风电接入海上换流站的交流汇集出线高速保护

风电接入海上换流站的交流汇集出线双端均是电力电子电源,短路电流均呈现幅值受限和相角受控的特征,导致差动保护动作性能下降,存在拒动的风险。针对上述问题,分析了柔直换流站和风机变流器在故障暂态期间的故障特性,证实了区内故障线路两侧短路电流频谱特征存在很大的差异,基于此,利用时频能量系数衡量线路两侧短路电流的时频特性差异,提出适用于风电接入海上换流站交流汇集出线的高速保护原理。该时频能量系数综合幅值、频率和相角差异,具有较强的耐受过渡电阻和系统噪声的能力。所提保护衡量故障暂态的故障特性差异,理论上可以在5 ms内快速可靠识别区内外故障,硬件在环实验结果验证了所提保护的有效性。

基于MBSE的鱼雷武器装备数字化研制方法

随着未来战争对鱼雷武器装备的研制和运用提出“数字化、智能化、敏捷性”的新要求,为解决鱼雷在传统基于文本研制模式下所面临的总体与分系统、设计过程与生产过程存在割裂,致使发现错误不及时、早期验证不充分、信息传递不完整、模型数据不一致、验证范围不完整以及过程追溯不清晰等切实问题,为缩短鱼雷研制周期,提高研制效率和质量,文中结合先进系统工程方法,融合新技术,在对基于模型的系统工程(MBSE)国内外实践应用研究的基础上,提出基于MBSE的鱼雷武器装备数字化研制方法,将MBSE思想方法与鱼雷技术特点和研发流程融合集成,构建跨阶段、跨专业和跨层级的鱼雷全生命周期MBSE技术体系,提出鱼雷MBSE数字化应用框架及技术路线,提炼了基于MBSE的鱼雷数字化研制过程中需要解决的主要关键技术。该方法可为鱼雷武器装备的数字化研制实践以及全面数字化转型提供参考。

基于凹槽结构的导管螺旋桨梢部流动研究

针对导管螺旋桨的梢部流动,受压气机中“机匣处理”的启发,将矩形凹槽结构应用于导管内壁,用于降低导管螺旋桨梢涡强度和抑制梢涡空化,进而有望改善导管螺旋桨的水动力和空泡性能。采用计算流体力学方法,针对19A导管和Ka4-70螺旋桨有无凹槽/不同凹槽结构进行非定常数值计算,研究凹槽结构对桨叶叶梢压力、梢涡强度、梢涡结构以及水动力性能的影响。结果表明:凹槽结构会明显改变导管螺旋桨梢部流场涡的形成,减弱梢涡强度,提高叶片梢部最小压力,并且对推进性能几乎没有影响。研究结果可为导管螺旋桨的梢涡控制以及减振降噪提供一种新的解决途径。

一种打击大型水下航行器中间部位的垂直命中方法

受探测系统目标瞄准点在大型水下航行器上随机漂移的影响,工程应用中经常会出现高速攻击型无人水下航行器(UUV)在大型水下航行器前后两侧垂直穿过而导致目标脱靶的情况。针对上述问题,文中提出一种新的垂直命中导引方法,利用探测系统多周期数据实现垂直命中大型水下航行器中间部位的目的,并进行了统计仿真,仿真结果表明该方法对制导参量敏感程度较低,对UUV与目标航行器相对阵位的适应能力强,在现有制导参量精度要求条件下能够满足垂直命中工程要求,考虑命中部位时,可垂直命中大型水下航行器中间部位,垂直命中概率有明显提高。文中提出的方法具有合理性和可行性,能够提高对大型水下航行器的毁伤效果。

水下无人航行器编队协同搜索研究综述

随着水下无人航行器(UUV)及相关技术的发展,UUV已被广泛用于执行扫雷、侦察、情报搜索及海洋探测等任务。通过多UUV编队协同,可克服单UUV探测、捕获目标能力有限、作战效能不高的弱点,以满足应对多种复杂任务需求。作为UUV编队协同关键任务之一,UUV编队协同搜索是当今水下协同研究中的一个重要方向。本文综述UUV编队协同搜索的应用研究和方法研究进展情况,分析探讨了UUV编队协同搜索面临的挑战和应用进展。研究成果对进一步发展未来水下无人集群协同具有一定参考意义。

用于中国散裂中子源多功能反射谱仪的高气压多丝正比室探测器的研制

中国散裂中子源需要建设一台多功能反射谱仪中子探测器,满足在10年运行期间内,50%(@2A)以上的探测效率、好于2 mm的二维位置分辨、200 mm×200 mm的灵敏面积、3倍的n/γ分辨能力及良好的二维成像性能.基于此要求,探测器因此采用基于高气压~3He气体的多丝正比室,并以满足反射谱仪的探测效率、位置分辨、长期稳定工作和n/y分辨能力为目标进行探测器的设计.本文经过模拟和实验计算得出:以9 mm厚的铝合金入射窗、铝丝密封的高气压腔体和6 bar^3He+2.5 bar C_3H_8的工作气体的设计,可满足探测器对2 A中子10年运行期间内54%以上的探测效率要求;探测器对中子的位置分辨可达到1.4 mm左右;设计的气体净化系统,拥有2 L/min的气流速度可有效去除探测器内的负电性杂质气体,气体循环净化后可提高探测器约27%的气体增益,保证探测器长期稳定的运行;通过对^(252)Cf中子源的能谱测量和成像测量,得出探测器的n/γ分辨能力在5倍以上和均匀的成像结果.研制的探测器满足反射谱仪需求,并已在中国散裂中子源反射谱仪靶站就位联调.

二维多丝室探测器读出方法的优化

中国散裂中子源将建设一台基于~3He气体的二维多丝室,作为多功能反射谱仪束线的中子探测器.基于已有的研究,为优化选择二维多丝室探测器的丝结构,本文研究了三种不同的丝结构,并采用重心读出方法和数字读出方法进行了探测器的性能测量,得到了满足多功能反射谱仪探测器需求的读出方法.实验结果表明:对同种丝结构的二维多丝室探测器,重心读出方法的位置分辨和成像性能都好于数字读出方法;基于重心法读出的多丝室探测器位置分辨率可以达到约160μm,基于数字读出方法的多丝室探测器位置分辨率可以达到约400μm.优化设计的丝结构为:基于重心读出法的阳极丝间距1.5 mm、读出通道间距4 mm,基于数字读出法的阳极丝间距1.5 mm、读出通道间距2 mm.优化设计的丝结构均能满足谱仪的位置分辨要求.

微结构气体探测器中紫外激光束的信号和指向精度实验研究

在气体探测器研究中,利用266 nm紫外激光的双光子电离物理机制使气体电离产生可测量的信号,是一种重要的标定方法.随着微结构气体探测器(MPGD)的不断发展,用紫外激光标定来实现较高精度位置分辨率成为了一种研究需求,对此有两个关键技术问题需要解决:实验研究激光可测信号大小以及激光指向精度.分析和模拟计算了紫外光电离信号大小和激光调光误差,基于微结构气体电子倍增器探测器与266 nm波长激光束,在工作气体Ar/CO_2(70/30)中,测量了不同光斑面积与输出信号的关系;设计和研制了紫外激光调光系统,实验测量了紫外光调光偏差.模拟结果与实验结果对比分析表明:紫外激光束作用于气体探测器,探测器增益在5000,前放增益为10 mV/fC时, 6 mm读出条宽输出信号幅度约400 mV;在探测器内传播距离为400 mm时,较短时间内(10—20 min)实验调光指向精度可以保证小于5′,引入z向偏差最大可以达到0.33 mm,对应z向漂移速度的测量相对误差为6.4×10-4.该研究为MPGD与紫外激光标定实验设计提供主要的设计参考.

复杂环境下UUV完全遍历路径规划方法

针对复杂环境下无人水下航行器(UUV)完全遍历路径规划方法的不足,文中基于蚁群算法和生物激励神经网络,提出了一种高覆盖率、低重复率的完全遍历路径规划方法。该方法基于栅格法和生物激励神经网络进行环境建模,将神经元活性值引入蚂蚁转移概率公式中,既克服了蚁群算法需要对环境提前扫描学习,运算复杂的不足,又避免了生物激励神经网络随机性强,重复率高的缺陷。仿真试验表明,文中方法不仅有效实现了复杂环境下UUV完全遍历路径规划,而且能够以最短路线跳出死角,具有覆盖率大、重复率小,实用性强的优点。该研究可为进一步开展动态环境中的UUV完全遍历路径规划提供参考。

基于改进蚁群算法的UUV三维路径规划方法

路径规划是水下无人航行器(UUV)研究领域的重要课题之一。针对已有蚁群算法在采用加权和法处理多个目标同时优化的路径规划问题时出现加权系数取值不确定性、目标函数偏离理想值、算法运行效率较低等问题,以及为了避免蚁群算法收敛速度慢,容易陷入局部最优,提出了一种基于改进蚁群算法的路径规划方法。该方法基于Pareto非劣最优解集的思想对多个目标进行优化组合,同时加入了趋向位置目标的吸引策略,有效克服了上述缺陷。3D环境下的仿真试验证明了该方法的有效性和可行性。

空投鱼雷系统建模与空中弹道仿真研究

以空投鱼雷为研究对象,在分析降落伞以及气象风对空投鱼雷弹道影响的基础上,建立了带伞空投鱼雷系统的六自由度模型,对空投鱼雷的空中弹道进行了仿真分析。仿真结果表明,鱼雷空中弹道稳定,所获得的结果合理。该仿真结果可以为空投鱼雷的设计提供参考,并为入水冲击水下弹道导引规律设计研究提供技术支撑。

气象风影响下雷伞系统仿真研究

空投鱼雷在空中运动过程中不可避免会受到气象风的干扰。基于此,文中建立了空投鱼雷雷伞系统数学模型,在此基础上着重分析了气象风对数学模型的修正,然后对空投鱼雷在气象风影响条件下的空中弹道进行了仿真分析。仿真结果证明了文中所建立的雷伞系统数学修正模型的合理性,能够获得稳定的鱼雷空中弹道。该仿真结果可为空投鱼雷的弹道设计提供参考。

UUV自主航行路径规划方法

提出了一种UUV在复杂环境下自主航行路径规划方法。该方法基于蚁群优化算法实现UUV全局离线路径规划,采用滚动窗口方法和局部动态避障方法实现了UUV局部动态路径规划。通过加入"引导点"策略,将全局离线路径规划与局部动态路径规划相结合,既满足了UUV实时在线路径规划的要求,又考虑了规划路径的全局最优性或近似最优性,最终保证了UUV以较优路线到达目标位置。仿真实验表明该方法兼具路径的全局最优性以及规划的实时性。

基于复合结构的气体电子倍增器增益模拟和实验研究

气体电子倍增器(GEM)作为高性能的微结构气体探测器在高能物理相关领域内得到了广泛的研究和应用.其中增益是GEM探测器基本性能研究中的一个重要参数,该值的精确测量至关重要.增益的测量一般采用电流测量或者能谱测量方法,但均存在精度较低或者过程繁琐的问题,且无法精确测量低增益值.针对GEM探测器增益的精确测量,本文提出了一种由GEM探测器与微网结构气体探测器(MM)级联构成的复合结构探测器(GEM-MM).利用GEM-MM结构以相对方法实现GEM增益的精确测量.该方法既可以省去传统方法中复杂的电子学标定过程,同时不需要进行原初电离电子数的估算,保证了增益的精确测量,并且可以实现GEM低增益的测量.基于GEM-MM测量GEM增益的原理,本文首先对GEM-MM电荷输运过程进行了模拟研究,优化了合适的工作电压.比较了三种不同类型和配比工作气体下GEM增益模拟结果,并在Ar/iC_4H_(10)(95/5)气体中测量了单层GEM在3—24范围内的有效增益.不同Penning系数下GEM增益的模拟结果表明,Penning系数为0.32时GEM增益的模拟结果与实验测量结果符合得很好.由此可以确定一个大气压下的Ar/iC_4H_(10)(95/5)气体中,Penning系数为0.32±0.01.

基于时频特性相似度的新能源场站T接型送出线路高速保护

新能源短路电流呈现幅值受限的非工频特征,导致差动保护的动作性能下降。在分析新能源电源与传统同步发电机故障特性的基础上,提出基于时频特性相似度的新能源场站T接型送出线路高速保护原理。该方法首先利用压缩感知压缩高频率采样信号,传输低频率压缩信号,降低保护通信量。然后利用小波变换提取故障电流的时频特征,利用主成分分析法(principal component analysis, PCA)剔除时频特征的冗余信息,得到时频特征矩阵。最后利用堪培拉距离衡量时频特征矩阵相似度,提出基于时频特性相似度的高速保护原理。所提保护理论上可以在故障5 ms内可靠识别区内外故障,具有较强的耐受故障电阻和系统噪声的能力,并且适用于新能源弱出力的场景。硬件在环实验结果和现场录波数据验证了所提保护的有效性。

基于双欧拉法的鱼雷空中弹道仿真

传统鱼雷弹道六自由度仿真多基于欧拉角方法求解运动微分方程,可以直观地得到鱼雷的位置和姿态角。但随着鱼雷空投弹道的出现,在倾角±90°的情况下会产生奇异点,致使欧拉方程无法求解,得不到正确结果。为克服上述不足,文中采用双欧拉法建立鱼雷运动数学模型,并对鱼雷空中弹道进行数值计算。仿真结果表明,基于双欧拉法的弹道模型能够正确地反映鱼雷空中弹道运动规律,在计算过程中不会因出现奇异点而发散。

计及量测数据丢失的主动配电网电流保护自适应整定方法

随着逆变型分布式电源大量接入配电网,配电网运行方式灵活多变,给基于定值的三段式电流保护带来了挑战。同时,因配电终端和局域通信易受影响,基于局域通信协作的保护获取的量测数据可能存在缺失及错误问题,影响保护的动作性能。为此,提出了计及量测数据缺失及错误的配电网电流保护自适应整定方法。首先,通过多点量测信息实时感知配电网运行状态,并生成含实时拓扑信息的关联阻抗矩阵,经迭代计算后自适应调整保护定值,从而使得所提保护能够自动适应配电网运行方式的动态变化;然后,提出改进的基于Wasserstein距离生成式对抗网络的缺失数据重构与异常数据修正算法,解决了基于局域通信的配电网自适应电流保护存在的量测数据丢失及错误;最后,通过仿真验证了所提方法的正确性及有效性。

基于故障前行波极值时间的柔性直流线路单端量保护方法

柔性直流输电是沙漠、戈壁地区大型风电光伏等远离电网新能源并网的重要手段,其线路保护是保障系统安全的关键。作为柔直输电线路主保护的行波保护在故障分析理论方面存在局限性,相应保护原理在端口、近端或近对端故障时可能误动或拒动。针对该问题,文章分析端口、近端或近对端故障时的行波特性,揭示过渡电阻、后续波头对故障行波波形的影响作用,在此基础上分析前行波的极值时间,并利用故障电压幅值判据与前行波极值时间判据的配合提出一种不同情况下均能可靠动作的行波波形保护方法。PSCAD/EMTDC的仿真表明,该保护方法能有效解决端口、近端或近对端故障下保护拒动的问题,且具有较强的耐受过渡电阻能力和抗噪声干扰能力。

基于改进K-均值算法的双馈风场故障等值建模方法

新能源场站故障建模与分析方法是风电、光伏集中并网地区的故障特性和保护研究的基础,场站的多机等值建模多采用聚类算法,传统算法基于机组间运行状态的相似程度进行分群,然而将运行状态相近的机组分为一类并不等价于等值后模型精度更高。因此首先分析双馈风机故障电流的影响因素并作为分群指标,提出了一种改进的K-均值算法,算法以机组的故障电流等值误差作为样本间距,将同类机组的等值电气量作为算法的中心坐标;并结合了风电机组的等值误差与聚类算法的轮廓系数,整定了算法的分群数,构建了双馈风场的多机等值故障稳态模型,以提高网络短路计算的效率和精度。仿真结果验证了分群等值方法的合理性,所提方法相比单机等值模型与基于传统K-均值算法的多机等值模型精度均有一定的提升。

基于电流-温度动态映射的新能源直流汇集送出系统串联电弧故障检测

新能源直流汇集送出系统中,汇集支路上的串联电弧故障受电弧自身特性及换流器控制策略约束,无明显电气量特征,传统保护难以动作。为此,该文提出了一种基于电流-温度动态映射关系的直流串联电弧故障检测方法。解析了串联电弧故障的热特性,建立了故障前后线路电流与电缆表皮温度的映射关系曲线,判断故障映射相比正常映射的偏移程度来检测故障。所提判据能够根据新能源出力自适应调整检测阈值,可靠判别串联电弧故障的同时提升检测速度,为串联电弧检测提供新的可选思路。