基于电流模分量特性的多端柔性直流配电网线路纵联保护

多端柔性直流配电网因在供电可靠性方面极具优势而受到广泛的关注,然而对于直流线路保护中故障的快速、可靠识别成为其急速发展所需解决的关键问题之一。因此,设计了一种利用电流模分量特性的直流线路纵联保护方法。该方法利用故障时正极电流线模分量方向来判别区内外故障,以不同故障条件下故障点正极电流零模分量平均值的差异来构造保护判据,从而判别故障类型,形成保护策略。最后,在PSCAD/EMTDC4.5上搭建了多端柔性直流配电网模型,对保护判据及关键影响要素进行了仿真分析。结果表明,该保护方法能够有选择性地快速、可靠识别区内外故障及故障类型,且具有较好的耐过渡电阻与抗噪声能力。

氨氢融合零碳内燃机燃烧过程综述

随着中国“碳达峰”与“碳中和”目标的提出,内燃机低碳化、零碳化势在必行。氨作为零碳燃料和氢的高能量密度载体,是实现碳中和有潜力的替代燃料。研发氨氢燃烧技术,实现氨高效清洁融合燃料零碳大功率内燃机高效近零排放对全球气候治理具有重大意义。该文在分析氨作为未来绿色能源的潜力及其在内燃机中实际应用的基础上,从氨氢内燃机的燃烧模式、氨氢燃料的燃烧化学反应动力学、氨氢燃料供给方式等方面综述了氨氢内燃机的燃烧的最新进展,对比分析了火花点燃/均质压燃/射流引燃3种燃烧模式、氨气道喷射/液氨缸内直喷2种燃料供给方式、主动射流/被动射流2种点火方式,提出并论述了基于氨在线裂解制氢实现基于单一液氨燃料油箱的氨氢融合燃烧,是内燃机实现碳中和的极具潜力的技术路线,指出了氨氢内燃机喷雾、燃烧和氮基排放控制三方面需要解决的关键技术和科学问题。研究表明:氨氢融合内燃机采用微量氢气(小于3%)引燃氨混合气,可以获得稳定燃烧和高热效率,并拓展稀然极限。氨氢融合零碳大功率内燃机作为氨燃料高效可靠的应用载体,在重型车辆、工程机械、远洋船舶、发电等多个领域具备广泛的应用潜力与价值,氨氢内燃机的研发可推动基础燃烧理论的进步,也可以促进中国内燃机产业迈上新的台阶。

基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流配电网具有不存在换相失败等优点。但换流器存在低惯性、弱阻尼等特性,导致故障电流上升速度快且峰值高,对系统危害极大。针对直流配电网发生单极接地故障难以准确选择故障馈线的问题,提出了一种基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法。首先,利用变分模态分解算法对各馈线零模电流进行分解,选取特征分量。然后,计算特征分量的二阶导数,选择拐点密集区并进行归一化处理,得到各馈线的凹凸波动性。最后,判定凹凸波动性与其他馈线相异的线路为故障线路。仿真结果表明,所提方法能够快速识别故障馈线,且受过渡电阻、采样频率、数据窗和噪声等因素影响小。

光伏光热联合双源热泵系统运行模式研究(2):供暖季系统仿真研究

使用TRNSYS软件建立了光伏光热-双源热泵(PV/T-DSHP)系统的仿真模型。选取夏热冬冷地区某一近零能耗居住建筑作为研究对象,模拟研究了供暖季PV/T-DSHP系统在COP_(s)切换模式下的运行特性和能耗。结果表明:平均光电效率为15.08%,平均光热效率为33.05%;水源热泵运行模式下供暖季平均COP为4.55,空气源热泵运行模式下供暖季平均COP为3.19,PV/T-DSHP系统的平均COP_(s)为2.98;供暖季系统自满足率为61%。

永磁同步电机模型预测转矩控制共模电压抑制研究

针对永磁同步电机模型预测转矩控制共模电压较大的问题,对比分析了磁链、转矩和共模电压共同控制、直接去除零电压矢量和虚拟零电压矢量三种抑制共模电压的方法。仿真结果表明,三种方法均可有效抑制共模电压。前两种方法均未采用零电压矢量,导致磁链脉动和转矩脉动增大;虚拟零电压矢量方法既保留了零电压矢量,又有效抑制了共模电压,但开关频率有所增大;动态虚拟零电压矢量选择开关次数最小的零电压矢量生成方式,可在控制性能基本相当的前提下,有效减小开关频率,综合性能最优。

铁基超导体中的马约拉纳零能模及其阵列构筑

马约拉纳零能模服从非阿贝尔统计,其编织操作可用于构筑拓扑量子比特,是拓扑量子计算的基本单元,可从原理上解决量子计算中环境噪声带来的退相干问题.现有的马约拉纳零能模平台包括复合异质结构,如拓扑绝缘体/超导体、半导体纳米线/超导体或一维磁性原子链/超导体等,以及单一材料,如2M-WS_(2),4Hb-TaS_(2)和铁基超导体等.铁基超导体中的马约拉纳零能模具有材料平台简单、零能模纯净以及存活温度较高等一系列优势,引起了广泛关注.最近,大面积、有序和可调控的马约拉纳零能模晶格阵列在铁基超导体LiFeAs中被观测到,为未来的拓扑量子计算提供了一个理想平台.本综述首先回顾铁基超导体中马约拉纳零能模的实验观测,其中将重点介绍FeTe_(0.55)Se_(0.45),(Li_(0.84)Fe_(0.16))OHFeSe,CaKFe_(4)As_(4)和LiFeAs等材料体系.接着介绍给出铁基超导体中马约拉纳零能模关键性实验证据的一系列工作.然后进一步详细介绍近期LiFeAs中观测到有序和可调马约拉纳零能模晶格阵列的工作.最后给出总结和对未来马约拉纳领域研究的展望.

基于环流相似度的变压器零模涌流识别与零序保护方法

随着我国电力系统规模的扩大和输电容量的增加,Yd连接的高阻抗变压器得到了广泛应用。传统的变压器零序差动保护采用二次谐波比进行涌流制动,但该方法在空投于内部故障时会出现拒动情况。提出了一种基于环流相似度的变压器零模涌流识别与零序保护方法,该方法计算原方零模涌流和副方环流的波形相似度,再根据变压器三相的饱和系数识别内部故障,综合实现变压器准确的涌流闭锁。仿真和实验结果表明,所提保护方法在变压器和应涌流及空投于内部故障情况下均能正确动作。

一种新型稳定可结合三维本构的近场动力学方法

[目的]针对目前两种近场动力学(PD)理论,键型PD(BPD)无法应用三维材料本构模型,而态型PD在均匀化过程中出现零能模式常导致强非线性问题不稳定的挑战,研究一种新型混合PD(HPD),以增强PD理论在求解复杂强非线性问题时的稳定性和实用性.[方法] HPD方法结合BPD和SPD的优点参照BPD,将PD点与影响域内其他PD物质点相连形成键,键上的力通过键中点截面上的应力及其法向向量的乘积计算得到,应力可由三维本构关系计算,而应变则使用与SPD类似的方法拟合得到.在HPD中,键力方向与键的方向并不一致.最后通过两个数值算例验证了HPD方法的正确性和稳定性.[结果]在第一个算例中,可以观察到两种影响域半径的HPD和有限元方法(FEM)的结果高度相似.力加载行(M-M)中的最大相对误差仅为4.58%,模型顶行(N-N)中的最大相对误差仅为0.51%.相比之下,由于零能模式的存在,SPD的最大相对误差为382.68%和5.61%.在第二个算例中,选择A点作为代表点,比较了3种方法计算的位移时程.在靠近底座的A点,SPD在位移计算的初始阶段表现出较高的精度.然而,当模型进入强非线性时,误差便会显著增加,达到约65.65%.相比之下,HPD有效地解决了这个问题,在最大位移点实现了仅0.2%的相对误差.[结论] HPD可以消除零能量模式的影响,而且在各种影响域半径下都能产生更准确的结果;即使在强非线性情况下HPD也能解决零能模式问题,同时可确保应力和应变的精确预测,可有效解决强非线性和大变形问题.此外,HPD可以与各种材料模型相结合,是一种实用且有效的计算方法,可用于解决各种复杂问题.

基于FPGA的硅微陀螺数字测控和温补技术研究

硅微陀螺仪由陀螺结构和测控电路组成,随着模拟接口电路的日臻完善,陀螺仪性能的提升主要靠数字电路中的测控和补偿算法;目前硅微陀螺测控电路正在向芯片化方向发展,为了加速硅微陀螺测控电路芯片化进程,用Verilog硬件描述语言设计了AGC和PLL对陀螺幅度和相位进行闭环控制,科氏力平衡进行闭环检测;对因加工造成的正交误差,设计了正交校正闭环;根据温度对陀螺仪的影响,对标度因数进行线性补偿,对零偏进行了BP神经网络补偿;实验结果表明,该控制系统下AGC相对稳定性为124 ppm,PLL相对稳定性为79.1 ppm,常温零偏稳定性为2.9°/h;在0~65℃内补偿前零偏稳定性为17.7°/h,补偿后零偏稳定性为9.1°/h,标度因数温度灵敏度降低1个数量级,不仅提升了硅微陀螺仪的性能,也为陀螺ASIC设计奠定了良好基础。

马约拉纳零能模移动引起的非绝热跃迁和粒子数宇称破坏及其检测

拓扑超导体中马约拉纳零能模(MZMs)的移动,对拓扑量子计算具有重要作用.基于微观格点模型,本文模拟了微电极操控下的多段移动及移动过程中引起的非绝热跃迁.结果表明多段移动可降低非绝热跃迁概率.经过准粒子激发谱的非绝热跃迁,还将诱导一对MZMs的初始费米宇称的微弱破坏(二阶效应).本文提出的检测非绝热跃迁效应的方案,可以同时检测因移动MZMs引起的跃迁至激发态的概率,以及因二阶效应引起的初始费米宇称的破坏.

基于动态开关表的TLDMC-PMSM零共模电压直接转矩控制

针对三电平直接矩阵变换器-永磁同步电机系统采用直接转矩控制(TLDMC-PMSM-DTC)时出现高共模电压的问题,提出基于动态开关表的TLDMC-PMSM零共模电压直接转矩控制方法。TLDMC的部分旋转矢量共模电压为零,该方法利用这部分旋转矢量去构建DTC的开关表,但是旋转矢量的分布随输入电压相位的变化而变化,这会导致控制结构的复杂度变高,因此此控制算法通过高维开关表来实现TLDMC-PMSM的零共模电压。但是由于所用旋转矢量数目少并且选择的矢量误差大,从而导致电机的转速和转矩脉动大,该文在此基础上,引入动态的旋转矢量和零矢量去构建动态开关表来解决脉动大的问题。仿真和实验结果表明,该方法在保证动态响应能力快、电机的转速和转矩脉动小的基础上,实现了TLDMC-PMSM系统的零共模电压和安全稳定运行。

SVG协同双馈风电场的暂态控制策略研究

为了充分考虑装设静止无功发生器(static var generator,SVG)的双馈风电场故障状况下的非线性特性,使用一种参数自适应超扭曲滑模控制器(super-twisting adaptive sliding mode control,STASMC)对多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)系统的零动态(zero dynamics,ZD)方法进行改进,提出一种ZD-STASMC方法来协调控制双馈机组和SVG。使用ZD方法将原始系统部分线性化,简化了控制设计任务。为了进一步提高在参数不确定性和外部扰动下的电压调节能力,将ZD方法与STASMC相结合。通过STASMC构造辅助输入提升了ZD方法的鲁棒性,减少了建模误差和实际过程中各种误差的影响。改进后的ZD方法减小了线性化误差的影响,加强了双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的暂态性能。最后,通过算例系统在三相故障下的仿真验证了所提ZD-STASMC控制的有效性。

抑制图腾柱PFC电流过零尖峰控制方法的研究

针对工作在CCM模式下的图腾柱拓扑PFC在电压过零点处电流的畸变问题,在详细阐述图腾柱PFC的工作原理及过零电流尖峰产生原因的基础上,提出一种改进型的过零控制方式,在输入电压过零时刻前后插入死区为低频开关管反向恢复提供时间。在死区时段后对高频开关管施加渐进占空比信号,以完成对低频桥臂的寄生电容上电压释放,并降低过零电流尖峰。控制策略采用基于占空比前馈平均电流控制原理的双闭环控制,提高电流对电压的动态响应能力。基于上述方法,搭建了一台交流输入电压220 V,直流输出电压400 V,满载2 kW的实验样机并进行实验研究。实验结果表明,样机峰值效率可达98.3%,满载时功率因数高达0.99。

馈通效应下微机械陀螺仪标度因数特性分析

微机械陀螺仪可动质量块、衬底和电极间存在复杂的寄生电容,使得陀螺仪的反馈力电极与检测读出电极间存在馈通效应。为研究馈通效应对微机械陀螺仪标度因数特性的影响,首先基于理论模型分析了不同模态频差下,馈通效应对检测回路开环零点分布的影响,进而分析了存在馈通时模态频差对标度因数的影响。其次,建立了存在馈通时的力反馈仿真模型。最后设计了基于分时控制的馈通抑制方案,实验结果显示,无馈通抑制和有缓冲周期分时控制的标度因数最大变化量分别为70.2%和1.3%。仿真与实验结果均表明馈通效应越显著,标度因数随模态频差的变化幅度越大。

IF-ZVVCD与SMO的PMSM无位置传感器全速域复合控制

针对永磁同步电机(PMSM)全速域无位置传感器控制中,零低速阶段的高频注入法会引起转矩脉动、噪声等问题,提出一种IF控制结合零电压矢量电流微分法(ZVVCD)实现电机零低速运行,并与改进滑模观测器法复合达到全速域无位置传感器控制目标。在零低速阶段,IF控制法启动电机并在低速切换为ZVVCD,减小转速波动,提高控制精度;在中高速阶段,利用连续光滑的Sigmoid函数及扩展卡尔曼滤波器改进滑模观测器,减少系统抖振,提高转速稳定性;在转速过渡阶段,设计斜率可调的加权切换函数实现零低速与中高速控制方法的平滑切换。实验结果表明:所提复合控制策略能够实现PMSM全速域无位置传感器控制,消除转矩脉动,转子转速与位置信息辨识准确,系统动态响应快、稳态性能好。

“以竹代塑”视角下“无废城市”建设经验与启示

创建“无废城市”是推进我国城市固体废物综合管理与资源利用工作的重要措施,也是我国实施“双碳”目标战略的重要组成部分,最终目标是推动生态环境改善和提升生态文明建设水平,从而实现经济、社会、环境的可持续发展。当前,针对“无废城市”建设主要环节、政策布局及科技研发重心集中于无害化处理的后端环节和资源化利用的中端环节,对于源头减量的前端环节投入力度较为薄弱。“以竹代塑”倡议的提出针对这一问题提供了解决方案。文章分析了我国建设“无废城市”的政策背景,梳理总结国内外“无废城市”建设的经验,提出“以竹代塑”视角下建设“无废城市”的建议,可为加快我国“以竹代塑”产业发展、推进“无废城市”建设提质增效提供参考。

一种用于传感器模拟前端的可编程增益放大器

基于华虹0.18μm CMOS工艺设计了一款用于传感器模拟前端的可编程增益放大器(PGA),其整体采用全差分结构来抑制传感器输出的共模噪声、直流分量以及供电电源的输出噪声。该电路由仪表放大结构轨对轨输入级、轨对轨自动调零全差分运算放大器、数字控制电路以及直流分量消除电路这四个部分构成,同时采用连续时间自动调零校准技术来降低其输入失调电压。PGA的放大倍数为5 bit调节,共12个档位,分别为1,2,4,8,…,1024,2048倍。在3.3 V电源电压下,PGA输入输出摆幅为0.2~3.1 V。在输入500 mV的直流分量条件下,在-40~125℃的温度范围内,可将直流分量抑制到47.6μV。通过Virtuoso软件进行电路设计、版图绘制以及仿真验证,后仿真结果表明,在进行100次蒙特卡罗仿真下,电源抑制比和共模抑制比在1 kHz处的平均值分别约为110.3 dB和116.1 dB,输入失调电压的1σ值约为21.3μV。

适用于WLAN接收机的高线性电流模式混频器设计

针对无线局域网接收机对低成本和线性度的定制化需求,设计了一款适用于IEEE 802.11 b/g/n/ax标准WLAN接收机的高线性度电流模式混频器;采用零中频接收机架构,电流模式混频器的电路结构主要包括跨导级放大器,混频开关级和跨阻放大器;通过跨导级两种工作状态的转换和跨阻放大器反馈电阻的两种取值变化实现了混频器的四档增益可调;混频开关级选用双平衡无源混频电路以提供良好的线性度;为了解决零中频接收机存在的直流失调问题,加入了一种电流注入式的直流失调校准电路,进一步提高了混频器的线性度;对跨阻放大器中的跨导运算放大器电路进行优化设计以提高其带宽,使跨阻放大器的输入阻抗足够小以保证混频器的线性度;基于180 nm RF CMOS工艺,对混频器进行仿真:当本振频率为2.4 GHz时,四档增益分别为38、32、27和21 dB,中频带宽可达20 MHz;噪声系数在高增益的情况下为8.46 dB,输入三阶交调点在低增益的情况下可达13.72 dBm;仿真结果表明,在较宽的中频带宽下,电流模式混频器取得了良好的线性度性能,满足WLAN接收机的定制化需求。

基于EMD与机器学习算法的近零能耗建筑负荷预测方法

采用皮尔逊相关系数法分析了不同特征变量与冷热负荷的相关性,确定了预测模型的输入特征变量。采用经验模态分解(EMD)对逐日冷热负荷按频分解,然后采用机器学习算法,即反向传播神经网络(BPNN)、随机森林(RF)和支持向量机(SVM),分别对不同频率的负荷量进行了训练、验证,最后重构得到了近零能耗建筑预测负荷。基于上述方法,以北京市某近零能耗居住建筑为研究对象,比较了不同算法预测结果的精确度。结果表明:采用EMD与RF算法相结合对近零能耗建筑冷热负荷的预测精确度较高。进一步采用穷举搜索法对模型初设参数进行了优化,冷热负荷预测结果精确度提高,冷负荷预测结果的决定系数R2、平均绝对百分比误差MAPE分别为0.996、1.32%,热负荷预测结果的R2、MAPE分别为0.997、0.79%。

基于GaN器件的单相逆变器TCM控制策略研究

氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管具有开关速度快、器件损耗小的优点,在高频应用场合得到广泛应用。为了进一步提高变换器效率和功率密度,将三角电流模式(TCM)调制用于基于GaN器件的单相逆变器中,通过控制负向电流与死区时间实现了全范围零电压开关(ZVS),达到提高变换器效率和功率密度的目的。搭建了1台样机进行验证,实验结果表明,TCM调制在不同负载条件下均可实现软开关,最大开关频率可达300 kHz,峰值效率可达98.5%。