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歐洲專家介紹了近海岸直流電網(wǎng)示范工程的研究結(jié)論,這項(xiàng)研究工作包括近海岸間歇性能源,直流電網(wǎng)經(jīng)濟(jì),控制保護(hù)等問(wèn)題。兩個(gè)著名硬件設(shè)備開發(fā)商參與了該項(xiàng)目,完成用于測(cè)試控制技術(shù)開發(fā)的低功率模擬器,并證明保護(hù)算法可用于直流電網(wǎng),開發(fā)出了基于電力電子和機(jī)械技術(shù)創(chuàng)新的直流斷路器;另有專家提出了利用有限的直流斷路器操作,設(shè)計(jì)具有故障清除能力直流網(wǎng)絡(luò),模擬研究表明使用直流斷路器可迅速隔離直流側(cè)電網(wǎng)故障,即可在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電纜方案中使換流器繼續(xù)支撐交流網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)此問(wèn)題,中國(guó)專家發(fā)言指出可采用全橋型子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)清除直流側(cè)故障,實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)換相換流器(LCC)相同的功能。德國(guó)專家提出了關(guān)于采用電壓源換流器(VSC)的交直流混合架空線運(yùn)行的特殊要求,雖然混合運(yùn)行可提高現(xiàn)有輸電通道的容量,但存在一系列挑戰(zhàn),包括利用可控、有效的方式實(shí)現(xiàn)多終端的操作管理,交直流系統(tǒng)的耦合效應(yīng),直流電壓和電流匹配原則以及機(jī)械特性差異等。韓國(guó)專家提出了用于晶閘管換流閥的新型合成運(yùn)行試驗(yàn)回路,該回路可向測(cè)試對(duì)象施加試驗(yàn)用交、直流電壓和電流脈沖,并配置了可在試驗(yàn)前給電容充電的可控硅開關(guān),以及為試驗(yàn)回路中晶閘管門極提供觸發(fā)能量的獨(dú)立高頻電源。
1.2可再生能源的并網(wǎng)
美國(guó)專家提出了近海岸高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可靠性分析方法,研究了平均失效時(shí)間和平均修復(fù)時(shí)間等可靠性指標(biāo),并結(jié)合概率(蒙特卡洛)技術(shù)來(lái)評(píng)估風(fēng)速波動(dòng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的影響,且評(píng)估不同的系統(tǒng)互聯(lián)、系統(tǒng)冗余以及使用直流斷路器與否等技術(shù)方案的能量削減水平,提議將能量削減作為量化直流電網(wǎng)可靠性的指標(biāo)。為設(shè)計(jì)人員選擇不同的技術(shù)方案、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和保護(hù)方案提供依據(jù)。近海岸直流輸電換流站選址缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、項(xiàng)目參考及工程經(jīng)驗(yàn),難以給項(xiàng)目相關(guān)者提供合理的建議,并且可能會(huì)在項(xiàng)目的開發(fā)過(guò)程中引入風(fēng)險(xiǎn)。挪威專家針對(duì)此情況提出了一種從石油和天然氣行業(yè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出的技術(shù)資格要求,將有助于更加快速、高效、可靠地部署海上高壓直流輸電系統(tǒng)。
1.3工程項(xiàng)目規(guī)劃、環(huán)境和監(jiān)管
哥倫比亞和意大利專家提出了哥倫比亞與巴拿馬電氣互聯(lián)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,初步設(shè)計(jì)方案額定容量為600MW/±450kV,經(jīng)過(guò)綜合比較,方案優(yōu)化為300MW/±250kV,400MW/±300kV的雙極結(jié)構(gòu),并使用金屬回線作為最佳的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)解決方案。線路長(zhǎng)度由原來(lái)的600km變?yōu)?80km,但考慮到哥倫比亞輸電系統(tǒng)的強(qiáng)度問(wèn)題,決定保留原來(lái)的輸電路線。貝盧蒙蒂第一條800kV特高壓直流輸電線路項(xiàng)目規(guī)劃構(gòu)想了額定參數(shù)為2×4GW/±800kV雙極結(jié)構(gòu),直流線路長(zhǎng)2092km,連接巴西北部與南部的直流輸電工程方案;印尼第一條Java-Sumatra直流輸電工程,額定參數(shù)為3GW/±500kV,雙極結(jié)構(gòu),直流線路包含架空線和海底電纜,考慮采用每極雙十二脈動(dòng)換流器和備用海底電纜來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性和可用率;太平洋直流聯(lián)接紐帶介紹了延長(zhǎng)太平洋北部換流站壽命的最佳方案,將原有的換流器變?yōu)閭鹘y(tǒng)的雙極雙換流器結(jié)構(gòu),但保留多余的2個(gè)換流器閥廳,現(xiàn)以3.8GW/±560kV為額定參數(shù)運(yùn)行。
1.4工程項(xiàng)目實(shí)施和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)
新西蘭和德國(guó)專家提出“新西蘭直流工程新增極3的挑戰(zhàn)和解決方案”,該工程不僅要保證設(shè)備能承受較高的地震烈度,保障其在弱交流系統(tǒng)中安全穩(wěn)定運(yùn)行,還要設(shè)計(jì)合理的設(shè)備安裝地點(diǎn),以及新建極與原有極的一體化控制保護(hù)系統(tǒng);巴西互聯(lián)電力系統(tǒng)的Madeira河項(xiàng)目中SanAntonio發(fā)電廠對(duì)400MW的背靠背中第一個(gè)模塊及額定參數(shù)為3.15GW/±600kV雙極中的第一極進(jìn)行充電,工程因交流系統(tǒng)沒(méi)有足夠的短路容量而延遲工期,后通過(guò)安裝500kV/230kV聯(lián)接變壓器得以解決。印度的Champa-Kurukshetra±800kV/3GW高壓直流工程首次在特高壓輸電工程中采用金屬回線返回方式運(yùn)行,輸電線路長(zhǎng)1035km,遠(yuǎn)期增加容量3GW,雙極功率傳輸容量可達(dá)6GW;法國(guó)與西班牙東部互聯(lián)案例中采用雙回VSC-HVDC饋入交流網(wǎng)絡(luò),研究認(rèn)為VSC-HVDC是首選的技術(shù)解決方案。
2FACTS裝置及技術(shù)應(yīng)用
2.1可再生能源并網(wǎng)
丹麥專家開發(fā)了多電平靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)通用電磁暫態(tài)模型,并基于倫敦Array風(fēng)力發(fā)電廠多電平STATCOM現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和電磁暫態(tài)仿真結(jié)果對(duì)比研究進(jìn)行了驗(yàn)證,仿真結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果比較相符,并顯示出良好的相關(guān)性。
2.2提高交流系統(tǒng)的性能
加拿大專家提出了用于工程規(guī)劃的通用VSC模型,開發(fā)了基于PSS/E的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)模型。驗(yàn)證了該模型部分交流側(cè)和直流側(cè)故障,結(jié)果表明具有良好的相關(guān)性,可在新的工程規(guī)劃和規(guī)范研究中應(yīng)用。伊朗專家提出了分布式發(fā)電并網(wǎng)中基于自適應(yīng)脈沖VSC的新型控制方法,與另外兩種控制方法相比,諧波補(bǔ)償和電能質(zhì)量改善比較表明,分布式發(fā)電中諧波含量減少,從而減少諧波注入交流網(wǎng)絡(luò)。“智能電力線路(smartpowerline,SPL)實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目”引入了在架空輸電線路嵌入微型變電站的概念。電源交換模塊,保護(hù)模塊和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可使輸電線路變得更智能,該技術(shù)還可以用于管理功率潮流和額外參數(shù)測(cè)量。
2.3FACTS工程項(xiàng)目規(guī)劃、環(huán)境和監(jiān)管
印度專家進(jìn)行了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置在印度電力系統(tǒng)的配置及選址研究,以易受故障擾動(dòng)影響的印度西部地區(qū)為重點(diǎn)研究區(qū)域,并提出了無(wú)功功率控制補(bǔ)償器的最佳位置和動(dòng)態(tài)范圍。
3電力電子設(shè)備的技術(shù)發(fā)展
3.1直流斷路器、直流潮流控制器和故障電流限制裝置
Alstom進(jìn)行了120kV直流斷路器的開發(fā)和測(cè)試研究,該斷路器包括電力電子元器件,超快速機(jī)械斷路器,串聯(lián)電容器和避雷器等重要組成部分,可在5.3ms內(nèi)開斷電流。ABB提出混合型直流輸電工程斷路器為未來(lái)高壓直流系統(tǒng)的解決方案,描述了混合直流斷路器的詳細(xì)功能、控制方式和設(shè)計(jì)原則,混合斷路器的核心部件同樣為超快速機(jī)械斷路器。ABB的專家還提出了低損耗機(jī)械直流斷路器在高壓直流電網(wǎng)中的應(yīng)用,其可替代混合直流斷路器,開斷參數(shù)最大為10kA/5ms。斷路器包含電磁制動(dòng)器、并聯(lián)諧振電路,已完成一個(gè)額定參數(shù)為80kV的斷路器樣機(jī),并成功通過(guò)了開斷目標(biāo)電流的試驗(yàn)。
2輸電線路跨越鐵路施工安全問(wèn)題
2.1注意防范交通事故
輸電線路跨越鐵路施工期間,施工人員在搭建鐵路兩端的跨越架時(shí),應(yīng)提高對(duì)交通事故的方法心理。有火車經(jīng)過(guò)時(shí),施工人員應(yīng)該暫時(shí)停止施工,并在進(jìn)行封網(wǎng)作業(yè)期間,與跨越點(diǎn)周圍設(shè)置專人監(jiān)督,一旦發(fā)現(xiàn)有火車經(jīng)過(guò),則應(yīng)立即使用通訊設(shè)備,提醒現(xiàn)場(chǎng)施工人員暫時(shí)車?yán)锸┕がF(xiàn)場(chǎng)。另外,為避免給鐵路火車的運(yùn)行帶來(lái)不良影響,施工期間,現(xiàn)場(chǎng)人員不可穿戴紅、黃、綠色的服飾或標(biāo)志物。施工管理人員應(yīng)合理配置施工人員,委派制定施工人員在跨鐵路范圍內(nèi)工作時(shí),剩余成員應(yīng)不可進(jìn)入工作范圍內(nèi),并在過(guò)往鐵路時(shí),確保暫時(shí)沒(méi)有火車經(jīng)過(guò),避免交通事故的發(fā)生。
2.2提高施工人員安全意識(shí)
輸電線路跨越鐵路施工因施工環(huán)境較為特殊,存在大量安全隱患,因此提高施工人員安全意識(shí),增強(qiáng)施工人員對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)的防范能力很有必要。在進(jìn)行跨越架的鋪設(shè)與封網(wǎng)工作時(shí),為充分發(fā)揮施工技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值,施工人員應(yīng)控制好工器具與帶電體的距離,施工人員與帶電體的安全距離應(yīng)保持在2m以上。在進(jìn)行泥綸網(wǎng)和絕緣繩的過(guò)程中,施工人員應(yīng)密切關(guān)注氣象變化,盡量選擇在天氣良好的情況下施工,發(fā)生雷雨或5級(jí)以上大風(fēng)時(shí),則應(yīng)暫停施工。施工人員在拆除跨越架時(shí),務(wù)必要使用絕緣泥綸引繩,切不可徒手接觸金屬線繩。
3輸電線路跨越鐵路施工操作的優(yōu)化
在進(jìn)行高空作業(yè)時(shí),務(wù)必要提前確定搭建的腳手架能夠承受人員與材料的重量,避免因人員超重或放置的材料超重,引起腳手架垮塌等安全事故。在施工期間,注意規(guī)范施工行為,在施工過(guò)程中,全體施工人員的工作由管理人員統(tǒng)一安排。在進(jìn)行并桿與支桿的埋入時(shí),應(yīng)結(jié)合土質(zhì)設(shè)定埋設(shè)深度。埋設(shè)完畢后,應(yīng)注意夯實(shí)土壤,倘若土壤質(zhì)地松散,則可通過(guò)綁設(shè)地橫木的方式輔助埋桿。施工期間,工作管理人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)施工人員的監(jiān)管力度,糾正施工人員不規(guī)范的操作行為。腳手架使用完畢需要拆卸時(shí),則應(yīng)按照安裝順序逐步拆除,以免導(dǎo)致腳手架刀塔引發(fā)安全事故。拆除腳手架的原則與跨越架拆除基本一致,遵循從上往下的拆除原則,拆除下來(lái)的材料不可隨意拋扔,切不可上下同時(shí)進(jìn)行跨越架的拆除。
2輸電線路展放
2.1初導(dǎo)展放方法
施工過(guò)程中,可利用熱氣球、直升機(jī)等工具進(jìn)行空中展放。在展放過(guò)程中,可根據(jù)飛行器實(shí)際飛行能力,實(shí)施分段展放,保證初導(dǎo)可逐基降落在塔頂,并通過(guò)人工干預(yù)將初導(dǎo)移放在線滑車內(nèi),將各初導(dǎo)線連接在一起,保證施工過(guò)程的連貫性。除空中展放外,可在地勢(shì)平坦的區(qū)域進(jìn)行地面鋪放。通過(guò)將軸導(dǎo)引繩分散放置到各個(gè)施工點(diǎn),人工鋪開軸導(dǎo)引繩,并在輸電塔上設(shè)置線滑車,對(duì)相鄰的兩座輸電塔(導(dǎo)引繩)進(jìn)行連接。錨住導(dǎo)引繩,在指定位置回收導(dǎo)引繩,保證導(dǎo)引繩可上升到預(yù)定高度,在錨繩后開展下一步工程。
2.2中間導(dǎo)引繩展放
中間導(dǎo)引繩展放過(guò)程必須做到以下幾點(diǎn):首先,必須逐基展放導(dǎo)引繩,以初導(dǎo)牽放二導(dǎo)、二導(dǎo)牽放三導(dǎo)的方式逐基牽放,保證牽放繩可滿足工程要求。其次,逐條牽放導(dǎo)引繩,并做好標(biāo)記。最后,以空中展放方式牽放導(dǎo)引繩,并逐條牽出多余導(dǎo)引繩,除留下一條用于工程建設(shè)之外,所有引導(dǎo)繩必須轉(zhuǎn)移至放線滑車內(nèi)。有一點(diǎn)需要注意,通常是將小規(guī)格引導(dǎo)繩用于大規(guī)格引導(dǎo)繩的牽引工作,在引導(dǎo)繩展放過(guò)程中,可以此為基礎(chǔ)開展展放工作。
2.3牽引繩展放
在牽引繩展放過(guò)程中,首先要做好初始設(shè)定工作,同時(shí)不同型號(hào)繩索的轉(zhuǎn)換都應(yīng)在指定的滑輪車中完成。其次,通過(guò)采用小牽引機(jī)、小張力機(jī)配合的方式,保證牽引繩的帶張力能夠得到展放,操作方法與導(dǎo)線張力放線方法相同,均采用一牽一放線方法。最后,應(yīng)使用牽引機(jī)卷?yè)P(yáng)輪的抗彎連接器連接每條牽引繩。
2.4架空地線展放
在傳統(tǒng)施工中,500KV輸電線路架空地線技術(shù)均采用張力放線法,主要方式是以導(dǎo)引繩為依托,進(jìn)行張力放線,在此過(guò)程中,也可采用大牽引機(jī)或小張力機(jī)在架空地進(jìn)行地線牽放。在OPGW放線過(guò)程中,要保證區(qū)段長(zhǎng)度與OPGW長(zhǎng)度相同。展放OPGW的過(guò)程可借助專業(yè)的張力機(jī),在相關(guān)的指導(dǎo)下進(jìn)行施工。施工過(guò)程中必須注意的是,OPGW放線滑車中的額包絡(luò)角不應(yīng)超過(guò)60°。
3張力放線施工
本文對(duì)架空輸電線路施工過(guò)程中的工序進(jìn)行了總結(jié),具體工序必須包括以下幾方面。
(1)盤繞導(dǎo)線過(guò)程中,盤繞方向必須與導(dǎo)線外層線方向保持一致,盤繞時(shí)盡量做到左進(jìn)右出。
(2)所有與導(dǎo)線連接的連接器尾部可用鐵絲盤繞綁扎,在無(wú)特殊要求的情況下,綁扎圈數(shù)應(yīng)控制20-25圈之間,兩道鐵絲的距離不應(yīng)超過(guò)170mm,保證鐵絲連接強(qiáng)度能滿足網(wǎng)套連接器工作的實(shí)際要求。在固定網(wǎng)套連接器的過(guò)程中,可依靠旋轉(zhuǎn)連接器將其固定在走板尾部,根據(jù)尾部受到的力的程度,進(jìn)行尾部張力調(diào)整,并拉緊尾線。
(3)張力放線時(shí),必須檢查導(dǎo)線尾線在線軸的盤繞圈數(shù),通常情況下纏繞圈數(shù)必須大于6圈,并將尾端與線軸固定。
(4)可在張力場(chǎng)設(shè)置指揮所,根據(jù)工程要求與實(shí)際情況現(xiàn)場(chǎng)指揮張力作業(yè)。現(xiàn)場(chǎng)指揮過(guò)程中應(yīng)根據(jù)每個(gè)施工單位的工作情況,匯總多方面資料發(fā)出作業(yè)指令。
(5)牽引過(guò)程必須遵循先慢后快的基本原則,即在最初的牽引過(guò)程中應(yīng)先慢速牽引,觀察施工沿線是否出現(xiàn)異常。放線過(guò)程中要隨時(shí)做好放線張力調(diào)整準(zhǔn)備,保證牽引板時(shí)刻處于平衡狀態(tài),牽引繩、導(dǎo)線全部放空之后,再緩慢提高牽引速度。
(6)牽引過(guò)程中可先打開張力機(jī),在張力機(jī)剎車后再啟動(dòng)牽引機(jī)。停止施工作業(yè)時(shí),必須遵循先停機(jī)器后停張力的原則,即先關(guān)閉牽引機(jī),再關(guān)閉張力機(jī)。放線時(shí)要保證尾線與尾繩的張力處于可控范圍內(nèi),根據(jù)張力機(jī)特性及時(shí)調(diào)整張力。調(diào)整張力必須緩慢(緩慢提高),避免導(dǎo)線和牽引繩出現(xiàn)大幅度波動(dòng)。
(7)當(dāng)放線的張力符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí),應(yīng)停止?fàn)恳㈤_始安裝上揚(yáng)塔號(hào)的壓線滑車,為下階段放線做準(zhǔn)備。
(8)在同時(shí)采用兩臺(tái)張力機(jī)控制牽引機(jī)時(shí),應(yīng)將一臺(tái)張力機(jī)的初始張力設(shè)定好,并保持不變,隨時(shí)調(diào)整另一臺(tái)張力機(jī)的張力,以達(dá)到更好的張力輸出效果。
2教材內(nèi)容的合理取舍任課教師要選擇一本合適的電力電子技術(shù)課程教材作為主教材,再參考其他的輔助教材,取長(zhǎng)補(bǔ)短,主講教師應(yīng)具有寬闊的知識(shí)面及豐富的電力電子工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),注重應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。教材的內(nèi)容既有豐富的理論知識(shí),還要注重工程實(shí)際的應(yīng)用,要體現(xiàn)電力電子技術(shù)發(fā)展的新技術(shù),也要體現(xiàn)出“電力電子技術(shù)”課程是基礎(chǔ)課到專業(yè)課平穩(wěn)過(guò)渡的橋梁,使教材內(nèi)容更符合二本院校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的人才培養(yǎng)的要求。主教材中除重點(diǎn)講授交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流四大類基本變流電路及它們的組合之外,還要聯(lián)系當(dāng)今電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用情況,注重電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)及其他工程領(lǐng)域中的應(yīng)用,注重主電路設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、保護(hù)電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算及元器件選擇,還應(yīng)該適當(dāng)介紹SVC、SVG、高壓直流輸電、開關(guān)電源、UPS電源、感應(yīng)加熱電源、光伏逆變器等裝置的工作原理和實(shí)際應(yīng)用情況,以適應(yīng)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)寬口徑就業(yè)要求。
3課堂教學(xué)方式改革教學(xué)過(guò)程中應(yīng)以學(xué)生為主,教師為輔,避免一人堂和填鴨式教學(xué)方法,針對(duì)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的具體情況組織安排教學(xué)內(nèi)容。由于“電力電子技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容繁多,課堂教學(xué)中需要繪制大量的電路圖和波形圖,以及諸多公式推導(dǎo)及各種參數(shù)計(jì)算等。由于課程學(xué)時(shí)少而教學(xué)內(nèi)容又多,僅僅依靠傳統(tǒng)的黑板加粉筆的教學(xué)方式顯然是達(dá)不到教學(xué)效果的,所以多媒體技術(shù)逐漸走進(jìn)了“電力電子技術(shù)”的課堂教學(xué),大大地提高了課堂教學(xué)效果。這里需要強(qiáng)調(diào)的是,多媒體教學(xué)的引進(jìn)并非完全取消黑板加粉筆的課堂教學(xué)方式,二者應(yīng)該相互協(xié)調(diào)、相輔相成,各有各的長(zhǎng)處。對(duì)于復(fù)雜的電路及波形的繪制和分析,可以充分利用多媒體的音容并茂的特點(diǎn),使學(xué)生更容易理解和掌握電路的基本原理和工作過(guò)程,如以flas的方式顯示電力電子器件的開通和關(guān)斷過(guò)程、過(guò)電流和過(guò)電壓的產(chǎn)生過(guò)程、電路的輸入輸出電壓和電流波形等,使學(xué)生感到生動(dòng)而有趣,使學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)不再枯燥無(wú)味;而對(duì)于簡(jiǎn)單電路的分析以及例題習(xí)題的講解,還是黑板加粉筆的方式顯得更簡(jiǎn)單便捷,更具親和力,加強(qiáng)了教師與學(xué)生間的互動(dòng)和情感交流。總之,課堂教學(xué)十分重要,教師要根據(jù)自身的特點(diǎn)、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生的素質(zhì),充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段及互聯(lián)網(wǎng)資源,在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi),最大程度地使學(xué)生理解和吸收所學(xué)的知識(shí)。
4改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)為了提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力,對(duì)原有的電力電子實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行了更新和改造,引進(jìn)近幾年內(nèi)較為先進(jìn)的電力電子實(shí)驗(yàn)設(shè)備,對(duì)原有的驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行了修改和調(diào)整,盡量減少簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),增大設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)的比例,根據(jù)專業(yè)的特點(diǎn)和理論教學(xué)情況組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)。我院現(xiàn)有的電力電子綜合實(shí)驗(yàn)室可開出多種實(shí)驗(yàn),囊括了AC/DC、DC/AC/、AC/AC、DC/DC四大電力變換所需的實(shí)驗(yàn),如整流及有源逆變實(shí)驗(yàn)、交流調(diào)壓及交流調(diào)功實(shí)驗(yàn)、直流斬波實(shí)驗(yàn)、無(wú)源逆變變實(shí)驗(yàn)等。為了培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新意識(shí),還增設(shè)了開放性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),加強(qiáng)了教師與學(xué)生間的知識(shí)交流,也使電力電子課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)延伸到課外,對(duì)教學(xué)時(shí)間的不足起了一定程度的彌補(bǔ)作用;同時(shí),在我院的大學(xué)生電子挑戰(zhàn)杯大賽中,部分學(xué)生的競(jìng)賽題目與電力電子技術(shù)有關(guān),提高了學(xué)生的電力電子技能。另外,我院每個(gè)學(xué)期舉行教師實(shí)踐技能大賽,有相當(dāng)一部分競(jìng)賽題目與電力電子技術(shù)有關(guān),大大提高了教師的電力電子技術(shù)實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。
5將Matlab仿真軟件引進(jìn)課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)Matlab仿真軟件是各院校普遍開出的課程,將Matlab仿真軟件與電力電子技術(shù)課程相結(jié)合,在課堂上,利用Matlab仿真軟豐富友好的圖形界面,使學(xué)生更直觀地掌握所學(xué)的知識(shí),也避免了教師畫電路圖、波形圖的繁瑣及時(shí)間的浪費(fèi);將Matlab仿真軟件與電力電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,是原有的實(shí)驗(yàn)操作的有益補(bǔ)充,同時(shí)又具備原有實(shí)驗(yàn)裝置不具備的優(yōu)點(diǎn),如解決設(shè)備費(fèi)用高、實(shí)驗(yàn)所花時(shí)間長(zhǎng)、危險(xiǎn)性大的缺點(diǎn)。而利用仿真教學(xué)工具代替實(shí)際元件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真,既不擔(dān)心元器件損壞,也沒(méi)有任何危險(xiǎn),學(xué)生完全可以在無(wú)人指導(dǎo)的情況下,在任何地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)上自行完成電力電子電路的仿真實(shí)驗(yàn),在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼鎸?shí)性實(shí)驗(yàn),這樣不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,更重要的是提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題和實(shí)際動(dòng)手的能力,會(huì)收到事半功倍的實(shí)訓(xùn)效果。
6課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的改革“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革后,在課程教學(xué)的后期,增加了課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),由主講教師布置該課程的設(shè)計(jì)任務(wù),為避免雷同,每人一題,主要以電力電子技術(shù)的四大電力變換為核心,結(jié)合工程實(shí)際,根據(jù)給出的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo),要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的相關(guān)知識(shí),設(shè)計(jì)出總體方案、主電路圖、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路等,并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)計(jì)算及元器件選擇。較簡(jiǎn)單的題目,要求制作電路板和元器件焊接,并使用實(shí)驗(yàn)室的儀器和工具進(jìn)行調(diào)試;較復(fù)雜的題目要求用實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備驗(yàn)證或進(jìn)行matlab仿真,最終以論文的形式完成課程設(shè)計(jì),并進(jìn)行課程設(shè)計(jì)答辯。課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的增加,拓寬了學(xué)生的知識(shí)面,提高了學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,是理論與實(shí)踐相結(jié)合的有益補(bǔ)充,同時(shí)為后期的畢業(yè)設(shè)計(jì)、就業(yè)及將來(lái)打下基礎(chǔ)。
7畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的改革為了提高電氣專業(yè)學(xué)生的電力電子技術(shù)理論知識(shí)和工程實(shí)踐能力,近幾年來(lái),在電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)實(shí)習(xí)過(guò)程中,除了到發(fā)電廠、變電所參觀實(shí)習(xí)外,有相當(dāng)一部分學(xué)生到電力電子裝置的廠家實(shí)習(xí);有時(shí)也請(qǐng)電力電子產(chǎn)品的專家學(xué)者做專題報(bào)告。在畢業(yè)設(shè)計(jì)選題方面,除了發(fā)電廠、變電所、繼電保護(hù)、電氣照明等傳統(tǒng)設(shè)計(jì)題目外,許多教師在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中也增加了許多有關(guān)電力電子技術(shù)方面的設(shè)計(jì)課目,如感應(yīng)加熱電源、大功率開關(guān)電源、UPS電源、光伏逆變并網(wǎng)系統(tǒng)、SVC、SVG、高壓直流輸電等方面的題目。有些設(shè)計(jì)題目還獲得了省級(jí)或校級(jí)優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文。
1前言
電力作為當(dāng)今社會(huì)的主要能源,對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高起著極其重要的作用。現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個(gè)由電能產(chǎn)生、輸送、分配和用電環(huán)節(jié)組成的大系統(tǒng)。電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對(duì)電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)不斷提出新的要求,近年來(lái),電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的飛速發(fā)展為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。如何正確應(yīng)用繼電保護(hù)技術(shù)來(lái)遏制電氣故障,提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率及運(yùn)行質(zhì)量已成為迫切需要解決的技術(shù)問(wèn)題。
2繼電保護(hù)發(fā)展的現(xiàn)狀
上世紀(jì)60年代到80年代是晶體管繼電保護(hù)技術(shù)蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用的時(shí)期。70年代中期起,基于集成運(yùn)算放大器的集成電路保護(hù)投入研究,到80年代末集成電路保護(hù)技術(shù)已形成完整系列,并逐漸取代晶體管保護(hù)技術(shù),集成電路保護(hù)技術(shù)的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用的主導(dǎo)地位持續(xù)到90年代初。與此同時(shí),我國(guó)從70年代末即已開始了計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的研究,高等院校和科研院所起著先導(dǎo)的作用,相繼研制了不同原理、不同型式的微機(jī)保護(hù)裝置。1984年原東北電力學(xué)院研制的輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置首先通過(guò)鑒定,并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用,揭開了我國(guó)繼電保護(hù)發(fā)展史上新的一頁(yè),為微機(jī)保護(hù)的推廣開辟了道路。在主設(shè)備保護(hù)方面,關(guān)于發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)和發(fā)電機(jī)-變壓器組保護(hù)、微機(jī)線路保護(hù)裝置、微機(jī)相電壓補(bǔ)償方式高頻保護(hù)、正序故障分量方向高頻保護(hù)等也相繼通過(guò)鑒定,至此,不同原理、不同機(jī)型的微機(jī)線路保護(hù)裝置為電力系統(tǒng)提供了新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。隨著微機(jī)保護(hù)裝置的研究,在微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多理論成果,此時(shí),我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)的時(shí)代。
目前,繼電保護(hù)向計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展,保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化對(duì)繼電保護(hù)提出了艱巨的任務(wù),也開辟了研究開發(fā)的新天地。隨著改革開放的不斷深入、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)將為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的大發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
3電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)的配置與應(yīng)用
3.1繼電保護(hù)裝置的任務(wù)
繼電保護(hù)主要利用電力系統(tǒng)中原件發(fā)生短路或異常情況時(shí)電氣量(電流、電壓、功率等)的變化來(lái)構(gòu)成繼電保護(hù)動(dòng)作。繼電保護(hù)裝置的任務(wù)在于:在供電系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí),安全地。完整地監(jiān)視各種設(shè)備的運(yùn)行狀況,為值班人員提供可靠的運(yùn)行依據(jù);供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),自動(dòng)地、迅速地、并有選擇地切除故障部分,保證非故障部分繼續(xù)運(yùn)行;當(dāng)供電系統(tǒng)中出現(xiàn)異常運(yùn)行工作狀況時(shí),它應(yīng)能及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)出信號(hào)或警報(bào),通知值班人員盡快做出處理。
3.2繼電保護(hù)裝置的基本要求
選擇性。當(dāng)供電系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí),繼電保護(hù)裝置應(yīng)能選擇性地將故障部分切除。首先斷開距離故障點(diǎn)最近的斷路器,以保證系統(tǒng)中其它非故障部分能繼續(xù)正常運(yùn)行。
靈敏性。保護(hù)裝置靈敏與否一般用靈敏系數(shù)來(lái)衡量。在繼電保護(hù)裝置的保護(hù)范圍內(nèi),不管短路點(diǎn)的位置如何、不論短路的性質(zhì)怎樣,保護(hù)裝置均不應(yīng)產(chǎn)生拒絕動(dòng)作;但在保護(hù)區(qū)外發(fā)生故障時(shí),又不應(yīng)該產(chǎn)生錯(cuò)誤動(dòng)作。
速動(dòng)性。是指保護(hù)裝置應(yīng)盡可能快地切除短路故障。縮短切除故障的時(shí)間以減輕短路電流對(duì)電氣設(shè)備的損壞程度,加快系統(tǒng)電壓的恢復(fù),從而為電氣設(shè)備的自啟動(dòng)創(chuàng)造了有利條件,同時(shí)還提高了發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。
可靠性。保護(hù)裝置如不能滿足可靠性的要求,反而會(huì)成為擴(kuò)大事故或直接造成故障的根源。為確保保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性,必須確保保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)原理、整定計(jì)算、安裝調(diào)試正確無(wú)誤;同時(shí)要求組成保護(hù)裝置的各元件的質(zhì)量可靠、運(yùn)行維護(hù)得當(dāng)、系統(tǒng)簡(jiǎn)化有效,以提高保護(hù)的可靠性。
3.3保護(hù)裝置的應(yīng)用
繼電保護(hù)裝置廣泛應(yīng)用于工廠企業(yè)高壓供電系統(tǒng)、變電站等,用于高壓供電系統(tǒng)線路保護(hù)、主變保護(hù)、電容器保護(hù)等。高壓供電系統(tǒng)分母線繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用,對(duì)于不并列運(yùn)行的分段母線裝設(shè)電流速斷保護(hù),但僅在斷路器合閘的瞬間投入,合閘后自動(dòng)解除。另外,還應(yīng)裝設(shè)過(guò)電流保護(hù),對(duì)于負(fù)荷等級(jí)較低的配電所則可不裝設(shè)保護(hù)。變電站繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用包括:①線路保護(hù):一般采用二段式或三段式電流保護(hù),其中一段為電流速斷保護(hù),二段為限時(shí)電流速斷保護(hù),三段為過(guò)電流保護(hù)。②母聯(lián)保護(hù):需同時(shí)裝設(shè)限時(shí)電流速斷保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)。③主變保護(hù):主變保護(hù)包括主保護(hù)和后備保護(hù),主保護(hù)一般為重瓦斯保護(hù)、差動(dòng)保護(hù),后備保護(hù)為復(fù)合電壓過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)。④電容器保護(hù):對(duì)電容器的保護(hù)包括過(guò)流保護(hù)、零序電壓保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)及失壓保護(hù)。隨著繼電保護(hù)技術(shù)的飛速發(fā)展,微機(jī)保護(hù)的裝置逐漸投入使用,由于生產(chǎn)廠家的不同、開發(fā)時(shí)間的先后,微機(jī)保護(hù)呈現(xiàn)豐富多彩、各顯神通的局面,但基本原理及要達(dá)到的目的基本一致。4繼電保護(hù)裝置的維護(hù)
值班人員定時(shí)對(duì)繼電保護(hù)裝置巡視和檢查,并做好各儀表的運(yùn)行記錄。在繼電保護(hù)運(yùn)行過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象時(shí),應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視并向主管部門報(bào)告。
建立崗位責(zé)任制,做到每個(gè)盤柜有值班人員負(fù)責(zé)。做到人人有崗、每崗有人。值班人員對(duì)保護(hù)裝置的操作,一般只允許接通或斷開壓板,切換開關(guān)及卸裝熔絲等工作,工作過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格遵守電業(yè)安全工作規(guī)定。
做好繼電保護(hù)裝置的清掃工作。清掃工作必須由兩人進(jìn)行,防止誤碰運(yùn)行設(shè)備,注意與帶電設(shè)備保持安全距離,避免人身觸電和造成二次回路短路、接地事故。對(duì)微機(jī)保護(hù)的電流、電壓采樣值每周記錄一次,每月對(duì)微機(jī)保護(hù)的打印機(jī)進(jìn)行定期檢查并打印。
定期對(duì)繼電保護(hù)裝置檢修及設(shè)備查評(píng):①檢查二次設(shè)備各元件標(biāo)志、名稱是否齊全;②檢查轉(zhuǎn)換開關(guān)、各種按鈕、動(dòng)作是否靈活無(wú)卡涉,動(dòng)作靈活。接點(diǎn)接觸有無(wú)足夠壓力和燒傷;③檢查控制室光字牌、紅綠指示燈泡是否完好;④檢查各盤柜上表計(jì)、繼電器及接線端子螺釘有無(wú)松動(dòng);⑤檢查電壓互感器、電流互感器二次引線端子是否完好;⑥配線是否整齊,固定卡子有無(wú)脫落;⑦檢查斷路器的操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作是否正常。
根據(jù)每年對(duì)繼電保護(hù)裝置的定期查評(píng),按情節(jié)將設(shè)備分為三類:經(jīng)過(guò)運(yùn)行檢驗(yàn),技術(shù)狀況良好無(wú)缺陷,能保證安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的設(shè)備為一類設(shè)備;設(shè)備基本完好、個(gè)別零件雖有一般缺陷,但尚能安全運(yùn)行,不危及人身、設(shè)備安全為二類設(shè)備。有重大缺陷的設(shè)備,危及安全運(yùn)行,出力降低,"三漏"情況嚴(yán)重的設(shè)備為三類。如發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)有缺陷必須及時(shí)處理,嚴(yán)禁其存在隱患運(yùn)行。對(duì)有缺陷經(jīng)處理好的繼電保護(hù)裝置建立設(shè)備缺陷臺(tái)帳,有利于今后對(duì)其檢修工作。
5電力系統(tǒng)繼電保護(hù)發(fā)展趨勢(shì)
繼電保護(hù)技術(shù)向計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化方向發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)硬件的飛速發(fā)展,電力系統(tǒng)對(duì)微機(jī)保護(hù)的要求也在不斷提高,除了保護(hù)的基本功能外,還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存放空間,快速的數(shù)據(jù)處理功能,強(qiáng)大的通信能力,與其他保護(hù)、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力,高級(jí)語(yǔ)言編程等,使微機(jī)保護(hù)裝置具備一臺(tái)PC的功能。為保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行,各個(gè)保護(hù)單元與重合裝置必須協(xié)調(diào)工作,因此,必須實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化,這在當(dāng)前的技術(shù)條件下是完全可行的。在實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下,保護(hù)裝置實(shí)際上是一臺(tái)高性能,為了測(cè)量、保護(hù)和控制的需要,室外變電站的所有設(shè)備,如變壓器、線路等的二次電壓、電流都必須用控制電纜引到主控室。所敷設(shè)的大量控制電纜投資大,且使得二次回路非常復(fù)雜。但是如果將上述的保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化的計(jì)算機(jī)裝置,就地安裝在室外變電站的被保護(hù)設(shè)備旁,將被保護(hù)設(shè)備的電壓、電流量在此裝置內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后,通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)送到主控室,則可免除大量的控制電纜。
結(jié)論。隨著電力系統(tǒng)的告訴發(fā)展和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的進(jìn)步,繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展向計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化、智能化方向發(fā)展,這對(duì)繼電保護(hù)工作者提出了新的挑戰(zhàn)。只有對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行定期檢查和維護(hù),按時(shí)巡檢其運(yùn)行狀況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并做好處理,保證系統(tǒng)無(wú)故障設(shè)備正常運(yùn)行,提高供電可靠性。
參考文獻(xiàn)
無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的主要作用是:提高負(fù)載和系統(tǒng)的功率因數(shù),減少設(shè)備的功率損耗,穩(wěn)定電壓,提高供電質(zhì)量。在長(zhǎng)距離輸電中,提高系統(tǒng)輸電穩(wěn)定性和輸電能力,平衡三相負(fù)載的有功和無(wú)功功率等。
一、無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)淖饔?/p>
1、改善功率因數(shù)及相應(yīng)地減少電費(fèi)
根據(jù)國(guó)家水電部,物價(jià)局頒布的“功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法”規(guī)定三種功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值,相應(yīng)減少電費(fèi):
(1)高壓供電的用電單位,功率因數(shù)為0.9以上。
(2)低壓供電的用電單位,功率因數(shù)為0.85以上。
(3)低壓供電的農(nóng)業(yè)用戶,功率因數(shù)為0.8以上。
2、降低系統(tǒng)的能耗
功率因數(shù)的提高,能減少線路損耗及變壓器的銅耗。
設(shè)R為線路電阻,ΔP1為原線路損耗,ΔP2為功率因數(shù)提高后線路損耗,則線損減少
ΔP=ΔP1-ΔP2=3R(I12-I22)(1)
比原來(lái)?yè)p失減少的百分?jǐn)?shù)為
(ΔP/ΔP1)×100%=1-(I2/I1)2.100%(2)
式中,I1=P/(3U1cosφ1),I2=P/(3U2cosφ2)補(bǔ)償后,由于功率因數(shù)提高,U2>U1,為分析方便,可認(rèn)為U2≈U1,則
θ=[1-(cosφ1/cosφ2)2].100%(3)
當(dāng)功率因數(shù)從0.8提高至0.9時(shí),通過(guò)上式計(jì)算,可求得有功損耗降低21%左右。在輸送功率P=3UIcosφ不變情況下,cosφ提高,I相對(duì)降低,設(shè)I1為補(bǔ)償前變壓器的電流,I2為補(bǔ)償后變壓器的電流,銅耗分別為ΔP1,ΔP2;銅耗與電流的平方成正比,即
ΔP1/ΔP2=I22/I12
由于P1=P2,認(rèn)為U2≈U1時(shí),即
I2/I1=cosφ1/cosφ2
可知,功率因數(shù)從0.8提高至0.9時(shí),銅耗相當(dāng)于原來(lái)的80%。
3、減少了線路的壓降
由于線路傳送電流小了,系統(tǒng)的線路電壓損失相應(yīng)減小,有利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定(輕載時(shí)要防止超前電流使電壓上升過(guò)高),有利于大電機(jī)起動(dòng)。
二、我國(guó)電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀
近年來(lái),隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的跨越式發(fā)展,電力行業(yè)也得到快速發(fā)展,特別是電網(wǎng)建設(shè),負(fù)荷的快速增長(zhǎng)對(duì)無(wú)功的需求也大幅上升,也使電網(wǎng)中無(wú)功功率不平衡,導(dǎo)致無(wú)功功率大量的存在。目前,我國(guó)電力系統(tǒng)無(wú)功功率補(bǔ)償主要采用以下幾種方式:
1.同步調(diào)相機(jī):同步調(diào)相機(jī)屬于早期無(wú)功補(bǔ)償裝置的典型代表,它雖能進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,但響應(yīng)慢,運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜,多為高壓側(cè)集中補(bǔ)償,目前很少使用。
2.并補(bǔ)裝置:并聯(lián)電容器是無(wú)功補(bǔ)償領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的無(wú)功補(bǔ)償裝置,但電容補(bǔ)償只能補(bǔ)償固定的無(wú)功,盡管采用電容分組投切相比固定電容器補(bǔ)償方式能更有效適應(yīng)負(fù)載無(wú)功的動(dòng)態(tài)變化,但是電容器補(bǔ)償方式仍然屬于一種有級(jí)的無(wú)功調(diào)節(jié),不能實(shí)現(xiàn)無(wú)功的平滑無(wú)級(jí)的調(diào)節(jié)。
3.并聯(lián)電抗器:目前所用電抗器的容量是固定的,除吸收系統(tǒng)容性負(fù)荷外,用以抑制過(guò)電壓。
以上幾種補(bǔ)償方式在運(yùn)行中取得一定的效果,但在實(shí)際的無(wú)功補(bǔ)償工作中也存在一些問(wèn)題:
1.補(bǔ)償方式問(wèn)題:目前很多電力部門對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)某霭l(fā)點(diǎn)就地補(bǔ)償,不向系統(tǒng)倒送無(wú)功,即只注意補(bǔ)償功率因素,不是立足于降低系統(tǒng)網(wǎng)的損耗。
2.諧波問(wèn)題:電容器具有一定的抗諧波能力,但諧波含量過(guò)大時(shí)會(huì)對(duì)電容器的壽命產(chǎn)生影響,甚至造成電容器的過(guò)早損壞;并且由于電容器對(duì)諧波有放大作用,因而使系統(tǒng)的諧波干擾更嚴(yán)重。
3.無(wú)功倒送問(wèn)題:無(wú)功倒送在電力系統(tǒng)中是不允許的,特別是在負(fù)荷低谷時(shí),無(wú)功倒送造成電壓偏高。
4.電壓調(diào)節(jié)方式的補(bǔ)償設(shè)備帶來(lái)的問(wèn)題:有些無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備是依據(jù)電壓來(lái)確定無(wú)功投切量的,線路電壓的波動(dòng)主要由無(wú)功量變化引起的,但線路的電壓水平是由系統(tǒng)情況決定的,這就可能出現(xiàn)無(wú)功過(guò)補(bǔ)或欠補(bǔ)。
三、無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
根據(jù)上述我國(guó)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)那闆r及出現(xiàn)的問(wèn)題,今后我國(guó)的無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展方向是:無(wú)功功率動(dòng)態(tài)自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié),諧波抑制。
1.基于智能控制策略的晶閘管投切電容器(TSC)補(bǔ)償裝置
將微處理器用于TSC,可以完成復(fù)雜的檢測(cè)和控制任務(wù),從而使動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功功率成為可能。基于智能控制策略的TSC補(bǔ)償裝置的核心部件是控制器,由它完成無(wú)功功率(功率因數(shù))的測(cè)量及分析,進(jìn)而控制無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)的投切,同時(shí)還可完成過(guò)壓、欠壓、功率因數(shù)等參數(shù)的存貯和顯示。TSC補(bǔ)償裝置操作無(wú)涌流,跟蹤響應(yīng)快,并具有各種保護(hù)功能,值得大力推廣。
2.靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)
靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)又稱靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM),是采用GTO構(gòu)成的自換相變流器,通過(guò)電壓電源逆變技術(shù)提供超前和滯后的無(wú)功,進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償,若控制方法得當(dāng),SVG在補(bǔ)償無(wú)功功率的同時(shí)還可以對(duì)諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償。其調(diào)節(jié)速度更快且不需要大容量的電容、電感等儲(chǔ)能元件,諧波含量小,同容量占地面積小,在系統(tǒng)欠壓條件下無(wú)功調(diào)節(jié)能力強(qiáng),是新一代無(wú)功補(bǔ)償裝置的代表,有很大的發(fā)展前途。
3.電力有源濾波器
電力有源濾波器是運(yùn)用瞬時(shí)濾波形成技術(shù),對(duì)包含諧波和無(wú)功分量的非正弦波進(jìn)行“矯正”。因此,電力有源濾波器有很快的響應(yīng)速度,對(duì)變化的諧波和無(wú)功功率都能實(shí)施動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,并且其補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗參數(shù)影響較小。
電力有源濾波器的交流電路分為電壓型和電流型。目前實(shí)用的裝置90%以上為電壓型。從與補(bǔ)償對(duì)象的連接方式來(lái)看,電力有源濾波器可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型。并聯(lián)型中有單獨(dú)使用、LC濾波器混合使用及注入電路方式,目前并聯(lián)型占實(shí)用裝置的大多數(shù)。
USB總線微波功率計(jì)主要包括USB通信接口、微信號(hào)接收檢測(cè)電路等內(nèi)容組成,該儀器充分借助數(shù)字電子技術(shù)開發(fā)相應(yīng)軟件系統(tǒng),從而使得該虛擬儀器有效實(shí)現(xiàn)微波功率采集、測(cè)量和傳輸功能。USB總線微波功率計(jì)中探測(cè)器采集到目標(biāo)微波功率信號(hào)后,該設(shè)備中微信號(hào)檢測(cè)電路芯片就會(huì)對(duì)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行去噪、累加、求差值等等處理,并調(diào)整修改信號(hào)數(shù)據(jù)固定程度,最后通過(guò)USB通信接口將處理完畢信息傳送到上位機(jī),該上位機(jī)程序系統(tǒng)就會(huì)對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。鑒于該總線微波功率計(jì)充分應(yīng)用了數(shù)字電子技術(shù)中強(qiáng)大信號(hào)處理傳輸技術(shù),使得該功率計(jì)不僅小巧易攜帶,操作簡(jiǎn)單,PC機(jī)適用匹配性強(qiáng),還具備高精度的測(cè)量效果,因此飽受專業(yè)人員喜愛(ài)。
(二)雷達(dá)接收機(jī)上數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用
雷達(dá)是軍民兩用的,具備高要求和高標(biāo)準(zhǔn)的高精度電子設(shè)備,而日趨成熟完善的數(shù)字電子技術(shù)也在精密的雷達(dá)生產(chǎn)制造過(guò)程中起到其中的作用。作為雷達(dá),其主要就是搜尋捕捉目標(biāo)信號(hào),因此其必須具備強(qiáng)烈的抗干擾性,也就是說(shuō)雷達(dá)信號(hào)接收設(shè)備就必須具備靈敏性強(qiáng)、頻段高性能,而數(shù)字接收機(jī)就基于這一點(diǎn)順利成功取代了現(xiàn)代雷達(dá)中模擬接收器的地位。雷達(dá)接受機(jī)中數(shù)字接收機(jī)高指標(biāo)的數(shù)字變頻濾波技術(shù)和I/Q解調(diào)技術(shù)充分使得雷達(dá)接收器的實(shí)用性和精確性得到提高,也充分展現(xiàn)出數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)越性。有此可以看出數(shù)字電子技術(shù)突出的抗干擾、無(wú)噪聲、易交換儲(chǔ)存及處理、能夠?qū)⒃O(shè)備集成化、微型化的特性在網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代,也會(huì)在計(jì)算機(jī)信號(hào)和計(jì)算機(jī)數(shù)字聯(lián)網(wǎng)方面得到充分應(yīng)用,從促使網(wǎng)絡(luò)通信管理實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化,這都需要數(shù)字電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的綜合支持和發(fā)展。
二、數(shù)字電子技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向和趨勢(shì)
當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)加快了全球信息化時(shí)代的到來(lái),社會(huì)市場(chǎng)發(fā)展需求直接推動(dòng)了電子技術(shù)行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程,而其中數(shù)字電子技術(shù)更是成為信息時(shí)代技術(shù)行業(yè)市場(chǎng)的生力軍,不斷促使經(jīng)濟(jì)行業(yè)產(chǎn)業(yè)的更新升級(jí),還使得數(shù)字電子技術(shù)和信息技術(shù)向著更高層次平臺(tái)前進(jìn),可以說(shuō)數(shù)字電子技術(shù)是隨著市場(chǎng)需求而不斷發(fā)展進(jìn)步的,電子技術(shù)數(shù)字化和信息化已經(jīng)成為電子技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展主流,也是當(dāng)前相關(guān)行業(yè)的普遍共識(shí)。現(xiàn)在我國(guó)電子技術(shù)行業(yè)研究專家還在不斷努力研究開發(fā),進(jìn)行多角度、多層面的項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)和探索,使得我國(guó)電子技術(shù)數(shù)字化發(fā)展事業(yè)因?yàn)槌掷m(xù)技術(shù)變革和電子產(chǎn)品的大步伐邁進(jìn),其發(fā)展速度之快更是空前,現(xiàn)在數(shù)字電子技術(shù)主要研究大規(guī)模可編程邏輯器件的應(yīng)用實(shí)踐,尤其是模板半導(dǎo)體工藝已經(jīng)達(dá)到了深亞微米階段,而集成芯片也實(shí)現(xiàn)了千兆位。除此之外,數(shù)字電子技術(shù)其他內(nèi)容器件和系統(tǒng)也得到了前所未有的發(fā)展進(jìn)步,如其系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸可以達(dá)到每秒幾十億次,其時(shí)鐘頻率也向著千兆赫茲以上進(jìn)步,這都使得未來(lái)集成電路技術(shù)SystemOhaCh5p片上系統(tǒng)化發(fā)展成為必然。在電子設(shè)計(jì)方面也面臨著基于電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化基礎(chǔ)上的5PGA技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)踐,這些技術(shù)的進(jìn)步和突破必將為信息時(shí)代創(chuàng)造更多的奇跡。此外,電子技術(shù)領(lǐng)域數(shù)字電子技術(shù)也會(huì)逐步將模擬電子技術(shù)特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)加以引進(jìn)融合,并開發(fā)研究新型的、性能更好的電子器件,從而提高數(shù)字電子技術(shù)機(jī)械零器件的使用效能和壽命,也會(huì)間接擴(kuò)大提高其數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用范圍和效能。例如傳統(tǒng)電位器不僅壽命短,其可靠性和噪聲污染也不盡人意,而數(shù)字電位器集成了電子開關(guān)、線性電阻技術(shù)以及EEROM強(qiáng)烈改善了傳統(tǒng)電位器機(jī)械結(jié)構(gòu),克服了其不利缺陷,有效提高了其性能需求。當(dāng)前各類已經(jīng)得到廣泛使用的融合數(shù)字、模擬電子技術(shù)的新型電子器件有D類音頻功率放大器、開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器等等已經(jīng)取得了較好的實(shí)用效果,而且當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)也會(huì)新型電子器件的研究開發(fā)提供了一定的助力,相信科學(xué)在發(fā)展,人類不斷在進(jìn)步,數(shù)字電子技術(shù)領(lǐng)域也同樣如此,不論是其機(jī)械器件還是其系統(tǒng)技術(shù)都在大幅度前進(jìn)突破從而更好的為社會(huì)經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)服務(wù)。
1數(shù)字電視概念
1.1數(shù)字電視定義
數(shù)字電視是電視數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化后的產(chǎn)物。數(shù)字電視是一個(gè)系統(tǒng),是指從電視節(jié)目采集、制作、編輯、播出、傳輸、用戶端接收、顯示等全過(guò)程的數(shù)字化,換句話說(shuō)就是系統(tǒng)所有過(guò)程信號(hào)全是由O、1組成的數(shù)字流。
數(shù)字電視已不僅僅是傳統(tǒng)意義上的電視,而是能提供包括圖像、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音等全方位的服務(wù),是3C融合的一個(gè)典范,是計(jì)算機(jī)、傳輸平臺(tái)、消費(fèi)電子三個(gè)環(huán)節(jié)的聚焦點(diǎn)。
1.2數(shù)字電視與模擬電視的對(duì)比
數(shù)字電視采用的技術(shù)與原模擬電視有著很大的不同。其技術(shù)比較見(jiàn)下表。
1.3數(shù)字電視的優(yōu)勢(shì)
1)現(xiàn)有模擬電視頻道帶寬為8MHz,只能傳送一套普通的模擬電視節(jié)目。采用數(shù)字電視后一個(gè)頻道內(nèi)就傳送1—8套數(shù)字電視節(jié)目(隨著編碼技術(shù)的改進(jìn),傳送數(shù)量還會(huì)進(jìn)一步提高),電視頻道利用率大大提高。
數(shù)字電視與模擬電視的技術(shù)比較
模擬電視
數(shù)字電視
描述
采用模擬信號(hào)傳輸電視圖像、伴音、
附加功能等信號(hào)
采用數(shù)字信號(hào)傳輸電視圖像、伴音、附加功能等信號(hào)
信源編解碼
因?yàn)樾盘?hào)數(shù)據(jù)量不大。所以不存在信息編碼壓縮問(wèn)題
電視信號(hào)數(shù)字化后,其信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸率很高。須具有良好的數(shù)據(jù)編碼壓縮技術(shù)
復(fù)用
無(wú)夏用器,視頻、音頻信號(hào)分別傳輸
將編碼后的視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)信號(hào)分別打包后復(fù)合成單路串行的比特流,使數(shù)字電視具備了可擴(kuò)展性、分級(jí)性、交互性、與網(wǎng)絡(luò)的互通性
信道編解碼調(diào)制解調(diào)
圖像信號(hào)按行、場(chǎng)排列,并具有行、
場(chǎng)同步信號(hào)、前后均衡脈沖等,并對(duì)
視頻信號(hào)有補(bǔ)償處理。調(diào)制方式一般采用調(diào)頻或調(diào)幅
有壓縮及復(fù)用,傳送時(shí)的信號(hào)不再有模擬電視場(chǎng)、行標(biāo)志及概念。通過(guò)
糾錯(cuò)、均衡來(lái)提高信號(hào)抗干擾能力,調(diào)鍘采用QAM、COFDM等新方法。
且隨著調(diào)制方法技術(shù)的改進(jìn)。傳輸效率會(huì)進(jìn)一步提高
特點(diǎn)
信號(hào)數(shù)據(jù)量少,技術(shù)成熟.價(jià)格便宜
信號(hào)不易在傳輸中失真,清晰度高,占用頻帶窄。數(shù)字電視信號(hào)可方便地在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中傳輸,與計(jì)算機(jī)具有良好接口。
2)清晰度高、音頻效果好、抗干擾能力強(qiáng)。在同樣覆蓋范圍內(nèi),數(shù)字電視的發(fā)射功率要比模擬電視小一個(gè)數(shù)量級(jí)。
3)可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)接收、便攜接收及各種數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù),實(shí)現(xiàn)視頻點(diǎn)播等各種互動(dòng)電視業(yè)務(wù),實(shí)現(xiàn)加密/解密和加擾/解擾功能,保證通信的隱秘性及收費(fèi)業(yè)務(wù)。
4)系統(tǒng)采用了開放的中間件技術(shù),能實(shí)現(xiàn)各種交互式應(yīng)用,可與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及互聯(lián)網(wǎng)等的互通互連。
5)易于實(shí)現(xiàn)信號(hào)存儲(chǔ),而且存儲(chǔ)時(shí)間與信號(hào)的特性無(wú)關(guān),易于開展多種增值業(yè)務(wù)。
6)由于保留了現(xiàn)有模擬電視視頻格式,用戶端僅需加裝數(shù)字電視機(jī)頂盒即可接收數(shù)字電視節(jié)目,利于系統(tǒng)的平穩(wěn)過(guò)渡,減少消費(fèi)者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
1.4數(shù)字電視的應(yīng)用范圍
1)基本業(yè)務(wù):只要節(jié)目源許可,用戶可以收看數(shù)百套數(shù)字電視節(jié)目,以及幾十套調(diào)頻廣播節(jié)目和數(shù)字音頻廣播(DAB)節(jié)目。
2)擴(kuò)展業(yè)務(wù):可提供如圖文電視、電視會(huì)議、數(shù)據(jù)信息廣播、加密電視、視頻點(diǎn)播等。
3)增值業(yè)務(wù):可通過(guò)雙向傳輸系統(tǒng)進(jìn)行交互式的多功能應(yīng)用,如互聯(lián)網(wǎng)接入、遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、電子郵件、計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)通訊、家庭保安監(jiān)控等多媒體信息服務(wù)。
1.5數(shù)字電視的弱點(diǎn)
數(shù)字電視并不是完美無(wú)缺的,它同樣存在著一些弱點(diǎn)。例如在取樣的過(guò)程、量化誤差、壓縮編碼所帶來(lái)的信號(hào)損傷,在節(jié)目制作及傳輸過(guò)程中貫通延遲。有些損傷可以修復(fù),并不影響圖像的最終質(zhì)量,而有些損傷只能通過(guò)一些補(bǔ)償措施削弱它的影響,但這并不能影響電視領(lǐng)域向數(shù)字化的轉(zhuǎn)變。與電視信號(hào)數(shù)字化后所帶來(lái)的好處相比,這些影響往往會(huì)被忽略。
2數(shù)字電視分類
2.1按信號(hào)傳輸方式可分為:地面無(wú)線傳輸數(shù)字電視(地面數(shù)字電視);衛(wèi)星傳輸數(shù)字電視(衛(wèi)星數(shù)字電視);有線傳輸數(shù)字電視(有線數(shù)字電視)。
2.2按圖像清晰度可分為三大類
1)數(shù)字高清晰度電視(HDTV):需至少720線逐行或1080線隔行掃描、屏幕寬高比應(yīng)為16:9、采用杜比數(shù)字音響,能將高清晰格式轉(zhuǎn)化為其他格式并能接收并顯示較低格式的信號(hào),圖像質(zhì)量可達(dá)到或接近35mm寬銀幕電影的水平。
2)數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(SDTV):必須達(dá)到480線逐行掃描,能將720逐行、1080隔行等格式變?yōu)?80逐行輸出,采用杜比數(shù)字音響。對(duì)應(yīng)現(xiàn)有電視的分辨率,其圖像質(zhì)量為演播室水平。
3)數(shù)字普通清晰度電視(LDTV):顯示掃描格式低于標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視,即低于480線逐行掃描的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)應(yīng)現(xiàn)有VCD的分辨率。
2.3按照產(chǎn)品類型可分為
數(shù)字電視顯示器、數(shù)字電視機(jī)頂盒和一體化數(shù)字電視接收機(jī);
2.4按顯示屏幕幅型比分類
數(shù)字電視可分為4:3和16:9幅型比兩種類型。
3數(shù)字電視技術(shù)
數(shù)字電視的實(shí)現(xiàn),以下幾項(xiàng)技術(shù)是關(guān)鍵:
3.1數(shù)字電視的信源(視頻、音頻)編解碼技術(shù)在1920x1080顯示格式下,數(shù)字化后信號(hào)的數(shù)碼率在傳輸中高達(dá)995Mbit/s,這比現(xiàn)行模擬電視的傳輸信息量大得多,因此必須去除圖像信號(hào)中的多余信息,將數(shù)碼率壓縮到能在一個(gè)8MHz模擬電視信道中傳送。視頻編碼技術(shù)主要功能是完成圖像的壓縮,使數(shù)字電視的信號(hào)傳輸量由995Mbit/s減少為20Mbit/s~30Mbit/s。國(guó)際組織已經(jīng)制定了對(duì)圖像進(jìn)行壓縮編碼的標(biāo)準(zhǔn)有JPEG(靜態(tài)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn))、MPEG-2(運(yùn)動(dòng)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn))等。音頻編解碼主要功能是完成聲音信息的壓縮。對(duì)伴音進(jìn)行壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)有MPEG伴音壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)、AC-3等。
3.2數(shù)字電視的復(fù)用系統(tǒng)
數(shù)字電視的復(fù)用系統(tǒng)從發(fā)送端信息的流向來(lái)看,它將視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)等編碼器送來(lái)的數(shù)據(jù)比特流,經(jīng)處理復(fù)合成單路串行的比特流,送給信遭編碼及調(diào)制。接受端與此過(guò)程相反。在HDTV復(fù)用傳輸標(biāo)準(zhǔn)方面,美國(guó)、歐洲、日本都采用了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。
3.3數(shù)字電視的信道編解碼及調(diào)制解調(diào)
為了提高傳輸?shù)念l帶利用率,通過(guò)調(diào)制把傳輸信號(hào)放在載波或脈沖串上,為發(fā)射做好準(zhǔn)備。數(shù)字電視采用多進(jìn)制調(diào)制方法,例如:殘留邊帶調(diào)制(VSB);正交振幅調(diào)制(QAM);四相相移鍵控調(diào)制(QPSK);差動(dòng)四相相移鍵控調(diào)制(DQPSK);編碼正交頻分復(fù)用調(diào)制(COFDM)等。
為了提高數(shù)字電視傳輸?shù)目煽啃裕ㄟ^(guò)糾錯(cuò)編碼、網(wǎng)格編碼、均衡等技術(shù),提高信號(hào)的抗干擾能力,方法如:里德一索羅門碼、卷積碼、交織、格狀編碼調(diào)制等。美國(guó)、歐洲、日本數(shù)字電視的制式、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,主要是指在該方面的不同。
4數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)
數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)是指數(shù)字電視采用的視音頻采樣、壓縮格式、傳輸方式和服務(wù)信息格式等的規(guī)定。目前投入使用的有三種:
美國(guó)的ATSC(先進(jìn)電視系統(tǒng)委員會(huì));歐洲的DVB(數(shù)字視頻廣播);日本的ISDB(綜合服務(wù)數(shù)字廣播)。
每一種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于信源的處理、畫面格式及傳輸方式等方面均有一些差別。每一種數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)又可分為衛(wèi)星傳輸、電纜傳輸和地面?zhèn)鬏敺绞健?/p>
4.1美國(guó)ATSC標(biāo)準(zhǔn)
ATSC標(biāo)準(zhǔn)由四個(gè)層級(jí)組成,最高為圖像層,確定圖像的形式,包括象素陣列、幅型比和幀頻。接著是圖像壓縮層。再下來(lái)是系統(tǒng)復(fù)用層,特定的數(shù)據(jù)被納入不同的壓縮包中。最后是傳輸層,確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制和信道編碼方案。下面兩層共同承擔(dān)普通數(shù)據(jù)的傳輸。上面兩層確定在普通數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)上運(yùn)行的特定配置,如HDTV或SDTV;還確定ATSC標(biāo)準(zhǔn)支持的具體圖像格式。
另外,ATSC還開發(fā)并通過(guò)了可為采用50Hz幀頻的國(guó)家使用的另行標(biāo)準(zhǔn)。
ATSC成員30個(gè),其中有美國(guó)國(guó)內(nèi)成員20個(gè)、來(lái)自阿根廷、法國(guó)、韓國(guó)等7個(gè)國(guó)家的成員10個(gè),中國(guó)的廣播科學(xué)研究院也參加了ATSC組織。
ATSC標(biāo)準(zhǔn)定義的畫面格式
支持室內(nèi)接收、移動(dòng)接收等需求,包括4個(gè)系統(tǒng)。
1)DVB傳輸系統(tǒng):涉及衛(wèi)星、有線電視、地面、SMATV、MMDS等所有傳輸媒體。
DVB-S數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。衛(wèi)星傳輸具有覆蓋面廣、節(jié)目容量大等特點(diǎn)。
DVB-C數(shù)字有線電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)前端可從衛(wèi)星和地面發(fā)射獲得信號(hào)。
pWB-T數(shù)字地面電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。本地區(qū)覆蓋最好。傳輸質(zhì)量高,但接收費(fèi)用也高。
DVB-SMATV是數(shù)字衛(wèi)星共用天線電視(SMATV)廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。
DVB-MS高于10GHz的數(shù)字廣播MMDS分配系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。
DVB-MC低于10GHz的數(shù)字廣播MMDS分配系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。
2)DVB基帶附加信息系統(tǒng):可傳送接收IRD調(diào)諧、節(jié)目指南及圖文、字幕、圖標(biāo)等信息。
DVB標(biāo)準(zhǔn)定義的畫面格式
DVB-SI數(shù)字廣播業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。
DVB-TXT數(shù)字圖文廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),用于固定格式圖文電視的傳送。
DVB-SUB為數(shù)字廣播字幕系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),用于字幕及圖標(biāo)的傳送。
3)DVB交互業(yè)務(wù)服務(wù):對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)有:DVB—NIP、DVB-R.CC和DVB-R.CT。
4)DVB條件接收及接口標(biāo)準(zhǔn):條件接收是付費(fèi)電視廣播的基本部分。DVB數(shù)字廣播系統(tǒng)與其他電信網(wǎng)絡(luò)(如SDH、ATM等)連接,可實(shí)現(xiàn)DVB向電信網(wǎng)絡(luò)的過(guò)渡。標(biāo)準(zhǔn)包括:DVB-C11DVB-PDH,DVB-SDH,DVB—ATM、DVB-PI和DVB-IRDI。
DVB成員已經(jīng)達(dá)到265個(gè)(來(lái)自35個(gè)國(guó)家和地區(qū)),主要集中在歐洲并遍及世界各地,我國(guó)的廣播科學(xué)研究院和TCL電子集團(tuán)也在其中。
4.3日本ISDB標(biāo)準(zhǔn)
日本數(shù)字電視首先考慮的是衛(wèi)星信道,采用QPSK調(diào)制。并在1999年了數(shù)字電視的標(biāo)準(zhǔn)--ISDB。ISDB是日本的DIBEG(數(shù)字廣播專家組)制訂的數(shù)字廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),它利用一種已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的復(fù)用方案在一個(gè)普通的傳輸信道上發(fā)送各種不同種類的信號(hào),同時(shí)已經(jīng)復(fù)用的信號(hào)也可以通過(guò)各種不同的傳輸信道發(fā)送出去。ISDB具有柔軟性、擴(kuò)展性、共通性等特點(diǎn),可以靈活地集成和發(fā)送多節(jié)目的電視和其它數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
頻編碼
4.4三種數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比
無(wú)論哪一種制式,它們的視頻壓縮技術(shù)都采用了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn),但是由于美國(guó)和歐洲等在模擬電視的制式的差別,為了兼容性,它們的視頻采樣格式也存在差別,主要體現(xiàn)在行和列的分辨率及場(chǎng)頻等。
在數(shù)字電視信號(hào)的傳輸中,衛(wèi)星傳輸一般采用QPSK調(diào)制技術(shù),電纜傳輸一般采用QAM調(diào)制技術(shù),但地面?zhèn)鬏敳捎玫募夹g(shù)則在不同的制式中存在很大差別,如美國(guó)的ATSC采用的是VSB調(diào)制技術(shù),而歐洲的DVB和日本的ISDB則使用oFDM調(diào)制技術(shù)。
服務(wù)信息是指在數(shù)字電視中開展增值服務(wù)所用的數(shù)據(jù),美國(guó)ATSC制式中的PSIP部分和歐洲D(zhuǎn)VB制式中的SI部分分別規(guī)定了各自數(shù)字電視中的服務(wù)信息格式。
ATScATV優(yōu)點(diǎn):頻譜效率高、功率峰均比低,明顯地減少了脈沖干擾。可將與原模擬NTSC信號(hào)的同頻和鄰頻干擾減至最小。缺點(diǎn)是不能抵抗多徑干擾,不支持移動(dòng)接收。
DVB-T優(yōu)點(diǎn):在基于大量小功率、工作在同一頻道的眾多發(fā)射機(jī),每一個(gè)均覆蓋一個(gè)較小的區(qū)域的這樣一種單頻網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō),DVB是一三種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字地面廣播系統(tǒng)的比較
種最佳選擇。同時(shí)提供了良好的移動(dòng)接收性能。缺點(diǎn)是:其載/噪比低于8-VBS,并且限制了信號(hào)的有效傳輸距離,對(duì)來(lái)自于電機(jī)的脈沖干擾較敏感,較高的峰/均值比,并且需要較高功率的發(fā)射機(jī),保護(hù)間隔降低了頻譜效率并明顯減少帶寬的比特/赫茲率。
ISDB-T和DVB-T非常類似,根據(jù)分層和窄帶接收同時(shí)實(shí)現(xiàn)固定、移動(dòng)和便攜接收,是日本制式的特點(diǎn);與DVB-T相比,ISDB-T增加了部分接收和分層傳輸功能。
5中國(guó)的數(shù)字電視
早在1996年,我國(guó)便開始了數(shù)字電視的研究工作,數(shù)字電視被列人原國(guó)家科委“八五”重大科技產(chǎn)業(yè)工程項(xiàng)目,并成立了數(shù)字高清晰度電視的總體組。1999年10月,高清晰度方案被成功用于國(guó)慶50周年大典的數(shù)字電視現(xiàn)場(chǎng)直播。后國(guó)家將數(shù)字電視發(fā)展計(jì)劃納入“十五”高新技術(shù)的12個(gè)重大專項(xiàng)之列,數(shù)字電視研究工作全面啟動(dòng)。
5.1中國(guó)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)
1)信源編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):
中國(guó)的數(shù)字音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)工作組制定了面向數(shù)字電視和高清激光視盤播放機(jī)的AVS標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)與MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)完全兼容,也可以兼容MPEG-4AVC/H.264國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)基本層,其壓縮水平可達(dá)MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的2-3倍。
2)信道傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
中國(guó)的衛(wèi)星數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)采用歐洲D(zhuǎn)VB—S標(biāo)準(zhǔn)。
中國(guó)有線數(shù)字電視的標(biāo)準(zhǔn)還在報(bào)批過(guò)程中,大中型城市有線電視臺(tái)多采用歐洲的DVB-T標(biāo)準(zhǔn)在試播。
中國(guó)的地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)方案目前還在制定過(guò)程之中。
3)條件接收系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)(CA)、用戶管理系統(tǒng)(SMC)已制定完成。
5.2數(shù)字電視現(xiàn)狀及發(fā)展:
1)中國(guó)數(shù)字電視規(guī)劃:
國(guó)家廣電總局制定了《我國(guó)有線電視向數(shù)字化過(guò)渡時(shí)間表>。
2003年數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)(未按期實(shí)現(xiàn))。
2005年進(jìn)行數(shù)字電視的商業(yè)播出,有線數(shù)字電視用戶超過(guò)3000萬(wàn)戶,直轄市、東部地區(qū)地(市)級(jí)以上城市、中部地區(qū)省會(huì)市和部分地(市)級(jí)城市、西部地區(qū)部分省會(huì)市的有線電視完成向數(shù)字化過(guò)渡。
2008年用數(shù)字電視轉(zhuǎn)播奧運(yùn)會(huì),東部地區(qū)縣以上城市、中部地區(qū)地(市)級(jí)城市和大分縣級(jí)城市、西部地區(qū)部分地(市)級(jí)以上城市和少數(shù)縣級(jí)城市的有線電視基本完成向數(shù)字化過(guò)渡。
2010年全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字廣播電視,中部地區(qū)縣級(jí)城市、西部地區(qū)大部分縣以上城市的有線電視基本完成向數(shù)字化過(guò)渡。
2015年停播模擬信號(hào),西部地區(qū)縣級(jí)城市的有線電視基本完成向數(shù)字化過(guò)渡。
2)數(shù)字電視現(xiàn)實(shí)的困難:
電力線通信簡(jiǎn)稱PLC(PowerLineCommunication0)是利用配電網(wǎng)低壓線路傳輸多媒體信號(hào)的一種通信方式。在發(fā)送時(shí)利用GMSK(高斯濾波最小頻移鍵控)或OFDM(正交頻分多路復(fù)用)調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制,把載有高頻信息的高頻加載于電流,然后再電力線上傳輸,在接收端先經(jīng)過(guò)濾波器將調(diào)制信號(hào)取出,再經(jīng)過(guò)解調(diào),就可得到原通信信號(hào),并傳送到計(jì)算機(jī)或電話,實(shí)現(xiàn)信息傳遞。類似的電力線通技術(shù)信早已有所應(yīng)用,電力系統(tǒng)中在中高壓輸電網(wǎng)(35千伏以上)上通過(guò)電力載波機(jī)利用較低的頻率以較低速率傳送遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)或話音,就是電力線通信技術(shù)應(yīng)用的主要形式之一,已經(jīng)有幾十年歷史。
PLC接入設(shè)備分局段設(shè)備和用戶端PLC調(diào)制解調(diào)器。局段負(fù)責(zé)與內(nèi)部PLC調(diào)制解調(diào)器的通信和與外部網(wǎng)絡(luò)連接。在通信時(shí)來(lái)自用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)入調(diào)制解調(diào)器后,通過(guò)用戶配電線路傳輸?shù)骄侄嗽O(shè)備,局端設(shè)備將信號(hào)解調(diào)出來(lái),再轉(zhuǎn)到外部的Internet。該技術(shù)不需要重新布線,在現(xiàn)有低壓配電線路上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、和視頻業(yè)務(wù)的承載。終端用戶只需插上電源插座即可實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)接入,電視接收、打電話等。同樣電力線通信技術(shù)也可應(yīng)用于其他相關(guān)領(lǐng)域,對(duì)于重要場(chǎng)所的監(jiān)控和保護(hù),一直需要投入大量的人力和財(cái)力,現(xiàn)在只需利用電源線,用極低的代價(jià)更新原有監(jiān)控設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。目前電力系統(tǒng)抄表,基本上主要依靠人工抄表完成。人工抄表的準(zhǔn)確性、同步性難以保證。同時(shí)由于抄表地點(diǎn)分散,表記數(shù)量眾多,所以抄表的工作量巨大。基于電力線路載波(PLC)通信方式的自動(dòng)抄表裝置,由于不需要重鋪設(shè)通信信道,節(jié)省了施工及線路費(fèi)用,成為現(xiàn)代電力通訊的首選方式,使得抄表的工作量大大減少。近年來(lái)居民小區(qū)及大樓朝智能化發(fā)展,現(xiàn)在的智能化建筑已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了5A。但是這些不同的系統(tǒng)自動(dòng)化需要不同的網(wǎng)絡(luò)支持;給建設(shè)和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶來(lái)了巨大的壓力。借助電力線通信技術(shù),無(wú)論是監(jiān)控、消防、樓宇還是辦公或者通信自動(dòng)化都可以利用電力線實(shí)現(xiàn),便于管理和擴(kuò)展。
電力線通信主要優(yōu)勢(shì):
電力線通信有無(wú)可比擬的網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)勢(shì),我國(guó)擁有全世界排名第二的電力輸電線路,擁有用電用戶超過(guò)10億,居民家里誰(shuí)都離不開電力線;顯然連接這10億用戶的既存電力線是提供上網(wǎng)服務(wù)的巨大物質(zhì)基礎(chǔ)。在廣闊的農(nóng)村地區(qū),特別是那些電話網(wǎng)絡(luò)不太發(fā)達(dá)的地區(qū),PLC更有用武之地,畢竟電力網(wǎng)規(guī)模之大是任何網(wǎng)都不可比擬的。雖然這些地區(qū)上網(wǎng)短期需求量并不大,市場(chǎng)發(fā)展成熟較慢,但會(huì)存在電力線上網(wǎng)先入為主的局面,對(duì)PLC的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和擴(kuò)展非常有利。
電力線通信可充分利用現(xiàn)有低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,不需要任何新的線路鋪設(shè),隨意接入,簡(jiǎn)單方便的安裝設(shè)備及使用方式,節(jié)約了資源和費(fèi)用,無(wú)需挖溝和穿墻打洞,避免了對(duì)建筑物和公共設(shè)施的破壞,同時(shí)也節(jié)省了人力,共享互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接,高通訊速率可達(dá)141Mbps(將未通過(guò)升級(jí)設(shè)備可達(dá)200Mbps)。PLC調(diào)制解調(diào)器放置在用戶家中,局端設(shè)備放置在樓宇配電室內(nèi),隨著上游芯片廠商14M產(chǎn)品技術(shù)相對(duì)成熟。PLC設(shè)備整體投入不斷下降,據(jù)調(diào)查當(dāng)前14M的PLCModem產(chǎn)品其成本已降到普通的ADSL接入貓相仿的水平,而局端設(shè)備則更便宜。由于一般一個(gè)局端拖帶PLC調(diào)制解調(diào)器的規(guī)模為20-30臺(tái),因此隨著用戶的增長(zhǎng),局端設(shè)備可以隨時(shí)動(dòng)態(tài)增加,這一點(diǎn)對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō),不必在設(shè)備采購(gòu)初期投入巨大的資金。因此也有寬帶網(wǎng)絡(luò)接入最后一公里最具競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案之稱。
電力線通信的缺點(diǎn)
1數(shù)字電視概念
1.1數(shù)字電視定義
數(shù)字電視是電視數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化后的產(chǎn)物。數(shù)字電視是一個(gè)系統(tǒng),是指從電視節(jié)目采集、制作、編輯、播出、傳輸、用戶端接收、顯示等全過(guò)程的數(shù)字化,換句話說(shuō)就是系統(tǒng)所有過(guò)程信號(hào)全是由O、1組成的數(shù)字流。
數(shù)字電視已不僅僅是傳統(tǒng)意義上的電視,而是能提供包括圖像、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音等全方位的服務(wù),是3C融合的一個(gè)典范,是計(jì)算機(jī)、傳輸平臺(tái)、消費(fèi)電子三個(gè)環(huán)節(jié)的聚焦點(diǎn)。
1.2數(shù)字電視與模擬電視的對(duì)比
數(shù)字電視采用的技術(shù)與原模擬電視有著很大的不同。其技術(shù)比較見(jiàn)下表。
1.3數(shù)字電視的優(yōu)勢(shì)
1)現(xiàn)有模擬電視頻道帶寬為8MHz,只能傳送一套普通的模擬電視節(jié)目。采用數(shù)字電視后一個(gè)頻道內(nèi)就傳送1—8套數(shù)字電視節(jié)目(隨著編碼技術(shù)的改進(jìn),傳送數(shù)量還會(huì)進(jìn)一步提高),電視頻道利用率大大提高。
數(shù)字電視與模擬電視的技術(shù)比較
模擬電視
數(shù)字電視
描述
采用模擬信號(hào)傳輸電視圖像、伴音、
附加功能等信號(hào)
采用數(shù)字信號(hào)傳輸電視圖像、伴音、附加功能等信號(hào)
信源編解碼
因?yàn)樾盘?hào)數(shù)據(jù)量不大。所以不存在信息編碼壓縮問(wèn)題
電視信號(hào)數(shù)字化后,其信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸率很高。須具有良好的數(shù)據(jù)編碼壓縮技術(shù)
復(fù)用
無(wú)夏用器,視頻、音頻信號(hào)分別傳輸
將編碼后的視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)信號(hào)分別打包后復(fù)合成單路串行的比特流,使數(shù)字電視具備了可擴(kuò)展性、分級(jí)性、交互性、與網(wǎng)絡(luò)的互通性
信道編解碼調(diào)制解調(diào)
圖像信號(hào)按行、場(chǎng)排列,并具有行、
場(chǎng)同步信號(hào)、前后均衡脈沖等,并對(duì)
視頻信號(hào)有補(bǔ)償處理。調(diào)制方式一般采用調(diào)頻或調(diào)幅
有壓縮及復(fù)用,傳送時(shí)的信號(hào)不再有模擬電視場(chǎng)、行標(biāo)志及概念。通過(guò)
糾錯(cuò)、均衡來(lái)提高信號(hào)抗干擾能力,調(diào)鍘采用QAM、COFDM等新方法。
且隨著調(diào)制方法技術(shù)的改進(jìn)。傳輸效率會(huì)進(jìn)一步提高
特點(diǎn)
信號(hào)數(shù)據(jù)量少,技術(shù)成熟.價(jià)格便宜
信號(hào)不易在傳輸中失真,清晰度高,占用頻帶窄。數(shù)字電視信號(hào)可方便地在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中傳輸,與計(jì)算機(jī)具有良好接口。
2)清晰度高、音頻效果好、抗干擾能力強(qiáng)。在同樣覆蓋范圍內(nèi),數(shù)字電視的發(fā)射功率要比模擬電視小一個(gè)數(shù)量級(jí)。
3)可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)接收、便攜接收及各種數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù),實(shí)現(xiàn)視頻點(diǎn)播等各種互動(dòng)電視業(yè)務(wù),實(shí)現(xiàn)加密/解密和加擾/解擾功能,保證通信的隱秘性及收費(fèi)業(yè)務(wù)。
4)系統(tǒng)采用了開放的中間件技術(shù),能實(shí)現(xiàn)各種交互式應(yīng)用,可與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及互聯(lián)網(wǎng)等的互通互連。
5)易于實(shí)現(xiàn)信號(hào)存儲(chǔ),而且存儲(chǔ)時(shí)間與信號(hào)的特性無(wú)關(guān),易于開展多種增值業(yè)務(wù)。
6)由于保留了現(xiàn)有模擬電視視頻格式,用戶端僅需加裝數(shù)字電視機(jī)頂盒即可接收數(shù)字電視節(jié)目,利于系統(tǒng)的平穩(wěn)過(guò)渡,減少消費(fèi)者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
1.4數(shù)字電視的應(yīng)用范圍
1)基本業(yè)務(wù):只要節(jié)目源許可,用戶可以收看數(shù)百套數(shù)字電視節(jié)目,以及幾十套調(diào)頻廣播節(jié)目和數(shù)字音頻廣播(DAB)節(jié)目。
2)擴(kuò)展業(yè)務(wù):可提供如圖文電視、電視會(huì)議、數(shù)據(jù)信息廣播、加密電視、視頻點(diǎn)播等。
3)增值業(yè)務(wù):可通過(guò)雙向傳輸系統(tǒng)進(jìn)行交互式的多功能應(yīng)用,如互聯(lián)網(wǎng)接入、遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、電子郵件、計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)通訊、家庭保安監(jiān)控等多媒體信息服務(wù)。
1.5數(shù)字電視的弱點(diǎn)
數(shù)字電視并不是完美無(wú)缺的,它同樣存在著一些弱點(diǎn)。例如在取樣的過(guò)程、量化誤差、壓縮編碼所帶來(lái)的信號(hào)損傷,在節(jié)目制作及傳輸過(guò)程中貫通延遲。有些損傷可以修復(fù),并不影響圖像的最終質(zhì)量,而有些損傷只能通過(guò)一些補(bǔ)償措施削弱它的影響,但這并不能影響電視領(lǐng)域向數(shù)字化的轉(zhuǎn)變。與電視信號(hào)數(shù)字化后所帶來(lái)的好處相比,這些影響往往會(huì)被忽略。
2數(shù)字電視分類
2.1按信號(hào)傳輸方式可分為:地面無(wú)線傳輸數(shù)字電視(地面數(shù)字電視);衛(wèi)星傳輸數(shù)字電視(衛(wèi)星數(shù)字電視);有線傳輸數(shù)字電視(有線數(shù)字電視)。
2.2按圖像清晰度可分為三大類
1)數(shù)字高清晰度電視(HDTV):需至少720線逐行或1080線隔行掃描、屏幕寬高比應(yīng)為16:9、采用杜比數(shù)字音響,能將高清晰格式轉(zhuǎn)化為其他格式并能接收并顯示較低格式的信號(hào),圖像質(zhì)量可達(dá)到或接近35mm寬銀幕電影的水平。
2)數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(SDTV):必須達(dá)到480線逐行掃描,能將720逐行、1080隔行等格式變?yōu)?80逐行輸出,采用杜比數(shù)字音響。對(duì)應(yīng)現(xiàn)有電視的分辨率,其圖像質(zhì)量為演播室水平。
3)數(shù)字普通清晰度電視(LDTV):顯示掃描格式低于標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視,即低于480線逐行掃描的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)應(yīng)現(xiàn)有VCD的分辨率。
2.3按照產(chǎn)品類型可分為
數(shù)字電視顯示器、數(shù)字電視機(jī)頂盒和一體化數(shù)字電視接收機(jī);
2.4按顯示屏幕幅型比分類
數(shù)字電視可分為4:3和16:9幅型比兩種類型。
3數(shù)字電視技術(shù)
數(shù)字電視的實(shí)現(xiàn),以下幾項(xiàng)技術(shù)是關(guān)鍵:
3.1數(shù)字電視的信源(視頻、音頻)編解碼技術(shù)在1920x1080顯示格式下,數(shù)字化后信號(hào)的數(shù)碼率在傳輸中高達(dá)995Mbit/s,這比現(xiàn)行模擬電視的傳輸信息量大得多,因此必須去除圖像信號(hào)中的多余信息,將數(shù)碼率壓縮到能在一個(gè)8MHz模擬電視信道中傳送。視頻編碼技術(shù)主要功能是完成圖像的壓縮,使數(shù)字電視的信號(hào)傳輸量由995Mbit/s減少為20Mbit/s~30Mbit/s。國(guó)際組織已經(jīng)制定了對(duì)圖像進(jìn)行壓縮編碼的標(biāo)準(zhǔn)有JPEG(靜態(tài)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn))、MPEG-2(運(yùn)動(dòng)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn))等。音頻編解碼主要功能是完成聲音信息的壓縮。對(duì)伴音進(jìn)行壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)有MPEG伴音壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)、AC-3等。
3.2數(shù)字電視的復(fù)用系統(tǒng)
數(shù)字電視的復(fù)用系統(tǒng)從發(fā)送端信息的流向來(lái)看,它將視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)等編碼器送來(lái)的數(shù)據(jù)比特流,經(jīng)處理復(fù)合成單路串行的比特流,送給信遭編碼及調(diào)制。接受端與此過(guò)程相反。在HDTV復(fù)用傳輸標(biāo)準(zhǔn)方面,美國(guó)、歐洲、日本都采用了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。
3.3數(shù)字電視的信道編解碼及調(diào)制解調(diào)
為了提高傳輸?shù)念l帶利用率,通過(guò)調(diào)制把傳輸信號(hào)放在載波或脈沖串上,為發(fā)射做好準(zhǔn)備。數(shù)字電視采用多進(jìn)制調(diào)制方法,例如:殘留邊帶調(diào)制(VSB);正交振幅調(diào)制(QAM);四相相移鍵控調(diào)制(QPSK);差動(dòng)四相相移鍵控調(diào)制(DQPSK);編碼正交頻分復(fù)用調(diào)制(COFDM)等。
為了提高數(shù)字電視傳輸?shù)目煽啃裕ㄟ^(guò)糾錯(cuò)編碼、網(wǎng)格編碼、均衡等技術(shù),提高信號(hào)的抗干擾能力,方法如:里德一索羅門碼、卷積碼、交織、格狀編碼調(diào)制等。美國(guó)、歐洲、日本數(shù)字電視的制式、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,主要是指在該方面的不同。
數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)
數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)是指數(shù)字電視采用的視音頻采樣、壓縮格式、傳輸方式和服務(wù)信息格式等的規(guī)定。目前投入使用的有三種:
美國(guó)的ATSC(先進(jìn)電視系統(tǒng)委員會(huì));歐洲的DVB(數(shù)字視頻廣播);日本的ISDB(綜合服務(wù)數(shù)字廣播)。
每一種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于信源的處理、畫面格式及傳輸方式等方面均有一些差別。每一種數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)又可分為衛(wèi)星傳輸、電纜傳輸和地面?zhèn)鬏敺绞健?/p>
4.1美國(guó)ATSC標(biāo)準(zhǔn)
ATSC標(biāo)準(zhǔn)由四個(gè)層級(jí)組成,最高為圖像層,確定圖像的形式,包括象素陣列、幅型比和幀頻。接著是圖像壓縮層。再下來(lái)是系統(tǒng)復(fù)用層,特定的數(shù)據(jù)被納入不同的壓縮包中。最后是傳輸層,確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制和信道編碼方案。下面兩層共同承擔(dān)普通數(shù)據(jù)的傳輸。上面兩層確定在普通數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)上運(yùn)行的特定配置,如HDTV或SDTV;還確定ATSC標(biāo)準(zhǔn)支持的具體圖像格式。
另外,ATSC還開發(fā)并通過(guò)了可為采用50Hz幀頻的國(guó)家使用的另行標(biāo)準(zhǔn)。
ATSC成員30個(gè),其中有美國(guó)國(guó)內(nèi)成員20個(gè)、來(lái)自阿根廷、法國(guó)、韓國(guó)等7個(gè)國(guó)家的成員10個(gè),中國(guó)的廣播科學(xué)研究院也參加了ATSC組織。
4.2歐洲D(zhuǎn)VB標(biāo)準(zhǔn)
支持室內(nèi)接收、移動(dòng)接收等需求,包括4個(gè)系統(tǒng)。
1)DVB傳輸系統(tǒng):涉及衛(wèi)星、有線電視、地面、SMATV、MMDS等所有傳輸媒體。
DVB-S數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。衛(wèi)星傳輸具有覆蓋面廣、節(jié)目容量大等特點(diǎn)。
DVB-C數(shù)字有線電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)前端可從衛(wèi)星和地面發(fā)射獲得信號(hào)。
pWB-T數(shù)字地面電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。本地區(qū)覆蓋最好。傳輸質(zhì)量高,但接收費(fèi)用也高。
DVB-SMATV是數(shù)字衛(wèi)星共用天線電視(SMATV)廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。
DVB-MS高于10GHz的數(shù)字廣播MMDS分配系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。
DVB-MC低于10GHz的數(shù)字廣播MMDS分配系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。
2)DVB基帶附加信息系統(tǒng):可傳送接收IRD調(diào)諧、節(jié)目指南及圖文、字幕、圖標(biāo)等信息。
DVB標(biāo)準(zhǔn)定義的畫面格式
DVB-SI數(shù)字廣播業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。
DVB-TXT數(shù)字圖文廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),用于固定格式圖文電視的傳送。
DVB-SUB為數(shù)字廣播字幕系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),用于字幕及圖標(biāo)的傳送。
3)DVB交互業(yè)務(wù)服務(wù):對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)有:DVB—NIP、DVB-R.CC和DVB-R.CT。
4)DVB條件接收及接口標(biāo)準(zhǔn):條件接收是付費(fèi)電視廣播的基本部分。DVB數(shù)字廣播系統(tǒng)與其他電信網(wǎng)絡(luò)(如SDH、ATM等)連接,可實(shí)現(xiàn)DVB向電信網(wǎng)絡(luò)的過(guò)渡。標(biāo)準(zhǔn)包括:DVB-C11DVB-PDH,DVB-SDH,DVB—ATM、DVB-PI和DVB-IRDI。
DVB成員已經(jīng)達(dá)到265個(gè)(來(lái)自35個(gè)國(guó)家和地區(qū)),主要集中在歐洲并遍及世界各地,我國(guó)的廣播科學(xué)研究院和TCL電子集團(tuán)也在其中。
4.3日本ISDB標(biāo)準(zhǔn)
日本數(shù)字電視首先考慮的是衛(wèi)星信道,采用QPSK調(diào)制。并在1999年了數(shù)字電視的標(biāo)準(zhǔn)--ISDB。ISDB是日本的DIBEG(數(shù)字廣播專家組)制訂的數(shù)字廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),它利用一種已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的復(fù)用方案在一個(gè)普通的傳輸信道上發(fā)送各種不同種類的信號(hào),同時(shí)已經(jīng)復(fù)用的信號(hào)也可以通過(guò)各種不同的傳輸信道發(fā)送出去。ISDB具有柔軟性、擴(kuò)展性、共通性等特點(diǎn),可以靈活地集成和發(fā)送多節(jié)目的電視和其它數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
ISDB籌劃指導(dǎo)委員會(huì)委員17個(gè),其他成員23個(gè),其成員均為日本國(guó)內(nèi)電子公司和廣播ISDB標(biāo)準(zhǔn)定義的畫面格式三種數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比機(jī)構(gòu)。
4.4三種數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比
無(wú)論哪一種制式,它們的視頻壓縮技術(shù)都采用了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn),但是由于美國(guó)和歐洲等在模擬電視的制式的差別,為了兼容性,它們的視頻采樣格式也存在差別,主要體現(xiàn)在行和列的分辨率及場(chǎng)頻等。
在數(shù)字電視信號(hào)的傳輸中,衛(wèi)星傳輸一般采用QPSK調(diào)制技術(shù),電纜傳輸一般采用QAM調(diào)制技術(shù),但地面?zhèn)鬏敳捎玫募夹g(shù)則在不同的制式中存在很大差別,如美國(guó)的ATSC采用的是VSB調(diào)制技術(shù),而歐洲的DVB和日本的ISDB則使用oFDM調(diào)制技術(shù)。
服務(wù)信息是指在數(shù)字電視中開展增值服務(wù)所用的數(shù)據(jù),美國(guó)ATSC制式中的PSIP部分和歐洲D(zhuǎn)VB制式中的SI部分分別規(guī)定了各自數(shù)字電視中的服務(wù)信息格式。
ATScATV優(yōu)點(diǎn):頻譜效率高、功率峰均比低,明顯地減少了脈沖干擾。可將與原模擬NTSC信號(hào)的同頻和鄰頻干擾減至最小。缺點(diǎn)是不能抵抗多徑干擾,不支持移動(dòng)接收。
DVB-T優(yōu)點(diǎn):在基于大量小功率、工作在同一頻道的眾多發(fā)射機(jī),每一個(gè)均覆蓋一個(gè)較小的區(qū)域的這樣一種單頻網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō),DVB是一三種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字地面廣播系統(tǒng)的比較
種最佳選擇。同時(shí)提供了良好的移動(dòng)接收性能。缺點(diǎn)是:其載/噪比低于8-VBS,并且限制了信號(hào)的有效傳輸距離,對(duì)來(lái)自于電機(jī)的脈沖干擾較敏感,較高的峰/均值比,并且需要較高功率的發(fā)射機(jī),保護(hù)間隔降低了頻譜效率并明顯減少帶寬的比特/赫茲率。
ISDB-T和DVB-T非常類似,根據(jù)分層和窄帶接收同時(shí)實(shí)現(xiàn)固定、移動(dòng)和便攜接收,是日本制式的特點(diǎn);與DVB-T相比,ISDB-T增加了部分接收和分層傳輸功能。
5中國(guó)的數(shù)字電視
早在1996年,我國(guó)便開始了數(shù)字電視的研究工作,數(shù)字電視被列人原國(guó)家科委“八五”重大科技產(chǎn)業(yè)工程項(xiàng)目,并成立了數(shù)字高清晰度電視的總體組。1999年10月,高清晰度方案被成功用于國(guó)慶50周年大典的數(shù)字電視現(xiàn)場(chǎng)直播。后國(guó)家將數(shù)字電視發(fā)展計(jì)劃納入“十五”高新技術(shù)的12個(gè)重大專項(xiàng)之列,數(shù)字電視研究工作全面啟動(dòng)。
5.1中國(guó)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)
1)信源編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):
中國(guó)的數(shù)字音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)工作組制定了面向數(shù)字電視和高清激光視盤播放機(jī)的AVS標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)與MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)完全兼容,也可以兼容MPEG-4AVC/H.264國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)基本層,其壓縮水平可達(dá)MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的2-3倍。
2)信道傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
中國(guó)的衛(wèi)星數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)采用歐洲D(zhuǎn)VB—S標(biāo)準(zhǔn)。
中國(guó)有線數(shù)字電視的標(biāo)準(zhǔn)還在報(bào)批過(guò)程中,大中型城市有線電視臺(tái)多采用歐洲的DVB-T標(biāo)準(zhǔn)在試播。
中國(guó)的地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)方案目前還在制定過(guò)程之中。
3)條件接收系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)(CA)、用戶管理系統(tǒng)(SMC)已制定完成。
5.2數(shù)字電視現(xiàn)狀及發(fā)展:
1)中國(guó)數(shù)字電視規(guī)劃:
國(guó)家廣電總局制定了《我國(guó)有線電視向數(shù)字化過(guò)渡時(shí)間表>。
2003年數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)(未按期實(shí)現(xiàn))。
2005年進(jìn)行數(shù)字電視的商業(yè)播出,有線數(shù)字電視用戶超過(guò)3000萬(wàn)戶,直轄市、東部地區(qū)地(市)級(jí)以上城市、中部地區(qū)省會(huì)市和部分地(市)級(jí)城市、西部地區(qū)部分省會(huì)市的有線電視完成向數(shù)字化過(guò)渡。
2008年用數(shù)字電視轉(zhuǎn)播奧運(yùn)會(huì),東部地區(qū)縣以上城市、中部地區(qū)地(市)級(jí)城市和大分縣級(jí)城市、西部地區(qū)部分地(市)級(jí)以上城市和少數(shù)縣級(jí)城市的有線電視基本完成向數(shù)字化過(guò)渡。
2010年全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字廣播電視,中部地區(qū)縣級(jí)城市、西部地區(qū)大部分縣以上城市的有線電視基本完成向數(shù)字化過(guò)渡。
2015年停播模擬信號(hào),西部地區(qū)縣級(jí)城市的有線電視基本完成向數(shù)字化過(guò)渡。
2)數(shù)字電視現(xiàn)實(shí)的困難:
2電工電子技術(shù)在電力系統(tǒng)輸電中的應(yīng)用
輸電過(guò)程中運(yùn)用電工電子技術(shù)能夠體現(xiàn)出其重要的作用。電工電子技術(shù)在輸電中的應(yīng)用能夠有效保證電能運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性與安全性。電工電子技術(shù)在輸電中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在這么幾點(diǎn)。
2.1高壓直流電中電工電子技術(shù)的應(yīng)用直流輸電技術(shù)能夠獲得廣泛的應(yīng)用,與晶閘管換流閥在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用具有緊密的聯(lián)系。同時(shí)這也在一定程度上充分體現(xiàn)電力系統(tǒng)的快速發(fā)展。當(dāng)前,全國(guó)各地電力系統(tǒng)將晶閘管進(jìn)行廣泛的應(yīng)用,可以說(shuō)是電力系統(tǒng)快速發(fā)展的一種體現(xiàn)。與此同時(shí),電力輸電系統(tǒng)正朝著易操作、易控制的方向不斷發(fā)展。將電工電子技術(shù)應(yīng)用于其中,使得該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)充。這樣不僅有效的減少了直流轉(zhuǎn)換變壓器在輸電中的使用,有效降低成本,同時(shí)還使得電流轉(zhuǎn)換設(shè)備具有更強(qiáng)的移動(dòng)性,設(shè)備使用的靈活性進(jìn)一步增強(qiáng)。
2.2靜止無(wú)功補(bǔ)償中電工電子技術(shù)的應(yīng)用電工電子技術(shù)在輸電系統(tǒng)中的重要應(yīng)用表現(xiàn)在靜止無(wú)功補(bǔ)償方面。即使當(dāng)前我國(guó)大多數(shù)電力系統(tǒng)并未采用這種輸變電系統(tǒng),但是有部分國(guó)家已經(jīng)開始應(yīng)用。將這種技術(shù)應(yīng)用于其中有效的改變了傳統(tǒng)電氣開關(guān),利用晶閘管作為全新的開關(guān)設(shè)備。有效準(zhǔn)確、迅速的控制設(shè)備,提高電力輸送的控制效果。這也充分體現(xiàn)電工電子技術(shù)在輸電系統(tǒng)中的重要作用。
3電子電子技術(shù)在變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用
在世界能源使用情況不允樂(lè)觀的情況下,節(jié)能已經(jīng)成為一項(xiàng)世界性的活動(dòng)。針對(duì)此種情況,電力公司在輸送電能的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)更多的節(jié)約電能。如果電力公司要想更好、更多的節(jié)約電能,就應(yīng)當(dāng)從發(fā)電環(huán)節(jié)就開始節(jié)能。電力公司在為人們?nèi)粘5纳a(chǎn)生活提供穩(wěn)定電能的過(guò)程中,電力系統(tǒng)自身也會(huì)消耗一定的能量。無(wú)論采用何種新型的發(fā)電模式,都是將其自身的能量轉(zhuǎn)化為電能。電力系統(tǒng)在輸送電能的過(guò)程中,可以通過(guò)這兩方面進(jìn)行考量。一方面是減少其他能源的消耗,促使能量最大限度的轉(zhuǎn)化為電能;而另一方面則是電力系統(tǒng)在發(fā)電的過(guò)程中盡可能減少對(duì)自身造成的損害。節(jié)約能源無(wú)論從哪方面著手,就應(yīng)當(dāng)在負(fù)荷方面對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度進(jìn)行調(diào)整。這項(xiàng)技術(shù)要想使用的更為精準(zhǔn),其中就必須應(yīng)用到電工電子技術(shù)。電工電子技術(shù)的應(yīng)用能夠取到良好的節(jié)能效果。