数字化变电站新技术应用经验与建议（共9篇）
1.数字化变电站新技术应用经验与建议 篇一
关于35KV变电站选用新技术新设备的建议
项目简介：
建设一个稳定可靠且经济运行无人值班的的现代化矿用核心 变电站；选用新技术、新设备至关重要；
一、优化的设计：
1新建无人值班变电站应充分考虑与电网的配合，继电保护自动装置，直流（操作和控制）回路，一次设备等必须满足运行方式的要求。
使设备的性能满足变电站无人值班的要求。安装开关辅助接点，以便后台检测它的运行状态。
2继电保护及安全自动装置，无人值班变电站应选用有成熟运行经验，质量可靠，抗干扰能力强的微机型保护自动化装置。将动作信号送到集控中心，且实现远方电动复归。
3站内所有高、中、低压电气设备，包括35KV主变压器宜装设在室内，以减少维护次数，进线电源互为备用，应具有自动投切电源的装置。无人值守变电站需要图像监控系统，这是变电站达标的必要条件之一。图像监控系统可以实现远程巡视设备，发现异常运行情况。
4、完善无人值班变电站的消防，温感和防盗系统，并实现信号的远传。
二、设备选型：站内高、中压真空断路器应选用高压稀土永磁真空断路器荣获国家火炬计划项目奖，获得国家实用新型专利、国家发明专利的ZN107-40.5型永磁式户内高压真空断路器；ZN733A-12固封永磁式中压真空断路器。
三、选用理由：
1永磁操作机构合闸速度快，动作电流小无故障率低，其机械寿命是传统机构的10倍，基本达到免维护和无人值班的目的。
2、提高了设备的使用寿命及运行稳定性、减少因停电检修影响施工生产的次数，节省人力、物力及财力，远期经济效益明显。
四、项目总投资：
2.数字化变电站新技术应用经验与建议 篇二
国内部分电力公司已开展了数字化变电站的研究工作,并已进入工程实践。2003年,有的已经开始按IEC 61850标准建设的数字化变电站入网运行。近期,一些110、220 kV数字化示范变电站建成并投入运行,而且数字化变电站的建设已向500 kV变电站延伸。以上情况表明,目前数字化变电站技术已进入实际工程应用阶段。为探索适应北京电力公司110、220 kV变电站数字化的技术路线和技术方案,并使数字化变电站的实现能够平稳、顺利、成功地进行,北京电力设计院对数字化变电站的技术进行了调研及跟踪。
1 数字化变电站的特点及优势
数字化变电站是指信息采集、传输、处理、输出及执行过程完全数字化的变电站,其基本特征为设备智能化、通信网络化、运行管理自动化等。在数字化变电站内,一次电气设备和二次电子装置均实现数字化通信;具有全站统一的数字模型和数据通信平台;实现智能装置的互操作性。
1.1 数字化变电站的特点
1) 一次设备智能化。
一次设备采用数字输出的电子式互感器、智能开关(或传统开关和智能终端组合)等智能设备。一次设备与二次设备间用光纤传输数字编码信息的方式交换采样值、状态量、控制命令等信息。
2) 二次设备网络化。
二次设备全部基于标准化、模块化设计,设备间用通信网络交换模拟量、开关量和控制命令等信息,控制电缆取消。
3) 运行管理系统自动化。
变电站运行管理自动化系统应包括自动故障分析系统、设备健康状态检测系统和程序化控制等自动化系统。变电站在运行中发生故障时,自动化系统能及时提供故障分析报告,并指出故障原因与提出处理意见;能实现变电站一、二次设备的“状态检修”。
1.2 数字化变电站的优势
1) 各种功能共享统一的信息平台。
数字化变电站的所有信息统一按IEC 61850标准接入变电站通信网络;变电站的保护、测量、计量、远动、电压无功自动控制(VQC)等系统共用一个通信网络接收信息和发出控制命令,避免了设备重复建设。
2) 便于变电站新增功能和扩展规模。
变电站设备间的信息交换均通过通信网络完成;变电站在扩充功能和扩展规模时,只需在通信网络上接入新增设备,无需改造和更换原有设备,由此降低了变电站全寿命周期成本。
3) 通信网络取代复杂的控制电缆,减少二次接线。
数字化变电站一次设备和二次设备之间以及二次设备之间均采用计算机通信技术,一条通道可传输多个通道的信息;同时采用网络通信技术,通信线的数量约等于设备数量,由此大幅度减少了二次电缆的数量和复杂程度。
4) 提高了测量精度。
由于数字化变电站采用电子式互感器,传输过程中均不会产生附加误差,由此提高了保护系统、测量系统和计量系统的精度。
5) 提高了信号传输可靠性。
数字化变电站的信号传输均通过计算机通信技术实现,通信系统在传输有效信息的同时传输信息效验码和通道自检信息,拒绝误传信号和监视通信系统的完好性,电压互感器、电流互感器断线的判断将不再成为问题;数字化变电站二次设备和一次设备之间采用光纤连接,从根本上解决了抗干扰问题,而且也没有二次回路两点接地的可能性。
6) 电子式互感器的性能较传统互感器具有以下优点:
(1) 无磁饱和、不存在铁磁谐振问题,频率响应范围宽、精度高、暂态特性好;
(2) 通过光缆连接互感器的高低压部分,大大简化绝缘结构和降低使用成本;
(3) 以绝缘脂替代传统的油或SF6气体,使互感器性能更加稳定,简便了运行维护;
(4) 高低压部分光电隔离,具备完备的自检功能,大大提高安全可靠性。
7) 解决了设备间的互操作问题。
数字化变电站的所有智能设备均按IEC 61850标准建立信息模型和通信接口,设备间可实现无缝连接。
8) 进一步提高了自动化和管理水平。
由于数字化变电站通信系统传输数据更加完整,通信可靠性和实时性大幅度提高,由此提高了自动化水平。一次、二次设备和通信网络都可具备完善的自检功能,可根据设备的健康情况实现设备的状态检修。
2 数字化变电站的一次设备
2.1 互感器
1) 数字化变电站常用的高压(110
kV及以上)互感器统称为非常规互感器或数字式互感器,可分为有源、无源两大系列。有源式互感器又称电子式互感器,国内早期多数电子式互感器采用罗式线圈原理,其高压侧需要激光电源辅助供电;无源式互感器又称光学互感器,其因受传感头寿命的影响,市场占有率小,运行经验少,目前尚未大批量采用。
2) 数字化变电站10、35
kV互感器多采用常规互感器。因为数字式互感器在高电压等级应用优势更加明显,低电压等级互感器在抗饱和特性、节省电缆等方面无太大优势,且数字式互感器较常规互感器增加投资,故数字化变电站低电压等级用采常规互感器在经济性方面更具优势。
2.2 一次设备智能化
1) 国内目前通常采用“常规一次设备+智能终端”的方式实现一次设备智能化方案,这样既考虑了常规一次设备丰富的运行经验,又结合智能终端设备实现了采集和控制信号的数字化传输。调研情况表明,这种方案在内蒙古220 kV杜尔博特数字化变电站、云南110 kV 翠峰变电站等中都得到了成功的应用。在当前完全智能化的一次设备选型相对困难时,采取“常规一次设备+智能终端”模式实现对一次设备的控制、实时在线状态监测、数据交换、信息处理是实现完整意义上的数字化变电站的一种现实可行的方式。
2) 对于开关设备,由于非常规互感器的出现以及计算机技术的发展,使得对断路器设备内部的电、磁、温度、机械动作状态监测成为可能,通过收集分析监测数据,判断断路器运行状况及趋势,安排检修和维护,实现“状态检修”。目前,较低电压等级的PASS紧凑型组合电器有智能化应用。对于高压断路器,现阶段一般采用智能操作箱实现开关量的上送及GOOSE命令的下行。
3 数字化变电站的二次设备及IEC 61850标准
数字化变电站的二次设备与传统二次设备相比,已发生了很大的变化。在设计理念上,将变电站内二次设备统一纳入同一数据网络中,数据共享,继电保护、自动化和计量等统一按照“大二次系统”考虑,模糊了专业界限。在技术实现上,引入了光纤通信技术,利用光纤传输容量大,抗干扰的特点,在一次设备区将各种数据、信息收集在一起,通过有限数量的光缆将信息“捆绑”传给二次设备,从而大大减少了二次控制电缆的数量;引入了计算机网络技术,二次设备具备能与智能一次设备共用通信系统交换数字信息的能力,从而实现二次设备智能化和网络化。在通信规约上,统一采用了IEC 61850通信协议,实现了站控层、间隔层、过程层的全程数字化,规范了通信协议。在设备功能实现方面,软件逻辑连接替代了传统的控制电缆连接。变电站数字化后,取消了控制电缆,设备间的联系完全依靠计算机网络来完成,设备功能的实现均需通过计算机操作才能实现。
4 数字化变电站方案应重点考虑的问题
4.1 数字式互感器选型
目前,市场上尚不具备完全意义上的智能一次设备,只能靠二次设备厂商为传统开关设备配套相应的智能操作箱来部分实现一次设备的智能化。
对用于数字化变电站的数字式互感器,目前有不少厂家都在进行电子式互感器产品的研究和生产,但各厂家生产的电子式互感器工作原理各不相同,性能各有特点。数字化变电站方案应重点从安全、可靠及经济性角度考虑,通过详细经济技术比较后进行220、110 kV及低电压等级互感器选型。建议220、110 kV等级互感器使用电子式互感器;低电压等级采用一体化数字式互感器或常规互感器。
4.2 二次设备的选择
数字化变电站是目前的前沿技术,国内外的主要设备制造商都在积极进行相应二次设备的产品研发。由于各自对数字化变电站有不同的理解,数字化变电站的实现方式各有不同,例如保护、测控装置有选用模拟量或数字接口的不同,对于保护装置跳闸方式,有采用GOOSE网方式或一对一跳闸方式等,因此,对于各厂商所提供的产品与协议的互通性、数据采样的同步、操作软件的直观性、可靠性和兼容性等问题,都需进行充分对比,结合各公司的实际情况,确定符合实际情况的数字化变电站实施方案。
4.3 IEC61850标准还需要进一步完善和标准化
IEC61850是一个较新的国际标准,数字化变电站采用通过IEC 61850标准一致性测试的设备,是解决互操作性问题的关键。IEC 61850标准按照变电站自动化系统所要完成的控制、监视和继电保护三大功能,从逻辑上将系统分为变电层、间隔层和过程层,这三层之间的通信通过IEC 61850标准定义的10种逻辑接口来实现。但是,随着在世界范围工程中的应用,发现了IEC 61850标准的一些不足,这些问题可能影响现场设备的互操作性。所以,在实现数字化变电站过程中,应要求涉及厂家就各自设备实现互联进行试验,并提交试验结果的报告,有可能的进行相应实际考核。进行多厂家之间的合作和互联验证,更能验证各厂家的标准化、一致性,推动各厂家生产标准化的设备,实现设备的互换,从而实现IEC61850的标准化。
4.4 相应设备的调试验收、运行维护和管理
数字化变电站带来的是一场整体革命,而不是局部的变革。数字化变电站的实施,在技术层面上使继电保护和自动化专业紧密结合在一起,所有的数据实现了共享,专业之间已经没有了界限。目前,伴随新技术带来的流程乃至生产关系方面的变革尚未实现,已有的若干试点站基本上都受管理模式制约而存在差异。数字化变电站广泛采用了智能设备,将对现有的设备调试、验收、运行、维护和管理方法提出了挑战。例如,许多设备的输入、输出接口都由传统的模拟接口和硬接线变为数字通信接口,对此必须有新的调试、检验设备规程。许多原来由不同部门管理的功能现由同一设备实现,这也造成一些问题。因此,在数字化变电站的建设中,应结合运行单位的实际情况,在现有综合自动化变电站的基础上调整设备制造、试验、验收、运行、维护和管理规程,以适应数字化变电站的特点,通过试点,探索出一套具有可操作性的数字化变电站管理规程。
5 现阶段数字化变电站设计方案
目前数字化变电站设计方案大致可分为以下几种。
1) 一次设备采用常规设备,保护测控装置仍为模拟量开入,将站控层、间隔层设备的规约统一为基于IEC 61850标准的协议,如北京顺义500 kV变电站就采用这种方案。
2) 一次设备采用非常规互感器,断路器间隔配置智能单元及合并器组成过程层设备,保护测控装置为数字量开入,将站控层、间隔层设备的规约统一为基于IEC 61850标准的协议,如广东沙坪110 kV变电站就采用这种方案。
3) 一次设备部分采用非常规互感器(110kV及以下电压等级)、部分为常规互感器(220kV以上电压等级),断路器间隔配置智能单元及合并器组成过程层设备,保护测控装置为数字量或模拟量开入,将站控层、间隔层设备的规约统一为基于IEC 61850标准的协议,如广东三乡220 kV变电站就采用这种方案。
6 有待完善的问题
6.1 电子设备在一次设备区运行的可靠性
合并单元(Mergerce Unit,MU)智能终端等电子设备安装在一次设备区,其对强电磁场的抗干扰能力以及对温度、湿度变化工作环境的适应能力受到考验。目前已投运的数字化变电站运行年限有限,以上问题导致的智能设备的局部、系统问题尚未充分暴露和验证。
6.2 设备运行经验
对用于数字化变电站的设备,110 kV及以下电压等级的设备运行年限已有3~5 a,设备性能逐步走向稳定成熟;而对于220 kV及以上电压等级的设备运行积累较为匮乏,有些仅为单间隔挂网运行。
6.3 设备可挑选范围
目前数字式互感器生产厂家较少,产品型号有限,不能满足现场运行要求。如内蒙古杜尔伯特220 kV数字化变电站,线路互感器变比较大,在MU处只能采用软件修正方法调整变比。
6.4 交换机性能
数字化变电站中,为实现GOOSE网方式,交换机大量使用,其重要性前所未有地凸显,需要在技术和管理上对交换机提出严格要求。
6.5 设备的冗余配置
因220 kV及以上电压等级数字化变电站的保护较为复杂,在过程层投产阶段若无成熟的保护装置,可考虑增加(或双套保护中一套)一套配置常规过程层设备的成熟常规系统保护装置。
6.6 管理制度
目前我国IEC 61850标准的实施规范尚未出台,各地实施方案各有特色。建设单位的管理模式也要适应IEC 61850标准的应用和实施,在运行、维护、管理与传统方式发生了根本变化。这需要加大培训力度和技术转型。
7 结语
数字化变电站是目前电力系统建设的前沿技术体现,代表着我国变电站技术的发展方向。变电站的全面数字化为实现变电站状态检修创造了条件,它必将提高电力系统的经济性、可靠性和自动化水平。目前,数字化变电站正处于各种实施方案并存、比较的探讨阶段,各建设单位对“数字化”理解、实施的程度各有不同,IEC 61850标准也处在完善、修订阶段。在实施数字化变电站方案前,需要进一步对数字化设备(一次、二次设备)制造厂商以及兄弟公司广泛调研、交流,收集第一手资料,借鉴兄弟电力公司的成功经验,运用现阶段成熟的设备并兼顾后期扩展,充分考虑对生产、运行、管理的适用性,建设适应自己公司特点的数字化变电站。
参考文献
[1]高翔.数字化变电站应用技术[M].北京:中国电力出版社,2008.
3.数字化变电站通信技术的应用 篇三
关键词：数字化；变电站；通信技术
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0085-01
由于我国的电力发展建设加快，对于变电站的建设与应用也在不断地进步，科学技术的应用在变电站中得到了快速的发展，数字化变电站能够最大程度的将电力开发和运输的各项流程都控制起来，提高其运行效率。笔者将根据所学，翻阅相关的数字和资料并结合多年的电力系统实际工作经验，分析和探讨关于数字化变电站通信技术应用的问题。
1 数字化变电站的主要技术特征
1.1 结构紧凑化
结构紧凑化是指在数字化变电站的技术应用中紧凑型的电力设备按照自动化设计理念进行安装和应用。在我国现阶段的电力事业发展过程中，现代化的技术不断地在变电站中出现，比如，变电站的智能开关，或是变电站的光电式互感器，它们都为变电站的技术化，数字化做出了巨大的贡献。结构紧凑化是数字化变电站的主要技术特征，是新时代下，电力企业在发展中呈现出的新式的特点。
1.2 模型标准化
模型标准化是数字化变电站的又一技术特征，对于变电站技术中模型的标准化，能够促进电力企业的信息资源共享，提高变电站内的电力运输效率，完善电力运输情况。另外，模型标准化是将站内的设备与技术进行有效地融合，搭建统一的标准化平台，协调各个工作流程间的配合与合作，促进变电站的数字化。
1.3 通信网络化
通信网络化具有可靠、开放、实时、安全的巨大优势。具体来讲，首先，通信网络化就是将变电站的相关设备信息进行联网，实现变电系统网络化，它借助了智能技术的优势，具有可靠性；其次，通信网络化具有开放性，数字化的技术不仅应用于变电站内部，还将用电客户群纳入到变电系统的整体之中；最后，通信网络化的实时性和安全性，通信技术快速的信息传播以及防火墙的设定都对变电站有巨大影响和促进。
2 变电站通信技术实施的思路与应用
2.1 变电站通信技术实施的基本思路
①变电站实现光纤网络化通信。变电站实现光纤网络化通信是指在变电站内的各个电力流程设备，比如电气量采集，电力设备故障报警系统以及变压器等设备中，采用数字化的智能传输。加强变电站的科学技能性，提高技术应用效率，降低工作人员的实际工作率，这样不仅能够促进电力事业的智能化，标准化发展，还能够提高变电站内的总体运行效率。
②统一的标准化平台。统一的标准化平台是指将变电站内的所有设备进行现代化全自动的监控和保护。具体来讲，就是说在变电站中建立统一的高质量的信息传送，使工作人员在一台电脑上能够观察到整个变电站的电力运输情况，并且对于出现问题的电力设备及时的进行自动保护和维修，对变电站的电力信息进行资源共享。
③通信网络建设。变电站中的通信网络建设主要包括两个方面的内容，一方面是线路光缆建设，线路光缆建设应用了塔杆的优势，并结合了大量的国际先进光纤技术，比如G652D光纤标准，DWDM光纤技术等等进行线路光缆的建设。另一方面是光通信设备建设，光通信设备建设是以光纤网络为核心，在电力企业的运营过程中提高了信息传输的效率，增强了变电站的自动化技能。
2.2 变电站通信技术实施的具体应用
变电站信息技术实施的具体应用是对变电站通信技术实施具体方案的提出和使用，它主要包括两个方面。首先，星型通信系统，星型通信系统具有极强的针对性以及容易维护的优点，它主要通过光纤对变电站的开关设备进行连接。当然，星型通信系统也存在着一定的缺陷，主要就是连接缆线的实际施工难度过大，不容易广泛的应用，并且其实际效用还有待提高。其次，总线性通信系统，总线性通信系统的应用范围较广，应用的规模较大，在变电站的实际应用中，总线性通信系统会通过一条统一的总线，将站内的保护设备与监控设备进行连接，实现变电站的通信串联。对于变电站通信技术实施的具体应用，能够提高变电站内的工作效率，促进变电站的标准化，自动化和数字化的进步和发展。
3 数字化变电站通信技术的自动化
3.1 数字化变电站通信技术自动化的优势
数字化变电站通信技术自动化的优势主要有两点：第一，提高变电站的工作效率。变电站的自动化程度主要是依靠先进的科学技术以及有品质保障的配电设备。第二，实现变电站局部向整体的转化。
3.2 数字化变电站通信技术自动化的发展
数字化变电站通信技术自动化的发展是一个渐变的过程，反映了我国经济水平的提升以及科学技术的进步。在变电站的发展起步阶段，电力的运输是依靠变电器等必要的运输设备以及大量的电力技术人员来运作维持的。但是，伴随着电力事业的不断发展，变电站的操作和运行也发生着改变。现阶段，我国在自动化的技术控制方面已经有了很大的提高，变电站正朝着技术化，标准化，智能化和全自动化的方向发展。从发展趋势上来看，将来的测控设备还将和变电站中的电力一次设备完全融合，即实现所谓的智能一次设备，每个对象均含有保护、监控、计费、操作、闭锁等一系列功能及信息库，面向自动化的仅是一对通信双绞线。而变电站的整体工作都由少量的技术人员在电脑上进行操作，这不仅提高变电站的电力运输工作效率，保障供电的质量，促进我国电力事业又好又快的发展。
4 结 语
综上所述，对于变电站通信技术实施的思路主要包括三个方面：第一，就是变电站实现光纤网络化通信，光纤网络化通信能够促进各个电力工作流程间的数字化传输；第二，统一的标准化平台，统一的标准化平台是将变电站内的各个细节，包括电力监视，电力保护等囊括在统一的平台之中，促进其标准化的发展；第三，变电站的通信网络建设，通信网络建设包括光缆建设和光通信网络设备建设两个方面。而在变电站通信技术的实施应用上，主要需要注意的是星型通信系统的方案和总线型通信系统的方案。本文对数字化变电站通信技术应用进行了相关分析和探讨，也许存在不足之处，希望在以后的经济发展和科学技术进步的过程中，相关问题能够得到解决和完善。
参考文献：
[1] 王松，陆承宇，蒋志航.数字化变电站继电保护的GOOSE网络方案[J].电力系统自动化，2009，（3）.
4.数字化工厂技术的应用现状与发展 篇四
数字化工厂的若干关注点
根据在范围、阶段、视角上的关注点存在差异，对于数字化工厂也有不同提法，比如可视化工厂(Visual Factory)、智慧工厂(Smart Factory)、智能工厂(Intelligence Factory)、数字化制造(Digital Manufacturing)、虚拟工厂(Virtual Factory)等。各个概念在关注点上也存在不同程度的交集，如智能工厂和数字化制造的交集就是以智能装备为核心的制造工艺过程智能化，特别是对制造装备本身的智能化。而上述各种提法之间除明显的交集之外也各有侧重，比如可视化工厂侧重于数字化工厂实现前期的数据采集和透明化，而智能工厂更侧重于后阶段的数据分析与决策。
上述提法中比较典型的有3类：基于三维模型的数字化协同研制，基于虚拟仿真技术的数字化模拟工厂和基于制造过程管控与优化的数字化车间。从制造管理的层次和从设计到制造的过程2个维度来看
基于三维模型的数字化协同研制
在设计部分，三维CAD系统的应用已相当普及。1997年，美国机械工程师协会ASME就开始了全三维设计相关标准的研究制定工作，并于2003年颁布了“Y14.41(Digital Product Definition Data Practices)”标准，把三维模型和尺寸公差及制造要求统一在一个模型中表达。在生产部分，各类数控设备在加工精度和智能控制水平上近年来都得到飞速发展。基于三维模型的单一数据源和数控设备的广泛应用使得从设计端到制造端的一体化成为可能。
基于三维模型的数字化协同研制应用的尝试始于航空航天制造领域。由于在产品设计、材料成本、成型技术和制造精度方面具有相对更苛刻的要求，航空航天领域在加工和装配制造工艺上整体领先于其他行业，这为基于三维模型的数字化协同研制奠定了基础。
当前，世界先进的飞机制造商已逐步利用数字化技术实现了飞机的“无纸化”设计和生产，美国波音公司在波音777和洛克希德·马丁公司在F35的研制过程中，基于三维模型的数字化协同研制和虚拟制造技术，缩短了2/3的研制周期，降低研制成本50%。波音公司在研制X-32飞机时也是如此，借助于统一模型，辅助装配系统能把装配顺序和装配好的部件状态投射到正在装配部件的上方，让工人方便直观地进行装配工作，无需再细读图纸和翻阅工艺文件，使装配周期缩短50%，成本降低30%~40%。在飞机总装线上，在机身与机身还是机翼与机身都实现了高度自动化的校准和对接，波音和空客两大航空制造公司生产的波音737/787、A320/A380系列飞机无一例外地采用全数字化样机进行协调和辅助装配，如空客A380采用4台Leica激光跟踪仪可完成数字化装配。数字化产品的数据从研制工作的上游畅通地向下游传递，还有助于大幅减少飞机装配所需的标准工装和生产工装。借助于飞机的数字化模型，法国达索公司在装配小型公务机Falcon时，其传统的工装已减到零，对降低新机研制成本，缩短研制周期起到了难以估量的作用。该技术还能够大幅度提高产品的装配质量，如波音747机翼装配精度由原来的10.16mm提高到0.25mm。
在国内，中航工业第一飞机设计研究院2000年在“飞豹”飞机研制中已全面采用了数字化设计、制造和管理技术。航天科技211厂通过普及基于单一数据源的三维模型，制定了“三维到工艺”、“三维到现场”、“三维到设备”的步骤发展策略，重点解决了基于三维模型的设计工艺协同工作模式和三维设计文件的信息传递、生产现场无纸化和航天产品的加工、装配、检测等装备的数控化问题。新支线飞机ARJ21的研制100%采用三维数字化定义、数字化预装配和数字化样机。上海商飞公司利用数字化设计、分析、仿真等技术手段，实现了设计、零件制造以及装配一次成功。上述应用目前已开始推广至工程机械、造船等其他领域。
基于虚拟仿真技术的数字化模拟工厂
数字化模拟工厂是数字化工厂技术在制造规划层的一个独特视角。基于虚拟仿真技术的数字化模拟工厂是以产品全生命周期的相关数据为基础，采用虚拟仿真技术对制造环节从工厂规划、建设到运行等不同环节进行模拟、分析、评估、验证和优化，指导工厂的规划和现场改善。
由于仿真技术可以处理利用数学模型无法处理的复杂系统，能够准确地描述现实情况，确定影响系统行为的关键因素，因此该技术在生产系统规划、设计和验证阶段有着重要的作用。正因为如此，数字化模拟工厂在现代制造企业中得到了广泛的应用，典型应用包括：
(1)加工仿真，如加工路径规划和验证、工艺规划分析、切削余量验证等。
(2)装配仿真，如人因工程校核、装配节拍设计、空间干涉验证、装配过程运动学分析等。
(3)物流仿真，如物流效率分析、物流设施容量、生产区物流路径规划等。
(4)工厂布局仿真，如新建厂房规划、生产线规划、仓储物流设施规划和分析等。
通过基于仿真模型的“预演”，可以及早发现设计中的问题，减少建造过程中设计方案的更改。韩国三星重工利用DELMIA软件建立了完整的数字化造船系统，建立了虚拟船厂，可在虚拟环境下模拟整个造船过程。这套系统预计每年为企业减少730万美元的开支。通过模拟仿真技术能够迅速发现在持续运行的过程中出现的问题，而如果想要在现实的系统中发现这些问题，需要长期测试，花费高昂的成本。南车青岛四方机车采用虚拟仿真技术对高速列车生产环境进行了建模，并实现了建模装配仿真及物流仿真，减少了因零件返工配送不足造成的停工现象，减少了因工艺欠佳导致的装配干涉产品返工的问题。三一重工开发了OSG技术的三维工厂布局规划平台(VR Layout)，在集团内部首次应用于其宁乡产业园的工厂布局规划，缩短了工厂建设周期，并节省了因设计缺陷产生的成本，如图2所示。2011年，国内各工程设计院已逐步开始采用数字化工程设计及规划技术来辅助规划和建设新工厂，降低工程设计与规划风险。
在仿真工具方面，工厂仿真领域的相关技术基本被国外产品垄断，如达索公司的Delmia/Simulia、Siemens公司的Technomatix和PTC公司的Ployplan等。这些产品的特点在于与其同公司CAD/PLM系列产品的紧密集成。用于制造领域的仿真软件还有很多，如用于装配仿真的EM Assembly、DMU，用于公差分析的3DCS、eM-TolMate等，用于车间物流仿真的Plant Simulation、Quest、Flexsim、Witness、Automod等。目前相关产品都在向三维模型方向发展，使得这些仿真工具展现方式更加灵活，分析功能更加强大。
基于制造过程管控与优化的数字化车间
在制造企业，车间是将设计意图转化为产品的关键环节。车间制造过程的数字化涵盖了生产领域中车间、生产线、单元等不同层次上设备、过程的自动化、数字化和智能化。其发展趋势也分别体现在底层制造装备智能化、中间层的制造过程优化和顶层的制造绩效可视化3个层次。
在底层制造装备方面，数字化工厂主要解决制造能力自治的问题。设备制造商不仅持续在提升设备本身高速、高精、高可靠等性能方面不断取得进展，同时也越来越重视设备的感知、分析、决策、控制功能，比如各种自适应加工控制、智能化加工编程、自动化加工检测和实时化状态监控及自诊断/自恢复系统等技术在生产线工作中心及车间加工单元中得到普遍运用。如日本Moriseiki的最新机床产品上安装的操作系统MAPPS，该系统内置了森精机的操作编程维修软件，具有很高的开放性，具有对话式编程，三维切削模拟和维修指导画面，提供远程监控功能方便维修服务，并且可以直接进行切削仿真。制造装备的另一个趋势是把机床设备和相关辅助装置(如机械手)进行集成，共同构成柔性加工系统或柔性制造单元。也有不少厂商支持将多台数控机床连成生产线，既可一人多机操纵，又可进行网络化管理。上文提到的MAPPS系统就可以通过使用CAPS-NET网络软件建立基于以太网的网络，从而可以对作业状况和生产计划进行一元化管理。MAZAK公司在单机的智能化、网络化基础上，开发了智能生产中心(CPC)管理软件，一套软件便可管理多达250台的数控机床，使得生产的过程控制由车间级细化到每台数控机床，为客户的工厂实施数字化制造提供了前提。
在制造过程管理层次，随着精细化生产的需求越来越突出，近年来MES/MOM逐渐被制造企业所接受。MES/MOM可分为车间生产计划与管理和现场制造采集与控制两部分。车间生产计划与管理主要完成车间作业计划的编排、平衡、分派，同时涉及到相关制造资源的分配和准备。国内外已有较多提供MES/MOM解决方案的产品提供商，如艾普工华在离散制造业特别是汽车及零部件、工程机械、航空等行业，Camstar在太阳能、电子行业，宝信在钢铁行业，石化盈科在石油化工行业，西门子在制药、烟草行业等，这些产品依托自身对制造业务的深刻理解，已确立了在这些行业的领先地位。Rockwell、Wonderware和GE依托在自动化领域的优势，也已逐步向MES延伸。目前各厂商在研发高性能高可靠的系统平台和模块化产品方面投入巨大，上述平台和产品提升了快速搭建MES/MOM解决方案的能力。
现场制造数据采集的一个明显趋势是以RFID、无线传感网络等技术为核心的物联网技术的应用。物联网技术被认为是信息技术领域革命性的新技术，借其可实现对于制造过程全流程的“泛在感知”，特别能够是利用RFID无缝、不间断地获取和准确、可靠地发送实时信息流。汽车行业，比如自主品牌的江淮汽车，在2006年前后就开始应用RFID技术对生产环节的在制品进行跟踪。航空航天企业由于通常不允许在零部件上附加标识，因此通常采用以激光标刻为代表的二维码技术来实现WIP和关键零部件跟踪。在更细分的领域，RFID技术在刀具、设备管理方面也有成功应用，主流技术是利用刀柄上的预留空槽置入RFID标签，同时通过与机床刀库和对刀仪的集成对刀具使用、维护等进行全面管理。如Balluff的Fanuc miLink Tool ID系统就可以方便地连接Fanuc控制器控制的 CNC机床，自动进入CNC取得刀具跟踪信息。值得一提的是，随着基于泛在信息的智能制造系统进一步发展，装备本身的智能化水平也得到了提升，这使得MES/MOM执行管理系统不再被动地获取制造数据，而是能够主动感知用户场景的变化并进行提供实时反馈。
随着MES/MOM等软件的应用推广，制造企业已逐步获得了大量制造数据。如何充分利用这些实时和历史生产数据，通过制造绩效可视化提高对异常状况的预知、响应和判断能力，也是近期发展趋势之一。对于实时数据，主要解决的问题是对制造异常事件的敏捷响应以及对制造绩效偏离的快速修复。自动控制系统中常用的组态是一个典型的例子，但由于组态通常是桌面应用并基于连续量的，对于多客户端的分布式展示和多并发的并行数据流支持存在一定困难。目前的趋势是利用基于B/S的可定制可缩放矢量图形技术来动态刷新来自服务端的数据推送。图3是一个展现5条冲压线生产实绩的例子，所展示的生产绩效可视化功能同时支持了实时数据以及统计数据，能够辅助分析出瓶颈环节。通过向管理者推送并共享全方位的实时制造状态数据，能够有效消除信息的不对称问题，有助于对突发问题快速达成解决方案并作出快速响应。
对于历史数据，主要解决的问题是如何从中找出改善未来制造业务的依据，特别是从质量趋势、物流瓶颈、计划执行情况、设备运行历史等数据中发现可能影响未来生产过程的规律。这方面的技术基础是商业智能分析，在ERP系统中已经比较成熟，典型的代表是SAP的BO。由于MES/MOM实时性更强并且事务更频繁，需要更针对性的进行设计，目前这方面的成熟解决方案尚不多，多数仍以基于通用分析软件进行定制为主。典型的通用分析软件有Microstrategy、Information Builder、Tableau等。Gartner近年来每年都会针对支持通用业务的分析软件产品发布被称作“魔力四象限(Magic Quadrants)”的调研报告，对这些软件在集成、展现和分析方面的能力做综合评估。另一方面，目前的计算技术和存储技术对基于大数据的分析提供了强大的支撑，未来还会出现更丰富更专业的制造智能分析产品。
结论与展望
数字化工厂技术技术已在航空航天、汽车、造船以及电子等行业得到了较为广泛的应用，特别是在复杂产品制造企业取得了良好的效益，据统计，采用数字化工厂技术后，企业能够减少30%产品上市时间;减少65%的设计修改;减少40%的生产工艺规划时间;提高15%生产产能;降低13%生产费用。另一方面，本文所述的3个层次数字化是紧密相关的。毫无疑问，设计层发布的三维模型是后续仿真规划分析的基础，而车间生产状态又可以反过来驱动生产模型，作为分析工厂运作的数据源;数字化车间需要智能装备的支撑，而要想最大限度地发挥智能装备的效益，则需要数字化车间提供全局的信息和基于全局信息的决策。
5.数字化变电站新技术应用经验与建议 篇五
浅谈数字教育资源在应用中存在的问题及建议
渠县宝城镇第二中心学校
吴小川
【内容提要】：随着计算机在教育教学中的广泛深入地运用，教育信息化的程度不断提高。教育信息化是教育发展历史上最为深刻的变革之一。数字化教学资源是实施教育信息化的重要基础，因此,研究数字化教学资源在学科教学中的应用，对构建高效课堂具有重要意义。文章对农村中小学数字化教育资源建设应用现状进行了分析,找出存在的问题并提出了一些发展对策,反映了农村中小学数字化教育资源建设力度和应用水平,有利于数字化资源更好地应用于教学中。【关键词】： 数字教育资源 教学应用 重要性 问题
随着计算机技术、网络技术和多媒体技术等信息技术的发展及其在教育中的应用，数字化教学资源日益受到人们的青睐。数字化教学资源是实施教育信息化的重要基础，数字化教学资源的丰富程度和有效应用日益引起教育工作者的关注。目前我国的教育信息化取得了突破性进展，基础设施水平不断提高，信息技术普及的深度和广度不断扩大。但是当国家和地方政府投入了大量的设备和资金却不能很好地将资源有效利用时，就会造成极大的资源浪费。因此,研究数字化教学资源在学科教学中的应用，对构建高效课堂具有重要意义。
一、充分认识数字教育资源在教学应用中的重要性
1、充分利用数字教育资源组织教学，是贯彻落实《国家教育信息化十年规划纲要》的具体体现，是教育部“网络宽带校校通、优质资源班班通、网络学习空间人人通”的本质所在，是促进义务教育均衡发展的关键所在，是提高农村偏远地区教学质量、缩小城乡教育差距的具体要求。
2、充分利用数字教育资源组织教学，能够创设一种积极向上的教学氛围，为课堂教学带来无限生机。数字资源的特点是图、文、声、画并茂，能向学生提供形象生动的动感画面、悦耳动听的音乐背景，能把学生带进宽松愉悦的学习环境中，为课堂教学营造一种浓厚的学习氛围，以此拨动学生的心弦，使学生以最佳状态投入学习，提高课堂教学效率。
3、运用数字教育资源组织教学，可以激发学生丰富的情感，轻松实现三维教学目标。运用传统的教学手段指导教学，在情感的调动、情境的创设、意境的再现方面，都难以使学生入情入境：而数字资源可以使无形的知识变成可感的声音，把枯燥无味的知识变得生动有趣，能够使静的东西动起来，从而使得学生在轻松愉悦的氛围中愉快地接受知识。
4、运用数字教育资源组织教学，可以挖掘学生的智力潜能，激发学生的创新思维。数字资源进入课堂，能够给学生带来展开丰富想象的空间，使学生创新思维的火花得以光芒四射，使教学环境焕然一新，教学效果日新月异。
数字化教育资源是教学媒体数字化的产物。有效地使用数字教育资源，能够优化教学环境、促进传统教学模式向信息化教学模式的变革，从而提升教师的教学水平和学生的学习能力，实现最佳的教育教学效果。
二、教学点数字教育资源在应用中目前存在的问题
1、教师认识不到位，思想意识淡薄，墨守成规，改革创新的意识不够，对新领域花费的精力不足。受传统教育思想及应试教育的影响，有些教师已经习惯了“我教你学”、“我讲你听”的课堂教学模式，认为只要让学生记住书本知识，能应付考试就行了，没有必要花费很多时间去设计课堂教学和组织学生学习。
2、存在教学点数字资源设备的使用只为应付检查而做秀的现象。很多学校将教学点数字资源设备作为摆设，不能充分发挥其功效，只为了应付上级检查而消极使用。
3、技能生疏。对运用教学点数字资源心有余而力不足，以至于敬而远之，望而生畏。很多上了年纪的教师接触电脑的时间少，平时嫌麻烦，课堂教学几乎不使用课件之类，只会点最基本的开机、关机操作，更不要说下载资源，制作课件了。
4、不同学科、不同教师在利用现代化教学手段上“贫富不均”。有的学科、教师经常使用，游刃有余，有的学科、教师很少使用，甚至不用。尤其是老教师主动运用教学点数字资源资源的意识差。
5、教学任务重，不能投入很多的精力、时间，系统学习现代教育理论与技能。一般是学校促一促，教师学一学，培训多少学多少。
6、教学点数字资源相关设施的有限配置，制约了教师充分利用教学点数字资源资源开展教学工作的积极性。
三、如何提高教师利用教学点数字资源资源的能力，充分发挥教学点数字资源的作用。
1、认真地了解远程教育的起源及发展慨况，掌握远程教育与传统教育的联系与区别，在此基础上深入弄清远程教育对我们的影响和辅助作用。充分发挥信息化手段的作用，不断提高教学点数字资源培训的效果。组织业务熟练的教学骨干，通过制作教学点数字资源资源应用培训课件，讲座、多媒体展示等形式对教师进行深入浅出的培训，令教师耳目一新，学有榜样。
2、技术扶持，有些设备不宜驾驭，有时还会出故障，如果不能及时排除，就会动摇教师应用现代教育技术的信心，打退堂鼓。为此，学校应组织技术人员以热情服务树立教师应用现代化教学手段的信心，使教师由敢于应用现代教育技术手段到熟练运用到创新地运用。资源不怕使用坏，就怕闲置放坏。
3、充分调动老师应用数字资源的积极性。把教学点老师的应用积极性充分调动起来，让他们认识到教学点数字教育资源究竟有什么，怎样用，用了有什么效果，这样他们才会主动去用。兴趣是无穷的动力，要把工程实施好就要使使用者有兴趣，有了兴趣广大教师才会主动努力做好工作。兴趣是最好的老师。在课堂教学时，学生的学习兴趣是十分重要的，数字教育资源具有集信息于图、文、音、视、动、色为一体，综合表现力强的特性，以其新颖性、趣味性、艺术性吸引学生的注意力和好奇心，调动学生的多种感官参与学习。通过多媒体的音效、画面，为学生创设有趣的学习情景，使学生入境动情，在轻松愉快的气氛和美的感受中学习知识，大大调动了学生课堂学习的积极性和兴趣。可见，数字教育资源是激发学生学习兴趣的良师益友，是教师教学的好帮手，更是我们的良师益友。恰当地运用数字教育资源进行教学比“一张黑板，一本教材和教学参考书，一支粉笔和教鞭”的传统教学模式更富有表现力和感染力，它能够促使学生快速、高效的获取知识，发展思维。
3、政策激励，通过技术考核、课堂教学大比武等措施，促使教师学习、应用现代教育技术。技术考核成绩记录在教师业务档案表中，作为评优、聘任依据。同时，对于表现突出的教师，给予物质奖励。
4、加强理论知识的学习，在实践中提高操作水平。加强理论知识的学习，对其重要的知识点加以归纳整理，把学到的理论知识在上机操作上加以实践，多次反复练习就会做到理论和实践相结合，从而促进自身教学的不断提高。在学习的过程中，尽力多学一些与自身教学有关的科研课题，只有采用这种循序渐进的学习方法，才能做到学为所用。学校严格要求教师运用现代教育技术手段上课，以课堂作为演练的舞台，强化实际操作技能，并择优上公开评比课，以检验教师整合教育技术于实际教学中的水平。举办教师多媒体课件评比，要求每位教师上交多媒体课件，推动多媒体教学课件的开发和广泛运用。充分地利用了音像教学设备和网络教学资源，丰富了自己的教学内容和形式，也激发学生的学习兴趣，在开发课程资源时，充分利用信息和互联网络，学习别人先进的教学方法。
5、加大资金投入力度，切实改善办学条件。作为学校要多方筹措资金，根据经费情况，分、有计划的购置教学资源设备，增大设备的覆盖面，有设备才可能用，没有设备用什么。新建专用教室，配齐课桌凳；或者实施“班班通”工程。
6、利用远教资源提高教师的教学水平，促进教师专业成长 ①服务于课堂教学。教师可根据教学需要直接利用相关资源，也可以对资源进行二次开发、整合。
②服务于教研活动，开展校本培训及教学研讨，促进学习型教师的培养。
③经常开展教学点数字资源活动，如课件展示汇报会、数字资源应用经验交流会活动等等，多方面促进教师边学边用，充分利用教学点数字资源资源为教学服务。
④开辟教师沟通渠道，关注教师职业幸福度。在一定程度上帮助教师解除困惑、缓解工作压力、解决工作生活中遇到的问题。
6.数字化变电站新技术应用经验与建议 篇六
摘 要
以调度监控计算机网络系统的数据源为中心的继电保护信息管理系统,通过数据仓库技术集成各类继电保护二次系统信息数据源,使用方法库支持各个不同等级客户的分别应用,利用 intranet 实施数据交换,并且开放 MIS 的数据接口。可实现“三遥”数据的实时分析处理,各部门的信息交流,二次设备图形、试验的管理和事故、缺陷记录、运行状况的分析。该系统实用性强,可靠性高,具有开放性和先进性。
随着微机保护装置的应用普及,继电保护二次系统的自动化水平得到不断提高。许多当前由人工处理的模拟信息转化为大量的数字信息,而技术管理人员也有许多用计算机实现的资料和试验记录文档。信息的数字化使得我们可以将不同的数据源有机地结合起来,形成一个专业化的计算机应用系统。通过综合分析数据,对设备实际运行状况加强了解,消灭故障隐患,进一步保障系统平安运行。
1 继电保护信息管理系统的实现
1.1 信息数据源的分布
二次系统所具备的信息来源可大致分为3部分摘要:
a)由变电站微机保护装置经 RTU 发送至调度端的实时运行数据;
b)继电保护管理端(生技部门和继电保护班组)所存放的设备管理资料、各类试验记录和运行制度等;
c)其他系统中需要了解继电保护数据或可以提供继电保护有关数据和参考资料的数据源接口。
1.2 系统结构
怎样有效地将信息数据源联系起来,而对于各级用户都能予以充分利用呢?我们可以考虑以调度监控计算机网络系统的数据源为中心,建立图1系统。
通过数据仓库技术集成各类数据源,使用方法库来支持各个不同等级客户的分别应用,利用网络功能实施数据交换,并且开放 MIS 的数据接口,基本实现对二次保护数据资源的`充分利用。
1.3 系统方法和功能
1.3.1 数据仓库和方法库
a)数据仓库是比传统的关系数据库更高一级的数据组织形式,它不仅支持海量数据的处理,而且对于动态存储、应用程序接口、非结构化数据等方面都具有更强的性能。
b)方法库是封装了一系列分析处理方法的规则库,也是应用程序软件功能的集中表现,可通过设置各用户权限来限制其对数据仓库的查询和读、写操作,维护数据的完整性,同时也限定了客户的应用范围。
1.3.2 软件应用功能
a)“三遥”数据的实时分析处理摘要:各类二次信息的查询,和以前定检、定试记录的比较,动作时间和次数的统计,故障、事故等报警事件的指示和响应等。
b)二次设备试验的记录管理、定试预告、定值单管理、材料管理等。主要由继电保护班组人员填写,其他部门共享查询。
c)二次设备图形管理系统具备 GIS 功能,支持图形和数据库相连,直接在图形上查询参数。
d)二次设备事故、缺陷记录分析,各保护装置运行状况分析。主要是继电保护技术专责完成,其他部门共享查询。
e)设立一次设备参数接口。如电流、电压、功率因素和高压设备试验记录等,配合一次主接线图查询,可作为二次系统的[文秘站:]辅助分析数据来源。
f)可使用电子函件和新闻公告板方便各部门间的信息交流。
1.3.3 软件开发工具
采用 Microsoft(微软)公司系列工具软件进行开发,在实用性和兼容性上都可以体现应用的先进性及广泛性。
1.3.4 系统建立模式
随着 Internet 的广泛应用,信息资源的利用已成为企业发展的巨大动力。我们在建设继电保护信息管理系统时,也必须充分考虑这一点,要向大的外部空间提供可用的信息数据,也要从外部世界汲取各种综合信息,故考虑采用 intranet 模式。
2 系统特征
2.1 实用性强
针对生产运行中的实际新问题,解决了二次部分各类数据源的共享和使用,非凡对于继电保护技术工作人员,可以更有效地进行系统分析和数据统计工作,提高保护运行水平。
2.2 可靠性高
易于维护和升级。由于采用数据仓库和方法库。整个信息管理系统运行可靠性不再分散于各级用户之间,而集中于网络中心数据库和规则库,任一客户工作站的忽然损坏,也不影响整个系统其他部分的工作性能,而且恢复非常简单。对于软件开发人员而言,升级换代只限于方法库的改变,快捷方便。
2.3 开放性和先进性
数据仓库技术使得数据源的来源更加广泛,使用更加方便,易于和 MIS 等系统接口。系统的构造结合了 Internet/intranet 模式,具有良好的应用前景。
3 结束语
7.数字化变电站技术应用研究 篇七
变电站综合自动化系统属于电力系统的“二次部分”,是一个变电站设备管理的中枢神经系统,随着通信技术迅速发展,变电站的“一次部分”和“二次部分”联系日益紧密,衍生出“数字化变电站”的概念和技术。数字化变电站技术将日趋成熟,本文对数字化变电站技术在某变电站的实际应用情况做一介绍。
2 数字化变电站介绍
2.1 数字化变电站的介绍
1995年德国提出了电力系统IEC61850标准的设想并开始制定,IEC61850是面向未来的变电站自动化技术标准,也是全世界关于变电站自动化系统的第一个完整的通信标准体系。我国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会自2000年起,对IEC61850进行转化,用近5年的时间,完成了IEC61850到行业标准DL/T860的转化。
数字化变电站三个主要的特征就是“一次设备智能化,二次设备网络化,符合IEC61850标准”,即数字化变电站内的信息全部做到数字化,信息传递实现网络化,通信模型达到标准化,使各种设备和功能共享统一的信息平台。这使得数字化变电站在系统可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电站有大幅度提升。数字化变电站技术是变电站自动化技术发展中具有里程碑意义的一次变革,对变电站自动化系统的各方面将产生深远的影响。
2.2 数字化变电站的模型
2.2.1 主要特征
数字化变电站是以变电站一、二次设备为数字化对象,以高速网络通信平台为基础,将物理设备虚拟化,对数字化信息进行标准化,实现信息共享和互操作,满足安全可靠、技术先进、经济运行要求的变电站。
2.2.2 核心技术
(1)基于IEC61850标准的以太网通信技术
符合IEC61850标准的变电站通信网络和系统、智能化的一次设备(如电子式互感器、智能化开关等)、网络化的二次设备、自动化的运行管理系统。从长远发展来看,面向数字化电网的需求,数字化变电站技术还将涉及的内容有:变电站之间、变电站与控制中心之间的信息交互技术,信息安全技术,广域同步采样技术、实时动态监测技术,电能质量在线监测技术、实时分析技术,以及一、二次系统的技术融合。
(2)电子式互感器
光电互感器是利用光学玻璃或光纤传感技术来实现电力系统电压、电流测量的新型互感器。它是光学电压互感器(OVT)、光学电流互感器(OCT)、组合式光学互感器等各种光学互感器的通称。所利用的物理效应也很多,如Pockels效应、Kerr效应、逆压电效应、磁致伸缩效应、Farady磁光效应、电热效应等类型。其中利用Pockels效应测量电压,利用Farady效应测量电流的方法最直接,且装置最简单、精度高。因此应用范围最广,研究力度也最大,是最具发展潜力的无源光电互感器。
2.2.3 典型方案
数字化变电站实施方案一如图1所示,数字化变电站实施方案二如图2所示。
2.3 数字化变电站的发展状况
近年来国内智能化一次设备产品质量提升非常快,从一些试运行站的近期反馈情况可以看出,智能化一次设备已经从初期的不稳定达到了基本满足现场应用的水平。工业以太网是随着微机保护开始应用于电力系统的,更是成为近几年的变电站自动化系统的主流通信方式。在大量的工程实践证明站控层与间隔层之间的以太网通信的可靠性不存在任何问题。而间隔层与过程层的通信对实时性、可靠性提出了更高的要求,但通过近两年的研究与实践,这一难点问题也已经解决。
2006年以来,相继有采用IEC61850标准的变电站投入运行,从110kV到500kV,从单一厂家到多家集成,国内对数字化变电站工程实践的探索正在向纵深发展。
目前我国投运的数字化变电站均以IEC61850为统一标准,但在对标准的理解、执行方面还需进一步统一规范。
3 采用数字化变电站技术的某公司0#变电站实例分析
3.1 系统架构
0#变电站是某石化公司110kV电压等级的中央变电站之一,该变电站主要结构为:
(1)110kV系统:进线2回,母线3段、主变3台,备用进线1回,PT 3组,总共11个间隔;
(2)6kV系统:进线4回,母线4段,出线共40回;
(3)联络线:5回;
(4)智能设备:直流系统、小电流接地选线装置、消弧装置、火灾报警系统等;
(5)二级变电所:6kV天然气变电所、6kV硝酸变电所、6kV合成氨变电所、6kV丙烯酸变电所、6kV尿素变电所、6kV循环水变电所、1#电站发电机系统、2#电站发电机系统等。
3.2 系统配置
0#变电站微机综保综合自动化系统采用测控装置和继电保护装置,主要有6MD66系列测控单元、7SD系列距离保护、7UT系列变压器保护、7SJ系列馈线保护和配套智能设备,如BP型母差保护、直流系统、火灾报警系统等;系统实现了软件五防系统,接入了故障录波系统,预留了大屏幕投影等系统的通信接口,同时可接入下一级变电所系统,本变电站的信息可上传到某石化公司的变电站调度自动化系统和省级电力公司地调系统等。
0#变电站综合自动化系统通过GPS硬对时方式,实现了系统内小于1ms的时钟精度,系统全部采用冗余的双以太网通信接口,实现了数字化技术的应用——该系统具有二层冗余联锁功能,第一层通过站控层后台系统完成全站联锁;第二层通过现场间隔层装置之间的以太网高速通讯实现信息共享,间隔层设备通过软件逻辑联锁实现“五防防误操作”功能,从而完成现场间隔层设备的联锁功能,具有很强的独立性和可靠性。系统配置图如图3所示。
3.3 系统特点
(1)技术领先
双以太网结构采用IEC61850系列标准,充分吸收了计算机信息处理中的面向对象模型技术,并通过抽象通信接口等方法进行层次型设计,使得变电站自动化系统相对其它变电站自动化系统在技术上更加领先。
(2)易扩展
双以太网结构采用IEC61850系列标准,使得将来设备的功能增加,也不会影响设备间的互操作性,保障了用户的利益;同时当变电站有新的设备加入时,只需更改变电站的配置文件,就可轻松实现变电站自动化系统的改造和升级。
(3)通用性
双以太网结构采用IEC61850系列标准,模型化技术和层次型设计结构,能及时容纳不断发展中的通信新技术,保证了标准在较长时间内具有良好的通用性。
(4)集控功能
0#110kV变电站综合自动化系统同时作为集控中心,通过通信服务器接入:6kV天然气变电所、6kV硝酸变电所、6kV合成氨变电所、6kV丙烯酸变电所、1#电站发电机系统、2#电站发电机系统等,同时预留了下一级变电所(6kV尿素变电所、6kV循环水变电所等)的通信接口,实现了集中控制功能。
3.4 数字化技术应用分析
使用双以太网结构采用IEC61850系列标准,实现变电站自动化系统变电站层对间隔层数据监视和控制的作用;实现与用户的人机界面功能;配置成双机双工模式。
3.4.1 主要设备介绍
NSC2200通信服务器如图4所示。
通信服务器平台是针对在电力等工业自动化控制领域中,通讯的方式多种多样、规约众多、集成组态方式复杂的状况开发出来的一套规约综合开发/运行/通讯平台。其基于WindowsNT/2000平台,具有规约开发、规约调试、数据存储区查看、转发表、通讯测试、遥控闭锁、规约库、通讯组态等多方面的功能。具有较强的运行稳定性和可靠性,直观的设置方式和较大的库存储及规约存储空间。软件在微软的Visual C++5.0下开发,规约开发也在Visual C++5.0下进行,用Visual C++6.0读一下工程文件可以方便地转化成Visual C++6.0的工程文件,可以保持编译器版本的向下兼容。
通讯管理软件以其强大的通讯组态功能,友好的人机界面,方便快捷的配置过程使其已广泛应用于电力系统变电站综合自动化领域,在与各RTU、智能装置以及电力系统调度通讯方面发挥了重大的作用,其又由于低层提供的丰富接口通讯程序,从而可以适应于诸如RS232、RS485、RS422、以太网UDP、TCP等各种方式下的通讯。本站内使用IEC61850通信协议,远方通信转换为IEC60870-5-101/104规约,实现变电站自动化系统变电站层与远方控制中心的接口功能;双机双工配置,由远方调度进行切换。如图5所示为6MD66测控装置。
(1)6MD66测控装置
使用IEC61850通信协议,实现间隔层数据采集和控制功能,集成IEC61850的MMS服务器模型,并具备GOOSE收发功能以实现间隔层联闭锁。
(2)高压设备继电保护装置
线路、主变等各类高压设备保护装置实现有关的继电保护功能,使用IEC61850通信协议与监控后台、保护信息子站以及远动服务器通信。
(3)低压设备保护测控装置
有线路、电容器、站用变压器等多种设备保护测控装置,实现完整的间隔控制器功能,直接通过IEC61850MMS服务和站控层设备通信。
(4)其它智能设备
通过IEC61850代理网关,实现直流屏、电度表等其它智能设备接入IEC61850系统。
3.4.2 双网冗余处理
IEC61850把通信冗余完全交给通信网络去处理,后台监控系统使用双网双工模式和各间隔层装置通信,要求各间隔层装置需创建较多的报告控制块实例,监控系统计算机在双网上分别使能各自的报告控制块(在间隔层装置看来好像是独立两个客户端),发生事件时通过监控软件过滤掉重复部分,能实现双网之间的无扰动切换。
远动通信服务器的CPU处理能力相对较弱,如果采取和监控系统相同的办法处理重复数据将会导致负担过重,因此远动通信服务器对间隔层IEC61850通信使用了双网热备用模式。即双网同时建立TCP连接,但只在其中的一个网络上使用报告控制块,另一个热备用网络用遵循IEC61850规约的监视连接是否正常。一旦发现正常通信的主网络故障,远动装置将立即将热备用的网络切换为运行,重新使能报告控制块,利用装置内带的缓冲功能同样可实现网络切换期间重要的信号不丢失。如图6所示。
3.4.3 通过以太网实现间隔层联闭锁
间隔层联闭锁是以太网通信接口的一种典型应用,主要利用了其一发多收特性可实现各间隔层间水平的数据共享。测控装置、继电保护装置用于联闭锁的信息也实现了双网冗余,这种双网双工模式可保证网络故障时的无延时切换。如图7所示。
3.4.4 集控功能介绍
0#110kV变电站下辖1#电站、2#电站、7变、苯胺、硝酸变电所;通过1#电站馈出的合成氨、尿素、循环水、天然气变电所;通过2#电站馈出的二氧化碳变电所。0#110kV下辖的6kV变电所绝大部分都进行了微机综保改造,具有先进的微机综保综合自动化系统。为了优化资源、集中管理和减少夜班值班人员,提高工作效率,迫切需要把现有分散的变电所微机综保综合自动化系统集中联网监控,根据化肥110kV的供电系统现状,可以组成一个独立的微机综保集中监控系统,以便为下一步建立全厂的调度系统创造条件。
变电站集中监控系统主要是把包括110kV的现有变电所微机综保综合自动化系统作为子系统,通过光纤或屏蔽通讯电缆把它们联网集中监控。集控系统除具备向下监控的所有功能外,同时具备使用WEBSERVER的功能向厂内局域网上传变电站集中监控系统的实时监控信息,在厂内局域网上任何一台计算机不用安装监控软件,只需在IE浏览中输入相应集控系统的IP地址就可以查看对应的所有变电所的实时画面和即时数据,以提高全厂的生产管理水平和效率。
集控系统网络采用100Mbps双冗余的高速TCP/IP以太网通讯协议,保证系统通讯高速快捷。
考虑到部分6kV变电所没有进行改造,暂时无法进行通讯监控。集控系统预留有向下扩展监控更多变电所的通讯接口,还具有与上级调度等系统进行联网通讯的功能。
4 结束语
本文主要阐述了数字化变电站目前的发展状况,介绍了数字化变电站技术以太网通信协议实际的应用情况,数字化技术的应用在间隔层的闭联锁和站控层及集控系统的通信管理中,取得了较好的实际效果,提升了企业变电站管理的自动化水平。随着数字化变电站标准的不断完善,技术的不断成熟,数字化变电站将是变电站以后的主要发展方向。
摘要：研究了数字化变电站技术的发展、特点和目前状况,分析了某110kV零号变电站综合自动化系统,讨论了数字化变电站技术的实际应用。
关键词：数字化,变电站,综合自动化
参考文献
[1]变电站综合自动化系统[M].北京:中国电力出版社,2004.
[2]西门子测控继电保护装置技术说明书.南京中德保护控制系统有限公司,2006.
8.数字化变电站新技术应用经验与建议 篇八
【关键词】数字化；智能化开关；光电式电流
在当今的信息化时代中，数字化也越来越为人们所重视。数字化技术主要体现以下几个方面的特性：首先，数字化是数字计算机的基础，并且数字化是软件技术的基础，是智能技术的基础；其次，数字化是多媒体技术的基础，它为信息社会提供了基础。数字化变电站就是使变电站的所有信息采集，传输，处理，输出过程由过去的模拟信息全部转换为数字信息，并建立与之相适应的通信网络和系统。它的基本特征体现在设备智能化，通信网络化模型和通信协议统一化，运行管理自动化等方面。我国首座数字化变电站-翠峰变电站位于1998年3月3日建成投产， 并于2006年3月27日改造为全数字化变电站正式投入运行。经过7个月的投产运行.各种数据采集、传输准确无误.运行平稳、安全、可靠.在全国处于领先地位.并达到国际先进水平。
1.数字化变电站的技术特点和应用
1.1一次设备的智能化
一次设备中被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路都采用微处理器和光电技术的设计，这使常规机电式继电器及控制回路的结构简化了，传统的导线连接被数字程控器及数字公共信号网络所取代。可编程控制器代替了变电站二次回路中常规的继电器和其逻辑回路，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。
1.2二次设备的网络化
变电站中常规的二次设备：故障录波装置、继电保护装置、电压无功控制、量控制装置、远动装置、同期操作装置、在线状态检测装置等，都是基于标准化、模块化的微处理机技术而设计制造，设备之间的通信连接全部采用高速的网络，二次设备通过网络真正地实现了数据、资源的共享。
1.3自动运行的管理系统
变电站运行管理系统的自动化包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化、自动化；变电站运行发生故障时，并且能够及时地提供故障分析报告，指出故障原因及相应的处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告。
要想在变电站内一次电气设备与二次电子装置均实现数字化通信，并具有全站统一的数据建模及数据通信平台，在此平台的基础上实现智能装置之间的互操作性。在一、二次设备之间同样实现全数字化通信，如果变电站内智能装置的数量急剧增加，全站智能装置必须采用统一的数据建模及数据通信平台，才能实现互操作性。
2.数字化变电站自动化系统的结构
数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为智能化的一次设备和网络化的二次备。在逻辑结构上分为三个层次："过程层"、"间隔层"、"站控层"。各层次内部和层次之间采用高速网络通信。
过程层的典型设备有远方I/O、智能传感器和执行器，主要完成开关量和模拟量的采集以及控制命令的发送等与一次设备相关的功能。间隔层设备的主要功能包括汇总本间隔过程层实时数据信息，实施对一次设备保护控制功能，实施本间隔操作闭锁功能。实施操作同期及其他控制功能。站控层的主要功能包括通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库、按既定协约将有关数据信息送往调度或控制中心、接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行。
过程层与间隔层之间基于交换式以太网的串行通信方式在标准中称为过程总线通信，间隔层与变电站层之间串行通信方式称为站级总线通信。
3.数字化变电站技术中存在的问题
数字化变电站自动化系统的研究目前尚处于起步阶段，大部分精力集中在过程层方面，例如智能化开关设备 ，光电互感器、状态检测等技术与设备的研究开发。目前存在着许多问题：首先，研究开发过程中专业协作需要加强， 比如智能化电器的研究至少存在机、电、光三个专业协同攻关。其次，材料器件方面的缺陷及改进。并且试验设备、测试方法、检验标准，特别是电磁干扰与兼容控制与试验还是薄弱环节。
4.数字化变电站的未来发展
数字化变电站技术的发展将会是个长期的过程，需要考虑与目前常规变电站技术的兼容性。
4.1过程层常规设备接入方案
过程层常规设备主要指互感器和断路器设备，具体应用就是采取非常规互感器技术和智能断路器技术，或智能断路器控制器技术，常规设备的接入方式主要有三种基本模式：常规互感器和常规断路器；常规互感器和智能断路器；非常规互感器和常规断路器。
4.2过程总线方案
在第二阶段中前面控制和测量数据的分离通信系统将合并到一起，控制和测量数据的合并减少了间隔接线的复杂性，但间隔层IED设备需要两个以太网口分别与过程总线和变电站总线连接。由于传送了来自合并单元的数字化电气量测系统的瞬时值，此种通信方式比第一阶段中的通信方式更快。出于这个原因将使用100 Mbit/s以太网，通过过程总线保护装置的跳闸命令被发送到断路器。
4.3过程总线和站总线合并方案
由于第一 ，第二阶段中过程总线和变电站总线都使用了基于MMS应用层通信堆栈的以太网，和以太网的不断发展，使得变电总线联接构成一个通信网。并且不会影响变电站内部站的通信。
5.结束语
文章论述了数字化变电站综合自动化系统的特征、结构及其发展。数字化变电站自动化是一个系统工程，要实现全部数字化变电站自动化的功能，还有许多技术问题需要攻关解决，基于智能断路器技术的成熟度实现信息采集、处理、传输、从交流量的采集到断路器操作的全数字化应用；通过变电站总线与过程层总线的集成，实现数字化变电站集成型自动化的应用。
数字化变电站技术发展过程中可以实现对常规变电站技术的兼容，这意味着数字化变电站应用技术的发展可以建立在现有变电站自动化技术的基础上实现应用上的平稳发展和逐步突破，使新技术的应用能有机地结合电网的发展，未来在数字化变电站应用技术成熟的基础上将标志着新代数字化电网的实现。
【参考文献】
[1]周长久.国内领先的数字变电站技术[J].云南电业，2006，11：7.
[2]朱大新.数字化变电站综合自动化系统的发展[J].电工技术杂志，2001，4（2）：20-22.
[3]高翔，张沛超.数字化变电站的主要特征和关键技术[J].电网技术，2006，30（23）：67.
9.数字化变电站新技术应用经验与建议 篇九
戴儒京（江苏省特级教师）
所谓数字化实验技术，是以数字化设备为实验数据采集处理的工具、配套其它实验器材构建的现代化实验技术。数字化数据采集处理系统，由传感器、数据采集器和计算机组成。
以数字化实验技术为基础的物理实验，就是建立在上述实验仪器、实验技术、实验方法基础上的物理学实验。
数字化实验，是课程标准教科书的要求和需要，也是新高考和中考的要求和需要。也是物理学科发展的要求和需要。
实验是学习和研究物理学的最基本的内容、方法和手段。实验，包括学生实验和演示实验以及小实验等，要把传统实验和数字化实验结合起来。只有实验，才能学到真知识；只有实验，才能培养真人才；只有实验，才能真正提高教学质量。
数字化实验，是计算机辅助实验。课程标准教科书专门安排了一些电子计算机辅助实验，如：借助传感器用计算机测速度（教科书《物理》必修1 P25）、用传感器观察电容器的充电和放电（选修3-1 P31）等等。电子计算机，是现代化的标志和体现，学生通过用计算机做实验，不仅学了物理学，也学了计算机，可谓一举两得。
数字化实验，是新实验，不仅是新仪器，也是新方法。例如霍尔元件、斯密特触发器等实验。一些教师开始接触，不太了解，不太熟悉，往往有把数字化实验室闲置或充当门面。通过做实验，他们熟悉实验、熟悉仪器，并可能在应用的过程中有所创新，使数字化实验室充分发挥作用，以物尽其用。
1.数字化实验：传感器的应用实验
课程标准教科书《物理》不仅把传感器作为单独的一章知识内容，而且把传感器的应用实验（选修3-2 P70）作为学生实验和演示实验，新的高考大纲中也把“传感器的应用”实验作为高考内容。传感器在现代生活和工业、科技中也有广泛的应用，学生在实验中接触和了解传感器，对他们的高考和将来从事科学研究及工农业生产也不无帮助。
实验1.传感器的应用实验——光控开关
简单光控开关 背景资料： 在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。施密特触发器在数字电路及控制领域有广泛的应用，它属于电压触发方式，当输入电压达到某一阈值时，输出电压会发生突变，最重要的一点是，输入电压增加或减少时，电路有不同的阈值电压。以下图1为例 图 1 当输入电压Vi，当输入电压由低电位开始增加，如果Vi
实验原理：
图 3
将电路按图3连接，RG为光敏电阻，R1，R2为电阻箱，LED为发光二极管，A点为施密特触发器的输入端，Y点为施密特触发器的输出端。适当选择R1，R2的阻值后，当外界光线很强时，RG上的电阻相对比较小，A点的电压小于Vp，Y点输出高电位，发光二极管两端的电势差很小，因此不能发光，当外界光线变弱时，RG上的电阻显著增大，A点的电压也显著增大，当增大到Vp=3.0V时，Y点输出低电位，发光二极管两端有大约5V的电势差，发光二极管开始正常发光，如果光线强度又进一步开始回升，RG上的电阻减小，A点的电压也开始减小，当A点的电压小于Vn=2.2V时，Y点又输出高电位，发光二极管熄灭。
为了更直观地了解整个电路工作过程，在分别用两个电压传感器对A点和Y点的电压进行实时测量，光强传感器测量，显示外界光线变化对电路的影响。实验目的：
了解简单光控电路，对自动控制有初步理解。实验装置：
计算机，数据采集器，光强传感器，两个电压传感器，两个电阻箱，施密特触发器，发光二极管，导线若干，学生直流电源。实验步骤：
1．先按电路图连接各个器件，并注意发光二极管的极性，和施密特触发器的引脚，具体情况可以参照前面的示意图，将VDD接到稳压电源的正极，VSS接到稳压电源的负极，i1接输入电压对应电路中A点，o1接输出电压对应电路中Y点。
2．调节R1，R2电阻箱的阻值，选择合适的电阻，将两个电压传感器与数据采集器的1，2通道连接，把光强传感器连接到3或4通道，然后将数据采集器与计算机连接，开启采集器电源，进入实验专用界面。
3．把两个电压传感器的两个信号输入端的分别导线短接，对电压传感器进行较零，然后把连接1通道电压传感器的信号正极接到电路中A点，同时把它的负极接到稳压电源的负极，也就是电路中的地，然后把2通道电压传感器的信号正极接到电路中Y点，同时把它的负极接到稳压电源的负极。
4．把光敏电阻的感应面朝上，将光强传感器与光敏电阻放置在一起，在采集间隔和采集数量窗口输入合适的数值，点击开始按钮。
5．用一块大的挡光物将光敏电阻附近的光线慢慢挡住，观察实验数据曲线，同时注意二极管的发光情况，当它开始发光以后，再慢慢把挡光物撤掉，结束实验。实验数据记录与分析： 1．输出电压与输入电压曲线
2．外界光强与输出电压数据关系
本次实验中R11500，R22000，从图上可以看出当光强为I139lux时，发光二极管发光，而当光强为I244lux时，发光二极管熄灭。
2.数字化实验：探究性实验
课程标准教科书不仅把原教科书的一些验证性实验改为探究性实验，而且新安排了一些探究性实验。这些探究性实验，用数字化实验仪器和方法去做，更为便捷。例如探究加速度与力、质量的关系（必修1 P75）、探究功与物体速度变化的关系（必修2 P17）等实验。通过探究性实验，提高学生研究、探究的能力，为培养创新能力打好基础。
实验2.探究（恒力做）功与物体速度变化的关系动能定理）
（动能定理（恒力）实验原理 牛顿第二定律讲述的是力与加速度之间的瞬时关系，表达式为： F = m a（1）其中，F是作用在物体上的合外力，m是物体的质量，a是物体的加速度——速度的时间变化率，表达式为： avdv 或 a（2）tdt2把（2）式代入（1）式，并将（1）式两边对位移积分（由x1到x2），可以得到： W = ∫Fdx = mv2/2-mv1/2 = Δ(mv2/2)= Δ E k(3)2其中，W为从x1到x2的区间内，合外力F的功，v1 和v2分别为物体在x1和x2处的速度，E k为物体的动能。也就是说，合外力的空间积累效应表现为物体动能的改变。在本实验中，我们探究在恒定拉力的作用下，小车的动能随时间变化的关系。其中，拉力由力传感器测得，速度由固定有挡光滑轮的光电门传感器测得，动能由速度的平方乘以质量的一半得到。实验目的 通过对（恒定）拉力和速度的测量，探究合外力的功与物体动能变化的关系。实验装置 SWRDISLab-100III数据采集器、光电门(Photogate)传感器、力传感器、动力学系统(包括导轨、小车、滑轮和支撑杆等)等。实验步骤 1.按图连接实验装置（注意平衡摩擦力）； 2.测量并记录小车和钩码的质量（第1次：小车402.81g，钩码19.91g）； 3.打开SWRDISLab软件，点击“教学专用软件”，进入“物理实验列表”中的“力学”部分，选择“动能定理（恒力—Photogate）”； 4.点击“校零”按钮，对力传感器进行校零； 5.设置“采集间隔”为5ms，“采集200个暂停”，以及“共采集200条数据”； 6.让小车静止在靠近光电门传感器的一侧（钩码将细绳拉紧），点击“开始”按钮； 7.当“开始”按钮的颜色变“灰”时，释放小车； 8.当小车运动到靠近支撑杆时，使小车停止运动，然后点击“结束”按钮； 9.观察“力—位移”、“速度—位移”和“动能—位移”关系曲线的特点；
6.当“开始”按钮的颜色变“灰”时，释放小车；
7.当小车运动到靠近支撑杆时，使小车停止运动，然后点击“结束”按钮； 8.观察“力—位移”、“速度—位移”和“动能—位移”关系曲线的特点；
9.任选一个位移区间，对力进行积分，并比较积分值和两个区间端点处动能的差； 10.改变钩码和小车的质量，重复步骤6~10（第2次：小车402.81g，钩码30.35g）。
实验数据的记录与分析
a)“力、速度 vs.位移”图表（小车402.81g，钩码19.91g）：
由图可知，从静止释放到制动前（去掉对应制动过程的最后两组读数），随着位移的增加，小车所受的拉力（中间的红色曲线）几乎不变，小车的速度（上方的绿色曲线）和动能（下方的蓝色曲线）不断增加，速度的变化率不断减小，但是动能的变化率几乎恒定。
b)力做的功与动能的变化（小车402.81g，钩码19.91g）： 如图所示，在所选的位移区间内，力做的功为WFS0.0630 J，两个区间端点处动能的差为0.0594 J（= 0.0832－0.0238），力做的功略大于动能的变化，二者近似相等，相对误差为5.71 %。
3．“力、速度 vs.位移”图表（小车402.81g，钩码30.35g）：
由图可知，从静止释放到制动前（去掉对应制动过程的最后4组读数），随着位移的增加，小车所受的拉力（中间的红色曲线）几乎不变，小车的速度（上方的绿色曲线）和动能（下方的蓝色曲线）不断增加，速度的变化率不断减小，动能的变化率几乎恒定。4． 力做的功与动能的变化（小车402.81g，钩码30.35g）：
如图所示，在所选的位移区间内，力做的功为WFS0.0911 J，两个区间端点处动能的差为0.0870 J（= 0.1269－0.0399），力做的功略大于动能的变化，二者近似相等，相对误差为4.50 %。
误差分析
1． 滑轮与力传感器挂钩之间存在摩擦力，使得力传感器测得的读数大于小车拉力的二倍；
2． 随着速度的增加，小车受到的（滚动）摩擦力略有增加； 3． 拉力做功的一部分转化为两个滑轮的转动能。
关键点
1． 抵消摩擦力。
注意事项
1． 采集间隔取默认值5ms，如果使用更大的采集间隔，那么当小车的运动速度很快时，位移的测量有可能出错；使用5ms作为采集间隔时，钩码与小车的质量比必须小于3/10。
3.数字化实验：应用传感器做实验，有些传统实验，用数字化方法即用传感器和计算机去做，也比传统的方法更方便，数据处理更快、更准确，图象更清晰、更迅速。
例如可以用位移传感器或光电门代替打点计时器做探究小车速度随时间变化的规律（必修1 P34）等实验。用电流传感器和电压传感器代替电流表和电压表，做测定小灯泡的伏安特性曲线（选修3-1 P48）、测定电池的电动势和内电阻（选修3-1 P72）等实验。除“传感器的应用”实验外，还有许多用传感器作为实验仪器的实验，例如用传感器和计算机描绘简谐运动的图象（选修3-4P5）等等，我们统计有十几个。可以说：几乎所有的实验都可以用数字化方法做。实验3.测定电池的电动势和内电阻
测定电池的电动势和内电阻 背景资料：
通常的金属导体都是以金属键结合的晶体，处于晶格结点上的原子很容易失去外层的价电子，而成为正离子。脱离原子核束缚的价电子可以在整个金属中自由运动，称为自由电子，在不受外电场作用时，自由电子只做热运动，没有宏观的电量迁移，因而金属中各个部分都呈现电中性。当金属中存在静电场E时，金属中的自由电子在外电场的作用下，相对于晶格离子作定向运动，电子运动中必然与晶格相碰撞，达到某种平衡后，金属中电子有一个整体上的平均速度，导体中有稳定的电流，前面的分析都建立在导体中的静电场E是相对比较稳定的前提上。
如果将一个已经充好电的电容器的两个极板用导线连接起来，构成闭合回路，电路中就有电流通过，不过随着极板上带电量的减少，它们之间的电势差也在减少，电流很快就消失了。在电池的两个正极和负极上，分别带有正电荷和负电荷，当接入电路回路后，导线中的电子在电极电荷产生的静电场中开始运动，形成电流，如果两极上的电荷量得不到补充，那就不可能形成稳定的电流输出，电源的作用，不管是化学的电池，还是像范德格拉夫起电机之类的电源，都是将电荷从负电极搬运到正电极，这种搬运工作只能靠某种非静电力来完成，假设非静电力在搬运过程中做功qu，那u就是电源电动势，q为载流子的电荷量。实验原理：
图1 如图1所示的闭合电路中，电源的电动势为，内电阻为r，负载电阻为R，电路中的电流为IRr，可以看出，当负载电阻R足够大时，因为它和内电阻是串联在一起的，它两端的电压将非常接近于电源电动势，当R，即所谓开路或断路时，I0，U；当R0，即短路时，IImax
负载电阻两端的电压为Ur，这时候的电流最大。
RrR，也可以写为URrr，而电流为IRr，因此有UIr，这个关系在伏安曲线上表现为Umax，I0，也就是R时。如果R0，U0，Imaxr。在实验中用滑动变阻器做负载电阻，改变它的电阻，以同时改变电流和电压，在软件中作伏安曲线图后，取拟合线，线的斜率的绝对值就是r，曲线与纵轴的交点就是Umax，I0点，可以测出电动势。实验目的：
简单测量电池电动势和内阻。实验装置：
计算机，数据采集器，电池，滑动变阻器，电流传感器，电压传感器，导线等。实验步骤：
1．将数据采集器与电流传感器，电压传感器连接，然后将数据采集器与计算机连接，开启采集器电源，进入实验专用界面。
2．把电流传感器，电压传感器的两个信号输入端的导线分别短接，对电流传感器、电压传感器进行校零。3．按实验电路连接电路图，在专用界面的底部输入合适的采集间隔和采集数量，闭合开关，点击开始按钮，进行实验测量。
4．将滑动变阻器从最大滑为最小，或者从最小滑到最大，得到伏安曲线，然后对伏安曲线进行线性拟合。实验数据记录与分析：
1．电压变化：
2．电流变化：
3． 伏安曲线：
从图象可以得出，电池的电动势为E7.003V，内阻为r27.407。
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