基于有限元法的空间探测器复合材料结构安全裕度分析

针对复合材料结构强度和安全性评估问题,提出一种基于有限元法的复合材料层压板结构安全裕度(MS)分析方法。使用ABAQUS软件和Python二次开发前后处理程序,对火星环绕器复合材料结构进行安全裕度分析。通过与试验结果对比,验证了安全裕度分析方法的准确性和可靠性。根据分析结果,对火星环绕器主承力结构局部补强后,提高了结构刚度、强度和安全裕度。

考虑功率变化的过负荷输电线路热稳安全裕度计算方法

随着电网互联复杂程度的提高,热稳定性已成为限制电网输电能力的主要因素。特别是在输电线路过负荷情况下,现有方法忽略了线路功率变化引起的动态热特性,使得线路热稳安全裕度计算存在误差,可能导致保护过早动作而切除线路,甚至威胁整个电力系统的安全稳定运行。为此,本文分析了影响输电线路温升过程的因素,建立了机组运行方式、功率调节与过负荷线路功率之间的灵敏度模型,并结合线路动态热平衡方程,提出了一种考虑功率变化的过负荷线路热稳安全裕度计算方法。算例表明,该方法充分考虑了过负荷线路功率变化对热稳定性的影响,在确保输电线路安全运行的同时,能最大限度地延迟保护的动作,从而减小停电范围和连锁故障。

基于安全裕度的网联自主汽车换道行为风险量化及动态平衡模型

伴随车联网技术的发展,道路交通流呈现智能网联自动驾驶汽车与传统人工驾驶车辆混合共存发展态势,研究网联新型混合车流换道驾驶行为的风险特性极其重要。基于安全裕度理论,建立了换道行为风险量化模型,采用故障树分析法,推导换道的时间和空间风险,进行时空融合的风险评定量化,以判断车辆是否处于安全变道状态,并动态平衡车辆换道行为可能存在的风险。运用SUMO软件对建立的量化模型进行仿真验证分析,碰撞时间倒数与瞬时风险系数均值分别下降0.1与0.05,同时变化趋势趋于稳定。安全裕度风险量化模型使换道风险得到了有效控制的同时,交通流的稳定性得到了较大提高,可保障未来网联环境中自主驾驶车辆队列的稳态运行,从而提高交通容量和交通效率。

考虑荷载安全裕度的海上风电筒型基础优化反演设计

文章基于结构荷载安全裕度概念,针对海上风电筒型基础结构开展基于荷载安全裕度的结构优化反演设计,在保证结构强度和稳定性要求的同时,减少材料用量,优化体型以降低结构造价。基于粒子群优化算法和有限元方法,建立海上风电筒型基础结构优化反演分析模型与计算流程,分别取1.10,1.20和1.303个设计荷载安全裕度值,对原筒型基础结构进行优化设计。结果表明:基于3个安全裕度反演的基础结构各项指标均满足设计要求,说明在考虑安全裕度后,优化结构仍具有较高的安全储备,为海上风电结构优化设计提供了新的思路。

基于衰减速率算法模型的压力容器裂纹缺陷剩余寿命与安全裕度

疲劳裂纹是引发压力容器安全失效的主要原因,然而传统压力容器安全评定方法未考虑裂纹缺陷安全衰减过程的时变性,因此对裂纹缺陷的安全裕度表征方式存在缺陷。为此,本文通过力学公式推导、裂纹实验仿真与裂纹疲劳扩展实验相结合的方式研究了压力容器表面裂纹缺陷在疲劳断裂过程中的深长尺寸扩展规律,探索了裂纹缺陷在疲劳载荷作用下的安全衰减过程,结合安全衰减路径理论的基本思想,利用裂纹缺陷在失效过程中沿安全衰减时变路径的变化趋势来定义裂纹缺陷的疲劳失效速率,通过建立安全衰减时变路径与安全衰减速率之间的瞬态数学关系式,得到了裂纹缺陷安全衰减速率表征模型,并据此构建了曲线积分形式的裂纹缺陷剩余寿命计算模型与安全裕度表征模型。实验结果表明,本文所提寿命预测模型计算结果与裂纹缺陷的实际剩余寿命十分接近。裂纹缺陷的剩余寿命维持在总寿命的50%以上时,所提方法的安全裕度下降速率较为缓慢;而当裂纹缺陷的剩余寿命处于总寿命的50%以下时,安全裕度的下降速率会迅速增加。这种安全裕度表征方式不仅与裂纹缺陷的疲劳扩展规律一致,而且比传统方法更加符合裂纹缺陷的实际安全衰减过程、更有利于安全检测人员对临近失效裂纹缺陷进行识别与检测。

基于蒙特卡罗抽样的风险指引的安全裕度定量化方法研究

风险指引的安全裕度不同于核电传统的安全裕度,是近十年来核电行业提出的新的安全理念。文中将阐述核电传统安全裕度和风险指引安全裕度的内涵,研究风险指引的安全裕度的计算框架和蒙特卡罗抽样方法下的风险指引的安全裕度定量化技术。鉴于蒙特卡罗抽样方法下的风险指引的安全裕度定量化方法尚需完善,文中借鉴蒙特卡罗抽样次数估算方法和基于蒙特卡罗的可靠度计算方法,提出蒙特卡罗抽样方法下的风险指引的安全裕度的不确定度计算方法以及蒙特卡罗抽样次数的估算流程。

基于安全裕度理论的太湖流域北部城市排涝与区域防洪标准衔接研究

提出了基于水位安全裕度理论的太湖流域北部城市排涝与区域防洪标准衔接方法,剖析现状城市排涝与区域防洪标准的衔接性,并通过不同标准组合方案的试算,分析了区域和城市防洪排涝标准变化对关键断面出入水量的影响,并基于水位安全裕度评估方法提出了相衔接的城市排涝标准与区域防洪标准设计组合。研究结果表明:现状太湖流域北部区域防洪与城市排涝标准基本具备抵御50年一遇洪水的能力,但城市、区域层面防洪排涝能力与需求表现出不衔接,表现为城市内部水位远低于防洪设计水位,而区域水位则接近甚至超出防洪设计水位,防洪能力略显不足;不同区域防洪标准提升导致的外排格局变化特征具有显著差异,武澄锡虞区、阳澄淀泖区防洪能力提升通过扩大向长江泄洪实现,湖西区则通过扩大向太湖泄洪实现;限制城市大包围外排水量对缓解城市外部区域防洪压力的效果有限;太湖流域北部50年一遇区域防洪标准与20年一遇城市排涝标准是相衔接的标准设计组合。

兼顾电压稳定的电网安全裕度指标研究

针对电力系统中的连锁跳闸现象,在电网最大安全裕度前提下,对兼顾系统电压稳定的问题展开研究。通过总结继电保护设备在连锁故障发生过程中可能存在的误动情况,提出了一种综合评价电网连锁故障的安全指标,在此基础上,基于雅可比矩阵的最小特征值指标来衡量电网静态电压稳定水平。结合两者,构造了一种兼顾电压稳定和电网对于连锁故障具有高安全性的预防模型,并利用粒子群算法对此模型进行求解。在IEEE39节点系统上模拟演示,验证了该方案的适宜性和实用性。

基于均衡应力分布的高压电缆接头保护装置安全裕度提升方法

高压电缆接头短路电弧易引发爆炸、失火,造成二次伤害,需加装保护装置。而保护装置结构的不均匀性导致应力分布畸变,出现防爆薄弱环节,针对性地提出了基于均衡应力分布的电缆接头保护装置安全裕度的提升方法。采用爆源等效方式,利用基于温度场、流体场、位移场耦合的有限元计算方法,对保护装置内部短路电弧冲击过程进行仿真计算。以220 kV弹簧收缩泄能方式电缆接头保护装置为计算实例,保护装置内部应力最集中的区域位于端头收缩处,应力畸变率达到24%,端头收缩处的应力导致装置的安全裕度值仅为4.09%。因此认为提升电缆接头保护装置安全裕度的关键在于降低应力畸变率。进而提出了在电缆接头保护装置内侧应力集中区域覆盖陶瓷化硅橡胶高分子复合耐火材料的方法来提升保护装置的安全裕度,经计算选择6 mm厚的材料覆盖内侧应力集中区域,可将装置的应力畸变处的畸变率降至7%,安全裕度值提升至31.81%,使保护装置整体的安全裕度提升至18.18%。与传统提升方法相比,更具针对性,促进设备的轻质化发展,为220 kV高压电缆接头安全设计提供了新的解决思路与方法。

智能型二次电缆绝缘测试装置安全裕度试验分析

为发挥电缆绝缘测试装置的效能与价值,对智能型二次电缆绝缘测试装置安全裕度试验方法进行了设计研究。根据二次电缆结构,设计试验样品结构;根据二次电缆绝缘测试装置测试原理,设计安全裕度试验回路;将此次试验置于具有较强屏蔽性环境下实施,设计智能型二次电缆绝缘测试装置安全裕度试验;计算二次电缆绝缘测试装置等效击穿电压、电场强度,完成装置安全裕度的分析。通过装置工频试验电压安全裕度试验与装置操作击穿试验,证明了智能型二次电缆绝缘测试装置安全裕度与装置的作业环境/海拔高度有直接联系;装置的安全裕度会随着装置操作击穿试验中击穿试验电压的增加而增加。

基于安全裕度的热点燃试验标校装置的设计

热点燃试验标校装置是实现IEC标准要求的防爆电气设备中,对所有超过温度组别的小元件进行热点燃试验的验证设备,其安全裕度、性能参数和控制方式对整个系统的安全性、稳定性和灵敏度有着重要影响。本文为优化试验流程和提高检定效率,设计了一套基于安全裕度的热点燃试验自动化标校装置,同时,为验证灵敏度的有效性和准确性,对热点燃试验标校装置多次测试。实验证明,该装置实现了热点燃试验的安全裕度叠加和自动标校,且灵敏度测量重复性相对标准偏差为0.59%。

考虑恢复安全裕度的扩展黑启动方案多目标优化与决策

目前黑启动阶段的恢复策略都未保留恢复安全裕度,单纯追求效益型指标的最大化,不利于黑启动小系统的安全恢复和稳定运行,且现有的黑启动决策方法尚不能合理地融合决策者的偏好因素和系统恢复的实际情况。提出兼顾功率支持和恢复安全裕度的扩展黑启动方案多目标优化方法,以初期阶段内发电量加权和最大化、电压稳定裕度最大化和维持节点电压在满意水平为优化目标,综合考虑各类约束,建立扩展黑启动方案的多目标优化模型;结合快速非支配排序遗传算法与最短路径法对扩展黑启动方案求解出Pareto最优解集。综合决策者的偏好因素和决策矩阵的客观信息,进行基于模糊熵权的Vague模糊集多属性决策分析,选取出最满意的扩展黑启动优化方案。最后,以新英格兰10机39节点系统和河北南网实际系统为算例,验证了所提方法的有效性。

注入与辐照相结合的电磁辐射安全裕度试验方法

针对系统级电磁兼容及防护性能试验评估的技术需求,考虑到传统电磁辐射敏感度试验方法存在的问题,提出了注入与辐照相结合的互联系统电磁辐射安全裕度试验方法。以设备输入端口的响应电压相同作为等效依据,而不必关心线缆上的电流分布是否相同,对注入法与辐照法的等效性进行了理论分析。采用反对称定向耦合器级联的设计方案,确定了辅助试验设备6端口耦合模块的S参数,提出了基于耦合模块的注入等效替代辐照效应试验方法。以典型天线接收互联系统为受试对象,通过开展注入与辐照效应试验研究,确定了辐照电场强度与等效注入电压之间为线性变化关系,验证了注入与辐照相结合的电磁辐射安全裕度试验方法的有效性。

基于缺陷失效仿真路径压力容器的安全裕度与剩余寿命研究

针对目前难以准确获得压力容器缺陷裂纹临界值aN的状况,通过基于空气动力压力容器安全评定的缺陷失效路径与失效速率的仿真系统,来寻找裂纹缺陷在安全临界域速率拐点及准确获取aN的临界值的计算方法。反映缺陷"安全裕度"的射线法或平行线法并不能反映缺陷真实的动态安全程度,而应该是沿着缺陷的失效路径来进行标定缺陷趋近安全临界线的距离,而这个距离真实反映了缺陷的剩余循环疲劳次数,进而建立一种全新的评估压力容器剩余寿命的理论判据。

计及动作安全裕度的节点电压脆弱性评估

针对电力系统安全问题,定义了节点动作安全裕度指标,结合传统节点电压脆弱性评估指标,对预想事故下的节点电压脆弱性进行分析,建立了计及动作安全裕度的节点电压脆弱性评估指标。通过对IEEE14、IEEE30母线系统的仿真,结果表明节点事故动作安全裕度的引入部分改变了传统节点电压脆弱度的排序,与传统节点电压脆弱性评估结果相比,更全面考虑了事故发生概率以及事故保护作用和故障操作对节点脆弱性的影响,提高了不同事故下节点电压脆弱性的评估精度,验证了该方法的和合理性与有效性。

基于概率分布列的风电参与黑启动时电力系统安全裕度分析

近年来风电渗透率的不断提高和风电控制技术的不断成熟,使风电参与系统恢复具有了必要性和可行性。该文首先基于风电对系统恢复的影响,提出了风电参与黑启动的安全裕度评价指标,以表征黑启动过程中系统接入一定容量风电后在既定时段内的安全程度;然后定义了"连续型随机变量的概率分布列"的概念,用于简化复杂连续型随机变量的概率分析;随后将历史模拟法应用于生成未来风电出力模拟集,得到了基于概率分布列的安全裕度分析方法;最后针对某具体黑启动方案,说明了安全裕度求解的一般步骤,多角度分析了风电对系统恢复安全性的影响,求解了不同风电接入容量下的安全裕度的概率分布列,确定了各时刻的安全风电接入容量,并找出了黑启动过程中提高安全风电接入容量的方法。

特高压变压器运输冲击加速度控制与安全裕度评估

运输是特高压变压器的主要问题之一。特高压变压器运输是对极限运输条件的考验,运输冲击不仅会导致变压器损坏,而且更为严重的是将极大地危及运输安全。为此,对特高压变压器运输的冲击加速度控制以及安全裕度评估进行了深入探讨。从不同角度提出冲击加速度控制指标并指出其实质;提出用于运输安全裕度评估的几种主要安全系数,旨在为运输实践中的安全意识和安全措施直观评价建立量化分析基础;建议特高压变压器运输采用专用冲撞记录仪,增加实时预警等特殊功能,对运输过程中的惯性冲击力实施监控,以确保运输安全。

基于录波数据的保护安全裕度评估方法

在系统运行方式变化后,需要校验保护定值的有效性,为此提出一种利用故障录波数据进行保护定值校验的新方法。为定量刻画故障量离动作边界的远近,给出了保护安全裕度的定义,可评估保护拒动的风险。为校验线路末端故障时保护定值的有效性,利用实际录波数据先计算故障点位置、过渡电阻、故障类型以及线路两端等值电源,再计算如果该故障发生在线路末端时的故障量,最后据此计算线路末端故障时的保护安全裕度。利用PSCAD搭建了线路故障的仿真模型,以线路末端故障时的仿真结果为真值,比较了利用上述方法计算线路末端故障时的故障量与真值的误差,误差分析表明故障量幅值的相对误差不超过10%,角度误差不超过15°,证明了上述方法的有效性。

兼顾供电能力和安全裕度的智能配电网协调运行优化方法

配电网的供电能力直接影响到其供电可靠性,而现有供电能力模型解均是资产效率最大化下的N?1安全临界值,未达到配电网实际运行所需满足的安全裕度要求,使得其在负荷波动等不确定因素影响下适应性较差。针对这一问题,提出一种兼顾供电能力和安全裕度的配电网协调运行优化方法。首先,基于配电网安全距离模型,定义了安全距离均值、安全距离均衡度和安全距离均衡比3个量化描述N?1安全裕度的指标。其次,将供电能力充盈度最小和安全距离均衡比最小作为目标函数,给出了相应的优化模型,并利用正态边界交点联合序列二次规划算法对模型加以求解。最后,通过算例仿真,与现有文献方法对比,给出了2个不同情景下的N-1安全裕度校验分析。结果表明,该方法协调优化了社会经济性和供电安全性,提高了配电网抵御负荷波动的能力,对调度运行人员具有指导意义。

基于断开安全裕度状态空间截断的电力系统可靠性算法

在大型电力系统中,由支路断开触发的电力系统相继跳闸故障常会引起大停电的灾难性后果,因此必须进行紧急状态下的事件可靠性分析。通过分析支路断开对系统节点电压及线路负荷的影响,给出一种快速计算紧急状态下系统节点电压和线路负荷的方法,引入系统节点电压和线路负荷安全裕度指标,并提出基于断开安全裕度状态空间截断的电力系统可靠性算法。该算法利用安全裕度指标找出系统故障状态中的关键状态集合,通过对该集合进行系统行为分析来计算可靠性指标。算例表明该算法能有效截断系统状态空间,在一定精度下降低了可靠评估的计算复杂性。