第一篇：供用電系統(tǒng)諧波之小波分析與抑制措施

洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

供用電系統(tǒng)諧波分析與抑制措施研究

摘 要

諧波對(duì)電力系統(tǒng)和用電設(shè)備產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害及影響，而小波變換為電力系統(tǒng)諧波信號(hào)分析提供了有力的分析工具。與Fourier變換相比，小波變換是時(shí)間頻率的局部化分析，它通過伸縮平移運(yùn)算對(duì)信號(hào)逐步進(jìn)行多尺度細(xì)化，最終達(dá)到高頻處時(shí)間細(xì)分，低頻處頻率細(xì)分，能自動(dòng)適應(yīng)時(shí)頻信號(hào)分析的要求，從而可聚焦到信號(hào)的任意細(xì)節(jié)，解決了Fourier變換的困難問題，成為繼Fourier變換以來(lái)在科學(xué)方法上的重大突破。有人把小波變換稱為“數(shù)學(xué)顯微鏡”。

本設(shè)計(jì)在探討了小波變換的基本原理之后，就如何應(yīng)用小波工具箱對(duì)系統(tǒng)的諧波信號(hào)進(jìn)行了分析。主要內(nèi)容如下：

首先，采用小波變換進(jìn)行諧波檢測(cè)的方法進(jìn)行了系統(tǒng)仿真，通過仿真驗(yàn)證了小波分析具有時(shí)域和頻域的雙重分辨率，能夠較好的解決傅立葉分析所不能解決的問題。

其次，在諧波分析中，采用小波分析算法，不僅能正確的得到各次諧波，而抑制電壓、電流波形的間斷、突起、凹陷和瞬態(tài)分量的檢測(cè)都具有較好的效果。

再次MATLAB仿真的結(jié)果驗(yàn)證了本文的分析方法的正確性和有效性。有源電力濾波器(APF)是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置，可以對(duì)大小和頻率都變化的諧波進(jìn)行補(bǔ)償，其應(yīng)用可以克服無(wú)源電力濾波器(PPF)傳統(tǒng)諧波抑制方法的缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：諧波，電力系統(tǒng)，小波分析，濾波器

I

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Power System Harmonics and Suppression Technology

ABSTRACT

In power system harmonic and power consumption equipment produces serious harm and influence, and wavelet transform for the power system harmonic signal analysis provides a strong analysis tool.Someone wavelet transformation called “math microscope”.This design in discussed the basic principle of wavelet transform, after wavelet toolbox on how to use the system harmonic signal is analyzed.Main contents are as follows: First of all, using wavelet transform of harmonic detection method of simulation system simulation shows the wavelet analysis of time domain and frequency domain has double the resolution, to better solve the Fourier analysis can't solve the problem.Secondly, in the harmonic analysis, wavelet analysis algorithm, not only to the right to get every harmonic, and inhibit voltage, current waveform discontinuities, bumps, depression and the transient component testing have better effect.MATLAB simulation results demonstrate again the this article analysis method is correct and effective.Active power filter(APF)is a kind of used to restrain the harmonics dynamic new power electronic device to the size and frequency of the harmonic compensation for change, the application can overcome passive power filter(PPF)traditional harmonic control method shortcomings.Finally based on the study of the front harmonic detection method, the Matlab simulation experiments, the simulation results show the good performance of the filter unit compensation.KEY WORDS: Harmonic, power system, wavelet analysis, filter II

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目 錄

前 言..........................................................................................................1 第1章 諧波問題........................................................................................3

1.1 電力系統(tǒng)產(chǎn)生的原因，危害及對(duì)策............................................3

1.1.1 諧波產(chǎn)生的原因................................................................3 1.1.2 諧波的危害........................................................................3 1.1.3 抑制諧波的措施................................................................4 1.2 課題研究意義...............................................................................5 第2章 諧波的分析....................................................................................6

2.1 電力系統(tǒng)諧波分析的現(xiàn)狀及存在問題........................................6 2.2 小波分析理論概述.......................................................................7 2.3 小波理論簡(jiǎn)介...............................................................................8

2.3.1 連續(xù)小波變換....................................................................8 2.3.2 離散小波變換....................................................................9 2.3.3 多分辨率分析....................................................................9

第3章 諧波檢測(cè)仿真分析......................................................................14

3.1 諧波信號(hào)模型的建立.................................................................14

3.1.1 matlab簡(jiǎn)介.......................................................................14 3.1.2 電力系統(tǒng)諧波信號(hào)..........................................................15 3.2 MATLAB小波分析..................................................................19 第4章 諧波抑制方法與裝置..................................................................24

4.1 諧波抑制主要方法.....................................................................24

4.1.1 降低諧波源的諧波含量...................................................24 4.1.2 在諧波源處吸收諧波電流...............................................25 4.1.3 改善供電環(huán)境..................................................................26 4.2 電力濾波器.................................................................................26

4.2.1 濾波器的發(fā)展過程..........................................................26 4.2.2 無(wú)源濾波器......................................................................26 4.2.3 有源濾波器......................................................................30

III

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4.3 電網(wǎng)諧波治理的模型.................................................................34

4.3.1 電網(wǎng)線路的結(jié)構(gòu)圖..........................................................34 4.3.2 系統(tǒng)模型的建立..............................................................35 4.3.3 采用無(wú)源濾波器的模型...................................................36 4.3.4 在無(wú)源補(bǔ)償器的基礎(chǔ)上加上了有源補(bǔ)償器....................36

結(jié) 論.......................................................................................................37 謝 辭.........................................................................................................39 參考文獻(xiàn)...................................................................................................40 外文資料翻譯...........................................................................................42

IV

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前 言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，隨著工業(yè)生產(chǎn)水平和人民生活水平的提高，非線性用電設(shè)備在電網(wǎng)中大量投運(yùn)，造成了電網(wǎng)的諧波分量占的比重越來(lái)越大。它不僅增加了電網(wǎng)的供電損耗，而且干擾電網(wǎng)的保護(hù)裝置與自動(dòng)化裝置的正常運(yùn)行，造成了這些裝置的誤動(dòng)與拒動(dòng)，直接威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

高次諧波產(chǎn)生的根本原因是電力系統(tǒng)中某些設(shè)備和負(fù)荷的非線性特性，即所加的電壓和產(chǎn)生的電流不成線性關(guān)系而造成的波形畸變。造成系統(tǒng)正弦波形崎變、產(chǎn)生高次諧波的設(shè)備和負(fù)荷稱為高次諧波源或諧波源。一切非線性的設(shè)備和負(fù)荷都是諧波源。

當(dāng)電力系統(tǒng)向非線性設(shè)備及負(fù)荷供電時(shí)，這些設(shè)備或負(fù)荷在傳遞(如變壓器)、變換(如交直流換流器)、吸收(如電弧爐)系統(tǒng)發(fā)電機(jī)所供給的基波能量的同時(shí)，又把部分基波能量轉(zhuǎn)換為諧波能量，向系統(tǒng)倒送大量的諧波能量，使系統(tǒng)正弦波形畸變，產(chǎn)生諧波。諧波源產(chǎn)生的諧波與其非線性有關(guān)。當(dāng)前，電力系統(tǒng)的諧波源按其非線性特性分主要有三類[1]：

(1)電磁飽和型：各種鐵芯設(shè)備，如變壓器、電抗器等，其磁飽和特性呈現(xiàn)非線性。

(2)電子開關(guān)型：主要為各種交直流換流設(shè)備裝置(整流器、逆變器)以及雙向晶閘管可控開關(guān)設(shè)備等，在化工、冶金、電氣軌道等大量工礦企業(yè)及家用電器中廣泛使用；在系統(tǒng)內(nèi)部，則如直流輸電中的整流閥和逆變閥等，其非線性呈現(xiàn)交流波形的開關(guān)切合和換向特性。

(3)電弧型：各種煉鋼電弧爐在熔化鋼鐵期間以及交流電弧焊接機(jī)在焊接期間，其電弧的點(diǎn)燃和劇烈變動(dòng)形成的高度非線性，使電流不規(guī)則的波動(dòng)，其非線性呈現(xiàn)電弧電壓與電弧電流不規(guī)則的、隨機(jī)變化的伏安特性。

由于電力系統(tǒng)施加于負(fù)荷的電壓基本不變，諧波源負(fù)荷通過從電力系統(tǒng)取得一定的電流作功，該電流不因系統(tǒng)外界條件和運(yùn)行方式而改變，同時(shí)諧波源固有的非線性伏安特性決定了電流波形的畸變，使其產(chǎn)生的諧波電流具有一定的比例，因此非線性負(fù)荷一般都為諧波電流源向系統(tǒng)注入一定的諧波電流。另外，諧波電流源的諧波內(nèi)阻抗遠(yuǎn)大于系統(tǒng)的諧波阻抗故諧波電流源在電力系統(tǒng)中一般可按恒流源對(duì)待。諧波電流源注入電力系統(tǒng)

洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 的諧波電流，在系統(tǒng)的阻抗上產(chǎn)生相應(yīng)的諧波壓降，便形成系統(tǒng)內(nèi)部的諧波電壓，使原有的正弦波電壓產(chǎn)生畸變。

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第1章 諧波問題

1.1 電力系統(tǒng)產(chǎn)生的原因，危害及對(duì)策

1.1.1 諧波產(chǎn)生的原因

諧波主要由諧波電流源產(chǎn)生:當(dāng)正弦基波電壓施加于非線性設(shè)備時(shí)，設(shè)備吸收的電流與施加的電壓波形不同，電流因而發(fā)生了畸變，由于負(fù)荷與電網(wǎng)相連，故諧波電流注入到電網(wǎng)中，這些設(shè)備就成了電力系統(tǒng)的諧波源。系統(tǒng)中的主要諧波源可分為兩類：含半導(dǎo)體的非線性元件，如各種整流設(shè)備、變流器、交直流換流設(shè)備、PWM變頻器等節(jié)能和控制用的電力電子設(shè)備；含電弧和鐵磁非線性設(shè)備的諧波源，如日光燈、交流電弧爐、變壓器及鐵磁諧振設(shè)備等。它們使電網(wǎng)電壓、電流波形產(chǎn)生畸變，不再是正弦波，通常這種畸變波形是周期的。從頻域的觀點(diǎn)出發(fā)，基于傅里葉級(jí)數(shù)的諧波分析法把除與電源電壓頻率一致的基波以外的高次正弦波分量稱為(高次)諧波，它們的頻率一般為基波頻率的整數(shù)倍。抑制諧波干擾的目的就是消除電力系統(tǒng)中的高次諧波或把其降低到允許值以下，使電網(wǎng)電壓、電流保持為正弦波。

1.1.2 諧波的危害

諧波對(duì)電網(wǎng)和其它系統(tǒng)的危害大致有以下幾個(gè)方面[2]：

(1)電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波消耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的3次諧波流過中性線時(shí)，會(huì)使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。

(2)諧波影響各種用電設(shè)備的正常工作。諧波對(duì)電機(jī)的影響除引起附加損耗外，還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱。諧波使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。

(3)會(huì)引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就使得上述兩種的危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故。

(4)諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并會(huì)使電氣儀器表計(jì)量不準(zhǔn)確。

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(5)諧波會(huì)對(duì)鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量：重者導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

(6)諧波還會(huì)降低供電系統(tǒng)的功率因數(shù)。

1.1.3 抑制諧波的措施

在電力系統(tǒng)中所采用的比較實(shí)用有的方法之一就是利用交流電力濾波器。交流電力濾波器盡管種類繁多、電路結(jié)構(gòu)和所用元件各不相同，但總的來(lái)說可分為有源和無(wú)源電力濾波器兩種。使用比較多的是無(wú)源電力濾波器(Passive Power Filter)，在運(yùn)行中一般把它與諧波源并聯(lián)。它是利用電路諧振的原理來(lái)工作的，即當(dāng)電路對(duì)某次諧波發(fā)生諧振時(shí)，對(duì)該次諧波形成低阻通路，從而達(dá)到濾除該次諧波的目的。無(wú)源電力濾波器除了起濾除諧波的作用外，還可兼顧無(wú)功補(bǔ)償。盡管無(wú)源電力濾波器所用元件少、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)底，運(yùn)行費(fèi)用也低，在吸收高次諧波方面效果顯著，但由于結(jié)構(gòu)原理上的原因，在實(shí)際運(yùn)用中它存在以下難以克服的缺點(diǎn)和局限性[3]。由于無(wú)源電力濾波器有其難以克服的缺點(diǎn)和局限性，利用有源電力濾波器進(jìn)行諧波和無(wú)功補(bǔ)償是今后的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。有源電力濾波器(Active Power Filter)是一種動(dòng)態(tài)抑制諧波和補(bǔ)償無(wú)功的電力電子裝置，它能對(duì)頻率和大小都變化的諧波和無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，可以彌補(bǔ)無(wú)源濾波器的缺點(diǎn)，獲得比無(wú)源濾波器更好的補(bǔ)償特性，是一種理想的補(bǔ)償諧波裝置。近年來(lái)，國(guó)外已開始在工業(yè)和民用設(shè)備上廣泛使用有源電力濾波器，并且單機(jī)裝置的容量逐步提高，其應(yīng)用領(lǐng)域從補(bǔ)償用戶自身的諧波向改善整個(gè)電力系統(tǒng)供電質(zhì)量的方向發(fā)展[4]

有源濾波具有以下3個(gè)特點(diǎn)[5]：

(1)不僅能抑制諧波，還可以抑制閃變，補(bǔ)償無(wú)功，有一機(jī)多能的特點(diǎn)。

(2)濾波器不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)。(3)具有自適應(yīng)的能力，可自動(dòng)補(bǔ)償變化的諧波。

有源濾波器有著巨大的技術(shù)和性能優(yōu)勢(shì)。隨著電力電子工業(yè)的發(fā)展，器件的性價(jià)比將不斷提高，有源濾波器必然會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。有源電力濾波器是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無(wú)功的新型電子裝置，它能

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對(duì)大小和頻率都變化的諧波進(jìn)行補(bǔ)償，APF中最重要的部分就是檢測(cè)環(huán)節(jié)，它是快速準(zhǔn)確抑制諧波的關(guān)鍵，而基于小波分析的有源電力濾波器，對(duì)諧波的抑制效果較好。故本文提出基于小波的諧波分析。

1.2 課題研究意義

波抑制研究的意義，首先是因?yàn)橹C波的危害十分嚴(yán)重。諧波使電能的生產(chǎn)，傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對(duì)于電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。諧波抑制研究的意義，還在于其對(duì)電力電子技術(shù)自身發(fā)展的影響。電力電子技術(shù)是未來(lái)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要支柱。有人預(yù)言，電力電子連同運(yùn)動(dòng)控制將和計(jì)算機(jī)技術(shù)一起成為21世紀(jì)最重要的兩大技術(shù)。然而，電力電子裝置所產(chǎn)生的諧波污染已成為阻礙電力電子技術(shù)發(fā)展的重大障礙，它迫使電力電子領(lǐng)域的研究人員必須對(duì)諧波問題進(jìn)行更為有效的研究。諧波抑制研究的意義，更可以上升到從治理環(huán)境污染，維護(hù)綠色環(huán)境的角度來(lái)認(rèn)識(shí)。對(duì)電力系統(tǒng)這個(gè)環(huán)境來(lái)說，無(wú)諧波就是“綠色”的主要標(biāo)志之一。在電力電子技術(shù)領(lǐng)域，要求實(shí)施“綠色電力電子”的呼聲也日益高漲。目前，對(duì)地球環(huán)境的保護(hù)已成為全人類的共識(shí)，對(duì)電力系統(tǒng)諧波污染的治理也成為電工科學(xué)界所必須解決的問題[6]。

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第2章 諧波的分析

2.1 電力系統(tǒng)諧波分析的現(xiàn)狀及存在問題

電力系統(tǒng)諧波分析的目的是對(duì)諧波污染的治理，這往往需要準(zhǔn)確的檢測(cè)出電網(wǎng)中各次諧波電流。這屬于電力系統(tǒng)信號(hào)分析檢測(cè)的范疇，發(fā)展有效可靠和簡(jiǎn)單實(shí)用的電力系統(tǒng)與用電設(shè)備諧波分析的方法一直是人們努力研究的方向。以往的諧波方法主要包括：卡爾曼濾波算法，自適應(yīng)檢測(cè)法，基于傅里葉變換的數(shù)字化分析法等?？柭鼮V波算法，對(duì)低次及高次諧波均有很強(qiáng)的抑制能力，但無(wú)法消去衰減直流分量的影響，當(dāng)衰減直流分量較大、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，卡爾曼濾波器的估計(jì)參數(shù)無(wú)法在20ms內(nèi)收斂，用于故障判據(jù)中的參數(shù)只能是尚未完全收斂的估計(jì)參數(shù)的數(shù)值，這樣將提高誤判的幾率。自適應(yīng)檢測(cè)法是基于自適應(yīng)干擾抵消原理，將電壓作為參考輸入，負(fù)載電流作為原始輸入，從負(fù)載電流中消去與電壓波形相同的有功分量，得到需要補(bǔ)償?shù)闹C波與無(wú)功分量，該方法主要用于無(wú)功補(bǔ)償。基于快速傅里葉分析FFT的數(shù)字化分析法是建立在Fourier分析的基礎(chǔ)上，因此要求被補(bǔ)償?shù)牟ㄐ问侵芷谧兓?，否則會(huì)帶來(lái)較大誤差。通過FFT將檢測(cè)到的一個(gè)周期的諧波信號(hào)進(jìn)行分解，得各次諧波的幅值和相位系數(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是可以選擇擬消除的諧波次數(shù)，缺點(diǎn)是具有較長(zhǎng)的時(shí)間延遲，實(shí)時(shí)性較差。

二十世紀(jì)八十年代發(fā)展起來(lái)的小波理論，因其在時(shí)一頻域中同時(shí)具有自動(dòng)聚焦調(diào)節(jié)能力。被認(rèn)為是傅里葉分析方法的突破性進(jìn)展，因而在信號(hào)分析與處理中獲得日益廣泛的應(yīng)用。小波母函數(shù)可以構(gòu)造帶通濾波器，將信號(hào)分解成不同頻帶的成分，同時(shí)小波變換也具有檢測(cè)信號(hào)局部奇異性的強(qiáng)大功能。從1993年起，開始有學(xué)者嘗試將小波分析應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，但為數(shù)較少。2000~2001年，電力系統(tǒng)諧波分析中的小波分析應(yīng)用研究在國(guó)內(nèi)掀起了高潮，發(fā)表了一大批文章[7]。但絕大部分的研究均是遵循Mallat提出的分析思路，并大多將工作的重心放在基本小波函數(shù)的構(gòu)造上和快速小波算法的研究上，而沒有結(jié)合小波分析理論對(duì)電力系統(tǒng)的諧波產(chǎn)生特性

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做深入的研究，有的文獻(xiàn)雖對(duì)電力系統(tǒng)諧波信號(hào)的奇異性進(jìn)行了研究，但也僅僅是針對(duì)電力系統(tǒng)諧波暫態(tài)信號(hào)的假想模型，討論了諧波暫態(tài)信號(hào)在故障點(diǎn)的奇異度，得出“電力系統(tǒng)諧波暫態(tài)信號(hào)在故障時(shí)刻的奇異度是不確定的，不同的諧波暫態(tài)信號(hào)的奇異度是不同的”的結(jié)論，這對(duì)于選擇合適的小波母函數(shù)用以分析諧波信號(hào)的奇異性，仍未提供有價(jià)值的理論依據(jù)。己有的研究工作雖然顯示出小波變換的良好性能，但多數(shù)僅局限于經(jīng)驗(yàn)性地選定某一小波母函數(shù)和算法來(lái)研究其變換結(jié)果，對(duì)于不同應(yīng)用要求下小波基的選擇原則和設(shè)計(jì)方法缺乏系統(tǒng)性的分析探討。研究電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)與識(shí)別的方法很多，但每種方法均各有各自的局限性，還需在快速性和精度上不斷改進(jìn)、提高。

2.2 小波分析理論概述

小波分析[8]是當(dāng)前數(shù)學(xué)中一個(gè)迅速發(fā)展的新領(lǐng)域，它同時(shí)具有理論深刻和應(yīng)用十分廣泛的雙重意義。

小波理論(Wavelet analysis)是20世紀(jì)數(shù)學(xué)研究成果中最杰出的代表之一。它作為數(shù)學(xué)學(xué)科的一個(gè)分支，吸取了現(xiàn)代分析學(xué)中諸如泛函分析、數(shù)值分析、傅立葉分析、樣條分析、調(diào)和分析等眾多分支的精華。由于小波分析在理論上的完美性及在應(yīng)用上的廣泛性，受到了科學(xué)界和工程界的高度重視，并且在信號(hào)處理、圖像處理、模式識(shí)別、地震預(yù)報(bào)、故障診斷等學(xué)科領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用[9]。

小波(Wavelet)這一術(shù)語(yǔ)，顧名思義，“小波”就是小的波形。所謂“小”是指它具有衰減性；而稱之為“波”則是指它的波動(dòng)性，其振幅正負(fù)相間的震蕩形式。與Fourier變換相比，小波變換是時(shí)間(空間)頻率的局部化分析，它通過伸縮平移運(yùn)算對(duì)信號(hào)(函數(shù))逐步進(jìn)行多尺度細(xì)化，最終達(dá)到高頻處時(shí)間細(xì)分，低頻處頻率細(xì)分，能自動(dòng)適應(yīng)時(shí)頻信號(hào)分析的要求，從而可聚焦到信號(hào)的任意細(xì)節(jié)，解決了Fourier變換的困難問題，成為繼Fourier變換以來(lái)在科學(xué)方法上的重大突破。有人把小波變換稱為“數(shù)學(xué)顯微鏡”。

小波理論是一種時(shí)域—頻域分析方法，它介于純時(shí)域的方波分析和純頻域的傅立葉分析之間，它具有良好的局部化性質(zhì)(localization nature)。它

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可以根據(jù)信號(hào)的不同頻率成分，在時(shí)域或頻域自動(dòng)調(diào)節(jié)取樣的疏密：頻率高時(shí)，則密；頻率低時(shí)，則疏。由于對(duì)頻率成分采用逐漸精細(xì)的時(shí)域或頻域取樣步長(zhǎng)，因此可以聚集到對(duì)象(函數(shù)、信號(hào)、圖像等)的任意細(xì)節(jié)，并加以分析。因此，它在信號(hào)的分解與重構(gòu)(decomposition and reconstruction)、信號(hào)和噪聲分離技術(shù)(etchniques of separation noise from signals)、特征提取(characteristic extraxtion)、數(shù)據(jù)壓縮(data compression)等工程實(shí)際應(yīng)用中，顯示出巨大的優(yōu)越性。而這些正是近200年來(lái)大量應(yīng)用于許多工程領(lǐng)域的傅立葉理論所無(wú)法做到的。

現(xiàn)代電力系統(tǒng)集發(fā)電、變電、輸電、配電和用電于一體，涉及范圍廣，且元件繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為了確保電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，以及一旦發(fā)生故障后，能快速地消除或隔離故障，盡快恢復(fù)正常運(yùn)行，在電力系統(tǒng)中需要大量的高新技術(shù)。小波理論以其突特的種時(shí)域—頻域分析方法，在電力系統(tǒng)的故障檢測(cè)中，得到了較為廣泛的應(yīng)用，而且隨著研究的深入，小波理論在電力系統(tǒng)中將具有無(wú)比廣闊的應(yīng)用前景。小波分析的應(yīng)用是與小波分析的理論研究緊密地結(jié)合在一起地?，F(xiàn)在，它已經(jīng)在科技信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域取得了令人矚目的成就?，F(xiàn)在，對(duì)于其性質(zhì)隨實(shí)踐是穩(wěn)定不變的信號(hào)，處理的理想工具仍然是傅立葉分析。但是在實(shí)際應(yīng)用中的絕大多數(shù)信號(hào)是非穩(wěn)定的，而特別適用于非穩(wěn)定信號(hào)的工具就是小波分析。

2.3 小波理論簡(jiǎn)介

2.3.1 連續(xù)小波變換

小波變換作為一種新的數(shù)學(xué)工具，是傳統(tǒng)傅立葉變換的發(fā)展，在信號(hào)處理領(lǐng)域中有著巨大的廣闊的潛在應(yīng)用前景，其在圖像處理、數(shù)據(jù)壓縮等領(lǐng)域的成功應(yīng)用更使得人們?cè)谄渌I(lǐng)域?qū)ζ溥M(jìn)行研究。當(dāng)前小波分析和變換的研究如火如荼，其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣。

對(duì)于速降的震蕩函數(shù)函數(shù)Ψ(t)的評(píng)議和伸縮?(a,?)(t)代替窗口函數(shù)，其中α為伸縮系數(shù)(α的改變以實(shí)現(xiàn)頻率的變化)，τ為平移參數(shù)(實(shí)現(xiàn)對(duì)f(t)在不同時(shí)刻的掃描)。

2L將任意(R)空間中的函數(shù)f(t)在小波基下進(jìn)行展開，稱這種展開為函

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數(shù)f(t)的連續(xù)小波變換(Continue Wavelet Transform，簡(jiǎn)稱為CWT)，其表達(dá)式為：

WTf(a,?)?f(t),??,?(t)?1a?Rf(t)?(t???)d?

(2-1)

2.3.2 離散小波變換

由小波函數(shù)定義可知.小波函數(shù)是由小波母函數(shù)進(jìn)行伸縮和平移后得到的一組函數(shù)系列，這意味著小波基是一組非正交的過渡完全基。因此任意函數(shù)的小波展開系數(shù)之間有一個(gè)相關(guān)關(guān)系，即CWT系數(shù)有很大的冗余量。為了減少計(jì)算量和在計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，必須連續(xù)小波進(jìn)行離散化處理。在前面所述的一維連續(xù)小波中，通過選擇

a,??R,m,n?za?1,?0?0移伸縮形式表示為式(2-2)，其中00，并且0要求，則得相應(yīng)的離散小波變換為式(2-3)。

ma?a0m??n?a00和，可將基小波的平

?m,n(t)?a?m/20mt?n?0a0?()

(2-2)ma0WTf(m,n)??f(t)?m,n(t)dt

(2-3)

R

2.3.3 多分辨率分析

Mallat(Mallat算法是Mallat提出的用于某一函數(shù)F(t)的二進(jìn)小波分解與重構(gòu)的快速算法相當(dāng)于傅里葉變換的FFT)使用多分辨分析的概念統(tǒng)一了各種具體小波基的構(gòu)造方法，并由此提出了現(xiàn)今廣泛使用的Mallat快速小波分解和重構(gòu)算法，它在小波分析中的地位與快速傅里葉變換在傅里葉分析中的地位相當(dāng)[10]。

人的眼睛觀察物體時(shí)，如果距離物體比較遠(yuǎn)，即尺度較大，則視野寬、分辨能力低，只能觀察事物的概貌而看不清局部細(xì)節(jié)；若距離物體較近，即尺度較小，那么視野就窄而分辨能力高，可以觀察到事物的局部細(xì)節(jié)卻無(wú)法概覽全貌。因此，如果既要知道物體的整體輪廓又要看清其局部細(xì)節(jié)，就必須選擇不同的距離對(duì)物體進(jìn)行觀察。和人類視覺機(jī)理一樣，人們對(duì)事物、現(xiàn)象或過程的認(rèn)識(shí)會(huì)因尺度選擇的不同而得出不同的結(jié)論，這些結(jié)論

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有些可能反映了事物的本質(zhì)，有些可能部分地反映，有些甚至是錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。顯然，僅使用單一尺度通常只能對(duì)事物進(jìn)行片面的認(rèn)識(shí)，結(jié)果不是只見“樹木”不見“森林”，就是只見“森林”不見“樹木”，很難對(duì)事物有全面、清楚的認(rèn)識(shí)。只有采用不同的尺度，小尺度上看細(xì)節(jié)，大尺度上看整體，多種尺度相結(jié)合才能既見“樹木”又見“森林”。另一方面，在自然界和工程實(shí)踐中，許多現(xiàn)象或過程都具有多尺度特征或多尺度效應(yīng)，同時(shí)，人們對(duì)現(xiàn)象或過程的觀察及測(cè)量往往也是在不同尺度上進(jìn)行的。因此，多尺度分析是正確認(rèn)識(shí)事物和現(xiàn)象的重要方法之一。由粗到細(xì)或由細(xì)到粗地在不同尺度(分辨率)上對(duì)事物進(jìn)行分析稱為多尺度分析，又稱多分辨分析。多尺度分析最早用于計(jì)算機(jī)視覺研究領(lǐng)域，研究者們?cè)趧澐謭D像的邊緣和紋理時(shí)發(fā)現(xiàn)邊緣和紋理的界限依賴于觀察與分析的尺度，這激發(fā)了他們?cè)诓煌某叨认聶z測(cè)圖像的峰變點(diǎn)。1987年，Mallat將計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域內(nèi)多尺度分析的思想引入到小波分析中研究小波函數(shù)的構(gòu)造及信號(hào)按小波變換的分解和重構(gòu)，提出了小波多尺度分析(又稱多分辨分析)的概念，統(tǒng)一了此前各種具體小波的構(gòu)造方法。Mallat的工作不僅使小波分析理論取得了里程碑式的發(fā)展，同時(shí)也使多尺度分析在眾多領(lǐng)域取得了許多重要的理論和應(yīng)用成果。目前，小波分析已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛的多尺度分析。

2?(t)?L(R)，若其整數(shù)平移序列{?n(t)??(t?n)}相互正交，即設(shè)函數(shù)??n(t),?n.(t)???(n?n')，其中n,n'?Z。則由{?n(t)}所張成的子空間稱為尺度空間，函數(shù)?(t)稱為尺度函數(shù)(或生成元)。由式(3-5)可知，在尺度函數(shù)序列{?n(t)}中，由于m?0，因此由{?n(t)}所張成的子空間為零尺度空間，記t}即為V0的一組基。根據(jù)泛函分析的理論，任意函數(shù)f(t)?V0，而{?n()CV可以由0的一組基線性表出，見式(2-4)，其中n如式(2-5)所示。同樣可以

{?(t)}得尺度m?0下的尺度函數(shù)序列，由m,n所張成的子空間為m尺度空間，{?(t)}f(t)?VmV記為m，那么任意可由m,n線性表出，即式(2-6)。做V0f(t)??cn?n(t)

(2-4)

ncn?????f(t)?n(t)dt

(2-5)

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f(t)??cm,n?m,n(t)

(2-6)

n由此可見，尺度函數(shù)?(t)在不同尺度下的平移序列張成了一序列的尺

?(t){V,m?Z}度空間m。隨著尺度m的增大，尺度函數(shù)m,n的寬度增大，且實(shí)m(2T0)也變大，即它的線性表達(dá)式(2-6)不能表示函數(shù)的細(xì)微際的平移間隔變化(即小于該尺度下的變化)，因此它張成的尺度空間只能包含大尺度的?(t)緩變信號(hào)；相反，隨著尺度m的減小，函數(shù)m,n的寬度變小，實(shí)際的平m(2T0)也變小，則它的線性表達(dá)式可以表達(dá)函數(shù)的更細(xì)微的變化，移間隔因此它張成空間的尺度空間所包含的函數(shù)增多，尺度空間變大。由此，可給出多分辨率分析的如下數(shù)學(xué)描述。

2V,m?ZL(1)在(R)中，存在一閉子空間序列m，即如式(2-7)所述，則這一序列嵌套子空間具有逼近性和伸縮性，如式(2-8)所示。

...?V2?V1?V0?V?1?V?2...f(t)?Vm?f(2t)?Vm?

1(2-7)

(2-8)?(t)?V0{?(t)??(t?n)}V(2)存在函數(shù)，使得n構(gòu)成0的正交基，如式(2-9)所示，若基。

V0?span{?(t?n)},??(t?n)?(t?m)dt??(m?n)

(2-9)

R{?n(t)}n?z是

V0的正交基，則

{?m,n(t)?2?m/2?(2?mt?n)}m,n?z是

V0的正交雖然多分辨率分析的一序列子空間逼近L2(R)，但由于它們之間是互相包含的，不具有正交性，因此它們的基{?m,n(t)}m,n?Z在不同尺度下不具有正交性，因而也就不能作為L(zhǎng)2(R)的正交基。為了尋找一組L2(R)的正交基，VWV有必要引入{Vm}的正交補(bǔ)。設(shè)m是m的在m?1中的正交補(bǔ)空間，見式

WW(2-10)，那么，對(duì)任意m?n，m和n都是正交的，由式(2-7)和式(2-8)可

2WmL得式(2-11)。因此，是構(gòu)成(R)的一序列正交子空間，見式(2-12)。若g(t)?W0?mg(2t)?Wm，即式(2-13)所示。，則

Vm?1?Vm?Wm,Wm?Vm

(2-10)

L2(R)??Wm,m?Z

(2-11)

Wm?Vm?1?Wm,W0?V?1?V0

(2-12)

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g(t)?W0?g(2?mt)?Wm

(2-13)若{?m,n(t)?2?m/2?(2?mt?n)}n?Z是

W0的一組正交基，由式(2-13)對(duì)任意尺

Wm度m?Z，{?m,n(t)?2?m/2?(2?mt?n)}n?Z一定是的一組正交基，再根據(jù)

2?m,n(t)}L2(R)??Wm，其中m?Z可得全體{L構(gòu)成(R)的一組正交基，?(t)就W是小波母函數(shù)，m是尺度為m的小波空間。小波空間與尺度空間是互補(bǔ)的，尺度空間之間是互含關(guān)系，小波空間之間是正交關(guān)系[11]。

根據(jù)多分辨率分析的定義，由于V0?V1?W1，如果一維信號(hào)f(t)?V0，則f(t)可分解(投影)為V1和W1上的兩部分，在V1上的投影稱為f(t)的輪廓部分，記為f1d(t)。在W1上的投影稱為f(t)的細(xì)節(jié)部分，記為f15(t)。如果?(t)是尺度函數(shù)，??t?是小波函數(shù)，則可得式(2-14)。

f1s(t)??c1,n?(2?1t?n)f1d(t)??d1,n?(2?1t?n)

(2-14)

nn分別為尺度分解系數(shù)和小波分解系數(shù)見式(2-15)，重構(gòu)

f(t)?V?1V?V0?W0信號(hào)得式(2-16)。同樣，時(shí)，因?1，則f(t)可分解(投影)為V0cd上的兩部分，見式(2-17)，其中0,n和0,n見式(2-18)所示。以上分析是在m??1,0,1時(shí)的尺度空間下進(jìn)行的，對(duì)其他尺度空間同樣適用。其中，W0c1,n和d1,n和c1,n??f(?),?(2?1t?n)?，d1,n??f(?),?(2?1t?n)?

(2-15)f(t)?f1s(t)?f1d(t)??c1,n?(2?1t?n)??d1,n?(2?1t?n)

(2-16)

nnf(t)?f0s(t)?f0d(t)??c0,n?(t?n)??d0,n?(t?n)

(2-17)

nnc0,n??f(t),?(t?n)? , d0,n??f(t),?(t?n)?

(2-18)尺度函數(shù)和小波函數(shù)在相鄰兩個(gè)尺度上的關(guān)系就是二尺度方程，它反映了相鄰尺度空間和小波空間之間的內(nèi)在聯(lián)系。由多分辨率分析的定義可知，若?(t)和?(t)分別為尺度空間氣和小波空間V0?V?1,W0?V?1W0的正交基，由于，所以?(t)和?(t)也必然包含在V?1中，而V?1的一組正交基

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為{??1,n(t)?21/2?(2t?n)}n?Z，所以?(t)和?(t)可以表示為式(2-16)所示。

對(duì)任意相鄰空間，?(t)和?(t)的表達(dá)式(2-19)都成立。系數(shù)h(n)和g(n)稱作濾波器系數(shù)，它們是由尺度函數(shù)?(t)和小波函數(shù)?(t)決定的，與具體尺度無(wú)關(guān)。

?(t)?21/2?h(n)?(2t?n)n

?(t)?21/2?g(n)?(2t?n)n13

(2-19)

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第3章 諧波檢測(cè)仿真分析

3.1 諧波信號(hào)模型的建立

3.1.1 matlab簡(jiǎn)介

在MATLAB中進(jìn)行電力系統(tǒng)諧波分析，通過建立電力系統(tǒng)產(chǎn)生諧波諧波的，產(chǎn)生諧波后，再將諧波信號(hào)導(dǎo)入小波分析工具中，進(jìn)行諧波分析[12]。

諧波分析必須要有研究對(duì)象，而實(shí)際的電網(wǎng)信號(hào)采樣需要精密的儀器設(shè)備和在特定的電力環(huán)境下進(jìn)行，要求比較高。算法研究通常采用計(jì)算機(jī)仿真的方法，需要對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行建模，因此好的模型的建立是研究的前提。怎樣合理的建立諧波信號(hào)模型是一個(gè)很關(guān)鍵的問題，也是研究的一個(gè)難點(diǎn)之一。MATLAB是工程應(yīng)用和科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域的強(qiáng)大的武器，它不僅僅可以用在諧波的仿真上，也可以用來(lái)建立各種信號(hào)模型，為理論和算法的研究提供好的研究對(duì)象。

在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中，往往要進(jìn)行大量的數(shù)學(xué)計(jì)算，其中包括矩陣運(yùn)算和一些復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。一般來(lái)說，這些運(yùn)算難以用手工精確、快捷地進(jìn)行，要借助計(jì)算機(jī)編程采用數(shù)值方法來(lái)近似計(jì)算，MATLAB的用戶界面功能更加強(qiáng)大，并且具有鮮明的特點(diǎn)[13]。

MATLAB的典型應(yīng)用包括：

(1)科學(xué)計(jì)算；(2)算法的開發(fā)研究；(3)數(shù)據(jù)采集及信號(hào)處理；(4)建模及原型仿真；(5)數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化；(6)科學(xué)與工程繪圖；

(7)應(yīng)用程序開發(fā)(包括建立圖形化用戶界面)。MATLAB應(yīng)用于算法仿真和分析具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：

(1)編程效率高；

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(2)用戶使用方便；(3)擴(kuò)展能力強(qiáng)；

(4)語(yǔ)句簡(jiǎn)單，內(nèi)涵豐富；

(5)高效、方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算；(6)方便的繪圖及其圖形界面功能。

由于MATLAB所具有的上述優(yōu)點(diǎn)，本文主要將運(yùn)用MATLAB工具對(duì)諧波進(jìn)行分析，分析過程中主要用到了MATLAB的信號(hào)處理工具箱和小波工具箱的一些函數(shù)，同時(shí)結(jié)合MATLAB強(qiáng)大的繪圖和數(shù)據(jù)處理功能，給算法的分析和仿真帶來(lái)了很大的便利，使得我們可以將主要精力放在算法的分析比較和實(shí)現(xiàn)上，而不必拘泥于編程的細(xì)節(jié)。

3.1.2 電力系統(tǒng)諧波信號(hào)

根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)中的諧波情況和仿真分析的需要，我們構(gòu)建出若干類信號(hào)模型。實(shí)際電網(wǎng)中由于既存在線性負(fù)荷也存在非線性的負(fù)荷，所以實(shí)際情況下電網(wǎng)中的諧波既包含穩(wěn)定的基波的各次諧波分量也包含一些非穩(wěn)定的瞬態(tài)變化的諧波，各種電網(wǎng)噪聲干擾等。為了仿真分析的方便起見，我們選取有代表性的僅含一種諧波情況的諧波信號(hào)進(jìn)行分析，要分析更復(fù)雜的情況只需將各種情況組合疊加即可[14]。

信號(hào)模型一：正弦信號(hào)的線性組合，即僅含有基波的各次諧波的信號(hào)。在電網(wǎng)中電壓和電流的基波頻率均為fo=50Hz，我們考慮含有3，5，7次諧波的情況。設(shè)信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

111s(t)?sin(2?f0t)?sin(3?2?f0t)?sin(5?2?f0t)?sin(2?f0t)

(3-1)357上式中第一項(xiàng)是頻率fo=50Hz的基波，第二項(xiàng)是頻率

f1=150Hz的3次諧波分量，第三項(xiàng)為5次諧波分量，第四項(xiàng)為7次諧波分量。在本模型中沒有取所有次數(shù)的諧波，而只是取了在電力系統(tǒng)中較有代表性的諧波分量來(lái)分析，可以簡(jiǎn)化分析且不失一般性。其仿真模型如圖3-1所示，其信號(hào)波形如圖3-2所示。

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圖3-1 正弦信號(hào)搭建的諧波電源的仿真模型

圖3-2 正弦信號(hào)搭建的諧波電源的信號(hào)波形圖

信號(hào)模型二：含有白噪聲的正弦信號(hào)，即基波加白噪聲。

在電網(wǎng)中電壓和電流的基波頻率均為50Hz，我們考慮基波中含有正態(tài)分布的隨機(jī)噪聲的情況。設(shè)信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

s(t)?sin(2?f0t)?0.2?randn(1,5*128)

(3-2)此信號(hào)中第一項(xiàng)是頻率為50Hz的基波，第二項(xiàng)是正態(tài)分布的隨機(jī)噪聲分

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量，其幅度為基波幅度的0.2倍，在MATLAB中使用randn(m,n)函數(shù)來(lái)表示m?n階的正態(tài)分布的隨機(jī)矩陣。在實(shí)際的電網(wǎng)電壓或者電流中可能還含有其它成分的單一頻率的諧波，此處為了簡(jiǎn)化分析，僅考慮基波加噪聲的情況，如果有其它諧波成分的話，將其疊加綜合考慮即可。相應(yīng)的仿真圖如圖3-3所示，信號(hào)波形圖如圖3-4所示。

圖3-3 含有白噪聲的正弦信號(hào)仿真模型

圖3-4含有白噪聲的正弦信號(hào)的信號(hào)波形圖

信號(hào)模型三：分段正弦信號(hào)，含有第二類間斷點(diǎn)。

關(guān)于信號(hào)含有第二類間斷點(diǎn)的情況，一般是因?yàn)樾盘?hào)的導(dǎo)數(shù)不連續(xù)所

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造成的，相應(yīng)于電網(wǎng)中電壓瞬態(tài)改變的情況，對(duì)應(yīng)具體電網(wǎng)中電壓或者電流信號(hào)的模型因?yàn)闆]有實(shí)際采樣，所以無(wú)從模擬，但是其檢測(cè)間斷點(diǎn)的原理對(duì)任何信號(hào)都是適用的。在此我們構(gòu)造一個(gè)分段正弦信號(hào)，在其分界點(diǎn)處含有一個(gè)第二類的間斷點(diǎn)，相應(yīng)信號(hào)模型如下：

s(t)?sin(2?f0t)0?t?0.04s{

(3-3)s(t)?sin(5?2?f0t)0.04s?t?0.1s當(dāng)t?(0,0.04]時(shí)為頻率為50Hz的基波信號(hào)，當(dāng)t?(0.04,0.1]時(shí)為基波的5次諧波分量，t?0.04s時(shí)的采樣點(diǎn)是信號(hào)的一個(gè)第二類間斷點(diǎn)，表明此處有一個(gè)信號(hào)的瞬態(tài)變化。信號(hào)波形如圖3-5所示。

圖3-5 分段正弦信號(hào)的信號(hào)波形圖

信號(hào)模型四：建立電力系統(tǒng)進(jìn)行的仿真。

通過建立電力系統(tǒng)，測(cè)出實(shí)際的電力系統(tǒng)中的諧波信號(hào)。電力系統(tǒng)仿真模型如圖3-6所示，產(chǎn)生的信號(hào)模型圖如圖3-7所示。

圖3-6 電力系統(tǒng)仿真模型

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圖3-7 信號(hào)模型圖

本節(jié)對(duì)算法仿真要用到的諧波信號(hào)進(jìn)行了建模，這些信號(hào)模型都是根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)信號(hào)進(jìn)行分類建模得來(lái)的，雖然具有理想化的特點(diǎn)，但是并不影響對(duì)算法本身優(yōu)劣性能的影響。并且，對(duì)于更加復(fù)雜的諧波信號(hào)，完全可以使用這四種模型的疊加得到，因此，對(duì)于這四個(gè)信號(hào)模型的研究，在研究意義上具有完備性。

3.2 MATLAB小波分析

小波分析后的諧波，對(duì)于電力系統(tǒng)中的非穩(wěn)態(tài)的諧波分析，采用離散小波變換，其中小波函數(shù)的選取很重要，根據(jù)研究比較發(fā)現(xiàn)dmey小波具有較好的處理效果和作用[15]。

為了對(duì)比分析的方便，我們?nèi)匀皇遣捎秒x散小波變換對(duì)信號(hào)模型一至四進(jìn)行仿真分析。因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)主要包含奇數(shù)次諧波，尤其是3，5，7等次諧波，因此，在選擇頻帶的時(shí)候不能太大，否則就不能準(zhǔn)確測(cè)量每一次諧波的含量。仿真信號(hào)的基波頻率為50Hz采用dmey小波5層分析。將采用dmey小波的離散小波變換應(yīng)用于3.1的各種諧波信號(hào)模型可以得到基波及其各次諧波以及信號(hào)中的部分細(xì)節(jié)信息。

信號(hào)模型一的小波分析波形如圖3-8~3-11所示：

圖3-8 dmey小波分析后的基波信號(hào)

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圖3-9 3次諧波分量

圖3-10 5次諧波分量

圖3-11 7次諧波分量

從上述圖3-8到圖3-11中我們可以很直觀的看出基波和各個(gè)諧波成分的波形圖(有所失真)，我們可以得到信號(hào)的頻域和時(shí)域的信息。小波分析具有時(shí)域和頻域的雙重分辨率，這是小波分析的特點(diǎn)，也是小波分析區(qū)別于傅里葉分析的特點(diǎn)之一；如果采用傅里葉變換，則僅僅只能得到原始信號(hào)的頻域的信息，包括幅頻特性和相頻特性。不過在此情況下，我們對(duì)各個(gè)諧波成分的時(shí)域的信息并不關(guān)心，我們只需得出信號(hào)的頻域信息即可。所以可以得出結(jié)論當(dāng)信號(hào)僅含有諧波成分時(shí)，小波分析和傅里葉分析的效果是一樣的，小波分析的結(jié)果更直觀，可以直接從圖形上看出來(lái)，而傅里葉分析的優(yōu)點(diǎn)是可以比較準(zhǔn)確的反映信號(hào)的頻域特征，所得的幅值和相位往往比較準(zhǔn)確，而從小波分析的圖形上不容易觀察得到準(zhǔn)確的幅值和相位的信息。并且小波變換每次需要根據(jù)所含諧波的最高次數(shù)才確定分解的層數(shù)，運(yùn)算量較大，且存在同一尺度下包含幾次諧波成分的情況。如果此信號(hào)模型中含有的諧波分量進(jìn)一步的增多，則使用小波變換將變得非常麻煩和困難。因此，在此種信號(hào)模型下建議使用傅里葉變換。

信號(hào)模型二的小波分析波形如圖3-12所示

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圖3-12 信號(hào)模型二的小波分析

小波分解后所得基波信號(hào)可以看出與原始信號(hào)符合得比較好，因?yàn)榘?/p>

D噪聲的頻譜頻域范圍比較寬，包含較多的頻域成分，所以單獨(dú)存在于1中

D~D5的噪聲信號(hào)與原白噪聲信號(hào)相差還是很明顯的，但是將1中的噪聲信號(hào)疊加之后得到的總的白噪聲信號(hào)就與原信號(hào)符合得較好了。對(duì)于信號(hào)二，采用傅里葉分析得不到準(zhǔn)確的基波和白噪聲的時(shí)域波形，只能得到有關(guān)頻域的一些信息，但是由于白噪聲信號(hào)具有較寬的頻譜范圍，采用傅里葉分析將得到許多頻率成分，包含基波和各次諧波和間隙波以及基波的任意倍數(shù)的波形成分。此種情況下，小波變換具有傅里葉變換所不具有的特殊優(yōu)勢(shì)。

信號(hào)模型三的小波分析波形如圖3-13所示

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圖3-13 信號(hào)模型三的小波分析

由圖3-13可以看出，小波分析很好的檢測(cè)到了信號(hào)的基波及諧波的幅值、相位、發(fā)生時(shí)刻，對(duì)于信號(hào)的間斷點(diǎn)也檢測(cè)了出來(lái)。對(duì)于信號(hào)中含有間斷點(diǎn)的情況，只能使用小波分析。

信號(hào)模型四的小波分析波形如圖3-14所示

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圖3-14 信號(hào)模型四的小波分析

小波變換可以很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的提取，并能比較準(zhǔn)確的定位諧波開始的時(shí)刻。由原信號(hào)和小波分解所恢復(fù)的信號(hào)的對(duì)比可以看出，小波分析具有時(shí)域的分辨率能很好的解決問題。

從上面各種信號(hào)模型的波形仿真及其分析中可以得出如下結(jié)論：小波分析具有時(shí)域和頻域的雙重分辨率，能夠很好的解決傅里葉分析所不能解決的問題，在電網(wǎng)諧波分析中，采用小波分析算法，我們不僅能正確的得到各次諧波，而且對(duì)用傅里葉分析沒法解決的有關(guān)信號(hào)的暫態(tài)分量的提取，暫態(tài)分量開始時(shí)間的定位，電壓、電流波形的間斷、突起、凹陷和瞬態(tài)分量的檢測(cè)都具有很好的效果。同時(shí)小波變換對(duì)于穩(wěn)態(tài)的諧波分析問題來(lái)說，沒有傅里葉變換分析高效和直觀，且對(duì)于不同小波基的選擇可以得到的結(jié)果亦不一樣，從運(yùn)算量上來(lái)講也遠(yuǎn)遠(yuǎn)比加窗傅里葉分析要多。

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第4章 諧波抑制方法與裝置

4.1 諧波抑制主要方法

在電力系統(tǒng)中對(duì)諧波的抑制就是如何減少或消除注入系統(tǒng)的諧波電流，以便把諧波電壓控制在限定值之內(nèi)，抑制諧波電流主要有三方面的措施。

4.1.1 降低諧波源的諧波含量

即在諧波源上采取措施，最大限度地避免諧波的產(chǎn)生。這種方法比較積極，能夠提高電網(wǎng)質(zhì)量，可大大節(jié)省因消除諧波影響而支出的費(fèi)用。具體方法有：

(1)增加整流器的脈動(dòng)數(shù)

整流器是電網(wǎng)中的主要諧波源，其特征頻譜為：n?kp?1，則可知脈沖數(shù)p增加，n也相應(yīng)增大，而In?I1/n，故諧波電流將減少。因此，增加整流脈動(dòng)數(shù)，可平滑波形，減少諧波。如:整流相數(shù)為6相時(shí)，5次諧波電流為基波電流的18.5%，7次諧波電流為基波電流的12%，如果將整流相數(shù)增加到12相，則5次諧波電流可下降到基波電流的4.5%，7次諧波電流下降到基波電流的3%。

(2)脈寬調(diào)制法

采用PWM，在所需的頻率周期內(nèi)，將直流電壓調(diào)制成等幅不等寬的系列交流輸出電壓脈沖可以達(dá)到抑制諧波的目的。在PWM逆變器中，輸出波形是周期性的，且每半波和1/4波都是對(duì)稱的，幅值為±1，令第一個(gè)1/4周期中開關(guān)角為?i(i=l，2，3??m)，且0??1??2?.......?m??/2。假定?o?0，?m?1??/2，在(0，?)內(nèi)開關(guān)角??0,?1,?2.....,?m,???m,???2,???1，PMW按傅里葉級(jí)數(shù)展開;由式可知，若要消除n次諧波，只需令bn=0，得到的解即為消除n次諧波的開關(guān)角?值。

(3)三相整流變壓器采用Y-d(Y/?)或d-Y(?/Y)的接線這種接線可消除3的倍數(shù)次的高次諧波，這是抑制高次諧波的最基本的方法。

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4.1.2 在諧波源處吸收諧波電流

這類方法是對(duì)已有的諧波進(jìn)行有效抑制的方法，這是目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的抑制諧波方法。主要方法有以下幾種：

(1)無(wú)源濾波器(PPF)無(wú)源濾波器安裝在電力電子設(shè)備的交流側(cè)，由L、C、R元件構(gòu)成諧振回路，當(dāng)LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時(shí)，即可阻止該次諧波流入電網(wǎng)。由于具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)源濾波是目前采用的抑制諧波及無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕侄?。但無(wú)源濾波器存在著許多缺點(diǎn)，如濾波易受系統(tǒng)參數(shù)的影響；對(duì)某些次諧波有放大的可能；耗費(fèi)多、體積大等。因而隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們將濾波研究方向逐步轉(zhuǎn)向有源濾波器。

(2)有源濾波器(APF)早在70年代初期，日本學(xué)者就提出了有源濾波器

APF(Active Power Fiiter)的概念，即利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。與無(wú)源濾波器相比，APF具有高度可控性和快速響應(yīng)性，能補(bǔ)償各次諧波，可抑制閃變、補(bǔ)償無(wú)功，有一機(jī)多能的特點(diǎn)；在性價(jià)比上較為合理；濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)；具有自適應(yīng)功能，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化著的諧波。目前在國(guó)外高低壓有源濾波技術(shù)己應(yīng)用到實(shí)踐，而我國(guó)還僅應(yīng)用到低壓有源濾波技術(shù)。隨著容量的不斷提高，有源濾波技術(shù)作為改善電能質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)，其應(yīng)用范圍也將從補(bǔ)償用戶自身的諧波向改善整個(gè)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量的方向發(fā)展。

(3)防止并聯(lián)電容器組對(duì)諧波的放大

在電網(wǎng)中并聯(lián)電容器組起改善功率因數(shù)和調(diào)節(jié)電壓的作用。當(dāng)諧波存在時(shí)，在一定的參數(shù)下電容器組會(huì)對(duì)諧波起放大作用，危及電容器本身和附近電氣設(shè)備的安全?？刹扇〈?lián)電抗器，或?qū)㈦娙萜鹘M的某些支路改為濾波器，還可以采取限定電容器組的投入容量，避免電容器對(duì)諧波的放大。

(4)加裝靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置

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速變化的諧快波源，如：電弧爐、電力機(jī)車和卷?yè)P(yáng)機(jī)等，除了產(chǎn)生諧波外，往往還會(huì)引起供電電壓的波動(dòng)和閃變，有的還會(huì)造成系統(tǒng)電壓三相不平衡，嚴(yán)重影響公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量。在諧波源處并聯(lián)裝設(shè)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，可有效減小波動(dòng)的諧波量，同時(shí)，可以抑制電壓波動(dòng)、電壓閃變、三相不平衡，還可補(bǔ)償功率因數(shù)[15]。

4.1.3 改善供電環(huán)境

選擇合理的供電電壓并盡可能保持三相電壓平衡，可以有效地減小諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。諧波源由較大容量的供電點(diǎn)或高一級(jí)電壓的電網(wǎng)供電，承受諧波的能力將會(huì)增大。對(duì)諧波源負(fù)荷由專門的線路供電，減少諧波對(duì)其它負(fù)荷的影響，也有助于集中抑制和消除諧波[14]。

4.2 電力濾波器

4.2.1 濾波器的發(fā)展過程

濾波器主要由無(wú)源元件R、L、C構(gòu)成，稱為無(wú)源濾波器。1917年美國(guó)和德國(guó)科學(xué)家分別發(fā)明了LC濾波器，次年導(dǎo)致了美國(guó)第一個(gè)多路復(fù)用系統(tǒng)的出現(xiàn)。50年代無(wú)源濾波器日趨成熟。自60年代起由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個(gè)新臺(tái)階，并且朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價(jià)廉方向努力，其中小體積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠成為70年代以后的主攻方向，導(dǎo)致RC有源濾波器、數(shù)字濾波器、開關(guān)電容濾波器和電荷轉(zhuǎn)移器等各種濾波器的飛速發(fā)展。到70年代后期，上述幾種濾波器的單片集成被研制出來(lái)并得到應(yīng)用。80年代致力于各類新型濾波器性能提高的研究并逐漸擴(kuò)大應(yīng)用范圍。90年代至今主要致力于把各類濾波器應(yīng)用于各類產(chǎn)品的開發(fā)和研制。當(dāng)然，對(duì)濾波器本身的研究仍在不斷進(jìn)行[13]。

4.2.2 無(wú)源濾波器

（1）LC濾波器如圖4-1所示：

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圖4-1 LC濾波器

圖4-1所示的LC濾波器是應(yīng)用最多、最廣的濾波器。無(wú)源濾波器是通過L、C串聯(lián)或并聯(lián)，使其在某次諧波產(chǎn)生諧振，當(dāng)發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，使濾波器兩端該次諧波的電壓很小，幾乎接近零，這類濾波器往往接在變壓器的二次側(cè)出口處，從而使變壓器的一次側(cè)該次諧波的分量也很小，達(dá)到對(duì)該次諧波治理的目的。串聯(lián)無(wú)源濾波器多用于對(duì)五、七、十一次諧波治理中，而且往往同時(shí)采用兩組以上濾波器，諧振在五、七次，同時(shí)起補(bǔ)償電容器組的作用。目前，在電力行業(yè)中，它多用于35kV和 110kV變電所的10kV母線上，兩組濾波器中的電容器容量大于變電所無(wú)功補(bǔ)償容量，串聯(lián)電感后，諧振在五、七次諧波頻率中，使無(wú)源濾波器一物二用，具體計(jì)算公式如下：

當(dāng)無(wú)源濾波器中，L，C串聯(lián)諧振在n次諧波頻率時(shí)，XC?1?2?fnl?XL.2?fnc電容器和電感在工頻時(shí)的參數(shù)：

Xc?n2XL，當(dāng)n?5時(shí)，Xc?52XL?25XL, Uc?1.04U,Qc?1.04QLC, 當(dāng)n?7時(shí)，XC?72XL?49XL,UC?1.02U,QC?1.02QLC（2）RC濾波器

RC濾波器多應(yīng)用于測(cè)試系統(tǒng)。因?yàn)樵谶@一領(lǐng)域中，信號(hào)頻率相對(duì)來(lái)說不高。而RC濾波器電路簡(jiǎn)單，抗干擾性強(qiáng)，有較好的低頻性能，并且選用標(biāo)準(zhǔn)的阻容元件易得，所以在工程測(cè)試的領(lǐng)域中最經(jīng)常用到的濾波器是RC濾波器[14]。

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（3）一階RC低通濾波器

RC低通濾波器的電路及其幅頻相頻特性如圖4-2。

圖4-2 RC低通濾波器的電路及其幅頻、相頻特性

設(shè)濾波器的輸入電壓為ex輸出電壓為ey，電路的微分方程為

RCdeydt?ey?ex

這是一個(gè)典型的一階系統(tǒng)。令?=RC，稱為時(shí)間常數(shù)，對(duì)上式取拉氏變換，有

H(S)?11或H(S)?

j2?f??1?s?1其幅頻、相頻特性公式為： |A(f)?H(f)?11?(?2?f)2,?(f)??arctg(2?f?)

分析可知，當(dāng)f很小時(shí)，A(f)=1，信號(hào)不受衰減的通過;當(dāng)f很大時(shí)，A(f)=0，信號(hào)完全被阻擋，不能通過。

（4）一階RC高通濾波器

RC高通濾波器的電路及其幅頻、相頻特性如圖4-3所示。

圖4-3 RC高通濾波器的電路及其幅頻、相頻特性

無(wú)源濾波器的應(yīng)用無(wú)源濾波器由電容器、電抗器，有時(shí)還包括電阻器

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等無(wú)源元件組成，以對(duì)某次諧波或其以上次諧波形成低阻抗通路，以達(dá)到抑制高次諧波的作用；由于SVC的調(diào)節(jié)范圍要由感性區(qū)擴(kuò)大到容性區(qū)，所以濾波器與動(dòng)態(tài)控制的電抗器一起并聯(lián)，這樣既滿足無(wú)功補(bǔ)償、改善功率因數(shù)，又能消除高次諧波的影響。無(wú)源濾波器PPF一般用在諧波電流和無(wú)功負(fù)荷比較穩(wěn)定的場(chǎng)合。無(wú)源濾波補(bǔ)償是實(shí)際應(yīng)用最多、效果較好、價(jià)格較低的解決方案，它包括三種基本形式：串聯(lián)濾波、并聯(lián)濾波和低通濾波(串并混合)。其中串聯(lián)濾波主要適用于三次諧波的治理;低通濾波主要適用于高次諧波的治理；并聯(lián)濾波是一種綜合裝置，它可濾除多次諧波，同時(shí)提供系統(tǒng)的無(wú)功功率，是應(yīng)用最廣泛的電源凈化濾波裝置[15]。

當(dāng)前在工業(yè)與建筑電氣系統(tǒng)中，絕大部分都是用的并聯(lián)無(wú)源濾波器PPF這一種，串聯(lián)無(wú)源濾波器SPF只用在中性線上作過濾三次諧波用，國(guó)際上廣泛使用的濾波器種類有：各階次單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、二階寬頗帶與三階寬頻帶高通濾波器等：

(1)單調(diào)諧濾波器：一階單調(diào)諧濾波器的優(yōu)點(diǎn)是濾波效果好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是電能損耗比較大，但隨著品質(zhì)因數(shù)的提高而減少，同時(shí)又隨諧波次數(shù)的減少而增加，而電爐正好是低次諧波，主要是2~7次，因此，基波損耗較大。二階單調(diào)諧濾波器當(dāng)品質(zhì)因數(shù)在50以下時(shí)，基波損耗可減少20~50%，屬節(jié)能型，濾波效果等效。三階單調(diào)諧濾波器是損耗最小的濾波器，但組成復(fù)雜些，投資也高些，用于電弧爐系統(tǒng)中，2次濾波器選用三階濾波器為好，其它次選用二階單調(diào)諧濾波器。

(2)高通(寬頻帶)濾波器，一般用于某次及以上次的諧波抑制。當(dāng)在電弧爐等非線性負(fù)荷系統(tǒng)中采用時(shí)，對(duì)5次以上起濾波作用時(shí)，通過參數(shù)調(diào)整，可形成該濾波器回路對(duì)5次及以上次諧波的低阻抗通路。

(3)無(wú)源濾波器的特點(diǎn)

傳統(tǒng)的諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償方法是無(wú)源濾波技術(shù)。

無(wú)源濾波器是由電力電容器、電抗器(常用空心的)和電阻器適當(dāng)組合而成的濾波裝置，運(yùn)行中它和諧波源并聯(lián)，除起濾波作用外，它還能補(bǔ)償無(wú)功功率。

由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便，因此得到了廣泛的應(yīng)用。雖然無(wú)源濾波器具有簡(jiǎn)單、方便的優(yōu)點(diǎn)，但它也存在如下缺點(diǎn)：

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(l)只能抑制固定的幾次諧波，并對(duì)某次諧波在一定條件下會(huì)產(chǎn)生諧振而使諧波放大，濾波效果易受元件或系統(tǒng)參數(shù)、以及電網(wǎng)頻率等變化的影響；

(2)只能補(bǔ)償固定的無(wú)功功率，對(duì)變化的無(wú)功負(fù)載不能進(jìn)行精確補(bǔ)償；(3)其濾波特性受系統(tǒng)參數(shù)影響較大，并且其濾波特性有時(shí)很難與調(diào)壓要求；

(4)無(wú)源濾波裝置有效材料消耗多、體積大；(5)在某些條件下可能和系統(tǒng)發(fā)生諧振，引發(fā)事故；

(6)當(dāng)諧波源增大時(shí)，濾波器負(fù)擔(dān)隨之加重，以至可能因諧波過載不能運(yùn)行等。

無(wú)源濾波器雖然有其本身不可彌補(bǔ)的缺陷，由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

4.2.3 有源濾波器

(l)有源電力濾波器的發(fā)展史

有源電力濾波器(Active Power Filter，縮寫為APF)也是一種電力電子裝置，它是一種動(dòng)態(tài)抑制諧波和補(bǔ)償無(wú)功的電力電子裝置[16]，它能對(duì)頻率和大小都變化的諧波和無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，可以彌補(bǔ)無(wú)源濾波器的缺點(diǎn)，獲得比無(wú)源濾波器更好的補(bǔ)償特性，是一種理想的補(bǔ)償諧波裝置。

進(jìn)入80年代，隨著電力電子技術(shù)以及PWM控制技術(shù)的發(fā)展，對(duì)有源電力濾波器的研究逐漸活躍起來(lái)，是電力電子技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。這一時(shí)期的一個(gè)重大突破是1983年赤木泰文等人提出了三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論[17]，以該理論為基礎(chǔ)的諧波和無(wú)功電流檢測(cè)方法在有源電力濾波器中得到了成功的應(yīng)用。

有源電力濾波器的基本原理[18]

圖4-4所示為最基本的有源電力濾波器系統(tǒng)構(gòu)成的原理圖。圖中

es表示交流電源，負(fù)載為諧波源，它產(chǎn)生諧波并消耗無(wú)功。有源電力濾波器系統(tǒng)由兩大部分組成，即指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路（由電流跟蹤控制電路，驅(qū)動(dòng)電路和主電路三部分組成)。其中，指令電流運(yùn)算電路的核心是檢測(cè)出補(bǔ)償對(duì)象電流的諧波和無(wú)功等電流分量，因此有時(shí)也稱之為

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諧波和無(wú)功電流檢測(cè)電路。補(bǔ)償電流發(fā)生電路的作用是根據(jù)指令電流運(yùn)算電路得出的補(bǔ)償電流的指令信號(hào)。產(chǎn)生實(shí)際的補(bǔ)償電流，主電路目前均采用PWM變流器。作為主電路的PWM變流器，在產(chǎn)生補(bǔ)償電流時(shí)，主要作為逆變器工作，因此，有的文獻(xiàn)中將其稱為逆變器。但它并不僅僅是作為逆變器而工作的，如在電網(wǎng)向有源電力濾波器直流側(cè)貯能元件充電時(shí)，它就作為整流器而工作，也就是說，它既工作于逆變狀態(tài)也工作于整流狀態(tài)，且兩種工作狀態(tài)無(wú)法嚴(yán)格區(qū)分。

圖4-4 所示有源電力濾波器的基本工作原理是，檢測(cè)補(bǔ)償對(duì)象的電壓和電流，經(jīng)指令電流運(yùn)算電路計(jì)算得出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)補(bǔ)償電流發(fā)生電路放大，得出補(bǔ)償電流，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波及無(wú)功等電流抵消，最終得到期望的電源電流[19]。

圖4-4 并聯(lián)型有源電力濾波器系統(tǒng)構(gòu)成原理圖

例如，當(dāng)需要補(bǔ)償負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流時(shí)，有源電力濾波器檢測(cè)出補(bǔ)償對(duì)象負(fù)載電流il的諧波分量i'c，將其反極性后作為補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，由補(bǔ)償電流發(fā)生電路產(chǎn)生的補(bǔ)償電流ic即與負(fù)載電流中的諧波分量眾大小相等、方向相反，因而兩者相互抵消，使得電源電流is中只含基波，不含諧波。這樣就達(dá)到了抑制電源電流中諧波的目的。

如果要求有源電力濾波器在補(bǔ)償諧波的同時(shí)，補(bǔ)償負(fù)載的無(wú)功功率，則只要在補(bǔ)償電流的指令信號(hào)中增加與負(fù)載電流的基波無(wú)功分量反極性的成分即可。這樣，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中的諧波及無(wú)功成分相抵消，電源電流等于負(fù)載電流的基波有功分量。

(3)有源電力濾波器的分類

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圖4-5給出了有源電力濾波器的分類，圖中APF為有源電力濾波器的英文縮寫。用戶使用的電源類型包括直流電源和交流電源兩類，故有源電力濾波器按供電的類型可分為交流有源電力濾波器和直流有源電力濾波器。從與負(fù)載聯(lián)接形式的角度可分為并聯(lián)型有源電力濾波器和串聯(lián)型有源電力濾波器兩大類。

圖4-5 有源電力濾波器的分類

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圖4-6 不同形式有源電力濾波器與負(fù)載之間的連接原理圖

(4)有源電力濾波器的應(yīng)用情況

電力有源濾波器作為改善供電質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在國(guó)外已日趨成熟。在日本已經(jīng)開始進(jìn)入實(shí)用化階段[20]目前已有大量有源電力濾波器投入實(shí)際使用。APF的技術(shù)構(gòu)想早在70年代就己提出，但直到90年代APF技術(shù)才進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用，其中一個(gè)重要原因就在于APF的實(shí)際成本價(jià)格太高。因此在選擇應(yīng)用APF時(shí)必須考慮其成本價(jià)格。就當(dāng)前技術(shù)水平而言，采用小額定值妙F結(jié)合無(wú)源濾波器的混合型電力有源濾波器是一種切實(shí)可行的方案。當(dāng)然隨著開關(guān)器件和DSP芯片價(jià)格的下降，串并聯(lián)電力有源濾波器也是很有發(fā)展前途的[21]。電力有源濾波器的研究與應(yīng)用，國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)落后于國(guó)外，投入運(yùn)行的數(shù)量也為數(shù)不多。但隨著我國(guó)對(duì)電網(wǎng)諧波污染治理日益重視，“綠色電力電子”的呼聲愈來(lái)愈高，電力有源濾波器必然會(huì)得到廣泛地推廣應(yīng)用。

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(5)有源電力濾波器的特點(diǎn)[22]

基于電力電子技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的有源電力濾波器是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波，補(bǔ)償無(wú)功的新型電力電子裝置，它能對(duì)大小和頻率及變化的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，其應(yīng)用可克服L-C濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn)，其特點(diǎn)如下：

(1)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可對(duì)頻率和大小都變化的諧波以及變化的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)補(bǔ)償對(duì)象的變化有極快的響應(yīng)。

(2)可同時(shí)對(duì)諧波和無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，且補(bǔ)償無(wú)功功率的大小可做到連續(xù)調(diào)節(jié)。

(3)補(bǔ)償無(wú)功功率時(shí)不需貯能元件，補(bǔ)償諧波時(shí)所需貯能元件容量也不大。

(4)即使補(bǔ)償對(duì)象的負(fù)載電流過大，有源電力濾波器也不會(huì)發(fā)生過載，并能正常發(fā)揮補(bǔ)償作用。

(5)受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不容易和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振。

(6)能跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，故補(bǔ)償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響。(7)既可對(duì)某一諧波和無(wú)功源單獨(dú)補(bǔ)償，也可對(duì)多個(gè)諧波和無(wú)功源集中補(bǔ)償。

4.3 電網(wǎng)諧波治理的模型

4.3.1 電網(wǎng)線路的結(jié)構(gòu)圖

線路圖如圖4-7所示：

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圖4-7電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)圖

該線路有1家中頻爐煉鋼廠，有1家化工廠，會(huì)產(chǎn)生電壓、電流諧波畸變。大量中頻爐、電弧爐的使用產(chǎn)生了大量的諧波電流，它們流入電網(wǎng)后，造成了電壓正弦波形畸變。諧波使供電線路產(chǎn)生了附加損耗。諧波引起公用電網(wǎng)局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行造成嚴(yán)重危害。

4.3.2 系統(tǒng)模型的建立

4-8電網(wǎng)系統(tǒng)模型

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4.3.3 采用無(wú)源濾波器的模型

圖4-9 加入無(wú)源濾波器后的電網(wǎng)模型

4.3.4 在無(wú)源補(bǔ)償器的基礎(chǔ)上加上了有源補(bǔ)償器

圖4-10 混合濾波器的電網(wǎng)模型

經(jīng)過matlab仿真，這三種方案都是可行的。

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結(jié) 論

諧波對(duì)電力系統(tǒng)和用電設(shè)備產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害及影響，而小波變換為電力系統(tǒng)諧波信號(hào)分析提供了有力的分析工具。本文在探討了小波變換的基本原理之后，就如何應(yīng)用小波工具箱對(duì)系統(tǒng)的諧波信號(hào)進(jìn)行了分析。主要內(nèi)容如下：

本設(shè)計(jì)在探討了小波變換的基本原理之后，就如何應(yīng)用小波工具箱對(duì)系統(tǒng)的諧波信號(hào)進(jìn)行了分析。主要內(nèi)容如下：

首先，采用小波變換進(jìn)行諧波檢測(cè)的方法進(jìn)行了系統(tǒng)仿真，通過仿真驗(yàn)證了小波分析具有時(shí)域和頻域的雙重分辨率，能夠較好的解決傅立葉分析所不能解決的問題。

其次，在諧波分析中，采用小波分析算法，不僅能正確的得到各次諧波，而且對(duì)用傅立葉分析沒法解決的有關(guān)信號(hào)的暫態(tài)分量的提取，暫態(tài)分量時(shí)間的定位，電壓、電流波形的間斷、突起、凹陷和瞬態(tài)分量的檢測(cè)都具有較好的效果。

最后MATLAB仿真的結(jié)果驗(yàn)證了本文的分析方法的正確性和有效性。基本達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

本分析構(gòu)建的各種諧波信號(hào)模型進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明：(1)當(dāng)信號(hào)僅含有穩(wěn)定諧波成分時(shí)，小波分析和傅里葉分析的效果是一樣的，小波分析的結(jié)果更直觀，可以直接從圖形上看出來(lái)，而傅里葉分析的優(yōu)點(diǎn)是可以比較準(zhǔn)確的反映信號(hào)的頻域特征，所得的幅值和相位往往比較準(zhǔn)確，而從小波分析的圖形上不容易觀察得到準(zhǔn)確的幅值和相位的信息。并且小波變換每次需要根據(jù)所含諧波的最高次數(shù)才確定分解的層數(shù)，運(yùn)算量較大，且存在同一尺度下包含幾次諧波成分的情況。如果此信號(hào)模型中含有的諧波分量進(jìn)一步的增多，則使用小波變換將變得非常麻煩和困難。

(2)對(duì)含白噪聲的信號(hào)的分析，小波分解后所得基波信號(hào)與原始信號(hào)符合得比較好。

(3)對(duì)含第二類間斷點(diǎn)的信號(hào)，信號(hào)模型四的信號(hào)不滿足狄利赫里條件(信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換的條件)，所以傅里葉變換在此種情況下并不適合。

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小波分析很好的檢測(cè)到了信號(hào)的基波及諧波的幅值、相位、發(fā)生時(shí)刻，對(duì)于信號(hào)的間斷點(diǎn)也檢測(cè)了出來(lái)。由小波分析與FFT的分析結(jié)果對(duì)比可以看出，對(duì)于信號(hào)中含有間斷點(diǎn)的情況，只能使用小波分析。

(4)對(duì)直接搭建的電力系統(tǒng)仿真模型的信號(hào)，小波分解后所得的基波信號(hào)與原始信號(hào)符合的比較好。

從上面各種信號(hào)模型的波形仿真及其分析中我們可以得出如下結(jié)淪：小波分析具有時(shí)域和頻域的雙重分辨率，能夠很好的解決傅里葉分析所不能解決的問題，在電網(wǎng)諧波分析中，采用小波分析算法，我們不僅能正確的得到各次諧波，而且對(duì)用傅里葉分析沒法解決的有關(guān)信號(hào)的暫態(tài)分量的提取，暫態(tài)分量開始時(shí)間的定位，電壓、電流波形的間斷、突起、凹陷和瞬態(tài)分量的檢測(cè)都具有很好的效果。同時(shí)小波變換對(duì)于穩(wěn)態(tài)的諧波分析問題來(lái)說，沒有傅里葉變換分析高效和直觀，且對(duì)于不同小波基的選擇可以得到的結(jié)果亦不一樣，從運(yùn)算量上來(lái)講也遠(yuǎn)遠(yuǎn)比加窗傅里葉分析要多的多。

根據(jù)電網(wǎng)中的諧波情況和仿真分析的需要，本文構(gòu)建了若干類信號(hào)模型。實(shí)際電網(wǎng)中由于既存在線性負(fù)荷也存在非線性的負(fù)荷，所以實(shí)際情況下電網(wǎng)中的諧波既包含穩(wěn)定的基波的各次諧波分量也包含一些非穩(wěn)定的瞬態(tài)變化的諧波，各種電網(wǎng)噪聲干擾等。

通過對(duì)諧波理論、諧波治理和補(bǔ)償方法的研究，該條線路的諧波治理，本文提出了三種可行性方案:方案一，加無(wú)源濾波器;方案二，加有源濾波器;方案三，既加無(wú)源又加有源的混合濾波器。可以用MATLAB對(duì)三種方案進(jìn)行仿真研究，分析每種方案的治理效果。通過電網(wǎng)諧波抑制的模型建立，根據(jù)具體情況采取以上方案治理后電網(wǎng)質(zhì)量會(huì)有很大改進(jìn)。針對(duì)不同類別的諧波源采用多種諧波治理模式是行之有效的，這對(duì)其它地區(qū)的諧波治理也有一定的參考價(jià)值。

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謝 辭

本篇論文的順利結(jié)稿匯聚了多方的關(guān)懷與支持，在此特向給予我無(wú)限關(guān)愛的師長(zhǎng)、學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、以及同學(xué)好友表示我最真摯的謝意!首先我要感謝常曉穎老師!她治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，具有高度的責(zé)任感和忘我的工作作風(fēng)。她給予我的是全方位的指導(dǎo)與鼓勵(lì)，在學(xué)習(xí)上要求我嚴(yán)謹(jǐn)、腳踏實(shí)地、勇于向上，而在實(shí)際生活中卻又像慈母給予我溫暖的關(guān)懷。其博大的人格魅力感染著我，成為我不斷前進(jìn)的動(dòng)力，讓我受益終身。在此，向尊師表示由衷的感謝!其次我要感謝我的小組成員給我的極大幫助，使我的論文能有一個(gè)很大的進(jìn)步，設(shè)計(jì)的內(nèi)容更符合要求，更具體實(shí)用。

最后我要感謝我的家人，感謝他們支持我的工作和學(xué)習(xí)!

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外文資料翻譯

Wavelet transform is aimed at the limitation of the Fourier transform and form and the development of a time-scale(time-frequency)analysis method is developed in recent years to a new mathematical tools.Fourier transform from the information signal in frequency domain is the average in the time domain, can not give local time frequency domain information, which do not have local time, and wavelet transform is different with Fourier transform characteristics:(1)the adaptive distinguish analysis sex;(2)wavelet transform according to the band and not by frequency point the way to handle the frequency domain letter worry, the signal frequency to deal with slight fluctuations will not have a great influence, and does not require the signal, the whole cycle sampling;(3)can track the time variance and transient signal.Wavelet transform in the time domain and frequency domain and has good local, and because of the high frequency band gradually fine time-frequency step length, can focus to the analysis of the object information details, so wavelet transform to signal some very sensitive, can be used to smooth the transient signal tracking of the harmonic detection, accurate positioning transient and time-varying signal, this also is at present wavelet transform in power of the most successful of harmonic detection application.Wavelet transform first by the French earth physicists Mallat in the early '1980 s on the analysis of the geophysical signal put forward.1987 years Mallat ably in the field of computer vision multi-resolution analysis into the idea of the wavelet function constructing and signal wavelet decomposition and reconstruction, obtained the discrete wavelet transform-Mallat algorithm fast algorithm.It appears to the wavelet transform to the engineering application.And the wavelet theory in power system is the first study in 1993.In 1994, Ribeiro PF proposed first wavelet transform is analysis of electric power system harmonic distortion nonstationary new tools.Wavelet transform has the characteristics of multiresolution analysis, and

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in time and frequency domain has the ability of denoting local signal characteristics, is a window size can be changed, time window and frequency window can change time-frequency localization analysis method.That is in the low frequency part of high frequency resolution and low time resolution, in the high frequency part has high time resolution and low frequency resolution, is suitable for stationary signal, also suitable for non-stationary signal analysis.Using discrete wavelet transform can will signal decomposition to all scales(band).The history of active power filter: Active Power Filter(Active Power Filter, abbreviation for APF)is also a kind of Power electronic devices, it is a kind of dynamic suppress harmonic and compensation reactive Power electronic device, it can change the size of frequency and the harmonic and reactive Power compensation, can make up for the shortcomings of passive Filter, get better than passive Filter the compensation characteristic, it is a kind of ideal compensation harmonic device.The development of the active power filter can be traced back to the earliest at the end of the 1960 s.1969 years B.M.B ird and J.F.M arsh in a paper published, described through to exchange network into three harmonic current and reduce the power of the harmonic current, so as to improve the source current waveform new method.This article appears in the active power filter, though without a word, but its description of the methods of active power filter is the basic thought of the bud.In 1971, H.S asaki and T.M achida in a paper published for the first time, the active power completely describe the basic principle of the filter, but because at that time is using linear amplification method to create the compensation current, the loss is big, high cost, and only in the laboratory research, not in the industry application.In 1976, L.G yu , proposes using PWM control converter consisting of active power filter, and established the active power filter concept, establish

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the active power filter the basic topological structure of the main circuit and control methods.In principle, it is a kind of ideal PWM converter is the compensation current circuit happened, but it was the development of the power electronics level is not high, all-controlling device less power, low frequency, thus active power filter is limited to experiment.In the 80s, along with the power electronic tepower chnology and PWM control technology development, the research of active filter gradually get active, is the electric power electronic technology of research in the field of one of the hotspots.This period is a major breakthrough in 1983 red wood such as Thai people put forward the three-phase circuit is instantaneous reactive power theory, the basis of the theory of harmonic and reactive current detection method in the active power filter been successfully used, greatly promoted the development of the active power filter.At present, the three-phase circuit is instantaneous reactive power theory of active power filter is considered to be one of the main theoretical basis.44

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翻譯: 小波變換是針對(duì)傅立葉變換的局限性而形成和發(fā)展的一種時(shí)間—尺度（時(shí)間—頻率）分析方法，是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一個(gè)嶄新的數(shù)學(xué)工具。傅立葉變換所得到的頻域信息是信號(hào)在整個(gè)時(shí)域的平均，從而無(wú)法給出局部時(shí)間的頻域信息,即不具有時(shí)間局部性，而小波變換具有不同于傅立葉變換的特點(diǎn)：(1)自適應(yīng)分辨分析性；(2)小波變換按頻帶而不是按頻點(diǎn)方式處理頻域信急，信號(hào)頻率的微小波動(dòng)不會(huì)對(duì)處理產(chǎn)生很大影響，且不要求對(duì)信號(hào)進(jìn)行整周期采樣；(3)可跟蹤時(shí)變和暫態(tài)信號(hào)。小波變換在時(shí)域和頻域同時(shí)具有良好的局部性，而且由于高頻段采用逐漸精細(xì)的時(shí)頻步長(zhǎng)，可以聚焦到分析對(duì)象的信息細(xì)節(jié)，因此小波變換對(duì)信號(hào)點(diǎn)非常敏感，可以用來(lái)對(duì)非平穩(wěn)的暫態(tài)信號(hào)的諧波進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，準(zhǔn)確的定位暫態(tài)與時(shí)變信號(hào)，這也是目前小波變換在電力諧波檢測(cè)方面最成功的應(yīng)用。

小波變換首先由法國(guó)地球物理學(xué)家Mallat于20世紀(jì)80年代初在分析地球物理信號(hào)時(shí)提出。1987 年 Mallat 巧妙地將計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的多分辨分析的思想引入到小波函數(shù)的構(gòu)造及信號(hào)的小波分解與重構(gòu)，得到了離散小波變換的快速算法——Mallat 算法。它的出現(xiàn)促使小波變換走向工程應(yīng)用。而小波理論引入電力系統(tǒng)的研究最早是在 1993 年。1994 年，Ribeiro PF 首先提出小波變換是分析電力系統(tǒng)非平穩(wěn)諧波畸變的新工具。

小波變換具有多分辨率分析的特點(diǎn)，而且在時(shí)頻兩域都具有表征信號(hào)局部特征的能力，是一種窗口大小可改變，時(shí)間窗和頻率窗都可以改變的時(shí)頻局部化分析方法。即在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時(shí)間分辨率，在高頻部分具有較高的時(shí)間分辨率和較低的頻率分辨率，既適合于平穩(wěn)信號(hào)，也適合于分析非平穩(wěn)信號(hào)。利用離散小波變換可以將信號(hào)分解到各個(gè)尺度（頻帶）上。

有源電力濾波器的發(fā)展史：

有源電力濾波器(Active Power Filter，縮寫為APF)也是一種電力電子裝置，它是一種動(dòng)態(tài)抑制諧波和補(bǔ)償無(wú)功的電力電子裝置，它能對(duì)頻率和大小都變化的諧波和無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，可以彌補(bǔ)無(wú)源濾波器的缺點(diǎn)，獲得比無(wú)源濾波器更好的補(bǔ)償特性，是一種理想的補(bǔ)償諧波裝置。

有源電力濾波器的發(fā)展最早可以追溯到上世紀(jì)60年代末。1969年

洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

B.M.Bird和J.F.Marsh發(fā)表的論文中，描述了通過向交流電網(wǎng)注入三次諧波電流和減少電源電流中的諧波成分，從而改善電源電流波形的新方法。該文中雖未出現(xiàn)有源電力濾波器一詞，但其描述的方法是有源電力濾波器基本思想的萌芽。

1971年，H.Sasaki和T.Machida發(fā)表的論文中，首次完整地描述了有源電力濾波器的基本原理，但由于當(dāng)時(shí)是采用線性放大的方法產(chǎn)生補(bǔ)償電流，其損耗大，成本高，因而僅在實(shí)驗(yàn)室中研究，未能在工業(yè)中應(yīng)用。

1976年，L.Gyu等人提出了采用PWM控制變流器構(gòu)成的有源電力濾波器，確立了有源電力濾波器(”F)的概念，確立了有源電力濾波器主電路的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法。從原理上看，PWM變流器是一種理想的補(bǔ)償電流發(fā)生電路，但是由于當(dāng)時(shí)電力電子的發(fā)展水平還不高，全控型器件功率少，頻率低，因而有源電力濾波器僅限于實(shí)驗(yàn)研究。

進(jìn)入80年代，隨著電力電子技術(shù)以及PWM控制技術(shù)的發(fā)展，對(duì)有源電力濾波器的研究逐漸活躍起來(lái)，是電力電子技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。這一時(shí)期的一個(gè)重大突破是1983年赤木泰文等人提出了三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論，以該理論為基礎(chǔ)的諧波和無(wú)功電流檢測(cè)方法在有源電力濾波器中得到了成功的應(yīng)用，極大地促進(jìn)了有源電力濾波器的發(fā)展。目前，三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論被認(rèn)為是有源電力濾波器的主要理論基礎(chǔ)之一。

第二篇：網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析與應(yīng)對(duì)措施研究-小論文

網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析與應(yīng)對(duì)措施研究

（作者姓名：XXX，XXX）

（作者單位：XXXXXXX）

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)已經(jīng)步入信息時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)已經(jīng)深入社會(huì)發(fā)展各個(gè)領(lǐng)域。由于網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的重要性和開放性，使得網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，例如：系統(tǒng)脆弱性、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議漏洞、人為破壞等。如果利用存在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行惡意破外，往往會(huì)造成較為嚴(yán)重的破壞和信息泄露。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中常見的風(fēng)險(xiǎn)問題，對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，提出了風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施，為進(jìn)一步研究通信網(wǎng)絡(luò)抗風(fēng)險(xiǎn)能力提供基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：通信系統(tǒng)，風(fēng)險(xiǎn)分析，應(yīng)對(duì)措施 中文分類號(hào)：TPXXX 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：X [作者簡(jiǎn)介]：作者姓名(出生年-)，性別，民族，籍貫，職稱，最高學(xué)歷。主要研究方向：×××。

[基金項(xiàng)目]：

Risk Analysis and Strategy Research of Communication

System Abstract：with the continuous development of computer technology and network communication technology，modern society has entered the information age，the network communication system has gone deep into every field of social development.Due to the importance of network communication system and open，so the network communication system，there is a big risk，for example：the system vulnerability and network communication protocol vulnerabilities，vandalism.If the use of the existence of the risk of malicious broken，often caused serious damage and leakage of information.Aiming at the risk problem in network communication system common，to assess the risks in network communication system，put forward the risk response measures，which provides the basis for further study on the anti-risk ability of communication network.Key Words：Communication system，risk analysis，Strategy research 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息化進(jìn)程的推進(jìn)和深入，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的各行各業(yè)中被廣泛應(yīng)用，也標(biāo)志著現(xiàn)代社會(huì)完全進(jìn)入和信息時(shí)代。在日常生活中，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)變得越來(lái)越重要，但是由于網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的開放性和不完備性再加上網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)組件本身存在的脆弱性和設(shè)計(jì)上的缺陷等客觀因素，所以不可避免的存在一些風(fēng)險(xiǎn)，例如硬件運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、軟件漏洞、人為破壞等，與此同時(shí)，一些惡意破壞、非法訪問、用戶操作不當(dāng)?shù)榷紩?huì)造成信息泄露、系統(tǒng)破壞等，會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)產(chǎn)生較大的安全威脅。本文通過對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行詳細(xì)分析和研究，提出有針對(duì)性的防護(hù)措施和整改措施，用以防范安全威脅或者能夠在風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)將風(fēng)險(xiǎn)損失控制在可接受水平，從而最大限度的保證網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的安全性和健壯性。

本文主要分為五部分，第一部分為緒論，主要對(duì)全文主要內(nèi)容進(jìn)行總體論述；第二部分為網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析，主要論述分析現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中存在的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，主要分為組件風(fēng)險(xiǎn)、物理風(fēng)險(xiǎn)、系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)、操作風(fēng)險(xiǎn)、外部風(fēng)險(xiǎn)等；第三部分為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊設(shè)計(jì)，主要包含四部分內(nèi)容，分別是系統(tǒng)初始化模塊、數(shù)據(jù)輸入模塊、系統(tǒng)評(píng)估模塊、結(jié)果顯示模塊；第五部分為結(jié)論，主要對(duì)全文內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)分析。2 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析

網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與計(jì)算技術(shù)相結(jié)合的新型通信技術(shù)，主要用于滿足數(shù)據(jù)傳輸與通信的需求。網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)能夠?qū)⒉煌瑪?shù)據(jù)、終端連接起來(lái)形成一個(gè)共享數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)來(lái)說，潛在的危險(xiǎn)是普遍存在的，主要原因是網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的開放性和不完備性，以及網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)組件本身存在的脆弱性和設(shè)計(jì)上的缺陷等客觀因素。網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)組件的脆弱性是風(fēng)險(xiǎn)的直接來(lái)源；與此同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的運(yùn)行中，攻擊和非法操作也是普遍存在，管理不規(guī)范也會(huì)造成較為嚴(yán)重的損失。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的普及，一旦此類風(fēng)險(xiǎn)變成災(zāi)害和威脅發(fā)生，對(duì)社會(huì)和國(guó)家都會(huì)造成較為嚴(yán)重的損失，產(chǎn)生不良影響。

基本風(fēng)險(xiǎn)分類如下：

網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)組件風(fēng)險(xiǎn)物理風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)操作風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范缺失外部風(fēng)險(xiǎn)硬件軟件自然災(zāi)害系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境軟件設(shè)計(jì)缺陷病毒員工誤操作外部攻擊信息外泄

圖 1 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)分類示意圖

（1）組件風(fēng)險(xiǎn)

硬件風(fēng)險(xiǎn)：硬件組件的安全隱患多來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要表現(xiàn)在物理安全方面的問題，由于是固有硬件原因，采用軟件程序處理方法的效果不大，應(yīng)在管理上強(qiáng)化人工采取彌補(bǔ)措施。因此，在選購(gòu)硬件和自制硬件時(shí)，應(yīng)盡可能的消除或有效減少這類安全隱患的發(fā)生率。

軟件組件：軟件組件的安全隱患主要來(lái)源于軟件工程和設(shè)計(jì)中的問題，在對(duì)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，不慎的疏忽可能導(dǎo)致安全漏洞的產(chǎn)生，設(shè)計(jì)時(shí)軟件過大過長(zhǎng)或是不必要的功能，都可能導(dǎo)致軟件組件的安全脆弱性，軟件設(shè)計(jì)不按照網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)安全等級(jí)要求操作設(shè)計(jì)時(shí)，導(dǎo)致軟件的安全等級(jí)不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。軟件組件可分為應(yīng)用平臺(tái)軟件、操作平臺(tái)軟件和應(yīng)用業(yè)務(wù)軟件三種，這三類軟件的組件體系是以層次結(jié)構(gòu)構(gòu)成。應(yīng)用平臺(tái)軟件劃分處于中間層次，運(yùn)行的支持和管理應(yīng)用業(yè)務(wù)的軟件是在操作平臺(tái)支撐下運(yùn)行。

（2）物理風(fēng)險(xiǎn)：雷擊、地震和臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)難；同時(shí)，還有一些溫度的原因，例如高低溫、多雨等原因?qū)е碌臏囟群蜐穸犬惓?，供電系統(tǒng)故障。還表現(xiàn)在線路上，線路原因會(huì)導(dǎo)致通信線路損壞和傳輸質(zhì)量下降。存儲(chǔ)介質(zhì)在使用時(shí)，過長(zhǎng)或質(zhì)量不合格等因素導(dǎo)致不可用；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)備在使用時(shí)間過長(zhǎng)或質(zhì)量問題的情況下也會(huì)導(dǎo)致硬件故障；有時(shí)候攻擊者利用非法手段進(jìn)入機(jī)房?jī)?nèi)部盜竊、破壞，攻擊者利用工具捕捉電磁泄漏的信號(hào)，導(dǎo)致信息泄露等。

（3）系統(tǒng)威脅與風(fēng)險(xiǎn)。由于系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件過度使用內(nèi)存、設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或運(yùn)行中斷、攻擊者利用各種工具獲取身份鑒別數(shù)據(jù)，并對(duì)鑒別數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和解剖，獲得鑒別信息，未授權(quán)訪問網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)，或非法使用應(yīng)用軟件、文件和數(shù)據(jù)等。

（4）操作風(fēng)險(xiǎn)：由于內(nèi)部員工誤操作或者管理規(guī)范缺失等因素會(huì)造成系統(tǒng)存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。

（5）外部風(fēng)險(xiǎn)，主要包括外部攻擊、信息泄露等。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)不合理、內(nèi)部人員未授 權(quán)接入外部網(wǎng)絡(luò)、設(shè)施、通信線路等因素使得攻擊者利用網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散病毒、內(nèi)部人員下載、拷貝軟件或文件，打開可疑郵件時(shí)引入病毒、授權(quán)用戶對(duì)系統(tǒng)錯(cuò)誤配置或更改、攻擊者利用通過惡意代碼或木馬程序，對(duì)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)或應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行攻擊等。3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中存在潛在的風(fēng)險(xiǎn)，存在造成損失和影響的隱患。由于風(fēng)險(xiǎn)可以按照不同的標(biāo)準(zhǔn)和等級(jí)進(jìn)行評(píng)估，所以可以通過不同標(biāo)準(zhǔn)之間的相互搭配，可以從不同的角度和范圍對(duì)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)設(shè)計(jì)思路，本文初步設(shè)計(jì)了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)模型。主要分為4部分：系統(tǒng)初始化模塊、數(shù)據(jù)輸入模塊、系統(tǒng)評(píng)估模塊、結(jié)果顯示模塊。基本設(shè)計(jì)思路如下：

系統(tǒng)初始化模塊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入模塊圖 2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

系統(tǒng)評(píng)估模塊結(jié)果顯示模塊 各個(gè)子模塊的功能簡(jiǎn)述如下。

（1）系統(tǒng)初始化模塊：測(cè)試網(wǎng)絡(luò)開始之前設(shè)定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、流量類型、服務(wù)種類以及各種威脅和漏洞等基本參數(shù)；根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，從網(wǎng)絡(luò)脆性指標(biāo)集中選擇合適的評(píng)估指標(biāo)參與本次評(píng)估。通過分析各相關(guān)因素之間的關(guān)聯(lián)程度，從網(wǎng)絡(luò)的所有脆性指標(biāo)中選取對(duì)本次評(píng)估影響顯著的指標(biāo)集，有效避免了人工因素的干預(yù)；設(shè)置各評(píng)價(jià)指標(biāo)所占權(quán)重，可以人工設(shè)置，可以通過建立評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)判矩陣，本系統(tǒng)采用層次分析法逐層計(jì)算得出。

（2）數(shù)據(jù)輸入子模塊：從測(cè)試網(wǎng)絡(luò)采集各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)信息的抽取可以通過客戶訪談、工具掃描、滲透測(cè)試、文檔信息挖掘等多種方法。脆性事件的影響因素包括事件脆弱點(diǎn)和硬件缺陷、系統(tǒng)軟件漏洞、應(yīng)用軟件漏洞、協(xié)議漏洞、管理漏洞等。

（3）綜合評(píng)估子模塊：根據(jù)得到的各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)數(shù)據(jù)以及崩潰系數(shù)空間，計(jì)算系統(tǒng)的信息脆性風(fēng)險(xiǎn)熵，反映系統(tǒng)的脆性風(fēng)險(xiǎn)的總體預(yù)測(cè)和把握的能力。最后根據(jù)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的脆性度情況，可以得出網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)崩潰的程度。

（4）結(jié)果輸出子模塊：以表格、圖形和文檔的形式輸出評(píng)估分析結(jié)果。4 應(yīng)對(duì)措施分析

按照層層防護(hù)的思想，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)由具有相同或不同等級(jí)的子系統(tǒng)構(gòu)成，各子系統(tǒng)均需要實(shí)現(xiàn)安全域內(nèi)部安全、安全域邊界安全及安全域互聯(lián)安全。不同的安全等級(jí)要求具有不同的基本安全保護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)基本安全保護(hù)能力將通過選用合適的安全措施或安全控制來(lái)保證。

（1）物理防護(hù)措施。機(jī)房和辦公場(chǎng)所物理位置要遠(yuǎn)離人造和自然災(zāi)害多發(fā)的地方；機(jī)房出入設(shè)置門禁系統(tǒng)；配備機(jī)房專用空調(diào)和UPS設(shè)備等。

（2）邊界防護(hù)措施。部署防病毒網(wǎng)關(guān)、防拒絕服務(wù)攻擊、防火墻、防垃圾郵件、非法外聯(lián)監(jiān)控、VPN等邊界防御專用設(shè)備。

（3）監(jiān)控檢測(cè)措施。部署防間諜、網(wǎng)站防篡改、網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)、主機(jī)入侵檢測(cè)、安全審計(jì)等專用系統(tǒng)。

（4）應(yīng)急恢復(fù)系統(tǒng)。利用備份管理軟件對(duì)各種開放平臺(tái)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)在線備份。（5）安全管理機(jī)構(gòu)。設(shè)立信息安全管理工作的職能部門，設(shè)立安全主管人、安全管理各個(gè)方面的負(fù)責(zé)人，定義各負(fù)責(zé)人的職責(zé)；制定文件明確安全管理機(jī)構(gòu)各個(gè)部門和崗位的職責(zé)、分工和技能要求。

（6）安全管理制度。制定信息安全工作的總體方針、政策性文件和安全策略等，說明機(jī)構(gòu)安全工作的總體目標(biāo)、范圍、方針、原則、責(zé)任等；對(duì)安全管理活動(dòng)中的各類管理內(nèi)容建立安全管理制度，以規(guī)范安全管理活動(dòng)，約束人員的行為方式；對(duì)要求管理人員或操作人員執(zhí)行的日常管理操作，建立操作規(guī)程，以規(guī)范操作行為，防止操作失誤。

（7）人員安全管理。簽署保密協(xié)議；對(duì)從事關(guān)鍵崗位的人員應(yīng)簽署崗位安全協(xié)議；關(guān)鍵崗位的人員調(diào)離應(yīng)按照機(jī)要人員的有關(guān)管理辦法進(jìn)行。制定安全教育和培訓(xùn)計(jì)劃，對(duì)信息安全基礎(chǔ)知識(shí)、崗位操作規(guī)程等進(jìn)行培訓(xùn)。

（8）系統(tǒng)管理。明確系統(tǒng)定級(jí)與備案，確保使用國(guó)家規(guī)定的安全產(chǎn)品；軟件開發(fā)環(huán)境與實(shí)際運(yùn)行環(huán)境物理分開。結(jié)論

在日常生活中，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)變得越來(lái)越重要，但是由于網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的開放性和不完備性再加上網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)組件本身存在的脆弱性和設(shè)計(jì)上的缺陷等客觀因素，所以不可避免的存在一些風(fēng)險(xiǎn)。本文通過對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行詳細(xì)分析和研究，提出有針對(duì)性的防護(hù)措施和整改措施，用以防范安全威脅或者能夠在風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)將風(fēng)險(xiǎn)損失控制在可接受水平，從而最大限度的保證網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的安全性和健壯性。

[參考文獻(xiàn)] [1]金毅，達(dá)慶歷，徐南榮.朱進(jìn)度模糊決策模型及其算法[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，5(2):30-36.[2]孟廣均，沈英，王慶利等.信息系統(tǒng)資源管理導(dǎo)論[J].北京科學(xué)出版社，2013，7-8.[3]鐘義信，戴宗坤，羅峰.信息科學(xué)管理[J].北京郵電大學(xué)出版社，2013，24-24.[4]GB 17895-1999，計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)安全保護(hù)等級(jí)劃分準(zhǔn)則[J].北京中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013,25-30.[5]WEI Qi，JIN Hongzhang，JI Ming．The research on brittle catastropheof complex giant system［C］,IEEE，2002，3：1400-1425．

[6]肖龍，戴宗坤，楊煒．基于VPRS 的信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析［J］．計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2005，25(7)：1595－1597．

第三篇：《RTO系統(tǒng)安全事故分析與對(duì)應(yīng)措施》

RTO系統(tǒng)安全事故分析與對(duì)應(yīng)措施

RTO系統(tǒng)在VOC治理領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，但爆炸事故頻發(fā)。因缺乏公開的事故調(diào)查報(bào)告，同類事故時(shí)有發(fā)生，令人心痛。

1、事故概況

安徽某制藥廠于2019年6月15日17：00臨時(shí)停產(chǎn)，停產(chǎn)后RTO系統(tǒng)按規(guī)程停機(jī)。該廠于次日8：00投料復(fù)產(chǎn)，RTO系統(tǒng)同時(shí)開機(jī)并升溫，此時(shí)旁通閥開啟、廢氣導(dǎo)入閥關(guān)閉，廢氣經(jīng)RTO系統(tǒng)旁路凈化系統(tǒng)處理達(dá)標(biāo)后高空排放；RTO爐經(jīng)吹掃并加熱至800℃后，旁通閥關(guān)閉，廢氣導(dǎo)入閥開啟，廢氣進(jìn)入RTO爐，系統(tǒng)壓力、溫度等一切正常。廢氣導(dǎo)入2h后（11：00）RTO系統(tǒng)發(fā)生爆炸，爆炸聲前后兩次，間隔時(shí)間較短，一處位于RTO爐及相鄰風(fēng)機(jī)，另一處位于系統(tǒng)前端廢氣收集管道。事故導(dǎo)致RTO爐右側(cè)蓄熱室鋼結(jié)構(gòu)、保溫棉、蓄熱陶瓷和RTO爐近端的引風(fēng)機(jī)、風(fēng)管嚴(yán)重?fù)p壞，較遠(yuǎn)端風(fēng)管脫落，并引燃周邊干燥物，無(wú)人員傷亡。

2、事故原因分析

VOCs作為可燃物，能夠與氧氣在一定的濃度范圍（爆炸濃度的上、下限之間和爆炸上限以上）形成預(yù)混氣，遇到點(diǎn)火源（明火、電火花、靜電火花、高熱物等）會(huì)發(fā)生爆炸或燃燒，并釋放大量的熱和氣體。

根據(jù)爆炸三要素：可燃物、助燃物和點(diǎn)火源進(jìn)行排查分析。

2.1可燃物

該制藥廠進(jìn)入RTO系統(tǒng)的廢氣主要來(lái)源于生產(chǎn)車間、罐區(qū)、污水站、固廢倉(cāng)庫(kù)、原料倉(cāng)庫(kù)以及風(fēng)管（積液長(zhǎng)期未排，積液揮發(fā)）等，廢氣主要成分為甲醇、乙醇和甲苯等，這些VOCs均為可燃性氣體（可燃物）。

由于RTO系統(tǒng)運(yùn)行1.5h后才發(fā)生安全事故，風(fēng)管內(nèi)應(yīng)無(wú)淤積廢氣；罐區(qū)廢氣采用集氣罩方式收集，事發(fā)前無(wú)裝卸料過程，不能形成達(dá)到爆炸極限的預(yù)混氣；污水站、固廢倉(cāng)庫(kù)、原料倉(cāng)庫(kù)等區(qū)域VOCs揮發(fā)量很小，事發(fā)前無(wú)大宗化學(xué)品或危廢泄漏，也不具備形成達(dá)到爆炸極限的預(yù)混氣。

事故后排查車間生產(chǎn)裝置時(shí)發(fā)現(xiàn)，某蒸餾釜有殘存甲醇，該釜蒸汽閥未完全關(guān)閉，使該釜一直處于被加熱狀態(tài)。因此，該次事故達(dá)到爆炸極限的可燃物主要來(lái)源于甲醇蒸餾釜。

2.2

助燃物

RTO系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)助燃風(fēng)機(jī)會(huì)向氧化室鼓入大量空氣（氧氣），但RTO爐氧化室事故后仍完好無(wú)損，說明氧化室未發(fā)生爆炸，助燃物非來(lái)自助燃風(fēng)機(jī)；而各生產(chǎn)車間、罐區(qū)等采用集氣罩收集的廢氣，以及污水站、固廢倉(cāng)庫(kù)、原料倉(cāng)庫(kù)的通風(fēng)換氣，這些廢氣中混有大量的空氣（氧氣），為該起事故提供了助燃物。

2.3點(diǎn)火源

（1）明火：當(dāng)進(jìn)入RTO爐內(nèi)的廢氣氧化放熱不足以維持氧化室的設(shè)定溫度時(shí)，位于氧化室內(nèi)的燃燒器會(huì)自動(dòng)補(bǔ)入天然氣并點(diǎn)火升溫。事故后打開爐體發(fā)現(xiàn)RTO氧化室完好無(wú)損，并未發(fā)生爆炸，可排除明火為該起事故的點(diǎn)火源。

（2）電火花：位于氧化室內(nèi)的燃燒器采用了電火花點(diǎn)火器，但氧化室未發(fā)生爆炸，也排除了電火花因素。

（3）靜電火花：該廠廢氣輸送管道及風(fēng)機(jī)均未采用可導(dǎo)靜電材質(zhì)，廢氣高速流通與管壁摩擦及風(fēng)機(jī)葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)極易形成靜電且靜電無(wú)法導(dǎo)出，但廢氣輸送管道和風(fēng)機(jī)位于RTO爐前端，達(dá)到爆炸極限的預(yù)混氣遇到靜電后即可發(fā)生爆炸，而遠(yuǎn)端管道在事故中僅是脫落，損壞程度低；且風(fēng)機(jī)爆炸后不會(huì)將預(yù)混氣輸送至RTO爐內(nèi)。因此，可排除靜電火花因素，同時(shí)說明風(fēng)機(jī)和管道不是第一起爆點(diǎn)。

（4）高熱物：高熱物的溫度高于可爆成分的起燃點(diǎn)時(shí)可引起爆炸，RTO爐高熱物主要為氧化室內(nèi)表面和蓄熱陶瓷。其中氧化室未發(fā)生爆炸，可排除氧化室高溫表面為本次事故的點(diǎn)火源；事故后打開爐體發(fā)現(xiàn)，RTO右側(cè)蓄熱室鋼結(jié)構(gòu)坍塌、蓄熱陶瓷破碎、保溫棉脫落，而另外兩個(gè)蓄熱室完好。由此可知，RTO爐右側(cè)蓄熱室為第一起爆點(diǎn)，其高溫蓄熱陶瓷為爆炸事故提供了點(diǎn)火源。

2.4

事故經(jīng)過還原

2019年6月15日，該制藥廠停產(chǎn)時(shí)某工人工作疏忽忘記關(guān)閉生產(chǎn)車間甲醇蒸餾釜蒸汽閥，且放料不徹底；次日8：00復(fù)產(chǎn)時(shí)某工人未對(duì)崗位裝置進(jìn)行全面檢查，在廠區(qū)蒸汽總閥開啟后，殘存釜內(nèi)的甲醇逐漸升溫并沸騰，大量甲醇蒸汽涌入風(fēng)管后形成達(dá)到爆炸極限的預(yù)混氣；RTO系統(tǒng)未安裝實(shí)時(shí)廢氣濃度檢測(cè)儀，廢氣導(dǎo)入閥無(wú)法連鎖關(guān)閉，預(yù)混氣進(jìn)入RTO爐內(nèi)，在流經(jīng)RTO爐右側(cè)蓄熱室過程中升溫至起燃點(diǎn)后發(fā)生爆炸，致使RTO爐右側(cè)蓄熱室鋼結(jié)構(gòu)、蓄熱陶瓷和保溫棉嚴(yán)重?fù)p害；由于RTO系統(tǒng)未安裝阻火器，爆燃的廢氣回火至RTO爐前端的風(fēng)機(jī)和風(fēng)管，并導(dǎo)致風(fēng)機(jī)爆炸、風(fēng)管脫落；脫落的風(fēng)管內(nèi)仍存在燃燒的廢氣，進(jìn)而引燃周邊的干燥物。

防范措施

3.1源頭消減

（1）減量：強(qiáng)化車間預(yù)處理，如將常溫循環(huán)水改為冷凍鹽水，提高冷凝效率；增加吸收類循環(huán)液的更換頻次，并設(shè)置自動(dòng)加藥、排污控制，提高吸收效率等，以減少進(jìn)入RTO系統(tǒng)中VOCs的總量，從而降低廢氣達(dá)到爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）降濃：儲(chǔ)罐呼吸氣、冷凝器不凝氣等濃度較高，直接接入風(fēng)管極易形成達(dá)到爆炸極限范圍的預(yù)混氣，可通過計(jì)算一定溫度時(shí)某成分飽和蒸氣壓下的濃度，并將其稀釋至爆炸下限（LEL）的25%設(shè)計(jì)風(fēng)量；設(shè)置緩沖罐并補(bǔ)充新風(fēng)，確保進(jìn)入RTO系統(tǒng)的廢氣濃度低于其25%LEL。

3.2過程預(yù)防

（1）導(dǎo)靜電：風(fēng)管、風(fēng)機(jī)等廢氣輸送設(shè)備設(shè)施在不腐蝕情況下盡量選擇刷有石墨涂層的玻璃鋼、碳鋼或不銹鋼材質(zhì)，并跨接、接地；同時(shí)避免直角彎頭及彎頭處尖角，防止廢氣輸送過程中因摩擦起靜電而無(wú)法導(dǎo)出。

（2）排積液：廢氣常因洗滌塔除霧效果不佳或冷卻作用而在風(fēng)管中形成積液，積液中含有VOCs并不斷揮發(fā)至廢氣中，存在濃度升高現(xiàn)象，須定期排出。

（3）測(cè)濃度：在RTO系統(tǒng)前一定距離設(shè)置在線（實(shí)時(shí)）濃度檢測(cè)儀，并與RTO系統(tǒng)廢氣導(dǎo)入閥、應(yīng)急排空閥連鎖控制，距離根據(jù)檢測(cè)儀響應(yīng)時(shí)間確定，當(dāng)廢氣濃度超過25%LEL時(shí)，廢氣導(dǎo)入閥關(guān)閉，應(yīng)急排空閥開啟，防止高濃廢氣進(jìn)入RTO系統(tǒng)。

（4）泄爆：風(fēng)管每隔一定間距設(shè)置泄爆閥，泄爆閥壓力低于風(fēng)管承受應(yīng)力；RTO系統(tǒng)前置洗滌塔在保證有效使用情況下選用低強(qiáng)度材質(zhì)制作，以便爆炸發(fā)生時(shí)及時(shí)泄壓，減少爆炸損失。

3.3末端把控

（1）雙旁通設(shè)計(jì)：對(duì)RTO系統(tǒng)設(shè)置冷旁通、熱旁通，其中冷旁通與濃度檢測(cè)儀、廢氣導(dǎo)入閥、應(yīng)急排空閥連鎖，當(dāng)濃度超過25%LEL時(shí)，廢氣導(dǎo)入閥關(guān)閉，廢氣無(wú)法進(jìn)入RTO系統(tǒng)；應(yīng)急排空閥開啟，廢氣經(jīng)冷旁通處理達(dá)標(biāo)后排放。熱旁通與新風(fēng)閥、溫度儀、壓力計(jì)連鎖，當(dāng)RTO爐內(nèi)溫度、壓力異常時(shí)，新風(fēng)閥開啟，稀釋濃度降溫降壓，熱旁通閥開啟，部分高溫廢氣直接從氧化室排出，經(jīng)混合器降溫冷卻后排至煙囪，確保RTO系統(tǒng)安全連續(xù)運(yùn)行。

（2）雙流場(chǎng)模擬：RTO爐設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)廢氣進(jìn)行氣流場(chǎng)和熱流場(chǎng)模擬，其中氣流場(chǎng)模擬確保RTO爐內(nèi)無(wú)死角，廢氣能夠均勻流暢通過，避免局部湍流或濃度過高；熱流場(chǎng)模擬確定陶瓷裝填量，選擇適宜熱回收效率，避免RTO爐蓄熱室冷端溫度過高，減少安全隱患。

（3）阻火：在RTO爐前端和生產(chǎn)車間后端風(fēng)管設(shè)置阻火器、水封等，防止RTO爐或風(fēng)管爆炸回火至前端或車間，減少事故損失。

（4）監(jiān)控：將RTO系統(tǒng)與生產(chǎn)、風(fēng)管壓力計(jì)、中級(jí)風(fēng)機(jī)、濃度檢測(cè)儀等連鎖控制，并納入生產(chǎn)管理監(jiān)控，避免生產(chǎn)與環(huán)保脫節(jié)。

（5)

安裝在線監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)置電控系統(tǒng)操作間。RTO

爐凈化處理系統(tǒng)是一項(xiàng)人機(jī)高度結(jié)合的設(shè)備，雖然其自動(dòng)化程度較高，但必須安排專人進(jìn)行維護(hù)與管理，如RTO

爐在發(fā)生爆炸前有機(jī)物濃度常會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速升高。此時(shí)系統(tǒng)若有人值守則可提前發(fā)出預(yù)警并采取必要的措施，避免事故的發(fā)生；同時(shí)對(duì)RTO各系統(tǒng)尾氣安裝TVOC

濃度在線監(jiān)控系統(tǒng)，為企業(yè)管理提供必要的數(shù)據(jù)支撐。

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END

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第四篇：我國(guó)休閑漁業(yè)之可行性分析與存在問題及解決措施

青島農(nóng)業(yè)大學(xué)

本 科 生 選 修 課 論 文

論 文 題 目 我國(guó)休閑漁業(yè)之可行性分析與存在問題及解決措施

學(xué)生專業(yè)班級(jí)財(cái)務(wù)管理2009級(jí)1班

學(xué)生姓名（學(xué)號(hào)）20098005孫晨

指 導(dǎo) 教 師趙玉明

完 成 時(shí) 間2010-10-18

我國(guó)休閑漁業(yè)之可行性分析與存在問題及解決措施

休閑漁業(yè)，在發(fā)達(dá)國(guó)家早已形成了一種產(chǎn)業(yè)，但在我國(guó)還是新興產(chǎn)業(yè)。它在一些經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的沿海國(guó)家和地區(qū)迅速崛起，并隨著時(shí)代的發(fā)展，從休閑、娛樂、健身逐漸發(fā)展到旅游、觀光、餐飲等行業(yè)與漁業(yè)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了漁業(yè)第一產(chǎn)業(yè)與第三產(chǎn)業(yè)的結(jié)合。它既充實(shí)漁業(yè)的內(nèi)容、擴(kuò)大漁業(yè)發(fā)展空間，又能為漁民、漁業(yè)創(chuàng)造更大的社會(huì)、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。

休閑漁業(yè)的概念

休閑漁業(yè)(LeisureFishing)一詞20世紀(jì)80年代首先出現(xiàn)在中國(guó)臺(tái)灣，而后在中國(guó)大陸得到了普遍認(rèn)可，現(xiàn)已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)各地漁業(yè)旅游發(fā)展的代名詞。它是指人們勞逸結(jié)合的漁業(yè)活動(dòng)方式。

我國(guó)的休閑漁業(yè)資源狀況

我國(guó)是一個(gè)陸地大國(guó)。內(nèi)陸水域面積約17.6萬(wàn)km2(相當(dāng)1760萬(wàn)hm2)，占國(guó)土面積(不含海洋)的1.8%。其中主要江、河總面積占內(nèi)陸水域總面積39%；湖泊總面積占內(nèi)陸水域總面積42.2%；全國(guó)建成的水庫(kù)8.5萬(wàn)多座．總面積200.5萬(wàn)hm2。自然分布的淡水魚類有700多種，其中常見重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的魚類有50多種。遼闊的水面及豐富的魚類(其中有許多適于垂釣的肉食性名貴魚類，如鱸、鱖、鱧、鯰等)，尤其是許多江河、湖泊、水庫(kù)地處風(fēng)景秀麗的旅游區(qū)為發(fā)展內(nèi)陸休閑漁業(yè)提供了便利條件。

我國(guó)又是一個(gè)海洋大國(guó)。擁有300萬(wàn)km2的管轄海域，大陸岸線1.8萬(wàn)多km。島嶼6500多個(gè)，其中距離陸緣18.5km以內(nèi)的近岸無(wú)人小島數(shù)以千計(jì)，島嶼岸線長(zhǎng)達(dá)1.4萬(wàn)多km；大陸和島嶼岸線蜿蜒曲折，形成了許多優(yōu)良港灣，為魚類繁殖、生長(zhǎng)提供優(yōu)良場(chǎng)所。島嶼自※然環(huán)境條件優(yōu)越，海流暢通，無(wú)污染．是建造人工漁礁和發(fā)展栽培漁業(yè)、養(yǎng)護(hù)漁業(yè)資源、發(fā)展海水養(yǎng)殖業(yè)的最佳海域，更適于發(fā)展休閑漁業(yè)。海洋生物具有多樣性,其中魚類1690多種，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的有150多種,我國(guó)地處北溫帶和亞熱帶,適于休閑旅游的季節(jié)較長(zhǎng)，尤其是東南沿海適合海上休閑娛樂漁釣時(shí)期長(zhǎng)達(dá)8～9個(gè)月。同時(shí)我國(guó)有“雙休日”和“旅游黃金周”，這些都為發(fā)展休閑漁業(yè)提供了驅(qū)動(dòng)力。

發(fā)展休閑漁業(yè)的重要意義

休閑漁業(yè)的興起和發(fā)展是漁業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和實(shí)現(xiàn)漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，對(duì)于發(fā)展?jié)O村經(jīng)濟(jì)，創(chuàng)造安定團(tuán)結(jié)的漁區(qū)環(huán)境具有非常重要的意義。

1)有利于漁業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整

當(dāng)前海洋漁業(yè)資源日益衰退，我國(guó)的漁業(yè)作業(yè)水域范圍受到了很大的限制，漁業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整勢(shì)在必行，而發(fā)展休閑漁業(yè)是漁業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的有效思路。休閑漁業(yè)起步容易，見效快，它能帶動(dòng)其它相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，增加就業(yè)機(jī)會(huì)，還能促進(jìn)城鄉(xiāng)交流及對(duì)外開放。

2)有利于對(duì)資源的充分利用

我國(guó)有眾多風(fēng)景秀麗的江河湖庫(kù)，黃金海岸，隨著近年來(lái)旅游市場(chǎng)的不斷發(fā)展，旅游消費(fèi)不斷提高，沿岸沿海的漁村、漁區(qū)已經(jīng)成為一些城鎮(zhèn)居民向往的旅游和休閑之地。這些傳統(tǒng)的海水、淡水捕撈漁業(yè)生產(chǎn)基地，多座落于依山臨水的江河湖海之濱，大多數(shù)仍然保留著原始的自然風(fēng)光和漁村文化，最有條件發(fā)展旅游業(yè)，有計(jì)劃的選擇有條件的沿海漁區(qū)、海島發(fā)展休閑漁業(yè)，將有利于促進(jìn)沿海地區(qū)的對(duì)外開放，有利于就地消化吸收日益多余的捕撈漁業(yè)勞動(dòng)力，繁榮漁區(qū)經(jīng)濟(jì)，增加漁民收入，改善漁村環(huán)境。

3)有利于其他各行業(yè)的發(fā)展

休閑漁業(yè)通過對(duì)漁業(yè)資源、環(huán)境資源和人力資源的優(yōu)化配置和合理利用，把現(xiàn)代漁業(yè)和休閑、旅游、觀光和海洋知識(shí)的傳授有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的相互結(jié)合和轉(zhuǎn)移，從而創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。休閑漁業(yè)的發(fā)展必將帶動(dòng)其他諸如交通、通訊、旅游等各個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

4)有利于提高人民的生活質(zhì)量

休閑漁業(yè)可以豐富旅游活動(dòng)的內(nèi)容，以旖旎的自然風(fēng)光，生動(dòng)的人文景觀，良好的休憩環(huán)境而有益于人的身心健康，亦能提高人民的文化素養(yǎng)。參加垂釣活動(dòng)可以使城市生活繃緊的神經(jīng)得到放松，鍛煉人們的耐力和毅力，陶冶人們的情操，增強(qiáng)身體素質(zhì)。

制約我國(guó)休閑漁業(yè)發(fā)展的因素

1)漁區(qū)自然資源優(yōu)勢(shì)問題

不同地區(qū)的資源稟賦是經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的基礎(chǔ)。每個(gè)地區(qū)發(fā)展?jié)O業(yè)的資源稟賦都不盡相同。具體而言，地理位置(沿海和內(nèi)陸)，水體特點(diǎn)等各方面都存在一定的甚至是極大的差異，從而導(dǎo)致了不同地區(qū)比較優(yōu)勢(shì)的差異。在大力發(fā)展休閑漁業(yè)的今天，不同地區(qū)應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，分析當(dāng)?shù)匕l(fā)展休閑漁業(yè)的可行性，不可盲目發(fā)展，應(yīng)堅(jiān)持以保護(hù)漁業(yè)生態(tài)環(huán)境，發(fā)展?jié)O業(yè)生產(chǎn)力，優(yōu)化漁區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，繁榮漁區(qū)經(jīng)濟(jì)為指導(dǎo)，發(fā)揮各地人文自然資源優(yōu)勢(shì)，努力建設(shè)適應(yīng)不同層次，不同需求，不同規(guī)模，不同類型的休閑漁業(yè)基地。

2)資金短缺，投入不足

資金短缺問題一直是阻礙沿岸沿海漁區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大重要因素。休閑漁業(yè)的發(fā)展需要大量的資金支持。資金不足是制約高標(biāo)準(zhǔn)、高品質(zhì)項(xiàng)目建設(shè)的關(guān)鍵問題。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)漁業(yè)投入資金較少，漁區(qū)、漁港基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。在當(dāng)前轉(zhuǎn)產(chǎn)轉(zhuǎn)業(yè)的政策背景下，資金問題更為突出，資金不足，缺口較大現(xiàn)象更加嚴(yán)重。

3)勞動(dòng)者素質(zhì)問題

勞動(dòng)者因素是休閑漁業(yè)發(fā)展中人的因素，是影響其發(fā)展的一個(gè)不可忽視的方面。目前，從事休閑漁業(yè)的勞動(dòng)者多是一些專業(yè)漁民，他們從傳統(tǒng)的捕撈業(yè)轉(zhuǎn)移而來(lái)，接受文化教育程度偏低，缺乏一定的知識(shí)和技能。休閑漁業(yè)的發(fā)展需要有大批具有一定知識(shí)和技術(shù)的專業(yè)人員，這樣可以給游客一定的指導(dǎo)。目前在這一方面尚未有明確的規(guī)定，嚴(yán)重影響了休閑漁業(yè)的質(zhì)量水平。

4)思想觀念保守，缺乏創(chuàng)新意識(shí)

這是目前水利休閑漁業(yè)行業(yè)中存在的一個(gè)較為嚴(yán)重的問題。在純漁村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的地區(qū)，從事漁業(yè)的生產(chǎn)者多是世代相傳的漁民。讓他們從生產(chǎn)性的捕撈業(yè)轉(zhuǎn)入到休閑性漁業(yè)，在一定時(shí)期內(nèi)還將存在一定的難度。對(duì)自身的天然資源優(yōu)勢(shì)看不到其潛在的經(jīng)濟(jì)效益，不能很好地把握時(shí)機(jī)，思想不夠解放，缺乏與時(shí)俱進(jìn)、大膽改革創(chuàng)新的精神。

我國(guó)休閑漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展策略

休閑漁業(yè)的興起給漁區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了新的增長(zhǎng)點(diǎn)，為當(dāng)前漁業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。但是，以上情況表明，目前休閑漁業(yè)的發(fā)展之路仍然是艱難的，休閑漁業(yè)的深入發(fā)展需要付出更多艱辛的努力。在發(fā)展休閑漁業(yè)的過程中，要不斷完善市場(chǎng)管理機(jī)制，形成行之有效的法律、法規(guī)，提高執(zhí)業(yè)人員的素質(zhì)水平：以市場(chǎng)為導(dǎo)向，以提高漁業(yè)經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行質(zhì)量和增加漁民收入為目的，加強(qiáng)漁業(yè)管

理，改善漁業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，統(tǒng)籌規(guī)劃，合理布局，使休閑漁業(yè)健康持續(xù)的發(fā)展。針對(duì)以上思路，在發(fā)展休閑漁業(yè)的過程中，要著重加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的管理：

1)發(fā)揮當(dāng)?shù)刭Y源優(yōu)勢(shì)，突出特色，形成品牌

水利休閑漁業(yè)的發(fā)展必須充分利用當(dāng)?shù)氐馁Y源優(yōu)勢(shì)，突出特色。在經(jīng)營(yíng)上打破單一生產(chǎn)、單一垂釣的簡(jiǎn)單模式，打破行業(yè)、部門和地域界限，沖破傳統(tǒng)、陳舊的體系，集中人力、財(cái)力、物力創(chuàng)建品牌。如在城市周邊的水利旅游風(fēng)景區(qū)利用現(xiàn)有水面資源建成游覽、垂釣、休閑、餐飲、住宿、療養(yǎng)為一體的休閑景區(qū)；在離城市較遠(yuǎn)的水庫(kù)庫(kù)區(qū)，開展網(wǎng)箱垂釣、駕船、劃艇、漁家樂等項(xiàng)目。通過幾個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)、高品位項(xiàng)目的帶動(dòng)，使休閑漁業(yè)向著規(guī)范化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。選擇漁業(yè)和旅游業(yè)相結(jié)合的最佳切入點(diǎn)，按長(zhǎng)、中、短期規(guī)劃設(shè)計(jì)上檔次、上規(guī)模的項(xiàng)目，形成幾個(gè)集養(yǎng)殖、觀賞、垂釣、餐飲、旅游、住宿、療養(yǎng)為一體的大型休閑娛樂場(chǎng)所。

2)加強(qiáng)政府支持力度，增加漁業(yè)資金投入

在宏觀經(jīng)濟(jì)政策和微觀經(jīng)濟(jì)政策方面，政府要將漁業(yè)部門的建議置于國(guó)家整個(gè)經(jīng)濟(jì)中去考慮，作好財(cái)政和金融保險(xiǎn)等方面的工作。第一，建立漁區(qū)的轉(zhuǎn)移支付制度。目前已經(jīng)有相當(dāng)數(shù)量的專業(yè)漁民轉(zhuǎn)移到休閑漁業(yè)行業(yè)，但是為此他們需要大量的資金以從事新的工作，憑借已有的積蓄是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，建立轉(zhuǎn)移支付制度就是要對(duì)純漁村漁區(qū)的財(cái)政轉(zhuǎn)移支付，建立鼓勵(lì)發(fā)展休閑漁業(yè)的發(fā)展基金、專項(xiàng)基金、補(bǔ)助基金等，這些都將有利于漁民開展休閑漁業(yè)活動(dòng)。第二，擴(kuò)大漁區(qū)的公共工程支出項(xiàng)目。目前有條件的漁區(qū)已經(jīng)從事休閑漁業(yè)，但都感覺到基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足，建設(shè)過程中資金短缺，所以，應(yīng)該增加漁港及輔助設(shè)施建設(shè)基金，海區(qū)漁區(qū)通訊設(shè)施建設(shè)基金，使?jié)O區(qū)休閑漁業(yè)發(fā)展過程中的安全性以及把握市場(chǎng)信息和市場(chǎng)機(jī)會(huì)的能力增大。第三，實(shí)行漁業(yè)稅費(fèi)調(diào)整和漁民減負(fù)政策的落實(shí)。漁民在從事漁業(yè)活動(dòng)的過程中，漁船工作、養(yǎng)護(hù)以及其他各項(xiàng)管理的費(fèi)用都非常巨大，漁民負(fù)擔(dān)過大，這也不利于漁民休閑漁業(yè)的開展。所以，應(yīng)該盡快落實(shí)有關(guān)漁民減負(fù)的政策，堅(jiān)決禁止向漁民的各種亂收費(fèi)，亂罰款，亂攤派，以有利于休閑漁業(yè)的順利開展。第四，加強(qiáng)金融政策保險(xiǎn)方面的工作力度。近年來(lái)漁村經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢，負(fù)債經(jīng)營(yíng)的漁民很多，導(dǎo)致銀行對(duì)漁民商業(yè)信貸支持不足的現(xiàn)象增多，同時(shí)，由于農(nóng)村合作基金會(huì)的整頓與關(guān)停，融資環(huán)境更加惡劣，應(yīng)該加強(qiáng)信

貸支持力度，制定相關(guān)政策，促進(jìn)和規(guī)范漁村的融資環(huán)境，進(jìn)一步協(xié)調(diào)好漁區(qū)的商業(yè)保險(xiǎn)和互助保險(xiǎn)，為休閑漁業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造一個(gè)良好的金融環(huán)境。

3)提高漁業(yè)勞動(dòng)者素質(zhì)，加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)

休閑漁業(yè)是一項(xiàng)新興的產(chǎn)業(yè)，也是一種新的旅游資源，同其他任何產(chǎn)業(yè)一樣，休閑漁業(yè)需要具有一定知識(shí)技能的、較高水平的工作人員，然而，現(xiàn)有的從事休閑漁業(yè)的工作人員的狀況決定了這一新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r。在執(zhí)業(yè)的人員中，多是世代相傳的專業(yè)漁民，且老齡化程度較高，其現(xiàn)有知識(shí)水平是不能滿足休閑漁業(yè)的發(fā)展要求。因此，對(duì)休閑漁業(yè)從業(yè)人員要進(jìn)行漁業(yè)知識(shí)、法律常識(shí)、衛(wèi)生知識(shí)、旅游知識(shí)、安全防范意識(shí)的宣傳教育和培訓(xùn)，使從業(yè)人員具有良好的素質(zhì)。休閑漁業(yè)起步較晚，它的作用和意義還沒有真正得到社會(huì)上廣泛的認(rèn)可，要充分利用廣播、電視、報(bào)紙、雜志等宣傳媒體，加大宣傳力度，使大家對(duì)休閑漁業(yè)有更多的了解。積極參加此項(xiàng)有益活動(dòng)。要推進(jìn)休閑漁業(yè)的發(fā)展，保證休閑漁業(yè)的質(zhì)量，就要加強(qiáng)宣傳教育，進(jìn)行人力資本投資，加大其技能培訓(xùn)，提高休閑漁業(yè)的安全性，提供給游客更好的服務(wù)和指導(dǎo)。

4)解放思想，銳意創(chuàng)新

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，分散的小規(guī)模經(jīng)營(yíng)方式越來(lái)越顯露出不足。休閑漁業(yè)必須形成規(guī)?；a(chǎn)和組織化經(jīng)營(yíng)就必須在更大范圍內(nèi)對(duì)生產(chǎn)要素進(jìn)行優(yōu)化配置、組合，實(shí)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以現(xiàn)有的天然資源優(yōu)勢(shì)為載體，大力發(fā)展招商引資。在新模式上，可借鑒觀光農(nóng)業(yè)的方法，在觀光漁場(chǎng)中可有計(jì)劃地進(jìn)行安排，既有一般的生產(chǎn)養(yǎng)殖種類，也有一些特殊的養(yǎng)殖種類及一些觀賞魚類，栽培一些水生植物，如蓮藕、菱角、茭白等，讓人們既可觀賞，又可以垂釣、買魚，也可提供一些設(shè)施，讓大家品嘗或者自己動(dòng)手烹調(diào)可口的佳肴，在休閑的過程中體會(huì)多種樂趣，增加更多的自然科學(xué)知識(shí)。

總之，休閑漁業(yè)有著巨大的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。發(fā)展這項(xiàng)新產(chǎn)業(yè)，有利于解決我國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中出現(xiàn)的一系列問題；有利于培育漁業(yè)特色主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，帶動(dòng)全行業(yè)的發(fā)展；有利于進(jìn)一步深化漁業(yè)和漁區(qū)改革，推進(jìn)漁業(yè)經(jīng)濟(jì)制度的創(chuàng)新和市場(chǎng)多元化、全方位的開發(fā)。通過大力發(fā)展休閑漁業(yè)，必將增強(qiáng)我國(guó)漁業(yè)實(shí)力，提高經(jīng)濟(jì)活力，增加漁民財(cái)力，使之成為培植我國(guó)漁業(yè)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)點(diǎn)。我國(guó)休閑漁業(yè)的未來(lái)不是夢(mèng)！

第五篇：工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告之實(shí)驗(yàn)分析與討論（小編推薦）

工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告之分析與討論

實(shí)驗(yàn)一 流體靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)分析與討論

1.同一靜止液體內(nèi)的測(cè)管水頭線是根什么線？

測(cè)壓管水頭指，即靜水力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀顯示的測(cè)管液面至基準(zhǔn)面的垂直高度。測(cè)壓管水頭線指測(cè)壓管液面的連線。實(shí)驗(yàn)直接觀察可知，同一靜止液面的測(cè)壓管水頭線是一根水平線。2.當(dāng)PB<0時(shí)，試根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，確定水箱內(nèi)的真空區(qū)域。，相應(yīng)容器的真空區(qū)域包括以下三部分：

(1)過測(cè)壓管2液面作一水平面，由等壓面原理知，相對(duì)測(cè)壓管2及水箱內(nèi)的水體而言，該水平面為等壓面，均為大氣壓強(qiáng)，故該平面以上由密封的水、氣所占的空間區(qū)域，均為真空區(qū)域。

(2)同理，過箱頂小水杯的液面作一水平面，測(cè)壓管4中，該平面以上的水體亦為真空區(qū)域。

(3)在測(cè)壓管5中，自水面向下深度某一段水柱亦為真空區(qū)。這段高度與測(cè)壓管2液面低于水箱液面的高度相等，亦與測(cè)壓管4液面高于小水杯液面高度相等。3.若再備一根直尺，試采用另外最簡(jiǎn)便的方法測(cè)定γ0。

最簡(jiǎn)單的方法，是用直尺分別測(cè)量水箱內(nèi)通大氣情況下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0，由式，從而求得γ0。

4.如測(cè)壓管太細(xì)，對(duì)測(cè)壓管液面的讀數(shù)將有何影響？

設(shè)被測(cè)液體為水，測(cè)壓管太細(xì)，測(cè)壓管液面因毛細(xì)現(xiàn)象而升高，造成測(cè)量誤差，毛細(xì)高度由下式計(jì)算

式中，為表面張力系數(shù)；為液體的容量；d為測(cè)壓管的內(nèi)徑；h為毛細(xì)升高。常溫(t=20℃)的水，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。水與玻璃的浸潤(rùn)角很小，可認(rèn)為cosθ=1.0。于是有

(h、d單 位 為mm)一般來(lái)說，當(dāng)玻璃測(cè)壓管的內(nèi)徑大于10mm時(shí)，毛細(xì)影響可略而不計(jì)。另外，當(dāng)水質(zhì)不潔時(shí)，減小，毛細(xì)高度亦較凈水小；當(dāng)采用有機(jī)玻璃作測(cè)壓管時(shí)，浸潤(rùn)角較大，其h較普通玻璃管小。

如果用同一根測(cè)壓管測(cè)量液體相對(duì)壓差值，則毛細(xì)現(xiàn)象無(wú)任何影響。因?yàn)闇y(cè)量高、低壓強(qiáng)時(shí)均有毛細(xì)現(xiàn)象，但在計(jì)算壓差時(shí)，互相抵消了。

5.過C點(diǎn)作一水平面，相對(duì)管1、2、5及水箱中液體而言，這個(gè)水平面是不是等壓面？哪一部分液體是同一等壓面？

不全是等壓面，它僅相對(duì)管1、2及水箱中的液體而言，這個(gè)水平面才是等壓面。因?yàn)橹挥腥烤邆湎铝?個(gè)條件的平面才是等壓面：（1）重力液體；（2）靜止；（3）連通；（4）連通介質(zhì)為同一均質(zhì)液體；（5）同一水平面。而管5與水箱之間不符合條件（4），因此，相對(duì)管5和水箱中的液體而言，該水平面不是等壓面。

6.用圖1.1裝置能演示變液位下的恒定流實(shí)驗(yàn)嗎？

關(guān)閉各通氣閥門，開啟底閥，放水片刻，可看到有空氣由c進(jìn)入水箱。這時(shí)閥門的出流就是變液位下的恒定流。因?yàn)橛捎^察可知，測(cè)壓管1的液面始終與c點(diǎn)同高，表明作用于底閥上的總水頭不變，故為恒

定流動(dòng)。這是由于液位的降低與空氣補(bǔ)充使箱體表面真空度的減小處于平衡狀態(tài)。醫(yī)學(xué)上的點(diǎn)滴注射就是此原理應(yīng)用的一例，醫(yī)學(xué)上稱之為馬利奧特容器的變液位下恒定流。

7.該儀器在加氣增壓后，水箱液面將下降而測(cè)壓管液面將升高H，實(shí)驗(yàn)時(shí)，若以P0=0時(shí)的水箱液面作為測(cè)量基準(zhǔn)，試分析加氣增壓后，實(shí)際壓強(qiáng)（H+δ）與視在壓強(qiáng)H的相對(duì)誤差值。本儀器測(cè)壓管內(nèi)徑為0.8cm，箱體內(nèi)徑為20cm。

加壓后，水箱液面比基準(zhǔn)面下降了，而同時(shí)測(cè)壓管1、2的液面各比基準(zhǔn)面升高了H，由水量平衡原理有

則

本實(shí)驗(yàn)儀

d=0.8cm, D=20cm, 故

H=0.0032 于是相對(duì)誤差有

因而可略去不計(jì)。

其實(shí)，對(duì)單根測(cè)壓管的容器若有D/d10或?qū)筛鶞y(cè)壓管的容器D/d7時(shí)，便可使0.01。

實(shí)驗(yàn)二 不可壓縮流體恒定流能量方程（伯諾利方程）實(shí)驗(yàn)

成果分析及討論

1.測(cè)壓管水頭線和總水頭線的變化趨勢(shì)有何不同？為什么？

測(cè)壓管水頭線（P-P）沿程可升可降，線坡JP可正可負(fù)。而總水頭線（E-E）沿程只降不升，線坡J恒為正，即J>0。這是因?yàn)樗诹鲃?dòng)過程中，依據(jù)一定邊界條件，動(dòng)能和勢(shì)能可相互轉(zhuǎn)換。測(cè)點(diǎn)5至測(cè)點(diǎn)7，管收縮，部分勢(shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，測(cè)壓管水頭線降低，Jp>0。測(cè)點(diǎn)7至測(cè)點(diǎn)9，管漸擴(kuò)，部分動(dòng)能又轉(zhuǎn)換成勢(shì)能，測(cè)壓管水頭線升高，JP<0。而據(jù)能量方程E1=E2+hw1-2, hw1-2為損失能量，是不可逆的，即恒有hw1-2>0，故E2恒小于E1，（E-E）線不可能回升。(E-E)線下降的坡度越大，即J越大，表明單位流程上的水頭損失越大，如圖2.3的漸擴(kuò)段和閥門等處，表明有較大的局部水頭損失存在。2.流量增加，測(cè)壓管水頭線有何變化？為什么？ 有 如 下 二 個(gè) 變 化 ：

（1）流量增加，測(cè)壓管水頭線（P-P）總降落趨勢(shì)更顯著。這是因?yàn)闇y(cè)壓管水頭，任一斷面起始時(shí)的總水頭E及管道過流斷面面積A為定值時(shí)，Q增大，就增大，則必減小。而且隨流量的增加阻力損失亦增大，管道任一過水?dāng)嗝嫔系目偹^E相應(yīng)減小，故的減小更加顯著。

（2）測(cè)壓管水頭線（P-P）的起落變化更為顯著。因?yàn)閷?duì)于兩個(gè)不同直徑的相應(yīng)過水?dāng)嗝嬗?/p>

式中為兩個(gè)斷面之間的損失系數(shù)。管中水流為紊流時(shí)，接近于常數(shù)，又管道斷面為定值，故Q增大，H亦增大，（P-P）線的起落變化就更為顯著。

3.測(cè)點(diǎn)2、3和測(cè)點(diǎn)10、11的測(cè)壓管讀數(shù)分別說明了什么問題？

測(cè)點(diǎn)2、3位于均勻流斷面（圖2.2），測(cè)點(diǎn)高差0.7cm，HP=

均為37.1cm（偶有毛細(xì)影響相差0.1mm），表明均勻流同斷面上，其動(dòng)水壓強(qiáng)按靜水壓強(qiáng)規(guī)律分布。測(cè)點(diǎn)10、11在彎管的急變流斷面上，測(cè)壓管水頭差為7.3cm，表明急變流斷面上離心慣性力對(duì)測(cè)壓管水頭影響很大。由于能量方程推導(dǎo)時(shí)的限制條件之一是“質(zhì)量力只有重力”，而在急變流斷面上其質(zhì)量力，除重力外，尚有離心慣性力，故急變流斷面不能選作能量方程的計(jì)算斷面。在繪制總水頭線時(shí)，測(cè)點(diǎn)10、11應(yīng)舍棄。4.試問避免喉管（測(cè)點(diǎn)7）處形成真空有哪幾種技術(shù)措施？分析改變作用水頭（如抬高或降低水箱的水位）對(duì)喉管壓強(qiáng)的影響情況。

下述幾點(diǎn)措施有利于避免喉管（測(cè)點(diǎn)7）處真空的形成：（1）減小流量，（2）增大喉管管徑，（3）降低相應(yīng)管線的安裝高程，（4）改變水箱中的液位高度。

顯然（1）、（2）、（3）都有利于阻止喉管真空的出現(xiàn)，尤其（3）更具有工程實(shí)用意義。因?yàn)槿艄芟德洳畈蛔儯瑔螁谓档凸芫€位置往往就可完全避免真空。例如可在水箱出口接一下垂90彎管，后接水平段，將喉管的高程降至基準(zhǔn)高程0—0，比位能降至零，比壓能p/γ得以增大（Z），從而可能避免點(diǎn)7處的真空。至于措施（4）其增壓效果是有條件的，現(xiàn)分析如下： 當(dāng)作用水頭增大h時(shí)，測(cè)點(diǎn)7斷面上

值可用能量方程求得。

取基準(zhǔn)面及計(jì)算斷面1、2、3，計(jì)算點(diǎn)選在管軸線上（以下水柱單位均為cm）。于是由斷面1、2的能量方程（取a2=a3=1）有

(1)因hw1-2可表示成此處c1.2是管段1-2總水頭損失系數(shù)，式中e、s分別為進(jìn)口和漸縮局部損失系數(shù)。又由連續(xù)性方程有

故式（1）可變?yōu)?/p>

(2)式中可由斷面1、3能量方程求得，即

(3)

由此得

(4)代入式(2)有(Z2+P2/γ)隨h遞增還是遞減，可由(Z2+P2/γ)加以判別。因

(5)若1-[(d3/d2)4+c1.2]/(1+c1.3)>0，則斷面2上的(Z+p/γ)隨h同步遞增。反之，則遞減。文丘里實(shí)驗(yàn)為遞減情況，可供空化管設(shè)計(jì)參考。

在實(shí)驗(yàn)報(bào)告解答中，d3/d2=1.37/1，Z1=50，Z3=-10，而當(dāng)h=0時(shí)，實(shí)驗(yàn)的(Z2+P2/γ)=6，將各值代入式(2)、(3)，可得該管道阻力系數(shù)分別為c1.2=1.5，c1.3=5.37。再將其代入式(5)得

表明本實(shí)驗(yàn)管道喉管的測(cè)壓管水頭隨水箱水位同步升高。但因(Z2+P2/γ)接近于零，故水箱水位的升高對(duì)提高喉管的壓強(qiáng)（減小負(fù)壓）效果不顯著。變水頭實(shí)驗(yàn)可證明該結(jié)論正確。

5.由畢托管測(cè)量顯示的總水頭線與實(shí)測(cè)繪制的總水頭線一般都有差異，試分析其原因。

與畢托管相連通的測(cè)壓管有1、6、8、12、14、16和18管，稱總壓管?？倝汗芤好娴倪B續(xù)即為畢托管測(cè)量顯示的總水頭線，其中包含點(diǎn)流速水頭。而實(shí)際測(cè)繪的總水頭是以實(shí)測(cè)的值加斷面平均流速水頭v2/2g繪制的。據(jù)經(jīng)驗(yàn)資料，對(duì)于園管紊流，只有在離管壁約0.12d的位置，其點(diǎn)流速方能代表該斷面的平均流速。由于本實(shí)驗(yàn)畢托管的探頭通常布設(shè)在管軸附近，其點(diǎn)流速水頭大于斷面平均流速水頭，所以由畢托管測(cè)量顯示的總水頭線，一般比實(shí)際測(cè)繪的總水線偏高。

因此，本實(shí)驗(yàn)由1、6、8、12、14、16和18管所顯示的總水頭線一般僅供定性分析與討論，只有按實(shí)驗(yàn)原理與方法測(cè)繪總水頭線才更準(zhǔn)確。

實(shí)驗(yàn)三 不可壓縮流體恒定流動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)分析與討論

1、實(shí)測(cè)β與公認(rèn)值(β=1.02～1.05)符合與否？如不符合，試分析原因。

實(shí)測(cè)β=1.035與公認(rèn)值符合良好。(如不符合，其最大可能原因之一是翼輪不轉(zhuǎn)所致。為排除此故障，可用4B鉛筆芯涂抹活塞及活塞套表面。)

2、帶翼片的平板在射流作用下獲得力矩，這對(duì)分析射流沖擊無(wú)翼片的平板沿x方向的動(dòng)量力有無(wú)影響？為什么？

無(wú)影響。

因帶翼片的平板垂直于x軸，作用在軸心上的力矩T，是由射流沖擊平板是，沿yz平面通過翼片造成動(dòng)量矩的差所致。即

式中

Q——射流的流量；

Vyz1——入流速度在yz平面上的分速；

Vyz2——出流速度在yz平面上的分速；

α1——入流速度與圓周切線方向的夾角，接近90°；

α2——出流速度與圓周切線方向的夾角；

r1,2——分別為內(nèi)、外圓半徑。

該式表明力矩T恒與x方向垂直，動(dòng)量矩僅與yz平面上的流速分量有關(guān)。也就是說平板上附加翼片后，盡管在射流作用下可獲得力矩，但并不會(huì)產(chǎn)生x方向的附加力，也不會(huì)影響x方向的流速分量。所以x方向的動(dòng)量方程與平板上設(shè)不設(shè)翼片無(wú)關(guān)。

3、通過細(xì)導(dǎo)水管的分流，其出流角度與V2相同，試問對(duì)以上受力分析有無(wú)影響？ 無(wú)影響。

當(dāng)計(jì)及該分流影響時(shí)，動(dòng)量方程為

即

該式表明只要出流角度與V1垂直，則x方向的動(dòng)量方程與設(shè)置導(dǎo)水管與否無(wú)關(guān)。

4、滑動(dòng)摩擦力為什么可以忽略不記？試用實(shí)驗(yàn)來(lái)分析驗(yàn)證的大小，記錄觀察結(jié)果。(提示：平衡時(shí)，向測(cè)壓管內(nèi)加入或取出1mm左右深的水，觀察活塞及液位的變化)

因滑動(dòng)摩擦力<5墸，故可忽略而不計(jì)。

如第三次實(shí)驗(yàn)，此時(shí)hc=19.6cm，當(dāng)向測(cè)壓管內(nèi)注入1mm左右深的水時(shí)，活塞所受的靜壓力增大，約為射流沖擊力的5。假如活動(dòng)摩擦力大于此值，則活塞不會(huì)作軸向移動(dòng)，亦即hc變?yōu)?.7cm左右，并保持不變，然而實(shí)際上，此時(shí)活塞很敏感地作左右移動(dòng)，自動(dòng)調(diào)整測(cè)壓管水位直至hc仍恢復(fù)到19.6cm為止。這表明活塞和活塞套之間的軸向動(dòng)摩擦力幾乎為零，故可不予考慮。

5、V2x若不為零，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)什么影響？試結(jié)合實(shí)驗(yàn)步驟7的結(jié)果予以說明。

按實(shí)驗(yàn)步驟7取下帶翼輪的活塞，使射流直接沖擊到活塞套內(nèi)，便可呈現(xiàn)出回流與x方向的夾角α大于90°(其V2x不為零)的水力現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)測(cè)得135°，作用于活塞套圓心處的水深hc’=29.2cm，管嘴作用水頭H0=29.45cm。而相應(yīng)水流條件下，在取下帶翼輪的活塞前，V2x=0，hc=19.6cm。表明V2x若不為零，對(duì)動(dòng)量立影響甚大。因?yàn)閂2x不為零，則動(dòng)量方程變?yōu)?/p>

(1)就是說hc’隨V2及α遞增。故實(shí)驗(yàn)中hc’> hc。

實(shí)際上，hc’隨V2及α的變化又受總能頭的約束，這是因?yàn)橛赡芰糠匠痰?/p>

(2)而

所以

從式(2)知，能量轉(zhuǎn)換的損失較小時(shí)，實(shí)驗(yàn)四 畢托管測(cè)速實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)分析與討論

1.利用測(cè)壓管測(cè)量點(diǎn)壓強(qiáng)時(shí)，為什么要排氣？怎樣檢驗(yàn)排凈與否？

畢托管、測(cè)壓管及其連通管只有充滿被測(cè)液體，即滿足連續(xù)條件，才有可能測(cè)得真值，否則如果其中夾有氣柱，就會(huì)使測(cè)壓失真，從而造成誤差。誤差值與氣柱高度和其位置有關(guān)。對(duì)于非堵塞性氣泡，雖不產(chǎn)生誤差，但若不排除，實(shí)驗(yàn)過程中很可能變成堵塞性氣柱而影響量測(cè)精度。檢驗(yàn)的方法是畢托管置于靜水中，檢查分別與畢托管全壓孔及靜壓孔相連通的兩根測(cè)壓管液面是否齊平。如果氣體已排凈，不管怎樣抖動(dòng)塑料連通管，兩測(cè)管液面恒齊平。

2.畢托管的動(dòng)壓頭h和管嘴上、下游水位差H之間的大關(guān)系怎樣？為什么？ 由于

且

即

一般畢托管校正系數(shù)c=11‰（與儀器制作精度有關(guān)）。喇叭型進(jìn)口的管嘴出流，其中心點(diǎn)的點(diǎn)流速系數(shù)=0.9961‰。所以Δh<ΔH。

本實(shí)驗(yàn)Δh=21.1cm，ΔH=21.3cm，c=1.000。3.所測(cè)的流速系數(shù)說明了什么？

若管嘴出流的作用水頭為H，流量為Q，管嘴的過水?dāng)嗝娣e為A，相對(duì)管嘴平均流速v，則有

稱作管嘴流速系數(shù)。

若相對(duì)點(diǎn)流速而言，由管嘴出流的某流線的能量方程，可得

式中：為流管在某一流段上的損失系數(shù)；為點(diǎn)流速系數(shù)。

本實(shí)驗(yàn)在管嘴淹沒出流的軸心處測(cè)得=0.995，表明管嘴軸心處的水流由勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的過程中有能量損失，但甚微。

4.據(jù)激光測(cè)速儀檢測(cè)，距孔口2－3cm軸心處，其點(diǎn)流速系數(shù)為0.996，試問本實(shí)驗(yàn)的畢托管精度如何？如何率定畢托管的修正系數(shù)c？

若以激光測(cè)速儀測(cè)得的流速為真值u，則有

而畢托管測(cè)得的該點(diǎn)流速為203.46cm/s，則ε=0.2‰ 欲率定畢托管的修正系數(shù)，則可令

本例：

5.普朗特畢托管的測(cè)速范圍為0.2－2m/s，軸向安裝偏差要求不應(yīng)大于10度，試說明原因。（低流速可用傾斜壓差計(jì)）。

（1）施測(cè)流速過大過小都會(huì)引起較大的實(shí)測(cè)誤差，當(dāng)流速u小于0.2m/s時(shí)，畢托管測(cè)得的壓差Δh亦有

若用30傾斜壓差計(jì)測(cè)量此壓差值，因傾斜壓差計(jì)的讀數(shù)值差Δh為，那么當(dāng)有0.5mm的判讀誤差時(shí)，流速的相對(duì)誤差可達(dá)6%。而當(dāng)流速大于2m/s時(shí)，由于水流流經(jīng)畢托管頭部時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部分離現(xiàn)象，從而使靜壓孔測(cè)得的壓強(qiáng)偏低而造成誤差。

（2）同樣，若畢托管安裝偏差角（α）過大，亦會(huì)引起較大的誤差。因畢托管測(cè)得的流速u是實(shí)際流速u在其軸向的分速ucosα，則相應(yīng)所測(cè)流速誤差為

α若>10，則

6.為什么在光、聲、電技術(shù)高度發(fā)展的今天，仍然常用畢托管這一傳統(tǒng)的流體測(cè)速儀器？

畢托管測(cè)速原理是能量守恒定律，容易理解。而畢托管經(jīng)長(zhǎng)期應(yīng)用，不斷改進(jìn)，已十分完善。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。因而被廣泛應(yīng)用于液、氣流的測(cè)量（其測(cè)量氣體的流速可達(dá)60m/s）。光、聲、電的測(cè)速技術(shù)及其相關(guān)儀器，雖具有瞬時(shí)性，靈敏、精度高以及自動(dòng)化記錄等諸多優(yōu)點(diǎn)，有些優(yōu)點(diǎn)畢托管是無(wú)法達(dá)到的。但往往因其機(jī)構(gòu)復(fù)雜，使用約束條件多及價(jià)格昂貴等因素，從而在應(yīng)用上受到限制。尤其是傳感器與電器在信號(hào)接收與放大處理過程中，有否失真，或者隨使用時(shí)間的長(zhǎng)短，環(huán)境溫度的改變是否飄移等，難以直觀判斷。致使可靠度難以把握，因而所有光、聲、電測(cè)速儀器，包括激光測(cè)速儀都不得不用專門裝置定期率定（有時(shí)是利用畢托管作率定）?？梢哉J(rèn)為至今畢托管測(cè)速仍然是最可信，最經(jīng)濟(jì)可靠而簡(jiǎn)便的測(cè)速方法。

實(shí)驗(yàn)五 雷諾實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)分析與討論

⒈流態(tài)判據(jù)為何采用無(wú)量綱參數(shù)，而不采用臨界流速？

雷諾在1883年以前的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)園管流動(dòng)存在兩種流態(tài)——層流和紊流，并且存在著層流轉(zhuǎn)化為紊流的臨界流速V’，V’與流體的粘性ν及園管的直徑d有關(guān)，即

（1）

因此從廣義上看，V’不能作為流態(tài)轉(zhuǎn)變的判據(jù)。

為了判別流態(tài)，雷諾對(duì)不同管徑、不同粘性液體作了大量的實(shí)驗(yàn)，得出了用無(wú)量綱參數(shù)（vd/ν）作為管流流態(tài)的判據(jù)。他不但深刻揭示了流態(tài)轉(zhuǎn)變的規(guī)律，而且還為后人用無(wú)量綱化的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究樹立了典范。用無(wú)量綱分析的雷列法可得出與雷諾數(shù)結(jié)果相同的無(wú)量綱數(shù)?？梢哉J(rèn)為式（1）的函數(shù)關(guān)系能用指數(shù)的乘積來(lái)表示。即

（2）

其中K為某一無(wú)量綱系數(shù)。式（2）的量綱關(guān)系為

（3）

從量綱和諧原理，得

L：2α1+α2=1 T：-α1=-1

聯(lián)立求解得α1=1，α2=-1 將上述結(jié)果，代入式（2），得

或

雷諾實(shí)驗(yàn)完成了K值的測(cè)定，以及是否為常數(shù)的驗(yàn)證。結(jié)果得到K=2320。于是，無(wú)量綱數(shù)vd/ν便成了適應(yīng)于任何管徑，任何牛頓流體的流態(tài)轉(zhuǎn)變的判據(jù)。由于雷諾的奉獻(xiàn)，vd/ν定命為雷諾數(shù)。

隨著量綱分析理論的完善，利用量綱分析得出無(wú)量綱參數(shù)，研究多個(gè)物理量間的關(guān)系，成了現(xiàn)今實(shí)驗(yàn)研究的重要手段之一。

⒉為何認(rèn)為上臨界雷諾數(shù)無(wú)實(shí)際意義，而采用下臨界雷諾數(shù)作為層流與紊流的判據(jù)？實(shí)測(cè)下臨界雷諾數(shù)為多少？

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，上臨界雷諾數(shù)實(shí)測(cè)值在3000～5000范圍內(nèi)，與操作快慢，水箱的紊動(dòng)度，外界干擾等密切相關(guān)。有關(guān)學(xué)者做了大量實(shí)驗(yàn)，有的得12000，有的得20000，有的甚至得40000。實(shí)際水流中，干擾總是存在的，故上臨界雷諾數(shù)為不定值，無(wú)實(shí)際意義。只有下臨界雷諾數(shù)才可以作為判別流態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。凡水流的雷諾數(shù)小于下臨界雷諾數(shù)者必為層流。一般實(shí)測(cè)下臨界雷諾數(shù)為2100左右。

⒊雷諾實(shí)驗(yàn)得出的圓管流動(dòng)下臨界雷諾數(shù)2320，而目前一般教科書中介紹采用的下臨界雷諾數(shù)是2000，原因何在？

下臨界雷諾數(shù)也并非與干擾絕對(duì)無(wú)關(guān)。雷諾實(shí)驗(yàn)是在環(huán)境的干擾極小，實(shí)驗(yàn)前水箱中的水體經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定情況下，經(jīng)反復(fù)多次細(xì)心量測(cè)才得出的。而后人的大量實(shí)驗(yàn)很難重復(fù)得出雷諾實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確數(shù)值，通常在2000～2300之間。因此，從工程實(shí)用出發(fā)，教科書中介紹的園管下臨界雷諾數(shù)一般是2000。⒋試結(jié)合紊動(dòng)機(jī)理實(shí)驗(yàn)的觀察，分析由層流過渡到紊流的機(jī)理何在？

從紊動(dòng)機(jī)理實(shí)驗(yàn)的觀察可知，異重流（分層流）在剪切流動(dòng)情況下，分界面由于擾動(dòng)引發(fā)細(xì)微波動(dòng)，并隨剪切流速的增大，分界面上的波動(dòng)增大，波峰變尖，以至于間斷面破裂而形成一個(gè)個(gè)小旋渦。使流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生橫向紊動(dòng)。正如在大風(fēng)時(shí)，海面上波浪滔天，水氣混摻的情況一樣，這是高速的空氣和靜止的海水這兩種流體的界面上，因剪切流動(dòng)而引起的界面失穩(wěn)的波動(dòng)現(xiàn)象。由于園管層流的流速按拋物線分布，過流斷面上的流速梯度較大，而且因壁面上的流速恒為零。相同管徑下，如果平均流速越大則梯度越大，即層間的剪切流速越大，于是就容易產(chǎn)生紊動(dòng)。紊動(dòng)機(jī)理實(shí)驗(yàn)所見的波動(dòng)→破裂→旋渦→質(zhì)點(diǎn)紊動(dòng)等一系列現(xiàn)象，便是流態(tài)從層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯倪^程顯示。

⒌分析層流和紊流在運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)特性方面各有何差異？ 層流和紊流在運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)特性方面的差異如下表：

運(yùn)動(dòng)學(xué)特性:

動(dòng)力學(xué)特性:

層流: 1.質(zhì)點(diǎn)有律地作分層流動(dòng)

1.流層間無(wú)質(zhì)量傳輸

2.斷面流速按拋物線分布

2.流層間無(wú)動(dòng)量交換

3.運(yùn)動(dòng)要素?zé)o脈動(dòng)現(xiàn)象

3.單位質(zhì)量的能量損失與流速的一次方成正比

紊流: 1.質(zhì)點(diǎn)互相混摻作無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)

1.流層間有質(zhì)量傳輸

2.斷面流速按指數(shù)規(guī)律分布

2.流層間存在動(dòng)量交換

3.運(yùn)動(dòng)要素發(fā)生不規(guī)則的脈動(dòng)現(xiàn)象

3.單位質(zhì)量的能量損失與流速的（1.75～2）次方成正比

實(shí)驗(yàn)六 文丘里流量計(jì)實(shí)驗(yàn)

521實(shí)驗(yàn)分析與討論

⒈本實(shí)驗(yàn)中，影響文丘里管流量系數(shù)大小的因素有哪些？哪個(gè)因素最敏感？對(duì)d2=0.7cm的管道而言，若因加工精度影響，誤將（d2－0.01）cm值取代上述d2值時(shí)，本實(shí)驗(yàn)在最大流量下的μ值將變?yōu)槎嗌伲?由式

可見本實(shí)驗(yàn)（水為流體）的μ值大小與Q、d1、d2、Δh有關(guān)。其中d1、d2影響最敏感。本實(shí)驗(yàn)中若文氏管d1 =1.4cm，d2=0.71cm，通常在切削加工中d1比d2測(cè)量方便，容易掌握好精度，d2不易測(cè)量準(zhǔn)確，從而不可避免的要引起實(shí)驗(yàn)誤差。例如當(dāng)最大流量時(shí)μ值為0.976，若d2的誤差為－0.01cm，那么μ值將變?yōu)?.006，顯然不合理。

⒉為什么計(jì)算流量Q’與實(shí)際流量Q不相等？

因?yàn)橛?jì)算流量Q’是在不考慮水頭損失情況下，即按理想液體推導(dǎo)的，而實(shí)際流體存在粘性必引起阻力損失，從而減小過流能力，Q

如圖6.4所述，⒋試應(yīng)用量綱分析法，闡明文丘里流量計(jì)的水力特性。

運(yùn)用量綱分析法得到文丘里流量計(jì)的流量表達(dá)式，然后結(jié)合實(shí)驗(yàn)成果，便可進(jìn)一步搞清流量計(jì)的量測(cè)特性。

對(duì)于平置文丘里管，影響ν1的因素有：文氏管進(jìn)口直徑d1，喉徑d2、流體的密度ρ、動(dòng)力粘滯系數(shù)μ及兩個(gè)斷面間的壓強(qiáng)差ΔP。根據(jù)π定理有

從中選取三個(gè)基本量，分別為：

共有6個(gè)物理量，有3個(gè)基本物理量，可得3個(gè)無(wú)量綱π數(shù)，分別為：

根據(jù)量綱和諧原理，π1的量綱式為

分別有

L：1=a1+b1-3c1

T：0=-b1 M：0= c1 聯(lián)解得：a1=1，b1=0，c1=0，則

同理

將各π值代入式（1）得無(wú)量綱方程為

或?qū)懗?/p>

進(jìn)而可得流量表達(dá)式為

（2）

式（2）與不計(jì)損失時(shí)理論推導(dǎo)得到的

（3）

相似。為計(jì)及損失對(duì)過流量的影響，實(shí)際流量在式（3）中引入流量系數(shù)μQ計(jì)算，變?yōu)?/p>

（4）比較（2）、（4）兩式可知，流量系數(shù)μQ與Re一定有關(guān)，又因?yàn)槭剑?）中d2/d1的函數(shù)關(guān)系并不一定代表了式（2）中函數(shù)所應(yīng)有的關(guān)系，故應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)搞清μQ與Re、d2/d1的相關(guān)性。

通過以上分析，明確了對(duì)文丘里流量計(jì)流量系數(shù)的研究途徑，只要搞清它與Re及d2/d1的關(guān)系就行了。由實(shí)驗(yàn)所得在紊流過渡區(qū)的μ（d2/d1為常數(shù)），可知μ因恒有μQ～Re關(guān)系曲線Q隨Re 的增大而增大，<1，故若使實(shí)驗(yàn)的Re增大，μQ將漸趨向于某一小于1 的常數(shù)。

另外，根據(jù)已有的很多實(shí)驗(yàn)資料分析，μQ與d1/d2也有關(guān)，不同的d1/d2值，可以得到不同的μQ～Re關(guān)系曲線，文丘里管通常使d1/d2=2。所以實(shí)用上，對(duì)特定的文丘里管均需實(shí)驗(yàn)率定μQ～Re的關(guān)系，或者查用相同管徑比時(shí)的經(jīng)驗(yàn)曲線。還有實(shí)用上較適宜于被測(cè)管道中的雷諾數(shù)Re>2×105，使μQ值接近于常數(shù)0.98。

流量系數(shù)μQ的上述關(guān)系，也正反映了文丘里流量計(jì)的水力特性。

⒌文氏管喉頸處容易產(chǎn)生真空，允許最大真空度為6～7mH2O。工程中應(yīng)用文氏管時(shí)，應(yīng)檢驗(yàn)其最大真空度是否在允許范圍內(nèi)。據(jù)你的實(shí)驗(yàn)成果，分析本實(shí)驗(yàn)流量計(jì)喉頸最大真空值為多少？

本實(shí)驗(yàn)若d1= 1.4cm，d2= 0.71cm，以管軸線高程為基準(zhǔn)面，以水箱液面和喉道斷面分別為1—1和2—2計(jì)算斷面，立能量方程得

則

> 0

<－52.22cmH2O，而由本實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)為60.5cmH2O。即實(shí)驗(yàn)中最大流量時(shí)，文丘里管喉頸處真空度進(jìn)一步分析可知，若水箱水位高于管軸線4m左右時(shí)，實(shí)驗(yàn)中文丘里喉頸處的真空度可達(dá)7mH2O（參考能量方程實(shí)驗(yàn)解答六—4）。