Novel Traveling Wave Sandwich Piezoelectric Transducer with Single Phase Drive:Theoretical Modeling,Experimental Validation,and Application Investigation

Most of traditional traveling wave piezoelectric transducers are driven by two phase different excitation signals,leading to a complex control system and seriously limiting their applications in industry.To overcome these issues,a novel traveling wave sandwich piezoelectric transducer with a single-phase drive is proposed in this study.Traveling waves are produced in two driving rings of the transducer while the longitudinal vibration is excited in its sandwich composite beam,due to the coupling property of the combined structure.This results in the production of elliptical motions in the two driving rings to achieve the drive function.An analytical model is firstly developed using the transfer matrix method to analyze the dynamic behavior of the proposed transducer.Its vibration characteristics are measured and compared with computational results to validate the effectiveness of the proposed analytical model.Besides,the driving concept of the transducer is investigated by computing the motion trajectory of surface points of the driving ring and the quality of traveling wave of the driving ring.Additionally,application example investigations on the driving effect of the proposed transducer are carried out by constructing and assembling a tracked mobile system.Experimental results indicated that 1)the assembled tracked mobile system moved in the driving frequency of 19410 Hz corresponding to its maximum mean velocity through frequency sensitivity experiments;2)motion characteristic and traction performance measurements of the system prototype presented its maximum mean velocity with 59 mm/s and its maximum stalling traction force with 1.65 N,at the excitation voltage of 500 V_(RMS).These experimental results demonstrate the feasibility of the proposed traveling wave sandwich piezoelectric transducer.

On the exact solutions to the long short-wave interaction system

The complete discrimination system for polynomial method is applied to the long-short-wave interaction system to obtain the classifications of single traveling wave solutions. Compared with the solutions given by the （G~/G）-expansion method, we gain some new solutions.

基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案

为了解决LCC-MMC型多端混合直流系统线路保护存在的问题,提出一种基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案。首先基于多端混合直流输电线路发生不同位置和类型的故障工况,推导直流线路入射电压行波的解析式并计算其高频段相位。其次结合线路边界行波折反射原理和测量波阻抗特性,提出利用初始电压行波相位的区内外识别判据,并根据雷击和短路故障的入射行波低频相位特性构建雷击干扰判据。在PSCAD/EMTDC中搭建昆柳龙多端混合直流系统模型进行验证,证明所提方案仅利用单端量信息即可满足故障判断和选线要求,满足速度性的同时具备一定的抗过渡电阻能力(500Ω)。

基于首行波曲率半径的交直流互联电网交流输电线路单端量保护

交直流互联电网中逆变侧交流输电线路故障特征与纯交流系统具有较大的差异性,传统交流输电线路的保护方案已经不再适用于逆变侧交流输电线路.首先,基于逆变侧交流输电线路发生区内、外故障时拓扑结构的不同,分别推导了两种情况下线模故障分量电流首行波的表达式,理论上明确了交流输电线路在发生区内、外故障时首行波波形特征的差异性.其次,采用小波变换模极大值法和Levenberg-Marquardt算法提取首行波曲率半径,构造了利用首行波曲率半径进行故障区域识别的高可靠性单端量保护方案.最后,在PSCAD/EMTDC中搭建交直流互联电网模型,使用MATLAB对保护方案进行验证.仿真结果表明:所提保护方案快速有效,可靠性高,耐受过渡电阻的能力较强,具有良好的抗噪声能力.

基于VMD和改进双端行波法的电缆故障测距研究

针对传统电缆故障行波测距方法受波速、噪声、端点效应等影响导致定位误差大的问题,提出一种基于变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)和改进双端行波法的故障测距方法。首先,提出改进的双端行波法消除波速对测距的影响;然后,在小波去噪基础上,利用VMD解决模态混叠和端点效应问题;最后,通过希尔伯特变换准确地标定故障波头。实例结果表明,基于VMD和改进双端行波法的电缆故障测距方法能有效降低波速、距离和过渡电阻对测距误差的影响,可准确地标定电缆故障位置。

输电线路单端行波测距法和双端行波测距法的对比

介绍了单端行波法和双端行波法的原理,研究和分析了实际应用过程中单端法和双端法误差产生的主要原因,同时对单端法和双端法的优缺点进行了比较,为实现行波法准确故障定位提供了依据。

影响输电线路行波故障测距精度的主要因素分析

行波测距是利用高频故障暂态电流、电压的行波来间接判定故障位置,包括单端行波测距法和双端行波测距法。文章对行波故障测距装置在实际应用过程中可能影响行波法测距精度的一些主要因素进行了讨论,包括雷电波的影响、故障时电压相角的影响、故障类型的影响、故障位置的影响、母线端接线的影响、线路类型的影响等,并提出了相应的解决方案。

行波法与阻抗法结合的综合单端故障测距新方法

提出了一种基于小波变换模极大值的行波法与阻抗法相结合的单端故障测距方法。首先用行波法进行单端故障测距,利用故障点的反射行波与入射行波到达测量端的时间差计算故障距离。行波法不用区分故障点的反射波和对端母线的反射波以及相邻线路的折射波,故得到多个测距结果,再用单端阻抗法对行波法测距结果进行筛选,选择最接近的一个结果作为最终测距结果。仿真计算表明,所述测距方法不受故障类型、系统运行方式等因素影响,鲁棒性较强。

一种新型的输电线路双端行波故障定位方法

针对行波故障测距技术中行波检测准确性和行波波速对测距精度的影响,提出一种新的双端行波故障定位方法。首先,介绍了变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和Teager能量算子(Teager Energy Operator,TEO)的特点,并将VMD与TEO相结合应用于故障行波波头的检测。其次,在双端行波故障测距原理的基础上,根据故障行波的传播路径,推导出一种不受行波波速和线路实际长度变化影响的行波故障测距新算法。该算法不需要检测行波反射波的波头,测距原理简单。最后,通过EMTDC仿真验证方法的正确性和准确性。大量的仿真结果表明该方法行波波头检测效果较好,测距准确度较高。

基于神经网络的单端行波故障测距方法

单端行波故障测距的关键是正确辨识量测到的第2个行波波头的性质。当母线上最短健全线路的长度大于故障线路全长的四分之一且次短健全线路长度大于故障线路全长的二分之一时,保护安装处检测到的前3个波头一定含有至少2个来自故障线路的行波。当健全线路不满足上述条件时,用方向行波识别行波是否来自故障线路。利用人工神经网络(artificial neutral network,ANN)的非线性函数逼近拟合能力,选取保护安装处检测到的后2个波头与首波头的时间差及其波头极性作为样本属性,训练、测试ANN建立其故障测距的ANN并模型来实现初步的故障测距,然后应用故障距离与波速、传输时间的关系正确辨识第2个行波波头性质,继而求得精确的故障距离。仿真结果表明该方法可行、有效。

输电线路组合行波测距方法研究

分析了输电线路故障后行波的传播过程以及行波折、反射的现象。在此基础上,提出了一种基于两种行波原理相组合的故障测距方法。用单端原理进行初步故障测距,结合故障初始行波到达线路两侧的时间差由单端原理给出准确结果。该方法的优点在于得到的测距结果是单端原理的结果,消除了双端原理测距中线路长度误差及线路两侧准确时间同步问题对测距精度的影响,进而提高了测距准确性与可靠性。ATP仿真表明,所提出的输电线路组合行波故障测距方法是可行的,并且故障测距的精度得到明显提高。

基于小波模极大值的单端行波故障测距

将小波变换对信号奇异性的检测功能应用到输电线路的测距中,根据故障行波电流信号线模分量的模极大值性质,提出一种故障测距方案,该方案经过PSCAD/EMTDC仿真验证,具有较高的可靠性和精确性,不受过渡电阻、故障类型及故障距离等的影响。

单-多端行波组合的架空线配电网单相接地故障定位方法

针对配电网网络结构复杂,分支多,故障定位困难,提出了一种单端、多端行波相结合的配电网单相接地故障定位方法。首先根据配电网拓扑结构,依据最优配置原则,选取需安装行波定位装置的配变终端,然后通过奇异值分解(SVD)对故障行波信号进行检测,应用多端行波故障选线算法判别障故障线路。在此基础上,各行波定位装置采用小波波形相关性方法,检测两个相关反射波时间差进行单端行波测距。仿真结果表明,该方法在某台定位装置失灵、时间记录错误时也能实现配电网的故障准确定位,具有很强的容错性和较高的定位精度。

基于故障距离区间的混联线路单端行波测距

架空线–电缆混联输电线路发生故障时,单端故障行波难以辨识,无法直接用以定位故障点。为提升单端量测距的实用性,提出一种基于故障距离区间的混联输电线路单端行波故障测距方法。首先,利用基于单端工频量的逐段推演故障区段法,初步划定故障距离区间,并通过在线估算对端等值阻抗以确保所划定的区间的正确性;然后,分析划定的区间内的行波传播规律,构建故障点精确定位方法,针对区段连接点邻域内故障的特殊场景,提出连接点故障识别判据和故障区段判据;最后,通过剔除待辨识波头所在区间内的干扰波确保算法精度和可靠性。仿真结果表明,该方法测距精度高,不存在区段连接点邻域测距死区,通用于多段混联输电线路,具备较高的实用价值。

基于简单通信的双端行波测距新方法

提高测距的可靠性和精度是行波故障定位研究的重点。在对比了传统的单、双端行波测距的性能以后,认为双端法的定位精度明显提高,但测距可靠性依赖于授时系统的稳定性。因此,在双端能够进行简单通信情况下,提出利用连接线路两端的信道,在检测到初始波头后立即向对端发送脉冲信号,并利用高精度计时器结合行波波速,在无双端对时的条件下实现初始波头到达时间之差的测定和故障位置的计算。通过分析现有的硬件制造技术和仿真试验后,认为该方法具有较高的精度。

对不受波速影响的输电线路单端行波法故障测距的探讨

在不受波速影响的行波法测距研究中,必须注意研究暂态初始行波、故障点反射波、对端母线反射波相互间的极性关系。而波形处理工具也将影响测距结果。该文通过分析故障初始行波、故障点反射波、对端母线反射波的极性关系来区别不同的行波分量,以暂态电流行波为分析对象,并用数学形态学检测故障波形,对不受波速影响的单端测距算法进一步研究。

一种单端注入-多端检测的配电网故障分支判定方法

配电网分支繁多,若要完全确定故障所在位置,不仅需要知道故障距离首端的距离,还要对故障的分支进行准确有效的判断。在基于线模行波突变的行波测距方法测得故障距离的基础上,根据零模入射行波在故障点处会同时产生零模和线模折反射波的特点,提出了一种单端注入–多端检测的配电网故障分支判定方法。该方法利用线模行波到达首端的时间计算故障距离,并结合线模行波和零模行波到达主干线末端或二级分支末端的时间差协同判断故障所在分支。应用(power systems computer aided design,PSCAD)对不同分支的故障进行仿真实验,结果表明应用此方法判断故障分支的准确率较高。

电缆单端故障测距的阻抗-行波组合法

单端故障行波测距的关键在于准确识别故障反射波头与对端母线反射波头。为更准确识别行波波头,提出一种新型阻抗-行波组合法。先由阻抗法粗略计算故障位置,并考虑实际误差,为行波法寻找波头缩小范围,得到多个测距结果。再根据故障反射波头与对端母线反射波头之间相互制约的关系对结果进行筛选,选择最符合条件的一组,同时确认两个波头的到达时间,根据时间点计算故障距离。此法利用两波头间的特定关系,同时找到两个波头,比只查找单个波头更准确,更不易出错。经Matlab和ATP-EMTP仿真验证,方案可行。

混合线路故障行波综合定位方法

针对混合线路故障行波定位中单端定位反射波识别困难,双端定位高精度时钟同步困难等问题,论文提出了一种适用于混合线路的单双端故障综合定位方法。首先根据双端定位法进行故障初步定位,得到故障距离的粗测值,由该粗测值计算故障反射波分别到达线路两端的2个时刻,选取这2个时刻附近的多个反射波头组成故障点的反射波组合,并对反射波组合进行时间求和,与线路总长所求时间和作差得到误差时间矩阵,其中数值最接近零的矩阵元素所对应反射波即为故障点反射波,最后根据单端定位原理实现故障点的高精度定位。EMTP-ATP仿真结果表明:论文所提故障行波综合定位方法有效可行,具有更高的定位精度,为故障快速处理提供保障。

基于数学形态学的配电网单端行波故障测距

随着配电网网架的加强,线路增长,分支线路增多,线路变得复杂,用传统的巡线方法找出具体故障点的位置非常困难。开展配电线路故障测距技术的研究具有重大意义。由于配电网有大量分支,利用行波进行配电网故障测距时,接地故障点的反射波混杂在由线路的分支节点和许多端点造成的众多反射信号中。通常的方法很难识别出来自故障点的反射信号。因此,排除噪声干扰并提取有用的行波信号是精确测距的关键。在现有的行波测距原理的基础上,提出了基于数学形态学的配电网行波故障测距方案。在利用数学形态学对采集到的行波数据进行滤波后,利用多分辨形态梯度变换提取行波波头的模极大值,进而确定故障点。通过仿真分析和现场算例分析,验证了该方案的可行性。