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2009年5月,在北京召開(kāi)的“2009特高壓輸電技術(shù)國(guó)際會(huì)議”上,國(guó)家電網(wǎng)公司正式了“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”發(fā)展戰(zhàn)略。2009年8月,國(guó)家電網(wǎng)公司啟動(dòng)了智能化規(guī)劃編制、標(biāo)準(zhǔn)體系研究與制定、研究檢測(cè)中心建設(shè)、重大專(zhuān)項(xiàng)研究和試點(diǎn)工程等一系列工作。
在2010年3月召開(kāi)的全國(guó)“兩會(huì)”上,總理在《政府工作報(bào)告》中強(qiáng)調(diào):“大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì),推廣高效節(jié)能技術(shù),積極發(fā)展新能源和可再生能源,加強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)”。這標(biāo)志著智能電網(wǎng)建設(shè)已成為國(guó)家的基本發(fā)展戰(zhàn)略。
3M公司憑借著在通信行業(yè)和電力行業(yè)多年的豐富經(jīng)驗(yàn),積極參與智能電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)的試點(diǎn)及研討,將通信和電力線路上的成熟產(chǎn)品不斷融合,并著力于研發(fā)新的適應(yīng)智能電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)的新產(chǎn)品和新方案。
1 數(shù)字化變電站
隨著變電站的整體數(shù)字化進(jìn)程,越來(lái)越多的變電站實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守,這對(duì)變電站內(nèi)電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控要求也越來(lái)越高,而視頻監(jiān)控已成為變電站建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)配置。由于傳統(tǒng)光纖熔接方式在變電站內(nèi)的使用存在多種限制,而光纖機(jī)械接續(xù)可以很好地解決這些問(wèn)題。首先,位于高處的接續(xù)點(diǎn),不適合攜帶光纖熔接機(jī)設(shè)備進(jìn)行熱熔接續(xù)。其次,光纖熔接機(jī)操作時(shí)需要平整且足夠的放置空間,而高空作業(yè)時(shí)不具備這種環(huán)境。最后,接續(xù)點(diǎn)靠近電力設(shè)備,周?chē)嬖趶?qiáng)磁場(chǎng),熔接機(jī)設(shè)備容易受影響。正是由于這些因素,光纖機(jī)械接續(xù)的操作方便和工具簡(jiǎn)單且輕便等優(yōu)點(diǎn)完全適合在數(shù)字化變電站的場(chǎng)景下使用。
圖1 光纖機(jī)械接續(xù)現(xiàn)場(chǎng)施工
2 配電自動(dòng)化
與輸電線路的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式不同,配電線路分支復(fù)雜,經(jīng)常遷改,節(jié)點(diǎn)繁雜,且同桿多回,因此輸電線路上點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的接續(xù)引下方式無(wú)法適應(yīng)配電線路上的應(yīng)用。以廣東電網(wǎng)為例,從1998年開(kāi)始大規(guī)模使用光通信技術(shù),至2010年輸電網(wǎng)站點(diǎn)的光纖覆蓋率已經(jīng)超過(guò)95%,然而配電網(wǎng)站點(diǎn)的光纖覆蓋率還不到5%。廣東電網(wǎng)從而嘗試著選擇適合配電網(wǎng)絡(luò)線路特點(diǎn)的成熟光傳輸技術(shù),研究低成本和方便的架空配網(wǎng)線路上架設(shè)光纜的方式,以及光單元的絕緣和引下的解決方案。最后采用了EPON組網(wǎng)技術(shù),使用OPPC光纜作為架空光纜,利用合適光纜接頭盒作為絕緣和引下的方案,并采用光線機(jī)械接續(xù)的產(chǎn)品從而形成通信網(wǎng)絡(luò)層到終端接入的全程解決方案。
圖2 光纖機(jī)械連接插座及保護(hù)盒現(xiàn)場(chǎng)施工
3 光纖復(fù)合中壓電纜應(yīng)用
圖3 復(fù)合電纜戶(hù)內(nèi)終端
圖4 復(fù)合電纜中間接頭
作為一種新型的集成了傳統(tǒng)電纜和傳統(tǒng)光纜技術(shù)的復(fù)合電纜,光纖復(fù)合中壓電纜的應(yīng)用也將成為一種趨勢(shì)。但是傳統(tǒng)且成熟的電纜和光纜的操作方式在智能電網(wǎng)的建設(shè)中如何融合在一起,也決定了光纖復(fù)合中壓電纜大規(guī)模應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)速度。3M公司開(kāi)發(fā)的復(fù)合電纜中間接頭和復(fù)合電纜戶(hù)內(nèi)終端解決方案,在全國(guó)多個(gè)省市的試點(diǎn)中得到應(yīng)用,使光纖復(fù)合中壓電纜的接續(xù)和成端的技術(shù)趨于成熟。在這里光纖的接續(xù)也是采用了光纖機(jī)械接續(xù)技術(shù)取代傳統(tǒng)的熔接方式。
4 光纖復(fù)合低壓電纜應(yīng)用
根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)于電力光纖到戶(hù)智能小區(qū)的建設(shè)的要求,光纖復(fù)合低壓電纜將會(huì)大量應(yīng)用于智能小區(qū)的光纖接入,為用戶(hù)提供智能抄表和寬帶接入的服務(wù)。根據(jù)3M公司在國(guó)內(nèi)外積累的大量光纖到戶(hù)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),為多地的電力光纖到戶(hù)試點(diǎn)建設(shè)提供了方案和產(chǎn)品,努力縮短線路施工周期,提高施工效率。例如在上海的某個(gè)電力光纖到戶(hù)的項(xiàng)目中,使用了大量的3M光纖現(xiàn)場(chǎng)連接器,一位沒(méi)有光纖經(jīng)驗(yàn)的施工隊(duì)員,不需要任何特殊工具,一周時(shí)間完成500個(gè)光纖連接器的施工并通過(guò)了驗(yàn)收。
關(guān)鍵詞:光伏電源 微電網(wǎng) 儲(chǔ)能控制
中圖分類(lèi)號(hào):TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2015)08(c)-0031-02
就目前來(lái)看,含光伏電源的微電網(wǎng)已經(jīng)成為了進(jìn)行可再生能源利用的重要途徑。但在供電可靠性和電能質(zhì)量方面,微電網(wǎng)的運(yùn)行仍存在著一定的問(wèn)題。而采取微電網(wǎng)儲(chǔ)能控制技術(shù)進(jìn)行含光伏電源的微電網(wǎng)的運(yùn)行控制,則可以有效提高微電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性,從而使該種可再生能源利用形式得到有效應(yīng)用。
1 含光伏電源的微電網(wǎng)儲(chǔ)能控制問(wèn)題分析
在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí),由于使用了具有隨機(jī)波動(dòng)性的微電源,含光伏電源的微電網(wǎng)會(huì)給配電網(wǎng)帶來(lái)電壓波動(dòng)、諧波和功率波動(dòng)等電能質(zhì)量問(wèn)題,并且容易出現(xiàn)與主電網(wǎng)功率交換不可控問(wèn)題。而在孤網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中,含光伏電源的微電網(wǎng)也會(huì)出現(xiàn)功率波動(dòng)等問(wèn)題,以至于微電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性受到了影響。而采取儲(chǔ)能控制技術(shù)可以進(jìn)行微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率的控制,并且改善微電網(wǎng)的電能質(zhì)量,繼而使微電網(wǎng)的運(yùn)行更加可靠[1]。因?yàn)椋㈦娋W(wǎng)儲(chǔ)能的實(shí)現(xiàn),可以進(jìn)行功率波動(dòng)的抑制。作為微電網(wǎng)的后備電源,儲(chǔ)能的容量可以根據(jù)功率與容量的關(guān)系完成配置,從而使微電網(wǎng)運(yùn)行的功率波動(dòng)得到抑制,繼而維持微電網(wǎng)內(nèi)功率的穩(wěn)定。
2 含光伏電源的微電網(wǎng)儲(chǔ)能控制技術(shù)
2.1 微電網(wǎng)儲(chǔ)能容量配置
在含光伏電源的微電網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中,儲(chǔ)能容量能否得到合理配置將直接影響電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。所以,需要完成微電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的合理配置,以便對(duì)電網(wǎng)內(nèi)功率的穩(wěn)定性進(jìn)行有效控制。而微電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的配置與兩方面的因素有關(guān),即光伏出力預(yù)測(cè)誤差和負(fù)荷短期預(yù)測(cè)誤差。因此,還要對(duì)這兩種誤差進(jìn)行分析,以便合理完成儲(chǔ)能容量的配置。
從理論上來(lái)講,由于含光伏電源會(huì)為微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷優(yōu)先供電,所以如果光伏出力預(yù)測(cè)與負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確,電網(wǎng)負(fù)荷實(shí)際需求和光伏實(shí)際出力將與預(yù)測(cè)保持一致。但是,在主電網(wǎng)允許的情況下,光伏電源會(huì)進(jìn)行功率倒送。在微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷無(wú)法完全進(jìn)行光伏發(fā)電輸出功率的消納時(shí),剩余功率將會(huì)經(jīng)交流母線進(jìn)入到主電網(wǎng)。而在光伏發(fā)電無(wú)法滿足微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷需求時(shí),主電網(wǎng)又會(huì)向微電網(wǎng)提供多余的功率。所以,光伏電源出力應(yīng)該以滿足微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷需求為標(biāo)準(zhǔn),將缺額功率與盈余功率與主電網(wǎng)交換。而微電網(wǎng)與主電網(wǎng)的交換功率則為微電網(wǎng)有功負(fù)荷與光伏發(fā)電輸出功率之差[2]。在實(shí)際運(yùn)行中,光伏發(fā)電會(huì)受到溫度、濕度和太陽(yáng)輻射等多種因素的影響,微電網(wǎng)負(fù)荷也會(huì)受到氣象、預(yù)測(cè)方法等因素的影響。所以無(wú)論是光伏電源出力預(yù)測(cè)還是微電網(wǎng)負(fù)荷變化都具有隨機(jī)波動(dòng)性,存在一定的隨機(jī)預(yù)測(cè)誤差。因此,想要進(jìn)行微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率的控制,還要分析負(fù)荷短期預(yù)測(cè)誤差和光伏出力預(yù)測(cè)誤差。
2.2 光伏出力預(yù)測(cè)與負(fù)荷短期預(yù)測(cè)
光伏電源出力與風(fēng)速、溫度、太陽(yáng)輻照度和氣壓等多種因素有關(guān),所以進(jìn)行光伏出力的預(yù)測(cè)需要考慮到這些因素,以便對(duì)實(shí)際光伏出力與預(yù)測(cè)出力之間的誤差進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)這一誤差,則可以進(jìn)行儲(chǔ)能的合理配置,從而通過(guò)采取補(bǔ)償預(yù)測(cè)誤差的方法消除誤差給微電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)的不良影響。在采取算法進(jìn)行出力預(yù)測(cè)誤差的計(jì)算時(shí),由于各誤差隨機(jī)變量相對(duì)獨(dú)立,并且服從同概率分布,所以預(yù)測(cè)誤差也將符合正態(tài)分布。因此在計(jì)算時(shí),可以在誤差總體數(shù)據(jù)中隨機(jī)抽樣獲取樣本數(shù)據(jù),并將誤差概率進(jìn)行正態(tài)分布計(jì)算。
所謂的負(fù)荷短期預(yù)測(cè),其實(shí)就是對(duì)微電網(wǎng)在短期內(nèi)的電力需求功率進(jìn)行預(yù)測(cè),以便采取適合的儲(chǔ)能配置方案進(jìn)行微電網(wǎng)內(nèi)功率的有效控制。而預(yù)測(cè)結(jié)果會(huì)受到時(shí)間、氣候和經(jīng)濟(jì)等多個(gè)因素的干擾,會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)測(cè)誤差。相較于微電網(wǎng)負(fù)荷實(shí)際需求,負(fù)荷短期預(yù)測(cè)誤差期望值較小。所以,一旦樣本數(shù)據(jù)夠大,誤差期望值將趨近零,可以為誤差概率分布分許提供便利[3]。在此基礎(chǔ)上,利用概率統(tǒng)計(jì)理論分析誤差的概率分布可以發(fā)現(xiàn),負(fù)荷短期預(yù)測(cè)誤差的概率分布接近正態(tài)分布,因此可以采取正態(tài)分布進(jìn)行誤差概率的計(jì)算。
2.3 微電網(wǎng)的儲(chǔ)能控制
通過(guò)分析微電網(wǎng)光伏出力預(yù)測(cè)與負(fù)荷短期預(yù)測(cè)的誤差,就可以利用區(qū)間估計(jì)方法進(jìn)行微電網(wǎng)儲(chǔ)能的控制。具體來(lái)講,就是可以采用儲(chǔ)能分散配置和集中配置方式進(jìn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)的布置,并且進(jìn)行電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的配置。其中,分散配置是根據(jù)微電網(wǎng)內(nèi)的光伏電源接入情況進(jìn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)的布置,而集中配置是將微電網(wǎng)內(nèi)的光伏電源當(dāng)做是一個(gè)整體,然后進(jìn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體配置。采取分散配置方式進(jìn)行電網(wǎng)儲(chǔ)能的控制,需要分別完成各個(gè)光伏電源的出力預(yù)測(cè)誤差分析,并且對(duì)電網(wǎng)某一區(qū)域的負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行分析。而采取集中配置方式進(jìn)行電網(wǎng)儲(chǔ)能控制,需要分別計(jì)算微電網(wǎng)內(nèi)的光伏電源和負(fù)荷,以便計(jì)算儲(chǔ)能配置的方差。在計(jì)算的過(guò)程中,需要將微電網(wǎng)光伏電源整體看成是系統(tǒng)“負(fù)的負(fù)荷”,以便進(jìn)行預(yù)測(cè)誤差的方差的計(jì)算。同樣的,微電網(wǎng)內(nèi)整體負(fù)荷短期預(yù)測(cè)誤差的計(jì)算也采取同樣的方法。但需要注意的是,微電網(wǎng)的光伏電源預(yù)測(cè)誤差與負(fù)荷短期預(yù)測(cè)誤差之間并沒(méi)有聯(lián)系,可以分別進(jìn)行分析和計(jì)算。
為了利用儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行微電網(wǎng)短期功率波動(dòng)的抑制,需要以每日有光照時(shí)間段為區(qū)間進(jìn)行配置容量的計(jì)算。因?yàn)椋A(yù)測(cè)誤差必然有一定的隨機(jī)性,容易導(dǎo)致樣本誤差失信,所以需要對(duì)一定置信區(qū)間的預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行概率估計(jì),以便獲取可信的預(yù)測(cè)誤差期望值。同時(shí),這一期望值可以進(jìn)行預(yù)測(cè)誤差期望功率的反應(yīng),因此可以用于進(jìn)行儲(chǔ)能輸出功率的配置。但需要注意的是,想要獲取較高的置信水平,就需要進(jìn)行置信區(qū)間寬度的擴(kuò)大。而這樣一來(lái),又容易導(dǎo)致置信區(qū)間精確度降低。因此,需要合理進(jìn)行置信區(qū)間寬度的設(shè)置,以便得到精確的儲(chǔ)能配置容量。而采取這一方法進(jìn)行儲(chǔ)能總配置功率的計(jì)算,可以獲得精確的配置值,從而有利于實(shí)現(xiàn)含光伏電源的微電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益[4]。此外,采取這一方法完成微電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的配置,也可以進(jìn)行微電網(wǎng)與主電網(wǎng)功率交換的精確控制,并使微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的功率波動(dòng)得到較好的抑制。
3 結(jié)語(yǔ)
總而言之,在含光伏電源的微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行或孤網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中,需要合理進(jìn)行電網(wǎng)的儲(chǔ)能配置,以便對(duì)微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率和功率波動(dòng)進(jìn)行有效控制。因此,該研究 對(duì)含光伏電源的微電網(wǎng)儲(chǔ)能控制技術(shù)展開(kāi)的探討,可以為維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)指導(dǎo)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞: 路燈 光源 節(jié)電 穩(wěn)壓 降壓 照度 節(jié)能 技術(shù)
據(jù)調(diào)查,我國(guó)小型城市在夜晚9點(diǎn)后,大中城市在午夜12點(diǎn)后,道路上幾乎空無(wú)一人,即便是北京、上海、廣州這樣的繁華都市,凌晨2點(diǎn)以后,道路上也已罕見(jiàn)行人、車(chē)輛。從這一時(shí)段直至清晨6點(diǎn)路燈熄滅,在低交通流量的道路上仍然保持較高照度顯然沒(méi)有必要。城市公共照明在我國(guó)照明耗電中占30%的比例,約439億kWh,以平均電價(jià)0.65元/kWh計(jì)算,一年開(kāi)支285億元。在市政開(kāi)支極度緊張的今天,國(guó)內(nèi)絕大部分的城市和地區(qū)幾乎不約而同地采用了日本等國(guó)家在七十年代就拋棄了的路燈隔盞關(guān)燈的省錢(qián)方法,其中的弊病不言而喻――不僅導(dǎo)致了路面照度分布不均,給治安及交通安全埋下了隱患,而且不能避免后半夜電網(wǎng)電壓的升高對(duì)路燈壽命的減損,因此不能稱(chēng)做是真正意義上的節(jié)能。當(dāng)發(fā)達(dá)國(guó)家在討論什么是“恰到好處的照度水平”的今天,我們這種控制方法就太落后了。
如何讓路燈亮起來(lái),讓城市亮起來(lái),亮得更科學(xué),亮得省電省錢(qián)?答案是:采用智能光源降壓一穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù)。
一、怎樣采用智能光源降壓一穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù)
1.什么是智能光源降壓一穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù)智能光源降壓一穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù)是國(guó)際上流行的全數(shù)字智能路燈節(jié)能控制技術(shù)。它充分考慮了城市道路照明的實(shí)際狀況,依據(jù)人體工程學(xué)中的視覺(jué)理論,采用現(xiàn)代控制論中的最優(yōu)控制方法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)路燈電壓及照度的動(dòng)態(tài)智能化管理,即TPo管理(TIME/PLACE/0CCASl0N)。此項(xiàng)技術(shù)的基本思路就是:在繁忙的時(shí)段,控制路燈保持較強(qiáng)的照度,接近午夜時(shí)分,開(kāi)始自動(dòng)調(diào)光,在后半夜車(chē)稀人少時(shí),則控制路燈保持較低照度的照明(類(lèi)似房燈的調(diào)光器,可以隨需要而任意調(diào)光)。它的主要優(yōu)點(diǎn)就是在調(diào)光的同時(shí)也大幅降低了電耗,節(jié)約有功電耗達(dá)30%以上。房燈調(diào)光已流行多年,主要是因?yàn)槭覂?nèi)燈功率小,容易實(shí)現(xiàn)。而道路照明則完全不同:首先,燈泡功率大,不易控制;其次,使用環(huán)境惡劣,九十年代,電力電子元件技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,調(diào)光技術(shù)有了可靠的質(zhì)量保障,通過(guò)一些地區(qū)的規(guī)模應(yīng)用,其完美的調(diào)光效果和節(jié)電功能得到了一致認(rèn)同,在德國(guó),美國(guó)這些耗電大國(guó),此類(lèi)技術(shù)也得到了政府的大力扶持和推廣,智能光源降壓一穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù)的控制過(guò)程是:通過(guò)測(cè)取城市道路車(chē)輛及行人的“時(shí)間一車(chē)輛(人)”統(tǒng)計(jì)規(guī)律,獲取相應(yīng)的照度調(diào)整率,依此來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的控制程序,根據(jù)照度調(diào)整率,從某一時(shí)刻開(kāi)始,平滑地對(duì)路燈輸入電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,使路燈輸入電功率與實(shí)際照度要求達(dá)到最佳匹配,不僅節(jié)約了電能,而且穩(wěn)定了電壓,延長(zhǎng)了路燈的使用壽命,達(dá)到了雙重意義上的節(jié)能。
2.開(kāi)燈比關(guān)燈更省錢(qián)前面提到的關(guān)燈節(jié)能方法是以犧牲城市照明和誘發(fā)犯罪率以及交通事故上升為代價(jià)的,而智能光源降壓一穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù)所達(dá)到的節(jié)電率高于30%,由此而言,采用智能光源降壓一穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù),開(kāi)燈比關(guān)燈更省錢(qián)。
3.算一筆看不見(jiàn)的帳,我國(guó)現(xiàn)有的路燈70%以上使用的都是高壓鈉燈,其設(shè)計(jì)壽命為24000小時(shí)(5年)。但是由于我國(guó)城市電網(wǎng)技術(shù)落后,造成線路的電壓波動(dòng)大大超過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),許多地區(qū)的波動(dòng)甚至超過(guò)額定電壓的左右15%,特別是在后半夜,由于電負(fù)荷減少使得電網(wǎng)電壓有時(shí)接近245V,致使路燈燈泡的實(shí)際使用壽命平均不到一年。現(xiàn)在,可以算這樣一筆帳:以沿海開(kāi)放城市為例,路燈每年需要更換一次燈泡,更換一只燈泡所需費(fèi)用(含鎮(zhèn)流器損耗、人工、車(chē)輛等)為120元,該市共有兩萬(wàn)多只常開(kāi)的路燈,則每年僅更換路燈燈泡的費(fèi)用就高達(dá)兩百多萬(wàn)元人民幣,如果采用了智能光源降壓一穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù),路燈燈泡的使用壽命可延長(zhǎng)一倍,僅此一項(xiàng),一年就可節(jié)約開(kāi)支兩百多萬(wàn)元,加上節(jié)電30%,一年可節(jié)約七百多萬(wàn)元電費(fèi),兩項(xiàng)相加就有近千萬(wàn)元之巨。如果450萬(wàn)元作為先期投入,半年內(nèi)所節(jié)約的費(fèi)用即可回收,逐年節(jié)約的資金可以重新投入市政建設(shè)。對(duì)于全國(guó)的總耗電量而言,道路照明只占一個(gè)小小的百分?jǐn)?shù),也正因如此,它才有可能成為推動(dòng)節(jié)能運(yùn)動(dòng)的一個(gè)突破nqxhd S9|Prr3?fhw%F7an5= -:lR計(jì) 算 機(jī)論文tb^7znd|xHcIk"`WTQ8?o%eX_
4.智能光源降壓一穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù)的推廣亟待政府的行政支持
路燈節(jié)能無(wú)疑會(huì)給各地的市政開(kāi)支節(jié)省大量資金,然而對(duì)路燈管理部門(mén)而言,他們的日常開(kāi)支和經(jīng)常性的維護(hù)費(fèi)用是和路燈電耗及安裝數(shù)量成正比的,電耗越多,下年度的費(fèi)用就同比增長(zhǎng),也可以這樣說(shuō),越是節(jié)約用電,對(duì)基層下年度的費(fèi)用預(yù)算就越少,因此,路燈管理部門(mén)對(duì)節(jié)電工程大多持消極態(tài)度。這一現(xiàn)象反映出節(jié)能政策在具體操作中和現(xiàn)行體制及利益分配機(jī)制不相匹配,目前各地所執(zhí)行的政策實(shí)際上是在鼓勵(lì)浪費(fèi)!國(guó)家整體的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益和部門(mén)短期利益之間存在著很大的矛盾。這一狀況對(duì)節(jié)能工作的深入開(kāi)展產(chǎn)生了相當(dāng)大的阻力。
二、對(duì)節(jié)能工作方法一點(diǎn)建議
全國(guó)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)節(jié)能產(chǎn)品的企業(yè),大部分是小企業(yè)和一些大專(zhuān)院校的科研機(jī)構(gòu)。為什么有實(shí)力的機(jī)構(gòu)不愿介入呢?節(jié)能產(chǎn)品利潤(rùn)小、推廣難,因此大型企業(yè)不愿涉足,投入不足致使我國(guó)節(jié)能產(chǎn)品在國(guó)際上處于相對(duì)落后狀況。為什么國(guó)家大力提倡節(jié)能十幾年了,而節(jié)能工作卻一直推而不廣呢?前面提到的政策不配套是一個(gè)重要原因,還有一個(gè)原因就是由于投入不夠,使得許多產(chǎn)品還僅僅是實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品時(shí)就匆匆上市,結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)各種復(fù)雜的實(shí)際運(yùn)行工況。
第一,整個(gè)路燈行業(yè)總體份額較小,容易操作。據(jù)初步計(jì)算,用三年時(shí)間將全國(guó)現(xiàn)有路燈系統(tǒng)進(jìn)行改造,總體投入不過(guò)6―7億元。如果能采用政府、社會(huì)齊動(dòng)手的戰(zhàn)略,不會(huì)給國(guó)家造成財(cái)政負(fù)擔(dān)。
第二,國(guó)家主管節(jié)能工作的國(guó)家經(jīng)貿(mào)委和主管道路建設(shè)的建設(shè)部應(yīng)盡快制定相關(guān)的配套政策。據(jù)查,道路照明的設(shè)計(jì)規(guī)范基本上沒(méi)有涉及節(jié)能,所謂‘‘間隔關(guān)燈’’方法不過(guò)是各地在遇到電費(fèi)問(wèn)題時(shí)所采取的“不約而同”的手段而已。而目前采用的設(shè)計(jì)規(guī)范基本上是八十年代制定的,許多內(nèi)容甚至照搬國(guó)外六、七十年代的標(biāo)準(zhǔn),早已不能適應(yīng)當(dāng)前的實(shí)際狀況,應(yīng)盡快修訂并將節(jié)能內(nèi)容列入其中。
關(guān)鍵詞:PPG 藍(lán)牙 脈搏波監(jiān)測(cè) 智能手表
中圖分類(lèi)號(hào):R443 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-9416(2016)05-0000-00
1引言
步入2013年,穿戴式設(shè)備,智能手表市場(chǎng)方興未艾,各種產(chǎn)品充斥著市場(chǎng)。但是,大多數(shù)產(chǎn)品都存在價(jià)格昂貴,實(shí)用性低的缺點(diǎn)。針對(duì)這種現(xiàn)象,我們提出一種基于藍(lán)牙技術(shù)的低成本智能手表。
由于社會(huì)的發(fā)展,生活水平的提高,人們對(duì)自身的健康越來(lái)越重視,為了迎合消費(fèi)者的保健意識(shí),提高消費(fèi)者的健康水平,我們?cè)谥悄苁直砩希肞PG技術(shù),實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶(hù)的脈搏。人們可以在手表上實(shí)時(shí)觀看自己的脈搏,當(dāng)脈搏異常時(shí)候,手表會(huì)發(fā)出報(bào)警,提醒用戶(hù),對(duì)用戶(hù)的健康提供有力保障。
同時(shí),我們?cè)赑C上開(kāi)發(fā)配套軟件,用戶(hù)可以通過(guò)手表將脈搏數(shù)據(jù)傳遞到PC上,軟件通過(guò)數(shù)據(jù)分析,評(píng)估用戶(hù)的健康情況。用戶(hù)可以通過(guò)軟件的數(shù)據(jù)分析,及時(shí)調(diào)整自己的保健計(jì)劃。
2 系統(tǒng)的主要硬件部分
2.1 系統(tǒng)框架圖1
2.2 藍(lán)牙模塊
藍(lán)牙模塊采用臺(tái)灣創(chuàng)杰科技(ISSC)的IS1681SM,該模塊是藍(lán)牙3.0。在功耗方面,比藍(lán)牙4.0差,但是在穩(wěn)定性方面,比現(xiàn)在市場(chǎng)上大部分藍(lán)牙4.0要好(藍(lán)牙4.0與手機(jī)相連經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)斷線情況,此外,暫時(shí)大部分手機(jī)沒(méi)有藍(lán)牙4.0)。另外,此芯片待機(jī)電流可低至2mA,滿足便攜式產(chǎn)品低功耗的要求。與藍(lán)牙4.0相比,此芯片在價(jià)格上有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。
2.3 PPG模塊
光電容積脈搏波描記法( Photo--PlethysmoGraphy,PPG),是利用光束照射到活體組織表面,光束進(jìn)入體內(nèi)后通過(guò)反射或者透射的方式返回到光電傳感器,通過(guò)信號(hào)處理得到了人體脈搏參數(shù),具有無(wú)創(chuàng)性、便捷性、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
傳統(tǒng)的光電脈搏波描記方法分為透射式和反射式,測(cè)量時(shí)都是需要緊貼皮膚表面的,這給使用者帶來(lái)不便。特別在冬天衣服厚重的情況下,測(cè)量者需要除去衣服,露出皮膚,測(cè)量脈搏波就顯得更加困難
采用改進(jìn)型PPG技術(shù),利用紅外反射光檢測(cè)方式,通過(guò)差分放大器、濾波器、程控放大器后實(shí)現(xiàn)PPG信號(hào)采集,得到用戶(hù)的實(shí)時(shí)脈搏信號(hào)。PPG模塊流程如圖2。
2.4 主控MCU
本次系統(tǒng)采用的主控芯片是Silicon公司的Sim3U164芯片,該芯片是32位的Cortex-M3內(nèi)核。芯片自帶時(shí)鐘管理,最高時(shí)鐘為80M,滿足高速運(yùn)行;在休眠模式時(shí)可以將時(shí)鐘調(diào)整到2.5M,滿足便攜式產(chǎn)品低功耗的要求。
此外,該芯片自帶ADC、PWM、DAC、兩路串口、兩路SPI、RTC、中斷管理、低功耗模式,完全滿足藍(lán)牙手表的設(shè)計(jì)要求。
利用該公司提供的AppBuilder軟件,方便代碼生成,提高了開(kāi)發(fā)效率。Appbuilder 是專(zhuān)為Openbiz Cubi平臺(tái)而設(shè)計(jì)的元數(shù)據(jù)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。具有交互性圖形界面。它包含了兩個(gè)功能強(qiáng)大且簡(jiǎn)單易用的生成向?qū)?以及 直觀的元數(shù)據(jù)編輯器。加入ucosII系統(tǒng),使系統(tǒng)更加完善。
3系統(tǒng)工作流程圖
圖3為系統(tǒng)工作流程圖。
手表只設(shè)置了兩個(gè)按鍵,通過(guò)左鍵短按、右鍵短按、左鍵雙擊、右鍵雙擊、左鍵長(zhǎng)按、右鍵長(zhǎng)按、左右按鍵同時(shí)按下在各個(gè)模式間進(jìn)行切換。正常模式下,OLED顯示時(shí)間,電池電量,藍(lán)牙是否連接,音樂(lè)是否播放還有音量值。在無(wú)任何操作(按鍵操作或者藍(lán)牙返回指令)時(shí)間達(dá)到15s時(shí),進(jìn)入休眠模式。休眠模式下,只有串口接收到藍(lán)牙數(shù)據(jù)和按鍵才可以喚醒MCU,喚醒后返回正常模式。此外,手表還有關(guān)機(jī)模式,設(shè)置模式,秒表模式,更新模式等。
4 系統(tǒng)測(cè)試
圖4是我們?cè)跍y(cè)試板上測(cè)試整體系統(tǒng)架構(gòu)的照片。
為了便于觀察PPG模塊工作情況,測(cè)試時(shí)我們將程控放大器的輸出端接入數(shù)字示波器輔助觀察。對(duì)直接緊貼皮膚檢測(cè)后的濾波結(jié)果進(jìn)行分析。如右圖,是測(cè)試對(duì)象在緊貼皮膚,沒(méi)有間隔衣服的情況下,測(cè)試手腕位置的脈搏波。可以看出脈搏波被清晰的描記出來(lái)。
4.1功耗分析
所有穿戴式產(chǎn)品都要面對(duì)一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題――功耗,如何降低產(chǎn)品的功耗,是穿戴式產(chǎn)品能否取得成功的關(guān)鍵。
為了節(jié)省功耗,做了以下設(shè)計(jì):(1)設(shè)置了睡眠模式,在睡眠模式下關(guān)閉處理串口外的其他外設(shè),將OLED設(shè)置為休眠模式;(2)電機(jī)震動(dòng)采用震動(dòng)2s停止2s的方式間隔震動(dòng);(3)在手機(jī)沒(méi)有播放音樂(lè)或者不需要語(yǔ)音報(bào)號(hào)時(shí),關(guān)閉喇叭,在播放音樂(lè)或者語(yǔ)音報(bào)號(hào)時(shí),才開(kāi)啟喇叭。
4.2關(guān)機(jī)模式下斷開(kāi)藍(lán)牙供電
經(jīng)過(guò)一年的努力,我們完成了最終的智能手表成品,手表基于藍(lán)牙3.0與智能手機(jī)通信,實(shí)現(xiàn)電話接聽(tīng)、撥打、電話本同步、MP3等功能,并實(shí)現(xiàn)人體脈搏波信號(hào)的可穿戴設(shè)備監(jiān)測(cè),通過(guò)改進(jìn)PPG探頭,實(shí)現(xiàn)信號(hào)非接觸檢測(cè),提高用戶(hù)使用舒適度。
5結(jié)語(yǔ)
本課題自2014年5月正式開(kāi)始,我們利用課余空閑時(shí)間,在課題計(jì)劃的指導(dǎo)下,學(xué)習(xí)新知識(shí),并將知識(shí)付諸于實(shí)踐當(dāng)中。
在不斷的調(diào)試過(guò)程中,我們遇到許多不同種類(lèi)的問(wèn)題,屏幕無(wú)法顯示,程序沒(méi)有按照我們的預(yù)想進(jìn)行;硬件知識(shí)不足夠,無(wú)法制作出合適的濾波電路;器件意外燒毀,一次次的失敗雖然打擊我們,也給了我們戰(zhàn)勝它的決心。
在和指導(dǎo)老師的不斷溝通中,我們對(duì)我們遇到的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié),和組員重新思考了整體程序結(jié)構(gòu),在這個(gè)過(guò)程中,既鍛煉了我們的溝通能力,又讓我們的專(zhuān)業(yè)技能得到了明顯的提升,我們每個(gè)人也學(xué)會(huì)了如何從整體出發(fā)設(shè)計(jì)一個(gè)定制的應(yīng)用系統(tǒng)。
從去年開(kāi)始課題,除寒假中斷了一段時(shí)間外,我們一起合作,共同克服困難,不斷進(jìn)步不斷飛躍。進(jìn)行至今,我們已經(jīng)完成了生理監(jiān)護(hù)藍(lán)牙智能手表的整體設(shè)計(jì),論文撰寫(xiě),實(shí)物制作,調(diào)試通過(guò)。
參考文獻(xiàn)
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“平板顯示行業(yè)是信息化、智能化的先行者。” 談到當(dāng)前炙手可熱的“兩化”融合、智能制造、“中國(guó)制造2025”和工業(yè)4.0,昆山國(guó)顯光電有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“國(guó)顯光電”)自動(dòng)化中心總經(jīng)理孫海濤認(rèn)為,平板顯示行業(yè)資金投入大、工藝復(fù)雜、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng),信息化是相關(guān)行業(yè)企業(yè)全面提升運(yùn)營(yíng)效率和競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素。
關(guān)注運(yùn)營(yíng)效率提升
國(guó)顯光電成立于2012年11月,是以AMOLED(有源驅(qū)動(dòng)有機(jī)發(fā)光顯示)為發(fā)展方向的新型顯示領(lǐng)域高科技企業(yè)。它整合了昆山維信諾科技有限公司、昆山工研院平板顯示技術(shù)中心的相關(guān)資產(chǎn)和技術(shù)資源,是基于清華大學(xué)OLED(有機(jī)發(fā)光顯示)技術(shù)成立的高科技企業(yè),是OLED領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)。
國(guó)顯光電從成立之日起就格外重視信息化建設(shè)。在公司成立之初,即在2012年到2013年,國(guó)顯光電就開(kāi)始制定信息化規(guī)劃。當(dāng)時(shí)恰逢工業(yè)4.0、“中國(guó)制造2025”等概念剛剛提出,這些都給了國(guó)顯光電很多有益的啟示。
在孫海濤看來(lái),由德國(guó)提出的工業(yè)4.0的核心理念是智能制造,即通過(guò)信息化、數(shù)字化和智能化提升德國(guó)工業(yè)化的水平和競(jìng)爭(zhēng)力。“中國(guó)制造2025”與其一脈相承,特別是在智能制造方面可謂異曲同工。不過(guò),與工業(yè)4.0相比,“中國(guó)制造2025”更側(cè)重于工業(yè)化、信息化的“兩化”融合,比工業(yè)4.0概念更完整,更加符合中國(guó)實(shí)際情況,內(nèi)涵也更有延展性和可持續(xù)性。
當(dāng)前綜合色彩絢麗、響應(yīng)速度、寬視角和可以實(shí)現(xiàn)柔性顯示等因素來(lái)看,AMOLED技術(shù)被認(rèn)為是最好的平板顯示技術(shù)選擇之一。而到目前為止全球能夠量產(chǎn)這種顯示屏產(chǎn)品的除了韓國(guó)三星和LG,只有國(guó)顯光電等少數(shù)企業(yè)。
AMOLED領(lǐng)域?qū)儆诮^對(duì)的賣(mài)方市場(chǎng),看起來(lái)信息化建設(shè)似乎不那么重要。實(shí)則不然。平板顯示行業(yè)本身的特點(diǎn),以及對(duì)質(zhì)量、效率的追求,使得國(guó)顯光電更加積極地走上“中國(guó)制造2025”之路。
IT不一定能直接解決技術(shù)問(wèn)題,但是能很好地幫助解決管理問(wèn)題和技術(shù)問(wèn)題,從而提高企業(yè)的運(yùn)營(yíng)效率。在這個(gè)“快魚(yú)吃慢魚(yú)”的時(shí)代,通過(guò)信息化實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部協(xié)同和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同,快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題,從而提升企業(yè)的運(yùn)營(yíng)效率,進(jìn)而結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì),形成新的競(jìng)爭(zhēng)力,是國(guó)顯光電信息化建設(shè)的關(guān)鍵目標(biāo)所在。
IT戰(zhàn)略就是企業(yè)戰(zhàn)略
如此看來(lái),國(guó)顯光電一早就準(zhǔn)備下一盤(pán)信息化的大棋。為了下好信息化這盤(pán)棋,國(guó)顯光電成立了專(zhuān)門(mén)的自動(dòng)化中心,并且在建廠一年前就開(kāi)始做IT規(guī)劃。
自規(guī)劃開(kāi)始,國(guó)顯光電就不得不面臨一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題, AMOLED顯示屏生產(chǎn)的工藝非常新,他們沒(méi)有成熟模式和經(jīng)驗(yàn)可以借鑒,只能自己摸索著前行。幸運(yùn)的是,國(guó)顯光電的高層管理者非常重視信息化建設(shè),整個(gè)信息化規(guī)劃和建設(shè)過(guò)程都算得上是全員參與。據(jù)悉,國(guó)顯光電的信息化規(guī)劃主要關(guān)注兩個(gè)主要方向和兩個(gè)次要方向:
兩個(gè)主要方向是:其一,關(guān)注企業(yè)的戰(zhàn)略,“IT戰(zhàn)略就是企業(yè)戰(zhàn)略”,在進(jìn)行IT規(guī)劃時(shí)要重點(diǎn)考慮IT如何支撐企業(yè)戰(zhàn)略的落地;其二,關(guān)注信息化建設(shè)走在前面的同行或者其他相關(guān)的企業(yè),對(duì)這些先行者進(jìn)行調(diào)研,從而避免走諸如信息孤島這樣的老路,保證信息化設(shè)計(jì)理念的先進(jìn)性。
兩個(gè)次要方向是:其一,要結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況對(duì)信息化建設(shè)成本進(jìn)行考量,在關(guān)注如何滿足看得見(jiàn)、摸得著的信息化需求的同時(shí),要關(guān)注IT系統(tǒng)的集成性和延展性,從而保證系統(tǒng)能夠支撐企業(yè)的長(zhǎng)期戰(zhàn)略。
在此基礎(chǔ)上,國(guó)顯光電以“智能制造”為核心理念,建起統(tǒng)一安全認(rèn)證、統(tǒng)一組織架構(gòu)和統(tǒng)一主數(shù)據(jù)編碼的多系統(tǒng)集成的信息化平臺(tái),其中包括以O(shè)A為核心的企業(yè)辦公平臺(tái)和以ERP為核心的業(yè)務(wù)平臺(tái)的兩大企業(yè)級(jí)應(yīng)用平臺(tái),以及包括以MES為核心的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)和以FA為核心的生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)兩大支持車(chē)間智能化生產(chǎn)的系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)管理、業(yè)務(wù)和財(cái)務(wù)的一體化,獲得從ERP頂層計(jì)劃到車(chē)間、再到設(shè)備的自動(dòng)化控制能力,以及工業(yè)大數(shù)據(jù)搜集、分析能力。為此,國(guó)顯光電5.5代AMOLED量產(chǎn)車(chē)間在今年被評(píng)為“江蘇省示范智能車(chē)間”。
建成這樣一個(gè)多系統(tǒng)集成的信息化平臺(tái),“我們的速度和節(jié)奏把握得非常好,而且只用了別人1/3左右的資金”,孫海濤對(duì)自己所在公司取得的成績(jī)非常驕傲。他認(rèn)為,能夠做到這兩點(diǎn),主要是因?yàn)閲?guó)顯光電團(tuán)隊(duì)在以下四個(gè)方面做了努力:第一,要考慮所有單個(gè)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的集成度和融合度;其二,在供應(yīng)商的選擇上,除了關(guān)注供應(yīng)商的產(chǎn)品質(zhì)量和價(jià)格外,還非常重視供應(yīng)商的已有案例和相關(guān)經(jīng)驗(yàn);其三,要嚴(yán)格考察項(xiàng)目經(jīng)理,確認(rèn)項(xiàng)目經(jīng)理的能力和時(shí)間投入,能與公司內(nèi)部的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)密切配合;其四,要保證關(guān)鍵用戶(hù)確實(shí)熟悉業(yè)務(wù),并對(duì)IT有較好的理解力。
卓越的信息化規(guī)劃和建設(shè),使得國(guó)顯光電快速投入生產(chǎn)。從首批量產(chǎn)設(shè)備到位到工程樣品無(wú)缺陷點(diǎn)亮,國(guó)顯光電只用時(shí)4個(gè)月,創(chuàng)造了業(yè)界速度的新記錄。國(guó)顯光電第一次投片就一次性實(shí)現(xiàn)工程樣品無(wú)缺陷點(diǎn)亮,為后續(xù)進(jìn)行良率爬坡和實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)目標(biāo)拉開(kāi)了完美的序幕。現(xiàn)在國(guó)顯光電的產(chǎn)品已經(jīng)用于品牌智能手機(jī)和手表終端。不僅如此,隨著信息化水平的提升,國(guó)顯光電從產(chǎn)業(yè)鏈上的某一個(gè)環(huán)節(jié)得到深度反饋?zhàn)兊酶尤菀祝粌H可以從相關(guān)合作伙伴那里及時(shí)得到對(duì)于自身產(chǎn)品的反饋信息,同時(shí)還可以從消費(fèi)者那里獲取他們對(duì)顯示屏提出的意見(jiàn)和建議,從而幫助企業(yè)確定下一步的研發(fā)方向。
提升大數(shù)據(jù)處理能力
盡管如此,國(guó)顯光電管理層仍然認(rèn)為本公司在信息化建設(shè)方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,還應(yīng)該不斷吸收新的先進(jìn)的系統(tǒng)提升大數(shù)據(jù)處理能力,充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的價(jià)值,因此目前國(guó)顯光電正在對(duì)公司信息化系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步規(guī)劃。
首先是要強(qiáng)化數(shù)據(jù)采集能力。要在設(shè)備數(shù)據(jù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)數(shù)據(jù)和實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)等眾多數(shù)據(jù)中,了解在哪個(gè)環(huán)節(jié)可以獲取什么數(shù)據(jù),用什么數(shù)據(jù)可以解決什么問(wèn)題;充分利用分析工具對(duì)問(wèn)題進(jìn)行定位、分析,做到早發(fā)現(xiàn)、早處理。
其次要提升產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)的采集、挖掘能力。一方面將產(chǎn)品相關(guān)的信息延伸得更遠(yuǎn),用于提升產(chǎn)品質(zhì)量;另一方面將盡可能地收集終端用戶(hù)的反饋信息,并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將這些反饋信息進(jìn)行整理,確定未來(lái)研發(fā)的主攻方向。