微波功率GaAsMESFET小信号等效电路的研究

提出了计算功率 Ga As MESFET小信号模型参数的一些改进方法 ,包括计算 Hesse矩阵本征值和本征向量 ,确定各元件对总误差的敏感度、目标函数的优化顺序和优化方向 ,以及稳定的计算方法 ,计算结果与器件的测量值吻合。

基于功率微分项的双VSG有功功率振荡抑制策略

针对虚拟同步发电机(VSG)双机并联运行时产生的有功功率振荡问题,通过建立双VSG系统的小信号模型,分析了有功功率振荡产生的机理,提出一种基于改进虚拟阻抗的瞬态功率均分策略和一种基于功率微分项的自适应惯量和阻尼的功率振荡抑制策略,将有功功率微分项与角加速度结合起来实现惯量的自适应调节,同时将有功功率微分项引入阻尼控制环节以替代传统的阻尼项,实现阻尼的自适应调节。所提出的策略可以使动态时VSG之间的角频率差更快速地趋近于零,从而减小有功功率振荡的超调,改善频率动态响应性能。搭建了VSG并联的仿真模型,仿真结果表明:所提改进控制策略可以使瞬态时实现有功均分,使动态时的有功功率振荡超调减小41%,振荡过程减小了1秒。

一种高效星载功率调节与配电单元设计与实现

文章结合深空探测供配电分系统任务特点,提出功率调节、配电、火工控制等多功能模块轻小型一体化设计的必要性。介绍了国外功率调节与配电单元的研究现状、国产功率调节与配电单元研制的意义,功率调节与配电单元组成及功能设计,并通过多母线融合设计、多路放电均流设计、单元集成化设计等关键技术,解决了深空探测器高可靠轻小型化功率调节与配电单元设计难题。在轨飞行结果表明:功率调节与配电单元功能正常,工作可靠,性能优良。功率调节与配电单元的国产化设计实现,可为其它航天器的设计提供参考和借鉴。

基于光储混合配置的级联H桥型光伏逆变器功率平衡策略

级联H桥(cascade H-bridge,CHB)变换器由于其模块化结构,已成为大规模光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器的优选方案。然而,在不同光照强度和温度下,不同区域PV组件之间发电功率不同,导致CHB变换器相间输出功率不均衡、不稳定等问题。为此,文中提出一种基于CHB结构的光储混合电能路由,在三相CHB光伏逆变器中配置少量的储能模块,利用光储协同控制,维持CHB内部功率稳定,消除分布式PV在相间产生的不均衡功率,且变换器输出功率能够时刻满足网侧上层功率调度,提高了光伏电站的稳定性。针对系统安全区域,在载波移相调制策略下,全桥子模块传输的功率受到约束,并对光伏和储能模块的配置作详细分析。最后,通过仿真以及实验验证所提拓扑及控制策略的正确性和有效性。

矿井无线电波防爆安全发射功率研究

5G,5.5G,WiFi6,WiFi7,UWB,ZigBee等矿井移动通信系统及人员和车辆定位系统等发射的大功率无线电波有点燃瓦斯和煤尘的风险。因此,需要合理设置防爆无线电设备发射的无线电波防爆安全功率阈值,限制防爆无线电设备发射的无线电波功率。欧洲标准CLC/TR 50427:2004《Assessment of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation-Guide》规定了爆炸性气体环境中无线电波防爆安全接收点火功率阈值,但缺少无线电波防爆安全发射功率阈值的内容。国家标准GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》和国际标准IEC 60079-0:2017《Explosive atmospheres-Part 0:Equipment-General requirements》虽然有无线电波防爆安全发射功率阈值的相关规定,但错误地将欧洲标准CLC/TR 50427:2004中的无线电波防爆安全接收点火功率阈值修改为无线电波防爆安全发射功率阈值,大大降低了爆炸性环境中无线电设备所能允许的最大发射功率。由于煤矿井下没有能作为接收天线的起重机这类细长结构物体,且现有矿井无线通信及定位系统工作频率均远大于30 MHz,所以,无线电波防爆安全接收点火功率阈值应为8 W,而不是国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定的无线电波防爆安全发射功率阈值6 W。在发射天线发射的无线电波能量全部被等效天线吸收的最不利于无线电防爆的传输和耦合情况下,无线电设备工作频率为等效天线谐振频率时,接收点火功率达到最大,为等效天线接收的总功率的一半,即发射功率的一半。在实际工程中,无线传输效率和耦合效率均不会为1,因此,无线电波防爆安全发射功率阈值应是无线电波防爆安全接收点火功率阈值2倍以上。煤矿井下无线电波防爆安全接收点火功率阈值为8 W,因此,煤矿井下无线电波防爆安全发射功率阈值应大于16 W。

动态风向变化下风力机叶片和塔架应力及功率特性分析

风向变化显著影响风力机气动载荷分布,从而影响风力机稳定高效的运行,而气动载荷是风力机结构应力和功率变化主要影响因素之一。该文以S翼型三叶片水平轴风力机为研究对象,在旋转平台上进行风洞实验,对不同风向变化速度(0.5°、1°、1.5°、2°/s)下风力机叶片和塔架的应力以及风力机功率特性进行分析。结果表明:风向变化速度为0.5°/s时,在风向由0°变化到30°时,叶片弦向和展向应力值和风力机功率下降幅度最大;在风向由0°变化到20°时,叶片应力值和功率下降较为缓慢,风向变化结束后,风力机应力与功率会进一步减小;风向变化角度在0°~20°范围内,受叶片转速和气动载荷下降速度与风向变化耦合作用的影响,塔架应力值出现较大波动,并随风向变化速度的增加,波动出现的区间从15°~20°提前到0°~5°;风向变化结束后,叶片转速持续下降,造成塔架应力仍有不同程度的波动。结果可为考虑风向变化下运行的风力机结构设计提供一定理论依据。

考虑SOC的混合储能功率分配与自适应虚拟惯性控制

电力电子化的直流配电网存在低惯性问题,不利于系统稳定运行。混合储能设备可向电网提供虚拟惯性,但不同类型的储能之间存在功率协调问题,并且储能的荷电状态(state of charge, SOC)对虚拟惯性的调节也有约束作用。针对上述问题,提出了一种自适应时间常数的分频控制策略,时间常数根据混合储能系统(hybridenergy storage system, HESS)的SOC而动态调整以改变功率分配。首先,通过分析储能SOC与虚拟惯性的关系,并考虑储能充放电极限问题,研究兼顾SOC、电压变化率以及电压幅值的自适应虚拟惯性控制策略,提高系统惯性。然后,建立控制系统的小信号模型,分析虚拟惯性系数对系统的影响。最后,基于Matlab/Simulink搭建直流配电网仿真模型,验证了所提控制策略能合理分配HESS功率,提高超级电容器利用率,改善直流电压与功率稳定性。

小型风力机叶片电加热融冰功率的影响因素

电加热融冰技术作为解决风力机叶片覆冰最为行之有效的方法,有必要对融冰功率的影响因素进行研究分析。为此以小型风力机覆冰叶片为研究对象,建立了叶片电加热融冰数值计算模型,阐述了数值求解过程;进而定义了临界融冰功率和限时融冰功率,并给出了相应的计算过程;通过对旋转叶片进行人工覆冰试验并获得冰型,仿真分析了覆冰程度、环境温度、合成风速、叶片攻角、允许融冰时长等因素对融冰功率的影响。结果表明:限时融冰功率随着允许融冰时长的增加而减小,但认为允许融冰时长4~6min为宜;融冰功率随着覆冰程度的增加而减小;环境温度与融冰功率呈现负线性关系;合成风速与融冰功率呈现正相关;融冰功率随叶片攻角的增加整体呈现先增加后减小的规律,且在0°~4°之间出现最大值;限时融冰功率相较于临界融冰功率高1~2 kW/m^(2)。该文结果可为实际风力机叶片电加热融冰系统的运行与设计提供一定的帮助。

基于STM32的频率和功率可调非接触供电超声电源设计

为解决接触式供电中漏电、磨损、电能传输不良以及超声电源在加工中谐振频率漂移、跟踪速度慢、输出功率不稳定等问题,文章以STM32单片机作为主控系统,设计了一种频率和功率可调的非接触供电超声电源。根据采样反馈电路采集的电压电流相位差和有效值信号,采用锁相环和模糊比例积分(Proportional Integral,PI)控制相结合的方法对频率进行跟踪,并用传统PI控制法控制输出功率。在Matlab软件中搭建电源仿真模型,利用附加电阻、附加电感和附加电容模拟加工过程中负载参数的突变,对有频率调节和功率控制子系统以及没有子系统的电源模型分别进行仿真。仿真结果表明,电源输出功率稳定在248 W。当负载参数发生改变时,电源的谐振频率发生漂移,经过频率自动跟踪子系统的调节后,电源在0.01 s后重新回到谐振状态。此控制算法实现了频率快速跟踪和功率控制。

零功率反应堆研究进展与展望

零功率反应堆是开展反应堆物理研究重要的基础性实验平台,其结构简单,灵活可变,堆芯活性区能够针对特定的研究对象进行调整,以验证核设计软件与核数据库的准确性,获得堆芯物理重要参数实验数据,检验反应堆测量控制设备的有效性。本文简要描述零功率反应堆的特征与用途,回顾国内外研发历程,并介绍当前研究进展以及对未来的展望。

计及SOC自恢复的混合储能平抑风电功率波动控制

混合储能系统能够较好地应对复杂的风电波动,有效地提高电网的稳定性和安全性。在混合储能平抑风电功率波动的典型应用场景下,该文首先提出一种计及荷电状态(SOC)自恢复的混合储能平抑风电功率波动控制方法,在满足风电平抑需求的情况下,通过模型预测控制快速调节储能在平抑功率过程中的荷电状态,提高储能持续稳定运行能力;然后,为提高混合储能系统协调运行能力,设计了加权滑动平均(WMA)-模糊控制策略对超级电容和蓄电池功率进行动态分配;最后,结合实际风电功率数据,通过仿真验证了所提策略能有效平衡储能寿命和平抑风电波动的矛盾,能充分考虑两种储能设备的特性差异并提高功率分配的合理性。

考虑特征重组与改进Transformer的风电功率短期日前预测方法

短期日前风电功率预测对电力系统调度计划制定有重要意义,该文为提高风电功率预测的准确性,提出了一种基于Transformer的预测模型Powerformer。模型通过因果注意力机制挖掘序列的时序依赖;通过去平稳化模块优化因果注意力以提高数据本身的可预测性;通过设计趋势增强和周期增强模块提高模型的预测能力;通过改进解码器的多头注意力层,使模型提取周期特征和趋势特征。该文首先对风电数据进行预处理,采用完全自适应噪声集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)将风电数据序列分解为不同频率的本征模态函数并计算其样本熵,使得风电功率序列重组为周期序列和趋势序列,然后将序列输入到Powerformer模型,实现对风电功率短期日前准确预测。结果表明,虽然训练时间长于已有预测模型,但Poweformer模型预测精度得到提升;同时,消融实验结果验证了模型各模块的必要性和有效性,具有一定的应用价值。

基于优化功率跟随控制的E-REV能量管理策略研究

基于功率跟随控制的增程式电动汽车能量管理策略具有减缓电池寿命衰减与提高车辆NVH性能等优势,但存在阈值参数依赖性强、增程器启停频繁等问题,为此提出了一种基于优化功率跟随控制的E-REV能量管理策略。依据车速、SOC状态与驾驶员的加速踏板力度等信息特征,制定基于功率跟随控制的能量管理策略。在此基础上,针对固定规则参数的局限性,以车辆行驶总成本与SOC变化梯度为目标函数,结合灰狼优化算法对增程器启停功率阈值参数进行优化,减少发动机频繁启停现象。运用Matlab/Simulink搭建控制策略模型,并联合基于Simcenter/AMESIM搭建的整车物理模型进行仿真试验,结果表明:CHTC-LT循环工况下,优化功率跟随控制策略与功率跟随控制策略相比,SOC最大波动值降低了28%,增程器启停次数减少了28.5%,整车燃油经济性提升了6.89%。

功率模块主动热控制技术研究综述

功率半导体器件是基于电力电子技术的电能变换、电力驱动等领域的核心,在新能源发电、交通运输以及航空航天等领域有广阔的应用前景,然而其发热原因造成的退化失效和可靠性等问题已成为其进一步发展的瓶颈,亟需探究有效的热管理方法,以提高其可靠性和使用寿命。在介绍功率模块的热管理方法的基础上,重点综述了其主动热管理方法的研究进展。依据控制参量的不同将其分为器件级、系统级和多参量的综合方法,并对各种方法进行了分析比对总结。最后提出了功率器件结温相关技术的发展趋势,进行了展望,以期为其后续研究应用提供参考。

基于回流功率优化的直流微网DC-DC变流器超螺旋滑模控制

针对直流微网系统中双有源桥直流变换器在系统发生扰动时动态特性差及在单移相调制下变换器效率不高等问题,该文在扩展移相调制下提出一种结合回流功率优化的超螺旋滑模控制策略。首先,分析双有源全桥(dual-active-bridge,DAB)变换器在扩展移相调制下两种模式的传输功率、回流功率数学模型及软开关特性,并以传输功率数学模型为基础建立DAB变换器的降阶模型。其次,以回流功率作为目标函数,以传输功率和软开关特性作为约束条件,通过Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件法寻找最优移相比组合;利用DAB变换器降阶模型设计超螺旋滑模控制中的等效部分,采用超螺旋算法作为切换部分,这两部分与内移相比D1共同作用生成外移相比D2,用于调节变换器的输出电压。最后进行了仿真及实验验证,实验结果表明:在负载投切、输入电压突变、参考电压改变时变换器具有良好的动态性能,同时能有效地减小回流功率。

基于磁心与线圈参数优化的非侵入式磁场取能系统功率密度提升方法

非侵入式磁场取能系统具有结构简单、供电稳定等优点,是解决变电站母排环境中状态监测传感器电池供电寿命有限的有效手段,但因功率密度较低制约了其应用。对于非侵入式磁场取能系统,磁心与线圈参数对其功率密度的影响非常显著。然而,现有方法对磁心与线圈参数的分析相对独立,优化磁心时仅以互感为指标,忽略了该过程线圈参数变化对功率密度的影响。对此,该文考虑磁心尺寸对线圈参数的影响,以功率密度为指标,详细分析线圈匝数、线圈线径、磁柱侧面边长与叠片厚度对系统功率密度的影响。并在此基础上,提出一种优化磁心与线圈参数的功率密度提升方法,即设计线圈匝数、线圈线径、磁柱侧面边长与叠片厚度的最优值,以获取更高的功率密度。最后,基于所提出的方法制作了系统样机并进行测试。实验结果表明,对于限定磁心尺寸为30 mm×30 mm×40 mm的系统,在100 A母排电流下,系统经磁心与线圈优化后功率密度可达4.18 mW/cm~3,提升至系统优化前功率密度的35倍,验证了所提出方法提升功率密度的有效性。

基于CNN-GRU-ISSA-XGBoost的短期光伏功率预测

针对光伏功率随机性及波动性大,单一预测模型往往难以准确分析历史数据波动规律,从而导致预测精度不高的问题,提出一种基于卷积神经网络-门控循环单元(CNN-GRU)和改进麻雀搜索算法(ISSA)优化的极限梯度提升(XGBoost)模型的短期光伏功率预测组合模型.首先去除历史数据中的异常值并对其进行归一化处理,利用主成分分析法(PCA)进行特征选取,以便更好地识别影响光伏功率的关键因素.然后采用CNN网络提取数据的空间特征,再经过GRU网络提取时间特征,针对XGBoost模型手动配置参数困难、随机性大的问题,利用ISSA对模型超参数寻优.最后对两种方法预测的结果用误差倒数法减小误差的同时对权重进行更新,得到新的预测值,从而完成对光伏功率的预测.实验结果表明,所提出的CNN-GRU-ISSA-XGBoost组合模型具有更强的适应性和更高的精度.

臂式离心机机室空气内摩擦功率及支座摩擦系数的实验反演分析

为了提高臂式离心机驱动功率的预估精度,对工程解析计算方法中几个前提参数(即机室空气内摩擦发热消耗功率与总风阻功率之比C_(1)、机室内空气从出风口自然流出的线速度与其环向线速度之比C_(2)、支座的摩擦系数f_(e))的确定方法进行了研究。首先,针对一台臂式离心机以四种不同转速稳定运行的状态,利用离心机控制系统,读取了四组驱动电枢电压U和电枢电流I数据,采用三杯仪测试了四个空气从出风口流出的线速度V_(0)数据;然后,根据离心机风阻功率、排风功率和支座摩擦功率的解析理论表达式、能量守恒原理,建立了含待定系数C_(1)、C_(2)、f_(e1)和f_(e2)的关于U、I和V_(0)的求解方程,并将四组实测数据U、I和V_(0)代入所建方程,得到了关于系数C_(1)、C_(2)、f_(e1)和f_(e2)的求解方程组;最后,将所得C_(1)、C_(2)、f_(e1)和f_(e2)的值用于计算另一台类似臂式离心机的驱动功率。研究结果表明:所得驱动功率的计算结果比实测结果大2.23%,而以前依据经验取定C_(1)、C_(2)和f_(e)时的计算结果比实测结果小6.30%。对应用实例的综合分析表明:所建方法可弥补这些参数在以前的工程计算中,其取值缺乏实验依据的不足,提高这些参数的取值准确性和臂式离心机驱动功率的预估精度。

压控型脉冲功率半导体器件技术及应用

近年来,采用新一代半导体开关替代传统气体或真空开关是脉冲功率系统的一种重要发展趋势。为了给脉冲功率半导体器件领域的技术发展提供参考,简要介绍了压控型脉冲功率半导体器件技术的发展历程,总结了MOS栅控晶闸管(MCT)在器件设计、工艺和可靠性等方面的研究进展,同时通过比较MCT与一般商业IGBT器件,阐述了MCT相比于其他功率脉冲半导体器件的优劣情况,并结合典型应用场景展示了MCT器件的优势,对压控型脉冲功率半导体器件的发展趋势进行了简要分析。

一种基于嵌套结构的锁频锁相高功率微波振荡器仿真研究

高功率微波(HPM)产生器件通过增加慢波结构的过模比使得功率容量显著提高。嵌套型结构让过模器件的空心结构或内导体结构得到使用,同时嵌套型器件的低阻抗使得其与低阻脉冲功率源能良好匹配。基于内外嵌套结构提出了一种锁频锁相高功率微波振荡器。相对于传统的锁频锁相方法,提出了基于耦合波导实现锁频锁相的新方法。内外相对论速调管振荡器(RKO)产生的微波信号通过耦合波导泄漏到高频结构中,对电子束进行预调制,从而实现锁频锁相。另外,为实现内外高功率微波通道合成,设计了双通道功率合成器。在振荡器的工作频点,功率合成器能弥补振荡器两输出通道相位差,使得功率合成效率提高,合成效率为98.3%。在二极管电压575 kV,磁场强度0.6 T条件下,内外RKO的微波输出功率分别为2.2 GW和3.2 GW,频率差波动小于20 MHz,相位差稳定在10°附近;加载双通道功率合成器,仿真结果表明,微波输出功率为5.31 GW,功率效率32.2%。结果表明,嵌套器件在互锁状态时,振荡器饱和时间缩短,输出功率增大。