Reduced-order method for nuclear reactor primary circuit calculation

Accurate real-time simulations of nuclear reactor circuit systems are particularly important for system safety analysis and design.To effectively improve computational efficiency without reducing accuracy,this study establishes a thermal-hydraulics reduced-order model(ROM)for nuclear reactor circuit systems.The full-order circuit system calculation model is first established and verified and then used to calculate the thermal-hydraulic properties of the circuit system under different states as snapshots.The proper orthogonal decomposition method is used to extract the basis functions from snapshots,and the ROM is constructed using the least-squares method,effectively reducing the difficulty in constructing the ROM.A comparison between the full-order simulation and ROM prediction results of the AP1000 circuit system shows that the proposed ROM can improve computational efficiency by 1500 times while achieving a maximum relative error of 0.223%.This research develops a new direction and perspective for the digital twin modeling of nuclear reactor system circuits.

Early Debonding Detection of Rebar-Concrete Interface due to External Loading Utilizing AC Impedance Spectroscopy

A novel method for detecting early damage at the steel-concrete interface due to external loading based on AC impedance spectroscopy technology was proposed.Firstly,alkali pretreatment was introduced to ensure the accuracy and repeatability of the AC impedance test.Secondly,the AC impedance spectroscopy between the steel bar and concrete surface of different bonding positions was tested,and then the physical quantities reflecting the bonding damage condition were obtained by equivalent circuit fitting.Theoretical debonding position calculation and AC conductive structure analysis indicate that the change of interface resistance and interface capacitance can seize the development of bonding damage during the loading process.As the interface damage develops,obvious changes in interface resistance and interface capacitance are observed,and they cannot be recovered after unloading.

Impedance spectroscopy for quantum dot light-emitting diodes

Impedance spectroscopy has been increasingly employed in quantum dot light-emitting diodes(QLEDs)to investigate the charge dynamics and device physics.In this review,we introduce the mathematical basics of impedance spectroscopy that applied to QLEDs.In particular,we focus on the Nyquist plot,Mott-Schottky analysis,capacitance-frequency and capacitance-voltage characteristics,and the d C/d V measurement of the QLEDs.These impedance measurements can provide critical information on electrical parameters such as equivalent circuit models,characteristic time constants,charge injection and recombination points,and trap distribution of the QLEDs.However,this paper will also discuss the disadvantages and limitations of these measurements.Fundamentally,this review provides a deeper understanding of the device physics of QLEDs through the application of impedance spectroscopy,offering valuable insights into the analysis of performance loss and degradation mechanisms of QLEDs.

应用阻抗谱的锂电池模组早期内短路故障诊断

针对锂电池模组内部内短路故障单体诊断困难、检测效率低下的问题,提出应用电荷传递内阻和固体电解质界面膜内阻比值变化幅度的锂电池模组早期内短路故障诊断方法。所提方法基于电化学阻抗谱对内短路故障演化过程中锂电池内部电化学反应变化进行监测,利用弛豫时间分布方法针对阻抗谱特征进行量化分析。在阻抗谱由单体维度到模组维度正向推衍的基础上,筛选满荷电状态下电荷传递内阻和固体电解质界面膜内阻作为主要的评估指标,并根据阈值诊断模型搭建实验平台进行验证。实验结果表明:欧姆内阻和电荷传递内阻随着内短路故障程度的加深逐渐增大,固体电解质界面膜内阻整体呈现出逐渐减小的趋势;当模组电池数控制在8节以下时,通过阈值诊断模型对存在故障单体的模组识别准确率可以达到100%。通过对阻抗谱特征的精确辨识与分析,该方法能够有效实现锂电池模组早期内短路故障的准确诊断。

基于电化学阻抗谱的锂离子电池分级安全预警方法

电化学阻抗谱(EIS)是一种无创原位检测和无损检测方法,可以反映电池内部不同结构的状态。基于EIS的指标可以作为故障预警的重要和优良指标,解决不及时和误报的问题。根据不同过充阶段的EIS特点,分阶段建立了与之对应的分数阶模型。用固态电解质相间膜电阻(R_(SEI))和电荷转移电阻(R_(ct))来表示中频段两个电弧随过充的变化。基于与电池内部结构损伤相关的R_(SEI)和R_(ct)指标,提出了三级预警方法。同时采用了新电池和循环老化过的软包电池进行了不同倍率的过充实验,验证了该方法的可靠性。

电化学阻抗谱机器学习评估动力电池状态研究进展

退役动力锂电池(额定容量80%以上)梯次利用可有效缓解电池回收和环境污染压力,提高资源利用率和经济效益,然而对其进行快速、无损和准确的状态评估仍是一个挑战。与其他已报道的方法相比,电化学交流电测量电池并收集数据绘制阻抗谱图是研究电池状态的核心方法,具有快速、无损这两种优势。通过这种方式检测的电池可以建立起内部阻抗和状态相关性,快速完成电池状态评测。电化学阻抗谱图的分析方法主要包括依靠测量数据和机器学习的方法进行阻抗的预测,依靠等效电路图对电路各个等效元件的变化情况进行分析,以及用积分算法将阻抗谱图转化为更直观的弛豫时间分布图谱。这些方法都提供了电池内部老化情况的分析方法,为电池内部阻抗和健康状态之间的联系提供了电化学方面的基础。基于此,综述了电化学阻抗谱结合机器学习评估动力锂电池状态在国内外最新研究进展,重点针对电化学阻抗谱、等效电路模型、弛豫时间分布和机器学习之间的关系进行总结和探讨。

PEMFC冷启动过程阻抗谱及特征频率分析

为优化质子交换膜燃料电池(PEMFC)冷启动过程,提供足量的反馈数据十分必要,常见的阻抗谱和等效电路因其获取周期较长,无法提供足量且实时的反馈。为此,本文在COMSOL中建立冷启动阻抗模型,结合试验分析其阻抗谱变化,分别在高、中、低频区间提出特征频率1 kHz、50 Hz和1 Hz用于表征燃料电池冷启动过程。研究发现,上述特征频率在冷启动的前、中、后3个阶段变化显著,在特征频率1 kHz、50 Hz和1 Hz下阻抗的变化倍率分别为0.38、0.31和1.47。相较于获取完整的阻抗谱和拟合等效电路,在保留了特征信息的情况下提高了采集数据的实时性。因此,可利用特征频率点的阻抗表征冷启动过程,为实时监测冷启动内部状态提供条件。

水中脉冲放电振荡特性分析及抑制方法研究

水中脉冲功率放电过程中产生的电路振荡,会延长放电时间,降低储能电容寿命。为了对电路振荡进行抑制,首先根据脉冲功率放电装置工作环境,利用COMSOL仿真软件,建立了二维轴对称高压放电模型,模拟了11 kV下电极间隙为4 mm下的高压击穿过程,并分析了等离子通道电导率变化趋势。然后建立等离子通道二维阻抗模型,对电极上的实际放电波形进行了非线性回归分析,得到其电阻和电感分别为0.439Ω和19.8729μH。最后根据负载特性提出了用脉冲功率晶闸管来抑制电路振荡的策略,并进行了脉冲功率放电实验。实验表明,通过理论阻抗计算得到的电极电压与实际放电电压相符合,且使用晶闸管脉冲功率开关可有效地抑制电路振荡,使振荡时间由220μs降低到36μs,降低了83.6%。

等效电路模型法预测动态工况下微型直接甲醇燃料电池剩余使用寿命

微型直接甲醇燃料电池(μDMFC)具有能量密度高、可便携使用、快速补能以及环境友好等优点.然而,由于膜电极在电化学反应中会退化,μDMFC的有效使用寿命有限,所以需要对其健康状态与剩余使用寿命进行评估,为燃料电池改性和控制策略提供决策支持.在结合数据驱动和机理模型预测方法的基础上,针对动态运行工况,提出一种基于等效电路模型(ECM)的μDMFC剩余使用寿命预测方法.在燃料电池的性能退化指标中,电池输出电压可以被实时监测从而获得电池的退化趋势,但这一指标无法单独提供精确的预测结果.通过测量电化学阻抗谱并结合ECM可以得到电池内部阻抗等深层信息,但这些深层信息不易被实时监测,通常只能低频离线测量.此外,燃料电池在实际应用中多处于变工况状态,其退化趋势和使用寿命受工作环境影响,传统基于电压退化趋势回归的预测方法无法应对工况的动态变化.因此,可通过定期离线获取内部退化参量建立预测模型.实验结果表明:与传统数据驱动的方法相比,基于内部退化参量的预测方法能更好地适应变工况环境,在燃料电池剩余使用寿命预测中具有更好的性能.

氯化钾溶液电化学阻抗测量过程中的等效电路模型研究

等效电路模型是溶液电化学阻抗测量过程中研究其复杂物理化学过程的重要手段,在溶液电导率测量仪等设备的工程技术研发中具有重要的应用。本文选取氯化钾溶液为研究对象,使用电化学工作站和铂黑平行双电极测量0.01 mol/L至1 mol/L氯化钾溶液的阻抗谱,采用Lima和Randles两种等效电路模型对测量结果进行拟合并对比两个模型的精度。基于测量过程中不同频段下溶液的导电物理化学机制不同的事实,对测量结果进行分频段模拟以进一步提高模拟精度,并在Lima和Randles等效电路模型的基础上简化出高频等效电路模型。采用高频等效电路模型对在高频下不同浓度溶液的电导率测量结果进行模拟,对比并分析了浓度不同所引起的溶液内物理化学过程的差异。

多绕组变压器复合短路阻抗与环流计算

为解决多绕组变压器建模复杂、复合短路阻抗和环流计算困难以及计算时间长的问题,提出一种基于简化变压器有限元模型的计算方法。该方法可以快速准确地计算多绕组变压器的复合短路阻抗和相应的短路环流。首先建立了简化的变压器有限元模型,并获得了绕组的电感矩阵。然后,将相关数据输入计算软件中进行计算,以得到多绕组变压器的复合短路阻抗和对应的短路环流。为了验证该计算方法的准确性,进行了实例验证。结果表明,该方法计算精度高并且耗时较少。通过使用这种基于简化变压器有限元模型的计算方法,可以有效地解决多绕组变压器的复合短路阻抗和环流计算中的困难,这不仅提高了计算效率,还能提供准确的计算结果,具有较好的工程应用价值。

适应高电流倍率工况的锂离子电池等效电路模型

等效电路模型(equivalent circuit model,ECM)是电池模型的主要类型之一,对电池特性分析和状态估计非常重要。然而,当前广泛使用的基于阻容(RC)结构的电池ECM无法应对复杂多变场景。例如,传统ECM无法反映电池极化电压在高电流倍率下的特殊现象,即传统ECM不能准确表征电池在高电流倍率下的阻抗特性。针对这一问题,本团队在不同SOC下进行了电池峰值电流实验,通过实验数据分析了电池在峰值电流下的极化电压和阻抗特性。然后,引入负电阻电容环节拟合实验结果,对传统ECM进行改进以充分体现高电流倍率下的电池极化现象。通过比较传统RC环节与负电阻电容环节特性,提出了基于阻抗特性曲线拐点的参数分离方法,其计算量小,模型求解便捷。最后,对分离参数后的模型进行验证,结果表明所提ECM及参数获取方法能够较好地模拟高电流倍率下电池的极化电压变化,进而更加准确地表征电池电压特性,模型输出与实验结果误差小于0.05 V。所提ECM相比于传统的RC模型精确度得到了极大提升,且不依赖于复杂的电化学模型,维持了模型的简单结构。

Impedance-based Stability Criterion for the Stable Evaluation of Grid-connected Inverter Systems with Distributed Parameter Lines

For a multi-inverter grid-connected system,the stability of the point of common coupling(PCC)voltage is evaluated considering the distribution parameters of the transmission lines.First,the systems on both sides of the PCC are equalized,a smallsignal equivalent circuit similar to the“current source-grid”is established,and a mathematical model for the voltage of the PCC is derived.Then,using Euler’s formula and Nyquist stability criterion,the PCC voltage stability of the grid-connected system is evaluated by the impedance analysis method under the premise that the single-side excitation is stable.In addition,the gridconnected conditions causing PCC voltage instability are studied.A phase compensation method based on an impedance phase compensation control strategy is introduced.The stability of the grid-connected system is improved by compensating the phase margin at the equivalent impedance crossover-section frequency on both sides of the grid-connected system PCC.Finally,a simulation circuit is built to simulate and analyze the proposed model and phase compensation method.The simulation results verify the accuracy and effectiveness of the theoretical analysis.

High-Efficiency Rectifier for Wireless Energy Harvesting Based on Double Branch Structure

A rectifier circuit for wireless energy harvesting(WEH) with a wide input power range is proposed in this paper. We build up accurate models of the diodes to improve the accuracy of the design of the rectifier. Due to the nonlinear characteristics of the diodes, a new band-stop structure is introduced to reduce the imaginary part impedance and suppress harmonics. A novel structure with double branches and an optimized λ/4 microstrip line is proposed to realize the power division ratio adjustment by the input power automatically. The proposed two branches can satisfy the two cases with input power of-20 dBm to 0 dBm and 0 dBm to 15 dBm, respectively. Here, dBm = 10 log(P mW), and P represents power. An impedance compression network(ICN) is correspondingly designed to maintain the input impedance stability over the wide input power range. A rectifier that works at 2.45 GHz is implemented. The measured results show that the highest efficiency can reach 51.5% at the output power of 0 dBm and higher than 40% at the input power of-5 dBm to 12 dBm.

早龄期碳化养护下水泥基材料的阻抗谱特征

利用交流阻抗技术对早龄期碳化养护下不同水灰比、砂灰比和试件尺寸的水泥基材料进行研究,建立优化的等效电路模型并获得相应电学参数,对比分析早龄期碳化养护下水泥基材料的质量增加率和交流阻抗谱变化.结果表明:试件质量增加率随水灰比增大而增大,随砂灰比降低而增大,净浆组的质量增加率均值为11.29%,为砂浆组的2~3倍;试件尺寸越大,质量增加率越大;在碳化养护条件下水泥基材料交流阻抗谱高频区圆弧直径呈增大趋势,低频区直线斜率呈减小趋势;建立了试件质量增加率与阻抗谱参数之间的关系模型,采用电荷传递电阻Rct2预测碳化养护下水泥基材料的CO_(2)吸收量,早龄期碳化养护下水泥基材料的交流阻抗谱研究有助于建立相应的无损监测技术.

锂离子电池电解液泄漏试验及参数化表征

为了给锂离子电池电解液泄漏故障诊断方法的确立提供基础,寻找与电池漏液密切相关的参数,设计了电解液泄漏故障模拟试验,对漏液电池和正常电池进行直流阻抗测试和电化学阻抗谱测试,基于二阶等效电路模型参数和弛豫时间分布方法对电池的动力学特性进行分析,提出了表征漏液故障的直流阻抗与交流阻抗参数集,为锂离子电池漏液故障诊断提供了依据。

基于三相三绕组等效网络的变压器绕组扫频阻抗特性研究

扫频阻抗法在电力变压器绕组变形诊断领域被广泛应用。目前,多基于绕组的简化模型对其进行仿真研究,无法研究变形发生于不同绕组时,扫频阻抗曲线的变化情况。本文针对三相三绕组变压器,建立其完整的三相三绕组等效电阻-电感-电容(RLC)参数模型及简化的单相三绕组RLC参数模型。通过分析上述两个模型的高对中扫频阻抗曲线,发现简化RLC参数模型包含的绕组机械状态信息并不完整。最后,基于完整的三相三绕组模型,研究不同绕组发生短路故障时扫频阻抗曲线的变化趋势并计算其相关系数,分析不同绕组故障对扫频阻抗曲线的影响程度。

电动汽车直流充电站的低阶RLC阻抗电路模型

[目的]虚拟惯性阻尼控制(Virtual Inertia and Damping Control,VIDC)潜在的正反馈可能加剧控制环路内部的相互作用进而引起母线电压低频振荡,破坏电动汽车直流充电站(Electric Vehicle DC Charging Station,EVCS)的稳定性。虽然已有多时间尺度阻抗模型解释VIDC的稳定机制和VIDC控制下EVCS的低频振荡机理,但其本质上是一个高阶传递函数,获取阻尼控制策略的解析表达式。[方法]针对这一问题,文章对环路虚拟阻抗进行了详细的阻抗分析,直观地揭示了每个控制环路阻抗高阶属性的根本原因。[结果]通过伯德图近似提出了控制环路闭环增益的降阶拟合方法,建立了低阶阻抗电路模型。[结论]通过Matlab/Simulation仿真结果验证了所提出的多时间尺度低阶阻抗电路模型的有效性。

Cycle life prediction and match detection in retired electric vehicle batteries

The lifespan models of commercial 18650-type lithium ion batteries （nominal capacity of 1150 mA-h） were presented. The lifespan was extrapolated based on this model. The results indicate that the relationship of capacity retention and cycle number can be expressed by Gaussian function. The selecting function and optimal precision were verified through actual match detection and a range of alternating current impedance testing. The cycle life model with high precision （〉99%） is beneficial to shortening the orediction time and cutting the prediction cost.

变换器传导电磁干扰集中等效模型参数估计方法

介绍了变换器传导电磁干扰集中等效电路的建模方法,从电路的角度上对变换器传导干扰耦合机理进行分析研究,提出了一种简单易行的方法估计变换器的噪声源和内阻抗,结合具体的实验装置验证了本文方法的正确性。研究结果表明应用本文建立的模型可以较准确地对实际滤波器的干扰抑制效果进行预测。