基于误差函数相位偏移的电场式时栅角位移传感器自标定

比对标定对于传感器测量精度的保持和提升具有重要意义,但其易受现场环境限制,且成本昂贵。电场式时栅精度不断刷新,寻找外部参考基准也变得日益困难。针对这一难题,提出了以圆周封闭原则为基准,利用傅里叶级数的平移定律,将电场式时栅的误差序列值以2π/n角位移值进行移相,利用具有不同移相次数的误差序列值进行频谱分析,互相补偿缺失的谐波分量,最终利用各次谐波分量重构传感器误差函数的自标定方法。并据此设计、搭建了相应的自标定实验平台。实验结果表明,该自标定方法对于电场式时栅角位移传感器中所包含的周期性误差补偿效果显著。对极内,使用该自标定方法与用光栅作为参考基准所获得的标定精度基本相当,两者误差为0.05",对极内误差下降67%;整周范围内,两者误差为0.15",整周误差下降80%。该自标定方法相比于传统的比对标定法在效率、应用范围及标定成本方面均拥有显著优势。

电场式时栅信号处理电路硬件平台设计

设计了电场式时栅位移传感器信号处理电路的硬件平台,阐述了整个硬件平台的设计与研制过程。该平台以SOPC技术为基础,在单片FPGA上实现整个硬件平台系统的构建,将信号的采集、处理和传输集成在单片FPGA上,电路简单、稳定性好。将该信号处理电路用于电场式直线位移传感器实验系统,在数据未经修正的情况下,在200 mm测量范围内传感器的误差峰峰值为0.8μm,表明该信号处理电路实现了对电场式时栅40 k Hz的信号的高性能处理,从而实现了电场式时栅位移传感器的高精度、实时测量。

基于CLLC-CL补偿拓扑的电场式移动供电系统研究

为了实现高速磁悬浮列车完全非接触运行,避免受流轨磨损、噪声等问题,同时尽可能减小能量接收端元件重量和空间,该文针对磁悬浮列车提出一种基于CLLC-CL补偿拓扑的电场式无线供电(capacitivepowertransfer,CPT)系统。相较于已有的补偿拓扑,提出的补偿拓扑可有效减小接收端的元件数量和占用空间。根据磁悬浮列车的结构,采用两块发射极板在中间,两块接收极板在两侧的侧面安装方式,基于CLLC-CL补偿拓扑,搭建一个缩小的移动供电模型,其传输距离为35mm、耦合电容为13.35pF。该系统在工作频率1MHz,输入电压350V、负载为150W时,可输出1.41kW功率的能量,直流-直流效率达到91.67%。实验表明,基于这种耦合机构所设计的CPT移动供电系统具有较好的传输能力,且具有较好的稳定性。

感应式与电场式结合的无线电能传输系统的设计与实现

感应电能传输(IPT)系统能够实现大功率的高效传输,但当周围的金属体处于磁场中时,高频交变的磁场会在金属体上产生涡流,导致金属体温度升高,具有潜在的危险。电场式电能传输(CPT)系统不会在金属体上产生涡流,但依然存在极板电压过高、电场辐射范围大等问题。基于CL拓扑补偿的IPT-CPT结合系统可以解决以上问题,但传统的耦合器都是分开放置,体积较大,且结构松散。因此,本文提出一种集成式耦合器的结构及其设计方法。通过Maxwell仿真设计集成式耦合器的结构参数和电气参数,使其达到系统要求。最后,通过实验验证了集成式耦合器的优越性及参数设计方法的正确性,实验系统实现了1kW功率输出,整体效率为88.24%。本文为感应式和电场式结合系统提供了一种耦合器设计方法,能够有效缩小耦合器体积,同时耦合器中的极板能够阻隔磁场辐射。

一种构建同源数字参考信号的电场式时栅信号处理方法

提出了一种电场式时栅信号相位变化测量的新方法。利用时栅感应信号频率固定不变、相移2π后回到相位初始点的特性,将基于高频脉冲的计数器作为时间测量尺,且时间测量尺满量程测量时间等于感应信号周期变化时间,通过多重相位时钟采样对时间刻度进行了细分。感应信号相位周期移动时,其对应时间测量尺上的读数呈现周期性变化。该方法基于时栅感应信号的固有特点,避免了因构建实体参考信号导致的时间基准不一致、信号偏斜、边沿抖动等造成的测量误差,以及对多重相位时钟采样性能的限制,进一步提升了测量稳定性和分辨率。通过设计基于FPGA芯片的时栅信号处理系统,并在120对极的电场式圆时栅传感器上对该优化方法进行了可行性测试,传感器稳定性达到0.405″,较之前提升近3倍,理论分辨率和实际分辨率分别为0.135″和0.54″,较之前提升约2倍。

感应式和电场式结合的无线电能传输系统研究

介绍了一种感应式(IPT)和电场式(CPT)结合的无线电能传输系统,该系统具有抗偏移能力强,传输功率高的优点,同时存在耦合器的设计比单独的IPT或CPT系统复杂,它们的尺寸和距离都受到相互制约的问题。为解决上述问题,提出了一种外加可调电感来改变感应式和电场式传输功率比的方法,能更加简便地实现不同功率比的系统。基于LCCL补偿的系统,设计了一个感应式和电场式传输功率比为3的结合系统,并验证了其可行性。

不同材质共享缆绳对浮式风电场系泊响应的影响

[目的]旨在合理设计浮式风电场的共享系泊系统,探究不同材质共享缆绳对浮式风电场动力响应的影响。[方法]首先,对浮式风电场设计共享系泊和传统(无共享缆绳)系泊方案,比较两种系泊方案的动力响应和经济成本,验证设计方案的可行性。其次,探究两类共享系泊系统对浮式风电场系泊响应的影响。最后,分析环境载荷的施加方向和缆绳材质对共享缆绳平均张力的影响。[结果]采用不同材质共享系泊系统的浮式风电场,其叶片张力近乎相同;两类共享系泊系统对风机位移和系缆平均张力的影响存在差别。此外,环境载荷施加角度和系缆材质也对风机位移和共享缆绳受力产生影响。[结论]该研究可为系泊系统中共享缆绳选型提供参考。

基于等效电势动态相似性的直驱式风电场分群等值方法

针对大规模直驱式风电场并网系统暂态电压等值建模困难的问题,考虑了直驱风机全功率变流器不同控制环节的作用机理,提出了一种直驱风机的暂态电压等值模型与动态聚类方法。建立计及Chopper电路动作过程的直驱风机暂态模型,构建了适用于暂态电压分析的等效电势指标。该指标能够反映暂态过程中直驱风机并网功率和端口电压的动态过程,并根据该指标的动态变化来反映系统故障下的暂态电压特性。针对风电场内各直驱风机物理位置、行为特征的差异性,提出了一种基于约束动态时间规整的相似度分析方法,构建了能够表征不同机组等效电势指标差异性的相似度矩阵。在此基础上,采用层次凝聚聚类算法实现了不同直驱风机的动态聚合。在PSCAD/EMTDC中建立了直驱式风电场多机等值模型,通过对比不同故障场景下的等值精度验证了所提方法的有效性和优越性。

漂浮式海上风电场微观选址动态布局优化研究

针对现有的海上风电场微观选址方法较少考虑漂浮式风电机组受到风浪作用移位的问题,文章提出了考虑系泊系统移位漂浮式风电场微观选址优化方法。该方法使用改进网格枚举优化算法得到漂浮式风电机组静态优化布局,在此基础上考虑系泊系统移位的影响,引入准静态系泊模型计算每台风力机的偏移量,以风电场发电量最高为优化目标,实现漂浮式风电机组的动态优化,从而最终实现快速生成满足优化目标及约束条件的漂浮式风电机组排布方案。最后以南海东部某海域的风电场进行案例分析,结果表明,相对于静态布局,各种尾流下的动态布局发电量都有不同程度的提升,可供海上漂浮式风电场微观选址布局实际工程应用。

LCL复合谐振型电场耦合式无线电能传输系统传输特性分析

针对LCL复合谐振型电场耦合式无线电能传输(ECPT)系统的参数敏感性较高的问题,基于阻抗变换原理建立系统的电压增益模型,分析负载品质因数Q、LCL网络电感比值k以及电容比值a和b对系统电压增益的影响规律;给出使系统电压增益相对变化率不高于40%的4个参数选值区间,实现高阶ECPT系统的低参数敏感性运行;最后通过实验验证电压增益模型和参数选值区间。所获得的研究结果为ECPT系统的实际设计提供了较好的理论指导。

球载双球式电场仪及其应用

探测雷暴电场垂直分量幅度的球载双球电场仪，它由两个空心的、直径为１４．３ｃｍ，相距３．１ｃｍ的导电球构成，两球绕垂直于两球心连线的轴旋转，电场在球上的感应电荷按正弦变化，放大后由遥测发射机传输到地面．配有温度、湿度、气压传感器，既能进行高空大气温度、气压和湿度等常规气象要素的测量，又能完成雷雨云电场特殊参量的探测任务．电场探测电路及其电池组分别装在两个球内．仪器自１９９４年投入使用以来，先后参加了近２０颗卫星的升空安全保障任务，为“澳星”等卫星在雷雨期间安全升空，发挥了重要作用．仪器测量范围为１——１００ｋＶ／ｍ，性能良好．

直驱式风电场功率协调控制策略

针对因风速扰动、负荷变化等引起的缓慢且幅度较大的电压波动,提出了一种基于直驱式风电场的功率协调控制策略。通过调节桨距角降低有功出力,从而增加风电场无功功率的调节能力,维持风电场出口电压水平,从而预防或避免由于电压偏差较大引起风电机组进入低电压穿越模式,造成其对电网更大的冲击。仿真结果表明,上述方法能够合理协调控制风电场的有功和无功出力,有效为风电场出口电压提供无功支持,从而维持接入点电压的稳定性。

基于有限元方法的场磨式电场传感器标定装置优化设计

场磨式电场传感器常被用来测量特高压直流(HVDC)输电线路下地面合成电场强度.传统对其标定的方法存在标定装置体积较大、户外标定移动不方便的缺点.针对此问题研究了一种应用于特高压直流输电线路下地面合成电场测量的电场传感器便携式缩尺标定装置.基于有限元方法建立了传感器的三维电场模型,基于该模型对便携式标定装置的尺寸、结构等关键参数做出了模拟分析,在此基础上进行了便携式标定装置的结构参数的优化设计.将便携式缩尺标定装置与标准的标定装置进行了实验比较.仿真及实验结果表明该标定装置能够方便、准确地对场磨式电场传感器进行标定.

双馈式风电场改进的恒电压控制策略

双馈式风电场采用恒电压控制能够为电网提供电压支持,但风速的随机波动使输电线路潮流频繁变化,给控制系统的稳定性带来了挑战,因此本文对恒电压控制进行改进:通过引入等值风速作为前馈控制,对风速扰动进行补偿,抑制电压波动。为减小双馈风电机组内部有功损耗,提出双层无功分配策略:第一层根据各机组无功极限的大小进行分配,第二层以最大限度的减小机组内部有功损耗为目标,在双馈机定子侧和网侧变流器(GSC)之间进行优化分配。通过仿真,验证了该方法能有效抑制由于风速变化导致的电压波动,并且大大减小双馈风电机组内部功率损耗。

基于电场耦合式电能传输系统的电能与信号回路分离式并行传输技术

在电能与信号并行传输过程中,为了降低电能传输与信号传输间的相互串扰及信号通道的复杂度,提出一种基于电场耦合式电能传输系统(ECPT)的电能与信号回路分离式并行传输方法,并给出系统的拓扑;基于交流阻抗法建立所述系统的数学模型,并给出电能传输增益、信号传输衰减以及电能串扰的数学表达式,在此基础上给出系统参数设计方法。该方法通过建立相对独立的电能与信号传输回路并依靠其自身阻抗特性,在不改变电能传输能力的前提下可减小电能传输对信号传输的串扰,并降低电路复杂度。通过仿真和实验验证了该方法的有效性,搭建的系统实验装置可实现在1.2~115.2 kbit/s范围内的电能与信号并行传输。

漂浮式风电场的基础形式和发展趋势

阐述了海上风电场的分类,并对漂浮式风电场风电机组的浮式基础作了详细的介绍。随着风电开发技术的成熟,风机容量大型化、垂直轴风机的应用及建立非并网风电多元化应用系统将是以后漂浮式风电场发展的趋势。

海上漂浮式风电场高比例并网一次调频控制策略研究

为了缓解电力系统因漂浮式风电场高比例并网而造成频率波动加剧的问题,建立了含漂浮式风电场的混合电力系统一次调频模型,并基于电池储能设计了一次调频协调控制策略。对负荷基准为1000 MW的漂浮式风力机区域进行数值模拟,区域内含100台5 MW的漂浮式风力机,每台配备1500 kW×60 s电池储能系统,分析对比了转子动能与超速减载联合一次调频控制策略与电池储能参与一次调频控制策略下混合电力系统的频率响应。结果表明:在负荷阶跃变化和随机变化的场景下,电池储能参与一次调频可以降低电力系统频率偏差和稳态误差,加快调频响应速度,使漂浮式风电机组的输出功率更加均匀,有效提高了风电机组运行的稳定性和经济性,改善了电力系统的调频性能。

海洋拖曳式水平电偶源数值模拟与电场接收机研制

海洋天然气水合物资源调查中,电磁法已成为地震勘探最有效的补充手段之一,而我国海洋水合物电磁探测中的拖曳式电场接收机此前是空白.本文从方法原理、仪器设备和海洋试验等方面,对海洋拖曳式水平电偶极偶极方法进行研讨.建立三维电阻率模型,进行数值模拟,讨论收发距、发射频率、拖曳装置离海底高度等参数与电场异常响应的关系,针对特定模型给出了最佳观测参数以指导仪器硬件设计与海洋测试.在此基础上,采用高级嵌入式计算机的智能化控制、前端低噪声斩波放大、高精度同步采集等技术,研制了由拖体、承压舱、采集电路、低噪声电场传感器等组成的海洋拖曳式水平轴向电场接收机,其系统噪声达到2 nV/（√）Hz@（1～100Hz）.将自主研制的电场接收机用于国内首次拖曳式电偶极-偶极方法的海洋试验与评估,并对海试资料进行了处理与分析.研究结果表明,所研发的仪器达到了设计指标,能够用于海洋天然气水合物调查.

直驱式风电机组风电场动态等值

以并网点运行特性一致性为目标,提出了一种直驱式风电机组风电场的等值算法。该等值算法定义了能够反映全部直驱式风电机组运行特性的分群指标,利用聚类算法对直驱式风电机组进行分群;以等值机的风力机与单台风电机组风力机的功率转换特性不变为原则,对同群风电机组的风力机参数进行等值;以被等值的风电机组输出功率之和与等值机输出功率相等为原则对风电场集电线路进行了静态等值。仿真研究表明,等值前后风电场并网点的运行特性一致,等值算法能够更加准确地反映直驱式风电场的并网特性,具有重要的工程应用价值。

基于主成分分析法的直驱式风电场分群方法

为了建立较为精确的风电场等值模型,提出了一种基于主成分分析法的直驱式风电场分群方法。首先对直驱式风电机组进行建模和分析,得到了表征风电机组运行状态的全部状态变量。然后利用主成分分析法提取了3个主导变量,它们代表了全部状态变量90%以上的信息,可较准确地反映机组的运行点。最后为了进行对比分析,在算例中分别以3个主导变量和风速为分群指标进行分群计算,并在Matlab/Simulink平台上搭建了风电场的详细模型、以主导变量分群的等值模型及以风速分群的等值模型。通过比较三种模型在风速波动及电网故障情况下动态特性的仿真结果,验证了所提分群方法的正确性及较高的精确性。以该方法分群建立的风电场等值模型的精确性较高。