基于SSO多扰动输入机理分析的DFIG-GSC功率振荡抑制策略研究

电网次同步振荡(SSO)已成为桎梏新能源发展的主要问题之一,针对SSO下双馈感应发电机(DFIG)中网侧变流器(GSC)的功率振荡问题展开研究。首先,建立SSO对GSC的多扰动输入数学模型,探究不同扰动输入的性质以及其对GSC系统的影响,明确了针对物理量扰动以及信号扰动分别采用补偿与滤除两种不同的抑制方法。其次,针对锁相环(PLL)输出误差经过坐标变换产生耦合振荡的问题,建立PLL输出误差角度的频域数学模型,并通过设计一种改进PLL消除其输出误差对GSC的信号扰动影响。同时,设计一种准谐振控制器的自适应算法,并提出基于自适应准谐振控制器的DFIG-GSC功率振荡抑制策略,消除SSO对GSC的物理扰动影响;最后,通过搭建具有SSO模拟环境的DFIG实验平台,验证本文所提控制策略的有效性。

复合驱动并联机构的动力学建模与仿真分析

针对一种PUU-2PRRS 5自由度复合驱动并联机构的刚体动力学建模问题,采用拉格朗日法结合虚功原理建立刚体动力学模型并进行仿真分析。首先,在考虑存在次闭环的情况下,采用闭环矢量法对并联机构进行运动学分析,推导出机构各构件质心的线速度和角速度;其次,采用拉格朗日法结合虚功原理建立复合驱动并联机构的刚体动力学模型,为复合驱动并联机构驱动力的求解及后续动力学仿真分析奠定了基础;最后,基于MATLAB软件和ADAMS软件对该并联机构进行动力学仿真分析,在给定相同末端轨迹的情况下,对比两种软件得到的驱动力变化曲线,仿真结果验证了所建动力学模型的正确性。文中不仅为PUU-2PRRS 5自由度复合驱动并联机构控制系统的搭建打下了基础,也为其他复合驱动并联机构的动力学建模分析提供了理论依据。

具有快速再锁定特性的亚采样锁相环设计

相较于传统的电荷泵锁相环,亚采样锁相环以其优良的带内噪声抑制作用,近年来得到了关注和研究.但传统的亚采样锁相环由于其辅助锁频环路中三态鉴频鉴相器较长的固定死区,一旦受到干扰失锁后,需要较长的再锁定时间.针对这一问题,本文在传统的亚采样锁相环设计基础上,设计了一种低噪声、短死区的整数分频亚采样锁相环电路架构,其包含了核心亚采样环路、辅助锁频环路.在辅助锁频环路把输出信号频率锁定至预设频率附近后,环路切换至亚采样环路.亚采样环路通过亚采样鉴相器实现低频参考时钟对高频输出时钟的采样,并将参考时钟和输出时钟之间的相位差转化为输出电压差;该输出电压差控制亚采样电荷泵对环路滤波器充放电,调节输出时钟频率和相位.双环路之间的切换通过辅助锁频环路中的短死区鉴相器实现,这使锁相环既避免了长死区导致的长再锁定时间,也避免了分频器额外的带内噪声放大作用,在兼顾亚采样锁相环良好的带内噪声抑制性能的基础上,有效提高了电路的鲁棒性.本文基于180 nm 1P6M CMOS工艺,完成了800 MHz输出频率的整数分频亚采样锁相环的电路设计、版图绘制和后仿真验证.核心电路版图面积为0.114mm2,功耗为10.8 mW.仿真结果表明,所设计的亚采样锁相环相较于传统结构将再锁定时间降至1.18μs,同时带内相位噪声为-117dBc/Hz@200kHz,参考杂散为57.8 dBc-.

基于Hexverter的AC/AC系统交流不对称故障控制策略研究

六边形模块化多电平换流器(hexagonal modular multilevel converter,Hexverter)作为一种新型的AC/AC功率变换器,在未来海上风电场并网及低频输电技术中有着广阔的应用前景。为了解决Hexverter在电力系统不对称故障工况的稳定运行,文章首先对Hexverter的拓扑结构和工作原理简要介绍,并对其支路电流、支路功率进行分析。然后,研究其AC/AC系统交流侧不对称故障工况下的控制策略,基于理论推导部分得出的Hexverter六个支路间功率分布的规律(即不相邻的三个支路功率分别相等的特征),设计了子模块电容电压均衡控制方法,共包含两部分控制,分别为六个支路间子模块电容电压均衡控制和每个支路内部n个子模块电容电压之间的均衡控制。考虑到支路电流含有两侧交流系统不同频率成分,基于比例谐振控制器,提出了一种对支路电流直接进行控制的方法。最后,通过算例中稳态工况与故障工况研究分别对其工作原理和文中所提出的控制策略有效性进行验证。结果表明,在二次侧交流系统发生BC相短路故障期间,整个系统保持稳定运行,各个子模块电压始终保持均衡,仿真结果验证了文中所提控制策略的有效性。

CMOS毫米波低相噪级联双锁相环频率综合器设计

采用65 nm CMOS工艺,设计了一种低相噪级联双锁相环毫米波频率综合器。该频率综合器采用两级锁相环级联的结构,减轻了单级毫米波频率综合器带内和带外相位噪声受带宽的影响。时间数字转换器采用游标卡尺型结构,改善了PVT变化下时间数字转换器的量化线性度。数字环路滤波器采用自动环路增益控制技术来自适应调节环路带宽,以提高频率综合器的性能。振荡器采用噪声循环技术,减小了注入到谐振腔的噪声,进而改善了振荡器的相位噪声。后仿真结果表明,在1.2 V电源电压下,该频率综合器可输出的频率范围为22~26 GHz,在输出频率为24 GHz时,相位噪声为-104.8 dBc/Hz@1 MHz,功耗为46.8 mW。

电磁电动式磁悬浮装置的磁场分析和力特性研究

针对目前电磁式磁悬浮无法实现静止悬浮,为实现静止稳定磁悬浮的问题,提出旋转磁场电动式磁悬浮装置方案,该装置通过在初级绕组中通入三相交变电流产生圆周运动的交变磁场,与其在次级导体中感应出的涡流磁场相互作用产生悬浮力,能够在装置静止的条件下实现稳定的悬浮。为准确分析装置力特性,建立悬浮装置的多层分环电磁模型对磁场分布求解,并直接利用磁场分析所得的磁场分布结果求解次级悬浮力和水平转矩,给出磁悬浮装置的力特性与其参数的关系;建立有限元模型,分析得出了系统的磁场分布,电磁力等的分析结果;搭建了实验平台对永磁电动式系统的基本特性进行研究,主要是悬浮力和转矩的测试;利用有限元计算和样机实验验证了理论分析和计算结果。

轴向磁通悬浮感应电机的特性研究与实验

为实现静止稳定磁悬浮,采用轴向磁通悬浮感应电机(AFIMM)替代永磁磁轮悬浮方案。建立了轴向悬浮电机的三维有限元模型,对其磁场分布进行研究。采用分环计算法及多层行波磁场理论表面阻抗方法进行力的求解,得出了悬浮力、转矩与电流幅值、频率、转差率等参数之间的关系。通过实验,验证了理论分析的正确性。

柔性直流输电控制与交流系统次同步交互机理研究

该文针对柔性直流输电控制系统引起的次同步交互进行了研究,建立了直流换流站控制系统作为反馈环节的混联系统线性化模型,分析了与交流系统之间的次同步动态交互过程,揭示了对交流系统次同步振荡的影响机理,提出了适用于分析多机电力系统次同步稳定性的开环模式理论,得出当直流换流站控制子系统的开环模式与交流子系统的开环模式接近时,交直流闭环系统间将可能产生较强的次同步动态交互而引起交直流混联系统的次同步振荡。进一步地,基于开环模式理论给出了次同步振荡稳定性的判据,不仅能够简单准确地评估闭环系统的稳定裕量,还能够预测闭环混联系统的次同步振荡模式,为评估柔性直流输电控制系统对次同步振荡的影响提供了有效的方法。最后,以3机9节点电力系统为例,采用模式分析法和时域仿真法验证了上述结论的正确性。

串联补偿线路对光伏发电系统稳定性影响

通过建立含串联补偿线路的无穷大电源-单光伏变换器系统的小信号分析模型,借鉴复转矩系数法,分析了不同串补度情况下串联补偿线路对电流控制与直流电压控制的影响,发现随着串补度的提高,电流控制的阻尼随之削弱,而直流电压控制则不受影响,对此分别给出了相应的物理解释。考虑到锁相环引起的负阻尼效应,发现串联补偿线路可能造成光伏变换器发生不稳定现象。在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中搭建了详细的模型,并对仿真模型进行了模态分析,时域仿真结果和模态分析证实了文中所提观点。

多风电场–多机电力系统次同步振荡稳定性分析

多风电场–多机电力系统的互联模型是多输入多输出结构,该文将已有的单变量开环模式分析方法推广到多变量系统中,研究由多个风电场构成的子系统与多机电力系统之间的动态交互作用,从开环模式耦合条件的角度揭示多风电场–多机电力系统的次同步振荡机理。提出基于多维开环模式信息估计闭环模式的方法,并针对多风电场子系统的开环特性提出一种等价降阶的估计方法,最终形成多风电场–多机电力系统次同步振荡风险的评估体系。算例模型考虑了多个风电场的分散分布和风电场内风电机组的差异,分析了风电机组的数量、单机输出有功功率和风电场并网点对开环模式耦合的影响。非线性仿真结果验证了该文所提方法和分析结论的正确性。

高灵敏度微小卫星可变带宽接收机设计

针对微小卫星发射功率低、天线增益小的特点对星载测控应答机提出的高接收灵敏度及高动态范围要求,研究卫星接收机的实现方法.提出一种基于正交欠采样技术及全数字载波恢复环的可变带宽卫星接收机结构.在全数字载波恢复环的实现中,通过相干自动增益控制(AGC)来控制环路带宽,使得在高信噪比下的环路带宽增大,从而获得更佳的跟踪性能;在低信噪比下,降低环路带宽使得接收机有更高的接收灵敏度.经实验测试可知,在250Hz环路带宽下,接收灵敏度为-144dBm,动态范围达到80dB以上.

基于PMU数据频谱辨识次同步振荡的研究

为解决风电场与电网间发生的次同步振荡现象,保证风电场与电网的稳定运行,经研究发现,利用现有的同步相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)监测次同步谐波是解决次同步振荡问题的有效途径。文中以新疆哈密某风电场为例,首先通过PMU记录的电流幅值数据频谱分析次同步振荡产生的主要频段,接着对次同步谐波分量产生机理进行分析以及锁相环节进行仿真验证。结果表明,PMU数据频谱分析得出的振荡频段与锁相环节仿真验证结果相吻合,从而验证了该方法的有效性。该研究结果可为风电场次同步振荡的理论研究和工程实际提供参考依据。

HEVC分像素插值与自适应环路滤波融合结构设计

在高效率视频编码(HEVC)的解码过程中,分像素插值和自适应环路滤波(ALF)是计算密集度最高的2个环节.针对传统的滤波器设计方法学在硬件资源优化方面存在的不足,提出一种HEVC分像素插值与ALF融合的滤波结构设计.通过分析传统滤波结构及其相应算法,利用改进的ALF结构处理分像素插值的垂直滤波运算,简化了分像素插值结构并降低了整体硬件开销.实验结果表明,该设计可满足HEVC标准HDTV 1080p(1920×1080@30fps)分辨率视频解码的实时性要求,同时其电路总面积在传统设计方案的基础上减少了28%.

基于CORDIC算法的微小卫星接收机设计及实现

针对微小卫星测控应答机的体积、重量及其功能灵活性,研究了接收机载波恢复环的实现方法.在分析已有载波恢复方法的基础上,采用正交欠采样技术,提出了一种基于CORDIC算法的全数字载波恢复环接收机结构.该结构省略了复数混频器中4个计算量非常大的乘法器和直接数字频率合成中的大查找表,大大节省了计算复杂度和硬件资源.利用Matlab系统仿真和ModelSim硬件描述语言仿真验证了方案的可行性.并在一块FPGA上综合了载波恢复环的VHDL设计代码,需要的逻辑资源仅为3.6%,最大工作频率可达226 MHz.整个设计方法可应用到其他可重构的接收机设计中.

基于螺旋理论的Delta并联机器人自由度分析

螺旋理论以其几何概念清楚,物理意义明确,表达形式简单等优势,常被用于分析机构的自由度。按照传统的G-K(Grubler-Kutzbach)公式,能较容易地计算出串联机构的自由度,而对于一些特殊机构,尤其是含有闭环子链的复杂并联机构,往往无法便捷、正确地求解其自由度。为解决以上问题,以一种拓扑结构为[3-R(4S)&1-RUPU]+R型的Delta并联机器人为研究对象,对其4S闭环子链进行了等效运动副螺旋系的求解,并判别了机构的局部自由度以及公共约束;利用修正的G-K公式,分别对原机构和等效后的机构进行了自由度的验证。结果表明:两种情形下的自由度数均为4,且自由度的性质为3平移1旋转,与实际设计相符。

基于选择性定频积分逼近调制策略的MMC子模块不对称运行控制方法

针对模块化多电平变换器子模块不对称运行问题,提出了一种基于选择性定频积分逼近的PWM调制策略。变换器由于元件损坏或参数差异会出现子模块电容电压失衡的不对称运行状态,周期性地监测子模块电容电压和桥臂电流方向,改变PWM驱动信号与实际开关管驱动的映射关系,使系统由不平衡运行状态回到平衡运行状态。此外,该调制策略有效减少了开关管驱动的窄脉冲、降低了开关损耗。仿真和实验验证了所提方法的有效性。

基于预搜索的高效双目分形视频编码

设计了基于预搜索的高效双目分形视频编码,并成功应用于立体视频编码之中。对基本分形双目视频编码进行了改进。利用了树状划分准则,起始帧采用块离散余弦变换(DCT)编码,简化了块搜索范围并提前减少了重复运算。在双目立体视频编码中,以左通道为基本层,采用单独的运动补偿预测(MCP)方式进行编码,充分利用了预搜索限制条件、改进的非对称十字形多层次六边形格点搜索算法、去方块环路滤波和分数像素块匹配算法;以右通道为增强层,采用MCP加视差补偿预测(DCP)方式进行编码,选择误差最小的匹配块作为预测结果。在进行DCP编码时,充分利用视差分布约束条件,提出了快速的视差估计算法。实验结果表明,提出的编码方法在保证一定的峰值信噪比(PSNR)前提下,平均压缩时间是基本分形双目视频编码的18%～23%,压缩比提高了15.13～47.49,显著地改善了基本分形视频压缩算法的性能,使分形视频压缩的应用具有更大的灵活性和实用性。

激光衍射法测量粒子群窄分布反演优化算法

针对激光衍射法中粒子群窄分布反演普遍存在峰位粒径定位不准及峰值偏差较大的问题,提出了一种适合粒子群窄分布的二次分环反演遗传优化算法.大量数值模拟计算结果表明:应用优化算法反演的粒度分布曲线与实际粒度分布曲线的一致性得到显著提高,在1～140μm量程内,粒子群窄分布的峰值粒径定位准确,与实际值相比差值小于1μm,且峰值的精度得到大幅提高,相对误差减小到10%左右.

液态铅铋回路设计研制与材料腐蚀实验初步研究

铅铋合金共晶体是加速器驱动次临界系统(ADS)重要的散裂靶材料和冷却剂候选材料,也是先进快中子堆的重要冷却剂材料,液态铅铋回路是开展液态铅铋合金相关技术研究的必备实验平台。FDS团队正在设计研制KYLIN系列铅铋实验回路,本文基于中国首座热对流铅铋回路KYLIN-Ⅰ开展了马氏体钢T92、CLAM和奥氏体钢316L在480℃下,流速为0.14 m/s的饱和氧浓度铅铋中的腐蚀实验研究。初步实验结果显示,三种实验材料均发生氧化腐蚀。

济阳坳陷古近纪软沉积变形层中的环状层理及成因

主要通过钻井岩心观察和岩石薄片鉴定等手段对渤海湾盆地济阳坳陷古近纪环状层理进行研究。研究结果表明,济阳坳陷古近纪软沉积物变形层中的环状层理类型多样,形态复杂,计有光滑圆环状及蝌蚪状带“小尾巴”的环状层理、马尾丝或串珠状不规则环圈的环状层理、与阶梯状微断裂伴生的环状层理、链条状环状层理群、纺锤型环状层理群和中心为“飞石”环圈较光滑的环状层理等6种。综合分析认为震动塌落、震动拉伸变形、地震断裂面的摩擦作用、氧化还原反应和扩散作用是环状层理的主要成因,前三种成因的环状层理往往与其他震成构造伴生,可作为震积岩的良好标志。环状层理的其他成因还包括:地震波传播方式的影响、地球自转产生的涡旋的影响、“滚雪球”效应、间歇胶结作用以及生物成因等。研究环状层理必须综合考虑构造位置、应力条件、沉积环境,沉积特征、围岩条件等因素的影响和控制作用。