面向效率提升的状态空间-节点混合暂态仿真研究

为应对新型电力系统电磁暂态仿真效率和求解精度的双重压力,本文研究了基于状态空间-节点混合框架的效率提升算法。首先,在EMTP程序中,基于状态空间节点(state-space nodal,SSN)法设计含开关时变网络的混合仿真算法,通过数值方法的转换阻尼数值振荡,实现EMTP程序的功能扩展。然后,提出基于多区戴维南等值法的混合框架接口仿真算法,各子系统依电路特性自由选择框架并以对等形式联合计算。最后,通过性能测试验证了SSN法在含多开关复杂系统中效率提升效果更加明显。

等值反磁通瞬变电磁法在浅部岩溶探测中的应用研究——以惠州市龙门县某地区为例

传统瞬变电磁法受关断时间和互感的过渡过程影响,存在较大浅部盲区;新近发展迅速的等值反磁通瞬变电磁法从理论和仪器上实现了纯二次场的观测,大大提高了浅部区域的探测精度。为研究等值反磁通瞬变电磁法在100 m以浅岩溶探测的应用效果,以惠州市龙门县某岩溶发育区为靶区,开展了方法有效性研究,取得主要成果与结论:(1)界定的土石界面和圈定的岩溶发育区与已知钻孔揭露情况吻合较好,验证了基于等磁反磁通瞬变电磁法在100 m以浅岩溶探测的有效性;(2)反映区内岩溶具有一定连通性,岩溶大小约1~20 m,岩溶主要发育于20~40 m及60 m以下埋深。研究结果一方面有效圈定了研究区100 m以浅岩溶发育区,对后续桥梁工程的安全建设具有重要意义;另一方面等值反磁通瞬变电磁法具有施工便捷、采集高效、抗干扰强等优势,未来有望在城市浅部空间探测领域实现更大作为。

基于模块化多电平换流器的超级电容储能系统高效仿真方法

基于模块化多电平换流器的超级电容储能系统(MMC-SCES)半导体开关器件数量众多,仿真规模庞大,给电磁暂态仿真效率带来了巨大的挑战。针对此问题,基于桥臂戴维南等效电路提出了一种高效的MMC-SCES电磁暂态仿真方法。该仿真运用嵌套快速求解方法对MMC-SCES进行建模,不仅可以大幅降低仿真耗时和保持仿真精度,还可以保留换流器的所有动态变量。搭建了双端MMC-SCES仿真系统,对所提出的高效仿真方法进行了验证。结果表明:相比于基于平均值模型的仿真方法,所提出的高效仿真方法具有更高的精度,能够拟合子模块内部动态变量;相比基于详细开关模型的仿真方法,所提出的高效仿真方法的仿真速度最高可提升约518倍,而仿真的绝对误差标幺化积分则控制在1%以内。

等值反磁通瞬变电磁在既有铁路路基岩溶探查中的应用

灰岩地区由于其地下空洞、溶洞和裂隙等地质特征,对既有铁路路基的稳定性构成严重威胁。本文采用等值反磁通瞬变电磁法进行探测,结合区域地质资料,圈定了既有铁路路基下方病害的分布位置、大小及形态,通过钻探资料验证了物探结果的可靠性,表明使用等值反磁通瞬变电磁法探测铁路路基岩溶分布是可行且高效的。

从瞬变电磁测深数据到平面电磁波场数据的等效转换

中心回线源装置的瞬变电磁场是一种涡流场,在地下主要以扩散形式传播.平面电磁波在地下介质中传播时具有反射、折射等电磁学特性,为了借鉴平面电磁波场测深成熟的解释方法,文中开展了从瞬变电磁涡流场测深数据到平面波场数据的快速等效转换的研究.通过大量的理论模型的正演计算、曲线对比,误差统计,对瞬变电磁场、平面波场在地下传播机制特性的分析,建立了一种由瞬变电磁测深视电阻率数据向平面波场测深视电阻率数据转换的时间-频率等效对应关系.利用这一关系式,把扩散场数据快速转换成等效平面波场测深数据.为进一步进行瞬变电磁拟平面波成像解释打下理论基础.

基于等值反磁通原理的浅层瞬变电磁法

基于等值反磁通原理的瞬变电磁法是一种新的探测地下纯二次场的方法.该方法采用上下平行共轴的两个相同线圈通以反向电流作为发射源,且在该双线圈源合成的一次场零磁通平面上,测量对地中心耦合的纯二次场.理论计算和物理实验论证了该方法能够有效消除接收线圈本身的感应电动势,从而获得地下纯二次场的响应.理论推导和数值计算证明了该方法采用的双线圈源比传统瞬变电磁法采用的单线圈源对地中心耦合场能量更集中,因而有利于减少旁侧影响、提高探测的横向分辨率.实测试验表明该方法是浅层探测的一种有效方法.

高速开关电磁阀动态响应建模与仿真

在磁路分析法的基础上建立了高速开关电磁阀的瞬态响应仿真模型,研究分析了高速开关电磁阀的开启和关闭特性.经过仿真验证,阀芯线圈通电时,阀关闭时间为3.5ms,阀芯线圈失电时,阀开启时间为3ms左右.满足该类高速开关电磁阀的工作性能要求,为高速开关电磁阀在流体数字控制系统中的应用提供了理论依据.

转子绕组短路故障时发电机转子不平衡电磁力分析

转子绕组短路是发电机常见的电气故障之一,将导致转子振动,危及电机和系统的安全。为了深入分析转子绕组短路故障引起转子振动的成因,提出了一种转子绕组短路故障时转子不平衡电磁力的磁动势叠加计算方法,同时改进了现有的等效磁通计算方法。然后以某火力发电厂QFR—400—2—20型发电机转子绕组短路故障为工程背景,分别利用等效磁通计算方法和磁动势叠加计算方法分析计算了不平衡电磁力,指出由于等效磁通计算方法没有考虑短路位置对不平衡电磁力的影响,当靠近转子横轴的槽绕组短路时,计算得到的不平衡电磁力大于利用磁动势叠加计算方法计算得到的不平衡电磁力。

转子绕组短路故障下不平衡电磁力计算方法

通过建立发电机有限元分析模型,得到故障下发电机内部磁力线走势、发电机气隙磁通密度的变化以及短路位置、短路匝数和励磁电流对转子不平衡电磁力的影响。对工程实际中常用的等效磁通法和磁势叠加法进行了分析比较,同时改进了现有的等效磁通计算方法。将两种方法不平衡电磁力的计算结果与有限元方法结果进行比较,指出了结果存在差异的原因。

基于PC/104等效采样电路的设计

将等效采样技术(利用普通的A/D芯片和低速存储器代替价格昂贵的高位超高速A/D芯片和超高速存储器,实现超高速数据采集的新技术)应用到瞬变电磁法(TEM)探测仪上,使TEM接收机采样率从500kHz提高到500MHz,从而克服了由于TEM探测仪采样率低(500kHz或更低)而容易丢失瞬变信号的甚早期有用信号这一难题。整个采样系统由PC/104来控制,充分利用了BorlandC++嵌入汇编的优点,节省了CPU因大量乘法运算而耗费的时间。给出了该系统的实现原理、硬件设计及等效算法的设计与实现等。

瞬变电磁共中心零磁通线圈研制与试验

基于小尺度共中心线圈的瞬变电磁方法因施工便捷、快速且对低阻体敏感等优点,而被广泛应用于矿山、交通、水利等领域的工程地质探测。但理论与实践表明,该方法实测早延时信号明显失真,所计算的视电阻率值严重偏离实际,从而造成该方法对浅层地电信息的探测能力缺失,存在勘探盲区。为克服该技术缺陷,首先重建了共中心观测方式下仪器记录的瞬变场信号,基于理论分析研究了接收系统暂态过程和一次场对瞬变场观测信号的影响特征。结果表明,接收系统暂态过程和一次场是引起早延时数据失真的2个原因;与前者相比,后者对瞬变场有效分辨时间滞后的影响更大,为关键因素。同时指出在调制接收系统阻尼匹配情况下,进一步消除一次场干扰是减小勘探盲区的有效途径。基于此,考虑到发射线圈内、外磁场极性相反的特点,建立了共中心零磁通线圈的绕制方法,明确采用内、外接收线圈串联的方式可实现接收线圈内一次场总磁通量趋向于零(即零磁通);并通过公式推导,给出了内、外接收线圈匝数比的理论计算方法。现场试验结果表明:(1)内、外接收线圈匝数比的理论值较为可靠,但因线圈绕制存在误差,实际中还需结合线圈实测信号特征进行修正;(2)与中心线圈相比,所绕制的零磁通线圈受一次场干扰明显减小,瞬变场有效分辨时间大幅前移,早延时信号得到高度保真;在此基础上,通过增加内、外接收线圈匝数,可有效改善晚延时数据信噪比;(3)与中心线圈相比,零磁通线圈实测数据对试验区浅层地电信息的分辨能力明显增强,较好地解决了瞬变电磁方法存在浅层勘探盲区的技术难题,体现了零磁通线圈的可靠性和优越性,可为实际探测提供装备支撑。

电磁耦合无级变速系统磁路等效方法

运用经典的磁通管方法建立了电磁耦合无级变速系统的等效磁路网路图物理模型,并推导了基于该模型的数学模型。利用该数学模型,定性分析了内外气隙的磁场耦合特性。通过有限元法对电磁耦合无级变速系统的内外气隙磁场的仿真分析证明了该磁路等效模型的正确性,为电磁耦合无级变速系统的进一步研究提供了理论基础和参考依据。

时域等效边缘电流方法计算平板的瞬态散射

通过对频域等效边缘电流的表达式进行傅里叶逆变换,可得到时域等效边缘电流的表达式,并将其应用于瞬态散射的分析.通过对入射场和边缘处绕射系数的路径积分得到时域绕射场,其在绕射线的焦散区是有限的.将平板瞬态散射的时域等效边缘电流和时域有限差分结果进行比较,结果相符.

井地联合瞬变电磁等效电流环场与纯异常场近似性研究

井地联合瞬变电磁勘查方法将地面和井中装置组合起来,充分利用已有钻孔,兼顾地面面积性测量和沿钻孔深部测量的双重优势,可获取更丰富的矿体信息。为研究瞬变电磁井地联合装置条件下地面和井中瞬变响应特征,这里首先描述了矿体受激发所产生的涡流场的建立与消失过程,根据毕奥-萨伐尔定律可以推导出自由空间中圆形电流环的磁场三分量表达式,根据本征电流等效模拟法可以计算出纯异常场,针对常见的水平板体、垂直板体、倾斜板体三种不同模型,采用商业化软件MAXWELL进行了板体响应模拟计算,分析了电流环场逼近纯异常场的合理性和近似程度,为基于电流环的异常场特征研究和解释方法的推演提供了借鉴。

埋地钢质原油集输管道检测技术探讨

对岔-任原油输送管道内检测数据的分析表明,漏磁内检测技术相对准确,但检测实施过程中存在卡堵风险,为此深入分析了卡堵原因。对古-龙原油输送管道防护层缺陷外检测数据的分析表明,影响管中电流法(PCM)、直流电位梯度法(DCVG)检测的因素较多,检测准确率相对较低。通过对管体缺陷外检测数据分析,认为瞬变电磁法(TEM)检测技术还需要进一步完善。在集输管线内、外检测技术的实际应用情况中,D219 mm以上的管线可通过内检测掌握管体缺陷状况,并配合PCM技术检测防护层缺陷;D159 mm以下管线可采用外检测技术。

基于田口算法的电磁铁结构的优化设计

电磁铁凭借其快速性和稳定性可作为真空断路器的合闸机构。由于电磁铁的结构参数较多,在过往设计研究中难以考虑各参数对电磁力影响的耦合关系,针对这一问题,提出了一种基于田口算法的电磁铁多结构优化方法。对电磁铁进行等效磁路分析,确定对电磁力影响较大的参数作为田口算法的控制因子;以不同位置的最大电磁力为优化目标,基于有限元分析和田口算法建立直角表,分析了各控制因子对电磁力的影响规律,考虑电磁铁的功率及体积限制,并对电磁铁的最终参数进行选择;将电磁场和运动方程耦合计算,开展了电磁机构的瞬态有限元分析,对比了电磁铁优化前后的运动特性;进行了样机实验,实验与仿真结果表明,经过优化后的电磁铁所需的驱动电流更小,使用100mF电容预充到72 V电压,可在135 ms内完成6 mm运动行程。该方法可指导电磁铁结构的优化。

等值反磁通瞬变电磁法在水下探测中的应用

等值反磁通瞬变电磁法作为一种纯二次场探测方法,能够有效获取地层浅部信息,在工程勘察中具有独特优势。首先介绍了方法的基本原理和浅水域等值反磁通设备,然后通过几个典型工程实例证明了其在工程勘察中的有效性。该方法应用于水下断层探测,能够较好地推断断层位置和产状;应用于水下岩溶探测,基本查明了岩溶发育位置与规模;应用于海底输油管道探测,能推断出管道位置与埋深。结果表明,等值反磁通瞬变电磁法是一种有效的水域工程勘察技术,适用于包括滩涂、沼泽在内的各种水域条件,能够实现水陆勘察无缝衔接,提供无盲区的工程地质资料。

新型聚磁式永磁涡流耦合器及其电磁特性分析

提出了一种新型聚磁式永磁涡流耦合器(FCPM-ECC),通过在永磁转子内设置磁障以减少漏磁、增强聚磁效应,从而提高永磁体利用率和耦合器的输出转矩.基于等效磁路法(MEC)建立了FCPM-ECC的解析模型,在此基础上推导其涡流和电磁转矩表达式,并通过3D有限元法(FEA)验证了解析模型的准确性.此外,研究了永磁体极数、永磁体厚度、永磁内转子铁芯厚度和磁障尺寸等参数变化对FCPM-ECC转矩提升程度的影响,并总结了不同永磁体厚度下磁障尺寸参数选取的一般规律.研究表明,所提出的新型聚磁式结构可以显著减小永磁体的漏磁,进而提高耦合器的输出转矩.与传统内置永磁式涡流耦合器(IPM-ECC)相比,在永磁体用量相等的情况下,采用该聚磁式结构可将输出转矩提升17. 1%.

基于等值反磁通瞬变电磁法的岩溶探测分析

瞬变电磁法早期二次场是浅层地质信息的反应,一次场关断产生的自感电场会与早期二次场进行叠加形成一个浅层盲区,造成探测结果不能真实反映浅层地层信息。对早期纯二次场的探测能够从根本上消除浅层盲区。文中首先介绍了等值反磁通瞬变电磁法的线圈装置,通过零磁通面积感应电压规律的分析,对该方法如何实现早期二次场采集进行了说明。以某水电站公路边坡岩溶探测为研究背景,通过对测试数据的反演结果进行分析,得到了不同深度地层电阻率信息,圈定了岩溶的空间位置分布。事实证明等值反磁通瞬变电磁法能有效避免一次场关断对二次场的影响,基本消除了浅层盲区,实现了浅层地层的准确探测。

等值反磁通瞬变电磁法对石膏矿采空区的探测分析

为了研究等值反磁通瞬变电磁法对临澧某石膏矿采空区的探测效果,在矿区布置了两条测线进行等值反磁通瞬变电磁法实验。通过两条测线的结果对比可知,在等值反磁通瞬变电磁法的反演电阻率剖面中,不存在采空区的区域电阻率等值线较平缓、呈层状,基本反映了地层的层状特性;存在采空区的区域电阻率等值线呈明显的下凹特性,且电阻率值较低,为低阻异常带。可见,等值反磁通瞬变电磁法对临澧某石膏矿的采空区探测效果较好,能够确定采空区的基本位置,可以在该矿区或类似矿山开展采空区探测工作。