球形分层大地格林函数的理论推导和数值计算

目前球形分层大地格林函数在理论推导和数值计算方面还存在着较大的困难。首先,通过球形分层电磁理论推导无穷勒让德级数形式的格林函数,并提出勒让德级数权重函数的递推算法。在此基础上,提出求解球形分层格林函数的复镜像方法,将格林函数的无穷级数求和转化为复镜像位函数的叠加,并推导算法的误差上限计算公式,通过算例验证方法的准确性。针对地球尺度级别球形分层格林函数的数值奇异问题和极缓慢收敛特性,提出基于多精度算法的解决方案,进一步证明复镜像法在计算速度和精度上的优势。所提方法能够解决球形分层格林函数的理论和计算难题,为求解地球尺度级别球形分层格林函数提供有效解决方案。

一级能效电工钢片比总损耗的精确测量与仿真分析

针对国标爱泼斯坦方圈法测量新一级能效硅钢片比总损耗结果的不确定性问题,本文提出了一种工频下基于双爱泼斯坦方圈的新一级能效硅钢片比总损耗测量方法。通过双爱泼斯坦方圈法测量硅钢片的比总损耗,分析并修正了测量方法中的误差,实现了对爱泼斯坦方圈测量时接缝区和均匀区的损耗分离,并分析了接缝区比总损耗对爱泼斯坦方圈测量结果的影响机理。建立了爱泼斯坦方圈有限元模型,对其接缝区和均匀区的损耗进行研究,仿真结果与双方圈法测量结果吻合,验证了本文提出的新一级能效超低损耗薄硅钢片的比总损耗时测量方法的有效性和准确性。测量和仿真结果表明,基于双方圈法测量薄硅钢片比总损耗的结果比单方圈法测量的结果更精确。本文提出的测量和修正方法可用于一级能效薄硅钢片损耗特性的精确测量。

基于交流电弧炉运行参数的间谐波特性模拟研究

电力系统中由非线性负载产生的间谐波污染问题不可忽视,选择主要的间谐波源交流电弧炉进行模拟仿真研究。采用了两种主要电弧炉数学模型分别建模,对比选择了便于低频间谐波研究计算的热平衡模型,建立含交流电弧炉负载的三相电力系统仿真模型,改变电弧炉模型中闪变频率、冷却系数、功率系数和弧柱电阻率4个主要运行参数,对模型负载端电流进行低频含量监测分析。得出交流电弧炉在不同参数情况下负载端电流间谐波的产生规律及特性。为由交流电弧炉引起的电力系统电能质量问题的分析、抑制措施的提出改善提供数值仿真参考。

直流偏磁下变压器励磁电流的实验研究及计算

在直流偏磁条件下变压器励磁电流是研究变压器直流偏磁特性的关键。针对两种直流量引入方法,即直流量与正弦电压激励同侧引入和直流量与正弦电压激励异侧引入,通过实验结合数值计算,分析了两种引入直流量方法本质的区别及原因。研究结果表明:同侧引入直流电流比异侧引入直流电流更能准确地反映地磁感应电流或直流输电线路单极运行引起的变压器直流偏磁问题。其次,分析了直流偏磁对变压器励磁电流的有效值、直流分量及各次谐波影响的规律。最后,应用改进的磁路-电路耦合时域方法分析了直流偏磁下变压器的励磁电流,计算结果与测量结果吻合。本工作为研究变压器的直流偏磁问题打下了基础。

带抽能线圈并联铁心电抗器的分析

提出带抽能线圈并联铁心电抗器的等效电路和电感参数(自感和互感)设计公式,通过对这种特殊并联电抗器三维非线性磁场的有限元分析,准确地计算出电抗器的电感参数以及抽能线圈空载和负载情况下电抗器的伏安特性曲线。对一个试验模型和两台电抗器进行计算表明,应用此方法获得的计算结果与测量结果吻合。

计及铁心损耗和磁滞效应改进的变压器模型

分析电力系统暂态过程或铁磁谐振等问题时,建立变压器精确的等效非线性模型非常关键。基于变压器的空载实验,利用非线性电阻和考虑磁滞效应的非线性电感的并联来等效变压器铁心励磁支路,并给出了变压器的等效电路模型和励磁支路参数特性的计算方法。在工频条件下,分别建立了模型变压器和单相三柱变压器JMB-500的等效模型,计算结果与测量结果吻合很好。最后,建立了模型变压器在不同频率下的等效模型,该文的计算结果与测量结果也同样吻合,证明了该文方法的有效性和准确性。

非均匀土壤矩形接地网优化设计

当接地网周围土壤环境一定,使用最优的均压带布置方案可以有效均匀接地网地表表面的电位,进而降低接触电压和跨步电压,并且尽可能的节约材料,降低建设成本。为了得到适用于非均匀土壤环境下,矩形的接地网最优布置方案,基于CDEGS建模,首先移动各个均压带,得到优化后均压带的位置,通过函数拟合得出优化函数。进一步研究了优化函数在不同的土壤反射系数、上层土壤厚度和接地网面积等因素对优化系数的影响,最后,将拟合函数应用到非均匀土壤下矩形接地网的优化中。通过和其他方法的计算对比得出,利用文中计算方法优化的接地网,最大接触电压降低12%左右。采用文中提出的方法,既适用于均匀和非均匀土壤,又可以优化矩形和方形接地网,且优化效果满足电力行业的基本标准。

基于动态测量理论的数据处理和不确定度评定

测量过程中影响因素多且相对复杂,并且具有时变性、随机性,动态测量较之静态测量更具有普遍性。基于动态测量理论对测量数据进行处理,同时为了说明处理后的数据有更大的使用价值,可对数据进行测量不确定度评定。不确定度越小,测量结果的质量越高,使用价值越大。针对直接测量数据和经动态测量理论处理得到的数据先后进行A类评定和贝叶斯评定,通过比较发现,贝叶斯评定优于A类评定;同直接测量数据相比,经动态测量理论处理后的数据,无论A类评定还是贝叶斯评定,不确定度小、可靠性高,从而说明处理后的数据更接近真值,同时也说明了动态测量理论在数据处理方面的可行性和正确性。

间谐波对电工钢片励磁特性及损耗影响的实验研究

基于爱泼斯坦方圈,搭建了可产生任意间谐波激励的电工钢励磁特性和损耗特性实验平台。基于该实验平台研究间谐波对电工钢片励磁电流的影响,并应用Prony算法分析了间谐波作用下方圈感应电压和励磁电流的频率特性。最后,分析和总结了间谐波的频率和幅值对电工钢片的励磁特性和损耗的影响规律。该文的工作为研究间谐波对电力变压器等设备的影响和抑制奠定了基础。

间谐波激励下变压器励磁-振动特性的实验研究与计算分析

在含有间谐波激励的作用下,电力变压器的电磁特性及振动特性与工频工况下相比会发生极大的变化。论文通过测量取向电工钢的基础磁化与磁致伸缩特性,获得其磁致伸缩特性曲线,并基于磁致伸缩经验公式对其进行拟合。搭建了含任意间谐波激励时变压器励磁和铁芯振动特性的实验平台,建立了变压器铁芯电路-磁-机械多物理场耦合有限元三维模型,并对计算结果与测量结果进行了对比,分析了不同情况的间谐波激励对变压器励磁电流、磁通以及铁芯振动的影响规律。测量与计算结果表明,间谐波激励下变压器的励磁特性与振动特性具有周期性,且10 Hz以下的低频间谐波对变压器的影响较大,应对其重点防范。研究结果可为变压器铁芯振动的相关研究提供参考。

交流特高压对平行架设线路挂接临时地线上的电磁感应分析

平行交流特高压带电线路架线施工中,线路感应电情况十分复杂和严重,线路升空后主要经由杆塔临时接地线接地,施工中挂接地线过少会出现接地线熔断现象。基于电磁暂态分析软件建立了同塔双回交流带电线路以及平行架设的昌吉—古泉±1100 kV直流施工线路的模型,计算了施工线路多处接地线上的感应电压和感应电流,总结了不同接地方案下感应电压和电流的分布特性,分析了影响感应电压和电流的因素。通过现场试验验证了施工线路多处挂接地线的有效性。研究结果为平行特高压交流输电线路架线安全和施工线路接地方案提供了理论基础。

±1 100 kV长距离直流输电线路接地线感应电流分布及拆除方案

临近1000kV同塔双回交流输电线路架设输电线路,挂接地线是防止感应电危害施工人员安全的有效措施。为了确定施工中输电线路接地线感应电流分布和接地线拆除方案,基于ATP-EMTP电磁暂态程序,建立了±1000kV吉泉直流输电线路长距离并行同塔双回1000kV交流输电线路的模型。计算了施工中直流线路中的感应电流,分析了线间距离、并行长度、线路高度和土壤电阻率等因素对感应电流的影响。最后,针对地线的拆除顺序提出了相应的接地线拆除方案。

基于神经网络结合遗传算法的Jiles-Atherton磁滞模型参数计算

根据改进的Jiles-Atherton磁滞数学模型,提出了一种实用的磁滞模型参数的提取方法,即基于神经网络结合遗传算法的方法,通过神经网络训练拟合寻优函数,以及遗传算法极值寻优,而得到Jiles-Atherton磁滞模型的5个常规参数。计算证明,应用本文方法的计算参数得到的磁滞回线与实验磁滞回线相吻合。

一种防跌倒预警系统的研究与实现

跌倒是造成世界上意外伤害死亡的第二大原因,如何预防跌倒已成为保障老人生命的关键。目前常见"跌倒报警器"的传感模块一般采用单一的三轴加速度计,测量精度受限,仅能实现人体跌倒后的报警功能而不能实现跌倒前的预警。文章设计并实现了一种基于MEMS惯性传感单元的防跌倒预警器,率先设计了含"三轴加速度计+三轴陀螺仪+三轴磁力计"的高精度多模态传感模块,内嵌跌倒预警算法,并通过蜂鸣器和振动器警示。对九名健康年轻实验对象进行了总计81次的跌倒实验,系统结合基于阈值的跌倒预警算法,结果表明,其检测灵敏度可达98.61%且特异度为98.61%,平均预警时间为300 ms。未来研究将嵌入全球移动通信系统(Global System For Mobile,GSM)、全球定位系统(Global Positioning System,GPS)等电路模块功能及配备穿戴式安全气囊,有望在易跌人群中实现实时防护和及时救治。

穿戴式跌倒防护安全气囊研究

跌倒是造成老年人意外伤害或死亡的首要原因,全世界65岁以上老人中每年大约有1/3发生过跌倒,对人体尤其是髋关节造成较大伤害。利用充气气囊作为缓冲来减轻伤害是目前跌倒防护最有效的手段。该文对穿戴式跌倒防护安全气囊系统的总体构成、定位精度、充气机构、囊体结构参数等关键技术展开研究,并完成样机实现。系统由电源模块、主控模块、传感模块、定位模块、通讯模块、充气机构、压缩气瓶和囊体结构等关键部分组成。其中定位模块支持GPS和WIFI两种位置定位方式,室外定位精度仅约7 m,室内定位精度约60 m。设计出了充气机构以及基于人体髋部结构的仿生吸震囊体的优化结构参数,对8 g、12 g和16 g等多规格压缩气瓶进行了冲刺可靠性试验,并用高速动态记录仪测得充满气的平均时间为386.9 ms。此外,采用MIMICS软件及人体髋部位置的二维电子计算机断层扫描图片建立了人体髋骨的三维有限元模型,并采用ANSYS软件建立髋保护缓冲气囊的有限元模型,分别建立了无防护情况下侧方跌倒和有髋保护缓冲气囊防护情况下侧方跌倒模型。对比结果显示,髋骨受到的峰值冲击力比不采用任何防护减小了70%,而能量吸收则减小了83.8%。

间谐波下变压器铁心振动噪声特性的实验研究

搭建了可测量任意间谐波激励下变压器铁心振动噪声的实验平台,在此基础上研究了间谐波对铁心振动噪声的影响。首先通过实验测量了不同间谐波激励条件下振动位移和噪声波形,然后归纳了间谐波的频率和幅值对变压器铁心振动和噪声的影响规律,并运用频谱分析总结了间谐波作用下变压器铁心的振动位移和噪声的频率特性,为分析电力变压器等设备在间谐波下的振动噪声问题奠定了理论基础。

基于一阶回转曲线的Preisach磁滞模型研究

针对Preisach标量模型的磁滞算子几何叠加的原理,提出了基于一阶回转线进行磁滞特性研究的新模型。该模型基于Preisach模型的同余性和一阶回转曲线数据建立相应的磁滞数学模型,可以对铁磁材料的高阶回转曲线进行准确仿真。该模型实现简单,避免了传统数值方法求解Preisach分布函数必须进行两次求偏导和双重积分计算的复杂过程,并且提高了磁滞数学模型仿真精度。仿真结果与文献中测量结果相吻合,验证了该模型的准确性及有效性。

移动基站和变电站共建时电气防护间距分析

移动基站和变电站共建时必须要考虑的是安全的电气防护间距。本文从雷击基站时对变电站二次电缆骚扰电压的影响,变电站开关操作、短路故障对基站接地网的影响三方面进行分析。根据相关国内外标准计算了变电站接地网和移动基站接地网不同连接方式、不同间距时的电气参数,得出安全的电气防护间距。本文结论可为工程建设提供理论依据,具有较高的实际参考价值。同时对于开展电力和电信运营商深度合作共赢,探索电力多种经营,具有重大意义。

动态测量不确定度在局部放电信号提取中的应用

局部放电信号中含有大量随机噪声,局部放电信号和随机噪声分离困难。针对此问题,提出了基于动态测量不确定度的局部放电信号提取方法。采用Gaussian拟合法将含噪信号中的确定性成分分离出来,利用自回归(AR)模型估计出分离后剩余残差的随机性成分,将确定性成分和随机性成分进行合成得到含噪信号的真值估计值和动态测量不确定度,以动态测量不确定度为依据,根据3σ法则选取阈值,将质量差的数据先行剔除,进一步改善滤波效果。由于处理后的信号会产生间断点,采用小波变换平滑滤波,提高提取精度。最后通过MATLAB仿真分析和实测含噪局放信号的提取,验证方法的有效性和可行性。

基于仿真与实验的变压器负荷侧直流偏磁特性研究

直流偏磁问题对输变电设备及电力系统的正常运行造成干扰。针对直流偏磁的负荷侧情形,基于UMEC变压器模型的PSCAD平台仿真与相同电气模型下的实验研究反映出交直流磁通叠加使励磁电流发生畸变,磁滞特性作用明显。在偏磁电流计算上,提出考虑漏磁、直流磁通的Φ-I回线对应法,最后以实验验证了该方法的准确性。