DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 PEDV是可以感染猪的小肠上皮细胞的一种I型冠状病毒 [ 1 ] 。它与传染性胃肠炎(TGE)有相似的临床症状，PEDV导致腹泻，从而造成哺乳仔猪的高死亡率，这种损害没有发生在4~5周龄的小猪，这可能是主要用来区分PED和TGE的特征 [ 2 ] 。另外，野猪也会被PEDV感染，急性水性腹泻、脱水和呕吐认为是该病的主要特征。就经济方面而言，PED已经在不同的国家造成了巨大的损失。在20世纪70年代早期的比利时和英国，第一个被证实发生在猪场的PEDV是从饲养猪和肥猪的身上检测出，在大约7年后，PEDV被检测为该病的主要病因 [ 3 ] 。从那时起，在1982年，在中国和韩国的一些亚洲国家发现了PEDV，导致了乳猪的高死亡率，席卷了亚洲大部分地区，并导致了2010年以来亚洲养猪业巨大的经济损失 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 。后来，美国也被发现有PEDV [ 7 ] 。 先天免疫系统一直被认为是保护宿主免受病毒入侵的第一道防线 [ 8 ] 。在这些影响因素中，I型干扰素(IFN-α/β)的转录和激活的在某种程度上对病毒有抵御作用。早期的报告显示，PEDV通过其结构蛋白、非结构蛋白和蛋白酶的功能来降低IFN的抗病毒活性，抑制机体通过IFN产生的防御机制。PEDV感染vero细胞和肺泡巨噬细胞，发现机体生产的IFN-α/β明显降低 [ 9 ] [ 10 ] 。此外，通过转染病毒的dsRNA，发现PEDV降低IFN-α/β活性 [ 11 ] 。PEDV的一些关键蛋白参与一系列复杂的抗病毒策略，这些蛋白不仅包括结构蛋白(N蛋白)，还包括非结构蛋白(nsp1，nsp5和PLP2)。在这一过程中，人类冠状病毒(SARS-CoV和NL63-CoV)的核衣壳(N)蛋白类蛋白酶可以作为宿主对抗病毒感染的IFN拮抗剂，来减少由真核细胞I型干扰素合成和分泌。在这些过程中，病毒蛋白水解和去泛素化活动对干扰抗RNA病毒复制的IFN效应产生重要的影响。
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user: 2. 先天免疫 通常情况下，在各种冠状病毒的感染过程中，一些具有特定功能的蛋白质编码，逐渐形成一套反应机制来阻碍和逃逸宿主先天免疫，并将抗病毒药物分解，这个对PEDV也不例外。多种防御机制将在机体受到病毒感染后，抵御外来病原体入侵或监测和清除体内异常细胞，保护宿主免受其侵袭的防御机制可被称为先天免疫系统。病原体相关分子模式(PAMPs)可以被细胞表达的模式识别受体(PRRs)来感知，包含一些在病原微生物入侵或复制的过程中的保守分子。毫无疑问，在诱导抗病毒免疫反应的特异性和效率方面，产生中和抗体和激活细胞毒性T淋巴细胞(CTL)或自然杀伤细胞是必要的，但其他宿主细胞仍可提供免疫机制，以防止病毒感染。本文简要介绍了在宿主固有免疫过程中，Toll样受体在抗病毒免疫或者干扰转录激活的作用。 2.1. 在抗病毒免疫中的Toll样受体(TLRs) TLRs是一种I型跨膜蛋白家族，它可以识别不同的PAMPs。TLR3识别的PEDV dsRNA也被认为是一种PAMPs。在病毒入侵后，细胞外的亮氨酸重复区识别并结合产生的PAMPs。而细胞质区域负责招募含有TIR域的连接分子蛋白，从而刺激下游的信号级联反应 [ 12 ] 。TLR识别PAMPs后，TLR的细胞质区域中结合下游连接分子来联合刺激一系列的信号转导分子，激活转录因子如NF-κB AP-1 IRF-3，这些因子可以调节促炎细胞因子和趋化因子的产生，抑制病原体入侵。 在细胞中广泛分布的TLRs能够识别细菌性病原体–介导的先天免疫反应，并在宿主受到病毒刺激后对其免疫应答反应。TLR2可以鉴定广泛的PAMPs，包含细菌、真菌、寄生虫和病毒衍生物，TLR4是鉴定细菌脂多糖的关键受体 [ 13 ] 。检测到不同类型的病毒RNA后(见图1)，核内体TLRs (TLR3、TLR7、TLR8和TLR9)可以被激活，这些TLRs的表达将促进I型IFNs和其他抗病毒细胞因子的产生。TLR3分布更为广泛，但主要表达在传统的DCs细胞 [ 14 ] [ 18 ] 。在dsRNA非应答细胞系的293细胞中，使人类的TLR3过表达能增强dsRNA-调节的NF-κB激活。相关研究表明，小鼠的TLR7可能识别另一种复合物 [ 15 ] ，名叫洛索立宾(免疫兴奋剂)。它在抗病毒和抗肿瘤活性方面起着重要作用 [ 16 ] [ 17 ] 。TLR7和TLR8能够识别病毒鸟嘌呤或鸟苷酸丰富的ssRNA，如人体免疫缺陷病毒(HIV)、水疱性口炎病毒(VSV)和流感病毒(IV) [ 15 ] [ 18 ] [ 19 ] 。通过对染色质结构的鉴定，发现在几种自身免疫性疾病的发病机制中，TLR9起着一定的作用。 2.2. 干扰素的转录和激活 病原微生物感染宿主，其PAMP在宿主体内受到广泛分布的PRRs监视，PRRs被激活并募集下游相关蛋白，从而触发一系列磷酸化或泛素化调节信号级联，最后核因子κB (NF-κB)和干扰素调节因子(IRFs)诱导干扰素(IFN)和促炎细胞因子的表达 [ 12 ] 。 IFN和IFN诱导的细胞抗病毒反应是避免病毒感染的首要防御机制。IFN是一种低相对分子质量的细胞因子，具有广泛的生物学活性，如广谱抗病毒、抗肿瘤、免疫调节等功能。猪干扰素可分为I型和II型。IFN-α IFN-β是I型干扰素，它们有很好的抑制病毒复制和抗肿瘤的效果。II型干扰素只有IFN-γ，主要参与免疫调节和炎症反应。 PEDV在复制过程中可以编码一系列的蛋白质抑制I型IFN的转录和激活，有一些发挥拮抗剂作用。在病毒显阴性的情况下，IFN产生后，所有的有核细胞的刺激I型IFN的产生，但II型IFN只能由少数的细胞分泌，如自然杀伤细胞、活化的T淋巴细胞和巨噬细胞 [ 20 ] 。 在感染期间，在宿主模式识别受体识别病原体分子后，IFN-α/β转录水平的调控。首先，在细胞内的核内体中，病毒的dsRNA，ssRNA，CpG DNA可以单独激活TLR3，TLR7/8和TLR9，导致受体的二聚化，干扰素调节因子IRF3/IRF7的激活，该过程通过TRIF的组装MyD88的募集和AP-1的激活的信号级联启动后，NF-κB发挥作用。RIG-I和MDA5的RIG-I-like解旋酶可以识别病毒RNA启动IFN-β刺激器1(IPS-1)调整不同监管因素或激酶。通过半胱天冬酶的活化和RIG-I和MDA5的募集区域，以促进IRF3/7和NF-κB通路的激活，诱导IFN-α和IFN-β伴随cAMP-反应元素结合蛋白(CBP)的转录，从而产生I型干扰素。随后，只要IFN-α和IFN-β快速分泌到细胞外，干扰素受体(IFNR)以自分泌和旁分泌的方式识别IFN-α/β，引起JAK/STAT通路的激活。伴随着受体相关的JAK1的磷酸化，SH2区域磷酸化可以募集STAT1和STAT2。灰色圆圈表示泛素化，黄色的圆圈表示磷酸化。 图1. IFN-I产生的信号通路和相关基因表达 [ 25 ] IFN能唤醒NK细胞和树突状细胞启动适应性免疫系统。干扰素和细胞因子的表达将收到相关干扰素和细胞因子的调节，并由生殖细胞系基因编码的模式识别受体(PRRs)激活。PRRs识别病原体的PAMPs，将信息传递到下游信号分子中，大部分的RNA病毒能被PRRs感知比如细胞内TLR3、TLR7和RIG-I或MDA5，最后诱导I型IFN的生成。dsRNA病毒复制的产物可以被TLR3和RIG-I识别的，然后信号应该通过在不同的适配器蛋白质的运动，传递给下游TANK-结合激酶1 (TBK1)和抑制性κB激酶ε (IKKε) [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] 。激活的TBK1/IKKε导致IRF-3的活化和磷酸化。核易位将发生在磷酸化的IRF-3并和DNA元素结合，激活转录干扰素α和干扰素β [ 21 ] [ 24 ] 。IRF-3和IRF-7在IFNα/β的诱导和产生扮演重要的角色。 病毒复制过程中，产生的dsRNA是一种PAMP可以触发PRRs并诱导IFNα/β的表达。Toll样受体和RIG-I受体这两个PRRs主要负责识别在宿主中的病毒的dsRNA，IFN-β的表达是分别由TLR3/TRIF通路和RIG-I/MDA5/IPS-1通路调节。TLR3/TRIF是识别细胞内的dsRNA的主要途径，但RIG-I/MDA5/IPS-1总是可以在细胞质中激活。IFN在生产后并没有直接发挥抗病毒作用，但它结合自身或相邻细胞膜上的特异性受体，然后通过下游的JAK/STAT途径引起许多效应分子的表达，如IFN诱导基因(ISGs)和转录因子的表达，最终完成抗病毒作用。因此，该生物活性并不存在于干扰素本身。 干扰素α/β结合受体使磷酸化Jak和Tyk2激酶。JAK和Tyk2是STAT1和STAT2的激活子。STAT1和STAT2磷酸化后形成IRF9的相关二聚体，从而产生干扰素刺激基因3 (ISGF3)复合物。只要ISGF3复合物进入细胞核，磷酸化的STAT1和STAT2就会伴随着脱磷酸化后回到细胞质中。主要研究了各种类型的ISGs，比如MxA、OAS-1/RNase L、RIG-I/MDA5、ISG15和PKR，它们均为抗病毒效应分子。
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user: 3. PEDV在I型干扰免疫反应的逃逸 虽然干扰素系统具有巨大的抗病毒活性，但PEDV的感染也不能完全控制。在宿主抗病毒先天免疫反应，I型干扰素(IFNα/β)是最快速有效的抗病毒反应。相对而言，PEDV在某种程度上对I型干扰素具有一定的抵抗力。在进化过程中，包括PEDV在内的许多病毒都形成了一种精细对抗干扰素信号通路的策略，使其在宿主细胞中感染和扩散 [ 26 ] 。另外，PEDV表达的不同的蛋白质采取不同的方法对抗，或隐藏其PAMPs-dsRNA以达到逃逸I型干扰素介导的抗病毒免疫应答。 3.1. PEDV N protien抗宿主先天性免疫 冠状病毒的核衣壳(N)蛋白是病毒感染细胞中最丰富的蛋白质。先前的研究已经发现，PEDV感染抑制I型IFN的合成。病毒的木瓜样蛋白酶2认为是IFN拮抗剂。但 [ 27 ] 发现仙台病毒诱导的IFN-β的产生、干扰素调节因子3 (IRF3)的激活，和NF-κB这三者会受到PEDV N蛋白抑制。 有四种IKKs在宿主防御系统的调节中扮演重要的角色，其中包括经典IKKs(IKKα和IKKβ)和IKK-related激酶(IKKε和TBK1) [ 28 ] 。在RNA病毒感染的信号通路和诱导IFN产生的过程中，TBK1中起着不可替代的作用，它调节IFN和细胞因子的抗感染机制。TBK1 (TANK-结合激酶)是与IKK相关的激酶之一，其对于IRF3/7的磷酸化和活化非常重要。IRF3/7的磷酸化和活化与蛋白二聚、核易位、DNA结合以及IFN-I应对病毒感染的诱导等生物活动相关联 [ 22 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] 。TBK1稳定性的抑制或破坏有利于抑制TLR、RLR等相关通路的信号传递。进一步的研究表明，PEDV N蛋白与靶向TBK1直接相互作用，这种相互作用会分解TBK1和IRF3的关联性，同时抑制IRF3的激活和I型IFN的产生 [ 27 ] 。结果表明，TBK1可能是核衣壳蛋白作用的靶向信号分子之一。并且相关研究表明TBK1能够与PEDV N蛋白结合并使其磷酸化，从而对PEDV的致病性产生影响，该相关问题值得进一步研究。 3.2. PEDV nsp1和nsp5抗先天免疫应答 作为IFN的拮抗剂，大多数病毒的3C或3C样蛋白酶可以裂解I型IFN的信号分子来抑制自然免疫反应，例如，NEMO是NF-κB基本调节元件，作为一个关键的集中调节元件可以从线粒体抗病毒蛋白的募集接收信号，比如RLRs(视黄酸诱导基因I样受体)。NEMO对IKK化合物基础调节，它是NF-κB干扰素的合成过程中最重要的关键调节元件之一，也是NF-kB的激活所必需。PEDV Nsp5的半胱氨酸蛋白酶活性促进了NEMO的蛋白水解，它是一种IFN拮抗剂，它在谷氨酰胺231 (Q231) [ 33 ] 中编码3C样蛋白酶，并对病毒与宿主间的相互作用产生重大影响，这是PEDV感染机制的决定性因素。 PEDV另一个非结构蛋白nsp1也是相关病毒的IFN拮抗剂，用于检测如何抑制依赖蛋白酶体通路的I型干扰素反应并抑制宿主干扰素基因合成 [ 34 ] [ 35 ] ，尤其在PEDV感染细胞后，一旦包括结构和非结构蛋白在内的整个病毒基因序列克隆和表达后，IFN-β的生成总是成为抑制的主要目标对象。除了IFN-β的抑制作用，在其他PEDV非结构蛋白(nsp3， nsp7， nsp14~16)中，nsp1也发现对IRF3启动子活性的抑制作用。它可以通过CREB结合蛋白(CBP)的降低，打断IRF3和CREB (cAMP-反应性元件结合)结合蛋白之间的连接结构，但不能阻挡IRF3磷酸化或核易位，一旦TBK1激活，磷酸化IRF3进行二聚化之后，IRF3磷酸化或核易位发生在隐蔽核定位信号过程中。该过程在PEDV致病性上发挥着重要的作用。 3.3. PEDV的dsRNA和PLP2隐藏以逃避先天的免疫反应 PAMPs和PLP2成为PEDV避免先天抗病毒免疫应答的最重要的方法。有一些来自病原体的表面的稳定分子结构，它们在进化中高度保守，并且在大量相关的微生物中是相同的，但没有人类，如病毒的dsRNA和细菌脂多糖。PRRs视为免疫系统细胞表达的免疫受体，识别为PAMPs，它的RLR受体与病毒的识别有密不可分的关系。RIG-I、MDA5和LGP2是RLR受体的三种类型。RIG-I和MDA5可以识别病毒的dsRNA，察觉不同的病毒入侵。随后当面对病毒感染时，在细胞内出现了一些dsRNA诱导产生抗病毒IFN-I。作为在细胞质RNA解旋酶的一类，RIG-I受体结合PAMPs来识别包含5'-三磷酸盐的dsRNA病毒，但不是来自它自身 [ 36 ] ，长dsRNA也可以特异性结合MDA5 [ 37 ] 。通过这些相互作用感染的细胞能触发RLRs下游信号分子的激活，从而显著促进IFN-I和相关的炎症因子的产生，从而产生抗病毒的免疫反应。5'-cap结构可以增加mRNA的稳定性和真核mRNA的翻译效率，该结构形成与相关酶的修饰后的转录过程中。RLR不能识别cap结构，因为它不能在RNA 5'端甲基化。对于冠状病毒的RNA修饰，2'-O-甲基化和N7-甲基化成为在许多与mRNA相关的过程中最重要的部分，这似乎有助于自身和非自身病毒RNA的差异来应对先天抗病毒免疫，病毒甲基化他们mRNA的5'cap结构 [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] 。例如，缺乏2'-O-MTase活性可能对IFN-I敏感，从而导致其表达的增加。另外，2'-O-甲基转移酶和N7-甲基化分别由nsp16和nsp14编码，使甲基化的cap结构安置在病毒mRNA达到RNA隐藏以避免RLR识别。 蛋白酶认为是在所有病毒复制周期中病毒RNA合成最重要的蛋白。除蛋白酶活性外，相关蛋白分子的泛素化和无泛素化修饰功能在调节先天免疫信号通路的免疫反应中起着极其重要的作用。PEDV编码的PLP2作为I型IFN的拮抗剂，因为它的去泛素化DUB活性和干扰素拮抗活性，有助于抑制IFN-I的表达，以逃避先天免疫。根据初步研究，人类NL63 CoV (HCoV-NL63) [ 42 ] 的类木瓜蛋白酶(PLP)也具有DUB活性，可以降低IFN活性 [ 43 ] 。人类冠状病毒SARS-CoV发现产生大约6个先天免疫的拮抗物，特别是在SARS-CoV [ 44 ] 中存在的PLP区域(非结构蛋白3) nsp3。作为一种多功能蛋白质，PEDV编码的PLP2是一个新的冠状病毒DUB，其活性的关键位点是PLP2的催化活性位点。但PEDV PLP2能识别RIG-I和STING，将泛素化结合的两种蛋白质分离起来这就是PEDV PLP2如何抑制IFN的反应。
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user: 4. 结论 一个国家的国民经济发展覆盖农业、商业、工业等各个领域，促进各个地区的协调发展对国家建设是至关重要的。然而，农业经济结合畜牧业发展是非常关键的，具有相对较高的地位和作用。大多数肠道冠状病毒包括PEDV，可导致流行性腹泻病的传播，导致猪群的局部感染甚至大规模爆发，给养猪业带来巨大的经济损失，因此畜牧业的发展必然受到威胁。先天免疫防御的损伤有助于PEDV感染宿主，然而病毒侵入机体，先天免疫细胞会立即启动病毒识别和抗病毒的反应，产生具有抗病毒功能的分子，Toll样受体(TLRs)和IFN发挥主导作用。在一系列防御功能被破坏的过程中，PEDV的一些结构和非结构蛋白在一定程度上对其产生了一定的作用。 本文介绍一些重要蛋白的生物功能，来解释他们如何躲避特异的抗病毒细胞因子(干扰素α/β)和I型跨膜蛋白(Toll样受体)的防御功能，从而顺利入侵宿主。虽然TBK1与IRF3组合很微弱，但是结构蛋白N蛋白可以通过结合TBK1来抑制IRF3磷酸化，导致失去来自TLR和RLR的信号，降低IRF3的激活和干扰素(α/β)和ISG3的表达以减弱抗病毒效果。PEDV nsp5蛋白质为IFN拮抗剂，它可以编码3C蛋白酶水解NEMO，并作为必要的信号分子在干扰素反应抑制NF-κB的功能。nsp3蛋白在抗病毒过程中不仅可以削弱IFN-β的产生，还可以减弱IRF3和CREB (而不是IRF3磷酸化)之间的结合。由于其具有独创性的结构功能，PEDV PLP2的DUB功能和拮抗IFN激活的特性有利于抵抗先天性免疫。此外，对PEDV mRNA的未甲基化5'-cap-结构不能被RLRs发现，以逃避固有免疫反应。深入了解PEDV如何逃逸宿主的防御策略，有利于揭示PEDV的发病机制，发现抗病毒药物的新靶点，从而为PEDV的防控奠定基础。
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user: 摘 要 利用杏林湾水库水质监测资料，用超标分类评价法对杏林湾水库截污后水质变化进行评价。结果表明，截污后的杏林湾水库水质指标DO、COD Mn 、BOD 5 、NH 3 -N和TP总磷都处于Ⅲ类以上水平，但TN仍处于劣Ⅴ类，常年处于严重污染状态。调查分析污染的主要原因为城镇生活污水及农业面源污染，并提出水库水质改善提高的措施。 关键词 :杏林湾水库，截污，水质评价，水污染防控 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 杏林湾水库地处厦门市北部集美区内，该处原为一个开阔海湾，1956年筑堤围海后形成一个封闭的淡水水库，面积7.2 km 2 ，周边有杏林、后溪、灌口、侨英等多个街镇，汇水面积约209.3 km 2 ，总库容2465万m 3 ，正常水位库容1201万m 3 ，主要受上游石兜–坂头水库和后溪流域降水的汇流补给，下游经涵闸通入大海，是具防洪排涝、灌溉、养殖、供水及旅游等多功能的水库 [ 1 ] 。 周玉琴通过分析1990~1996年监测数据结果表明，杏林湾水库大多数情况下水质类别为IV~V类，主要污染来源为生活污水、农田面源污染和水产养殖废水 [ 2 ] ，王静等对2006~2010年的监测数据进行评价表明，杏林湾水库主要污染因子为TN，TP，NH 3 -N和BOD 5 ，其中TN超标最严重，水库基本处于中度富营养-重度富营养化状态 [ 3 ] ，卢亚芳等还对杏林湾水库的水质富营养化、水质理化特性，水体的硝化作用及水系表层沉积物中PAHs进行了评价和研究 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 。 近年来，随着社会经济的快速发展，杏林湾水库水质日趋劣化。2011年发布的《厦门市环境功能区划(第三次修订)》已把杏林湾水库调整为执行《地表水环境质量标准》(GB3838-2002) V类水环境质量标准，主要功能为养殖、农业灌溉和一般景观水体。随着大量污染物的汇入，2015年水库主要水质指标已严重超标为劣V类 [ 9 ] ，不能满足其水环境功能的要求。为了改善杏林湾水库水质，厦门市政府于2016年6~9月进行了杏林湾水域截污整治百日行动，对环湾污水排放口进行了大规模的截污整治，本文就这次的整治效果进行评估并提出进一步的防治对策，以期对杏林湾水库污染防治、合理开发利用水库资源及为上游流域综合治理提供技术支撑。
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user: 2. 库区截污概况 通过现场勘查、资料查阅、村庄排水体系分析等方法对杏林湾环湾污水排放口进行调查核实，查明全湾共有雨污排放口52处，现状日排放合流制污水量约2万t/d (不计雨天及后溪流域流入量)，导致杏林湾水质重度富营养化，水库坝头断面水质为劣V类。为改善水域水质，厦门市于2016年6月启动了杏林湾水域截污整治工程建设，共投资5亿多元，对环湾20 km的雨污水排放口全部进行截流，建设了10座分散式污水处理站，其中4座合计处理能力达3.9万t/d的污水处理站已建成运行，对截流的污水进行处理后达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级标准A标准后排到杏林湾水库。同时建设2座初期雨水调蓄池，对降雨量4 mm以内的初期雨水进行去污处理后排放，并在九天湖下游建设泵站，以回抽湖水的方式，加强湖水循环。整个环湾污水截流系统已于2016年10月建成并试运行。
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user: 3. 截污后库区水质评价 3.1. 评价因子 采用厦门市环境监测中心站的监测数据，在水库入口(1#)及库心(2#)设2个采样点，样品采集、保存及指标的检测严格按照地表水和污水监测技术规范(HJ/T91-2002)等开展，水质监测指标包括溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(COD Mn )、五日生化需氧量(BOD 5 )、氨氮(NH 3 -N)、总磷(TP)、总氮(TN)。 3.2. 评价方法及标准 采用超标分类评价方法。评价标准执行《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)，本文把超过V类标准值的水质划为劣V类，见表1。在地表水环境质量标准中对地表水综合评价采取的是限值原则，即以单项指标最差所属级别确定其综合水质类别 [ 2 ] 。 3.3. 评价结果 根据厦门市环境监测中心站实际监测的数据，按超标分类评价方法进行杏林湾水库截污前后的水质进行评价，结果见表2。 入库口与库心两个监测点截污前后监测数据变化趋势基本一致。从评价结果分析，截污前6个指标中DO和COD Mn 两个水质指标达到III类，NH 3 -N和TP达到Ⅳ类，BOD 5 为V类，TN为劣V类。截污后6个指标都有较大幅度的改善，其中DO改善了11.9%~15.2%，两个监测点指标都由Ⅲ类提高到II类； Table 1 Surface water environmental quality standard limit (unit: mg/L 分类 DO COD Mn BOD 5 NH 3 -N TP TN I类 7.5 2 3 0.15 0.02 0.2 II类 6 4 3 0.5 0.1 0.5 III类 5 6 4 1.0 0.2 1.0 IV类 3 10 6 1.5 0.3 1.5 V类 2 15 10 2.0 0.4 2.0 劣V类 <2 >15 >10 >2.0 >0.4 >2.0 表1. 地表水环境质量标准限值(单位：mg/L) Table 2 Evaluation results of water quality of Xinglin bay reservoir after sewage interception (unit: mg/L 评价因子 1#监测点 2#监测点 2016年5月5日 (截污前) 2016年11月1日 (截污后) 2016年5月5日 (截污前) 2016年11月1日 (截污后) 监测值 类别 监测值 类别 监测值 类别 监测值 类别 DO 5.40 III 6.22 II 5.46 III 6.11 II COD Mn 4.83 III 4.18 III 4.37 III 3.80 II BOD 5 6.80 V 3.10 III 7.40 V 2.80 II NH 3 -N 1.38 IV 0.79 III 1.32 IV 0.78 III TP 0.24 IV 0.14 III 0.27 IV 0.13 III TN 3.24 劣V 2.29 劣V 3.26 劣V 2.34 劣V 水质类别 劣V 劣V 劣V 劣V 表2. 截污前后杏林湾水库水质评价结果(监测值单位：mg/L) COD Mn 改善了13.0%~13.5%，1#监测点维持III类，2#监测点提高到II类；BOD 5 改善了54.4%~62.2%，1#监测点从V类提高到III类，2#监测点从V类提高到II类；NH 3 -N和TP分别改善了40.9%~42.8%和41.7%~51.9%，两个监测点都从IV类提高到III类；TN的监测数据改善了28.2%~29.3%，尽管提高幅度较大，但仍然低于V类水质标准，为劣V类。 随着截污工程的完工，杏林湾水库水质在原有的基础上有较大好转，6个主要指标中改善效果从大到小依次为BOD 5 、TP、NH 3 -N、TN、DO和COD Mn ，其中BOD 5 、TP、NH 3 -N、DO和COD Mn 5个指标都可满足地表水Ⅲ类水质标准，但由于受到TN这个短板的影响，按照限值原则，即以单项指标最差所属级别确定其综合水质类别，杏林湾水库的水质依然为劣V类。
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user: 4. 水污染原因分析 4.1. 城镇生活污染的影响 近年来，随着集美新城建设的快速发展，生活污水逐年增加，已建成的污水处理厂纳污能力不足，使得一部分城镇生活污水未经处理就直接排入库区，造成了严重的污染。水库流域范围内有英村、锦园、西亭、兑山4个社区，加上集美新城的新增人口约7.8万人，以人均用水185 L/d计算，生活污水排放量达475.44万t/a，估算COD入库量为1473.45 t/a、NH 3 -N为182.33 t/a，TP为21.90 t/a，TN为280.34 t/a。生活垃圾入库量COD、NH 3 -N、TP、TN负荷分别为19.40 t/a、1.20 t/a、3.68 t/a、12.04 t/a [ 10 ] 。 4.2. 流域农业污染源的影响 流域内农业生产使用的农药、化肥和地膜的使用量不断增加，加上焚烧和雨水的冲刷等原因，加剧了杏林湾水库水体富营养化。水库周边有耕地面积1530 ha，调查每年施氮量(以N计) 300 kg/ha、施磷量(以P计) 30 kg/ha左右，测算耕地流失的N为53 t/a，P为0.82 t/a进入库区 [ 2 ] 。上游河道鸭等禽类的养殖业对库区水体造成了一定污染，据测算2015年鸡鸭养殖污染物入库量COD为2.27 t/a、NH 3 -N为0.10 t/a，TP为0.02 t/a，TN为0.20 t/a [ 10 ] 。 4.3. 工业污染源的影响 工业废水是造成杏林湾水库水质污染的重要因素。据《集美区后溪工业污染源调查报告》统计，2015年杏林湾水库流域共有工业企业251家，主要为织染厂、饲料厂、食品厂等企业，排放工业废水7.58万t/a，估算COD入库量为30.12 t/a、NH 3 -N为2.64 t/a，TP为0.23 t/a，TN为7.91 t/a。 4.4. 水资源短缺的影响 厦门是淡水资源匮乏的海湾型城市，多年平均降雨量1427.9 mm，3~9月为春夏多雨湿润季节，10月至来年2月为秋冬少雨干燥季节，最少的月份滴雨不下。主要入库河流后溪属于独流入海的山溪性溪流，水系分布短促，汇流时间短，径流量集中在汛期的很短时间内，大部分直接渲泄入海。汛期时河床中沉积的污染物被带入杏林湾水库，枯水期库区得不到补水，水库污染物得不到有效的稀释和净化。 4.5. 其他影响因素 一是随着杏林湾水库中园博苑景观升级和环湾慢行系统的建设，库区旅游人数快速增长，增加了入库的生活垃圾和生活污水。二是新城建设过程中因市政污水系统尚未完善，工地的施工泥水、生活污水等通过雨水沟渠或管道排放进入杏林湾。三是库区底泥中的营养盐大量释放到水体，导致整个水库全年都处于富营养化水平 [ 4 ] 。 综上所述，杏林湾水库现状污染负荷中生活污染已占全部污染负荷的80%以上，是COD、NH 3 -N、TP、TN污染的主要来源。其中对库区TN的影响大小依次为生活污染源、农业污染源和工业废水，贡献率分别为80.4%、14.6%和2.2%。
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user: 5. 库区水污染防控对策 截污后，水体中DO、COD Mn 、BOD 5 、NH 3 -N、TP都已达到Ⅲ类或Ⅲ类以上指标，但TN浓度仍未达标为劣Ⅴ类，因此，控制TN是今后杏林湾水库治理的主要目标，建议从以下四个方面对TN进行控制和治理。 5.1. 加强生活污染源治理 重点关注农村生活污水的处理，推进流域农村污水全面截流纳管，采取截污、禁排、雨污分流和污水资源化等措施，完善水库周边区域的污水收集处理系统和管理。对现有的10座分散式污水处理站进行提标改造，强化污水脱氮工艺，提高TN排放标准，并加大中水回用。农村生活垃圾按照“户分类、村收集、镇转运、区处理”的原则，完善杏林、灌口、后溪和侨英街镇农村生活垃圾收集及转运体系，将流域内的生活垃圾收集到垃圾填埋场处理。 5.2. 开展小流域综合整治 按照《厦门市小流域综合治理工作方案》要求，在上游许溪段试点工作成功的基础上，实施上游河道后溪、兑山溪、崎沟溪和锦园溪的黑臭河道整治工程和防洪排涝整治工程。对存在污水溢流的崎沟溪、九天湖、董任村等处排洪沟实施上游拦沙拦渣，防止水土流失。加强库区流域的农田管理，推广测土施肥技术和病虫害综合防治技术，减少化肥、农药施用量。对禽畜养殖户进行规模化管理，禽畜养殖场通过使用发酵床技术和沼气工程，实现无污染零排放，控制进入水库的面源污染。加快城镇污水处理厂及其配套管网建设，工业废水按规定处理后，全部纳入市政管网汇入城市污水处理厂集中处理。 5.3. 优化库区生态岸线建设 划定库区岸线生态保护红线，注重维护库区岸线的天然形态。在后溪和锦园溪等入库河口构建前置库或生态河道工程，通过设施的拦截、沉淀、絮凝，水生植物的吸收、吸附以及微生物的分解、转化作用，阻滞泥砂、TN入库，改善入库水质。在环湾库岸采用生态缓冲带技术，合理搭配林地、草地、灌木、混合植被和沼泽湿地，通过植物拦截及土壤下渗作用减缓地表径流流速，拦截陆域面源污染，达到截留或吸收地表径流TN的目的。 5.4. 强化水体的净化处理 在浅水水域，建立天然湿地净化系统，由低向高依次种植漂浮、沉水、挺水、湿生植物，如金鱼藻、水罂粟、荷花、香菇草、水芹、慈姑、黄菖蒲等，适当配置景观物种或归化种，构建成丰富多样的污水净化生物群落，净化水体。在库中设立人工浮床，通过浮床植物根部的吸收、吸附和根际微生物硝化反硝化作用，削减水体中的TN。定期进行水库清淤，物理去除和转移底泥中的大量营养盐。评估上游的石兜–坂头水库的生态补水能力，或利用雨季进行蓄水调水，定期对库区进行生态补水，提高库区自然净化能力。
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user: 摘 要 本文构建了包含可再生能源分布式发电的微电网及用户在孤岛模式下参与就地电力市场需求响应的协调优化模型。模型的分布式发电包含了风能、光伏能等可再生能源发电设备以及燃气–蒸汽联合循环(CCGT)、冷热电联供系统(CCHP)等清洁能源发电机组。模型以总的社会剩余价值最大化作为优化目标，在就地电力市场中采用节点边际电价的费率结构；约束条件考虑了可再生能源发电和负荷的预测误差、用户需求响应容量系数和报价策略。通过对基于PJM-5母线系统的微电网进行仿真，计算结果分析了用户需求响应能力对可再生能源消纳的影响和需求响应水平对负荷预测的反效应，为微电网用户参与需求响应提供了参考。分析结果表明：微电网用户通过在就地电力市场中合理的协调需求响应，在满足用户负荷需求的前提下，增加了负荷的需求弹性，促进了可再生能源的消纳，提高了可再生能源的利用率和穿透率，产生可观的经济价值。 关键词 :就地电力市场，微电网，需求响应，节点边际电价，可再生能源穿透率 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着电力市场的自由开放程度逐渐增大，不同电力市场的结构也趋于相似或一致。在垄断电力市场中，由于缺乏自由竞争，供应方能够通过行使市场权力来获得高于边际成本的收益，需求侧响应对价格产生的影响甚微；而在完全自由竞争下的开放电力市场中这种权力将减弱或消失。可再生能源在电力系统中穿透率不断提高，其自身具有的随机性和波动性给电力系统的协调控制带来了挑战 [ 1 ] [ 2 ] 。供需互动是电力市场化改革、智能电网建设、可再生能源大规模并网等电力系统新形势下的发展趋势，也是构建完善、健全、高效电力市场的必要条件，对系统安全、可靠、绿色的运行产生积极的影响 [ 3 ] 。具有快速调节特性的需求响应(demand response， DR)作为一种极具潜力的调节手段，在电力市场中发挥了重要作用：需求响应能够提高电力系统的灵活性和稳定性，并提高整个系统的能源利用效率，成规模的需求响应容量可以实现很好的调峰性能以应对可再生能源并网带来的波动性，既能给供电企业和参与需求的用户带来直接效益，还能在更大范围内给更多的用户创造间接价值 [ 4 ] [ 5 ] 。微电网技术的发展对提高电力系统稳定性、降低用电成本和提高可再生能源的消纳有很大潜力；同时微电网具有的自发电、能量存储和双向功率传输等特性在电力市场中具有更大的价值潜力 [ 6 ] 。微电网在协调调度过程中用调节灵活、响应迅速、价格低廉的需求响应容量取代成本高、效率低的发电机组，能够节约大量的运行维护成本 [ 7 ] 。可再生能源的分布具有一定的地域特性，因地制宜的发展微电网，能够避免电能的远距离传输，降低输送损耗，减少线路拥堵；当微电网在孤岛模式下运行时，这种优势将更加明显。因此微电网用户在孤岛模式下参与就地电力市场需求响应，对发展可再生能源具有重要意义。 需求响应能够通过基于价格的响应方案增加短期系统容量，避免或推迟为了满足峰值负荷而产生的峰值容量成本 [ 8 ] 。虽然需求响应技术能够提高用户需求的价格弹性，但可再生能源穿透率的不断上升又将增加基于价格的需求响应行为的不确定性 [ 9 ] [ 10 ] ；同时负荷参加需求响应还将会产生反效应，如增加了负荷预测的不确定性 [ 11 ] 和实际负荷的波动性 [ 12 ] ；适当增加机组组合的鲁棒性能够很好地平抑各种不确定性造成的影响 [ 13 ] 。 文献 [ 14 ] 构建了一种联营方式下的需求响应交换市场，将需求响应进行单独交易，增强了需求响应参与电力市场的灵活性。文献 [ 15 ] 对包含大量风电和水电的北欧电力市场进行分析，将日前市场的电力交易转移到日内市场，通过需求响应和快速启停的水电机组协调，减轻了风力预测误差所带来的影响。文献 [ 16 ] 分析了需求曲线的不确定性对剩余价值的影响，提出了广义社会价值的概念；指出了当需求曲线存在不确定性时，传统的剩余价值和广义剩余价值间的区别，并证明了由发电成本和机会成本构成的广义剩余价值最小时能得到最大社会剩余价值，进一步明确了电力市场剩余价值的具体范畴。以上研究虽然分析了需求响应在电力市场中的协调作用及不确定性，但并未对参与需求响应容量的设置进行分析，这将进一步增大用户参与需求响应的不确定性和响应成本。 文献 [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] 利用需求响应和储能系统的协作平抑了可再生能源功率波动对电网的影响，但储能系统又增加了固定成本，若通过需求响应的负荷转移代替部分储能，将进一步提高经济性。文献 [ 20 ] 从需求响应资源的时间维度入手，分析了不同用户类型对长期、中期、短期激励信号的灵敏度，为不同特点、类型的用户制定需求响应方案提供了参考依据。文献 [ 21 ] 提出了微电网在“时前”电力市场环境下的随机匹配交易模型，模型允许供需各方自由竞价随机匹配，通过预测误差补偿来消除预测误差对市场运营的影响，这又对发电机组及需求响应的调节特性、信息的采集与通信技术提出了较高要求，增加了实现难度。文献 [ 22 ] 在分析了高穿透率的风电和需求响应对日前电力市场中节点边际电价(locational marginal price， LMP)影响的基础上，提出了一种通过负荷转移来保持LMP非负的协调策略，提高了风电的利用率并减轻了线路拥堵，但并未对风电的边际成本进行分析，仅通过DR协调来保持LMP非负，风能的经济效益未能充分发挥。综合以上分析可知：通过快速启停的分布式发电机组与需求响应相配合，缩短电力市场报价截止时间(gate closing time)，能够减小可再生能源预测误差的影响并促进其在电网中的消纳。 本文在总结可再生能源和需求响应对电力市场影响的基础上，提出了微电网孤岛模式下自由竞争的就地电力市场模型。模型中用户通过制定合理的响应容量、报价策略和负荷转移方案，综合考虑可再生能源和负荷的预测误差，实现了就地电力市场总的社会剩余价值最大化。通过对基于PJM-5母线系统的微电网进行仿真，验证了模型的有效性。
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user: 2. 就地电力市场中的出清机制 在电力市场中，电价是影响所有市场参与者行为的最重要信号，而市场出清价格(market clearing price， MCP)则是最基本的定价理念 [ 23 ] 。欧洲电力市场多采用统一定价，而北美地区则以LMP作为管理输电线路拥堵的价格机制，在许多独立供电运营商(independent system operator， ISO)如PJM，CAISO、ISO-NE、NYISO和MISO中都得到了很好的应用 [ 24 ] 。当微电网在孤岛方式运行时，微电网用户之间构成的就地电力市场可用理想的自由竞争电力市场模型来分析。 2.1. 可再生能源设备发电的边际成本 可再生能源设备发电的运行可变成本最低，其可用容量在系统运行时将被优先调用。通常电力市场中将可再生能源发电设备的边际成本设为0，而当夜间负荷极低的情况下LMP将出现负值。负的LMP将使风电所有者削减或切除部分风电来保证自身的利益，这将降低风能的利用率；太阳能光伏发电设备的输出功率白天随光照强度的增强而提高，此时系统负荷也较高，夜间通常按零功率设计，因此通常不会出现为了保证自身利益的主动弃光。法维翰(Navigant)咨询公司2015年7月对北美地区17家包括了独立系统运营商和可再生能源设备用户、厂商做了一项联合调查，详细分析了风力发电机和太阳能光伏发电设备的可变成本：风力发电机属于旋转发电设备，可变成本主要由不同风速下的磨损消耗、覆冰条件下恢复运行、接收调度指令削减部分或全部负荷等产生的运行维护成本构成；而太阳能光伏发电设备为静止发电设备，维护周期固定而不受发电量的影响，当削减负荷时通过减小逆变器输出电流实现，能延长逆变器和冷却散热系统的工作寿命，同时由于逆变器按夜间按零功率设计的，可变成本几乎为0。合理的设定边际成本能够提高可再生能源的穿透率，避免运行过程中弃风。 2.2. 就地电力市场中的社会剩余价值 就地电力市场中的供需关系按照经济学理论如图1所示：供给曲线随着出清价格的提高而增加供应量，需求曲线则随着在出清价格的降低而增加需求量。在完全自由竞争的就地电力市场中，Q点达到了一个供需平衡，当供给每增加1个单位或MW电量的边际成本与需求每增加一个单位或MW报价相等且为C * 时，以该点的价格出清能得到最大社会剩余价值。在供给曲线下方为发电成本，高于发电成本按出清价格得到的部分为发电收益，需求曲线下高出发电收益的部分为需求收益，发电收益和需求收益两部分相加就社会剩余价值。
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user: 3. 需求响应的协调策略 需求响应是指当批发电力市场价格升高或系统可靠性受威胁时，电力用户接收到供电方发出的诱导性减少负荷的直接补偿通知或者电力价格上升信号后，改变其固有的用电习惯和模式，达到减少或者推移某时段的用电负荷而对电力供应的响应，保障电网稳定、抑制电价上升的短期行为 [ 25 ] 。 3.1. 需求响应容量系数的制定 在就地电力市场中，用户可根据自身的用电重要程度和愿意接受的价格水平，将预测负荷d 0 按固定负荷d f 和响应负荷d r 两部分一起提交给系统调度运营方，其中响应负荷d r 与预测负荷d 0 的比值称为需求响应容量系数，在本文中用a表示。这个系数反应了用户的需求响应能力和活跃程度，也间接反应了需求价格弹性。当a越大时，需求侧的报价曲线就越平，受价格变化的影响越小，价格弹性也就越好，使得调 图1. 完全自由竞争市场的供需关系图 度起来更加灵活；但是过高的a对负荷类型的要求就越高，如需要储能和自发电来增加需求响应容量，增加了响应成本；而过低的响应负荷比例又会导致需求响应效益的降低，失去参加需求响应的意义。关于需求响应系数a本文在不影响分析结果的基础上按式(1)确定。 α max = d t 0 ， max − d t 0 ， mean d t 0 ， max (1) 式中 α max 是用户在调度周期内的最大需求响应容量系数， d t 0 ， max 、 d t 0 ， mean 分别为用户在调度周期内负荷预测的最大值和平均值。这样处理的原因是通常用户负荷出现最大值的时段系统的负荷也为最高，在不考虑输电线路的拥堵和价格波动的情况下，最佳响应方案就是响应后的负荷为一条直线，该直线纵坐标代表了负荷的平均水平或均值。 如图2所示：该调度周期内的负荷高峰出现在t 0 时段，最大负荷和平均负荷的差值即为该时刻的最佳需求响应容量。当需求响应容量的设定高于该值时，必然在其它时段出现新的负荷高峰；而需求响应容量低于该值时，该时段的响应效果达不到最佳。因此本文的最大需求响应容量系数 α max 按负荷最大的t 0 时段确定，其余时段的固定负荷均不会超过平均负荷。若线路拥堵引起价格波动较大时，该系数需要做相应增加。 3.2. 需求响应的负荷转移策略 需求响应的本质就是通过削减、转移负荷和通过自发电或储能设备减少对电网的电力消费 [ 26 ] 。需求响应转移系数作为一个重要指标能反映需求响应在削减、转移和自发电等方面的状态。文中用g表示需求响应的转移系数， γ τ → t 表示负荷在t时段转移到t时段的负荷占t时段响应负荷 d τ r 的比值。需求响应转移矩阵 γ 为主对角线元素为零的方阵，即响应负荷不会返回到发生响应的时段。 d b = γ T ∗ d r (2) d t b = ∑ τ = 1 T γ τ → t d τ r (3) d t b 是t时段的返回负荷， d τ r 是负荷在t时段的响应负荷，式(3)表明了两个变量间的相互转换关系。 γ τ = ∑ t = 1 T γ τ → t (4) 图2. 最大需求响应容量与平均负荷水平的关系 式(4)中当 γ τ 的值等于1时，需求响应模式为负荷转移模式，转移的负荷完全返回；当 γ τ 的值小于1时，需求响应模式为负荷转移和削减模式，转移的负荷不能完全返回，会出现部分负荷削减；而当 γ τ 的值大于1时，需求响应模式必须包含自发电，通过自发电来抵消返回过程中增加的负荷。 3.3. 需求响应的报价策略 电力市场中用户的报价曲线通常为分段折线，报价最高的部分对应固定负荷，即必须要满足的负荷；随着报价曲线的下降，负荷的重要程度也随之降低；在报价曲线的最低部分，通常为返回负荷或是可削减负荷。由于在微电网中，单个负荷的容量较低，可考虑按照递减的直线来进行报价，处理起来比较方便。本中采用图3所示的报价策略，图中的斜线段部分表示了系统中第j个负荷在t时段的需求响应报价策略。 ρ j ， t = − e j ， t d j ， t + f j ， t (5) 其中： d j ， t ∈ [ d j ， t 0 − d j ， t r ， d j ， t 0 + d j ， t b ] e j ， t = ρ j ， t max − ρ j ， t min d j ， t r + d j ， t b f j ， t = ρ j ， t max ( d j ， t 0 + d j ， t b ) − ρ j ， t min ( d j ， t 0 − d j ， t r ) d j ， t r + d j ， t b 式(5)是用户需求响应的报价策略： ρ j ， t 是第j个负荷在t时段的报价；最小需求容量( d j ， t 0 − d j ， t r )为负荷j在t时段的固定负荷容量，该容量不参与需求响应，纵坐标为固定负荷容量能够接受的最高电价 ρ t max 。由于在就地电力市场中信息对所有用户都足够透明，最高和最低报价可参考该负荷所在节点t时段预期LMP的最大值和最小值；最大需求容量( d j ， t 0 + d j . t b )是t时段用户的预测负荷容量与其它时段转移到该时段的负荷容量之和，即当电价达到最低值 ρ j ， t min 时全部满足的负荷容量。
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user: 4. 系统模型 4.1. 目标函数 本模型的优化目标为社会剩余价值最大，式(6)为目标函数，优化时取负的最小值。 min           ∑ t = 1 N T ( ∑ i = 1 N G c i ， t p i ， t − ∑ j = 1 N D ρ j ， t d j ， t ) (6) 图3. 需求响应报价策略折线图 式中 N T 、 N G 、 N D 分别为调度周期、微电网中的发电设备数量和负荷数量； c i ， t 、 p i ， t 分别为第i个发电设备在t时段的发电成本、发电功率； ρ j ， t 、 d j ， t 分别为第j个负荷在t时段的用电成本、负荷功率。 4.2. 约束条件 4.2.1. 功率平衡约束 不考虑线路损耗的情况下在各时刻系统功率应当平衡，即发电设备的发电功率之和与负荷的用电功率之和相等。 ∑ i = 1 N G p i ， t − ∑ j = 1 N D d j ， t = 0 (7) 4.2.2. 发电设备出力约束 p i ， t min ≤ p i ， t ≤ p i ， t max (8) 式中 p i ， t m i n 和 p i ， t max 分别为第i个发电设备在t时段的最小功率和最大功率，并满足以下条件： p i ， t min = I i ， t p i min (9) 式中 p i min 、 p i max 为第i个发电设备启动状态下的最小、最大输出功率； I i ， t 为启停状态变量，1表示启动，0表示停机。 p i ， t 0 = ( 1 + ε G， i ) p i ， t f ≤ p i max                                       i ∈ G ( Re ) (10) p i ， t max = { I i ， t p i max                                     i ∈ G ( Th ) I i ， t p i ， t 0                                               i ∈ G ( Re ) (11) G ( Th ) 和 G ( Re ) 分别表示常规能源发电设备和可再生能源发电设备的集合； p i ， t f 、 p i ， t 0 分别是第i个可再生能源发电设备在t时段的预测出力和考虑误差后的出力，误差 ε G， i ~ N ( μ G ， i ， σ G ， i 2 ) 。当可再生能源按可用容量完全消纳时，按式(12)协调，此时可再生能源利用率为100%。 p i ， t = p i ， t 0                   i ∈ G ( Re ) (12) 若可再生能源发电设备参与调度运行，则可再生能源的利用率 η a 和穿透率 η p 按式(13)~(14)计算。 η a = ∑ i ∈ G ( Re ) ∑ t = 1 N T p i ， t / ∑ i ∈ G ( Re ) ∑ t = 1 N T p i ， t 0   (13) η p = ∑ i ∈ G ( Re ) ∑ t = 1 N T p i ， t / ∑ j = 1 N D ∑ t = 1 N T d j ， t (14) 4.2.3. 输电线路约束 p f l ， t = ∑ b = 1 N b g s f l b ( ∑ i ∈ U ( b ) p i ， t − ∑ j ∈ D ( b ) d j ， t ) (15) p f l ， t 、 g s f l b 分别为线路l在t时段传输的功率和母线b注入的功率对线路l的转移因子； U ( b ) 、 D ( b ) 分别为属于母线b的发电设备和负荷的集合。 p f l min ≤ p f l ， t ≤ p f l max (16) p f l max 、 p f l min 为线路l的最大、最小传输功率，根据线路参考方向取正、负值。本模型只考虑线路阻抗，发电转移因子矩阵可按(17)~(19)计算。 G S F = H ∗ A ∗ Z (17) H = diag ( x l − 1 ) ;       l = 1 ， ⋯ ， N L (18) Z = [ ( B ′ ) − 1 0 0 0 ] (19) G S F 是发电转移因子矩阵， x l 是第l条线路的阻抗， B ′ N b − 1 是消除了参考节点的缩减导纳矩阵(此处选取最后一个节点为参考节点)， H 是线路阻抗倒数构成的对角矩阵， A 是线路相关矩阵 [ 24 ] 。 4.2.4. 需求响应约束 d j ， t = d j ， t 0 − d j ， t r + d j ， t b (20) d j ， t 0 、 d j ， t r 、 d j ， t b 分别为第j个负荷在t时段的计算负荷、响应负荷和返回负荷。 d j ， t 0 = ( 1 + ε D ， j ) d j ， t f (21) d j ， t r = α j ， t d j ， t 0 (22) d j ， t f 为第j个负荷在t时段的预测负荷，误差 ε D ， j ~ N ( μ D ， j ， σ D ， j 2 ) ； α j ， t 为第j个负荷在t时段需求响应容量系数。 d j ， τ → t r = γ j ， τ → t d j ， τ r   (23) d j ， t b = ∑ τ = 1 N T d j ， τ → t r (24) ∑ t = 1 N T γ j ， τ → t = 1 (25) γ j ， τ → t 、 d j ， τ → t r 分别为第j个负荷在t时段向t时段的负荷转移率和转移容量。 4.2.5. 其他约束 由于微电网中分布式发电技术保证了可再生能源发电设备的响应速度不会超过本文模型调度周期内的时间间隔，时间间隔为1小时；又因为负荷需求响应的速度通常快于发电设备，因此在本模型中不考虑启停、爬坡约束。
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user: 6. 结论 1) 就地电力市场减弱了供需各方的市场权利，完全自由竞争的市场环境能激励用户更好的参与需求响应，提高可再生能源的利用率和穿透率，实现社会剩余价值的最大化。 2) 微电网用户参与需求响应的经济性受自发电能力影响大，持续稳定的自发电能力和合理的需求响应方案是经济运行的必要保障。 3) 可再生能源的出力较高时会增大部分线路的拥堵程度，积极的需求响应策略有利于控制输电线路的传输容量，为可再生能源的吸纳提供路径，提高可再生能源的利用效率。 4) 模型没有考虑可再生能源的环保价值。如在欧盟地区执行的欧洲碳排放交易体系(EU-ETS)下，还能将节约的碳排放权进行交易，产生额外的环保价值，这也将在后续的研究工作中予以分析。
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user: 摘 要 电子鼻作为一种无损检测技术，通过检测苹果的气体成分(酯类、醇类等)变化来监测果实品质变化。电子鼻技术主要有三部分构成：气体传感器阵列、信号预处理电路和计算机模式识别系统。在苹果品种鉴定方面，电子鼻对苹果品种的区分能力约为8种；随着品种数量的增加，电子鼻的区分度开始下降；电子鼻对完整果实的区分效果优于对果汁的区分效果。电子鼻在苹果成熟度和货架期的检测方面的精度主要受模式识别技术的影响，PCA和LDA应用效果较好。电子鼻可以对苹果贮藏期进行预测，同时电子鼻对贮藏期间苹果好坏质量方面有很好的区分度。 关键词 :电子鼻，苹果品质，品质检测，品种鉴定 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 我国是水果生产大国，长期以来，我国果品种植面积和产量一直处于世界前列，其中苹果的产量更是远超他国，据国家统计局资料显示2014年我国苹果产量高达4092.32万吨，2015年苹果产量达3849万吨，2016年苹果产量达4261.3万吨。但是，由于存储不当、易腐烂等特性，每年有大量的水果浪费，造成了巨大的经济损失和环境污染，同时，由于我国在水果分级检测能力方面与发达国家有很大差距，造成出口量和加工率较低，大部分水果都需要通过贮藏进行销售 [ 1 ] ，极大的降低了经济效益。因此，研究苹果的品质检测对促进水果产业的发展有重要意义。 苹果品质的基本要求是果实完整良好，新鲜洁净，无异常气味或滋味，不带不正常的外来水分，充分发育，具有本品种固有的特征和风味以及适合市场或贮存要求的成熟度 [ 2 ] 。传统的品质检测方法主要是化学分析法，不仅检测过程繁琐，还需要破坏果实本身，对苹果品质检测意义不大。因此，发展快速准确无损的检测技术对提高我国苹果的品质以及分级检测能力具有重要的促进作用。 本文简述了国内外学者在苹果品质检测方面运用到的技术，综述了电子鼻作为无损检测技术在苹果品质检测方面的应用，为电子鼻技术在苹果品质检测和分级的进一步研究提供一定的参考。
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user: 2. 苹果品质检测方法 参考国家鲜苹果标准，传统苹果品质一般通过果型、果面缺陷、果径、光洁度、硬度和可溶性固物含量来评价，各评价等级指标如表1所示。 随着检测技术的不断发展，新的检测手段层出不穷。在传统品质检测的基础上，许多学者又分别从不同角度和不同的技术进行了研究。樊丽和刘玉莲 [ 3 ] [ 4 ] 各自运用固相微萃取技术(SPME)和气相色谱–质谱联用法(GC-MS)测定了苹果在采后贮藏期间果实香气成分的变化，其香气成分主要为酯类和醛类。许宝峰等 [ 5 ] 用同样的方法，测定了冷藏对“王林”苹果香气成分的影响，测试结果显示：醇类、酯类物质在冷藏条件下含量上升，醛类物质相对百分含量下降。王艳颖等 [ 6 ] 利用便携式速显糖度计、果实硬度计、气相色谱仪、紫外可见分光光度计研究了富士苹果受到机械损伤后在5℃和18℃ 2种贮藏温度下呼吸强度、可溶性固形物、乙烯释放量、果肉硬度等含量的变化。结果表明：机械损伤后呼吸强度和乙烯释放量显着增加，可溶性固形物含量和果实硬度随着温度的升高迅速下降。孙成正和张伟莲 [ 7 ] [ 8 ] 分别从苹果的介电特性出发，研究了苹果品质与介电特性的关系，结果显示：苹果的阻抗与施加信号的频率有关， Table 1 Apple quality evaluation inde 指标 优等品 一等品 二等品 果形 无缺陷 允许果形有轻微缺点 有缺点，无畸形果 果面缺陷 无缺陷 无明显缺陷 有轻微缺陷，对果肉无明显伤害 果径(mm) 大型果 ≥ 70 大型果 ≥ 70 大型果 ≥ 65 中小型果 ≥ 60 中小型果 ≥ 60 中小型果 ≥ 55 着色率(%) 红色品种着色率 ≥ 70 红色品种着色率 ≥ 60 红色品种着色率 ≥ 50 硬度(N/cm 2 ) ≥5.5 ≥5.5 ≥5.5 表1. 苹果品质评价指标 相对介电常数与苹果的品质识别程度有很大的相关性，可用于评价苹果的内部品质。此外，赵杰文和张京平 [ 9 ] [ 10 ] 还通过图像处理技术对苹果的品质进行了检测。