金属振子结构在矿井5G辐射场中的安全功率分析

煤矿井下存在瓦斯等易燃易爆气体,5G无线通信系统基站天线辐射出的电磁波被井下金属结构吸收,在金属结构断点处产生放电火花,当电火花能量达到瓦斯气体的最小点火能时可能发生爆炸,限制了5G技术在煤矿井下的应用。为了评估5G无线通信基站射频功率的安全性,通过分析金属结构耦合电磁波的方式,得到射频功率、最大辐射场强与距离的关系;以最小点火能为安全判定标准,得出天线负载的接收功率小于2.625 W时,可确保不会引起瓦斯爆炸;分析得出煤矿井下应优先选择700 MHz作为5G工作频段;通过分析方向性系数,得出应选择臂长与波长比为0.65的对称振子天线金属结构进行研究,对称振子天线金属结构安全电场强度为202.9 V/m,最小安全距离为0.2 m。仿真结果表明:在距离发射天线小于0.2 m的区域电场分布极不均匀,在距离发射天线大于0.2 m的区域电场分布较均匀;在距离发射天线大于0.2 m的区域导致瓦斯爆炸的最小射频功率为27.45 W。

煤矿井下无线电波防爆安全功率阈值研究

为防止煤矿井下无线设备发射的无线电波引起瓦斯爆炸,需限制煤矿井下无线电波的功率和能量。介绍了不同标准中规定的连续无线电波防爆安全功率阈值:①GB/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》参考了欧洲标准CLC/TR 50427:2004《Assessment of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation-Guide》的相关内容,省去了当爆炸性环境中不存在能作为接收天线的细长结构物体(如起重机)时,I类环境(代表性气体为甲烷)中连续无线电波防爆安全功率阈值为8 W这一条款,并不加区分地规定I类环境中连续无线电波防爆安全功率阈值为6 W;②英国标准BS 6656:1991《Guide to prevention of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation》规定I类环境中连续无线电波工作频率大于30 MHz时,无论是否有起重机等细长环形结构物体,连续无线电波防爆安全功率阈值均为8 W;③英国标准BS 6656:2002《Assessment of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation-Guide》及欧洲标准CLC/TR 50427:2004均规定没有起重机等细长环形结构物体的I类环境中连续无线电波防爆安全功率阈值为8 W,有起重机等细长环形结构物体的I类环境中连续无线电波防爆安全功率阈值为6 W。分析了煤矿井下环境和设备特点:煤矿井下一般没有起重机;煤矿井下为受限空间,巷道较长,但巷道断面较小;沿巷道轴向敷设的电缆、水管、铁轨、钢丝绳、架空线、胶带架等轴向导体细长,但不会形成利于无线电波接收的环形天线;巷道工字钢支护等横向导体可以形成利于无线电波接收的环形天线,但工字钢导体截面大,不满足细长结构特征;综采工作面液压支架可以形成环形结构,但液压支架千斤顶将其分为多个环形结构,支架导体截面大,不满足细长结构特征。指出了煤矿井下连续无线电波防爆安全功率阈值没有执行6 W之前,漏泄、感应、透地、多基站等矿井无线通信系统已广泛应用煤矿井下,未见有引起瓦斯和煤尘爆炸事故的案例。因此,不加区分地将煤矿井下无线电波防爆安全功率阈值定为6 W,缺乏理论分析和实验验证。特别是5G,WiFi6,UWB,ZigBee等矿用移动通信系统及人员和车辆定位系统工作频率较高,因此煤矿井下连续无线电波防爆安全功率阈值应为8 W。

考虑频率与区间联络线功率安全约束的两区互联电力系统机组组合

随着电源结构与电网形态的转变,互联电力系统频率时空分布特征日益显著,区域频率差异与区间联络线功率振荡增大,基于统一频率假设的频率安全约束机组组合方法不再适用。针对考虑频率时空分布特征的两区互联电力系统安全约束机组组合,推导区域频率与区间联络线功率闭式解,并基于闭式解的两项划分,推得区域频率最低点、最大变化率、准稳态值以及区间联络线功率振荡峰值、准稳态值等一系列解析安全量化指标。基于所得指标,构建考虑区域频率与区间联络线功率安全约束的机组组合模型。并根据调度模式与指标特点,提出兼顾区域能力保障与区间能力协调的两级两阶段迭代求解算法。结果表明,所得指标可准确描述两区互联电力系统的安全特征,所提模型和算法可有效保障两区互联电力系统机组组合方案的运行安全。

考虑配电网电压约束的光伏功率升维仿射控制

现有光伏功率控制主要以降低节点电压越限和网络功率损耗为目标,较少关注配电网安全运行约束下的光伏功率安全波动区间优化问题。因此,提出一种计算并优化配电网功率安全波动区间的光伏有功-无功功率仿射控制方法。首先,建立计及电压调节器的三相配电网线性潮流模型,刻画节点电压变化与节点功率波动之间的关系;其次,考虑光伏发电的不确定性以及有功-无功功率的仿射控制方式,建立最大化光伏功率安全波动区间的优化模型;然后,提出基于升维分段线性的仿射控制策略,并利用对偶理论和二进制展开对优化问题进行变形,得到可解的混合整数优化问题;最后,通过IEEE 123节点三相配电网进行仿真测试,并与传统线性仿射控制进行对比,以验证所提光伏控制策略的有效性。

适用于S-NUCA异构处理器的任务调度与热管理系统

异构多核处理器凭借其高性能、低功耗和广泛的应用场景而成为当前计算机平台的主流方案,且大容量的非均匀缓存架构(S-NUCA)具有较低的平均访问时间。然而,不断上升的晶体管规模给异构多核处理器的资源调度和功耗控制带来挑战,传统的调度算法在面对基于S-NUCA的多核处理器时忽略了核心之间的缓存访问延迟,且传统热管理方案只提供芯片级功率约束,容易使得系统因核心使用率降低而造成性能下降。为此,提出一种适用于S-NUCA异构多核系统、满足热安全约束的动态线程调度机制TSCDM。利用基于动态每周期指令(IPC)值的阶段检测技术,并基于人工神经网络预测线程的IPC值,以获取线程与核心类型的最佳绑定关系,依据S-NUCA缓存特性获得最优映射和基于任务分类的任务迁移策略。在此基础上,TSCDM基于片上热模型为每个核心实时分配功率预算。在HotSniper上运行SPLASH-2性能测试套件进行实验,结果表明,相较于传统调度方案与基于机器学习的调度方案,TSCDM在加速比和资源利用率上均表现出优势,TSCDM中使用的基于瞬态温度的安全功率算法相比传统热安全功率算法能够降低核心热余量,同时处理器的全频段均有更高的能效比。

热安全约束下异构多核系统动态映射方法

异构多核平台通过集成不同类型的处理核来为系统设计提供灵活性,从而使应用程序可以根据自身需求动态地选择不同类型的处理核来进行处理,实现应用程序的高效运行。随着半导体技术的发展,单芯片上集成的核心数量随之增加,使得现代多核处理器具有更高的功率密度,而这会导致芯片温度的升高,最终会对系统性能造成一定的负面影响。为了充分发挥出异构多核处理系统的性能优势,提出一种在满足温度安全功率的前提下,以最大化系统性能为目标的动态映射方法。该方法考虑异构多核系统的两种异构指标来确定映射方案:第一种异构指标是核心类型,不同类型的处理核具有不同的特征,因而它们适用于处理不同的应用程序;第二种异构指标是热感受性,芯片上不同的处理核位置具有不同的热感受性,越是中心位置的处理核受到的来自于其他处理核的热传递越多,因而温度也就越高。为此,提出一种基于神经网络性能预测器来对线程与处理核类型进行匹配,并利用热安全功率(TSP)模型将经过匹配后的线程映射到芯片上的具体位置。实验结果表明,所提出的方法与常见的轮询调度(RRS)相比,能在保证热安全约束的前提下将平均每个时钟周期内程序所执行的指令数,即指令/周期(IPC)提高53%左右。

考虑多变量协同保护的储能变流器故障穿越策略

电网发生不对称故障时,会导致储能变流器(PCS)运行性能不满足要求,进而影响并网系统的可靠运行。针对上述问题,提出一种PCS多变量协同保护策略。该策略在柔性控制策略的基础上,以无功支撑为首要目标,PCS运行性能为约束条件,构建无功功率关于柔性控制参数k的一元函数和有功功率安全运行区域。进一步可解得满足要求的k取值范围,随后根据系统的要求选取合适的k值和此k值对应的功率参考值进行控制。仿真结果验证了所提策略的有效性,能根据电压跌落程度向电网提供相应无功支撑,在保障系统安全的基础上充分利用了PCS容量,还能在解得的k取值范围内灵活控制PCS。

HFETR热点工程因子修订及分析

对1979年整理的高通量工程试验堆(HFETR)燃料元件工程因子进行修订,分析其对燃料元件最高壁温及反应堆安全的运行运行功率的影响。从分析结果可以看出,修订后的热管、热点工程因子所带来的附加温升减小,HFETR堆芯的安全允许运行功率可以提高,从而可以提高HFETR的经济性。