结构化分析实验总结（共8篇）
篇1：结构化分析实验总结
数据结构基础实验总结
本学期开设的《数据结构基础》课程已经告一段落，现就其知识点及其掌握情况、学习体会以及对该门课程的教学建议等方面进行学习总结。
各章知识点概要
第一章交代了该学科的相关概念，如数据、数据元素、数据类型以及数据结构的定义。其中，数据结构包括逻辑结构、存储结构和运算集合。逻辑结构分为四类：集合型、线性、树形和图形结构。紧接着介绍了一些常用的数据运算。最后着重介绍算法性能分析，包括算法的时间性能分析以及算法的空间性能分析。
第二章具体地介绍了线性表的概念、基本运算及其应用。基本运算有：初始化表、求表长、排序、元素的查找、插入及删除等。链表与顺序表相比，链表的插入、删除不需要移动元素，给算法的效率带来较大的提高。链表这一章中介绍了链表的节点结构、静态与动态链表的概念、链表的基本运算（如求表长、插入、查找、删除等）、单链表的建立（头插法和尾插法）、定义、结构、功能和基本算法。
第四章堆栈与队列是两种运算受限制的线性结构。其基本运算方法与顺序表和链表运算方法基本相同，不同的是堆栈须遵循“先进后出”的规则，对堆栈的操作只能在栈顶进行；而队列要遵循“先进先出”的规则，教材中列出了两种结构的相应算法，如入栈、出栈、入队、出队等。
第五章二叉树的知识是重点内容。在介绍有关概念时，提到了二叉树的性质以及两种特殊的二叉树：完全二叉树和满二叉树。接着介绍二叉树的顺序存储和链接存储以及生成算法。重点介绍二叉树的遍历算法：递归算法、先序、中序和后序遍历非递归算法。树与二叉树是不同的概念。教材介绍了树的概念、遍历和存储结构，还有树和二叉树的相互关系，树怎样转化成二叉树，二叉树又如何转换为树等。
第七章介绍了图的概念及其应用，是本书的难点。图的存储结构的知识点有：邻接矩阵、邻接表。图的遍历包括图的深度优先搜索遍历和广度优先搜索遍历。其余知识点有：有向图、连通图、最短路径问题。
学习体会和教学建议
这是一门纯属于设计的科目，它需用把理论变为上机调试。刚开始学的时候确实有很多地方我很不理解，每次上课时老师都会给我们出不同的设计题目，对于我们一个初学者来说，无疑是一个具大的挑战，撞了几次壁之后，我决定静下心来，仔细去写程序。老师会给我们需要编程的内容一些讲解，顺着老师的思路，来完成自己的设计，我们可以开始运行自己的程序。
这门课结束之后，我总结了学习中遇到的一些问题，最为突出的，书本上的知识与老师的讲解都比较容易理解，但是当自己采用刚学的知识点编写程序时却感到十分棘手，有时表现在想不到适合题意的算法，有时表现在算法想出来后，只能将书本上原有的程序段誊写到自己的程序中再加以必要的连接以完成程序的编写。
其实现在想起来，收获还真是不少，虽然说以前非常不懂这门语言，在它上面花费了好
多心血，觉得它很难，是需用花费了大量的时间编写出来的。现在真正的明白了一些代码的应用，每个程序都有一些共同点，通用的结构，相似的格式。只要努力去学习，就会灵活的去应用它。
建议在上课过程中加大随堂练习的分量，以便学生能当堂消化课堂上学习的知识，也便于及时了解学生对知识点的掌握情况，同时有助于学生保持良好的精神状态。
以上便是我对《数据结构基础》这门课的学习总结，我会抓紧时间将没有吃透的知识点补齐。因为我们还要学习《数据结构与算法》，所以今后我会继续学习，克服学习中遇到的难关，在打牢基础的前提下向更深入的层面迈进！
篇2：结构化分析实验总结
一、实验预习: 阅读《机械设计》教材中有关轴与滚动轴承设计的内容。
二、实验目的：
1、熟悉轴的结构和滚动轴承组合设计的典型结构；
2、了解轴及轴上零件的结构形状及作用、工艺要求和装配关系；
3、了解轴及轴上零件的定位与固定方法；
4、培养分析与测绘能力。
三、实验设备：
1、分析、测绘对象：1/4剖开的轴系典型结构部件模型14种；（见所附照片）
2、测绘工具：300mm钢尺、游标卡尺、内、外卡尺；
3、学生自备：铅笔、三角板、绘图仪器、A3白纸若干。
四、实验原理：
为了保证滚动轴承工作可靠并达到预期寿命以及整个轴系的正常工作，除了应正确选择轴承的类型和尺寸外，还应正确设计轴承组合。轴承组合设计的主要内容是正确解决轴承的布置、安装、拆卸、配合、定位、紧固、调整、润滑和密封等问题。
通过拆装，了解传动装置中各轴承部件的组合设计特点、固定方法与调整过程，进一步掌握轴的结构设计的一般原理及轴上零件的定位、固定、合理拆装方法与顺序。培养分析、判断和正确设计轴系部件的能力。根据教具，仔细观察、分析轴上零、部件结构特点，按合理的拆装顺序逐一拆卸和安装，并绘出草图。
五、实验步骤：
1、仔细观察轴上的零件的结构形状，尺寸大小，装配关系；
2、用手转动轴，通过分析，确定轴承组合设计中轴承轴向固定方式；
3、判断所测绘的轴系部件模型中滚动轴承的类型；
4、在了解所测绘的轴系部件的结构特点后，进行测量，对照实物，先画出装配草图，再绘出轴系结构的正式装配图（可以CAD图）；
5、装配轴系部件，使其恢复原状；
6、针对所测绘轴系结构进行分析。
六、实验要求：
1、一人一组；
2、先绘出装配草图，然后绘制正式装配图一张（大约按1:1绘图）。草图和正式装配图均要交；
3、正式装配图要求：图样画法应符合机械制图国家标准；可不标尺寸，但相互有配合的零件表面之间注上配合尺寸线；给出个零件序号，写出标题栏和明细表；
4、对于难以测量的有关尺寸，允许根据实物相对大小和结构关系估算出来，或利用标准查出来；
5、分析报告：不少于150字，书写在A4打印纸上
从以下几方面进行分析（参考）：
a)你所测绘的轴系部件中，轴上有哪几个零件，作用各是什么； b)轴上零件的定位与固定方式；
c)轴承的选择与配置情况（轴承的类型、型号、支承方式等）； d)轴承润滑方式； e)轴系的密封方法；
f)你所测绘的轴系部件，原设计在结构上有无错误或不足之处，若有应如何改进。
6、上交内容：按如下顺序装订
a)分析报告（A4，可打印）：
首行实验名称：轴系结构测绘与分析实验报告； 第二行：班级、学号、姓名； 第三、四行：空白 第五行：正文 b)草图（A4）；
c)正式装配图（A3，可CAD图打印）； 轴系结构测绘与分析实验报告
一、轴上主要零件
套筒：滚动轴承的轴向定位 端盖：密封和轴向定位
齿轮：此处为直齿轮，用于传递转矩
轴承：承受径向载荷和部分轴向载荷，支承转动的齿轮轴
密封圈：将润滑油密封于油腔防止其泄漏及外物侵入
二、轴上零件的定位与固定方式
轴上零件的轴向定位：轴肩定位、套筒定位、轴承挡圈（有联轴器时）、轴承端盖、螺钉
轴上零件的轴向定位：开键槽并安装键（直齿轮的轴向定位与固定、联轴器处的轴向定位与固定）
齿轮轴与轴承采用基孔制配合
三、轴承的选择与配置情况：滚动轴承代号6206，是尺寸内径30mm外径62mm厚度16mm的深沟球轴承，主要承受径向载荷，也可承受一定的轴向载荷。支承方式为双支点各单向固定。
四、轴承的润滑方式：飞溅润滑
五、轴系的密封方法：毡圈油封
篇3：差分磁场结构线性磁力分析及实验
磁场是一种看不见且又摸不着的特殊物质,它具有波粒的辐射特性。磁体周围存在磁场,磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的,因此,由磁场产生的相互作用具有非接触性。这一磁场特性被应用到各个领域,如磁悬浮、接近传感等等[1]。然而,由磁场产生的作用力往往不是线性的,因此,在一些领域,特别是传感领域,对线性要求较高,就大大抑制了磁场的作用。本文将采用结构差分的方式,探索一种获得线性磁场力的方法。研究结论是提出一种线性磁场力的方式,对应用于传感领域有一定的引导意义。
2 差分磁场结构模型分析
若两个柱形永磁体的磁轴在同一直线上,且磁极相对,那么由磁场相互作用产生的磁场力亦沿磁轴上,基于磁势能原理[2,3,4],柱形永磁体之间相互作用力如式(1)所示
其中:s为两磁极之间的中心距离,Um为与排斥力相关的磁势能,表达式为Um(s)=qs-1,q是永磁体边界形态和磁能特征决定的相关系数,i为磁极指数。
那么,可以得到:
如果在两个柱形永磁体中间放置另一柱形永磁体(如图2所示),若容器长度为Lv,运动块相对位移为x时,那么中间柱形永磁体受到两侧永磁体的磁场力分别为:
将式(3)和(4)分别在x=Lv/2和x=-Lv/2处进行泰勒展开[5],可得:
由式(5)减去(6)即可得到中间永磁体所受到两侧永磁体作用力的合力Fm:
令线性磁场力系数km=2i(i+1)qLv-(i+2)+4i(i+1)(i+2)·qLv-(i+3),并略去三次高阶项,则有:
3 磁场力关键参数分析
鉴于现今永磁体规格众多,参数多样,本文基于对实验数据严谨性,对于式(2)中的磁场力参数i和q值,将直接采用实验方式获取[6]。本文对永磁体相互作用力fm与位移s之间关系进行实验,选用永磁体材料为钕铁硼,剩余磁化强度为1.2T,初始距离为20mm,尺寸分别为30×φ16和5×φ16,测量得相互磁场力如表1。
下面应用最小二乘法对表1数据进行回归分析,首先对式(2)两边取对数得:
令fm'=lnfm,s'=lns,b=ln(iq),a=-(i+1),有:
由表1数据分别计算fm'和s'。
按最小二乘法计算,建立矩阵,则:
则可以求得:a=-1.375,b=-6.0932。那么可以求出i=0.375,q=0.006,则式(2)为:
上式为永磁体相互作用力与位移关系的拟合曲线。图2为实验数据的拟合曲线。
为了分析回归方程的拟合精度,采用最小二乘法对表2的数据进行线性分析[7],可得残余平方和Q=537.50;残余标准差σ=3.570612;相关系数R2=0.996;剩余标准差为0.657,因此所配置的曲线与试验点拟合是很好的。
4 线性磁场力实验分析
要实验验证差分结构中受力永磁体的受力与位移关系,必须测量其的受力情况,但现今众多测力仪器不容易直接应用于本文的差分结构,因此,本文设计将采用差分结构放置于恒定加速度装置下面,测量受力永磁体的位移,以此来验证式(8)。实验装置如图3所示。
差分结构安装在一个内径比受力柱形永磁体的直径稍大的玻璃器皿中,目的是防止其受力偏传,保证永磁体的磁轴一致,同时玻璃器皿内装入非磁性润滑剂,目的减小摩擦力对实验结构的影响。其中,永磁体中心距离L=25mm,即可求得线性磁场力系数km=735.54N/m。如图3所示,受力永磁体的位移由两侧线性霍尔元件组成的差分测量结构,实验前已将其进行了标定。实验装置放在伺服控制的回转平台,把实验装置放在回转平台上,然后磁轴置于回转平台的轴线上,当回转平台以恒定角速度旋转,回转半径R=0.1m,受力永磁体质量m=0.043kg,实验装置便可以得到恒定的加速度,受力永磁体受到恒定向心力驱动[8],将输出恒定的位移与理论值进行比对。实验结果如表2所示。
从上述结果分析,理论与实验相对误差在2%以内,结果表明理论分析与实验结论一致。
5 结论
(1)本文提出差分磁场结构,分析受力永磁体的受力情况,并采用磁势原理推导出永磁体的受力理论计算公式,从理论公式来看,受力永磁体的受力略去高阶项呈线性特性,证明此差分磁场结构可应用于有线性要求的场合。
(2)采用实验方法测量磁场力关键参数,并通过最小二乘法验证实验的正确性。
(3)设计差分磁场结构线性磁场力公式的验证实验,实验很好地证明了差分磁场结构受力与位移具有较好的线性关系,十分符合理论计算公式。
摘要：针对磁场的特性——永磁体相互作用力的非性线问题,提出一种采取永磁体差分结构,获得高阶线性磁场力的方法。文中以永磁体间相互作用力公式出发,推导永磁体差分结构线性磁场力的高阶近似公式,采用实验方式以及最小二乘法计算磁场力公式的参数,设计通过恒定加速度激励下差分结构的响应实验,有效地验证了差分结构磁场力与位移的关系与理论分析非常符合,相对误差在2%以内,这将对磁场力在各领域的应用有一定的意义。
关键词：差分磁场结构,线性磁场力,最小二乘法
参考文献
[1]王化祥,张淑英.传感器原理及应用[M].天津:天津大学出版社,2004.
[2]R Olaru,Dragoi D D.Inductive tilt sensor with magnets and magnetic fluid[J].SENSORS AND ACTUATORS A-PHYS-ICAL,2005,120(2):424-428.
[3]蔡圣善,朱耘.经典电动力学[M].上海:复旦大学出版社,1985.
[4]冯恩信傅.高等电磁理论[M].西安:西安交通大学出版社,2006.
[5]同济大学数学教研室.高等数学(第四版)[M].北京:高等教育出版社,1996.
[6]朱鹤年.基础物理实验教程(物理测量的数据处理与实验设计)[M].北京:高等教育出版社,2003.
[7]费业泰.误差理论与数据处理[M].北京:机械工业出版社,2007.
篇4：结构化分析实验总结
关键词：高考物理；考查内容；基础仪器
中图分类号：G622 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2016）13-184-02
一、《考试大纲》实验部分要求
高考对物理能力的要求主要包含以下几个方面进行：理解能力、推理能力、分析综合能力、应用数学处理物理问题的能力以及实验能力，近年来高考对学生实验能力提出了更高的要求，实验评价与设计是今后物理实验的热点，它要求学生在掌握基础仪器和基本原理的前提下进行综合运用，此种类型题目大多创造性、综合性较强。
《考试大纲》中要求的19个主要分组实验自2009年开始有所变化。2009开始年考纲要求的实验个数则为16个。
二、高考试题分析
现将2008年-2015年高考全国卷实验试题统计如表1。高考实验试题主要注重对学生实验操作能力以及思维能力的考查，基本仪器的操作、使用、读数几乎是必考内容。
从上述表格可以看出，近几年高考实验题比重基本保持恒定，只是在每一小题的侧重上有所调整，这说明实验在物理高考中始终占据着一定的地位。
1、题型分析。高考实验题型一般分为填空、作图、计算等。填空题考查的范围较广，出题灵活一般涉及到实验原理、仪器选择、实验步骤、仪器读数、正误判断以及数据分析等。在高考实验中填空题是最主要的考查类型，并且在高考试卷中只有实验题会出现填空型试题，它不仅仅考察记忆，有时涉及到计算推导，只要求将最后结果填写，这就使得了学生出错的概率增加。
作图题是物理考试中常见的一种类型题目，通过直观的图像说明物理概念和规律，作图在高考实验中占有较大比例，主要考察电路原理、实物图连接、光路作图及图想法数据处理等等。
计算类型的题目考察由计算确定实验方案，推导待测物理量的表达式。
2、实验能力考查分析。基本仪器的使用是学生进行实验的基础，是学生必须掌握的最基本的实验能力。《考试大纲》中要求学生正确掌握操作的基本仪器包括：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱和温度计。高考中对基本仪器考查一般是以填空题形式出现，大多数情况下要求学生正确读数。
（1）关于长度测量工具，刻度尺是初中要求重点掌握，近几年高考中基本没有出现。高中要求重点掌握的测量工具是游标卡尺和螺旋测微器，考查这两者的读数在高考中出现的概率相当高，例如 2012年出现螺旋测微器读数，还有2013年考查了游标卡尺读数。
（2）测量质量的仪器天平，在初中阶段学生阶段对它的运用及读数已经都相当熟练了，因此没有必要在高考中重点考查。
（3）测量时间的仪器是秒表和打点计时器，关于秒表同样在初中已重点考查过，高考不再出现。打点计时器则是高中重点考查的仪器，其考查的主要方式侧重于纸带的处理，并且都是将打点计时器放在力学实验背景下进行命题。但是纵观近几年来的高考实验题，发现并未出现打点计时器，基于它在高考实验中的重要地位，因此在实验复习中同学应特别注意打点计时器的使用以及纸带的数据处理。
（4）电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等电学测量仪器在高考中出现的频率相当高，主要考查电表量程的选择，电表的调节和校准、电表的改装、滑动变阻器的分压和限流等。电学仪器的应用涉及的知识较多，且通常来说难度较大。如2013考查多用电表的应用，其中包括了欧姆调零、表笔接法、读数、求解内阻等多用电表的基本使用内容，2014年23题测量电源电动势和内阻实验中也考查了电流表的读数，2015年23题考查电表的改装。关于滑动变阻器，它在电学实验中的生命力可谓长盛不衰，但即便是不同的实验中，滑动变阻器的考查万变不离其宗，用作限流时一般串联在电路中，用作分流时采用并联。
能够正确掌握各种基本仪器是做好物理实验做基本的能力要求，也是高考对物理实验考查的基础题目，而在此基础上实验能力要求学生能独立的完成知识内容表所列的实验，明确实验目的，理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论。
参考文献：
[1] 黄黎树，方正华.高考实验试题结构特点分析[J].安徽.物理实验.2007，Vol.27，No.5
篇5：结构化分析实验总结
2、认识了解数控加工机床的组成及结构
3、掌握数控加工的工作原理
4、掌握数控机床的一般的操作步骤
二、实验内容
1、静态观察TCF-20数控车床的各个组成部分，认识转塔刀架、排屑器，指出各刀位上
刀具的名称和用途。
2、动态观察TCF-20数控车床的仪表数值，液压卡盘的夹紧、松开过程，液压尾架的前
进、后退过程，转塔刀架的手动控制及自动控制。
3、用右手原则判定XZK7532数控钻铣床各轴及方向，观察返回参考点的过程，明确返
回参考点的原理。
4、观察华中8型数控系统的各个组成部分，熟悉其操作界面。
5、警醒ZJK7532数控钻铣床的返回参考点、点动、手轮进给，MDI运行及自动执行程
序操作。
三、实验报告要求
1、回答下述问题
1）简述返回参考点的意义？
2）利用手轮克方面哪些操作？
3）Z轴电机和X/Y轴电机有何区别？
2、描述实验用数控机床的结构和性能；
篇6：空间分析实验总结
二、实验专题........................................................................................................2
专题1 网络分析之商店选址分析..............................................................2
1.1实验目的.........................................................................................2 1.2实验原理.........................................................................................2 1.3实验内容.........................................................................................2 专题2空间统计分析...................................................................................2
2.1实验背景.........................................................................................2 2．2实验目的......................................................................................3 2.3实验内容.........................................................................................3 专题3 线性参考..........................................................................................3
3.1实验目的.........................................................................................3 3.2实验内容.........................................................................................3 3.3实验原理.........................................................................................3 专题4灾害预警............................................................................................3
4.1实验目的.........................................................................................3 4.2实验原理.........................................................................................4 专题5 地统计分析......................................................................................4
5.1实验目的.........................................................................................4 5.2实验内容.........................................................................................4 5.3理论基础.........................................................................................4 专题6水文分析及建模...............................................................................4
6.1实验原理.........................................................................................4 6.2实验目的.........................................................................................5
三、实验收获........................................................................................................5空间分析实验课总结
一、实验概述
空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息，它是地理信息系统的主要特征，同时也是评价一个地理信息系统功能的主要指标之一，它是各类综合性地学分析模型的基础，为人们建立复杂的空间应用模型提供了基本方法。
空间分析实验是《空间分析》课程的组成部分。ArcGIS在社会公共安全与应急服务、国土资源管理、遥感、水利、电信、国防等方面和领域有着广泛的应用。无论是栅格数据和矢量数据，低维的点、线、面对象还是三维动态对象，都可以通过其空间分析功能来得到较为理想的结果。
二、实验专题
专题1 网络分析之商店选址分析
1.1实验目的
（1.）了解网络分析的主要内容与基本原理；
（2.）熟练掌握利用ArcGIS进行网络分析的技术方法重点：理解掌握网络数据集的建立及各个参数的意义；
（3.）利用网络分析功能进行商店选址战略定位。1.2实验原理
网络分析是对地理网络，城市基础设施网络（如各种网线、电缆线、电力线、供水线等）进行地理化和模型化，基于它们本身在空间上的拓扑关系、内在联系、跨度等属性和性质进行空间分析，通过满足必要的条件得到合理的结果。
1.3实验内容
利用ArcGIS软件中的Network Analyst模块进行网络分析，对在墨尔本市地区商店的扩张进行战略定位。主要进行服务区分析、最佳路径分析、最邻近设施点分析、计算起始-目的地（OD）成本矩阵。
专题2空间统计分析
2.1实验背景
随着社会的飞速发展，GIS在各个领域的应用也不断扩展，特别是在流行病
学、生物学、气象、地质等这些特殊的行业中需要的是根据多种采样的数据来研究空间事物的变化特征、分布特征等信息。这些信息通常是一种统计分析的结果，而在空间上，事物的分布又是相互关联的。所以，空间统计应运而生。
2．2实验目的
理解空间统计的含义，熟练利用ArcGIS9.3中的Spatial Statistics Tools进行空间统计相关操作，并理解其相关理论。
2.3实验内容
空间统计主要的工作是研究空间自相关性（Spatial Autocorrelation），分析空间分布的模式，例如聚类（cluster）或离散（dispersed）。
专题3 线性参考
3.1实验目的
理解并掌握线性参考的基本涵义、特点、相关概念及作用；熟练掌握利用ArcGIS进行线性参考的技术方法。
3.2实验内容
生成和校准路径数据、显示和查询路径与路径事件、编辑事件数据。3.3实验原理
矢量格式数据在为具有静态特性的要素建模时很成功，如地块边界、水体和土壤性质。然而，有些应用需要为沿不同线性要素的相关位置建模的能力，由于这种需要，用沿着已存在的线性要素的相对位置来简化数据的记录。就是说，位置是根据一个已知的线性要素和一个沿该要素的位置或度量值给定的。
专题4灾害预警
4.1实验目的
利用ArcGIS9.3软件，对澳大利亚的沿海城市——凯恩斯市的风暴潮灾害进行空间量化，初步理解GIS在环境风险建模中的应用。
4.2实验原理
实验通过整合该地区社会和环境空间数据，得到对于土地利用管理和突发事件疏散管理非常重要的危险指数分布情况。对危险指数的分析主要体现在两个方面：一是距海岸线的远近，即水平距离；二是建筑物的高度，即垂直高度。通过这两方面的分析，综合后得到容易遭受风暴潮灾害的区域及建筑分布情况，为凯恩斯地区土地利用及灾害管理提供预警信息。
专题5 地统计分析
5.1实验目的
熟悉ArcGIS 9.3 中的地统计分析模块，了解地统计分析模块中的各个功能模块的作用；
对数据进行探索性分析，通过分析选择一种适合的插值方法生成预测表面； 熟悉并理解六种克里格插值方法的原理及适用范围，掌握每种克里格插值方法的实现过程，体会在具体应用中的实用性。
5.2实验内容
利用ArcGIS 中Geostatistical Analyst 提供的数据探索工具（explore data），对美国加利福尼亚州的大气臭氧浓度数据进行探索分析，检查数据的离群值，全局趋势分析，观察空间自相关性和方向效应；
利用ArcGIS 中Geostatistical Analyst 提供的地统计向导工具（Geostatistical Wizard），对美国加利福尼亚州的大气臭氧浓度数据进行预测，绘制臭氧浓度图。
5.3理论基础
地统计（Geostatistics）又称地质统计，是法国著名统计学家G.Matheron在大量理论研究的基础上逐渐形成的一门新的统计学分支。它是以区域化变量为基础，借助变异函数，研究既具有随机性又具有结构性，或具有空间相关性和依赖性的自然现象的一门科学。
专题6水文分析及建模
6.1实验原理
水文分析是DEM数据应用的一个重要方面。利用DEM生成的集水流域和水
流网络，成为大多数地表水文分析模型的主要输入数据。表面水文分析应用于研究与地表水流有关的各种自然现象如洪水水位及泛滥情况，或者划定受污染源影响的地区，以及预测当某一地区的地貌改变时对整个地区将造成的影响等，应用在城市和区域规划、农业及森林、交通道路等许多领域，对地球表面形状的理解也具有十分重要的意义。
6.2实验目的
（1.）使用ArcGIS9.3中的Hydrology工具进行水文分析，理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理，掌握利用该工具进行水文分析的基本方法和步骤。
(2.)结合水文分析的基本流程，初步学习在ModelBuilder环境下通过绘制数据处理流程图的方式实现空间分析过程的自动化，加深对地理建模过程的认识。
三、实验收获
ArcGIS 9.3的空间分析功能主要包括空间分析模块、3D分析模块、地统计分析模块、网络分析模块、跟踪分析模块等。GIS上机实践是空间分析课程教学的重要环节，培养了我们的上机操作能力，也在一定程度上巩固和拓展课堂讲授的理论知识。
篇7：网络协议分析实验总结
练习一利用仿真编辑器发送IP数据包
描述:收发IPv4报文,不填上层协议.问题:①查看捕获到得报文长度是60，和你编辑的报文长度不同，为什么？
最小帧长度为60，当不足60时，在源数据尾部添加0补足。②讨论，为什么会捕获到ICMP目的端口不可达差错报文？ 差错报文的类型为协议不可达，因为上层协议为0，未定义。
练习二编辑发送IPV6数据包
描述:收发IPv6报文.问题:①比较IPV4头，IPV6有了那些变化？IPV4的TTL字段在IPV6里对应那个字段？ 比较IPv4 和IPv6 的报头，可以看到以下几个特点：
● 字段的数量从IPv4 中的13（包括选项）个，降到了IPv6 中的8 个； ● 中间路由器必须处理的字段从6 个降到了4 个，这就可以更有效地转发普通的IPv6 数据包；
● 很少使用的字段，如支持拆分的字段，以及IPv4 报头中的选项，被移到了IPv6 报头的扩展报头中；
● ● IPv6 报头的长度是IPv4 最小报头长度（20 字节）的两倍，达到40 字节。然而，新的IPv6 报头中包含的源地址和目的地址的长度，是IPv4 源地址和目的地址的4 倍。
对应：跳限制----这个8位字段代替了IPv4中的TTL字段。
练习三：特殊的IP地址
描述:直接广播地址包含一个有效的网络号和一个全“1”的主机号,只有本网络内的主机能够收到广播,受限广播地址是全为1的IP地址;有限广播的数据包里不包含自己的ip地址，而直接广播地址里包含自身的ip地址 练习四: IP包分段实验
问题:讨论，数据量为多少时正好分两片？1480*2=2960 练习五: netstat命令
描述: C:>netstat –s
；查看本机已经接收和发送的IP报文个数
C:>netstat –s
；查看本机已经接收和发送的IP报文个数 C:>netstat –e
；观察以太网统计信息，实验二2.1 ARP协议
练习一维护 ARP 缓存表
描述: ：查看ARP缓存
:arp –a 手动建立 ARP 表 :arp –s IP(如172.16.0.31)MAC（如:00-E0-4D-3D-84-53）
清空 ARP 缓存表：arp –d 练习二仿真发送 ARP 请求报文
描述:ARP协议叫物理解析协议,是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址；收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间
2.2 ICMPv4协议
练习一利用仿真编辑器编辑 ICMP 回显请求报文 练习二仿真发送 ICMP 时间戳请求报文
描述: ICMP封装在IP报文里面,一个ICMP报文32位,8位类型,八位代码,16位校验和
2.3 ICMPv6 只是把ICMP放在了IPv6数据包的载荷中.实验三3.1 ARP 练习一发送 ARP 请求报文（不同网段内）
描述:在跨越路由器进行通信的时候,发起通讯的主机发现目的地址不在同一个网段,会先查询路由器的地址,于是广播出ARP请求,路由器的入口网卡发现有一个ARP请求的目的IP是自己的IP地址,于是回复自己的Mac,得到了Mac,发起通信的主机将通信内容发送到路由器的入口网卡,并选路到出口网卡,此时出口网卡需要知道目标的Mac,于是广播出ARP查询,目标机回复自己的Mac,路由器的出口网卡成功的将信息发送到目标机器.练习二
ICMP 差错报文
描述:ICMP目的端口不可达/超时/的情况.注意为了模拟目的端口不可达,某主机ping一个不存在的IP地址,为了模拟超时,向一个跨路由器的目标通信,但是TTL设置为1,路由器会丢弃TTL耗尽的包,因为根本就收不到,所以当然就没有回复,就会超时
试验3.2 ARP欺骗
描述:
1、ARP 高速缓存
ARP 缓存表是记录 IP 地址和 MAC 地址的映射关系。ARP 表分为动态更新和静态更新两种，系统默认动态,更新时间为 120 秒。ARP 表的建立是通过以下两个途径：
●主动解析：如果一台计算机想与另一台不知道 MAC 地址的计算机通信，则该计算机主动发 ARP 请求；
●被动解析：如果一台计算机接收到了一台计算机的 ARP 请求，则首先在本地建立请求计算机的 IP 地址和 MAC 地址的对应表；
ARP 地址欺骗正是利用高速缓存，使高速缓存中存在错误的映射关系，误导数据包发往错误的目的地。
2、ARP 地址欺骗的原理
一般情况下，当系统收到 ARP 请求或应答时，都要把源端的硬件地址和 IP 地址填入 ARP 高速缓存。正是
根据这一性质，为 ARP 欺骗提供了条件。编辑一个 ARP 应答数据包，将 ARP 层的源 IP 地址为主机 A 的 IP 地址，将 ARP 层的源 MAC 地址填为主机B 的 MAC 地址，将 MAC 层的源地址填为主机 A 的 MAC 地址，发送这个数据包。当到达目的主机时，由于 ARP特性：当系统收到 ARP 请求或应答时，都要把请求端的硬件地址和协议地址填入 ARP 高速缓存。所以在向 ARP 高速缓存中添加表项时，添加的是主机 A 的 IP 地址和主机 B 的 MAC 地址值。当要向主机 A 发送数据包时，要发送的数据包的目的 MAC 地址填入了由高速缓存中提取的地址(主机 B 的 MAC 地址)，这样，要发送给主机 A的数据包被发送给了主机 B。
实验 3.3 ICMP Redirect
练习一利用 ICMP 重定向进行信息窃取
描述:主机可能会把某数据发送到一个错误的路由。在这种情况下，收到该数据的路由器会把数据转发给正确的路由器，同时，它会向主机发送 ICMP 重定向报文，来改变主机的路由表。给主机来指出存在一个更好的路由。
试验时,主机A给E发送报文,主机B作为路由器,主机C给A发送ICMP重定向报文,在网关地址中添加自己的IP地址,并按照上表填写ICMP数据部分,此时主机A的路由表中出现了主机A到E的一条记录,网关是C的IP地址;
问题:说明 ICMP 重定向的意义.意义：ICMP 重定向使得客户端管理工作大大减少，使得对于主机的路由功能要求大大降低。而且当路由线路非最优化是线路的速度一定有所损失。而有了重定向之后可以很快的修改非最优线路提高通信速度。
实验四 UDP
练习一利用仿真编辑器编辑 UDP 数据包并发送
描述:UDP和TCP都是传输层的协议,他们被应用层使用,为了实现多路复用和多路分解,应用层使用了端口号,所以UDP中需要填写源端口和目的端口.问题:①将 UDP 的校验和填“0”，在捕获包中查看校验和是否正确？
正,UDP没有纠错能力,也没有回执机制,所以即使它能够发现自身的错误,也没有能力和必要去纠正错误
练习二
UDP 单播通信
描述:使用UDP工具进行通信,确认UDP没有确认报文;
练习三利用仿真编辑器编辑 UDP 数据包，利用工具接收
描述:向目的主机的没有开放的端口发送UDP,会产生目的端口不可达的ICMP信息.练习四
UDP 受限广播通信
描述:使用UDP通信工具,在受限广播地址(全是1)上向发送UDP广播,相连的设备无论是否在同一个网段之内,都能够收到信息,该报文的目的MAC地址是FFFFFF-FFFFFF.练习五
UDP 直接广播通信
描述:使用UDP工具,在直接广播地址上(网络号+255)上发送广播,只有同一个网段的设备能够接收到,该报文的目的MAC地址是FFFFFF-FFFFFF.问题:说明受限广播和直接广播的区别？
直接广播地址包括一个有效网络号和一个全 1 的广播号，主机可能还不知道他所在网络的网络掩码，路由器可能对该种数据报进行转发。
受限广播地址是一个 32 位全为 1 的 IP 地址，在任何情况下这样的数据包仅出现在本地网络中，路由器不对该种数据报进行转发。练习六利用仿真编辑器编辑 IPV6 的 UDP 数据包并发送 描述:在UDP上,IPv4和IPv6没有区别
练习七运行 netstat 命令
描述:netstat 命令是用于显示网络使用协议的统计；
netstat –s
；显示每个协议的使用状态，netstat –a
；显示主机正在使用的端口号
实验五
TCP
练习一观察 TCP 协议的连接和释放过程 描述:
问题:：TCP 连接建立时，前两个报文的 TCP 层首部有一个“maximum segment size”字段，它的值是多少？怎样得出的？
最大字段长度为 1460，该字段长度通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传送单元限制。1460=1500-20(IP 首部)-20(TCP 首部)
练习二利用仿真编辑器编辑并发送 TCP 数据包
描述:使用仿真编辑器手动实现TCP的三次握手连线和四次握手拆线过程.练习三
TCP 的重传机制
描述:接收端开启过滤软件,阻断TCP通信,TCP会进行重传,在这个例子中,重传了五次
实验六6.1 DNS
练习一
nslookup 工具的使用
描述:nslookup 命令是查询域名对应 IP 的工具,其用法是：nslookup 域名, 运行结果:Server:(JServer.NetLab);
Address:(172.16.0.253);
Name:(host34.NetLab);
Address:(172.16.0.34);反向查询某个IP的域名:>nslookup 172.16.0.253 运行结果Server:(JServer.NetLab)；
Address:(172.16.0.253)；
Name:(JServer.NetLab)；
Address:(172.16.0.253)；
练习二仿真编辑 DNS 查询报文（正向解析）
描述:这里最重要的东西是DNS的报文格式和”域名循环体”的问题.图片是域名循环体.练习三仿真编辑 DNS 查询报文（反向解析）
练习四
ipconfig 命令
描述:ipconfig/displaydns
；显示本机缓冲区中 DNS 解析的内容；
ipconfig/flushdns
；清空本机 DNS 缓冲区中的内容； 注意DNS缓存是有生存周期的.实验 6.2 UDP 端口扫描
练习一
UDP 端口扫描
描述:向目标端口发送一个 UDP 协议分组。如果目标端口以“ICMP port unreachable”消息响应，那么说明该端口是关闭的；反之，如果没有收到“ICMP port unreachable”响应消息，则端口是打开的.实验 6.3 TCP 端口扫描
1、TCP SYN 扫描
这种方法是向目标端口发送一个 SYN 分组（packet），如果目标端口返回 SYN/ACK 标志，那么可以肯定该端口处于检听状态;否则返回的是 RST/ACK 标志。
3、TCP FIN 扫描
这种方法是向目标端口发送一个 FIN 分组。按 RFC793 的规定，对于所有关闭的端口，目标系统应该返回一个 RST（复位）标志。这种方法通常用在基于 UNIX 的 TCP/IP 协议堆栈，有的时候有可能 SYN 扫描都不够秘密。一些防火墙和包过滤器会对一些指定的端口进行监视，有的程序能检测到这些扫描.相反，FIN 数据包可能会没有任何麻烦的通过。这种扫描方法的思想是关闭的端口会用适当的 RST 来回复 FIN 数据包。另一方面,打开的端口会忽略对 FIN 数据包的回复。这种方法和系统的实现有一定的关系，Windows 系统不管端口是否打开，都回复 RST，否则就是其他的操作系统,这样，这种扫描方法就不适用了。
实验七 7.1 FTP 协议
练习一
FTP 描述:注意事项:FTP登录的时候,可以捕获到用户名和密码的明文, USER 是用户名命令,PASS 是密码命令,LIST 是dir的命令, 问题:①FTP 服务器是如何知道用户的数据端口？
客户端通过 PORT 命令告知服务器: PORT 172,16,0,16,5,101, 端口是：5*256+101=1381 ②21 端口和 20 端口分别传输什么内容？ 端口传输控制信息，20 端口传输数据,数据传输结束后,20 端口关闭，21 端口未关闭,发送quit命令之后,两个端口都关闭.练习二使用浏览器登入 FTP 描述:控制台登录和浏览器登录是不一样的,使用浏览器登录,会启动被动模式.问题:
① FTP 服务器用哪个端口传输数据，数据连接是谁发起的连接？
FTP 服务器用 8361 接口传输数据，数据连接是客户端主动发起（即此时使用的是 PASV 模式）
② 用户是如何知道服务器的数据端口？
服务器对客户端的 PASV 命令返回应答：227 Entering Passive Mode(172,16,0,253,32,169)，告知客户端服务器端已经打开了 8361（32*256+169=8361）端口作为数据端口。练习三在窗口模式下，上传/下传数据文件
实验 7.2 HTTP 练习一主页访问
描述:注意HTTP协议的所有东西都封装在TCP中 问题:
① 使用了 HTTP 协议的哪种方法（命令）读取网页文件？网页的文件名什么？
GET 方法，网页文件名：/experiment/
练习二页面提交
描述:页面提交就是提交表单
问题: ① 提交信息的过程使用了 HTTP 协议的哪种方法？
POST 方法
② 传输密码是明文还是密文？粘贴含有用户名和密码的捕获包。
明文
③ 每次 HTTP 命令都是单独连接完成的（一次一个连接），这样有什么好处？
因为 HTTP 是无状态协议，短连接（一次一个连接）实现、管理起来比较简单，存在的连接都是有用连接，不需要额外的的控制手段
实验 7.3 DHCP DHCP 工作原理
①发现阶段：DHCP 客户机以广播方式发送 DHCP discover 报文来寻找 DHCP 服务器。
②提供阶段：DHCP 服务器在网络中接收到 DHCP discover 报文后会做出响应，它从尚未出租的 IP 地址中挑选一个分配给 DHCP 客户机，向 DHCP 客户机发送一个包含出租的 IP 地址和其他设置的 DHCP offer 报文。③选择阶段：如果有多台 DHCP 服务器向 DHCP 客户机发来的 DHCP offer 提供报文，则 DHCP 客户机只接受第一个收到的 DHCP offer 提供报文，然后它就以广播方式回答一个 DHCP request 请求报文，该报文中包含向它所选定的 DHCP 服务器请求 IP 地址的内容。
④确认阶段：DHCP 服务器收到 DHCP 客户机回答的 DHCP request 请求报文之后，它便向 DHCP 客户机发送一个包含它所提供的 IP 地址和其他设置的 DHCP ack 确认报文，告诉 DHCP 客户机可以使用它所提供的 IP 地址。
⑤重新登录：以后 DHCP 客户机每次重新登录网络时，就不需要再发送 DHCP discover 发现报文了，而是直接发送包含前一次所分配的 IP 地址的 DHCP request 请求报文。
⑥更新租约：DHCP 服务器向 DHCP 客户机出租的 IP 地址一般都有一个租借期限，期满后 DHCP 服务器便会收回出租的 IP 地址。练习一使用 DHCP 获取 IP 地址
问题:说明捕获到的 DHCP 协议中，Request（discovery）、Reply(offer)、Request(Request)、Reply(Ack)报文的作用是什么？
DHCP 客户机以广播方式发送 DHCP discover 报文来寻找 DHCP 服务器。
DHCP 服务器在网络中接收到 DHCP discover 报文后会做出响应，它从尚未出租的 IP 地址中挑选一个分配给DHCP 客户机，向 DHCP 客户机发送一个包含出租的 IP 地址和其他设置的 DHCP offer 报文。
如果有多台 DHCP 服务器向DHCP 客户机发来的 DHCP offer 提供报文，则 DHCP客户机只接受第一个收到的 DHCP offer 提供报文，然后它就以广播方式回答一个 DHCP request 请求报文，该报文中包含向它所选定的 DHCP 服务器请求 IP 地址的内容。
DHCP 服务器收到 DHCP 客户机回答的 DHCP request 请求报文之后，它便向 DHCP 客户机发送一个包含它所提供的 IP 地址和其他设置的 DHCP ack 确认报文，告诉 DHCP 客户机可以使用它所提供的 IP 地址。
实验 8.1 SMTP 和 POP 协议
练习一
Outlook 发送电子邮件 描述: SMTP使用TCP端口号为25,报文内容看不见,不需要密码用户名认证
练习二
Outlook 接收电子邮件
篇8：结构化分析实验总结
在能源需求和环境保护的双重压力下,分布式发电技术获得了越来越多的重视与应用[1,2]。将分布式电源(DG)以微网的形式接入大电网并网运行,与大电网互为支撑,是发挥分布式发电系统效益的有效途径。微网是指由DG、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控系统、保护装置汇集而成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,既可以与外部电网并网运行,也可以孤立运行[3,4]。微网在实际运行中需要解决的关键问题之一就是相关控制问题,作为微网控制策略的实现载体,微网实验系统的建设格外令人关注。在欧盟的第五、第六、第七研究框架分别资助的“微网:大规模分布式电源接入低压电网”,“多微网结构与控制”,“智能电网”3个微网相关研究项目中,都涉及到了微网实验系统问题[5,6,7]。在日本新能源产业技术综合开发机构资助的2个微网研究项目“区域电网计划”和“新型配电网络计划”中,作为实验系统也建立了多个微网示范工程[8,9]。作为微网相关项目的研究成果,各种微网实验系统的建设体现了世界范围内对微网不同结构特征及控制模式的探索[10]。文献[11]对现有的微网示范工程按区域进行了综述,本文在此基础上对微网实验系统进行了更深入的分析,通过对各种微网结构特征以及控制模式的比较,以期对国内微网实验系统的建设提供有价值的参考信息。
1 微网实验系统的结构特征
1.1 直流与交流微网实验系统
1.1.1 直流微网
直流微网的结构如图1所示[12],其特征是系统中的DG、储能装置、负荷等均通过电力电子变换装置连接至直流母线,直流网络再通过逆变装置连接至外部交流电网。直流微网通过电力电子变换装置可以向不同电压等级的交流、直流负荷提供电能,DG和负荷的波动可由储能装置在直流侧补偿。
考虑到DG的特点以及用户对不同等级电能质量的需求,2个或多个直流微网也可以形成双回或多回路供电方式[13],如图2所示。图中,直流馈线1上接有间歇性特征比较明显的DG,用于向普通负荷供电,直流馈线2连接运行特性比较平稳的DG以及储能装置,向要求比较高的负荷供电。相比于交流微网,直流微网由于各DG与直流母线之间仅存在一级电压变换装置,降低了系统建设成本,在控制上更易实现;同时,由于无需考虑各DG之间的同步问题,在环流抑制上更具优势。
1.1.2 交流微网
目前,交流微网仍然是微网的主要形式,其典型结构如图3所示[14]。在交流微网中,DG、储能装置等均通过电力电子装置连接至交流母线,通过对公共连接点(PCC)端口处开关的控制,可实现微网并网运行与孤岛运行模式的转换。
1.1.3 交直流混合微网
在图4所示的微网中,既含有交流母线又含有直流母线,既可以直接向交流负荷供电又可以直接向直流负荷供电,因此可称为交直流混合微网[15]。但从整体结构分析,实际上仍可看做是交流微网,直流微网可看做是一个独特的电源通过电力电子逆变器接入交流母线。
1.2 简单结构与复杂结构微网实验系统
1.2.1 简单结构微网
所谓简单结构微网,是指系统中DG的类型和数量较少、控制和运行比较简单的微网[16],其典型结构如图5所示。事实上,这种简单结构的微网系统在实际中应用很多,例如:DG为微型燃气轮机的冷热电联供(CCHP)系统,在向用户提供电能的同时,还满足用户热和冷的需求。但与传统的CCHP系统不同,当形成微网后,系统必须能够具备并网和孤网运行2种模式,并且可在2种模式间灵活切换,这可以在保证能源有效利用的同时,提高用户的供电可靠性。
1.2.2 复杂结构微网
所谓复杂结构微网,是指系统中DG类型多、DG接入系统的形式多样、运行和控制相对复杂的微网。图6给出了可称为复杂结构的德国DeMotec微网实验系统[17],系统通过175 kVA和400 kVA的变压器与外部电网相连,系统中的80 kVA和15 kVA的电源用于模拟与之相连的其他微网,DG包括光伏、风机、柴油机、微燃机等多种类型,储能装置采用蓄电池储能。在这一微网中,按照电气特性和位置的不同,将DG和储能装置组成了3种类型的小型微网嵌入系统中:①三相光伏—蓄电池—柴油机微网;②单相光伏—蓄电池带负荷微网;③单相光伏—蓄电池不带负荷微网。该微网存在一个上层控制器,与底层的各DG、储能装置和负荷之间通过INTERBUS总线通信,可以实现网络结构重组。
在复杂结构微网中含有多种不同电气特性的DG,具有结构上的灵活多样性。但对控制提出了相对较高的要求,需要保证微网在不同运行模式下安全、稳定运行。此类微网实验系统还包括法国ARMINES微网、西班牙Labein微网、意大利CESI微网等[18,19,20]。
2 微网实验系统的控制模式
2.1 主从控制模式
所谓主从控制模式,是指在微网处于孤岛运行模式时,其中一个DG(或储能装置)采取定电压和定频率控制(简称V/f控制),用于向微网中的其他DG提供电压和频率参考,而其他DG则可采用定功率控制(简称PQ控制),如图7所示。采用V/f控制的DG(或储能装置)控制器称为主控制器,而其他DG的控制器则称为从控制器,各从控制器将根据主控制器来决定自己的运行方式[21,22]。
适于采用主控制器控制的DG需要满足一定的条件。在微网处于孤岛运行模式时,作为从控制单元的DG一般为PQ控制,负荷变化主要由作为主控制单元的DG来跟随,因此要求其功率输出应能够在一定范围内可控,且能够足够快地跟随负荷的波动。在采用主从控制的微网中,当微网处于并网运行状态时,所有DG一般都采用PQ控制,而一旦转入孤岛模式,则需要作为主控制单元的DG快速由PQ控制模式转换为V/f控制模式,这就要求主控制器能够满足在2种控制模式间快速切换的要求。常见的主控制单元选择包括下述几种:
1)储能装置作为主控制单元。这类典型示范工程包括荷兰Continuon微网、希腊NTUA微网、日本Wakkanai微网等[23,24,25]。以储能装置作为主控制器,在孤岛运行模式时,因失去了外部电网的支撑作用,DG输出功率以及负荷波动将会影响系统的电压和频率。由于该类型微网中的DG多采用不可调度单元,为维持微网的频率和电压,储能装置需通过充放电控制来跟踪DG输出功率和负荷的波动。由于储能装置的能量存储量有限,如果系统中负荷较大,使得储能系统一直处于放电状态,则其支撑系统频率和电压的时间不可能很长,放电到一定时间就可能造成微网系统电压和频率的崩溃。反之,如果系统的负荷较轻,储能系统也不可能长期处于充电状态。因此,将储能系统作为主控制单元,微网处于孤岛运行模式的时间一般不会太长。
2)DG为主控制单元。这类典型示范工程包括葡萄牙EDP微网等[26]。当微网中存在像微燃机这样输出稳定且易于控制的DG时,由于这类DG的输出功率可以在一定范围内灵活调节,输出稳定且易于控制,将其作为主控单元可以维持微网在较长时间内稳定运行。如果微网中存在多个这类DG,可选择容量较大的DG作为主控制单元,这样的选择有助于微网在孤岛运行模式下长期稳定运行。
3)DG加储能装置为主控制单元。这类典型示范工程包括德国MVV微网等[27]。当采用微燃机等DG作为主控制单元时,在微网从并网模式向孤网模式过渡过程中,由于系统响应速度以及控制模式切换等方面的制约,很难实现无缝切换,有可能造成系统的频率波动较大,部分DG有可能在低频或低压保护动作下退出运行,不利于一些重要负荷的可靠供电。在对电能质量要求非常高的负荷情况下,可以将储能系统与DG组合起来作为主控制单元,充分利用储能系统的快速充放电功能和微燃机这类DG所具有的可较长时间维持微网孤岛运行的优势。采用这种模式,储能系统在微网转为孤岛运行时可以快速为系统提供功率支撑,有效抑制由于微燃机等DG动态响应速度慢所引起的电压和频率的大幅波动[28]。
2.2 对等控制模式
所谓对等控制模式,是指微网中所有DG在控制上都具有同等的地位,各控制器间不存在主、从的关系,每个DG都根据接入系统点电压和频率的就地信息进行控制,如图8所示。对于这种控制模式,DG控制器的策略选择十分关键,一种目前备受关注的方法就是Droop控制方法[29,30]。众所周知,对于常规电力系统,发电机输出的有功功率与系统频率、无功功率和端电压之间存在一定的关联性:系统频率降低,发电机的有功功率输出将加大;端电压降低,发电机输出的无功功率将加大。DG的Droop控制方法主要也是参照这样的关系对DG进行控制,典型的Droop特性如图9所示。这类控制方法的细节本文不再赘述,可参见文献[31,32]。
在对等控制模式下,当微网运行在孤岛模式时,微网中每个采用Droop控制策略的DG都参与微网电压和频率的调节。在负荷变化的情况下,自动依据Droop下垂系数分担负荷的变化量,亦即各DG通过调整各自输出电压的频率和幅值,使微网达到一个新的稳态工作点,最终实现输出功率的合理分配。显然,采用Droop控制可以实现负载功率变化在DG之间的自动分配,但负载变化前后系统的稳态电压和频率也会有所变化,对系统电压和频率指标而言,这种控制实际上是一种有差控制。
与主从控制模式相比,在对等控制中的各DG可以自动参与输出功率的分配,易于实现DG的即插即用[33],便于各种DG的接入,由于省去了昂贵的通信系统,理论上可以降低系统成本。同时,由于无论在并网运行模式还是在孤岛运行模式,微网中DG的Droop控制策略可以不加变化,系统运行模式易于实现无缝切换。在一个采用对等控制的实际微网中,一些DG同样可以采用PQ控制,在此情况下,采用Droop控制的多个DG共同担负起了主从控制器中主控制单元的控制任务:通过Droop系数的合理设置,可以实现外界功率变化在各DG之间的合理分配,从而满足负荷变化的需要,维持孤岛运行模式下对电压和频率的支撑作用等。
目前,采用对等控制的微网系统大多数仍停留在实验室研究阶段(如美国Wisconsin微网实验系统、新加坡南洋理工微网实验系统、比利时Katholieke微网实验系统、西班牙Catalunya大学微网实验系统等)[34,35,36,37]。应用于实际的示范工程相对较少,仅有的示范工程都对系统参数提出了比较严格的要求。以CERTS微网示范工程为例,其DG采用了3台规格、容量完全一致的60 kW微型燃气轮机[38],以实现对等控制。如何提高对等控制微网系统的稳定性水平,建立通用性和鲁棒性强的对等控制微网系统,是微网研究者正在致力解决的问题。
2.3 分层控制模式
分层控制模式一般都设有中央控制器,用于向微网中的DG发出控制信息。
日本微网展示项目包括Archi微网、Kyoto微网、Hachinohe微网等[39,40],提供了一种微网的2层控制结构,如图10所示[41]。中心控制器首先对DG发电功率和负荷需求量进行预测,然后制定相应运行计划,并根据采集的电压、电流、功率等状态信息,对运行计划进行实时调整,控制各DG、负荷和储能装置的启停,保证微网电压和频率的稳定,并为系统提供相关保护功能。
在上述分层控制方案中,各DG和上层控制器间需有通信线路,一旦通信失败,微网将无法正常工作。文献[42]提供了一种中心控制器和底层DG采用弱通信联系的分层控制方案,如图11所示。在这一控制方案中,微网的暂态供需平衡依靠底层DG控制器来实现,上层中心控制器根据DG输出功率和微网内的负荷需求变化调节底层DG的稳态设置点并进行负荷管理,即使短时通信失败,微网仍能正常运行。
在欧盟多微网项目“多微网结构与控制”中,提供了3层控制结构[43],方案如图12所示。最上层的配电网络操作管理系统主要负责根据市场和调度需求来管理和调度系统中的多个微网;中间层的微网中心控制器(MGCC)负责最大化微网价值的实现和优化微网操作;下层控制器主要包括DG控制器和负荷控制器,负责微网的暂态功率平衡和切负荷管理。整个分层控制采用多代理(Agent)技术实现[44,45]。
3 结语
本文对当前世界范围内微网实验系统的结构特征和运行控制模式进行了系统的总结和分析,可得到如下几点启示:
1)交流微网为目前微网实验系统建设的主流结构,但直流微网系统以其特有优势,在微网实验系统建设中也应得到重视,组建交直流混合微网实验系统,不失为发挥二者优势的一种可行选择。
2)实际微网建设中,不应盲目追求大而全的复杂结构微网,简单结构的微网系统亦应引起重视。中国存在众多的独立供电系统,如热电联产系统,独立光伏、风力发电系统等,对其进行改造以组成简单结构微网,可以在保证能源有效利用的同时,提高用户的供电可靠性。因此,应因地制宜地选择合适的微网结构。
3)主从控制微网系统可以实现电压和频率的无差控制,但对主控单元有很强的依赖性,主控单元的选择至关重要:若微网中存在燃机等输出稳定且易于控制的DG时,应优选其作为主控单元,而光伏风力等间歇性DG作为从控单元;若微网中不含有可控DG,则选择储能装置为主控单元,但储能装置容量将限制其长时间孤岛运行。对等控制微网具有冗余性,但没有考虑系统电压与频率的恢复问题,属于有差控制,鲁棒性差,并且在控制和应用上尚存在若干关键技术问题亟待攻克,目前仅限于实验研究阶段。多代理分层控制微网目前多集中于协调市场交易、对能量进行管理等方面,可提供较高的供电质量,是目前技术最成熟、同时也是应用最广的一种微网形式,对供电质量要求较高的地区可优先选用。因此,应综合考虑供电质量、系统可靠性、应用领域、微网优化运行等因素,合理选择控制模式。
