kA级双阶梯脉冲电源方案设计与分析

托卡马克装置预电离过程中,环向磁场应与电子回旋波频率相匹配,NCST装置现有的电子回旋波频率较低,为了让环向场与已有的电子回旋波频率匹配,提出新的环向场线圈电流产生方案,在原方案的磁场线圈平顶电流产生之前增加一个低电流台阶。回顾NCST球形托卡马克装置环向场线圈电源的原有方案后,设计了全控型和半控型两种方案,从电压电流的高次谐波、电流的可控性和纹波、改动成本和安装便捷性四方面对比两个方案的优缺点,最终选定半控型改造方案。根据现场条件制作电源改造柜,尽量减少对原有电源柜的改动。实际测试结果显示,两个电流台阶衔接正常,低电流台阶宽度可调、幅值可调,满足改造要求。

阶梯电流密度加载模式对PEMFC冷启动性能的影响

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化过程中,其在低温环境下的冷启动能力是关键技术难题之一。本文通过建立PEMFC的集总参数模型,探究了阶梯电流密度加载模式对其在-20℃下冷启动性能的影响,重点考察了初始电流密度、电流密度变化周期及电流密度增加速率3个参数。此外,为优化模型参数选择,本文引入了一种改进的粒子群优化(PSO)算法,该算法在提高收敛速度和逃逸局部最优解方面表现优越,并利用新算法确定了给定条件下PEMFC的最佳工作点。仿真结果表明,相比于传统的恒流冷启动模式,在-15℃下,采用阶梯电流密度加载模式可将PEMFC的冷启动时间缩短约13.9%。

暖等离子体合成过渡金属掺杂氧化锰析氧电催化剂

可再生能源发电与质子交换膜水电解结合产生“绿色氢”对能源安全具有战略意义,其速控步骤是析氧反应。从稳定性、活性和成本角度考虑,本研究采用滑动弧暖等离子体一步合成了氧化锰(MnO_(x))及过渡金属掺杂(Fe-MnO_(x),Co-MnO_(x),Ni-MnO_(x)的析氧电催化剂,并对其晶体结构、形貌尺寸、元素组成和表面价态进行了表征。氧化锰主要由晶相Mn_(2)O_(3)和无定形Mn_(3)O_(4)组成。与之相比,掺杂的氧化锰尽管晶相组成基本不变,但其粒径明显变小、比表面积增大;掺杂Co促使氧化锰的表面电子增多。氧化锰基催化剂在酸性电解液的循环伏安测试中表现出独特的电流阶跃现象(低电势Ⅰ-Ⅱ区:1.4~1.8~2.4 V;高电势Ⅲ区:2.4~2.7 V)。该电流阶跃过程与Bulter-Volmer简化方程的电极动力学参照曲线相吻合,属于多价态锰参与的电催化反应。低电势区Fe-MnO_(x)的电化学活性最优,而高电势区Co-MnO_(x)表现最优。Co-MnO_(x)的起始电位比MnO_(x)低160 mV,且在恒电位电解中其末端电流密度是MnO_(x)的3倍。与其活性趋势一致,Fe-MnO_(x)、Co-MnO_(x)分别在低电势区、高电势区更具稳定性。本研究通过掺杂过渡金属优化氧化锰的颗粒尺寸、比表面积和电子结构,显著提高了催化剂析氧反应活性及稳定性。

一种单输入双输出高增益DC-DC变换器

随着分布式发电在中低压场合的应用越来越广泛,对高增益直流变换器的需求日益增加。提出一种新型单输入双输出高增益DC-DC变换器。该变换器在传统Boost电路基础上引入电容和二极管组成极性反向极,功率端口通过差分连接方式互联,提高了变换器电压增益,降低了开关管电压应力;同时端口功率控制彼此独立,进一步提高了电能路由的灵活性。详细分析了该变换器的电路结构和工作原理,推导出稳态特性下的电压增益、主要开关器件电气应力以及电流纹波等表达式。在此基础上,提出了基于矢量时间作用的模型预测控制策略,建立了该变换器预测模型、推导出开关管矢量时间以及设计了目标函数寻优过程。最后,通过仿真和实验验证了所提变换器及其控制策略不仅可行、有效,而且具有高运行效率与低电压应力。

基于端电压尖峰的无刷直流电机无位置传感器换相控制策略

针对现有的换相误差补偿方法需要额外滤波电路和检测电路导致无传感器换相方法变得更加复杂的问题,提出一种端电压尖峰脉冲换相误差补偿方法,实现了对无刷直流电机无传感器换相误差的准确补偿。研究了抗干扰性强的端电压尖峰脉冲信号的变化特性,得出了端电压尖峰脉冲持续时间是随着换相误差单调变化的结论,并利用端电压尖峰脉冲设计了换相误差闭环控制方法。该方法无需额外的滤波电路和检测电路,简化了换相误差补偿方法的电路设计,并且具备良好的鲁棒性和准确性。搭建了仿真和实际实验平台,对比了补偿前后的换相误差,实验结果表明,所提出方法能够实现准确的换相误差补偿。仿真实验和实际实验中,换相误差分别被控制在了1.1个电角度范围内和4个电角度范围内。在速度调控实验中,补偿后的无传感器方法表现出了和霍尔传感器相似的动态特性。相比于现有方法,提出方法更适合无刷直流电机无传感器方法在高性能电机控制场景的应用。

基于前n选择排序的M3C多步启动策略

针对模块化多电平矩阵变换器(M3C)传统两步式启动策略在解锁算法时冲击电流较大、传统多步式启动策略时间较长、最近电平调制(NLM)策略中排序占据大量计算资源的问题,此处提出了一种改进式的M3C多步式启动控制策略。首先分析了在解锁算法时产生冲击电流的原因,提出了一种基于改进排序方法的多步启动策略,减小了可控阶段的算力需求。同时通过分层控制,保证各个桥臂电容电压在启动过程中的平衡与稳定。最后搭建仿真和实验平台,验证了所提基于改进排序算法的M3C多步启动策略的可行性和可靠性。

闭环全光纤电流互感器阶跃响应上升时间研究

应用于柔性直流输电工程的闭环全光纤电流互感器(FOCT)为满足工程应用,需使用长距离保偏光缆实现偏振光信号的远距离传输,对其阶跃响应上升时间的影响尚未论证。此处从工作原理及输出特性两个方面分析了闭环FOCT采用M阶滑动平均滤波器特性、阶跃响应上升时间,并进行了仿真及试验验证,结果表明:影响阶跃响应上升时间的关键因素为光路渡越时间和滑动平均滤波器阶数,滤波器积分时间与闭环FOCT阶跃响应上升时间正相关;增加300m保偏光缆后闭环FOCT阶跃响应上升时间显著增加,通过控制滑动平均滤波器的积分时间可使闭环FOCT阶跃响应上升时间及测量性能与不增加长距离保偏光缆保持一致,解决了闭环FOCT增加保偏光缆引起阶跃响应上升时间增加的问题,满足柔性直流输电工程对其快速响应及特性稳定的需求。

柔性直流光纤电流互感器阶跃响应特性研究

传统直流光纤电流互感器无法满足柔性直流输电工程的高速响应需求,因此需要研究直流光纤电流互感器的阶跃响应特性及其动态性能改善方法。文中结合直流光纤电流互感器的离散数学模型,对其动态特性进行了全面的仿真、计算和实验研究,结果表明:影响直流光纤电流互感器阶跃响应特性的关键参数是渡越时间、前向通道增益、滤波器阶数和通讯延迟。搭建了直流光纤电流互感器阶跃响应测试平台,经参数优化后的直流光纤电流互感器的阶跃响应上升时间小于50μs,满足相关应用要求。

低压渐进式电催化破乳装置预处理含聚废水试验研究

针对含聚采油废水油含量高且破乳难等处理难题,研究设计了一种低压渐进式电催化联合破乳剂处理工艺,该渐进式电催化装置分为上中下3区,其中电极高度分别为5、5、15 cm,极板间距分别为0.4、1、2 cm,可以有效避免反应器内电场分布不均匀问题。通过正交试验确定最优运行条件为:电流20 A,电解时间2 h,破乳剂投加量400 mg/L。最优运行条件下处理后的含聚废水出水ρ(油)≤1000 mg/L,且可以连续稳定运行,比单独使用破乳剂可降低处理成本24.64%,该工艺可以有效降低破乳剂的加药量。

基于改进变步长爬山法的潮流能发电MPPT算法

针对传统变步长爬山法在潮流能发电系统中对潮流流速突变和随机性波动的适应能力较差,易出现扰动方向判断错误和速度追踪过快的问题,在变步长爬山法的基础上提出一种改进变步长最大功率追踪(MPPT)算法。该方法能够准确判断多种最大功率跟踪的情况并采用两次采样点下的功率和转速的变化程度确定下一时刻步长的大小,自动根据获能系数大小进行分阶段调节,实现对潮流流速突变情况的应对,从而实现最大功率的跟踪。在MATLAB/Simulink环境下搭建基于PID控制与自抗扰控制的仿真系统进行仿真试验,结果表明,改进的变步长爬山法不仅能够实现最大功率的跟踪,而且对潮流流速的随机性波动和突变情况的适应能力更强,具有良好的稳态特性。

NUMERICAL ANALYSIS AND EXPERI-MENT OF UNSTEADY THERMAL FIELD OF ROTOR PLATE FOR EDDY CURRENT RETARDER

The physical model based on heat transfer theory and virtual boundary method for analyzing unsteady thermal field of rotor plate for eddy current retarder used in automobile is established and boundary conditions are also defined. The finite element governing equation is derived by Galerkin method. The time differential item is discrete based on Galerkin format that is stable at any condition. And a new style of varying time step method is used in iteration process. The thermal field on the rotor plate at the radial and axle directions is analyzed and varying temperature at appointed points on two side-surfaces is measured. The testing and analytical data are uniform approximately. Finite element method can be used for estimating thermal field of the rotor plate at initial design stage of eddy current retarder.

数据中心中压负荷逐级投切解决方案简析

根据数据中心负荷逐级投切装置的控制要求,对目前应用比较多的专用负荷逐级投切装置、带有负荷逐级投切功能的10kV双电源转换开关控制器、采用分立元器件自行搭建和编程的PLC控制器、基于IEC61850光纤环网GOOSE传输技术的数字通信自动控制几种负荷逐级投切解决方案进行比较分析,并提出选择建议。

Impact of Geomagnetically Induced Currents Secondary Event on the High-Voltage Synchronous Motors

It is justified that during geomagnetic storms the high voltage synchronous engines are being impacted by high current harmonics of even sequences powered by power transformer due to geo-induced high voltage currents flowed through the windings. Equivalent circuits of step down substation and HV synchronous motors are made for making it possible to consider a saturation of power transformer magnetic system and higher current harmonics availability in stator windings. Analytic expressions for higher current harmonics and extra capacity losses calculation in stator windings are received, as well as the calculation of induction torques allowing to denote a rate of geomagnetic processes impact on synchronous engine operation at various step down substation parameters.

斜拉索桥梁雷电暂态分布特性研究

桥梁多位于水陆交界处,地势空旷,极易遭受雷击。对桥梁雷电暂态特性及相关效应进行定量分析,可为桥梁的防雷设计提供科学的数据支撑。本文以单塔斜拉索桥梁为例,利用CDEGS(Current Distribution Electromagnetic Interference Grounding and Soil Structure Analysis)软件建立桥梁三维仿真模型,模拟一般斜拉索结构桥梁的塔顶、斜拉索和桥面分别遭受直击雷时,桥梁磁场、跨步电压及雷电流分布情况。结果表明:(1)雷击斜拉索时,桥梁电子信息设备安装处磁场强度峰值最大,雷击塔顶时次之,雷击桥面时最小;雷击斜拉索时桥梁下方地面处的跨步电压峰值最大,雷击桥面时桥梁下方地面处的跨步电压峰值最小;(2)斜拉索上雷电流的大小分布与雷击点位置、斜拉索与接地体之间的距离以及斜拉索长度有关,斜拉索离接地体位置越近,长度越短,其上流过的雷电流越大;(3)接地体上雷电流的大小分布与雷击点位置及接地体的布设位置相关。距离雷击点位置越近,接地体上的雷电流幅值越大,布设在中间位置的接地体由于屏蔽效应雷电流呈现大幅减小的现象;布设在边缘位置的接地体上的雷电流波前时间变化不大,对原始雷电波陡度的削减作用不明显,而布设在中间位置的接地体上雷电流波前时间呈大幅升高的趋势,降低了雷电波因陡度大而造成的危害。

超临界浊流之地貌动力学和沉积特征

超临界流在现代沉积环境中几乎无处不在,但相关沉积物却极少从地层记录中被辨识出来,这是当前沉积学研究所面临的一个困境,文中称之为“超临界流沉积问题”。按弗劳德数增大顺序,超临界流可依次形成稳定逆行沙丘、不稳定逆行沙丘、急滩—深潭及周期阶坎等底形,相应的地貌动力学也从同相位体制(逆行沙丘)逐渐过渡为水跃体制(急滩—深潭和周期阶坎)。相对于明渠流,浊流因折算密度低而更易成为超临界流。超临界浊流底形的长波长、低幅度、逆流(坡)迁移特性,决定了其沉积物发育特征的后积层理、近平行—低角度交错层理、与水跃有关的快速堆积及冲刷—充填和建造—充填构造。超临界浊流沉积可以通过沉积体的几何形态(包括波长/波高比、平面和剖面形态等)和内部沉积特征(包括波脊逆坡迁移、沉积构造、粒度变化趋势及沉积相组合等)的综合分析加以鉴别。露头、岩心分析与高分辨率地震、浅剖、多波束测深等地球物理资料的综合,是准确鉴别超临界浊流沉积单元的重要途径。本文对超临界浊流地貌动力学研究进展进行综述,并对地层记录中超临界浊流沉积的鉴别标志及相关问题进行探讨。

一种适用于燃料电池的新型高升压DC-DC变换器

高升压DC-DC变换器是燃料电池实现并网的重要环节。针对燃料电池输出电压低、输出特性软的问题,提出一种基于开关电容的电流馈电升压变换器。首先,详细阐述了所提变换器的拓扑结构及其在连续导通和不连续导通模式下的工作原理。然后,具体分析了该变换器的电压增益、各元件的电压和电流应力。在此基础上,将其与SC-Boost、SL-Boost等变换器进行性能对比。最后,搭建一台200 W的实验样机验证了所提变换器的可行性和理论分析的正确性。所提变换器结合电流馈电结构和开关电容网络,具有电压增益高、输入电流连续且纹波低的优势,有利于延长燃料电池使用寿命。同时,通过复用开关电容中的电容-二极管(capacitor-diode, C-D)单元对开关管电压进行钳位,降低了功率元件的电压应力。因此,所提变换器适用于燃料电池并网系统。

表贴式永磁同步电机多步模型预测电流控制简化策略

针对表贴式永磁同步电机多步模型预测电流控制过程中运算量大的问题,提出两种多步预测控制简化策略。建立表贴式永磁同步电机传统多步模型预测电流控制(C-MPCC)模型,基于电压矢量选择规律,提出一种简化策略(S-MPCC)。以n步预测(n≥2)为例,C-MPCC需进行(7^((n+1))-7)/6次电流预测计算和(7^(n)-1)次数据比较运算,而S-MPCC仅需(2 n-1)×7次电流预测计算和(25 n-26)次数据比较运算,减小运算量。基于S-MPCC,进一步提出增加判断环节的简化策略(S-MPCC-II)。仿真结果表明,简化策略S-MPCC和S-MPCC-II控制下,电机系统运行良好,运行效果与C-MPCC基本相当。采用STM32H743单片机平台进行3种策略的单控制周期执行时间实验验证。实验结果表明,S-MPCC的预测次数和成本函数寻优过程中的数据比较次数仅为C-MPCC的0.32%和0.59%,单控制周期执行时间减小至0.30%。S-MPCC-II控制策略可在保持与S-MPCC相同控制效果的条件下,进一步减小运算量,提高系统实时性能。

基于小波滤波的快速阶跃响应全光纤电流互感器

近些年随着全光纤电流互感器在直流行业的规模化应用,其精度问题日益引起研究者的关注。在光学系统与电路系统提升精度受限的情况下,通过算法提升精度是比较可行的选择方案。但是传统的滤波算法通常以牺牲时间换取精度为主,导致光纤电流互感器在满足精度的同时无法兼顾阶跃响应。针对上述问题,提出了一种在解调之前针对原始信号做小波滤波的方法。仿真发现,db4小波基对方波信号有较好的滤波效果。实验证明,在FPGA中对闭环方波信号做5层db4小波滤波,可以在提升测量精度的同时大幅压缩滤波时间。

抑制汽车EPS-PMSM谐波电流的可变阶跃函数补偿方法

针对三相逆变器死区时间与导通压降引起汽车电动助力转向永磁同步电机低转速下的谐波电流,提出了对α及β轴电压进行可变阶跃函数补偿的方法。为降低补偿电压摄动,保证谐波电流的抑制效果,通过电流平均法获得准确的三相电流极性。为提高输出波形质量,消除电机低速轻载工况下零电流钳位现象,提出利用可变梯形函数进行α轴及β轴电压补偿。对未补偿、传统平均电压补偿和可变阶跃函数补偿下的EPS-PMSM谐波电流进行数值仿真评估。结果表明:在电机低速轻载工况下,相较传统平均电压补偿法,可变阶跃函数补偿法将电流总谐波失真率再降低约23.42%,并消除了零电流钳位现象。

α-Ga_(2)O_(3)基SBD场板结构与电流台阶的关联研究

作为典型的超宽禁带半导体,氧化镓(Ga_(2)O_(3))逐渐以新型功率器件优选材料的身份成为研究热点。近年来它的亚稳态α相因具有相对最宽的带隙,且与蓝宝石、氮化镓相似的六角晶格而受到关注。研究了α-Ga_(2)O_(3)基肖特基二极管器件,在TCAD仿真结果中发现反向偏置的I-V特性中出现了电流台阶。通过调节可能影响电流台阶的主要因素:漂移区厚度、掺杂浓度和场板结构,发现击穿特性中的电流台阶随着漂移区厚度的增加而变长,但对掺杂浓度变化的依赖性较弱,解释了漂移区在反偏电场作用下的耗尽过程是电流台阶的产生机制。采用分段场板结构可以优化漂移区的电场分布并提高器件击穿电压,器件击穿的最大电场强度超过10 MV/cm。对电流台阶机制的分析结果有助于抑制器件泄漏电流,提高耐压范围。