问题分析与扩展

问题分析与扩展（精选八篇）

问题分析与扩展 篇1

本文问题来至于ACM大赛,问题描述为两只青蛙在同一纬度线上的不同位置,约定该纬度线上东经0度处为原点,由东往西为正方向,单位长度1米,两只青蛙均朝正方向跳动。为方便后续算法描述,本文分别用A青蛙与B青蛙进行表示,A青蛙在纬度线上的位置用X表示,B青蛙在纬度线上的位置用Y表示,A青蛙每次能跳M米,B青蛙每次能跳N米(),两只青蛙每跳一次的时间完全相同,纬度线中长为L米。它们想要相遇,需跳动多少次。

2 利用线性同于方程判断问题是否有解

针对上述问题的求解,须先判断该问题是否有解。首先假设需要经过Step步AB青蛙方能相遇,根据题目描述可列出方程式 :(X+Step*M)–(Y+Step*N)=K*L其中K表示整数,即L的整数倍。由上式变形得到 (N–M)* Step+KL=X–Y,其中Step与K为未知数。此方程为线性同余方程,对于线性同余方程,如果有解必须满足(X–Y)% gcd (N–M, L) == 0否则无解,其中gcd ( N–M, L ) 为求N–M与L的最大公约数。

最大公约数的求解可用扩展欧几里德定理即辗转相除法,也可用柳小强在基于C语言最大公约数算法的设计与实现中提到的枚举算法。

3 青蛙相遇求解

如该问题有解,即可开始求解。本文问题求解方法有两种。第一种为常规求解法,A青蛙从X点每次跳M步,B青蛙从Y点每次跳N步,则可利用循环模拟实现每步跳动的情况。初始化条件跳动步数Step=0 ;循环条件为while(X != Y),每循环一次分别修改X与Y的值,则有循环体内语句 :X=X+M ;Y=Y+N ;Step++ ;循环退出即可求出两只青蛙所跳的步数。

第一种方法是利用循环实现青蛙跳动的过程,这种算法容易理解,但在具体运行过程中速度非常慢,耗时较长。由题意可知,当纬度线长度较长青蛙跳步较短时,该算法的运行时间单位至少以秒计算。因此本文在此提出第二种算法求解青蛙相遇跳转的步数。

第二种算法思想为利用相对距离与相对速度求解。在利用相对距离与相对速度求解的过程中,根据题目给出的(X,Y)与(M,N)两组值,可分为四种情况进行讨论。第一种情况 :X<Y, M<N ;第二种情况 :X<Y,M>N ;第三种情况 :X>Y,M<N ;第四种情况 :X>Y,M>N ;由于第三、四种情况可由第一、二中情况交换A、B青蛙得来,所以在此只需讨论一、二种情况即可。

在此对青蛙AB从新定义,青蛙A为起始位置较小的一只,青蛙B为起始位置较大的一只因此X<Y一定成立。当M>N时,为青蛙A追逐青蛙B,两只青蛙相差的距离为Y–X,现在假设青蛙B的为静止,则A的相对速度为M–N。青蛙A能否追上青蛙B即相对距离能否把相对速度整除。如能整除,则所跳步数为 :(Y–X)/(M–N)。如不能整除,则需加上纬度线长度再进行整除,直到能整除为止。当M<N时,为青蛙B追逐青蛙A,此时的相对距离为L–(Y–X),现在假设青蛙A为静止,青蛙B以N–M的速度追逐青蛙A。同理可得,青蛙B能否追上青蛙A即相对距离能否把相对速度整除。如能整除,则所跳步数为:(L–(Y–X))/(M–N)。如不能整除,则需加上纬度线长度再进行整除,直到能整除为止。本文小结2中已判断有解,因此,本过程必定存在能整除的情况使程序退出循环。第二种算法核心代码如下 :

for(int i=0;;i++)

if(M<N)

if((i*L + (L–(Y–X)))%(N–M) == 0)

{

step = (i*L + (L–(Y–X)))/(N–M);break;

}

else

if((i*L + (Y–X))%(M–N) == 0)

{

step = (i*L + (Y–X))/(M–N);break;

}

4 算法结果分析

下表为两种算法的测试结果 :

问题分析与扩展 篇2

中蒙的历史渊源，算得上是举世共知。清朝时，内外蒙古均被纳入中国领土。但随着工业时代来临，华夏文明整体衰落，北方的俄罗斯却逐渐崛起，在这种格局下，沙俄开始盯上蒙古这块肥肉。

辛亥革命后，清朝灭亡，沙俄操纵外蒙分裂势力趁机脱华独立，转受俄国控制。虽然北洋政府时期，曾趁着沙俄倒台，苏俄与白俄内战之机，一度恢复外蒙主权;但随着苏联重新统一全俄和中国军阀混战的白热化，这种光复只不过是昙花一现。二战结束后，苏联成为超级大国，逼迫民国政府同意放弃外蒙，蒙古独立在法理上成为现实。

当然，这种所谓“独立”不过是表面上的。虽然在上一节《地缘政治39：为什么俄罗斯不吞并蒙古》一文中，云石君已经解释：鉴于俄蒙地缘关系及双方地缘格局的限制，导致苏联无法将蒙古直接纳入版图，但终整个冷战时期，蒙古都不得不成为苏联的附庸。但是政治上受苏联高度控制，对华也采取敌视态度。

不过随着冷战结束，苏联土崩瓦解，主要继承者俄罗斯元气大伤，对蒙古的控制能力大不如前。而与此同时，中国改革开放日见成效，国力不断增长，已足以和俄罗斯并驾齐驱甚至超越。中俄关系也大幅回暖，交流合作成为两国交往的主旋律。

按常理说，这时候的蒙古应该改变对华的敌视态度才是。

毕竟，在中俄关系日趋亲密，甚至抱团取暖的大背景下，蒙古已不必再像以前那样被迫选边站;而随着俄国的衰落和中国的崛起，蒙古也获得了摆脱俄国钳制的战略空间——一旦俄国胆敢因此威胁蒙古，蒙古完全可以引入中国势力制衡;而且，从政治的角度而言，如果蒙古在保持中立的原则下左右逢源，中俄出于彼此顾忌，都不得不对这个夹缝中的缓冲国大肆拉拢，这对蒙古来说无疑是追逐利益最大化的最佳方式;最后，作为一个资源大国，与中国的深入经济合作，更是蒙古其摆脱贫困，一举致富的关键途径。

有了这么多好处，蒙古完全应该改变立场，从亲俄反华，变为两头并重。

但现实却截然相反：政治上，蒙古继续坚决亲俄，对华戒备重重;文化上，蒙古仍极力煽动对华仇恨，导致民间反华情绪持续高涨;就连在能改变国家贫穷落后的经济合作层面，蒙古也是顾虑再三，两国经济合作一波三折。

为什么会这样?

从表面上看，蒙古警惕中国有充足的理由：

历史上，中蒙曾经是千年宿敌，清朝虽将二者融为一体，但农耕文明和游牧文明的天然对立，决定了他们在文化上依然各行其是;而清朝政府对喀尔喀蒙古(即外蒙古)的残酷限丁政策，更激发了他们对中国的仇恨。

而就现实而言，蒙古在地缘属性上其实是东亚大陆的一部分，与中国本部核心区也非常接近，面对实力不断壮大的中国，蒙古难免会担心会有被“吞并”的可能——毕竟，清朝就曾“吞并”了喀尔喀蒙古。

当然，蒙古的这些担心也不能说完全没有依据。但云石君看来，却完全不是那么回事。

首先，中蒙历史上的确积怨不少，但与中国有历史矛盾的多了去了。别的不说，就是蒙古步步紧跟的俄罗斯，就直接霸占了中国一百多万平方公里的土地;就连蒙古国本身，都是俄罗斯从中国身上割出去的肉。可如今中俄两国照样称兄道弟，抱团取暖。

当然，俄罗斯是世界级大国，蒙古难以比肩。但同样是中国周边的小国，越南、缅甸、甚至泰国都与中国有历史矛盾，甚至中亚的哈沙克斯坦，都还占着当年清朝的巴拉喀什湖以东几十万平方公里土地，但这并不影响他们与心怀戒备的同时，依然深化与中国的经济、乃至政治合作。

至于中国的收复故土，虽然不能说完全没有理论可能，但就现实而言完全站不住脚：

首先，鉴于中国早已承认蒙古，如果自食其言，将严重违反《国际法》和当代国际政治规则，必将遭致多方责难，并会引发中国周边一众弱小邻邦的集体恐慌——这会对中国的国家利益和地缘战略造成巨大冲击;

其次，俄罗斯也不会答应。虽然俄罗斯早已没了苏联的能耐，但仍然是响当当的世界级大国。蒙古作为中俄这两大世界级大国之间的重要战略缓冲，一旦中国有意吞并，将引发俄罗斯的强硬抵制。

所以，除非中国已强大到在被世界孤立的同时又彻底压制住俄罗斯，或者俄罗斯再次分裂解体，否则中国不可能有强行吞并蒙古的打算。

退一步说，如果中国真的在将来清除了俄罗斯影响，回过头来打蒙古的主意，那蒙古不管反哺反华与否都毫无意义——悬殊的实力差距，决定了它本身态度如何，对中国的企图都毫无影响。

所以，就算蒙古对中国心存猜忌，那它至少也应该在政治靠俄国的同时，经济上与中国合作——毕竟谁也犯不着跟钱过不去，而蒙古要想将地下资源变现，唯有指望中国。

可就连这种政治靠俄国、经济靠中国的务实选择，蒙古都干的不情不愿。这又是为何?

中蒙的地缘格局分析

从地缘结构上看，蒙古高原位于东亚大陆北部边缘的正中，直接塞入北中国腹心，东、南西三面皆被中国包围，是连接中国东北、华北、西北、新疆四大板块的地缘中心区域。

在农耕时代，这种地缘中心的位置，使聚居于此的游牧军事力量，可以同时从东、南、西三个方向，向北中国任意板块发起攻击，而中国不仅防线漫长，而且各版块间难以互相联通支援，只能处处设防，在极大消耗国力的同时，陷入被动挨打的境地。这也是塞外游牧民族成为中原王朝千年梦魇的重要原因。如果它只是从单一方向威胁中国，那以华夏文明的超强实力，就算无法将其制服，但抵御起来也容易的多。

当然，随着工业时代的到来，游牧文明迅速没落，而工业文明征服自然的能力远胜农耕文明，使得蒙古高原不能再像古代那样，凭借自身的特殊地缘条件维持独立性。

这下蒙古的麻烦就来了。在工业时代以前，不管华夏文明如何让强大，但农耕文明的局限，决定了他不可能在文明体系上将蒙古征服。即便是清朝时，蒙古被纳入中国，但也不过是化为内藩而已，政治上依然保留部落制，经济上依然是游牧、文化上也是信奉萨满教和藏传佛教，总而言之，那时候的中原和外蒙，仍旧是两个南辕北辙的文明体系。

但工业抹平了这种界限。与蒙古高原相比，中国核心区不仅规模更大，而且更适合工业和贸易的开展;而蒙古高原的海拔又不足以阻挡工业文明体系的进入;这也就意味着，在文明体系上，中国第一次有了将蒙古彻底同化掉的可能。

这就可以理解蒙古的担忧了。凭借丰富的地下资源，以及沟通东北、华北、西北、新疆四大板块的地缘优势，只要与中国强化经济合作，蒙古的确可以获得丰厚的物质回报，一举进入现代文明。但是与此同时，伴随着这种交流，蒙古也会不可避免的会在各方面深受中国影响。

由于蒙古原生文明体系极端落后，规模又非常有限(总共300万人口)，所以在先进的现代文明面前几乎没有抵抗能力;而身居内陆，被中俄包夹的地缘格局，又阻断了蒙古从其他国家吸收给养的可能。再加上蒙古自身地理环境太恶劣，不足以支撑大规模工业化，所以蒙古想发展经济，只能依靠与中俄的合作。

当然，蒙古可以亲近俄罗斯，通过与俄合作来发展经济。

但这只是想想罢了。在现实中难以做到。

首先，现在俄罗斯已不是苏联，经济实力已是世界二流，而且发展前景不佳;

其次，俄罗斯与蒙古毗邻的西伯利亚是其边缘地区，本就经济发展落后，而且蒙古国土向南嵌入东亚大陆腹地，仅北面与俄接壤，这又使它很难大规模承接西伯利亚铁路这一远东交通动脉的辐射;

最后，蒙古最大的竞争力是地下的丰富资源。可问题是，俄罗斯资源多的是，现在也要靠资源输出维生，在经济上不仅无法与蒙古互补，反倒构成竞争。

基于以上三点，俄罗斯在经济上帮不了蒙古，能让蒙古实现代化的就只剩下中国一家。可选择中国，也就意味着蒙古所获得的现代文明，完全是华夏文明的翻版——换句话说，蒙古将彻底中国化。

一旦文明体系被中国化，那么蒙古维持政治独立的意识形态基础也将土崩瓦解。

在《地缘政治41：俄罗斯为什么不吞并蒙古》中，云石君已经说道：蒙古在地缘属性本是东亚大陆的一部分，人种也与中国不存在太大差异。这种情况下一旦在现实层面的经济、文化上也与中国深度融合，那后果将极其严重。

虽然中国绝不会强行吞并蒙古，但如果蒙古人民主动“心向中国”，那蒙古想继续维持国家独立可就难了。

这当然是蒙古掌权的精英阶层极力反对的。

只不过，他们也没有好的办法。靠俄罗斯不顶用，靠中国又怕被同化，至于靠其他国家——蒙古倒是一直极力推动与第三国的关系。可身居中俄夹缝的地缘格局，使任何引入第三方势力的努力，都注定只是镜花水月。 在这种情况下，蒙古精英阶层要保证国家和民族的延续，就只能有一种办法：坚决反华，绝不给华夏文明“改造”蒙古的机会。

问题分析与扩展 篇3

搜索引擎能够通过技术手段帮助用户在互联网上庞大信息资源库中以最快的速度寻找到自己所需的内容。艾瑞市场咨询有限公司在《中国搜索引擎年度报告》中说2005年中国的搜索引擎用户达到9706万人,占中国互联网用户的87.4%,该比例比2004年增加了7.4个百分点,比2002年时增长了23.6个百分点。而预测数据显示,2010年中国的搜索用户将有2.16亿人,占中国互联网用户的93.1%,以上数据显示,在网络全面普及的今天,搜索引擎已经成功成为传道授业解惑必不可少的重要工具之一。

2、搜索引擎在图书馆维护与扩展

2.1 Google内径与功能

Google公司在2004年10月、11月分别推出了的Google Scholar和Google Print项目。Google Scholar项目主要是收集各学科领域内的连续出版物、预订本、论文和专题报道等内容。Google Print主要事用于提供与出版商的链接。2004年12月推出的Google Library则主要侧重于将一些大型图书馆的馆藏进行数字化后纳入到其检索引擎中,方便读者通过互联网使用。这3项都继承了Google检索引擎一贯的页面风格。可以方便快捷地为检索者提供所需的相关连结。Google Library项目的一项计划主要是与哈佛大学图书馆、牛津大学图书感、斯坦福大学图书馆、密西根大学图书馆以及纽约公共图书馆这5家顶级研究性图书馆合作并签署协议。由图书馆提供丰富的馆藏,而Google负责提供经费与技术,将这些馆的馆藏扫描成电子版并链接到它的检索引擎中。

2006年,Google公司为中国网民推出了Google学术搜索,可以帮助快速寻找学术资料,如专家评审文献、论文、书籍、影印本、摘要以及技术报告。作为此次扩展的一部分。Google学术搜索在索引中涵盖了来自多方面的信息。信息来源包括万方数据资料系统、维普咨询、主要大学发表的学术期刊、公开的学术期刊、中国大学的论文以及网上可以搜索到的各类文章。供中国用户方便地搜索全球的学术科研信息。

2.2 微软

2006年4月13日微软公司发布了目前只支持英语的版Windows Live Academic Search只是一种学术期刊进行搜索的服务。微软在澳大利亚、德国、意大利、日本、西班牙、英国、美国推出了服务,并将它定位为GoogleScholar和SciFinderScholar的挑战者(SciFinder Scholar是美国化学学会(ACS)旗下的化学文摘服务社C AS(chemical abstract service)所出版的化学资料电子数据库学术版。

它是全世界最大、最全面的化学和科学信息数据库,收集1907年以来的所有期刊文献和专利摘要以及4千多万的化学物质记录和CAS注册号。并可以根据用户的专门需要单独打包提供其中部分专题的服务。数据每周更新一次。Academic Search能够索引相关资料,图书馆或研究机构必须向微软提供有关Open URL链接解析器、制作和管理内容的链接的厂商的信息。Academic Search则能够根据订购情况向研究人员提供对完整文本资料的直接访问连接目前Academic Search只覆盖物理、电子技术、计算机科学领域,但它正在与出版商合作,扩大该服务的覆盖范围。根据测试情况,该服务与牛津期刊的现代语言研究论坛等人文学科的学术期刊门户相连。

2.3 百度

作为本土使用率最高的搜索引擎,百度在相关性、网页覆盖率、反作弊、中文分词等方面有明显优势。百度国学频道于2006年1月9日在线上推出,是全球第一个国学搜索频道,其数据主要由专业国学网站——国学网提供,为网友提供免费的国学点击在线阅读以及搜索服务,目前频道10多万网页,1.4亿文字,收录了上起先秦、下至清末大部分以汉字为载体的历代典籍。其中的内容至少经过了4次审核校对。可以达到国家正式出版物的水准。百度希望可以把国学频道做成现代意义的四库全书。预计在几年的时间内,将所欲价值的点击全部电子化、总数约30亿字。不仅是文字的,还有大量图书、拓片等,也包括现代人制作的古典音乐等经典音像制品。

3、搜索引擎给图书馆带来的影响分析

3.1 促进了图书馆数字化馆藏的建设

图书馆的数字化建设是整个社会发展的需要。但这一目标仅凭图书馆的力量,显然是势单力薄的,就像一个满腹经纶的学者,要完全靠自己的力量在全世界各地的航班。靠它的资金和技术,帮助图书馆完全数字化的进程。从小作坊的生产模式进化到机器大生产的阶段。

3.2 促进图书馆信息的深层次开发

斯坦福大学图书馆馆长来切尔利做出了这样的预计,在未来20年内,世界上绝大多数的知识必将被数字化,未来的知识必须是开放的。面对这样全新的挑战,图书馆学不能再只停留于传统意义的馆藏建设和服务方式中,而是要向通过新技术的实现为读者提供更为全面的信息资源服务和其他创新模式的方向发展。传统的搜索引擎最大的问题在于只能涉及数字化资料的表层,搜索结果中的大部分链点都没有深层网站的访问权。并且,搜索引擎只能搜索静态页面,而这些页面一般都没有自主的搜索功能。正是由于传统搜索引擎的以上弊端,图书馆学应该将研究重点放到如何将丰富馆藏中有用的资料由深层转化到网站的表面上来,更便于读者检索与使用。

3.3 为图书馆的人性化服务提供了更广阔的空间

试想你在家里想做一道墨西哥菜,但是不会,你是选择上网搜索,还是准备出门去图书馆找呢?而如果你是区域经济的专家,一直研究江苏经济的发展,你是希望每天从google预定里收到最新消息的邮件,还是去图书馆找呢?当然,如果你要深入了解一些领域里成熟的系统的思想的时候,必须去图书馆查找系统的书籍资料,但是系统的成熟的书籍,是从零散的,不成熟的信息中搜集,加工,整理而成的,有明显的滞后性,所以搜索引擎的图书馆形成了互补的服务,而现在这种合作正日益紧密,使图书馆信息服务让尽可能多的用户方便,快捷地免费获得。

4、图书馆在建设搜索引擎的学术搜索中的优势

4.1 发挥公益性优势

要找到更加公益性,更加客观的真实的内容,必须有更多精细化、专业化、非商业性的搜索引擎了现。谁也不愿意当打开搜索页面时,看到的结果总是经过竞价排名的内容。所以图书馆的公益性、学术性使得它在信息的可靠性、有序性和相关度方面有明显的优势,从而为真正实现学术环境的公平、平等、自由与共享奠定了坚实的基础。

4.2 处理虚拟化状态与垃圾信息的矛盾

利用搜索引擎查询信息时,大量信息资源处于虚拟化状态,尽管以各类文献为载体的知识信息,都转化成数字形式,向全球传送。但在这样一个庞杂的信息空间下,由于缺乏人工干预,在电脑终端显示的可能是冗长和肤浅的信息,或是用户并不需要的垃圾信息。对一些读者来说,数字平台所能提供的资料只是一个时间和速度的优势,而毫无系统性可言。而学术搜索引擎的数字平台,可以通地图书馆的多次信息处理改善这种状态。

4.3 弥补搜索引擎文献缺失的弱点

搜索引擎的好处归纳而言无非是时间和反应速度优势和覆盖面优势。但由此派生而来的缺点也无法回避,数字模式资源的快速更新换代可能会造成几年或几十年前的信息消失。同时它的存取技术以及更替速度可能造成信息无法精确捕获和读取。此外,数字技术的发展,还要求将以前整理资源的提取手段加以储存、更新、改变和完善,在重复劳动的同时,还会损失文献资源。所以说,尽管传统图书馆管理手段相对落后,但已有的资源仍然是稳定和持久的,仍然可以弥补搜索引擎的不足。

结束语

搜索引擎在图书馆领域的扩展,其实是图书馆的服务也面向了搜索引擎领域。它为图书馆提供了更多的发展空间,也开拓了图书馆的发展思想,让它更具活力和现代气息,图书馆的服务是各行各业发展必不可缺少的重要基础。

摘要：文章论述了搜索引擎的社会普及状况与搜索引擎在图书馆领域中的推广，搜索引擎给图书馆带来的影响分析、图书馆在建设搜索引擎学术搜索中发挥的优势。

问题分析与扩展 篇4

Anycast是IPv6所提供的一种特殊网络服务,它允许服务申请者访问共享同一Anycast 地址所标识的一组接口中最近的一个(这里的最近是按路由协议的距离量度来计算的)[1]。

IPv6中的Anycast地址是从Unicast地址空间中进行分配的。传统的Unicast路由方法可以将所有共享同一个Unicast前缀的目的地址聚合为一条路由项,以达到减小路由表规模的目的,但是,如果用Unicast路由协议路由Anycast,则每个全球Anycast地址必须作为独立的路由表项处理。这样,路由表会随全球Anycast组数成比例增长,从而构成了Anycast的扩展性问题。在这种情况下,本文提出了一种解决Anycast扩展局限性的通信模型。

1 解决Anycast扩展局限性的通信模型

1.1 Anycast地址问题

IPv6中的Anycast地址模型与RFC1546最初建议的完全不同,前者提出在Unicast地址空间中分配Anycast地址,而后者则推荐使用独立地址模型,本方案采用后者的观点,使用Anycast的独立地址模型[3,4],如下所示:

地址的前三位是Anycast的地址前缀,其取值范围可以是除了001以外的任何值。而随后的TLA ID、RES、NLA ID和SLA ID的值则与Anycast所在的主域的Unicast地址空间相同[5]。

1.2 Anycast树的建立

本模型定义了两种Anycast组节点:一种为能够提供Anycast服务的组成员节点,简称组节点,另外一种是不能提供Anycast服务而只用于支撑Anycast树框架作用的节点,简称树节点。在本模型中,Anycast树是由组节点和树节点组成的,它们之间没有交集,并且Anycast树中的组节点一定是叶子节点,而树节点一定是中间节点。本模型把主域的域边界路由器作为Anycast树的根节点,因为主域可能存在多个域边界路由器,所以,本模型定义主域中所有的域边界路由器都镜像相同的Anycast树的拓扑结构,这样,本模型就可以认为这些域边界路由器为同一个根节点。

当一个主机请求加入Anycast组的时候,首先将自己标记为该组的组节点,然后发送Join消息,其目的地址为请求加入的Anycast组地址。这样,网络系统会把该消息朝着Anycast树根节点的方向路由推进。在路由过程中,Join消息所经过的每个路由器在接收到它之后,都会检查自身是否为该消息中的Anycast组地址所代表的Anycast树的树节点,如果是,就将发送Join消息的主机或者路由器作为自己的孩子节点,并将Join消息中的相关参数加入到自己的孩子节点记录表中,这些参数包括发送Join消息节点的Unicast地址、权值、到达本节点所经过的Hop数以及申请加入的Anycast组地址等信息,同时,停止转发这个Join消息;如果不是,那么此路由器首先将自己标记为Anycast树节点,同时,建立一个孩子节点记录表,并将发送消息的主机或者路由器作为自己的第一个孩子节点,将Join消息中的相关参数加入到自己的孩子节点记录表中,同时记录下本节点的父节点的IP地址。最后,它用自己的Unicast地址取代原有Join消息中的Unicast地址,并修改相应的参数,将其发送出去[6,7],如图1所示。

下面分析一个Anycast组节点如何离开所在的Anycast树。

如果一个组节点申请离开其所在的Anycast组,它首先删除自身组节点的信息与身份,然后发送一个Leave消息给它的父节点,父节点接收到此Leave消息之后,它会检查自身对应Leave消息中Anycast地址的Anycast组的孩子节点记录表,从中删除此组节点,然后判断此时删除发送Leave消息主机之后的孩子节点记录表是否为空,如果为空,那么它将删除自身的树节点信息与身份,并且发送一个Leave消息给它的父节点,这个过程一直重复直到根节点或者某个节点,该节点在删除申请离开的节点之后,其对应Anycast组的孩子记录表不为空。

1.3 路由分析

在本模型中,当一个主机申请Anycast服务时,它首先发送一条Anycast地址转换为Unicast地址的请求,本模型会将该请求路由到最佳Anycast组节点上处理,该最佳组节点会将自己的Unicast地址作为应答消息的一部分返回给源主机,此后,源主机与此最佳Anycast组成员之间就可以进行直接通信了[8]。下面具体讨论本模型如何获取最佳Anycast组节点。

在本模型中,每种Anycast服务都被赋予一个Anycast地址,Anycast地址转换请求通过这个Anycast地址可以被网络系统朝着Anycast树根(即Anycast主域的边界路由器)的方向路由推进。在路由的过程中,每经过一个路由器,该路由器都会检查自己是否为此Anycast树的树节点。如果是,那么就查找当前以此树节点为根节点的子树中最优的组节点,否则,将该消息向下一跳推进。

本模型采用权值的方式来获取最优的组节点。本模型规定每个Anycast节点(包括组节点和树节点)都有一个树权值,其中,组节点(即叶子节点)的树权值为自身的权值,而树节点的树权值为孩子节点中权值最大的值。本模型采用如下的公式来计算权值:

Val组节点i=N组节点i;$Val{}_{\text{树}\text{节}\text{点}i}=\underset{1}{\overset{k}{{\displaystyle {\rm M}ax}}}({\rm N}{}_{\text{孩}\text{子}\text{节}\text{点}j})$;Ni=(K1×Bi)/(K2×Hopi)

其中,Vali表示节点i的树权值;Ni表示节点i自身权值;Bi表示节点i当前的带宽; Hopi表示孩子中权值最大的节点到达节点i的跳数,本模型定义一个节点在自身节点的跳数为1,每经过一个中间节点,其跳数递增1;K1,K2分别为带宽,跳数的调整参数。这些参数根据服务的性质与质量要求,可以采用不同的值。图2是在图1的基础上建立起来的带有权值的Anycast树,这里为了方便计算,K1,K2都取值为1。

如图2所示,S1为一个组节点,其树权值为4,S2也是一个组节点,其树权值为1。因为R1只有一个孩子节点,所以它的树权值为4/2=2,其来源指向为S1。R2的树权值为其孩子节点(S2和R1)树权值最大的值4/3,其来源指向为R1,而根节点只有一个孩子节点,所以它的树权值为4/4,树权值来源指向为R2。这样,当一个Anycast地址(1::1)转换请求消息到达R2时,因为R2本身是一个树节点,所以,将该请求消息转发给R1,同理,R1将此消息转发给组节点S1,至此,本模型获取了以树节点R2为根节点的子树中的最优组节点S1。S1接收到该请求之后,将自己的Unicast地址作为响应信息的一部分返回给源主机,这样,源主机就可以利用此Unicast地址与最优Anycast组成员进行直接通信了。

在本方案中,每个Anycast组节点的Bi值都是随着时间的变化而变化的,所以每个节点的树权值也会随之相应变化。为了确保Anycast节点的树权值的正确性和有效性,Anycast树中的每个树节点都必须定期向其孩子节点发送查询消息,以便及时更新自身的树权值。

2 性能分析

本模型是建立在Anycast树基础之上的,它从根本意义上解决了Anycast的扩展局限性问题,从而真正实现了高质量、响应速度快的Anycast服务。在本模型中,当一个主机发送一个Anycast地址转换请求时,此请求所到的第一个Anycast树节点一定是整个Anycast树中距离源节点最近的树节点,然后以此树节点为子树根节点,再根据其子树成员的带宽以及距离子树根节点的跳数等综合参数查找到最佳组节点。从用户角度来看,一次服务的TRT值越小,其服务质量越高,所以,在IPv6模拟环境下通过比较本模型和在应用层以及IP层实现Anycast服务的TRT可以得出如下结论:

R1=TRTApplicationLayer/TRT ; R2=TRTIPLayer/TRT

在IPv6模拟环境下,R1的值趋于1.155,而R2的值趋于1.172,通过比值可以看出,本模型要优于其他两种传统实现方法。此外,由于本模型采用树状结构,允许Anycast节点可以动态地加入或离开,并不受物理位置的限制,从而真正意义上解决了Anycast扩展局限性问题。在本模型中,Anycast组节点的加入和离开都是分布式处理的,并不是集中在某个固定节点上,这就解决了由于瓶颈可能导致网络阻塞或者节点超负载而宕机的问题,此外,由于加入与离开消息的数据传输只需要跨越很小的物理网络,并且此类消息的数据传输量也非常小,因此,对网络性能基本没有影响。本模型中的Anycast树状结构的信息是采用分布式管理与维护的,这就实现了Anycast树中节点信息的分布式管理与维护,从而实现了负载均衡的作用。此外,在本模型中不同主机发出的服务请求消息会被不同的最优Anycast组节点处理,这同样保证了Anycast服务请求可以均衡地分布在Anycast组成员之间从而得到高效地处理。

3 结束语

本文在IPv6的模拟环境下,提出了实现Anycast服务的一种新的通信模型,用以解决目前Anycast服务所存在的一些问题。Anycast作为一种新型的通信模式,具有广泛的前景,但是它还存在许多问题,有待进一步探讨和研究。

摘要：IPv6以两种方式提供Anycast服务,但是,这两种服务方式都存在Anycast可扩展局限性问题。提出了一种建立在Anycast树之上的通信模型,此模型实现了Anycast组成员的动态加入与离开,从真正意义上解决了Anycast现存的扩展性问题,同时此模型也实现了Anycast树自身信息与请求的分布式维护与处理,从而实现了均衡负载功能。深入分析和讨论了该模型的可行性及其有效性,并论证它可以支持大规模的Anycast组的建设。

关键词：IPv6,Anycast,树,节点

参考文献

[1] Partridge C,Mendez T,Milliken W.Host anycasting service.RFC 1546, 1993.

[2]Deering S,Hinden R.Internet Protocol Version6(IPv6)specifica-tion.RFC2460,1998.

[3] Hinden R,Deering.IP version 6 addressing architecture. RFC 2373,1998.

[4] JohnSon D,Deering S. Reserved IPv6 Subnet anycast addresses. RFC 2526, 1999.

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[6]Jurrichiro itojun Hagino,Ettikan K.An analysis of IPv6anycast Inter-net Draft.Internet Engineering Task Force,2001.

[7] Narten T,Nordmark E,Simpson W. Neighbor discovery for IP version 6 (IPv6).RFC 1970, 1996.

问题分析与扩展 篇5

随着我国社会主义市场经济的不断发展和完善, 伴随着以减员增效为特征的国企改革的推行, 国家财政加大对社会保障的投入力度, 支出总额迅速增长, 社会保障支出总额从1978年的18.91亿元猛增至2008年的6 804.69亿元, 增长了近360倍, 远高于同期GDP的增长, GDP由3 605.6亿元增加到306 859.8亿元, 增长仅85倍 (1) , 这必然对完善社会保障体系、构建和谐社会、促进经济可持续发展产生重要作用。那么, 我国社会保障支出与经济增长之间究竟存在着怎样的关系?我国社会保障支出是否能够满足经济社会的需要从而促进经济增长?关于这个问题的再思考, 对于研究当前我国经济高增长状态之下的社会保障制度安排和发展方向, 具有重要的理论和现实意义。

一、文献回顾

Barro (1990) 通过对公共支出 (包括公共投资、公共消费和公共转移) 的实证, 发现似乎只有社会保障支出和经济增长正相关。Sala-iMartin (1996) 在研究美国、日本和欧洲五国经济发展趋同问题时, 发现各地趋同速度惊奇地相似为每年2%, 通过研究社会保障转移支付占GDP比例对经济增长的贡献, 认为社会保障对经济增长的贡献为正。Perotti (1996) 利用横截面国家数据发现社会保障支出与经济增长间存在正相关系数。Cuyvers and Rayp (1998) 利用非完全市场模型指出, 在东亚新兴工业化国家, 社会保障支出与经济增长间正相关。Ehrlich and Zhong (1998) 利用49个国家1960-1989年的面板数据, 以养老金占GDP的比重代表社保支出, 采用两步回归固定效应模型检验了对生育率、结婚/离婚率、储蓄和经济增长的影响, 发现社保支出对所有这些变量有不利影响。

Bellettini and Ceroni (2000) 利用61个国家的数据分析了社保支出与经济增长间的关系, 发现二者间有正向关系, 而且在欠发达国家相关性更显著, 结果显示似乎证明社会保障支出有利于人力资本的形成。Zhang and Zhang (2004) 利用市场经济国家1960-2000间的数据, 检验了社会保障支出和经济增长以及经济增长决定因素 (如储蓄、人力资本投资、生育率等) 间的关系, 发现社保支出与生育率间显著负相关, 与储蓄不相关, 但是与经济增长显著正相关。Gupta等 (2005) 研究了90年代39个低收入国家财政一体化和支出结构对经济增长的影响, 认为公共支出的构成具有重要的作用, 增加政府工作人员的工资和转移支出能够促进经济增长。Lee and Chang (2006) 利用12个亚洲国家1972-2000的面板数据, 对社会保障支出与GDP间的关系进行了单位根、面板协整和因果关系检验, 并用完全修正普通最小二乘法进行了协整估计, 结果发现社会保障支出对GDP有正向影响, 短期内两者间没有因果关系, 但是从长期来看, 社保支出与经济增长间存在双向因果关系。

国际劳工局2004年会认为应将社会保障视为一种投资, 一种社会凝聚力的动因和国家的宝贵财富。作为投资, 社会保障有助于个人健康的提高和家庭状况的改善;具有反周期性的经济影响, 可以在高失业率期间保持消费者的商品和服务需求;有利于促进劳动力的流动, 使工人在变换工作时不至于失去已积累的应得权利。总之, 社会保障计划以一种维护和加强受益人尊严的方式, 对收入进行再分配, 这种做法又转过来提高劳动生产率, 促进社会的凝聚力和民族团结 (崔大海, 2008) 。

受我国社会保障发展水平的限制, 只是近年来国内学者才开始进行社会保障与经济增长、经济发展之间的实证分析。穆怀中 (2001) 从国家福利和自保公助两种社保模式出发, 运用相关性和直接回归方法分析了社保支出与GDP、国内储蓄、投资及私人消费之间的相关影响, 证明社保支出与人均GDP增长高度正相关。许晓茵、韩丽妙 (2006) 运用1996-2004年我国31个省份离退休人员保险和福利费用分析了社会保障水平与经济增长的地区差异, 发现养老金支付水平对经济增长的贡献存在显著的地区差异。董拥军、邱长溶 (2007) 利用协整分析方法, 发现我国1989-2004年社会保障支出与经济增长之间存在双向因果关系, 但利用省际面板数据分析却呈现负相关。于文革 (2007) 利用柯布-道格拉斯生产函数, 对1978-1998年的时间序列采用OLS方法检验了政府社会保障支出对经济增长的影响, 认为政府社会保障支出与产出显著负相关。

张欣 (2007) 通过构造数理理论框架, 研究了社会保障支付对总需求和总供给变量的各种不同影响, 以及社会保障支付对经济增长、价格、政府财政开支等宏观经济变量的效应, 从理论和实证上说明了在经济萧条时, 社会保障支出可以积极地增加有效需求, 从而增加产出和就业;在非萧条时期, 通过正确设计社保制度将有助于促进积累和投资, 从而促进长期的经济发展。特别地, 通过总量经济模型得出2004年我国社会保障支出乘数为1.67, 这样, 在总供给大于总需求的情况下, 100亿元的社会保障支出就可以增加167亿元的产出。崔大海 (2008) 采用1978-2006年的数据, 通过Granger因果检验和协整分析, 研究我国财政社保支出与经济增长的动态关系, 结果表明两者之间存在单向的因果关系, 经济增长促进了财政社保支出的增加, 而财政社保支出不是经济增长的原因。杨杰等 (2009) 通过构建中国省级面板数据模型, 对2003-2007年社会保障财政支出与经济增长的关系进行了实证分析, 结果显示, 地区社会保障支出与经济增长呈正相关, 但促进作用极为有限。

以上学者在进行理论分析时均把社会保障支出当成中间变量, 通过影响资本存量、人力资本等来影响经济增长, 但是最后都是直接对社会保障支出和经济增长两个变量进行实证分析。本文作者认为, 对这两个变量直接实证分析, 其实并没有很好的传达社会保障作为中间变量影响经济增长的路径是否通畅, 如果不通畅, 问题出在哪个环节?文献的实证方法并没有体现这一点, 不能全面的反映社会保障支出对经济增长的作用机制。

二、社会保障支出影响经济增长的作用机制

本文不仅仅将社会保障作为中间变量, 还将其作为直接因素影响经济增长, 并且把社会保障影响的中间变量一道纳入一个框架里进行实证分析, 进而更加全面地反映社会保障支出影响经济增长的作用路径。本文通过设计一个简单的一般性模型, 作为分析社会保障支出影响经济增长的作用机制的理论框架。近年来随着新经济增长模型的出现和应用, 人力资本存量逐渐取代了劳动力投入。因此, 在研究经济增长与要素投入的关系时, 就出现了另一类生产函数关系模型, 即有效劳动模型 (王金营, 2005) ;同时, 考虑到财政社会保障支出属于公共支出的一部分, 借鉴Barro (1990) 的思路, 将公共支出作为生产要素直接纳入到具有固定规模报酬的生产函数中, 则社会保障支出影响经济增长的作用机制可以通过以下函数关系得以说明:

Y (t) 是t时期经济总产出国内生产总值, K (t) 是投入的物质资本存量, H (t) 是人力资本存量, SSE (t) 表示社会保障支出。总产出Y (t) 对社会保障支出SSE (t) 求导:

从上面一般性增长模型的框架里可以看出, 社会保障支出影响经济增长的作用机制有三类, 第一, 社会保障支出影响物质资本并进一步影响经济增长的作用机制, 即社会保障支出→物质资本→经济增长的路径, 体现在 (2) 式的右边第一项;第二, 社会保障支出影响人力资本并进一步影响经济增长的作用机制, 即社会保障支出→人力资本→经济增长的路径, 体现在 (2) 式的右边第二项;第三, 社会保障支出直接影响经济增长的作用机制, 即社会保障支出→经济增长路径, 体现在 (2) 式的右边第三项。其中前两类间接影响经济增长, 这也是大多数文献的分析思路 (别朝霞, 2004;张盈华, 2009) 。后一类直接影响经济增长, 也就是说社会保障不仅作为中间变量, 通过影响资本存量、人力资本间接影响经济增长, 还直接影响经济增长, 这是社会保障制度作为一个生产要素的必然性 (郑秉文, 2009) 。

根据国际劳工组织的解释, 所谓生产要素是指持续提高一经济体的总体产出水平的力量, 其具体途径是提高每个工人或每个工时 (即劳动生产率) 的产出水平 (ILO, 2005) 。国际劳工组织认为建立社保制度的目的是为了防范各种生命风险, 如疾病、残疾、老年、生育或由于种种原因而失去收入等, 社保制度不仅可维持和提高工人的生产能力, 而且还可通过扩大就业潜力或提高就业率来创造新的经济活动。像劳动力市场政策那样, 社保制度是提高经济动力和促进劳动力流动的一个关键工具, 社保制度的功能还可通过烫平社会消费, 在经济衰退时提供一定的替代率, 以此稳定经济形势。由此认为社保制度不仅可以通过减少贫困来实现社会公平, 而且也是一个促进经济增长的生产要素 (Garcia等, 2003) 。在2003年发布的《全球就业日程》 (GEA) 列出的10个核心要素中, 第八个是“社会保障作为一个生产要素” (ILO, 2003) ;欧盟在1997年发表的一份研究报告, 提出“社保制度本身就是一个生产要素” (European Commission, 1997) ;2008年的金融危机使“社保制度作为一个生产要素”的作用更加明显, 尤其是美国, 在这次金融危机中制订的“一揽子”经济刺激方案更偏重于刺激消费需求, 无论是向弱势群体直接发放现金补贴, 还是大幅降税, 其社会救助的比重均大于欧洲。奥巴马的医改方案显然是“社保制度作为一个生产要素”的一个典型案例, 是美国为“后金融危机”时代的经济崛起所做的制度准备。因此可以说, 社会保障制度作为一个生产要素具有必然性。

新中国成立60年来, 社保制度经历了一个从计划经济体制附属物到市场经济安全网、从国企改革配套措施到构建和谐社会的制度保障这样一个发展过程。尽管社保体系仍存在一些问题, 但对其在政治稳定与社会和谐中重要性的认识均已达成共识。特别是2008年以来, 我国接连遭遇历史罕见的自然灾害, 并受美国“次贷危机”的牵累, 中央决策层审时度势, 科学决策, 对宏观调控政策作出重大调整, 发出保增长的强有力信号。把增加居民消费作为扩大内需的重点, 把改善民生作为保增长的出发点和落脚点, 通过保障和改善民生促进经济结构优化、增强经济发展拉动力。社会保障首次与促进增长紧密联系在一起, 其地位提高到一个空前的历史高度。

三、实证分析

(一) 模型设定与数据选取

根据前面的分析, 此处的主要目的是检验我国社会保障支出与物质资本、人力资本及经济增长间的关系, 为防止忽略重要的相关变量对实证结果的影响, 还引入了技术水平的影响。因此, 使用包括产出、社会保障支出、物质资本、人力资本和技术水平在内的5变量系统来建立计量模型。

令Zt=[Yt, At, Kt, Ht, SSEt]', 其中Yt代表经济增长, 以实际国内生产总值的对数表示;At代表技术水平, 以实际财政科学研究投入的对数表示;Kt代表物质资本, 以实际资本形成总额的对数表示;Ht代表人力资本存量, 以人力资本存量的增长率表示;SSEt代表社会保障支出, 用财政社会保障支出占财政支出的比重表示。所有数据均来自《中国统计年鉴》和《中国劳动统计年鉴》, 样本期间1978-2008年, 相关数据以1978年不变价计算的实际值表示。在核算人力资本的过程中, 1978-1998年的数据来自王金营 (2001) , 1999-2003年的数据参考了汤向俊 (2006) 的估计结果, 2004-2008年的数据参考王金营和汤向俊的估计方法, 以历年《中国劳动统计年鉴》的数据按教育年限法计算而来。所有检验均使用Eviews6.0软件。

(二) 检验方法说明

宏观经济运行在很大程度上依赖于变量之间可能存在的因果关系, 正是这种因果关系, 使组成宏观经济系统的各变量相互制约和相互促进 (许雄奇, 2006) 。继C.W.J.Granger原创性地定义因果关系及其后续的发展和完善, Granger意义上的因果关系检验在实证研究中得到广泛应用。

Granger因果关系是基于向量自回归 (VAR) 模型来定义的, 一般分为“基于水平 (level) VAR模型的因果关系检验”和“基于差分 (difference) VAR模型 (即Vector误差修正模型, VECM) 的因果关系检验”。基于水平VAR模型进行多变量系统的因果关系检验, 因未考虑单个变量的非稳定性和变量系统的协整性而存在一定的问题;基于差分VAR模型来进行因果关系检验容易使信息丧失, 而且要求首先检验变量的平稳性和协整关系, 使其在实证分析中的应用受到限制 (Terence, 1998;Dolado, 1996) 。当研究者并不关注变量的协整性而只关注其因果关系, 或者协整性不存在但需要研究其因果关系时, 就需要一种新的检验方法, 在不考虑变量的单整性和协整性的情况下, 进行变量之间的因果关系检验。Toda and Yamamoto (1993;1995) 提出的“基于扩展 (Lag-Augmented) VAR模型的因果关系检验”方法, 可以不考虑单位根的个数和变量的协整性而进行因果关系检验, 在最近的因果关系检验中受到广泛应用。

考虑如下的VAR (L) 过程, VAR模型的最优滞后阶数L假设已知。

其中Zt, v和εt为n维向量, Ar为滞后阶数为r时的n×n系数矩阵, 误差向量εt为0均值的独立同分布过程。需要强调的是, 在运用基于扩展的VAR模型进行因果关系检验时研究者, 并不需要事先确定模型 (3) 中各变量的单整性和变量系统的协整性。托达和亚马默托 (1995) 建议在水平VAR (L) 模型中加入额外的滞后阶数d (d为各变量的最大单整阶数) , 运用OLS方法估计VAR (L+d) 模型并根据该模型进行因果关系检验, 该方法在基于水平VAR模型的因果关系检验的基础上考虑了额外滞后阶数d对检验结果的影响。

其中v', A1', …, AL+d'为OLS估计量。对模型 (4) 进行Wald系数检验, 如果零假设H0 (H0:Ar中j行、k列的元素等于零, r=1, …, L) 不被拒绝, 则Zt的第k个元素是第j个元素的非Granger因。

注:*代表在10%显著性水平上拒绝原假设。

需要注意的是, 在进行Wald系数检验时, 仅需要对滞后期为L的估计系数向量、运用标准渐进分布理论进行Wald系数检验, 而对额外滞后阶数d的估计系数向量并不需要进行Wald系数检验, 因为水平VAR模型的实际滞后阶数为L。托达和亚马默托 (1995) 从理论上证明, 无论Zt是平稳过程、I (1) 或I (2) 过程还是协整系统, Wald统计量均服从于标准χ2分布。因此, 在利用VAR (L+d) 模型进行因果关系检验的基础上, 可以进一步根据VAR (L) 模型得出脉冲响应函数, 以识别变量系统对冲击或新生扰动的动态反应。

(三) 确定水平VAR模型的最佳滞后阶数L考虑到样本区间的限制, 从最大滞后阶数L=3开始, 并根据FPE值、AIC值、SC值、HQ值等选择最佳滞后阶数为1, 见表1。

(四) VAR (1) 模型的稳定性检验

根据图1, VAR (1) 模型的全部根都落在单位圆以内, VAR模型的稳定性条件得以满足, 根据其得出的因果关系检验和脉冲响应函数的结果是稳健、可靠的。

(五) 扩展VAR (L+d) ) 模型

至于变量的最大单整阶数d, 因为已有的研究显示, 绝大部分宏观经济变量多为I (1) 过程, 即变量含有最多1个单位根, 本文选取d=1, 对年度数据而言这是比较合理的假设 (Christopoulosand Tsionas, 2002) 。因此, Zt=[Yt, At, Kt, Ht, SCt]'的扩展VAR (L+d) 模型为VAR (1+1) 。

在根据扩展VAR (1+1) 模型得出Granger因果关系检验结果之前, 同样需要对之实施必要的诊断检验, 对扩展VAR (1+1) 模型的稳定性检验结果见图2。所以, 根均落在单位圆以内, 扩展VAR (1+1) 模型的稳定性条件得以满足, 由此得出的Granger因果关系检验结果应是可靠的。

(六) 基于扩展VAR (L+d) ) 模型的因果关系检验

因果关系检验结果见表2, 通过分析检验结果, 可见社会保障支出和人力资本不是经济增长的Granger因:在5%的显著性水平上, 存在从技术进步到经济增长的Granger因果关系;在1%的显著性水平上, 存在从物质资本到经济增长的Granger因果关系;不存在社会保障支出到物质资本和人力资本的Granger因果关系。因此, 技术进步和物质资本是中国经济增长的决定因素, 而社会保障支出和人力资本对经济增长的贡献不明显。根据表2, 社会保障支出并不是物质资本的Granger因, 社会保障支出→物质资本→经济增长, 这条路径的第一个环节不通畅;社会保障支出不是人力资本的Granger因, 人力资本不是经济增长的Granger因, 社会保障支出→人力资本→经济增长, 这条路径整个不通畅, 可以说社会保障有效促进经济增长的效果终是不明显, 社会保障与其最终目标之间的联系受阻。

注:**和***分别代表在5%和1%显著性水平上拒绝零假设。

(七) 广义脉冲响应函数

图3是基于水平VAR (1) 模型的广义脉冲响应函数曲线, 横轴代表滞后阶数, 纵轴代表经济增长受各变量冲击的响应程度。可见, 广义脉冲响应函数曲线有收敛于零的趋势。根据脉冲响应函数曲线, 经济增长变量在受到一个单位正向标准差的技术进步变量的冲击后, 冲击效应为正, 技术进步引起经济增长的增加;经济增长变量在受到一个单位正向标准差的物质资本变量的冲击后, 冲击效应为正, 物质资本的增加的引起经济增长的增速。由于社会保障支出和人力资本变量对经济增长无Granger影响, 并不需要给出经济增长变量受社会保障支出和人力资本变量冲击的脉冲响应函数曲线。

(八) 实证结果解释

技术进步与物质资本的增加均引起经济增长, 与有关的宏观经济理论一致。作为本文关注焦点的财政社会保障支出对经济增长的影响, 通过以上实证分析, 虽然近年来我国财政社保支出大幅增加, 但因果关系检验结果显示, 社会保障支出不是物质资本的Granger因, 社会保障支出→物质资本→经济增长这条路径的第一个环节不通畅;社会保障支出不是人力资本的Granger因, 人力资本不是经济增长的Granger因, 社会保障支出→人力资本→经济增长, 这条路径不通畅;社会保障支出不是经济增长的Granger因, 社会保障支出→经济增长, 路径也不通畅。

1. 社会保障支出不是物质资本的Granger因。

储蓄是一个国家资本积累的源泉, 是经济增长的基础, 储蓄通过转化为投资, 投资通过资本形成机制来推动经济的增长。从理论上来讲, 社会保障总是会改变人们在年轻和年老时的福利, 也会改变人们的储蓄决策, 从而会影响到资本形成。因此, 社保支出应该是资本形成的因。其实不然, 实证结果表明社会保障支出增加并不是引起储蓄增加的Granger因。我国居民储蓄不断攀升的原因, 主要是由于我国改革渐进过程中不确定性因素比较多, 居民对未来的不确定性预期比较大, 储蓄主要目的是以预防性为主, 预防未来不确定的医疗、教育、住房支出等等 (刘新等, 2010) 。另外, 储蓄也并不是投资的Granger因 (汪伟2008) , 说明国内金融体制不健全造成的投资传导的货币渠道和信贷渠道不畅, 大量的储蓄并没有转化为有效的投资, 没有转化为推动我国经济又好又快发展的驱动力。可以说, 从社会保障→储蓄→投资的路径本身就不通畅, 也就不难理解社会保障支出不是物质资本的Granger因。因此, 社会保障支出通过影响物质资本而影响经济增长的机制在中国并不成立。

2. 社会保障支出不是人力资本的Granger因, 人力资本不是经济增长的Granger因。

可能的解释:教育是人力资本形成的一个非常重要的源泉, 教育投资越多, 人力资本水平就越高。值得注意的是, 在所有学级教育中, 在家庭、社会和国家三个投资渠道里, 家庭始终是教育投入的主力军 (陈全功, 程蹊, 2006) 。中国人历来重视子女教育, 在旧式家庭中, “世代书香”、“诗书继世”、“耕读传家”都是足可引以为自豪的家族光荣。时至今日, 对于大多数中国家庭来说重教之风勤和学之风不衰, 重教的传统未失。只是和以前不同的是, 由于独生子女政策的推行, 对于一个家庭来说, 仅有的一个子女的教育的成功, 显得更为宝贵, 同时人才市场的竞争使人们认识到受教育程度对于未来的公民具有何等重要的意义。父母们能从新的视野看到教育的重要性, 绝大部分家长对教育子女持有极大的兴趣和热情, 对子女都有着较高的教育投入, 这是人力资本水平提升的主要贡献来源。

根据理论分析, 父母对子女进行人力资本投资有动力, 是因为现收现付的社会保障用养老金补偿了教育投资的正外部收益, 使人力资本投资回报率提高, 从而有助于家庭父母增加人力资本投资 (张盈华, 2009) 。然而, 我国的现实情况却并非如此。几千年来, 我国传统社会的养老模式主要是以家庭养老为主, 即经济 (或物质) 的供养、生活照料和精神慰藉主要来自家庭 (林宝, 2010) , 这是与“孝”为核心的传统家庭伦理连在一起的。中国系统而影响深远的孝文化使得家庭养老能够建立在“孝”的基础上, 赡养的义务主要由子女完成。赡养的义务如同自然界中的“反哺”, 即父母将子女抚养成人, 父母年老后由子女承担赡养义务。这种模式切合了中国传统以农为主的生产方式和敬老尊老的孝亲文化, 在几千年间乃至现在仍发挥着重要作用。这种养老模式以血缘道义为核心, 以家庭为单位保证了老有所养目标的实现, 减轻了国家的养老负担。目前, 我国社会还不能完全从家庭接过养老的责任, 社会保障水平低, 覆盖面窄、项目不全、资金缺口大、管理不规范、城乡社会保障水平差异大等等诸多问题, 加上我国的文化传统, 都决定了在当前及今后很长一段时间里, 家庭养老仍然是我国主要的养老形式。当社会保障体系处在改革和完善过程中, 在以家庭养老为主的模式下, 中国的老人们即使到年老后也多强调自己对后代的责任和义务, 在各方面对子女 (包括孙子女) 不计回报地付出, 同时在赡养的三个方面 (经济支持、生活照料和精神慰藉) 尽量自立和自己解决, 通过降低生活标准、量入为出, 克服自己生活中遇到的困难, 减轻子女的赡养负担, 更是减轻了国家负担。因此, 从我国长期以来的养老模式来看, 社会保障并不是激励中国父母对子女人力资本投资的动因, 政府的社会保障支出不是人力资本的Granger因也就不难理解。

我国人力资本不是经济增长的Granger因, 这和新增长理论不符, 可能的原因在于:我国人口基数大、劳动力素质偏低、科技创新能力不高, 人力资本投入的经济和社会机制不健全, 人力资本在总量上没有得到充分利用。这样的结论或许从我国目前所普遍存在的大学生就业难中可以反映出来, 我国一些高质量人力资本仍然从事着简单劳动, 隐性的浪费人力资本现象广泛存在, 等等。过去30年来, 我国的经济增长主要是粗放型增长, 主要依靠增加资金、资源的投入来增加产品的数量, 而不是主要靠人力资本推动经济增长。因此, 总的来说社会保障支出通过影响人力资本而影响经济增长的路径并不通畅。

3. 社会保障支出不是经济增长的Granger因。

改革开放以后很长时期, 我国社保制度改革中政府责任主体地位不明确、资金缺口巨大、过分强调社保的社会功能等, 使得社保体制改革远远落后于经济和社会的发展, 无法满足经济转型期各项改革攻坚的要求, 成为制约各项改革取得实质性突破的“瓶颈”。长期以来, 我国的社会保障作用仅限于抚恤、救灾、满足离退人员基本生活费用上, 实行以“效率优先、兼顾公平”的原则。加之在20世纪90年代确定了统账结合的养老保险制度以来, 所谓个人账户的资金被用于支付当前养老金, 由此形成规模巨大的“空帐”。由于个人账户“空账”运行, 难以构建起覆盖城乡、全民社保的统一体系, 无法为改革和发展提供保证, 也就谈不上推动经济增长。

四、结论与政策含义

通过包括经济增长、社保支出、技术水平、物质资本和人力资本等变量系统, 运用扩展VAR模型实证分析中国财政社会保障支出与经济增长的关系, 因果关系检验结果显示, 我国存在从技术进步、物质资本到经济增长的Granger因果关系, 不存在从社会保障支出到物质资本的Granger因果关系, 不存在从社会保障支出到人力资本的Granger因果关系, 不存在从社会保障支出到经济增长的Granger因果关系, 也不存在从人力资本到经济增长的Granger因果关系。脉冲响应函数曲线表明, 技术进步和物质资本对经济增长的的冲击效应为正。其政策含义在于:

第一, 加快各项改革尽早到位。社会保障支出不是物质资本的Granger因, 其内在隐含着社会保障支出不是储蓄的Granger因, 储蓄不是物质资本的Granger因, 居高不下的储蓄连接于社保支出和物质资本。我国经济增长虽然是粗放式的资本投入型, 但逐年增加的高额储蓄也说明投入不是主要转自于储蓄, 高额储蓄也不是因为财政社会保障支出的增加, 主要因为我国居民对未来预期的不确定性比较大, 储蓄主要目的是以预防性为主。尽管传统的经济增长理论认为高储蓄率意味着高的经济增长, 但是并不是储蓄率越高越好。储蓄是延迟的消费, 如果在储蓄到投资的转换过程中出现障碍, 或者由资本到经济增长出现投资收益过低, 储蓄率对经济增长的影响便变得不明确了。因此, 经济政策不应进一步引导储蓄率的提高, 而应该引导储蓄向消费的转移, 应加快各项改革, 尽快到位, 减少居民不确定性预期, 增加当期消费, 以刺激需求来推动经济增长为政策导向。另外, 大力加强有关的制度和基础建设, 大力培育与发展资本市场等经济政策和手段, 以疏通全社会范围内储蓄向投资转化的渠道。

第二, 大力发展社会保障事业。社会保障支出不是人力资本的Granger因, 这是我国传统的养老模式决定了的。改革开放以来, 中国传统的家庭养老模式受到冲击。由于计划生育体制的长期实行, 中国社会逐渐呈现老龄化的趋势。2000年中国60岁以上老年人达到10.0%, 65岁以上达到6.9%, 标志着中国步入老龄化社会。“421家庭”普遍存在, 即一对年轻夫妇要赡养4个老人和1个子女。这导致了年轻一代的赡养抚养压力不断增加, 家庭养老逐渐呈现力不从心。随着社会发展, 年轻人外出打工谋生也屡见不鲜, 在农村出现了大量“空巢家庭”, 家中老人无人照顾反而老人还要抚养孙辈, 老年人的养老成了一大问题。

问题分析与扩展 篇6

关键词：居民消费,消费结构,ELES模型

改革开放以来, 安阳市在国家政策导向作用下, 城市建设大力推进, 水利、交通、通讯等基础设施建设力度加大, 投资增长强劲, 投资对经济发展拉动作用明显。由于政策调整和政府投资的边际效应递减以及固有的副作用, 政府投资对经济增长的作用日益减弱。作为一个内陆城市, 安阳市对外依存度较低, 净出口对于经济发展的作用非常有限。如何通过刺激消费推动经济增长, 已成为安阳市政府在构建和谐社会中的一个重大课题。

一、模型构建

扩展性线性支出系统模型 (Extend Linear Expenditure System, ELES) 是经济学家C Liuch于1973年在线性支出系统模型的基础上推导出的一种需求函数系统。该模型认为消费仍然只是收入的函数, 即个人对商品或服务的消费需求仅仅取决于个人可支配收入的多少。同时, 消费需求分为两部分, 一部分为居民对商品或服务的基本需求, 这部分需求与个人可支配收入的多少关系不大, 另一部分需求是居民在满足了基本需求之后将剩余可支配收入按照某种边际消费倾向安排支出而构成的消费需求。其代数表达式为:

Vi=PiXundefined+βi (Y-∑PkXundefined) (i=1, 2, …, n) (1)

式中Y为消费者可支配收入, Vi为消费者对第i类商品或服务的支出额, Pi为第i类商品或服务的价格, Xundefined为对第i类商品的基本需求量, PiXundefined为第i类商品或服务的基本需求支出额。由 (1) 式可看出βi为消费者的收入在用于各类商品或服务基本需求支出后的余额中, 追加购买第i类商品或服务的比例, 称为边际消费倾向, 且0<βi<1, ∑βi<1, 由于PiXundefined不易得到, 将 (1) 变形, 并令

αi=PiXundefined-βi∑PkXundefined (2)

(2) 式代入 (1) 式得: Vi=αi+βiY (3)

将 (2) 两边对求i和, 得到

undefined

将 (5) 式代入 (2) 式得

PiXundefined=αi+βi∑αi/ (1-∑βi) (6)

对 (3) 式采用普通最小二乘法, 可求得αi、βi的估计值, 再利用式 (6) 可求得居民对各类商品 (服务) 的基本需求PiXundefined。

二、安阳市居民消费现状

近年来, 随着居民收入水平的提高和消费能力的不断增强, 居民消费势头强劲, 其在安阳市经济发展过程中的地位日益凸显。从表1可以看出, 2004—2008年安阳市城乡居民人均收入稳步、高速增长, 平均增长速度分别为13.01%和16.42%, 2008年城镇人均可支配收入达到14125.74元, 农村居民人均纯收入5190元。与此同时, 收入水平的快速增长必将带动消费需求的增长, 表2显示, 2004—2008年安阳市社会消费品零售总额平均增长速度为17.79%, 2008年全年社会消费品零售总额245.83亿元, 比上年增长23.81%。分城乡看, 城市消费品零售额146.4亿元, 增长25.5%;县的消费品零售额25.6亿元, 增长24%;县以下消费品零售额73.8亿元, 增长20.5%。五年间, 城镇居民消费性支出平均增长11.02%, 低于人均可支配收入的增长速度;农民生活消费支出平均增长16.25%, 与农村居民人均纯收入的增长速度基本持平, 这符合凯恩斯的边际消费倾向递减规律。

资料来源:《安阳市统计年鉴》相关各期

资料来源:《安阳市统计年鉴》

三、安阳市居民消费结构分析

1.基本分析

从商品性消费看, 城镇居民家庭消费支出比重最大为食品支出, 其次为教育文化娱乐服务、衣着、居住和交通通讯支出。农村居民家庭消费支出比重最大为食品支出, 其次为居住、交通通讯、教育文化娱乐服务支出。民以食为天, 食品消费仍然是城乡居民的首要需求。从城乡居民消费的恩格尔系数看, 五年来, 安阳市恩格尔系数总体呈下降趋势, 农村下降趋势明显。2004年安阳市城镇居民恩格尔系数为33.07%, 农村居民恩格尔系数为41.6%, 而2008年城镇居民恩格尔系数为32.25%, 农村居民恩格尔系数为33.2%, 见表3 (a) 、表3 (b) 。

资料来源:《安阳市统计年鉴》相关各期

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2.模型统计结果分析

根据以上分析, 对表3中的数据, 采用Eviews5.0软件, 以人均可支配收入为自变量, 分别以食品、衣着、家庭设备用品及服务、医疗保健、交通与通讯、教育文化娱乐服务、居住和其它商品与服务支出为因变量进行最小二乘回归, 得出如下回归结果 (见表4) 。

(1) 边际分析

首先, 将上述8个方程中βi的累加得出∑β=0.5693, 说明安阳市城镇居民在新增可支配收入中的56.93%将用于消费支出, 内需不足。并且从方程中的β可以看出食品和教育文化娱乐两项的边际消费倾向最高, 在新增可支配收入中, 将有21.54%用于食品支出, 而7.03%用于娱乐文教支出。其次, 依次排序是家庭设备用品及服务、杂项商品及服务、衣着、医疗保健、交通通讯、居住等。其中, 居住所占比例为最低, 这是我们没有想到的。

(2) 基本需求分析

由以上回归方程的αi、βi计算可得出消费者对各类商品或服务的基本消费支出额PIXundefined, 见表5。

从表5中可知, 2008年安阳市城镇居民家庭平均每人全年消费性支出总额的估计值为9474.3元, 而实际平均每人全年消费支出总额为9361.1元, 相差113.2元, 相对误差1.21%, 计算结果精确可信。

由表5还可以看出, 在各类生活消费品的边际预算份额中, 食品所占的份额最高, 其余依次为衣着、医疗保健、娱乐教育及文化服务、交通通讯、居住、家庭设备用品及服务及杂项商品和服务等。与以吃、穿、住、行消费模式不同的是安阳市城镇居民的消费呈现出吃、穿为主, 以医疗保健、娱乐教育及文化服务、交通通讯为辅的消费结构, 说明安阳市城镇居民对交通通讯、医疗保健、旅游等其他高层次的消费能力已经达到一定的水平, 生活质量显著提高。另外, 绝大多数城镇居民并没有把居住作为主要的消费需求, 这是我们与其他类似研究不同之处。

(3) 需求收入弹性分析

需求收入弹性的定义是, 1%的收入变化所引起的需求量变化的百分数。用Ei表示, 计算结果见表6。

Ei= (∂Xi/∂Y) · (Y/Xi) =βi·Y/PiXi

从表6 (a) 看出, 在增加可支配收入的情况下, 八类商品及服务的弹性均为正值, 其中家庭设备用品及服务、杂项商品及服务收入弹性系数大于1, 说明这两类商品的需求增长快于收入增长, 随着人们收入水平的提高, 对于耐用消费品和旅游等享受型商品及服务的需求旺盛。其余六类商品收入弹性系数皆为小于1。通过表6 (b) 各类弹性系数增长速度分析, 发现这两类商品消费增长速度呈现逐年下降的趋势。表明这两类商品的政策效果明显, 但是刺激空间有限。而其他六类收入弹性系数小于1的商品中, 教育、文化娱乐服务收入弹性系数最大, 也应该成为政策关注的重点;从表6 (b) 来看, 这六类商品的系数增长速度有逐年上升的趋势。其中, 增长较快的依次为医疗保健、交通通讯和居住三类商品。这应该成为政府未来制定计划的一个参考。

四、结论

居民消费对于任何一个国家或地域经济的发展都起着重要的支撑作用, 对于河南安阳市这一典型的中国三线城市来说, 扩大居民消费, 既是满足城乡居民生活、提高人民生活水平的现实需要, 也是促进安阳市经济加快发展, 科学发展, 又好又快发展、全面建设小康社会的客观要求。近年来安阳市当地消费需求稳定增长, 消费规模持续快速扩大, 消费结构逐步升级, 消费观念不断更新, 对拉动经济增长起到了积极作用。但也存在一些问题, 诸如消费率低, 最终消费增长慢于GDP增长, 对拉动经济增长的贡献率不高等。所以, 针对扩大消费这项复杂的系统工程来说, 单项推进的消费政策的效果是有限的。只有构建有效的宏观、微观政策组合策略, 打政策组合拳, 才能更好地使各项经济政策、各项具体措施形成合力, 才有可能收到理想的效果。

参考文献

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[2]朱金鹤, 崔登峰.基于扩展线性支出系统模型的新疆城镇居民消费结构实证分析[J].安徽农业科学, 2010, 38 (32) .

[3]刘东.我国农村居民消费结构研究——基于扩展线性支出系统模型的计量分析[J].黑龙江科技信息, 2010 (2) .

[4]邵祥东.河南省城镇居民消费结构的实证分析[J].经济师, 2009 (12) .

问题分析与扩展 篇7

伴随着电力负荷需求的快速增长, 部分电网内一些交流线路的传输容量已接近饱和, 亟须新建线路或对现有线路进行扩容改造[1,2,3]。近年来, 直流输电技术蓬勃发展, 将交流线路改造成直流线路的技术方案具有扩容量大、控制快速等优点, 越来越被人们所接受[4,5,6]。将单回交流线路改造成单极或双极直流系统是容易理解的, 且根据当前研究成果, 已有多种相应的变型结构[7]。为了尽可能多地增加改造后的传输容量, 文献[8]提出了一种三极直流结构, 能够在充分利用三条 (相) 传输线的情况下, 有效实现线路增容, 为双极直流的1.37倍[8,9,10]。

多端直流 (multi-terminal direct current, MTDC) 系统由多个换流站及其相互连接的各直流输电线路组成[11,12]。与两端直流系统相比, MTDC系统具有更好的经济性和灵活性[13,14]。在一个电网中, 若将现有交流线路中的某几回集中改造成MTDC, 更能缓解电能输送瓶颈, 并带来一系列附加优点。从拓扑结构上来讲, 单极或双极直流能够简便且顺利地扩展成MTDC, 具有较好的扩展性。但三极直流系统扩展成MTDC系统后, 由于极3的直流电压和电流需要间隔一定时间周期性地进行反向转换[9], 便需要所有换流站进行统一协调动作。这不仅增加了通信要求, 而且实现起来较为复杂。因此, 在交流线路改造成MTDC的拓扑方案中, 不宜采用三极直流结构, 特别是在换流站较多的情况下。

为使得改造后的MTDC具有三极直流的扩容能力, 同时拥有双极直流的易扩展性 (即免去三极MTDC的协调控制难度) , 本文提出了一种扩展式多端直流 (extended MTDC, EMTDC) 系统。EMTDC是在双极MTDC的基础上发展而来的, 因此在外特性方面与双极MTDC相似, 同样也具有易扩展的特性。为实现线路扩容效应, 通过引入与三极直流扩容本质相类似的三线双极结构 (three-wire bipole structure, TWBS) , 将原有交流线路中的三相导线转换成双极直流传输线, 能够有效提升线路传输功率。因而, EMTDC不仅具有与双极MTDC相同的易扩展性, 同时还能充分利用现有交流线路的3条输电线, 实现扩容输电。

1 EMTDC系统结构

MTDC有两种基本结构方式:并联型和串联型[15]。根据目前研究, MTDC更倾向于前者, 因而本文主要研究并联型MTDC。图1 (a) 给出了一小部分交流电网的简化结构。如果将AB和BC两条交流线路改造成直流线路, 且采用三极直流结构, 那么, 极3就相当于是一个单极三端直流系统, 如图1 (b) 所示。过渡阶段直流电压和直流电流极性反转时, 3个换流站的直流侧电压需要同时变化, 同时, 极3线路上的电流要始终保持为0, 以维持功率稳定。这需要较为复杂的协调控制和快速通信。尤其是当此三端直流网络向A点或C点外衍生变成更多端的直流网络时, 更多换流站上的电压、电流需要同时进行协调控制, 实现难度将更大, 同时, 大范围调节对系统的可靠性也是一个考验。

针对上述问题, 本文在电能扩容传输方面参考了三极直流扩容原理, 在多端扩展性方面借鉴了双极MTDC结构, 进而提出了EMTDC。同样以图1 (a) 为例, 取AB和BC间的线路构建成如图2 (a) 所示的扩展式三端直流系统。

图2 (a) 中, 每个换流站的直流侧仅含正负极端口, 与双极直流相同, 若将TWBS当作2条直流传输线, 则图2 (a) 就是一个传统的三端双极直流系统。因而, EMTDC具有易扩展性, 同时, 无论多端网络的端口数目有多大, 都不需要如同三极直流结构的全网全站协调控制。在电能扩容传输方面, 通过引入TWBS, 能够充分利用原有的交流线路, 扩大传输容量。如图2 (b) 所示, TWBS内部包含2个电流转换单元和3条传输线。换流站输出的两相直流电流经电流转换单元后转换为三相直流电流, 然后通过三相传输线传输至受端, 再经过转换单元将三相直流电流转换成两相直流电流。TWBS是一个四端口网络, 能够较好地与双极型网络对接。对外部网络而言, 不需要关心TWBS内部特性, 将其作为双极传输单元即可。

图2 (c) 给出了TWBS的具体实现结构。其中, 3条传输线及其附属设备构成了3个极:正极、调制极和负极。TS1至TS4是4个独立的晶闸管, 可将调制极轮流与正极或负极相连, 例如:TS1和TS2导通时, 调制极和正极呈并联关系。S1和S2为快速开关, 一般情况下都处于闭合状态, 唯有在过渡阶段需要进行电压反向变化的时候才进行开断和闭合动作。S1用于潮流正向传输, S2用于潮流反向传输。阻尼电阻Rc在电压反向形成放电回路时串入使用。电流调节控制器 (current regulation controller, CRC) 用于调节调制极上的直流电流, 尤其是在过渡阶段实现电流的平缓调节。CRC含有3个端口, 其中一个与交流系统相连, 另外2个作为直流端口串接于调制极上。

需要指出的是, 图2 (c) 所示的结构主要适用于采用晶闸管换流器的换流站, 如果换流站采用的是电压源型换流器 (voltage source converter, VSC) , 如两电平VSC、模块化多电平换流器 (modular multilevel converter, MMC) , 并且考虑潮流需要正反向运行时, 那么TS1至TS4就需要替换为双向晶闸管。其原因为VSC通过电流反向运行来达到潮流反向的目的, 而晶闸管换流器通过电压反向实现潮流反转。

2 TWBS的运行原理与相关特性

交流传输线输送容量受到稳定极限的限制, 一般很难充分发挥其输电能力。但是转换成直流输电线后, 线路的热极限成为限制输送容量大小的最关键因素。从图2 (a) 的结构可以看出, 提升传输容量, 就需要提高换流站输出的直流电流, 一般在双极直流系统中, 传输线上的电流与换流站输出的电流Id相同, 因而最大传输容量受线路热限制电流Ilim的限制。采用TWBS后, 就是需要突破这个限制, 将Id提升至大于Ilim的状态, 且同时满足线路热限制的要求。TWBS内含有3条传输线, 等效载流量明显大于2条传输线, 如果能够利用好第3条传输线, 就有可能达到上述效果。

2.1 运行原理

图3给出了TWBS内3个极的电流特性以及调制极的电压特性, 其中, If为某一确定的电流值;Tp为变换周期;Tn为正常阶段持续时间;Ud为直流电压;Idp, Idn, Idm分别为正极、负极和调制极上的电流;确立的正方向见图2 (c) 。为提升传输容量, 本文对每条传输线电流的调节方式借鉴了三极直流的电流调制方法。每极的直流电流不是恒定不变, 而是间隔一段时间Tn进行转换。每个周期Tp含有2个持续时间相同的正常阶段和2个持续时间很短的过渡阶段。当调制极与正极通过TS1和TS2连通时, 对应于正常阶段1, 可以得到Idn=Id=Idp+Idm, Idp=If, Idm=Id-If, 且调制极的直流电压为Ud。同样地, 调制极与负极通过TS3和TS4相连时, 对应于正常阶段2, 可以得到Idp=Id, Idn=If, Idm=If-Id, 调制极的直流电压为-Ud。

过渡阶段用于进行电压和电流的调节。为减少此过程对多端系统的影响, 整个调节过程需要协调配合。图3中的右侧插图给出了调制极与正极切断连接而后与负极建立连接关系的过程。整个过程包含三部分:电流调节过程1、电压反向过程和电流调节过程2。图3还给出了上述过程相关附加设备 (如TS1至TS4) 的动作时序。

1) 利用CRC调节调制极电流Idm至0, 而后将TS1和TS2关断。Id被晶闸管换流器控制于恒定状态, 因而伴随着Idm降低至0, Idp也将增大至Id。

2) 断开S1, 而后触发导通TS3。由于线路电容的存在, TS3导通后, 调制极和负极之间将因线路电压差形成放电回路, 由电阻Rc限制此过程放电电流的大小。

3) 待调制极的直流电压和负极相近, 即调制极电压接近-Ud, 表明放电过程即将结束, 调制极的电压反向也将完成时, 闭合S1, 并向TS4发送触发信号, 同时调节CRC输出的电压Ux以调节电流Idm按照一定的速率从0变化至If-Id。

从上述过程可以看出, TWBS内部的运行过程和特性是较为复杂的, 但是TWBS运行的实质为利用TS1和TS2、TS3和TS4, 将调制极分别于正极或负极形成并联分流形式。因此, 对外部电路的电气特性影响甚小, 在任一时间段内, 就是一条双极传输线。

虽然TWBS的工作方式与三极直流不同, 但两者传输线上的电流、电压特性是十分相似的, 因此, 无需计算便可得知TWBS能够使得传输线具有与三极直流相同的扩容输电能力。由文献[8]可知, 当Id和If满足式 (1) 和式 (2) 时, 获得的最大功率传输能力约为2条输电线的1.37倍。

2.2 CRC

2.2.1 特性分析

无论是稳态下的电流分配还是过渡阶段时Idm的调节变化, CRC在TWBS中起到了至关重要的作用。当调制极与正极呈并联关系时, 根据基尔霍夫定律, 可以得到CRC输出电压Ux和Idm的关系:

式中:R为线路电阻。

当调制极与负极相连时, 可以得到:

从式 (3) 和式 (5) 可以看出, Ux由R和Id决定, 与直流电压等级无关。图4根据上述分析给出了Ux和Idm之间的关系曲线。可以看出, 在Idm=0点, 曲线是不连续的, Ux从-RId直接变化至RId。假设红色小圈是正常阶段2下Idm的负额定值-Idmset, 蓝色小圈是正常阶段1下Idm的正额定值Idmset, 那么, 红色虚线为过渡阶段2下Ux的变化轨迹, 蓝色虚线为过渡阶段1下Ux的变化轨迹。

为顺利实现过渡阶段各状态量的转变, CRC输出的直流电压需要满足:

式中:ΔVm为电压补偿值, 一方面保证Idm具有足够大的变化范围, 另一方面向被施加了闭锁信号的晶闸管提供反向电压, 促进晶闸管的可靠关断。

2.2.2 实现形式

从上文分析可知, CRC需要具有直流电压和直流电流双向运行能力。根据目前研究成果, 可有两种实现方式: (1) 反并联晶闸管桥 (anti-parallel thyristor bridge, APTB) ; (2) 由全桥子模块 (fullbridge sub-module, FBSM) 级联而成的全桥模块化多电平换流器 (full-bridge modular multilevel converter, FMMC) , 分别如图5 (a) 和图5 (b) 所示[16,17]。

APTB由2个六脉动晶闸管桥反并联构成, 在直流侧加入电抗器能够起到抑制纹波的效果。由于每个晶闸管桥具有输出正负电压的能力, APTB将具有电压、电流双向运行特性。FMMC为三相六桥臂结构, 每个桥臂由N个FBSM和1个电抗器构成。FBSM含有4个绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) (T1至T4) 、4个二极管 (D1至D4) 和1个电容。其中, Uc为电容电压;Usm为FBSM的输出电压。

虽然APTB的投资花费远小于FMMC, 更有利于工程应用, 但是其存在一个致命的问题。当直流侧或变压器阀侧发生接地故障时, 桥臂 (晶闸管阀) 上将承受巨大的反向电压, 威胁换流桥的安全运行。由于调制极与正极或负极的连接关系由TS1和TS2或TS3和TS4导通确定, 因此, 在任何时刻, 调制极上的电流方向是唯一的 (晶闸管的单向导通性) , 由此可知, APTB在任一运行时刻也仅由一个换流器处于解锁运行状态。当接地故障发生时, 换流桥的阴极和阳极之间将会形成电压差, 由于晶闸管的单相导通性, 两侧的电压差被钳制于晶闸管阀上, 从而导致出现反向电压。从电路的简单分析可以看出, 晶闸管阀上出现的反向电压等级与MTDC系统的直流电压等级是相同的。但从式 (3) 和式 (5) 可以看出, APTB在正常运行时, 两侧的电压是很小的, 与系统直流电压根本不在一个等级上。因此, 当瞬间出现的十几倍甚至是几十倍 (视系统直流电压而定) 反向电压出现在晶闸管阀两侧时, 将可能导致阀的损坏。

对于FMMC而言, 每个FBSM拥有4种运行状态[18]:正投入 (T1和T4导通) 、负投入 (T2和T3导通) 、旁通 (T1和T2导通或T3和T4导通) 和闭锁 (T1至T4全关断) 。每个运行状态下, 电流均可双向流通。因此, 当故障发生时, 在FBSM两侧的电压差存在流通路径, 不会被钳制在两侧, 故而IGBT等电力电子器件上不会出现过电压。

若选取ATPB作为CRC的实现拓扑, 每个桥臂就需要串联更多的晶闸管以能承受较大的反向电压。由于故障下的反向电压等级与系统直流电压等级相同, 串联的晶闸管数就会很接近换流站内换流器桥臂的晶闸管数。这一方面大大增加了投资, 另一方面也将导致稳态下设备利用率十分低下。因而, 本文采用FMMC作为CRC的实现结构。

3 控制策略

EMTDC与一般双极MTDC输电系统的唯一区别在于TWBS, 但是TWBS的外特性基本与双极传输线相同, 不需要MTDC系统的外部设备 (如换流站) 作相关控制方面的改进, 因而, EMTDC的换流站可直接采用传统的MTDC控制策略。本文主要侧重CRC的控制方法研究。

基于FMMC的CRC控制主要可分为换流站级控制和阀级控制。本文采用的总控制框架如图6所示。其中, j=a, b, c表示交流三相;k=p, n表示上、下桥臂;PI表示比例—积分。

3.1 换流站级控制

换流站级控制直接借鉴了半桥型MMC的内外环控制策略[17]。在外环控制方面, CRC需要控制调制极上的直流电流Idm, 采用定电流控制。由于直流电流的调节最终是由直流电压的变化实现, 所以需要特别关注FBSM的电容电压, 防止出现不稳定运行。为保证电容电压平衡运行且加速调节速度, 本文采用了前馈控制和级联PI控制。结合式 (3) 和式 (5) 的预估计算和定电流控制, 可以获得直流电压参考值Uxref;将Uxref输送至定电压控制, 即第2个PI控制器, 同时馈入上下桥臂电压ujp和ujn的计算公式内, 能够控制CRC输出的直流电压调节Idm至参考值Idmref。fv的确定与直流电压的方向相关:

3.2 阀级控制

本文采用了最近电平逼近调制方式, 获得每个桥臂所需提供的电平数njk。由于半桥子模块只输出+1和0电平, 因此在取得njk后, 可以直接根据电容电压均衡策略选定触发信号。FBSM能够输出1, 0, -1这3种电平, 分别对应于正投入、旁通和负投入。其中2个子模块分别输出1和-1电平, 或都输出0电平, 对于桥臂电平的贡献是相同的, 因而桥臂电平的输出存在多种选择方式。

对此, 本文采用最多零电平模式, 即任一时刻, 先确定|njk|个子模块, 投入模式与njk的正负相对应, 余下的子模块都进入旁通模式。以N=3为例, FBSM投切策略如表1所示。其中, J为正投入子模块数;K为负投入子模块数;Z为旁通的子模块数。

选定子模块投切策略后, 便需要根据电容电压大小及充放电情况的不同对子模块进行选择性地触发。文献[19]对FMMC的电容电压均衡策略进行了较为详细的阐述, 在此不再详细展开。

4 仿真研究

为验证和分析基于TWBS的EMTDC的可行性和系统响应特性, 在电磁暂态时域仿真软件PSCAD/EMTDC内建立了一个如图2 (a) 所示的扩展式三端直流系统。换流器采用能够实现直流故障穿越, 由钳位双子模块 (clamp double sub-module, CDSM) 级联而成的新型模块化多电平换流器 (CMMC) 。每个换流站包含2个串联的CMMC, CMMC的一个直流端口连接直流传输线, 另一个直流端口接地, 与传统双极直流类似。附录A表A1给出了系统主回路参数。EMTDC的直流侧额定电压为±400kV, 线路采用Bergeron模型。为抑制电压反向期间放电回路的放电电流, 本文选取电阻Rc=20kΩ。

4.1 稳态仿真

稳态下, 换流站A向直流侧注入功率2 200 MW, 换流站B从直流侧吸收功率800 MW, 直流电压由换流站C控制。因此, 流过线路BC的电流将小于热限制电流Ilim, 其上的TWBS2只需要工作于两线模式, 而线路AB上的TWBS1工作于三线模式。初始状态下, TWBS1内的正极和调制极通过TS1和TS2处于并联状态, 后续仿真均以此为初始状态。

图7给出了稳态运行下TWBS1的调制极与正极分离后, 与负极建立连接的过程。图7 (a) 至图7 (c) 给出了TWBS1的内部特性, 分别为3个极上的直流电流、调制极上的直流电压和CRC输出的直流电压Ux。过渡阶段开始时刻, CRC通过增大Ux达到逐渐降低Idm的效果, 同时, Idp将因Idm的减小而增大。待Idm为0时, Ux维持一段时间不变用于关断TS1和TS2, 而后Ux降低至0。在t=2.5s时, 调制极电压因TS3的导通而逐渐减小, 直至接近负极电压后, Ux减小至使得Idm为0的预估值, 而后触发导通TS4, 并调节Ux使得Idm至额定值。整个过程平缓顺利, 无过电压、过电流发生。

图7 (d) 至图7 (f) 分别给出3个换流站直流侧的电压、电流及CRC的直流功率。从图中可以看出, 换流站A的直流电压在过渡阶段有较为明显的上升, 这主要与传输线上等效直流电阻随着CRC的调节发生变动有关。从波动大小来看, 波动率仅在1%左右, 对系统影响较小。换流站B和C以及3个换流站的直流电流发生的波动均较小。因而, 在忽略微小波动的情况下, TWBS1过渡阶段对整个直流系统的影响很小, 无需换流站之间额外的协调通信, 可以近似看做双极传输线。在过渡阶段, 为顺利实现电压电流的调节, CRC的直流功率也会发生相应变化, 但其数量级与直流系统的功率无法比拟, 因而, 即使发生波动对系统的影响也微乎其微。

4.2 功率阶跃响应仿真

功率发生阶跃变化前, 系统状态同4.1节。在t=1.0s时, 换流站A的有功功率从2 200 MW跌落至1 200MW, 相应仿真结果见附录A图A1。从仿真结果可以看出, 系统能够在0.1s内顺利实现功率阶跃响应。且在本文控制方式下, 电容电压能够维持稳定, 具有较好的响应特性。

4.3 电压偏差控制仿真

直流电压偏差控制具有供电可靠性强、设计实现简单易行、鲁棒性强的特点, 非常适用于MTDC系统。本文在换流站A上添加了基于直流电压偏差控制的功率控制器结构, 并设定直流电压整定值上限为1.1 (标幺值) , 下限值为0.9 (标幺值) 。附录A图A2给出了换流站C的正极换流器因故障退出运行后的系统响应特性。从仿真结果可以看出, 系统直流电压最终能够顺利稳定在440kV (1.1 (标幺值) ) 。整个过程电容电压有较大波动, 但始终能够维持稳定。

4.4 直流故障仿真

当图2 (c) 所示的F点发生接地故障时, 图8 (a) 至图8 (c) 分别给出了当CRC采用FMMC时的CRC两侧直流电压、TWBS1内正极和调制极电流及单个桥臂上所有子模块电容电压。图8 (d) 给出了CRC采用APTB情况下, 晶闸管阀6个桥臂电压和CRC两侧的过电压仿真波形。

由图8可以看出, t=1.0s发生故障后, CMMC及FMMC在5ms后执行闭锁动作。FMMC闭锁后, 桥臂上的所有电容串入电路, 从而导致两侧的直流电压上升, 但不会很高。闭锁动作后, 交直流网络被隔离, 直流网络对地电流得到有效抑制。但是, 由于线路电容的存在, 直流网络还存有剩余能量, FMMC的电容会吸收一部分网络剩余能量, 从而导致电容电压有所升高。在CRC采用APTB的情况下, 当接地故障发生时, 桥臂上的晶闸管阀瞬间承受接近直流网络电压一半的反向过电压, CRC两侧的电压差几乎为直流网络的电压。从而表明APTB不适合用于CRC。

5 结论

1) 三极直流结构不适用于MTDC系统。

2) TWBS的4个输出端口的特性与双极传输线相仿, 无论是正常阶段还是过渡阶段, 对系统的影响都较小, 可近似忽略。因而, TWBS能够较好地应用于MTDC系统。

3) CRC的控制策略能够很好地控制调制极电流, 且具有较好的动态响应特性。暂态过程中, 电容电压仍能够保持稳定。

4) APTB在某些接地故障情况下, 晶闸管阀会承受极大的反向过电压, 易导致损坏, 可靠性低, 不适于用作CRC。FMMC不存在上述问题, 且各类暂态情况下的响应特性表明其能够用于CRC。

附录见本刊网络版 (http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx) 。

摘要：为更大程度地提升电网输电能力, 缓解潮流拥塞问题, 提出了将现有交流线路改造成多端直流系统的想法。通过对三极直流系统的分析, 指出了其对多端直流系统的不适用性, 进而提出了一种采用三线双极结构的扩展式多端直流系统。首先对扩展式多端直流系统的结构进行了描述, 然后针对三线双极结构的运行原理、扩容机理和其核心设备——电流调节控制器的运行特性和可行拓扑结构进行了阐述和分析。最后, 通过PSCAD/EMTDC下的仿真分析, 验证了三线双极结构在多端直流系统应用中的可行性及相应控制策略的有效性。同时, 仿真结果还确立了全桥模块化多电平换流器作为电流调节控制器的可行性。

问题分析与扩展 篇8

关键词：机组组合,扩展优先顺序法,经济调度,机组效用系数,邻域搜索

0 引言

机组组合问题是电力部门根据预测的未来电力负荷安排发电机组启停计划,在满足电力系统安全运行条件下,追求发电成本最小。由于能带来显著经济效益,机组组合问题一直是现代电力系统每天运行计划的主要优化任务。在竞争日益激烈的电力市场环境下,其意义更加突出。迄今为止,许多方法被应用于解决该问题,如优先顺序法PL(Priority List)、动态规划法DP(Dynamic Programming)、拉格朗日松弛算法LR(Lagrangian Relaxation)、遗传算法GA(Genetic Algorithm)等人工智能方法,或是几种算法的结合使用[1,2,3,4,5]。

其中,PL方法简单,易于实现,运算时间短,且不会存在不收敛或得不到可行解等情况,能较快地获得满足应用的近似最优解,因此被较多地应用于实际系统中。然而传统PL方法采用机组在满负荷情况下的平均耗费即AFLC(Average Full-Load Cost)作为机组优先排序指标,往往不能全面地反映机组的运行费用[6,7]。当机组不运行在满负荷的情况下或偏离满负荷运行时,采用单一AFLC进行排序得到的最终解偏离最优解较大,为此文献[8]加入机组利用系数CUF(Commitment Utilization Factor)作了改进,但其只对单一的初始解进行调整,在调整过程中很可能丢失最优解或近似最优解。基于此,本文提出一种扩展优先顺序法EPL(Extended Priority List),弥补了传统的优先顺序法PL方法由于采用单一排序指标平均满负荷费用AFLC而不能全面反映机组优先顺序的不足。文中首先定义μ-Load Cost反映机组在不同出力范围内的经济指标,形成不同μ值下机组组合的邻域,而后定义机组的效用系数UUR(Unit Utilization Ratio)优化机组的优先顺序企图获得机组的最优优先顺序。此外,为了提高计算效率,文中引入参数控制机组组合邻域的规模并采取策略对机组组合进行调整。

本文所提EPL方法解决机组组合问题主要分为三步,第一步从两方面优化机组的优先顺序从而得到机组组合初始解的邻域。在这一步中,只考虑了系统负荷平衡和旋转备用约束,没有考虑机组本身的约束。第二步对所得邻域内的初始解进行调整。该步考虑了机组的最小开/停时间,爬坡约束等。第三步对邻域内的各组合进行经济调度,邻域中的最优解即为最终解。

1 优先顺序法(PL)特点

优先顺序法是将系统可调度的机组按某种经济特性指标事先排序,根据系统负荷大小按该顺序依次投切机组。算法中机组的经济特性指标至关重要,为了更好地改进算法,本文对PL法作了研究和分析,得到如下结论:

第一,如果机组的单位出力所耗费用恒定,则机组的优先顺序是可以唯一确定的,从而可以很容易地确定机组的最优组合。

但通过研究发现,机组在不同出力范围其单位出力耗费不同,从而导致在基荷、腰荷和峰荷不同出力范围内机组的优先顺序发生改变。如图1为两台机组在不同出力情况下的平均燃煤费用。其中实线代表机组1,虚线代表机组2。图中当机组出力落在[40,x*]时,机组2比机组1优;若机组出力落在区间[x*,160]时,则机组1更优。因此,欲获得机组的精确优先顺序必须先确定机组的出力范围。

第二,如果能预先确定机组的出力范围,则可确定机组的优先顺序。

然而机组的出力是不能预先确定的。一般情况下,机组的出力与机组的组合是一个相互联系和相互决定的过程,其中任一方的改变都会导致另一方的变化。图2为相同机组的两种组合所对应的机组出力。图中,对于同一负荷1 000 MW,当机组1~6的状态为[1 1 0 1 1 1]时(如虚线所示),相应机组的出力为[455 455 0 130 40 20];而当机组状态为[1 1 11 1 0](如实线所示)时,相应机组的出力为[455 360130 130 25 0]。可见机组的出力与机组的组合是相互关联变化的。不能预先确定机组的出力范围从而难以得到机组确定的优先顺序进而确定最优机组组合。优先顺序的不确定性最终难以保证所获得解为最优解。

第三,如何确定机组初始组合及更准确地优化机组的优先顺序是改进优先顺序法的关键技术。

优先顺序法是通过机组优先顺序确定机组的初始组合。然后在此基础上对机组状态进行调整使其成为最终解。因此对于PL方法,初始解的确定极为重要,其直接影响到最终解。

PL方法存在着很大的主观性,其在调整的过程中,采用了一系列的策略,很有可能会忽略最优解。但是由于调整是在较好的初始解基础上进行的,且调整的策略是依据实际经验和机组组合问题的特点相结合得到的,因此只要能获得较准确的机组优先顺序,往往能得到较好的解。

2 扩展优先顺序法(EPL)

在PL求解机组组合的过程中,机组的优先顺序是影响最终解质量的关键。PL方法根据机组的排序从最经济的机组开始投运,从最不经济的机组开始停运从而形成机组的开停计划。本节针对传统的排序方法的不足,提出了一种优化机组优先顺序的EPL方法。本节包括二部分内容,2.1节定义机组在不同出力范围内排序指标μ-LC,阐述了根据不同的机组出力范围拓展排序指标的方法从而得到机组组合初始解的邻域。2.2节定义了机组的效用系数UUR(Unit Utilization Ratio)。并介绍了如何采用机组的效用系数UUR优化机组的优先顺序。

2.1 机组组合初始解邻域的形成

PL方法根据机组的优先顺序得到接近最优解的初始开停计划,然后在此基础上进行调整得到最终结果。可见,机组的初始解至关重要,利用传统PL方法形成初始解时,或是采用单一的排序指标顺序投入或切除机组,或是随机形成一些初始解,这样往往会得不到很好的结果[7]。与传统的PL方法相比,本文扩展了单一的优先顺序,定义了μ-LC(μ-Load Cost)作为排序指标,按照一定的特点来形成多个机组的优先顺序,从而扩展(μ为扩展系数)了寻找最优解的空间,与原来单一的解相比更有可能寻找到最好解。邻域的范围越大,其包含最优解的概率就越大,遗漏最优解的概率则越小。当邻域趋向于无穷大时,将演变成穷举法,此时最优解肯定落在邻域内。

式中:μ为扩展系数;Fi(Pi)=aiPi2+biPi+ci为机组燃煤费用函数;为机组i的最大出力及最小出力。

根据μ的取值不同,可以得到机组不同的优先顺序,从而得到相应的初始解。下面以6机组4时段为例,其中有两台机组(最大出力为455,最小出力为150)定义为基本机组不参加排序,其余四组机组的参数如表1所示。

排序指标随μ取不同的值而发生变化,当μ=0.1,0.2,0.7时,由定义1得到如表2所示的μ-LC值。

从而得到如表3所示的优先顺序。

假设四个时段负荷为(850,950,1 000,1 100),则根据表3所示的优先顺序,得到相应的三种初始解如图3所示,斜阴影部分表示该机组状态为1。

得到初始解的邻域后,按照2.2节介绍的方法采用UUR来优化机组的优先顺序,从而改善解的质量。

2.2 基于UUR邻域的形成

本节定义机组的效用系数UUR,结合机组的UUR及μ-LC指标来确定机组优先顺序,提出基于UUR与μ-LC的优化方法。

其中:Uit为机组i在t时刻的状态;SCit为机组i在t时刻的所需出力的上限;SCit=t时段的负荷+

备用

则基于UUR与μ-LC的优化方法为:

Step1:给定机组的值,即机组效用系数的下限值。从具有最小μ-LC机组开始依次计算(i=1,2,…,N);

Step2:比较UURi,

Step3:若则把第i台机组分别与相邻的w台机组交换优先顺序得到具有w个元素的优先顺序集合;

Step4:计算交换机组i与k后机组的UUR值;

Step5:若则交换成功,否则放弃此交换;

Step6:根据优先顺序的集合分别重新形成初始解的邻域;

Step7:控制邻域的范围,按式计算Nindex,从中选取Nindex最小的s组。

采用2.1节的所给例子进行说明。当μ=0.7时,机组的优先顺序为机组2,机组1,机组3和机组4。为了说明方便,假设四个时段的系统负荷均为280 MW,所有机组的为0.5。

Step1:计算UUR2=(4×130)/(4×130)=1;

UUR1=(4×130)/(4×130)=1;

UUR3=(4×(280-130-130)/(4×162))=0.12

机组4处于停机状态。

Step2:因为取w=2交换优先顺序,即得到两组优先顺序邻域{机组3与机组1交换},{机组3与机组4交换}。

Step3:计算

邻域1:UUR3=(4×150)/(4×162)=;

UUR1=0(机组1处于停机状态);

邻域2:(UUR3处在停机状态);舍去该邻域;从而得到μ=0.7最优优先顺序集合为:{(2134),(2314)};根据该优先顺序集合和系统负荷需求重新形成初始解邻域,本节对此不做详述。

3 机组组合的调整

上述方法得到的是接近于最优解的初始解,其往往不满足所有约束,本文采用一些策略对初始解进行调整,使得其满足所有约束。

3.1 最小开/停时间的调整策略

为了使上述得到的初始解满足机组的最小开/停时间,按如下步骤进行调整:

(1)计算第i台机组在第t时刻的连续开机时间iT,otn和停机时间iT,toff;

(2)令t=1,i=1;

(3)若Uit=0,Uit-1=1且T(最小开机时间),则Uit=1,更新机组开机和停机时间;

(4)若Uit=0,Uit-1=1,且t+Ti,down-1≤T,(最小停机时间),则Uit=1,更新机组的开机和停机时间;

(5)若Uit=0,Uit-1=1,且t+Ti,down-1>T,则U it=1,更新机组的开机和停机时间;

(6)若i

(7)若t

3.2 解除冗余机组策略

通过3.1的调整,可能会出现剩余负荷,为了充分利用机组,节省运行费用,采用如下策略解除冗余机组:

(1)令t=1;

(2)计算该时段的剩余负荷:

(其中:PDt,PRt分别为t时

段的负荷和备用);

(3)寻找该时段中可停机组集合Off List;

(4)停Off List中优先级别最低的机组,重新计算Rt,若Rt>0,则从Off List删除该台机组,否则转(6);

(5)重复步骤(4),直到Off List为空;

(6)若i

(7)若t

3.3 爬坡约束的处理策略

本文处理爬坡约束依据如下原则:

情况1:当机组从停运状态变为运行状态时,机组在该时段的出力为其最小稳定运行出力;

情况2:当机组从运行状态变为停运状态时,机组在该时段的出力为其最小稳定运行出力;

情况3:当机组连续运行时其应满足爬坡约束条件,其中:URi和DRi分别为机组的最大上坡和下坡功率。

3.4 考虑机组启停费用策略

机组的启动费用分为冷启动费用和热启动费用,冷启动费用一般比热启动费用高很多,为了避免机组冷启动,降低运行费用,本文在冷启动发生之前启动机组,即提前启动机组,使机组的启动从冷启动转为热启动。

3.5 扩展优先顺序法步骤

综上所述,本文提出的EPL方法的总体流程如图4所示。

B部分按照2.1节所述形成初始解的邻域,然后进入C部分,即按照2.2节的Step1~Step7完成对机组优先顺序的调整,形成最终参与调整的解的邻域,最后采用3.1~3.4的策略对机组的初始组合进行调整,使得所得的初始解均为可行解,通过经济调度程序计算机组的出力计划,完成整个过程。

4 算例测试

本文采用26-unit IEEE系统,38-unit Taipower以及45-unit mainland Spain实际系统对EPL算法进行仿真测试,并与ILR,CLP,FO,ASSA和HPRGA所得结果进行比较。测试采用Matlab7.1在PC环境下进行。

4.1 26机组系统

该测试系统共有26台火电机组,机组特性及负荷特性来自于IEEE稳定测试系统[6],其中基荷机组为机组10 17 18 19 20 24 25 26,腰荷机组为机组1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 21 22 23。图5示出了不同μ值(0.1<μ<0.5)的耗费图。从图5中可以看出,当μ=0.2~0.5时耗费值为最小为732 663.7$,传统的PL方法耗费值为744 381.5$。图6为机组的的选取对耗能费用的影响,在仿真过程中对所有机组取相同的UUR下限值,从图中可以看出,当取0.98时得到的结果最优。

4.2 38机组系统

该系统来自于Taiwan某电力系统的实际数据,考虑了38机组24时段的机组开停计划。为了方便与其它文献结果比较,旋转备用为负荷的0.1,且机组的开机成本恒定。表4为本文方法与其他方法(EPL[6],ILR[9],CLP[10],FO[11],MRCGA[12],ASSA[13])耗能费用的比较。图7示出了不同μ值(0.1<μ<1)的耗费图。从图中可以看出,当μ=0.1时耗费值为最小195 598 093.8$,传统的PL方法耗费值为196 411 416.7$。图8为机组的的选取对耗能费用的影响,在仿真过程中对所有机组取相同的下限值,从图中可以看出,当UUR取0.8时得到的结果最优。

4.3 45机组系统

该测试系统来自于mainland Span实际系统,考虑45机24时段的开停计划。为了方便与其它文献结果比较,在该测试系统中,旋转备用为负荷的0.1,启动成本恒定。表5为本文方法与其他方法(IPL-ALH[6],HPGA[14])耗能费用的比较。图9示出了不同μ值(0.1<μ<1,包括了采用进行调整)的耗费图。从图中可以看出,当μ=0.2~0.5时耗费值为最小为1 030 339 793.7$,传统的PL方法耗费值为1 031 365 839.1$。图10为机组的的选取对耗能费用的影响,在仿真过程中对所有机组取相同的下限值,从图中可以看出,当UUR取0.6时得到的结果最优。

5 结论