煤、油、水、电、热等不同能量形式分别进行计量和审计, 形成全厂能流图及能量价值的图形化显示, 查清各主要生产环节的能源消耗情况和消耗水平, 找出节能潜力所在并确定火电厂节能方向。为实施节能技术改造提供依据, 并重点进行“能量价值分析”, 得出真正意义上的技术经济指标“综合发电成本能价” (见图3) 。
以此为依据, 通过设备性能状态分析和各系统运行参数分析, 将各类能损折合为能耗成本的形式, 以反映成本损耗的成因。
3 结语
随着发电企业的目标向效益最大化方向转变, 以及地方政府及主管部门在政策和资金上的支持, 为本项目的研发和产业化提供了良好的机遇。双辽电厂节能分析系统可以为发电企业提供从底层控制系统、中间层的实时系统到高层决策支持系统的全面解决方案, 依据自身技术优势达到预期目标。
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基于能量 第10篇
1 LEACH算法以及不足
LEACH是一种低功耗自适应分层路由算法, 以“轮”的方式完成无线数据传输[4]。每轮分成簇建立阶段和簇稳定阶段。在每轮初始阶段进行簇头选举, 簇头选举条件[5,6]如式 (1) 所示。其中, P为簇头所占比例, r为当前轮数, mod () 为求余运算, G为节点集合。
所有节点产生一个0~1之间的随机数, 如果这个值小于T (n) , 则该节点宣布成为簇头, 并且广播簇头消息, 其他成员节点收到广播消息后加入该簇。簇建立好之后, 簇头为该簇内所有成员节点分配TDMA时间表, 所有成员节点按照TDMA时间表向簇头节点发送数据并进入稳定阶段[7]。在LEACH路由算法中, 能量消耗模型是一阶无线电模型[8], 如图1所示。
在无线传输距离门限d条件下, 无线信道分为自由衰落模型和多径衰落模型。在自由衰落模型下, 节点发
送k bit数据所消耗的能量如式 (2) 所示:
在多径衰落模型下, 节点发送k bit数据所消耗的能量如式 (3) 所示:
节点接收k bit数据所消耗的能量如式 (4) 所示:
其中:Eelec是发送电路和接收电路消耗能量, εamp是放大电路放大数据所消耗能量。信号在无线信道中传输所消耗的能量与距离dr成正比[9]。根据两个模型定义, 直接传输会比多跳传输消耗更多能量[10]。簇头节点在数据融合中需要消耗一定的能量, 如式 (5) 所示:
在每一次选举过程中, 簇头节点随机从普通节点选举出[11]。可能存在某些普通节点与簇头节点保持较远距离的情况。经过一轮传输后, 这些边沿节点能量消耗远远大于靠近簇头节点能量消耗。如果在某一轮簇头选举过程中, 这些边沿节点满足式 (1) 中条件而成为簇头, 这样会出现簇头节点能量小于该簇内某些其他成员节点的情况, 不利于网络通信。将网络节点以基站为中心, 按照离基站距离不同划分到不同区域中, 以多跳的方式转发数据达到降低发送能耗的目的。本设计也是基于这两点对LEACH路由协议进行改进。
2 LEACH协议改进及建模
为了选取剩余能量较多的节点担任簇头, 在本设计中, 簇头节点选举参考节点能量剩余因子。其选举条件如式 (6) 所示:
其中:Esu为网络节点消耗的能量总和, Eeu为网络节点能量总和。节点能量剩余因子表征该网络节点平均剩余量大小, 范围为0~1。节点的能量剩余因子越大, 节点所消耗的能量越小, 剩余能量越多。剩余能量越多的节点成为簇头, 则更有利于无线数据传输。
为了平衡网络中簇头节点能量消耗, 根据基站与簇头节点相对位置, 划分不同弧线区域:S3、S2和S1, 如图2所示。
网络中所有节点随机分布在长度为L的正方形区域内, 基站位置为。通过不同弧线将簇头节点划分到不同的区域中, 每条弧线与基站距离分别为R1、R2和R3。通过多跳的方式避免远距离传输无线数据, 达到降低能量消耗的目的。通过合理分配R1、R2和R3长度, 可以平衡整个网络簇头节点能量消耗。由图2可计算出第一根弧线所划分的区域面积S1为:
第二根弧线与第一根弧线所占面积S2为:
第二根弧线与第三根弧线围城的面积S3为:
得到弧线围成的区域面积之后, 即可得到网络中所有簇头节点数量与面积关系, 如式 (10) 所示:
其中, N为网络中所有节点数量总和, k为比例因子。对于网络中簇头节点n来说, 它发送长度为k时, 所消耗的能量为:
其中, c为簇头节点n所在弧线区域。对于每一个区域内簇头节点发送数据长度为k时, 所消耗能量为:
为了达到网络中簇头节点能量消耗相互平衡, 每一个区域内簇头节点所消耗的能量相近, 即式 (13) 成立:
E (3) ≈E (2) ≈E (1) (13)
3 实验结果与分析
为了分析LEACH改进后的有效性, 使用MATLAB进行仿真。环境为随机分布在100 m100 m范围内的200个节点, 如图3所示。
图4和图5是改进前后算法在相同条件下仿真效果图。图4表示LEACH算法与改进算法在节点生命周期上的仿真。
由图4可看出, LEACH算法与改进算法分别在632轮和806轮出现节点快速死亡。在节点剩余数量为10%时, LEACH算法与改进算法执行轮数分别为974和1 482。充分说明改进算法能有效地延长网络节点生命周期, 并且降低节点死亡速率。
图5表示在该两种算法上, 每轮网络中无线数据通信量。
由于部分簇头节点需借助其他簇头节点转发无线数据, 因此, 改进算法每轮无线通信量约为改进前2倍。由图4可以看出, 在无线网络通信量增加的情况下, 网络生命周期依然得到延长。说明无线网络通信量增加所消耗能量小于簇头节点采取转发方式所节约的能耗。总体而言减少了能量消耗, 延长了网络生命周期。
选举出剩余能量较多的节点担任簇头节点, 可避免簇头节点提前死亡现象发生。簇头节点发送数据由直接改为多跳, 既降低了发送能耗, 又平衡网络中簇头节点能量消耗。在提高整个网络生命周期的前提下, 避免了远离基站的节点提前死亡的现象发生。仿真结果表明, 通过改进簇头选举条件和采用多跳路由方式, 使无线传感器网络生命周期得以延长。
摘要：针对LEACH路由算法中簇头选举随机性和簇头与基站直接通信导致能量消耗过快且不平衡的特点, 提出新的改进算法, 以达到降低能耗目的。在改进算法中, 簇头剩余能量高于网络平均能量。根据簇头节点与基站的相对位置划分不同区域, 簇头节点发送数据采用多跳方式, 避免簇头节点能量消耗过快, 达到平衡网络能量消耗的目的。仿真表明, 通过改进簇头选举条件和采用多跳路由的方式, 即使在数据通信量增加的情况下, 依然能够延长网络通信时间。
关键词：无线传感器网络,LEACH,簇头选择,多跳路由
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基于能量 第11篇
【关键词】电能量采集;报修系统;J2EE
一、前言
随着全球资源环境压力的不断加大，电力行业正在面临这前所未有的挑战和机遇，建设更加安全、可靠、环保、经济的电力系统已经成为全球电力行业的共同目标。人们幻想着建立一个电力系统网络，将能源资源开发、转换（发电）、输电、配电、供电、售电、服务以及蓄能与能源终端用户的各种电气设备和其他用能设施，通过数字化信息网络连接在一起。这一系统将充分利用各种能源资源优化配置，实现精确供能、对应供能、互助供能和互补供能。人们普遍将这样的电力系统网络称为智能电网，而高级量测系统（AMI）则是完成智能电网建设的第一步。
二、电能量管理系统的发展和现状
电能量管理系统从早期的单机系统只能完成基本的电网监控功能，发展到现在基于网络、分布式的电能量管理系统都是随着计算机技术的进步而一同前进的。电能量管理系统从之前的集中模式，所有功能都集中在一台服务器上，发展到采用“客户端/服务器”（C/S）模式。
但智能电网的提出后，要求AMI作为一个用来测量、收集、储存、分析和运用用户用电信息的完整的网络处理系统，由安装在用户端的智能电表、位于电力公司内的计量数据管理系统和连接它们的通讯系统组成。近来，为了加强需求侧管理，该体系又延伸到了用户住宅之内的家域网。AMI这个基础设施主要包括家庭网络系统（用于通信温度调节器及其他可控设备等）、智能表计、本地通信网络、连接电力公司数据中心的通信网络、表计数据管理系统以及数据集成平台等。AMI系统的发展对电能量管理系统的组网和通信能力提出了更高的要求。
AMI系统中安装在用户端的智能电表能根据需要，同时实现多种计量并具有双向通讯功能。同时，有的也可以作为通向用户室内网络的网关，起到用户端口的作用，提供给用户实时电价和用电信息，并实现对用户室内用电装置的负荷控制，达到需求侧管理的目的。
随着AMI的发展决定了电能量采集终端报修系统必需有很强的扩展性，能够充分利用现有的设备，在以后实现对电能量采集终端的直接监控，第一时间发现故障并报修。
三、国内外的研究现状
我们对C/S结构和B/S进行仔细的比较和选择，我们可以知道C/S两层体系结构在应用系统开发中得到了广泛的应用。但是它也有缺点：当客户端数目激增时，服务器端的性能会因为负载过重而大大降低;客户端和服务器端耦合度太高，维护和管理的难度较大;每台客户机都需要安装相应的客户端程序，给应用维护和升级带来了极大的不便;大量的数据传输增加了网络的负载。
为了解决以上存在的问题，人们将业务逻辑层提取出来作的中间层。该中间层为所有用户共享，作为整个系统的核心，提供的功能主要有：负责客户机与服务器、服务器与服务器间的连接和通信;实现应用与数据库的高效连接;提供一个多层结构应用的开发、运行、部署和管理的平台，具有事务处理、安全控制以及为满足不同数量客户机的请求而进行性能调整的能力。这样，就使传统的二层C/S结构演变成三层C/S结构，在层与层之间相互独立，任何一层的改变不会影响其它层的功能，从而极大地降低了客户端和服务器的耦合度;也使客户端的工作量减少，开发和管理工作向服务器转移，使得分布式数据处理成为可能。三层结构相对二层结构来说，无论是从理论上还是实践上都使应用者向前迈进了一大步。但是三层结构也有其缺点：一是计算能力过于分散，客户端的维护费用随着客户端的增加而递增;二是对数据库的资源使用限制在局域网范围内，无法使用Internet资源。
针对C/S结构的缺陷，B/S应运而生。对于典型的三层应用系统来说，通常可以把系统分成三个层次：数据层、表示层和业务逻辑层。
四、J2EE架构的介绍和应用现状
在对当前新形势下电能量采集终端报修系统建设的要求进行缜密的分析和研究后，参考了国内外的专家意见和建议，最终决定采用B/S三层架构作为系统的基础技术构架，以J2EE技术作为系统的核心技术标准。
在两层体系下，业务逻辑在客户端和服务器端都有分布，而且服务器端的主要计算任务都由数据库承担。利用数据库系统处理大量的业务计算并没有完全发挥出数据库管理系统的特长，当请求并发量巨大时，数据库性能下降很快。针对这一不足，三层架构的处理方式是：业务逻辑分布到应用服务器上，数据库只负责基础业务数据的管理，主要的计算任务由应用服务器完成，从而充分利用了应用服务器在并发处理和逻辑计算方面的优势。另外，应用服务器还可以做集群的配制。这样，当计算请求并发量巨大时，集群的多台应用服务器之间可以动态的进行任务分配，实现负载均衡，保证了系统性能不会因为大量并发用户的访问而急剧下降，另外系统也同时具备了很好的可扩展性和伸缩性，即在请求并发量增大或减少时，可根据实际情况增加或减少应用服务器数量，以便保证性能的前提下，合理利用硬件资源。这些都是两层结构所不具备的优点。
应用J2EE的三层架构对于保留现存的IT资产有着重要意义。由于电能量采集终端报修系统的特殊性在面对适应新的业务需求的同时，也要充分利用好已有的资产，因此，在信息系统建设方面，做平滑的系统迁移方案，而不是重新制定全盘方案就变得很重要。这样，一个以渐进的，而不是激进的、全盘否定的方式建立在已有系统之上的服务器端平台机制，是电能量采集终端报修系统所力求的。J2EE架构可以充分利用用户原有的投资，主要是因为J2EE拥有广泛的业界支持。每一个供应商都对现有的客户提供了不用废弃已有投资，进入可移植的J2EE领域的升级途径。另外，由于基于J2EE平台的产品几乎能够在任何操作系统和硬件配置上运行，现有的操作系统和硬件也可以被完整地保留下来继续使用。
五、小结
智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向，是21世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势。它建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。
由于电能量采集终端报修系统的开发是在其需求还不很明朗的情况下探索性开发的。J2EE优越的可扩展性能够在合理时间内，开发高质量满足需求的软件产品，能够随着智能电网的发展不断前进。
参考文献
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[3]Cattell Rick，Inscore Jim.J2EE技术实践[M].北京：机械工业出版社
基于能量 第12篇
1 总势能和外力势能定义
1.1 外力功和外力势能定义
设力f在位移u上做的功为
式中为广义位移ui的最终值.
如果某力系所做的功和位移的最终值有关，而与达到最终值的路径无关，则该力系称为保守力系(或称有势力系)，否则称为非保守力系.
为了保证功与路径无关，式(1)中的被积函数应为全微分，记为[2]
则
式中,Vf(ui)是一个与路径无关、单值连续的状态函数，称为力系fi的势能，即外力势能.
参考文献[2]给出了保守力系和势能函数Vf的关系，可以根据它们的关系来检验给定力系是否是保守力系(或称有势力系).
由上述定义，重力、弹性力、力的大小和方向在做功时保持不变的力系均为保守力系(或称有势力系).例如，设某一维弹性压杆，一端固定，如果压杆自由端的外力f随着弹性体变形u一起由零线性增加到全值f0和u0，即该外力为弹性力，由外力势能的定义，外力功与路径无关，该外力是保守力系(或称有势力系)，此时，外力功为，假设自然状态下的弹性压杆势能为0，那么外力势能为
1.2 总势能定义
弹性系统的总势能Π的定义为弹性体的应变势能Vε和外力势能Vf之和，即[7]
当作用在弹性体上的体力fi和面力¯pi的大小和方向在位移过程中均保持不变时，式(4)可改写为
其中，式(4)和式(5)右边第1项为应变势能，第2项为体力势，第3项为面力势.
当物体在不受外力作用的自然状态下(即ui=0)，应变势能与外力势均为0.
现有文献一般从真实状态和可能状态分析总势能，认为式(5)中的ui和εij为满足位移边界条件的可能位移和可能应变，且可能位移和可能应变满足几何方程.这样容易引起一些字面上的误解：虚位移对应的功为虚功，可能位移对应的功为可能功，真实位移对应的功为真实功，甚至把可能位移对应的功也认为是虚功.如此就产生了一些困惑：式(5)第2项和第3项的势能似乎是可能的(虚的)?而式(5)的第1项应变势能，由于前面有1/2的系数，又似乎是实的？但又由于εij和可能位移ui满足几何方程，既然式(5)第2项和第3项的势能是虚的，那么式(5)的第1项又似乎是虚的？如果式(5)的第1项的应变是虚的，似乎应变势能前面不应该有1/2的系数？以下笔者从能量变化过程角度分析外力作用下的弹性体能量的变化情况，以澄清相关困惑.
2 一维弹性压杆能量分析
2.1 时时处于稳定平衡态弹性压杆分析
先来考察一个稳定平衡态的系统，以一端固定、自由端受外力f的一维线弹性压杆为例进行分析.压杆的弹性系数为k，质量为m，压杆长l，为保证弹性压杆在加载过程中时时处于准静态(即时时处于稳定平衡态)，从自然状态，让外力f从零逐渐缓慢线性加载直至最终值f0，最终位移为∆l.考虑到在最终位置有f0=k∆l，此时，外力做的实功为
由于σ=kεl，最终应变˜ε=∆l/l，应变势能为
由于加载过程中，弹性压杆时时处于稳定平衡态，不涉及到动能和其他机械能，因此,外力功全部转换为应变势能.
2.2 非平衡态到稳定平衡态的弹性压杆分析
现来考察一个非平衡态到稳定平衡态的系统，仍以一端固定、自由端受外力f的一维线弹性压杆为例进行分析.压杆的弹性系数为k，质量为m，压杆长l，在自然状态下，作用一个大小和方向不变的外力f=f0，此时，弹性压杆处于非平衡态(外力和内力不平衡)，由牛顿第二定律，弹性压杆将存在加速度，即弹性压杆存在动能，而且弹性压杆也存在因阻尼引起的耗散能.
设t时刻，弹性压杆位移为x，此时，假设弹性压杆的动能为ED，因阻尼引起的耗散能为Eη，总能量E为
如果以自然状态的势能为0，则由能量守恒，总能量E=const=0.
下面来分析弹性压杆的外力势能和应变势能.
外力功和外力势能：外力功为f0x，由于外力f=f0的大小和方向在做功时保持不变，即该外力是保守力系(或称有势力系)，以自然状态的势能为0，外力功冠以负号为外力势，此时外力势Vf=-f0x.
应变势能：由于该弹性压杆的变形由0逐渐线性增大到x，而ε=x/l，σ=kεl，此时弹性压杆的应变势能为
由式(8)可见，总能量可写为
由式(10)可见，弹性压杆将出现震荡，随着能量的耗散，最终弹性压杆将由非平衡态转变为稳定平衡态.
现在撇开动能和耗散能，只考察势能的变化规律，总势能为
对式(11)分析可知，当x=f0/k=∆l时，总势能取极值，此时弹性压杆处于稳定平衡态.
对比式(10)和式(11)可见，可以认为式(10)是从过程来分析总能量变化，而式(11)是从状态来分析总势能变化.显然，从状态来分析总势能变化时，当x=f0/k=∆l时，总势能取极值；而从过程来分析总能量变化，当x=f0/k=∆l时，由于应变势能、外力势、动能和耗散能之间的相互转换，弹性压杆并不一定处于稳定平衡态，只有当动能为0时，弹性压杆才处于稳定平衡态.
当弹性压杆处于稳定平衡态时，此时弹性压杆动能为0,x=f0/k=∆l，假设自然状态的势能为0，由式(8)有
即
由式(13)可见，弹性压杆的应变势能和耗散能均等于外力功的一半.
3 非平衡态到稳定平衡态的三维弹性体能量分析
设给定三维弹性体的体积为V，表面为S，并受到体力fi和边界Sσ上的面力¯pi，同时在Su上给定位移约束¯ui.在自然状态下(即ui=0)，作用一个大小和方向不变的体力fi和面力¯pi，此时，弹性体处于非平衡态(不满足平衡微分方程和应力边界条件)，由牛顿第二定律，弹性体将存在加速度，即弹性体存在动能，而且弹性体也存在因阻尼力引起的耗散能.
设t时刻，弹性体的位移为ui，外力功为；由于弹性体的变形由0线性增大到ui，此时弹性体的应变能为另外，由于体力fi和面力的大小和方向在做功时保持不变，此时，该外力是保守力系，以自然状态的势能为0，外力功冠以负号为外力势能，即外力势能为.假设弹性压杆在时刻t的动能为ED，因阻尼引起的耗散能为Eη，于是得到总能量为
如果以自然状态的势能为0，则此时总能量是常数，等于0.
现撇开弹性体的动能和耗散能，只考察势能的变化规律，此时，总势能为
由式(15)分析可见，当弹性体处于稳定平衡态，即ui为稳定平衡态的位移时，δΠ=0，且δ[2]Π0，总势能取极小值.进一步分析可知，当弹性体处于稳定平衡态时，δΠ=0即对应于虚功方程.
4 讨论
设给定弹性体的体积为V，表面为S，在自然状态下，受到体力fi和边界Sσ上的面力¯pi，同时在Su上给定位移约束¯ui，且体力和面力的大小和方向在变形时保持不变.以下对该外力作用下的弹性体的几个问题进行讨论.
(1)虚功方程要求在虚位移发生之前，弹性体处于平衡状态.由于上述外力作用下的弹性体一般处于非平衡态，在任意的可能位移和可能应变下，其对应的外力和应力并不一定严格满足平衡微分方程和应力边界条件，即对于上述外力作用下的弹性体来说，任意的可能位移和可能应变一般不满足虚功方程.
(2)一些文献认为上述外力作用下的弹性体的外力功为虚功，这种认识不合理，总势能的外力功(冠以负号即为外力势)是实际载荷在约束允许的可能位移下的可能功，该功是实功，但区别于真实位移(稳定平衡态的位移)对应的外力功.
(3)由于上述外力作用下的弹性体在变形过程中，弹性体的应变能是从0逐渐线性变化到最终值，因此，应变能为
(4)一些文献在介绍总势能时，认为上述外力作用下的弹性体处于准静态，这个认识不合理.上述外力作用下的弹性体本质上是一个从非平衡态到稳定平衡态的动态过程.从总能量来看，在这个过程中应变势能、外力势、动能和耗散能之间相互转换，当动能为0时，弹性体处于稳定平衡态.
5 结论
由位移变分方程出发推导获得最小势能原理时，一般会遇到大小和方向在位移过程中均保持不变的外力作用下的弹性体.如果从准静态角度分析该外力作用下的弹性体，可能会出现认识上的一些困惑，另外，如果从字面上认识可能功、虚功，以及误以为真实位移对应的功才称为实功等，将进一步加重这些困惑.本文从能量变化过程角度分析了该外力作用下的弹性体能量的变化情况，认为如果指明最小势能原理的获得是一个从非平衡态到稳定平衡态的动态过程，以及指明现有文献仅仅对从非平衡态到稳定平衡态的弹性体总能量中的总势能进行考察，也就是从状态角度进行考察，而总势能是总能量中的一部分，这样可以避免一些困惑.
摘要：当作用在弹性体上的外力的大小和方向在位移过程中均保持不变时,该弹性体定义的总势能的虚实常引起困惑.该文从能量变化过程角度对该外力作用下的弹性体进行了分析,认为该外力作用下的弹性体是一个从非平衡态到稳定平衡态的动态过程,在这个过程中应变势能、外力势能、动能和耗散能之间相互转换,当动能为零时,弹性体处于稳定平衡态,此时弹性体总势能达到最小值;由此认为,从真实状态和可能状态角度分析该外力作用下的弹性体时,总势能中应变势能和外力势能对应于可能应变和可能位移下的势能,但并不是虚势能.
关键词：弹性力学,总势能,外力势能,能量,过程
参考文献
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