不平衡电网下无刷双馈风电系统的虚拟同步发电机控制

无刷双馈发电机(brushless doubly-fed reluctance generator,BDFG)在风力发电领域有着广阔的应用前景。基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的无刷双馈风电系统具有一定的电网频率支撑能力,但在电网电压不平衡工况下运行性能较差。提出了一种不平衡电网工况下无刷双馈风电系统的虚拟同步发电机策略,来降低不平衡的电网电压对BDFG系统的影响;其核心思想为使用原有BDFG-VSG来控制正序分量,在功率绕组正向同步旋转坐标系下使用基于降阶广义积分器(reduced order generalized integrator,ROGI)的直接谐振控制调节负序分量。详细分析了电网电压不平衡对BDFG各电量的影响,据此提出了5种可供选择的优化目标,最后通过仿真验证了该策略的有效性。所提出的策略可抑制不平衡电网工况下BDFG的各电量中的负序分量或二倍频分量,无需计算负序电流的参考值,对电网具有友好性。

6G多天线技术专题导读

随着5G进入大规模商用化部署阶段,6G在全球范围内已成为科技竞争新焦点。2023年,国际电信联盟定义了6G的6大场景和15项关键能力。在此需求驱动下,发展并增强多天线技术是实现6G愿景目标的有效手段。多天线技术发展至今,已从天线形态及拓扑设计、信道建模及测量、无线传输理论与关键技术等多个方面取得了重要突破。当前阶段多天线技术相关研究更注重近场通信、通感一体化等新应用场景的开发,在超大规模多天线、智能超表面等新天线形态下的扩展,以及利用人工智能(AI)等新技术进行传输优化或变革性创新等。

“面向6G的超大规模MIMO”专题导读

随着5G网络商用化,当前学术界和产业界开始对下一代移动通信(6G)技术进行研究。应用需求驱动了技术发展,从峰值速率角度看,6G需在5G传输速率的基础上提高数十倍,达到Tb/s的超高传输速率。为了满足6G网络对于超高传输速率的需求,同时大幅度提升网络容量和可靠性,超大规模多输入多输出(Extremely Large-scale Multiple-Input Multiple-Output,XL-MIMO)技术应运而生。

6G与智能超表面导读

内容导读智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)已成为6G研究热点之一,有望以低成本、低能耗、可编程的方式实现无线网络的覆盖性能增强与系统容量提升,对构建6G网络及发展其关键使能技术具有重要意义。智能超表面技术的研究,需要多学科的协同配合,涉及无线通信领域与超材料、物理学、电磁学领域的学科交叉与协同配合。

基于代理模型的双气隙混合转子低速大转矩同步电机优化设计

为解决常规低速大转矩电机普遍存在体转矩密度低、永磁体用量多等问题,提出了一种双气隙混合转子低速大转矩同步电机拓扑结构。然而,该种电机结构相对复杂、设计参数多、优化难度大,对此提出了一种基于代理模型的双气隙混合转子低速大转矩同步电机高效优化设计方法。首先,以提高输出转矩与降低转矩脉动为优化目标,对电机的参数进行敏感性分析,实现了在保证代理模型精确度的基础上精简优化变量。然后,为提高该种电机多目标优化设计的精确度和效率,同时缩短优化周期,提出了一种序贯子空间与模式搜索算法相结合的优化算法对电机进行优化处理。最后通过有限元仿真与实验方法验证了所构建代理模型的精确性、合理性和优化方法的有效性、先进性。

面向6G通信感知一体化的固定与可移动天线技术

多天线技术通过在收发端部署天线阵列,从而提供额外的空间自由度(degrees of freedom,DoFs),大幅提升了无线通信的可靠性与有效性。与此同时,多天线技术应用于雷达感知领域,实现了空间角度分辨能力并提升了感知自由度,大幅增强了无线感知性能。然而,无线通信与雷达感知领域在过去数十年里独立发展。因此,尽管多天线技术在这两个领域分别取得了巨大的进步,但并没有通过发挥它们的协同作用来实现深度融合。随着感知与通信的融合被确定为第六代(the sixth-generation,6G)移动通信网络的典型应用场景之一,多天线技术的发展面临新的机遇以填补上述空白。为此,本文围绕未来天线阵列规模持续扩张、阵列架构更加多样、阵列形态更为灵活等发展趋势,对面向6G通信感知一体化的多天线技术进行综述。首先介绍未来多天线的不同架构类型,包括以传统紧凑式阵列和新兴稀疏阵列为代表的集中式阵列架构、以无蜂窝大规模MIMO(multiple-input multiple-output)为代表的分布式天线架构,以及三维连续空间阵元位置与朝向灵活可调的可移动天线/流体天线。然后,本文将介绍基于上述天线架构的远场/近场信道建模,并进行通信与感知性能分析。最后总结不同天线架构的特点,并展望解决因天线阵列规模的持续扩展及阵列形态的灵活多变引起的信道状态信息获取困难的新思路。

金石:个体化的精致

艺术家金石热衷中国的传统茶道，喝茶时讲求精致与礼仪，但他所做的模型化装置则是在不断提示日常现实中的粗糙与活力。看似矛盾的两方面，实际上统一在“手工”与“心灵”之间的联系上。

开绕组无刷双馈风力发电机直接功率控制容错策略

针对无刷双馈发电机提出了一种控制绕组采用开绕组拓扑(OW-BDFG)的馈电方案,将三相控制绕组两端打开分别连接变流器构成双两电平变流器(D-TLCs)馈电拓扑,对机侧变流器功率器件IGBT因故障切除后的容错控制策略进行深入分析,提出了功率偏差比较直接功率控制(PEC-DPC)的D-TLCs电压空间矢量优化方案。对比分析了8/4极25kW样机的仿真及实验结果,表明:当机侧变流器1个或2个IGBT被切除后,所提OW-BDFG的PEC-DPC仍可实现变速恒频、最大功率点跟踪及单位功率因数控制,进一步提高了该发电机系统的可靠性和鲁棒性。

新型双定子无刷双馈风力发电机直接功率控制

新型双定子无刷双馈发电机包括内外功率绕组和内外控制绕组,二者分别通过中间带隔磁环的背靠背笼障转子进行磁场耦合。针对该新型双定子无刷双馈风力发电机提出一种直接功率控制方法,内外功率绕组及内外控制绕组分别串联以保持各自同相绕组的电磁一致性,将功率绕组有功和无功功率滞环比较器输出值及控制绕组磁链扇区号综合,采用查找表得到控制绕组机侧变流器所需输出的电压空间矢量。通过定量对比研究12/8极50 kW样机控制系统阶跃信号作用下的特性仿真与实验结果,验证了所提双定子无刷双馈风力发电机直接功率控制在亚同步~超同步速度变化范围内变速恒频发电、最大功率跟踪、无功功率与单位功率因数控制等方面的正确性、可行性和有效性。

超大规模MIMO阵列可视区域空间分布数据集

可视区域(VR)信息可用于降低超大规模多输入多输出(XL-MIMO)系统传输设计复杂度,但现有理论分析与传输设计多基于简化的VR统计分布模型。为评估分析XL-MIMO在实际物理传播场景中的性能,该文公开了XL-MIMO阵列VR空间分布数据集,其由环境参数设置、射线追踪仿真、天线场强数据预处理和VR判定准则等步骤构建。该数据集针对典型城区无线传播场景,建立了用户位置采样与场强数据、VR数据之间的关联,总数据条目数量达上亿级。进一步对其中VR形态、VR分布进行了可视化展示与分析,并以基于VR的XL-MIMO用户接入协议为例,利用该数据集对其在真实传播场景中的性能进行了仿真,为该数据集的应用提供了典型样例。

基于RIS的二维波达角估计系统设计与实现

新兴的智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)技术作为6G潜在关键使能技术之一,通过大量的电磁单元智能调控无线信号的反射特性,有望实现对无线传播环境的主动增强与感知,其在角度感知估计方面的应用受到广泛关注。现有文献报道的RIS波达角估计硬件实现工作中,RIS往往采用固定列控或行控的编码方式,无法充分发挥其空间维度自由度,只能进行一维的波达角估计。在此背景下,本论文设计了一套灵活的智能超表面控制平台,实现对每个电磁单元的独立且高速的控制,充分发挥RIS硬件的空间自由度,并在此平台上实现基于RIS的二维波达角实时估计功能。首先,介绍基于RIS的波达角估计系统设计方案,通过对RIS进行高速空时编码调制,使反射信号的谐波分量与入射信号的波达角建立映射关系,在接收端利用反射信号各谐波的幅度和相位信息,对入射信号波达角进行实时估计。随后,基于所提方案设计系统的无线帧结构相关参数,构建基于RIS的二维波达角实时估计原型系统。最后,使用原型系统开展测量实验,在多个测量点位对波达角的方位角和俯仰角分量进行估计与数据记录,实测数据验证了所提方案的可行性。

双定子无刷双馈风力发电机无速度传感器反步法直接功率控制

针对双定子无刷双馈发电机,将内外功率绕组及内外控制绕组分别同相串联以保证电磁一致性。基于Lyapunov和Popov稳定性理论,采用反步法和模型参考自适应系统设计一种无速度传感器的反步法直接功率控制策略,利用空间矢量脉宽调制(SVPMW)以固定开关频率驱动控制绕组机侧变流器IGBT,以减小功率绕组功率波动及电流总谐波畸变率。通过12/8极50 kW样机控制系统的特性仿真研究,结果表明:所提控制策略在亚同步~超同步的速度变化范围内,可实现变速恒频发电、最大功率跟踪、无功功率及单位功率因数控制,电流总谐波畸变率约为2%。

U6G超大规模MIMO技术

为了满足不断攀升的数据传输速率需求,扩大频带宽度、增加天线数量是直接有效手段。在6G应用场景与关键能力的驱动下,6 425~7 125 MHz频段(U6G)超大规模多输入多输出(MIMO)技术成为满足6G需求的潜在使能技术之一。基于U6G超大规模MIMO系统的天线形态及信道特征,针对该技术面临的成本、开销、复杂度三重挑战,提出高效能U6G超大规模MIMO无线传输的总体设计目标,并展望其未来研究趋势。

RIS辅助的无线通信:原型验证与实测进展

智能超表面(reconfigurable intelligent surface,RIS)具备以低功耗、低成本提升通信传输速率的特点,被视为6G的关键技术之一,近年来受到广泛关注。综述了RIS辅助的无线通信系统的信道测量进展,介绍了时域和频域测量系统的大致原理,并对大尺度衰落模型、小尺度衰落模型和信道互易性的原型验证工作进行了总结。进而,综述了RIS硬件特性方面的测量进展,分析了有源RIS以及RIS的功耗、比特数和极化等特性。此外,总结了RIS覆盖增强的测量进展,介绍了RIS的部署位置、相位设计和信道的有效秩对覆盖增强性能的影响。最后,展望了RIS辅助无线通信原型验证与实际测量的未来研究方向和可能面临的挑战。

无刷双馈风力发电机低电压穿越控制策略研究

针对无刷双馈风力发电系统,稳态时,采用基于空间矢量调制(Space Vector Modulation,SVM)的直接功率控制(Direct Power Control,DPC)技术。在电网电压对称跌落条件下,理论分析功率绕组磁链与控制绕组电压的关系,对于故障期间控制绕组会产生较大的过电流,严重时可能损害变流器功率器件的问题,在原有的控制方案中引入前馈控制。通过将可观测的功率绕组电流进行微分运算后得到反映控制绕组反电势的直接干扰量,将其经前馈控制器引入到控制电压的参考值端,形成一种基于前馈控制的SVM-DPC复合控制。仿真结果表明,基于功率绕组电流微分前馈控制的复合控制策略可以在一定程度上抑制控制绕组过电流,能为无刷双馈风力发电机实现低电压穿越提供参考。

双定子无刷双馈风力发电机无速度传感器超螺旋滑模直接功率控制

结合新型背靠背笼障转子耦合内外双定子无刷双馈发电机,提出一种无速度传感器直接功率控制方法。将电机内、外同相功率绕组及内、外同相控制绕组各自串联连接,采用超螺旋滑模控制及SVPWM技术,以固定开关频率驱动控制绕组机侧变流器功率器件,以模型参考自适应系统和Popov超稳定性理论设计发电机速度观测器,取代易发生故障的传统机电式转速/位置传感器。通过12/8极50 kW样机控制系统的特性仿真,验证了所提无速度传感器超螺旋滑模直接功率控制策略的正确性和有效性。

智能超表面毫米波覆盖增强波束设计与测量

针对毫米波无线通信系统中信号覆盖性能弱的问题,提出使用智能超表面反射宽波束以持续增强弱覆盖区域信号强度的方法。首先,在没有视距路径的收发机之间引入智能超表面,利用智能超表面电波传播模型,得到反射辅助路径的接收信号功率表达式。随后,根据先验信息的不同获知程度,提出一种智能超表面反射相移设计框架,并采用启发式算法实现智能超表面离散相移约束下的高效寻优。仿真结果证明,所提算法能够基于智能超表面合成任意宽度的反射波束。同时,根据待覆盖区域的具体形状优化能够进一步提高智能超表面覆盖增强性能。最后,搭建智能超表面反射方向图测量系统和毫米波通信原型系统,在35 GHz频段开展测量验证,获得与仿真结果一致的性能。在暗室环境下的方向图测量验证了智能超表面波束合成算法的有效性。在实际环境下开展的信号覆盖情况测量中,对比未部署智能超表面的情况,部署智能超表面和所提算法后信号覆盖率从1.5%提升至90%。

无人机通信信道的统计模型

讨论了一种无人机通信信道的统计模型,分析了无人机通信信道的组成,给出了冲激响应模型,然后将信道按照无人机的实际飞行划分成为3个主要的状态,即途中飞行状态、任务区域盘旋状态和起飞/降落状态,根据部分理论计算和参考文献分析了每个状态下信道的参数,最后给出了无人机在不同飞行状态下误码率性能的仿真结果。对于当前没有较完备的无人机通信系统实测数据时,进行无人机通信信道的统计模型建立和仿真等方面的研究具有重要意义。

无定形无线覆盖网络理论与关键技术

未来无线移动通信要求数量级提高传输速率、频谱及功率效率,并能提供更均匀的覆盖和更短的时延,无定形无线覆盖网络以柔性组网为基础、以用户为中心,能够深度挖掘无线资源、大幅提升用户体验,是支撑新一代宽带绿色移动通信最具潜力的研究方向。但是目前其仍处在起步阶段,存在着具有挑战性的基础理论和关键技术问题,有待深入、系统地研究。本文从无定形无线覆盖网络架构下包含的信道特征与信息理论分析、无定形无线覆盖网络无线传输以及环境综合感知与动态资源调配等方面入手,详细描述了多层小区重叠覆盖、控制面与用户面分离及上、下行接入模式解耦等核心理论问题,指出无定形无线覆盖网络可大幅提升系统平均吞吐量和区域容量,实现全维度均匀覆盖,最终以高质量的用户体验满足未来移动通信业务流量的增长需求,进而揭示出完整的无定形无线覆盖网络通信理论方法的重要理论意义和现实价值。

第三代头孢菌素头孢哌酮钠的合成工艺研究

目的设计新的头孢哌酮钠的合成路线。方法头孢哌酮钠的三位合成采用三氟化硼工艺 ,反应中采用绿色环保溶剂碳酸二甲酯 ,使生产成本降低 ,避免了对环境的污染。结果与结论以 7 ACA计 ,经 3步主反应制备得到头孢哌酮钠 ,总收率为 5 5 0 8% ,在合成中间体 7 ACT盐酸盐时 ,使用污染少、易回收的碳酸二甲酯作为反应溶剂 ,符合环保、安全生产要求 ,且未见相关报道。其目标化合物的结构经红外光谱。