OES study of the gas phase during diamond films deposition in high power DC arc plasma jet CVD system

This paper used optical emission spectroscopy （OES） to study the gas phase in high power DC arc plasma jet chemical vapour deposition （CVD） during diamond films growth processes. The results show that all the deposition parameters （methane concentration, substrate temperature, gas flow rate and ratio of H2/Ar） could strongly influence the gas phase. C2 is found to be the most sensitive radical to deposition parameters among the radicals in gas phase. Spatially resolved OES implies that a relative high concentration of atomic H exists near the substrate surface, which is beneficial for diamond film growth. The relatively high concentrations of C2 and CH are correlated with high deposition rate of diamond. In our high deposition rate system, C2 is presumed to be the main growth radical, and CH is also believed to contribute the diamond deposition.

Diagnosis of gas phase near the substrate surface in diamond film deposition by high-power DC arc plasma jet CVD

Optical emission spectroscopy （OES） was used to study the gas phase composition near the substrate surface during diamond deposition by high-power DC arc plasma jet chemical vapor deposition （CVD）. C2 radical was determined as the main carbon radical in this plasma atmosphere. The deposition parameters, such as substrate temperature, anode-substrate distance, methane concentration, and gas flow rate, were inspected to find out the influence on the gas phase. A strong dependence of the concentrations and distribution of radicals on substrate temperature was confirmed by the design of experiments （DOE）. An explanation for this dependence could be that radicals near the substrate surface may have additional ionization or dissociation and also have recombination, or are consumed on the substrate surface where chemical reactions occur.

计及VSC-HVDC的交直流系统最优潮流统一混合算法

进化类算法和内点法交替迭代的混合算法在求解含电压源换流器的高压直流输电(voltage source converter basedhigh voltage direct current,VSC-HVDC)的交直流系统最优潮流(optimal power flow,OPF)问题时由于截断误差的影响和VSC-HVDC控制方式的限制,容易发生振荡,因此提出一种基于差分进化(differential evolution,DE)和原—对偶内点法(primal-dual interior point method,PDIPM)的统一混合迭代算法。算法的主要思想是以DE算法为框架,对离散变量进行优化,在DE算法的每一次迭代过程中,采用PDIPM对每个DE个体进行连续变量的优化和适应度评估。由于采用PDIPM进行DE种群适应度评估,无需设定VSC-HVDC的控制方式,因此提高了算法的全局寻优能力。多个算例结果表明,该混合算法数值稳定性高,寻优能力强,能很好地解决含两端、多端、多馈入VSC-HVDC的交直流系统最优潮流问题。

大功率直流系统六相磁耦合非隔离型双向DC-DC变流器研究

针对大功率电力电子系统对高效率、高功率密度、高可靠性双向变流器的需求,采用交错并联磁集成技术,深入研究了适用于大功率系统的六相交错型非隔离全耦合双向功率变换器,同时研究了适用于该变换器的、具备多自由度可变耦合度的阵列式对称化六相耦合电感器。首次提出了可实现六通道变换器主电感之间对称化全耦合的磁集成理论;通过对主电感全耦合理论和变换器的工作模态的详述分析,推导了不同占空比区间下静态及动态等效电感,采用归一化的处理方法,给出最佳耦合系数设计准则,并同时给出了通用扩展型阵列式耦合磁件的设计方法;最后通过仿真和实验,对采用非耦合与全耦合电感的变换器进行性能对比测试,证明了理论分析的正确性。六相非隔离磁耦合技术能够降低每个通道的电流应力、增大功率输出容量、降低总电压电流纹波,并同时改善变换器每相电流纹波和动态响应特性,进一步提高功率密度,更适用于大功率直流变换系统。

含VSC-HVDC的交直流混合发输电系统可靠性评估

建立了含柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)的交直流混合发输电系统的可靠性分析模型,该模型既考虑了VSC-HVDC的稳态功率特性,还计及了发输电网络的故障率和输电线路的有功限制,采用非序惯蒙特卡罗仿真实现;在满足系统安全约束的前提条件下,对系统进行模拟调度,重点评价了与发输电网络连接的VSC-HVDC对电网可靠性的影响,给出系统和节点的风险指标,为VSC-HVDC规划和运行提供参考依据,最后算例分析证明了该算法的可行性和合理性。

光伏火灾带电扑救触电安全性分析研究

由于光伏发电系统在有光照条件下会持续发电,故无法切断其电源,而使用传统的灭火剂扑救光伏火灾时会发生触电事故。为研究传统灭火剂在带电状态下扑救光伏发电系统直流侧高压的触电风险,提出了光伏火灾带电扑救试验平台和试验方法。通过试验发现:泡沫、水基灭火剂、二氧化碳等灭火剂在扑救直流侧300~1 500 V高压光伏火灾时,由于灭火剂的绝缘性而无法形成回路,从而不具备导电性;消火栓水枪和多功能水枪带电扑救过程中枪头带有直流电,枪头电压随流量和距离的变化而变化,由于多功能水枪水柱中心为空气,显著降低了水柱的电导率,因此,多功能水枪比消火栓水枪更适合扑救光伏发电系统带电火灾。通过拟合得到了多功能水枪带电扑救过程中水电导率的计算方法,计算确定了水枪一级和二级带电扑救的安全距离。带电扑救过程中的扑救距离要严格大于一级安全扑救距离,二级扑救距离范围内要采取相应的防护措施,以防止触电事故的发生。

含嵌入式直流的受端电网动态响应智能分析方法

高压直流输电系统嵌入大型交流系统,将进一步增加换相失败、直流闭锁等故障对系统安全稳定的影响,交流系统与直流系统的交互作用,将使系统动态更加复杂。针对电网不同运行方式下大扰动后系统复杂动态响应特性分析难题,文中提出一种基于机电-电磁混合仿真与机器学习的智能分析方法。该方法基于主成分分析(principal components analysis,PCA)降维、基于密度的噪声应用空间聚类(density-based spatial clustering of applications with noise,DBSCAN)、K-means等算法建立二阶段聚类模型,可针对直流落点近区严重故障后大量混合仿真动态曲线在高维空间中自动聚类,并给出相应标识与严重程度;提取交直流系统在不同故障下的典型动态模式,自动标注并识别各模式下主导安全稳定问题。文中所提方法的有效性在2025年华东电网运行方式中得以验证,仿真结果表明,所提方法可有效提取不同故障下系统动态模式,将有效支撑后续复杂故障下的交直流系统动态机理分析。

三种MMC-HVDC直流故障处理方法下电力系统暂态稳定性分析

首先介绍在远距离大容量输电场合,3种基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)拓扑及其处理直流故障的方法:基于半桥子模块(half bridge sub-module,HBSM)的HMMC-HVDC跳换流站交流侧断路器,基于箝位双子模块(clamp double sub-module,CDSM)的CMMCHVDC通过换流器控制实现直流侧故障自清除,以及基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和MMC的混合拓扑在MMC直流出口处加装大功率二极管(LCC-D-MMC-HVDC)。然后,在由MMC-HVDC和交流线路构成的交直流并列简化系统中,基于等面积法则,对上述3种直流故障处理方法的暂态过程进行理论分析,并提出评价指标。最后通过仿真验证了分析结果。

基于改进牛顿法的VSC-HVDC潮流计算

根据电压源换流器(VSC)新型高压直流输电(HVDC)的稳态特性和控制方式,建立了含VSC-HVDC稳态潮流计算数学模型,分别采用牛顿法、简化牛顿法、三阶收敛牛顿法和六阶收敛牛顿法进行潮流求解,仿真验证了各算法在VSC-HVDC不同控制方式下的有效性,并对各种算法的计算速度作了比较,并在此基础上提出了2种混合算法,仿真验证了其优越性。

基于微分平坦理论的燃料电池用高增益DC-DC变换器鲁棒控制研究

燃料电池作为分布式信息能源系统中的重要能量发生装置,在能源网络安全中发挥着重要作用。但由于燃料电池输出电压较低且随负载波动范围较大,需采用高增益DC-DC变换器实现后级负载的安全稳定工作。该文以一款输出串联Boost变换器为研究对象,为提高功率变换器抵抗内外干扰的能力,采用微分平坦控制理论设计电压外环和电流内环。此外,利用扰动观测器对系统寄生参数进行等效估计,提高系统抵抗内部参数摄动的能力;同时实时估计出负载电流和输入电压,减少传感器使用数量以降低系统成本。最后,通过1个240W的实验样机对所提出的控制器性能进行验证。

基于预测-校正内点法的HVDC交直流系统最优潮流

高压直流输电在远距离大容量输电、海底电缆输电等方面具有独特的优势,但直流设备的引入也使得交流系统最优潮流算法无法直接应用于现存的交直流系统,为此,先基于传统最优潮流算法,结合直流系统的稳态模型,提出一种含高压直流输电的预测-校正内点法最优潮流。多个算例仿真表明,该算法在不同的控制方式下均具有较好的适应性和收敛性,且迭代次数少于原对偶内点法,可减少计算量,节省计算时间。

某型航空发动机高压直流电负载系统设计

为满足某型航空发动机功率分出试验要求,设计了一套高压直流电负载系统,介绍了系统的组成架构、软硬件设计思路、实现方法以及功能特点。该系统通过对负载电阻档位进行科学设计,并充分发挥PLC和组态软件配置灵活、自动化控制能力强的优势,利用软硬件的配合设计,实时控制和监视电负载系统状态,实现与加载载荷谱连锁进行自动加载及实时功率自动补偿,提高了电负载系统的自动化控制水平及控制精度。通过在发动机试验中进行充分验证,结果表明,该系统具有较高的自动控制能力以及较高的稳定性和准确性。

青藏高原DC 600V大功率发电车电气控制系统的优化改进

结合实际运用情况,对青藏高原DC600V大功率发电车电气控制系统进行了优化改进,并介绍了改进效果。

大功率直流加热器DCS控制系统的设计与应用

大功率整流器因其加热功率大、功率调节快速准确、清洁无污染等特性,被广泛应用于电解、焙烧、充电等工业领域和大型热工流体试验系统。一套完整可靠的就地及远程控制系统,对于大功率加热器来说十分必要。本文以国家重大专项高温气冷堆核电站项目大型氦气实验回路一回路系统电加热器的控制系统为背景,通过对实验系统、大功率电加热器本体的研究,给出适合于电加热器的DCS远程监测控制系统的设计和实现方法,同时通过实验系统的试运行和使用,对系统原设计中存在的不足给出优化方案。最终,实验运行证明,该系统可以很好地完成调节、控制加热器的启停和正常的功率调节功能。

IDC机房供电系统组成形式的思考

本文首先对IDC机房供电系统的架构作出阐述,然后结合实例,对IDC机房供电系统组成形式进行分析。

含VSC-HVDC交直流混联电力系统三相谐波潮流统一算法

将基于电压源换流器的高压直流（voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC）输电系统谐波潮流算法从单相扩展到三相,提出含VSCHVDC交直流混联电力系统三相谐波潮流统一算法。为计及直流系统中换流变压器和VSC的不对称,分别建立它们的三相谐波模型,而平衡的交流系统采用对称分量谐波模型。交直流系统的对称与不对称部分之间以相-序分量转换方程为接口。交流侧的三相基波和谐波量以及直流侧的直流、基波和谐波量用牛顿法统一求解。该算法保持了VSCHVDC单相谐波潮流算法的高精度和相对于时域仿真法的计算速度优势,完善了VSC-HVCD的谐波模型,使其更加通用且符合实际情况,计及了不对称所引起的交、直流侧非特征谐波,是VSC-HVDC谐波分析频域法的进一步发展。

MMC-HVDC孤岛供电系统直流故障穿越协调控制策略

针对基于架空线输电的MMC-HVDC孤岛供电系统直流线路故障率较高的问题,配置直流断路器隔离故障是有效的解决方案之一。综合考虑了双极换流站灵活的运行方式、直流断路器的故障清除能力和双馈风机的快速响应能力,提出一种适用于MMC-HVDC孤岛供电系统的直流故障穿越协调控制策略,实现了自平衡和非自平衡工况下的功率协调。自平衡工况下,通过合理切换双极MMC的控制方式,可在维持交流电压稳定的同时提高非故障极MMC输出功率,使其自主平衡孤岛系统功率缺额;非自平衡工况下,设计了风电场精确提升其输出功率的控制策略,通过换流站与风电场间的协调配合维持孤岛系统的功率平衡。最后,基于Matlab/Simulink仿真模型验证了所提策略的有效性。

面向光伏直流升压系统的高压大功率LLC谐振变换器设计方法

文中提出一种适用于光伏直流升压变换系统的高压大功率LLC谐振变换器设计方法与死区时间设计优化方法。文中先介绍大功率LLC变换器的应用场景,光伏直流升压变换器的系统架构和模块拓扑,然后基于模态分析法建立LLC变换器的时域模型,研究其求解方法。分析大功率LLC变换器与小功率设计时的差异,不能沿用小功率变换器设计方法,为此,从原始参数出发,以高效率为目标,时域模型求解方法为基础,提出一种精确简便的大功率LLC变换器设计方法,另外基于模态分析提出了死区时间设计优化方法。理论研究与提出的方法在一台80kW/5kV光伏直流升压变换器样机上得到验证。

基于飞轮储能的船用燃机直流微电网大功率负载响应特性

为充分利用飞轮储能对船舶直流微电网功率补偿的优势,弥补燃气轮机发电系统输出功率调节响应慢的不足,对船用燃机直流微电网大功率负载下的飞轮储能系统控制策略和电网响应特性进行研究。本文基于100 kW实装微型燃气轮机发电机组,建立了包括燃气轮机、发电机、飞轮储能系统的船舶直流微电网模型,并在有无飞轮储能系统的情况下,分别突加、突卸40%、60%、80%额定功率负载,详细分析不同负载模式下直流母线电压、发电机转速和飞轮转速的变化特性。结果表明,所提出的飞轮储能系统控制策略可以及时补偿大功率负载冲击下发电机和负载之间功率不平衡,防止母线电压和同步发电机转速波动过大,有效提升微型燃气轮机发电系统的电能质量和稳定性。

一种大功率机车牵引辅助系统中间回路设计

分析了大功率电力机车牵引辅助系统共用中间直流电路的设计及工作原理,详细阐述牵引辅助系统中间直流电路设计选型计算方法,并对牵引辅助系统进行模拟仿真,实现大功率机车牵引辅助系统共用中间直流电路,系统高功率密度集成化设计、轻量化设计,并结合系统试验验证该设计方法合理可行。