STATCOM在电力系统故障时的动态特性仿真研究

第一篇：STATCOM在电力系统故障时的动态特性仿真研究

STATCOM在电力系统故障时的动态特性仿真研究

汤亚芳，施怀瑾

（贵州工业大学电气工程学院，贵州 贵阳 550003）

摘 要：采用MATLAB PSB建立了STATCOM的时域仿真模型，以实例对STATCOM在系统故障时的动态运行特性进行了仿真研究。结果表明，当控制器采用常规的算法时，STATCOM的运行可能会严重偏离其正常运行条件，此时STATCOM无论是退出运行或继续存在于系统都可能加剧系统的故障状态。

关键词：静止无功补偿器（STATCOM）；动态特性；故障；仿真 中图分类号：TM743；TM761.1 文献标识码：A

0 引 言

采用大功率门极可关断晶闸管(GTO)的STATCOM由于具有响应速度快，可以在感性到容性整个范围中连续地进行无功调节，特别是在欠压条件下所需储能电容容量较小，从而可减小装置体积等优点，在电力工业界得到愈加广泛的应用。通过控制器的控制作用，STATCOM具有无功功率控制、维持连接点的电压稳定、防止系统电压崩溃及提高系统的暂态稳定性等功能。而STATCOM对电力系统作用的同时，电力系统的动态和暂态过程都不同程度的影响STATCOM的运行。特别是在系统故障情况下，STATCOM的运行条件突变，此时有必要研究一下它的动态特性，以全面评价STATCOM的性能。

本文利用MATLAB PSB建立了STATCOM时域仿真模型，对系统故障情况下STATCOM的动态特性进行了仿真，得到了一些有用的结论。含STATCOM的简单电力系统的仿真模型的建立

本文利用MATLAB PSB仿真软件进行仿真，仿真系统接线图见图1.利用文献［4］中提出的建模方法建立该电力系统及STATCOM的仿真模型，参数见文献［4］.STATCOM的控制算法采用常规的控制算法：PI控制算法（图2）.图1 含有STATCOM的单机—无穷大系统接线图 图2 PI逆系统电压控制框图STATCOM受扰状态仿真研究

2.1 STATCOM的运行状态的变化

STATCOM在运行过程中要受到直流侧电容电压Udc和输出电流IA的限制，它们应满足以下条件：

Udcmin≤Udc≤Udcmax

IA≤IAmax(1)一旦Udc或IA超出限制范围，STATCOM装置本身将会受到损坏。当系统出现故障时，STATCOM的控制器将调节输出无功，以提高系统的暂态稳定性，此时Udc或IA很可能超出限制范围，STATCOM安全将受到威胁。

假定t=0.1s时，图1所示电力系统线路1在STATCOM连接点处出现三相接地短路故障，t=0.2s短路线路切除并保持单回线路运行。由仿真结果（图3）可以看出在故障期间，STATCOM的电容电压及输出电流均超出正常运行范围，这将引起STATCOM的故障。(a)STATCOM直流侧电容电压(b)STATCOM输出电流曲线

图3 系统故障时STATCOM运行状态变化曲线

2.2 STATCOM退出系统运行时的仿真分析

由以上仿真分析可知，系统故障期间STATCOM的工作条件变得很恶劣。当输出电流及电容电压超过STATCOM的安全运行范围时，保护系统将动作，封锁GTO脉冲或使STATCOM退出运行。

当系统出现故障时，STATCOM接入点系统电压变化较大。此时STATCOM的控制器将动作，使得δ不断变化，由于STATCOM输出的无功功率可表示为Q=Us/(2r)sin2δ（式中Us为STATCOM接入点系统电压；r为STATCOM等值电阻；δ为STATCOM输出电压与系统电压之间的相角差），因此其输出的无功也在不断变化中。如果在STATCOM向系统输出较大无功时自身又出现故障，为保证STATCOM安全，它的保护系统将会动作将其切除，这时系统出现无功缺额。如果系统无功备用足够的话，经过发电机的励磁调节器的调节作用，电压还能恢复到原有水平。如果无功备用不足，则电压将会出现较大的波动。

此时，STATCOM不仅不能起到原有的控制作用，反而可能因为它的退出又将使受扰系统受到新的扰动，系统的暂态稳定将遭到更大的考验。

假设在t=0.5ms时，STATCOM接入点处线路1发生三相短路故障；t=0.7ms线路1被切除；而在t=0.6ms时，因为出现过电流STATCOM退出系统。仿真结果（图4）显示由于STATCOM的退出使得系统振荡加剧，并最终失去稳定。可见在系统故障期间，应尽量提高STATCOM的生存能力，不应随意的将其退出。这样一可以避免它的退出对系统所产生的冲击，二来也避免了STATCOM缓慢的再投入过程。

(a)STATCOM未接入系统(b)STATCOM在系统故障时退出

图4 系统故障时STATCOM退出运行的仿真分析

2.3 STATCOM继续运行时的仿真研究

如果STATCOM的控制系统采用的是常规的潮流控制方式（电压控制及无功控制）时，在系统正常运行情况下，这些控制方法确实能起到应有的作用。但是一旦系统运行在特殊的运行方式时（如负荷突增，短路故障），这些控制方法有可能会减弱系统的阻尼，甚至使系统出现“负阻尼”的现象，使系统的振荡加剧。

在理论上证明这种现象的存在性：利用文献［9］提出的方法来建立安装有STATCOM的电力系统的Phillips-Heffron模型，并利用该模型来分析电力系统的稳定性。

根据图5所示的电力系统的等值电路图可得出系统的Phillips-Heffron模型为：

EqEfdVdc0K1MK4MKAK5TAK7bDM0000K2MK3001Td01TA00KpdcMKqdcTd0KAK6TAK8MKAKvdcTAK9EqEfdVdc0KpMKqTd0KAKvTAKd(2)

式中：Δδ为发电机相角增量；Δω为发电机转速增量；ΔEq′为发电机暂态电势增量；ΔEfd为空载电势增量；ΔVdc为STATCOM直流侧电容电压增量；Δψ为STATCOM输出电压与系统电压相角差的增量；M为发电机转动惯量；TA和KA为励磁机等值时间常数和增益；Td0′为励磁绕阻时间常数。

K1Pe,K2PeEq,K3EqEq,K4VtPepdc,K5PeVdcVt,K6VtEqKPep,KqEq,Kv,K,KqdcEqVdc

图5 等值电路图 根据以上模型，我们可得到STATCOM从Δψ到发电机机电振荡环节向前通道中由STATCOM提供的阻尼转矩：

ΔTEDC=-KpψΔψ(3)如果STATCOM采用电压PI控制，设PI控制的微分系数为K1,比例系数为K2.则有以下控制算法：

(K1sK2)V((K1sK1sK2)mVdc(K1sK2)mK(4)(5)

由式（5）可看出，STATCOM是否向系统提供正的阻尼转矩取决于系数Kpψ的正负。Kpψ>0时，STATCOM向系统提供负阻尼；Kpψ<0时，STATCOM向系统提供正阻尼。

，因此在系统负荷变化比较大或故障期间电压波动大时，由于控制器因为的控制作用使得ψ角不断增大，也就是说STATCOM向系统输入的有功功率Pe增大，使得Kpψ>0，STATCOM就向系统提供负阻尼，从而加剧系统的故障。

下面以仿真来证明这种现象的存在性。

假设在t=0.3ms时，STATCOM接入点处线路1发生三相短路故障，故障在t=0.5ms时被切除。图6（a）表示STATCOM未接入系统时，发电机的转速变化曲线。图6（b）表示STATCOM接入系统后的发电机变化曲线，由图中可以看出此时发电机转速的波动更加剧烈。因此在系统故障期间，STATCOM不能采用一些常规的控制方式，而应采用其他的一些控制措施。KpTEDCKpK2)mVdcKpdcPe(a)STATCOM未接入系统(b)STATCOM接入系统

图6 STATCOM对系统产生负阻尼作用的仿真分析 结 语

本文利用MATLAB PSB对STATCOM在系统故障时的动态特性进行了时域数值仿真。仿真结果表明：

1．采用常规控制的STATCOM，在系统故障情况下其输出电流及直流侧电容电压将会增大，此时STATCOM的安全将受到极大的威胁。

2．系统故障时，为STATCOM的安全着想将其退出运行，此时有可能引起系统运行的不稳定。

3．系统故障期间，采用常规控制的STATCOM会使系统的振荡加剧。

基于以上分析，在系统故障时，要对STATCOM采取特殊的措施，使其本身的安全及系统的安全都不受影响。目前在一些文献中（如［1］、［5］）已经提出了一种STATCOM的保护性控制方式，这种保护性的控制方式可以在一定程度上避免这些情况的产生。作者在文献［8］中提出了一些解决措施，并用仿真方法加以了检验。

参考文献：

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[9] H F Wang.Phillips-Heffrons Model of Power System Installed with STATCOM and application［J］.IEE proc-Gener Transm Distrib,1999,146(5):521-527.The Application of the Protective Control on the SATCOM

TANG Ya-fang, SHI Huai-jin(College of Electrical Engineering, GUT, Guiyang 550003,China)Abstract:A simulation model of a simple power system with STATCOM is built by MATLAB PSB.The dynamic characteristics of the STATCOM in the fault of power system are studied by simulation.The simulation results show that under large disturbance, the normal condition of the power system with STATCOM cannot be maintained.Whether STATCOM maintains in or retreats from the power system, in both cases STATCOM could aggravate the fault status.Key words:static VAR compensator(STATCOM);dynamic characteristics;fault;simulation

第二篇：电力系统故障数据分析平台的研究

电力系统故障数据分析平台的研究

黄细勇

佛山三水供电局

摘要：分析电力系统中故障数据分析系统的功能、现状和特点，提出故障数据分析平台的概念并对其进行研究。介绍平台的主要特点，给出平台设计的整体架构，并说明各组成模块的功能划分，还对模块间的关系等相关问题进行了阐述。

关键词：电力系统 故障分析 支撑平台

一、前言

电力工业是为国民经济和社会发展提供能源的重要基础产业，也是关系国计民生的公用事业。但日益复杂的电力系统，发生故障的几率也在不断增加，某些扰动可能导致大面积停电和稳定性问题尖锐化，严重时系统可能失去稳定。

目前电力系统中的常用的故障分析系统有故障录波系统、输电线路行波测距系统、小电流接地选线系统和电能质量监测系统等，这些系统为分析电网故障、确定电力系统在特定情况下的运行状况提供了强有力的支持。这一类应用的共同点是都要对某些模拟量数据进行记录、分析和计算，从而实现不同故障分析系统的功能。但目前处理录波数据的系统一般只针对具体的应用而开发，相互之间尽管在数据处理方面有许多共性，却是由不同公司各自开发的，系统的开放性差，只适用于某一种特定的应用，缺少平台化的设计思想。这样就形成了所谓的“自动化孤岛”现象。

二、故障数据分析平台的功能分析

目前电力系统中常用的故障数据分析系统有以下几种：

（一）故障录波分析系统

故障录波系统是电力系统发生故障及振荡时能自动记录的一种系统,它可以记录因短路故障、系统振荡、频率崩溃、电压崩溃等大扰动引起的系统电流、电压及其导出量,如有功、无功及系统频率的全过程变化现象。主要用于检测继电保护与安全自动装置的动作行为,了解系统暂态过程中系统各电参量的变化规律,校核电力系统计算程序及模型参数的正确性，故障录波已成为分析系统故障的重要依据。

系统主要由电流(电压)智能监视模块、通信链路、监视微机和分析软件四部分组成,该系统将多个智能监视模块统一编址，通过通信网与分析主机相连，组成故障录波系统。每一个智能监视模块相当于一个独立的微型故障录波器，在线监视一条线路的运行状况，连续采集数据。当该线路发生异常时，相应模块连续采集一段设定时间段的线路运行数据，然后，将异常出现时刻前后各一段设定时间的数据作为故障录波信息保存，并上传给分析主机；分析主机将模块上传的数据加以保存、远传和处理，并可将异常波形显示并打印出来。

（二）输电线路行波测距系统

当输电线路发生故障后，必须通过寻线找出故障点，并根据故障造成的损坏程度判断线路能否继续运行还是须停电检修。行波测距是目前应用广泛的故障测距方法，其基本原理是：在电力系统发生故障后,在故障点将产生向两端运行的暂态行波,暂态行波在传播过程中遇到不均匀介质时,将发生折射和反射,因此在故障点和母线检测处暂态行波会发生反射和透射,这样就可以利用两个波头之间的时间差来完成故障定位。

行波采集与处理系统安装在厂站端，采用集中组屏式结构，一般包括行波采集装置、T－GPS电力系统同步时钟以及当地处理机三部分。行波采集装置主要负责暂态电流信号的采集、缓存以及暂态启动，并生成启动报告；T－GPS负责提供精确同步脉冲信号及全球统一时间信息；当地处理机由一台工控机构成，负责接收、存储来自装置的暂态启动报告，并与安装在线路对端所在变电所内的行波采集与处理系统交换启动数据，从而自动给出双端行波故障测距结果。

（三）小电流接地选线系统

电力系统配电网故障中绝大部分是单相接地故障。由于故障电流小，系统可带故障继续运行一定时间，小电流接地方式可显著提高供电可靠性，同时也具有提高对设备和人身安全性、降低对通讯系统电磁干扰等优点。但长时间带故障运行，特别是间歇性弧光接地故障时，过电压容易使电力设备出现新的接地点使事故扩大；同时故障电流可能使故障点永久烧坏，最终引短路故障。因此故障后快速选择故障线路就显得十分重要，在发生故障时须准确选出故障线路,以便及时切除故障。

由以上分析可以得出故障处理系统的共性：首先进行数据的采集和存储，再由数据处理模块进行数据的分析、计算及各种特征的提取等操作，最后对所得结果进行保存、显示和打印等。但目前不同的故障处理系统只针对具体应用开发，缺少通用平台的概念。

三、平台的主要功能模块与工作流程

参数设置模块可以对平台运行的参数进行设置，使平台在合适的状态下运行。前置机通过规约处理模块与站端装置进行通信，接收不同监测装置上传的各种录波数据，包括对不同通信规约传输数据的打包与解规约。数据通讯模块负责与后台机交换信息，若从装置收到的录波数据格式不符合Comtrade标准则先调用数据格式转换模块然后再将转换后的数据交给数据通讯模块。

故障处理模块负责把接收到的数据进行分析处理，将数据分析后通过数据库管理模块送入数据库服务器中，故障处理模块还提供与高级应用程序的接口。报表管理模块从数据库中取得数据生成各种报表，装置参数整定模块在后台机上发送参数整定命令，通过前置机发到装置以调整装置的运行状态。装置运行监控模块实现监测与控制装置运行状况的功能，告警模块处理装置上报或是系统操作所产生的各种告警信息。

当用户要查看录波数据曲线时调用录波查询模块查找到满足要求的数据，再通过录波曲线显示模块对要分析的数据进行查看。用户权限设置模块设定用户的使用权限，以提高平台的安全性。

四、结束语

本文提出的电力系统故障数据分析平台，遵循标准化、模块化、分布式、分层次的设计原则，具有良好的通用性和可扩展性，为开发故障录波系统、行波测距、小电流接地故障监测和电能质量监测等以处理录波数据为主的信息管理系统提供全面的底层支持。平台的使用可以提高软件的重复利用率，避免重复开发，减少电力企业的投资，有利于提高电网的运行和管理自动化水平。参考文献：

[1]刘念 谢驰 滕福生 电力系统安全稳定问题研究[J] 四川电力技术2004（1）1－6

[2]王洪涛 王剑 朱诚 电力系统信息管理自动化的研究[J] 电力自动化设备 2001 21（2）

[3]骆健 丁网林 唐涛 国内外故障录波器的比较[J] 电力自动化设备 2001 21(7)27－30

[4]李友军 王俊生 郑玉平周文 几种行波测距算法的比较[J] 电力系统自动化 2001（14）

第三篇：视觉分心时驾驶人注视行为特性研究

视觉分心时驾驶人注视行为特性研究

摘 要：随着全国经济地发展，车辆越来越普及，有车的人也越来越多，有时甚至一家不仅有一辆车，考驾照的人也越来越多，随着车辆的增多，驾驶人员的增多，道路安全就成了一个大问题，而且由于车辆行驶速度较快，出危险往往极易造成严重的人员损失，必须把加强道路交通安全放到议事日程上来。最主要的还是驾驶员，他往往是问题的关键，意识疏忽极易酿成大祸，本文就研究驾驶员视觉分心注视行为特性展开研究，浅谈一下驾驶员的视觉分心问题。

关键词：视觉分心；驾驶员注视行为特性研究

一、驾驶人注视行为视觉的相关研究

（一）注意的搜寻

注视持续时间是很重要的量度，用心理学的角度讲，叫视觉注意，是一种选择性注意，这种视觉搜索模式可以用多种表征来概述，包括动眼时间、动眼角度、注视点和注视持续时间等参数来体现。而在视觉分心出现时，这些参数都会随之发生一定的变化。

人眼在注视一定的目标时，除了正在注视的物体，是可以看到一个范围的，这种空间范围叫视野，也称周边视野，对驾驶员视野范围的要求是极高的，视野开阔的驾驶员很容易发现一些危险的事物，如盲区开出来的汽车，突然跑到路中央的小狗、突然出现的行人等，相反，如果视野范围较窄，很难观察到这些物体，影响安全行驶，已经驾驶员的视觉搜索模式是否达标是很重要的量度，而人视野的开阔与否往往先天因素占的比重更大一些，后天驾驶只会提高驾驶能力，理论上讲，视野开阔程度不会有较大改变，甚至毫不夸张的讲，经过专业测试，视野不达标的，注视行为差了一点，并不适合驾车，而现在国家在颁发驾驶证是并未把这个因素考虑进去。

（2）注意的选择

有时候视野开阔不是最重要的，我们都知道，人有选择性注意，有时候甚至是自己无法察觉，大脑本身的选择性注意，是大脑对视网膜收进来的信息进行后台的处理与分析，驾驶要有注意力极高，要求反应灵敏。往往发生交通事故就是视觉信息获取出了问题，这种选择性注意和经验也有关系，经验好的驾驶员往往视觉信息处理好，懂得该获取什么信息，大大降低的危险发生的可能性，减少视觉分心。

不同的路况对驾驶人员注意的要求也不尽相同，在无人平坦的道路，驾驶员注意力可以稍作放松，而在热闹喧嚣的城区，人员车辆杂多的地方，注意力要求就较高，对驾驶员驾驶素质要求也高。

（二）视觉搜索眼动参数

表面看起来是生僻的科学术语，可实际很浅显易懂，所谓的视觉动眼搜素参数包括几个方面，下面一一介绍。

第一个参数是注视点，注视点就是人集中注意力的，大脑反应认为最重要的区域，注意点对驾驶员视觉特性影响极大。往往注视点的选取十分关键，驾驶员要是出现视觉分心，也就是说同时有多个注视点，发生危险的可能性就很大；注视点数目也是一个关键量度，注视点过多，容易分心，不能安全驾驶，注视点不足，有容易忽略一些信息，如上文提到的冲出来的小狗、小孩什么的，因此驾驶员注视点不能少，应该提高警惕意识，把注视点发在该注视的地方。

注视点先后的时间顺序也是重要量度，最关键的是注视的持续时间，人的注意力集中是有限的，这也就是为什么长途汽车容易发生危险的原因，司机容易疲劳驾驶，一疲劳难免视觉分心，国家在这方面有明确规定，如开车超过两个小时要停下来休息，然而规定并没有很好的执行，也没有很好的监督机构。

二、不同道路交通环境中驾驶员注视行为研究

其实无论在什么环境中，道路安全最归根结底的因素还是在驾驶员自己身上，包括驾驶员的素质、驾驶技术的熟练程度息息相关，但是对于不同环境，即路况对驾驶员视觉分心肯定是有一定影响的，下面我就简单谈一下在不同道路交通环境下，驾驶员的视觉分心注视行为特性。

（一）城乡表征参数方面存在的差异

用专业术语来讲，在不同的道路环境中，注视点、注视点个数、注视点的先后时间顺序、都存在较大差异。在城区，除了我们常见的人多车多之外，还有一些潜在的心理压力，如闪烁的红绿灯、交通标志、防护栏等，这些看似很常见的东西，在无形之中影响着驾驶员的注视行为，据相关统计，在城市道路中发生交通事故的占全部交通事故的三分之一，这是相当大的概率了，由于信息量过大，在注视是难免出现视觉分心。

而在乡村一些偏远车少的地方，发生交通事故主要的原因可能就是路况了，尤其是山很高的盘山公路，肯定没有城里的柏油马路好走，要是没有很娴熟的技能或对路况很熟悉，出现危险的几率也是很大的，乡村山区没有太多的路标，交通指示，从一定程度上降低的驾驶员潜在的心理压力，也减少的注意力分散，在乡村道路上应该把注意点放在路况上。

（二）在不同交通道路上，注视平均时间存在差异

在这方面，有关专家已经做过了大量研究，分开熟练驾驶员和不够熟练驾驶员，在不同的路况测他们的注视平均时间，也就是多长时间注视后会出现视觉分心，研究结果并不出乎我们的意料，不同的驾驶员在不同的道路环境中所表现出来的不尽相同，但几乎所有驾驶员在城市道路上，对动态目标关注最多，在乡村道路上对动态目标的关注度却最少。熟练的驾驶员注视后视镜，仪表盘等的时间大大超过了不熟练的驾驶员。

在城市，驾驶员注意力集中的时间会更长，在乡村，注意力往往比较涣散，这不难理解，和驾驶员心理有关，在城市道路氛围下，车水马龙，驾驶员出于为了保证自己安全，当然会集中注意力，减少由于视觉分心带来的不必要的危险，而在乡村道路中，环境氛围较轻松，驾驶员甚至有时间，有精力听听歌什么的。

三、酒后驾驶对驾驶员注视行为的影响

要是仔细追究交通事故发生的原因，据有关资料，百分之二十五到百分之五十的撞车事故和酒驾有关，好多明星也因为酒驾被罚过款，如前段时间闹得沸沸扬扬的高晓松酒驾案，可见酒对驾驶员注视行为有着极大的影响。

（一）酒后驾驶员对路面的视觉扫描情况

据有关实验数据显示，驾驶员在酒后，视觉扫描能力明显下降，表现在路面水平面搜索范围变小，频率更低，而且注意点也会 减少，往往只会看正前方，而在正常驾驶时，有经验的驾驶员经常看的是偏向左边或右边，用来注视行人，停靠的汽车等，有效避开一些潜在的危险，而在酒后，视觉往往只看正前方，是交通事故发生的概率大大增加。另外，表征参数也发生了变化，注视点减少，要是醉驾，情况会更遭，注视点极少，大脑思维也处于不激活状态。

（二）酒后驾驶员的心理生理特性的改变

酒后，大脑接受信息麻痹，注意力也不好集中，极易发生视觉分心，而且，在酒后，自己也会给自己增加不安全感，集中注意力的时间也不会像平时那么长。

众所周知，喝酒以后，特别是醉酒以后，人体和大脑都会比平常兴奋许多，而且大脑意识开始模糊，不用说什么视觉分心的，就是集中一定的注意力都很难，国家出台一系列关于酒驾的政策，原因也在于此，酒后，人的生理心理反应系统功能几乎为零，形同虚设，驾驶员注视行为受到严重的影响，因此我们说酒后不驾车，开车不喝酒，降低危险发生的可能。

小结：

本文浅谈了视觉分心时驾驶员的注视行为特性，提到了专业的表征参数，影响视觉分心的事项，研究这些问题归根结底还是对道路交通安全的重视，作为一个有责任心的驾驶员，有必要把自己和别人的生命安全重视起来，开车是减少其他注意，尽量避免视觉分心，严格遵守道路交通规则，不酒驾，不醉驾。

参考文献

[1]宋殿名.视线离开前方视野过程中驾驶员行为研究[D].西安：长安大学，2012.[2]闫国利，田宏杰，张仙峰.汽车驾驶的动眼研究.心理科学，2005，28（5）：1211-1212.[3]程文东，付锐，袁伟，等.驾驶人疲劳监测预警技术研究与应用综述[J].中国安全科学学报，2013，23（1）：155-160.

第四篇：溪洛渡水电站泄洪洞时均压力特性试验研究

溪洛渡水电站泄洪洞时均压力特性模型试验

查高速水力学书，脉动压强及时均压强的基本情况及研究的现状。

本文通过水工模型试验，对溪洛渡水电站3＃泄洪洞优化体型的时均压力特性进行了研究。工程概况

1．1 泄洪洞优化体型

溪洛渡水电站位于金沙江中段，是一座以发电为主，兼有拦沙、防洪和改善下游河道航运条件等综合利用的大型水电站。水电站采用坝身孔口与岸边泄洪洞相结合的泄洪消能方式，约60%的洪水通过坝身宣泄，40%的洪水通过左、右岸各2条的常规“龙落尾”泄洪洞宣泄，泄洪洞采用有压弯洞后接无压泄洪洞方案布置，出口最大单宽流量达278m3/s.m，上、下游落差近190m，是目前国内最大规模的泄洪隧洞。通过模型试验发现，溪洛渡3＃泄洪洞原设计体型存在反弧末端附近掺气浓度低和出口挑流水舌冲击河道对岸这两个主要问题。通过增设掺气坎【1】、修改挑坎体型【2】和洞身曲线，对泄洪洞体型进行了优化。1．2 泄洪洞优化体型简介

泄洪洞进口为长25.0m的渐变段，将矩形断面过渡为圆形断面，圆形隧洞直径15.0m，长562.05m，底坡0.00817。进口段后在桩号0+330.873m~0+547.224m之间的压力隧洞平面转弯，弯道隧洞中心线圆弧半径200.0m，圆心角61.98°。在压力隧洞出口采用圆变方的渐变段将过水断面收缩成14.0m×12.0m的矩形断面，其后设置弧形工作门控制水流。工作闸门闸室下游接城门洞型明流隧洞，底坡0.023，断面尺寸14.0m×18.0m（宽×高）。桩号1+036.961后为渥奇曲线段，水平长度为58.55m。抛物线段末端接一长23.2m与抛物线相切的直线段，直线段末端设第1道掺气坎，第1道掺气坎的桩号是1+116.961m。下游85m处设第2道掺气坎，第2道掺气坎的桩号是1+201.961m。其后接半径300m，圆心角为15.1455°的反弧段，反弧末端设置第3道跌坎。第3道跌坎的桩号为1+296.404m，第3道跌坎下游为长140m、底坡为0.08的直线段，在桩号1+436.404m处设置第4道跌坎。第4道跌坎下游是长175.856m、底坡0.08，断面尺寸为14.0m×

与泄洪流量有关，如校核洪水位工况，由于流速较高，时均压力下降的幅度稍大，最小压力为37.01kPa。

龙落尾的抛物线段，受底板凸曲率的影响，时均压力逐渐减小。测点PC32和PC33位于与抛物线相切的直线段内，其时均压力迅速增加，在直线段的末端受第1道掺气挑坎的影响，水位壅高，测点PC33的时均压力增加较大。

掺气挑坎下游泄洪洞底板中心线上的时均压力特性基本相同，即在水舌冲击区时均压力迅速增加，随后逐渐降低，冲击区下游底板时均压力趋于平缓，至掺气挑坎上游，受挑坎的影响，坎上水位增加，该部位的时均压力增大。以校核洪水位为例，第1道掺气挑坎下游水舌冲击区的最大时均压力是173.97kPa（测点PC36），冲击区下游的时均压力在75~81kPa范围内波动。校核洪水位工况下，渥奇面及掺气挑坎底板中心线上的时均压力分布见图2。

171.28kPa41.72kPa***0.07kPa177.74kPa102.93kPa11264.06kPa78akP701.11akP12.***.87kPa263.05kPa

图1 校核洪水位泄洪工况下压力隧洞时均压力分布

（1~11表示测量断面，上图为底板中心线和顶部的压力分布，下图为左、右边墙中线上的压力分布）

PC26PC27PC28PC29PC30PC31PC32PC33PC34PC3PC365PC37PC38PC39PC40PC41PC42PC43PC45PC47PC48PC49PC50PC51PC51PC52PC54PC56PC58PC53PC55PC59PC60PC61PC62PC63PC64PC66PC68PC65PC67PC69PC70PC71PC72PC73PC74PC75PC76

图2 校核洪水位明流段底板中心线时均压力分布

3．2．2 边墙时均压力分布

跌坎下游边墙压力测点布置见图3。

边墙压力测点均位于挑坎下游空腔范围内，各测点的时均压力具有如下特点：1）位于水舌核心区的时均压力变化不大，接近空腔内表面和水流表面测点的时均压力较小；2）水舌冲击区附近边墙测点的时均压力较大；3）冲击区附近边墙测点的时均压力符合上小下大的特点，但是不满足静压分布规律。接近空腔内表面测点，其时均压力为负值。库水位越高，水流的挟气能力越强，空腔中的负压越大，该测点的压力也越小。

图3 跌坎下游边墙压力测点布置

参考文献

第五篇：在“图形与几何”教学中实施动态想象的策略研究

在“图形与几何”教学中实施动态想象的策略研究

作者:浙江省海盐县三毛小学 顾亚伟

摘 要：培养初步的空间观念，是小学数学教学的核心之一。在小学中高段教学中，由于学生的抽象思维能力尚未完全形成，容易造成思维的具体形象性与空间观念的抽象性之间的矛盾。运用动态想象，降低思维的直观形象性与知识抽象性之间的矛盾，有助于发展学生的空间观念。

关键词：空间观念 动态想象 表象 策略

《义务教育数学课程标准（2011年版）》明确指出：“在‘图形与几何’的学习中，应帮助学生建立空间观念。空间观念是指根据物体特征抽象出几何图形，根据几何图形想象出所描述的实际物体；能够想象出空间物体的方位和相互之间的位置关系；根据语言描述或通过想象画出图形等。”建立空间观念的过程是一个基于观察、想象、比较、综合、分析、抽象、概括，不断由浅入深认识客观事物的过程，也是建立在对周围环境直观感知的基础上，理解空间与平面之间关系的过程。想象是建立空间观念的重要思维活动，然而很多学生建立空间观念的最大障碍也恰恰在于“眼中有物，脑中无形”，需要我们进一步研究学生空间想象能力发展的策略。

一、学生空间想象能力的发展现状 1．学生的空间感知能力仍比较薄弱。【现象1】脑中图形转不了

画出下图中三角形绕O点逆时针旋转90°后的图形。

类似这样的习题，虽然做过几次，但是错误的学生还是不少。有的老师甚至于让学生在遇到这样的问题时，剪一个来进行实践操作，以提高正确率。

【现象2】高在哪里找不到

学生在画水平摆放的平面图形的高时，正确率相当高。但是当遇到倾斜摆放的平面图形画高时，正确率就比较低。学生对图形的识别还仅仅依赖于标准形式，一旦变成“变式图形”，识别和操作就比较困难了。

【现象3】长方体纸盒做不成

学生对于长方体相对的面之间的关系比较模糊，无法根据展开图在头脑中形成立体图形。依据平面再造立体图形的空间想象能力还比较薄弱，空间方位感比较差，存在视觉知觉障碍。而且，学生一般容易理解一些直观的、静态的简单几何图形，对一些较为抽象或复杂的、动态的图形，建立表象就显得比较困难。

2.学生对形体表象的感悟不够充分。

实践操作中的感悟不够。教师没有主动地创造一些条件，让学生在实践、操作中借助动态想象来感悟形体之间的联系。许多本来有联系的形体分散、孤立地保存在学生的脑海里，本来有联系的图形的运动也没有保留运动的表象，空间几何思维缺乏逻辑性，不能帮助学生形成良好的认知结构。

想象交流中的感悟不够。对于儿童来说，“图形与几何”的学习不能单凭概念的传递来实现的，还需要通过交流、反思，在想象和自我修正的过程中逐步完善对图形的认知。教师在教学图形时，没有让学生通过交流观察不同的图形，只是注重了标准图形，造成学生无法获得正确的图形表象，空间想象能力薄弱。

学生动态想象能力的缺乏将不利于其空间观念的发展，影响其后续学习。如何提高学生动态想象能力呢？

二、在“图形与几何”教学中实施动态想象的策略 1.在建立图形概念时动态想象。

每位学生都有不同的知识基础、生活环境和性格特征，表现出各自不同的形象知觉特点。教师在学生初步接触概念时就要注意通过形象的演示等方式，引导学生动态想象，使学生在头脑中建立清晰的认识。例如，在教学三角形的高时，根据学生已有的点到直线的距离中垂直线段最短的认知起点，我是这样设计教学的：同学们，请看这个三角形，假如有一只小甲虫在A点，要爬到对面的小路BC边，它怎样爬行的路线是最短的？接着，让学生根据图形的特点动态想象，然后用手势表示爬行的路线。再指名到黑板上画出这条路线，最后揭示“高”的概念。由于A点被处理成一个动点，与传统的在静态下画高相比，学生对高的意义的理解更加丰富。在这一教学过程中，教师创设运动变化的情境，让学生通过观察、想象、抽象，逐步理解了高的含义，明确图形高与底的内在联系，有助于建立空间观念。

2.在形成图形表象时动态想象。

在教学《长方体和正方体》这一单元过程中，不少教师都遇到过这样的问题：学生常常会把“长方体”“正方体”说成“长方形”“正方形”，往往纠正多次还是改不了。这仅仅是学生的口误吗？其实不然。学生由于受到前面所学的平面图形的影响，还没有真正建构起清晰的立体图形表象。因而，在教学“长方体和正方体的认识”时，我就从立体图形与平面图形之间的联系入手，在教学前先出示一个点，启发学生想象一下，这个点向右移动之后会变成什么；然后依次想象，逐步展现点、线、面、体。在这一过程中，学生看到了点、线、面、体之间的动态联系，体会了平面图形与立体图形的区别。如果学生形成了两种完全不同的表象，就不会轻易把“长方体”说成“长方形”了。

3.在突破知觉障碍时动态想象。

图形与几何的学习，主要依赖视知觉对对象的感知。学生在视知觉上表现出的最大障碍，可能就是不能有效地建立视知觉符号和大脑中储存的图式或概念之间的联系。而动态想象是学生知觉形体特征的重要手段。比如，有的学生因为不能建立圆柱体的侧面（长方形）与当前对象（圆柱体）之间位置关系的表象，所以即便是记住了圆柱体表面积的计算公式，可是遇到计算“制作这个容器至少需要多少铁皮”的问题时，还是会感到非常困难。这说明学生对几何形体特征的理解，往往是离开了这些几何实体，而依赖于头脑中对物体的形状、大小和相互位置关系的形象的反映，这就要求学生具有基本图形的表象。因此，在平时的教学中，我们可以先让学生想象一下将要研究的圆柱体实物是怎样的，说说这个观察对象的表面特征；接着观察几何模型，说说这个观察对象的内在特征；再结合动

态几何模型的操作演示，体会这个观察对象多种组成要素间的性质关系。通过加强对几何图形基础知识的教学，使学生逐步形成简单几何体的形状、大小和相互位置关系的表象，能够识别所学的几何形体，并能根据几何形体的名称再现它们的表象，有助于形成正确的空间观念。到高年级时，可以在桌上放两个或多个物体，让学生从不同的方向进行观察，再想象出看到的图形，让学生感受到这时从不同的方位观察到的几何图形有时是相同的，而相对的面面积一般是相等的，使学生思维由杂乱到有序，有效地提升空间表象建构能力。

4.在沟通联系转化时动态想象。

空间观念的重要内容之一是三维和二维的转换，即从立体转换到平面，反过来由平面再转换到立体。通常要求学生从立体图形中找到平面图形，从平面图形中还原立体图形，把平面图形、立体图形、实物等画出来，沟通平面图形与三视图之间的联系。学生的空间想象能力比较弱，教学时，除了要关注个体单独的图形概念，更要把握基本图形之间的联系与区别；既要重视图形静止状态下的知识教学，又要注意图形之间转化过程的教学。但是，在教学“长方体的认识”时，经常看到这样的设计：“选择哪几个长方形纸片能拼成一个长方体？”从表面上来看，也是让学生进行动态想象，但由于这个动手操作活动的目标是由学生随机而定，可能只有一部分学生在动态想象中完成。怎样引导学生从整体上来感知长方体的6个面之间的联系呢？可以先出示长方体的一个面，然后让学生想象这个长方体的另外5个面分别是怎样的长方形。接着，再通过反馈交流、实物试搭、课件演示，使学生在头脑中系统地经历一次长方体试搭组建的过程，沟通长方体前后、左右、上下面之间的联系，思维经历从“整体—局部—整体”的过程，体会长方体面、棱之间的紧密联系。学生先借助已有知识经验展开想象，再动手操作验证，不仅更深刻地认识了长方体的特征，而且培养了空间观念。

动态想象不仅包含着图形的变化，更蕴涵着数学思考。按照皮亚杰的研究，动态表象是学生数理逻辑经验生成的源泉，静态表象只能产生物理经验。空间观念不仅仅是一种印象，更是一种思考，一种逻辑，是一种内在的、本质的把握。四年级教学“角的认识”时有一个这样的知识点很难理解：角的大小与两边画的长短没有关系。学生往往无法在头脑中形成两边延长后角的表象，教师就、可以借助于动态想象和电脑动画演示，延长的过程用非常慢的速度放给学生看，帮助

学生理解角的本质特征。动态想象是几何思维的翅膀，只有将观察、实验、操作和想象等思维活动结合起来，才有助于发展空间观念。

参考文献：

[1]孔企平.小学儿童怎样学数学[M].上海：华东师范大学出版，2001 [2]马云鹏.小学数学教学论[M].北京：人民教育出版社，2003 [3]钱金铎.在“空间与图形”教学中实施“动态想象”有效性策略的思考[J].福建教育，2010，（11）