基于可靠性模型的船舶电网拓扑结构对比分析

船舶电网的拓扑结构是关系船舶电力系统可靠性的关键因素。本文采用基于邻接矩阵的最小割集方法,建立了通用的船舶配电系统可靠性评估算法,对辐射状、环状和带状结构的船舶电网进行了定性分析和定量的算例计算,验证了算法的有效性;通过对负荷点可靠性指标和系统可靠性指标的比较分析发现,带状结构的可靠性水平高于辐射网结构和环形网结构,是未来船舶电网结构的发展方向。

中高压电网有源电力滤波器拓扑结构对比分析

随着中高压大容量非线性负载不断增加,中高压电网的谐波污染问题日益严重。有源电力滤波器(APF)作为治理谐波最有效的手段,其在中高压大容量领域的应用已经成为电气工程学科的研究热点。但是由于功率器件耐压水平的限制,迄今为止尚未产生一种广泛适用于中高压大容量谐波治理的电路拓扑结构和控制方法。针对用于中高压有源电力滤波器的拓扑结构进行研究,对比分析了变压器低压侧接并联型有源电力滤波器拓扑结构,混合型有源电力滤波器拓扑结构,多电平有源电力滤波器拓扑结构等各种变流器结构,指出了各自的优缺点。

电化学储能系统中PCS的拓扑结构对比分析

电化学储能系统中变流器(power conversion system,PCS)是实现储能电池与电网之间功率交换的重要单元,其性能关系到能量传输质量,合理的PCS设计对促进能源消纳具有重要意义。针对电化学储能系统中PCS拓扑结构的特点,将其分为两电平、三电平及多电平拓扑结构这三大类进行分析,对各种拓扑结构的优势及存在的问题进行了总结,并结合实际情况对PCS未来前景进行了展望,为储能装置在电力系统的工程应用提供方案参考。

紧凑型变频调速永磁同步电机转子拓扑结构对比分析

以1台72槽6极内置式变频调速永磁同步电机(VFAS-PMSM)为例,运用数值法和有限元仿真分析,从空载反电动势及谐波含量、齿槽转矩波动和损耗等方面对比不同转子拓扑结构对电机电磁性能的影响。另外,通过考虑径向电磁力对转子应力的影响,运用数值分析和电磁-结构静力学耦合仿真不同转子拓扑结构时转子铁心的受力及变形情况。通过样机试验,验证了所设计的内置式VFAS-PMSM转子拓扑结构对比分析方法具有一定的指导意义。

一种构建参数化量子线路的区块环拓扑结构

在变分量子算法中,参数化量子线路拓扑结构的选择对算法性能具有重要意义.目前已有的拓扑结构存在一些问题,如全连接拓扑结构所需量子门数量较多,环型拓扑结构的表达能力与纠缠能力略有欠缺.为了解决以上问题,本文提出了一种新型的区块环(Block-Ring,BR)拓扑结构,在保障良好性能的同时减少参数规模(即量子门数量),降低线路复杂度.在BR拓扑中,n个量子比特被等分为多个区块,每个区块包含m个量子比特,区块内部所有量子比特两两连接,区块之间采用环型结构进行连接.为了构造BR拓扑结构的参数化量子线路,设计了一种多层线路生成算法,可自动生成由单量子比特门Rx、Rz和双量子比特门CRx或CRz构成的量子线路.IBM Q模拟实验表明,相较于环型拓扑结构,无论单层、双层以及三层BR拓扑结构的表达能力和纠缠能力均有不同程度的提升;相较于拥有最高表达能力与纠缠能力的全连接拓扑结构,BR拓扑结构呈现接近的性能指标,且线路复杂度显著降低,即参数数量与双量子比特门数量均从O(n^(2))降低为O(mn),线路深度从O(n^(2))降低为O(n/m+m^(2)).

“苹果树”型拓扑结构的《有机化学》创新教学设计

本文针对目前本科化学化工等相关专业学生在《有机化学》学习过程中存在的一些问题,注重课程的逻辑性和知识的系统性,提出了“苹果树”型拓扑结构的《有机化学》课程教学设计,采用分析和对比结构的教学方法,理论与实践有机结合,课程思政无声融入。这种创新的教学设计,教师作为引导者出现,激发学生兴趣,引导学生思考,提高学生分析和解决实际问题的能力,使学生真正成为教学的主体。

高压大容量储能功率转换系统的拓扑结构比较

高压大容量储能功率转换系统的主电路是储能电池进行充放电控制的基础,选择合理的功率转换系统主电路拓扑结构直接关系到高压大容量储能系统实际应用的可行性。分析变压器升压型变流器并联结构、H桥链式多电平变流器、全(半)桥模块化多电平变流器的单级式与双级式主电路拓扑结构,对比上述拓扑结构的材料成本、工作可靠性、材料功率损耗和输出电能质量。基于数学模型与仿真分析综合比较单位容量投资成本、工作可靠性、系统损耗和输出电能质量,结果显示H桥链式多电平变流器和半桥模块化多电平变流器更适合构建10 kV兆瓦级高压大容量储能功率转换系统。

荒漠草原人工柠条引入后土壤大孔隙拓扑结构演变特征

[目的]认识人工柠条种植对土壤生态过程的影响,从而为人工植被的管理提供科学依据。[方法]以宁夏盐池县典型荒漠草原区风沙土生境的草地(0 a)及9,14,24,35 a生人工柠条林为对象,分别进行原状土柱采集、CT扫描及图像处理分析,获取土壤大孔隙几何分布特征,量化大孔隙表面积、等效直径和连接度等拓扑结构参数,研究了柠条生长过程中土壤大孔隙演变特征。[结果]通过三维图像可以看出,和0 a样地相比,随着林龄增加,各样地在0—200 mm土层大孔隙数量明显增多且结构更加复杂。定量分析表明,和0 a样地相比,不同林龄柠条林地在同一土层,大孔隙数量密度、长度密度、等效直径、连接度之间差异显著(p<0.05),而表面积密度、体积密度无显著差异(p>0.05)。具体表现为在0—100 mm和100—200 mm土层大孔隙数量密度、长度密度均显著增加(p<0.05),且随着林龄增加,表层土壤(0—100 mm)增幅要大于深层土壤(100—200 mm);等效直径在0—100 mm土层显著减小,在100—200 mm土层显著增加(p<0.05),而连接度变化规律恰好相反。进一步分析发现,林龄与大孔隙数量密度、长度密度、表面积密度呈显著正相关(p<0.05),与大孔隙等效直径呈显著负相关(p<0.01),与大孔隙体积密度差异不显著(p>0.05)。[结论]人工柠条林的引入会促进土壤大孔隙致密网络状结构形成,改善大孔隙表面积、连接度等拓扑结构,且随着林龄增加,对土壤改良效果越明显。

声表面和拓扑缺陷结构对换能器耦合振动系统的声波调控

如何对复杂功率超声换能器耦合振动系统的声波进行调控,设计高性能的换能器系统,一直都是功率超声领域亟待解决的难题.研究发现,在换能器系统内部引入各种缺陷,可以在一定程度上改善换能器耦合振动系统的性能.但损耗大、频带窄、对结构参数敏感等缺点限制了缺陷型声子晶体换能器耦合振动系统的进一步实际应用.为了改善缺陷型声子晶体换能器耦合振动系统的局限,有效降低能量损耗,提高能量传输的效率,本文在换能器耦合振动系统内引入既具有能量局域化效应的拓扑缺陷结构,又具有高能量传输效率的声表面结构.通过灵活设计声表面结构和拓扑缺陷的几何尺寸参数,可以对换能器耦合振动系统的振动进行有效调控,从而满足换能器耦合振动系统功能方面的不同需求.但表面结构和拓扑缺陷结构的设计参数过多,会成倍地增加设计的复杂度,大幅降低设计成功率,为此,利用数据分析技术建立了系统性能预测模型,不仅可以提高设计效率和成功率,还能够为换能器耦合振动系统性能的调控提出客观和准确的依据.

噻吩基二维共价有机框架中的拓扑结构诱导局部电荷极化促进光催化制氢

共价有机框架(COFs)是近年来新兴的一类多孔聚合物,在气体吸附、传感器、能源转换和光/电催化等领域表现出较大的应用潜力.然而,欲实现多样化的应用需求常需要对其结构进行合成后改性,这在单一步骤中难以实现.二维亚化学计量共价有机框架(2D-SSCOFs)因其独特的周期性官能团和保持结晶性及孔隙率的能力,成为COFs功能化的新途径.然而,已报道的2D-SSCOFs多具有相同的拓扑结构以及弱电荷极化等问题,限制了其应用潜力.因此,开发具有新颖拓扑结构的2D-SSCOFs对于实现更前沿的功能至关重要.窄带隙噻吩是有机半导体材料的常见单元,它们可以显著地调控共价聚合物骨架的电子和化学环境.本文通过5,5',5''-(苯-1,3,5-三基)三(噻吩-2-甲醛)(TT-3CHO)与4,4',4'',4''-(芘-1,3,6,8-四基)四苯胺(PY-4HN2)的席夫碱缩合反应合成具有大表面积和高结晶度的亚胺连接的新型2D-SSCOF(PTT-COF).噻吩环中2,5位之间的键的弯曲角度使得PTT-COF具有新型的2D亚化学计量拓扑结构,并呈现出非中心对称的优势极化结构.在使用有机空穴传输配体(二茂铁甲醛,FC)精确修饰和Pt作为助催化剂时,PTT-COF-FC体系在可见光照明下表现出较高的析氢产率(79.610 mmol g^(-1) h^(-1)).同时,在420 nm波长的光照下,2 mg的光催化剂表观量子效率达到1.72%.此外,经过24 h循环稳定性测试,PTT-COF-FC体系的活性没有明显下降.为了深入研究PTT-COF-FC体系的高效的产氢机制,通过X射线衍射、红外和固体碳谱等对PTT-COF-FC体系的组成和结构进行分析,确定了PTT-COF-FC的成功合成.通过瞬态吸收、变温荧光和理论计算等研究了材料的激子解离和载流子转移行为.结果表明,得益于独特的富含噻吩的结构设计以及有机空穴传输配体的修饰作用,PTT-COF-FC展现出高效的激子解离和丰富的自由电荷载流子特性.综上所述,本文设计和合成了一种新型PTT-COF光催化材料,其独特的二维亚化学计量拓扑结构和显著的局部电荷极化特性赋予了材料良好的光催化性能.实验和理论研究表明,PTT-COF中的非中心对称拓扑结构和噻吩单元的引入,有效扩展了π离域,进而诱导了局部极化并抑制了激子效应,从而大幅提高了光催化效率.此外,通过二茂铁甲醛的后修饰,结合这些独特的结构特性,PTT-COF在光催化析氢反应中表现出高活性和出色的长期耐久性.本文的研究不仅为设计和构建具有独特结构的新型2D-SSCOF提供新思路,也为构建具有丰富光催化功能的材料开辟了新途径.

顾及拓扑结构的道路标线提取

道路标线是重要的交通标志信息,车载激光雷达点云为道路标线的提取提供了高精度的三维坐标和反射强度信息。由于扫描距离、目标材质等因素影响,不同目标会表现为相近的强度值,给道路标线的提取带来干扰;道路使用过程中的磨损老化会破坏标线原有的结构,造成标线提取后出现间断不连续问题;此外,道路标线种类多样且实际中出现的概率不同,导致分割网络提取结果中样本较少的类别分类精度较低。为此,本文提出了一种可准确提取各类标线并具有拓扑稳健性的分割+分类两阶段提取方法。首先,使用多层感知机自适应学习强度与其影响因素之间的关系,对路面点云进行强度改正;然后,提出链式空间拓扑网络LST-Net对道路上的所有标线进行语义分割,引入行列卷积、注意力机制捕捉标线结构信息,加入拓扑惩罚对其训练,确定标线的位置;最后,使用YOLOv5对标线进行检测,单独训练分类网络,解决分割中样本不均衡的问题,完成对标线的分类。在不同场景的3份车载点云上进行试验,结果表明本文方法标线提取精度达到94.1%,召回率达到95.6%,具有较强的实用性和有效性。

双有源桥变换器拓扑结构与控制策略研究综述

针对功率双向传输系统中的核心—双有源桥DAB(dual-active-bridge)变换器,首先对其基本原理与拓扑结构进行概述;然后,介绍了DAB变换器单移相、双重移相、拓展移相与三重移相这4种基本调制策略;进一步地,对基于这4种调制策略的控制优化建模、优化实现进行了对比分析;最后,对DAB变换器在实际应用中所面临的问题与解决方案进行了探讨。随着直流配电、储能、分布式能源技术的进一步发展,DAB变换器将迎来广阔的应用前景。

基于改进模糊C-均值聚类的陆上风电场集电线路回路划分与拓扑结构优化

【目的】在“双碳”目标以及我国能源结构加速转型的双重驱动下,风电产业规模不断快速增长,亟须降本增效以应对平价上网压力。集电线路的造价在投资中占比较大,存在可观的优化空间。为了降低投资成本,提出了一种改进模糊C-均值(fuzzy C-means,FCM)聚类算法。【方法】利用改进FCM聚类算法对陆上风电场集电线路回路进行划分。该算法综合考虑了方位角与欧式距离,以保障回路间线路不交叉,并使相邻机组聚集到同一回路;引入机位到聚类中心距离的修正因子,通过调节其数值限制回路容量。在回路划分的基础上,利用动态Prim算法对各回路进行集电线路优化选线。最后,通过某陆上风电场算例验证方法的有效性。【结果】与只考虑方位角的聚类方法相比,考虑方位角和间距的改进FCM算法优化效果更好,单回、双回连接对应的集电线路总造价分别降低了2.6%和5.4%。【结论】所提算法能够有效降低集电线路的总造价,具有一定的应用价值,可为风电场集电线路设计提供参考。

基于生态系统服务供需与拓扑结构分析的渭河流域生态网络优化

顾及区域自然资源禀赋和人类活动水平差异,优化生态网络成为缓解景观破碎化、提高连通性的有效途径,更保障了可持续发展目标的实现。在定量测度渭河流域2000、2010及2020年5项生态系统服务供需的基础上,引入景观生态学与复杂网络理论构建并分析该流域生态网络的时空格局及其网络拓扑结构特征,以供需比与源地节点的拓扑结构综合重要性之间的相关性为依据优化生态网络。结果表明:1)与2000年相比,2020年食物生产、土壤保持以及产水的供需比平均值分别上升70%、7%以及215%,而碳固定与生境质量则分别下降97%与1%。2)生态源地数量与占总面积比分别为125个和36%,生态阻力呈现“南低北高”的空间特征,约有280条平均长度为15 km的生态廊道,流域生态质量有所提升。3)2000、2010及2020年生态网络在面对蓄意攻击时,结构连通鲁棒性平均值依次为0.160、0.168以及0.150,说明2010年生态网络具有更稳定的网络结构;源地拓扑结构综合重要性与各类服务供需比均呈正相关,其中与碳固定服务供需比相关性最高,为0.51(P<0.001)。4)优化后的生态网络(2020年)在面对蓄意攻击时具有更高的连通鲁棒性,同时在一定攻击节点范围内表现出更为显著的“涌现”现象,优化后的网络具备更强的恢复力和缓冲力。研究结果可为渭河流域优化生态网络结构、提高生态系统抗干扰能力提供科学依据,也可为流域生态空间规划提供借鉴参考。

揭示配体拓扑结构对Fe-N_(x)-C单原子催化剂表面氧还原反应中间体吸附的影响

过渡金属单原子氮掺杂碳催化剂(TM-N-C SAC)因其更高的金属原子效率而被认为是提升氧还原反应(ORR)效率的重要途径.TM-N-C SAC反应中心的活性与配体结构密切相关,构建基于配体结构的ORR活性描述符是高效设计高催化活性单原子催化剂的关键.然而目前大多配体描述符基于催化剂的综合表观性质,如OH吸附能和金属中心d带中心等,其获取仍需进行额外计算,不利于通过配体结构快速推测反应活性;而目前基于配体结构拓扑参数,如金属中心原子及其配位原子属性、数量等设计的描述符存在对催化活性的描述较差或仅适用于特定配体等问题.解决该难题的关键在于理清OH与TM-N-C SAC成键的微观机制.本文全面考察了ORR中间体OH在21种具有不同氮原子数量、位置以及不同配体尺寸的卟啉型FeNxC SAC表面上的吸附机制.对有限尺寸卟啉型Fe-Nx-C(x=0-4)SAC模型上OH吸附的密度泛函理论计算结果表明,OH吸附能与SAC的配位氮原子的数量并不线性相关,且受氮原子排布方式的影响.利用能量分解分析(EDA)将OH与SAC的成键作用分解,重点讨论氮的掺入对静电作用、泡利排斥作用和轨道作用的影响.针对静电作用,Bader分析与电荷密度差值分析结果表明,氮的掺入一方面将电荷向配位原子上聚集,且配位原子上电荷数随氮原子数量增加而线性增加;另一方面大幅增强铁-配体键(Fe-L)的离子性,减少铁与配体间的电子密度,提高铁中心电子能量,并从而改变静电作用能量.对于泡利排斥作用,其影响因素与静电作用类似,因而作用强度与静电作用强度呈较好线性关系.对于轨道作用,结合扩展过渡态-化学价的自然轨道(ETS-NOCV)和电子定域化(LOL-π)等综合分析发现,氮原子的掺入破坏了配体的离域π键,从而影响OH与配体的轨道在成键时的相互作用.此外,对配体大小影响的研究表明,配体边缘原子仅当出现在包含配位原子的环上时才对OH与SAC成键有较大影响,这充分证明了OH吸附这一过程的局域性.综上,本文提供了Fe-N-C型SAC上完整的OH吸附键形成机制,强调了配位原子及其近邻原子对吸附活性的影响,为构建基于SAC拓扑特征的ORR活性描述符,实现SAC配体的快速筛选提供参考.

珠江口盆地文昌A凹陷西部地区断裂体系的拓扑结构、分形特征及其与油气藏分布的关系

为明确含油气盆地中断裂体系结构特征与油气藏分布的关系,文章以珠江口盆地珠三坳陷文昌A凹陷西部地区为研究对象,在对各层系断裂精细解析的基础上,通过对断裂网络体系的节点、分支类型分析及分维值计算,定量表征了研究区断裂网络体系的拓扑结构及分形特征,并就断裂网络体系拓扑结构、分形特征与油气藏分布的关系进行了探讨。研究结果表明:受控于区域拉张应力顺时针方向的转变,研究区断裂发育以NE向为主转变为以NWW向为主;不同层系断裂体系的拓扑结构具有差异性,珠三南断裂、珠三6号断裂和珠三2号断裂附近拓扑值较高,由深至浅断裂体系的I节点的比例逐渐增大,Y、X节点的比例逐渐减小,I-I分支的比例逐渐增大,I-C、C-C分支的比例逐渐减小,连通性由好变差;不同层系断裂体系的分形特征具有时空差异,NE向断裂带和NW向断裂带交汇区分维值较高,由深至浅断裂体系的分维值先增大后减小,复杂程度先增强后减弱;断裂体系的拓扑结构、分形特征与与油气藏分布具有良好的耦合关系,高拓扑值与高分维值的叠合区是油气成藏的有利区。

基于多元级差优良化遗传算法的环境拓扑结构任务调度

在国家深入推进“东数西算”工程的背景下,算力网络中心的环境部署调度面临许多挑战,如环境的数量、大小、拓扑结构复杂度、依赖约束和网络传输量等不确定因素。为了应对这些限制因素,提出一种多元级差优良化的遗传算法(Diverse Hierarchical Difference Optimization Genetic Algorithm,DHDO-GA)。该算法以任务执行跨度makespan和资源利用率最优化为目标,同时考虑资源的负载均衡。为了更好地引导整个种群向全局最优解快速聚拢,该算法根据适应度值和相似度将染色体分布在不同的层级,并将其抽象聚类成精英种群。仿真实验表明,DHDO-GA算法优于传统遗传算法和几种改进的遗传算法,在搜索能力、算法稳定性以及结果质量和可靠性方面具有更大的优势。

基于拓扑结构分析的断层连通性评价——以川南泸州中区深层页岩气储层多级断层为例

川南深层页岩气是中国天然气增储上产的重要领域。断层连通性是影响深层页岩气储层渗透性能、单井产能的重要因素,前期多针对断层形态、组合样式开展研究,鲜有断层连通性的系统量化评价。研究以川南泸州中区五峰组页岩气储层多级断层为研究对象,利用拓扑结构分析方法研究断层网络拓扑结构,并对其连通性进行定量评价,结果显示:泸州中区五峰组断层发育,断层网络分支的平均连接点数为1.12,可形成高渗通道,有利于页岩气的运移。研究区中部及南部断层产状分散度、断层长度分散度和断层密度均较大,连接型节点、分支数量多,有利于提高断层连通性,其连通性评价结果优于其他区域,具备一定的潜在高产井可能。

具有内表面拓扑结构的仿生血管设计与制备

针对临床人工血管不具备诱导内皮化的内表面微结构,无法为内皮细胞生长提供合适的力学环境的问题,设计并制备了一种具有内表面拓扑结构的仿生血管(BVST),实现了壁面剪切力的优化分布。基于内皮细胞的形态分布,设计了具有正交、菱形、圆弧三种内表面拓扑结构的仿生血管。通过仿真分析,发现正交与菱形结构的BVST对血液流速影响较小,周期波动相近,且BVST的内表面拓扑结构能减缓细胞流速、增加细胞滞留时间,有利于内皮细胞在进行体外培养时沉积、黏附在BVST内表面。通过对比BVST与无拓扑结构仿生血管的剪切力分布,发现BVST整体剪切力分布更加均匀。分析单个拓扑单元内的剪切力分布,发现菱形拓扑单元内部剪切力分布均匀且连续,剪切力变化较小,有利于内皮细胞的生长。将聚己内酯(PCL)溶于二氯甲烷(DCM)配制质量分数35%的PCL-DCM溶液,采用内径为0.2 mm的针头,在移动速度40 mm/s、电压5.8 kV、针头高度1 mm、挤出气压0.05 MPa的条件下,基于电纺直写技术制备具有拓扑结构的仿生血管内膜;将拓扑结构浸水黏附在纺丝收集柱,基于静电纺丝技术制备仿生血管外膜,获得具有内表面拓扑结构的双层仿生血管。提出的仿生血管设计与制备工艺可为血管内皮化研究提供参考。

基于道路拓扑结构约束的未知非结构化场景可通行区域检测方法

非结构化未知场景缺乏丰富的先验信息,且道路类型多变、没有规则道路边界等严重制约自动驾驶车辆自主导航的平顺性和安全性。本文针对非结构化场景提出一种考虑道路拓扑结构约束的可通行区域检测方法。首先,为满足全局任务规划需求,基于卫星航拍图像,半自动地提取道路的拓扑结构,构建全局路网,规划全局行驶轨迹;其次,根据全局轨迹和实时定位提取当前的行驶道路方向,作为道路可行使区域自适应生长的强约束条件,保障可通行区域的延伸方向与道路方向一致;最后,提出基于贝叶斯的激光雷达-视觉可通行区域融合方法,提升可通行区域检测的鲁棒性。实验结果表明,所提出的方法能够准确检测出可通行区域,检测失效率仅为0.2‰;在直线情况下,平均占比因子和平均发散因子为87.26%、41.91%;在弯道情况下,平均占比因子和平均发散因子73.62%和64.18%;证明了方法的有效性。