PD Power-Level Control Design for MHTGRs

Due to its inherent safety feature, the modular high temperature gas-cooled reactor (MHTGR) has been seen as one of the best candidates in building next generation nuclear plants (NGNPs). Since the MHTGR dynamics has high nonlinearity, it is necessary to develop nonlinear power-level controller which is not only beneficial to the safe, stable, efficient and autonomous operation of the MHTGR but also easy to be implemented practically. In this paper, based on the concept of shiftedectropy and the physically-based control design approach, it is proved theoretically that the simple proportional-differential (PD) output-feedback power-level control can provide globally asymptotic closed-loop stability. Numerical simulation results verify the theoretical results and show the influence of the controller parameters to the dynamic response.

Adaptive output-feedback power-level control for modular high temperature gas-cooled reactors

Small modular reactors(SMRs) are beneficial in providing electricity power safely and viable for specific applications such as seawater desalination and heat production. Due to its inherent safety feature, the modular high temperature gas-cooled reactor(MHTGR) is considered as one of the best candidates for SMR-based nuclear power plants. Since its dynamics presents high nonlinearity and parameter uncertainty, it is necessary to develop adaptive power-level control, which is beneficial to safe, stable, and efficient operation of MHTGR and is easy to be implemented. In this paper, based on the physically-based control design approach, an adaptive outputfeedback power-level control is proposed for MHTGRs. This control can guarantee globally bounded closedloop stability and has a simple form. Numerical simulation results show the correctness of the theoretical analysis and satisfactory regulation performance of this control.

风光热储互补发电系统容量配置技术研究

针对无常规电源支撑的风光热储互补发电系统,协调规划装机容量对提高发电系统运行经济性和利用率具有重要意义。提出了一种双层优化配置方法,上层以最小度电成本及弃电率为目标,确定系统装机容量;下层以新能源发电消纳最大为目标,解决功率分配问题。通过反复迭代寻优,得到系统容量配置;然后;通过纳什谈判对优化结果进行选择;最后,对甘肃河西地区数据进行仿真分析。结果表明:风光热储互补发电系统最优容量配置下的度电成本为0.3064元/(k W·h);风电场加光伏电站装机容量与光热电站装机容量的最优比为6:1,对比相同装机容量的风光互补发电系统,风光热储互补发电系统具有更高的稳定性。

考虑保供电需求的光储微电网优化配置及电能质量评估

针对用户日益迫切的保供电需求以及光伏出力与负荷用电的随机性、波动性引发的电能质量的问题,建立了考虑保供电需求的光储微电网双层优化模型,并对规划配置的微电网电能质量进行评估。该模型以等效净负荷标准差和弃光率最小为上层优化目标,以微电网有功功率损耗最小为下层优化目标,以储能满足保供电负荷的保供电需求作为附加约束条件,采用遗传算法求解。然后设计源、网、荷三类指标,采用组合赋权法确定各指标权重,实现对微电网电能质量的综合评估。最后以改进的IEEE-33系统验证了所提模型的有效性。结果表明考虑保供电需求后能够提高微电网电能质量,并在一定范围内保供电负荷越大时越能提高微电网电能质量和用户满意度。

考虑大规模风光分层接入的配电网多层协调无功优化方法

大量风光新能源分层、多点接入给配电网运行带来了电压越限等负面影响,增加了不同电压等级无功协同优化的难度。兼顾不同电压等级调节需求,从模型降维等值的角度,提出了基于等值模型的配电网多层协调无功优化方法。该方法分别针对含有无功调节设备及没有无功调节设备的两种台区系统,利用神经网络对大量台区相关运行数据进行训练得到台区拟合模型,形成不可控和可控两种类型的台区等值模型,并用这两类拟合模型分别代替两类台区系统的物理模型,使台区以数据驱动的方式参与配电网无功优化,形成馈线物理模型和台区拟合模型组成的单一电压等级物数混合优化调度模型。将原多层无功优化问题转换为单层系统优化问题,再对该单层系统无功优化调度问题进行求解。该方法可降低配电网系统优化计算规模,从而减小计算量,以无功优化数学模型与数据驱动方法相结合的方式,实现配电网馈线-台区多层协调无功优化。通过算例验证了所提方法对于解决分布式风光分层接入所导致电压越限问题的可行性、有效性和优越性,能够保障配电网的经济安全稳定运行。

一类三电平伪图腾柱无桥PFC变换器

针对传统二极管钳位型三电平整流器在单相电源前级功率校正(power factor correction,PFC)电路应用场景下全控开关器件数量多的问题,该文基于3种传统无桥PFC电路进行三电平电路拓扑设计,提出一类三电平伪图腾柱PFC电路(single-phase three-level pseudo totem-pole PFC circuit,STPT-PFC),该类三电平PFC具有双电感支路桥臂,两者相互配合工作为输入电流提供路径,在正负半周两电感支路桥臂工作于不同模态可有效降低分别流过两电感的电流;基于该类PFC的一个代表性电路,从工作电流路径过程、关键波形和调制脉冲分配等方面对其进行工作原理分析,并对其它电路进行电路特性总结,推导桥臂对地电压电平特性与开关脉冲分配的数学关系式。另外,该类STPT-PFC共有5种结构,结合该类STPT-PFC结构特点,提出统一区间判断条件的双层载波调制技术,该类STPT-PFC具有相同开关器件不同拓扑结构可采用同一调制方案的特点,便于该类调制技术移植。最后,基于STPT-PFC-I电路设计1台额定功率1 kW、直流输出电压400 V的实验样机,从稳态及动态两方面进行实验分析,实验结果验证所提出一类三电平伪图腾柱PFC电路的可行性和三电平统一双层调制方法的有效性。

碳中和背景下我国电力碳排放水平分析

电力低碳化转型对我国实现碳中和目标具有全局性战略意义。在总结我国近10年电力低碳化发展历程的基础上,以人口、城市化、经济总量与经济结构为边界条件和驱动力,分析预测未来40年电力增长过程和阶段性发展目标;以系统安全、供需平衡为约束,分析了化石电力占比、终端电力消费比重、核电发展规模以及碳捕集、利用及封存(CCUS)等因素对碳排放水平的影响;预计电力碳排放峰值将出现在2035年前后,达到60~65亿吨,随后逐年降低,到2060年降至10亿吨以内,辅以CCUS技术,可实现电力零排放。最后,针对需求持续增长与低碳转型长期并存的矛盾,提出未来电力发展须以安全供给为前提,优先开发可再生能源电力、多能发展、更大范围多能互补协调开发和互补运行的建议。

对标高等教育强国:我国高等教育系统关键指标的国际对比分析

对标世界高等教育强国,可以从发展水平和贡献能力两个方面来把握我国高等教育系统的发展状况。在发展水平方面,从体量规模、经费投入、师资队伍、国际化四个维度选择了十个关键指标进行国际对比分析;在贡献能力方面,从教育机会获得、满足社会发展需要、促进科技创新发展三个维度选择了七个关键指标进行国际对比分析。结果表明,改革开放以来,我国高等教育发展取得了一些成就,但是仍存在诸多问题,只有客观认识成就、准确研判问题,才能找到未来建设教育强国的发力点和突破点。

基于二层规划的省际非水可再生能源电力配额分配模型

立足中国当前的行业管理体制,充分考虑中央政府和地方政府利益诉求的异质性,构建了基于二层多目标非线性规划的省际非水可再生能源电力配额分配模型,基于中国30个省区的相关数据资料,得到了一个兼顾成本、环境与公平的最优分配方案。结果显示,由于各省区能源替代成本和减排成本的不同,各省区在执行中央政府分配的指标任务时的实施意愿存在较为明显的差异。比较分析结果表明:与政府分配方案相比,二层优化方案节省了42.22亿元的补贴成本,降低了2595.12亿元的能源替代成本,并减少了791.39亿元的减排成本。同时,求解得到的二层优化方案的基尼系数小于0.2,属于绝对公平的范畴。该模型可以真实反映中国可再生能源电力配额分配博弈过程的复杂动态,为政府制定非水可再生能源电力配额方案提供更为有效的决策工具和参考。

中原城市群文化软实力综合评价及空间分异研究

基于文化吸引力、文化展示力、文化传播力、文化创新力、文化事业投入力和文旅融合力6个维度构建文化软实力评价指标体系,运用空间分类、核密度分析、空间自相关等方法,分析中原城市群文化软实力的空间特征并解析其影响因素。结果表明:(1)从综合实力差异看,高、较高文化软实力城市数量少且主要分布在核心区,中等实力城市仅有3个,半数城市为低和较低实力。空间上具有明显的东西差异,西半壁呈现以郑汴为引领的中心外围格局,东半壁则表现为亳州、阜阳引领的极化特征,且在东西半壁之间形成聊城至驻马店的低值连绵带。(2)从分维度空间差异看,文化吸引力子系统、文化展示力子系统与综合实力格局类似,而文化事业投入力子系统呈现“西北高、东南低”的格局。此外,文化传播力子系统、文化创新力子系统呈现与前3个子系统完全不同的格局,表现为以郑汴为核心的低值包围高值的分布结构。(3)从空间集聚和关联看,中原城市群分别围绕郑州和亳州形成了“一主一副”的双核集聚态势,且主核区附近形成了显著的高-高集聚群。其中,文化吸引力子系统与综合实力的集聚格局基本一致,文化展示力子系统的集聚在郑州减弱而在亳州得到加强,文化传播力子系统和文化创新力子系统仅在中部形成集聚核心,文旅融合力子系统则在综合格局的基础上在东南部形成两个集聚核心。(4)从影响因素看,市区GDP对城市文化软实力的影响最强,第三产业增加值次之,交通设施、科教文卫单位数和城镇化率的影响作用不明显。

风氢耦合系统参与现货市场的竞标策略及优化调度方法

为解决高比例风电市场竞标能力弱、市场消纳困难的问题,提出高比例风电耦合氢储能系统联合参与现货市场竞价的双层Stackelberg博弈模型。首先,研究风氢耦合系统内部能量转换关系,揭示风氢耦合系统的能量“时空平移”机理,在综合考虑风氢耦合系统收益和成本的基础上,建立风电投标和氢储能充放电决策模型;其次,兼顾风氢耦合系统和独立系统运营商的利益诉求,基于Stackelberg博弈建立以火电机组、风氢耦合系统为主体的市场出清模型;最后,针对双层模型求解困难的问题,运用KKT条件和强对偶理论将双层模型转换为易于求解的单层混合整数规划模型。仿真结果表明,所提策略对高比例风电的市场消纳起到了积极作用。

三电平辅助变流器寿命优化控制

辅助变流系统是动车组车辆上关键的电气组成部分,主要为空调机组、风机、照明等交流负载提供稳定的三相电源。结温是影响动车组三电平辅助变流器IGBT(Insulated-gate Bipolar Transistor)模块寿命的主要因素。为了提高动车组三电平中点钳位(Neutral-Point Clamped,NPC)型辅助变流器寿命,提出一种降低结温的模型预测电流控制(Model Predictive Current Control,MPCC)策略。首先,考虑传统MPCC在每个采样周期需要代入27个电压矢量循环计算,计算量较大,因此将三电平基本电压矢量划分在间隔60°的6个扇区中,通过计算电压矢量在两相静止坐标下的相角,进而判断参考电压矢量所处扇区,将备选矢量数目从27缩减至10,减少了计算量;其次,传统MPCC直接应用于动车组辅助变流器会使IGBT模块的结温较高,老化速度加快,对变流器安全稳定运行产生不可预测的损害,本文对IGBT模块的开关损耗和导通损耗进行近似等效,得到了和集射极电压、集电极电流相关的功率损耗因子。通过预测每相电流的方向,进而预测IGBT模块的开关和导通情况,动态加入功率损耗因子,并在代价函数中约束每相IGBT及其续流二极管(Free Wheeling Diode,FWD)的功率损耗,使得最优电压矢量在降低功率损耗的同时保证一定的控制性能。通过仿真与实验验证,本文所提方法相比传统MPCC策略降低了功率器件的结温,提高了变流器寿命。

一种单电源九开关二倍升压九电平逆变器

针对现有九电平逆变器存在使用器件较多且调制策略复杂的问题,提出1种新型的开关电容九电平逆变器,其拓扑仅需1个直流电源、9个开关、2个电容和2个二极管即可输出九电平,同时实现二倍升压。该逆变器具有电容电压自平衡的能力,无需复杂的控制算法和外部均压电路来维持电容电压平衡。采用多载波层叠调制策略对该逆变器进行调制,逆变器中4对开关的工作状态互补,可以使用非门逻辑电路来降低调制策略的复杂度。首先对该逆变器的拓扑结构和工作原理进行理论分析;其次,对调制策略进行了详细介绍,并将所提拓扑与其他九电平拓扑进行比较,介绍了该拓扑的优点;最后,搭建的仿真电路和实验平台验证了所提拓扑及调制策略的可行性和有效性。

考虑电压-无功调节的台区互联装置规划方法

伴随分布式能源广泛接入低压配电网,其对配电网运行灵活性和消纳能力的要求不断提高。利用低压柔性互联装置将独立运行的低压配电台区分区互联,避免传统电压调节和无功补偿装置频繁动作。考虑到柔性互联装置造价昂贵,协同传统电压-无功调节装置,文中提出低压柔性互联装置的选址定容规划方法。首先,分析低压柔性互联装置拓扑和运行方式,建立其潮流模型。其次,建立低压柔性互联装置优化配置的双层规划模型,上层规划以年综合费用最小为目标,下层规划考虑电压-无功协调控制时间序列模型,以运行成本和电压偏差最小为目标,基于粒子群优化算法和混合整数二阶锥规划算法交替求解,得出配电系统最优柔性互联方案和最优运行方式。最后,在IEEE 33节点系统上进行实例分析,验证该双层规划算法的有效性。结果表明,所提方法能有效减少柔性互联装置的过度布置,同时减少由分布式能源频繁波动造成的运行成本。将模型凸化并线性化的方法明显提高了求解效率。

农村基层党组织组织力的系统化运作及其提升策略

从政治系统来审视农村基层党组织,其具备系统的整体属性和运作体系,组织力表现为系统内外各要素有机结合的整体力量。在政治系统论的分析框架下,一方面,农村基层党组织系统的复杂多样易引发组织力的滞后困顿,出现组织力困境;另一方面,农村基层党组织以独特的政治优势规范了“输入—转换—输出”的系统运作流程,通过与内外部环境的多维互动和功能互补形成反馈闭环,构成一体化的循环链,由此决定了持续提升农村基层党组织组织力是一项动态的系统工程。解析农村基层党组织的领导与运行工作,其在现实生活中仍然面临内外部因素共同刺激而导致的领导力弱化、凝聚力式微、执行力失范和服务力缺位之困境,组织力水平尚未达到全面推进乡村振兴战略的系统性目标要求,这进一步倒逼农村基层党组织从各个环节入手构建提升组织力的有效策略:政治系统“输入”环节调动“党性—结构—民意”的整合性,政治系统“转换”“输出”环节激活“集成—巩固—共生”的驱动性,政治系统“反馈”环节释放“价值—功能—制度”的交互性。上述策略统筹保障组织的系统化运作及其组织力整合后的正向提升,进而为中国共产党基层治理的持续性发展提供实践遵循。

模块化多电平中压直流变换器的高可靠自供电架构研究

随着大容量中压直流配电技术的迅速发展,模块化多电平直流变换器受到工业界和学术界的广泛关注。然而,实现高可靠的辅助供电是实现直流变换器在中压直流配电场景中应用的关键技术瓶颈之一。为此,提出一种面向模块化多电平中压直流变换器的高可靠自供电系统架构。该架构实现主控制器、子模块等辅电系统的中压直联馈电,从而无需额外低压直流电源,并且大幅提升系统启动速度。基于此架构设计,模块化多电平直流变换器的子模块控制器和旁路开关辅助供电均实现3倍冗余,提高系统容错运行的能力。在子模块电容预充电阶段,提出一种基于辅助电源自主控制的子模块电容均压方法,保证模块化多电平直流变换器可靠预充电。最终通过实验验证所提辅助供电系统架构的可行性。

新能源发电接入下储能系统双层优化模型

针对风力发电、光伏发电等可再生分布式电源接入电网带来的网损增加、电能质量降低等问题,提出了一种风光接入下储能系统的双层优化模型.综合考虑储能规划和运行两个方面的耦合效应,上层模型考虑储能规划,以储能配置的位置和容量为决策变量,以储能系统规划成本为目标函数,下层考虑储能系统运行时电网的经济性和稳定性,以储能系统每一时刻(时间刻度为1 h)的出力为决策变量,以电网脆弱性、有功网损、购电成本为目标函数.采用改进鲸鱼算法与YALMIP+CPLEX联合方法在MATLAB中进行求解,选取改进后的IEEE33节点系统进行仿真验证,结果验证了所提模型的合理性,对比不同的场景与结果得到储能的最优配置方案与运行策略.

VHF频段小型化千瓦级GaN功率放大器

为了满足VHF频段对高功率放大器小型化的需求,设计并制备了一款基于05μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺的VHF频段小型化千瓦级功率放大器。通过采用多节微带电容网络和高介电常数的印制电路板(PCB)实现了末级功率放大器匹配电路的小型化;以高通滤波器作为级间匹配电路,在减小电路尺寸的同时,提高了链路增益;采用混合集成工艺,实现了电源调制器、前级驱动功率放大器和末级功率放大器等各单元的小型化高密度集成。测试结果表明,在024~030 GHz频带内,该功率放大器的工作电压为50 V,工作脉宽为100μs,在占空比10%、输入功率10 dBm的工作条件下,带内输出功率大于1000 W,功率附加效率约为60%~69%,功率增益大于50 dB,功放体积为46 mm×30 mm×6 mm。

核电厂便携式低放废水在线监测设备关键技术探讨

结合核电厂的实际情况和需求,梳理了低放废水的特点,明确了其对便携式在线监测设备的技术要求,其中最关键是能同时满足低探测下限(MDAC≤8 Bq/L)和便携性(设备总重≤50 kg)的限制。讨论了测量方式、探测器选型和校准方式等在线监测设备的关键技术,对低放废水进行了放射性在线监测,测量方式选择取样式,探测器选择大体积NaI晶体,校准方式选择代表点法。调研了低放废水在线监测设备的研究现状,现有的在线监测设备重量都在200 kg以上,与核电厂的要求之间存在较大的差距,有必要开展同时具备低探测下限和优异便携性的新型在线监测设备的研制。对新型探测器的应用、结构和新型测量方式的发展这三个研究方向给出了建议。最后,从提高探测效率的角度,提出了一种基于环形NaI晶体的新型探测器结构,初步论证了其探测下限和设备总重指标有望满足核电厂的要求。

金沙江堰塞湖溃决后淤积河段疏浚措施实验研究

2018年金沙江上游因强降雨发生大型山体滑坡形成堰塞湖,堰塞湖溃决后大量泥沙随溃坝洪水向下游输移,导致下游河道形态及水流特性突变。某规划电站尾水河段受该事件影响,床面淤积6~10 m。为保障该电站如期正常建设,针对尾水河段上下游3 km河道,开展动床物理模型试验研究,探索尾水河段设计水位恢复方案。河道演变分析表明,堰塞湖溃决后的第1年,工程河段河床单向显著冲刷;至2022年汛前,河道整体表现为上冲下淤,尤其弯道下游石滩显著生长发育。通过模型试验预测了工程河段2027年地形,届时河道床而仍较堰塞湖溃决前高1~6 m,需要采取疏浚措施才能保障规划电站尾水口水位降低至设计水位。为有效减小疏浚范围及疏浚量,详细分析了弯道下游新生石滩段的水沙特性及演变趋势,提出了下游先期局部疏浚,通过自然演变调整床面,再开展整体疏浚的整治方案。试验证明,该方案较直接疏浚方案缩短了疏浚长度,可减少约6.88万m3疏浚量。继续针对新方案开展淤积试验,由于上游电站已陆续建成使用,其拦蓄作用大幅减少了研究河段来沙量,在5个典型年的水沙作用下,研究河段床面整体保持相对稳定,仅尾水出口下游左侧呈现一定程度淤积,建议管理单位定期按需要进行必要的局部疏浚维护,以保障电站安全运行。