一流课程建设背景下勘探地震学课程教学改革探索与实践

高等教育是支撑、推动和引领国家现代化发展的重要力量,课程建设是高等教育发展的源泉,在以落实立德树人为根本任务,全面开展一流本科课程建设的背景下,开展教育教学改革是优化课程的重要驱动力。勘探地震学课程,从分析传统教学的局限性出发,提出“一引领,三结合,主体性,一体化”的教学改革理念,建设优质丰富的课程资源,实施“四维、六化、全程性评价”的创新改革举措,进行系统的教学模式改革,打造优质课程,培养复合型、高素质、创新性专门人才。该文为相关专业课程进行教学改革提供参考,对进行高质量课程建设具有一定的指导意义。

地学类“测量学”虚拟仿真实践教学体系建设探讨

在高等教育信息化建设背景下,基于虚拟仿真技术的地学类“测量学”实践教学体系有待完善。综合测绘新技术,融合地学类专业的差异,分别设计了技术基础模块、设计与综合模块和创新模块等模块;并在此基础上探讨了实践教学方法、教学管理、实践教学评价和实践教学保障等内容,进而形成了具有地学特色的“测量学”虚拟仿真实践教学体系。该实践教学体系以学生为中心,为不同专业学生提供多项选择,培养学生的实践能力及复杂工程能力,进而提升大地学专业学生的综合创新能力。

单点锁紧装置后基座模块化更换虚拟建造分析

针对FPSO单点系泊系统锁紧装置插板和局部结构因反复焊修导致的焊接裂纹问题,提出一种模块化更换方案,以提高焊接质量、结构可靠性和现场施工效率。采用模块化更换方法,通过热弹塑性数值模拟评估单点锁紧装置后基座更换过程中的焊接变形,优化焊接顺序和坡口设计,以控制焊接过程中的变形和残余应力。同时,考虑模块边界设计和不同模块类型的特殊需求,以适应FPSO单点舱复杂结构的多样性。模拟结果显示,优化后的模块化更换方案实现了焊接变形的最小化,有效控制了焊接变形,保证了后基座模块化更换的装配精度,确保了与安装平面误差在可控范围内。模块化更换方案是一种有效的解决FPSO单点锁紧装置插板和局部结构焊接裂纹问题的方法,为后续相关在线维修或坞修提供参考。

基于数字孪生的模块化生产系统实践教学平台设计与实现

该文将数字孪生技术应用于模块化生产系统(modular production system,MPS)的智能化改造中,构建了基于数字孪生的MPS实践教学平台。依托监控系统和虚实交互等关键技术,增加了MPS数字孪生体的虚拟建模、虚实联调和PLC程序软件在环/硬件在环调试等实训环节;验证了MPS实践教学平台设计方案的可行性;制定了新的教学框架及详细的实训内容和考核方案。最后,将实训内容与大学生竞赛相结合,提高了学生对智能制造、工业生产的认知能力和实践动手能力。

海上风电场经柔直送出系统的虚拟导纳中频振荡抑制策略

随着柔性直流输电技术在远海风电的广泛应用,海上换流站接入远海风电场时出现了中频振荡现象,严重危害系统安全稳定运行。为此,提出了一种基于虚拟导纳的中频振荡抑制策略。首先,采用模块化状态空间法建立了海上风电场经柔直送出系统的小信号模型。然后,采用参与因子分析方法揭示了影响中频振荡的关键因素,并分析了各关键因素对中频振荡的影响特性。在此基础上,提出在柔直控制系统中添加虚拟导纳的阻尼控制策略,并基于阻尼控制器对中频、LCL振荡的差异影响划分了控制器参数的稳定域。最后,在Matlab/Simulink中搭建时域仿真模型。结果表明,所提策略在系统不同运行工况下均可有效抑制中频振荡,提高了系统稳定性。

考虑可再生能源接入的多端MMC交直流混合系统协调控制

模块化多电平变换器的零转动惯量特性,使其无法对交流电网的频率波动提供支撑,导致交直流混合系统的整体惯性下降,影响并网系统的动态性能与稳定性。文章将改进功率-电压下垂控制与虚拟同步机技术相结合,提出一种新型功率协调控制策略。在系统直流电压稳定的情况下,对交流电网进行频率调节,同时对各变换器间的功率进行合理分配,无需通讯系统即可建立有效的能量管理体系。与传统双闭环控制进行对比试验,结果表明,所提控制策略有效解决了系统由低惯量、欠阻尼引起的动态性能与稳定性的问题。

基于项目与竞赛驱动式模块化单片机教学的研究

在新工科背景下,结合疫情形势的严峻性,利用信息技术与教育教学的深度融合,提出一种新工科背景下结合虚拟仿真软件的基于项目与竞赛驱动式模块化教学的研究。结合传统单片机教学存在的问题,通过四大改革举措,提出将一种课堂教学转变为“理论+案例+仿真+竞赛”的四位一体的教学新形式。

基于虚拟阻抗的模块化直流电源并联均流控制研究

直流电源各模块之间的参数存在差异,导致模块化直流电源并联运行时存在环流问题。为解决该问题,研究了基于虚拟阻抗的模块化直流电源并联均流控制。文章在模块化直流电源并联运行过程中检测模块间环流,设计一种纯阻性的虚拟阻抗,并加入直流电源并联系统控制结构。通过调整虚拟阻抗来抑制并联电源模块间环流,实现模块化直流电源并联均流控制。实验结果表明,设计方法下各并联直流电源模块之间负载电流的最大偏差仅0.58 A,可以实现良好的均流控制。

含主动限流控制的MMC-HVDC电网直流短路故障电流解析计算

传统的MMC-HVDC电网直流短路故障电流计算一般采用等效RLC电路方法。但是该方法没有考虑主动限流控制(ACLC)对等效电路RLC参数的影响,因此无法直接用于含ACLC的MMC-HVDC电网的直流短路故障电流的解析计算问题。该文通过将ACLC的控制效果等效为虚拟阻抗产生的压降,建立了体现ACLC的控制影响的等效RLC电路,以包含电流变化率限流环节的典型ACLC算法为例,推导了直流双极短路故障条件下ACLC的控制参数与虚拟阻抗的映射关系以及相应的直流故障电流解析表达式。最后,以基于含ACLC的半桥型四端MMC-HVDC电网为例,建立PSCAD/EMTDC仿真模型,对采用ACLC的直流双极短路故障电流解析计算结果进行了验证。结果表明:故障后10ms内直流短路故障电流的PSCAD仿真结果与所提出的含ACLC的等效RLC电路解析计算结果的平均误差在8.29%以内,最大误差在10.99%。因此,使用所提出的方法具有工程实用性。

基于虚拟电容的构网型MMC快速平滑切换策略

为减小构网型模块化多电平换流器黑启动完成后的并网瞬间冲击,提出一种综合考虑并网点电压的幅值、频率及相位的最优并网控制策略。通过实时检测并网两端的电压幅值、频率及相位,达到阈值后开始并网。同时,针对该策略同步时间过长的问题,提出一种基于虚拟电容的构网型模块化多电平换流器快速并网切换控制策略,在控制环节引入虚拟电容快速调节构网型模块化多电平换流器的电压相位,节省储能型模块化多电平换流器的备用容量。最后,通过搭建硬件在环测试平台验证最优并网控制和快速并网切换控制策略的有效性和正确性。

Virtual Instrument System for Teaching Lab

Virtual Instruments, which have the most brilliant prospect in the domain of instruments, are the combination of the computers and traditional instruments. According to the constructions and the characters of the Teaching Lab Instruments, the paper introduces the principle and design of Virtual Instrument System. Meanwhile, a practical application is indicated.

电能路由器交流侧模块化变流器分布式一致性协同控制

针对电能路由器交流侧模块化变流器的协同控制,以及孤岛运行模式下提高系统频率稳定性的需求,提出基于虚拟同步机算法的电能路由器交流侧变流器本地控制策略,以及基于一致性算法的变流器分布式二次控制策略,实现了系统频率与电压的二次控制以及有功、无功功率按比例分配控制。所提分布式一致性协同控制策略结合了多智能体理论,只需建立稀疏通信网络完成相邻分布式发电单元的信息交互,系统灵活性高、冗余性好,可做到变流器模块即插即用,不受线路阻抗因素干扰,改进变流器的功率分配精度。最后,结合半实物实时仿真机和DSP控制板搭建了三电平变流器的半实物实验平台,实验结果验证了所提控制策略的有效性。

高浓度污水处理虚拟仿真实验的建设与实践

针对污水处理实验教学过程中遇到的问题,以高浓度污水处理为对象,建设了高浓度污水处理虚拟仿真实验。仿真实验以Visual Studio工具进行程序开发,按工程基础知识、虚拟仿真实训操作、综合设计型仿真操作三个层次,构建了“絮凝沉淀、UASB-AF、SBR、厌氧-缺氧-接触氧化、膜工艺”等模块化处理工艺,有助于学生对知识的融会贯通,做到理论联系实际,有利于学生综合能力的培养,满足不同层次、不同类型学生的需求,目前教学效果良好。

开放式相控阵概念与系统架构

该文首次全面系统地阐述开放式相控阵的具体概念内涵和系统架构,开放式相控阵具有资源虚拟化、应用软件化和硬件积木化特征,能够适应当前和未来不断变化的作战任务、工作环境、适装平台等需求,将成为下一代相控阵系统发展的主流,在探测、通信、电子战等方向具有广阔的应用前景。该文详细阐述了开放式相控阵的发展需求、发展历程及其具体概念内涵,系统描述了开放式相控阵系统层次化架构,从硬件层、资源层、应用层等方面对开放式相控阵设计理念、设计方法进行了全面介绍,重点介绍了开放式相控阵的核心特征,资源虚拟化和处理流程重构,提出支撑开放式相控阵实现的核心技术,探索引领新一代射频系统形态发展。

模块化决策森林的区块链交易欺诈检测模型

区块链技术广泛应用于数字资产和电子交易等行业,因此出现很多欺诈行为。为了有效控制比特币交易欺诈损失,现有欺诈检测方式主要有学习模型预测和规则匹配等,但该方式存在预测精确率不够高和欺诈者容易绕过规则的问题。针对上述问题,采用改进的去噪稀疏自编码器,以降低虚拟货币交易数据特征维度,继而结合“分而治之”的方法,提出模块化决策森林模型。模块化决策森林是基于峰值密度快速模糊聚类将数据分解为多组小数据,每组数据都将由一个决策树学习。根据隶属度确定模糊边界,边界模糊样本将添加一组决策树进行学习。对于分类难度仍较大的样本采用多次划分的策略,由父决策树与多个子决策树共同学习。在实验验证部分,分别采用数字图像数据集Optdigits、虚拟货币交易数据集Elliptic和Ethereum,验证模块化决策森林模型的性能,并与图神经网络、逻辑回归、随机森林等模型进行对比。实验结果表明,该模块化决策森林模型在精确率、召回率、F1-score均有大幅度提升。

基于虚拟同步发电机的固态变压器交流端口柔性控制策略研究

固态变压器(solid state transformer, SST)能实现传统电力变压器的变压、隔离作用,还可实现灵活的电能调控作用,但不具备传统同步发电机的机械特性及同步运行机制。当分布式电源经SST接入电网时,由于其出力的随机性和波动性,将对上级电网造成冲击,导致电网电压/频率波动。提出一种基于虚拟同步发电机的SST交流端口控制策略。首先,建立模块化多电平型输入级和同步发电机等效模型,将虚拟同步发电机原理融入输入级控制策略,以提高SST并网端口的电能质量、惯性及阻尼特性,并使其具备参与电网调频、调压能力。其次,提出储能装置辅助调频控制,保障SST参与一次调频时低压系统负载功率消耗平衡。最后,确立了输出级虚拟同步发电机控制策略,以提高低压交流端口负荷功率响应特性,实现SST对上级电网的友好性。在Matlab/Simulink平台搭建仿真模型,验证了所提SST拓扑结构及其控制策略的正确性和有效性。

基于DenseNet与声学层析成像的温度场高分辨率重建

提出一种虚拟观测结合密集连接网络(DenseNet)的两阶段声学层析成像温度场高分辨率重建算法。以总体最小二乘为目标,采用虚拟观测法对超声飞行时间(TOF)进行重建,得到粗网格下的温度分布;然后利用搭建的DenseNet预测细化网格的温度分布信息,采用双输入模型,同时利用模块化输出方法对典型的温度场模型进行数值仿真。结果表明:该算法的重建质量和抗噪性均优于常用的虚拟观测方法、Landweber迭代法、Tikhonov算法及代数重建(ART)方法。

基于潮流追踪模块度的虚拟微电网分区规划

虚拟微电网是一种向着智能化方向升级传统配电网的新方法,现有的虚拟微电网分区研究大部分聚焦于自身拓扑结构,同时,分区过程较为独立且对于虚拟微电网安全性的考虑不足,更为合理的虚拟微电网分区方法对于提高系统稳定性有着巨大的意义。文中首先提出了虚拟微电网的双层分区规划框架,在分区规划与可控分布式电源配置同时进行的基础上,协调故障情况下的可削减负荷与可控分布式电源。随后,建立基于潮流追踪的模块度指标,该指标作为上层模型的主要目标函数的同时,还可以在一定程度上评估各分区的能源利用率。接着,在满足各类约束的基础上建立了与双层框架相对应的上层与下层数学模型。最后,在IEEE 33节点模型中对8种分区方案进行层层优化筛选,得到了两种在上下层模型中目标函数最优的方案,二者在区域内能源利用率和用户负荷削减体验方面各有优劣,验证了所提方法的正确性与有效性。

适用于少子模块混合型MMC直流故障穿越的均压调制策略

针对混合型模块化多电平换流器(HMMC)在中低压场景子模块个数受限以及直流故障穿越期间的电容电压平衡问题,提出适用于少子模块HMMC直流故障穿越的调制技术以及直流故障穿越期间的电容电压平衡控制方法。从虚拟半桥子模块角度对全桥子模块拓扑进行解耦,统一HMMC的内部拓扑。基于虚拟调制改进载波移相脉宽调制方法,提出适用于HMMC多工况运行模式切换的混合调制技术。进一步考虑直流故障穿越期间的子模块电容电压平衡需求,基于优化子模块充、放电能量分布的思想,重构脉冲映射关系,提出分层脉冲自适应平衡控制方法。仿真结果表明,所提策略实现了少子模块HMMC直流故障穿越,并有效保障了直流故障穿越过程中子模块的动态电容电压平衡。

基于Unity3D的模块钻机三维设计系统

模块钻机是海洋油气生产中的重要设备,通常其设计要经历确定参数、画总图、建立模型、调整参数、重绘总图、重建模型等复杂的迭代设计步骤。该文使用C#语言基于Unity3D虚拟现实引擎开发了一套海上模块钻机三维设计系统,实现了快速设计模块钻机,并且可与常用办公软件和海洋工程主流结构设计软件SACS形成接口,通过提取SACS模型的材料信息与重量控制算法可快速计算出质量控制报告结果,批量更新并导出标准设计文件,极大地减轻了设计人员的工作量。最后使用此系统复现了陆丰14-4模块钻机项目,结果验证了系统的准确性与实用性。