工作负荷评估论文

2024-07-09

工作负荷评估论文（精选8篇）

工作负荷评估论文第1篇

由于空域内航空器的飞行对管制员形成了客观上的需求, 管制员为满足这些需求需承受身体上和精神上的压力, 这些压力可以转化为时间上的消耗, 通过时间消耗来缓解承受到的压力和完成客观上的要求, 这个时间消耗的长短就是管制员工作负荷的大小。

2 工作负荷的主要影响因素

2.1 非平飞状态的飞机的量。

2.2 航路间的冲突。

2.3 有影响航空器间的各种间隔。

2.4 管制员必须调配冲突的比例。

2.5 移交处需要协调飞行的难易程度和数量。

2.6 军航飞行的影响;天气对空中交通管制的操作上的影响。

2.7 各种临时限制禁飞空域的范围对管制员调配工作的影响。

2.8 限制区、禁区、最小超障高和相关飞行活动等。

2.9 对纵向和侧向间隔的要求。

2.1 0 扇区容量的大小。

2.1 1 雷达和信号的覆盖能力。

2.1 2 陆空通话的效果。

管制指令工作时间

上升高度, 保持6.0s;下降高度, 保持6.0s;保持高度, 平飞5.0s由于调配间隔 (上升、下降、保持) 高度、调速8.0s;

(左、右) 偏航飞行7.0s;机组应答机识别4.0s;雷达识别, 雷达看到3.0s;进入扇区飞机 (上升、下降、保持) 5.0s;

离开扇区, 联系其它, 再见5.0s;和相邻单位移交6.5s;

3 计算公式

若第K种工作负荷经验负荷指数为, 则

式中N为记录的次数

T为统计中第k类管制通话的第j次测量时间段的长度这样就获得常用管制指令通话 (包括管制员所发指令和飞行员

复述的指令总和) 的平均时间。指令种类表示具体管制指令的种类, 工作负荷栏列出统计的管制指令所需时间, 以秒为时间单位。对于管制人员来说, 绝大部分时间是在对雷达屏幕上的情况进行监视, 对照进程单, 思考制定指挥预案。工作负荷如果始终处于看和听得见的部分, 不仅管制效果不好, 而且使管制人员处于十分疲劳之中, 对整体管制的安全也不利。并且, 留有一定的空闲思考时间, 对于管制人员保持清晰的思路很有益处。但在实际的计算过程中, 统计这两部分管制过程的负荷相对困难。因这些负荷不是通过听得见的实际通话的时间长短来表示, 而且是人到看不见的无法量化的部分, 导致量化难度较大。为了计算方便, 并考虑到区域管制中心的实际情况。一般情况我们假设隐性工作和当中的空档时间占整体工作量的60%左右。因此, 总体工作负荷S可以表示为:

求得单一种类负荷值, 将在时间段M种的负荷值相加得到总的看得见部分工作负荷。根据假设, 总工作负荷为看得见部分工作负荷的5/3倍, 乘以系数5/3, 就得到在某一时间段管制员的总工作负荷S。

4 英语指令对工作负荷的影响

目前由于很多原因, 管制员在与国内机组进行陆空通话时还是使用普通话。这样管制员表达起来比较方便。但随着民航的发展, 飞经我国区域的外航飞机越来越多。在与他们通话时按照国际民航组织规定必须使用标准的英语。在我们这种非母语国家, 这样就无形中增大了管制员的工作负荷。通过实际观察, 非母语国家管制员发出英语管制指令时长明显比发出普通指令时考虑的时间要多, 通话时间也会适当增加。且飞行员的英语水平也参差不齐, 当他们复诵管制指令时ATC检查复诵也要比平时长, 且偶尔还会出现要求再次复诵的情况, 这些都无形中加大了ATC的工作负荷。因此, 非母语国家管制员在不断提高自身的英语理解能力的同时, 在实际工作中, 应当尽量采用规范或标准的管制用语、格式进行表达, 通过合适的通话技巧及辅助设备监控来帮助ATC消除因英语非母语语言而导致的理解能力的不同而带来的不安全因素。同时还需要了解不同国家飞行员的英语熟练程度、通话表达习惯、口音等, 便于管制指挥顺利进行。有经验的管制员在进行管制指挥时, 对某些国家飞行员的发音 (如:韩国、俄罗斯、东南亚、日本等) 引起特别关注, 以便于指令传递的顺畅。管制员还应掌握英语通话的语速、节奏, 并结合当时飞行冲突调配的实际情况灵活应对, 便于对方的抄收和理解。这在空域飞机较多和通信条件不好的情况下尤为重要, 适当的语速、节奏可以不仅会减少错听, 漏听管制指令, 还会提高工作效率。在通话的最后应复诵证实或认真听取对方的复诵。个别情况下单调重复一句比较冗长的指令并不能使对方是否了解自己的管制意图, 这时不如将指令拆开, 用单独的一个一个的指令来代替一长窜的指令数据, 同时密切监控飞行动态。从表面上看, 这样做好像比较笨, 但实际上, 这样做恰恰是十分奏效的。与其与机组不停重复一个指令, 还不如及时发现问题, 及时沟通, 找出一个令双方都能接受的管制方法, 快速准确处理问题。

5 减轻管制员工作负荷的建议

5.1 建立管制员职责的动态调节机制。

5.2 减少管制员的错误来源。

5.3 提高管制员的情境意识。

5.4 合理安排管制员排班制度。

参考文献

[1]韩松臣.扇区容量与管制员工作负荷的关系研究[J].空中交通管理, 2000.

[2]D.K.Schmidt:A queuing Analysis of the Air Traffic Controller's Workload, IEEE Transaction on Systems Man, And Cybernetics, 1978.

[3]Pawlak:Williams, Navigation, and Control Conference and Exhibit, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1998:67-74.

[4]Noriyasu Tofukuji:An Enroute ATC Simulation Experiment for Sector Capacity Estimation, IEEE Transaction on Control Systems Technology, 1993.

[5]Ofukuji:An airspace design and evaluation of en-route sector by air traffic control simulation experiments, Electronics and Communications in Japan, Part1, 1996.

[6]空中交通服务计划手册[文件号9426-AN/924]第一 (暂行) 版 (1984) :国际民用航空组织, 1999, 9.

[7]邢诒吉.空中交通流量管理战术分析, 中国民用航空总局空中交通管理局, 2003年川大智胜杯全国民航空管论文大赛, 2003, 11-16.

空中交通管制员工作负荷研究综述第2篇

[关键词]空中交通管制员；工作负荷；研究综述

前言

在当前的空中交通管制当中，决策的主体是人，对于空中交通，管制员提供管制服务，从而对空中交通的效率性和安全性进行确保。在实际工作过程中，管制员对于空中交通的实时动态，要利用对雷达数据终端的观测来进行。然后根据实际情况迅速思考，确定最佳的调配方案，然后发布管制命令给飞行员，同时收听飞行员的回复。此外，管制员还需要协调与相邻管制扇区的工作。因此，空中交通管制员往往都有着较大的工作负荷和工作压力。

一、空中交通管制员工作负荷的评估

（一）生理和行为评估

空中交通管制员是空管系统中的重要主体之一，其自身的工作负荷会受到生理和行为的影响。在管制员工作负荷研究当中，引入了行为科学和生理科学的概念，研究管制员的各项生理行为指标。然后在不同交通特征中，来分析和测量这些参数的变化，然后进行统计和归纳，从而获取管制员工作负荷与生理行为方面的关系。目前，体液、瞳孔、血压、脑电压、心律等指标，都能够用来对生理行为进行研究。因此，在管制员工作负荷的研究当中，测量生理行为指标能够取得十分良好的效果。不过，由于人体系统十分复杂，很多生理行为指标中具有一定的联系，因此准确测量的难度较大。

（二）主观评估

对于空中交通管制员的工作负荷，可以进行专家评估和自我评估工作负荷的强度。其中，专家评估所采用的预测管制员工作负荷方法，是由英国运筹理事会所提出的[1]。而在自我评估当中，可以采用美国联邦航空局的空中交通负荷输入技术、美国国家航空航天局的工作负荷指数、以及主观工作负荷评估技术和库伯哈勃修正法等。在主观评估工作负荷的过程中，虽然操作和执行较为便利，但同时也存在着一定的局限性。例如体力负荷与精神负荷的混淆、潜意识处理信息无法划分等级、对短期记忆过于依赖，以及对不同等级尺度、等级划分、详细定义的依赖等。

（三）空中管制特征评估

相比之下，基于空中交通特征的评估方式具有更为良好的效果。在不同的管制空域当中，能够对相应的交通特征进行研究，从而对单位时间冲突点的数量、空域限制、指挥有效性、协调动作的数量、飞机监视架次等工作负荷水平进行确定。工作负荷过高的原因主要是空中交通管制工作的复杂性造成的，当前对于此方面的研究，主要是利用定性法对ATC复杂性因素进行归纳和总结。会对ATC复杂性造成影响的因素主要有协调因素、地理因素、特别空域、高度改变因素、相遇因素等。而主要影响空中交通管制工作负荷的因素有扇区的物理特性、穿梭空域空中交通联系等综合因素[2]。

二、空中交通管制员工作负荷研究的未来发展

在空管人的因素研究中，空中交通管制员的工作负荷是十分重要的，对于空管系统的安全性和稳定性来说，它都具有十分重要的作用和影响。近年来，对于空中交通管制员工作负荷的相关研究逐渐深入，人们对于这方面的认识也在不断加强。对于管制员工作负荷的评估，已经从过去的生理及行为方面的研究，逐渐延伸到研究较易量化的交通时间方面，也就是所谓的ATC复杂性。

三、空中交通管制员工作负荷研究需要解决的问题

在未来研究空中交通管制员工作负荷的过程中，需要对一些较为重要的问题进行解决。在人类的行为当中，具有极大的复杂性，生理和心理上的变化，都会对人的行为产生影响。因此，在未来的管制员工作负荷研究当中，应当着重解决人的心理因素和生理行为等对空中管制工作产生的影响。由此可见，未来的管制员工作负荷研究仍然会对行为、心理、生理等方面进行研究。不过，当前对于这一方面的测量手段和研究指标较为欠缺，无法取得最为准确的结果。因此，未来应当建立更加完善的指标体系，从而提高研究的效果[3]。

空中交通系统具有极大的复杂性，而当前仅仅从定性研究方面来研究ATC复杂性，同时是在评估和分析历史交通事件的相关数据资料的基础上，来进行的量化工作。因此，未来应当更加注重量化ATC复杂性的研究。此外，从人体工效学的方面来看，空中交通管制员的工作过程可以分为写、说、听、想、看等方面。因此，对这些方面的细节进行总结归纳，对相应的统计数学模型进行建立。而在此基础上，就能够建立相应的统计数学模型，对管制员的工作负荷进行更为深入的研究。

结论

在航空运输事业高度发展的今天，航空运输量正在不断增大，给空中交通管制带来了越来越大的挑战。为了能够更好的维持空中交通的安全运行，应当特别注重空中交通管制。在管制过程中，空中交通管制员是重要的管制主体，其工作状态将会直接影响到空中交通的安全和畅通。因此，对于管制员的工作负荷，应当进行细致的研究，这样才能更好的维持管制员良好的工作状态。

参考文献

[1]张建平，胡明华，吴振亚.基于绩效的空中交通管制员工作负荷灰类评定[J].航空计算技术，2013，02：12-15+20.

[2]靳慧斌，洪远，蔡亚敏.基于交互指标的空中交通管制员工作负荷实时测量方法研究[J].安全与环境工程，2015，03：147-150+157.

工作负荷评估论文第3篇

目前容量评估的方法主要有基于仿真模型的评估方法、基于管制员工作负荷的评估方法和基于历史数据的评估方法等。

其中, 基于管制员工作负荷评估方法是指管制员在雷达模拟机仿真环境下, 分析其状态、经验、空域等各种因素的影响, 然后量化其工作负荷, 用工作负荷极限值对应的容量作为评估出的空域容量。

1 管制员工作负荷

管制员的主要工作有:识别、移交、接收相邻管制区的飞机;调节飞机高度;调节飞机速度;引导飞机;监视飞机轨迹;协调飞机间的冲突;提供气象信息与航行情报;计算航行诸元;整理与填写行程单等[2]。

管制员工作负荷是指管制员在指挥区域内的飞机, 进行发送指令、处理反馈信息、监视飞机和填写进程单等工作时, 在客观上进行工作所需的时间与在主观上心里所承受的压力。

2 管制员工作负荷评估方法

2.1“DO R A”方法

“DORA”方法最早是用于评估雷达管制员工作负荷的方法, 由英国运筹与分析理事会提出。该方法将管制员工作负荷分为看得见的工作、看不见的工作与恢复时间。

看得见的工作指日常工作与解决冲突的工作, 一般为调查人员能够直接记录并可以准确计时的工作, 如陆空通话时间、发送指令时间等;看不见的工作指思考计划的工作, 一般为调查人员不容易直接记录的工作, 如管制员计算航行诸元、发现冲突、制定冲突解决方案以及监视航空器飞行等;恢复时间是指管制员工作过程中各环节的缓冲时间与调整时间, 这是保证评估容量满足安全持续运行的必要部分[3]。

该方法提出了恢复时间的概念, 完善了工作负荷的内容, 但由于分类不是十分具体, 统计时并不能保证工作负荷的精确划分与计时。

2.2“MBB”方法

“MBB”方法由德国布鲁姆等人提出, 该方法将管制员工作负荷分为无线电通话时间长度、行动时间、登记和处理信息时间。其中, 行动时间包括填写进程单的时间与排列管制进程单的时间;登记和处理信息时间包括可直接观察的时间和不可直接观察的时间[3]。相比较于“DO-RA”方法, “MBB”方法对工作负荷的分类更为细致, 使得测量的准确性得到保证, 但由此造成的统计工作量大为增加。

2.3“MMBB”方法

“MMBB”方法综合了“DORA”方法和“MBB”方法的优点, 它在统计实际操作过程方面沿用了后者方法中对工作负荷的分类, 在统计思考过程中则使用前者方法, 即“看得见的工作”与“看不见的工作”的划分方法, 进一步提高了统计效率与测量结果的准确性[3]。

2.4 雷达模拟机评估方法

该方法是基于模拟机的管制仿真, 其空域范围、航路、扇区等元素均与实际情况相同。首先让管制员在模拟机上进行实际操作, 然后按照事先编排好的方案增加航空器数目, 直到管制员不能再接受更多的飞机, 则此时容量为当前空域的评估容量。

该方法虽与实际客观情况相当接近, 但在航班量较大时, 管制员在模拟机和真实环境中的主观表现还存在差距, 从而对容量评估准确性造成影响。

2.5 自我评估方法

自我评估方法主要用于评估管制人员工作时的心里负荷, 该方法通过一些简单的引导与问答, 来获得管制员在不同方面的心里负荷。具体方法分为一下几种:

2.5.1“SWAT”方法

“SWAT”量表方法将工作负荷分为时间负荷、努力负荷和心里紧张负荷, 每种负荷分为轻、中、重三个等级。被调查对象根据自身情况选择各负荷的等级, 然后对各负荷进行重要性排序, 最后将其换算为分值, 分值越大者, 负荷越重[4]。

2.5.2“NASA-TLX”方法

“NASA-TLX”量表方法将工作负荷分为脑力需求、体力需求、时间需求、努力程度、业绩水平和受挫程度。被调查对象根据自身情况在量表各负荷十等分线上标记, 然后对各负荷进行重要性排序, 最后将其加权平均乘以十, 即为被调查对象的负荷得分[4]。

2.5.3“ATWIT”和“WAK”方法

该方法中, 被调查对象要求在“ATWIT”的提示下, 根据自身负荷的实际情况, 在“WAK”面板上按下相应的按钮。“ATWIT”的提示每隔一段时间便会产生, 统计的是时间段内的工作负荷。

相较于其他自我评估方法, 该方法具有更好的负荷跟踪效果, 不仅能通统计出管制人员的负荷峰值, 还能得到其负荷变化曲线, 为后期研究提供更多的数据支撑。不足之处是该方法会对管制人员造成额外的工作负荷, 分散其注意力[5]。

3 结束语

基于管制员工作负荷的容量评估方法虽然多种多样, 但他们均以管制员为核心, 从不同方面、不同角度对其工作负荷进行量化。这些方法不仅最大限度保证了容量评估的有效性, 也从另一方面为研究者提供了管制工作、管制人员和管制负荷三者之间的影响依据。

因此, 利用这些方法准确地进行容量评估是进一步提升管制效率、保障空中交通安全必不可少的工作。

摘要：随着航空飞行活动日渐频繁, 空中交通流量管理的作用与重要性也日益提升, 而准确评估空域容量是空中交通流量管理中必不可少的部分。目前, 基于管制员工作负荷的评估方法被广泛用于各空域的容量评估, 常用的有DORA、MBB、MMBB、SWAT等方法, 本文从其定义、分类方法、优劣等方面作了简要介绍。

关键词：管制员,工作负荷,容量评估,DORA,MBB

参考文献

[1]薛宏伟.浅析空中交通流量管理[J].科技风, 2014.

[2]张功.基于管制员工作负荷的扇区容量评估技术研究[D].南京:南京航空航天大学, 2013.

[3]陈亚青, 孙宏.进近管制员工作进程分类及工作负荷研究[J].中国安全科学学报, 2006.

[4]肖元梅, 王治明, 王锦珍等.主观负荷评估技术和NASA任务负荷指数量表的信度与效度评价[J].中华劳动卫生职业病杂志, 2005.

工作负荷评估论文第4篇

1.1 管制工作负荷的定义

工作负荷 (work load) , 广义上指人在给定时间内可完成工作量。又叫工作强度或劳动强度。具体到民航领域, 是指管制员在一既定时间段内处理空中交通管制工作的量。

1.2 影响工作负荷的因素

影响工作负荷的因素是多方面的, 一般来说可以分为主观和客观因素。主观因素是指管制员调配空中冲突的能力、心理调节能力、瞬时的身理状况等。客观因素是指管制空域结构、瞬时航班流量、管制冲突量与冲突复杂程度因素。而各个因素间相互影响, 并且其所起作用由诸多方面决定。譬如:空管员调配空中冲突的能力就受到其心理调节能力与当时身理状况影响, 并且由其管制经验的丰富程度、总结提高冲突调配方法能力、反应快慢程度等方面决定。要想得出准确结果, 必须找出具备操作性与标准性的方法。

2 管制员工作负荷理论模型

2.1 模型实现

每个扇区是由对空指挥席位 (EC) 与协调席位 (PLC) 组成。

EC主要职责是:1对空中安全负责;2为扇区内航空器提供雷达管制服务;3合理调配, 使航空器之间具备安全间隔;PLC主要职责是:1负责监控EC对空指挥;2负责有关动态的移交、接收、协调、通报。

由此可见, EC是日常空管业务运行的核心所在, 准确的对EC席位的工作负荷进行评估, 就能够正确得出对扇区容量进行评估结果。

表1是2010年5月15日09:00-12:00 (PEK) AC16扇区EC动作及所用时间:

依据EC的意图为分类标准, 则EC工作负荷主要分为三类:

(1) 监控负荷:EC监控扇区内雷达标牌航行诸元正确性产生的负荷;

(2) 调配负荷:EC为避免航空器相撞发布的为航空器提供垂直、纵向、侧向间隔的指令所产生负荷;

(3) 操作与通话负荷:EC欧洲猫系统限定而进行的通话与操作所产生的负荷。

表1中的各项内容可归类到三种负荷中。

2.2 模型的建立

依据之前的分析, 建立EC工作负荷评估理论模型:

式中:Wmo (t) ——监控负荷;

Wcf (t) ——调配负荷;

Wop (t) ——操作与通话负荷;

t——评估时段。

2.2.1 监控负荷Wmo (t)

EC的监控负荷主要有:对其扇区内航空器标牌的高度、速度、航向、及标牌上包含的其他信息进行核对, 并监控机组执行。

因此, 监控负荷可概括如下:Wmo (t) =W进程单 (t) +W诸元改变 (t) (2) 式中,

W进程单 (t) =进程单×N进程单 (t) (3)

W诸元改变 (t) =诸元改变 (t) ×N诸元改变 (t) (4)

诸元改变——航空器航行诸元负荷的权值;

进程单——操作进程单负荷的权值;

N进程单 (t) ——进程单的数量;

N诸元改变 (t) ——改变航行诸元的数量。

2.2.2 调配负荷Wcf (t)

EC调配负荷主要有:为防止航空器相撞, EC席位发布的改变高度、航向、速度等的指令, 限制到达某航路点的高度等指令。

可以概括如下:

式中,

cf——调配负荷权值;

N冲突次数 (t) ——改变航空器航行诸元的次数。

2.2.3 操作与通话负荷Wop (t)

主要包含:EC为维持雷达管制所进行的操作与通话。因此, 该负荷模型为:

2.2.4 管制负荷模型

综上所述, 总结如下:

W (t) =高度改变 (t) ×N进入扇区 (t) +进程单×N进程单 (t)

+cf×N冲突次数 (t) +进入扇区×N进入扇区 (t)

+离开扇区×N离开扇区 (t) (9) 式中:t为评估的时间段。

2.2.5 管制员工作负荷评估理论模型的应用

依据表1中的数据, 加上抽样权重的统计, 容易计算出结论:

管制工作负荷权重计算结果

权值诸元改变进程单cf进入扇区离开扇区

结果s 6.3 1.2 7.6 7.0 6.0

将一天划分为48个30分钟时间段进行评估, 统计N进程单 (t) 、N诸元改变 (t) 、N冲突次数 (t) 、N进入扇区 (t) 和N离开扇区 (t) (t为评估时间段) 的值, 就可以得出该段时间内的工作负荷。

3 基于管制员工作负荷理论模型的的容量评估

3.1 容量评估的实现

扇区容量是指在保证安全水平的前提下, 单个扇区同时可以容纳并提供管制服务的航空器的最大数量。按照之前分析, 我们可以得出, 单个扇区的容量主要取决于EC的工作负荷程度。

根据国际民航组织有关文件, 及DORATASK方法的观点, 管制员必须留有一定的恢复时间, 且恢复时间是极为重要的, 平均的工作负荷强度必须小于80%。

3.2 单个扇区容量的方法

(1) 跟踪48个时间段内航空器的数量、EC指令的发布情况、EC操作的具体动作等数据。

(2) 将之前采集的数据代入工作负荷评估数学理论模型中, 评估48个时间段内工作负荷的强度。

(3) 以小时为单位绘制出工作负荷与扇区内航空器数量的关系图, 按照DORA方法, 当工作量对应的时间达到1小时的80%, 即2880秒的时候, 此时对应的航空器数量即为扇区的饱和容量

4 实例应用

广州区管中心管制四室AC16扇区为实例, 对EC工作负荷及该扇区容量进行评估, 并计算24小时内的结果。

AC16扇区EC工作负荷评估

由上文计算公式可以得出, 每天的09:00-10:00, 16:00-17:00, 21:00-23:00 (PEK) 为繁忙时段, 与实际管制工作的情况相符, 说明该结果是有正确的借鉴意义的。

在AC16扇区EC工作负荷评估结论的基础上, 对AC16容量进行评估, 结论如下:

EC管制员工作负荷与区域内航空器架次成正比, 而依照2880s为标准, 则AC16扇区的理论扇区容量为17.5架。

5 结束语

本文以广州区管AC16扇区为研究对象, 提出民航单一扇区评估的方法。该法因其操作性较强而对实际管制工作, 特别是流量管理和扇区开放管理工作有重要的借鉴意义。

参考文献

[1]陈亚青孙宏进近管制员工作进程分类及工作负荷研究.中国安全科学学报, 2006 (2)

[2]韩松臣扇区容量与管制员工作负荷的关系研究.空中交通管理, 2000 (6)

工作负荷评估论文第5篇

中国民航总局《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》中规定:“实施国内或者国际定期载客运行的合格证持有人, 应当在每一飞行签派中心安排有足够数量的合格飞行签派员, 以确保对每次飞行进行恰当的运行控制。”因此, 飞行签派员是航空公司实现良好运行品质 (安全、正常、服务、效益) 的关键, 也是影响飞行安全的重要因素之一。繁杂的工作内容, 高节奏、高负荷、高压力的飞行运行环境使飞行签派员工作负荷问题日益严重, 直接关系到飞行安全和航空运输业务的效益。

对于工作负荷评估技术, 国际上通用的主要有SWAT与NASA-TLX方法。其中, SWAT方法主要针对于主观性的工作负荷, 包含三个方面:时间负荷、精神投入负荷和心智的压力。目前最常用的是美国航空航天局提出的NASA-TLX方法。NASA-TLX方法是一种多方面主观衡量工作负荷的指标, 包括六个子指标:心智需求、体力需求、时间需求绩效水平、努力和挫折感等六项。在民航领域的工作负荷评估中则主要是针对飞行员和管制员, 其中, 对于飞行员[1], Harss等人采用专家评价法提取出夜视飞行中影响工作负荷的3个主要因素:能见度、地形信息、成员间的合作沟通, 并在此基础上总结出飞行员面临的4个情境特点:处理难度, 可控性、成员应对的可能性和失去方向的危险;对于管制员, Arad提出timeon-task方法, Stein基于情景分析开发了工作量探针模型, 国际民航组织与1984年提出了评估ATC扇区容量的“DORATASK”方法和“MBB”方法, 部分研究者提出需求—资源模型, 认为当工作要求和所拥有的资源不匹配时, 个体就会感受到压力, 等等。

这些研究都是针对于飞行员、管制员和机务维修人员的工作负荷, 飞行签派员的工作负荷研究几乎是空白。本文借鉴相关领域对工作负荷的研究方法, 在此基础上, 通过重新对飞行签派员日常工作重新进行分组分类, 研究并建立其工作负荷的模型。同时, 利用该模型进行签派员工作负荷评估, 进而对航空公司签派席位的划分及人机分配等方面进行讨论。

1 概念与影响因素分析

1.1 飞行签派员工作负荷的定义和分类

每架航空器的签派放行都必须在放行航班前收集足够的与该航班有关的信息, 并根据所获得的全部信息进行放行评估, 由飞行签派员对该次飞行进行安全运行各项内容的确认, 最终由公司授权签派员和机长共同决定签派放行。飞行签派员工作内容主要包括两方面:

签派放行:包括飞行计划的申请, 收集机场、天气、航行通告、飞机性能等信息, 计算油量, 制作飞行计划等。

运行监控:包括对始发机场和目的地机场的飞行进程进行适当的监控;对中途停留机场和改航备降机场飞行进程的监控;以及对在这些机场所需的维修或者机械延误进行适当的监控, 与机组人员、管制员等进行重要的信息交换。

由上述飞行签派员的职责和工作内容来看, 可以把飞行签派员工作负荷定义为:由于航空公司运行管理和航空器飞行安全的要求对飞行签派员形成了客观需求, 飞行签派员为满足这些需求所承受的身体上和精神上的压力, 这些压力可以转化为时间上的消耗, 这个时间消耗的长短就是飞行签派员工作负荷的大小。

1.2 签派员工作负荷影响因素

基于以上分析, 并参考资深签派专家的意见, 按照签派员工作进程将工作负荷具体分为以下几类。

2 建立签派员工作负荷评估模型

2.1 初始负荷模型

通过以上分析, 得到如下签派员工作负荷模型:

式中, t:签派员执勤时间。

L交流 (t) :与其他飞行签派员、气象专家、机组、飞机排班、机务维修、机场运行、客户服务等部门人员通过电话、电报、高频、甚高频、ACARS等手段共享信息, 以及向空中交通管制、空军管制部门等进行信息咨询。

L思考 (t) :机组评估、机场评估、飞机适航评估、起飞/落地性能评估, 天气评估;动态监控;航班计划调整;不正常航班恢复的决策等。

L操作 (t) :操作电脑, 查询机场、机型、航路、天气、通告等信息;计算油量;制作飞行计划;航班计划调整;记录不正常运行信息;向各部门发布不正常运行信息、接受或发送天气等信息;填写交班记录等。

根据以上的分析, 在进行工作负荷评估时, 将签派员的作业活动可进行一下细分。

2.2 建立签派员工作负荷模型

式中:Ni (t) 为时间段t内, 第i项任务发生的次数;

为第i项工作进程中, 交流负荷的权值;

为第i项工作进程中, 思考负荷的权值。

为第i项工作进程中, 操作负荷的权值;

其中通过统计计算多个签派员每个任务所花费的时间 (从监控视频上直接获得) , 然后取多次统计数据平均值作为权值;可以通过问卷调查的方式获得。

设时间段t内签派员的总工作负荷LT (t) , 可以得到

结合式 (1) 、式 (2) 两式, 得到总工作负荷的详细模型:

3 基于签派员工作负荷的航班量分配评估

国际民航组织在文件9462中提出:对于“DO-RATASK”工作负荷评估方法, 当飞行签派员工作时间达到80%时, 为工作负荷的额定值。因此, 此时对应的责任航班量为签派员的额定航班量。

由 (4) 式可得, 时间段t内, 签派员负责一个航班的平均工作负荷值为:

式中:为签派员负责一个航班的平均工作负荷值;X为时间段t内, 签派员负责的总航班量。

由 (5) 式可建立航班量分配模型, 如 (6) 式:

式中:N为签派员执勤时间内负责的航班量;

T为签派员执勤时间。

4 总结

借鉴国外工作负荷研究经验, 本文对飞行签派员工作进程提出新的分类整理方法, 并分析了其影响因素。基于此分类方法将工作负荷分为交流负荷、思考负荷、操作负荷, 并将其应用于11项工作进程中, 进而提出了具有通用性的签派员工作负荷模型。在此基础上, 提出了基于签派员工作负荷的航班量分配评估方法。此两项评估方法可用于航空公司签派员资质管理评估与考核和民航局的签派员审查等工作。

由于各个航空公司的运行控制方法、机型、航班量等不尽相同, 因此运用该模型进行评估时, 不仅统计工作量大, 更应该根植于本公司实际情况;而且, 每天不同时段, 总航班量不同、繁忙程度不同, 签派员的工作负荷不同。当出现不正常航班时, 签派员工作量更是大大增加, 因此下一步的研究重点是从不正常航班及其恢复的角度对签派员工作负荷进行研究和评估。

参考文献

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[4]罗凤娥, 熊子晨.基于AHP航空公司签派员资质能力评估方法[J].科技创新导报, 2013 (6) :88-89.

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[8]飞行签派员执照管理规则CCAR65[G].

柔性负荷互动影响量化评估方法第6篇

在当前能源资源短缺、气候变化明显、环境污染严重的现状下,大力发展绿色、低碳、可持续的可再生能源已成为世界各国的共识。然而,风能、太阳能等可再生能源固有的波动性、间歇性、反调峰性、低可调度性等“不友好”的特点也给电力系统的安全、经济运行带来了新的挑战,并网难已成为当今大规模可再生能源发电的最大瓶颈[1,2]。

国内外理论研究和实践证明,借助智能用电双向互动运行模式及支撑技术,动态整合用户侧资源是智能电网环境下提高可再生能源消纳能力的有效途径[3,4,5,6]。与传统用电需求需随时被满足、近乎刚性的负荷相比,未来的智能电网将出现一类可在一定范围内调整其用电行为的负荷,通过主动改变其用电时间及用电量大小,它们将可参与电网的运行控制,该类负荷称为柔性负荷,主要包括需求响应资源、电动汽车、储能等[7,8,9]。然而,柔性负荷具有以下2个特性:一是受用户用电行为的影响,负荷内部自主变化的主观性较强;二是由于负荷会基于外部环境及激励信号等发生变化,从而在客观上导致柔性负荷响应行为具有一定的无序性。因此,柔性负荷参与到电网互动中后,将给电网的运行带来更多的不确定性。

目前,已有一些文献对柔性负荷的响应特性进行了分析,并建立了相应的模型。基于电价的需求响应建模主要采用历史数据拟合响应度曲线、电量电价弹性矩阵分析等方法[10,11],激励型的可中断负荷建模则主要基于中断合同和中断成本建立优化决策模型[12,13]。在电动汽车建模方面,模型的建立主要依据电动汽车充电功率或驾驶习惯的统计规律[14]。考虑柔性负荷响应的不确定性,文献[15]建立了计及电动汽车出力不确定性的电力系统随机经济调度模型。文献[16]计及峰谷分时电价对用电负荷的影响,建立了计及分布式电源出力、电动汽车充电等不确定因素的配电网重构模型。

此外,随着分布式可再生能源的高渗透接入和系统中高峰负荷的日益增长,由柔性负荷参与电源侧或电网侧调节所带来的影响已日益成为关注的焦点。文献[17]通过分时电价与可中断负荷赔偿成本之间的作用关系,分析了分时电价对系统动态负荷备用的影响。文献[18]通过对大工业用户的响应分析,指出合理的峰谷电价能够达到良好的削峰填谷效果,有利于保持系统的经济安全运行。文献[19] 选取了美国弗吉尼亚州一个城镇的典型配电网,分析了多种电动汽车接入情景下配电网的负载情况, 其研究结果表明,通过交错充电等有序充电策略可有效地平滑负荷、消除配变过载。但由于柔性负荷响应行为具有不确定性,造成在不同的案例场景或计算条件下,柔性负荷参与互动将对电网产生不利影响。文献[20]指出,实施动态电价时将存在负荷同步响应问题,大部分负荷从典型高峰期转移至典型的非高峰期时段并不能有效减小峰谷差。文献[21]对IEEE 34节点馈线测试系统进行了计算, 并指出电动汽车充电引起的线损和压降在进行优化充电管理后仍不可忽视。

以上研究说明,由于响应行为的不确定性导致柔性负荷参与互动既可能对电网带来“有利”影响, 也可能对电网带来“不利”影响。随着未来电网中柔性负荷渗透率的不断提高,这种“不利”影响将不容忽视。对柔性负荷互动能力进行深入研究并最终量化,将有助于尽早规避“不利”影响、提高柔性负荷参与电网调控运行的能力。然而,以上研究中,多以系统功率平衡或可用发电容量为约束条件,而较少考虑柔性负荷参与互动后对电网安全带来的影响。本文在现有研究的基础上,综合考虑了柔性负荷自身的响应能力及电网的安全性,定量评估了不同响应程度的柔性负荷参与电网互动所带来的效果以及对电网安全运行所带来的影响。研究结果旨在为调度中心制定合理的互动策略提供参考依据。

1柔性负荷互动影响评估的技术框架

本文根据柔性负荷参与互动后对电网安全带来的影响,将柔性负荷互动分为良性互动和劣性互动两类。前者是在系统出现功率不平衡量时,由调度中心在确保完成电网调度总体目标的前提下,遵循相关原则实施的互动,是一种电力系统正常运行工况下的调控手段,能够起到削峰填谷、提高可再生能源消纳等作用;后者则主要由柔性负荷的自主、无序响应或不合理的互动策略引起,用于评估柔性负荷参与电网调控运行的能力,并为调度中心提供决策依据,以避免制定的互动策略对电网安全运行带来隐患。针对以上2类不同的互动场景,互动影响的评估重点也不尽相同。在良性互动场景下,重点评估柔性负荷参与互动在消纳可再生能源和削峰填谷等方面的效果。在劣性互动场景下,则重点关注互动对电网安全水平的影响,通过一些指标评估柔性负荷的互动趋势。如果随着时间的推移,指标向不利于电网安全的方向发展,则认为该互动不利于电网安全运行,需重点关注或提前终止。进一步地,可根据指标约束得出互动极限。

据此思想,本文提出了柔性负荷互动影响量化评估的技术框架,如图1所示。首先,建立柔性负荷互动的响应模型。柔性负荷参与电网调度运行的互动机制一般可分为电价机制和激励机制两类。此外,柔性负荷具有数量多、分散分布的特点,需以多代理的方式参与调度运行。因此,从调度中心的角度看,柔性负荷互动响应模型是其在电价或激励机制下建立的多代理综合响应模型,是通过负荷节点的功率改变量表征柔性负荷参与互动的过程。其次,从柔性负荷的互动参与度、互动效果和电网安全性三方面构建评估指标体系。最后,通过计及互动演变过程的潮流计算,对柔性负荷的互动效果和互动影响进行量化分析及评估。

2柔性负荷互动响应模型

2.1电价型负荷响应模型

电价是一种柔性的响应机制,通过经济杠杆促使各类柔性负荷改变用电行为,从而参与互动。随着电价的变化,电力需求的变动可为以下2种方式。

1)部分负荷无法转移到其他时段 (如照明负荷),该部分负荷只能是“有”或“无”。因此,这类负荷仅在单一时段具有敏感性,称为“自弹性需求”,其弹性值为负。

2)部分负荷可以从高峰时段转移到非高峰时段或低谷时段,这类负荷具有多时段敏感性,称为“交叉弹性需求”,其弹性值为正。

为简化计算,本文中的电价型负荷均指具有自弹性需求的电价型负荷。

电价型负荷的响应模型可表征为:

式中:下标i为柔性负荷类型;Pi,0为初始功率;εii为自弹性系数;ci为实际电价;ci,0为初始电价。

调用电价型负荷的互动成本可以用电网侧售电收入的变化表征为:

2.2激励型负荷响应模型

激励也是一种柔性的响应机制,典型的激励型负荷包括可中断负荷、直接负荷控制等。以可中断负荷为例,它们以签订合同的方式参与电网调度运行。合同内容包括提前通知时间、持续时间、负荷调节容量、折扣率、补偿率等。

激励型负荷的响应模型可表征为:

式中:ΔPi为负荷调节容量。

当用户响应激励合同削减或增加负荷时,调用激励型负荷的互动成本分别可以用电网侧售电收入的变化表征为:

式中:α为折扣率;β为补偿率。

3柔性负荷互动影响评估指标

针对柔性负荷在消纳分布式可再生能源或电网调节过程中的参与程度、发挥的作用和对电网安全的影响这3个方面,考虑分成2个层次建立柔性负荷互动影响评估指标体系,如图2所示。图2中,第1层主要反映柔性负荷的响应特性,用互动参与度进行评估,包括互动潜力、响应程度等指标。第2层主要用于评估互动影响,包括:1互动对可再生能源消纳和削峰填谷的效果,评估指标有可再生能源波动支撑水平、峰谷差变化比等;2互动对电网潮流分布和安全水平的影响,评估指标有线路重载率、互动潮流熵以及电网互动承受度等。在良性互动场景下,重点评估互动效果,同时也要兼顾电网安全性。而在劣性互动场景下,则主要通过电网互动承受度指标给出保证电网安全运行前提下的互动极限。

3.1互动参与度评估指标

1)互动潜力

互动潜力是柔性负荷所固有的一种物理属性, 用于描述柔性负荷参与互动后功率增加或减小的最大能力。当互动后功率增加时,称为正向互动潜力, 反之则称为反向互动潜力。t时刻的第i类柔性负荷互动潜力定义为该柔性负荷参与互动后的最大功率改变量与其自然功率的比值,如式(6)所示:

式中:Pi,max(t),Pi,min(t),Pi,0(t)分别为t时刻柔性负荷可达到的最大功率、最小功率和初始自然功率值。

2)响应程度

响应程度描述t时刻柔性负荷参与互动的实际水平,与负荷自身的用电特性、调度中心的互动机制等多重因素密切相关。t时刻的响应程度定义为柔性负荷的实际互动量与其最大互动量的比值,如式(7)所示:

其中

式中:ΔPi(t)和Pi(t)分别为柔性负荷的实际互动量和实际功率值。

3.2互动效果评估指标

1)可再生能源波动支撑水平

利用柔性负荷平衡可再生能源波动是解决可再生能源规模化并网的重要手段之一。可再生能源波动支撑水平用于评估通过互动提高可再生能源消纳的能力,定义为用于消纳可再生能源波动的柔性负荷互动量与可再生能源波动量的比值,见式(9):

式中:ΔPRE为可再生能源的功率波动量。

2)峰谷差变化比

利用分时电价等互动机制引导柔性负荷参与互动可有效改善系统的负荷特性,起到削峰填谷的作用。将峰谷差变化比定义为有互动及无互动场景下系统的峰谷差改变量与无互动时系统峰谷差的比值,用于评估柔性互动对系统削峰填谷的贡献,如式(10)所示:

式中:Pp-v和分别为无互动和有互动情况下的系统峰谷差。

3.3电网安全性评估指标

1)线路重载率

设线路i最大有功传输容量为Fi,max,系统运行时线路i的实际潮流为Fi,0,则线路i的负载率μi为:

式中:K为线路数。

μi>1时表示线路越限,假设μi超过一定门槛值(如0.8)时代表线路重载,定义电网重载率水平为重载线路数NLF与总支路数K之比,用于反映电网安全运行的程度,如式(12)所示:

显然,kLF的取值为0~100%。kLF=0时表示未出现线路重载情况;kLF>0时表示网内存在一定的线路重载隐患,kLF的值越大,则系统的隐患越大, 需要调整互动方案以转移或降低高负载线路的压力。

2)互动潮流熵

熵是对系统混乱和无序状态的一种量度,对给定的常数序列U={U1,U2,…,Uj,…,Un},用lj表示负载率μi满足μi∈(Uj,Uj+1]的线路条数,对不同负载率区间内的线路条数概率化可得:

式中:ρj,t为负载率μi∈(Uj,Uj+1]的线路数占总线路数的比例。

根据熵的定义,电网潮流熵可表示为[22]:

式中:q为常数,本文中取ln 10。

为进一步量化互动对潮流分布均衡度的影响, 本文引入互动潮流熵的概念,以描述单位柔性负荷互动后负载率分布的变化。定义互动潮流熵为互动前后电网潮流熵的改变量与柔性负荷的响应程度平均值之比,其值可定量评估互动参与程度对电网潮流分布的影响,可表征为:

式中:H(t)为互动前的电网潮流熵;为互动后的电网潮流熵。

当互动潮流熵为负值时,说明柔性负荷参与互动后电网潮流分布更趋于均衡,其值越小,互动带来的影响也越小,反之亦然。

3)电网互动承受度

柔性负荷的互动参与程度不仅受到自身响应特性的影响,还受电网安全水平的约束,在式 (11)、式(12)和式(15)的基础上,定义电网互动承受度Ci为保证电网安全运行的前提下(本文中将电网安全状态定义为线路无过载),柔性负荷的最大互动量与仅考虑其自身响应特性时的最大互动量之比(对应于最大互动潜力时的功率调整量),如式(16)所示:

式中:tmax为电网临界安全运行时刻。

电网互动承受度指标反映了电网安全运行的前提下柔性负荷的最大响应程度。需指出的是,与柔性负荷的双向互动相对应,电网互动承受度也有正向与反向之分。当柔性负荷正向互动时,Ci称为电网的正向互动承受度,反之则称为反向互动承受度。

4柔性负荷互动影响评估流程

为较好地模拟柔性负荷参与调控运行的互动过程,图3给出了一种双层迭代的评估流程。该流程包括内、外双层计算框架。其中,外层迭代模型为慢演变过程,主要用于模拟状态转移较慢的电气量时序变化过程,如新能源出力的波动变化、系统负荷曲线以及发电计划等系统固有时序特征等。内层迭代则为快速演变过程,首先根据系统功率不平衡量确定互动策略,然后根据柔性负荷响应模型调整柔性负荷节点用电功率,并对当前断面进行计及互动的潮流计算。通过内、外双层的循环计算,计算出上文提及的各评估指标在互动过程中随时间变化的数值,以对柔性负荷的互动参与度、互动效果及互动影响进行综合评估。

5算例仿真

5.1算例参数

算例采用IEEE 39节点10机系统,其结构图如图4所示。设38、39节点为风电的集中接入点,同时将系统划分为2个区域,各区域内负荷的类型和响应特性不同。区域1设为典型的商业和居民区, 对电价较为敏感,属于价格灵敏区;区域2设为典型的工业负荷区,对电价不太敏感,属于价格不灵敏区。负荷的基本互动信息见表1。

5.2仿真结果及分析

5.2.1互动效果分析

调度中心根据短期风电预测和超短期负荷预测数据,计算出系统的功率不平衡量,基于负荷的价格弹性制定实时电价,通过电价信号引导柔性负荷参与互动。本算例中的电价调节范围为0.4~1.6(以标幺值计,1标幺值等价为0.5元 )。风电在 [-50%,50%]波动水平下的柔性负荷互动参与度及可再生能源波动支撑水平评估指标计算结果如表2所示。

通过对不同风电波动水平下指标的对比可得以下结论。

1)当风电在[-30%,30%]范围内波动时,随着风电波动幅度的增大,为平衡系统中逐步增大的功率不平衡量,柔性负荷的响应程度也在逐步加深,对电价灵敏的区域1响应程度较区域2更大。此时, 可再生能源波动支撑水平为100%。也就是说,通过柔性负荷参与互动,可实现风电的全额消纳。

2)当风电波动幅度超过40%时,区域1中的柔性负荷响应程度已达100%,调度中心为了进一步调度灵敏性较弱的区域2负荷参与互动,需大幅增加/降低电价,此时已经造成电价越限;而同时,柔性负荷对可再生能源波动支撑水平持续下降。该情况下,需采取其他互动机制联合调节或适当弃风。

3)从互动成本上看,当风电正向波动时,虽然调度中心降低电价,但由于柔性负荷的用电量增加,电网侧的售电收入仍然是增加的,因此互动成本为负; 当风电反向波动时,调度中心通过抬高电价以抑制柔性负荷的用电行为,由于柔性负荷用电量的减少, 电价升高时电网侧的售电收入反而减少,因此互动成本为正。且从风电波动的2个方向均可发现,随着风电波动幅度的不断增大,柔性负荷的调用量逐步增大,从而互动成本也随之增加。

5.2.2电网安全影响分析

图5对比了柔性负荷参与互动前后的线路重载率和系统最大负载率的计算结果。柔性负荷参与互动前,系统中的不平衡功率由常规火电机组承担;柔性负荷参与互动后,不平衡功率首先由柔性负荷承担,如果柔性负荷已经完全响应或者调度中心的调度代价过大(体现为电价越限),不平衡功率则由柔性负荷和火电机组共同承担。

由图5可以看出,有互动时,线路最大负载率有较为明显的下降,但此时也存在部分线路重载率较无互动时有所增加的情况,说明互动对减小系统整体重载严重程度起到了一定作用,但有可能引起局部地区的潮流重载。

图6为IEEE 39节点和IEEE 118节点网架下互动潮流熵的计算结果。

由图6可以看出,电网互动潮流熵为负值,且不论是柔性负荷正向响应还是反向响应,随着柔性负荷响应程度的增加,互动潮流熵都将随之增大。这说明,在柔性负荷参与互动后,系统潮流分布较柔性负荷参与互动前更为均衡,但随着互动参与程度的加深,互动对潮流分布均衡度的改善效果将呈下降趋势。

由图5和图6的指标计算结果可见,柔性负荷响应行为的不确定性使得柔性负荷参与互动后的潮流分布更为复杂:一方面可能有利于电网的潮流分布更趋均衡;但另一方面,不加引导的互动也可能引起局部地区或部分线路潮流重载,甚至可能引发安全性问题。

以线路不过载为约束条件,电网互动承受度指标的计算结果如表3所示。在电网安全的前提下, 由于柔性负荷参与互动,风电波动比例分别提高了6%(正向)和-15%(反向)。此时,电网正向互动承受度为71.1%,反向互动承受度为-75.6%。由该分析结果可知,虽然柔性负荷存在一定的互动潜力, 但因电网安全约束的限制而无法实现完全响应。因此,调度中心在制定负荷互动策略时,需充分考虑电网的实际接纳能力。

6结语

随着未来电网中柔性负荷渗透率的不断提高, 对柔性负荷的互动影响进行深入研究并量化评估对指导柔性负荷参与电网调控运行有着重要的意义。

本文从柔性负荷参与电网互动的视角出发,提出了柔性负荷互动影响评估的技术框架,建立了柔性负荷互动响应模型和互动评估指标体系,对柔性负荷的互动效果和互动影响进行了量化评估。算例评估结果表明,柔性负荷给电网的调控运行提供了一种新的调节手段,但同时也将给电网安全带来更多的不确定性。不加引导的互动会劣化电网运行状态,给电网安全带来风险。柔性负荷的互动影响与其自身的响应特性、激励机制、互动区域和电网自身约束等因素密切相关。考虑到柔性负荷响应的随机性、自主性与无序性,柔性负荷的不确定性响应建模、计及互动的动态概率潮流是需要进一步深入研究的问题。

摘要：负荷侧资源参与电网调控运行是平衡以风电为代表的新能源波动的重要手段之一。但柔性负荷响应的随机性、自主性与无序性也将给电网运行带来更多的不确定性。为评估柔性负荷参与电网互动的效果和影响,提出了柔性负荷互动影响评估的技术框架;建立了基于电价和激励机制的互动响应模型,并从柔性负荷的互动参与度、互动效果和电网安全性3个方面构建了评估指标体系,设计了计及互动演变过程的量化评估方法。通过对IEEE 39节点的算例分析,验证了模型、指标和分析方法的有效性。

云南省风电负荷预测系统现状评估第7篇

风能作为目前新能源开发中技术成熟, 具有大规模开发前景的能源, 目前在云南省范围内进行了大规模的开发和利用;针对风电场大规模接入电网的情况, 风电负荷预测系统将对电网运行方式提供强有力的理论依据。

1 风功率预测系统

风电场功率预测是指以风电场的历史功率、历史风速、地形地貌、数值天气预报、风电机组运行状态等数据建立风电场输出功率的预测模型, 以风速、功率或数值天气预报数据作为模型的输入, 结合风电场机组的设备状态及运行工况, 得到风电场未来的输出功率, 预测时间尺度包括短期预测和超短期预测。

2 风功率预测对云南省的重要意义

云南省每日最高负荷大约为1 400 MW, 目前风电接入200 MW, 由于负荷中水电比重相对较大, 水电具有较强的调频能力, 所以目前对于在线路容量允许的情况下风电采用全额消纳的方式, 但随着十三五规划中风电的大力发展, 风电在电网中的比重将继续增大[1], 由于风能的随机性、间歇性特点, 风电对电力系统的安全稳定运行将带来更大的挑战。

风功率预测系统对风电场出力变化趋势进行预测, 对风电场的运行情况进行监视, 通过对风电出力的预测可以为电力调度部门优化运行方式提供数据支持, 从而提高电网供电质量、保证电网安全[2]。

3 电场侧风功率预测系统情况

2010年前投运风电场于2011年开始陆续配置风功率预测系统, 2011年以后投运风电场在投运过程中就开始配置风功率预测系统。

下面从以下4个方面对目前云南省风电负荷预测系统的现状进行分析。

3.1 数据采集系统

数字采集系统是风电负荷预测系统基础的数据来源, 也为负荷预测计算提供实际数据支持, 并与调度端进行通讯, 上送风电场运行情况及预测数据。现阶段云南风功率预测数字采集系统基本情况如下:

1) 风电场测风塔采集量均包括三个不同层高的风速和风向;但发现存在风电场目前并未安装测风塔, 测风塔数据均是电脑自动生成, 并非实时风速。

2) 风功率预测系统通过通讯终端接收风场气象信息和风场实际运行情况, 并向调度端输出风功率预测信息;但各风场均有不同程度的采集信号缺少现场温度、湿度、风向级空气密度等气象数据采集不全的情况。

3) 目前风电厂预测数据存储均是按15 min存储一次的方式进行存储, 期间的风场实发功率及风速数据都为15 min转化的平均数据。

4) 部分风电厂存在实际功率、实际风速缺失的情况, 缺失的情况下数据显示为空缺, 未对缺测和异常数据进行处理, 将对预测数据准确性造成影响。

3.2 统计、报表功能

统计和报表功能是通过对风功率预测系统中气象数据、预测数据、实际运行数据进行归纳总结再生成数据展示功能, 包括表格展示、图表展示、报表打印输出。现阶段云南风功率预测系统统计及报表功能情况如下:

1) 各风电场风功率预测系统中对于短期及超短期功率预测都可以通过历史趋势进行查询。

2) 各风电负荷预测系统中误差统计均是采用日统计、月统计的方式完成;误差指标包括均方根误差、平均误差、相关性系数、最大预测误差存在统计数据不完善的情况。

3) 各风功率预测系统只包括风速及风向统计功能, 并支持自动生成报表;未包括发电量、风电有效发电时间、最大出力及其发生时间等, 也未向电力调度机构上送以上统计数据。

3.3 预测功能

预测功能是通过天气预报、现场实际气象数据及历史数据对风电场未来功率进行预测的方法。目前预测功能情况如下:

1) 目前这些风功率预测系统均包含预测次日零时起3天的风电输出功率的短期预测、预测未来0-4h的风电输出功率的超短期预报, 且时间分辨率都为15min。

2) 各风功率预测系统短期预测启动时间都是由后台设定, 无法通过界面按钮进行手动测试, 超短期预测都是按照15min执行一次, 预测该时刻之后4h的输出功率。

3) 风场均存在开机容量缺失的情况, 由于缺少实际的开机容量将导致误差统计计算不准。

4) 各风电场风功率预测系统中对于限电时段都没有从预测系统中填写限电时段, 导致限电时段预测数据与实际负荷偏差很大。

5) 对负荷预测曲线在预测系统中存在数据缺失或错误是无法进行修正。

6) 各风场都具有完备的误差统计功能。

3.4 风场预测情况统计分析

根据《风电功率预测系统功能规范》中要求单个风电场非限电时段的短期预测月均方根误差应小于20%, 超短期预测第4 h预测月均方根误差应小于15%;[3]误差计算方法如下:

均方根误差 (RMSE)

平均绝对误差 (MAE)

工作负荷评估论文第8篇

关键词：客运专线,牵引供电,谐波含量,电压畸变,评估

1 概述

为了适应我国铁路运输市场的需求, 国家大力发展铁路建设, 特别是客运专线的建设。客运专线一般采用交直交牵引机车, 一般要采用国外引进的机车, 这种机车的谐波水平比一般整流型机车有很大改善, 机车功率因数较高 (大于0.96) 。为了正确进行牵引供电系统设计, 本文通过对谐波含量和电压畸变率的分析以及对牵引变电所一次侧平均功率因数的仿真估算, 来确定是否要在牵引变电所设置无功和谐波补偿装置。

2 相关标准

2.1 英国欧盟标准

BSEN50160-2000《公共输配电系统电压特性》对公共电网35kV及以下系统谐波电压有以下规定:“在正常运行条件下, 每周10分钟谐波电压r·m·s值的95%概率的最大THD值 (谐波次数统计至40次) 不大于8%。”

2.2 IEC标准

IEC是国际电工委员会 (International Electro Technical Commission) 1000-3-6 (1996.10) 《电磁兼容 (EMC) 关于中、高压电力系统畸变负荷的限值评估》有以下规定:

(1) 标准电压为35kV～230kV为高压 (HV) 系统;超过230kV为超高压系统 (EHV) ;

(2) 电压畸变的兼容标准和应用标准

兼容标准是指电力系统能与谐波源兼容的标准, 它是基于谐波源取95%最大概率时的允许畸变率。该限值应有一定富裕度。中压 (MV) 和高压 (HV) 电网的谐波电压允许标准如表1。

(3) 谐波次数一般统计至40次。

(4) 总电压畸变允许限值 (THDV) 中压 (MV) 为6.5%;高压 (HV) 为3%;

(5) 总电流畸变允许限值 (THDi) 如表2。

2.3 日本新干线高次谐波电流含有率限制标准

日本新干线高次谐波电流含有率限制标准见表3。

日方的新干线谐波电流资料可以看出, 日本对交直交大功率电力机车的谐波问题没有采取任何防护措施。他们根据一列高速车的谐波电流小于电网允许的谐波电流限值, 不考虑多个谐波源叠加和电气牵引负荷占PCC安装功率比重等因素, 认定新干线不会在谐波问题上对电力系统产生危害, 虽然根据不足, 但至少表明, 新干线经多年运行, 并未发生问题。

2.4 我国客运专线采用标准

通过对上述谐波标准的分析, 国标规定110kV PCC的总电压畸变率为2%, 同时又规定了各次谐波电流的允许值, 该标准中还缺少标称电压在110kV以上的允许标准。IEC标准比较详细。建议我们国家客运专线的谐波评估可采用IEC标准。

2.5 德国西门子公司交直交机车特性

交直交机车的主要技术参数见表4。

西门子公司列车在100%负荷时的谐波频谱如图1。由图1可见, 频谱中基波电流为470A左右时, 各次谐波电流的安培值在0.1～1A之间, 统计至40次谐波的总THDi约为0.76%, 其安培值约为3.57A。

法国SNCF的带强制转换单相整流桥电压转换器 (IGBT半导体, PWM脉宽调制) 的谐波电流频谱如图2和图3, 其中图2为单整流桥的典型频谱, 而图3则为有两个交错整流桥的典型谐波频谱图。

由图可见, 单整流桥时谐波电流含量较大, 且有两个谐波高峰簇, 分别在频率为15次至21次和31次至41次。当基波电流为50A时, 第一簇谐波电流在0.5～7A之间, 而第二簇谐波电流则在0.5A以下。经估算其总谐波电流含有率约为14%。当采用有两个交错整流桥电压转换器时, 只有一个明显的谐波电流高峰簇, 其频率在29次至41次之间, 当基波电流为100A时, 其单次谐波电流的最大值在0.8A 左右, 总谐波电流含有率在1.8%左右。

可以看出, 具有三点式变流器 (GTO) 或交错整流桥电压转换器的交直交机车其谐波电流频谱大都集中在31次以上的音频范围内, 对电力系统影响较大的3、5、7次等较低次频率的高次谐波含量基本为零。此外, 总的谐波电流含有率也比一般交直型整流车低得很多。

3 客运专线谐波电压仿真计算

3.1 仿真条件

(1) 在客运线运行时220kV电网PCC的最小短路容量可达2000MVA, 此值可作为系统最小短路容量。

(2) 电气牵引变电所视在功率按50MVA考虑;

(3) 牵引负荷谐波电流含量按西门子交直交机车考虑。

(4) 牵引变电所向PCC的允许注入谐波电流分量按牵引变电所功率与PCC总功率比例分担。不掌握该比例时, 可取比例系数为0.6。

3.2 仿真计算结果

通过仿真计算, 交直交机车谐波电流大都在音频范围内, 较低次高次谐波含量很小。

对客运专线而言, 在各次列车具有相同谐波频谱时, 变电所产生谐波可按列车谐波电流叠加考虑。其单次最大谐波电流约为1.84A, 总谐波电流含量IH约为5.9A。当牵引变电所为单相结线时, 最大一相的总谐波电流含量约为10.2A, 总谐波电流含有率 (THDi) 约为0.74%。与表4的允许值相比, 有很大的富裕度。

谐波电压的计算电路如图4, 图中Ih1、Ih2为两臂归算至220KV的h次谐波电流, Z1为PCC母线的系统基波短路阻抗。当PCC短路容量为2000MVA时, 归算至220KV的基波阻抗Z1为24.2Ω。最大总计算谐波电压为7877V, 总电压畸变率THDv为3.58%。如果考虑在较高次频率时电源谐波电流有较大分流的实际情况, 引入 (7) 式中系数K, 并取K=0.6, 则THDv值为2.1%。再设牵引变电所负荷功率占PCC安装功率的比值为0.6, 则牵引负荷的允许THDv为1.8%, 略小于计算的最大THDv值。应该指出, 在总谐波电流畸变率THDi大大低于标准限值的情况下, 总谐波电压畸变率THDv却超过了限值, 这是不正常的。分析其原因, 可能是由于背景谐波电压变动造成的。西门子公司机车在50%负荷 (两组变流器工作, 基波电流为235A) 时的谐波电流频谱如图5。其中各次谐波电流含量均较100%负荷 (四组变流器工作) 时高出很多。其唯一合理解释是背景谐波起了主导作用。一列满负荷的列车功率可达11.2MW, 如此巨大的负荷只能在现场试验中获得。因此在测得的谐波频谱中不可避免地会有所背景谐波存在。

通过以上分析, 可以认为, 牵引变电所的谐波电压应在允许限值之内。

4 一次侧平均功率因数评估

交直交机车功率因数一般在0.96以上, 机车功率因数提高不仅提升了牵引变电所一次侧的平均功率因数水平, 还显著减少输电环节中的电压损失。当牵引网负荷功率因数为0.96时, 网络中的单位电压损失可较功率因数为0.8时减少35%以上, 显著改善了牵引网的工作电压水平。

5 评估结论

建设客运专线, 实现客货分离, 提高运输效率, 是国家为建设发达完善的铁路网, 解决铁路运输制约国民经济发展的重大战略举措。运专线在采用交直交机车时, 其谐波和变电所一次侧平均功率因数能够满足德国IEC关于谐波电压和我国供电部门对负荷功率因数的要求。因此, 在客运专线的牵引供电系统设计中可不考虑在牵引变电所设谐波和功率因数补偿设备。

参考文献

[1]王正风, 潘本琦, 王凤霞.无功功率的最佳补偿容量[J].电力电容器, 2001.3.

[2]刘新东.如何确定10kV线路分散补偿电容器容量及安装位置[J].电工技术, 2000.2.

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