考虑损耗约束的百万千瓦级海上风电汇集系统分析与设计

针对大规模远距离的海上风力发电技术而言,风电场的造价十分昂贵,投资成本很高昂。每个风机发出的能量如何汇集送出能使全局成本达到最优受到关注,因此优化海上风电场汇集系统的经济性是一个研究重点问题。从海上风电场内部电气汇集系统的特征出发,根据海上风电汇集系统的经济性组成因素对各个经济性因素建立数学模型,以全局投资成本最低为目标,同时考虑损耗约束条件对汇集系统设计,并在此基础上优化海底电缆拓扑。对风机排布采用放射型模糊聚类算法RFCM(Radial Fuzzy C-Means)与最小生成树算法相结合。对风机进行模糊聚类分片后将聚类片区得出的风电机群的海底电缆分布路径采用Prim最小生成树算法进行优化找出电缆连接最小路径,得出最经济性的分布拓扑,此组合算法能够解决穷举法维数过多的问题,为海上风电汇集系统优化问题的提供了一种快速简洁的方法。在此算法的基础上考虑电缆损耗大小因素的约束,得出经济性优良且电缆线路损耗更小的设计方案。最后算例分析一个规划中的海上风电场,证明该组合优化算法与联合优化的有效性。

低损耗Topas环烯烃共聚物光纤研究

以大直径空芯微结构Topas环烯烃共聚物光纤为太赫兹波传输媒介,数值计算得其在1.89和2.52 THz处的限制损耗约为1.25和1.59 dB/m.实验结果表明,该结构光纤能将1.89和2.52 THz的太赫兹波很好地限制在其空气芯中传输,存在较小的弯曲损耗,且1.89 THz处的约束损耗低于2.52 THz处,与计算结果吻合,并获得较好传输效果.

SIMP插值的约束层阻尼结构拓扑优化

针对约束层阻尼结构拓扑优化问题,采用SIMP插值模型和变密度方法,构建了以模态损耗因子为目标函数,约束阻尼材料用量为约束条件的拓扑优化模型。推导了模态损耗因子对设计变量的灵敏度表达式。采用优化准则法,计算了约束层阻尼的最优拓扑构型,给出了拓扑优化计算的流程。结果表明:采用该拓扑优化方法对约束层阻尼材料进行优化布局,能在减少阻尼材料用量的前提下,显著提高结构模态损耗因子,降低频率响应幅值。

太赫兹波光子晶体光纤传输特性分析

利用矢量有限元法分析了太赫兹波光子晶体光纤单模截止频率和波导色散随光纤结构的变化特性.结果表明,太赫兹波光子晶体光纤的单模截止频率随着光纤空气孔占空比的变大而降低,零波导色散点频率随着空气孔占空比变大而增加,约束损耗随着空气孔的圈数增加而降低.

基于小圆孔结构纤芯的高双折射光子晶体光纤

为了实现高双折射光子晶体光纤,提出了一种在纤芯中引入微小圆孔的方法.利用全矢量有限元方法和完美匹配层条件研究了基于圆孔微细结构纤芯的光子晶体光纤的双折射特性.讨论了纤芯圆孔数量、孔径、间隔距离对光纤双折射特性的影响;设计了一种双折射达到10-2量级的光子晶体光纤.模拟结果表明采用三个以上圆孔可以获得较大的双折射,增大外包层数目可以有效减小约束损耗.

单偏振单模微结构聚合物光纤理论设计

采用全矢量有限元法并结合完美匹配边界条件,得到了一种新型结构的单偏振单模微结构光纤,以聚合物聚甲基丙烯酸甲酯为基材,对其偏振模场、快轴模和慢轴模截至波长和约束损耗进行了研究.结果发现,通过改变光纤结构参量,可以使光纤基模两个正交偏振态截止波长不同,光纤中只能传输基模的一个偏振态(慢轴模).若调整光纤单偏振单模工作区在聚合物光纤通信窗口650nm附近,该光纤传输慢轴模的约束损耗低于0.05dB/m.

单偏振单模微结构聚合物光纤理论设计

采用全矢量有限元法并结合完美匹配边界条件,设计实现了一种新型结构的单偏振单模(single polarization single mode,SPSM)微结构光纤(Microstructured optical fibers,MOFs),以聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)为基材,对其偏振模场、快轴模和慢轴模截至波长和约束损耗进行了研究。结果发现,通过改变光纤结构参数,可以使光纤基模两个正交偏振态截止波长不同,光纤中只能传输基模的一个偏振态(慢轴模)。若调整光纤单偏振单模工作区在聚合物光纤通信窗口650nm附近,该光纤传输慢轴模的约束损耗低于0.06 dB/m。该研究为本体聚合技术制备单偏振单模微结构聚合物光纤提供了理论依据。

椭圆孔正方形点阵单偏振单模光子晶体光纤的设计

设计了一种椭圆空气孔正方形点阵单偏振单模光子晶体光纤,并以聚甲基丙烯酸甲酯为基材,利用基于棱边/节点混合元的全矢量有限元法对该光纤进行了数值模拟。结果发现,其偏振模场、快轴模和慢轴模截止波长完全依赖于光纤的结构参数;通过优化光纤的结构参数,发现该光纤传输基模的一个偏振态（慢轴模）在0.62μm至0.70μm可见光波长范围内;若调整该光纤结构具有9圈椭圆空气孔时,其偏振模约束损耗在波长0.65μm处可以降至0.13dB/m。该聚合物基低损耗单偏振单模光子晶体光纤可以有效消除传统保偏光纤固有的偏振串扰和偏振模色散。

单偏振单模聚合物光子晶体光纤设计

设计了一种聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基的单偏振单模(SPSM)微结构聚合物光纤(MPOF)。利用全矢量有限元法和光束传播法相结合分析了这种光纤的偏振特性和约束损耗。通过优化光纤结构参数,发现在0.51μm～0.62μm的可见光波长范围,由于基模两个正交偏振模的截止波长不同,这种微结构聚合物光纤只能传输基模中的一个偏振模,从而实现单偏振单模运转。该11圈圆空气孔六角排列光纤结构的传导偏振模在0.57μm波长处约束损耗仅为1.13 dB/m,这种低损耗的单偏振单模微结构聚合物光纤可有效消除传统保偏光纤固有的偏振串扰和偏振模色散。

夜间有雾图像的光照模型构建及去雾

夜间有雾图像会出现严重退化,而且人工光源的存在也使得环境光呈现不均匀性。针对上述问题,本文提出了一种适用于夜间有雾图像的光照模型,并在此基础上实现了夜间图像去雾。模型中主要包含了环境光和透射率两个参数,这两个参数都会随着图像局部内容的变化而产生空间变化。首先基于信息损耗约束理论对上述参数进行初始估计,随后利用快速导向滤波对其进行细化,以抑制块效应和光晕效应,最后将细化后的参数代入光照模型中,通过求解模型即可获得最终待还原目标图像。实验结果表明,本文提出的算法能够有效实现夜间有雾图像的去雾处理,在抑制亮区发散的同时能重现暗区的细节,恢复的场景具有较好的亮度和对比度,恢复的图像颜色自然,总体性能优于同类型的其它算法。

高功率激光装置电磁环境研究进展

激光惯性约束聚变研究中,高功率激光器靶室中强激光-靶物质作用产生的高能电子的运动、X射线与周围物质作用产生的置换电流将激励出强电磁脉冲,场强幅值高达几万V/m,频率达GHz量级,能库等工作区域大电流、大电压的快速变化过程也将辐射电磁场,这些电磁脉冲对电子设备将产生各种电磁耦合效应,影响控制时序、测量数据的准确性,严重的甚至使仪器设备毁坏,这种电磁脉冲对生物组织具有损伤效应。本文详细介绍了国内外高功率激光装置电磁环境的理论与实验研究进展情况。

信息损耗约束下多尺度透射层融合图像去雾

基于暗原色先验的去雾是目前效果比较显著的研究思路,但却受限于暗原色先验,而且后期的细化滤波会产生光晕现象。针对上述问题,基于信息损耗与对比度约束关系,提出了一种多尺度透射层融合图像去雾算法。将图像自适应的分割成不同尺寸的自适应观察窗,合理估计大气光,基于信息损耗与对比度之间的制约关系,估计出多尺度的透射层,然后对多尺度的透射图进行高斯加权融合,即可得到比较精细透射图,不依赖任何先验假设,无需任何诸如拉普拉斯抠图、导向滤波、双边滤波等后期细化处理,简单有效。实验结果表明,所提出的方法能够有效克服光晕效应,能够有效恢复雾天图像色彩,提升对比度细节。

低损耗低非线性高负色散光子晶体光纤的优化设计

设计了一种同轴双芯六角点阵光子晶体光纤,该光纤中心缺失一根空气柱形成内纤芯,通过减小第4环空气孔的直径形成外纤芯.采用全矢量有限元法并结合各向异性完美匹配层边界条件,对其色散、非线性、约束损耗和模场等特性进行了数值模拟.结果发现,该光纤呈现高负色散可调效应和较强的模场约束能力,约束损耗接近10^(-2)dB·m^(-1).调整光纤结构参数(即空气孔间隔A,小孔直径d_1和相对孔间隔比f),可以控制其高负色散工作波长.若调整光纤结构参数A=1.2μmf=0.917,d_1=0.515μm时,该光纤在低损耗通信窗口C波段呈现负色散和负色散斜率,其色散斜率在-1--6 ps·km^(-1)nm^(-2)范围内波动,在波长1.55μm处负色散值为-3400 ps·km^(-1)nm^(-1),模场面积高达43μm^2,非线性系数仅有3.6 km^(-1)W^(-1).该光纤在C波段呈现的低损耗低非线性高负色散特性,具有很好的色散补偿能力,将在长距离大容量高功率高速光通信系统中获得很好的应用.

新型矩形点阵光子晶体光纤的高双折射负色散效应

设计了一种新型矩形点阵光子晶体光纤,该光纤纤芯缺失一根空气柱,包层沿光纤长度方向在普通矩形点阵光子晶体光纤中每两列之间隔一行插入一列空气孔而形成正方形网孔结构.采用全矢量有限元法并结合各向异性完美匹配边界条件,对该光纤的色散、双折射和约束损耗进行了数值模拟.结果发现,该光纤具有高双折射负色散效应和较强的模约束能力,约束损耗小于10-2dB·m-1,通过改变光纤结构参数(即空气孔间隔Λ和相对孔间隔d/Λ),可以调节该光纤高双折射负色散工作波长.若调整光纤结构参数Λ=2.0μm,d/Λ=0.4,该光纤在C波段(1.53—1.565μm)呈现负色散并具有负色散斜率,双折射高达10-2,非线性系数接近55km-1W-1.该光纤将在保偏光通信、色散补偿以及基于四波混频的波长转换器设计等方面具有重要的应用.

单偏振单模微结构聚合物光纤的设计

设计了一种聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基的单偏振单模(SPSM)微结构聚合物光纤(MPOF)。采用全矢量平面波展开法并结合完美匹配边界条件,对其偏振特性进行了理论模拟。详细讨论了微结构光纤参数的变化对单偏振单模带宽和工作波长的影响,发现在0.57～0.71μm的可见光波长范围,由于基模两个正交偏振模的截止波长不同,这种微结构聚合物光纤只能传输基模中的一个偏振模。光束传播法计算表明,在波长0.65μm处具有7圈空气孔的单偏振单模微结构聚合物光纤的传导偏振模约束损耗仅为1.24dB/m,这种低损耗的单偏振单模微结构聚合物光纤可有效消除传统保偏光纤固有的偏振串扰和偏振模色散。