分布式储能技术

分布式储能技术（精选十篇）

分布式储能技术 篇1

分布式能源发电技术是指布置在用户侧或者资源富集区的小型发电单元。由于我国资源南北分布差异大, 所以我国传统的发电方式是大型集中式发电单元, 这种发电单元由于发电侧和用电侧距离较远, 导致输电损耗比较大, 而分布式能源是一种就地取材的发电方式, 分布式能源一般使用的都是可再生能源如风能、太阳能、潮汐能等, 随着能源危机的出现和人民用电量的大幅提高, 必须寻找一种高效节能的新型能源发展模式来解决日益凸显的经济发展与能源短缺之间的矛盾。而日益兴起的分布式能源为我们提供了一个很好的解决思路。但是由于分布式能源是独立散布在很多区域的规模很小的发电能源, 其输出功率具有随机性和间歇性, 而且分布式能源的种类繁多, 发电情况复杂, 很难为分布式能源建立一个统一的并网协议。另外我国传统电网是集约型大规模的供电网络, 这种网络不能适应分布式能源大规模的并入电网, 一旦分布式能源大规模的并网会很容易发生电压水平波动, 线路传输功率超限和系统暂态稳定性改变等一系列问题。我国正在开展坚强智能电网建设, 这个电网结合了传感、通信和自动控制等一系列高新智能技术, 实现了类似于计算机”即插即用“的技术, 增加了分布式发电电能与输配电网之间的结合能力, 可以成功的解决分布式能源并网难的问题。为分布式能源的发展迎来了一个新的契机。

二、分布式发电储能技术

分布式发电储能技术的实质就是调整电网的有功和无功功率, 通过功率变化装置实现对用功功率和无功功率的吞吐, 从而实现系统功率稳定, 防止出现大的功率波动。长期以来, 人们对储能技术进行了很多研究, 目前较为常用的分布式能源储能系统有以下四种: (1) 蓄电池储能 (BESS) ; (2) 飞轮储能 (FWES) ; (3) 超级电容器储能 (SCES) ; (4) 超导储能 (SMES) 。

1. 蓄电池储能蓄

电池储能技术是现在发展的最成熟的储能技术, 蓄电池储能原理就是通过将电能转变为物质的化学能进行电能储存, 发出的交流电通过转化为直流电惊醒储存, 在需要的时候将化学能释放的直流电转化为需要的交流电输出。通过选取不同的容量和引进智能化的管理技术可以方便的解决分布式能源的储能问题。

2. 飞轮储能

飞轮储能的原理是当发电多于用电, 系统就通过电能驱动电动机把电能转化为飞轮的机械能实现存储能量。需要放电的时候, 飞轮带动内部电机发电, 还原电能。飞轮储能纯粹是机械储能, 飞轮的动能表示如下:

式中:J为飞轮的转动惯量, 转动惯量的值正比于飞轮的质量和半径;W为飞轮的旋转角速度, 由于需要飞轮储存的能量是巨大的, 所以飞轮的质量和体积都很大, 这样一个庞大、沉重的飞轮在高速旋转状态下离心力极大。为了减小飞轮在高速转动过程中与轴承的摩擦损耗和与空气的蜜茶损耗, 我们一般使用非接触式磁悬浮轴承和密闭的真空工作环境。

3. 超级电容储能

超级电容是根据电化学双电层理论研制的, 其构造是由2个多孔电极板、中间隔膜和电解质组成, 选取了介电常数和承压能力更大的电解质, 增大了两极板之间的距离, 大大提高了蓄电能力, 目前的超级电容电容量可以达1000F, 最高工作电压可达400V, 最大放电电流接近2000A。

4. 超导磁储能

超导磁储能是由超导线圈、制冷装置、低温容器、变流装置和测控系统等部分组成, 超导储能是系统通过超导线圈中的直流电将能量储存在这个直流电产生的磁场中。其中超导线圈被浸泡在温度极低的液氢容器中。在发电大于用电的时候, 多余的电力通过励磁在线圈中产生磁场储存能量, 在发点小于用电时, 储存的储存的磁场能量就会转化为直流电经转化并网供使用。由于储能线圈是维持在超导状态, 所以需要强而有力的制冷设备, 致使整个系统结构较为复杂。

三、分布式发电储能技术评价

(1) 蓄电池蓄能由于技术最成熟, 在分布式发电中使用得最为广泛, 但是在使用中存在投资高、寿命短、环境污染等许多严重的问题。而且在使用过程中不能适应高的比功率, 不能适应大的充放电速度, 本身的工作性能受到温度环境的影响比较大。

(2) 在理论上, 抽水蓄能电站可以按照需求建造成任意容量, 抽水蓄能所储蓄的能量释放周期从几小时到几天不等, 但是抽水蓄能电站的建设会受到地形的限制, 而且建设周期长, 投资大。

(3) 飞轮储能具有以下几个优点: (1) 循环寿命长; (2) 能量转换效率高; (3) 建设周期短; (4) 占地面积小; (5) 无公害。但是飞轮储能由于需要产生高速的旋转, 所以对动平衡精度要求比较高, 此外, 由于在工程上现在使用的磁悬浮轴承的极限特性大大的限制了飞轮储能的应用。

(4) 超导储能具有使用寿命长, 效率高、容量大等优点。在使用过程中也没不用要求苛刻的动平衡精度和密封, 因此受到了普遍的关注, 但是超导储能需要投入相当大的制冷设备, 运行费用很高。而且超导储能本身的建设成本比较高。

(5) 超级电容器由于采用了介电常数高的介电物质与常规电容器相比其电能的存储量大大增加, 在使用过程中也具有很高的耐压能力。能够很好地适应大电流放电的蓄能场合, 能够很好地解决冲放电速度慢, 放电深度深的问题, 还能够适应长期长期低温特性免维护的苛刻条件。比较适合短时间、大功率的负载的平滑。但是超级电容的造价比较昂贵。

摘要：分布式能源发电不能实现安全快捷的并网是发展过程中一大阻碍, 现在正在开发应用的坚强智能电网为分布式能源的并网提供很高的兼容性, 其最主要的原因在于将大规模的使用储能装置。下面将对分布式能源发电中的储能技术进行综述并总结。

关键词：分布式能源,蓄能,评价

参考文献

[1]陈杰.我国新能源储能技术创新能力提升研究[D].中南大学, 2013.

[2]牛赛.储能技术研究及其在智能电网中的应用[D].郑州大学, 2011.

[3]张文亮, 丘明, 来小康.储能技术在电力系统中的应用[J].电网技术, 2008, (7) :1-9.

分布式视频编码技术研究 篇2

摘要：对于视频压缩领域，分布式编码是一种新出现的应用机制，是基于20世纪70年代Slepian和Wolf以及Wyner和Ziv提出的信息理论而建立的。分布式视频编码技术与传统编码技术相比，从原理到实现方法上都是全新的。本文在介绍分布式编码基本原理的基础上，着重介绍了分布式视频编码技术各个环节的最新研究进展，并对发展趋势进行了展望。

关键词：

分布式视频编码

有损编码

错误恢复

Abstract：For video compression distributed video coding is a new paradigm, which is based on the information theory established in 1970’s by Slepian,Wolf and Wyner,Ziv.Compared with traditional video coding standard, distributed video coding is a radical departure.Based on the introduction of distributed coding principles, this paper reviews the advances of fundamental building blocks of distributed

video coding, and the future development is pointed out.Key words: Distributed video coding

lossy compression error resilient

1引言

传统的视频编码标准,如MPEG和H.26X等,采用的都是不对称编码方式,编码器端隐含一个解码器。编码端的主要步骤包括变换，量化，熵编码，相应的解码过程，以及运动估计和运动补偿。因此编码端的复杂度远远高于解码端，尤其是运动估计和运动补偿占用了大量的资源，使编码端的复杂度在解码端的5 至10倍以上。这种不对称的编码方式对于广播，流媒体的点播等服务是非常合适的，因为这些领域的工作方式是一次压缩多次播放。近年来随着“普适计算”（Pervasive Computing）概念的提出, ”无所不在的计算”已经成为计算机发展的大趋势。在这种背景下，越来越多的移动视频录制设备加入到了网络中，如监控系统中的无线视频探测头，便携式视频摄像机，无线PC相机等。这些设备都需要进行现场的视频编码，并把码流传送到一个中心节点，如监控室的中央处理机，进行解码播放。这些应用领域中编码设备比较简单，而解码设备拥有较多的资源可以进行复杂的计算，与传统视频编码标准适用的场景恰恰相反。

MPEG和H.26x等传统的视频编码标准在发展的过程中一直遵循一个模式,就是由编码器负责信源统计特性的充分利用,作为一个基本原则这很少被质疑过。然而通过只在解码端进行信号统计特性的利用同样可以进行有效的压缩编码。这个令人惊异的发现来自20世纪70年代建立的信息理论，即Slepian和Wolf建立的分布式无损编码理论以及Wyner 和Ziv建立的使用解码端辅助信息(Side Information)的有损编码理论。根据以上理论建立的机制被统称为分布式编码算法。

[1]2 分布式编码的信息论基础

传统的图像编码存在两种形式的压缩方法，一种是有损压缩[2]，一种是无损压缩，无损压缩是有损压缩的基础，有损压缩往往是在无损压缩的基础上加上通过附加一个优化的量化器而实现的。分布式编码的信息论原理同样有两种形式，即无损分布式编

码的Slepian-Wolf理论[3]和使用解码端辅助信息(Side Information)的有损分布式编码Wyner-Ziv理论。其中，Wyner-Ziv理论是分布式视频编码技术的主要理论依据,为了纪念二人对信息论的贡献,这种视频编码机制又被称为Wyner-Ziv Video Coding。

2.1分布式无损信源编码

分布式压缩指的是编码两个独立的任意序列；每个具有分离的编码器，每一个编码器发送一个独立的码流到一个独立的解码器；该解码器联合解码所有的码流并且计算统计相关，如图1所示。

假设两个统计相关独立同分布的无限长随机序列X 和Y，在传统的熵编码和解码可以达到RYH(Y)和RXH(X)的码率, H(X)和H(Y)为X 和Y 的熵。有趣的是, 联合解码具有更好的率失真性能（独立编码）[4]。对于编码长序列，如果满足对于恢复X和Y的残差错误概率足够小，Slepian-Wolf 理论建立码率区域

RXRYH(XY,)

RXH(X|Y),RYH(X|Y)

在此可以发现, RX + RY 可以达到联合信息熵H(X,Y)。

在图2中的A 点，对X 编码的码率为RX =H(X)，而对Y进行压缩时所需要的码率仅为RY = H(Y |X)。同样在B 点，对Y编码的码率为RY =H(Y)，而对X 进行压缩时所需要的码率仅为RX =H(X |Y)。这就是在解码端具有边信息的无损信源编码问题的理论。

2.2 分布式有损信源编码

对于在解码端具有边信息有损信源编码问题Wyner和Ziv给出了其码率界。给定失真D下的码率记为为

RX|Y(D)； 另外，将两边都能得到边信息Y时的率失真函数记

WZRY|X(D)RY|X(D),D0RY|X(D)。在文献[2]中Wyner和Ziv证明，而且给出当失真的度量为均方误差, Y服从独立高斯分布,X=Y+U, U也服从独立高斯分布且与Y独立时WZRY|X(D)RY|X(D),D0。对于一般信源, 在均方误差度量下, 其码率损失小于0.5bit/ sample,在汉明距度量下码率损失小于0.22 bit。Gastpar对多信源的Wyner-Ziv编码进行研究并给出了相应的理论界。分布式视频编码关键技术

分布式编码是在视频压缩领域的一个新框架, 基于Slepian-Wolf和Wyner-Ziv的理论。近年来, 人们也着手于实际编/解码系统的开发，熵编码、量化和变换。

3.1 Slepian-Wolf编码器

虽然Slepian-Wolf的理论产生于20世纪70年代, 但是它却是在最近几年才获得了实际的应用。三十年前人们就明白Slepian-Wolf编码非常接近于信道编码, 可以使用一个系统信道编码传输校验位。在解码端, 可以连接校验位和边信息Y, 并且执行纠错解码。如果X、Y非常相似, 只需要传输少许校验位和重要的压缩结果。需要强调的是这个方法并不执行前向纠错来保护信道传输的错误, 而是使用一个虚拟的相关信道来获取X 和边信息Y的统计关[6]

[5]。

另一种编码实现方法, 即将序列X分为陪集, 编码端发送X所属的陪集索引, 接收端通过选择陪集中与边信息Y最可能的码字。可以看出两种解释是相同的, 在校验位的解释下，发送一个二进制的行矢量

XPXP,G为系统线性块编码的生成矩阵,在陪集的解释下,发送伴随阵S = XH, H 是线性块码C的校验矩阵。如果P = H, 传输的码流是相同的。

可以使用Turbo码来实现Slepian-Wolf编码器。由于Turbo码的良好性能, 这种方法能够很好接近Slepian-Wolf给定的编码界。之后, Liveris等人采用LDPC(low-density paritycheck)码来实现Slepian-Wolf编码器。仿真结果表明它比当时所有的turbo码的压缩性能都好, 更能接近理论限。后来他们又使用IRA(irregular repeat accumulate)码进行实验, 也得到了很好的结果。另外, Lan、Liveris、Naryanan、Xiong 和Georghiades对多信源的Slepian-Wolf编码问题进行了研究。

3.2 量化技术及Wyner-Ziv编码器

因为图像的失真度基本上是由量化器决定的, 所以对于视频编码而言, 量化器是非常关键的一个环节。由于分布式编码中, 解码器的动作是整个编码系统结构的核心, 这不同于传统的编码器端决定图像质量的工作方式。分布式编码中的量化器无法直接继承传统图像视频编码技术中的量化器设计方法。在Slepian-Wolf编码的基础上, Wyner-Ziv 编码机制有了很大进展, 对于重建边信息的初步量化器设计目的来自于信息论证。在特定情况下, 线性编码和嵌入式格子, 接近Wyner-Ziv 的率失真函数。特别是当信源和边信息是联合高斯的情况, 构成了分布式编码中量化器设计的理论基础。

通常情况下, 认为Wyner-Ziv编码器由一个量化器和一个Slepian-Wolf组成。量化器将信号空间分为单元, 不相连的子单元影射到相同的量化索引Q, 它由固定码率的局部最优 Lloyd算法、Wyner-Ziv矢量量化器设计。量化器的设计用于理想Slepian-Wolf编码器编码量化的索引, 码率估算依赖于量化索引和边信息, 使Slepian-Wolf编码器的块长与量化器维数分离。这是实际系统的基本要求。对于高码率, 在特定的情况下, 最优量化是格子量化, 分离的量化单元不需要影射到同一个索引。在编码端不具有边信息的情况下, 它是渐进无性能损失的。

在Wyner-Ziv编码器的设计实现上,Zanir等人给出的嵌套线性/格形码可以达Wyner-Ziv界。嵌套格形码的实现由Servetto中给出。Xiong等人通过嵌入量化器加Slepian-Wolf构成Wyner-Ziv编码器, 后来又使用TCQ(trellis-coded quantization)构成Wyner-Ziv编码器, 两种方法都能逼近理论界。此外, 可以使用Lbyd算法设计量化器加上Slepian-Wolf编码器实现Wyner-Ziv编码。

3.3 联合解码和运动补偿

为了获得更高的压缩效率, 可以在解码端进行运动补偿。传统的运动补偿编码可以在这里采用。例如,CRC可以用于解码端的运动补偿, Viterbi解码对一系列运动补偿预测块进行操作, 每一个具有不同的运动矢量, 每个解码版本的CRC和传送的CRC 进行比较选用。另外一种方法由Stanford完成, 即发送一个鲁棒的hash码字来辅助解码端估计运动。目前, 本文的hash 简单地由量化的DCT系数的小子集组成, 在低延迟系统使用前一帧产生边信息。因为hash比原数据小, 所以允许将上帧的hash存储到内存。对于当前帧的每个块, 计算对应的鲁棒hash的相邻帧距离。如果超过一定距离,则发送hash 数据和Wyner-Ziv 位。在hash的基础上, 解码端执行一个运动搜索来产生最优的边信息块, 量化系数的hash码能修正Turbo解码的相应概率, 因此进一步减少了校验位的码率。Hash 也能在重建时用于精简。这非常近似于通用的Slepian-Wolf编码的相关信道。

3.4 码率控制

Wyner-Ziv的码率控制由当前帧和边信息的统计相关特性来决定。编码算法本身并不需要改变, 码率随信道的统计特性而变化。每个帧需要多少码率的传输是灵活的, 因为边信息是在解码端获取而不是在编码端获取。

码率控制解决的方法之一： 完全依赖于解码端的反馈信息； 解码端将决定最优编码速率并反馈给编码端。解码端使用相关信道估计算法将预测码率传输给编码端。

在解码端进行码率控制, 明显降低了编码端的负担； 反馈允许解码器在产生边信息方面具有很大的灵活性；从简单的拷贝帧的机制到非常复杂的运动补偿； 基于对象的分割或多帧预测；一个精确的边信息, 需要很少的码率。因此整个系统性能的改善只与解码器有关系。这与传统的视频编码方式是有区别的。

这种方法有两个比较明显的缺点：首先需要一个反馈信道，这会造成延迟； 统计特性估计和解码过程都是在线执行。因此这种算法不适宜于低复杂度的设备应用。

另外一个码率控制方式是使用一些在编码端的估计, 如PRISM。编码端存储前一帧, 基于帧差的能量;每个块分为不同的编码模式, 具有不同的码率, 帧差过小, 则不编码；在这两种模式中间是不同的伴随阵和不同的码率, 取决于估计的统计相关。运动估计在解码端没有, 可以降低解码复杂度；边信息的精度不影响码率, 但是会影响重建的信号质量。

[8]

[7]4 两种分布式视频编码的仿真实现及分析

本文对空间域Wyner-Ziv视频编码和频域Wyner-Ziv视频编码算法分别加以仿真实现,并且和H.263的帧间编码和顿内编码进行比较。本文采用的turbo编码器码率为4/5,生成矩阵34342M2,4,8,16[1,(1DDD)/(1DD)]为。通过对量化级数的调整,产生出不同的输出码率,从而获得不同的压缩率。关键帧K采用H.263的帧内编码, 它和Wyner-Ziv 帧S的编码顺序为“K-S-S-S”, 即每2个关键帧K之间有3个Wyner-Ziv帧S。H.263的编码器为 TMN8,选取Carphone和Salesman两个标准序列,其图像格式为QCIF(176X144),编码帧数为100帧(25fps)。仿真实验的结果如图3所示

图3 空间域和频域Wyner-Ziv视频编码仿真结果

从上述的仿真实验结果可以看出, 分布式视频编码在相同编码复杂度的情况下, 其压缩效率要明显高于传统的帧内编码, 但和传统的帧间编码相比尚有较大差距。频域Wyner-Ziv,视频编码效率比空间域Wyner-Ziv算法平均高1.5dB以上, 这是因为频域Wyner-Ziv编码算法在编码端对当前帧进行DCT变换,变换后的低频分量和高频分量独立编码, 压缩了图像信号的空间冗余度,提高了编码效率。结论和研究展望

本研究对于探索新的视频编码技术、解决传统视频编码仅在编码端进行信源统计所遇到的编码复杂度高等问题, 具有重要的理论意义和实用价值。为了降低编码端的复

杂度，分布式视频编码采用帧内编码帧间译码，将视频帧分为关键帧与Wyner-Ziv帧，关键帧是使用H.264/AVC进行编码，在译码端使用已译码的关键帧产生边信息，并将边信息作为辅助信息来实现当前Wyner-Ziv帧的编码。与传统的视频编码相比，分布式视频编码在编码效率方面存在一定的差距，并目_译码端的复杂度较高，因此如何提高分布式视频编码的编码效率与降低译码端的复杂度是本文的主要研究内容。

为了提高分布式视频编码的效率，可以使用编码模式选择机制、较好的信道编码机制与较好的边信息产生方法。在我们提出的编码端码率控制算法中，在编码端使用编码模式选择机制来通过产生边信息与当前帧之间的相关性来选择合适的编码模式，从而提高分布式视频编码的效率。

为了降低译码端的复杂度，本文提出了一种不使用反馈信道的编码端码率控制算法。大多数的分布式视频编码使用反馈信道在译码端执行码率控制，使用反馈信道会增加译码端的复杂度并会带来一些时延，为了克服这些缺陷，我们在编码端对码率进行控制，在编码端产生一个低复杂度的边信息来对译码端产生的边信息进行估计，从得到译码过程中错误概率的估计值，使用该估计值来为前帧分配合适数目的校验位。

本文对分布式视频编码的理论基础、关键技术进行了研究，并给出了新的解决方案，但是还有更深入的研究有待进行，如：本文使用了比较典型的运动补偿帧内插法来产生边信息的，该方法产生边信息的质量较好，但是它需要的计算量较大，因此如何产生一个质量好并且计算量小的边信息是我们未来工作的一个研究方向。

本文主要是基十像素域的分布式视频编码框架上对分布式视频编码进研究的，下一步我们可以研究应用十基十像素域的分布式视频编码与PRISM视频编码下相应的解决方案。

6、参考文献

[1] Baoguo Du and Hong Shen, A Novel Reconstruction Approach for Pixel-Domain Distributed Video Coding.(Accepted by ICFCC 2010).[2] Wang H S, Cheung N M and Ortega A.2006.A framework for adaptive scalable video coding using Wvner-Ziv techniques[ J ] EURASIP Journal on Applied Signal Processing, [3] Xu Q and Xiong Z.2006.Layered Wyner-Ziv video coding [J].IEEE Transactions on ImageProcessing, 15(12): 3791-3803.[4] Zamir R.1996.The rate loss in the Wvner-Ziv problem }J}.IEEE Transactions on InformationTheory, 42(6): 2073-2084.[5] 杜保国 沈鸿 对分布式视频编码若干关键技术的研究 2010.[6] 干宗良 朱秀昌分布式视频编码技术的研究现状及其展望 2007.[7] 房胜

分布式储能技术 篇3

[关键词]分布式电源；储能装置；微电网控制技术

引言

微电网是一种由多种类分布式电源、负荷、储能、保护装置和控制检测装置所组成的系统，其运行方式非常灵活，能够支持孤岛模式、并网模式的运行，并且还能够通过静态开关在两种模式之间随意切换，能够给用户提供热和电。微电网具备经济、交互、灵活、独立的特点，是一种全新的供电方式。本文主要对含分布式电源和储能装置的微电网控制技术进行分析，帮助电网得到更好的发展。

1.微电网中的分布式电源

微电网当中的分布式电源主要为：光伏发电系统、风力发电系统、燃料电池发电系统、微型燃气轮机发电系统[1-2]。

光伏发电系统：这种系统主要是通过半导体界面的光生伏打效应将太阳能转换为电能，这类发电系统当中，光伏电池是光伏发电的关键部件；风力发电系统：风力发电是利用可再生能源的另一种发电形式。风力发电系统主要是由控制系统、调节系统、变流装置、发电机、传动系统和叶轮所组成，叶轮能够将空气的流动动能转换为机械动能，发电机主要是将电能通过变流装置转换为电网所需要的工频交流电，调节系统主要包括制动和保护系统、液压传动机构、变桨距系统和偏航系统；燃料电池發电系统：燃料电池是一种能够在常温下进行化学反应，将燃料化学能转换为直流电过程的装置，主要是将燃料持续不断的供给到阳极室，氧气则持续的供给给阴极室，经过电池表面的催化物作用发生电化学反应，电子通过外电路形成转移，进而形成工频所需要的电流；微型燃气轮机发电系统：微型燃气轮机是近几年才普及的小型热力发电机，其最大功率为300KW，主要是以柴油、汽油、天然气作为燃料，整个系统主要是由功率转换及控制、发电机、热交换器、回热器、燃烧室、空气压缩机和透平所组成。微型燃气轮机主要的发电形式是采用回热循环，利用透平排除气通向回热器中用来预热高压空气，预热后的空气在进入到燃烧室和燃料共同进行燃烧，最终将燃烧的热点转换为电能。

2.微电网的控制

2.1微电网能源的控制

传统的电网当中，电源通过其他旋转设备或同步电机与大电网直接相连，电机需要调节和控制频率控制和电网电压[3]。但是在微电网当中，因为分布式电源的形式和传统的电网不同，微电网电源需要通过AC/DC/AC或DC/AC的电力电子借口与电网相连。无论是任务形式产生直流电的微电网电源，都是通过将电网和变流器相连接。

当前主要的控制器可以分为以下几种：1、PQ控制：这类控制器主要是保障微电网电源稳定按照参考指令值输出无功和有功，进而有效的控制电流的电压源逆变器；2、V/F控制：这类控制器的主要用于孤岛模式或独立运行的频率和电压的调节中。在大电网出现故障或维修的过程中，因为电网的频率很难保持稳定，微电网电源的控制信息将不能给予本地锁相环PLL采用到的频率和信号进行控制，而是通过一个虚拟锁相环和预先设置的电压参考值进行调节和控制；3、下垂控制：下垂控制主要用于非间歇性微源，在微电网在孤岛运行的过程中常常充当电压源的角色。和V/F的控制方式较为相似，下垂控制也能够稳定微电网的电压频率。

2.2微电网能源的控制方法

微电网的运行模式无论是孤岛模式还是并网模式，都需要对其中每一个分布式电源进行必要的控制，以此来使频率和电压控制在一定的范围之内。特别是孤岛运行，分布式电源不能从电网当中获取频率和电压值作为参考，其控制难度更高。当前的微电网控制主要分为两种。对等控制和主从控制。

对等控制主要是针对即插即用形式的微电网的控制方式。这种控制方式，能够使微电网的电源都能够进行有效的下垂控制，保证电压和频率的稳定，并且再接入一个或去掉一个微电网电源都不会对其他电源或微电网造成影响。对等控制是微电网电源当中能够自动调节性的控制过程；主从控制的控制会针对每个微电网电源的特点采用不同的控制方式，并使其具备特殊的功能。该种控制方式会选取几个或一个电源作为主电源，用来检查电网当中的各种电气量，然后根据电网的实际状况使用针对性的调节方式，通过通信电路来控制其他“从”电源，使微电网的电压和频率稳定在额定值范围之内。

3.总结

近年来，我国也加大了对智能电网的重视，并大力推进微电网技术和分布式发电技术，给用户带来巨大的环境效益和经济利益。但是随着分布式发电穿透功率逐渐提升，对其他电网的影响也越加明显，大量的分布式发电技术接入到电网当中，对电网的维护和调节工作也带来巨大的挑战。对此，就需要相关研究人员或部门加大对微电网的研究，提高微电网的稳定性。

参考文献

[1]欧阳永忠.基于EMTDC的超级电容器建模研究[J].湖北工业大学学报，2014，18（4）：9-11.

[2]兰明乾.微网中的多元复合储能技术[J].电力系统自动化，2013，35（4）：190-192.

[3]朱爱英，田越.用于风电场功率控制的飞轮储能系统仿真研究[J].电网与清洁能源，2013，11（4）：11_13.

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智能电网技术(2)分布式发电技术 篇4

分布式发电, 顾名思义, 就是将发电系统以小规模、分散式的方式布置在用户附近, 可以独立的输出电、热或冷能的系统。与传统发电技术相比, 分布式发电更靠近用户, 不需要高压输电系统, 从而可减少基础设施的投资, 且建设快, 运行费用低, 与电网联合运行可提高系统的经济性、安全性和灵活性, 可以满足能源可持续发展的要求, 减少对环境的破坏。分布式发电在国外应用已较为广泛, 其中以风力发电技术和太阳能发电技术应用最为广泛。本文将比较几种分布式发电技术, 并着重分析了分布式发电技术对电力系统带来的影响。

1 分布式发电技术比较

1.1 微型燃气轮机技术

微型燃气轮机是以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型气轮机。其发电效率可达30%, 如实行热电联产效率可提高到75%。它最先用于飞机和地面交通, 曾在海湾战争中大显身手, 为美国的雷达设备和爱国者导弹系统提供动力。微型燃气轮机有以下2个特点:

(1) 体积小、质量轻、与同容量柴油发电机相比此优势明显, 如表1所示。

(2) 发电效率高、污染小、运行维护简单, 是目前最成熟最具有商业竞争力的分布式发电电源。

1.2 燃料电池技术

燃料电池的工作原理是富含氢的燃料如天然气、甲醇与空气中的氧气结合生成水氢氧离子的定向移动在外电路形成电流类似于电解水的逆过程。它并不燃烧燃料, 而是通过电化学的过程将燃料的化学能转化为电能, 通常称作燃料电池。发电厂主要由3部分组成:燃料处理部分;电池反应堆部分;电力电子换流控制部分。目前已研究开发了5种燃料电池: (1) 聚合电解质膜电池; (2) PEM碱性燃料电池; (3) AFC磷酸型燃料电池; (4) PAFC固体电解质燃料电池; (5) SOFC和熔融碳酸盐燃料电池SOFC。其中PAFC是目前技术成熟且已商业化的燃料电池, 燃料电池具有巨大的潜在优点。其副产品是热水和少量的二氧化碳, 通过热电联产或联合循环综合利用。热能燃料电池的发电效率几乎是传统发电厂发电效率的2倍, 排废量小, 几乎为零。清洁、无污染、噪音低、安装周期短、安装位置灵活, 可以省去配电系统的建设。

1.3 光伏电池技术

光伏电池是将可再生的太阳能转化成电能的一种发电装置。国外开发的屋顶式光伏电池发电技术已得到广泛的关注。德国最著名的2000户屋顶工程2000 Roo Project, 超过2000户家庭安装了屋顶式光伏发电装置, 平均每个分布式发电单元发电量达3kW。虽然光伏电池与常规发电相比有技术条件的限制, 如投资成本高, 系统运行的随机性等, 但由于它利用的是可再生的太阳能, 因此其前景依然被看好。

1.4 风力发电技术

风力发电机组从能量转换角度分成2部分:风力机和发电机。风力作用于风力机的叶片上, 产生转矩。该转矩驱动轮毂转动, 通过齿轮箱、高轴刹车盘和联轴器再与异步发电机转子相联, 从而发电运行。它最有希望的应用前景是用于电网边远的农村、牧区和海岛居民, 为其生产和生活提供所需的电力。风力发电技术应用比较普遍, 其经济指标已接近清洁发电的指标。符合世界发展新能源的总体趋势。

2 分布式发电技术对电力系统的影响

分布式发电对电力系统产生了深远的影响。其主要表现在:

(1) 对发电、输电系统的影响。其主要表现在对新建集中式电网和远距离输电需求的减少。

(2) 对配电网保护的影响。

(3) 对电力行业的影响。其主要表现在供电公司和用户将建立新型的互动关系。

分布式发电对配电网的保护影响尤为突出。大量的分布式发电的并网运行, 必将对现有的配电网的结构、故障时配电网中短路电流的大小、方向产生深刻的影响, 从而影响配电网的可靠性和安全。

分布式发电对电力系统保护的影响主要表现在以下几个方面。

2.1 对三段式电流保护的影响

以10kV馈线保护为例。10kV馈线保护在主馈线上通常配置传统的三段式电流保护, 即:瞬时电流速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护。除此之外, 对非全电缆线路, 配置三相1次重合闸, 保证在馈线发生瞬时性故障时, 快速恢复供电。对于不存在与相邻线路配合问题的终端线路, 为简化保护配置, 一般采用瞬时电流速断保护加过电流保护组成的二段式保护, 再配以三相1次重合闸 (前加速) 的保护方式, 能够保护全线。

分布式发电对三段式电流保护动作行为的影响主要表现在:

(1) 导致本线路保护动作的灵敏度降低, 严重时甚至拒动。

(2) 导致本线路保护误动作。

(3) 导致相邻线路的瞬时速断保护误动作, 失去选择性。

2.2 对熔断器保护的影响

熔断器能够在线路中出现不被允许的大电流时, 由电流流过熔体产生的热量将熔体或者熔丝熔断, 实现对故障线路的隔离。通常熔断器安装于配电变压器的高压侧或线路末端及线路分支处。

分布发电的引入要求其保护装置都具备方向性, 这样的要求对于传统的保护配置来说是根本无法实现的, 而倘若用方向继电器那样的方向性元件来替换配电网中所有的熔断器在经济上极不合标的。

2.3 对自动重合闸的影响

在分布发电引入前, 配电网为辐射式结构, 自动重合闸在恢复瞬时性故障线路的供电时不会对配电系统产生任何冲击和破坏。分布发电引入后, 一旦线路因故障而跳闸, 故障部分不再与电网相连而失去系统电源。而分布发电很有可能在故障后没有跳离线路, 与配电网相连继续工作, 则在电网中形成由分布发电单独供电的电力孤岛。这些孤岛保持了功率和电压在额定值附近运行。然而, 看似正常运行的孤岛却给自动重合闸埋下了隐患。

(1) 非同期重合闸。在系统电源跳开至自动重合闸动作这段时间内, 分布发电很有可能加速或者减速运转, 以至于自动重合闸动作时, 电力孤岛与电网不能保持同步, 出现很大的相角差。非同期重合闸会引起很大的冲击电流或电压。在此冲击电流的作用下, 线路保护很可能再次动作, 发生误动, 而使重合闸失去了其迅速恢复瞬时故障的职能。同时, 冲击环流也很有可能对电网及分布发电单元中的设备带来致命的冲击。

(2) 故障点持续电弧。在失去系统电源以后, 分布发电可能继续维持对故障点的供电, 重合闸发生时, 分布发电所提供的故障电流妨碍了故障点电弧的熄灭, 引起故障点持续电弧。此时, 原本瞬时故障变成了永久性故障。长期的电弧存在会给所有设备的寿命及维护带来很大的困难。因此, 分布发电的引入使得自动重合闸对瞬时性故障的恢复产生了很大的影响。分布发电侧需装设低周、低压解裂装置, 同时为避免非同期重合闸给电网和分布发电带来的冲击, 系统侧重合闸继电器需检线路无压, 分布发电侧检同期。

3 结束语

分布式储能技术 篇5

一、国际分布式能源发展现状与经验借鉴

（一）概述

分布式能源的概念起源于国外，西方发达国家早在30年前就开始探讨如何解决电网安全、能源高效利用等问题。美国电力公司最早起用DG（Distributed Generation）的概念，主要指分散在用户端的小型发电设备，被视为一种保障电力安全的手段。随着科技的进步，欧洲国家引入风能、太阳能、地热能以及生物质能等可再生能源技术，将分布式能源的概念做出了延伸，向DER（Distributed Energy Resources）转变，强调多能源互补的网络化资源利用系统。而在日本，更重视ES（Energy Storage）的概念，强调电热冷的蓄能技术，与分布式能源配套运行，自成体系成为一种经营模式。

在政府的引导和鼓励下，欧美日等发达国家的分布式能源发展迅猛，政府通过优惠政策、统筹规划、技术支持以及制定合理的价格机制和并网标准，不断提高分布式能源在整个能源系统中的比重，其中欧盟国家平均比重已达到10%左右、美国约为4.1%、日本约为13.4%。

（二）主要国家分布式能源发展分析

1、美国分布式能源发展分析

分布式能源系统的发展最早起源于美国，起初的目的是通过用户端的发电装置，保障电力安全，利用应急发电机并网供电，以保持电网安全的多元化。1978年美国开始提倡发展小型热电联产，提高能源利用效率。1999年，美国提出大力推广应用分布式能源系统，并计划到2020年达到50%以上的新建商业设施和大学设施采用分布式供能系统，同时15%的现有建筑改用冷热电三联供。目前美国已经有6000多座分布式能源站，仅大学校园就有200多个采用分布式能源站供能，大多数以天然气为燃料，其中30所冷热电厂装机容量超过10MW，生产的电力不仅满足学校使用，还将剩余电力送入电网。2001年，美国政府颁布了IEEE_P1547/D08“关于分布式电源与电力系统互联的标准草案”，并通过了有关的法令让分布式发电系统并网运行，并在2001年7月召开的第107届国会众议院会议上，提议给予热电联产系统优惠政策。根据EIA《美国2011能源展望》指出，2011到2035年，美国将在分布式能源和建筑节能方面新增110亿美元的投资，预计2010年～2020年间将增加9500万kW分布式能源发电项目，届时将分布式能源的比重提高到28%左右。

2、欧洲分布式能源发展分析

在欧盟，德国、荷兰等国的分布式能源系统发展水平均已居世界领先水平，各国政府都在免税、补贴以及电力发展指南方面开展研究，纷纷出台刺激热电联产热负荷增长的措施，积极支持和鼓励分布式能源的发展。同时，欧盟要求各成员国在电网系统和税率上支持分布式能源，尽可能为高效小型分布式机组并网提供方便，并批准了强制购买热电联供和可再生能源发电的政策。

欧盟分布式能源的发展以天然气为主要燃料，但与可再生能源发展紧密结合，如德国、意大利对光伏装机进行大规模的财政补贴，利用安装在屋顶的太阳能光伏发电系统，实现零排放。法国对热电联产投资给予15%的政策补贴。英国同样也通过能源效率最佳方案计划来促进分布式能源系统的发展，目前包括英国女王的白金汉宫和首相的唐宁街10号官邸都采用了燃气轮机分布式能源站。

3、日本分布式能源发展分析

在日本，分布式能源系统已发展成为一项重要的公益事业，由于缺乏能源资源，政府高度重视提高能源的利用效率。目前日本国内均在大力发展分布式能源系统，微型燃气轮机、燃料电池、太阳能发电等技术发展较快。1986年日本通产省发布了《并网技术要求指导方针》，是分布式能源系统并网可以实现合法化，1995年日本更改了《电力法》，并进一步修改了《并网技术要求指导方针》，保障了分布式能源系统的多余能量可以送入电网，并要求供电公司对分布式能源系统提供电力保障，并规定了热电联产的上网电价高于火电上网电价。

4、丹麦分布式能源发展分析

丹麦是目前世界上分布式能源推广力度最大的国家，分布式能源在丹麦全国能源系统中的比重接近60%。由于大力推广分布式能源的发展，丹麦的废气排放量已经大大降低，近30年来，丹麦国民生产总值翻了一番，但能源消耗只增长了7%，污染排放下降13%，创造了“减排和经济繁荣并不矛盾”的“丹麦模式”。

在推广分布式能源发展方面，丹麦政府主要依赖法律和政策手段，出台《供热法》和《电力供应法》等法律法规，明确提出对分布式能源给予鼓励和支持，制定分布式能源建设的补偿和优惠贷款政策。如供热小区中，对热电工程给予信贷优惠；对天然气热电站，给予30%的无息贷款和较为优惠的电价补贴。

（三）国际分布式能源发展经验分析

从上世纪70年代分布式能源从美国发展起步开始，经过40多年的大力推广，从目前的发展效果来看，分布式能源在节能减排上切切实实发挥了很大的作用，各国在分布式能源发展方面也积累了不少经验，反映了分布式能源在世界范围内大发展的历史趋势，是全球能源与环境可持续发展的要求，也是分布式能源自身特点所决定的。

1、构建法律政策体系、促进行业健康发展

总结各国发展经验，促进分布式能源的发展，首要问题是法律和法规，要从政策层面上明确鼓励、保护和支持措施，建立起确保分布式能源快速、健康发展的长效机制。如丹麦出台《供热法》和《电力供应法》，对分布式能源明确提出了予以鼓励和支持的政策。日本通过发布《并网技术要求指导方针》和修改《电力法》，使分布式能源可以合法并网，确保拥有分布式能源装置的业主，可以将多余的电能反卖给供电公司，并要求供电公司为分布式能源业主提供备用电力保障。在美国，2001年开始实施《关于分布式电源与电力系统互联的标准草案》，并通过了有关的法令让分布式发电系统并网运行和向电网售电，2005年美国颁布《能源法》，要求所有自治州的建筑物必须配备双向测量和能源管理系统，并出台各种税收和激励政策。

2、统筹能源长远规划、引领行业有序发展 构建分布式能源发展的长期规划，突破核心技术，建设典型示范项目，引领行业有序发展。美国能源部于2001年开始制定美国分布式能源发展的长远规划，计划到2015年，全国50%的新建商用、办公建筑采用燃气分布式能源，现有类似建筑的15%改用燃气分布式能源，到2020年建成世界上最洁净、最有效、最可靠的分布式电能生产和输送系统。日本能源贸易工业部2004年发布长期能源规划，强调分布式能源和微网系统的发展，规划到2030年前将分布式能源的比重提高到20%。

3、完善价格补偿机制、解决余电并网难题

天然气气价和并网接入是发展分布式能源的关键因素，国外发展经验显示，建立和完善合理的气价、电价机制，允许分布式系统上网、并网，实现系统内能源的供需平衡，对促进分布式能源发展有着重要意义。荷兰从1988年启动热电联产激励计划，通过优惠政策重点扶持小型热电机组的发展，并出台《电力法》，强制规定供电部门接受分布式能源电力上网，并对售电征收最低税率，目前荷兰40%以上的电力来自天然气冷热电三联供系统。德国将分布式能源开发纳入区域发展规划，工业、医院、住宅等在建筑设计中为能源设备预留空间，并考虑噪音等对天然气热电冷设备选址的影响，充分保障项目落地和获取许可审批。同时，大力发展智能电网，安装智能电表，引进双向计量方式，使电网与分布式能源系统有效对接。澳大利亚联邦科学与工业研究机构在纽卡斯尔建立能量中心（CNC），着力建设澳大利亚最先进的分布式能源系统研究、开发中心，包括分布式能源系统的标准研究、技术展示、微型电网实验室、控制调度系统和电池储能系统等。日本在1995年更改了《电力法》，并进一步修改了《并网技术要求指导方针》，保障了分布式能源系统的多余能量可以送入电网，并要求供电公司对分布式能源系统提供电力保障，并规定了热电联产的上网电价高于火电上网电价。

4、突破核心技术研发、降低产业发展成本

在美国，由加州大学等机构牵头，针对分布式能源系统开展深入研究，主要开发能够就地生产、规模小、模块化设计的先进发电、储能技术，包括微型燃气轮机、内燃机、燃料电池和先进能量储存技术，进行新材料、电力电子、复合系统以及通讯调度、控制系统等方面技术的研发，从电压的稳定性、负荷流、电能质量、系统安全性、稳定性等方面研究分布式能源系统和储能设备对电网的影响，研究确定分布式能源系统的孤岛运行方案等。丹麦大力推进大型公司和研究机构合作，力求在需求回馈、消费方调控和能源储存等相关技术领域取得突破，实现经济增长和市场开发的双重效应。日本在重视分布式能源建设的同时，重点开展微型燃气轮机、燃料电池等技术研发，广泛推行各种先进的分布式发电产品，如各种用于发电的燃料电池等。

二、我国分布式能源发展现状分析

（一）国内对分布式能源的认识

2000年，国家四部委在《关于发展热电联产的规定》中正式提出：“鼓励使用清洁能源，鼓励发展热、电、冷联产技术和热、电、煤气联产，以提高热能综合利用效率”，并推出了一系列的鼓励政策，在北京、上海、广东等地开展分布式能源的推广应用。

2004年，国家能源局在《关于分布式能源系统有关问题的报告》中，对我国发展分布式能源做出指示：“分布式能源是近年来兴起的利用小型设备向用户提供能源供应的新型能源利用方式。与传统的集中式能源系统相比，分布式能源接近负荷，不需要建设大电网进行远距离高压或超高压输电，可大大减少线损，节省输配电建设和投资费用；由于兼具发电、供热等多种能源服务功能，分布式能源可以有效地实现能源的梯级利用，达到更高的能源综合利用效率。分布式能源设备起停方便，负荷调节灵活，各系统相互独立，系统的可靠性和安全性较高；此外，分布式能源多采取天然气、可再生能源等清洁能源为燃料。较之传统的集中式能源系统更加环保。热电联产是目前典型的分布式能源利用方式，在发达国家已经得到广泛的推广利用”。

2011年，国家能源局在《关于发展天然气分布式能源的指导意见》（发改能源[2011]2196号）中，给出了天然气分布式能源的定义：天然气分布式能源是指利用天然气为燃料，通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率在70%以上，并在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式，是天然气高效利用的重要方式。与传统集中式供能方式相比，天然气分布式能源具有能效高、清洁环保、安全性好、削峰填谷、经济效益好等优点。

和西方发达国家相比，我国对分布式能源的认识相对较晚，且以天然气分布式能源为主，而在欧美等国，基于可再生能源的分布式发电技术也是作为分布式能源一部分，如光伏发电技术、风能发电技术、燃料电池发电技术、生物质能发电技术以及蓄能技术等。

（二）我国分布式能源发展现状

在政府和企业的大力支持下，近10年以来，国内分布式能源项目得到了大力推广，但由于起步较晚，总体上看和发达国家相比还有很大差距，仅在北京、上海、广东等地发展较快，以天然气分布式能源形式为主。

1、区域式分布式能源发展现状

2009年，广州大学城分布式能源站正式投产，成为国内首个区域式的分布式能源项目，开启了中国发展和利用分布式能源的时代。项目主要为广州大学城提供电能和热能，采用2×78MW燃气轮机其中热采取直供方式，但由于电网公司前期已建成岛内配电网，电网公司援引电力法限制分布式能源站直供电，只能通过电网向大学城供电。

2010年以来，在广州大学城项目的示范和引导下，全国各地又有十余个区域式分布式能源项目在前期论证和审批中，均是依托于当地工业园区或商贸物流区，利用天然气发电，同时利用烟气余热为区域内用户供冷或供热，如广西南宁华南城分布式能源站、江西华电九江分布式能源项目、上海莘庄工业园分布式能源项目等。

2、楼宇式分布式能源发展现状

楼宇式分布式能源主要针对单一的楼宇型用户，规模相对较小、系统比较简单，用户的负荷随季节和工作生活规律而变化，供能面积一般在几十万平米以内，包括办公楼、商场、酒店、医院、学校、居民楼等用户都可以建设。如上海浦东机场能源中心作为浦东机场最为关键供冷供热主站，采用一台4000 kW 的燃气轮机发电，以天然气为主要燃料，集成燃气轮机热电联产系统，于1999年底投入运行。在北京，2003年市燃气集团监控中心建成燃气内燃机三联产系统，采用1台480kW和1台725kW的燃气内燃机，为32 000m2大楼建筑提供电、热和空调需求，成为北京市第一个利用天然气热电冷三联产的示范工程。2009年，杭州七堡天然气三联供项目投产，采用4台65kW燃气轮机，为杭州燃气公司9000m2办公楼提供冷热电负荷。

3、可再生能源分布式发电发展现状

在国家对可再生能源发展的大力支持下，近年来，我国风力发电和太阳能发电发展非常迅速，装机容量都已排在世界前列，但我国可再生资源具有能量密度底、分布不均衡以及远离消费中心的特点，目前主要还是采取集中规模化的发展思路，建设大规模发电站，配置远距离输送线路，这与分布式发电的概念还相距较远。统计资料显示，截止2011年底，我国风电装机容量已经超过6000万kW，光伏发电装机容量累计达到3GW，但其中作为“金太阳”工程的实施成果，仅有110万kW的太阳能光伏发电容量是在用户侧建设利用。

（三）对我国发展分布式能源发展分析

1、为推动分布式能源发展，国家已经出台了多项积极政策，但在有关天然气价补贴、并网接入、投资补贴等方面优惠目前还主要停留在方向上，且分散在《节约能源法》、《可再生能源法》等法规的相关章节内，缺乏具可操作性的实施细则、技术标准和配套措施，需要进一步明确和落实相关法律、法规及政策细节。

2、各方面对分布式能源的宣传还不够，从政府到居民各层次对分布式能源的认识不足，多年来形成的“大的必然就是好的”电力发展理念一时难以转变。分布式能源的发展是以分散在用户端的形式存在，是基于先进的节能工艺、控制技术、环保理念和人性化设计基础上的新技术，以传统的小机组或小火电的观点来看待分布式能源系统，都会大大阻碍分布式能源技术的推广。

3、由于发展起步较晚，而分布式能源技术涉及的专业面比较广，目前我国分布式能源相关的技术标准还是接近空白，甚至对分布式能源的基本概念和术语都还没有统一的标准，技术标准体系和建设平台还有待完善。

4、目前，分布式能源并网接入在法律、政策、技术以及计量方面都还存在着诸多障碍，和国外发达国家相比还有一定的差距，不过随着《分布式发电管理办法》和《并网管理办法》的出台，相关问题会大大改善。此外，分布式能源站一般分布在城市中，对系统噪音、尾气以及热岛效应等排放的要求相对更加严格，在项目建设过程中需要在技术优化、环保设计以及宣传普及上做更多工作。

三、华电集团发展分布式能源的现状和规划

（一）华电集团分布式能源项目开发进展

作为国内首个向分布式能源领域进军的发电企业，中国华电集团公司早在2009年，就已经投资建成国内首个分布式能源项目—广州大学城分布式能源站。经过多年的运行，凭借着高效、节能的优势，大学城能源站的运营取得了良好的社会效益，最大限度保证了大学城区域热、电用户需求，各项排放指标、氮氧化物、厂界平均电场强度、平均磁场强度等指标均远远低于国家排放标准，生活污水及工业污水基本做到零排放，各项性能参数均达到或接近设计水平，成为我国分布式能源发展的里程碑式起点，项目因此荣获“中国分布式能源十年标志性项目”。

截止目前，华电集团正在建设华电厦门集美分布式能源站等多个工程项目，并在郑州、上海、江西九江、北京丰台、广西南宁、天津北辰、河北迁安等地开展分布式能源项目的前期工作，与多处地方政府签订了分布式能源项目开发协议。预计到2015年，华电集团的分布式能源项目总装机容量将达到650万kW，到2020年装机规模将超过1000万kW。

产业化方面，2011年8月，由华电集团控股，在上海和GE公司合资成立了华电通用轻型燃机设备有限公司，主要生产航改型燃气轮机和开展部分部件生产的核心技术转移工作，为提高分布式能源系统核心技术的国产化提供了良好的平台。

在国内分布式能源行业领域，目前华电集团已经走在发展的前列，天然气分布式能源和可再生能源发电系统建设方面积累了一定的工程实践经验，未来随着国家支持分布式能源发展政策的进一步出台，华电集团还将取得更大的辉煌。

（二）华电集团分布式能源技术研究进展

1、依托实际工程开展技术优化和应用 2009年，依托广州大学城项目，华电集团完成了《分布式供能系统集成技术研究与应用》科技攻关项目的研发，取得了显著的经济效益：余热锅炉低压蒸汽进入补汽式汽轮机的使用，在不增加燃料消耗的前提下可额外增加上网电量约为3250万千瓦时，每年将为业主增加约2500多万元的纯收入；余热锅炉尾部受热面的改进，每小时可以额外得到290t/h的生活热水，每年将为业主增加600万元左右的收入；热水型溴化锂制冷机的使用，与电空调相比，每年可以节省30多万元的电费开支。全年综合效益增收3000多万元。

2、积极承担国家级科研项目

目前，华电集团在国内百kW和MW级地面燃气轮机总体性能设计，压气机、燃烧室、涡轮、回热器等关键部件的设计与研制，分布式供能系统集成与设计优化分析，以及典型工程示范等方面开展了许多工作。包括：主持承担国家973计划项目“多能源互补的分布式供能系统基础研究”，承担和参与“十一五”国家高技术研究发展计划（863计划）立项支持的全部4个MW级分布式供能的示范工程研究课题，承担国家863重点项目“单转子双轴1MW 级燃气轮机研制及其在冷热电联供系统中的应用示范”、“1MW级微型燃气轮机及其供能系统研制”、“百千瓦级微型燃气轮机研制”等燃气轮机等关键设备研发工作，开展分布式联供示范系统的系统优化集成和示范系统研发工作。

3、构建国家级技术研发（实验）平台

为响应国家发展战略，构建国家能源科技创新体系，满足能源行业发展和技术进步的要求，推动分布式能源技术研究和推广应用，2011年，华电集团和中国科学院工程热物理研究所共同申请，承建“国家能源分布式能源技术研发（实验）中心”。2011年6月，完成研发中心的申请工作，并已通过国家能源局对研发（实验）中心建设方案和技术方案的评审。2011年9月，国家能源局批复设立国家能源分布式能源技术研发中心（《国能科技【2011】328号国家能源局关于设立第三批国家能源研发中心（重点实验室）的通知》），依托中国华电集团公司和中科院工程热物理所共同建设。

目前，研发（实验）中心已经完成组织机构建设，下设了标准及规划、燃气动力技术、生物质能动力技术、太阳能风能技术、动力余热利用技术、蓄能及控制技术、电网接入技术、系统集成及设计、建筑节能及空调、测试技术等10个研究室，将在加强国际交流与合作，构建分布式能源系统测试、应用研究平台，承担国际科研合作项目，打造国内分布式能源高层次人才培养基地等方面开展工作。

（三）华电集团分布式能源发展战略规划

1、做好分布式能源开发战略布局

作为国内分布式能源领域的先行者，华电集团陆续在全国沿海发达地区和天然气主干管网经过的中心城市布局，目前已在天津、河北、山东、江苏、浙江、上海、广东、广西、湖北、湖南、江西和陕西等省市区的中心城市启动了一批分布式能源项目前期工作，其中江西九江城东港区、天津北辰、南宁华南城、河北迁安、西安火车北站、上海莘庄等六个分布式能源项目已经通过核准，其中九江城东港区和南宁华南城两个项目已经江西省发改委和广西发改委分别上报国家能源局，申请列入国家分布式能源示范项目。

此外，在可再生能源开发利用方面，华电集团积极响应国家号召，大力发展风能、太阳能、生物质能和小水电等可再生能源发电项目，目前在安徽、山东、湖北、湖南、宁夏、青海等地区开展可再生能源发电项目前期工作。

2、重视分布式能源技术研发和成果转化

华电集团将勇担重任，努力建设好国家能源分布式能源研发（实验）中心，着力打造国内一流、国际先进的分布式能源技术科研创新和交流合作平台，将加快现有科研力量整合和人才培养，引进和利用好高端技术人才，与中科院、浙江大学等国内一流科研院所合作提高科技研发能力，通过与GE、西门子等国际一流企业合作提高技术成果转化效率，确保华电集团的分布式能源开发稳步发展、创新发展。

3、合理制定分布式能源项目开发中长期规划

为了进一步规范华电集团分布式能源建设管理，保证投资科学合理和风险可控在控，华电集团将公司分布式能源开发事业进行了细分和规划，形成三步走的战略规划，以最大限度地促进华电集团分布式能源事业的高效、稳定、可持续发展。

1）典型示范阶段

于近期启动一批分布式能源项目，选择在地域、用户、并网接入等方面有代表性的项目作为典型示范工程，用2～3年的时间，积累和完善典型示范工程在投资建设、工程设计、施工管理以及运行维护等方面的经验，解决国内典型分布式能源系统集成、测试技术研究和应用，完成相关标准体系建设和标准制定。

2）推广应用阶段

总结典型示范工程建设经验和技术成果，全面推广发展分布式能源，基本解决部分分布式能源系统核心装备的国产化，装机规模力争在2015年达到650万千瓦。

3）大规模开发建设阶段

到2020年，在全国规模以上城市推广使用分布式能源系统，装机规模达到1000万千瓦以上，初步形成自主制造的产业。华电集团将继续秉持励精图治、锐意进取、开拓创新的精神，与国内同行一道携手并进，为繁荣我国分布式能源发展、促进我国能源结构调整的顺利实施和保证国家节能减排战略实现贡献力量。

四、对发展我国分布式能源的思考和政策建议

（一）科学决策、完善法律法规

1、加大宣传力度、提高公众认知

目前，国内对分布式能源方面的了解，无论是公众用户还是决策者都还需要进一步加深。国家需要加大宣传力度，尽快确定和统一分布式能源的定义，普及分布式能源系统在能源效率、可再生能源利用、装机规模、分散接入、节能减排、科学环保等方面的优势，为分布式能源的大发展打好群众基础。

2、完善法律法规建设

国外经验告诉我们，新兴行业的发展需要法律来保驾护航，只有从国家法律、法规层面落实相关政策，才能真正确保分布式能源快速、健康和持续发展。随着国内各方面对发展分布式能源需求的不断增长，迫切需要在目前现有法律、法规和政策基础上，形成集中统一的、更具可操作性的实施细则和配套措施，在财税、金融等方面专门出台相关的扶持政策，在电价补贴、接入系统投资、节能奖励等方面给予优惠政策，将促进产业发展、制定合理价格机制、解决发展瓶颈的利好政策落实到实处和细节。

3、改善分布式能源并网管理

分布式能源是分散在用户端的供能系统，和传统集中式发电形式相比，分布式能源具有分散接入、规模小、独立灵活、因地制宜、按需供应的特点，是对传统能源利用形式的一次彻底革命，同样也会触动各方利益，特别是并网接入问题。分布式能源要发展，必须积极推进电力体制改革，改善并网接入管理，进一步明确电网企业在分布式能源系统发展上的责任和义务，确立全额购电的基本原则和合理的可持续发展的标竿电价，鼓励电网企业支持分布式能源的发展，为分布式能源大规模商业化发展创造条件。

（二）加快行业标准建设，通过科技创新促发展

1、构建行业标准体系，加快制定分布式能源技术标准 标准是对行业长期研发成果和实践经验的归纳，是产品和技术合格的判定依据，同时也能作为宏观调控的技术手段。构建分布式能源行业的标准体系和编制技术标准，是保证分布式能源产业健康、有序发展的关键所在。

2、重视基础技术创新，加快分布式能源关键技术国产化 分布式能源技术在我国的发展还刚起步，关键技术如燃气轮机技术、太阳能和风能发电核心技术、高效蓄能技术等，严重依赖国外发达国家，严重阻碍国内分布式能源产业的发展。因此，国家应加大科研投入，组织各方技术力量，重点解决关键技术的自主研发和产业化，提高分布式能源系统运行效率，改进分布式能源项目设计技术，积累分布式能源系统运行管理经验，不仅关系到降低投资成本、提高投资者积极性以及增强分布式能源技术市场竞争力等问题，同时为大规模的技术推广应用奠定坚实基础。

（三）科学合理制定分布式能源产业发展规划

在我国，近年来风能和太阳能的开发都经历过风暴式的增长过程，其结果除了带动行业快速发展的同时，也导致了产能过剩、开发过度无序、行业内恶性竞争等后果。因此，发展分布式能源，应该汲取国内其他相关行业发展的经验教训，根据行业科技进步、标准体系完善程度、用户需求发展以及行业内实际生产投资能力，在适合我国实际国情的基础上，科学合理地制定短中长期发展规划。政府在制定城市能源消费结构、城市能源发展规划以及城市热电联产规划时，也应给予天然气冷热电联产能源系统以适当的发展空间，做好分布式能源规划工作。

在可再生能源分布式发电方面，目前我国已经出台了《可再生能源中长期发展规划》，应该将其纳入到国家可再生能源发展规划中进行统一考虑，重点对城镇、边远地区分散式接入的可再生能源发电系统进行规划，作为现有可再生能源发展规划的有力补充。

五、对我国分布式能源科技创新发展的建议

为进一步贯彻落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》和《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》，面向分布式能源发展的实际需求与科技前沿，发挥科技在产业发展过程中的支撑与引领作用，“十二五”期间，建议国家支持在标准规划、动力技术、余热利用以及蓄能技术等方向重点开展研究和创新工作，加快推进分布式能源核心技术自主产业化，推动我国分布式能源产业健康可持续发展。

（一）发展目标

在“十二五”期间，重点突破中小型燃气轮机、太阳能利用、风能利用、生物质能利用以及蓄能等分布式能源核心部件的关键技术开发，掌握具有国际领先水平的新工艺和新技术，形成我国完整的分布式能源核心技术研发、装备制造、工程建设和运行维护的技术成果转化服务体系；构建分布式能源技术国家标准体系和系统集成、检测平台；培育一批高水平的科技创新队伍，建设我国分布式能源技术的交流合作平台，全面提升我国分布式能源技术研发的国际竞争力，促进我国分布式能源装备制造和技术服务产业发展。

（二）重点方向和任务

1、政策与战略研究

研究分布式能源的国内外政策法规；研究适合我国国情的分布式能源发展战略；研究我国分布式能源的产业发展规划、立项管理、并网管理、运营模式、电价机制以及优惠政策等。

2、核心技术研发 1）动力技术研究

研究高速小型燃气轮机、高速透平膨胀制冷机和发电机的轴系运行特点；研究小型燃气轮机的制造工艺；研究基于高速气体轴承-柔性转子结构轴系与压气机、涡轮及发电机的一体化设计技术；以高速柔性轴系一体化、耦合调频技术、非线性振动测试分析和故障诊断技术等为主要技术手段完成部件和子系统的结构集成研究等。

研究航改型燃气轮机的配套关键技术及装备工艺；研究航改型燃气轮机部分非核心部件的自主技术和国产化等。

研究分布式可再生能源发电技术；研究燃料电池发电技术；研究化石燃料与中低温太阳热能品位互补技术等。

2）余热利用技术研究

研究动力余热驱动的功冷并供循环技术；研究正逆循环耦合的机理，寻求适应低品位动力排烟余热大温度区间梯级利用、功冷并供的新方法；研究变工况下的分布式供能系统能量转换特性等。

3）蓄能技术研究

研究并揭示压缩空气蓄能、抽水蓄能、电容蓄电、化学蓄能等蓄能技术的特点；研究适合分布式能源系统的蓄电技术；研发新型高效蓄热技术；研究主动蓄热型分布式能源系统特点等。

4）系统集成控制技术研究

研究基于设备性能优化的分布式供能系统运行优化技术；研究基于多能源形式匹配和负荷分析的系统集成技术；研究分布式能源控制技术等。

5）微网技术研究

研究分布式能源微网系统功率匹配和平衡控制技术；研究分布式能源微网系统电能质量控制和系统保护技术；研究分布式能源微网系统在并网和孤立状态下的安全稳定运行和无缝切换技术；研究基于可再生能源发电的微电网控制技术；研究分布式发电微网保护技术等。

3、成果转化与集成示范

加快分布式能源系统关键技术的自主研发和产业化，将具有创新性的技术成果在实际工程中推广应用，改进关键设备的生产制造工艺，降低分布式能源项目开发成本，积极推进分布式能源典型示范项目建设，在寒冷气候地区、冬冷夏热气候地区、湿热气候地区，分别选择典型用户，开展分布式供能系统方案设计和应用研究。

4、公共服务平台建设

建设国家级分布式能源公共数据库和信息服务中心，建设国家级的公共研发与试验测试平台，研究分布式能源系统集成和检测技术，建设分布式能源的国家实验室、工程技术中心、产业化基地，推动我国分布式能源自主创新能力建设，推动分布式能源技术进步，促进分布式能源发展。

1）建设公共数据库及信息服务平台

研究建立我国分布式能源政策、法规、技术、标准、专利等各个方面的公关数据库，建设分布式能源公共信息服务中心，推动数据和信息等资源共享，为国家发展战略决策提供技术支持。

2）建设标准、检测与认证体系

研究建立国家级分布式能源标准化平台，构建和完善分布式能源标准体系，制定适合我国国情的分布式能源标准，研究和完善分布式能源设备及系统性能测试评价方法，统一规范认证模式，有效推进分布式能源系统检测、评估和认证工作。

3）建设国家级的科技创新平台

建设分布式能源的国家重点实验室、工程技术研究中心、产业联盟以及产业化基地等技术创新平台，加快推进前沿科技的自主研发和产业化，重视创新科技的工程应用和典型示范作用。

5、人才培养

依托分布式能源领域的重大科研项目、重点学科和科研基地以及国际学术交流与合作项目，加大分布式能源领域学科或学术带头人的培养力度，积极推进创新团队建设，培育一批专业技术过硬、自主创新能力强、具有国际竞争力和影响力的高水平研究团队；进一步完善高级专家培养与选拔的制度体系，培养造就一批中青年高级专家，提高风电自主研发与创新能力。

鼓励分布式能源相关企业聘用高层次科技人才，培养优秀科技人才，并给予政策支持；鼓励和引导科研院所和高等院校的科技人员进入市场创新创业；鼓励企业与高等院校和科研院所共同培养技术人才；鼓励企业多方式、多渠道培养不同层次研发与工程技术人才；支持企业吸引和招聘海外科学家和工程师。制定和实施吸引分布式能源领域海外优秀人才回国工作和为国服务计划，重点吸引高层次人才和紧缺人才；加大对高层次留学人才回国的资助力度；加大高层次创新人才公开招聘力度；健全留学人才为国服务的政策措施；实施有吸引力的政策措施，吸引海外高层次优秀科技人才和团队来华工作。

6、国际交流与合作

结合我国分布式能源发展的需要，针对分布式能源关键动力技术、余热利用技术、系统集成技术等方向，和国外相关领域前沿科研院所进行交流和合作，提升我国分布式能源技术基础科学领域的研究能力。针对我国实际分布式能源项目的特点和技术难点，支持国内科研院所，围绕分布式能源系统关键技术，深入和拓展与国外组织、科研机构以及企业间的技术合作。

针对国内分布式能源领域的人才培养机制、公共技术服务平台建设、检测认证机构建设等方向，与国外发达国际展开合作与交流，借助欧美国家成功经验，提升我国分布式能源技术服务水平。

紧紧围绕国内需求、重点任务等相关要求，有针对性地积极参与国际研究课题，积极参与国际标准的研究与制定；鼓励在华创建分布式能源领域的国际或区域性科技组织；鼓励我国科学家和科研人员在国际组织及国际研究计划中任职或承担重要研究工作，提高我国科研创新水平和国际影响力。

（三）保障措施

1、以企业为主体，采用产学研合作模式，建设分布式能源技术研发、成果转化、工程示范一体化的合作机制，突破分布式能源产业关键技术研究和应用。

2、强化国家宏观协调管理能力，提高科研项目管理水平，合理规划科研力量和资源配置，大力培养和引进高端技术人才，按进度落实“十二五”科技发展规划和目标。

3、加大分布式能源技术研发投入力度，正确引导地方政府、行业内、企业等各种社会资金投入，加强对基础研究、前沿科技研发、国际先进技术引进消化、重点学科建设、科研条件和技术服务体系构建方面的投入。

分布式流媒体资源调度技术研究 篇6

关键词：分布式；流媒体；资源调度

中图分类号：TN919.8

随着科学技术不断进步，多媒体网络的应用越来越广泛，而代表最新多媒體网络技术的流媒体也被知名的视频服务提供商应用。流媒体是近些年来的新兴多媒体在网络中的传输技术。流媒体的传输载体是因特网，流媒体传输的定义是，依照实时顺序进行视频与音频的传输，它是一种以多媒体为内容的实时数据流。流媒体相关技术领域也非常广泛，例如多媒体数据的采集、视频信号的采集、各种音频的解码、多媒体数据的存储以及多媒体的播放技术等等领域。所谓流媒体中流的定义，一般来说分为下狭义上的定义和广义上的定义。在广义上讲，流是指将视频和音频数据以稳定、连续的形式进行传输和回放的相关协议和方法的总称，有些学者也将其称之为多媒体系统。狭义上的定义是指，与传统的下载播放的模式相比，更为先进和优化的一种网络多媒体模式。传统的方式中，用户需要将喜欢的视频或音频文件进行提前下载，之后进行连续的播放的过程。但是随着多媒体技术的不断更新，现代多媒体文件通常容量很大，甚至达到几十G，过长的下载时间将降低用户对多媒体文件的体验，因此，流媒体的出现有效的解决了该问题。使用流媒体，用户不用等待文件下载，多媒体视频或者音频只需缓冲一小段时间，即可进行播放，用户的体验度大大提高，并且播放的时延也将大大缩短。

1 蚁群算法特点

为了应对流媒体的应用中出现的大量消耗CPU、带宽等资源的问题，单机服务器已经不能承受高并发用户的在线以及访问的需求，需要采用多台服务器构成的集群来均衡负载，进行共同分担，因此分布式的解决方案应运而生。本文针对分布式流媒体调度技术进行研究，在分布式的流媒体服务子节点的部署环境中，每个子节点均作为流媒体的服务器。为保证流媒体服务的质量，本文提出基于蚁群优化算法来进行分布式流媒体资源的调度，通过该算法能够综合考虑服务器的访问量，服务器等硬件的处理能力以及网络条件等因素，进行网络路径的优化，从而实现优化流媒体的访问质量。

蚁群算法是一种仿生学算法，源自于自然界的蚂蚁觅食行为。蚁群算法的核心原理是，蚂蚁能够寻找一条最短的路径，从洞穴到有食物的地方。不仅如此，路径还能够随着环境的变化而更新，也就是说，能够再自适应的环境下进行路径更新。蚁群算法的仿生学原理是，蚂蚁在寻找食物的时候，会在走过的路径上分泌一种物质，叫做信息素。蚂蚁就根据路径上的信息素的强度寻找食物，即蚂蚁选择某条路径的概率要与这条路径上的信息素的强度成正比关系。假如，路径上的蚂蚁以线性增长的方式增多，其信息素的强度就会变得很大，那么蚂蚁在这条路径上进行选择的概率将会更高。这样的结果造成了信息素的不断增强，带来的连锁反应是有增加了许多吸引过来的蚂蚁。这样的一个过程是一种正反馈机制。也就是说，蚁群算法通过一种正反馈机制来搜索最短的路径寻找食物。

所以，蚁群算法是一种充分利用了正反馈原理的增强学习系统，该算法通过循环更新信息素的强度，最终达到收敛的效果，从而找到了最佳路径。这种利用正反馈的机制，使得蚁群算法不同于其他的仿生学算法。蚁群算法的缺点是，收敛的过程与实践非常长，而且对使用蚁群算法的系统的初始化参数非常敏感，也就是说初始化参数对优化路径的结果影响很大。蚁群算法的特点如下：第一点，蚁群算法是充分利用了正反馈原理的增强学习系统，利用信息素的循环更新，在最优路径上进行收敛。第二点，蚁群算法是一种随机性的优化方法，不仅仅是一种仿生算法，而是融入了更多的人类智能算法。第三点，蚁群算法更适合于分布式环境，是一种分布式优化的方法，而且能够对串行计算和并行计算机共同适用。第四点，蚁群算在网络优化领域应用得非常广泛。

2 基于蚁群算法的分布式流媒体资源优化调度

为了保证分布式环境下的流媒体服务质量，本文提出了基于蚁群算法的流媒体资源调度方法。根据蚁群算法得到最优路径后，依照此路径将流媒体进行传输，在设计流媒体资源优化调度方法时，需要解决如下几个问题：（1）如何得到各个流媒体服务器的CPU使用率；（2）如何得到内存使用率；（3）如何获得网络传输速度。

本文利用蚁群算法进行分布式流媒体的资源优化调度，寻找源节点到目的节点的最佳路径。主要实现步骤如下所示：（1）进行初始化过程，设置四个参数a，b，c，d，a表示每个网络节点上信息量受到关注的程度。B的值如果很大，则代表了之前多媒体流经过该路径的概率值增大，该值如果超过限定值，则将会导致搜索过程过早进入小范围的最小解的过程。C表示选择路径上的信息受到关注的程度，d值越大，则算法针对周围服务器节点的选择将会更多的选择举例最近的节点。本文对a，b，d值的设置为1，5，0.99；（2）计算每个网络服务器节点的传输成本；（3）进行循环更新过程，首先需要条件，第一个为服务器间的路径要真实存在。第二个是服务器节点间的路径在更新过程中不能重复。条件限制由路由限制表进行控制。通过公式得出每条路径的选择概率，标记概率大的节点存入选择数组，并且将访问顺序也一并存进数组。进入新的循环过程，根据初始化设定的循环次数，得到最终最佳路径。

3 结束语

随着社会科技进步，网络多媒体应用越来越广泛，流媒体作为新兴网络多媒体技术开始广泛受到关注。本文针对分布式环境的流媒体资源的调度技术进行了深入的研究。提出了基于蚁群优化算法来进行分布式流媒体资源的调度方法，通过蚁群算法对服务器的访问量，服务器等硬件的处理能力以及网络条件等因素进行综合考虑，并且进行循环过程的网络路径优化，从而实现优化流媒体的访问质量。

参考文献：

[1]尹浩，林闯，文浩.大规模流媒体应用中关键技术的研究[J].计算机学报，2013（05）：133-139.

[2]吴艾，刘心松，符青云.DPVoD：基于P2P的视频点播体系结构[J].计算机研究与发展，2012（02）：335-339.

[3]魏维，罗时爱，刘凤玉.视频点播中视频服务器节目替换算法研究[J].计算机工程与应用，2008（02）：55-58.

[4]白翔宇，叶新铭，蒋海.分布式远程教育资源网的设计及通信机制[J].计算机工程，2013（04）：98-99.

[5]李海峰，黄新志.基于多层分布式结构的教务管理信息系统的开发[J].安徽农学通报，2007（20）：145-148.

[6]宫德龙.基于混合蚁群算法的MIMO雷达发射波形设计[D].河南大学，2010：254-255.

作者简介：高羽（1970.05-），男，天津宁河人，高级工程师，本科，研究方向：在线教育、流媒体视频服务。

分布式计算技术介绍 篇7

分布式计算和并行计算技术为研究开发高性能计算机另辟蹊径,使用普通的计算机通过网络连接之后,通过这两种计算技术来完成以前只有在高性能计算机上才能进行的工作,随着技术的发展和进步,分布式计算技术已经使参与分布式计算的普通计算机的“联合计算能力”超过了单台超级计算机。分布式计算技术已经有十几年的研究历史,但现在仍然是计算机研究领域的一片热土,在不同的应用领域发展起来特点各异的分布式计算技术的分支。

1.1 分布式计算国内外研究现状[1]

现在对分布式计算技术的研究主要集中两个方面:分布式操作系统和分布式计算环境。经过近20年的研究,已经有多种分布式计算技术在各不同领域得到应用,下面是比较主流的几种技术:中间件技术、P2P技术、移动Agent技术、网格技术、Web Service技术,这些技术已经比较成熟,且得到了大家的认同,已经在其适合的领域内用于科学研究或大规模数据计算。

整体研究水平来看,国内的研究水平和国际上发达国家有明显差距,我国虽然拥有数量巨大的计算机用户和网络用户,但了解或者知道分布式计算的用户却不多,大部分人或者绝大部分用户使用计算机进行日常办公、网上查询、聊天等工作,只有部分高校和科研机构才参与分布式计算,这和西方欧美发达国家相比,我们的理论起点低,研究的深度和应用的广度都和发达国家有巨大的差距。

1.2 分布式计算国内外应用现状[1]

现在分布式计算已经应用在科研、教育、天气预报分析、数据库搜索、生物技术等诸多领域,以下是几个比较典型的例子:

SETI@home是国际上比较著名的一个分布式计算应用的项目。这个项目主要是通过使用参与分布式计算的计算机下载计算程序来对射电望远镜收到的海量信号进行计算分析,目的是确定地球之外有无类人或类似地球生物的生命存在,寻找宇宙中的生命体,我们国家也有一些机构和个人参与这个科研项目。

若说SETI@home和我们的实际生活没有多大关系,那么下面这两个项目则和我们有密切的关系。Climateprediction工程是分布式计算技术在气象预测领域内的成功应用例子之一,研究者首先建立气象计算模型,全球各地巨的气象数据输入计算程序,任何参加这个项目的组织和机构或者个人,都可领到合适的计算任务,并把计算的结果返回,通过海量的计算来组建地球气象模型。

Folding@home是另一个著名的分布式计算工程,这个项目主要是研究蛋白质折叠、、聚合及由此过程引起的一些相关疾病。使用计算机来模拟蛋白质的折叠和聚合过程需要海量的计算,分布式计算可以通过利用大量的闲散计算资源,甚至是跨越国界、民族的界限,来承担这个巨大的计算任务,研究这些疾病的产生原理,为攻克和预防这些疾病做理论上的分析,目前有多个国家的科研机构和组织参与这个项目,我们中国也有人参与这个项目。

作为应用分布式计算最成功的组织之一:谷歌,他的文件管理系统被作为一个典范,许多学者对其研究,一些同行进行效仿,甚至有些人将谷歌的文件管理系统作为一门学科来研究,GFS这个原本是谷歌自有名词缩写因此也成了这个行业应用分布式计算的一个典范。

和上面的应用例子类似的分布式计算工程有很多,分布在不同的国家和地区,但这些项目大都互无联系,甚至每个项目都使用一个不同的软件,使用不同的分布式计算技术,如何整合这些互不关联的项目,更大限度地发挥参与这些工程的计算机的能力,这也是一个研究课题,美国加州大学伯克利分校已经建立了一个开放的网络计算平台,即行内皆知的BOINC(BERKELEY OPEN IN-FRASTRUCTURE FOR NETWORK COMPUTING),这个平台的主要功能是把不同的分布式计算项目连接起来,对参与这些项目的计算资源进行统一合理分配,从而更有效的利用这些计算资源,提高计算效率。

2 分布式计算的关键技术

2.1 关键技术一:中间件技术[2]

中间件技术是比较早期的分布式计算技术,所谓的中间件技术,就和字面上的意思一样,是一个联络不同技术和操作系统的纽带,通过这个软件,分布式应用软件可以在使用不同的操作系统和技术的计算机之间进行计算资源共享,IBM和SUN Microsystems以及AT&T贝尔实验室都对中间件技术的研究和发展做出重要贡献,贝尔实验室于1984年发布的Tuxedo应该算是早期比较成熟的中间件技术产品,这个负责屏蔽不同操作系统、编程语言、通讯协议的中间件就负责计算资源的管理和分配以及网络通信。经过十几年的发展,多种技术开始融合,中间件技术又发展出不同层次和类型的多个产品,例如:自适应中间件、移动中间件、对象中间件、消息中间件、数据库中间件,远程过程调用中间件等等。

中间件技术是分布式计算技术中的一种基础技术,其他一些分布式计算技术和中间件技术结合以优化分布式计算技术,例如:网格计算。

2.2 关键技术二:网格技术[3]

网格计算是目前最重要的分布式计算技术之一,它通过网络系统将分布在不同地点或区域的计算机资源(包括各种硬件和软件以及信息数据等)连接成一个巨大的“异构计算机”,虽然这些计算资源分布在各自不同的计算机上,这些计算机可能有不同的操作系统、不同的技术协议,但是通过网格技术组建的这个系统却可以象一台计算机一样对这些资源进行管理和利用,从而完成一些计算规模巨大的复杂运算和数据处理任务。从另一个意义上说,这种计算资源的统一管理和共享,不仅仅为提供复杂就算提供支持,还可以在很大的区域范围内,打破企业、组织和国家界限,避免重复资源投资和浪费,充分利用自己的计算资源,因此网格计算在分布式计算技术中占有十分重要的地位。

网格有多种体系结构,其中Foster等提出的五层沙漏结构(图1)为比较典型的一种体系结构,自下向上分别是构造层、连接层、资源层、汇聚层和应用层;还有一种典型的结构体系:开放网格服务结构OGSA(Open Grid Services Architecture),这个结构是结合Web Service技术的网格体系,OGSA是以服务为中心的“服务结构”,定义了“网格服务”的概念,网格服务是一种Web Service,该服务提供了一组接口。

网格系统大致都可以划分为三个层次的基本结构:底层(构造层),主要是分布在各个计算机上的资源,硬件和软件、信息数据等;中间层,主要负责屏蔽底层资源的异构性,是上面提到的中间件技术;应用层,这是我们的工作平台,通过应用层来组织协调和合理利用底层的资源来完成分布式工作任务。

网格(GRID)归诸于一个下部基础构造,它使得高端计算、网络、数据库和私有科学工具的集成和协作使用成为可能,并且,能够被多个组织所管理。网格应用通常包含大量的数据或计算,经常需要组织间的安全的资源共享。因此,它们不易被今天的Internet和WEB基础构造所处理。

2.3 关键技术三:移动Agent技术[4]

移动Agent是一种可以在构成分布式计算系统的各节点移动的软件Agent,软件Agent应该是人工智能技术发展起来的一个产物,人工智能的研究主要解决知识表达、机器学习、推理等类似人的智能的算法问题,而软件Agent就具有类人的智能,可以自主管理,能对环境做出响应,甚至主动行动,进行推理计算来完成任务。我们一般把软件Agent看做是在一台机器上运行的一个程序,而移动Agent则是可以自主在网络上构成分布式计算系统的各节点之间进行移动的一个程序。这个程序带着自己的任务找到可以完成这个任务的节点(这个节点有完成这个任务所需要的数据、硬件、软件等资源),通过网络移动到这个节点,在此暂时定居,利用这个节点的资源进行计算,计算结束后,这个Agent携带计算结果通过网络自主移动到下一个需要达到的节点,这种模式可以减少网络拥堵,在一个节点盘踞期间,甚至可以断开网络连接也不会影响其正常工作,只要在它完成任务需要移动时恢复网络连接即可。这种移动类似密封采蜜,一朵花上的资源用完之后飞到另外一朵花上,满载之后(完成任务)飞回蜂窝,卸载蜂蜜,进行第二次行动。这和传统的数据调用方式要好得多,一来可以减少大量数据在网络上传输,对带宽的要求就低了;二来可以减少大量数据传递带来的数据错误,提高计算的效率和鲁棒性;图2和图3分别是传统网络计算和移动Agent的示意图。

移动Agent技术自90年代开始发展很快,因其本身就是一种适用性很强的分布式计算模式,且具有极好的鲁棒性,对网络的要求低,故这项技术是目前分布式计算技术研究的一个热点。

2.4 关键技术四:P2P技术[5]

P2P(Peer-to-Peer)对等网络应该是资格比较老的一项技术,例如TCP/IP协议,并没有对客户机和服务器做区分,所谓的“对等”就是地位相同,在网络中的节点处于同样的地位,没有客户端和服务器的区分,这些地位相等的节点可以互相进行资源利用和数据共享,不需要通过服务器来转接和通信,这样可以减少对服务器的依赖,也就降低了对服务器的性能要求(软件、硬件要求)。当然,纯粹的对等网也有其弊端,为了解决这些问题,一些分支和混合技术发展起来,例如为了解决P2P搜索速度慢的问题,在对等网中仍然设置服务器,但是服务器只提供搜索索引,各节点可以快速在服务器上查到要搜索的资源目录和地址,然后直接去目标地址完成资源交互。为了解决热点资源网路堵塞的问题,数据传输方式由点对点方式发展为多点对多点传输,该项技术已经在现在的网络上广泛应用。点对点传输只能在在源节点和目标节点之间传送数据,若一个节点的资源对应多个目标节点,其传送效率就低了,多点传送解决这个问题,将数据源分割成多个数据包,这些数据包可以不依照顺序给各目标节点发送,同时收到数据包的目标节点可以作为其他目标节点的源节点,给其他未收到该数据包的节点传送数据,使用这种技术,下载源数据的节点越多,实际传送的效率就越快,但是若不能将全部数据包都收齐,这些数据包将无法连接起来,也就无法使用,点对点传输则不存在这个问题。

2.5 关键技术五:Web service技术[6]

并行计算和分布式计算的优点就是发挥“集体的力量”,将大任务分解成小任务,分配给多个计算节点同时去计算,起初的并行计算可以在一台计算机上执行,也可以提高运行效率,现在的分布式计算已经将计算扩展到多台计算机,甚至是多个网络,在网络上有序执行一个共同的任务,当然离不开Web技术,但在分布式计算发展起来之前的网络协议并不能满足分布式计算的要求,于是产生了Web service技术,简单地说,这种技术的功能和中间件的功能有相似之处:Web service技术是屏蔽掉不同开发平台开发的功能模块的相互调用的障碍,从而可以利用HTTP和SOAP协议使商业数据在Web上传输,可以调用这些开发平台不同的功能模块来完成计算任务。这样看来,要在互联网上实施大规模的分布式计算,就需要Web service做支撑,因此很多人认为这项技术是分布式系统继续研究和开发的理想模型。

2.6 关键技术六:云计算[7]

云计算也是分布式计算技术的一种,其最基本的概念,是将巨大的计算处理程序分拆成无数个小的子程序,再将这些小程序分配给庞大的计算机网络系统经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户。所谓的“云”,最初来自“电子云”的概念,这种子程序的分解是数量巨大,或者可以想象成将水滴分解到蒸气一样的微小颗粒,也就是“云”状态,如此多的任务,分配给同样多的计算节点去计算,每个节点的任务很小,计算也很快,但如何管理这如云一样的庞大网络,就大有文章。使用这项技术,服务提供者可以在短时间内(数秒或者几分钟),达成处理数数量巨大的信息,达到和“超级计算机”同样强大效能的网络服务。最简单的云计算技术在网络服务中已经随处可见,例如搜寻引擎、网络信箱等,使用者只要输入简单指令即能得到大量信息。进一步的云计算不仅只做资料搜寻、分析的功能,更可计算一些像是分析DNA结构、基因图谱定序、解析癌症细胞等。稍早之前的大规模分布式计算技术即为“云计算”的概念起源。

3 结论

分布式计算作为一项快速发展的计算机技术,因有低运营成本高计算性能的优势,且目前我国有丰富的闲置计算资源,其发展前景十分乐观,关于对该项技术的研究,我国明显落后于发达国家,已经成为计算机大国,存在严重的资源浪费和闲置,现在分布式计算技术只是在一些高校、科研机构内作为研究和应用的对象,分布式计算技术虽然发展迅速,但各项技术大都存在一些问题,例如:数据安全问题、网络异构问题等等,还有巨大的研究和发展潜力。

摘要：作为使用低成本的硬件来达到高性能计算机性能的一项技术,分布式计算技术近年来发展迅速,并且在科研、数据搜索、复杂数据计算等方面发挥了重要作用,如:中间件技术;P2P技术;移动Agent技术;网格技术;云计算;Web Service等,这里介绍这些技术和国内外应用情况。

关键词：分布式计算,云计算,并行计算,Web Service,网格计算

参考文献

[1]邓传军,马志民.分布式计算模型探讨[D].福建:厦门大学,2005.

[2]奚丽倩,袁国良.浅析中间件技术的研究现状[D].上海:上海海事大学,2009.

[3]赵东.网格计算环境中若干关键技术的研究[D].成都:电子科技大学,2003.

[4]于涛,张继棠,雷飞鹏.Mobile Agent技术应用[D].重庆:重庆邮电大学,2007.

[5]周文莉,吴晓非.P2P技术综述[D].北京:北京邮电大学,2006.

[6]杨涛,刘金德.web service技术综述——一种面向服务的分布式计算模式[D].四川:电子科技大学,2004.

分布式储能技术 篇8

关键词：一体化,MPPT,双DSP,双模式

0引言

随着分布式光伏的快速发展,在局部电网中渗透率越来越高,对电网的安全稳定运行提出了新的挑战[1,2]。而采用分布式储能技术,可以有效缓解分布式光伏发电并网矛盾、提高电网安全和稳定性、改善供电质量,尤其在电网出现故障情况下,可以起到紧急后备的作用,极大地提高了用户供电质量[3,4,5,6]。分布式光伏/储能一体化变流器是分布式光伏和储能并网的重要环节,其功能和结构直接决定了分布式光储联合系统的运用。

传统的光储一体化变流器主要是以离网运行为主,随着分布式发电和微电网技术的发展,要求光储变流器不但具有并网工作模式,还要求具有离网工作模式,同时具备并网和离网的平滑切换功能。

笔者研究双模式光储一体化变流器的基本控制方法,阐述双模式光储变流器控制系统的设计,研制一台50 k W双模式光储变流并网接口设备,通过试验验证本研究所采用的拓扑结构和控制方法的可行性和正确性。

1主系统拓扑结构

分布式光储一体化变流器系统拓扑结构如图1所示。光伏电池接入直流转换单元,提供光电能量转换。其核心部件是交直流转换单元模块和直流转换单元模块[7]。光伏MPPT控制模块接受主控制模块的控制,主控制模块根据光照资源的条件,启动直流转换模块 工作 ,实现光伏 发电的最 大功率点 跟踪 (MPPT)。直流转换单元模块可以将光伏发电通过升压的方式接入交直流转换单元模块的直流侧,实现直流升压的功能。储能电池直接接入交直流转换单元的直流侧,可以稳定直流母线电压,实现并网和离网条件下的功率平衡。交直流转换单元可以将交流侧的电流在其主电路中具有双向流动性,使光储一体化变流器能够工作于充放电的状态,实现对储能电池的充电和放电功能,同时可以工作在并网模式和离网模式。其中,并网模式下由恒功率控制模块控制,离网模式下由恒压/恒频控制模块控制,主控制模块根据调度的运行指令来启动不同的运行模式。

2控制方法

2.1恒功率控制方法

在并网模式下,根据电网的调度要求可以进行恒功率控制模式。恒功率模式如图2所示。其中,在恒功率模式下,都具备有功和无功平滑调节能力[8]。

恒功率控制采用双环控制,恒功率的外环是功率环;内环为交流电流控制环。电流内环作用是用于提高系统的动态性能和实现限流保护。功率外环的误差信号送入PI调节器,PI调节器的输出即为主电路交流输入参考电流,系统通过比较得到电流误差后,对电流误差进行PI调节,实现交流侧有功和无功的调节。

2.2电压/频率控制方法

离网模式下,储能系统独立给负荷供电或储能系统在微网中作主电源运行时,要为负荷提供电压和频率支撑,维持供电点电压和频率的稳定,采取定电压和定频率控制策略(V/f控制)。

V/f控制框图如图3所示。

为了保证在微电网系统中,存在三相不平衡负载,外环采用三相独立的相电压控制,经过PI调节器, 产生三相交流电压,再和三相交流电压的瞬时值比较,产生三相调制波。调制波和6.4 k Hz的载波进行比较,生成相应的6路驱动脉冲。

2.3直流电压控制方法

考虑光伏发电的运行特点,本研究应用扰动观察法实现光伏发电最大功率跟踪。为保证太阳能电池板工作在最大功率点处,本研究使用MPPT算法产生直流电压参考值,与直流电压实测值比较后经过PI调节器,产生直流电压参考值,再和直流电压实测值比较,经过PI后产生PWM调制波。

3控制系统设计

3.1系统组成

考虑光储一体化变流器的实时控制和接受监控调度快速响应,控制系统采用双DSP的设计方案,硬件控制电路的控制框图如图5所示。其中DSP选用TMS320 F28335作为控制核心,该芯片主频150 MHz, 具有浮点数据处理能力和PWM事件管理能力[9]。双DSP具体分工为:控制DSP主要负责逻辑控制、保护功能、开入开出处理、控制算法处理以及PWM脉冲的生成;通讯DSP主要负责通讯数据的处理,其中BMS采用CAN通讯,人机界面采用RS485通讯,并网点保护装置采用RS485通讯,上位机采用以太网通讯。控制DSP和通讯DSP采用双口RAM进行实时数据交互,保证数据传输的快速性。

3.2控制芯片

控制芯片采用TI公司生产的32位浮点DSP,时钟频率为150 MHz,内置128 k×16位的片内Flash。它既具有数字信号处理能力,又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能,特别适用于有大批量数据处理的测控场合。

3.3A/D变换

本研究将经过调理好的模拟信号转换为数字量, 采用AD公司出品的16 bit真双极性、多通道模/数转换器(ADC)AD7656,该器件仅有160 m W功耗,它比最接近的同类双极性输入ADC的功耗降低了60%。 AD7656包含一个低噪声、宽带跟踪保持放大器以便处理输入频率高达8 MHz的信号。该AD7656还具有高速并行和串行接口,从而允许该器件与微处理器 (MPU)或者数字信号处理器(DSP)连接。

3.4双口RAM

本研究采用高速双口RAM进行控制DSP和通讯DSP之间的数据交换。高速双口RAM采用DT70V25S芯片。该芯片具有230 m W的功耗,高速通道25/35/55 ns,为兼容总线控制采用高字节和低字节分别控制方式,该芯片易于扩展到32位数据数据总线。

4系统软件设计

在双微处理器的软件设计中,控制系统的程序设计分为控制部分程序和通讯数据处理程序两部分,其中控制部分软件流程框图如图6所示。其中,控制DSP的主控制程序进行控制系统的参数初始化和光储一体化运行状态的判断,来启动并网运行模式或者离网运行模式。恒功率控制程序进行交流侧的有功和无功分解,根据给定的有功和无功参考值调节PWM输出脉冲。光伏MPPT控制流程程序根据光伏输入的电压和电流,计算输出功率,进行当前输出功率和前一次输出功率的比较,确定目前光伏输出功率是否处于最佳功率点,从而输出控制电压值。

5实验

依据以上研究,笔者研制了一台50 k W分布式光伏/储能一体化样机。主要器件参数如表1所示,主要技术参数如表2所示。

5.1试验环境

为验证光储一体化并网接口设备的功能,笔者搭建试验平台,其中的储能电池包括40 k W/75 k Wh铁锂电池、30 k W/60 k Wh铁锂电池、40 k W/100 k Wh铅酸电池、25 k W/50 k Wh的锌溴电池、两台50 k W×10 s超级电容,能量转换装置包括两台100 k W和四台50 k W的AC-DC储能变流器,两台100 k W的DC-DC直流变换器,还有一台100 k W光伏模拟器和30 k W模拟柴油发电机以及部分试验和照明负荷。结构图如图7所示。

5.2光储一体化设备充放电试验

为验证光储一体化的快速切换的能力,本研究进行并网充、放电快速切换能力测试,50 k W充电切换到50 k W放电时三相交流电压和A相交流电流波形如图8(a)所示,切换过程约为20 ms。光储一体化设备50k W放电切换到50 k W充电时三相交流电压和A相交流电流波形如图8(b)所示,切换时间约为20 ms。从试验波形,可以充分体现光储一体化设备的动态切换过程的快速性和稳定性。

5.3光储一体化设备离网带载能力试验

为验证光储一体化在离网条件下,带载能力强的特点,本研究进行不同负载条件下的运行测试,以测试运行时的电能质量。

(1)带50 k W阻性负荷时输出电压/电流波形,由于三相输出电压比较均衡,笔者只给出了A相的波形,对A相电压进行谐波分析,谐波畸变单次最高为5次谐波,为0.35%,总畸变率为0.634%,满额50 k W阻性负载输出波形如图9所示。从试验结果可以看出, 设备稳态输出电压波形良好,总谐波畸变率低。

(2)突加30 k W阻性负载时,输出三相电压和A相电流波形,变流器突加负载时C相电压处于峰值点,C相电压跌落约70 V,恢复时间不到10 ms,A 、B相电压未处于峰值点跌落较小,动态响应速度良好。突加30 k W阻性负载时输出波形如图10所示。

(3)带20 k VA非线性负载时出光储一体化设备的试验波形,对A相电压进行谐波分析如图11所示。 总谐波畸变率为3.062%,满足离网电压性能要求。

5.4光储一体化设备并离网切换试验

光储一体化设备在非计划性孤岛时,当检测电网电压连续N个采样点与上一个周波电压对应采样点发生电压跌落或者上升幅度超过设定阈值时,即认为主网与系统断开或者主网故障,控制系统中主储能装置自动切换到离网控制模式,同时,开出接点跳开主网开关实现非计划性离网切换。离/并网切换波形如图12所示。

监控系统发出并网同期控制令,PCS通过调整微网系统电压、频率达到同期并网条件,发出并网开关控制指令。离/并网切换波形如图13所示。

5.5MPPT有效性验证试验

光伏板标准条件(S =1 000 W/m2,T =25 ℃),开路电压为600 V,短路电流为100 A。在标准条件下最大功率点,Um=478.5 V,Pm=43.2 k W。气象环境突变条件(取S =750 W/m2,T =35℃)发生突变后,最大功率点处,Um=400 V,Pm=29 k W,波形变化如图14所示,可见MPPT可使光伏板电压逐步升高,并通过调制DC/DC输出电压基本保持不变。

6结束语

笔者研究了分布式光伏/储能一体化并网接口设备的控制技术,开发了一套50 k W光储一体化系统,并搭建了试验验证平台,测试了光储一体化系统功能。

本研究经过反复的试验,验证了该分布式光储一体化流器功能强大,具备并网条件下恒功率充放电和快速充放电切换以及离网条件下带不同负载和快速响应的能力;同时,具备并离网平滑切换以及光伏最大功率点跟踪,并具备三相独立供电能力,具有很好的推广价值。

参考文献

[1]艾欣,韩晓男,孙英云,等.光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望[J].现代电力,2013,30(1):1-7.

[2]许晓艳,黄越辉,刘纯,等.分布式光伏发电对配电网电压的影响及电压越限的解决方案[J].电网技术,2010,34(10):140-145.

[3]张文亮,丘明,来小康.储能技术在电力系统中的应用[J].电网技术,2008,32(7):1-9.

[4]程华,徐政.分布式发电中的储能技术[J].高压电器,2003,39(3):53-56.

[5]金一丁,宋强,陈晋辉,等.大容量电池储能电网接入系统[J].中国电力,2010,43(2):16-20.

[6]李官军,陶以彬,胡金杭,等.储能系统在微网系统中的应用研究[J].电力电子技术,2013,47(11):9-11.

[7]卢胜利,鞠文耀,贾中璐.一种双向储能变流器并网控制策略研究[J].电力电子技术,2013,47(6):41-43.

[8]桑丙玉,杨波,李官军,等.分布式发电与微电网应用的锉电池储能系统研究[J].电力电子技术,2012,46(10):57-59.

分布式电源及其相关技术研究 篇9

1.1 分布式电源系统的概念

早在70年代, 分布式电源系统DPS (Distributing Power System) 概念就已出现, 最初应用于计算机供电系统和通信电源中。所谓分布式电源系统, 即是由若干小容量的电源模块组合而成的一个大容量的电源系统。从理论上说, 分布式电源系统的构成可以有串联、并联、以及串联与并联混合等方式, 不过实际应用中通常只是对电源的输出电流要求很高, 应该是负载需要的电流越来越大, 并联供电优势就越明显, 并联电源系统得到了更广泛的应用。

相对于传统集中式供电系统, 分布式电源系统是利用最新电源理论和技术做成相对较小的电源功率模块来组合成积木式、智能化的大功率电源系统。越来越多的电源系统采用模块并联技术, 多个开关电源模块灵活地并联组合成大功率分布式电源体系, 是目前实现开关电源大功率化的主要途径。

1.2 分布式电源系统性能分析

较之传统的单电源供电而言, 分布式的并联电源可实现大容量、高效率, 保证较高的可靠性, 根据需要配置成为冗余系统, 实现电源的模块化, 实现电源容量的可扩充性, 降低成本投入。

大容量是指输出采用并联形式, 用小功率电源模块构建大功率电源系统。高效率, 一方面指较小功率模块的整体效率要比大功率的同类电源模块要高;另一方面是并联电源系统从小功率输出到大功率输出范围内都可以保持较高的工作效率。

高可靠性是指并联电源系统要比采用单个大功率电源的可靠性要高。在并联电源系统中, 如果一部分出现故障, 则可以自动把故障部分隔离, 其它部分仍然可以正常工作, 这样就提高了整体的可靠性。

良好的冗余特性是指如果系统在最大输出情况下需要N个模块并联, 而此时采用N+1或者N+2个模块并联, 在其中一个模块出现故障时, 不仅可以隔离出现故障的模块, 还可以自动把备份的模块并联进来, 这样就仍然能够输出最大的功率。

模块化是指把子模块进行标准化设计后, 只需要把子模块进行并联, 而不需要重新设计, 采用不同数量的模块进行并联, 就可以非常灵活的实现大功率输出了。

低成本是指单位输出功率的成本低。由于小功率模块的单位输出功率成本比大功率模块要低, 因而采用并联方式实现大功率电源时, 便可以降低成本。

综上所述, 实现开关电源模块的并联运行是进一步提高分布式电源系统运行可靠性和扩大供电容量而需解决的关键技术问题。

2 并联技术

各模块直接并联, 由于系统中参与并联各模块特性和参数难以做到完全一致将会造成一些问题。如果将模块直接并联的话, 也势必很难保证各模块均匀分担负载电流, 可能会出现某些模块输出的电流比较大, 某些模块输出的电流比较小, 甚至还有些模块可能根本没有输出电流的情况。如果各个模块没有均担负载电流, 就可能会导致很多问题, 如, 输出电流比较大的模块所承受的电压和电流的应力也比较大, 这就会使它们损坏的机率上升。当系统工作在大负载状况时, 输出电流最大的模块率先达到模块的最大电流限制, 引起系统的保护动作, 进而导致整个并联系统不能正常工作。

3 均流控制技术介绍及各种方法对比分析

在采用并联技术实现分布式电源系统的同时, 还必须采取一定的措施来保证每个模块平均分担输出电流, 即均流, 这样才能保证系统稳定可靠地工作, 充分发挥并联电源的优点。因此, 在并联系统中, 并联均流技术是其关键技术。

从本质上讲, 模块并联运行需要均流的主要原因是由于模块输出是电压源性质, 输出电压的微小偏差会导致输出电流的很大差别。因此, 均流可以通过改变电压源的特性或电压源的幅值来实现。目前, 在并联的电源系统中, 实现均流控制常用的几种并联均流技术有以下几种。

3.1 下垂法

又称作输出阻抗法或者电压调整率法, 是一种通过调节变换器输出阻抗 (即调节外特性倾斜度) , 实现并联模块均流。下垂法是最简单的均流方法, 在小电流时电流分配特性差, 重载时分配特性要好一些, 但仍是不平衡。其缺点是:电压调整率下降, 为达到均流, 每个模块必须个别调整;对于不同额定功率的并联模块, 难以实现均流量。此外, 还有许多因素在影响电流分配的不均匀性, 如, 元器件的容差, 元件老化, 物理条件改变使元件性能的变化有差别等等。因此, 在用输出阻抗法实现近似均流以后, 电源系统运行了一段时间, 若发生上述变化, 则电流分配又不均匀了。由于用输出阻抗法均流的系统电压调整率差, 因此, 这一方法不可能用在电压调整率要求很高 (例如:3%或小于3%) 的电源系统中。

3.2 主/从设置法

主从设置法适用于采用电流型控制的并联开关电源系统中, 所谓电流型控制是指开关电源模块中有电压控制和电流控制, 形成电压/电流双闭环系统。电压环用于调节输出电压、电流环用于调节电感电流。主从设置法是在并联的n个变换器模块中, 任意指定其中一个为“主模块”;其余各模块跟从主模块分配电流, 称为从模块。

主从控制法均流的精度很高, 提高了均流效果。主要缺点是: (1) 主从模块间必须有通讯联系, 使系统复杂。 (2) 如果主模块失效, 则整个电源系统不能工作, 因此, 这个方法不适用于冗余并联系统。 (3) 电压环的带宽大, 容易受外界干扰。

3.3 平均电流自动均流法

平均电流自动均流法要求并联各模块的电流放大器输出端, 通过一个电阻R接到一条公用电流母线上, 称为均流母线。平均电流法可以精确地实现均流, 但具体应用时, 会出现一些特殊问题。例如, 当均流母线发生短路, 接在母线上的任一个模块不能工作时, 母线电压下降, 将促使各模块电压下调, 甚至到达其下限, 结果造成故障。而当某一模块的电流上升到其极限值时, 该模块的V大幅度增大, 也会使它的输出电压自动调节到下限。

3.4 最大电流自动均流法 (民主均流法)

最大电流自动均流法是一种自动设定主模块和从模块的方法。在n个并联的模块中, 输出电流最大的模块, 将自动成为主模块, 而其余的模块则为从模块, 它们的电压误差依次被整定, 以校正负载电流分配的不平衡, 又称为“自动主从控制法”。由于在n个并联的模块中, 事先没有人为设定哪个模块为主模块, 而是按电流大小排序, 电流大的模块, 自动成为主模块, 所以, 也有人称这个方法为“民主均流法”。 采用这种方法可以实现较好的冗余, 不会因为某一模块的故障而影响整个系统的运行, 而且均流母线的抗干扰性能比较好。但是由于主从模块总处于不断的切换中, 会导致各个模块的输出电流产生一个低频振荡, 产生摇摆问题。

3.5 热应力自动均流法

热应力自动均流法按每个模块的电流和温度 (即热应力) 自动均流。电源系统中各并联模块在电源柜中所处的位置不同, 对流情况和散热条件也不同, 结果有的模块温度高, 有的模块温度低。但按热应力自动均流可以在设计电源柜时, 不必考虑各模块的布置情况。此外, 由于回路频带窄, 对嗓声不敏感, 设计时也无需考虑电源对噪声的屏蔽。

随着新的均流技术的出现和均流控制模式的不同组合方式的提出, 将来会出来更多的均流方案, 但任何控制策略都不可能是十分完美的, 不可能通用于任何并联系统。以上所讨论的几种控制策略都各有其优点与不足, 所以, 在为并联系统设计均流控制电路时, 应根据实际应用的具体总电路要求和客观标准, 如, 均流性能指标、系统可靠性、成本费用等等, 选用正确的且能满足各条件的均流方案。

摘要：由于大功率负载的需要, 分布式电源系统得到越来越广泛地应用, 其中多个电源模块并联供电的方式更加常用。就分布式电源及其相关技术进行了介绍, 对各种均流控制方法进行了对比分析, 总结了常见的问题。

关键词：分布式,均流,并联

参考文献

[1]丘东元, 张波, 韦聪颖.改进式自主均流技术的研究[J].电工技术学报, 2005, 20 (10) :41-473.

[2]王凤岩, 许峻峰, 许建平.开关电源控制方法综述[J].机车电传动, 2006 (1) :6-10.

三种分布式对象技术分析 篇10

关键词：多层分布式系统,CORBA,COM/DCOM,J2EE

1 引言

传统的客户机/服务器体系结构, 随着业务处理对系统提出更高要求, 也逐渐暴露出其客户端逐渐庞大和服务器负担过重等缺点。因此计算机科学家提出了三层或多层分布式系统 (Multi-storey Distributed System) 。随着不断改进和发展, 分布式系统逐渐形成了三种具有代表性的主流技术, 即CORBA (Common Object Request Broker Architecture) 、COM/DCOM (Distributed Component Object Model) 和J2EE (Java2 Platform Enterprise Edition) 。

2 三种分布式对象技术介绍

2.1 多层分布式体系结构

在多层结构当中, 业务逻辑从客户端分离出来, 移至中间层, 系统也就成为客户端表示层、中间业务逻辑层和数据库服务器的三层或多层体系结构, 如图1所示[1]。多层体系结构将表示和业务处理分开, 缩减了客户端的规模, 又将相关业务和资源分开, 降低了服务器的负载, 避免了服务器的性能缺陷对整个系统性能的影响。这种在多个服务器上分布应用程序处理的多层可变结构比二层体系结构的伸缩性和扩展性有了很大加强。

在分布式环境中, 无论是硬件平台还是软件平台都不可能做到统一。大规模的应用系统通常要求软硬件在各不相同的网络环境中运行, 为了更好的开发和应用能够运行在这种异构平台上的软件, 迫切需要一种基于标准的、独立于计算机软硬件的开发和运行环境, 中间件技术也就在这种情况下应运而生了。中间件是一种软件, 它位于系统的不同分布式组件之间, 独立于计算机软硬件平台, 且具有标准的程序接口和协议, 使不同硬件和操作系统平台上分布式应用的数据共享和互操作。它作用是为处于自己上层的应用软件提供运行和开发环境, 帮助用户灵活、高效的开发和集成复杂的应用软件。OMG的COBRA技术规范、微软的COM/DCOM技术规范、Sun公司的J2EE技术规范是目前三种主流的面向对象中间件技术。

2.2 CORBA技术规范

CORBA分布计算技术是OMG组织基于众多开放系统平台厂商提交的分布对象互操作内容的基础上制定的公共对象请求代理体系规范。它是为处理基于对象的分布式计算系统之间的移植和互操作而定义的一套框架性标准和规范。它定义了IDL语言映射、单个ORB体系结构和多个ORB间互操作机制及标准协议 (IIOP) , 有潜力包容现有客户机/服务器中间件的每一种格式, 可将现有应用软件都归到对象软件上来, 最新的CORBA规范如图2所示[2]。

在CORBA规范中, 最底层是对象请求代理ORB, 这是分布对象系统中的“软总线”, 从而使客户方不必再关心底层的通信, 实现了客户程序与服务器程序的完全分离, 从而使客户端与服务端可以采用不同的语言和使用不同供应商的ORB。同时CORBA提供了接口定义语言到C、C++、Java、COBOL等语言的映射机制编译器, 它可以生成服务器方的框架和客户方存根代码, 再通过分别与客户端和服务器端的联编, 即可得到服务方和客户方的程序。

2.3 COM/DCOM技术规范

COM是一个独立于语言的、基于对象的编程规范, 使用COM可以定义一类对象, 这类对象可以在不同的进程中调用, 从而为开发多层应用系统提供了必要的基础, 但COM本身并不能构造完整的多层应用系统框架, 它只能在本地生成组件对象。为了能在网络环境中构建多层应用系统, 这就需要进一步使用DCOM。DCOM扩展了COM, 它可以支持实现在网络环境中不同计算机之间对象的通信。也就是说, DCOM可以使一个应用系统分布在不同的网络环境中, 从而可以更有效地为客户提供服务。

2.4 J2EE技术规范

J2EE是一个基于JAVA的适合服务器端组件体系结构的结合了Java Enterprise API的完整的企业级应用系统开发平台或中间件体系结构, 它通过提供一组应用组件和运行时环境来构造可伸缩的企业应用。J2EE技术以核心Java平台或Java 2平台的标准版J2SE为基础, 并且巩固了标准版J2SE中的许多优点, 例如“编写一次, 到处运行”的特性、JDBC API、CORBA技术以及能够在因特网应用中保护数据的安全模式等。同时J2EE还提供了对EJB、Java Servlets API、JSP以及XML技术的全面支持。

典型的J2EE结构的应用程序包括四层:客户层、表示逻辑层、业务逻辑层和企业信息系统层, 如图3所示[3]。

3 三种分布式对象技术比较和通信

CORBA、DCOM和J2EE各有其特定的产生背景、技术特点和使用范围。CORBA标准是最早出现的, 也是最完美的[4]。与COM/DCOM技术在扩展性方面的局限和Java RMI在实现语言方面的不足相比, CORBA是一种在异构平台下的语言无关的对象互操作模型。

3.1 相互比较

在支持语言方面, CORBA是一个规范, 可以用在不同的平台、操作系统和编程语言之上, 只要该平台支持ORB的实现, 而且有对编程语言的映射就可以。相对而言, DCOM比较适合与C++紧密集成, 对象的实现需要WIN32 API的支持。J2EE则建立在Java语言之上, 只能使用Java语言和Java RMI进行接口定义和应用开发。虽然Java语言提供了和其它语言的接口, 但这种接口使用起来非常复杂。

在平台支持方面, DCOM是基于微软操作系统的, 使用RPC和安全机制产生符合DCOM协议标准的标准网络包, 但DCOM只是简单地把本地跨进程通信用一个网络协议传输来替代。虽然通过使用第三方组件, 开发者可以实现其它操作平台上的DCOM组件, 但这些实现必须和微软的实现相匹配。J2EE是一种纯Java的解决方案, 只要安装有Java虚拟机, 就可以实现J2EE, 但是它对集成的支持却很脆弱。EJB使用Java远程方法调用接口RMI, RMI使用JRMP作为通信传递协议, 但JRMP是一个非标准的协议, 不允许使用交叉语言编写的对象之间进行通信, 这就要求客户端和服务器都必须是基于Java的。CORBA使用IIOP和GIOP作为通信层协议, 两个协议从本质上来讲非常简单, 但提供了建立可扩展的CORBA服务器的能力。

在分布式事务处理方面, DCOM没有提供自动的容错和负载平衡服务, 这个工作全是交给MTS来完成的。EJB使用Java事务服务JTS来完成分布式事务处理, 应用程序通过JTA使用事务管理功能。CORBA规范中的OTS为分布式CORBA对象提供了事务管理的接口, 支持平面事务和嵌套式事务, 同时OTS基于X/open DTP标准, 所以不是基于CORBA的应用程序也可以与OTS互操作。

3.2 相互通信

CORBA是一个通用的分布式对象规范说明, 没有给出具体的实现方案, 所以为实现提供了极大的灵活性。IDL反编译工具可以从Java RMI实现类生成IDL文件, 根据Java到CORBA的映射规范可以确定CORBA和EJB架构各元素之间的对应关系。目前很多ORB产品都实现了基于IIOP的RMI, 如Sun的Java IDL、In Prise的Visi Broker, 以及一些开发源码的ORB产品, 如OPen ORB、Jac ORB等。

在.NET中, IDL是由开发工具生成的。.NET中涵盖的DCOM技术和CORBA一样, 在网络传输层都采用TCP/IP协议和相应的IDL规范, 但微软没有公开这个规范。在实施时, CORBA的IDL采用类C++的定义, 是公开的规范, 但DCOM的IDL的文件是文本形式的。在DCOM中, 客户机存根称为代理, 而服务器存根称为存根。相反, CORBA中的客户机存根称为存根, 而服务器存根称为框架。这样, 在DCOM和CORBA之间由于存在数据类型、命名方式、参数值形式等方面的差异性, 使得相互通信很困难。

4 结束语

DCOM只支持Win32, 如果系统主要运行微软操作系统, 并且其地域分布上不是很广的话, COM/DCOM或许是比较合适的选择。J2EE在Internet环境下集组件模式、跨异构平台、兼具事务处理、数据库连接等许多基础结构服务, 开发效率高、简单, 缺点是仅限于支持Java语言。相比较而言, CORBA提供了一个多功能的一致的对象模型, 具有高度的透明性。同时CORBA具有良好的跨平台和跨语言的特征, 支持客户端应用和服务器对象的特点, 并且具有良好的运行效率, 成为了大部分分布式系统设计首选[5]。

参考文献

[1]潘俊虹.浅析三种主流分布式组件对象模型对比及互操作[J].南平师专学报, 2006, 25 (4) :56-59.

[2]刘建兵.基于CORBA的对象Web研究[J].电脑知识与技术, 2009, 5 (2) :308-312.

[3]闫珅, 郭燚.基于Eclipse开发环境的J2EE编程技术[J].唐山职业技术学院学报, 2008, 6 (4) :45-46.

[4]李红宇, 王秀珍.分布式对象技术应用探讨[J].现代计算机, 2007 (251) :72-75.