后向算法范文（精选8篇）
后向算法 第1篇
为了提高电力系统运行的稳定性,我国高压输电系统中广泛采用了单相重合闸。故障选相是自动重合闸的首要条件,因此选相元件成为高压输电线路继电保护装置的重要元件[1]。目前广泛采用的故障分量选相元件有序分量比相选相元件[2]和电流差突变量选相元件[3],但它们都存在某些不足,例如:序分量比相选相元件存在故障相区的重叠,需配合其他判别方法才能区分;相电流差突变量选相元件不能识别多相故障的相别,在弱电源侧还可能存在灵敏度不足等缺点[4]。
近年来,基于故障产生的暂态分量的继电保护——暂态量保护[5]得到了广泛的关注。基于暂态量的故障选相元件最初较多的是利用行波的方法[6],但存在初始行波受故障电弧、初始角、反射波等因素影响的固有缺陷[7]。
本文在对各种故障类型下暂态电流频率成分特征的理论分析基础上,提出了一种基于故障后暂态电流信号的故障选相方案。该方案以“后向预测Prony算法”作为提取电流暂态量的工具,具有快速、简单、可靠的优点,并不受故障类型、过渡电阻、故障初相角等的影响。大量ATP仿真证明了本选相方案的有效性。
1 基于分布参数的超高压输电线路故障暂态信号分析
目前按分布参数计算输电线路暂态过程的实用方法有网格法、贝瑞隆法和运算法[8]。本文欲分析故障暂态过程中高频分量的特征,为此采用运算法,并应用叠加原理,仅对故障附加状态进行分析。
1.1 对称短路故障分析
如图1(a)所示系统(线路单位长度的参数已标注于图中),在F点发生了三相短路,对于M侧保护而言,图1(b)为其短路附加网络。在短路附加网络中短路点所加电压源为短路前该点的电压的负值。
令M母线的电压和电流分别为uM(t)和iM(t),故障处的电压和电流分别为uF(t)和iF(t)。则由均匀传输线的长线方程可得它们之间的象函数的关系为:
式中,γ和ZC分别为线路的传播常数和特征阻抗。设M系统内阻抗为ZS,则可解得保护处电流故障分量的表达式:
若短路附加网络中短路点所加电压源为uF(t)=-Emsin(ω0t+θ),则式(2)可化为:
保护处电流的时域频率分量与式(3)的极点具有对应关系。很明显,因式s2+ω02的根s=±jω0代表了iM(t)中的基波分量;iM(t)中的其他暂态分量由分母的另一个因式的根决定。然而这个因式却是一个超越函数,由它构成的超越方程有无穷多个根且无法得到解的具体表达式,在实用计算中一般采用近似方法求解。在超高压系统中有功损耗很小,忽略线路的电阻R和电导G不会引起很大的误差。故忽略系统的有功损耗,暂态分量将不衰减,方程只有虚根。令s=jωn,则超越方程可以简化为:
式中,是故障行波从故障点传输到保护安装处的时间。方程(4)等号的左边是正切曲线,右边是一条通过坐标原点且斜率为负的直线,正切曲线与直线的交点即为方程的根,如图2所示。
由图2可知保护处的电流包含无穷多个谐波形式的高频分量,它们的频率值与系统电感LS、线路特征阻抗ZC、故障行波从故障点传输到保护安装处所需的时间(对应于故障位置)τ有直接联系。由留数定理可以推得每一个高频分量的幅值:
对于式(5),分母中ωn的阶数要高于分子中ωn的阶数,那么在某一特定的故障电流中,频率较大分量的幅值要小于频率较小分量的幅值。当θ=0°时,各幅值达到最小值,但不为零。即高频分量不会因为故障点电压过零而消失;这是因为当在电势过零瞬间短路时,虽然电容上的电压为零,但是电感中此时储存有能量,短路后该能量释放出来向电容充电,形成高频电流。式(5)还可作为后文中判别高频分量是否存在而设定的阈值的整定依据。
1.2 不对称短路故障分析
本文采用对称分量法来对不对称故障的网络进行分析。类似三相短路故障的分析方法,当F点发生不对称短路故障时,每一序网均有如下保护安装处和故障处的电流故障分量表达式:
其中,k=1,2,0分别代表正序、负序和0序分量。设正、负序网的参数相等,为了方便推导,记:
通过联立求解边界条件方程,可以求解任一序网电压、电流的故障分量。
1.2.1 两相短路故障分析
BC两相短路的故障附加网络的边界条件为:
其中,uBCF(0)为故障前的故障相相间电压。将式(9)变换到序网中得:
联立式(6)、式(7)和式(10)可以得到保护安装处相电流的故障分量为:
将式(11)的故障相电流表达式与三相短路时的式(3)进行比较可知,二者具有相同的极点,即短路电流故障分量的高频成分的特征是相同的。而非故障相电流的故障分量为0,即只包含工频50 Hz的负荷电流。
1.2.2 单相接地故障分析
A相接地故障的故障附加网络的边界条件为:
其中,uAF(0)为故障前的故障相电压。将式(12)变换到序网中得:
联立式(6)、式(7)和式(13)可以得到保护安装处相电流的故障分量为:
由式(14)可知,相电流故障分量的表达式很复杂,其极点非常不易求解,这是由于零序网的参数和正、负序网的参数不同造成的(若设A1=A0,则故障相电流会和三相短路的有相同的极点)。事实上,接地故障将产生零模分量,零模分量由于波速较小比线模分量的频率低且幅值小[9],它将和线模分量共同反映在相电流中,使幅值最大的高频率分量不是高频成分中频率最小的成分。但由式(14)可知,两非故障相电流的故障分量是相等的,即两非故障相的电流差只包含工频50 Hz的负荷电流。
1.2.3 两相接地故障分析
BC相接地故障的故障附加网络的边界条件:
其中,uBF(0)和uCF(0)为故障前的故障相电压。将式(15)变换到序网中得:
联立式(6)、式(7)和式(16)可以得到保护安装处相电流的故障分量为:
其中:UAF(0)为故障前的非故障相电压;UBCF(0)为故障前的故障相相间电压。由式(17)还可以进一步推得:
由式(17)可知,相电流故障分量的表达式同样很复杂,包含零模分量和线模分量。但由式(18)可知,两故障相电流故障分量之差的表达式与三相短路的具有相同的极点,即它们的高频成分的特征是相同的,具有频率越高幅值越小的特征。
2 后向预测Prony算法简介
在超高压输电线路的故障信号中,除了基波50 Hz的周期信号外,还包含大量衰减的周期与非周期信号成分。由于传统的信号处理方法如基于傅里叶变换等算法在处理衰减的非周期信号上能力的不足,很难得到满意的结果。
Prony算法是于1795年为研究气体膨胀问题而提出的。它能够直接估算给定信号中包含的各余弦成分的频率、幅值、衰减因子和初相。近几年来该算法已在电力系统的低频振荡和动态系统辨识研究方面取得了一定的成果。由于Prony算法在建模、求解过程中已经计及信号的衰减,并能够同时估算幅值和初相,因此它比传统的算法更加贴近实际的故障模型,有足够的能力表达故障信号中的高频暂态成分。
本文提出使用Prony算法的一种改进方案——后向预测Prony算法[10]。该算法由于使用“后向线性预测”技术,使信号中真实的频率成分所对应的极点和噪声所对应的极点分别划分于单位圆外、内,因此较好地解决了原始Prony算法由于噪声的干扰难于提取真实频率成分的难题。
另外,Prony算法中两个超定方程组的求解占用了算法的大部分计算量。而保护及选相元件要求具有很好的实时性;因此减小算法的复杂度具有十分重要的意义。目前Prony算法中求解超定方程组的方法是基于奇异值分解的方法[11],而QR分解是一种比奇异值分解更加高效的算法,它的浮点运算量远远少于奇异值分解[12]。因此,本文采用QR分解算法来求解超定方程组;此时方程组将化为非常容易求解的上三角方程组,大大缩短了计算耗时。Matlab软件运算、计时表明,整个算法的耗时在2 ms左右;若采用高性能的DSP等硬件,算法耗时将进一步减小。因此本文所提出的Prony算法具有较好的实时性,能够满足选相方案的需要。
3 选相方案
(1)首先判断是否是接地故障:当零序电流的最大值小于阈值ε1时,为不接地故障,否则为接地故障。
(2)对于不接地故障:分别对三相电流iA,iB,iC运用“后向预测Prony算法”进行频率成分分析得到各成分的频率和幅值,记高频成分的最大幅值分别为IAmax,IBmax,ICmax。若三者中某一值非常小(小于阈值ε2),则说明该相电流中不含有高频分量,可判断为两相短路,且该相对应为非故障相;否则可判断为三相短路。
(3)对于接地故障:分别将三相电流iA,iB,iC每两相相减,得到三个相间电流(iA-iB、iB-iC、iC-iA),并运用“后向预测Prony算法”进行频率成分分析得到各成分的频率和幅值,记高频成分的最大幅值分别为IABmax,IBCmax,ICAmax,对应频率分别为f'AB,f'BC,f'CA,记高频成分的最小频率分别为fAB,fBC,fCA。若IABmax,IBCmax,ICAmax三者中某一值非常小(小于阈值ε2),则说明该电流不含有高频分量,可判断为单相接地;否则可判断为两相接地。
(a)对于单相接地:小于阈值ε2的电流对应的两相为非故障相,另一个为故障相。
(b)对于两相接地:在三个相间电流的高频成分中,若幅值最大的分量为频率最小的分量,则该相间电流对应的两相为故障相,另一个为非故障相。
由此可得到本方案的流程图如图3所示。阈值ε1和ε2可整定得很小,ε1要躲过三相参数不完全对称引起的不平衡电流及各种干扰造成的误差,ε2还要小于各种类型故障时故障初相角过零时高频分量的最小幅值(三相短路按式(5)计算,其他故障类同)。
4 仿真分析
本文采用ATP仿真软件对如图1(a)所示典型500 k V双端输电线路进行仿真,分析M侧选相元件在本选相方案下的动作行为。线路长度为240km,其结构参数如下:R0=0.195Ω/km,R1=0.027Ω/km,L0=2.2121 m H/km,L1=0.8863 m H/km,C0=0.009μF/km,C1=0.0127μF/km。故障点F1、F2、F3分别距离母线M 70 km、150 km、220 km。
由于本选相方案所利用的是高频暂态量的幅值和频率,所以对于采样频率有更高的要求。根据奈奎斯特采样定理及Prony算法的性能,采样频率应取为信号中最高频率的4~10倍[11]。大量仿真分析表明,采样频率取为10~20 k Hz能够满足选相方案的需要。本文选取采样频率为16 k Hz,时间窗选取为10 ms,令阈值ε1和ε2均为1 A。
以下列出了部分仿真分析结果。图4为F1发生不同类型故障时根据“后向预测Prony算法”的计算结果绘制的频率—幅值图(横轴范围100~8 000Hz);表1为不同故障地点发生A相接地时的分析结果;表2为F3发生BC相经不同过渡电阻短路时的分析结果;表3为F1发生不同故障初相角BC相接地时的分析结果。表4为F1经300Ω过渡电阻且故障初相角0°时A相接地的分析结果。表1~4中接地故障时零序电流的最大值均大于阈值ε1,不接地故障时零序电流的最大值均小于阈值ε1,两相接地故障时IABmax、IBCmax、ICAmax均大于阈值ε2。
从上述仿真分析结果可知,本文所提出的选相方案是可靠的并不受故障类型、过渡电阻、故障初相角等的影响,仿真数据完全印证了本文理论分析的结果。由表4的分析还可知,本选相方案在经高过渡电阻且故障点电压过零的情况下依然具有较好的性能。
5 结论
(1)本文在基于分布参数的超高压输电线路故障暂态信号分析的基础上,提出了一种比较故障暂态电流中高频成分的选相方案,较传统算法具有快速、不受负荷电流影响的特点。
(2)Prony算法更加符合实际的故障模型,能够更好地表达故障信号中的高频暂态成分,本文使用后向预测Prony算法和QR分解技术,使Prony算法的分析结果更加准确、可靠、快速。
(3)此选相方案的性能经受了大量ATP仿真数据的测试,在不同故障类型、不同故障位置、不同过渡电阻和不同故障初相角等故障条件下都能快速准确地判别出故障相。
摘要：基于分布参数的超高压输电线路故障暂态信号成分的分析表明,故障后高频暂态电流信号的幅值和频率特征能够可靠区分各种故障类型。据此提出了一种基于故障后高频暂态电流信号的故障选相方案。方案中后向预测Prony算法和QR分解技术的使用,使电流暂态信号中高频成分特征的提取更加准确、快速。大量ATP仿真分析结果表明,该故障选相方案能够快速、准确地识别各种故障类型,且不受过渡电阻、故障初相角和负荷电流等故障条件的影响。
关键词：输电线路,故障选相,Prony,暂态量保护
参考文献
[1]王亚强,焦彦军,张延东.(超)高压输电线路故障选相现状及其发展[J].继电器,2004,32(24):10-15.WANG Ya-qiang,JIAO Yan-jun,ZHANG Yan-dong.Current status and development of fault phase selection of(E)HV transmission lines[J].Relay,2004,32(24):10-15.
[2]葛耀中,索南加乐,李兵.相位比较式对称分量选相元件[J].继电器,1990,18(1):10-17.GE Yao-zhong,SUONAN Jia-le,LI Bing.Comparative phase symmetrical component fault phase selector[J].Relay,1990,18(1):10-17.
[3]赵洪峰,吐尔逊.依布拉音,晁勤.一种电流突变量选相元件的探讨[J].继电器,2005,33(13):6-9.ZHAO Hong-feng,TUERXUN Yibulayin,CHAO Qin.Discussion of phase selection relay based on difference of phase currents[J].Relay,2005,33(13):6-9.
[4]徐振宇,杨奇逊,刘万顺,等.一种序分量高压线路保护选相元件[J].中国电机工程学报,1997,17(3):214-216.XU Zhen-yu,YANG Qi-xun,LIU Wan-shun,et al.A sequence fault phase selector for transmission line protective relay[J].Proceedings of the CSEE,1997,17(3):214-216.
[5]薄志谦.新一代电力系统继电保护——暂态保护[J].电网技术,1996,20(3):34-36.BO Zhi-qian.Transient based protection——a new generation of power system protection[J].Power System Technology,1996,20(3):34-36.
[6]段建东,张保会,周艺.利用电流行波进行超高压输电线路故障类型识别的研究[J].中国电机工程学报,2005,25(7):58-63.DUAN Jian-dong,ZHANG Bao-hui,ZHOU Yi.Study offault-type identification using current traveling-waves in extra-high-voltage transmission lines[J].Proceedings of the CSEE,2005,25(7):58-63.
[7]段建东,张保会,周艺,等.基于暂态量的超高压输电线路故障选相[J].中国电机工程学报,2006,26(3):1-6.DUAN Jian-dong,ZHANG Bao-hui,ZHOU Yi,et al.Transient-based faulty phase selection in EHV transmission lines[J].Proceedings of the CSEE,2006,26(3):1-6.
[8]朱声石.高压电网继电保护原理与技术[M].北京:中国电力出版社,2005.
[9]Swift G W.The spectra of fault-induced transients.[J].IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems,1979,98(3):940-947.
[10]Kumaresan R,Tufts D.Estimating the parameters of exponentially damped sinusoids and pole-zero modeling in noise[J].IEEE Transactions on Acoustics,Speech and Signal Processing,1982,30(6):833-840.
[11]束洪春.电力工程信号处理应用[M].北京:科学出版社,2009.
产业联盟无踪，后向流量夭折为何？ 第2篇
去年中，由快用苹果助手与悟空网络发起了一个“后向流量产业联盟”，此举在业内引发了不小的轰动。这边运营商要开展流量经营，那边互联网公司希望改善客户体验，双方愿望一致，立场趋同，后向流量业务应该是运营商与互联网企业一拍即合的合作。因此联盟被各方人士普遍看好，甚至有媒体称：“这标志着移动互联网新时代的来临。”
然而正式启动之后，就不见了这个联盟的消息。挺好的创意，怎么没发展起来？因为这个业务并不那么简单。
前向收费与后向收费，是根据收费对象来区分的不同商业模式。前向收费是对使用业务的客户收钱，而后向收费则是从提供业务或内容的合作伙伴那里收钱，后向收费是互联网和媒体常用的商业模式，对前向客户免费或者少收钱，具有代表性的包括：竞价排名的搜索网站、插入广告的视频网站、分类排名的电商网站，以及依托点击量和发行量的媒体等，收费的形式可以是广告发布费、竞价排名费、冠名赞助费、会员费等。
电信运营商惯常采用的是前向收费，即根据客户使用业务情况，收取资源占用费和业务使用费。收费的基本方式是月（日/年）租或计次，而计次的单位则五花八门，可以是时长、流量、条/次数、速率、接入终端数等，也可以是他们的组合。
运营商的后向流量业务，就是对于用户使用的数据流量，运营商不向使用者收费，而是向提供流量内容的商家统一收取。具体的业务模式归纳起来，是三个维度组合而成的多种变化：定向/非定向，统付/定额付，指定用户/所有用户：
1、定向流量是对指定的网站或地址提供后向流量业务，比如用户浏览视频网站或者从某家互联网公司下载应用时，用户不需要支付相关的流量费。
2、非定向流量类似于给用户进行流量充值，这部分流量由商家从运营商那里购买赠给客户的，用户可以在任意网址使用。通常是商家给客户的优惠活动，或者给指定用户提供的赠品。
3、流量统付是指有关的流量全部由商家付费，商家通常会采用这种模式，因此有时把“后向流量业务”统称为“后向流量统付”。不过也有商家希望给用户支付的流量有一定的额度限制，这种限制不是商家“抠门”，而是希望防止发生竞争对手或者个别客户恶意盗刷的现象，避免商家损失过大。
三方面的障碍
基于多维度进行组合，互联网企业或者别的商家可以与运营商开展后向流量经营，玩出很多花样，难怪运营商推出这样的业务之后，各类企业趋之若鹜，创意无限。但要开展后向流量业务并非轻而易举，目前来看至少遇到三方面的阻碍：
障碍1：是技术实现相当复杂。从业务逻辑看，后向流量就是把给客户的流量计在合作伙伴的账上；但技术实现则是一个复杂的流程。
第一步是运营准备，需要合作伙伴提供地址信息，然后由网络、支撑等部门在全网进行工作部署和局数据制作。第二步是运营计费，用户使用业务后，由支撑部门采集打标记的话单，通过全网分发体系，一方面传送给客户的归属地，用于向用户提供详单；同时将话单汇聚在一起，用于汇总向企业需要收取的费用。第三步是运营服务，包括为前向个人客户提供的话费减免、查询等服务，以及为后向企业客户提供的对账、结算、缴费等服务。
总结下来，要实现后向流量业务，不仅跨越了运营商的不同部门、不同地域，而且要为前向的个人客户和后向的企业客户同时提供服务，更麻烦的是：后向流量业务的变化繁多，每开通一项具体的业务，都需要按照特定的场景重新进行运营准备，这与其他业务相比最与众不同的地方。
障碍2：是商务谈判相当艰巨。虽然双方都有合作意向，但当谈判涉及到具体的需求和价格时，往往异常艰苦，甚至不欢而散。
谈判第一难在于业务交流。互联网企业很容易就能接受后向流量的概念，与运营商达成合作意向；但是具体的业务组织、技术配合、商务合作等方面，很多都不清楚。后向流量是运营商的新业务，没有发展为成熟商业合作模式，缺乏规范的技术标准和运营流程，只能边摸索边前进。开会时吵作一团，却没有找到问题的关键所在，鸡同鸭讲，沟通的基础差、效率低。
谈判第二难在于需求沟通。运营商开展后向流量业务的营销目标是集团客户，虽然后向流量已经抽象提炼出了几种相对成熟的模式，但是到了具体的业务设计和使用场景，每一单的需求仍有不同。为了创新和变化，需求的内容总会发生调整，而即使只是稍作调整，都需要业务与技术人员进行大量的沟通协调，才可能达成一致。
谈判第三难在于价格协商。购买后向流量做营销推广会产生多大的效果，商家对这一新事物并没有底，因此往往不敢投入太多的资金；同时主观上认为运营商应该给个实惠的业务批发价格，所以对价格的期望值相当低。然而流量业务是运营商未来的主要收入来源，后向流量是一个刚刚起步的小业务，一旦这个口子开了，推动流量单价迅速下滑，未来运营商怎么活？因此在价格上运营商并不愿做过多让步。在价格问题上，双方原本的立场差异就比较大，再加上都不愿意让步，这就使价格谈判成为合作前最难迈的一道坎。
去年成立“后向流量产业联盟”的目标之一，就是聚合起中小规模的互联网公司的需求，在一定程度上提升与运营商谈判的议价能力。然而分析后就能意识到：聚合起来的商家具体需求并不一样，因此对于运营商和商家来说，合作还得一单一单分别进行，再加上价格谈判没有进展，联盟的价值大打折扣，逐渐失去了存在的意义。
障碍3：是运营质量堪忧。后向流量业务是统一组织、一点支付的全网业务，与传统的两级运营体系间存在各种不匹配。
从运营准备环节看，开通一项全网的后向流量业务，以中国移动为例，需要在全国近千台GGSN设备上配置数据，需要在31省进行支撑系统参数变更，需要每个省公司对客服口径和服务要求进行调整，理论上在上线前需要对每一个业务场景进行测试和验证。然而巨大的工作量与超紧到底进度要求之间，形成了不可调和的矛盾，因此往往在运营准备工作并未全部就绪的情况下，业务带病上线。
nlc202309051408
从计费结算环节看，对后向流量产生的话单，采集、预处理、计费、批价等模块都要进行针对性改造，数据信息需要在省公司和总部的多套系统之间交互数十次，才能完成业务要求。而这套新业务的处理流程是叠加在传统生产系统之上，任何一个环节出了问题，无论是向客户多收费，还是对商家收错钱，都会引发不小的麻烦。
从售后服务环节看，无论是运营商还是合作商家，都没来得及建立一套完整的服务流程，用户的投诉多是人工处理，效率低，甚至出现丢单漏单投诉无人理的情况。而且后向流量业务涉及众多部门和处理环节，即使找到了问题所在，要解决起来也需要花很长时间。我听到过不止一个客户经理抱怨：“做后向流量业务得罪了（集团）客户，以后再也不推这个业务了。”
反思
虽然困难重重，但后向流量业务还在推进，巨大的投入后也产生了一定回报。此时，我们更需要反思，为什么如此“叫好”的业务却身陷重围，能否以互联网思维让后向流量业务获得重生。
运营商不能按照前向收费的思路做后向流量业务，或者说要学会开展面对集团客户的运营。
运营商做前向收费面对的是个人客户，因此在规则化基础上的精细化，对每一张话单、每一笔业务都要计算得清清楚楚。运营商的传统计费系统优势在于强大的并行处理计算能力，把清晰、明确的规则固化到系统中，由高性能计算设备自动处理；相应的，对规则的应变能力较差。
运营商喜欢做加法，不习惯做减法；经常不断上线新业务，而对既有业务和产品不敢削减下架。所以在探索新型商业模式的过程中，运营商很难下决心进行颠覆性创新，经常只是对旧有流程进行微调，时间久了，规则越来越复杂、运营难度越来越大，运营成本越来越高。
而后向收费面对的是集团客户，其商业协议往往需要以客户为中心，规则和需求很难固化。如果让运营商的传统计费系统支持灵活的规则变动，就好比让一艘超大吨位的战舰追着小舢板走“之”字路线，资源消耗巨大，也不可能跟上节奏。如果后向流量的计费是把不向客户收转移向后向商家收，那么运营商的资源消耗永远难比换来的收入。
因此，需要建立一套小规模的、适应规则快速变化的支撑系统，配合以具备灵活运营能力的组织，来满足集团客户的个性化运营需求；而后通过契约制的方式，实现集团客户运营单位与传统运营体系之间的市场化结算。这样，一方面能最大限度减少对传统的业务和运营体系的影响和干扰；另一方面赋予集团客户运营单位自主权，让他们得以轻装前进，开展简化、集约的运营，更好地满足集团客户的个性化需求。
运营商体量超大，商家购买后向流量的费用与运营商的前向收入相比，简直是九牛一毛。所以如果只是盯着把既有收入从前向收费转到后向收费，那么后向流量业务永远无法成为运营商的主流业务。后向流量业务的目标是创造新的产业、产生新的需求、激活新的能量，抛开现在的成功经验和业务，后向流量才可能在涅之后，获得新生。
后向算法 第3篇
超高压输电线路一般采用分裂导线,分布电容大,且常常装设串联电容补偿和并联电抗补偿等设备,致使故障后的暂态过程十分明显,故障信号中暂态分量的比例大且变化复杂[1]。各种暂态分量的存在使工频电流、电压的相位和波形发生了畸变,这对现有的基于工频量的保护装置产生了十分不利的影响。
近年来,基于故障产生的暂态分量的继电保护———暂态量保护[2]得到了广泛的关注。故障产生的暂态信号中含有大量的信息,包括故障的类型、方向、位置、持续时间等。暂态量保护具有速度快、不受过渡电阻、系统振荡和电流互感器(TA)饱和等因素影响的特点。目前已提出的超高压输电线路暂态量保护原理主要有行波保护[3,4]、边界保护[5]和单端暂态量保护[6,7,8]等,但都有其各自的缺点。如行波保护中的波头不易捕捉且需要很高的采样频率;边界保护对于一些边界处波阻抗变化不大的特殊线路具有较低的可靠性。近几年研究较多的单端暂态量保护,利用阻波器和母线电容对一定频率信号的抑制,通过比较不同频率段能量的比值构成保护,但保护的性能受阻波器和母线电容的影响较大。以上保护方案主要是利用行波波头信息或是利用频域能量信息,保护需要提取较高频率段的信息,对暂态高频分量的成分和特征研究较少。文献[9]对此进行了研究,并提出应用频谱相关度进行故障识别,但没有详细推导相位特征和不对称短路故障的特征。
本文利用运算法详细推导了分布参数下超高压输电线路各种故障类型时电流暂态信号的成分,提出了一种比较线路两侧电流高频成分的频率和相位信息的保护方案,并以“后向预测Prony算法”作为提取电流暂态特征量的工具。ATP仿真结果证明了本方案的有效性。
1 基于分布参数的超高压输电线路故障暂态信号分析
目前按分布参数计算输电线路暂态过程的实用方法有网格法、贝瑞隆法和运算法[1]。本文欲分析故障暂态过程中高频分量的特征,为此采用运算法,并应用叠加原理,仅对故障附加状态进行分析。
1.1 区内对称短路故障分析
如图1(a)所示系统(线路单位长度的参数已标注于图中),在F点发生了三相短路,对于M侧保护而言图1(b)为其短路附加网络。在短路附加网络中短路点所加电压源为短路前故障点电压的负值。
令母线M的电压和电流分别为uM(t)和iM(t),故障处的电压和电流分别为uF(t)和iF(t)。则由均匀传输线的长线方程可得它们之间的象函数关系为
其中,γ和ZC分别为线路的传播常数和特征阻抗,l为故障点到M端线路长。设M系统内阻抗为Zs,则可解得保护处和故障处电流故障分量的表达式:
若短路附加网络中短路点所加电压源为uF(t)=-Emsin(ω0t+θ),则式(2)可化为
保护处电流的时域频率分量与式(4)的极点具有对应关系,每一对共轭复根sn=-δn±jωn对应于一个角频率为ωn的频率分量。很明显,s=±jω0是一对共轭极点,它代表了iM(t)中的基波分量。iM(t)中的其他暂态分量由分母的另一个因式的根决定。然而这个因式却是一个超越函数,由它构成的超越方程有无穷多个根且无法得到解的具体表达式,在实用计算中一般采用近似方法求解。在超高压系统中有功损耗很小,忽略电阻R和电导G不会引起很大的误差。故忽略系统的有功损耗,暂态分量将不衰减,方程只有虚根。令Zs(s)=s Ls,s=jωn,则超越方程可以简化为
其中是故障行波在母线与短路点之间传播所需的时间,Ls是系统内电感。方程(5)等号的左边是正切曲线,右边是一条通过坐标原点且斜率为负的直线,正切曲线与直线的交点即为方程的根,如图2所示。
由图2可知保护处的电流中包含无穷多个谐波形式的高频分量,它们的频率值与Ls、ZC、t有直接联系;对于特定的系统,故障地点越远,t越大,各高频分量的频率值越小。
当运行方式变化较明显时,系统阻抗的变化会影响高频分量频率值的大小,但频率值的变化仍在一定的范围之内。由上面的分析可以得出,当系统阻抗由无穷大变化到0时,频率值最小的高频分量的频率变化范围为
由留数定理可以推得每一个高频分量的幅值和相位,它们都和式(4)的极点位置及系统阻抗有关系,以下仅给出幅值的表达式:
由于式(6)的分母中ωn的阶数要高于分子中ωn的阶数,则在某一特定的故障电流中,频率较大分量的幅值要小于频率较小分量的幅值,且当θ=0°时,各幅值达到最小值,但不为零,即高频分量不会因为故障点电压过零而消失。据此构成的保护方案将不受故障初相角过零的影响。
所有高频分量中频率最小的分量幅值最大,最容易提取,能够代表故障特征,本文称作“主导谐波频率”。由上文的分析可知,对于某一特定的输电线路,“主导谐波频率”的频率值和相位的大小与本侧的系统阻抗、故障点的位置有关。
综上所述,区内对称故障的特征为:线路两侧保护处的暂态电流中均包含谐波形式的高频分量,故障地点越远,它们的频率值越小。一般情况下,故障地点与两侧保护的距离不同,线路两侧的系统阻抗也不相同,因而两侧的“主导谐波频率”不会具有“同频率值且同相位”的特征,这将与下文的区外故障有明显的差别。
1.2 区外对称短路故障分析
当区外线路发生故障时(设故障发生在图1中母线N的外侧),与上文的求解思路相同,此时将有如下线路两侧保护处电流故障分量的表达式:
其中,UN(s)和IN(s)分别为母线N的电压和电流的象函数,l为线路全长。电流的参考方向为保护习惯方向。由式(7)和式(8)可知,二者具有相同的极点,所以iM(t)和iN(t)具有相同的频率成分。
式(8)是在式(7)的分子上乘以了如下因式:
式(9)的存在将使两侧电流相同的频率成分具有不同的幅值或相位,以下分析此因式带来的影响。同样设Zs(s)=s Ls,s=jωn,则此因式可化简:
将式(5)代入到式(10)可得:
又由图2可知:
由式(11)和式(12)可知,对于故障电流中某一特定的高频分量,式(9)为一实数,它的影响只为一大小随ωnt变化的系数。考虑到余弦函数的性质,则有如下规律:对于第1个高频分量,式(9)<0,使iN(t)=iM(t)/cos(ωnt),i M(t)和iN(t)同相位;对于第2个高频分量,式(9)>0,使iN(t)=-iM(t)/cos(ωnt),iM(t)和iN(t)反相位。
综上所述,区外对称故障的特征为:线路两侧保护处的暂态电流具有相同的频率成分,两侧的“主导谐波频率”为“同频率值且同相位”,第2个高频分量为“同频率值且反相位”。事实上,高频分量是由线路的分布电容在故障附加电源的作用下产生的;区外故障时,线路两侧保护处的高频分量由故障附加电源的同一侧线路产生,因此具有相同的频率。
由系统运行方式变化引起的系统阻抗变化,只会导致区外故障时两侧的“主导谐波频率”的频率值同时变化,仍满足以上结论。
当计及系统的有功损耗时,各高频分量将变为衰减的暂态量;当故障支路上存在过渡电阻时,高频分量的衰减将增大,“主导谐波频率”的大小也将略有变化。但区外故障时,两侧的“主导谐波频率”将同时变化,仍为“同频率值且同相位”;过渡电阻的存在不会影响以上结论的成立。
1.3 不对称短路故障分析
采用对称分量法来对不对称故障的故障附加网络进行分析。类似三相短路故障的分析方法,当区内F点发生不对称短路故障时,对于正序、负序和零序网络,每一序网均有如下保护安装处和故障处的电流故障分量表达式:
其中,k=1,2,0分别代表正序、负序和零序分量。设正、负序网的参数相等,将BC两相短路、A相接地故障、BC相接地故障的故障附加网络的边界条件变换到序网中并联立式(13)、式(14)可得保护安装处相电流的故障分量分别为
由式(17)还可以进一步推得:
其中,UAF(0)和UBCF(0)分别为故障前故障点的故障相电压和故障相间电压
由式(15)和式(18)可知:两相短路的故障相电流表达式、两相接地的两故障相电流之差的表达式与三相短路时的式(2)具有相同的结构,那么它们的高频成分的特征与三相短路的相同,其频率最小的高频分量可作为此种故障类型的“主导谐波频率”;上述电流可作为此种故障类型的研究电流。同区内对称故障相同,区内不对称故障时两侧的“主导谐波频率”不会具有“同频率值且同相位”的特征。
对于单相接地故障,由式(16)可知各相电流的极点相同,但表达式很复杂非常不易求解。这是由于零序网的参数和正序、负序网的参数不同,从而产生了零模分量。由于零模分量的波速较小它比线模分量的频率低且幅值小[10],它将和线模分量共同反映在相电流中。但故障相中幅值最大的高频分量仍能够反映故障位置,可视作“主导谐波频率”。
3种不对称故障各具有明显的特征,可用于故障选相。
a.两相短路:非故障相电流的故障分量为0,即只含有50 Hz的负荷电流。
b.单相接地:2个非故障相电流的故障分量相等,即2个非故障相的电流差只含有50 Hz的负荷电流。
c.两相接地:2个故障相的电流差的高频成分与三相短路的具有相同的特征,幅值最大的分量是频率最小的分量,其他2种相电流差的高频分量无此特征(存在零模分量)。
对于区外不对称短路故障,其分析方法与上文类似,同样会有如下结论:线路两侧保护处的暂态电流具有相同的频率成分,“主导谐波频率”具有“同频率值且同相位”的特征;两侧的第2个高频分量具有“同频率值且反相位”的特征(单相接地时可能不是第2个)。
2 后向预测Prony算法简介
在超高压输电线路的故障信号中,除了基波50 Hz的周期信号外,还包含大量衰减的周期与非周期信号成分。由于传统的信号处理方法如基于傅里叶变换等算法,在处理衰减信号上能力的不足,很难得到满意的结果。
Prony算法是于1795年为研究气体膨胀问题而提出的。它能够直接估算给定信号中包含的各周期分量及非周期分量的频率、幅值、衰减因子和初相[11]。近几年来该算法已在电力系统的低频振荡和动态系统辨识研究方面取得了一定的成果[12,13,14]。
式(19)是Prony算法的求解模型,其中p是模型的阶数,Ai、αi、fi、θi分别为第i个分量的幅值、衰减因子、频率和相位。当算法求解结果中某个分量的频率值为0时,说明此分量为非周期分量。
由于Prony算法在建模、求解过程中已经计及信号的衰减,并能够同时估算幅值和初相,因此它比传统的算法更加贴近实际的故障暂态信号,有足够的能力提取故障信号中的高频暂态成分,且基本不受信号中衰减周期、非周期分量的影响。
本文提出使用Prony算法的一种改进方案———后向预测Prony算法[15]。该算法由于使用“后向线性预测”技术,使信号中真实的频率成分所对应的极点和噪声所对应的极点分别划分于单位圆外、内,因此较好地解决了以往使用Prony算法时分析结果中由于噪声的干扰真实频率成分难以提取的难题。除此之外,对于算法中2个超定方程组的求解,本文使用“QR分解”技术,使方程组转化为非常容易求解的上三角方程组,极大缩短了Prony算法的计算耗时。后向预测Prony算法的使用保证了“主导谐波频率”提取的快速性和准确性。
3 保护方案
由上文的理论分析可知,“主导谐波频率”能够可靠地区分区内、外故障,但对于不同的故障类型却存在于不同的相电流(或相电流差)中。因此在实现保护功能之前应先故障选相。本文第1.3节的理论分析已得出各种不对称故障的特征。实际选相时可先由三相电流通过微机保护算法(如半周傅氏算法等)或Prony算法得出零序电流的幅值,通过一小阈值判别是否为接地故障。对于不接地故障,分别对三相电流运用“后向预测Prony算法”进行频率成分分析;对于接地故障,分别对3个相电流差运用“后向预测Prony算法”进行频率成分分析;最后根据高频成分的特征进行故障选相。
综合上文对各种故障情形的理论分析可知:一般情况下,发生区外故障时,线路两侧电流的“主导谐波频率”具有“同频率值且同相位”的特征;发生区内故障时,线路两侧电流的“主导谐波频率”不具有“同频率值且同相位”的特征。由此可以构造如下判据。
其中,fM、fN、θM、θN分别为两侧电流中“主导谐波频率”的频率值和相位值,δ1和δ2是设定值很小的阈值,其整定时要躲过各种干扰造成的计算误差。若线路两侧电流不满足判据1,说明发生了区内故障,否则进入判据2;若不满足判据2,说明发生了区内故障,否则为区外故障。
由以上判据构成的保护,当线路两侧系统阻抗相同时,会在线路中点存在死区;即从故障点看去两侧的系统完全对称,两侧的电流相同,其所有的高频分量均具有“同频率值且同相位”的特征。此时以上判据会将区内故障误判为区外故障。但由上文的分析可知,区外故障时两侧的第2个高频分量具有“同频率值且反相位”的特征(单相接地时可能不是第2个),因此可以由此特征构造辅助判据。由于实际系统中线路两侧的系统阻抗相同的情况很少,文中不再详细讨论关于此时的保护判据。
本文选取采样频率为10 000 Hz,可以检测出小于5000 Hz的“主导谐波频率”。但当区内故障发生地点离电源很近时,离故障点较近一侧的“主导谐波频率”的频率值会很大,由于采样频率的限制Prony算法将检测不到任一相电流的高频成分;而远离故障点一侧的“主导谐波频率”的频率值则很小。对于此种情况可判为区内故障,但是为了提高可靠性,可以再使用Prony算法计算出的工频幅值应用基于工频量的保护作为辅助保护进行判别。另外还要指出的是:接地故障和经过渡电阻故障会使故障点两侧的系统发生联系,使本侧的高频成分中含有对侧的成分,但区内故障时两侧的电流仍不具有“同频率值且同相位”的特征。
综合以上内容可以得到保护方案分如下步骤(流程图如图3所示):
a.对采集的三相电流求取零序电流,并判断是否为接地故障;
b.进行“后向预测Prony算法”分析,不接地故障使用三相电流,接地故障使用两相电流差;
c.若某一侧3个电流的分析结果中均不包含高频成分,应用辅助保护进行判别,否则继续;
d.进行故障选相;
e.取用所要分析的电流的Prony算法分析结果,对于不接地故障取用任一故障相电流,对于两相接地故障取用两故障相电流差,对于单相接地故障取用任一包含故障相的相电流差;
f.利用判据1和判据2进行区内、外故障判别。
4 仿真分析
采用ATP仿真软件对如图4所示典型500 k V双端输电线路进行仿真,分析各种故障保护的动作行为。线路长度MN为180 km,NP为150 km,其结构参数如下:R0=0.195Ω/km,R1=0.027Ω/km,L0=2.212 1 m H/km,L1=0.886 3 m H/km,C0=0.009μF/km,C1=0.012 7μF/km。故障点F1、F2、F3分别距离母线M 5 km、70 km、230 km。采样频率选取为10 000 Hz,时间窗选取为12 ms。令阈值δ1为5 Hz,δ2为8°。
以下列出了部分仿真分析结果。表1为F3发生不同类型故障时的分析结果,其中三相短路时各保护处电流的“后向预测Prony算法”计算结果已绘制成频率-幅值图,如图5所示(横轴范围100~5 000Hz为高频率段,部分分量的相位已在图中标出);表2为不同地点发生BC相短路时线路MN保护的分析结果;表3为F3处发生A相经不同过渡电阻接地时的分析结果;表4为F2处不同初相角BC相接地时的分析结果。以上故障情形都已按本文的故障选相方案成功选相,故只列出保护判据的结果。
由上述仿真分析的结果可知,所提出的保护方案是可靠的,仿真数据印证了本文理论部分的结论。图5验证了非故障线路两侧电流具有相同的高频成分,近故障侧的幅值要高于远故障侧,且第1个分量同相位,第2个分量反相位;故障线路两侧电流不具有“同频率值且同相位”的特征。表2验证了不同地点故障时保护的灵敏性,当出口短路时由于一侧检测不到高频分量应用辅助保护判为区内故障。表3说明保护基本不受过渡电阻的影响;无论过渡电阻是否存在,区外故障时两侧的“主导谐波频率”总保持着“同频率值且同相位”。表4说明保护在任何故障初相角都具有较高的灵敏性,这证明了上文“任何故障初相角都存在高频分量”的结论。保护不受故障初相角过零的影响,是与其他暂态量保护相比的突出优点之一。
由于“主导谐波频率”属于故障电流中频率较低(几百至几千赫兹)的高频成分,所以只需较短(小于1个基波周期,本文采用12 ms)的时间窗和较低的采样频率,并且不受负荷电流的影响。
5 结论
a.基于分布参数的超高压输电线路故障暂态信号分析结果表明:故障后的暂态信号包含谐波形式的高频分量,其频率和相位特征能够可靠区分区内、外故障和各种故障类型,本文据此提出了一种暂态量保护和故障选相方案。
b.Prony算法更加符合实际的故障模型,能够更好地提取故障信号中的高频暂态分量的特征,所使用的后向预测Prony算法和QR分解技术,使算法的分析结果更加准确、可靠、快速。
波导环境下雷达后向散射系数研究 第4篇
在舰载雷达探测目标的过程中,经常出现电磁波异常传播现象。即部分电磁波获陷在一定厚度的大气层内,如同电磁波在金属波导管中传播一样,上下震荡向前传播,即为大气波导现象。根据大气修正折射率的剖面结构,可将大气波导分为表面波导、蒸发波导和抬升波导三类[1] ,蒸发波导和表面波导是对近海雷达系统影响较深的两种波导形式,我国东南沿海地区是波导频繁发生地带,其中蒸发波导在近海面发现概率高达80%。
大气波导对雷达海杂波有增强的作用,主要是由于电磁波在波导层内传播时,能量衰减很小,电磁波可以紧贴海面传播产生超视距效应,从而使雷达能探测到强烈的海杂波信息。海杂波的增强往往会增加雷达所要探测有用目标的难度,甚至导致雷达探测盲区的出现,从而造成雷达定位失效甚至目标丢失,尤其对一些低空飞行的雷达散射截面较小的目标[2]。根据国内外研究表明,海杂波回波与雷达波长、极化方式、入射角、海况、风等因素密切相关,因此研究波导背景下海杂波回波,对提升舰载雷达探测性能及进一步利用海杂波反演大气波导具有重要理论指导和应用价值。
1波导环境下的海杂波
海杂波是由雷达照射区内大量散射单元回波矢量叠加形成的,波浪与波纹的运动使每一分量的相对相位发生变化,引起总的合成杂波的随机变化[3,4]。目前存在的海杂波模型都是掠射角在1～10°的情况,并且与实际符合的比较好,但当掠射角小于1°时,这些模型便表现出了明显的差异。后经研究发现,大气波导环境下的雷达散射系数和标准大气下的雷达散射系数有明显差异。国内外研究机构经过对比分析一系列海杂波模型,发现有两个模型比较符合较小掠射角(低于1°)的情况,分别为GIT和TSC模型[5,6]。其中GIT模型是目前比较完善也是应用最多的计算海杂波σ0的模型。
本文即是利用GIT模型分析不同风速下的雷达散射系数的变化情况,从而为进一步研究提供理论基础。
1.1 GIT模型
GIT模型是由佐治亚理工学院(The Georgia Institute of Technology)针对单位面积的平均雷达散射截面提出的确定参数模型[5]。该模型是入射角、风场、平均波高、雷达波长、极化方式的函数。具体参数如下:λ是雷达波长(单位:m),φ是风向(单位:(°)),φ为掠射角(单位:rad)、Vw为风速(单位:m/s),hav为平均波高(单位:m)。
散射因子:
逆/顺风向因子:
风速因子:
水平极化的后向散射系数:
式中:Ai是波高的带有标准偏差符合高斯分布的多路径干扰经验求导因子;Aw和Au是经验求导因子,Au描述了天线方向跟海浪间的视角的变化。由于本文所及雷达为工作在X波段的ADWR-X天气雷达,高斯型天线(天线高20 m、水平极化),工作频率为10 GHz,切向入射,因此利用式(1)～式(4)便可以模拟仿真不同风速因子、平均波高对波导背景下雷达后向散射因子σ0的影响作用,从而为进一步研究提供基础。
1.2 掠射角φ的计算
需要说明的是,在研究波导环境下不同海况对雷达后向散射系数影响的问题时,掠射角φ是随距离变化的,确定每个距离步长的掠射角成为关键。掠射角的计算一般采用两种方法:几何光学法和谱估计法[7,8,9,10]。由于几何光学适用于计算简单的大气折射率分布情况,而谱估计方法在二维非均匀的折射率情况下表现相对良好。因此采用现代谱估计理论中的Burg算法来计算掠射角φ。下面为蒸发波导和表面波导环境下掠射角的变化情况。图1为蒸发波导分别为10 m及30 m高度时掠射角随距离的变化。由图可见,0～20 km时,随着距离的增加,掠射角随距离的增加迅速衰减;而距离大于20 km时,掠射角几乎不再变化,稳定在某个小于1°的值附近。相对于10 m高度的蒸发波导,由于波导强度的增强,掠射角数值也相对较大。两条掠射角曲线最后分别稳定在0.07°和0.17°左右,这表明由于波导厚度的增加,减少了电磁波的衰减,电磁波上下震荡更为强烈,从而使得掠射角也随之增加。图2为50 m高度的表面波导掠射角随距离的变化。相对于蒸发波导,表面波导环境下电磁波在波导管层内上下剧烈跳跃引起掠射角值的起伏变化,最后掠射角稳定在0.2°左右。
2数值模拟与分析
掠射角问题解决后,就可以利用式(1)～式(4)分析研究不同海况对雷达散射系数的影响。下面分析了高度为10 m和30 m时蒸发波导,高度为50 m时表面波导环境下不同风速对雷达后向散射系数(RCS)的影响。
图3、图4分析了风速2.5 m/s,5 m/s,7.5 m/s及10 m/s时,雷达后向散射系数σ0随距离的变化情况,蒸发波导高度分别为10 m和30 m。
从图中可以看出,同一风速下RCS随距离的延伸而渐渐变小,并且可以看出在相同距离处RCS随着风速的增加增强。主要原因为风掠过海面产生小范围的粗糙度。这种粗糙度引起RCS的变化,风速越大RCS值就越大,海面反射电磁波的能力也就越强。并且由于波导强度的增加,电磁波衰减减少,因此同一风速下RCS也有所增加。
由图5可以看出,风速2.5 m/s,5 m/s,7.5 m/s及10 m/s时,RCS随距离的变化情况,表面波导为50 m。从图中可以看出,由于受到图2中掠射角曲线起伏的影响,RCS曲线也不再保持平稳,同一风速下,RCS随距离起伏变化,同时发现风速的变化对RCS的取值影响仍然很大。风速越大,RCS值越大,海表面反射电磁波能力也就越强。同时还可以发现,较小风速对RCS值影响更为显著。
下面对不同掠射角下RCS随风速的变化情况进行计算分析。分别选取掠射角φ为0.1°,0.2°和0.3°,雷达后向散射系数(RCS)随风速的变化情况进行分析,如图6所示。
从图6中可以看出,同一掠射角下,RCS随风速变化曲线拐点在10 m/s左右,风速小于10 m/s时,风速对RCS影响显著,风速大于10 m/s时,风速对RCS影响不再显著,此发现对雷达布控及提高舰载雷达探测性能有重大帮助。同时还发现,相同风速下RCS随着掠射角的增加也有所增加。
3结语
大气波导作用于雷达电磁波而改变其传播性能,电磁波衰减也大大减小,从而发生超视距现象,掠射角也会不同于标准大气条件下的情况。因此,雷达可以探测到更强烈的海杂波回波。海杂波的增强往往会增加雷达所要探测有用目标的难度,甚至出现雷达探测盲区,而不同的海况(浪、流及风等)对海杂波回波影响颇深,因此研究波导背景下RCS值对提升雷达探测性能有重要指导意义。本文利用改进GIT模型模拟仿真了波导背景下不同风速对雷达后向散射系数的影响,并且利用现代谱估计理论中的Burg算法,分析出了掠射角随距离的变化情况,对提升雷达探测性能及利用海杂波回波反演大气波导具有重要的指导意义。此外由于本文只分析研究了不同风速下RCS的变化,而现实中海上情况复杂多变,对RCS的影响也不只限于风的作用,因此对其他影响因素有待进一步分析研究。
参考文献
[1]刘成国,潘中伟,郭丽.中国低空大气波导的出现概率和波导特征量的统计分析[J].电波科学学报,1996,11(2):60-66.
[2]成印河.海上低空大气波导的遥感反演及数值模拟研究[D].青岛:中国科学院海洋研究所,2009.
[3]HORST M M,DYER F B.Radar sea clutter model[M].Georgia,USA:Georgia Institute of Technology,1989:6-11.
[4]方有培.海杂波特性研究[J].上海航天,2002(5):31-35.
[5]PAULUS R A.Evaporation duct effects on sea clutter[J].IEEE Trans.on Antennas and Propagation,1990,38(11):1765-1771.
[6]NATHANSON F E.Radar design principles[M].NewYork:McGrawHill,1969.
[7]HITNEY H V.Hybrid ray optics and parabolic equationmethods for radar propagation modeling[C]//Proceedingsof IEE Int.Conf.Radar.Brighton:[s.n.],1992:58-61.
[8]GUILLET N,FABBR0V.Low grazing angle propagationabove rough surface by the parabolic wave equation[C]//Proceedings of Geosciences and Remote Sensing Symposi-um.[S.l.]:GRSS,2003,7:4186-4188.
[9]DONHUE J,DOCKERY G D.Improved characterization oflow grazing angle sea clutter by the parabolic equation meth-od,RTO-MP-60[R/OL].[2000-10-01].http://airex.tk-sc.jaxa.jp/pl/dr/20010009829/en.
瑞利后向散射信号硬件解调电路设计 第5篇
光时域反射仪是表征光纤传输特性的测量仪器, 它向光纤中探测光, 探测光在光纤中传输时, 光纤折射率的微小起伏可引起瑞利散射, 光纤端面或故障点折射率突变会引起菲涅耳反射, OTDR通过观察瑞利后向散射光强度变化和菲涅耳反射, 即可从光纤的一端非破坏性地迅速探测光纤的特性, 显示光纤沿线损耗分布特性曲线, 并测试光纤的长度、断点位置、接头位置、衰耗系数, 链路损耗, 接头损耗, 弯曲损耗, 反射损耗等. 文中根据OTDR工作所依据的后向散射理论, 提出了以Xilinx xc3s400和USB单片机为主要的核心器件, 采用高速的12位∑-ΔA/D转换芯片确保信号采集的精度, 提高动态范围.通过实验数据验证了该系统的高动态范围和高测量精度.
1 瑞利后向散射理论
光在光纤中传输产生2种反射:一种是在光纤芯纵向上局部折射率跃变变化产生的菲涅耳反射光;另一种是由于材料不均匀产生的瑞利散射光.光纤本身的缺陷和掺杂组分的非均匀性, 使得在光纤中传播的光脉冲发生瑞利散射.散射在整个空间中都有功率分布.当然也存在沿着光纤轴向向前或向后的散射, 通常称沿轴向向后的瑞利散射为瑞利后向散射, 它提供了与光纤长度有关的衰减细节[4,5].
在光纤的测试端注入光脉冲, 光脉冲传输过程中产生后向散射现象, 后向散射光在光纤的导引下回到光脉冲的注入端, 用光电探测器进行光电转换, 经过一定的信号处理, 就可获得后向散射光所携带的光纤链路的传输特性信息.通过对这些信息的处理就可以得到想要的测试数据.在此基础上提出了
FPGA的信号采集及处理方法, 其解调系统对OTDR测量装置如图1所示.
2 解调系统电路设计
2.1 前置放大电路设计
前置放大电路的等效电路如图2所示.下面从两个方面来讨论运放的选型[6,7,8].
影响电路性能的2个主要因素是: (1) 运放IB的大小. (2) 电路噪声的大小.
由于光电流信号比较小, 因此要选择小IB的运放.比如IB在几个pA的数量级, 例如是2 pA, 反馈电阻为50 kΩ, 则IB的噪声大小为VIB=2×10-12×50×103=0.1 uV.在后面的噪声计算中可以看出这个噪声可以忽略[9,10].
2.2 OTDR技术指标的计算
(1) 近端瑞利散射信号的计算
通过计算在脉宽W=20 ns时, 被测光纤近端的后向散射信号功率比注入光功率低66.27 dB.当输入功率为1 W时, 近端散射功率为2.359 7×10-7 W, 即0.236 47 μW. (计划做输入为1 W的) .100 km处的后向散射功率为33.486 6 nW.近端散射功率转化到V级别的电压:一级和二级放大倍数均为1 000倍.一级放大:0.236 47 (μW) ×8.5×1 000=2.01 (mV) ;二级放大:2.01 (mV) ×1 000=2.01 (V) .远端散射功率转化为电压:33.486 6 (nA) ×8.5×1 000.000=0.284 636 1 (V) .最小探测电压:0.1 (nA) ×8.5×1 000, 000=0.000 85 (V) (就是所要求的△V) 采用12位的AD, AD的输入电压为0～2 V:最小的分辨电压:0.000 488 281 (V) 则可以分辨出最小的事件.
(2) 数据量计算
光纤长度为10 km.光在光纤中的传播速度为2×108 m/s.一个光脉冲从打进光纤到返回入射端所需要的时间:
系统的误差是因为放大器LMH6611的放大稳定建立时间是100 ns, 比较电路的芯片延时是3.5 ns, 所以总的延时为103.5 ns. (这些时间参数是芯片资料上查到的) .刚开始无法测量的长度为:103.5 (ns) ×2×108 m/s=20.7 (m) .
3 实验结果及分析
(1) 动态范围
动态范围通常定义为:始端的后向散射功率与噪声的峰值功率间的dB差.
式中, pn为接收灵敏度, η为后向散射因子.
20 dB
(2) 分辨率
通常所说的分辨率就是空间分辨率, 它和测量脉冲宽度、折射率参数有关.
4 结 论
从光纤发展的速度和需求程度来看, OTDR将会大幅度地得到发展, 其功能会越来越强大, 最终会成为一种大众化的基本测试仪器.由于对瑞利后向散射信号的研究, 文中采用前置放大电路以采用AD624作为二级放大, 高密度和高存储性能的Xilinx xc3s400以及12位高精度的AD9627作为信号采集芯片对微弱的光信号进行处理, 从而提高系统的解调速度.
参考文献
[1]殷晓亮.OTDR的原理及使用技巧[J].有线电视技术, 2010, 244 (4) :111-113.
[2]强冰, 王春勇.高速光时域反射仪的研制[D].2010, 31-35.
[3]闫继送, 胡鹏浩, 胡为良, 等.高性能微型光时域反射计技术研究[D].合肥工业大学, 2006:13-14.
[4]范登华, 刘永智.一种具有迈克尔逊结构的新型光时域反射仪[J].红外, 2009, 30 (6) :35-38
[5]冯杰, 周晓军.窄泵浦脉冲对布里渊光时域反射仪测量精度的影响[J], 2009, 30 (4) :29-31.
[6]贾振安, 张磊, 乔学光, 等.纤光栅传感信号解调关键硬件电路的实验研究[J].光电子.激光, 2008, 19 (3) :15-317.
[7]冀大雄, 陈孝桢, 刘健, 等.一种低功耗微弱信号放大电路的优化设计与研究[J].电子器件, 2008, 31 (4) :1302-1306.
[8]冯宏飞, 乔学光, 贾振安, 等.基于嵌入式ARM-Linux的OTDR信号采集与处理系统[D].西安石油大学, 2010:16-18.
[9]张赞, 何伟明.微弱光信号的低噪声布里渊放大的研究[D].哈尔滨工业大学, 2009:12-17.
运营商后向流量经营发展趋势浅析 第6篇
后向流量业务,是指通信运营商以流量作为合作资源,与合作方在全国或部分省市范围内协同开展合作,由合作方购买流量并按照一定的规则赠送其用户,流量费用全部由合作方支付[1]。
流量与生俱来的营销属性以及运营商动辄数亿的客户群,受到广大企业尤其是OTT企业的青睐。为吸引新用户、留住老用户、激活僵尸用户,企业极可能向运营商寻求后向流量合作,因为流量流向之处,即是真实用户所到之处。企业购买后向流量的同时,也向运营商购买了客户资源。
而对于运营商来说,后向流量模式给了弹性需求无限放大的可能。用户一些可用可不用的需求,在“免费”的外衣下得到充分释放,如下班途中在线看视频或浏览新闻,或者在线玩游戏、下载客户端。借助第三方合作刺激用户消费能力,正是运营商喜闻乐见的。
2 后向流量经营现状
2.1 两种业务形态
(1)定向流量
定向流量是指针对特定IP或URL上网产生的数据流量由合作商家部分或全部付费,对个人用户部分或全部免收流量费。
强调仅适用特定网址,定向流量这一属性具有强大的营销效果,用户只有访问了商家期望的地址并产生流量,也即按商家预期下载或使用了APP之后,商家才会产生推广成本,因此潜在需求巨大。但实际因系列现实原因定向流量业务发展相对缓慢。主要原因有以下几个方面:一是技术实现复杂、业务需求灵活导致运营支撑成本高,从而导致价格高于合作方预期;二是运营商与服务商家服务流程尚不成熟导致运营质量、用户体验不佳。待上述问题优化解决之后,后期发力空间大。
(2)非定向流量
非定向流量也称为通用流量,是指商家从运营商处购买赠送给用户不限网址使用的流量。不限定访问网址,与普通个人流量套餐类似,只是由合作商家付费。
通用流量通常以流量红包或流量补贴的形式发放给个人用户,它和货币一样自带激励属性,常用于吸引用户的营销案。相比定向流量,通用流量业务少了一道网址定向的技术难题,业务发展相对成熟,目前正处于爆发式增长阶段。
2.2 两种经营模式
(1)经营流量
简单粗暴地送流量。发挥运营商传统管道优势,将流量尽可能多地卖给合作商,通过流量资源获得利润。
国内三大运营的后向流量经营都是从这种模式起步。直接将流量卖给合作企业,合作企业以流量作为促销资源吸引新客户,维系老客户。运营商将流量实现快速变现,但是在产业链中话语权不高。在当前流量爆发增长的时代,国内运营商的后向流量仍以这种粗放型模式为主,并能以送流量方式持续一段时间保增长。但流量后续进一步的提速降费趋势将导致流量加速贬值,逼迫运营商探索新的利润增长点。
(2)经营平台
从古代的市集到互联网时代的网上商城,平台经济都是推动经济发展的强引擎。商家可以设立摊位赚取过客的钱,但是需要与平台管理者分摊利润。规模越大吸引的人群就越大,竞争入驻的商家也会越多、商品更加多样化,平台也得以蓬勃壮大。商家、人群和平台的良性循环构建了持续发展的生态圈。
腾讯、百度、阿里的开放平台在互联网领域的成功发展,正是平台经济的成功典型。比如,阿里通过“支付宝”与第三方企业合作,渗透到用户出行、娱乐、教育、社交等各个生活领域。
运营商也已开启平台模式探索,利用自身核心资源与能力打造流量平台,引进第三方企业的产品和服务,利用流量货币流通属性挖掘用户新需求,与企业和用户构建多边交易。不仅通过流量本身的销售实现盈利,还可以触发广告、数据挖掘服务等营收方式,同时还能获取平台管理抽成。
中国电信推出流量宝,给三网用户提供做任务赚流量、流量转赠、流量红包等服务,使用范围包括三网流量、Wi Fi时长和海外流量卡;中国联通、中国移动分别推出流量银行和爱流量,运营模式与电信类似,但是流量银行的流量仅限联通用户使用,电信移动用户只能玩/赚/送,不能提取,而中国移动的爱流量则只面向中国移动用户。
3 后向流量发展趋势
根据兴业证券测算,后向流量市场规模2020年将达到618-989亿元。随着消费习惯改变和物联网逐步落地,流量需求中长期持续爆发,为后向流量市场增长提供了充沛动力[2]。
有人曾提出过“运营商不应该收网民的流量费,而应该收企业的流量费”的观点,认为运营商网络可以类比公路,腾讯好比运输公司,微信类比大巴,网民类比乘客,过路费不应该由乘客支付,而是向运输公司或者大巴收取。这种逻辑导向是流量经营将只剩下后向流量的经营。这种全盘否定流量前向收费模式的断言难以实现,但也反映了后向流量持续发展的支撑逻辑。
从已经实施了后向流量经营战略的国际运营商来看,根据Gartner的调研数据显示,韩国SKT后向流量收入增长超过62.7%,日本NTT Do Co Mo达到52%,美国Verizon达43%[3]。
未来国内运营商后向流量经营的发展思路可借鉴国外运营商的成功先例,从提升流量价值和深化平台战略双管齐下。
3.1 经营流量本身的发展趋势——提升流量价值
(1)差异化计费
国外先进运营商已普遍采用智能管道技术(如采用PCC架构进行资源管控,动态Qo S资源配置),能够实现基于速率、基于时间、基于时段、基于区域、基于用户的差异化计费[4]。
法国电信与谷歌合作,用户访问谷歌内容时能享受更高的网速,从而提高谷歌的用户体验,同时谷歌需要向法国电信支付额外的网络维护费。
以上案例从经营流量本身出发,通过不同速度通道服务进行差异定价,或额外收取网络维护费获取更高利润。当然,差异化计费的前提是成熟的智能管道建设。为更好地适应互联网流量爆炸式增长的需要,运营商还需要加快网络转型,从硬件为主向更灵活的软件方向迈进。2014年AT&T发布了Domain 2.0计划,构建更灵活高效的新一代网络架构,到2020年整个网络75%由软件组成[5]。此外,AT&T还通过SDN技术推出了网络按需新服务,用户可自助按需调整网络速度,不到1分半钟就能完成变更。
(2)大数据服务
美国运营商Verizon基于智能管道,对用户行为数据,包括位置、浏览信息等进行深度挖掘,向企业客户提供用户行为洞察、精准营销和移动商务三类服务。
2016年1月,中国联通与西班牙电信成立智慧足迹数据科技公司,利用匿名、聚合、外推的网络数据,经过高度自动化和深度降噪处理,快速提供有价值的位置和轨迹洞察服务。双方预期,该业务将在中国可广泛应用于交通运营与建设、城市规划、旅游管理、公共安全、金融风控、商业地产与零售分析、商业咨询和宏观数据统计等领域[6]。
结合大数据服务给合作商家提供精准营销、人流动向等高价值信息,提供多元化的增值服务,与合作商家共赢。
(3)前后向结合
日本运营商KDDI设计了Smartpass业务,每月390日元的月租,可免费下载500多款精彩应用。采用“前向收取月租+后向分成”的方式,以用户规模取胜,实现薄利多销。
国内运营商也可以在收费模式上突破创新,抛开前向与后向对立的固化思维。
(4)预付费产品
T-coupon为韩国运营商SK Telecom在全国范围内推出的统合型预付通信服务商品,顾客主要包括青少年以及想要通过此类通信商品进行促销的企业,可在便利店、书店、文具店等全国35000家卖场以及通过互联网渠道购买或以礼物形式赠送。
中国移动也在推出类似的预付费产品——流量卡统付业务,集团客户向个人用户赠送电子卡或实体卡,个人用户可在流量卡有效期内使用卡充值密码为任意移动号码进行流量充值;或集团客户为个人用户进行电子卡的直充服务。
3.2 经营平台发展方向——深化平台战略
平台模式有趣的地方在于,不仅它的商业模式千变万化,其赢利方式也逐步走向多元化[7]。
(1)扩大平台用户规模
2014年初,美国AT&T借推出“Sponsored Data”业务,带有“Sponsored Data”标签的应用都不需要用户支付流量费,由合作商家买单,同年7月进一步升级为“Sponsored Content Store”,加速了平台转型。运营商通过平台聚集免费内容,吸引大规模用户进行流量消费。
(2)推出广告或其他增值服务
俄罗斯Megafon电信借助自身用户规模优势和细分能力;在用户交互界面向企业有偿提供广告投放服务。在用户使用查询余额、抢红包等服务时,运营商向用户推送广告。更有企业推出“看广告,送流量”的活动。
随着平台发展规模的壮大,人气聚集能力越大,广告价值也会相应增大。运营商也可以借鉴互联网平台运营模式,引入合作商家的同时也推出广告、排名等服务。
4 结论
本文阐释了后向流量经营的基本内涵及发展历程,结合国外成功案例总结了运营商后向流量经营的发展趋势:收费模式的创新可以进一步挖掘流量本身价值,而平台化战略实施将极大地激活运营商的客户资源,使运营商从边缘化的管道建设重新回到紧密参与OTT服务的地位,重新把握主动权。随着智能管道建设和大数据分析能力日趋成熟,后向流量将从粗放的批发转售模式转向精准匹配运营。
参考文献
[1]21CN科技.中国电信“来就送流量”——流量后向经营模式新探索[EB/OL].http://it.21cn.com/tel/chinatelecom/a/2013/1203/10/25319787.shtml,2013-12-03.
[2]腾讯财经.流量时代(二):新三板后向流量经营平台[EB/OL].http://finance.qq.com/a/20161013/013158.htm,2016-10-13.
[3]刘杰,许立东.4G时代后向流量经营平台化成为发展关键[J].世界电信,2015(5):19-25.
[4]中国互联网协会应用创新工作委员会.2015流量经营白皮书[R],2015.
[5]中国通信网.美国电信运营商转型发展新动向及启示[EB/OL].http://www.toutiao.com/i6278795926161064450/.2016-4-29.
[6]中国联通与西班牙电信成立智慧足迹数据科技公司[EB/OL].http://stock.cngold.org/c/2016-01-06/c3826265.html,2016-1-6.
后向算法 第7篇
1 后向台阶流动及传热的特点
后向台阶的分离流场特征如图1 所示,流体在后向台阶的分离点分离,经过一段距离,流体在再附着点和壁面再次接触,台阶角落形成主回流区,在不同的流态下,主回流区内部和下游又产生了角涡区、二次回流区,沿着流动方向流场可以划分为分离区、再附着区、再发展区。
后向台阶的传热模型在不同的流动区域表现出不同的传热特性。再附着点处,由于流体冲击壁面,速度边界层破坏,传热强度提高。在回流区,流体和主流之间的动量交换较弱,传热强度减弱。非定常流动下,后向台阶下游常常伴随着旋涡的产生,旋涡的运动、扩散、失稳、破裂、转捩等现象改变了流场的压力分布、摩阻分布,甚至产生脉动压力,影响换热效率。
2 后向台阶分离流场研究进展
2. 1 层流和湍流
后向台阶流场的研究主要集中在层流和湍流。由于几何外形简单,后向台阶流动在20 世纪70 年代就受到科研工作者的关注,但早期的研究内容仅局限于紧靠台阶的主回流区,各研究采用的模型几何参数也不同。1983 年,Armaly等［1］首次对同一扩张比ER = 1. 94 的后向台阶模型分别进行了试验研究和数值研究,在雷诺数70 < Re < 8000 范围内,保持后向台阶的几何结构不变,给出了主回流区长度、二次回流区长度、三次回流区长度随雷诺数的变化规律,研究结果表明再附着点的位置在层流时随Re增大向台阶下游移动,在过渡流时随Re增大向台阶上游移动,在湍流时与Re无关,基本不变; 通过将再附着点的试验结果和二维数值模拟结果比较,发现低雷诺数下数值模拟结果和试验结果吻合,随着雷诺数增大,二维数值模拟结果会偏离试验结果,具有三维特性。Armaly的这些研究结果引起了科研工作者对后向台阶的关注和兴趣,之后众多科研工作者对后向台阶内部流场进行了更加深入细致的研究。
后向台阶的再附着点位置还与台阶扩张比ER有关,在湍流区域,再附着点位置主要受台阶扩张比的影响［2］。文献[3]研究了台阶高度对后向台阶湍流分离流的影响,随着台阶高度的增加,主回流区、二次回流区增大,最大湍动能的大小增加,但主回流区摩擦系数的峰值没有明显改变。在低雷诺数范围,雷诺数、台阶扩张比、再附着点位置之间存在确定关系,在高雷诺数范围,主回流区长度只取决于扩张比,这些关系可用于验证湍流模型和新的数值计算方法。
三维流场中,后向台阶的宽高比AR也是影响流动结构的重要因素。文献[4]对ER = 2,AR = 3 的后向台阶流场进行了三维数值模拟,指出三维模型的再附着长度比二维模型的再附着长度短,给出了再附着点沿展向的变化规律,研究发现AR较小时,台阶侧壁对流场的影响很大,流场三维特性非常明显。文献[5]通过试验和三维数值模拟研究了台阶侧壁对ER =2,AR = 20 的后向台阶下游流场结构的影响,研究结果表明在Re < 400 的层流下,台阶侧壁不会影响流道中间流场的层流结构; 在更高雷诺数下,侧壁出现分离和回流区,流道上壁面出现回流区,阻碍了主回流区长度的进一步增加,这也是试验和二维数值模拟结果产生差异的原因。
随着先进测试设备和计算机技术的发展,迄今为止,对后向台阶流场的流动特性已经有了很多的试验研究和数值研究,取得了不少研究成果。文献[6]采用氢泡法对湍流下后向台阶的流场拟序结构进行了试验研究,通过对再附区及其附近的上下游进行系统地观测,发现回流与再附都受大涡结构影响。文献[7]利用PIV对后向台阶的瞬时速度场、涡量场进行了测量,得到了起动涡的尺度及涡心位置随时间变化的特性曲线。文献[8]利用PIV观测了150 < Re < 6500 时二维后向台阶的流动特性,得到了一系列重要的结果,通过对瞬态流场结构分析,得到了层流、过渡流、湍流下流场中旋涡的生成、发展和演化的规律,发现不同流态下的瞬态流场结构具有较大差别,附着点位置和旋涡个数与雷诺数有关,比较了时均流场和瞬态流场,讨论了流场的流动结构、回流区长度、回流涡涡心的位置变化规律,表明后向台阶流场同时具有非定常特性和定常特性。
文献[9]研究了后台阶分离流动中大尺度涡结构的瞬时发展和演化过程,清晰地反映了大涡的产生、追随、吸引、合并和破碎等过程,指出大尺度涡拟序结构的演变具有准周期性。文献[10]通过试验和数值方式对后向台阶的湍流流动现象进行了预测,对流场中大尺度旋涡之间,旋涡与近壁区域和回流区域之间的相互作用提出了新的见解。
经过多年的研究,后向台阶在层流和湍流时的流动特性,各几何参数和物理参数对流场的影响,流场中旋涡结构的演变和发展规律已经有了比较透彻的认识。
2. 2 过渡流
过渡流是介于层流和湍流之间的特殊流态,虽然过渡流区域比层流、湍流区域窄,但过渡流态下的流动非常复杂,尾流会出现周期振动,影响流场的结构。由于过渡流复杂的流动状态以及非线性的流动控制方程,对过渡流区域分离流动特性的研究也比较少。文献[8]中对过渡流( Re = 900 ~ 1100) 时后向台阶流动的旋涡运动作了分析,指出过渡流的剪切层内同时存在3 ~ 5 个旋涡结构。
3 后向台阶传热的研究进展
国内外学者对后向台阶传热特性的研究开展较晚,主要采用数值模拟方式对后向台阶的传热特性进行研究。雷诺数仍是影响传热特性的主要参数之一,增加管内流速能提高对流换热系数,层流时二维后向台阶底面的传热系数沿着流动方向先增大后减小,最大换热系数和流体再附着点的位置重合［11］。但文献[12]对层流状态下的换热特性数值模拟后,指出局部努塞尔数的峰值不一定与再附着点重合或位于再附着点附近,此外还系统地研究了台阶扩张比、雷诺数、普朗特数的改变对传热的影响。
近十几年,随着后向台阶三维流场研究的深入,后向台阶的三维传热特性也有了研究。Iwai等［13］在三维层流状态下,研究了台阶两侧壁面间距、雷诺数的变化对台阶底面努塞尔数分布的影响,结果表明Re = 250 时,为了使流道中央获得二维效果,台阶宽高比AR至少取16,并且雷诺数越低,二维区域越大; 研究还发现,由于侧壁对流场的影响,台阶下游壁面换热系数峰值将由流道中线向两侧壁面迁移,最大换热系数随着台阶宽高比和雷诺数的增加而增大。
Nie等［14］采用定常方式研究了三维不可压缩层流Re为343时,当台阶侧壁间距、出口高度保持不变时,台阶高度的变化对流场、底面换热系数分布的影响; 台阶底面努塞尔数的最大值出现在侧壁附近,而且随着台阶高度增加而增加,沿着台阶宽度方向,最大换热系数的位置和最小再附着距离的位置相同。
Kitoh等［15］通过三维数值模拟研究了Re = 300 ~ 1000 时,在不同的台阶扩张比下,台阶下游壁面努塞尔数的分布,研究发现换热特性取决于流场结构; ER = 1. 5,2. 0 时,由于侧壁附近形成了纵向旋涡,台阶下游形成大尺度和小尺度旋涡,使得这些区域的努塞尔数很高; ER = 3. 0 时,努塞尔数在再附着点周围的小范围区域才具有最高值。
文献[16]采用 κ - ω 湍流模型研究了台阶下壁面温度变化对流动结构和通道内温度分布的影响,研究结果表明台阶后通道温度剖面从下壁面到上壁面可以分为大梯度区、过渡区和稳定区,过渡区的温度剖面在回流区具有凸特性,在恢复区具有凹特性。
文献[17]对后向台阶的层流脉动流的混合对流和传热特性进行了研究,指出雷诺数、理查森数、无因次振荡频率对流场结构、温度场以及表面摩擦系数都会产生深远影响。
由于后向台阶下游流体和壁面之间的传热效果受到流体流动状态的影响,流体的流动特性对传热特性起着主导作用,所以对传热特性的分析都是建立在对流动特性分析的基础之上。
4 后向台阶传热有待深入研究的方向
4. 1 过渡流状态下后向台阶的传热
后向台阶在过渡流状态时流动的特殊性,基于湍流的流动传热机理已不完全适用于过渡流,所以对过渡流时后向台阶传热特性的研究一直是传热领域的难点。文献[18]通过直接数值模拟研究了650≤Re≤1500 的过渡流范围,二维后向台阶底面的时均传热特性,并结合流场中的流动结构对时均传热特性规律做了分析。然而,针对过渡流下后向台阶传热特性的三维数值模拟和试验研究极少,进一步开展这两方面的研究对解明后向台阶在过渡流状态下的传热机理非常重要。
4. 2 微尺度后向台阶流动的传热
近年来,换热设备的集成化、小型化程度不断提高,出现了许多微型换热器,系统尺度细微化后,会出现传热的微尺度效应。文献[19]通过DSMC方式对微尺度后向台阶作了研究,发现当Kn为0. 136 时,流向速度保持为正,说明台阶后面不存在回流区,此外,发现质量流量随着压力比的增加而增加,他们的关系是非线性的,不同于传统流动时的规律。微尺度下后向台阶流动特性和常规尺度下的差异,说明微尺度下后向台阶的传热规律也与常规尺度下的有别。研究微尺度下的传热特性,传统的传热学的分析方法已不适用,必须从热传输的微观机制入手做具体分析,所以后向台阶在微尺度下的传热特性是未来的研究方向之一。
4. 3 纳米流体流过后向台阶后的传热
纳米流体作为一种新型的换热工质能够提高后向台阶的传热效果,Abu - Nada［20］作为首位研究纳米流体流过后向台阶的传热行为的学者,数值模拟了5 种纳米粒子( Cu O,Al2O3,Ag,Cu,Ti O2) 的流体流过后向台阶,研究发现增加纳米粒子的体积分率能提高努塞尔数,在主回流区,努塞尔数的最高值与雷诺数无关,而与纳米流体的热物理性质有很大关系,高导热率的流体更能提高主回流区外的努塞尔数,而低导热率的流体也能较好地增强主回流区内的热交换。目前,有关纳米流体在强化传热方面的应用已受到人们的极大关注,因此纳米流体流过后向台阶后的强化传热是后续可以进一步研究的内容。
摘要：阐述了后向台阶流动及传热的特点,分别从分离流场、传热特性两方面对后向台阶流动的国内外研究发展状况进行了综述。后向台阶的流场研究侧重于层流和湍流,对过渡流时的流动特性研究甚少,后向台阶传热特性的研究建立于流动特性分析的基础上;给出了后向台阶传热有待深入研究的三个方向:后向台阶在过渡流状态时的传热、微尺度后向台阶流动的传热、纳米流体流过后向台阶的传热。
后向算法 第8篇
自改革开放以来,为弥补国内建设资金和技术实力的不足,我国政府把利用外商直接投资当作一项紧迫任务提到议事日程上来,为此,制订并实施了许多吸引外商直接投资的优惠政策,希望FDI的进入能够带来更多的资金、技术、营销经验和管理方法。改革开放30多年的引资实践表明,FDI进入所带来的效应已充分地显现出来,尤其是FDI对国内工业企业竞争力和生产力提高所带来的效应(即技术溢出)更是不可低估。实际上,由FDI引致的技术转移、知识扩散已经超越外商投资项目本身,让更多的国内企业最终受益。
在以往技术溢出实证研究中,研究结论存在很大的差异。出现这一现象的原因是多方面的,其中一个重要原因是研究对象的错位。较早时期的研究多以产业内的水平型技术溢出为研究对象,而现实中为了避免“同行变对手”,企业通常会千方百计提升自身竞争力,在对同行企业产生竞争效应的同时,又想方设法控制和“隔离”技术,阻止对东道国企业的水平型技术溢出,因此,东道国企业来自水平型技术溢出实际上是有限的,甚至是负向的溢出,这与一些实证研究的结果相吻合。Javorcik(2004)认为,研究者可能在错误的地方寻找 FDI 的溢出效应,溢出的渠道更可能发生在行业间(垂直方向)而不是行业内(水平方向),溢出可能通过后向关联,通过当地中间品供应商与跨国公司子公司的直接联系而产生。理论上,跨国公司为保护公司的垄断优势会采取措施抑制水平方向的技术溢出,而有动力促进垂直方向的技术溢出。近年来,为了提高企业的核心竞争力,许多企业抛弃了以往的“内部化”策略,采取“生产外包”、“服务外包”等“外部化”策略,使得供应商和客户之间的供求关系变成为垂直型关联。为保证所需中间投入品的质量和准时交货,企业会主动对上游供应商提供技术援助和支持;为维持和扩大市场份额,还会主动为下游客户提供配套服务。
2 天津市外商投资企业后向关联问卷调查及影响因素分析
由于研究对象的限定,本次调研以天津市制造业外商投资企业为调研对象。
调研活动从2008年11月份开始,到2009年1月结束,整个调研工作历时两个月,共发出问卷140份,收回问卷107份,回收率76.43%,其中有效问卷104份。
以涉及到的不重复的企业作为考察对象,从被调查企业的投资来源来看,欧美、日韩、中国港澳台地区的企业分别占64.42%、20.19%、5.77%,如表1所示。从被调查的企业类型可以看出,外商独资企业占65.38%,中外合资企业占34.62%。从被调查企业所处的行业分布来看,被调查企业处于制造业领域。
数据来源:根据问卷调查数据整理
2.1 Logistic回归
Logistic回归主要是用来预测二值响应变量或者次序变量的值,它不要求样本满足多元正态分布,是解决0-1回归问题的有效方法。通常以p表示某事件发生的概率,1-p为该事件不发生的概率,将比数p/(1-p)取自然对数ln[p/(1-p)],即对p做logit转换,则ln[p/(1-p)]的取值范围在-∞到+∞之间。以ln[p/(1-p)]为因变量,将影响因变量取值的因素记为x1,x2,…,xk,建立线性回归方程,如公式(1)所示。
该模型即为Logistic回归模型的一般形式。Logistic回归模型实际上是普通多元线性回归模型的推广。模型中b0是常数项,表示自变量取值全为0时,比数的自然对数值;参数bi称为Logistic回归系数,表示当其他自变量取值保持不变时,该自变量取值增加一个单位引起比数的自然对数值的变化量。
本章研究的内容是FDI建立后向关联的影响因素,研究变量的取值分为两类情况,即“建立”与“未建立”,取值分别为1和0,建立的概率为p,未建立的概率为1-p。Logistic回归的特点恰好在于被解释变量是虚拟变量,因而非常适合描述某些状态的发生概率及影响此概率的原因。通过运用Logistic回归模型,能够较好地反映出各影响因素与后向关联建立之间的相关关系,因此,本章采用该模型作为研究所需的统计分析工具。
2.2 研究样本的描述性统计分析
在影响FDI与内资企业建立后向关联的制约因素中,对东道国外部环境和内资部门特征,采用里克特5点量表度量,其定量数据的描述性统计分析见表2所示。
数据来源:根据问卷调查数据整理
2.3 建立后向关联的影响因素检验
2.3.1 变量的赋值
本文着重探讨本地企业的技术吸收能力、本地企业中间产品的质量、本地企业的声誉、当地贸易政策开放程度、针对外资企业的优惠政策、知识产权保护、融资便利程度、产业配套能力、企业性质、投资来源国家和地区、所属行业、市场导向对建立后向关联的影响,因此上述因素即为模型的自变量。本文预建立的Logistic回归模型如公式(4)所示:
其中,x1～x12的含义如表所示,α为截距,β1～β12为偏回归系数,pi是建立后向关联的概率,pi/(1-pi)是建立与不建立后向关联的机会比率。
由于本研究的因变量是一个二分变量而非多分变量,本文运用了适合于二分变量分析的二分变量的Logistic回归模型(Binary Logistic Regression)。
在Logistic回归模型中,因变量是是否建立后向关联,回答“是”赋值为1,“否”则赋值为0。自变量其中包含了二分变量、多分变量和连续性变量,如表3所示。x1～x8分别为本地企业的技术吸收能力、本地企业中间产品的质量、本地企业的声誉、当地贸易政策开放程度、针对外资企业的税收优惠、知识产权保护、融资便利程度和产业配套能力,皆为连续性变量,我们在模型中直接纳入。而x9～x12即企业性质、投资来源国家和地区、所属行业和市场导向,皆为类别变量,因此需引入虚拟变量且编码。
数据来源:根据问卷调查数据整理
2.3.2 模型检验
(1)Logistic回归模型评价
本文选择了SPSS中的后向逐步迭代法来选择自变量,即模型首先将所有自变量均纳入模型,然后分别按照0.05移进和0.1移出来判断某个变量是否应进入模型,在0.01的置信水平下一共进行了7次迭代。
1)Hosmer-lemeshow拟合优度检验。
Hosmer Lemeshow检验,检验因变量实际值与预测值的分布是否有显著差异。Hosmer-Lemeshow(1989)研制了一种对Logistic回归模型拟合优度的检验方法,记为HL指标,其统计公式如(5)所示。
其中G代表分组数,且G≤10;yg为第g组中的案例数;
数据来源:根据问卷数据计算整理
2)Logistic回归模型的预测准确性。
从表4最后一次迭代输出结果可以看出,表中的结果表明模型能较准确地预测信息,类R2为56.2%,表明所选指标的信息基本上反映了所有选取指标的信息。
从模型的正判率来看,模型同样通过了显著性检验。当模型中只含有常数项,而不含任何自变量时(空模型),模型的判别正确率为50%;当模型引进自变量以后,模型的整体预测准确率是79.8%,有了显著的改善。分类矩阵表说明,运用该回归方程进行预测,52家没有与内资企业建立后向关联的外资企业被正确预测的为41家,有11家被预测为建立了后向关联,预测准确率为78.8%;52家与内资企业建立后向关联的外资企业中被正确预测的为42家,有10家被预测为没有建立后向关联,预测准确率为80.8%。
3)模型卡方统计。
模型卡方值不是关于模型对数据拟合优度的检验,而只是关于自变量是否与所研究事件的对数发生比线性相关的检验。为了对Logistic回归模型进行有意义的解释,要求模型中所包含的自变量必须对因变量有显著的解释能力,也就是说所设模型必须要比零假设模型(即只包含常数项的模型)要好。表4所示模型的卡方值为56.952,在0.01水平上显著,拒绝零假设,认为自变量所提供的信息有助于我们更好地预测事件是否发生。
(2)回归系数的显著性检验
由于本文采用的是SPSS中的后向逐步迭代法来选择自变量,即模型首先将所有自变量均纳入模型,然后分别按照0.05移进和0.1移出来判断某个变量是否应进入模型,经过7次迭代所得进入模型的变量如表5所示。
数据来源:根据问卷数据计算整理
由于本文中所选自变量多为定性分类变量,且因类别较多,引入了虚拟变量,因此在检验各个变量的显著性时,以变量总的显著性结果作为引入模型的判断标准,而不以其各个虚拟变量的显著性为标准,因此才出现了表5中某些变量的显著性水平远远大于0.1仍然引进模型之中的情况。
2.3.3 模型的确立
从表5中结果可知,经过7次迭代过程(置信水平为0.01),与预计模型(4)式相比,进入最终模型的自变量为:本地企业中间产品的质量(x2)、本地企业的声誉(x3)、当地贸易政策(x4)、知识产权保护(x6)、投资来源国家和地区(x10)和所属行业(x11);未进入模型的自变量为本地企业的技术吸收能力(x1)、针对外资企业的优惠政策(x5)、融资便利程度(x7)、产业配套能力(x8)、企业性质(x9)和市场导向(x12)。即本文所建立的最后模型如公式(6)所示:
其中x10-1代表投资来源国家和地区(欧美)、x10-2代表投资来源国家和地区(日韩)、x10-3代表投资来源国家和地区(港澳台)、x11-1代表所属行业(电子)、x11-2代表所属行业(汽车)、x11-3代表所属行业(化工)、x11-6代表所属行业(新能源)。
3 模型结果的说明
本文利用从全市范围内抽样得到的数据建立了二分类Logistic回归模型。模型表明本地企业中间产品的质量、本地企业的声誉、当地贸易政策开放程度、知识产权保护、投资来源国家和地区、所属行业对构建后向关联产生了显著影响,而本地企业的技术吸收能力、针对外资企业的优惠政策、融资便利程度、产业配套能力、企业性质和市场导向对FDI建立后向关联的影响则并不显著。
(1)内资部门特征。
模型显示在三个内资部门特征因素中,本地企业中间产品的质量和本地企业的声誉对构建后向关联具有显著的影响,前者在0.01水平上显著,后者在0.1水平上显著,而且两个自变量的系数都是正值。说明本地企业生产的中间产品的质量越高,外资企业与之建立后向关联的概率越大;本地企业的声誉越好,外资企业与之建立后向关联的概率越大。在其他因素相同的情况下,中间产品的质量水平提高1,构建后向关联的发生比将是原来的3.083倍,即比原来提高2.083倍;本地企业声誉度提高1,构建后向关联的发生比将是原来的1.802倍,即比原来提高0.802倍。
而本地企业的技术吸收能力对是否建立后向关联并无显著影响,被剔除出了模型。这和我们预期设想的不很一致,但是经过深入分析,不难发现这个结果也在情理之中。外资企业在选择供应商时,主要考虑的是该供应商能否提供高质量的产品、价格是否合适、供应商在业界的信誉,而企业的技术吸收能力虽然也很重要,但是却在事前很难充分了解,所以内资企业的技术吸收能力对外资企业是否与内资企业构建后向关联影响不大。
(2)东道国外部环境。
关于东道国投资环境因素,本文共设计了五个选项,模型结果显示当地贸易政策开放程度和知识产权保护程度两个因素对外资企业是否与内资企业构建后向关联具有显著的影响。其中,当地贸易政策开放程度在0.01水平上显著,且系数为负,表明贸易政策越开放,外资企业与内资企业构建后向关联的概率越小;知识产权保护程度在0.05水平上显著,且系数为正,表明知识产权保护制度越完善,外资企业与内资企业构建后向关联的概率越大。在其他因素相同的情况下,当地贸易政策开放程度每提高1,外资企业与内资企业构建后向关联的概率会是原来的0.24倍,即比原来减少了76%;知识产权保护程度每提高1,外资企业与内资企业构建后向关联的概率会是原来的2.619倍,即比原来提高1.619倍。
当地贸易政策开放程度与是否构建后向关联负相关是因为:贸易政策越开放,意味着关税等贸易壁垒越低,在这样的情况下,外资企业就会主要采用进口的方式满足原材料零部件等中间产品的需求,而不再从内资供应商企业处购买,所以回归系数表现为负值,这和实际情况是相符的,也验证了模型设计的合理。
知识产权保护程度与是否构建后向关联正相关是因为:一个地区知识产权保护制度越完善,外资企业越能放心地把一些关键的、高技术含量的中间产品交给当地企业去做,不用担心技术秘密的泄漏问题。
计算结果显示,针对外资企业的优惠政策、融资便利程度、产业配套能力三个因素对外资企业是否与内资企业构建后向关联没有显著影响。这和之前的假设不一致,经过深入分析,认为这样的结果可以解释如下:外资企业的优惠政策、融资便利程度和产业配套能力是衡量一个国家、一个地区投资环境优劣的重要指标,这几个因素对外商是否愿意在东道国投资具有显著的影响,是影响外商是否投资的关键性因素,但是针对我们所研究的命题,结果就不成立了,这几个关于宏观投资环境的指标仅仅会影响外商是否愿意在此投资,但是对外商愿不愿意与内资企业建立后向关联没有直接联系。
(3)外资部门特征。
关于外资部门特征共设计了四个指标,模型结果显示投资来源国家和地区与所属行业两个因素对外资是否与内企业资建立后向关联具有显著影响,投资来源国家和地区在0.1水平上显著,所属行业在0.05水平上显著。
1)投资来源国家和地区。
本文中投资来源国家和地区分为欧美、日韩、中国港澳台地区和其他四类,在引入虚拟变量时以其他作为参照类。测算结果显示,在其他因素相同的情况下,欧美企业与内资企业建立后向关联的发生比是其他企业的0.168倍,日韩企业与内资企业构建后向关联的发生比是其他企业的0.050倍,中国港澳台地区企业与内资企业构建后向关联的发生比是其他企业的0.881倍。结果表明日韩企业与内资企业建立后向关联的发生比明显低于其他类型企业,这和其它学者的研究结论是一致的。
2)所属行业。
本文中所属行业分为电子、汽车、化工、医药、冶金、新能源、其他七类,在引入虚拟变量时以其他作为参照类。测算结果显示,在其他因素相同的情况下,外资电子企业与内资企业建立后向关联的发生比是其他企业的0.042倍,外资汽车企业与内资企业建立后向关联的发生比是其他企业的0.388倍,外资化工企业与内资企业建立后向关联的发生比是其他企业的0.062倍,外资新能源企业与内资企业建立后向关联的发生比是其他企业的0.255倍,医药和冶金企业因为数据太少,结果不能说明问题。分析结果表明汽车和新能源行业的外资企业和内资企业构建后向关联的概率较高,而电子和化工企业与内资企业构建后向关联的概率较低。
3)市场导向和企业性质。
模型结果显示,FDI的市场导向对外资企业是否与内资企业构建后向关联的影响不显著,作为不显著因素被剔除掉了。模型结果显示,企业性质对外资企业是否与内资企业构建后向关联的影响不显著,作为不显著因素被剔除掉了,即是否构建后向关联与外资企业的性质没有关系。
针对在津跨国公司后向关联的现状,为了促进跨国公司与本土企业的后向关联,政府应该从引进外资政策调整、促进本地企业发展、为两者合作提供支持、知识产权保护几个方面努力促进后向关联的建立和深化。
参考文献
[1]JAVORCIK S B.Does foreign direct investment increase the produc-tivity of domestic firms in search of spillovers through backward linka-ges?[J].American Economic Review,2004,94(3):605-627.
[2]胡心宇,张建民.后向联系:跨国公司技术扩散的重要渠道[J].世界经济与政治论坛,2004(4):27-30.
[3]李平,李宏.后向联系和技术的溢出转移[J].世界经济与政治,1995(7):3-7.
[4]侯铁珊,王新波.跨国投资的后向联系效应分析:以汽车产业为例[J].现代管理科学,2004(12):20-21.
【后向算法】相关文章：
算法与算法思想05-13
国外新颖优化算法——排超联赛算法09-12
国外新型智能优化算法——海鸥优化算法01-28
国外新型智能优化算法——口孵鱼算法09-11
基于粒子群算法的DBSCAN聚类算法研究12-23
算法转换05-11
确定算法05-17
密码算法05-17
抽样算法05-18
协同算法05-30