实时评估（精选八篇）
实时评估 篇1
配电网肩负着向用户供电的重任,科学地对它们的供电能力进行实时评估,深入了解当前运行方式的供电裕度是很有必要的,因为充足的供电能力是保证配电网安全可靠运行的前提条件。特别是随着配电管理系统和配电自动化系统的不断成熟和完善,随负荷的不断变化实时选择一种经济的运行方式成为可能[1],这就更需要对灵活多变的运行方式进行不断的实时评估,及时调整运行方式,这样才能在追求经济性的同时保证配电网运行的可靠性和安全性。同时,配电网故障后应向相邻网络以最大能力转移非故障区段的负荷,缩短停电时间,这也需要对相邻网络的可接受负荷能力进行实时评估,以确定可转移负荷容量。因此,配电网供电能力的实时评估是配电管理系统的一项重要功能。
随着电力市场的推广,目前输电网中线路的极限传输功率研究较多[2,3,4],也较为成熟,但配电网供电能力方面的研究还较少,仅有的研究也是通过计算变电站容载比、线路平均负载率这种统计的技术指标对配电网供电能力进行笼统的定性评估[5,6,7,8],仅能对配电网规划或升级改造提供一定的指导,不能对配电网的实时运行控制提供决策依据,而且这些评估方法均不能考虑各负荷节点的电压水平约束。因此,全面考虑配电网正常运行的各种约束条件,科学、准确地实时计算当前运行方式的最大供电能力,将对配电网的优化运行与控制、对配电管理系统各项功能的实现具有重要价值,是一个亟待解决但被忽视了的重要问题,该问题的解决能更好地支持配电管理系统及配电自动化系统中其他功能的实现。
本文基于配电网的实时运行方式,利用变步长重复潮流算法对其供电能力从3个角度分别进行了评估,即整个配电网、1个区域和1个负荷点。根据对整个配电网供电能力的评估结果,将配电网的安全裕度分为高、中、低3种状态,可对电网是否需要采取预防控制措施提供科学依据;通过对某一负荷节点的供电能力的评估,准确得到了该节点可接入的最大负荷,为故障后恢复重构中计算可转移负荷容量时提供依据。最后用一个多电压等级的配电网算例进行了仿真,结果证实了该算法对配电网供电能力进行实时评估的有效性。
1 配电网供电能力实时评估
1.1 配电网供电能力实时评估及其数学模型
配电网的供电能力是指配电网在满足支路功率约束和节点电压约束的条件下所能供给的最大负荷,它由配电网的运行方式和负荷的增长模式所决定,因此,配电网的最大供电能力是时变的,网络结构的调整、变压器分接头位置的变化、无功补偿设备的投切都会对其有影响,必须根据实际运行方式进行实时在线评估。
在输电系统中,限制输送容量的主要因素有:热极限、电压降极限、稳定极限[2],在对配电网供电能力进行评估时可只考虑前两者,不考虑稳定极限。在评估过程中,可取线路或变压器的经济负荷或最大负荷作为其功率约束,本文以导线支路热极限决定的最大传输功率作为功率上限,变压器支路的额定功率为其传输上限,并假设上级电网能提供充足的电量,负荷增长模式为评估区域内的负荷成比例增长。
根据以上所述,在对配电网供电能力进行评估时,优化的目标函数为:
式中:S为评估区域所能供给的最大负荷;S0j为节点j的当前实际负荷;N为负荷节点数,所以目标函数中的第1项即为当前实际负荷之和;Sdj为负荷增长区域中节点j的负荷增长基数,本文取Sdj=S0j;k为负荷增长倍数;D为进行供电能力评估的区域,当对整个配电网的供电能力进行评估时,D为整个配电网,当对配电网中的一个区域进行评估时,D为相应区域,当对配电网中的一个节点的供电能力进行评估时,D仅包含这个节点。
约束条件包括潮流约束、节点电压约束及导线和变压器支路的容量约束,即
式中:A为节点/支路关联矩阵;i为所有支路的复电流矢量;I为所有节点的复电流注入矢量;Vk,VUk,VLk分别为节点k的电压及其上下限;il和ilmax分别为各支路流过的电流和其允许的最大载流量;St和Stmax分别为各变压器支路流出的功率值和最大容许值。
1.2 配电网供电能力评估的分类
对配电网的供电能力进行实时评估,要基于当前的实际运行方式,负荷的增长模式在本文中取为当前的实际负荷成比例增长,根据评估区域的不同,将配电网供电能力的评估分为3类:
1)对整个配电网供电能力的评估:即整个配电网的所有负荷成比例地持续增加,直到约束条件起作用为止。通过对整个配电网供电能力的评估,可得到当前运行方式下,配电网的最大供电能力及剩余供电裕度,对判断配电网是否能承受一定的负荷波动、是否需要调整当前运行方式具有指导意义。
设配电网中所有负荷增大为原有负荷的K倍时,恰好有一约束起作用,即若继续增大负荷,将会有越限发生,则K可用以表征该配电网的最大供电能力。设目标函数(式(1))中,S达到最大值时,变量k的值为kmax,则K=1+kmax,可见在一正常运行的系统中K是不小于1的,K越大表明系统的最大供电能力水平越高,所能承受的负荷波动水平越大,因此,K可作为一评估配电网实时安全水平的指标。本文根据K的大小,将配电网的运行状态分为高、中、低3个等级:当K>2时,则认为配电网的安全裕度高,即所有负荷翻一番时,配电网依然可正常运行;当1.5<K<2.0,也认为配电网的安全裕度满足要求,处于中等安全水平,不需要采取预防控制措施;当1.0<K<1.5时,则认为配电网的安全裕度较低,在当前负荷波动较大时,可能发生越限,因此处于该运行状态的配电网应尽快采取调整措施,以扩大供电裕度,提高安全运行水平。
2)对配电网部分区域供电能力的评估:即仅评估区域内的负荷成比例地持续增加,其他负荷维持当前水平不变,直到约束条件起作用为止。通过对配电网部分区域供电能力的评估,可得到该区域所能供应的最大负荷,对于当前运行方式下,判断该区域是否能投入新的负荷以及最大可投入多少负荷具有指导意义。
3)对一负荷点供电能力的评估:即计算在其他负荷保持不变的前提下,该负荷点所能供应的最大负荷。这一点在配电管理系统中故障发生后的恢复控制中非常重要,因为目前配电网中的相邻馈线一般都通过联络开关相连接,当某一馈线出现故障时,应尽可能多地将非故障区段的负荷转移到相邻馈线上,以尽快恢复供电,这就需要准确计算出相邻配电网的联络节点可容纳转移负荷的能力,以确定转移负荷的大小。许多研究恢复重构的文献[9]忽略了这一点,即假设相邻馈线可转移全部的非故障区段负荷,在这种假设条件下进行开关操作次数与运行费用的优化,这与实际情况是不符的。
2 用于配电网供电能力实时评估的重复潮流算法
2.1 重复潮流在配电网供电能力实时评估中的应用
配电网供电能力评估的本质是在给定的运行方式及负荷增长模式下求取一临界点,在该临界点恰好有一约束起作用,当负荷有一微小增长,越过该临界点时将有越限发生,该临界点就对应着配电网的最大供电能力,最大供电能力与当前所供应负荷之差即为剩余的供电裕度。临界点的求取方法很多,重复潮流法是有效方法之一,其基本思想是通过不断增大系统的负荷,并反复进行潮流计算来确定系统所能供应的最大负荷,有人也将该方法称为尝试法,已经在输电网可用输电能力(ATC)的计算中有所应用[10,11]。
利用重复潮流对配电网供电能力的实时评估,其思路为:从当前的运行点出发,选取一个合适的步长h,按照一定的负荷增长模式Sd,不断增大负荷,并求取它们的潮流解,直到发生越限为止。在负荷增长过程中,步长h按一定策略不断调整,直到满足一定的精度要求。即将发生越限的那个临界点所对应的负荷即为配电网的当前运行方式所能供应的最大负荷。
2.2 步长的变化策略
在配电网最大供电能力的求解过程中,负荷增长倍数k的步长的选取是非常重要的,如果步长选得过大,计算结果的精度就会很低,如果步长过小,则收敛速度又太慢。鉴于上述问题,本文采用自动变步长的方法逐步向前搜索:若搜索成功(即没有越限发生),则以原步长继续向前搜索;若搜索失败(发生越限),则步长减半,如此反复,直到步长减小到满足精度要求为止。详细步骤如下:
1)确定初始搜索步长h0>0及收敛精度ε>0。
2)确定负荷增长模式Sd,令S等于当前的实际负荷S0,h=h0,K=1。
3)若h>ε,则继续下一步;若h<ε,则计算结束,返回S和K,S即为配电网在当前运行方式下可供应的最大负荷,S-S0即为剩余的供电裕度,K为最大供电倍数。
4)计算S′=S+hSd。
5)以S′为基准进行潮流计算,判断是否有越限发生,如果没有越限,则继续下一步,否则转步骤7。
6)令S=S′,转步骤4。
7)步长缩小为原来的一半,即h=h/2,转步骤3。
综上所述,配电网供电能力的实时评估流程如图1所示。
2.3 该方法的优点
基于重复潮流的配电网供电能力评估算法具有以下优点:
1)适用范围广,对配电网的电压等级和接线形式没有特殊要求。
2)考虑约束条件全面,可计及支路容量约束、节点电压约束等各种运行约束条件。
3)简单、容易实现,且能够准确地得到当前运行方式的最大供电能力和剩余供电裕度。
4)计算量小,由于实际配电网的最大供电能力不会超过实际负荷很多倍,因此取初始步长h0=2时,一般迭代不超过4次便会有越限发生,取收敛精度ε=10-3时,整个迭代过程中潮流计算的次数一般为10次左右,计算量明显小于各种智能算法,因此基于重复潮流求取临界点的方法很适合在配电网供电能力实时评估这一物理问题中应用。
3 算例分析
本文采用的仿真算例取自某市实际电网的一部分,为220 kV母线以下、10 kV母线以上的多电压等级配电网络,如附录A图A1所示,共包含220 kV变电站3座,110 kV变电站4座,35 kV变电站6座,51条母线,7台三绕组变压器,10台双绕组变压器,25条线路。3座220 kV的变电站之间虽有联络线相连,但在正常运行时为了避免电磁环网的出现各自独立运行,因此该电网可分为附录A图A1中虚线分开的3个区域,整个配电系统的负荷为121.88 MW+68.36 Mvar。35 kV和110 kV母线的电压允许范围为1±10%,10 kV母线电压的取值范围为1±5%。
1)分别对3个区域当前的供电能力进行评估,结果如表1所示。区域2的最大供电倍数K最高,所以该区域可以承受的负荷波动能力最好;区域1的剩余供电裕度最大,为38.169 3 MW+23.989 4 Mvar,3个区域剩余的供电裕度均满足供电安全性的要求。
2)假设附录A图A1中所示的线路52发生短路故障,则需要将该线路两端开关打开,将该故障线路隔离,该线路所供应的母线42上所连负荷可通过闭合母联开关80,由区域1中母线41供电。此时就需要对区域1中母线41的供电能力进行实时评估,从而决定是否可通过闭合母联开关恢复全部负荷。
利用本文算法计算可知母线41可供应的最大负荷为19.12 MW+12.70 Mvar,继续增大负荷支路51的电流将越限,减去母线41本身所连负荷,可知剩余供电裕度为13.52 MW+8.98 Mvar,可完全恢复母线42所供应的所有负荷,即不需要切除该母线所供应的部分负荷,而只需闭合母联开关80恢复全部负荷的供电。
由上述仿真结果可知,通过对配电网的供电能力进行实时评估,计算出可供应的最大负荷及剩余的供电裕度,可实时了解配电网当前的安全运行水平,从而提前采取预防控制措施,避免越限的发生,并为故障发生后以最大能力进行负荷转移提供实时的决策依据。在配电网供电能力的评估过程中节点电压约束是一重要的约束条件,经常出现因节点电压越限而限制了负荷的增长,因此仅根据支路容量约束对供电能力进行估算是很不精确的。
另一仿真案例见附录B。
4 结语
诸多学者研究了以网损最小为目标的配电网重构算法,旨在实时调整配电网的运行方式,使其运行费用最低,但是,配电网运行方式的灵活多变虽能提高经济性,却对其安全可靠运行提出了新的考验,本文的目的就是为解决此矛盾,对配电网运行的安全性进行实时评估,计算当前状况下的供电裕度,为提前采取预防措施提供决策依据。通过对配电网中部分负荷点供电能力的评估,计算出配电网故障后的可转移负荷容量,为故障后的恢复控制提供了参考依据。基于重复潮流的评估算法适用范围广,可全面计及各种约束条件,且简单、快速,容易实现,可用于配电网的实时在线分析。
附录见本刊网络版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。
摘要：综合考虑各种运行约束,实时计算配电网的供电裕度,在线评估配电网当前运行方式的安全水平,对配电网安全可靠地供应高质量电能具有重要意义。文中提出了配电网供电能力实时评估的数学模型,并利用变步长的重复潮流算法对配电网当前运行方式下的供电能力分别从整个配电网、1个区域和1个负荷点这3个角度进行了评估,能够有效评估配电网当前的安全水平及发生故障时的可转移负荷容量,为预防控制和恢复控制提供了科学的决策依据。仿真显示,该方法简单、快速,能适用于各种电压等级的配电网,且能考虑各种运行约束条件,具有很好的实用价值。
关键词：配电网,安全在线评估,供电裕度,重复潮流,负荷转移
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实时评估 篇2
【关键词】 肝炎病毒，乙型；DNA，环状；聚合酶链式反应；单核细胞
【中图分类号】R51216 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2015）02-0048-02
乙型肝炎病毒（HBV）复制有其独特的地方，首先形成共价闭合环DNA（covlently closed circular DNA，cccDNA），然后转录成前基因组RNA，最后在逆转录酶的作用下合成病毒基因组DNA，故cccDNA是HBV复制的突出标志[1]。cccDNA主要存在宿主的细胞核，既往均采用肝组织检测DNA，但取材困难，限制了临床应用。研究发现外周血淋巴细胞同样存在HBV感染复制现象[2，3]，故检测外周血HBV cccDNA同样能反映HBV复制状况及评价药物疗效，且比肝组织更方便，只是外周血cccDNA浓度较低，易出现假阴性。为了评估巢式-实时荧光定量PCR法在检测慢性乙型肝炎患者PBMC中HVB cccDNA的实用性，笔者拟利用巢式-实时荧光定量PCR法同时检测慢性乙肝患者肝组织和PBMC中HVB cccDNA的含量，以期为临床检测HCV复制状况及评价药物疗效提供简便有效的方法。
1材料与方法
1.1标本 选取长沙市第一医院传染科确诊的慢性乙型肝炎患者20例，男13例，女7例，平均年龄46.8岁（28～65岁），所有患者均未进行任何治疗。每例病例分别采取全血10ml和行肝穿刺获取肝组织；全血采用密度梯度离心法分离PBMC，洗涤5次后检测上清液中HBV DNA，确认HBV DNA PCR结果为阴性后，计数细胞，取1×106细胞备用。肝组织用生理盐水清洗4次，入液氮保存备用。aywHBV全序列的pcp10质粒，采用p-GEM-T-Easy载体构建，用作检测HBV cccDNA的阳性参照定量标准品，提取阳性标准质粒，测定核酸浓度，倍比稀释为5.0×102～5.0×109拷贝/ml，作为阳性标准品对照。
1.2引物与探针的设计及合成 根据HBV cccDNA与松弛结构DNA（rcDNA）结构上的差异，跨HBV DNA双链缺口两侧选择区域设计2对内外引物，并在负链缺口下游设计TaqMan荧光探针。所有设计的引物能选择性地扩增HBV cccDNA，而不能扩增rcDNA。P1引物：5-CGC TTT CGG GTC CCT CAT GCG ACG TGC-3，P2引物：5-TCG CTT TCG GGT CCC T-3，P3引物：5-GCA CCT CTC TTT ACG CGG TC-3，P4引物：5-AAC TGA AAG CCA AAC AGT G-3，TaqMan荧光探针：5-FAM-CTC TGC C-TAA TCA TCT CAT GTT CAT-TAMRA-3，外引物扩增片段为385bp，内引物扩增片段为105bp。
1.3主要试剂 基因组提取试剂盒、HBV DNA荧光定量PCR检测试剂盒、质粒抽提试剂盒均购自北京索奥生物技术公司，CR Master Mix试剂购自日本东洋坊公司。
1.4DNA抽提 利用质粒抽提试剂盒按说明书操作提取PBMC及肝组织中病毒DNA。
1.5巢式-实时荧光定量PCR扩增 取纯化模板2μl，用外引物进行第一轮常规PCR扩增。外引物P1和P2浓度为10μmol/L，各1μl，10mmoldNTP 0.5μl，Taq酶0.5μl，10×buffer 2μl，ddH2O 13μl；循环条件：94℃ 5min；94℃ 30s，50℃ 30s，72℃ 30s，40个循环；72℃ 5min。第二轮反应用内引物和荧光探针对第一轮PCR产物中的目的片段进行实时荧光定量扩增。反应体系为：第一轮PCR产物2μl，2×Taq PCR Master Mix 12μl，P3、P4引物各1μl，10μmol/L荧光探针0.5μl，反应总体积20μl；循环条件：94℃ 5min；94℃ 30s，50℃ 30s，72℃ 30s，40个循环；72℃ 5min。设阳性标准品对照为aywHBV全序列的pcp10质粒，阴性对照为3例健康献血员。
2结 果
2.1肝组织和外周血中PBMC中cccDNA检测结果 第一轮PCR产物电泳在385bp处见阳性条带，第4，6，7，8，10，12，13泳道呈阳性（图1）。20例血清HBV DNA均为阳性的慢性乙型肝炎患者肝组织中ccDNA阳性者10例，阳性率为50%（10/20）。cccDNA定量值为4.214×104～5.211×105拷贝/ml。外周血PBMC中cccDNA陽性者9例，阳性率45%（9/20）。cccDNA定量值为3.521×103～3.452×104拷贝/ml。3例健康献血员PBMC中cccDNA均阴性。
2.2外周血PBMC和肝组织中cccDNA阳性的符合率 9例外周血PBMC中cccDNA阳性患者的肝组织中cccDNA均阳性，但有1例肝组织中cccDNA阳性患者其外周血PBMC中cccDNA阴性，外周血PBMC和肝组织中cccDNA阳性的符合率高达90%（9/10）。
2.3方法的敏感性 检测pcp10阳性参照定量标准品，得到该方法的灵敏度为2log10拷贝/ml范围，随着模板量减少，对应CT值增大，呈线性相关，获得标准曲线（图2）。
3讨 论
临床上一般以HBV DNA载量作为抗病毒治療依据及判断乙肝病毒复制活力，HBV DNA包括rcDNA和ceeDNA。有学者认为单纯依靠血清HBV DNA检测是不够的，应结合HBV cccDNA的检测和临床来进行综合分析，才能更真实地反应患者体内乙肝病毒的复制，为临床治疗提供更为可靠的依据[4]。cccDNA的清除预示着HBV在宿主体内生命周期的终结，因此不少学者认为这是最佳的抗病毒参考指标之一[4]。HBV cccDNA的检测能够评价抗病毒药物的疗效，连续观察更能反映乙型肝炎患者病情的变化，所以准确、方便、快速检测cccDNA的量是目前乙肝治疗的迫切要求。乙型肝炎病毒HBV cccDNA研究以肝组织为多，但肝组织取材困难，临床应用受到了极大的限制。HBV可以感染白细胞，而这种免疫细胞的感染有利于病毒免疫逃逸，不被免疫细胞攻击，从而导致机体清楚HBV能力下降，故外周血PBMC中存在HBV感染和复制，检测外周血PBMC中cccDNA应该亦能反映HCV的复制，但血液中cccDNA的水平远远低于肝组织，检测亦较为困难。
巢式-实时荧光定量PCR技术具有高灵敏性和高特异性，能够检测极其微量的DNA。cccDNA有共价、闭合、超螺旋双链DNA结构，在碱变性后可再复性，而rcDNA是有缺口的双链DNA，碱变性后不可复性 所以本实验方法应用质粒提取试剂盒抽提肝组织和PBMC中的病毒DNA可以祛除rcDNA、单链DNA和RNA，对cccDNA进行纯化，可进一步提高cccDNA检测的灵敏性和特异性[5]。
本研究结果显示，利用巢式-实时荧光定量PCR技术对20例血清HBV DNA阳性的慢性乙型肝炎患者的肝组织和PBMC中的cccDNA进行检测，发现肝组织和PBMC中cccDNA的阳性率分别为50%和45%，且两者的符合率高达90%，表明利用巢式-实时荧光定量PCR技术检测外周血PBMC中的cccDNA亦能较真实的反映HBV的复制，可以避免由于肝组织取材带来的限制，且准确、方便、快捷，是一种评价抗病毒药物的疗效，观察乙型肝炎患者病情的变化的有效手段，具有很强的实用性。
参考文献
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实时评估 篇3
实际电网中采用的确定性分析方法忽略了电力系统运行的复杂性和随机性, 无法量化系统的风险水平, 而只能对系统运行的安全状况做定性分析, 已无法满足目前电力系统安全水平定量研究的要求[1]。
近年来, 关于电网静态安全分析方面的研究大部分集中在概率性分析方法上, 如文献[2-11]提出用随机潮流法计算待求变量的越限概率或期望值, 文献[12-13]提出区间潮流算法计算待求变量的区间范围, 但是概率性分析方法虽计及了系统故障的随机性和不确定性, 却未考虑系统故障所造成后果的严重程度, 故仍无法实现系统安全水平的综合评估。文献[14-15]从系统组成的角度出发, 建立了元件的风险模型, 对系统元件进行风险评估, 但是无法给出当前系统所处的全局风险水平。
本文从系统全局的角度提出了一种静态安全在线风险评估方法。输电线路实时故障概率的计算是进行在线风险评估的重要组成部分, 因此本文首先建立了计及气象因素的输电线路故障概率的实时评估模型。从框架的观点提出了基于随机潮流算法的电力系统静态安全在线风险评估方法, 并建立了适用于静态安全在线风险评估的风险指标。为了达到在线风险评估的实时性要求, 本文根据提出的筛选与排序指标对电力系统的预想故障集进行了实时故障筛选与排序;在此基础上, 利用本文所提方法计算系统的综合风险指标, 真实全面地反映系统在当前运行状态下所处的风险水平。对New England 10机39节点系统的计算表明本文算法是有效的。
1 计及气象因素的输电线路故障概率实时评估模型
本文将输电线路实时评估模型分为基于在线监测数据的模型和基于气象因素的模型2个部分, 分别计算基于上述2个模型的输电线路实时故障概率, 最后根据综合评判条件计算得到计及气象因素的输电线路的实时故障概率。
1.1 基于在线监测数据的实时故障概率评估模型
在不考虑气象因素的条件下, 为能真实反映输电线路的实时运行状态, 本文将输电线路分为绝缘子、导线、避雷器、杆塔、地线5个部分, 分别选取各个部分的在线监测量, 建立了计算输电线路实时故障概率的层次评估模型, 如图1所示。
1.1.1 在线监测量的量化模型
已有研究表明, 在线监测量有取值越小越好的特点, 因此适合采用降半梯形量化模型, 原理如下。
对于各个在线监测量, 采用降半梯形的评分法, 分值为0~100分, 如图2所示。0分表示接近或超过规程规定的注意值, 100分则表示设备完全处于正常状态[16]。
降半梯形量化模型:
其中, a和b为量化模型的阈值;τ为参数的实际测量值。
1.1.2 基于未确知有理数理论的权重计算
设有m位专家对输电线路的n个指标进行重要性评估, 分别得出m位专家对n个指标的评估值。对于指标j, 分别用每位专家得出的评估值与其权威性 (归一化) 相乘, 然后将这些结果相加, 可得指标j的重要性的未确知有理数如下:
其中, j=1, 2, …, n;[x1, xk]为指标j的重要性取值区间;k为未确知有理数的阶数;φj (x) 为指标j的重要性可信度分布函数;θi为指标j的重要性取值同为xi的信度和。
最后计算未确知有理数的数学期望值E (φj (x) ) , 就得到了指标j的权重值[15]。
其中, 为θi (i=1, 2, …, k) 的平均值。
考虑到不同专家的评价结论不可能一致, 对不同的评判专家, 从职称、工龄和学历3个方面来分析其权威性, 最终得出专家的权重值计算式:
其中, ri为第i个方面的权重;s为对应的权威性分值。
最后, 对各个权重值进行归一化处理, 得到归一化权重向量。同理, 可以用同样的方法求得输电线路5个组成部分的归一化权重向量。
1.1.3 建立评判集
将输电线路的状态分为较差、注意、一般、良好4个等级, 然后结合各个在线监测量的量化分值, 根据图3所示隶属度函数图建立评判集。
1.1.4 一级模糊综合评判
根据评判集计算输电线路各个在线监测量的状态隶属度值, 得到的模糊评判矩阵[18]如下:
其中, n为评估指标的数目;m为输电线路状态等级的数目。
则一级模糊综合评判为:
其中, B为一级模糊综合评判矩阵;η为n个在线监测量的归一化权重向量;为广义模糊算子。
1.1.5 二级模糊综合评判
二级模糊综合评判向量为:
C=A莓B={a1, a2, …, a5}莓4軈44444444444BBB512…莓莓莓4444444444={C1, C2, C3, C4} (7)
其中, C为二级模糊综合评判向量;A为输电线路5个组成部分的归一化权重向量。
根据评估结果, 利用隶属度函数量化输电线路的健康状态概率值:
根据输电线路的实时健康状态概率值与实时故障概率值存在着和为1的关系, 间接地计算出输电线路基于在线监测数据的实时故障概率值:
1.2 基于气象因素的实时故障概率评估模型
输电线路的实时故障概率与输电线路途经区域的气象情况是密切相关的, 本文采用如下方法计算只考虑气象因素的输电线路的实时故障概率:首先根据某地区输电线路故障的历史统计数据和气象记录, 得到将各类气象因素分等级下的故障概率统计表;然后根据当前气象状况, 参照故障概率统计表, 即可得到只考虑气象因素的输电线路实时故障概率。
本文在文献[19]的基础上, 将不同气象因素分等级, 得到输电线路故障概率λ2, 如表1所示。
注:微弱、较大、极大分别对应1.3节中原则a、b、c。
1.3 综合故障概率评估模型
为更准确地计算输电线路的实时故障概率, 需要将当前气象状况与输电线路的在线监测数据相结合。
根据上文得到的基于在线监测数据的实时故障概率λ1和基于气象因素的实时故障概率λ2, 可以按如下原则求出其综合实时故障概率P (E) 。
a.当基于气象因素的输电线路实时故障概率值较小时 (λ2≤0.1) , 气象情况在某些程度上可以反映在在线监测数据中 (如风对输电线路舞动的影响) , 此时, 只考虑在线监测数据反而更可靠, 即:
b.当基于气象因素的输电线路实时故障概率值较大时 (0.1<λ2≤0.5) , 需综合考虑在线监测数据与气象因素的影响, 并构建了如下计算模型:
其中, 系数t依赖于专家经验和历史统计数据。
c.当基于气象因素的输电线路实时故障概率值极大时 (λ2>0.5) , 此时气象条件极端恶劣, 并且相对基于在线监测数据的输电线路实时故障概率, 此时气象因素已经成为主导因素。因此, 可以比较基于在线监测数据的故障概率值与基于气象因素的故障概率值, 取较大值作为综合的实时故障概率。
对不同气象因素等级进行划分的阈值, 可根据专家经验和历史统计数据的完善作进一步的修正。
2 随机潮流计算
2.1 随机潮流模型
随机潮流考虑的随机因素包括负荷的波动与发电机的故障停运。在随机潮流模型中将交流潮流方程在基准运行点进行泰勒级数展开, 忽略2次及其以上的高次项[3], 整理可得:
其中, ΔW为节点注入功率;X为节点状态变量;Z为线路潮流变量;下标0表示基准运行点;S0和T0为灵敏度矩阵, S0=J0-1, T0=G0J0-1, , J0为雅可比矩阵。
假设各节点注入功率相互独立, 则求它们的线性和实际上是做卷积运算, 即:
其中, ΔWl和ΔWg分别为负荷注入功率和发电机注入功率;“*”表示卷积运算。
根据半不变量的性质, 可将式 (14) 转换为半不变量的代数运算, 以减少计算量。注入功率的k阶半不变量为:
输出变量的各阶半不变量可由式 (16) 得到:
其中, S0 (k) 和T0 (k) 分别为矩阵S0和T0中元素的k次幂所构成的矩阵。
2.2 输出变量概率分布求取
本文采用Cornish-Fisher级数求取输出变量的累积分布函数[11]。假定输出变量z的分位数为η, 则z (η) 可表示为:
其中, ζ (η) =Φ-1 (η) , Φ (·) 表示标准正态分布函数;kv为v阶规格化半不变量。
根据式z (η) =F-1 (η) , 可求得输出变量z的累积分布函数F (z) 。
3 电力系统静态安全在线风险评估
本文从框架的观点提出电力系统静态安全在线风险评估包含2种研究情况:
a.对于一个给定的故障, 在对应的系统运行状态下进行随机潮流计算, 得到系统的故障风险指标;
b.评估当前系统正常运行条件下的综合风险, 将输电线路的随机故障作为一种不确定性因素加以考虑, 因此需结合输电线路故障概率的实时模型才能得到系统的综合风险指标值。
本文从电力系统的全局角度出发, 研究情况b, 并与情况a进行对比分析。
3.1 在线风险指标
3.1.1 可能性指标
可能性指标用于表征电力系统发生线路故障E条件下, 节点电压幅值和线路有功功率越限的概率, 其表达式为:
其中, Pr (·) 表示概率;S表示节点电压幅值或线路有功功率。
3.1.2 严重度指标
严重度指标用于表征电力系统发生线路故障E条件下, 节点电压幅值和线路有功功率越限的严重状态, 其表达式为:
3.1.3 故障风险指标
故障风险指标对应情况a, 用于表征电力系统发生线路故障E条件下, 所有节点电压幅值和线路有功功率发生越限的风险之和。
3.1.4 系统综合风险指标
结合故障风险指标和输电线路的实时故障概率, 可得整个系统的综合风险指标为:
其中, A为实时故障集;E为实时故障集A中的某一线路故障。综合风险指标对应情况b。
3.2 实时故障筛选与排序
为了减小电力系统静态安全在线风险评估的求解规模, 本文提出了实时故障筛选与排序方法, 筛除影响较小、危害较低的故障, 以满足在线风险评估的实时性要求。
定义线路的实时负荷率如式 (22) 所示:
其中, α为实时负荷率;P为线路的实时潮流功率;Pmax为线路的热功率极限。这个指标对应情况a。
针对情况b, 对预想故障集进行筛选与排序时, 需综合考虑各预想故障可能出现的概率及相应后果的严重程度。本文将输电线路的实时故障概率与该线路的实时负荷率的乘积作为筛选与排序的指标, 即:
实时故障筛选与排序流程图如图4所示。
3.3 结合输电线路实时故障概率的在线风险评估方法
综合输电线路实时故障概率评估模型及故障筛选方法, 结合输电线路实时故障概率的静态安全在线风险评估方法如图5所示。
4 算例分析
本文以New England 10机39节点系统为例, 建立该系统的N-1预想故障集;假设各节点负荷服从正态分布, 其中负荷的期望值取其峰值, 标准差取期望值的5%;考虑可能故障的发电机组36台。
设该系统中有5条线路处于恶劣的气象条件下;其他线路所处气象条件良好, 对故障概率影响较小。根据1.3节的内容计算输电线路的实时故障概率, 表2仅列出恶劣气象条件的情况。
4.1 不考虑输电线路实时故障概率
根据式 (22) 计算线路的实时负荷率指标α, 并以此指标进行筛选与排序, 这里设定的筛选条件为α>0.5, 如表3所示。
根据式 (20) 计算线路断开故障的故障风险指标, 并选取δRisk (E) >1相对较大的部分列于表4中。
通过比较表3与表4的结果可以发现:故障风险值相对较大的线路断开故障都包含在根据线路实时负荷率α进行筛选与排序得到的结果中, 除最后一个线路7-8断开故障没有筛选出来, 其他的更为严重的线路故障都能够被筛选出来, 达到了很高的精确性。因此, 在下文结合输电线路实时故障概率的实时故障筛选与排序以及相应的系统综合风险指标的计算能够保持一致性和准确性。
4.2 考虑输电线路实时故障概率
根据式 (23) 计算指标δRI, 按照图4进行实时故障筛选与排序, 这里设定的筛选条件为根据排序结果选取δRI指标最大的10条线路, 如表5所示。
计算预想故障集中所有线路断开故障对应的风险值, 并选取最大的10条线路, 如表6所示。
通过对比δRI值和风险值, 可以发现:风险值最大的6条线路与δRI值最大的6条线路完全吻合, 进一步验证了本文所提方法的正确性与有效性。
最后根据式 (21) 可知, 系统综合风险指标取最大的风险值, 因此可以得到评估当前正常运行状态下系统的综合风险值为0.836655560, 是由系统中线路6-7发生断开故障及相应条件下的故障风险值综合决定的。
进行综合分析, 故障风险值最大的是线路16-19断开故障, 但是由于其实时故障概率较小, 因此对系统造成的综合风险影响不大。而相对于线路16-19断开故障的故障风险值要小得多的线路22-35断开故障, 因其处于黄色等级风的恶劣气象条件下, 线路的实时故障概率大幅度提高, 因此对系统造成的综合风险值比线路16-19断开故障的综合风险值要大得多。另外, 线路6-7的故障风险值按由大到小排序只排在第6位, 但是线路6-7所在区域有黄色等级的雷电, 处于极端的实时气象条件下, 线路的实时故障概率很大, 计算得到的风险值最大, 决定了系统的综合风险值。
5 结论
实时评估 篇4
为了保证电网安全、可靠运行,调度员需采取合理的调度操作。 目前调度员主要依据电网实时运行数据和个人经验对电网进行操作。 调度操作指令票从拟定到最终执行有着一套较为完整的操作流程与控制方法,很大程度上保证了电力调度的安全性。 但考虑到操作执行过程中恶劣天气、设备故障以及误操作等不确定因素,调度操作可能无法正常执行,影响系统安全稳定运行。 深圳4.10 大停电事故的直接原因就是一个500 k V变电站在倒闸操作过程中开关发生故障导致设备连锁跳闸[1-2]。 量化分析调度操作过程中各种不确定因素给电网带来的影响意义重大。
风险评估不仅能够量化事故自身给电网安全运行带来的后果,同时又能考虑到不确定因素对电网的影响,因此在电网规划与运行中得到了广泛的应用[3-6]。 文献[7-9]将风险理论应用到电力系统暂态稳定的评估中,提出了元件故障概率和风险后果的暂态稳定风险评估模型和方法。 文献[10-12]研究了电力系统静态风险评估方法,包括电压稳定和负荷削减等。 文献[13] 提出了一种在线风险评估方法(OLRBSA),应用概率模型评估系统当前和未来的运行风险。
电网调度作为电力企业日常工作之一,其目的是对电网元件的实时操作。 目前的电网调度操作系统已经能够实现对操作票的自动生成-校核-发布功能[14-16]。 文献[17-18]从工程实际出发分析了电网调度操作过程中存在的危险点,并提出了相应的风险管控措施;文献[19-20]研究了智能调度操作系统,开发了能够对调度操作各环节进行智能校核的实际应用软件,可以有效预防调度误操作。 目前对调度操作的研究主要集中于确定性的安全校核,而忽视了调度操作过程中可能存在的潜在风险。
本文从调度操作成功、失败2 个方面出发,在多维不确定因素下分析了调度操作对电网风险的影响。 利用故障树原理为调度过程中的每一步操作关联量化风险指标,使调度人员能够事先更加清晰地掌握调度操作将面临何等风险。 最后利用IEEE-RTS测试系统验证本文所提方法的有效性。
1 调度操作风险来源分析模型
调度操作的风险主要来自3 个方面:第一,元件自身故障导致操作失败,给系统带来风险;第二,调度操作成功后,系统自身存在的风险;第三,调度操作成功后,由于系统可靠性降低,发生相应的发展故障给系统带来风险。 本文以调度操作风险作为顶端事件,利用故障树原理解释调度操作风险来源,如图1 所示,图中F1、F2、… 、Fk为操作成功后的k个发展故障;C1、C2、… 、Cm为导致操作失败的m个元件故障;N代表操作成功执行。
树中每个基本事件都代表一种操作风险来源并对应着一种操作风险状态,因此图中所示模型即把调度操作风险转换为一系列与操作相关的操作风险状态风险。 假设对元件ei进行某调度操作,相应的操作风险状态定义如下。
a. 操作失败状态集Sf。
通过对调度历史数据统计分析,得到导致操作失败的元件故障集合C(ei),如式(1)所示:
其中,Cmei为第m个导致元件ei操作失败的元件故障。
集合C(ei)中m个元件故障导致元件ei操作失败后的系统状态集定义为元件ei操作失败状态集Sf(ei):
其中,S(Cmei)为第m个元件故障Cmei导致元件ei操作失败后的系统状态。
b. 操作成功发展状态集Sd。
定义某故障F与元件ei的关联度如下:
其中,δcon(ei,F) = 1 表示对元件ei成功操作后,故障F发生会给系统造成重大后果,其数值可根据故障F后果确定。
假设 ξ(F)代表故障F发生后给系统造成的后果,ξ0代表设定的后果截断值,d(± ei)代表对元件ei操作成功,按如下逻辑关系确定 δcon(ei,F)值:对于故障F,如果 ξ(F)>ξ0有且只有一个前提条件d(± ei),则 δcon(ei,F) = 1;否则 δcon(ei,F) = 0。
所有与元件ei关联度为1 的故障组成了元件ei操作成功后的发展故障集F(ei):
其中,故障Fkei称为元件ei操作成功后的第k个发展故障。 则元件ei操作成功后发展状态集Sd(ei)如式(5)所示:
其中,S(Fkei)为第k个发展故障Fkei发生后的系统状态。
c. 操作成功状态Sn。
操作成功即操作正常执行,则对元件ei操作成功后的系统状态即为操作成功状态Sn(ei)。
通过对操作风险来源进行分析,将元件ei的操作风险转换成上述3 种操作风险状态下的风险,其中操作成功状态Sn和操作失败状态集Sf属于实时操作风险状态,即操作执行过程中直接给系统带来影响的风险状态;操作成功发展状态集Sd属于延时操作风险状态,即在操作执行之后的一段时间内给系统带来影响的风险状态。 操作风险组成示意图如图2 所示,图中,t1为操作的开始时间;t2为操作执行完毕时间;t3为下一个操作开始时间;R(ei)为本次操作的总风险;R(Sn(ei))、R(Sf(ei))和R(Sd(ei))分别为来自操作成功状态集、操作失败状态集和操作成功发展状态的风险。
2 调度操作风险指标计算
本文操作风险指标包括:节点电压越限指标RU、支路潮流过载指标RO和负荷损失指标RL,其计算方法如下。
2.1 操作风险状态概率计算
操作风险状态分为实时操作风险状态和延时操作风险状态,以下为相应风险状态发生概率计算公式。
a. 实时操作风险状态集Sn和Sf发生概率:
其中,P(Sn)和P(Sf，h)分别为操作成功状态Sn和第h个操作失败状态发生的概率;P(N)和P(F)分别为本操作执行成功和操作失败的概率;P(ChF)为在本操作执行失败条件下元件故障Ch发生的概率。
b. 延时操作风险状态集Sd发生概率:
其中,P(Sd，j)为第j个操作成功发展状态发生的概率;P(Fj|N)为在本操作执行成功条件下第j个操作成功发展故障Fj发生的概率。
2.2 操作风险后果计算
a. 电压越限风险后果IU。
电压越限风险后果用来反映节点电压超出可接受范围的严重程度,如式(8)所示:
其中,n为出现电压越限的节点数;g(Ui)为节点电压越限严重度函数,如图3 所示,图中Ul，i和Uu，i分别为节点i可以接受的电压下限和上限数值。
b. 支路潮流过载风险后果IO。
支路潮流过载风险后果用来反映支路过载严重程度,如式(9)所示:
其中,s为发生潮流过载的支路数;Si为支路i的实际输送功率;Sr，i为支路i的功率输送极限;K(Si)为阶跃函数。
c. 负荷损失风险后果IL。
电网发生故障时,由于继电保护或人为控制,会切除一部分负荷,负荷损失后果如式(11)所示:
其中,v为出现负荷削减的节点数;Li为第i个负荷削减节点的负荷削减量;αi为第i个负荷削减节点相应负荷的重要性系数,可根据负荷等级确定。
调度操作风险指标R计算公式为:
其中,I(Ch)、I(N)和I(Fj)分别为第h个操作失败状态、操作成功状态和第j个操作成功发展状态的风险后果,分别对应上述3种风险后果。
3 调度操作风险评估框架
调度操作风险评估框架如图4 所示,主要包括1个内部存储器和2 个计算功能模块。
内部存储器主要存储:系统网络数据,包括线路、主变参数以及节点注入功率等;各种操作的操作风险来源和操作风险状态发生概率数据。
风险场景确定模块:此模块依据操作人员的调度操作指令确定风险场景,从实时数据库中读取网络基本数据和操作风险来源数据,形成关于本操作的风险来源状态集。 调度操作风险分析模块:此模块根据所形成的风险分析场景,通过网络拓扑分析和潮流计算得到风险后果,结合从数据库中读取的操作概率数据,计算调度操作风险指标,并反馈给操作人员以供参考。
4 算例分析
利用IEEE-RTS测试系统验证本文所提方法,系统单线图如图5 所示[21]。
通过对广东电网历史数据的分析,可设调度操作成功概率为0.98,则操作失败概率为0.02。 开关与刀闸自身故障导致操作失败概率如表1 所示。
以综合调度令为例,假设由于某些原因线路15-24 需由运行转冷备用,利用第2 节所提的调度操作风险方法对该操作进行风险计算,得到风险指标RU= 27.56,RO= 14.36,RL= 1.23,可见电压越限风险较大,因此需提醒调度员在执行操作时应提前制定电压预控措施。
4.1 操作过程中每一步风险分析
根据网络拓扑结构综合令可分解成为单项令,如表2 所示。 各步操作风险计算结果如表3 所示。
由于第3 步和第5 步断开线路侧刀闸属于不带电操作,不存在操作风险,操作风险主要集中于开关与母线侧刀闸操作。 对于电压越限风险指标RU和支路过载风险指标RO,第1 步与第4 步风险水平略大于第2 步与第6 步。 第1 步发生开关爆炸与第4 步发生刀闸瓷瓶断裂都会导致母线15 失压,而第2 步开关爆炸与第6 步刀闸瓷瓶断裂会导致母线24 失压。 母线失压会自动切除与其相连所有设备,从图5可知母线15 失压切除设备多于母线24,对潮流影响会更大,因此第1、4 步风险水平略高。 对于负荷削减风险指标RL, 第1、4 步存在负荷削减风险, 而第2、6 步不存在负荷削减风险。 由图5 可知母线15 连有负荷而母线24 没有负荷,因此第1、4 步导致母线15 失压会造成负荷削减。 因此整个调度操作过程中,更需要注意第1、4 步的风险防范,有助于系统安全稳定运行。
4.2 操作风险来源分析
根据第1 节分析可知,调度操作风险来源主要由操作失败、操作成功执行和操作成功后发展状态3 个部分组成。 针对线路15-24 由运行转冷备用操作,表4 为3 种不同风险来源在总风险指标中所占数值。
从表中可以看出,电压和潮流越限风险主要来源于操作正常状态,即正常操作后系统自身存在较高风险,而负荷削减只来源于操作失败。 事实上,操作失败和操作成功后发展状态对系统造成的电压越限与支路过载后果大于操作成功情况,但是其发生概率相对较小,因此在总指标中所占比例较少。 对于负荷削减风险指标,只有在操作失败极端情况下造成母线失压,才会导致负荷削减,因此负荷削减只来源于操作失败。
4.3 不同调度操作风险分析
假设线路12-23、线路15-24 以及主变11-9都执行由运行转冷备用操作,3 个操作风险指标如表5 所示。
从表5 中可以看出,对于电压和潮流越限风险指标,对线路15-24 的操作要大于对线路12-23 和主变11-9 的操作。 对于负荷削减风险指标,对主变11-9 的操作风险最大。 由于每种调度操作的风险水平不同,调度决策部门可以安排工作经验相对丰富的操作人员进行高风险操作,有助于合理人员配置,同时也提高了调度操作的效率。
5 结语
实时评估 篇5
短波通信具备良好的抗摧毁性、灵活机动架设、通信距离远、自适应能力强、经济实用等特点, 在军事、民用、外交、海事、商业、外交等诸多领域广泛应用。近些年来, 随着现代短波通信新技术与新体制的不断完善, 通信设备不断的更新和升级, 从原来的1G、2G、2G自适应到现在逐步应用较广的3G、3G自适应, 以及正在研究的热点4G智能感知技术。使得短波信道中信号体制规格多变、类型多样、动态范围大, 频率资源短缺、频率资源在时空领域存在较大的竞争, 同时由于短波信道的存在不稳定和易受干扰的特点, 如信号衰落和畸变严重、调频信号及突发信号频繁且规律不稳定、存在各类噪声干扰、较多高电平干扰、人为及自然等干扰多等因素, 对短波通信质量的保障提出了越来越高的要求。所以, 研究并改进短波信道的信道检测和优化利用技术, 无论对改进当前正在应用的各类短波通信系统的保障效果以及未来新一代各类短波通信技术发展, 不断提高对短波信道的有效监测和评估, 都具有重要的理论意义和应用价值。
1 短波信道研究概述
针对如何提升短波通信的效果, 国内外均进行了大量的研究。主要有两大类:一是对信道特性的研究, 如信道噪声监测、信道探测、智能选频等等;二是对各种波形的研究, 如各类调整解调、差错控制等等。但是针对如何提升现有设备的应用效果方面的研究较少, 如我国目前海事部门大量应用的各类短波电台, 多为2G、3G设备, 随着设备的老化和电磁环境的恶化, 设备面临着缺乏通信保障能力监测和保障效果评估的问题。
基于以上的分析和实际应用意意义, 本文提出了一种简单实用的、基于海岸电台现有设备效能提升的解决方案。通过对岸台通信系统进行简单的改造提升, 实现其对近场环境的信号质量实时监测评估, 实现对岸台通信效果的有效监测和提升。评估系统方案设计如图1 所所示。
实时监测评估系统通过在原岸台通信系统的基础上, 通过加装信道监测接收机 (或使用原有的短波收信机) , 将需要监测的信道参数采集、上传至台控系统进行分析和显示。通过对信道的实时噪声电平、信号电平、信道使用情况数据、信道质量等数据的处理、分析和模板比对。可以得到台站设备工作是否异常、台站电磁环境是否良好、信道质量水平如何等, 实现对台站的设备状态和通信态势进行有效的实时监测。
2 信道实时数据处理的算法设计
由于短波信道是一个时变的不稳定信道, 其电平 (噪声或信号) 随时间变化且起伏较大。即使在电磁环境相对干净的情况, 也会偶尔出现瞬间的较大信号, 如下图2. (参考ITU-无线电管理局2011 年版《频谱监测手册》)
为了提升信道监测的抗干扰能力和简化系统的实现难度, 通常使用1 台高性能的高速窄带接收机进行多信道任务的数据采集。根据实际的监测任务数量和设备性能, 充分考虑信道参数的各种异常情况, 进行仔细的采集方案设计和参数应用算法设计和优化。
2.1 数据采集实时性估算
假如监测接收机的扫描速度为50ms, 则每个信道约60ms (预留10ms数据稳定时间) 采集一次数据, 如果需要监测的信道数量为30 个, 则每个信道每隔30*60ms=1800ms≈2S完成一次数据采集, 如果每个信道更新信道电平的同时更新一个噪声点电平, 则耗时加倍, 即需要4S。在实际的应用中需要根据监测任务数量和性能需求进行综合考虑。
2.2 信道电平和噪声采集
信道电平:实际每次采样的信道中心频率的电平值, 不区分噪声或信号, 每采样一次为1 个信道电平数据。
为了评估信道的背景噪声, 在信道中心频率左右的±50KHz带宽内, 每10KHz间隔采集一个样点, 共10 个噪声电平进行统计平均, 其中, 为了剔除部分样点存在干扰信号导致背景噪声计算误差, 对10 个噪声电平分别与初步统计电平比较, 超过6d B的点将被剔除。最后将剔除后的噪声样点进行统计平均作为该频率的背景噪声值。
2.3 算法的优化设计
通过上述对信道电平和噪声电平的采集和初步处理, 我们可以简单得得到信道的背景噪声、信道占用情况的结果。但实际验证结果显示:通过对所分配监控信道组采取时分扫描的方式对信道参数进行监测, 因存在扫描速度的固有特性 (约60ms的信道驻留时间) , 无法从根本上对时变的信号进行准确的采样并测量 (即瞬时的频谱占用情况) 。
回到监测信道的使用意义上, 监测信道的目标是为了掌握信道的实际使用情况 (使用度) 、可用情况 (空闲度) 、信道噪声状况等。由于短波信道的起伏特性及频率的全球共用性, 寻求长时间段的“干净”频率来评估或使用是不现实的。也正因此, 目前海事短波使用的业务需求主要以短时通信为主, 如话音、数据 (邮件、短信等) , 其通信时长主要集中在1 分钟到几分钟。因此, 评估信道的短时情况更有实际意义。
2.3.1 原始数据采集
信道电平:信道电平的采集方式不变, 采集数据作为实时数据供分析使用。噪声电平:为了兼顾背景噪声更新要求与设备扫描速度, 10 个噪声样点在每次扫描信道时只同步更新1 个, 即扫描10 次信道时背景噪声会全部更新一遍, 这对于背景噪声的缓变特性是合适的。统计信道两边各5个频点的噪声平均值, 每扫描一次信道更新扫描其中一个点噪声, 连同原9 个噪声值统计得出1 个噪声实时数据供分析使用。
2.3.2 数据应用与显示算法设计
采用时间“分段”统计和“滑窗”更新的方式进行结果的综合分析, 将给定的统计时间长度 (如1 分钟) 进行5 等分划分, 首先计算每1 等分的分段结果, 然后综合5 个分段结果进行进一步统计得到最后的结果。
以统计时长为1 分钟的情景为例:
(1) 首先将总时长划分为5 个时间段, 每段长12s。每段的结果算法为:电平=该时间长度内 (12s) 所有的电平数据的统计平均值噪声=该时间长度内 (12s) 所有的噪声数据的统计平均值时段占用度=该时间长度内 (12s) 占用度 (超过门限电平的电平数与噪声数之比) , 可以认为是短时的瞬时占用度。
(2) 统计该时段 (1 分钟) 的结果算法为:电平=5 个时段电平的统计平均值;噪声=5 个时段噪声的统计平均值总占用度=5 个时段占用度的统计平均值。
(3) “滑窗”更新:每更新1 个分时时间段数据的同时, 更新1 次总的结果, 总时长为1 分钟时, 即每12s更新一次结果, 该结果作为最近1 分钟的最终结果。
(4) 综合结果判断呈现及上报:综合考核实际使用的各种情况, 以及某些特殊情况的处理, 最终的结果呈现有三种:信道电平、占用、强干扰。
信道电平:计算统计时段 (如1 分钟) 内最近5 个信道电平的平均值, 作为结果上报台控系统, 每1/5 个时间长度更新一次, 表示该时间长度的结果。
噪声电平:计算统计时段 (如1 分钟) 内最近5 个噪声电平的平均值, 每1/5 个时间长度更新一次, 表示该时间长度的噪声电平, 该结果用于内部判断用。
占用结果:占用结果表示统计时段的信道占用情况, 其结果根据时段内的信道电平和噪声电平分析得出, 综合考虑各种情况有三种判断方式:
(1) 根据时段内的噪声电平和信道电平比得出, 当信噪比≥X1d B (如12d B) 时, 则判该时段内的信道占用情况为“占用”, 否则“空闲”;
(2) 根据时段内的占用度统计数据得出, 当该时段的占用度≥X2% (如50%) 时, 无论该时段的信噪比是否> 12d B, 一律判为“占用”。 (综合考虑实时数据统计与短时段数据统计的结果)
(3) 在以上两种“占用”情况下, 如果信道电平≥X3d Bm (如-10d Bm) 时, 则判断该占用为特殊的占用, 如出现远超出岸台正常使用时的强干扰信号占用;
(4) 当噪声电平≥X4d Bm (如-50d Bm) 时, 无论此时的信道电平是多少, 统一判断为“占用”, 如因环境的干扰出现背景噪声异常的情况。
以上的参数, 可以根据使用的实际环境:如关注的时间长度 (1 分钟、2 分钟、4 分钟等) 、正常的背景噪声值、正常的通信接收的电平值等进行适当设置。
4 系统实验效果
采用扫描速度为50ms的高性能接收机, 对上述的系统方案和评估方法进行了实际的试验测试, 监测的信道数为10 个时的结果如表1 所示。
测试结果与频谱仪 (E4440A) 比较, 在无突发信号 (如跳频干扰等) 情况下, 该方法在实时测试数据上与频谱仪的一致性 (3d B以内) 达到90%以上;加上后续的数据统计分析 (比对) , 可以较好地对民用海岸电台的通信效果进行实时的监控和评估, 同时对设备状态监测和维护也提供了极大的帮助。
5 结语
本文提出了一种民用短波海岸电台信道监测的实用方案, 对信道电平的采集和数据应用算法进行了优化设计, 并对数据处理结果和呈现进行了综合分析。测试结果表明, 该方法能较好地实现对信道实时占用情况的监测评估、近场电频环境监测以及设备工作状态监控, 对提升现役海事短波电台的使用效能, 具有一定的理论意义和应用价值。
参考文献
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实时评估 篇6
某训练系统的训练对象之一是雷达操作手,如何使受训人员简单、快捷的掌握雷达探测前的检查调整、探测中的雷达旁瓣抓球、跟踪和频率漂移处理等关键操作要领,以及对训练情况进行考核评估,提出训练建议,是该系统软件开发要重点解决的关键问题之一。
通过预先设定系统状态,实时比较训练操作,当出现误操作或警告时,实时弹出对话框进行提示,提高了训练效率,解决了传统训练指导监督实时性不强的问题;通过实时跟踪训练过程,实时记录操作结果,依据评估标准,自动生成考核评估结果,解决了以往训练只能依靠人工经验定性评估,难以定量评估的问题。
2 实时错误提示设计
训练系统实时跟踪操作全过程,对操作数据实时存储比较,在不影响训练过程的情况下,实时记录操作训练的各个要素,同时对操作错误实时提示。实时错误提示主要包括检查调整、跟踪气球、天线转动,雷达旁瓣抓球和频率漂移调整几个操作时节的错误实时提示,具体实现过程设计如下:
2.1 检查调整设计
探测前的检查调整过程[1]主要是对雷达初始状态的检查与调整,使雷达处于最佳工作点,从而保证雷达在探测过程中所得到的探测数据的准确性。
系统在训练开始时,随机设置一个范围在1671～1687内的固定频点值。手动调整频率时,当频率向着设定的固定频点变化时,示波器上的测角视频信号逐渐变好(信号清晰,顶端饱和),当频率远离设定的固定频率点变化时,示波器上的测角视频信号逐渐变差(信号模糊,顶端虚暗),当手动调整频率到与设定的频率点值相差在±0.5之内时,改为自动频率控制,则频率能自动调整到设定的频率点上,此时示波器上视频信号最好(信号清晰,顶端饱和),当手动调整频率到与设定的频率点值相差超过±0.5时,改为自动频率控制,这时频率不能自动调整到设定的频率点上,此时示波器上视频信号较差,且屏幕上跳出“误操作:未调好手动频率前转换自动”的提示,并记为误操作一次。若在频率自动控制状态下调整频率,则屏幕跳出“警告:频率自动控制状态下不能调整频率的”提示,并记为警告一次。
手动调整增益时,当增益数值越大时,示波器上的测角视频信号幅度越大;当增益数值越小时,示波器上的测角视频信号幅度越小。每变化一个增益数值,测角视频信号的幅度变化约30MV,探空信号幅度亦相应变化。当手动增益转换为自动增益调整时,测角视频信号幅度稳定在4V左右。若在增益“自动”状态下调整增益,则屏幕跳出“警告:增益自动控制状态下不能调整增益”的提示,并记为警告一次。
系统根据频率与增益的不同数值,同步显示相应的现象,包括主界面上的频率增益数值,示波器上四条亮线的变化。并检查操作手在将频率手动/自动状态设置为自动后确定的频率值与真值的差值,如果差值较大,则频率不能自动转变到真值,如果差值较小则可以自动转变。同时自动记录最佳工作状态调整好的时间。
2.2 跟踪气球设计
在训练系统中,以训练管理模块发送探测数据的方法模拟雷达接收探空信号以及跟踪探测的过程。当操作手调整天线角度时,自动将当前角度值与训练管理模块数据库中当前时刻气球所在的角度真值比较,计算出差值,根据这一差值控制四条亮线的高低变化。
跟踪气球的过程就是要求操作者通过观察示波器上四条亮线的变化操作雷达在最短时间内使四条亮线等高,其训练过程如下:
若天线控制处于“手动”,则放球后操作者应调整接收主界面中的仰角、方位角按钮,同时观察模拟示波器显示模块的四条亮线,在最短时间内使四条亮线等高,即高低误差角、方位误差角均小于0.5度,此时将天线手动转换为“自动”,则在1秒内应自动将天线的仰角、方位角连续变化到该时刻的真值,并记录从放球开始到到达此状态的时间,若该时间超过2分钟,则屏幕应跳出“误操作:手动跟踪失败”的提示,并记误操作一次。
2.3 天线转动设计
首先确定接收模块软件界面中“天线手动/自动切换”选项处于“手动”,否则,调节方位角、仰角按钮,天线方位角、仰角不动,同时屏幕跳出“警告:天控自动情况下不能手动驱动雷达”,的提示,并记为警告一次。
当调节右边三角按钮时,主画面上的“天线仰角、方位角”项中的方位角显示数字随之增加,天线方位角画面顺时针转动,雷达天线向上抬高。当调节左边三角按钮时,主画面上的“天线仰角、方位角”项中的方位角显示数字随之减小,天线方位角画面逆时针转动,雷达天线向下降低。
在调节增减按钮时,当天线仰角达到90度或–2度时应分别出现提示栏“注意:天线限位”。
2.4 旁瓣抓球设计
当雷达处于“自动”状态时,雷达可能产生旁瓣抓球的现象,即雷达不是用主波跟踪目标,而是用旁瓣跟踪目标,相当于雷达在水平或仰角方向上突然跃变了15度。表现的外部现象[2]是,主界面中的角度跟踪状态栏内,表征雷达角度的数值和图像,向同一方向跃变了15度;仰角旁瓣情况完全类似。此外示波器上,表征发生旁瓣所在的两条亮线同时降为另一方向上两条亮线高度的2/3,此时手动调节雷达角度,发生旁瓣方向上的两条亮线的变化规律与正常情况下恰好相反。
当发生旁瓣现象时,操作手应该立即将雷达状态由天控自动改为天控手动,并迅速控制雷达向发生跃变的反方向移动15度,使雷达恢复正常。若在1分钟内,未做此项操作,或1分钟后,雷达仍然未对准目标,则记录误操作一次。
系统在设定的时间与方向上,产生旁瓣抓球现象。并根据操作手的相应操作,显示与正常状态下完全相反的现象,并在雷达恢复主瓣抓球后,自动恢复正常状态,同时记录操作手的误操作次数和时间。
2.5 频率漂移设计
探空仪升空后因温度变化大,频率有所漂移,可以观察到接收模块主界面左上角频率误差表头指示会左右摇摆,误差指示偏离中心时,操作手应立即置手动频调状态工作,在10秒内将频率指针调回中心,不至丢球,否则记误操作一次。
以上实时错误提示的具体实现方法是:
1)利用计时器记录各个操作的调整时间,与设定值进行比较。
2)预先设定模拟训练系统状态,当出现误操作或警告时采用弹出对话框[3]的方法进行提示。
3 考核评估设计
训练结束后,最直接的问题就是:这次训练的结果如何?有没有达到预定的目的?操作手的表现令人满意吗?能达到什么水平?所有这些问题的解决,都要通过一个途径进行,即要对训练进行考核评估。对训练系统而言,进行考核评估的目的就是考核操作手有没有按照预定的科目完成训练任务及完成的程度如何。考核评估是训练系统不可或缺的一部分,具有重要的研究价值。
3.1 选定考核评估方法
对受训者模拟训练结束以后的成绩评定分两种方法,一是通过记录的操作过程在训练结束后进行的跟踪复演,使受训者能直观的观看到自己的训练情况;另一种方法[4,5]是通过对操作训练过程中的累计误操作、警告和操作时间进行计算,对受训者的操作训练过程进行打分评定,定量地评估操作训练水平。
方法一对操作手的训练过程,完全重现,非常形象、直观,但是缺乏针对性,而且对计算机的硬件要求高,占用空间大;方法二不仅对操作手进行定量评价,针对性强,而且程序实现简单。本文采用第二种方法。
3.2 确定考核评估标准
确定考核评估标准时,应遵循通俗易懂、简单明了的原则,该系统的评估标准是:
1)任何时刻只要显示跟球操作失败,成绩计为0分;
2)放球前检查调整30秒内为优,30秒～60秒为良,1分钟～2分钟为及格,超过2分钟为0分;
3)抓球训练时刻评估标准同2);
4)警告、误操作次数累计超过5次为0分,2次内为优,2～4次为良,5次为及格;
5)把每一时刻的成绩累加后取平均,作为此次跟踪的成绩。
3.3 实现考核评估
训练系统实时跟踪操作过程,实时记录操作结果,依据评估标准,自动得出评估结果,实现了评估的自动化,增强了操作手训练的针对性,提高了训练效率。
4 基于VC++实现实时错误提示和考核评估
4.1 开发环境
1)操作系统:Windows;
2)开发平台:Visual C++6.0。
4.2 关键代码
下面以训练系统考核评估为例,说明关键程序代码的实现。
4.3 程序实现
如图1为考核评估示意图。训练系统实时跟踪操作过程,实时记录操作结果,并根据评估标准,自动得出评估结果,实现了评估的自动化,解决了传统训练人工经验定性评估比重大,难以定量评估的问题。
5 结束语
对训练过程实时提示,对训练结果考核评估,增强了操作手训练的针对性,提高了训练效率,是某训练系统的重要组成部分之一。本文经过分析设计、编程实现,提供了一种基于VC++实现某训练系统实时错误提示和考核评估的有效方法。
参考文献
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实时评估 篇7
桥式起重机钢丝绳寿命评估对于保障起重机安全运行十分重要。其重要依据就是应力-循环次数。而数据量的多少是影响寿命预测准确度的根本因素。且随着对桥式起重机安全性能指标越来越多的重视,应用各种技术加强起重机的安全监管和保证安全运行尤为必要。但我国大多起重设备仍没有在数据实时采集记录与存储功能的基础上对钢丝绳上点的应力分析;且研究大多都是在忽略钢丝绳上绕组的影响下,对在役桥式起重机的钢丝绳寿命评估。本文通过钢丝绳的分段,做到各分段上点应力的实时监控,更好的对起重机钢丝绳实施全程跟踪和寿命的评估,对提高作业效率和经济效益、保证安全生产等都具有十分重要的意义。
1 对起升钢丝绳实时寿命评估的方法
采用的技术方法如图1所示。
1)通过桥式起重机安全监控管理系统记录所需的实时数据
通过图2所示监控系统测得监控参数。使用数据记录仪采集桥式起重机的起重量、起升高度、小车、大车运行位置的实时运行数据、工作时间和工作速度,以获得桥式起重机较长时间的运行数据,为桥式起重机的钢丝绳寿命预测等多方面的研究提供了基础理论。实现桥式起重机钢丝绳的全程安全监测。
2)整个桥式起重机的钢丝绳的监控分段
在桥式起重机的起升机构设计中,滑轮组倍率对其影响是明显的,选用加大的倍率可使钢丝绳的受力减小,从而使钢丝绳的直径、卷筒和滑轮的直径减小;但是滑轮组倍率过大又使滑轮组本身笨重复杂,卷筒增长,同时使效率降低,钢丝绳磨损严重。一般的原则是:当采用双联滑轮组时选用较小的倍率,所以在此只考虑倍率m=1,2,3,4,5的情况。
本方法针对钢丝绳上某一点为研究对象,故需对整条钢丝绳的分段,即桥式起重机钢丝绳上某一段上点的寿命分析,因双联卷筒可简化为两个并联的单联卷筒, 所以只需研究两个并联中的一个单联卷筒的情况, 通过滑轮组的倍率m,即滑轮的个数,本方法可把起重机的钢丝绳分成数段,分段点为各滑轮、卷筒和钢丝绳的切点,如图3即当m=1时,段数为1段,为L12,当m=2时, 段数为3段,分别为L12、L23、L34,当m=3时,段数为5段,分别为L12、L23、L34、L45、L56,当m=4时,段数为7段,分别为L12、L23、L34、L45、L56、L67、L78,当m=5时,段数为9段,分别为L12、L23、L34、L45、L56、L67、L78、L89、L9,10,从而实现钢丝绳整体到分段再到分段上点的监测,提高钢丝绳寿命评估的准确性。
3)桥式起重机各段钢丝绳的拉力
桥式起重机的钢丝绳受力简化如图4所示,起吊重物为Q(忽略钢丝绳和吊具自重),将双联卷筒简化为两个并联的的单联筒[1]。
在起升过程中,由于钢丝绳的僵性阻力和滑轮轴承处摩擦阻力的影响,各钢丝绳分支所受拉力不相等,分别为S1,S2,…,Sm总和等于Q/2即:
式中:S1卷筒上钢丝绳分支所受拉力,S2,S3,…,Sm-1 为定滑轮系上各分支钢丝绳所受拉力,Sm为均衡滑轮上钢丝绳所受拉力, m为滑轮组的倍率。
由于此时滑轮是有阻力上升,用η(0<η<1) 表示滑轮的效率,有:
将以上各式代入式(1)得:
得卷筒上钢丝绳所受拉力为:
由图4可知定滑轮系上钢丝绳所受总拉力为:
均衡滑轮上钢丝绳的分段所受拉力为:
由上知:上升过程中钢丝绳各分段所受拉力:
其中n取。
同理求得下降过程中钢丝绳各分段所受拉力:
其中n取。
4)建立起重机的各分段钢丝绳在整个运行中的拉力的力学模型
为简化问题的讨论,不考虑外界条件及钢丝绳的影响,货物的升降看作是匀速直线运动,在起升下降货物时,钢丝绳匀速直线运行的速度为v,小车及大车的启动和制动看作是匀加速和匀减速运动,从而建立货载匀速起升、下降和在小车、大车运动下桥式起重机钢丝绳实时受力运动的动力学方程。
当从地面起升载荷时,载荷惯性力就会增大起升载荷的静力值,并使钢丝绳产生弹性振动,所以在计算桥式起重机钢丝绳受力时,需要考虑起升载荷系数φ2 。钢丝绳的分段静载受力为式(2)所示。
钢丝绳在起升过程中,可分为4个阶段:载荷货物未起升时,钢丝绳受力T1=0;起升时,钢丝绳开始受力其中n取1,2,…,m;桥式起重机钢丝绳起升(快离开地面时)时,钢丝绳受力其中n取1,2,…,m;桥式起重机钢丝绳起升平稳时,钢丝绳受力其中n取1,2,…,m。
式中:φ2 min=1.05,为与起升状态级别相对应得起升动载系数的最小值;φ2 max=φ2 min+β2v ;β2 为按起升状态级别设定的系数。
桥式起重机大车和小车在水平面内启动、制动时, 总起升质量会有一个水平惯性力,此时要考虑桥式起重机运行驱动力突变时的动力效应系数φ5 。
小车运动即速度达到最大速度,此时小车运动看成线性,起重机钢丝绳的受力:
其中n取1,2,…,m。
式中:vmax1为小车达到平稳运动后的最大速度;a1 为小车的匀加速的加速度;s1为小车达到平稳运动前所行驶的路程;P1为小车在匀加速过程中的惯性力;g为重力加速度。
小车运动即速度达到最大速度后,小车平稳运动, 起重机钢丝绳的受力为:
n取1,2,…,m。
小车制动时,桥式起重机钢丝绳的受力:
其中n取1,2,…,m。
式中:a2为小车的匀减速的减速度;S2为小车制动停车前所行驶的路程;P2为小车在制动过程中的惯性力;g为重力加速度。
小车停车时,桥式起重机钢丝绳的受力:
n取1,2,…,m。
大车运动即速度达到最大速度,此时大车运动同样看成线性,起重机钢丝绳的受力:
即:
其中n取1,2,…,m。
式中:vmax2为大车达到平稳运动后的最大速度;a3 为大车的匀加速的加速度;s3为大车达到平稳运动前所行驶的路程;P3为大车在匀加速过程中的惯性力;g为重力加速度。
大车运动即速度达到最大速度后,大车平稳运动, 起重机钢丝绳的受力:
n取1,2,…,m。
大车制动时,桥式起重机钢丝绳的受力:
其中n取1,2,…,m。
式中:a4为大车的匀减速的减速度;s4为大车制动停车前所行驶的路程;P4为大车在制动过程中的惯性力;g为重力加速度。
大车停车时,桥式起重机钢丝绳的受力:
n取1,2,…,m。
当桥式起重机下降载荷时,同样需要考虑起升载荷系数φ 2。钢丝绳的分段静载受力为式(3)所示。
钢丝绳在下降过程中,同样可分为4个阶段:桥式起重机 钢丝绳 ( 平稳 ) 下降时 , 钢丝绳受 力,其中n取1,2,…,m;桥式起重机钢丝绳下降(刚接触地面时),钢丝绳受力,其中n取1,2,…,m;钢丝绳受力快结束时,钢丝绳受力其中n取1,2,…,m;钢丝绳受力结束时,钢丝绳受力T16=0;
桥式起重机安全监控管理系统实时监控时,时间间隔取值,依据,其中路程可取:s1、s2、s2、s4,速度可分别取vmax1、vmax2,求出时间,取启动和制动时间最少的时间为参数。
5)桥式起重机钢丝绳的应力分析
桥式起重机的钢丝绳主要作为受拉件承受拉力。当运动的钢丝绳绕过滑轮、卷筒时,钢丝绳将出现压应力、弯曲应力。由于复杂的结构,钢丝绳的内应力即应力状态是极其复杂的。为了问题的简化,我们作了一定的简化假定。把桥式起重机的钢丝绳定义在没有磨损情况的理想化应力的条件下。主要为钢丝绳的拉应力、弯曲产生的弯曲应力和挤压应力。
桥式起重机的拉应力:
式中Ti为钢丝绳上各段绳在整个行程中的拉力;AM 为钢丝绳金属的横断面面积:
式中f为钢丝绳的填充系数,一般取0.9;ds为钢丝绳直径。
桥式起重机钢丝绳绕上卷筒或滑轮时会受到弯曲所产生的应力:
式中构造系数且外部钢丝直径,一般取;dR为滑轮直径。
挤压应力:
式中B为钢丝绳接触系数;L为钢丝绳绳股系数[2]。
把上述桥式起重机钢丝绳监控分段的受力情况带入到拉应力、弯曲应力和挤压应力的计算公式中,得到实时监测分段钢丝绳的应力变化。总应力为:
6)因钢丝绳上的点是移动的,根据评估所需,需确定不同钢丝段的应力变化,所以需要重复计算第3) 步骤,第4)步骤,第5)步骤,得到钢丝绳分段上评估点在不同时刻所对应的应力,累计并分析该点的应力变化;
7)将第6)步骤所得数据,代入该点的寿命计算的方法中,计算钢丝绳上该点的寿命;具体步骤如下:
桥式起重机钢丝绳的寿命计算:
根据剪应力假定,计算了钢丝绳外部绳股外部钢丝的折算应力,并利用极限状态的90%残存概率假设了一条与滚动轴承计算类似的连续韦勒曲线。
在第j阶应力的折算:
假定钢丝绳为线性损伤积累,从而由j阶应力造成的钢丝绳的当量张力可以用科顿和多兰假定的公式计算:
式中σ B为钢丝绳钢丝的额定拉伸强度,一般取σ B=1569.6N/mm2;k为总共的阶数;?φj为相对频率;C为韦勒曲线指数[2]。
钢丝绳直到临界状态为止的总得交变弯曲次数:
式中H为用于给定极限状态残存概率的韦勒曲线起点的量度[2]。
确定持续使用到极限为止时的工作循环次数:
式中zsp为直到工作寿命极限为止的工作循环次数; zges为直到工作寿命极限为止的交变弯曲次数;ze,g为用于绳索传动件的计算交变弯曲次数;n为一根钢丝绳绕过绳索传动件的次数[2];
,其中zh为工作循环次数。
8)重复第2)、3)、4)、5)、6)、7)步骤, 得到钢丝绳上不同分段上点的寿命,从而对整个钢丝绳的寿命的评估。
2 实例
对一台额定起重量Q=16t,起升倍率m=2,滑轮效率为0.985,工作循环次数为20h-1,钢丝绳横断面面积为229mm2,滑轮直径为630mm的桥式起重机进行实时监测并运用以上方法对其钢丝绳寿命评估。
第1行为级数j;第2行为相对频率;第3行为卷筒上钢丝绳所受的力(KN);第4行为当点一直在L12运动时最大折算应力σvj (N/mm2);第5行为当点从L12运动到L34时最大折算应力σvj (N/mm2)。
因此运用上述的方法可以确定当点一直在L12运动时,钢丝绳达到的寿命为416753个工作小时;当点从L12 运动到L34时,钢丝绳达到的寿命为2030个工作小时。
由计算结果可知此方法可实时监测钢丝绳上不同点的寿命情况,从而做到点到段再到整体的监管。更好的预防事故的发生率。
3 结论
1 )本文是在钢丝绳全程数据追踪的基础上的研究,解决了通常桥式起重机的钢丝绳寿命评估是在状态数据的基础上研究的弊端。
实时评估 篇8
1 资料与方法
1.1 一般资料
选择2007年12月~2011年6月我院收治的APE患者30例(APE组),男19例,女11例;平均年龄(60.7±10.3)岁。均由临床表现、实验室检查、心电图、X线及肺动脉CT和(或)肺动脉造影证实。根据临床表现及辅助检查等对APE组患者有无合并心血管疾病及其危险因素、呼吸系统疾病、肾脏疾病、糖尿病以及可能引起心脏结构或功能改变的其他疾病进行分类。30例同年龄心血管疾病及其危险因素相似的志愿者为对照组。
1.2 方法
采用Philips i E33实时三维超声诊断仪,配备X3-1矩阵型实时三维心脏超声探头。配置Tom Tec超声图像处理工作站,内含4D RV-Function分析软件,可进行右心容积定量分析。受检者取左侧卧位,同步记录心电图。嘱受检者屏气,探头置于心尖四腔启动全容积显像模式(full-volume),经心电图自动触发,采集连续4个心动周期“金字塔”形三维数据库。将图像导入Tom Tec工作站,启动4D RV-Function分析软件,载入心尖四腔观的全容积图像,确定舒张末期和收缩末期的时间点,以半自动方式分别在右室冠状面、矢状面和四腔观上勾画右室轮廓线,生成右室立体模型。软件自动计算右室舒张末容积(EDV)、收缩末容积(ESV)和右室射血分数(EF),并显示右室整体容积-时间曲线(RV-VTC),利用其计算峰值排空率(PER)和峰值充盈率(PFR):PER为曲线下降支的最大斜率,PFR为曲线上升支的最大斜率。dv/dt=[V(t2)-V(t1)]/(t2-t1)。
1.3 统计学处理
使用SPSS 13.0统计软件包进行分析。计量资料数据以均数±标准差(x±s)表示,组间比较采用独立样本t检验,P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
APE患者与对照组RV-VTC相关参数比较见表1。
APE组与对照组比较,APE患者表现为:(1)右室扩张,EDV增大,ESV增大,差异有统计学意义(P<0.05);(2)右室整体舒张、收缩功能下降,PFR减小,右室整体EF及PER减小,组间比较,差异均有统计学意义(均P<0.05),而SV减小,差异无统计学意义(P>0.05)。
3 讨论
目前评价右心功能的方法很多,如放射性核素扫描、核磁共振成像(MRI)和右心导管法,但具有一定的放射性及创伤性,在临床上未能广泛开展[4]。由于右心室形态复杂,呈新月形,肌小梁丰富,而二维超声心动图是基于假设的几何形态来推算其容积,测量不规则的右心室有一定局限性[5]。RT-3DE是近年来发展起来的一种超声诊断技术,能够显示出心脏的三维立体结构,可不依靠形态学假设来测量心室容积,特别是对于形态不规则的右心腔较传统二维超声具有明显的优越性[6]。Jenkins等[7]的研究提示RT-3DE所测定的腔室容积与目前的“金标准”MRI测定值或模型实际值相关性良好。
本研究显示:APE组与对照组比较,EDV、ESV、EF、PER、PFR差异均有统计学意义,提示右心室收缩及舒张功能均受损。这是因为APE时,肺血管阻力增加,肺动脉压力上升,右心室负荷增加,右心室EDV增大,当后负荷增加超过其代偿能力时,右心室收缩功能减低,此外,右室扩大和右室壁张力增加导致右心室舒张期顺应性下降,致使右心室舒张功能下降[8]。RV-VTC可观察整个心动周期中心室容积的连续性变化,较EDV、ESV能提供更多、更详尽的心室做功信息[9]。其中PER和PFR分别反映右室收缩排空和舒张充盈的容积相对时间变化率,可以敏感地反映右室收缩和舒张功能,这对于APE患者的治疗和预后具有重要的意义。本研究的局限性在于病例数不够多,随着后续研究的深入,有待收集更多的病例进一步探讨。
RT-3DE的问世,是超声医学的一项划时代的技术突破,它能在数秒钟内收集所有的三维数据,具有较大的临床应用潜力。RT-3DE能准确、敏感地检测APE患者的右心功能变化,为临床提供更准确、详实的右室功能参数,为APE患者的诊断、治疗和判断预后提供有力的参考依据。当然,目前RT-3DE仍有一定的局限性,如图像质量易受患者呼吸影响,脱机操作比较费时等,相信随着科学技术的发展,RT-3DE将在今后的医疗服务中发挥更大的作用。
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