露天煤矿排土场边坡植被恢复群落稳定性研究

为了揭示露天煤矿排土场边坡植被恢复群落稳定性的动态特征和变化模式,以内蒙古北电胜利露天煤矿4个排土场为研究对象,选取Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数、Pielou均匀度指数和Simpson优势度指数、植被盖度、植被高度、地上和地下生物量8个指标,构建了基于群落结构稳定性与群落功能稳定性的排土场边坡植被恢复群落稳定性评价体系,采用综合评价法对处于人工植被恢复中的内排土场和恢复年限分别为4 a、5 a、8 a的沿帮排土场、南排土场和北排土场的南、北方向边坡植被恢复群落稳定性进行综合评估,并对群落稳定性因子与土壤含水量、有机质、全氮、全磷、全钾等环境因子间关系进行分析,探究影响排土场边坡群落稳定性的影响因素。结果表明:(1)随着恢复年限的增加,边坡植被群落稳定性整体呈稳步上升趋势,但与草原站背景值相比,其综合评价指数处于较不稳定或不稳定状态。(2)随着恢复年限的增加,排土场边坡群落稳定性由结构稳定性主导转向功能稳定性主导。恢复初期受人工影响,物种多样性提高,结构稳定性较高,随着时间的推移,结构稳定性波动下降,功能稳定性上升,其中地下生物量增长迅速,生物量向地下转移,进而形成矿区特有的植物群落结构稳定与功能稳定转变特征。(3)从坡向来看,随着恢复年限的增加,边坡群落稳定性逐渐由南坡优于北坡转变为北坡优于南坡。(4)南坡的结构稳定性与环境因子的相关性较高,而北坡的功能稳定性与环境因子相关性较高,表明不同坡向的群落采用了不同的响应策略以适应环境的变化,丰富的有机质和全氮含量对排土场边坡群落功能性稳定性会产生积极影响。

对流风暴大气不稳定机制研究的若干问题

大气不稳定是强对流天气发生的必要条件之一,具有复杂性。首先简要回顾了气块假设,给出了该假设的应用局限性,比如气块在对流风暴中的强上升运动必然会导致环境大气气压和涡度的变化等;然后梳理了大气的静力不稳定、对称不稳定以及其他多种类型不稳定的概念,重点总结了条件不稳定、湿绝对不稳定和条件对称不稳定的判据及其与对流风暴发生发展的关系,同时澄清了一些错误认识。判别条件不稳定最有效的方法是对气块作有限虚拟位移、使用对流有效位能(CAPE)来判别。CAPE和对流抑制能量的计算对抬升气块的温湿状况较为敏感,并需要进行虚温订正;最优CAPE值较地表CAPE具有更好的代表性。在强垂直风切变、低CAPE环境中,由于旋转导致的动力扰动气压梯度的加速作用对强对流风暴的发展至关重要;对流不稳定不一定对应于条件不稳定。条件对称不稳定的方便判别方法是使用饱和湿地转位势涡度,文中进一步总结了该不稳定所致的中尺度雨带特征。

电网的分散负荷安全域及其应用(二):线路静态失稳的边界-本质-形态及负荷安全域的稳定裕度

交流线路承载的静态稳定边界问题一直悬而未决。负荷安全域可约束线路压差、维持多级电网电压安全水平,但稳定裕度未知。传统静态功角稳定与电压稳定的概念、机理及分析方法都不相同。研究发现,针对线路两种静态稳定可形成统一的概念、机理,而全网静态稳定的充要条件是每条支路都满足静态稳定。基于线路的复变量状态方程,得到末端的复功率-电压(即P_(j)-Q_(j)-U_(j))、复功率-功角(即P_(j)-Q_(j)-θ_(ij))的独立方程;通过可解条件分析、偏导证明,得到唯一的P_(j)-Q_(j)稳定边界及其特征,证明两种失稳的同质性;通过解析几何分析,推导U_(j)和θ_(ij)的稳定边界及其特征,得到符合实际情况的失稳形态解释。基于P_(j)-Q_(j)稳定边界,提出线路负荷安全域的稳定裕度指标以及电压安全水平的修正方法。理论验证基于首端参考系线路模型分析的可行性,提出电网上下级拓扑的稳定域匹配方法。最后,基于状态可观性判据、方程独立性以及平衡点生成原理,分析线路功-角特性的局限性。算例表明,所提的稳定边界、稳定域匹配方法都与PSASP程序收敛性结果吻合。在新能源大量接入导致线路潮流波动性大的背景下,该研究更具理论价值及现实意义。

基于电路等效的并网逆变器失稳分析与稳定控制

以并网逆变器为功率接口的新能源发电系统在弱电网条件下易发生振荡失稳问题。该文将并网逆变器的控制回路可视化为电路元件组成的虚拟阻抗,基于该电路模型分析了弱电网条件下电流内环与锁相环交互作用导致并网逆变器振荡失稳的机理,在此基础上,提出了基于有源阻尼的稳定控制设计方法,并对不同有源阻尼控制的电路特性以及稳定性提升能力进行了对比分析。研究结果表明,针对锁相环引入负电阻造成的振荡失稳问题,阻抗-高通滤波器型有源阻尼控制策略具有更优的稳定性提升能力。最后通过PSCAD/EMTDC仿真和远宽StarSim控制器硬件在环实验对比了不同有源阻尼控制策略的振荡抑制效果,并验证了阻抗-高通滤波器型有源阻尼控制的动态性能。结果表明,所设计的稳定控制能够在200 ms内有效抑制系统振荡,并且可实现在短路比为1的极弱电网条件下稳定运行。

光储直流微电网多运行工况稳定性分析

直流微电网的结构越来越复杂,运行工况也越来越多,而现有稳定性分析方法主要针对单一工况。因此研究适用于多工况运行系统的通用稳定性分析方法非常必要。首先,依据不同的运行工况建立光储直流微电网各单元的阻抗模型,利用稳态分析法结合劳斯判据推导得出系统稳定时负载功率及母线电容的边界条件;其次,通过重新定义系统环路增益表达式,得到更具通用性的基于母线电压控制变换器(BVCC)和母线电流控制变换器(BCCC)的稳定性判据,并利用该判据对系统多种运行工况进行稳定性分析,借助所得边界条件对稳定裕度较低的工况计算合适的系统参数,保证系统能够处于稳定运行状态;最后,搭建系统的仿真模型,通过对3种典型工况仿真分析,验证边界条件及稳定性分析结论的准确性。

露天矿含弱层边坡三维危险滑面构建及稳定性计算

露天矿含弱层边坡稳定性分析是露天开采领域中的一个重要研究内容,实际工程问题复杂多样,基于二维计算会导致结果偏于保守,有时无法满足复杂工程的需要,因此,开展含弱层边坡三维稳定性分析的研究是很有必要的。基于标准椭球,对其进行空间几何变换,与边坡插值生成一种由x_(a)等6个参数控制的椭球危险滑面,将椭球滑面与弱层结构面进行组合插值,构建含弱层边坡三维危险滑面;使用三维剩余推力法和遗传算法计算边坡稳定性系数并进行最危险滑面搜索,使用经典算例对方法进行验证,发现含弱层边坡随着滑体宽度增加稳定性系数逐渐降低。以锡林浩特某露天矿为应用实例,对东北帮含弱层边坡进行三维稳定性计算,验证了方法在实际工程中的适应性。

克氏原螯虾碳、氮稳定同位素周转与分馏特征研究

为了解稳定同位素在克氏原螯虾(Procambarus clarkii)体内的周转与分馏特征,通过室内控制实验,研究了两种不同规格(虾种、成虾)克氏原螯虾在不同投饲条件下(饲料、鱼糜)的碳、氮稳定同位素周转半衰期和肌肉组织判别系数。结果表明,饲料组和鱼糜组虾种的生长系数分别为(0.0085±0.0007)d^(-1)、(0.0079±0.0012)d^(-1),成虾的生长系数分别为(0.0013±0.0001)d^(-1)、(0.0009±0.0004)d^(-1),不同投饲条件下克氏原螯虾生长系数差异不显著。虾种的相对增长率(1.60、1.57)大于成虾(1.08、1.05),不同投饲条件下克氏原螯虾相对增长率差异不大。相对于饲料组,鱼糜组虾种碳稳定同位素比值(δ^(13) C)在第7天出现显著差异,在28 d至56 d趋于稳定;成虾组δ^(13) C值在第14 d出现显著差异,在28 d至56 d趋于稳定;虾种和成虾氮稳定同位素比值(δ^(15) N)均在第14 d出现显著差异,在28 d至56 d趋于稳定。虾种碳稳定同位素周转速率(0.0208±0.0040)d^(-1)大于成虾(0.0184±0.0020)d^(-1)。虾种和成虾的碳同位素判别系数分别为0.89‰±0.15‰、1.06‰±0.16‰,氮同位素判别系数分别为3.42‰±0.08‰、3.63‰±0.13‰,虾种的碳同位素判别系数、氮同位素判别系数均小于成虾。研究结果可为应用碳、氮稳定同位素技术开展克氏原螯虾食性研究提供基础参数,提高食源分析的准确性。

深度学习在边界层流动稳定性分析中的应用

基于线性稳定性理论(linear stability theory,LST)的e^(N)方法是边界层转捩预测中比较可靠的方法之一。为了将传统LST特征值问题的求解过程大幅度简化和自动化,使用卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)在边界层相似性解的LST分析样本集上进行训练,针对流向和横流不稳定性,分别在自然层流翼型和无限展长后掠翼上预测扰动的当地增长率、N因子和转捩位置,结果与标准LST一致性良好;验证了CNN可以将边界层剖面速度型导数信息编码为满足伽利略不变性的标量特征,在翼型边界层中起到了表征压力梯度的作用,在后掠翼边界层中起到了表征横流强度的作用;在CNN对LST特征值预测的基础上,以LST控制方程、边界条件和平凡解惩罚项构造总损失函数来训练内嵌物理信息神经网络(physics-informed neural network,PINN),实现了在不依赖样本的情况下对LST特征函数的准确预测,结果表明PINN可以为LST的特征函数问题提供有效的建模方法。

水-气耦合下的土质边坡稳定系数场分析

传统边坡稳定性分析方法仅对潜在滑动面进行整体稳定性评估,无法获取各点的安全系数.基于稳定系数场理论,综合考虑水-气耦合作用,对降雨条件下边坡稳定性进行分析.结果表明:1)稳定系数场法能够直观地体现水-气耦合作用下边坡的具体破坏区域,得到各点的安全系数;2)孔隙气压力对边坡降雨入渗有一定阻碍作用,并且随着降雨时间的推移阻渗效果愈明显,相同条件下降雨40 h时,两相流湿润锋深度较单向流减小了28.6%;3)相同条件下,考虑水-气耦合作用将降低边坡稳定性,以降雨40 h为例,两相流边坡失稳面积约为单向流的1.7倍.因此,在实际工程中对边坡稳定性分析时考虑水-气耦合作用,工程偏于安全.

考虑LVRT特性的新能源送端系统功角稳定与电压稳定交互影响分析

新能源机组的低电压穿越(LVRT)能力是高比例新能源电力系统维持电压稳定的重要保证,同时LVRT期间新能源机组的功率特性将进一步影响同步发电机的功角稳定性。为分析高比例新能源送端系统功角稳定与电压稳定的耦合机理,以风电为例,推导了LVRT期间风电机组的有功-无功耦合关系;以含风电的送端系统为例,推导了故障前、故障期间以及故障后同步发电机的机械功率和电磁功率。分析了受扰后系统功角与电压的失稳形态,揭示了含风电送端系统功角稳定和电压稳定的交互影响。基于PSASP平台,仿真分析了风电初始出力水平以及LVRT参数对电力系统功角稳定和电压稳定演化的影响。

电力系统在线安全稳定计算分析技术综述与展望

在线安全稳定计算分析技术是电力调度部门准确感知电网实时运行状态并做出正确评估决策的重要支撑。随着新型电力系统动态特性愈发复杂与随机,以稳态、非同步量测数据为基础的传统在线安全稳定分析体系逐渐表现出实时性和准确性上的不足,而以动态、同步相量量测数据为基础的新一代在线安全稳定分析技术愈发受到国内外相关科研及工程领域的关注。基于此,该文就实时状态感知、动态参数辨识和在线稳定评估3个核心组成部分对现有在线安全稳定计算分析体系所涉及的关键技术及瓶颈难题进行综述,并进一步提出新一代在线安全稳定计算分析技术的总体框架和未来研究方向,以期为新型电力系统安全稳定运行提供可靠技术保障。

蝴蝶轻元素稳定同位素比值的测定

蝴蝶对环境的依赖程度较高,其生存环境的气候变化、食物来源等都会直接影响区域内蝴蝶的种类和数量,因此蝴蝶可作为研究生态环境的指标[1-2]。国内对蝴蝶的研究主要是以采集后分类为主,较少用稳定同位素技术判定蝴蝶的生活习性。

法向声场中粘弹性平面液膜的线性不稳定性研究

针对液体火箭发动机中可能出现的声学振荡工况,对法向声场中平面液膜的线性不稳定性进行了理论分析。采用粘势流理论,描述了液膜的动量方程和边界条件。基于Floquet理论,获得了正弦、曲张双模态耦合的色散方程。结果表明,气液剪切引起的Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定和声振引起的参数不稳定之间存在竞争关系。奥内佐格数的增大、弹性数的减小和时间常数比的增大会抑制液膜的失稳。韦伯数的增大对K-H不稳定有促进作用,但是对参数不稳定具有双重作用,一方面韦伯数的增大减弱了表面张力,促进液膜失稳,另一方面韦伯数的增大使得参数不稳定区域的波数增大,增强粘性对不稳定的抑制作用,抑制液膜失稳。邦德数的增大促进了参数不稳定,抑制了K-H不稳定。声振频率的增大使得K-H不稳定增强,参数不稳定减弱。

“双高”电力系统:一种新的稳定判据和稳定性分类探讨

随着能源变革和电力电子技术发展,高比例新能源和高比例电力电子设备(简称“双高”)在电力系统中比例增高,带来新的稳定问题。该文对“双高”电力系统的失稳影响因素和稳定判据进行深入剖析,探索“双高”电力系统的失稳机理,提出系统阻抗角稳定性分析方法。基于所提出的稳定性分析方法,从系统有功功率、无功功率平衡基本运行规则出发,构建“双高”电力系统的阻抗角稳定判据,通过搭建仿真模型验证所提稳定判据的有效性和正确性。同时,对IEEE 提出的稳定性分类进行探讨,在遵循传统稳定性分类原则基础上,基于所构建的稳定判据,尝试提出一种新的稳定性分类方法,希望有助于厘清“双高”电力系统稳定性问题,为后续系统规划、稳定性控制提供指导。

考虑极限诱导分岔的静态电压稳定域

随着高比例可再生能源在电力系统中的广泛应用,可再生能源的波动性和随机性对电力系统静态电压稳定评估带来挑战,电力系统静态电压稳定域(static voltage stability region,SVSR)可以全面分析和监测电力系统电压稳定性,其关键是快速准确地构建稳定域边界。针对传统连续潮流法和非线性规划法计算量大的问题,提出一种基于SVSR边界拓扑性质的SVSR边界构建优化模型,根据边界连续且光滑的性质,由已知边界点通过预测-校正方法直接计算相邻边界点。在此模型基础上提出一种极限诱导分岔识别方法,构建考虑极限诱导分岔的SVSR边界。最后通过算例分析验证了所提方法的可行性和准确性。

油酸锌/脲嘧啶复合热稳定剂对PVC性能的影响

为了改善软质聚氯乙烯(PVC)的初始白度和长期热稳定性,制备由具有不饱和链的油酸锌和含氨基的脲嘧啶(6-氨基-1,3-二甲基脲嘧啶,DAU)组成的复合热稳定剂,添加合适的辅助稳定剂和增塑剂,进行聚氯乙烯热加工。采用刚果红试验法和干燥箱热老化试验法分析复合稳定剂对PVC静态热稳定性的影响;采用转矩流变测试评价其对PVC动态热稳定性的影响;利用红外光谱法研究复合稳定剂的热稳定机理。结果表明,油酸锌与脲嘧啶复合后,稳定剂与PVC的相容性提高,初始白度得到改善;复合稳定剂中DAU与油酸锌(DAU/Zn)的最佳比例为4∶1,长期热稳定性可达100 min;另外,加入辅助稳定剂和增塑剂使PVC的热稳定效果得到进一步改善。

基坑提前排水围堰渗流稳定及排水策略研究

围堰渗流及边坡稳定关系到围堰自身稳定以及基坑能否及时形成干地施工条件,极大影响到主体建筑物的工期。依托于澜沧江TB水电站围堰施工与基坑排水工作,对围堰防渗墙各施工阶段基坑水位骤降条件下的堰体渗流稳定与边坡稳定性进行了研究。结果表明:随着防渗墙的施工逐步完成,围堰体浸润线的再次稳定用时逐步减小,且基坑内外水位差更大的条件下浸润线稳定用时更长;在围堰防渗墙处于一期槽施工完成二期槽泥浆固壁条件下,若能控制基坑单次水位骤降不超过0.9 m,则堰体边坡能保持稳定,此时可允许基坑提前排水。在此基础上,对TB水电站基坑提前排水策略及方案进行了研究。研究结果可为类似工程提供参考。

基于电气转矩法的VSC-HVDC系统直流电压振荡稳定性评估

文章采用电气转矩法分析了VSC-HVDC系统的直流电压振荡稳定性。首先,基于电压源型换流器的平均值模型,分别研究了基于功率控制的换流器及基于电压控制的换流器的动态响应特征以得到适用于电气转矩法的并网换流器模型。基于提出的评估模型,建立了双端VSC-HVDC系统的Phillips-Heffron模型并推导出系统的阻尼系数和同步系数。经典电气转矩法指出:电力系统稳定性与系统阻尼系数高度相关。因此,基于电气转矩法推导出的稳定条件揭示了系统直流电压振荡失稳机理,量化了直流网络动态及换流器控制动态对直流电压振荡稳定性的影响。当由基于电压控制的换流器及直流网络提供的正阻尼无法抵消由基于功率控制的换流器产生的负阻尼时,系统直流电压振荡稳定性将无法得到保证。此外,合理设置电压控制器的比例增益能够使系统获得足够的稳定裕度。最后,通过仿真验证了电气转矩法在分析VSC-HVDC系统直流电压振荡稳定性问题时的可行性及所得稳定条件的正确性。

基于混合势函数的永磁同步风力发电机暂态稳定性分析

永磁同步发电机(permanent magnetic synchronous generator,PMSG)作为海上风力发电的主要设备,是风电技术的重要发展方向。然而,PMSG在运行过程中,受到大扰动干扰会导致其暂态稳定性下降。因此,针对PMSG风机大扰动下的暂态稳定性阈值难以判定的问题,本文基于混合势函数理论,建立了PMSG风机系统简化后的混合势函数模型,并推导出PMSG风机在大扰动后的暂态稳定判据。通过仿真后的网侧电流波形和网侧功率波形验证了暂态稳定判据的准确性,并调整各参数数值以分析PMSG风机暂态稳定性与风机参数、故障深度、故障时间和风速的关联性。

考虑叶片造型的压气机流动稳定性模型研究进展

压气机实际稳定裕度是否达到指标直接决定了发动机是否可以投入使用.目前的压气机气动设计体系中缺乏一种高效、准确的评估失稳边界的工具,导致在设计定型后依然存在实际稳定裕度不足的风险.因此迫切需要发展快速可靠的压气机稳定性预测工具以供设计阶段使用.现代航空压气机叶片的气动设计朝着三维精细化方向发展,如何在设计阶段考虑叶片三维造型的变化对稳定性的影响愈发关键.传统的激盘/半激盘模型难以精细捕捉到三维叶片造型对流动稳定性的影响,而非定常数值模拟方法对计算资源的消耗在压气机设计阶段难以承受.为了在精细考虑叶片造型影响的同时提高计算效率,为气动设计阶段提供稳定性评估工具,本团队首先在2013年提出了叶轮机流动稳定性通用理论,通过分布式叶片力源项建模考虑复杂叶片造型的影响,通过系统特征值描述流动稳定性.继而针对不同的预测目标和应用条件,发展了3种简化模型:子午面模型、流线模型和径向展开模型.其中子午面模型能够准确刻画叶尖间隙、叶片掠和叶片加载方式等关键设计参数对流动稳定性的影响,为设计阶段提供了一种可靠的失稳边界预测工具;流线模型可以快速评估展向各条流线系统的流动稳定性,并定量地给出流动稳定性最为薄弱的区域,从而有针对性地指导叶片扩稳设计;径向展开模型可以快速地预测离心压气机的流动失稳点,定量评估离心压气机流动稳定性.以上模型可以应用于压气机气动设计体系,为设计定型的压气机提供了可靠的稳定性评估方法,为压气机气动/稳定性一体化设计提供了技术储备.