基于正则形理论的电力系统2阶模态谐振的研究

应用向量场正则形理论对电力系统2阶模态谐振现象进行了研究,并对发生2阶谐振时系统动态特性和稳定性所受到的影响进行了分析。在模态空间,从识别主导低频振荡模式出发,通过分析模式间的非线性相关作用以及模式和状态变量之间的非线性相关性来确定由谐振所强烈激励的状态变量和相关发电机。8机系统的算例结果验证了在模态2阶谐振情况下系统非线性振荡将加剧、动态特性和稳定性将变化的正确性。该方法揭示了以往稳定分析中没有触及的一些新问题,得到了一些新观点,为更深入地研究电力系统内部的非线性结构特性奠定了基础。

应用模态级数方法分析电力系统模态谐振

本文推出了一种分析电力系统模态谐振的方法———模态级数(modalseries)方法。用该方法求取2阶解析解不用解高维非线性代数方程,而且把谐振情况和非谐振情况的公式融为一体,推导容易,计算简单。在2阶解析解的基础上推导出了系统谐振时非线性相关因子的表达式。用该方法分析了简单电力系统中出现的模态谐振情况,获得了良好的效果,由此验证了本文所提出方法及谐振时2阶非线性相关因子的正确性。

氮化铝面内伸缩模态谐振器的研究现状

综述了氮化铝面内伸缩模态的射频MEMS谐振器。氮化铝面内伸缩模态谐振器(contour-mode resonator,CMR)利用了氮化铝薄膜的压电效应,由器件的机械谐振再通过机电转化实现谐振功能,基本结构为电极层-氮化铝层-电极层。当前研究的两种典型的器件结构为方形振子梳齿电极结构和圆盘振子电容式结构。概述了氮化铝CMR的制备工艺,并重点介绍了磁控溅射法生长薄膜和ICP刻蚀等主要工艺环节。分别对氮化铝CMR的谐振频率、品质因子、温度稳定性和动态电阻等主要性能参数进行了理论分析,针对谐振器各参数的提升给出了具体的改进方向,同时讨论了某些性能的提升所带来的负面影响。氮化铝CMR具备面内集成的优点,随着器件频率的提高,将在无线通信领域具有广阔的应用前景。

基于修正模态法的支路串联谐振识别

针对电力系统支路串联谐振识别难的问题,提出了修正节点导纳矩阵模态法的支路串联谐振识别方法。首先,在使用网络矩阵模态法识别节点并联和回路串联谐振点时,发现其对应谐振点重合;经理论分析发现,支路阻抗比越小,对应的回路串联和节点并联谐振点重合度越高。然后,对于支路串联谐振,通过使用添加虚拟支路的方法将其转化为回路串联谐振,并利用系统串并联谐振重合的理论,进一步转化为并联谐振识别。最后,通过对三节点系统和 IEEE14节点系统的仿真分析,验证了该谐振识别的可行性和正确性。

基于锁相环接口电路的高性能扭转谐振模态微悬臂梁传感器研究

扭转谐振模态微悬臂梁低能耗、高品质因数的特性,使它比传统的弯曲模态悬臂梁拥有更高的灵敏度和分辨率.将微传感器加工技术和生物检测技术相结合,利用扭转谐振模态微悬臂梁传感器对生物素和亲和素的特异性反应进行检测,结果传感器的灵敏度为0.9pg/Hz,分辨可达到49fg.本文还着重介绍了为谐振梁传感器设计的以锁相环(Phase-Locked Loop简称PLL)为核心的闭环接口电路,分析了悬臂梁和电路在闭环系统中的工作特性,并探讨了解决谐振式传感器在使用中常见的稳定性差、噪声干扰强等问题的方法.:

高阶谐振模态的超高质量分辨硅微悬臂梁压阻传感器

开发了一种在空气中具有几十飞克质量分辨率的谐振式微机械悬臂梁生化质量检测传感器.在悬臂梁上面实现了使用惠斯通压阻电桥检测和洛伦兹力线圈驱动集成结构.与通常的一阶模态谐振传感器不同,为了显著提高传感器特异性反应吸附质量以实现分子水平的检测分辨率,提出了一种二阶弯曲谐振模态优化驱动的方法.在悬臂梁上集成了一种回形针状的驱动电流回路,实现了与第二模态悬臂梁运动两个相反运动峰值相吻合的两处同时反方向驱动.研究中采用硅微机械技术实现了集成谐振悬臂梁的制作,并研制出了高性能的谐振传感器闭环接口电路.在空气中进行谐振实验,与传统一阶模态传感器相比,采用该优化驱动的二阶模态,谐振品质因数从195提高到857,谐振频率从49·156提高到298·132kHz,采用Allen方差的方法对谐振频率噪声进行分析,表明该优化驱动的二阶模态传感器将传统的一阶模态传感器质量分辨率从0·17改善到0·029pg,达到了4个痘病毒的质量分辨水平.

基于s域节点导纳矩阵的谐振稳定性分析方法

谐振稳定性问题在新型电力系统背景下日益突出,目前缺乏在大系统层面进行谐振稳定性分析的有效方法。在阐述谐振稳定性的定义和机理的基础上,提出了基于s域节点导纳矩阵原理实现谐振稳定性分析的完整方法。该方法分2个阶段完成,首先在假定系统阻尼为0的条件下确定各谐振模态的无阻尼谐振频率、节点电压振型和最佳可控可观测节点;然后在考虑系统所有阻尼的条件下,基于系统降阶和系统辨识的思路,采用测试信号法精确计算出谐振模态对应的特征根。进一步还可计算出各谐振模态对特定元件参数的灵敏度。该方法避免了直接求解s域节点导纳矩阵行列式零点的困难,为在大系统层面开展电力系统谐振稳定性分析提供了可靠途径。

基于递归正位置反馈的三阶压电纳米定位台谐振控制

针对压电纳米定位台的低阻尼谐振振动,设计了一种基于递归结构的正位置反馈控制器(RPPF)的闭环控制方法。利用激励信号输入平台进行系统辨识并使用零极点对消方法简化三阶系统,对闭环特征方程使用费拉里法求解。针对控制器参数较多,极点配置不够准确等问题,利用飞蛾扑火算法对RPPF控制器进行参数配置。实验结果表明,与正位置反馈控制器(PPF)相比,递归正位置反馈控制器(RPPF)将三阶压电纳米定位台的闭环带宽从531 Hz提升到663 Hz,且50 Hz三角跟踪的最大绝对误差和均方根误差分别降低了30.12%和26.47%,具有更好的跟踪速度和精度。

采用复原子解耦调制滤波的次同步振荡模态分析方法及其仿真

利用尺度因子对加高斯窗的正交三角基进行解耦调制可以构造具有灵活滤波控制特性的复原子函数。该复滤波函数的时频域带宽不受带通中心频率约束,且能根据分析要求通过尺度因子调整。为此,根据高斯窗半径计算公式设置具有紧凑频域带宽和较短观测时窗长度的复原子参数,在次同步频率范围内逐步调整中心频率实现对各振荡模态的检测,每次有效滤波输出对应于各振荡模态的特征复相量,并从中提取振荡频率、幅值和阻尼。仿真研究表明,该方法能从实测数据中准确检测工频量以及同时存在的各次同步电气谐振模态和扭振模态频率、幅值和阻尼,具有较高的模式分辨率和较短的计算数据窗,能较好地抑制噪声和高频分量干扰,且实时性好,便于在线分析。

平面内谐振式微悬臂梁生化传感器的设计与制造

给出了一种新型的基于平面内谐振模态的电热驱动微悬臂梁的工作原理和制造方案。相比于传统的平面外谐振模态谐振式悬臂梁,该设计能有效地降低微悬臂梁在液体中工作时的拖曳力,从而降低其振动能量损失,使得其接入锁相环接口电路后的闭环品质因数达到了249。电热驱动和压阻检测方式便于工艺集成和快速检测。本文给出了基于SOI硅片和深反应离子刻蚀(DRIE)的悬臂梁制作方案,并分别在空气和水中对悬臂梁的谐振特性进行了测试。

考虑系统参数不确定性的谐波谐振监测点优化配置方法

在考虑电力系统不同类型元件参数取值具有不确定性的前提下,提出一种电力系统潜在并联谐波谐振监测点的优化配置方法。首先,基于谐波谐振模态分析介绍了并联谐波谐振可观性的相关概念;然后,根据不同类型元件参数的随机模型,应用谐波谐振模态分析法和蒙特卡洛法,构建了概率性谐振监测矩阵;进而,定义并量化了谐振可观性指标和可观性-成本权衡因子,并在此基础上提出了谐波谐振监测点优化配置方法。该方法可以使配置方案在所需监测装置数满足投资成本限制的条件下,实现谐波谐振可观性和投资成本经济性两者之间的协调优化。最后,基于IEEE 30节点测试系统对所提方法进行了仿真分析,并将所提方法与传统方法得到的配置结果进行了比较,验证了所提方法的合理性与优越性。

国华锦界电厂串补输电次同步谐振解决方案的研究

国华锦界电厂串补输电系统是典型的点对网远距离大容量输电模式,由于串联补偿度较高,次同步谐振(SSR)成为威胁电网稳定和机组安全的现实问题。本文以锦界电厂串补输电系统为对象,在深入分析其SSR阻尼特性和故障风险的基础上,重点研究了基于静止无功补偿器(SVC)的次同步谐振抑制方案,采用特征值分析和电磁暂态时域仿真方法详细验算了方案的有效性。

南方电网多直流调制控制的交互影响与协调

受限于现有的小扰动分析软件无法对高压直流输电系统(HVDC)控制回路建模,直流控制器的分析和设计严重依赖于时域仿真,无法获得对于控制器性能的机理性认识。文中利用NETOMAC仿真软件中NEVA的自定义控制器功能,定义了新的HVDC控制回路模型。利用根轨迹技术,分析了2008年度南方电网3回直流调制采用广域信号反馈控制时各自的不同性能,发现了由于HVDC调制引发的模态谐振现象,这种现象的存在使得直流调制控制的阻尼效果被削弱。最后,提出一种利用多直流协调控制消除模态谐振的方案,并通过NETOMAC的时域仿真加以验证。

计及二阶非线性特性的PSS配置

在正则形理论指导下,提出了计及2阶模态非线性相关作用的电力系统稳定器(PSS)配置新方法。通过辨识系统中准谐振模式和主导低频振荡模式,分析模式之间以及模式与状态变量之间的非线性相关性来确定与准谐振模式和主导低频振荡模式联系最紧密的状态变量和相关发电机,进一步利用非线性相关作用指标来评估模式之间2阶非线性相关作用的大小,以此为据来确定PSS配置。4机2区域系统和一个实际互联大系统的算例结果验证了这些新观点和这种PSS新配置方法的正确性和有效性。

压电质量传感器检测灵敏度分析

压电质量传感器是一种利用压电谐振器对质量的敏感性,通过谐振器吸附待测物后频率的变化实现对被测物质进行检测的传感器。由于附着物质引起的质量变化很小,因此测试精度将强烈依赖于结构频率对质量变化的敏感程度,而敏感程度与传感器感知部分的几何尺寸密切相关。本文主要研究压电材料悬臂梁式质量传感器的检测敏感度分析问题,推导传感器自振频率变化对质量变化的灵敏度与传感器各部分结构几何尺寸设计参数依赖关系的计算格式,并讨论了结构尺寸、截面形状以及谐振模态对传感器检测灵敏度的影响。

基于H_2与H_∞指标的“动中通”伺服系统控制器设计

以"动中通"伺服系统为对象,研究了一种基于H_2/H_∞指标的控制器设计方案。在反馈控制器方面,将满足LQ最优准则的扩展状态反馈与状态观测设计整合成一个H_2设计问题,给出理论推导与设计方法;在前馈控制器方面,将扰动抑制H_∞指标设计转换为模型匹配设计,并给出有效求解方法。在控制器参数整定过程中,考虑主谐振模态、不确定性等对系统的影响,给出了一种兼顾动态性能和鲁棒稳定性的整定方法。该设计方法从反馈到前馈均着重考虑扰动抑制能力,并在实际系统上取得了较好的效果,对扰动抑制能力要求较高的控制器设计有一定指导作用。

SiO_2微悬臂梁制备及其高阶谐振的传感器研究

为了提高SiO2微悬臂梁动态检测灵敏度,对T型SiO2微悬臂梁的制备和高阶谐振模态传感器进行了研究。以绝缘体上Si(SOI)为起始材料制备了不同长度T型SiO2微悬臂梁,利用原子力显微镜(AFM)中精密的光学位置敏感检测器及数据处理系统对其频率进行表征,获得了与仿真结果相一致的数据。基于高阶谐振模态的免疫反应结果表明,对于相同的质量变化量,微悬臂梁的弯曲振动模式阶数越高,其频率偏移越大,从而达到较高的灵敏度;实验制备的SiO2微悬臂梁前三阶弯曲振动模式的检测灵敏度分别为1.36、9.78和26.92Hz/pg,利用二阶弯曲振动模式可检测出21.5pg的分子吸附。