基于广域测量的汽轮发电机励磁反步控制方法

由于汽轮发电机励磁反步控制过程中没有实时获取发电机的运行数据,致使电机励磁反步控制效果较差,为此提出基于广域测量的汽轮发电机励磁反步控制方法。通过广域测量系统的同步相量测量单元,实时采集汽轮发电机功角与电流等运行数据,将采集的运行数据变更成标幺值形式,根据该形式建立汽轮发电机励磁控制的数学模型,获取励磁反步控制变量,并结合反步法,设计汽轮发电机励磁反步控制器,通过径向基函数神经网络估计控制器内的扰动,完成控制器扰动补偿。实验结果表明:该方法可精准采集汽轮发电机运行参数,有效反步控制汽轮发电机励磁,令汽轮发电机功角与转子角速度等迅速恢复至稳定状态,具备较优的反步控制效果;应用该方法后,可确保电网运行稳定性,降低故障后电网切机量。

涡轮压缩膨胀机的设计与性能分析

随着人们环境保护意识的加强,天然工质制冷剂重新受到研究人员的关注。空气是一种安全且对环境绝对友好的天然制冷剂,未来,压缩空气制冷循环有望成为传统蒸气压缩制冷循环的潜在替代品。压缩膨胀机作为压缩空气制冷的核心部件,其工作效率对机组性能有直接影响。为了设计出能够配合膨胀机高效工作的离心压缩机,需要对传统的设计方法进行一些修正。本文将质量、动量、能量守恒与射流尾迹区理论相结合,并将传统的离心压缩机相关参数推广到较低压力的范围中,提出了一种与现有的涡轮膨胀机相匹配的离心压缩机几何参数的设计方法。使用该方法为现有的膨胀机设计了对应的离心压缩机,并利用其他学者分析过的离心压缩机模型对该方法进行验证,利用计算流体力学方法(CFD)对压缩膨胀机变工况下的工作性能及对膨胀功的利用率进行模拟分析。按本方法设计的离心压缩机在设计工况下能够以高于92%的效率利用膨胀机的输出功。在变工况条件下能够以高于88%的效率利用膨胀机的输出功,并且在设计质量流量附近能够顺利运行。

正交时频空间调制移动水声通信方法

为提高移动水声通信可靠性,提出了一种基于正交时频空间(OTFS)调制的移动水声通信方法。针对水声信道长时延扩展的特点,设计了一种低复杂度交叉域Turbo迭代均衡算法,先在时域内对接收信号进行最小均方误差(MMSE)均衡,将均衡后的外部信息传递到时延-多普勒域进行软译码;再将译码后的软信息反馈回时域,作为下一次时域均衡的先验信息,实现均衡与译码的迭代检测。此外,针对OTFS水声通信中OTFS符号维度过大导致MMSE均衡复杂度过高的问题,采用了一种低复杂度MMSE算法,先利用矩阵对角线元素得到一组初始估计值,再将矩阵求逆问题转换为求解初始估计值与准确求解值之间的误差,继而通过对误差向量的不断迭代估计来实现低复杂度计算。湖试数据处理结果表明,所提方法可在最大移动速度4 kn的情况下实现OTFS信号的可靠检测。

计及复杂换位结构的百万千瓦级汽轮发电机定子流固耦合传热研究

百万千瓦级汽轮发电机的定子绕组通常采用多根空、实心股线并绕的复杂编织换位结构,针对尺寸相差悬殊的复杂结构使得其定子流固耦合模型的数值求解存在网格数量多、容易出现奇异解的难点问题,该文提出三维区段式流固耦合网格划分方法,根据不同区段股线的结构及传热特点,通过非均匀网格划分方法大大降低求解模型的网格数量,实现计及复杂换位结构的定子流固耦合模型的数值求解,并通过一台124万kW水氢氢冷汽轮发电机的短路型式实验进行验证。在此基础上,提出定子绕组的新型交叉换位方法并与传统换位方法的温度进行对比,结果表明,新型交叉换位方法使定子绕组股线以及绝缘的温度分布更加均匀,并且能够有效降低定子绕组最高温度。

U型线圈检测发电机励磁绕组匝间短路性能分析

励磁绕组匝间短路故障在汽轮发电机中具有较高的发生率,对该故障进行灵敏、快速和可靠诊断可以防止故障恶化、降低故障查找成本。本文分析了励磁绕组匝间短路的磁场特征,介绍了U型检测线圈法检测励磁绕组匝间短路的基本原理,通过有限元仿真模拟汽轮发电机额定负载工况,在转子各槽设置不同程度匝间短路故障,获取安装于不同位置的U型线圈的感应电压,进一步提取电压谐波特征以及时域脉冲波形变化规律,比较了U型线圈处于不同位置的检测效果,为U型线圈的安装提供了可靠的数据支持。

联合稀疏自适应滤波的水声通信双向迭代均衡算法

针对具有稀疏性的水声信道,提出了一种参数自适应调整稀疏迭代最小二乘自适应算法。通过联合优化遗忘因子和稀疏约束参数,实现不同结构特性稀疏信道的自适应匹配,使均衡算法更快地收敛到稳态;针对常规均衡算法和单一方向Turbo判决反馈均衡器存在误差传递的问题,设计了一种稀疏自适应迭代最小二乘算法与双向迭代Turbo判决反馈均衡器相结合的均衡器结构,改善了常规均衡算法和单一方向Turbo判决反馈均衡器误差传递的问题,提高了在稀疏水声信道条件中自适应均衡器的收敛速度和均衡性能。仿真和试验数据结果表明,在稀疏水声信道中,基于参数自适应调整稀疏迭代最小二乘算法的双向Turbo均衡算法具有更快的收敛性能、更低的误比特率和更好的均衡效果。

透平风机与纸机真空系统的匹配设计方法

本课题主要在湿纸幅流阻特性分析的基础上,探讨了透平风机与湿纸幅的气动匹配特性,并以实际生产线技改为例,介绍了应用透平风机改进真空系统的相关设计准则。

汽轮发电机转子匝间短路对定子热响应特性的影响

本文分析了汽轮发电机转子匝间短路故障前后定子热响应特性,不仅考虑转子匝间短路引起电压下降对发电机强励动作的影响,还研究了热分布不平衡而引起的定子力学响应。首先推导了正常情况和转子匝间短路故障后加强励磁电流下的气隙磁通密度,得到了铁心损耗和绕组铜耗的解析表达式;然后建立了发电机故障前后的三维有限元仿真模型,对不同短路程度故障下的铁心损耗、绕组铜耗与定子温度进行了求解计算;最后实测了CS-5型故障模拟发电机在正常运行和不同短路程度故障下的定子温度,实验结果与理论分析、有限元仿真结果基本一致。结果表明,转子匝间短路故障后由于励磁电流的增强,发电机铁心损耗和绕组铜耗均会增加,定子温度明显上升,并且随着短路程度的增加而加剧;定子端面边缘位置的变形和应力幅值最大并且为热响应下的危险位置。

微小间隙内润滑油剪切流动引发的不稳定振动现象分析

针对微小间隙内润滑油剪切流动引发的不稳定振动现象,建立轴颈截面温差、转子热弯曲和转子振动求解模型。以2台发电机组的周期性振动波动为对象,分析润滑油温和不平衡力对汽轮发电机振动的影响。结果表明:轴承微小间隙内润滑油剪切流动带来的热弯曲效应在一定条件下有可能引发机组不稳定振动;适当增大进油温度、增加密封瓦间隙可以减小转子热弯曲变形,降低振动波动;不平衡力会激发起较大的涡动轨迹,通过动平衡方法可以减小轴承最大与最小油膜厚度差值,降低轴颈截面温差,稳定振动状态。

核热推进系统分析程序模型与计算方法初步研究

核热推进(NTP)系统具有高比冲、大推力和工作时间长等特点,在深空探测和轨道机动等方面具有明显的优势。系统性能分析是NTP系统研发与设计的重要内容。结合对国际历史上已开发程序的分析以及现阶段的研发需求,将系统性能分析划分为稳态设计点性能分析与优化、稳态非设计点性能分析以及瞬态性能分析3个主要环节。在清华大学核能与新能源技术研究院自主开发的核动力发动机系统分析程序PANES基础上,提出了基于“流网-热网”的系统分析程序框架,并建立了反应堆中子动力学与涡轮泵动态特性等数学模型,提出了对应的计算分析方法,拓展了原程序的功能。该工作为NTP系统设计方法的进一步研究和应用提供了重要基础。

基于VMD的某涡轴发动机转子振动信号分析

针对涡轴发动机转子振动特性,提出遗传算法优化的VMD方法。以VMD分量信息熵最小化为适应度函数,运用遗传算法优化VMD分量数量和惩罚因子,并采用仿真案例验证了方法的有效性。基于某涡轴发动机转子振动倍频幅值包络线、试车转速曲线,仿真进气机匣、涡轮机匣的振动信号,并采用优化的VMD对振动信号进行分解,对分解后的信号进行整周期重采样后再进行频谱分析。结合瀑布图对比分析原信号和VMD分解信号,同时以试车第100s时刻的频谱图进行分析。分析结果表明:遗传算法优化的VMD能够有效地对转子振动信号进行分析,且能够识别出各转子的主要倍频成分。

用于极寒地区的空气透平循环热泵可行性分析

南极的气候极端,最低温度可达-80℃,平均低温约为-40℃,为科考人员提供适宜生活环境成为挑战。传统的取暖方式在这种极端环境下存在问题,尤其是蒸气压缩式热泵在-40℃极寒温区下蒸发压力过低,无法正常运行。提出了空气透平循环热泵作为解决方案。该热泵以空气为工质,通过气体压缩和膨胀转移热量,没有相变,不存在蒸发压力低无法运行的情况。并且开式空气循环可以方便的切换为新风模式。研究结果显示,空气透平循环热泵新风系统在-40℃极寒温区制热时,仍然能正常运行并保持1.5以上的COP。空气透平循环热泵的优势包括适应极端低温、可提供新风、采用自然工质不存在环境污染和泄漏问题、系统简单可靠、低维护成本等。

大功率汽轮机故障工况下高调阀控制方式切换性能研究

无扰切换是当前主流大型汽轮机阀门管理实现的一个重要功能,目前的大部分无扰切换研究工作都集中在设备正常状态的无扰切换实现方法上,尤其是起机并网时的无扰切换实现。为了研究火电机组灵活性,本文以多台600 MW级别机组为研究对象,针对机组存在的阀门管理缺陷进行故障诊断并实施优化改造,使机组安全顺利地投运了顺序阀配汽方式。然后,在此基础上进行了2类非正常运行工况下的无扰切换试验研究,探讨了机组故障状态下的无扰切换快速反应能力和设备故障对无扰切换的影响。试验结果表明:进行阀门管理优化不仅能够提高机组应对故障的反应能力,而且还能够降低机组切换控制系统对辅机等设备故障的敏感性。这对提高机组故障状态下的安全稳定性具有一定的借鉴意义。

灵活调峰下发电机转子绕组的温度场及热变形分析

在水-氢-氢冷汽轮发电机频繁调峰运行下,由于转子绕组的温度长期反复变化,且受到热应力作用,导致绕组和匝间绝缘发生形变,直接影响发电机的性能和稳定性,因此研究变工况下转子绕组的温度分布规律和热变形规律十分重要。以一台600 MW的水-氢-氢冷汽轮发电机为研究对象,根据其转子结构,确定旋转状态下的计算域,并建立三维电-热-流耦合计算模型。在相应的基本假设条件和边界条件下,计算得到了转子温度场和流体场分布,对比实测结果验证了仿真计算的准确性。将转子温度场结果作为热载荷,添加相应的边界条件,计算得到变工况下转子绕组的热变形,进一步总结得出热变形规律。

基于Speex信构分离和置信传播的运动水声通信

针对水声语音信号受快变信道影响引起的传输可靠性差的问题,提出基于Speex信构分离和置信传播的运动水声通信技术,该技术由语音信号处理和数字通信两部分构成。在语音信号处理部分,基于Speex算法,将整帧分成多个子帧,利用合成分析技术对子帧进行编码,并将语音信号的结构信息与内容信息进行分离,只传输语音内容信息,使得语音信息的压缩比由7.60提升至8.42,提高了传输效率;利用接收参数计算激励信号,并通过合成滤波器重构语音信号。在数字通信部分,基于叠加训练(ST)方案,提高对时变水声信道的跟踪能力;基于置信传播,采用双向信道估计(BCE)算法,实现对每个短块的精准信道估计。将Speex算法、ST方案、BCE算法和Turbo均衡相结合,构建水声语音通信系统,提高水声语音信号传输的可靠性。通过仿真和海上试验验证了该技术的有效性。

压缩空气储能技术研究现状及发展趋势

[目的]压缩空气储能具有储能容量大、安全性高、寿命长、经济环保、建设周期短等优势,是未来和抽水蓄能相媲美的长时储能技术,成为未来储能重点布局的方向。在此背景下,文章通过对压缩空气储能技术现状进行综述,分析不同压缩空气储能技术的工作原理、面临挑战及解决方案,以期对压缩空气储能技术的发展提供参考。[方法]文章首先对压缩空气储能技术原理进行了介绍;对系统中的压缩机、透平膨胀机和换热器等关键设备进行了阐述,分析了大规模压缩空气储能用的关键设备;并从地面关键工艺技术和地下储气设施两个角度介绍了大规模压缩空气储能系统的常用关键技术、发展现状及工程案例;最后对压缩空气储能技术的未来发展趋势进行了分析。[结果]结果表明:蓄热式压缩空气储能是当前国内的主流技术,且高温储热成为未来压缩空气储能发展方向,也是压缩空气储能提高效率的重要途径。同时,系统关键设备和技术优化、成本降低、应用场景发展等方面尚有一定改进空间。[结论]压缩空气储能作为一种长时储能,对未来构建新型电力系统具有重要的支撑作用。

核电汽轮发电机定子壳体振动故障分析与治理研究

对不同激振力作用下核电汽轮发电机定子壳体振动机理和特征开展研究,提出汽轮发电机定子壳体振动故障的分析和治理方法,并结合3台核电机组的工程实例进行分析验证。研究结果表明:定子壳体固有频率接近旋转频率或倍频电磁共振频率引起的结构共振是导致定子壳体振动超标的主要原因;转子激振力引起的定子壳体结构共振,可从减小激振力和调整定子壳体固有频率两方面进行治理,进行现场动平衡可有效降低转子激振力,调整定子壳体固有频率可通过定子底脚载荷分配调整实现;由于磁拉力大小调整范围有限,磁拉力引起的定子壳体结构共振应通过调整定子壳体固有频率进行治理。在发电机安装或检修时,应通过定子底脚载荷分配调整,使定子壳体固有频率避开旋转频率和倍频电磁共振频率,避免发电机定子壳体结构共振的发生。

考虑轴系特性的汽轮发电机阻抗模型

与状态空间法和复转矩系数法相比,基于阻抗的分析方法更便于拓扑扩展和黑盒系统建模。然而,现有的汽轮发电机阻抗模型,如RL串联阻抗模型或同步发电机等效电路阻抗模型,仅关注汽轮发电机的电气特性。上述简化的阻抗模型无法考虑汽轮发电机轴系特性的影响,甚至导致错误的分析结果。针对这一问题,该文建立了考虑轴系特性的汽轮发电机阻抗模型,并以风火打捆外送系统为研究对象,对比了基于RL等效阻抗模型和所建立阻抗模型的振荡分析结果。验证了所建立模型在含有新能源以及电力电子设备的电力系统中进行稳定性分析的适用性与准确性。研究结果可为含汽轮发电机的复杂结构电力系统的稳定性分析提供模型。

一种MFSK信号的软解调Turbo译码算法

为了提高短波通信中多进制频移键控(Multiple Frequency Shift Keying,MFSK)信号的传输性能,提出了一种适用于MFSK信号的软解调Turbo译码算法。利用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)计算MFSK调制频率对应的信号幅值,并结合增强型Turbo码结构,编码时将MFSK信号调制频率与Turbo编码状态形成映射关系,译码时利用软解调信号幅值直接计算对数分支度量,减少了比特似然信息计算的误差。仿真结果表明,相比于常规软比特解调译码算法,所提算法提高了MFSK信号软解调Turbo译码算法的误比特率(Bit Error Rate,BER)性能。

轴向预紧作用下的组合转子轴系模态特性研究

组合转子轴系结构是空天动力装备中发动机转子系统的主要结构,由于轴系中各部件接触面的存在使得转子系统动力学特性难以准确掌握,当涉及转子工作转速裕度时会产生一定的设计风险。针对组合转子轴系单主轴多部件轴向预紧结构特点,考虑转子不同接触面之间非线性连接参数,提出一种综合利用薄层单元和零长单元建模的两步模型修正方法,采用基于响应面优化的静态结构非线性分析以及基于随机统计学模型的粗糙表面接触分析进行薄层单元材料参数以及零长单元接触刚度系数识别,建立组合转子轴系动力学模型。根据某型发动机氢涡轮泵转子结构特点设计制造转子试件,对其自由模态进行试验研究,得到了不同螺纹预紧状态以及轴向预紧作用对组合转子轴系前两阶模态特性的影响。对比试验数据可知所提模型优化方法可以很好地反映出不同轴向预紧作用下组合转子轴系前两阶模态频率的变化趋势,在转子模态参数线性变化范围内计算误差小于1%,验证了该方法的正确性和有效性,为组合转子轴系精细化建模提供了参考依据。