霍尔电推进PPU阳极电源拓扑技术研究

针对未来对大功率以及超大功率电源处理单元的需求,对国内外霍尔推力器阳极电源拓扑技术的研究现状进行了分析与总结,采用软开关四管Buck-Boost变换器的PWM加移相控制策略,结合对该策略的时序仿真分析试验,对传统“四边形电感电流”模式进行了改进,解决了电路工作在低负载情况下时,整个电路会因开关管的额外损耗导致变换器的效率降低的问题,使电路在全电压全负载范围内实现了开关管的零电压开通,将电感电流的有效值降到了最小,在极大地降低了开关管造成的损耗的同时提升了四管Buck-Boost变换器效率。

新型电力系统数据跨域流通泛安全边界防护技术

新型电力系统建设涉及多业务系统、多部门、多方主体间进行海量、异构数据的交互和共享,电力数据的内外部网络环境与安全形势日趋复杂化,数据流通的脆弱性风险加剧。首先,分析新型电力系统下数据流的类型与特性,概括电力数据流通安全防护面临的新形势;其次,基于专用数据处理器(DPU)的高性能流量编排和多功能安全网关能力,构建面向电力数据跨域流通安全增强的泛安全边界,凭借数据面可编程技术沟通网络安全与数据安全双维度安全能力,提出基于DPU的数据跨域流通协同防护技术应用方案;最后,阐释DPU在不同电力通信网络层次的部署方式、价值与关键技术,分析现阶段DPU在电力领域应用存在的挑战。

基于PPU的小型船舶电站经济型控制方案研究

对两机组小型船舶电站现行控制方案进行优化。在由PLC与两台同步保护装置(PPU)组成网络控制的现行方案基础上,精简掉PLC,充分利用PPU的逻辑控制功能,通过两台PPU作为控制核心实现两机组电站的自动运行。实践证明,其控制设备及控制技术精简的同时性能依然卓越。

烧蚀Z箍缩脉冲等离子体推进系统实验研究

脉冲等离子体推力器(PPT)是最早用于空间任务的电推力器.烧蚀Z箍缩脉冲等离子体推力器(AZPPT)因其同轴前后式和阳极尖锥的特殊构型可以在较小体积和功率下实现较高的推功比和比冲.研究阳极尖锥长度、充电电压、放电次数对AZPPT性能的影响,试验表明随着充电电压的升高,推力器放电电流峰值、羽流等离子体电子温度、元冲量等参数升高,证明可通过改变电压实现推力的宽范围调节.阳极尖锥高度增加时,推力器的元冲量有少量下降,比冲有明显上升,相比没有尖锥时,比冲最高提升23.7%,总体效率最高提升7.3%,证明该结构在小功率AZPPT中的性能优化作用.基于以上结果,设计开发了一款1 U小型化、模块化推进系统.推进系统点火成功,5 J放电能量下元冲量达193.72μN·s,具有小功率、综合性能好、结构紧凑等特点.

基于副边LLC谐振变换器的功率处理单元建模与分析

随着航空航天技术的不断发展,航天器对于霍尔电推进功率处理单元(PPU)的需求不断提高,高增益、大功率以及高效的PPU成为研究的主流方向。LLC拓扑能够在全负载范围内实现软开关,因此在PPU阳极电源中具有广阔的应用前景。原边LLC因其原副边增益特性,给阳极电源高增益变换器的谐振电感设计带来极大的挑战。针对上述问题,提出了一种改进的副边LLC谐振拓扑,在保留原边LLC谐振电路软开关特性的同时,有效解决了谐振电感设计问题,使得PPU阳极电源具备高增益的性能。首先利用时域分析法建立了副边LLC拓扑数学模型,其次在模型的基础上给出其峰值增益的计算方法,最后通过一台样机验证了所建模型的正确性并验证了副边LLC电路的有效性。

基于PCA-ISSA-GRU的燃煤电厂供电煤耗计算研究

随着国内电力体制与市场交易机制的变革,燃煤电厂之间的竞争压力越来越激烈,供电煤耗作为衡量电厂经济效益的重要指标,其精准计算就显得愈发重要。提出一种基于PCA-ISSA-GRU方法的供电煤耗计算模型,首先采用滑动窗口法对数据进行稳态筛选,采用主成分分析法(PCA)对处理的数据进行特征筛选,选择最相关的输入参数。其次对机组的外部环境进行分析,采用K-means方法最终确定8种不同的工况。最后为了使模型计算更加精确,采用改进的麻雀算法(ISSA)对门控循环单元(GRU)的超参数进行寻优。以上海某600MW机组的历史数据进行验证,并对不同组合模型之间的预测精度进行对比。结果表明,本文的模型供电煤耗计算与实际相吻合,平均误差为1.32g/(kW·h),相对误差在±1%,模型计算精度高,泛化能力强,适用于燃煤电厂供电煤耗的计算。同时,综合评价指标对比显示,本文构建的预测模型比其它的预测模型精度更高,效果更好。

大型抽水蓄能电站水轮机组机械振动故障判别模型

为了提高大型抽水蓄能电站水轮机组机械振动故障判别精度,以及时对其进行维修,保证抽水蓄能电站水轮机组设备安全运行,延长机械使用时长,提出了一种水轮机组机械振动故障判别方法。利用无量纲处理水轮机组机械信号,去除冗余信号,确定振动参数加权分布,设置故障特征量权值,构建抽水蓄能电站水轮机组分布式健康函数,完成水轮机组机械振动故障判别方法设计,检测水轮机组是否为正常状态,实现机械振动故障判别。实验表明,所提模型可以准确判别故障振动,确保后续及时维修,提高工作效率。

辅助动力装置起动控制规律研究

起动控制规律对于辅助动力装置(Auxiliary Power Unit,APU)至关重要。针对APU起动控制规律设计中的控制时序、供油规律、起动过程中的限制及保护等关键技术点进行深入研究,提出一种适应性较好的起动控制规律。经多型APU整机试验验证,提出的起动控制规律可缩短整机调试时间,提高研制效率。

胶体推进器PPU高压可调束流电源技术概述

针对胶体推进器(Colloid Thruster,CT)电源处理单元(Power Processing Unit,PPU)的小功率(10W)高压(10kV)束流电源展开分析,从胶体推进器发展现状、趋势及其PPU需求出发,调查应用于胶体推进器PPU上的小功率高压电源拓扑的发展现状,总结了胶体推进器PPU束流电源的技术特点,并对目前高压电源所用到的几种基本电路拓扑组合的前级电路,以及倍压整流电路拓扑结构进行分析,为胶体推进器PPU高压束流电源的研制提供研究方向与技术参考。

移相全桥和LLC技术在电推进PPU上的应用对比

分别采用移相全桥和全桥LLC设计了离子电推进电源处理单元(PPU)屏栅电源模块。针对恒流启动、打火保护、负载调整率等特性开展了设计和实验验证。得出移相全桥变换器应用在PPU设计显著提高了效率,但整流二极管和变压器绕组的电压应力较高,限制了单模块能够输出的最大电压;全桥LLC变换器消除了输出端滤波电感和箝位电路,降低了绝缘设计的难度和体积重量,劣势在于在输入电压范围变宽时效率下降明显。

射频离子电推进系统PPU研究现状及发展建议

电源处理单元(PPU)作为射频离子电推进系统的关键设备之一,对射频离子推力器的推力调节等性能有重要影响。以射频离子电推进系统PPU作为研究对象,介绍了PPU组成及工作原理,总结了国内外射频离子电推进系统PPU研究现状。通过对PPU的关键技术分析,提出了数字化技术、自适应阻抗匹配技术和磁集成技术的发展建议,可为我国高性能微推力射频离子电推进系统的发展提供参考。

定-变速抽水蓄能机组调相-发电过渡过程动态特性研究

可变速抽水蓄能作为一种较新的机组形式,在参与电网调相调频、功率调节等方面相对传统定速机组具有独特优势。调相-发电过程作为抽水蓄能机组应对风光等间歇性可再生能源波动的典型过渡过程,对过流部件压力波动及机组运行稳定性有显著影响。目前抽水蓄能电站中广泛采用的一管多机布置形式存在水力干扰现象,一台机组的工况变化会影响其他机组的运行。同时,变速机组的引入会使机组展现出与传统机组不同的水力动态特性。为深入探究调相-发电过渡过程中不同机组布置形式下复杂管道系统的水力动态特性及相关稳定性问题,结合工程数据,基于特征线法和S函数等方法构建三种不同机组组合形式下一管双机抽水蓄能机组模型。针对不同机组布置形式,分别探究不同动作间隔下机组的蜗壳压力、尾水管压力及调压井流量等水力因素的动态特性及其对蓄能机组稳定性的影响。定量分析结果表明:在调相-发电工况下,工作水头及蜗壳压力先下降后上升,尾水压力、下游调压井水位及流量呈现正弦式衰减振荡;3种组合形式中定速-变速机组组合稳定性效果最佳,变速-变速组合的水力波动最大。本研究为定、变速组合的抽水蓄能电站安全稳定运行提供一定的理论依据。

变-定速抽水蓄能机组混合式布置对甩负荷过渡过程的影响

目前尚缺少较复杂的多洞多机输水系统下变-定速机组混合式布置对甩负荷过渡过程影响的研究。基于一维管道瞬变流理论,采用特征线法建立了“引水两洞四机、尾水四机一洞”的变-定速抽水蓄能机组水力过渡过程数学模型,并结合实际工程算例探讨了甩负荷工况下变-定速机组混合式布置对调节保证参数的影响。结果表明,相比于变速机组分布于不同引水主洞的布置方案,两台变速机组布置于同一引水主洞方案下甩负荷过渡过程中的调节保证参数在发电效率较高区内更为安全。

基于全桥LLC变换器的离子电推进高压屏栅电源优化设计

针对1 kW离子电推力器屏栅电源供电需求,本文基于全桥LLC设计分别给出了实用的谐振参数优化方法、谐振电感器优化方法、变频移相结合控制方法、过载保护电路和软启动电路;同时论述了采用双副边绕组串联和倍压整流技术的1 kV/1 kW屏栅电源的设计过程;最后,搭建了一台1 kW的离子电推进屏栅电源工程样机,验证了设计方法的可行性和对产品性能的改进。与相同规格移相全桥屏栅电源相比,体积缩小了27%,重量减轻了21%。

超高水头水泵水轮机水泵断电过程不稳定机理

超高水头抽水蓄能机组拥有更长输水管路系统,在经历过渡过程时机组内部压力脉动及流动演化更复杂,常出现水力不稳定性问题。本文基于一三维耦合方法及动网格技术,对超高水头抽水蓄能机组进行了水泵断电导叶关闭过程模拟。采用时频联合分析和内流场分析相结合的方法分析了机组的瞬态特性和高幅值压力脉动并阐明了其形成机理。研究表明,在超高水头抽水蓄能机组水泵断电过程除了存在由动静干涉造成的高频压力脉动外,还存在由固定导叶区域旋涡快速移动诱发的低频压力脉动和由转轮高压进口局部回流引发的低频压力脉动,以及由活动导叶区域液流碰撞造成的高幅值压力脉动。研究可为超高水头抽水蓄能机组水力设计和运行提供一定参考。

离子电推进系统电源处理单元的数字化设计

为了降低航天器的质量,提高使用寿命,满足商业航天小卫星电推进系统需求,概述了电源处理单元(power processing unit,PPU)数字化设计的需求及屏栅电源设计方案,针对电源处理单元的高精度、高稳定性、快速响应的要求,采用BUCK方案和全桥电路设计屏栅电源。以STM32微控制器为核心设计数字化加热电源和屏栅电源,实现卫星平台/地检设备的数据采集遥测,电源输出电压参数的改变。实验结果表明:三个数字化电源的控制精度均小于3%,数字化控制的电源处理单元具有灵活调整的特点,能够有效减少控制板体积。

燃煤耦合垃圾焚烧发电系统的全流程模拟与评估分析

传统的垃圾焚烧发电厂具有发电效率低、投资大、环保成本高等缺点,难以市场化运营,长期依赖财政补贴。同时,我国现存大量的燃煤发电机组规模大、参数高、机龄新、环保设施齐全,但受双碳政策的限制,无法长期满负荷运行,造成了固定资产的巨大浪费。因此,开发燃煤耦合垃圾焚烧发电技术可充分利用现有燃煤机组协同处理垃圾,提高垃圾发电效率、降低垃圾发电成本、降低设备投资、降低燃煤机组碳排放。针对燃煤耦合垃圾焚烧发电系统开展了全流程模拟,并与燃煤发电系统进行对比,计算及评估分析系统的发电效率、经济性、环保性以及电力生产全流程碳排放。结果表明,对燃煤发电机组进行垃圾耦合改造后,系统发电效率仅下降0.95%;经济性明显改善,内部收益率由18.72%提高至21.89%,投资回报期由9.72 a降至9.12 a,但环境折算损失明显增加;改造后系统电力生产碳排放降低了14.02 g/kWh(以CO_(2)计)。研究结果表明,燃煤耦合垃圾焚烧发电系统在技术和经济上具有可行性。

火电机组循环水泵泵轴断裂失效及防治

泵轴的断裂失效是循环水泵严重的故障类型,为降低故障率,对各类失效案例进行分析研究。结果表明,设计制造、安装检修、运行及技术改造环节的多项因素均会导致泵轴断裂失效。失效原因主要包括未进行热处理或其工艺不规范、键槽结构尺寸不合理、泵轴轴系安装中心度不合格、节能及增容改造影响、泵轴尺寸材质设计不合理、补焊检修工艺不当等。依据泵轴结构特点、失效原因,阐明断裂失效处理基本程序,提出开展无损检测、优化键槽结构尺寸、加强运行监测、定期检查轴系对中等多项防治建议。

电厂DCS系统关键参数性能测试与分析

分散控制系统(DCS)是工业自动化领域中最关键的设备,文章以某电厂660 MW机组自主可控改造国产DCS系统为例,介绍了控制器处理周期、系统实时性、控制器切换稳定性等关键测试项目,给出了测试方法并分析了测试结果。通过性能测试试验,定量获取该DCS系统的安全性、可靠性、实时性的重要技术参数,为系统的缺陷改进和升级更新提供了重要依据。

一种位域比例观测器及其在火电机组过程控制中的应用

随着新型绿色能源装机容量的快速增长,电网亟需快速增加深度调峰、快速调频能力。现有火电机组是实现电网快速增加深度调峰、快速调频能力的主力军。工程最速控制器(engineering fastest controller,EFC)奠定了现有火电机组实现电网快速增加深度调峰、快速调频能力的良好基础,但在其应用过程中发现,重要过程参数大幅超标的风险始终无法避免。针对此,运用一位式控制技术发明一种位域比例观测器(position zone proportion observer,PZPO),并结合EFC应用,进一步提升EFC的综合控制性能,有效降低了重要过程参数大幅超标的风险。仿真实验验证了PZPO的应用效果,典型工程应用案例证明PZPO进一步提升了火电机组深度调峰、快速调频能力,有助于新型绿色能源的消纳和快速发展。