并网系统的广义阻抗比及其稳定性分析与研究

随着大量新能源设备与负载通过电力电子变流器接入电网,并网系统的拓扑结构逐渐复杂化,同时引发了新型次/超同步振荡问题。而传统阻抗分析法应用于复杂并网系统的稳定性问题时存在一定局限性。为此,该文首先基于变流器的阻抗模型与并网系统的树结构,将传统阻抗比推广至树状并网系统来获得广义阻抗比。其次,推导出对应的等价开环函数与提出相应的稳定性设计流程,从而将广义阻抗比应用于并网系统稳定性判别与设计。特征值分析与时域仿真皆表明,所提方法在并网系统稳定性判别与设计时,具有较好的优势。

三相变流器并网系统的广义阻抗及稳定判据

三相变流器的输出阻抗矩阵特性对系统的稳定性有重要影响。无论在静止坐标系还是dq坐标系下,由于锁相环或电网等原因,变流器和电网的阻抗矩阵难以同时对角化解耦。耦合项的存在导致基于阻抗的变流器并网系统小干扰稳定性分析方法十分复杂或存在较大误差。为此,该文基于特征方程降阶的思路,在一定假设条件下提出可分析变流器系统小干扰稳定性的广义阻抗判据。首先,在极坐标下建立变流器端口和电网端口的小信号阻抗模型,并在此基础上定义了变流器及电网的广义阻抗。其次,利用严格的数学变换得到了反映变流器与电网交互影响的降阶特征方程。研究表明,系统振荡可以看作变流器与电网广义阻抗间的串并联谐振,广义阻抗判据是传统阻抗判据的扩展,在控制器外环和锁相环动态都可以忽略的前提下广义阻抗判据和正负序阻抗判据等价。最后,数字仿真和基于RT-LAB的硬件在环仿真验证了广义阻抗判据的有效性。

基于AOA的广义阻抗变换器及其应用

讨论了由GIC组成的正阻抗变换器、模拟电感器、频变负阻器、电容-电阻变换器,并用模拟电感组成二阶带通滤波器,计算机仿真与理论分析一致。该电路不仅具有速度高、频率高、电压低及功耗小等电流模电路的特点,而且其等效阻抗比取决于电阻比,且与温度无关,因而该GIC精度高、稳定性好。

用AOA广义阻抗变换器设计高阶电流模式滤波器

为了获得高精度、高稳定性和低灵敏度的高阶电流模式滤波器,根据伴随网络的概念,以传统的基于电压反馈运算放大器(VFA)的广义阻抗变换器(GIC)为原型,先设计出基于伴随运算放大器(AOA)的电流模式接地GIC,并讨论了由GIC所组成的频变负阻、电容-电阻变换.再利用L.T.Bruton变换,将经典梯形LC五阶Butterworth低通滤波器转换为梯形五阶有源电流模式低通滤波器.计算机仿真与理论分析一致.

基于广义合成阻抗超声传感器电端匹配的研究

超声波测距具有非接触、高准确度、价格低和使用方便等优点,被广泛应用于工业生产、医学检查、日常生活,如无人驾驶汽车、机器人、液位计等。在这些应用中,超声波传感器是应用中的最关键部件之一。因此,本文在分析了超声波传感器在谐振频率点等效电路的基础上,分别采用无源电感和有源电感对超声换能器的发射探头和接收探头进行电端匹配,提高了收发探头的效率。实验表明,匹配方法是有效的。

应用广义阻抗边界条件分析介质填充凹槽波导的散射

本文应用广义阻抗边界条件研究了二维平板结构上介质填充凹槽的散射特性。通过选择合适的系数，广义阻抗边界条件可以模拟槽内任何特征的材料．将凹槽内的介质填充层由其表面上的简单边界条件来替代，所得的积分公式可用CGFFT法求解，且对任意入射角的表面散射场能作出精确的预估。

基于改进阻抗分析法的多变流器直流微电网稳定性

直流微电网系统规模不断增大,大量变流器并入电网导致稳定性问题严峻,传统阻抗分析法在建立复杂拓扑网络的等效模型时存在一定局限性。为此,文章提出基于广义阻抗比的改进阻抗分析法,首先推广传统阻抗比的概念,根据端口特性建立系统等效模型,推导并定义广义阻抗比来表征系统稳定性。进一步对系统进行小信号建模,得出基于广义阻抗比的稳定判据进行分析。最后,通过算例分析和时域仿真验证了所提方法在多变流器直流微电网系统稳定性分析中的正确性和有效性。

变流器并网系统复电路分析与广义阻抗判据适用性探讨

基于abc坐标的序阻抗判据和基于极坐标的广义阻抗判据均可将变流器并网系统的振荡问题转化为单输入单输出(single-inputsingle-output,SISO)系统进行分析,并利用电路谐振解释振荡机理,然而这些判据的适用性尚不清楚。为此,该文首先从数学上分析由两种阻抗模型得到SISO系统的原理,从物理上用原–对偶复电路统一解释该过程;其次,验证了序阻抗法需要考虑正负序间耦合的必要性,利用对序阻抗矩阵舒尔补的方法可以考虑耦合效应,但分析的传递函数可能存在不稳定极点,导致无法用电路解释振荡机理;而广义阻抗判据一般能避免该问题。进一步,从参数不确定性的角度提出传递函数的条件数指标,用于量化分析不同阻抗判据的适用性。研究表明,对于中低频振荡问题,如锁相环参与度高的次超同步振荡,广义阻抗判据具有较好的适用性。仿真验证了所提分析方法和结论的合理性。

控制系统扰动下并网变流器广义阻抗测量方法

基于广义阻抗的频域分析方法可以将变流器并网系统的振荡问题转化为原–对偶电路中广义阻抗之间的串并联谐振问题。基于原–对偶电路,增加外界激励实现广义阻抗的测量具有可行性。为此,该文提出一种在控制系统注入扰动的广义阻抗测量方法。首先,针对主动注入扰动后的变流器系统建立其等效原–对偶电路,并分析系统在主动注入扰动后的响应;其次,给出在控制系统注入扰动的广义阻抗测量原理和计算方法;最后,比较了控制系统注入扰动与一次高压侧注入扰动以及理论值的测量误差。研究表明,在控制器的带宽范围内,在控制系统注入扰动的测量方法不仅可以有效测量出变流器的广义阻抗值,而且具有一次高压侧注入扰动的测量精度。

基于波动方程解析解的块约束广义声阻抗反演

由于前期处理过程多数情况下基于声学介质假设,叠前地震道集更趋向于声学AVO特征。密度作为一种非常可靠的弹性参数在储层描述中起着关键作用,但反演过程不稳定。为此,提出基于声波方程解析解的块约束广义波阻抗反演方法。该方法通过部分叠加剖面反演随入射角变化的广义声阻抗,在此基础上提取稳定的速度和密度参数。针对常规阻抗反演方法忽略透射损失、层间多次波问题,基于推导的递归公式,对一维声波方程进行解析求解,获取不同入射角的全波场响应,并利用链式法则推导了对应的模型导数用于梯度类反演算法。为提高反演结果的分辨率,在贝叶斯理论框架下引入块约束,以获取稳定且边界清晰的反演结果。模型数据验证了所提出的正、反演方法的有效性;通过噪声测试验证了块约束反演方法的抗噪能力以及边界刻画能力;实际资料反演结果表明,新方法的反演结果分辨率高,边界刻画清晰,提取的速度、密度参数稳定且准确。

二次侧注入扰动的变流器次超同步频段广义阻抗测量方法

基于广义阻抗的稳定判据充分考虑了次超同步频段电网和变流器的耦合作用,并可将系统稳定性分析转化为对单输入单输出系统的分析。从二次侧注入扰动不仅可以测量变流器的广义阻抗,相比一次侧注入扰动,还具有成本低、操作简单的优势。为此,提出了二次侧注入扰动的变流器次超同步频段任意功率因数下广义阻抗测量方法。首先,推导了任意功率因数下的系统广义阻抗和考虑二次侧扰动信号注入的原-对偶复电路;然后,从电路的角度解释了所提广义阻抗测量原理;最后,根据测量原理给出了该频段二次侧注入扰动的变流器广义阻抗测量方法。所提方法是现有广义阻抗测量方法的推广,通过仿真分析可验证所提方法的有效性。

外环动态影响下变流器广义阻抗判据的适用性分析

基于广义阻抗的分析方法可将变流器并网系统转化为单输入单输出(single-input single-output,SISO)系统进行稳定分析,但考虑外环动态后广义阻抗分析方法的适用性尚不清楚。为此,文中首先在极坐标下建立考虑外环控制器动态的变流器并网系统的阻抗模型,推导出广义阻抗判据并得到对应的等效SISO系统;其次,阐明基于广义阻抗的稳定判据本质是对端口电压相位主导回路的谐振分析。进一步,证明考虑外环影响后广义阻抗判据处理的开环传递函数不存在右半平面极点,利用条件数指标说明广义阻抗判据导出的稳定裕度对参数不确定性的灵敏度较小,从而分析广义阻抗判据的适用性;最后,利用基于广义阻抗的方法详细分析锁相环和直流电压环之间的相互作用及无功外环的影响,总结变流器控制器参数对系统稳定性的影响规律。时域仿真结果验证了分析方法的正确性。

基于广义弹性阻抗的流体识别因子反演方法研究与应用

常规叠前弹性阻抗(EI)反演识别流体的方法难以满足预测致密砂岩储层的要求,为此进一步推导了广义弹性阻抗(GEI)方程,表达为纵横波速度比v_P/v_S(可计算泊松比σ)和一种新的流体识别因子f/v_S(Gassmann流体项与横波速度的比值)的计算公式,可以直接反演出v_P/v_S(或σ)和f/v_S参数,避免了间接计算的累积误差。建立正演模型,分析弹性阻抗方程和广义弹性阻抗方程的精度可知,在鄂尔多斯盆地苏里格气田致密砂岩储层中,广义弹性阻抗方程的精度比弹性阻抗方程的精度高。分析测井资料多项参数后认为,泊松比σ为岩性识别最敏感参数,f/v_S为流体识别最敏感因子。对研究区进行正反演计算,通过正演模拟验证了广义弹性阻抗方程的精度,通过反演获得了v_P/v_S(或σ)和f/v_S数据,对反演数据进行分析研究,进一步验证了f/v_S对致密砂岩储层流体识别的可靠性;同时可知,流体因子f/v_S的识别精度虽受噪声影响,但可以清晰地检测出流体,具有一定的抗噪性。

基于广义波阻抗梯度飞片的准等熵压缩技术

基于变截面杆的波传播特性,设计了一种"针床型"广义波阻抗梯度飞片,即在圆薄片基座上密排叠加许多犹如针尖的小正四棱锥。采用LS-DYNA软件中SPH算法对广义波阻抗梯度飞片高速击靶过程进行了数值计算,结果显示:在飞片击靶过程中,每一个小正四棱锥台可以看作"点"式加载脉冲源,产生一系列具有缓慢上升前沿的近似球面波,球面波相互叠加得到具有缓慢上升前沿的平面加载波形,从而实现对靶板准等熵压缩加载。在数值计算中详细讨论了飞片击靶速度、飞片几何特征参数对准等熵压缩加载特性的影响规律,为广义波阻抗梯度飞片的设计与应用提供指导。基于数值计算结果,采用激光选区烧结金属增材制造技术,制备了一种广义阻抗梯度飞片样品,在一级气炮上进行击靶实验,实测了靶板自由面速度时程曲线,波形呈现了准等熵压缩加载特性,并与计算结果进行了对比,两者基本一致,从而验证了广义波阻抗梯度飞片结构设计的可行性以及数值计算结果的可靠性。

基于广义合成阻抗的蓄电池内阻测量方法

目前,直流放电法和交流输入法是内阻测量中最常用的两大方法。这两类方法在计算蓄电池内阻的过程中,都需要将蓄电池内阻等效为简化模型进行求解。将广义合成阻抗的思想应用于蓄电池内阻模型是本文的主要创新点。笔者利用广义合成阻抗可以得到满足类型的任意大小的等效阻抗这一特性,来模拟蓄电池内阻,并用Multisim对广义合成阻抗模拟内阻进行仿真,并用验证了该方法的可行性。

基于有源阻抗重构装置的并联并网逆变系统稳定性策略

为了提高分布式并联并网逆变器之间的稳定性和抗电网干扰的能力,首先提出一种广义阻抗模型来表征多并联并网逆变器系统的稳定性,接着提出一种有源阻抗重构策略来增加逆变器的输出阻抗:广义阻抗模型将复杂的传递函数矩阵分解为逆变器输出阻抗矩阵和电网阻抗矩阵,并从理论上推导出更高的逆变器输出阻抗,以增强系统的稳定性和抗电网干扰能力。为验证该方法的有效性,采用16台单相逆变器并联系统进行仿真,并搭建2台并联的并网逆变器平台进行实验。仿真和实验结果证明,所提出的方法能够有效地提高并联并网逆变器系统的稳定性。

夹心杆系统中一维弹塑性波演化精细分析(Ⅰ):典型加载波的透反射

准确地剖析反射波与透射波的形成过程与影响机理是SHPB(split Hopkinson pressure bar)精细化试验设计与精准数据处理的核心前提之一。针对夹心杆系统,分析矩形、梯形与半正弦三种典型入射波加载阶段系统中一维弹塑性波的传播与演化,定量研究试件中弹塑性波的传播、两个界面上弹塑性的透反射及其系列透反射波的相互作用影响。结果表明:首先,弹塑性波特别是应力波在弹塑性交界面上的透反射中占主要地位,纯弹性波的透反射与传播反而影响较小;其次,当入射波加载区间有一定的宽度时,杆2中弹性波在两个界面上的多次透反射对反射波造成衰减的同时对透射波进一步强化,这种衰减使得半正弦波对应的反射波峰值并不是在0.5个无量纲时间时,而是有所提前;第三,与传统SHPB分析中弹性波在界面上透反射的初步规律不同,无论是矩形波、梯形波还是半正弦波入射时,试件材料的杨氏模量与密度改变虽然明显影响其弹性波的阻抗比,但对透反射波波形及其峰值强度影响并不明显。研究结果可为SHPB的精细化设计与数据的精准分析提供科学依据。

夹心杆系统中一维弹塑性波演化精细分析(Ⅱ):弹塑性交界面与平台段反射衰减

相对于入射波加载阶段透反射分析过程,入射波平台段持续时间长且弹塑性传播与演化行为复杂得多,此阶段试件内弹塑性波相互作用的影响非常明显。开展了矩形入射波作用下试件内弹塑性波的相互作用及其在两个界面上的弹塑性透反射行为计算,定量研究了夹心杆系统中反射波的衰减特征。结果表明:强入射波作用下,由于弹塑性波相互作用,试件内形成了曲线型弹塑性交界面,使透射端达到屈服状态的时间明显提前,该弹塑性交界面以大于弹性声速的速度向反射端变速传播;在塑性阶段,反射波的衰减是试件截面积增大引起的广义波阻抗增大和压缩引起的塑性波往返次数增加两个方面导致的衰减量之和。计算显示,试件的密度变化虽然明显影响其波速和广义波阻抗,但两个方面引起的衰减量之和正好接近于零,使得密度变化对透反射波平台段变化的影响可以忽略;塑性模量的增大使得反射波在平台端衰减更快,而试件直径对反射波衰减速度的影响并不是单调的,从4 mm增大到10 mm,反射波衰减速度增大,但增大到12 mm后衰减量反而有所减小。研究结果可为分离式Hopkinson压杆试验透反射波形的深入分析以及精细化试验设计与数据处理提供参考。

应用L_(p)拟范数稀疏约束的纵横波速比直接反演

纵横波速比(vP/vS)是识别气藏、描述储层特征和判别岩性的重要解释工具。目前主要是通过反射系数近似方程反演得到纵、横波速度,再进一步计算纵横波速比,但是这种间接计算方法会产生累积误差。为了直接从叠前地震数据反演纵横波速比,文中提出了一种新的广义弹性阻抗方程,再进一步推导出一个与纵横波速比、纵波速度、密度相关的纵波反射系数近似方程。为了得到精度较高的反演结果,基于推导出的反射系数近似方程,提出一种基于Lp拟范数稀疏约束的叠前地震反演方法,并通过交替方向乘子算法求解。将提出的直接反演方法应用于理论模型和实际数据,并与间接反演方法相对比,结果表明该直接反演方法的反演结果精度较高,对含气储层的边界刻画更清晰。

基于区域空间经济整体规划与综合运输超级网络的铁路货运量预测建模方法研究

研究以PECAS整体规划建模框架为基础,提出基于区域空间经济整体规划与综合运输超级网络的铁路货运量预测建模方法。首先,运用PECAS模型实现社会经济活动时空变迁及其影响下的大区域内货运生成与分布预测。其次,以综合运输超级网络为基础,通过构建包括公、铁、水多方式的货运广义阻抗函数来模拟货物运输方式之间的竞合关系及承运人的运输路径选择行为。最后,基于随机用户均衡实现综合运输超级网络的一体化网络货流分配。研究以长江经济带为例,对区域铁路货运需求进行预测,将网络货流分配后主要断面流量的预测值与观测值进行对比,以检验模型的准确性。研究结果表明,所提出的方法在大区域范围内可以较好地预测铁路货运流量的分配情况,为区域内铁路货运需求预测与铁路基础设施规划提供决策支持。