Reducing the Power-Loss in RS-485 Designs

Power loss sometimes needs particular consideration in coal mine. This paper analyzes the main three parts of power consuming of RS 485 system, that is quiescent power consuming, transmission power consuming and peripheral equipment power consuming. How to reduce the power consuming in RS 485 designs is introduced, and also the method of hardware and software design is presented including choosing low power transceiver, optimizing communication data structure, optimizing communication working mode.

三电平辅助变流器寿命优化控制

辅助变流系统是动车组车辆上关键的电气组成部分,主要为空调机组、风机、照明等交流负载提供稳定的三相电源。结温是影响动车组三电平辅助变流器IGBT(Insulated-gate Bipolar Transistor)模块寿命的主要因素。为了提高动车组三电平中点钳位(Neutral-Point Clamped,NPC)型辅助变流器寿命,提出一种降低结温的模型预测电流控制(Model Predictive Current Control,MPCC)策略。首先,考虑传统MPCC在每个采样周期需要代入27个电压矢量循环计算,计算量较大,因此将三电平基本电压矢量划分在间隔60°的6个扇区中,通过计算电压矢量在两相静止坐标下的相角,进而判断参考电压矢量所处扇区,将备选矢量数目从27缩减至10,减少了计算量;其次,传统MPCC直接应用于动车组辅助变流器会使IGBT模块的结温较高,老化速度加快,对变流器安全稳定运行产生不可预测的损害,本文对IGBT模块的开关损耗和导通损耗进行近似等效,得到了和集射极电压、集电极电流相关的功率损耗因子。通过预测每相电流的方向,进而预测IGBT模块的开关和导通情况,动态加入功率损耗因子,并在代价函数中约束每相IGBT及其续流二极管(Free Wheeling Diode,FWD)的功率损耗,使得最优电压矢量在降低功率损耗的同时保证一定的控制性能。通过仿真与实验验证,本文所提方法相比传统MPCC策略降低了功率器件的结温,提高了变流器寿命。

计及总损耗功率的电动汽车母线电容主动快速放电方法

针对电动汽车遇到碰撞等紧急情况时,高压驱动系统母线电容电压需迅速降到安全电压(60 V),而传统基于PI控制的母线电容主动放电方法存在鲁棒性差、放电时间长和安全性低的问题,提出一种计及总损耗功率的电动汽车母线电容快速放电方法。首先,建立以永磁同步电机绕组作为泄放电阻的母线电容能量流动模型,将逆变器损耗、电机绕组铜耗、电机电感储能等损耗作为总损耗,利用扩展滑模观测器(ESMO)对总损耗功率进行估算,并通过Lyapunov稳定性理论对ESMO的稳定性进行了证明。然后,将观测的总损耗功进行前馈补偿,从而使母线电压快速降低并稳定在安全电压。仿真和实验结果表明,与现有主动放电方法相比,所提放电方法不仅显著减小了放电时间,而且提高了快速放电的鲁棒性和安全性。

基于低风速功率修正和损失函数改进的超短期风电功率预测

风电功率具有较强的波动性和随机性。为进一步提升风电功率的预测精度,提出一种基于低风速功率修正和损失函数改进的超短期风电功率预测模型。该模型采用卷积神经网络、自注意力机制和双向门控循环单元捕获风电功率序列的长期时序依赖关系。为了解决低风速下待风状态神经网络难以精确拟合的问题,模型通过预测风速并结合当前时段的风电功率对低风速段的预测功率进行修正。针对参数训练的稳定性问题,模型通过改进预测策略和共享权重,引入一种多元非线性的损失函数来提取序列间的关联性。结果表明,所提模型在多项误差指标中均优于对比模型,能够有效提升超短期风电功率的预测效果。

电动汽车用永磁同步电机的损耗分析

永磁同步电机(PMSM)作为电动汽车驱动电机的首选结构,被绝大多数的电动汽车使用。文章对永磁同步电机的功率损耗因素进行分析,并分析了功率损耗的数学计算模型。通过一款油冷式高速永磁同步电机展开了计算和实验,验证了数学计算模型的正确性。为研究油冷式永磁同步电机的功率损耗提供了一种方法。

高空电磁脉冲晚期成分作用下500 kV变压器无功损耗仿真研究

高空电磁脉冲晚期成分(HEMP E3)效应会在变压器中性点与大地构成的回路中产生地磁感应电流(GIC),严重时会使变压器铁心半波饱和,进而导致励磁电流严重畸变、无功损耗急剧增加、局部过热和振动加剧等后果。为准确地分析电力变压器在HEMPE3作用下的无功损耗特性,该文搭建了HEMP E3对500 kV电力变压器作用的电磁暂态仿真模型,基于IEC 61000-2-9给出的标准HEMP E3波形,定量分析了感应电场幅值、上升时间、下降时间以及变压器带负载情况等对电力变压器的影响规律。分析结果表明,HEMP E3作用下500 kV变压器无功损耗与GIC呈正相关性,且无功损耗波形滞后于感应电场的变化;HEMP E3感应电场的下降时间对500 kV变压器无功损耗的影响远超上升时间;负载阻抗的阻值相同时,容性负载下的励磁电流和无功损耗幅值最大,感性负载下幅值最小。研究结果可为进一步评估HEMPE3对电力系统稳定性的影响提供重要依据。

利用非线性损耗提升全固态单频激光器输出功率研究进展(特邀)

全固态单频连续波激光器因其噪声低、线宽窄、光束质量好、功率稳定性高等优点已经被广泛应用于产生非经典光场、冷原子物理研究、引力波探测等诸多领域。随着科学技术的不断发展,传统的全固态激光器的输出功率已经不能满足前沿领域的需求,因此亟需在保持全固态激光器整体性能的同时进一步提升激光器的输出功率。为此首先需要更高的泵浦功率,而这将使激光器内部增益提高,在腔内损耗不变的情况下,原非振荡模式也将满足起振条件,从而使激光器在跳模或多模状态下运转。此外,激光晶体的热效应和损伤阈值也限制了输出功率的提高。本文介绍了一种利用非线性损耗大幅度提升全固态单频连续波激光器的输出功率的技术和方法。通过在谐振腔中引入非线性损耗,使主模经受的非线性损耗是次模的一半。在模式竞争的作用下,谐振腔内的模式被更进一步的选择,从而允许全固态单频激光器在更高的增益下保持单纵模运转。通过在谐振腔内插入多块增益晶体可以有效缓解由于激光增益晶体热效应的限制,从而实现更高功率的单频激光输出。目前高功率全固态连续波激光器的输出功率已经达到了一百瓦的量级,且还在进一步提高。通过在谐振腔内引入非线性损耗,全固态单频连续波激光器的整体性能在得以保障和提高的同时,其应用范围也得到了进一步的推广。

深沟球轴承喷油润滑搅油损失研究

为了揭示喷油润滑时深沟球轴承搅油损失随喷油润滑条件的变化,提高齿轮箱综合传动系统的性能,建立深沟球轴承喷油润滑下的数值计算模型,并用SKF模型进行验证。采用数值模拟和设计正交方案的方法研究喷油润滑时深沟球轴承内部流场运动状态,以及在不同工况参数下深沟球轴承喷油润滑的搅油损失,并通过极差分析和方差分析确定各个因素对轴承搅油损失的影响程度。研究表明:在喷油润滑过程中,外圈表面润滑油体积分数随着润滑油的进入不断提高,并且逐渐趋于均匀稳定,而内圈表面润滑油体积分数则始终很低;喷嘴角度对轴承内部润滑和搅油功率损失影响很大,当喷嘴朝向外圈时,搅油力矩最小,但润滑性能较差,当喷嘴朝向内圈时,润滑性能最好,但搅油力矩稍大;各个因素对轴承搅油损失影响由大到小顺序为节圆直径、转速、喷油压力、喷嘴直径、温度。研究结果对探究深沟球轴承喷油润滑搅油机制和提升车辆传动效率提供了重要的设计和理论参考。

交流双边供电系统供电能力分析

牵引供电系统采用双边供电方式可以取消相邻牵引变电所供电臂电分相,我国轨道交通直流供电系统基本采用双边供电方式,交流供电系统尚未应用该方式。本文针对交流双边供电系统,从电压损失、电流需求、牵引网能耗等方面进行分析,并给出研究结论。

采用双向流固耦合的胀圈密封功率损失预测模型

针对现存胀圈密封功率损失模型不能准测预测出实际运行时密封环的功率损失的问题,提出了新的胀圈密封功率损失预测模型。基于ANSYS Workbench平台建立了包括转轴、配油套及胀圈密封环在内的双向流固耦合数值计算模型,设计并搭建了胀圈密封性能试验系统,验证了数值模拟的准确性。通过多元线性回归方法构建了包含油液动力黏度、密封压差、转轴转速以及胀圈密封结构主要尺寸参数的功率损失预测模型,比现存模型包含更多影响因素。分析结果表明:模型预测值与试验值的相对误差在9%以内,满足工业应用要求;功率损失对各影响因素的敏感度由强到弱依次为:密封压差、温度、转速,且密封压差对胀圈密封功率损失影响高度显著。

动车组锥齿轮箱飞溅润滑特性及箱体结构改进

为了分析动车组齿轮箱的润滑机理,以某型螺旋锥齿轮传动齿轮箱为研究对象,运用移动粒子半隐式(MPS)法建立高精度的流场仿真模型.引入薄膜流动模型,对无滑移壁面边界条件进行改进,使移动粒子半隐式法具有预测液膜流动特性的功能.研究输入齿轮转速、初始润滑油量对箱体内壁和齿轮表面的润滑油覆盖率、油膜分布特性及功率损失的影响.结果表明,箱体内壁面的润滑油覆盖率和液膜厚度主要受润滑油飞溅效应的影响,齿轮表面受到润滑油飞溅效应和自身运动的共同影响.功率损失分析显示,功率损失与输入齿轮转速和初始润滑油油量均呈正相关关系,对高转速更敏感.对箱体结构进行改进,消除箱体凸台,扩大与输出齿轮的距离,该措施可以显著改善齿轮箱的润滑条件.

综合传动装置中胀圈密封功率损失敏感度研究

胀圈密封作为综合传动装置中重要的动密封形式,准确地评估其功率损失影响因素的敏感度对传动装置设计和性能评估有着重要意义。为研究不同影响因素对胀圈密封功率损失的影响,建立某胀圈密封结构的计算流体动力学模型,采用层流模型对胀圈密封内部流动特征进行研究,分析压力、转速、温度(动力黏度)对胀圈密封功率损失和泄漏量的影响规律,并通过正交方案研究胀圈密封功率损失和泄漏量的影响因素主次关系。结果表明:主密封面在实现密封的同时造成了较大的功率损失,泄漏主要由胀圈切口和端面槽体在压差作用下产生;密封功率损失与转速呈抛物型关系,与压力、动力黏度呈线性增长关系,泄漏量与转速呈线性降低关系,与压力呈线性增长关系,与动力黏度呈反比例关系;三者对功率损失的影响由强到弱依次为动力黏度、转速、压力,对泄漏量的影响由强到弱依次为动力黏度、压力、转速。

应对变电站二次直流失电的超高压输电线路相间保护方案

变电站二次直流失电会导致本站继电保护装置等设备失去供电电源而无法动作,本站出线发生故障时需要依靠上级变电站的远后备保护进行切除。针对变电站二次直流失电情况下超高压输电线路发生相间短路故障时保护远后备灵敏度不足的问题,提出了一种应对变电站二次直流失电的超高压输电线路相间保护方案。首先,根据超高压电网相间故障时负序电流的自然分布特性,探讨了反时限负序过流保护的远后备应用可行性和相间距离保护的补充特性,确定了相间故障远后备保护的构成思路。接着,研究了助增系数和负序电流对反时限负序过流保护整定时间定值的影响,讨论了临界助增系数的确定方法和反时限负序过流保护的时间定值整定方法。然后,提出了反时限负序过流保护为主、相间距离保护为辅的应对变电站二次直流失电的超高压输电线路相间保护方案。最后,以IEEE 39节点系统和某实际500 kV电网作为仿真算例,对所提方案的有效性进行验证。

混合动力汽车动力电池充放电能量损耗研究

混合动力汽车动力电池能量管理系统直接影响着车辆的能效和性能,文章通过动力电池内部电阻模型和电池荷电状态估计模型的建立,研究了不同荷电状态下混合动力汽车不同充放电倍率对电池损耗、负载能量和动力电池总体效率。仿真结果表明,动力电池在低放电倍率下具有更高的效率,随着充电倍率增加动力电池充电电流增加,充电损耗增大、效率降低;动力电池荷电状态的增长,动力电池充电功率和充电功率均增加;动力电池满充对电池健康和能量损耗不利,但动力电池的满充具有最高的能量转换效率。仿真结果为实现不同荷电状态下动力电池高效健康运行提供理论基础。

微波化学动力学

微波促进化学反应具有加热速度快、效率高、选择性加热等优势,对于节能减排具有重要的意义,但在工程应用过程中存在微波功率反射大、加热不均匀和热失控等问题,限制了微波能的进一步应用。为了解决以上问题,设计出高效的微波化学反应器,必须在宏观上深入研究微波促进化学反应的动力学过程,将电磁场方程、热传导方程和反应动力学方程等多个微分方程相互耦合。然而,现有研究一直缺乏以上方程之间的严格耦合关系。因此,本文介绍了化学反应的极化及微波在化学反应中的耗散,建立了微波促进化学反应过程的宏观动力学耦合模型。首先,梳理了微波化学的宏观动力学耦合模型,并对该模型存在的挑战进行了总结,即现有模型缺乏微波在化学反应中的极化过程及耗散过程。其次,针对微波在化学反应中极化过程的挑战,引入了新的介电特性表征,结果表明,反应体系的介电特性由反应物浓度和生成物浓度的概率分布函数对应的1阶勒让德多项式展开式的系数决定。然后,针对微波在化学反应中耗散过程的挑战,根据能量守恒,引入了新的耗散功率公式,结果表明,微波在反应体系中的耗散由微波在反应物中的耗散、在生成物中的耗散及生成物和反应物耦合产生的耗散等部分组成。最后,通过实例,阐述了微波促进化学反应的宏观动力学应用,以推动微波化学工程化的进一步发展。

基于变分法减少损耗的直驱式波浪发电系统功率优化

为提高不规则激励力下直驱式波浪发电系统的输出功率,改善波能捕获能力并减少系统主要损耗,结合电机与水动力方程,建立直驱式波浪发电系统数学模型,基于变分法构造能量泛函,求解泛函极值后得出最优控制律;设计扩展卡尔曼滤波器(EKF)观测系统不易获取的相关状态变量,离线调整泛函惩罚项系数,在不增加整体计算量的情况下获得理想参考电流,并应用磁场定向控制策略进行跟踪,同时兼顾电磁力约束与功率捕获关系。仿真结果表明,所提方案响应速度快、状态观测精度高,可有效提升功率捕获能力、减少系统主要损耗、提高输出功率。

基于网源协同多阶段投资规划的配电网过网费机制设计

针对分布式电源就地消纳会造成电网企业输配电成本流失,且现行输配电价制定机制尚不能真实反映“余电上网”模式下分布式电源对配电网的实际使用情况,提出一种基于网源协同多阶段投资规划的配电网过网费机制设计。首先,根据负荷增长情况,以投资年份、投资容量为决策变量,将分布式电源规划周期分为若干阶段,在此基础上利用所提过网费模型分别求出各阶段对应的过网费。其中,源网协同多阶段规划模型的建立以分布式电源投资主体效益最大及配电网网损和电压波动最小为目标,过网费计算模型则依据分布式发电市场化交易的输配电资产占用情况、电压等级和电气距离等关键影响要素,构建了含基础费用、阻塞附加费用和交叉补贴费用的分布式电源过网费。仿真结果表明,所提出的与分布式电源投资规划相结合的过网费机制能够保证投资主体的效益和配电网的资产回收,并能在一定程度上提高分布式电源的渗透率和消纳率。

正流量液压挖掘机多路阀阀口压力损失研究

挖掘机液压系统存在管道损失、溢流损失、节流损失及泄漏损失等问题,导致挖掘机作业过程中功率损失较大,能量利用率不高。为提高挖掘机液压系统功率利用率,以正流量挖掘机为研究对象,通过建立机电液联合仿真平台,针对多路阀压力损失较大的问题,提出改变主阀异形阀口区域过流面积的方法,以降低局部压力损失,提高液压系统的功率利用率。以铲斗联为例,改变铲斗主阀进出油口、合流阀口的过流面积及其之间的匹配,将铲斗动作的驱动效率提高了4%,降低了液压系统的功率损失,提高了液压系统的节能性能。

干式空心并联电抗器绕组绝缘状态在线监测方法

干式空心并联电抗器用于无功补偿与抑制工频过电压,在电网中的数量和容量日益增加,事故率却高居不下,其中,绕组匝间绝缘故障占比高居首位,亟需有效的绕组绝缘状态在线监测手段。利用有限元软件对干式空心并联电抗器进行“场-路”耦合仿真,通过分析其绕组异匝和同匝股间短路的电、磁、力变化特征,研究绕组匝间短路故障的发展过程、形成机理,探求便于故障监测的敏感状态量,提出了基于有功功率损耗变化率的绕组绝缘状态在线监测方法。研究结果表明:绕组异匝股间短路对电抗器电、磁、力等物理参量的影响大于相同位置同匝股间短路工况,且异匝股间短路发生在电抗器绕组端部的影响最大。有功功率损耗对电抗器绕组绝缘故障发展的过程反应敏感、易于监测,可通过选择合适的绝缘故障预警值和绝缘失效值,基于有功功率损耗变化率进行状态判断,能够实时发现电抗器绕组绝缘故障,便于及时采取措施,阻止故障蔓延。

多光伏电站接入风光火耦合系统选址优化

可再生能源机组出力的波动性及并网位置的不合理,导致耦合系统电压波动、功率偏差及投资成本的增加。针对风光火耦合系统选址优化调节需求,文章提出一种基于离散粒子群的多光伏电源接入选址优化方法。分析了光伏电源的无功补偿特性及其接入位置对系统电压偏差及网损的影响,建立了可再生能源与火电耦合的发电系统模型,并将光伏电源作为耦合系统的无功调节装置。以电压偏差和线路损耗综合最优为目标函数,采用离散粒子群算法对光伏电源接入点进行求解,算例分析结果表明,多光伏电站接入点优化方法保障了各节点电压偏差,减少了线路损耗,进而提高了风光火耦合系统的安全稳定性。