六垛南闸下游引河泥沙淤积特性数值分析

为了明确六垛南闸下游引河的淤积特性,基于Mike软件数值计算求解了该闸下游引河的水沙运动,对闸下引河冲淤进行了预测分析,并通过闸下实测水位和预测水位进行对比验证了计算模型的正确性。结果表明:各泄流量时下游引河的水流均为顺岸流动,流速分布规律相同;相同流量时沿程流速整体呈增大趋势。闸下引河的冲淤特性呈现出潮位越低,冲淤量越大的特点。建议六垛南闸开闸冲淤应尽量选择入海口潮位<0.3m时进行,同时可按照10d一个周期进行开闸冲淤。研究成果可为江苏省同类沿海挡潮闸防淤减淤提供参考。

基于Matlab并适用于20位∑-Δ模数转换器的数字滤波器设计

为了满足精密仪器在称重上的高精度需求场景,文中利用Matlab/Simulink的集成工具箱对满足20位精度设计要求∑-ΔADC的数字滤波器进行行为级设计,并通过创新性的方法在Simulink中使用基本的门电路模块手动搭建起整体结构。与常规的用硬件描述语言编写整体结构相比,所搭建的结构在灵活性和底层设计上有明显的优势,对整体面积和功耗损耗的把控更加到位。设计过程中利用滤波器的特殊结构,用数学手段将其等效成一个在物理实现上可以极大简化的模型;再经过多次仿真比较,对滤波器中的量化系数进行字长量化,在满足设计要求的同时尽可能减少器件消耗。由于在数字运算中,乘法运算会显著增加器件数使用,因此使用CSD编码的方法将数字滤波器整体结构中的乘法运算降到最低,并通过移位相加的方式实现乘法运算。运用文中方法设计出的适用于称重器的20位精度数字滤波器,较传统的设计方式有明显的优势。

基于多层级模拟的压接型IGBT器件短路失效机理分析

压接型绝缘栅双极晶体管(press pack insulated gate bipolar transistor,PP-IGBT)器件具有功率密度高、短路失效等优势,已被广泛应用于柔性直流输电换流阀中。现有压接型IGBT器件短路失效研究主要基于宏观测试结果,难以揭示由微观材料失效诱发器件短路失效的机理,该文基于圧接型IGBT器件短路测试结果,提出压接型IGBT器件短路失效机理的多层级模拟方法。首先,搭建短路冲击实验平台,基于短路实验获取失效发生条件与失效芯片;其次,建立压接型IGBT宏观器件——介观元胞模型,研究圧接型IGBT器件短路失效时器件–元胞复合应力变化规律;最后,建立微观元胞铝–硅界面分子动力学模型,分析短路失效发生条件,揭示短路失效机理,并提出芯片失效部位相对概率分布。结果表明,短路工况下芯片靠近栅极的有源区边角是最容易发生失效的薄弱区域,铝、硅材料失效是导致压接型IGBT器件短路失效的直接原因。

水电站叠梁门进水口水力特性数值模拟研究

为研究水电站叠梁门分层取水进水口水力特性,探讨叠梁门运行、布设方案,以某实际工程为例,采用三维水动力数学模型,对不同叠梁门开启工况下的流速分布及水头损失等水力特性开展模拟研究。结果表明:随着叠梁门层数的增加,门顶过流空间不断压缩,加剧了进水口水流的紊乱程度,导致进水口处涡旋的发生;水头损失则随着叠梁门层数的增加先急剧增大再缓慢增大。同时,结合库区垂向水温分布特征,在垂向温差较小的季节,可以选择较少叠梁门层数引水以减少水头损失;在垂向温差较大的季节,可根据目标水温灵活选择叠梁门层数。

水电站叠梁门分层取水流动规律及取水效果

对于温度成层型水库,水电站进水口分层取水方式正逐步被采用,目的是尽量取用水库不同层水体,减轻下泄低温水对下游河段环境的负面影响.目前缺乏分层取水流动规律及取水效果的研究.以糯扎渡水电站进水口叠梁门分层取水方案为例,通过数值模拟方法,研究叠梁门分层取水的流动规律,在水库水温分布已知的条件下,探讨叠梁门取水控制下泄水温的效果.研究成果对水电站进水口分层取水设计及运行管理具有重要意义.

基于FPGA的电力传动实时仿真系统的设计

给出电力传动实时仿真系统的一种快速成型方法。采用自顶向下的设计流程:初级仿真、混合仿真及现场可编程门阵列(FPGA)在回路仿真,建立电力电子装置的数学模型。使用FPGA对相应的数学模型进行硬件实现,完成电力传动实时仿真系统的建立。最后采用该设计方法对带阻感负载两电平结构的三相逆变器进行特性模拟,建立相应数学模型,并在S3EStarter_ug230实验平台上进行实验,结果证明该方法有效。

水库分层取水方式减缓下泄低温水效果研究

大型水电工程的建设,特别是高坝大库的形成,对水库库区及河道下游的环境保护带来较大影响,为了减缓锦屏一级大型水库低温下泄水对下游河道省级保护鱼类的不利影响,提高3-5月份鱼类产卵期的水库下泄水温,对不同取水方式减缓低温下泄水的效果进行比较。该文运用三维水温模型模拟了锦屏一级水库采用叠梁门分层取水方案对下泄低温水的改善效果。模拟结果表明,锦屏一级水库水温有较明显的水温分层现象,其下泄水温相比建坝前坝址处天然水温有明显变化,主要表现为3-6月升温延迟,11月-次年2月降温滞后,对低温下泄水的改善效果,一层叠梁门取水方案取水效果相对较差,在鱼类产卵的3-5月,二层叠梁门和三层叠梁门方案下泄水温和河道天然水温比较接近,说明多层叠梁门取水方式对减缓锦屏一级水库低温下泄水的效果明显。综合生态保护、工程经济指标和施工难度,锦屏一级水库选择二层叠梁门取水方案较优。

应用输入向量控制技术降低漏电功耗的快速算法

随着工艺的发展,为保证电路的性能和噪声容限必须降低阈值电压,这将导致漏电流呈指数增长,漏电功耗因而将逐渐超过动态功耗占据主导地位.CMOS的堆栈效应导致电路在不同向量下的静态功耗不同,因此在电路进入睡眠状态时使用输入向量控制技术是一种低功耗设计的有效方法,如何快速找到一个可降低电路漏电功耗的向量就成了问题的关键.介绍了一种在给定向量集合中查找低功耗向量的快速算法——基于概率传递的标记算法,并为此开发了一个事件驱动的门级组合电路仿真器.通过对ISCAS和龙芯处理器电路的实验结果表明,该算法同传统方法比较可以提高性能3.4倍,误差率仅约0.14%.

基于多FPGA的有源配电网实时仿真器并行架构设计

有源配电网实时仿真是研究系统动态特性、模拟实际运行环境、测试保护控制策略的有效手段。文中利用现场可编程门阵列(FPGA)的固有高并行度、深度流水线、分布式存储资源,设计并开发了基于多FPGA的具有多层级并行架构的有源配电网实时仿真器。面向实时仿真器的可扩展性需求,首先采用物理解耦的方法对有源配电网的数学模型进行粗粒度分割,进而将得到的子系统进行细粒度模型分割。在此基础上将分割后的模型映射到对应的FPGA中,通过协调分配硬件资源,形成系统级—单元级—模块级—元件级多层级并行的实时仿真架构。针对含多个光伏发电单元、储能单元的配电网实现了实时仿真,通过与PSCAD/EMTDC结果的比较,验证了提出的多层级并行架构的有效性。

用于FPGA的多层次集成设计系统的设计与实现

针对当前现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)领域,电子设计自动化(electronic design automation,EDA)工具集成度不够高、不具备用户自主设计FPGA芯片的功能等问题,设计并实现一套完整的FPGA多层次集成设计系统(versatile design system,VDS).该系统包括高度集成的设计开发环境和FPGA芯片级到系统级的设计与验证工具,为设计、应用和验证自主研发的FPGA芯片提供了一个有效平台.VDS的显著特点在于提供了全自动芯片生成功能,使用户能根据自身需要灵活控制芯片的规模和功能,快速开发一系列的适应不同应用的FPGA.借助VDS成功设计出两款FPGA芯片,通过对FPGA进行电路设计以及对芯片和应用进行仿真与验证,证明了VDS的有效可行.

集装箱码头可变闸口设置及变更条件仿真

为缓解集装箱码头闸口通道处的排队拥堵现象,在闸口通道数一定的前提下,根据进、出闸口通道处集卡排队不均衡程度,基于可变闸口的方向可变更性,提出一种动态调整进、出闸口通道数的工作方式.以进、出闸口处集卡排队不均衡因数作为可变闸口的设置及变更条件,通过构建闸口作业系统仿真模型,模拟可变闸口对闸口服务水平的影响,从而确定港区需要设置可变闸口和变更可变闸口工作方向的因数临界值.研究结果表明,设置可变闸口可以显著地缓解集装箱码头闸口通道处的排队拥堵现象.

三电平逆变器供电永磁同步电机直接转矩控制研究

针对临近空间飞行器电驱动系统的高效控制问题,构建一种三电平逆变器供电永磁同步电机直接转矩控制系统,以减少输出电流的谐波含量,降低转矩脉动,提升驱动系统整体效率。针对三电平逆变器空间电压矢量调制(SVPWM)实现复杂的问题,通过对大、小电压矢量选择的归纳研究,利用矢量的对称性和归一化处理方法,提出一种易于通过可编程器件实现的简洁计算方法,实现不同扇区的统一计算;构建参考矢量的复数表达形式,利用极坐标相角信息简化扇角区间判别。采用Matlab/Simulink分别构建传统两电平逆变器和三电平逆变器直接转矩控制系统进行对比分析,仿真结果验证了该算法在减小电流谐波和削弱转矩脉动方面的有效性。

大型水电站分层取水叠梁门的脉动压力特性

为减少下泄低温水对下游生态环境的影响,某水电站进水口拟采取叠梁门分层取水方式.由于过流方式不同,叠梁门与普通平板闸门在荷载特性上存在明显差别.通过模型试验对进水口叠梁门的脉动压力进行测量,结合数值模拟结果,分析了叠梁门上脉动压力的分布规律及荷载特性.结果表明:在所有工况下,作用在叠梁门不同部位的脉动压力特性不同,但均在叠梁门下游侧底部出现了较大的脉动压力;叠梁门下游侧底部大漩涡产生的脉动压力是诱发叠梁门流激振动的主要激振力.提出了一种针对叠梁门顶部过流计算激振力的简易方法,可供工程设计参考使用.

二进制域上椭圆曲线加密核的设计

为了提高椭圆曲线加密速度,介绍椭圆曲线密码体制发展优势,确定了椭圆曲线加密系统的体系结构,对二进制域上的加法、平方、乘法和逆运算用最新研究成果做了硬件设计并用Verilog实现,在这些底层运算基础上完成标量乘控制,实现了标量乘运算,最终实现椭圆曲线加密和解密的功能。在验证中编写验证模型和验证平台,对设计进行了功能验证并做了覆盖率统计,功能验证结果正确,覆盖率达到100%。对椭圆曲线加密核进行了逻辑综合和门级仿真,综合结果表明该核的运算频率可达125 MHz,门级仿真结果与功能仿真结果相同。

南水北调中线邯邢渠段非恒定流水力数值模拟

针对南水北调中线输水渠道在非正常运用工况条件下节制闸前水位计算的要求,以MATLAB为软件平台,编制相应的水力计算程序,进行非正常工况运行时的非恒定流模拟计算。通过对非正常工况条件下各节制闸不同工况的水力模拟,计算得到了各渠段节制闸前的水位变化过程及其它要素。分析表明,计算成果基本是合理的。

数字集成电路仿真中不定态的消除方法

为了解决在仿真时由于不定态的传播、扩散导致的仿真失败的情况,首先介绍了不定态产生的原因,之后分析了仿真器对不定态的传播,进而提出了在RTL级以及门级阶段消除不定态的方法,最后结合工程实践,介绍了利用VCS仿真工具在门级仿真过程中消除不定态的实现过程。实践结果表明,合理运用该方法,可以在保证电路工作正常的前提下,确保门级仿真的顺利进行,故具有重要的参考价值。

数字电路门级并行逻辑模拟

对基于事件驱动的电路门级并行逻辑模拟算法和相应的电路划分算法进行了研究。在保守协议的基础上,模拟算法采用流水线技术避免了死锁;采用事件打包,消息队列和非阻塞通讯技术减少了消息传递开销。在聚集分解的基础上,电路划分算法对组合或时序电路都可进行非循环划分,保证流水线模拟不会出现死锁。在曙光集群上采用MPI实现了模拟算法,对ISCAS部分电路进行实验,获得了很好的加速比。最后提出采用预模拟方法的电路划分改进方案。

电力系统电磁暂态仿真IGBT详细建模及应用

在电力系统电磁暂态离线和实时仿真中,以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为代表的全控型电力电子器件常采用理想开关模型。IGBT器件在交直流变换器、直流断路器中获得了广泛的应用,器件的运行状态会对系统暂态过程产生影响,而系统的暂态过程也会增加器件的电压、电流应力,严重时可能造成器件损坏,进而影响整个设备及系统的安全可靠运行。基于理想开关模型的电磁暂态仿真无法准确模拟暂态过程中该器件的特性及其受到的应力。研究系统电路、器件及其控制之间的动态相互作用,就对电磁暂态仿真中IGBT准确建模提出了更高的要求。近年来,多种IGBT详细模型和解耦方法被提出,并被应用在离线及实时电磁暂态仿真中。得益于高性能计算设备的快速发展,详细模型可高效应用于含有大量IGBT器件的交直流系统仿真中。文中对不同类型建模方法进行归纳,分析其功能、计算复杂度和准确度,并详细介绍了系统解法、并行算法与仿真平台等方面内容。另外,还举例介绍了IGBT详细建模的应用场景,分析了在建模、系统解法、并行算法及应用领域等方面的难点与限制,并提出了相应的建议。

基于HLS的SAR回波模拟硬件加速设计

针对合成孔径雷达(SAR)回波模拟的实时性需求,提出了一种基于高层次综合(HLS)的回波模拟硬件加速系统。实时性是衡量回波模拟系统性能的重要指标,随着成像区域复杂度、成像质量要求等不断提高,回波模拟的计算复杂度急剧增加,模拟过程耗时巨大。将FPGA应用于SAR回波生成硬件加速,并引入高层次综合方法,解决了传统硬件开发的算法转换繁琐、不支持浮点运算等关键问题,经过验证能达到较高的性能与精度,保证了回波模拟的实时性,具有较高的应用价值。

一种模块化多电平换流器动态组合实时仿真模型

模块化多电平换流器(MMC)具有低谐波、低开关损耗、模块化等优点,已在国内外多个柔性直流输电工程中投入运行。数字实时仿真可对MMC控制与保护装置进行硬件在环测试,对保障交直流系统安全稳定运行具有重要意义。因具有高度并行计算能力,现场可编程逻辑门阵列(FPGA)常在实时仿真器中用于MMC模型计算。随着交直流仿真系统中MMC数量的增加,FPGA逻辑计算资源的消耗也成倍增长。在单个仿真计算步长内,元件模型计算与系统电路矩阵计算为顺序执行关系,因此MMC计算单元在周期性运算中存在闲置时间。文章提出了基于桥臂等效电路模型与桥臂平均值模型的动态组合实时仿真模型,FPGA中的MMC计算单元可以在元件模型计算与矩阵求解阶段中复用,实现MMC逻辑资源的优化利用,大幅降低仿真硬件成本。文章在PSCAD/EMTDC离线仿真环境验证了算法的准确性,并在包含FPGA的多核片上系统中实现了三端柔性直流输电系统实时仿真。