转向架质量参数与悬挂参数对稳定性的协同影响

国内外铁道车辆转向架结构型式丰富,不同的结构和布局会引起转向架的质量和惯量在分配上存在差异,为了研究不同悬挂参数下转向架各质量参数对车辆稳定性的影响,推导了考虑Maxwell减振器模型的整车21自由度横向动力学线性微分方程,基于特征根稳定性判据,采用最小阻尼比法求解车辆系统的线性临界速度,利用灵敏度分析方法研究了质量与摇头惯量及簧下与簧间质量对稳定性的影响程度对比。研究结果表明:转向架各质量参数对稳定性的影响规律与悬挂参数的取值有较大关系,在转向架结构设计和布局调整时,应考虑质量参数和悬挂参数的共同影响;不同悬挂参数下,临界速度均随轮对质量、轮对摇头惯量和构架摇头惯量的增大而减小;当抗蛇行减振器阻尼系数较小时,临界速度随构架质量的增大而减小,而当抗蛇行减振器阻尼系数较大时,临界速度随构架质量的增大而增大;簧下质量对稳定性的影响程度大于簧间质量。

基于优化准则的约束阻尼材料优化配置

构建了以模态阻尼比为目标函数,阻尼材料用量为约束条件的拓扑优化模型。分析了模态阻尼比对基结构单元的灵敏度,导出了灵敏度表达式。在此基础上,提出了基于一种进化方式的约束阻尼材料优化配置方法。给出了几个典型算例,获得了满足阻尼材料用量的约束阻尼材料最优拓扑构型。研究表明:提出的优化模型和准则是正确的,能有效应用于约束阻尼材料的优化配置,为优化阻尼材料分布,降低结构振动与噪声,开辟了崭新的技术途径。

约束阻尼结构拓扑优化设计的进化算法

约束阻尼结构的阻尼材料优化布局是约束阻尼结构振动控制设计中的关键问题,它直接影响到振动能量耗散与全局能量流分布。在约束阻尼结构设计中引入拓扑优化渐进优化算法,以约束阻尼胞单元为设计变量,建立以模态阻尼比为目标函数,约束阻尼材料用量为约束条件的拓扑优化模型。分析结构模态阻尼比相对于阻尼胞单元位置的敏度,导出灵敏度计算表达式。提出基于渐进优化算法的优化准则,通过逐步删除利用率低的材料,使目标模态阻尼比达到最大化,给出了数值计算的例子,理论计算结果验证了拓扑优化方法的正确性和有效性。

随机数据驱动下的机电振荡参数在线提取与阻尼调制(二):基于有功调节的区间模式阻尼调制策略

随着互联系统规模和复杂度不断增大,弱阻尼低频振荡成为影响电网安全稳定运行的关键因素之一。针对系统运行过程中出现的弱阻尼低频振荡模式,该文提出了随机响应数据驱动下基于发电机有功定向调节的区间模式阻尼调制策略。首先利用文献[1]提出的低频振荡参数在线递推算法实现频率和阻尼比等振荡参数的递推跟踪,以随机环境激励下发电机有功输出变化作为天然摄动量,利用摄动法计算各个模式的阻尼比–发电机有功灵敏度,对于区间弱阻尼模式,结合送端功率下调与受端功率上调的原则,根据灵敏度大小,筛选确定最佳有功调控发电机对,并根据发电机实际运行情况和有功输出约束确定调控量,实现仅依赖随机响应数据的弱阻尼区间振荡模式阻尼比的在线调制。IEEE四机两区系统和IEEE 68节点系统的仿真与计算结果验证了文中算法的有效性和可行性。

交直流电力系统区域振荡混合控制策略

通过计算模式阻尼比对机组有功出力和直流线路有功功率的灵敏度,得到参与振荡模式的关键机组和直流线路。提出基于阻尼比灵敏度的由机组出力调整和直流传输功率调整两部分组成的混合控制策略,以此抑制大区域电网的区域功率振荡。在软件DIgSILENT中搭建了8机交直流电力系统,通过策略实施前后的结果对比,表明所提控制策略能够有效地抑制交直流电力系统的区域振荡,提高了系统的稳定性。

指定频带简谐激励下约束阻尼结构拓扑优化

针对指定频带简谐激励下约束阻尼结构拓扑优化问题,建立以共振峰值平方最小为优化目标,约束阻尼材料用量为约束条件的约束阻尼板拓扑优化模型。优化过程中考虑约束阻尼结构改变对结构阻尼影响较大,将模态阻尼比灵敏度引入优化目标的灵敏度计算中,使优化目标灵敏度计算更准确合理。用渐进优化算法求解拓扑优化模型。给出数值算例,并实验验证优化模型及灵敏度分析方法的有效性。

籽粒损失监测传感器敏感板局部约束阻尼设计

分析了籽粒损失监测传感器敏感板的响应与系统阻尼比的关系,提出了通过在敏感板敷设约束阻尼层增加振动系统阻尼比来快速衰减敏感板谐波振动的方法。通过对不同阻尼损耗因子敏感板进行籽粒碰撞响应试验,优选了敏感板的材料和结构形式,在此基础上运用ANSYS软件对敏感板进行了模态分析,确定了约束阻尼层在敏感板上的最佳敷设位置。籽粒碰撞响应试验结果表明,敏感板局部约束阻尼处理后,籽粒碰撞信号波形衰减至1.5 V所用时间由10 ms缩短到3 ms左右,大大提高了籽粒损失监测传感器的检测频率。

双馈风电场并网对汽轮发电机次同步振荡的影响

考虑在风火打捆输电方式中大容量风电场并网可能会加剧汽轮发电机轴系扭振的风险,提出双馈风电场并网对汽轮发电机次同步振荡影响的研究。首先建立含风电场系统的小信号稳定分析数学模型,基于模态分析法研究风电场并网前后系统次同步振荡模式的变化,并利用数字仿真平台建立时域仿真,对模态分析结果进行验证。其次,借鉴参数灵敏度概念,研究系统次同步振荡阻尼比对风电场参数的灵敏度。最后,针对风电场在不同风速和不同无功功率的情况下,研究含风电场的电力系统次同步振荡模式的变化规律。结果表明,在保持外部条件一定情况下,双馈风电场并网会降低系统次同步振荡阻尼,且风电场有功功率和无功功率参数对其次同步振荡阻尼影响明显。

桥梁结构涡激共振的敏感性

2020年5月5日虎门大桥因施工临时架设水马产生了风致涡激共振(简称为涡振)现象,引发了社会舆论强烈关注。本文从涡振机理出发,讨论了桥梁主梁产生的涡振敏感性,依次阐述了涡振对桥梁主梁附属构件中的导流板、抑流板、检修轨道、栏杆、拉索等参数的响应程度,由此证实小尺度的水马也能造成虎门大桥大幅振动的潜在可能性。同时,介绍和探讨了结构阻尼比、来流攻角、湍流度与来流风速对涡振的影响,给出了相关桥梁阻尼比随时间变化的实际观测数据。分析得出多座桥梁结构发生涡振的原因与涡振自身的强敏感性密切相关。深入探讨了利用桥梁涡振控制与发电等装置,可以在对涡振进行安全控制的同时,实现能量的合理开发利用。

光伏接入系统的小干扰稳定灵敏度分析及其应用

针对光伏并网对系统小干扰稳定的影响,提出基于随机响应面法和摄动法的阻尼比灵敏度求取方法。以光伏出力波动的随机激励作为摄动量,通过摄动法求解光伏在不同节点并网的阻尼比灵敏度;根据阻尼比灵敏度的大小筛选最佳的光伏并网节点,通过优化方法确定光伏发电的接入位置和容量,得到光伏发电的最佳接入方式。以New England 10机39节点系统和西部某省实际电力系统为例验证所提方法的有效性。

不确定负荷下小干扰稳定的区间分析方法

计及负荷的不确定性,提出了区间负荷下的小干扰稳定区间分析方法。基于增广矩阵的灵敏度求解,推导了振荡模式的阻尼比对负荷有功的灵敏度指标。以负荷灵敏度指标为指导,通过迭代搜索求解了典型负荷水平下关键振荡模式的阻尼比区间极值,进而可以确定区间负荷下的阻尼比区间分布,并据此可推断特征值阻尼比随负荷变化的规律,提供更加全面的稳定性信息。通过4机系统和新英格兰39节点系统的算例实现,验证了该方法的有效性,与蒙特卡罗模拟法的结果对比,表明了该方法计算结果的正确性和计算速度上的优越性。

基于高阶谐振悬臂的轻敲式原子力显微镜测量特性

轻敲式原子力显微镜的悬臂为无限自由度系统,具有多阶谐振模态.为了提高动态原子力显微镜的测量特性,采用激励硅悬臂工作于高阶谐振模态的方法.相较于基础模态,高阶谐振悬臂的振动频率和品质因数有所提高,结合振型的不同以及光杠杆检测法的特性,从理论上对高阶谐振模态下动态原子力显微镜的测量特性进行了分析.构建了基于高阶谐振的动态原子力显微镜系统,围绕其主要测量特性,如表面探测垂直分辨力、时间扫描速度以及阻尼特性进行了研究和测试,理论分析和实验结果均表明,相较于一阶谐振模态,二阶谐振模态下的动态原子力显微镜系统的测量特性得到了提高:二阶谐振悬臂扫描速度约为一阶谐振悬臂的3.3倍;二阶谐振悬臂的探测垂直分辨力可达到0.5 nm,远远优于一阶悬臂的0.9 nm;并且二阶谐振悬臂的品质因数远高于一阶谐振状态,降低了大气阻尼对悬臂系统的影响.

基于随机森林算法的电力系统小干扰稳定评估校正

区域电网的互联互通使电网结构日趋复杂,弱阻尼模式引发的低频振荡会影响系统安全稳定运行,对电力系统小干扰稳定带来了严峻挑战。针对常规小干扰稳定评估方法计算复杂度高、不能满足实时分析需求的问题,提出基于随机森林算法的小干扰稳定评估校正方法。首先,利用随机森林算法建立发电机有功、无功出力,负荷的有功、无功功率和支路功率等数据与最小阻尼比之间的映射模型,得到基于随机森林算法的小干扰稳定评估模型;然后,对发电机参数进行微小摄动,放入随机森林模型中算出最小阻尼比的变化,用数值分析法得到发电机阻尼比灵敏度;接着,建立系统弱阻尼状态下发电机阻尼比的优化模型,优化调整发电机有功出力;最后,在IEEE-9节点系统和某区域615节点系统中进行仿真验证。仿真结果表明,所提模型能够准确估算出系统运行的最小阻尼比和近似阻尼比灵敏度,将系统的最小阻尼比校正到0.03以上,消除弱阻尼状态,使系统恢复稳定运行。

电力系统小干扰稳定风险评估与仿真

考虑风电接入、负荷波动等不确定因素,对电力系统小干扰稳定性进行风险评估。首先,建立风电和负荷的概率分布模型以研究小干扰概率稳定性;然后,采用蒙特卡罗方法在不同断面进行确定性小干扰稳定分析,形成关键振荡模式阻尼比概率密度函数,得到系统小干扰安全稳定运行的概率;在此基础上,提出一种基于阻尼比灵敏度的风险指标对系统进行风险评估;最后,以"两区四机"系统和2012年华东电网为算例对系统进行仿真和分析,所得结果验证了所提风险评估方法是可行和有效的。

基于多变量阻尼比灵敏度的有功调制方法研究

区域互联电网中存在的弱阻尼模式严重影响电力系统小干扰稳定性。为消除系统潜在弱阻尼模式,提出了一种以运行态势感知与发电机有功调制为基础,以提高系统阻尼比为目标的阻尼调控策略。首先,利用随机子空间辨识算法(stochastic subspace identification,SSI)从系统基础运行数据中提取系统振荡频率与阻尼比等,当系统存在弱阻尼模式时发出预警,进而应用多变量阻尼比灵敏度,筛选参调发电机组,并利用优化算法确定调整量,在线履行发电机有功调节,快速、高效提高系统阻尼,消除弱阻尼模式。最后,利用IEEE 4机2区系统和16机5区系统验证了所提方法的有效性和可行性。

基于机电回路相关比灵敏度的DFIG并网系统机电模式抑制

机电模式(EOM)是与同步发电机(SG)机械暂态强相关的振荡模式,对SG轴系和电网稳定影响较大。为了抑制EOM,可以调节SG出力以减小机电回路相关比(ρ),但需要以灵敏度为依据。双馈感应风电机组(DFIG)并网后,需要联立SG和DFIG以建立系统状态矩阵,增加了抑制EOM的难度。针对DFIG并网电力系统,筛选出EOM。将ρ对控制参数的灵敏度,展开为对参与因子的灵敏度。考虑参与因子由特征向量组成,补充后者幅值和相位约束,得到特征向量灵敏度的唯一解。考虑SG出力间接影响节点电压和特征值,引入潮流雅可比矩阵的逆,建立特征值和特征向量对SG出力的灵敏度。最终首次提出ρ对SG出力灵敏度的解析表达。结果验证了所提灵敏度的准确性。调节SG出力后,危险机电模式19,20的ρ减小约13%,验证了所提算法对EOM的抑制效果。

基于控制参数分群的DFIG并网系统低频振荡抑制

通过整定控制参数,可以抑制大规模双馈感应发电机并网引起的电网低频振荡,但基于特征值灵敏度选择的主导控制参数,在不同场景和模式下,可能引起相反效果。文章建立了风电系统低频振荡模式阻尼比灵敏度的解析表达。根据阻尼裕度确定模式危险程度,将上述灵敏度加权,提出累积阻尼比灵敏度以描述参数调节对所有模式阻尼比的整体效果。考虑风速与负荷随机波动,采用模糊C均值(FCM)聚类算法,对运行场景归类,将场景分布概率作为权系数,计算多场景下累积阻尼比灵敏度、对控制参数分群。特征值分析和时域仿真结果验证了所提控制参数分群算法对低频振荡模式的抑制效果。

基于阻尼灵敏度指标的PSS参数优化

针对区域互联网系统中PSS安装数量不断增多、参数优化困难的问题,提出一种基于灵敏度指标的PSS参数优化的方法。采用局部优化代替全局优化策略,以特征值灵敏度分析方法为基础,通过阻尼比灵敏度指标来选取每个机电模式下的强相关参数,采用自适应遗传算法(AGA)对选取出来的PSS参数进行局部优化,从而减小计算量,增加计算速度,避免出现维数灾问题。通过新英格兰系统的算例分析,表明该方法可有效地达到全局优化的相似作用,满足系统安全稳定运行的要求。

基于PSD-BPA的阻尼比灵敏度计算及其应用

设计并建立了一个基于数值微分和商业电力系统软件相结合的智能计算平台,实现相关振荡模式阻尼比对运行参数灵敏度的自动化和批量化计算。在此基础上,提出了保持联络线功率不变的前提下对机组出力进行调整,有效提高相关阻尼比的方法。通过三华电网的应用算例,验证了灵敏度计算平台的可行性和提高阻尼比方法的有效性。

面向小干扰稳定提升的虚拟惯量优化分配模型与方法

虚拟惯量控制使可再生能源发电系统能够具备与火电类似的惯量特性,有利于为系统提供惯性支持。该文研究了虚拟惯量的分布对系统小干扰稳定的影响,并提出面向系统小干扰稳定提升的虚拟惯量优化分配模型与方法。首先,以小干扰分析中的区间振荡模式阻尼比最大为优化目标,以虚拟惯量控制参数为优化变量,频率稳定为约束条件,建立惯量优化分布模型;然后,利用基于灵敏度分析的牛顿法求解该模型,得到虚拟惯量优化分配方案;最后,通过仿真验证所提优化分配方法的有效性。