半月刊

ISSN 1000-1026

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  • 2019年第43卷第17期文章目次
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    • >观点
    • 蜂巢状有源配电网构想、关键技术与展望

      2019, 43(17):1-11. DOI: 10.7500/AEPS20180730017

      摘要 (1341) HTML (0) PDF 1.59 M (614) 收藏

      摘要:传统拓扑结构的配电网难以适应大规模可再生能源的接入,而微网技术的规模化应用已成为未来分布式有源智能配电网的发展方向。文中提出了一种蜂巢状有源配电网拓扑,将“源网荷储”规范化配置的分布式微网群通过智能功率/信息交换基站以蜂巢状结构组合成网,实现微网的区域自治和相互间的广域互联;在对比其他变形拓扑的基础上,认为蜂巢状有源配电网是一种值得深入研究的未来智能配电网优选拓扑结构。对所提拓扑的实现方式和关键技术展开了探索性研究,初步建立了基于分层控制的通信机制、基站的经济运营模型和微网的经济调度模型。与现有配电网方案对比分析后,认为所提拓扑具有网络架构坚强、清洁能源消纳能力强、配电方式灵活和支持电力市场交易等优点。最后,分析了该新型配电网拓扑在经济性和技术性等方面面临的挑战并展望了下一步的研究方向。

    • >学术研究
    • N-0安全的城市配电网安全域与供电能力

      2019, 43(17):12-19. DOI: 10.7500/AEPS20190116005

      摘要 (747) HTML (0) PDF 1.33 M (406) 收藏

      摘要:现有的配电网安全域与供电能力大都基于N-1安全准则,文中提出了N-0安全(即正常运行约束下)的城市配电网安全域模型和供电能力模型。首先,分析了研究N-0下的安全域及供电能力的必要性。然后,分别提出了N-0下配电网安全域和供电能力模型及供电能力曲线的概念和数学模型。最后,通过算例验证了所提模型的有效性,并分析了安全域与供电能力在N-0和N-1下的区别、联系以及在运行和规划中的使用方法。

    • 基于多能流解耦算法的综合能源系统N-1静态安全分析

      2019, 43(17):20-27. DOI: 10.7500/AEPS20180613007

      摘要 (817) HTML (0) PDF 1.73 M (475) 收藏

      摘要:综合能源框架下,各能源子系统间的能量交互更加频繁,多能流协同运行在提高运行能效的同时,也使传统面向单一能源子系统的安全性分析方法难以适用,有必要针对电—气—热的综合能源系统静态安全问题进行深入分析。首先,建立含电、气、热的综合能源系统数学模型,计算综合能源系统静态多能流;其次,针对综合能源系统耦合元件提出互济控制模式和保护控制模式两种控制模式;在此基础上,建立预想事故集,对综合能源系统进行静态N-1安全校核;通过分析综合能源系统的静态N-1安全校核结果,探究耦合元件退出运行以及耦合元件不同控制模式对综合能源系统运行安全性的影响;最后,通过IES 14节点测试系统算例对所提出的综合能源系统N-1静态安全分析方法的准确性和有效性进行了分析、验证。

    • 电转氢作为灵活性资源的微网容量多目标优化配置

      2019, 43(17):28-35. DOI: 10.7500/AEPS20181023006

      摘要 (719) HTML (0) PDF 1.49 M (424) 收藏

      摘要:高比例可再生能源接入情形下,由于没有大电网的支撑,独立型微网的规划设计对灵活性水平提出了更高的要求。为了提高独立型微网接纳可再生能源的能力,将电转氢作为灵活性资源,以微网中风光机组容量和灵活性资源容量为决策变量,建立以微网年投资运行成本最低和静态灵活性水平最高为优化目标的多目标优化模型。针对风光及负荷长时间尺度的不确定性,采用X-means聚类得到风速、光照强度和负荷情况的典型场景;针对所建立的混合整数多目标规划模型,采用Tchebycheff法将多目标模型转化为多个单目标模型进行求解;针对求解一系列单目标问题得到的Pareto非劣解集,基于模糊熵权法和模糊隶属度构建排序指标,选择排序函数值最高的非劣解作为最优解。最后,基于MATLAB仿真对所提优化配置方法的正确性和合理性进行了验证。

    • 面向远洋海岛的多能源礁盘电站布局优化及发电潜力勘探

      2019, 43(17):36-45. DOI: 10.7500/AEPS20181019008

      摘要 (582) HTML (0) PDF 1.44 M (356) 收藏

      摘要:远洋海岛远离大陆,现有研究考虑利用风、光等可再生能源进行远海海岛的能量供给,但并未考虑远洋海岛土地资源紧张等问题。针对这些问题,文中在充分评估海岛及其周边礁盘区域场景中风/光/波浪能资源状况的基础上,基于无桨叶风机、漂浮式太阳能电池板以及振荡浮子式波能捕集装置,提出了多能源礁盘电站的一体化建设布局方案。在等年值投资成本和布局约束下,以年总发电量最大为目标函数,建立布局优化和发电潜力勘探混合整数规划模型,利用CPLEX对模型算例进行求解,并与不同精确度下穷举法的计算结果进行对比。算例结果表明,所提建设布局方案合理可行,其发电潜力较大,能较为充分地满足对远洋海岛的电力供应,同时尽可能避免了对海岛土地的过多占用。

    • 含电转气的热电联产微网电/热综合储能优化配置

      2019, 43(17):46-54. DOI: 10.7500/AEPS20190126001

      摘要 (768) HTML (0) PDF 1.38 M (395) 收藏

      摘要:电转气技术提升了多能源系统运行的灵活性,在此背景下,针对综合能源系统中电/热综合储能配置优化问题研究不足的现状,构建了包含电转气装置的热电联产微网电/热综合储能优化配置模型,提出包含电/热储能系统额定容量和功率的配置方法。首先考虑用户侧电能替代,建立随机“以电代热”负荷模型,并以此修正负荷曲线。其次针对成本、供能可靠性和新能源接纳率的多目标,并计及电储能寿命的折损,构建双层优化模型,外层为配置优化,内层为运行优化。基于内层模型的Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件将内层模型转化为外层模型的附加约束,将双层模型转化为单层模型,调用Gurobi求解器对模型进行求解。最后,算例验证了所提模型的正确性,并对比分析了电转气技术对储能系统优化配置的影响。

    • 计及电动汽车充放电的微电网多目标分级经济调度

      2019, 43(17):55-62. DOI: 10.7500/AEPS20180930001

      摘要 (699) HTML (0) PDF 1.82 M (358) 收藏

      摘要:根据各调度单元的运行特性,提出一种含有负荷级、源荷级以及源网荷级的多目标分级微电网经济调度策略。首先,负荷级依据用户行驶习惯利用电动汽车的储能特性调控微电网原始负荷波动;其次,源荷级优先使用风、光出力支持微电网负荷用电,同时通过多目标粒子群优化算法,利用储能、完全可调度电动汽车最大化消纳可再生能源及最小化源荷级的综合运行成本;最后,源网荷级利用柴油机和主网联络线消纳来自源荷级剩余的微电网“净负荷”,并且将富余的风、光功率入网获得收益,使电动汽车群、微电网与主网达到经济性、高效性以及安全性的统一效果。以某具体的算例对所提策略进行仿真分析,并与电动汽车随机充电运行及不分级调度运行的情况进行对比,验证了所提策略的科学性及有效性。

    • 考虑风电接入和气电转换的综合能源系统日前区间优化

      2019, 43(17):63-71. DOI: 10.7500/AEPS20180725002

      摘要 (675) HTML (0) PDF 1.35 M (350) 收藏

      摘要:针对气电综合能源系统优化调度中未充分挖掘可调度因素、未充分考虑风电预测误差不确定性的现状,研究含风电的气电综合能源系统日前区间优化调度方法。首先,基于区间数学对风电出力的不确定性进行区间描述,综合考虑抽水蓄能、气电双向转换以及需求响应等资源和技术,并用区间数学表示优化目标和优化约束,构建含高比例风电的气电综合能源系统日前优化模型,综合优化系统的经济性、环保性。然后,基于区间序关系和可能度的方法将区间优化模型转化为确定性优化模型,继而采用Jaya算法进行求解,保证求解的高效性和解空间的可行性。最后,进行算例分析,仿真结果验证了综合利用抽水蓄能、气电双向转换以及需求响应等要素对系统进行区间优化,能取得优化效果上的优势,并能为系统调度人员提供风电不确定度对系统优化影响的信息。

    • 机组惯量对暂态功角稳定性影响的复杂性

      2019, 43(17):72-77. DOI: 10.7500/AEPS20190615003

      摘要 (1498) HTML (0) PDF 1.42 M (599) 收藏

      摘要:随着能源转型的推进,风电及光伏发电大规模入网引起的电力系统惯量水平降低对暂态功角稳定性的影响成为业界关注的热点。从电网送、受端的视角来界别机组惯量对暂态功角稳定性的定性影响,并不符合问题的本质。文中基于扩展等面积准则(EEAC),分析互补两群等值惯量的变化对主导映象系统暂态稳定裕度的影响。由于故障场景对两群映象系统暂态潮流的不同影响,以及上述两种影响的交互作用,造成机组惯量对暂态功角稳定性影响的复杂性。通过对两机哈密顿系统的解析分析及数值仿真,讨论了其规律。

    • 大功率缺失下频率最低点估计的低阶仿真模型

      2019, 43(17):78-83. DOI: 10.7500/AEPS20181108003

      摘要 (673) HTML (0) PDF 1.29 M (353) 收藏

      摘要:作为频率监视的关键参量和频率控制的决策依据,大功率缺失下频率响应过程中的频率最低点需要被准确估计,包括最大频率偏移和频率最低点时间。提出了一种大功率缺失下频率最低点估计的低阶仿真建模方法。通过对调门扰动响应微分进行多项式拟合,描述了调速器的冲激响应特性。基于各机组调速器响应特性的频域变换,建立了系统等效调速器模型。依据大功率缺失下频率下降过程的形态特征,评估了低阶仿真模型的有效性。算例结果表明,所提建模方法能够显著降低频率响应模型阶数,有效提升仿真求解效率,充分保证了频率最低点的计算精度。

    • 基于传递函数矩阵频域特性的原动机侧强迫振荡源定位方法

      2019, 43(17):84-91. DOI: 10.7500/AEPS20181114004

      摘要 (624) HTML (0) PDF 1.95 M (336) 收藏

      摘要:原动机和调速系统(原动机侧)的周期性扰动是引发强迫振荡的主要原因。基于扩展的多机Phillips-Heffron模型,推导了从原动机侧扰动到发电机机械功率的传递函数矩阵,并证明该矩阵在正常参数范围内是主对角占优的。据此,对于原动机侧周期性扰动、故障及参数异常等引发的振荡,具有最大机械功率功率谱密度的发电机原动机及调速器就是可能的扰动源;在考虑了励磁和负荷侧扰动源对机械功率的影响后,推导了从励磁和负荷侧扰动到机械功率的传递矩阵,从理论上证明了将机械功率功率谱密度最大的发电机定位为扰动源是准确合理的。10机39节点算例和华北电网算例验证了所提定位方法的有效性与可行性。

    • 混合MMC电容电压波动差异机理及抑制策略

      2019, 43(17):92-101. DOI: 10.7500/AEPS20190325003

      摘要 (1078) HTML (0) PDF 1.54 M (410) 收藏

      摘要:降低模块化多电平换流器(MMC)中子模块电容电压纹波幅值,有望降低对子模块电容器容值、体积、成本的需求,具有重要的研究价值。文中首先分析了混合MMC过调制下半桥子模块与全桥子模块的电容电压波动特性以及两种子模块间的波动差异产生机理,确定波动差异对应的能量积累区间。然后分类讨论三次谐波电压注入后桥臂参考电压的极值点分布和过零点分布,建立三次谐波电压注入系数、调制比与波动差异抑制能力的关系。在此基础上,以减少半桥子模块与全桥子模块电容能量积累差异为目标,对三次谐波电压注入量进行优化设计,提出了基于三次谐波注入优化的子模块电容电压波动差异抑制策略,并给出电容容值降低的计算示例。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建双端混合MMC模型,仿真结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。

    • 架空导线载流量的多时段联合概率密度预测

      2019, 43(17):102-108. DOI: 10.7500/AEPS20180928004

      摘要 (620) HTML (0) PDF 1.72 M (312) 收藏

      摘要:受微气象环境影响,架空线路载流量波动性较强,难以被准确预测,掌握线路关键线挡载流量的分布规律对帮助运行人员把握线路未来载流量变化,充分利用架空线路载荷能力具有重要参考价值。文中基于架空线路关键线挡微气象历史数据,在分析载流量变化特性的基础上,结合分位点回归方法,首先进行载流量逐时段概率预测,而后进一步运用t-Copula函数评估多时段载流量概率分布的相关特性,建立未来多时段载流量动态相依模型,实现架空线路关键线挡载流量的多时段联合概率密度预测,得到较逐时段概率预测更为准确的载流量波动区间和分布信息。实例分析表明,所提方法可利用载流量时段间的关联性改善逐时段概率预测结果,有效缩小载流量预测结果的分布区间。

    • >研制与开发
    • 混合双馈入高压直流系统最大传输功率控制方法

      2019, 43(17):109-116. DOI: 10.7500/AEPS20181230004

      摘要 (638) HTML (0) PDF 1.58 M (300) 收藏

      摘要:常规高压直流(LCC-HVDC)与柔性高压直流(VSC-HVDC)落点之间存在电气通路时就构成了混合双馈入高压直流系统。VSC-HVDC系统具有有功、无功功率独立可调的特点,通过调节VSC-HVDC系统输出的有功、无功功率,可以提高在同等受端电网强度下LCC-HVDC系统的功率输送能力。在建立混合双馈入高压直流系统的数学模型和仿真模型的基础上,通过给出求解混合双馈入高压直流系统临界稳定状态的数值解法,分析了混合双馈入高压直流系统在不同受端电网强度下的功率输送能力,总结出调节VSC-HVDC系统输出的有功、无功功率对LCC-HVDC系统功率输送能力的作用规律,并在此基础上根据系统状态参数随受端电网强度的变化规律提出了混合双馈入高压直流系统基于定虚拟点电压控制的最大传输功率控制方法,该控制模式能针对受端电网强度的变化自动调节系统的功率参考值,使得混合双馈入高压直流系统能始终运行在输送最大有功功率的工作状态。

    • 多端柔性直流电网主动功率平衡协调控制策略

      2019, 43(17):117-124. DOI: 10.7500/AEPS20181224003

      摘要 (683) HTML (0) PDF 1.61 M (347) 收藏

      摘要:考虑多端柔性直流输电(VSC-MTDC)技术的发展,从机理上分析了现有多端协调控制策略用于新形势下VSC-MTDC系统的控制特性差异;基于机理分析,针对现有多端协调控制策略的不足,提出了一种多端柔性直流电网主动功率平衡协调控制策略。该方法提出了一种主动功率平衡技术,实现VSC-MTDC系统在动态过程中的主动功率平衡,改善直流电压动态调节特性,并降低换流站传输功率的动态偏差,提高换流站的传输功率精度,从而实现对VSC-MTDC系统直流电压的快速精准控制。最后,基于对VSC-MTDC的PSCAD/EMTDC的仿真,对所提的控制策略进行了有效性验证。

    • 基于数据驱动的风电场有功功率分配算法

      2019, 43(17):125-131. DOI: 10.7500/AEPS20190110004

      摘要 (716) HTML (0) PDF 1.40 M (356) 收藏

      摘要:针对常规风电场有功功率分配中,通过风速评价机组的功率调节能力不准确的问题,提出一种基于数据驱动的风电场有功功率分配算法。首先,采集不同风速下风电机组转速和桨距角数据,利用Takagi-Sugeno模糊模型和变异系数法评价变速系统和变桨系统参与功率调节的相对权重系数,确定机组的功率调节能力。然后,完成基于机组调节能力的风电场有功功率分配。最后,在MATLAB仿真平台上完成含有10台风电机组的风电场有功功率分配。仿真结果表明,与按风速权重有功功率分配算法相比,所提分配算法的风电场有功功率波动小,风电机组的转速和桨距角变化较为平滑,且高风速机组的载荷小。

    • 基于KELM和多传感器信息融合的风电齿轮箱故障诊断

      2019, 43(17):132-139. DOI: 10.7500/AEPS20181126005

      摘要 (581) HTML (0) PDF 1.77 M (324) 收藏

      摘要:为提高风电齿轮箱的运行效率,降低风电场的运行维护成本,结合时域统计特征分析和多传感器信息融合技术,提出了一种基于灰狼优化核极限学习机(GWO-KELM)的风电齿轮箱状态监测新方法。首先,计算原始振动信号不同的时域统计特征参数,并采用并行叠加的方式对特征级和数据级进行信息融合以得到融合数据集。其次,利用融合数据集,建立了基于GWO-KELM的故障分类识别模型。最后,运用所提方法对QPZZ-Ⅱ旋转机械振动试验台齿轮箱实测数据进行状态监测,实例结果表明了该方法的有效性和可行性,与其他同类方法相比,所提方法具有最佳分类性能。

    • 计及谐波和死区影响的IPT系统时域建模与软开关特性分析

      2019, 43(17):140-146. DOI: 10.7500/AEPS20190109005

      摘要 (529) HTML (0) PDF 1.58 M (275) 收藏

      摘要:LCC-S补偿感应电能传输(IPT)系统的原边逆变桥输出电流包含丰富的谐波分量,采用传统的基波分析法进行分析会带来较大的误差。针对该问题,文中考虑谐波和死区的影响,将谐波含量少的线圈支路用基波模型近似表示,保留富含谐波的输入脉冲激励电压,在基波模型基础上建立简化的时域分析模型。基于该时域模型,对系统参数进行优化,实现开关管的零电压开关(ZVS)。最后,搭建了1 kW实验样机,实验结果验证了所提模型的准确性,系统在宽工作范围内实现了ZVS软开关,当输出功率100 W以上时系统效率均高于90%,且最高效率达到95.6%。

    • 消除交叉耦合的三相感应式电能传输系统

      2019, 43(17):147-152. DOI: 10.7500/AEPS20181204006

      摘要 (518) HTML (0) PDF 2.02 M (307) 收藏

      摘要:传统的三相感应式电能传输系统的磁耦合机构存在严重的交叉耦合,影响系统效率。为了消除原副边线圈之间的交叉耦合,文中分析了三相串—串拓扑电路,利用DDQ结构线圈解耦的原理,在DDQ型线圈上增加一个与原DD线圈成90°放置的DD型线圈,使不同线圈间互感均为零,由此提出并设计了一种消除交叉耦合的三相感应式电能传输系统磁耦合机构。最后,搭建了一个3.3 kW的原理样机进行验证。实验表明,所设计的三相耦合机构的交叉耦合可以忽略,最高效率(直流—直流)可达95.61%,当系统偏移15%的情况下,内部的解耦被严重破坏时,系统效率发生下降,最大降低2.16%。实验结果表明该结构有效且可行,可适用于三相大功率传输。

    • 电动汽车无线充电系统的输出功率动态解耦控制

      2019, 43(17):153-159. DOI: 10.7500/AEPS20181204002

      摘要 (620) HTML (0) PDF 1.76 M (312) 收藏

      摘要:电动汽车无线充电系统动态充电能显著减小电动汽车动力电池的质量与尺寸,但由于动态系统中汽车运行状态会实时改变,因此电池在不同状态下的最优系统输出功率需求不同。系统在非最优输出功率下工作会影响其高效性及可靠性。文中提出电动汽车无线充电系统的输出功率动态解耦控制方法,根据整流电路的动态解耦机理对系统影响较小的特性,保证高效快速调节输出功率。建立了动态解耦控制系统数学模型,得到控制方案的计算因子,通过计算因子实现解耦占空比对输出功率的控制。仿真和实验结果表明,此种动态解耦控制克服了一般调节方式调节慢和效率低的缺点,实现了在动态充电过程中高效快速调节输出功率,优化系统性能。

    • 基于改进SVPWM策略的双直流端口整流器功率分配方法

      2019, 43(17):160-167. DOI: 10.7500/AEPS20181218008

      摘要 (561) HTML (0) PDF 1.51 M (272) 收藏

      摘要:研究了一种三相三端口AC-DC变换器的空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略及功率分配方法,可用作独立新能源供电系统中的接口变换器。该变换器通过蓄电池与新能源装置的协调配合,可以平衡新能源装置固有的功率波动。变换器拓扑形式与传统T形三电平AC-DC变换器类似,分离出直流侧的一个分压电容作为蓄电池端口,交流侧与直流输出、蓄电池端口之间均为单级功率变换。沿用传统SVPWM策略,分析得到不对称三电平工况下的改进型SVPWM策略。通过分析开关矢量对应的功率流向,说明调节矢量作用时间可以实现2个直流端口的功率分配,并得到功率分配的闭环控制方式。对变换器的功率调节范围、电感电流纹波、功率密度等特性进行了详细分析。仿真结果验证了理论分析的正确性和变换器在效率方面的优势。

    • 同步相量测量装置校准器参考相量计算方法

      2019, 43(17):168-175. DOI: 10.7500/AEPS20180723018

      摘要 (587) HTML (0) PDF 1.31 M (294) 收藏

      摘要:电力电子设备的广泛应用导致电力系统逐渐出现了新的稳定性与可靠性问题,亟需高精度实时测量与感知技术,为解决上述问题提供数据基础。作为最有效的动态监测手段之一,同步相量测量装置(PMU)的测量精度至关重要。提出了一种PMU校准器的参考相量计算方法,为PMU测试提供校准参考值。该方法分析了电力系统典型静动态信号特性,建立了基波相量通用信号拟合模型,可表征PMU测试标准中除阶跃测试外的所有静动态测试信号。提出了基于非线性拟合的相量幅值、相角与频率迭代求解方法,并根据所得频率提出了基于最小二乘法的频率变化率计算方法。进一步,分析揭示了迭代初始值、计算时间窗长和拟合阶数对计算精度的影响及其设置方法。仿真与实验测试结果表明,该方法精度至少比标准规定的精度要求高1个数量级,可用于PMU的测试与校准。

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    • >工程应用
    • 考虑条件控制断面的跨区高压直流发输电系统发电计划模型

      2019, 43(17):176-183. DOI: 10.7500/AEPS20180809003

      摘要 (664) HTML (0) PDF 1.47 M (307) 收藏

      摘要:清洁能源基地的高压直流外送计划较少考虑受端电网的用电需求,随着外送规模的不断扩大,给受端电网带来较大的安全稳定运行压力。为此,文中提出了一种考虑条件控制断面的跨区特高压直流发输电系统与受端电网系统联合优化的发电计划模型。建立了特高压直流功率的步长调整模型,其满足了高压直流联络线运行的各项要求,充分发挥了高压直流联络线可灵活调节的特点,提高了直流联络线计划的可执行性。另一方面,建立送端梯级水电站联合调度模型来满足水电机组振动区特性等各项运行约束,并保证清洁水电资源的优先发电与水电计划的工程实用性。更进一步,建立条件控制断面模型,其能有效处理断面限值与机组开机台数耦合的问题,保证直流功率相关断面的安全稳定运行。基于国内某跨区互联电网系统的实际数据,验证了该模型的有效性,所提方法可促进清洁能源跨区大范围消纳,降低大电网供电成本,并缓解受端电网安全稳定运行压力。

    • 高压变频工况下调相机启机保护的分析与改进

      2019, 43(17):184-191. DOI: 10.7500/AEPS20190309001

      摘要 (591) HTML (0) PDF 1.49 M (273) 收藏

      摘要:计算并分析了调相机采用静止变频器启动的谐波特性,探讨了变频启动系统的变频特性及谐波特性对调相机启机保护的影响。为滤除变频状态下的主要谐波,提高调相机启机保护的计算精度,提出一种改进型的定频采样变数据窗离散傅里叶变换算法。该算法对fs/f0(采样频率/系统频率)为非整数时的固有误差进行补偿,并根据系统频率自适应优化每周期傅里叶变换计算的点数,同时采用拟合函数实时计算正余弦系数表。在此基础上,对调相机启机保护进行了改进,并给出了动作判据。在保护装置上进行了实验验证,结果表明改进后的启机过流保护与启机零序电压保护在不同频率下精度较高,在变频工况下能够准确计算故障中的基波分量。此外,启机差动保护使用峰峰值算法进行差动启动计算,并结合改进型定频采样变数据窗离散傅里叶变换算法进行差流动作判别,能够确保该保护的可靠性与速动性。