浅谈中国未来大型水电装备技术挑战与创新

我国水电资源丰富、开发程度处于中等水平,远不及欧洲发达国家。“双碳”战略下,水电作为清洁能源,以其高调节性、高稳定性将在以新能源为主的新型电力系统中发挥“压舱石”作用。资源特点和经济性决定未来水电开发将朝向更高水头(高转速)、更大容量趋势发展,机组将具备高海拔环境运行、超高水头、超大容量的特点。开发难度极高,技术挑战前所未有,亟待攻克。该文从多个角度分析阐述特殊工况下我国水电装备开发面临的问题和技术挑战,探讨关键技术发展趋势以及创新技术应用潜力,为未来水电装备的技术创新和突破提供参考方向。

柔直换流阀用相变冷却工质击穿特性研究

相变冷却技术冷却效率高、安全可靠,有望攻克柔直换流阀散热瓶颈,实现其高压、大容量发展,在换流阀冷却领域具有良好的应用前景。为实现相变冷却换流阀绝缘系统可靠设计,该文设计研制了三相态相变冷却工质可调频绝缘特性测试专用平台,并以换流阀用相变冷却工质为研究对象,依据换流阀典型运行工况,利用专用测试平台开展了相变冷却工质三相态、50~300 Hz频率范围的绝缘击穿特性研究。得到了相变冷却工质击穿特性随工质相态及电压频率的变化规律,分析了相变冷却工质不同相态的击穿机理,揭示了工质相态和电压频率变化对冷却工质击穿特性的影响机制。研究工作不仅解决了高频下相变冷却工质的三相态耐压测试方法问题,且所得研究成果为相变冷却柔直换流阀的绝缘设计奠定了基础,同时可指导相变冷却技术在其他电力电子器件及装备上的应用。

转子温度空间分布差异诱发永磁电机局部失磁特性研究

永磁材料磁特性受工作温度影响较大,高工作温度下存在的不可逆失磁现象是永磁电机高可靠性设计的主要瓶颈。针对内置式磁路结构的高功率密度永磁电机用钕铁硼永磁材料的不可逆失磁问题,基于电机全域空间损耗、温度分布的差异,该文提出一种永磁体局部失磁分析模型与特性计算方法。通过磁体虚拟分块法建立基于温度、退磁率等变量的永磁材料磁特性分析模型,利用电磁场和温度场双向耦合的三维多物理场计算方法,得到电机转子永磁体损耗、温度和局部失磁的空间分布特性。最后,通过对一台115 kW、8极永磁电机样机转子永磁体温度和转子表面磁场的实验测试,验证了分析模型与计算方法的准确性,为永磁电机局部失磁问题研究及精细化防失磁设计提供依据。

计及电磁-传热影响的蒸发冷却风力发电机定子铁心穿管结构优化设计

采用自循环式蒸发冷却技术是提升大容量风力发电机组散热能力和可靠性的一种经济且有效的方式,然而在传统电机的分析设计和性能预测过程中,往往会忽略定子局部穿管结构的改变对电机电磁性能的影响,同时也会忽略这部分接触热阻在热传导过程中对电机冷却性能的影响。对此,该文首先基于风力发电机的运行特性和单元灵敏度方法分析了定子铁心穿管结构对电机电磁及冷却性能的影响,然后通过小倾角自循环管道换热实验以及接触热阻温升实验对空心圆铜管的换热能力以及接触热阻进行了分析和测试,最后建立了以电磁及传热性能为优化目标的铁心穿管结构优化策略,并以一台10 MW永磁直驱式风力发电机为研究对象,对定子铁心穿管结构开展了优化设计研究。通过优化方案的有限元分析验证说明,提出的优化策略可以准确且有效地满足电机电磁和冷却性能的设计要求,同时从电磁和散热两个维度来评估,所提出的优化策略同样适用于相同应用场景下的其他永磁同步电机。

基于定子全浸式及绕组内冷式的蒸发冷却永磁直驱风力发电机优化设计研究

为了充分发挥蒸发冷却技术在风力发电领域中高效的散热性能以及免维护的自循环特性,本文基于发电机定子全浸泡以及绕组空心导线内冷的两种散热形式,对一系列不同功率等级下的直驱式永磁风力发电机进行了优化设计研究,并对不同冷却技术路线下的电机优化设计方案进行了对比和分析。本文首先分析了不同技术路线下不同蒸发冷却系统各自所具有的特点及优势;之后基于电磁场和传热学理论建立了发电机电磁参数及温度场的分析计算模型,并基于冷却系统的结构布局分析了不同技术路线下发电机定子的传热特性;最后基于发电机电磁场和温度场的耦合分析建立了风力发电机的优化设计模型,通过多目标遗传优化算法,对2MW、5MW和10MW三种不同功率等级下的直驱式永磁风力发电机进行了以材料和成本为目标的电机系统优化设计。优化结果及对比分析表明,针对兆瓦级直驱式风力发电机而言,采用空心导线内冷式技术更具有设计成本和冷却性能上的优势,本文中的优化方法和策略可以为蒸发冷却永磁直驱式风力发电机的优化设计提供理论依据和设计基础。

水电工程清洁能源装备、系统与冷却技术研究

目前,我国正在进入能源转型发展的关键时期,为扎实推进落实“双碳”目标,党的二十大确定加快建设新型能源体系,把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局,加快清洁可再生能源开发利用,着力构建清洁低碳安全高效的能源系统。根据中国工程院测算,预计到2060年我国全社会用电量将达到16万亿~18万亿kW·h,电能消费比重达到70%,非化石能源消费比重超过80%,清洁能源发电量比重达到90%,这就意味着能源消费结构届时将发生根本性改变。随着装备集成度、功率密度的提高,其冷却问题将不可避免地成为技术发展的重要瓶颈。

金花茶多酚制备、成分分析及其体内外抗氧化活性分析

为了探究金花茶多酚最佳提取工艺条件及纯化后总多酚成分及体内外抗氧化活性分析。本研究以金花茶为原料,在单因素实验的基础上,设计响应面试验,筛选超声功率、提取温度、乙醇浓度和料液比最佳提取参数。采用Lx-8型大孔树脂对提取物进行纯化,并以高效液相色谱法对5种多酚单体化合物进行定性定量分析,随后对提取物进行体内外抗氧化实验。结果表明,最优工艺条件为超声功率290 W,提取温度35℃,乙醇浓度55%,料液比1:30 g/mL,在此条件下,金花茶多酚得率为3.53%,茶多酚纯度为63.73%。5种多酚单体化合物没食子酸、绿原酸、表儿茶素、芦丁、鞣花酸含量分别为0.47、11.18、59.03、18.34、16.41 mg/g。体外抗氧化实验结果表明,金花茶花多酚能够有效清除DPPH自由基、ABTS+自由基和超氧阴离子自由基,其IC50值分别为0.38、0.16、0.39 mg/mL。此外,金花茶多酚还能够通过显著提高线虫体内SOD酶活力及降低MDA含量,有效增强秀丽隐杆线虫对氧化损伤的抵抗力。

基于血管重构的纤细动脉自体动静脉内瘘成熟影响因素分析

目的探讨纤细动脉建立自体动静脉内瘘(arteriovenous fistula,AVF)后成熟率及通畅率,并基于血管重构理论分析影响AVF成熟的相关因素。方法选择手术前桡动脉内径≤1.5 mm的AVF患者,超声测量手术前桡动脉及头静脉血管内径,手术后1月测量头静脉内径、肱动脉内径及血流量,评估成熟并随访12个月,分析纤细血管建立AVF的预后。结果56例患者纳入研究,手术前平均桡动脉内径(1.26±0.28)mm,束臂后平均头静脉内径(2.72±0.53)mm,最细桡动脉内径0.5 mm。40例(71.43%)患者AVF未经干预自然发育成熟,其余16例患者中,13例(23.21%)经腔内手术或外科重建干预后成熟。回归模型显示:手术前桡动脉内径是AVF成熟预测的独立相关因素,预测AVF成熟的最佳临界值为桡动脉内径>1.35 mm。56例患者平均随访(11.39±5.81)月,手术后3月,6月,12月初级通畅率分别为73.08%,68.75%,65.71%;3月,6月,12月次级通畅率分别为100%,97.92%,100%。结论手术前桡动脉内径≤1.5mm的纤细桡动脉构建的AVF可具有较高的成熟率及远期通畅率,桡动脉内径1.35 mm以上有较大概率自然发育成熟。

基于机器学习及音频技术监测动静脉内瘘功能的可行性分析

目的探讨采用基于机器学习及音频技术分析自体动静脉内瘘(arteriovenous fistula,AVF)的听诊数据从而实现监测AVF功能的可行性。方法选择河北医科大学第一医院肾内科收治的AVF狭窄且需要行经皮腔内血管成形术(percutaneous transluminal angioplasty,PTA)治疗的患者共50名,分别在PTA前和PTA后使用无线电子听诊器记录AVF的听诊数据,利用音频技术将音频文件转换为频谱图并提取出声学特征,然后利用MATLAB软件中的30余种分类学习器对提取出的声学特征进行分析构建出评估AVF功能的模型,比较这些模型的性能。结果将从50名患者中获得的100个音频文件纳入研究。在PTA前后AVF的频谱图对比中,PTA前的频谱图显示出更大的高频振幅(Z=-4.721,P<0.001)。PTA前最高频与最低频的差值更大(Z=-6.169,P<0.001)。在利用30余种分类学习器建立的模型中高效线性支持向量机(support vector machine,SVM)、粗略高斯SVM建立的模型性能最好(AUC=0.892、0.882),5折交叉验证后准确度达81.11%;而二次判别、三次k近邻法(k-nearest neighbor,kNN)、中神经网络、双层神经网络构建的模型测试准确度最高可达90%。结论基于频谱的机器学习模型可以预测AVF的显著性狭窄,因此将其用于AVF功能的监测是可行的。且高效线性SVM、粗略高斯SVM构建的模型,在本次可行性研究中性能最好。

维持性血液透析患者上肢动脉血管钙化的临床特点初探

目的探讨维持性血液透析患者前臂动脉钙化病变分布特点及与血管通路的相关性。方法选取2021年2月─2021年6月在河北医科大学第一医院血液净化中心接受规律血液透析治疗的患者,收集临床资料,使用多普勒超声行双上肢桡动脉、尺动脉检查,记录钙化评分。结果共纳入118例患者,桡动脉、尺动脉整体钙化患病率情况:非内瘘侧尺动脉钙化患病率较桡动脉钙化患病率高(P=0.029),桡动脉在内瘘侧钙化患病率高于非内瘘侧患病率(P=0.015),内瘘侧尺动脉钙化患病率与桡动脉钙化患病率差异无统计学意义(P=0.557);尺动脉在内瘘侧与非内瘘侧患病率差异无统计学意义(P=0.405)。桡动脉、尺动脉不同节段钙化患病率情况:无论是内瘘侧还是非内瘘侧,桡动脉、尺动脉远心段钙化患病率均高于近心段(P=0.001、<0.001、<0.001、<0.001)。血管钙化严重程度比较:内瘘侧尺动脉钙化程度较桡动脉严重(χ^(2)=14.524,P=0.024);非内瘘侧尺动脉钙化程度较桡动脉严重(χ^(2)=17.522,P=0.004),差异有统计学意义;内瘘侧桡动脉钙化程度较非内瘘侧桡动脉严重(χ^(2)=12.943,P=0.044);内瘘侧尺动脉钙化严重程度与非内瘘侧尺动脉差异无统计学意义(χ^(2)=6.733,P=0.346)。结论维持性血液透析患者上肢动脉血管钙化患病率及严重程度远段均高于近段,尺动脉可能更易发生钙化。

空心导线对内冷式风力发电机电磁及冷却特性的影响研究

采用蒸发内冷式空心导线冷却是提升电机散热性能的一种经济而又有效的方式,针对风力发电机小倾角自循环系统中内冷式空心导线的结构布置形式,分析空心导线对发电机电磁及冷却性能的影响。首先,基于永磁风力发电机恒端电压控制策略对功率因数的敏感度特性进行分析,基于电磁场解析计算研究了空心导线对槽漏抗和漏磁系数的影响。之后,基于传热理论以及小倾角自循环沸腾实验对空心导线的换热能力以及极限热流密度进行研究,分析空心导线尺寸参数对两者的影响。最后,基于电磁和冷却性能的耦合优化求解得到10MW直驱式风力发电机内冷式空心导线的多目标优化帕累托前沿,使得优化方案在兼顾电磁和冷却性能两方面都具有更好的折衷性和准确性,优化方法和策略能够为内冷式风力发电机的优化设计研究提供参考和理论依据。

电动汽车用永磁电机的失磁空间分布特性及影响因素

电动汽车用永磁电机普遍使用的高性能钕铁硼永磁材料在高温、强磁场等条件作用下易发生的不可逆失磁故障已成为该类电机高可靠性设计的主要瓶颈。针对电动汽车用永磁电机的失磁问题,该文利用永磁体虚拟分块方法,建立基于永磁体磁特性参数、工作温度、空间位置等变量的永磁体失磁分析模型;利用电磁场和温度场双向耦合的三维多物理场计算方法,研究了永磁电机失磁的空间分布特性及其影响因素。结果表明,永磁电机失磁空间分布存在明显的不均匀性。永磁体失磁分布规律受其工作温度、退磁电流幅值与角度等因素影响。最后,通过一台115 kW的永磁驱动电机样机在永磁体工作温度、转子表磁磁场分布、电机性能方面的测试,验证了该文所提分析方法和结论的准确性。

蒸发冷却技术在高频大功率变压器中的应用研究

电力系统电力电子设备能耗日益提升,对电力电子变换器的高频大功率变压器功率密度提出更高要求,对大功率变压器的散热提出了更大挑战.以电力电子变压器产品为例,建立170 kVA高频大功率变压器模型,明确了常规风冷散热方式下变压器温升过高的关键问题,设计U型蒸发器为换热元件,利用常温自循环蒸发冷却实现变压器的良好散热,分析了变压器系统的传热过程.根据U型蒸发器的散热功率,仿真验证了引入U型蒸发器后,变压器磁芯的散热问题得到解决.整个蒸发器内部温度分布较为均匀,验证了蒸发冷却中相变过程的均温性.最后,给出了电力电子变压器样机实验结果,验证了蒸发冷却变压器散热效果.

计及变流器影响的直驱式永磁同步发电机二阶自抗扰控制

研究基于新型自抗扰技术的直驱式永磁同步发电机电气控制系统。考虑变流器对控制系统输出电压的影响,建立发电机组的数学模型,以此为基础设计二阶自抗扰控制器,对设计的扩张状态观测器和控制器的收敛性进行分析并给出控制参数配置方法。通过仿真对所提控制系统的可行性及控制性能进行定量分析,结果表明,该控制系统能够快速稳定的控制发电机组的运行过程,且相比传统的矢量控制及一阶自抗扰控制具有更好的动态性能及鲁棒性能。

Lando双层真皮与自体皮肤在手指软组织缺损患者中的应用效果

目的 探究Lando双层真皮与自体皮肤在手指软组织缺损患者中的应用效果。方法 回顾性分析2019年11月至2023年10月于医院手足外科住院的61例手指皮肤软组织缺损患者资料。根据治疗方式的不同分为试验组(31例)与对照组(30例),试验组使用Lando双层人工真皮移植治疗,对照组采用自体皮片治疗。比较两组手术时间、住院时间、术后1个月瘢痕情况、术前与术后1个月的感觉评分、术后1个月手指静态两点辨别觉及并发症情况。结果 试验组手术、住院时间均短于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。术后1个月,试验组温哥华瘢痕量表(VSS)评分低于对照组,差异有统计学意义(P <0.05)。术前,两组手指感觉评分比较,差异无统计学意义(P> 0.05);术后1个月,试验组感觉评分高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。术后1个月,两组手指静态两点辨别觉比较,差异无统计学意义(P>0.05)。试验组并发症发生率低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论 Lando双层真皮可有效修复手指软组织缺损患者的手指皮肤软组织、缩短手术及住院时间、减轻表皮挛缩和瘢痕增生、降低并发症发生率,临床效果优于自体皮片移植。

17种石斛属植物表型性状多样性分析

以17种石斛属(Dendrobium Sw.)植物为研究对象,通过观测6个叶表型性状和15个花表型性状,从形态学角度对石斛属植物表型性状进行变异和多样性分析,并揭示各表型性状间的相互关系。结果表明:叶表型性状变异系数为28.78%~63.63%,花表型性状变异系数为31.26%~117.65%,不同表型性状变异幅度差异明显,花表型性状的变异幅度大于叶表型性状。21个表型性状的Shannon s多样性指数差异较小,为4.372~4.393,Shannon s多样性指数最大的是萼囊长、最小的是花柄长和唇瓣宽。Shannon s多样性指数与变异系数整体存在显著(p<0.05)线性相关。主成分分析结果显示:前4个主成分的累计贡献率达84.2%,可以反映17种石斛属植物表型性状的基本特征,其中花纵径、叶面积、侧萼长、萼囊长和叶长宽比是造成石斛属植物表型差异的主要因子。聚类分析结果表明:17种石斛属植物可聚为4组,聚类结果与传统分类存在一定差异。相关性分析结果表明:叶各表型性状间和花各表型性状间整体上存在显著或极显著(p<0.01)相关性,叶厚与除侧萼长、侧萼宽和萼囊长外的12个花表型性状均存在显著或极显著相关性。综合研究结果表明:石斛属植物表型性状变异丰富,拥有丰富的表型多样性,各表型性状之间有着密切且复杂的关系。

广州市常用园林植物调查及应用特点分析

共调查了广州市2408条道路、312个公园绿地植物资源,分析了广州市园林植物应用现状和特点,结果表明,调查区域内共有维管植物1020种,隶属159科、549属。其中乔木409种、灌木305种、草本和藤本306种,分别占植物总数的40.10%、29.90%和30.00%,从科属区系组成来看,热带、亚热带分布特征显著;常用乡土植物441种,占植物总数的43.23%,乡土植物仍具有较大开发潜力;观花植物种类丰富,占植物总数的29.22%;与华南地区其他城市相比色叶植物种类较多,共169种,占比16.57%;古树名木资源丰富,共计41科100种9940株;入侵植物共计29种,种类多,且南美蟛蜞菊、马缨丹被广泛用作地被植物。此次调查为近年来广州市园林植物应用现状提供了较为全面的基础资料,并为今后广州园林绿地植物应用提出了建议。

变速抽水蓄能机组自启动过程控制策略

变速抽水蓄能机组在电动状态下运行时,传统启动方式存在需要额外的启动装置,以及测速编码器会降低控制系统可靠性的问题。采用定子绕组短接的控制策略,实现了机组的自启动,避免附加设备的使用,节约机组建造成本;采用模型参考自适应算法,估算机组的转子转速和位置角,实现了无位置传感器控制。仿真结果表明,采用的自启动方案是有效、可行的,转速和位置角估计误差在可接受范围内。

通脉化浊汤治疗痰瘀互结型高血压病的效果及对转化生长因子β1、血管内皮生长因子、可溶性细胞间黏附分子-1的影响

目的探讨通脉化浊汤治疗痰瘀互结型高血压病的效果及对转化生长因子β_1(TGF-β_1)、血管内皮生长因子(VEGF)、可溶性细胞间黏附分子-1(sICAM-1)的影响。方法收集辽宁中医药大学附属第二医院心内二科2013年8月~2016年7月收治的70例痰瘀互结型高血压病患者,将其随机分为试验组和对照组,各35例。对照组予以苯磺酸氨氯地平片5 mg口服,每日1次。试验组在对照组的基础上予以中药汤剂通脉化浊汤,每日1剂,两组疗程均为8周。比较两组患者临床疗效和治疗前后的血压、TGF-β_1、VEGF、sICAM-1水平。结果试验组总有效率明显高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。治疗后,两组患者收缩压、舒张压水平均明显低于治疗前,且试验组治疗后收缩压、舒张压水平明显低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。治疗后,两组患者TGF-β_1、VEGF、sICAM-1水平均较治疗前显著降低,且试验组治疗后TGF-β_1、VEGF、sICAM-1水平明显低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论通脉化浊汤治疗痰瘀互结型高血压病临床效果显著,其能下调TGF-β_1、VEGF、sICAM-1水平,适宜临床推广应用。

300MW汽轮发电机定子绕组蒸发内冷的实验研究

本文重点介绍 30 0MW(30万千瓦 )汽轮发电机定子绕组内部蒸发冷却的模拟实验。阐述了实验原理 ,模型的建立 ,数据的采集等问题 ,并对结果进行了初步的分析。实验的目的是为了取得定子绕组空心导线内流体的温度分布 ,并粗略估计出蒸发点的位置 。