基于限流电抗器电压的直流配电网单端量保护

直流配电网故障特性复杂,故障电流上升速度快且峰值大,快速、灵敏的故障识别与线路保护是保障直流配电网安全运行的关键技术之一。为此,针对增设限流电抗器的直流配电网,提出一种利用限流电抗器电压实现高灵敏故障识别的直流配电网单端量保护方案。首先,通过分析含限流电抗器的直流配电网故障特性,明确区内、区外故障时限流电抗器电压的特征差异。其次,研究限流电抗器对故障特性及直流保护的影响机制,提出虚拟补偿策略以增强故障识别的灵敏性。在此基础上,根据线路电压变化率设计保护启动判据,提出基于虚拟补偿的故障识别判据和故障选极判据,并给出完整的保护方案流程。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台进行大量的仿真测试,结果表明所提保护方案能够实现对直流故障的快速准确判断,无需通信支持,且对过渡电阻、噪声及负荷波动具有较强的耐受能力。

干式空心电抗器匝间过电压绝缘检测实验虚拟仿真教学系统设计与开发

针对学生在干式空心电抗器匝间过电压绝缘检测实验教学过程中存在的危险性大、成本高、消耗高、特高压等问题,应用虚拟仿真技术,通过视景建模与仿真运行,高度还原变电站营运环境,设计和开发了干式空心电抗器匝间过电压绝缘检测实验虚拟仿真教学系统,包含实验仿真、实验考评以及实验服务。教学系统采取虚实结合的方式,推进现代信息技术融入特高压实验教学,激发学生的实验兴趣,取得了良好的教学效果,实现学生工程实践、问题分析、科学研究等能力的提升,对培养学生的创新意识和科研能力发挥重要作用。

数值反应堆多物理耦合关键技术

随着计算机的快速发展和超算的应用,开展反应堆多物理、多尺度、多过程耦合成为可能.数值反应堆通过构建一个虚拟堆,在其上开展多物理过程研究,把过去孤立的过程耦合起来,去掉各种简化和近似,向高保真、精密计算逼近.研究手段由实验驱动、工程导向,向科学数值模拟转变.通过调研美国的CASL(The Consortium for Advanced Simulation of Light Water Reactors)计划和欧洲的NURESAFE(Nuclear Reactor Safety Simulation Platform)计划,结合近年核能开发中面临的挑战问题,包括软件自主化中的一些关键技术,提出在国内开展数值反应堆工程的建议设想,供业内专家学者共同探讨.

数值反应堆及CVR1.0研究进展

数值反应堆是基于先进耦合建模技术、大规模并行计算技术、先进的验证与确认(V&V)等技术,建立在超级计算机上,可实现实际反应堆各种物理过程高精细模拟预测的复杂软件系统。它是实际反应堆“外在”和“内在”的镜像,是先进的核反应堆设计优化、高效运行、事故预测和应急以及新材料研发等的试验验证平台。本文在简略综述国内外典型数值反应堆研究成果的基础上,描述了本课题组近期开发的数值反应堆核心软件组成体系,分析了数值反应堆对计算资源和存储资源的需求,并介绍了目前正在开展的中国数值反应堆原型系统(CVR1.0)的研究进展。进展主要包括:两相子通道热工水力模拟软件、单相CFD热工水力模拟软件、多尺度材料辐照损伤模拟软件、直接3D中子输运特征线法模拟软件,以及这些软件与欧美CASL、NEAMS、RPV等相关软件的对比和在神威、曙光等超级计算机上的测试结果。

数值反应堆原型系统开发及示范应用研究进展

数值反应堆是当前核反应堆工程与技术领域国内外研发热点之一。本文介绍了国家重点研发计划“数值反应堆原型系统开发及示范应用”重点专项总体研发进展,包括数值反应堆原型系统CVR1.0、核心软件开发与验证、多物理耦合进展,以及数值反应堆原型系统初步示范应用。

基于LabVIEW的磁控电抗器测试系统

为了实现对磁控电抗器控制与工作回路电压和电流的监控,以验证磁控电抗器的可靠性及性能,提出了一种基于虚拟仪器技术的软件检测系统设计方案。该系统以NI USB-6210数据采集板卡为硬件平台,采用了LabVIEW和Matlab混合编程的方法,充分利用了LabVIEW友好的图形化人机界面和PC机强大的数据处理能力的优势,通过Matlab Script节点法、后台分析、报表设计、数据库存储,实现了对采集数据及波形的分析,以形成操作简单方便、测试精度高、功能完善的测试及分析平台,进而为磁控电抗器的设计、监控和性能分析提供了依据。系统测试结果表明,该方案在缩短测试系统开发周期的同时实现了对设备实时(毫秒级别)的检测。

连续搅拌反应釜机理建模与开放式虚拟仿真系统开发

以一类常见的化学反应器——连续搅拌反应釜(CSTR)为虚拟仿真对象,提出一种基于化学反应器装置机理模型的开放式虚拟仿真系统开发方法。首先,使用机理分析法建立数学模型;然后,在LabVIEW软件中构建工艺流程界面,并基于四阶龙格-库塔法编制虚拟仿真程序;进一步,利用共享变量引擎将虚拟装置数据发布到OPC Server中,使虚拟系统具有良好的开放性。以Matlab软件为例,说明了共享数据的调用过程。该虚拟仿真系统不但能够较好地模拟CSTR的工艺特性,而且其数据的开放性有助于学生自行设计控制方案、自主开展创新性实验研究。

状态变量部分不可测的间歇反应器的智能建模

提出一种智能化的神经网络建模方法,建立状态变量部分不可测的间歇反应器模型。针对间歇反应是一个非线性、非稳态过程,根据化学反应的非线性分离特性,采用结构逼近式神经网络构建模型的拓扑结构。利用反应的先验知识优化网络结构,赋予网络节点实际的物理意义,并完善网络训练过程,使建模过程灰箱化;通过假想教师-人工免疫训练算法,解决不可测变量影响常规网络训练的问题;通过并行优化假想教师和网络权值,提高建模精度。以实际橡胶硫化促进剂制备的间歇缩合反应过程为实验对象,详细论述了建模和网络训练的过程,证明了方法的有效性。

化学工程中的介尺度科学与虚拟过程工程:分析与展望

传统的过程工程研发具有周期长、风险大、费用高等特点,制约了过程工业的快速发展。解决这一问题应从介尺度科学和虚拟过程工程两方面入手。首先,这一问题的科学根源在于化学和过程工程中的多尺度和多层次结构;而介尺度作为其中的难点和瓶颈,目前的认识还比较有限。认识和理解介尺度复杂性对研究材料的构效关系、反应器混合与传递、系统集成等具有重要意义。只有实现了流动、传递和反应在介尺度的耦合,才能够准确理解、预测和调控多相反应器中的多尺度结构。另一方面,基于介尺度科学的虚拟过程工程将成为一种全新的过程研发模式,不仅可以大幅度缩短过程放大周期,也使产品精细化成为可能。虚拟过程工程是连接介尺度科学与新技术新工艺开发的桥梁,它是一种实体化、功能化的开发和分析工具及知识库,将实验室成果快速应用于过程开发,将大幅提升我国过程工业对核心技术的研发能力。传统的理论和超级计算尚不足以支撑虚拟过程工程,而介尺度科学则为虚拟过程工程带来前所未有的发展机遇。虚拟过程工程涉及多学科交叉,不仅是模拟计算人员的任务,也是实验室和过程研发人员共同的责任;它甚至在未来可以与云计算相结合,使过程工程进入大数据时代。

池式快堆主容器地震响应分析

试图对池式快堆结构作较大简化，使计算简图既能反应堆结构的动力特性，又能使计算简便可行。从而把一个复杂的结构用一个简单的弹簧-质量体系来近似地等效代替。引入容器的变形假设和确定的液动压力假设，应用虚位移原理可获得体系在水平地震作用下的运动方程，而后考察其地震动响应。

虚拟设计在过程设备设计中的应用

简述了目前化学工业和过程设备设计发展的现状,指出传统设计方法的局限性,由此引入了虚拟设计这种全新的设计模式。结合过程设备设计的特点,对虚拟设计的概念、优势和一般方法作了详细的说明。最后以旋流反应器的设计为例,研究其内部的流场特性,为设备结构的合理化提供理论依据。展示了虚拟设计方法在具体的设备设计中的应用。

采用虚拟场景技术的高温气冷堆仿真系统研究

仿真系统对10 MW高温气冷堆的堆芯、主回路系统和蒸汽发生器等部件进行分析计算,模拟稳态和瞬态过程。采用虚拟场景技术,按高温气冷堆的实际结构建立三维虚拟场景,用户可在虚拟场景中漫游观测,实时查看仿真计算状态;同时可对仿真数据结果进行分析并以二维、三维图形显示。该仿真系统不仅对高温气冷堆的工程设计、安全分析和人员培训有重要作用,且可以对HTR-10主控室的操作人员进行现场支持及各项研究提供帮助。

直接三维中子输运特征线法并行计算软件的实现

作为中子输运问题的一种重要确定论方法,特征线法(MOC)具有强几何适应性、计算流程简洁、易于大规模并行的优点。ANT-MOC是自主开发的中国数值反应堆1.0(CVR1.0)中的三维特征线法中子输运计算程序,主要用于压水堆、快堆的堆芯输运计算。ANT-MOC支持基于构造实体几何(CSG)的复杂几何建模、高效的用户输入方式、面向矩形/六边形网格的射线追踪算法,以及基于轨迹链分解的并行算法和负载平衡策略。在国产超算上,ANT-MOC可以扩展到约10万处理器核,并行效率在50%以上。针对压水堆、快堆计算问题进行验证和参数敏感性分析,结果表明ANT-MOC计算结果具有较好的稳定性和准确度。

数值堆结构力学高精细模拟的并行实现和优化技术

反应堆结构力学模拟是对堆芯组件的静动态形变位移和受力进行分析,以保证堆芯安全、稳定运行。不同于传统的结构力学模拟,本文结合异构超级计算机上的AMD GPU体系架构进行高精细大规模模拟。在数学物理模型方面使用有限元分析方法,通过充分利用反应堆组件的同构性,对单根组件或局部组件的网格数据进行坐标空间变换,自动生成全堆芯结构大规模网格文件,实现全堆芯百亿网格的剖分。采用共轭梯度法对具有正定特征的大规模稀疏刚度矩阵线性方程组进行高效数值求解,实现精细化分析获知全堆芯组件的应力应变空间分布状态。另外,采用数据预取和数据对齐的并行优化方法,使求解器计算性能提高了30%以上。模拟结果展示了该方法的可行性和正确性,并在计算核心数从9504扩展至615168时,对具有102亿网格规模的中国实验快堆(CEFR)全堆芯静力学问题进行计算,并行弱可扩展性达到53%。

池式快增殖堆主容器的动力特性研究

本文对池式快增殖反应堆进行较大简化，使计算简图既能反映结构的动力特性，又能使计算简便易行。文中将一个复杂的结构以一个简单的质量一弹簧体系来近似地等效代替，并引入容器的变形假设和确定的液动压力假设，应用虚位移原理建立体系在水平地震动作用下的运动方程，而后考察其动力特性。

LabVIEW在高温气冷堆燃料装卸计数系统中的应用

用即测即用的数据采集技术(DAQ)技术同步采集10MW高温气冷堆燃料装卸计数系统的多路现场信号,在LabVIEW平台上开发计数软件。该计数虚拟仪器功能灵活、界面友好,能给出准确的过球计数。

虚拟装配技术及其在中国快堆技术中的应用展望

阐述虚拟装配技术的主要研究内容和现状,指出该技术的关键内容并分别进行分析。针对中国快堆技术发展中的机械设备装配现状,分析虚拟装配技术在快堆技术中应用的重要意义,提出了该技术在快堆技术应用中的发展目标。

《反应器操作与控制》学习情境创设的研究

以学院实训平台(仿真软件、煤制甲醇仿真工厂)为载体,配合以企业岗位工作过程为导向开发的项目化课程,开发能让学生有代入感的虚拟教学情境。通过相对真实的化工企业工艺操作岗位及中控室的模拟,让学生完成DCS操作与控制、反应器岗位操作、反应器初步设计等实际操作控制、优化及选型设计,充分调动学生的积极主动性,提高学生的操作技能及职业素质。

真空断路器开断35kV并联电抗器的三相建模仿真与过电压抑制研究

为探究真空断路器开断35 kV并联电抗器时过电压产生机理和改进现有仿真模型的不足,笔者简单综述了真空断路器开断感性小电流的仿真研究现状,基于ATP-EMTP电磁暂态仿真软件,利用Fortran语言在MODELS模块中编写控制程序,建立40.5 kV真空断路器开断时电弧重燃三相模型,搭建了真空断路器开断35 kV并联电抗器三相仿真电路并考虑了断路器、三芯电缆三相间的寄生参数。在研究回路无任何保护情况下,断路器负载侧相间电压达到235 kV(7.1 p.u.),对地电压达到145 kV(4.4 p.u.)。仿真结果表明:三相多次重燃和"虚拟截流"现象是此类事故的主要原因。最后提出几点抑制开断并联电抗器时产生过电压的措施。

765kV并联电抗器虚拟装配过程仿真的研究

以3DVIA Composer和DELMIA软件为平台,对大型电抗器现场装配过程仿真进行了研究。以765kV电抗器产品现场安装过程为研究对象,阐述了虚拟装配技术在现场安装过程的意义。