任意端面螺栓的转矩系数理论计算

螺栓连接是工程建设中常用的连接方式,工业现场常采用紧固力矩值控制螺栓预紧力的方式以保证其可靠性。转矩系数是螺栓紧固力矩与预紧力之间的比例系数,对确定合适的紧固力矩范围至关重要。目前关于转矩系数的研究主要集中在圆环端面螺栓,对其他端面螺栓的研究较少。根据螺栓紧固受力分析,构建了螺栓预紧的力学模型,以极坐标描述螺栓端面内外轮廓的方式,推导出了任意端面螺栓转矩系数的精确计算公式。通过搭建简易转矩系数测量系统,对圆环端面、六角端面、T型端面螺栓进行实验验证。实验结果与理论计算一致,证明了转矩系数理论计算公式的准确性。

精密卧式车床热误差溯源、建模与实时补偿

精密卧式车床的关键部件会在内外热源的综合影响下发生热变形,进而严重影响加工精度。数据驱动的热误差建模方法为解决此问题提供了有效手段,而厘清车床的关键热误差元素及其传导机理可进一步提高车床热误差的建模效率、精度和鲁棒性。文章针对车床X轴丝杠摩擦热、主轴发热、Z轴鞍座发热以及液压刀塔和拖板发热4个关键热误差元素开展了溯源测试,并根据溯源结果建立了热误差模型并开发了热误差实时补偿系统。车削验证实验结果表明,补偿后车床的加工误差在反复的加工和冷机过程中均稳定降低了75%以上,文章所提的热误差溯源和补偿方法有效提高了车床的加工精度和稳定性。

基于主轴电流和振动信号的数控机床刀具磨损在线预测

为了实现数控机床加工过程中刀具磨损状态的在线预测,提高数控机床智能化水平,提出一种基于主轴电流和振动信号的数控机床刀具磨损在线预测方法。这一在线预测方法采集能够反映刀具磨损状态的主轴电流和振动信号,对信号进行频域、时频分析处理,采用小波包分解和经验模态分解两种方法进行特征提取,得到与刀具磨损状态变化密切相关的特征值,按照递增或递减趋势进行保序回归操作,使用指数平滑方法进行平滑处理,由此建立基于遗传算法参数寻优的支持向量回归模型,用于预测刀具磨损量。试验及应用表明,应用这一在线预测方法,刀具磨损预测的平均误差在25μm以内,满足企业加工要求。

新能源发电经换流器并网系统的稳定性分析与控制综述

高比例经换流器连接的新能源发电深刻改变了电力系统的动态行为,受扰后振荡失稳风险的增加,严重威胁系统的安全稳定运行。针对换流器并网系统稳定性分析与相关控制领域进行综述。阐述了跟网型(grid-following,GFL)、构网型(grid-forming,GFM)换流器的基本原理及其适用于稳定性分析的自治系统与切换系统模型。归纳了现有小干扰与大干扰稳定性分析方法的核心思想和优劣势。从小干扰与大干扰角度梳理了现有换流器并网系统镇定控制及其适用场景。总结了换流器并网系统稳定性分析与控制中亟待解决的重点问题,展望了换流器并网系统稳定与控制的未来研究方向,为新能源并网系统的运行控制提供借鉴。

考虑切换动态的功率同步控制单台构网型换流器暂态稳定性分析

针对功率同步控制下的构网型换流器,考虑大扰动下控制模式的切换动态特性,研究构网型换流器的暂态稳定性。首先,建立基于功率同步控制的换流器数学模型,基于切换动力学理论,分别建立恒电压控制模式和限电流控制模式下的切换动态系统方程,将传统基于代数变量的切换模型转换为基于状态变量的切换模型。分析不同控制模式的平衡点稳定性和稳定域,导出不同控制模式间的切换机制,发现系统的“随遇稳定”特性,即系统在遭受大干扰下,可能稳定在恒电压模式也可能稳定在限电流模式。为保证系统在遭受大干扰下能全局稳定至恒电压模式,推导出解析形式的稳定充分条件。基于此,提出2种通过调整饱和电流矢量角度的暂态稳定性提升策略,用于保证恒电压模式下的全局稳定性和提升第一摆暂态性能。数值仿真结果表明理论分析的正确性和所提控制的有效性。

孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制

为优化风储孤立电网的暂态特性以提升其在恶劣运行环境下的抗干扰能力,提出了孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制策略。基于状态反馈精确线性化及鲁棒H∞最优控制理论,并综合考虑了系统建模时同步电机的转矩扰动、功率扰动、电压扰动等各种干扰因素,首先通过构造微分同胚非线性坐标变换,建立了风储孤立电网的精确线性化动态模型,进而设计了风电和储能的联合鲁棒控制器;所提控制策略可使风机实时地保持最优转速以输出最大风功率,并通过风电与储能的联合控制使系统出力跟踪负荷变化,实现了多目标控制。仿真验证表明,提出的风电和储能的联合非线性鲁棒控制策略对外界风速及负荷的扰动具有很强的鲁棒性;当外界风速突变或系统负荷突变时,风储孤网在非线性鲁棒控制器作用下可以迅速且平滑地过渡至稳态,有效避免了采用传统PI控制时调节过程中出现的超调及2~3次振荡,能显著提升风储孤立电网的暂态特性。该研究为风储孤立电网的联合控制提供设计理论基础及工程实践。

基于RBF神经网络的数控车床热误差建模

对于数控车床而言 ,热误差是其最大的误差源 ,而其中最困难的是热误差建模 .现有 BP算法的神经网络模型存在学习收敛速度慢 ,容易陷入局部极小点的缺点 .文中使用径向基函数理论建立了基于 RBF神经网络的数控机床热误差数学模型 .讨论了 RBF网络参数的初始化及学习 ;给出了两种建模方式的 RBF网络建模算例 ,将其建模性能指标与经典最小二乘法建模指标进行综合对比 ,可知 RBF网络各项指标均优于经典最小二乘方法 .最后验证了 RBF网络建模的鲁棒性 .结果表明 :径向基神经网络模型与经典最小二乘线性模型相比 ,拟合性能更好 。

基于李雅普诺夫函数的带锁相环的VSC大扰动稳定性判据

对于带锁相环的并网VSC大扰动稳定性问题,首先依据VSC的内环电流控制和外环功率控制响应速度差异得到简化二阶非线性模型,然后分别定义了两个李雅普诺夫函数。第一个李雅普诺夫函数具有清晰的动能和势能概念,但推导的稳定域较小,第二个李雅普诺夫函数推导的稳定域较大但缺乏清晰的物理概念。最后结合这两个李雅普诺夫函数,得到实用的稳定性判据,兼具明确的物理意义和较宽的稳定域。如果在系统最后一次动作时已知锁相环状态量,则可以预测系统稳定性。仿真结果验证了该判据的正确性。

小干扰稳定性分析中一种关键特征值计算的稀疏实现

该文提出了一种大规模电力系统小干扰稳定性分析中基于稀疏技术的关键特征值求解方法。该方法借助于Cayley变换，将关键特征值计算变为主特征值的计算，导出了基于稀疏增广状态矩阵的幂法迭代公式，并利用稀疏2×2分块矩阵及稀疏三角分解技术实现了该方法。2个示例系统的计算结果验证了算法的正确性和有效性。该方法不但可用于低频振荡抑制中控制器参数的协调优化，而且其中使用的多种基本技术也可以推广到基于子空间法求取部分关键特征值的各种迭代计算中。

考虑负荷损失的电网网架结构评价体系研究

电力用户为了保护生产设备的用电安全,配置了大量的低压脱扣装置,在电网发生电压暂降时,低压脱扣装置可能发生动作,导致电网大量负荷损失,严重威胁供电可靠性。针对此问题,本文提出了考虑负荷损失的电网网架结构评价体系。首先,根据电网内母线和线路发生的4种短路故障建立各类型电压暂降矩阵;其次,依据低压脱扣装置的整定值,变换电压暂降矩阵的元素,得到能反映电压暂降范围和程度的凹陷域矩阵和反映电压暂降对电网负荷影响程度的负荷矩阵;然后,通过对凹陷域矩阵和负荷矩阵内行列信息的处理得到暂降频次等指标,建立电网网架结构评价体系;最后,结合实际案例验证了所提评价体系能够从供电端和受电端两个角度评价电网的网架结构并准确描述电网中发生短路故障后的电压暂降水平和负荷损失情况,并通过对比网架结构调整前后电网网架结构评价体系指标,能够验证网架结构调整方案的有效性。

基于JACOBI-DAVIDSON方法的小干扰稳定性分析中关键特征值计算

提出了一种大规模电力系统小干扰稳定性分析的有效方法。应用Jacobi-Davidson方法求取系统状态矩阵的关键特征子集。该方法在搜索子空间中挑选出想要的特征值和特征向量的近似值,然后用与当前近似特征向量正交的子空间上的修正方程的解扩展搜索子空间,从而得到想要的特征值和特征向量的更好近似。算法中使用了电力系统线性化模型中的增广状态矩阵进行相应面向稀疏的计算,可准确求解修正方程,以保证算法具有渐进二次收敛速度。将提出的方法在46机系统上进行了试验,结果表明该方法灵活,稳定性好,能有效地求出系统的关键特征子集。

大规模电力系统关键特征值计算的Arnoldi-Chebyshev方法

介绍了一种Chebyshev多项式加速的显式重启Arnoldi算法,并用其直接求取大规模电力系统小干扰稳定性分析中状态矩阵的按实部递减的部分特征值,即关键特征值.这种方法构造了一个包含不想要特征值的椭圆,用由此椭圆确定的Chebyshev多项式获取新的初始向量,增强右端特征值对应特征向量在基向量方向的分量;进而运用新的初始向量构造Krylov子空间,求取按实部递减的特征值.3机和46机两个系统的计算结果表明,所提算法能够准确有效地求出系统的关键特征值,适合于大规模电力系统的特征分析.

电力系统在线动态安全评价的一种快速数值积分方法

本文提出了一种基于特殊二阶微分方程数值积分的预估──校正法，并利用稀疏向量法和补偿法进行电力系统动态安全评价的快速方法。计算量分析表明，对每一预想事故进行暂态稳定分析所需的积分运算时间不超过一次ＰＱ解耦潮流计算中迭代时间的两倍．６３机和４５机系统的计算结果表明，所提方法准确、可靠，对每一预想事故进行暂态稳定分析的平均时间少于一次ＰＱ解耦潮流计算，具备在线实现动态安全评价的能力．

基于分块QR分解的一种状态估计算法

文中提出了一种基于分块QR分解的状态估计方法。该方法把虚拟测量处理为等式约束,避免了由于权因子分散而导致的数值病态问题。在每次迭代中,通过对两个分块矩阵的QR分解和一个稀疏三角线性方程组的求解,实现了系数矩阵的三角分解。与带有约束的正规方程(NE/C)法相比,不但消除了Jacobian矩阵叉乘造成的信息损失,而且保证了分解的数值稳定性。稀疏QR分解采用了基于Givens变换的方法并利用最小度列排序和变主元消元策略,减少注入元素的数目,提高了状态估计的计算效率。试验系统的仿真结果表明了该方法具有良好的数值稳定性和鲁棒性,而且有较高的计算效率,可以满足在线状态估计的要求。

小干扰稳定性分析中按阻尼比递增的关键特征值子集计算

提出了大规模电力系统小干扰稳定性分析中计算机电振荡模态的一种有效方法。用Jacobi-Davidson方法求取系统状态矩阵按阻尼比递增的特征值子集,抓住了电力系统机电振荡分析问题的本质,避免了大量冗余特征值的计算,大大减少了计算量。另外提出了在Jacobi-Davidson方法中用Arnoldi分解构造初始正交子空间的方法,提高了该方法在迭代初期的计算效率。最后将提出的方法分别在46机和113机系统上进行了试验,结果表明利用所提方法能够有效地求出系统负阻尼和阻尼不足的所有振荡模态,适用于大规模电力系统的机电振荡分析。

主轴回转误差补偿机理和动力学模型研究

从补偿作用机理角度分析了主轴回转误差与加工系统之间的动态相互作用。在此基础上,着重从拉普拉斯频域和时间域分析了镗床主轴回转误差补偿切削系统的动力学特性。通过理论分析和仿真试验,得出有效补偿位移不仅受工件-主轴系统刚度和刀具刚度的影响,而且还受到切削参数,如切削重叠系数的影响。仿真和试验结果表明,SREC(主轴回转误差补偿)技术能有效地提高加工精度,在实际工程应用中是可行的。

考虑负荷电压静特性的最佳乘子牛顿潮流算法

当考虑负荷电压静特性时 ,潮流方程不再为状态变量的二次函数 ,传统的求解病态潮流问题的最佳乘子牛顿法无法实施。该文提出了考虑负荷电压静特性的最佳乘子牛顿潮流算法。通过引入附加的状态变量并补充相应的潮流方程 ,使考虑负荷电压静特性后的直角坐标潮流方程仍保持为状态变量的二次函数 ,进而可以用最佳乘子牛顿法求解病态潮流问题。使用该方法能够保证潮流计算不发散 ,并且最佳乘子的求取同样简单、无近似 ,可以很容易地嵌入到常规的牛顿法潮流程序中 。

制造机床热误差研究现状与思考

机床热误差,是影响机床加工精度稳定性的最大误差源,因此减小热误差对提高机床的加工精度至关重要。本文试图分析90年代后期以来,国内外在机床热误差补偿研究方面的研究成果;指出了目前热误差应用中存在的几个主要问题: 机床特性检测和辨识、温度测点的优化、模型鲁棒性。最后给出了作者对于进一步主要研究内容的思考。

输电系统网损的合理分摊

提出了一种基于网络阻抗矩阵和潮流解的输电系统网损分摊方法。指出所有在输电系统中进行功率交换者都应该是网损的承担者。各功率交换者应承担网损的份额与其在网络中的地点和交易量有关 ,主要由两部分组成 :一部分与该母线注入视在功率的平方成正比 ,其系数主要取决于网络阻抗矩阵中该母线自阻抗的实部 ;另一部分与该母线注入功率和其他各母线注入功率的乘积成正比 ,其系数主要取决于网络阻抗矩阵中该母线与其他母线间互阻抗的实部。后者可以从 4种不同的方案中选用一种而将它们分摊给各个母线。文中给出的几个示例系统计算结果表明了所提方法的合理性。

获取电力系统运行方式的多平衡机潮流模型

提出了制定大规模电力系统运行方式的三种多平衡机潮流模型。通过设置多台平衡机分摊全系统不平衡功率来提高潮流计算收敛域。与常规潮流计算方法相比,只需采用控制方程替换平衡机的功率平衡方程即可得到适定的多平衡机潮流方程式。所提出的模型不但可以扩大潮流求解的收敛域,还可以满足对运行方式的特殊要求:维持中枢点电压为指定值,灵活控制各平衡机出力比例,实现多区域互联系统断面功率控制。所提出的多平衡机潮流模型阶数与常规潮流模型相同,因此其求解的复杂性保持不变。IEEE 162节点系统、陕甘1 265节点互联系统以及国内实际21 479节点系统的计算结果验证了所提出模型的正确性和有效性。