无线传感器网络能量均衡混合拓扑维护策略

针对恶劣环境下无人值守的无线传感器网络能量受限特性,提出一种时间和能量混合拓扑维护策略,以达到实现节点能量均衡的目的。将拓扑控制分为网络初始化阶段、拓扑构建阶段和拓扑维护阶段,在随机部署和虚拟骨干网络构建的前提下,确立了能量和时间作为拓扑维护触发条件的合理性。仿真表明,所提出的混合拓扑维护策略使网络生命周期提升了44.6%,90%覆盖率结束时间增加了1.4倍,为无线传感器网络的节能部署提供了参考。

考虑光伏随机性的交直流混合配电网鲁棒机会约束安全域模型

为实现高比例光伏接入下交直流混合配电网的安全评估,构建了交直流混合配电网的鲁棒机会约束安全域模型。首先,提出一种基于区间划分的自适应带宽核密度估计方法,以获取光伏预测误差概率分布,构建光伏出力机会约束不确定集合;其次,采用功率与节点电压幅值比值为状态变量,在已有交流线性化潮流模型的基础上推导一种交直流混合配电网线性化潮流模型;然后,提出交直流混合配电网鲁棒机会约束安全域的概念和模型,结合列与约束生成算法和径向迭代搜索算法生成可观测的鲁棒机会约束安全域空间。最后,算例分析验证了所提模型能够在鲁棒机会约束安全域上准确、直观的反映光伏出力的随机性,进而为交直流混合配电网的准确安全评估提供支撑。

基于改进秃鹰优化算法的海上混合光伏波浪能转换器阵列优化

近年来,海上能源发电技术备受瞩目,一种新兴趋势是将波浪能转换器(wave energy converter,WEC)与海上光伏(offshore floating photovoltaic,OFPV)相结合,形成混合光伏-波浪能转换器系统(hybrid PV-wave energy converter,HPV-WEC)。HPV-WEC具有提高海上空间利用率,降低成本以及实现功率稳定输出等优势。为了充分利用HPV-WEC系统之间的协同效应,在不增加新设备的情况下提高能源产量,提出了一种基于改进秃鹰优化算法(improved bald eagle search algorithm,IBES)的HPV-WEC阵列布局优化策略。IBES结合了莱维飞行策略和模拟退火(simulated annealing,SA)机制,以平衡局部开发和全局探索之间的关系。为了评估IBES在优化HPV-WEC阵列方面的有效性,进行了5个浮标和8个浮标规模的阵列优化,并将IBES与其他5种算法进行了比较。实验结果表明,IBES表现出实现最大总功率输出并具有显著的收敛特性。

基于指数分布优化器的混合光伏-温差系统最大功率点跟踪

为解决混合光伏-温差(photovoltaic thermoelectric generator,PV-TEG)系统的最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)问题以提高能源转换效率和利用率,提出了一种基于指数分布优化器(exponential distribution optimizer,EDO)的混合PV-TEG系统MPPT技术。EDO通过模拟指数分布的随机变化来搜索潜在的解空间,由于随机性,算法可有效避免在局部遮蔽条件(partial shading condition,PSC)下陷入局部最优,并在搜索空间中广泛探索以找到最优解。算例研究包括启动测试、太阳辐照度阶跃变化、随机变化、香港地区四季实际算例4个部分,并与其他5种算法进行对比分析,以较为全面地验证所提EDO技术在混合系统MPPT应用中的可行性和有效性。仿真结果表明,采用EDO的混合PV-TEG系统在不同运行条件下均能稳定、高效地实现最优越的MPPT性能,尤其是在春季低辐照度的条件下,EDO产生的能量分别超过蜻蜓算法(dragonfly algorithm,DA)、增量电导法(incremental conductance method,INC)、扰动观测法(perturbation observation method,P&O)能量输出的68.85%、66.13%和59.69%。

基于加权灰度图与混合阈值分割方法的光伏热斑检测

在光伏红外热图像中,热斑和部分高温工作区的亮度非常接近。在利用传统的阈值分割技术提取热斑时,往往会将工作区也一并分割出来,形成虚假热斑。结合Otsu算法和Sauvola算法的优点,提出了一种基于加权灰度图的混合阈值分割方法。通过对灰度图加权处理,降低工作区亮度,从而增强热斑与工作区的对比度,改善热斑的可视性。利用Otsu算法与Sauvola算法二值化灰度图,并根据二值图差异度计算混合阈值,以此消除虚假热斑的干扰。实验证明,该方法适用于检测存在高温工作区的光伏板热斑,能够精准有效地分割热斑。

自适应聚类的图像块分级DCT混合数模无线传输方法

提出了一种新颖的混合数模无线传输方法来实现高质量的图像传输。首先,从原始图像中减去先下采样后上采样的图像来得到残差层图像。其次,提出了一种自适应聚类的块分级离散余弦变换算法来有效去除残差层图像像素之间的相关性。最后,提出了一种基于图像块等级的不等功率分配策略来进一步提升接收端的图像质量。大量的实验结果表明,所提方法在定性评估和定量度量两方面都明显优于现有较成功的混合数模图像无线传输方法。

无线激光传输系统收发电路的设计与实现

针对航天发动机、涡轮机等旋转部件的温度测量系统中的信号传输问题,以850 nm波长的红外光为载体,设计了基于FPGA的无线激光通信的数据传输系统。该系统由转子端的光发射模块、定子端的光接收模块、地面可视化设备3部分组成。此外,在前置放大电路中引入一个反馈电容,系统的开环增益曲线会增加一个极点做补偿以提升系统的稳定,并进行了仿真验证。在此基础之上,搭建实验系统对电路性能进行测试。通过仿真及实验验证,结果表明:设计的方案可以实现传输速率为40 Mbit/s的稳定传输,为旋转环境的动态监测技术中的无线数据传输提供了一种可行性方案。

计及混合储能寿命损耗的光伏功率平抑策略

针对光伏大规模并网产生的功率波动问题,提出了一种计及混合储能寿命损耗的光伏并网功率平抑策略。该策略根据光伏功率与并网功率波动允许范围的关系确定混合储能动作状态及功率指令,实现了光伏并网功率波动的平抑;然后建立了关于混合储能系统功率协调控制的多目标优化模型,并利用带精英策略的快速非支配排序遗传算法求解该模型;最后对平抑及功率协调控制进行了仿真验证。与传统平抑策略相比,所提策略在实现光伏并网功率波动平抑的基础上,有效降低了混合储能系统的寿命损耗与运行损耗。

基于三基色LED的线性调光混合照明

为提供高品质、智能健康的照明光源,基于三基色LED光源构建了线性调光混合照明系统,并提出一种调光调色的优化方法。混合光源的光色度和光强度分别用色温和明度等级来设定,使得混合照明效果更加符合“人因照明”的需求。在系统的智能优化配光过程中,将色温转化为CIE u′v′色度坐标,明度转化为亮度,使优化计算更加精确。该系统采用线性调光的方式,既能有效避免混合光源闪烁带来的健康安全问题,配合优化算法又有效解决了线性调光色度漂移大的问题。实验结果表明,在2000 K~8000 K的色温范围内,混合照明系统混合光的色度稳定性保持在1阶CIE u′v′圆内,在对应色温下的整个光强度调节范围内无可察觉的色差。采用线性调光方式在保持光色度稳定上比脉冲宽度调光方式效果更佳。理论探究和实验结果表明该混光照明系统简易可行,具有较高的实用价值。

超100 Gbit/s光纤无线融合传输技术进展(特邀)

光纤通信与大容量高频无线通信深度融合是未来第六代移动通信(6G)的核心技术底座,对于构建“沉浸式通信、泛在连接、通信人工智能(AI)一体化”等6G典型场景具有重要意义。文章梳理了优化光纤无线融合传输系统架构和提升频谱效率的主流技术及其实现方案,对研发团队在这些方面取得的部分进展进行了总结。首先,面向新一代沉浸式通信的大容量需求,借助商用数字相干光模块(DCO),提出了一种“光纤-无线-光纤”一体融合传输系统新型架构,率先完成了光子太赫兹100/200/400 GbE实时无线传输通信实验,最高实现了2×240.558 Gbit/s的线路速率;其次,面向覆盖范围广和灵活部署的应用场景,将数字副载波复用(DSCM)技术引入光纤无线融合接入系统,文章设计并搭建出同时支持最多32路固定宽带接入和32路W波段毫米波无线接入的点对多点(P2MP)100 Gbit/s相干无源光网络(PON),能够灵活调整速率且便于后续迭代升级;最后,面向通信AI一体化需求,提出了一种基于似然感知的矢量量化(VQ)变分自编码器(VAE),基于AI技术对光纤无线融合通信系统进行端到端优化,在无需太赫兹功率放大器的情况下,成功演示了净速率为366.4 Gbit/s的双偏振(DP)2×2多输入多输出(MIMO)太赫兹信号6.5 m无线传输和20 km标准单模光纤(SSMF)传输。上述技术在未来6G典型场景中具有巨大的应用潜力,此外,文章还从大容量、长距离、集成化和智能化等方向对超100 Gbit/s光纤无线融合传输技术进行了展望。

基于光伏充电的低压混合式断路器设计及仿真

直流断路器是实现直流系统电流故障清除和隔离的关键设备。基于人工过零点的直流断路器熄弧时刻具有不确定性,且换流电容需要更换辅助电源,降低断路器可靠性,增加维护成本。为此,在传统直流断路器基础上,提出了一种基于光伏充电的混合式直流断路器拓扑结构设计方案。该方案在断路器过零点未熄弧时闭锁IGBT开关,加速电弧熄灭,并设计光伏储能供电系统为换流电容预充电能,以保障断路器持续运行。同时对所提断路器的拓扑结构、开断时序、拓扑参数进行了设计,基于MATLAB/Simulink实验平台建立了150 V混合式直流断路器模型,讨论IGBT开关器件闭锁时刻及电阻电容二极管(resistance-capacitance diode,RCD)缓冲电路对断路器开断的影响。在此基础上,通过仿真实验分析了正常和短路工况下断路器开断过程,验证了所提方案的可行性。

火灾烟与粉尘混合颗粒光散射矩阵特性研究

非火灾颗粒引起的光电感烟探测器误报是火灾探测领域重点关注的问题。通过Lorenz-Mie理论计算水雾的光散射矩阵,并与光散射平台实验测量对比验证实验平台的可靠性。测量并对比分析了单一的黑碳颗粒、干扰粉尘颗粒及粉尘黑碳混合颗粒的光散射矩阵。结果表明,光散射矩阵的不同元素及不同角度可以有效区分单一的干扰颗粒以及黑碳与粉尘的混合颗粒。

混合超级电容器应用于光伏储能的研究

光伏发电具有波动性和间歇性的特点,无法直接向负载提供稳定的电能,而混合超级电容器组成的储能系统能提供适中的能量密度和较高的功率密度,且使用寿命长,能更好消纳光伏发电,提高储能效率和电能质量。搭建混合超级电容器(HSC)光伏储能系统和锂离子电池(LIB)光伏储能系统,比较不同天气条件下的电压波动以及电量变化。在晴天条件下,HSC模组的充电电量比LIB模组提高了7.8%,而两模组的电压波动均不大。在多云条件下,HSC模组的充电电量比LIB模组提高了10.4%,且HSC模组的电压波动程度比LIB模组小。在阴天条件下,HSC模组的充电电量比LIB模组提高了15.4%,两模组的电压波动都较小,但LIB的充电电压出现下降趋势。

一种新颖的基于偏振调制器的无码元走离效应的倍频毫米波光载无线系统

为了克服基于马赫-曾德尔调制器(MZM)的倍频毫米波光载无线系统(Radio Over Fiber,ROF)中的MZM存在的直流偏置漂移问题和ROF中的码元走离效应,本文提出了一种基于偏振调制器(Polarization Modulator,PolM)的无码元走离效应的倍频ROF系统。在中心站,利用PolM产生±1阶边带信号,利用复合射频(Radio Frequency,RF)信号来驱动PolM,实现将下行数据信号仅调制在+1阶边带上。复合RF驱动信号由两路信号合成,其中一路信号由数据信号通过相位调制器调制RF驱动信号形成,另一路信号是由数据信号经电放大器进行放大形成。在基站,利用光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)反射出部分-1阶边带做上行链路的光载波,实现载波重用;利用透过FBG的±1阶边带在光检测器(Photo Detector,PD)中的拍频产生倍频毫米波信号。在误码率为10-9情况下,经20、40和60公里的传输后,下行链路功率代价分别为1dB、1.2dB和1.22dB,上行链路的功率代价分别为0.5 dB、0.8 dB和1 dB。本文设计的方案能有效地克服光纤色散导致的码元走离效应,极大地提高了系统的传输距离,在ROF系统中具有重要的应用前景。

面向瘫痪肢体功能康复的无线多通道混合数据采集系统

设计了一款无线多通道混合数据采集系统,包含硬件系统和PC数据采集及分析处理软件系统两部分。硬件系统根据目标需求,通过按键设置体表肌电(sEMG,surface electromyography)信号采集通道数和惯性测量单元(IMU,inertial measurement unit)数量,基于FreeRTOS操作系统创建sEMG信号传输任务和与IMU传感器数量对应的运动学数据采集任务,采用互斥信号量技术确保各任务获取的数据通过Wi-Fi传输给PC软件系统;PC软件系统实现对获取的混合信号实时显示、存储、处理分析等。相比于当下商用Trigno无线基础混合信号采集系统和其他自研系统,所设计的混合数据采集系统在瘫痪肢体运动功能康复领域更实用、具有更强的扩展性。

交直流混合配电台区光伏消纳优化控制

光伏发电系统输出的电压随环境而变化,导致光伏消纳效果不佳,为此提出交直流混合配电台区光伏消纳优化控制方法。根据光伏电源接入充电站的配电台区互联结构,制定多台区光伏消纳分区管理模式。充分考虑能源转换设备运行约束,构建火电-光伏-用电设备出力模型,通过对火电机组运行成本、光伏未消纳、负荷需求响应补偿成本等因素的调控实现削峰填谷。采用能量交互控制模式改善光伏发电特性,以输出的最大无功为目标,实现光伏消纳优化控制。实验结果表明,该方法与实际输出电压基本一致,只有在无遮挡情况下,场景1有小部分输出电压未超过200 V,说明该方法的光伏消纳效果较好。

考虑母线电压波动的光伏混合储能控制策略

混合储能是保障光伏系统稳定运行的重要技术之一。为保证光储系统稳定运行,提出了一种考虑母线电压波动的控制策略。通过将母线电压波动大小分解为正向和反向两种反馈,对混合储能系统中的超级电容电流内环参考电流进行调节,进而将母线电压波动相关的量作为控制信号对超级电容功率进行调整,最后在Simulink中搭建了仿真平台。结果表明,相比传统控制策略,所提控制策略母线电压波动得到明显改善,同时蓄电池的输出功率也更加平滑,延长了蓄电池的使用寿命。

基于混合电解槽自适应控制的光伏制绿氢系统研究

构建光伏阵列与混合电解槽耦合于交流母线的制氢系统。为提高光伏发电系统在环境变化下的能效,采用基于自适应步长扰动观测式的最大功率点追踪技术,光伏直流侧利用超级电容的快速响应和电荷平滑的特性稳定母线电压,网侧变流器采用虚拟同步机控制策略,实现快速响应电网变化需求,提供电网惯性和频率支撑,增强系统稳定性和可靠性;并针对传统单一电解槽制氢系统在固定工作模式下面临的能源浪费、适应性不足等问题,结合碱性电解槽和质子交换膜电解槽的优势,引入一种电解槽自适应控制系统,根据光伏输出功率和电解槽的状态实时调整工作模式,使系统在不同场景下保持较高的灵活性和稳定性。最后通过仿真验证所搭建模型与控制策略的正确性与有效性。

无人机混合无线通信技术综述

由于无人机的控制系统和任务系统的集成度高且地面维护环境更为恶劣,单一的无线通信方式难以满足无人机通信扩展性和鲁棒性要求,研究了无人机单一通信方式的特点及缺陷,以及多种通信方式混合使用的关键技术,并以此提出了面向具体使用需求的无人机混合通信方案,为无人机间、无人机与地面站间、无人机与移动终端间的通信方案设计提供了参考。

基于主成分分析的光伏热斑红外图像混合噪声去噪方法

为了解决光伏板热斑故障检测时受噪声影响的红外图像分辨率低而导致热斑区域难以识别的问题,提出一种基于主成分分析的红外图像混合噪声自适应去噪方法。该方法通过自适应窗口预处理算法将获取的热斑红外图像进行初步去噪,滤除图像中的低密度椒盐噪声,减小噪声信号对后续选取降噪训练集时所造成的影响;然后,采用基于块匹配的主成分分析法对预处理后的图像信息进行降维处理,提取信号的主要特征,降低噪声滤除时的计算复杂度;最后,使用线性最小均方误差估计对图像进行二次去噪处理,滤除残余噪声;此外,在二次去噪之前重新计算图像噪声水平,使最终的去噪图片获得了更好的视觉效果。实验结果表明:该方法能够有效去除光伏热斑红外图像中的混合噪声,客观评价指标显示噪声较小时,图像结构相似性可保持在0.9,在高密度噪声影响下,峰值信噪比相较于修正的阿尔法均值滤波算法平均提高2 dB,实际视觉效果中保留了图像细节特征,可以明显观测到热斑区域。