“五位一体、三升一融”教学模式研究

针对传统课堂存在的问题,确立以学生为中心的教育理念。构建“多维化互动、泛在化感知、精准化评价、数据化决策、个性化引导”的“五位一体”的智慧教学感知评价体系,和“三步一综合”案例实验教学模式,实现学习获得感、自主学习热情和创新实践能力的三轮提升。学生在课程成绩、学科竞赛、创新创业等方面有显著提升,课程获评国家级线上线下混合式一流课程、省级课程思政建设示范课程等。

电池储能系统均衡方法研究综述

电池储能系统具有调节速度快、布置灵活、建设周期短等特点,在包含高比例可再生新能源的新型电力系统中发挥重要作用。电池储能系统的显著特点是单体数量众多,各单体间不可避免的一致性差异将对其能量利用率、循环寿命、安全性产生严重影响。该文对电池储能系统均衡方法进行了综述。首先,分析了串并联电池组的特点及均衡的必要性;其次,重点评析了不同类型均衡变量、均衡拓扑、均衡控制方法所具备的特点,通过详细对比研究,表明各自的发展趋势;最后,对电池储能系统主动均衡方法进一步的研究方向进行了展望。该文旨在为未来进一步开展电池储能系统主动均衡方法的研究提供参考。

提升斜坡式重力储能AGC性能的混合储能优化运行方法

重力储能具有安全性高、成本低、寿命长、存储能量无衰减、建设周期短及环境友好等优势,在长时大容量储能领域有广阔应用前景。然而,重力储能固有的功率离散特性和时滞特性,导致其在参与自动发电控制(AGC)等电网辅助服务时性能不佳。针对该问题,本文提出了一种提升斜坡式重力储能AGC性能的混合储能优化运行方法。首先,分析了斜坡式重力储能的功率离散特性和时滞特性对AGC指令跟踪精度和速度的影响。在此基础上,提出为重力储能配置电池储能,构建混合储能系统,实现输出功率的连续、快速调节。综合考虑电池折旧成本和AGC偏差电量惩罚成本,结合重力储能的安全运行要求和电池储能运行约束,建立了混合储能系统的功率优化模型。根据混合储能系统的工作特点,提出了优化运行方法的流程框架,并在此基础上设计了以AGC响应成本最低为目标的遗传算法。仿真结果表明,本文所提出的优化运行方法可以显著降低AGC响应成本,从而解决斜坡式重力储能系统AGC性能差的问题。

斜坡式重力储能系统机械与电气联合仿真的多软件协同建模方法

重力储能具有安全性高、成本低、寿命长、存储能量无衰减、建设周期短及环境友好等优势。其中,斜坡式重力储能可以利用山体自然落差降低建设成本,并减少占用平地资源,是长时大容量储能领域的重要前瞻性技术之一。然而,斜坡式重力储能系统具有机械与电气动态高度耦合的特点,现有仿真模型难以完整描述其动态特性。针对该问题,本工作提出了一种斜坡式重力储能系统机械与电气联合仿真的多软件协同建模方法。首先,采用三维机械设计软件Solidworks建立包括斜坡、轨道、载重小车和质量块的机械系统框架模型;然后,将Solidworks中建立的模型导入多体动力学仿真软件Adams,并建立载重小车与链传动机构的联系,获得机械系统完整模型;最后,将Adams中的机械模型导入Simulink,并建立与电气模型的联系,从而获得机电联合仿真模型。将所提出的多软件协同仿真模型与Simulink独立仿真模型,在电网正常和异常工况下分别进行仿真对比,结果表明多软件协同仿真模型能够更加全面地描述斜坡式重力储能系统的动态特性。因此,多软件协同仿真模型能够更好地支撑对斜坡式重力储能的功率特性分析、安全性评估和机械参数优化设计等工作。

邻近三相电抗器的电缆线路接地线电流计算

某500 kV变电站内电缆线路距邻近单台电抗器铺设距离满足国网五通要求,然而近年来此电缆线路两端的铠装层接地线电流值出现异常增大并引起异常发热。文中针对此问题建立了电缆线路铠装层及邻近三相电抗器电磁场模型,采用有限元数值计算方法,进行了基于场—路耦合的三相电抗器漏磁场对电缆线路接地线电流异常的分析。接地线电流计算结果与实测结果接近,验证了仿真模型及方法的正确性,并在此基础上,讨论了电抗器相数、电缆铺设距离和电缆埋地深度对电缆铠装层接地线电流的影响,为变电站内三相电抗器周围电缆的铺设提供理论指导。

全混式和推流式生化反应器联合处理石化废水

石化废水组成较复杂,主要含油、硫、氮和酚及其它有机污染物,针对石化废水水质波动大的特点,采用全混式和推流式好氧生化反应器联合处理该类废水。实验研究了全混式和推流式好氧生化反应器的曝气时间和溶解氧,曝气时间分别为12 h和8 h,溶解氧分别为2 mg/L和3 mg/L。应用该反应器处理石化废水,出水水质的主要污染指标COD、氨氮和石油类分别为47 mg/L、3.6 mg/L和1.6 mg/L。

一种基于ghγ坐标系的三电平四桥臂逆变器简化空间矢量脉宽调制方法

针对中点钳位型三电平四桥臂逆变器拓扑,该文提出一种基于ghγ坐标系的简化三维空间矢量脉宽调制方法。该方法以各冗余小矢量为中心点,将原矢量空间降阶分解为若干个两电平四桥臂矢量空间,仅需要简单的坐标变换和计算就能得到开关器件的占空比,还能自动获取冗余矢量和相邻电压矢量并优化组成开关序列,克服了传统三电平空间矢量调制方法存在过多的四面体选择、占空比计算过程存在较多的三角函数运算和需人工查找冗余矢量并存储大量开关序列的缺点。同时,针对中点电位平衡的问题,提出一种通过调节冗余矢量占空比以精确补偿电容电荷量的计算方法。所提简化调制方法能拓展应用于多电平四桥臂逆变器中。最后,通过仿真和实验结果验证了该文所提方法的正确性和有效性。

Integer multiple quantum image scaling based on NEQR and bicubic interpolation

As a branch of quantum image processing,quantum image scaling has been widely studied.However,most of the existing quantum image scaling algorithms are based on nearest-neighbor interpolation and bilinear interpolation,the quantum version of bicubic interpolation has not yet been studied.In this work,we present the first quantum image scaling scheme for bicubic interpolation based on the novel enhanced quantum representation(NEQR).Our scheme can realize synchronous enlargement and reduction of the image with the size of 2^(n)×2^(n) by integral multiple.Firstly,the image is represented by NEQR and the original image coordinates are obtained through multiple CNOT modules.Then,16 neighborhood pixels are obtained by quantum operation circuits,and the corresponding weights of these pixels are calculated by quantum arithmetic modules.Finally,a quantum matrix operation,instead of a classical convolution operation,is used to realize the sum of convolution of these pixels.Through simulation experiments and complexity analysis,we demonstrate that our scheme achieves exponential speedup over the classical bicubic interpolation algorithm,and has better effect than the quantum version of bilinear interpolation.

自动网面插接机拍打力建模及控制方法研究

自动插接机是造纸滤网制造的核心装备。目前,该装备技术被国外公司垄断,国内在该特种装备的研发上尚处于起步阶段。网面的插接过程工艺繁杂,其中最主要的挑战之一在于如何稳定控制插接过程中对纬线的拍打力,这直接决定了插接网面的质量。本课题首先针对影响拍打力的主要机构——抽线机构、拍打机构及行走机构分别进行分析,对抽线机构进行了运动学建模,并且建立了网面拍打力的几何受力模型,进而得出影响拍打力的两个主要因素——插接机行进距离dx和抽线角γ。然后,在受力模型的基础上,建立了插接机的简化动力学模型并基于PID控制器系统设计了拍打力控制框架。最后,在样机现场采样数据的基础上,通过仿真对比实验验证了所设计的控制框架对拍打力的控制效果。从实验结果上看,通过对插接机dx和γ的解耦独立控制,能够有效实现对拍打力的稳定控制。本文为提升国产插接机装备的插接网面质量提供了重要参考依据。

不平衡电网电压下双馈风力发电系统的比例-积分-谐振并网控制

提出双馈发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的比例-积分-谐振(proportional integral resonant,PIR)并网控制方法,以实现电网电压不平衡工况下DFIG风力发电系统的并网控制。并网控制器由同步旋转坐标系中的比例-积分控制器和谐振控制器组成,比例积分控制器控制定子d-q轴电压的直流分量,谐振控制器控制定子d-q轴电压的交流分量,使其分别实现对电网d-q轴电压直流、交流分量的精确跟踪。该比例-积分-谐振并网控制策略具有无需采用正负序分离算法,无需设计负序控制器等优点。仿真结果表明,该并网控制策略在电网电压平衡和不平衡条件下,均可控制DFIG定子电压实现对电网电压的精确跟踪。

基于微分几何的风力发电机组恒功率控制

当风速超过额定值时,可以通过降低风力机的转速实现恒功率控制从而避免使用复杂的变桨距机构,本文基于微分几何理论设计了非线性控制器,实现了变速风力发电机组的恒功率控制.首先,分析了风力机的空气动力学特性,这是所提出的恒功率控制方法的理论依据;然后,通过微分几何反馈线性化变换,将风力机的非线性模型全局线性化;最后,基于新的线性化模型设计了非线性控制器,实现了变速风力机的全局精确线性化控制.仿真结果表明,所提出的控制方法在风速大范围变化的情况下能有效的实现变速风力发电机组额定风速以上的恒功率控制.

双馈风力发电系统的比例谐振直接电压控制

提出双馈异步发电机的比例谐振直接电压控制策略,实现双馈风力发电系统的电网同步控制。通过分析双馈异步发电机的数学模型,建立了转子旋转坐标系中转子电压对定子电压的直接控制关系。在转子旋转坐标系中采用比例谐振控制器控制定子电压,以实现对交流电网电压的无静差跟踪。与传统双馈异步发电机的电网同步控制策略相比,提出的控制策略减少了坐标旋转变换的次数,消除了转子电流的测量和控制环节,避免采用受发电机参数影响的前馈补偿控制,从而简化了控制算法,提高了控制系统的鲁棒性。仿真结果表明,提出的控制策略可有效地实现双馈异步发电机的电网同步控制。

基于纵横交叉优化的可重构电池组环流抑制策略

退役电池之间巨大的特性差异会降低储能系统的有效容量和安全性,严重阻碍电池的梯次利用。可重构电池组能灵活切换电池之间的连接方式,是应对电池特性差异的有效方案。然而,电压差异导致的电池组内部环流,会降低电能效率和缩短电池寿命,并引发局部过热等安全问题。以构建最多并联路径和抑制环流为目标,提出了可重构电池组的路径组合优化策略。建立了优化模型,并根据模型特征设计了离散二进制纵横交叉优化算法,克服了路径组合优化面临的非确定性多项式难题。最后,通过仿真和实验验证,证明了所提出的路径组合优化策略能有效抑制环流。

双馈感应风力发电系统低电压穿越控制

传统的双馈感应发电机(DFIG)矢量控制方案忽略了定子暂态磁通,导致当电网出现故障时控制性能恶化。为了提高电网故障下DFIG的不间断运行能力,将矢量控制与自抗扰控制器结合起来,利用扩张状态观测器估计出定子暂态磁通和电机参数误差对系统的影响并加以补偿。仿真结果表明该文提出的控制方法削弱了电网故障时DFIG的转子暂态电流峰值和电磁转矩波动,有效地保护了转子变频器和风力机机械结构,而且对电机参数误差具有鲁棒性。

4700V碳化硅PiN整流二极管

碳化硅Pi N二极管是一种理想的高压二极管器件,具有高阻断电压以及高电流导通密度的特点。通过使用有限元分析的方法对器件外延层参数以及终端结构进行了仿真,提出了优化的器件原胞和终端设计。基于50μm厚、掺杂浓度为1.5×10^(15)cm^(-3)的N型低掺杂外延,制备了电压阻断能力达到4 700V的高压碳化硅整流二极管。制备的器件具有较低的漏电流以及良好的正向导通能力,在100A/cm^2的电流导通密度条件下,器件的最低正向导通压降为3.6V。为进一步研制高压大功率碳化硅二极管器件模块提供了良好的基础。

电网电压不平衡工况下双馈感应风力发电机组的自抗扰控制

本文提出电网电压不平衡工况下双馈感应电机(DFIG)的自抗扰控制(ADRC)方法,抑制不平衡电压引起的电磁转矩和无功功率波动,延长风力发电机组的工作寿命.在正、负序同步旋转坐标系中推导了电网电压不平衡工况下DFIG的电磁转矩表达式,计算出消除电磁转矩波动所需的负序转子电流,将其叠加到正序转子电流参考值上,以减小电磁转矩波动.采用ADRC实现对转子电流的有效控制,减少控制器对发电机精确模型的依赖,提高控制系统的鲁棒性.仿真结果表明所提出的控制方案有效地减小了电网电压不平衡工况下DFIG的电磁转矩和无功功率波动,同时减小了不平衡电流,有利于延长DFIG风力发电机组的工作寿命.

不平衡电压下双馈电机的正负序直接电压控制

提出双馈感应电机(DFIG)的正负序直接电压控制(DVC)方法,以实现电网电压不平衡工况下DFIG风力发电机组的无冲击并网控制。控制器由正序DVC和负序DVC组成,正序DVC控制定子正序电压跟踪电网正序电压,负序DVC控制定子负序电压跟踪电网负序电压。仿真和实验结果表明,提出的正负序DVC方法有效地控制DFIG的定子电压实现对不平衡电网电压的精确跟踪,从而在电网电压不平衡工况下使DFIG满足无冲击并网条件,保证风力发电机组和电网的安全稳定运行。

一种基于开关电容的九电平逆变器

基于开关电容的多电平逆变器具有电路拓扑简单和电容电压自动平衡等优点。然而,现有开关电容型多电平逆变器存在元器件数量较多和电压应力较大等缺点。针对这些问题,该文提出一种九电平逆变器,该电路通过较少的元器件数量和较低的元器件电压应力实现了4倍升压的九电平输出,具有较低的成本和较小的体积;结合最近电平逼近法和基频调制策略来产生开关控制信号,通过开关管的有序通断实现良好的交流电输出。对九电平逆变器的工作原理、调制策略和电路参数等方面进行详细分析,最后搭建一台样机进行实验,证明了所提出电路的有效性和可行性。

将MATLAB融入自动化专业课程

本文提出在自动化专业的一些专业课程中增加MATLAB的教学与实践环节,取消原有的"系统仿真与MATLAB"课程.该方案的优点包括:将抽象的理论与形象的仿真相结合,帮助学生更好地理解所学概念;培养学生应用理论知识解决实际问题的能力,并且更好地掌握MATLAB的应用技能;不增加总学时数和学生的学习任务.本文以自动化专业中比较有代表性的"自动控制原理"和"电力拖动自动控制系统"为例,说明如何将MATLAB融入专业课程的教学,类似的方法也可推广到其他课程的教学中.

运送机器人的模块化及其通信系统设计

运送机器人的控制系统一般是由主控制器、动作控制器、运动控制器和状态检测器等若干模块构成,在这些模块之间需要交换信息。文中提出了基于分时循环的多机串行通信方式,应用于运送机器人的多CPU控制系统。