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基于第一性原理的不同空位缺陷下氧化锌能带结构研究

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基于第一性原理的不同空位缺陷下氧化锌能带结构研究

作者：王诗楠西安理工大学

学位级别：硕士

随着人工智能的快速发展以及5G元年的到来,互联网市场对存储设备的性能要求也越来越高。阻变存储器(RRAM)是存储器发展的一个重要方向,性能优异且在集成到生产方面具有巨大优势。阻变存储器件的阻变现象主要由导电细丝的形成和断裂控制... 详细信息

随着人工智能的快速发展以及5G元年的到来,互联网市场对存储设备的性能要求也越来越高。阻变存储器(RRAM)是存储器发展的一个重要方向,性能优异且在集成到生产方面具有巨大优势。阻变存储器件的阻变现象主要由导电细丝的形成和断裂控制,而导电细丝是由材料自身分解、电极材料扩散形成的金属离子或者O空位缺陷形成的。其中ZnO被誉为最有潜力的阻变存储器材料。本文通过构建O空位缺陷以及Zn空位缺陷两种缺陷态,采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,对不同配位数以及不同浓度条件下的氧化锌阻变存储器中的阻变层的能带结构进行研究。首先,建立ZnO晶胞在四配位、三配位以及二配位下的O空位与Zn空位缺陷模型以及空位浓度分别为12.5%、5.56%与4.17%的O空位与Zn空位缺陷模型。其次,对不同配位下的O空位与Zn空位缺陷对ZnO的能带结构、态密度(DOS)、几何优化过程以及能量变化的影响进行了分析。研究得到不同配位空位缺陷下的DOS价带峰值均向费米能级移动。其中,三配位Zn空位缺陷比O空位缺陷更易使ZnO体系产生空穴,并且三配位数Zn空位缺陷下ZnO晶胞DOS峰值增加幅度最大,电子局域化程度增加。从而在三配位空位缺陷的基础上探究不同浓度下的空位缺陷对ZnO能态结构的影响。然后,研究不同浓度下三配位数O空位与Zn空位缺陷对ZnO的能带结构、DOS、几何优化过程以及能量变化的影响。发现三配位数Zn原子与O原子空位缺陷浓度由4.17%、5.56%增长至12.5%,ZnO体系与Zn原子的总态密度(TDOS)与分波态密度(PDOS)的峰值均呈下降趋势,其中由Zn的3d态轨道起到主要贡献作用。同时得到浓度为5.56%的三配位空位缺陷情况下的TDOS峰值最小,不受缺陷浓度增加而线性变化。研究表明,三配位数下空位缺陷对ZnO带隙值有显著的影响,当三配位下空位浓度为5.56%时最易形成空位缺陷,离子数目增加,有利于形成导电细丝连接上下电极,实现高、低阻态的切换,从而提高ZnO阻变存储器的性能。本论文研究结果为ZnO阻变存储器的性能提升提供一定理论指导。

关键词：第一性原理计算配位数阻变存储器氧化锌能带结构

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基于VBR的永磁同步电机节点建模方法研究

电网技术 2023年第5期47卷 2156-2163页

作者：王诗楠郭希铮彭代鑫李艳穆清张星北京交通大学电气工程学院北京市海淀区100044 中国电力科学研究院有限公司北京市海淀区100192

大规模电力电子分布式电源与电力电子装置的接入将使电网特性逐渐电力电子化,进行电磁暂态仿真时,将电机模型采用节点法进行建模可以将其作为1个电路元件对整个电力电子系统整体进行建模仿真,提高了仿真效率。voltage-behind-reactance(... 详细信息

大规模电力电子分布式电源与电力电子装置的接入将使电网特性逐渐电力电子化,进行电磁暂态仿真时,将电机模型采用节点法进行建模可以将其作为1个电路元件对整个电力电子系统整体进行建模仿真,提高了仿真效率。voltage-behind-reactance(VBR)建模方法通过将电机建模为电阻–电感–反电势的节点模型,具有直接的电机–外电路接口,但是该方法并不适用于转子结构不对称的凸极式永磁同步电机。针对该问题,文章首先推导基于扩展反电势的凸极式永磁同步电机的数学模型,并提出一种隐显式混合数值积分方法以解决该模型扩展反电势微分项求解的问题。对比了多种建模方法的准确性及运行效率,仿真结果表明,所提模型具有较高的仿真精度与运算速度,且在较大的仿真步长也能够保持稳定,可以准确、高效地应用于包含凸极式永磁同步电机的电力电子系统暂态仿真。

关键词：永磁同步电机扩展反电势 VBR建模隐显式混合积分

基于开关状态预测矫正的高频电力电子变换器实时仿真建模方法研究

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中国电机工程学报 2023年

作者：孙宗辉郭希铮王诗楠王玉乐游小杰北京交通大学轨道交通安全协同创新中心北京交通大学电气工程学院

针对二值电阻(Ron/Roff)开关模型固有的迭代计算问题，本文提出了一种适用于高频电力电子变换器的实时仿真建模方法。该方法采用后向欧拉方法离散系统状态变量，消除了模型潜在的数值振荡。同时，通过匹配门控信号以及自然换向过程中半... 详细信息

针对二值电阻(Ron/Roff)开关模型固有的迭代计算问题，本文提出了一种适用于高频电力电子变换器的实时仿真建模方法。该方法采用后向欧拉方法离散系统状态变量，消除了模型潜在的数值振荡。同时，通过匹配门控信号以及自然换向过程中半桥开关状态组合的预测值与历史值，进而获得准确的系统开关状态组合，为系统提供精确的非迭代解。最后，本文给出了所提建模方法的FPGA硬件实现方案并实时测试了开关频率100kHz与500kHz的LLC谐振变换器，实时仿真步长达到20ns。与已有取消Ron/Roff开关模型迭代计算的建模方法相比，本文所提建模方法在高精度建模的同时，实现了更低的实时仿真步长并且大幅降低了FPGA硬件资源占用率。

关键词：迭代计算二值电阻开关模型实时仿真高频电力电子变换器 LLC谐振变换器 FPGA

弱电网下永磁风机网侧变流器频率耦合效应关键作用因子评估及控制对策

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电网技术 2021年第5期45卷 1687-1697页

作者：徐海亮聂飞王诗楠中国石油大学(华东)新能源学院山东省青岛市266580

研究了弱电网背景下直驱风电机组网侧变流器并网电流频率耦合效应产生机理及其抑制对策。通过建立考虑电网阻抗及直流电压外环、锁相环等不对称控制环节影响的网侧变流器等效阻抗以及能够直观反应频率耦合效应的耦合导纳模型,分析了各... 详细信息

研究了弱电网背景下直驱风电机组网侧变流器并网电流频率耦合效应产生机理及其抑制对策。通过建立考虑电网阻抗及直流电压外环、锁相环等不对称控制环节影响的网侧变流器等效阻抗以及能够直观反应频率耦合效应的耦合导纳模型,分析了各关键作用因子对频率耦合效应的影响,并基于等效阻抗频率特性曲线分析了弱电网条件下频率耦合效应对系统稳定性产生的影响机理。针对并网电流中出现的频率耦合振荡风险,提出了一种基于二阶广义积分器的并网电流频率耦合分量抑制策略,理论分析表明此控制策略能够有效阻抑频率耦合效应,进而提高系统稳定性。仿真与实验结果验证了所提控制策略的有效性及引入此控制策略后直驱风电机组网侧变流器系统的鲁棒性。

关键词：弱电网直驱风电机组网侧变流器频率耦合稳定性

基于报文感知方法的FlexRay信息异常检测研究

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基于报文感知方法的FlexRay信息异常检测研究

作者：王诗楠延边大学

学位级别：硕士

随着汽车智能化的发展,电子控制单元随之增多,汽车的功能越来越多元化,更像是一台移动的电脑。为实现汽车互联、人车互联、用户分析等诸多功能,车载网络不再是一个封闭的安全空间,而是需要频繁与外界交互,与外部网络接口显著增多的同时... 详细信息

随着汽车智能化的发展,电子控制单元随之增多,汽车的功能越来越多元化,更像是一台移动的电脑。为实现汽车互联、人车互联、用户分析等诸多功能,车载网络不再是一个封闭的安全空间,而是需要频繁与外界交互,与外部网络接口显著增多的同时,也增加了被入侵的可能。被入侵的汽车,可以被黑客控制雨刷器、方向盘、车速等,轻则影响驾驶,严重则会导致交通事故的发生。随着汽车的外界接口和电子部件的增多,对于汽车安全的研究也逐渐从机械安全转向了总线信息安全。在众多车载总线网络中,FlexRay总线网络作为高传输速率、高容错率、高实时性的新兴车载总线网络,已经被宝马、奥迪等汽车品牌应用在底盘控制等与安全直接相关的系统中,因此,FlexRay车载总线网络的安全至关重要。而车载网络与传统的计算机网络不同,因此需要根据车载网络特性进行研究,才能有效提高信息安全性。本文提出一种基于报文感知的车载FlexRay总线网络信息异常检测设计。本文根据车载总线网络信息的特性,进行报文感知设计。提出FlexRay信息生成设计,解决FlexRay总线网络信息不能通过OBD接口直接读出的问题,实现FlexRay相关实验的信息问题。结合报文感知结果与SAE标准,仿真生成FlexRay信息。采用随机选择位置的方式,通过打破信息的相关性的方法,生成符合实际情况的异常信息,对正确信息进行替换,生成可用于异常检测的信息数据集。搭建卷积神经网络对信息关联性进行异常检测,通过参数的调整,达到高检测率的效果。对检测出的异常信息进行容错控制,提出基于前X条信息的容错方式。最后,利用Spyder、CANoe、Codewarrior等软件,与硬件开发板相结合,搭建实验架构模型,完成联合实验,验证设计的可操作性。通过实验仿真表明,本设计对车载FlexRay总线网络中的异常信息的检测准确率达到99%。

关键词：网络安全 FlexRay总线异常检测信息感知容错控制

不对称电网下永磁风电机组小干扰稳定性分析及控制策略研究

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不对称电网下永磁风电机组小干扰稳定性分析及控制策略研究

作者：王诗楠中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

随着传统化石能源危机及其带来的环境污染问题的日益加剧,风电产业近年来发展十分迅猛,风电机组在我国电网中所占比重大幅增加。风电机组对电力系统尤其是偏远地区等末端电网的稳定性影响日益显著。为此,世界各主要风电大国纷纷出台并... 详细信息

随着传统化石能源危机及其带来的环境污染问题的日益加剧,风电产业近年来发展十分迅猛,风电机组在我国电网中所占比重大幅增加。风电机组对电力系统尤其是偏远地区等末端电网的稳定性影响日益显著。为此,世界各主要风电大国纷纷出台并网导则,对风电机组的运行可靠性做出明确要求。其中,并网导则对风电机组在电网故障条件下的行为约束,被公认为是对风电机组的严峻挑战,其不仅要求风电机组能够适应各类电网故障,还要求其具备支撑故障电网恢复的能力。在电网阻抗含量较高的情况下,电网电压对称/不对称跌落故障对风电机组稳定性的影响最为显著,且不对称故障产生的负序分量与电网阻抗更易产生交互作用。因此,开展该类电网故障下并网风电机组的运行特性研究,并提出相应控制对策,具有十分重要的理论研究和工程应用价值。在此背景下,本文以永磁同步电机(Permanent magnet synchronous generator,PMSG)型的风电机组为研究对象,以小干扰建模为核心,以理论分析、仿真研究和实验验证为手段,深入、系统的研究了该类风电机组在电网发生不对称故障期间的小干扰稳定性,提出了能够与并网导则相适应的电网友好型风电机组的改进控制策略。本论文的研究重点是:1)电网在不对称故障期间PMSG风电机组的小干扰建模及稳定性分析;2)电网在不对称故障期间PMSG风电机组的机侧、网侧变换器协同控制运行策略。本文首先基于机械振动理论对PMSG系统进行小干扰建模,建立了小干扰质量-弹簧-阻尼模型,并利用稳定性判据对其进行分析,给出了各调节器带宽,电网线路阻抗以及电网电压跌落深度等参数对系统稳定性的影响规律,探究了PMSG系统在电网不对称故障期间的稳定域问题,并设计出机侧、网侧变换器协同控制策略,使PMSG系统在电网电压发生不对称跌落故障及谐波畸变时能够保持稳定运行。之后,通过仿真验证了分析结论与所提策略的有效性。最后,搭建了相应的PMSG风机系统实验平台,通过实验结果验证了该机侧、网侧协同控制策略的有效性与可靠性。

关键词：永磁同步发电机不对称电网质量-弹簧-阻尼模型协同控制策略小干扰稳定

低惯量直流微电网并网变换器的预测电流分区补偿控制策略

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电力自动化设备 2021年第5期41卷 160-166,202页

作者：徐海亮刘壮壮王诗楠聂飞中国石油大学(华东)新能源学院山东青岛266580

低惯性直流微电网在负荷频繁投切、新能源出力波动等情况下易发生直流母线电容两侧功率不匹配的问题。通过分析直流微电网接口并网变换器输入、输出侧功率失衡机理,依据母线电压变化水平计算母线电压恢复至指令值所需能量和单位采样周... 详细信息

低惯性直流微电网在负荷频繁投切、新能源出力波动等情况下易发生直流母线电容两侧功率不匹配的问题。通过分析直流微电网接口并网变换器输入、输出侧功率失衡机理,依据母线电压变化水平计算母线电压恢复至指令值所需能量和单位采样周期内母线电容能量变化信息,得到线性处理后的母线电容瞬时输出功率、母线电压波动等效负荷信息,最终确定电流指令补偿全值。同时考虑到电压外环的影响,提出一种电流指令快速分区补偿策略,通过调节系数实现分区的平滑过渡,并通过模型预测电流控制实现电流指令的快速跟踪,提升并网变换器的补偿响应速度,抑制母线电压波动。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性与可行性。

关键词：直流微电网并网变换器电流指令补偿快速分区补偿策略母线电压波动抑制

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基于攻击图的主机安全评估方法分析

科技创新与应用 2022年第34期12卷 45-49页

作者：李黎滨王宇马凯杨婷婷王诗楠国网吉林省电力有限公司信息通信公司长春130000

为解决主机威胁下安全值划分不准确和无法解决威胁关联性的问题,将以攻击图为基础引入贝叶斯算法理念,构建主机的安全运行评估模型。从威胁时间、环境、系统漏洞本身及操作系统等角度对主机遭受攻击概率进行计算,融合贝叶斯算法对攻击... 详细信息

为解决主机威胁下安全值划分不准确和无法解决威胁关联性的问题,将以攻击图为基础引入贝叶斯算法理念,构建主机的安全运行评估模型。从威胁时间、环境、系统漏洞本身及操作系统等角度对主机遭受攻击概率进行计算,融合贝叶斯算法对攻击图安全进行评价,结合对主机威胁影响的分析,进一步细化安全评估的精度,并构建实验进行验证。实验结果表明,所提方法得出主机威胁迫害下的安全标准差为0.077,与其他方法相比所得安全值的离散程度更大,便于对其进行威胁安全分级,由此可证明所提方法具有较高的可行性与实用性。

关键词：攻击图主机威胁安全评估贝叶斯算法实验

考虑材料参数不确定性结构动力学稳健性拓扑优化设计

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振动工程学报 2024年第1期37卷 95-103页

作者：王诗雨王栋西北工业大学航空学院陕西西安710072

本文在考虑材料参数不确定性的条件下,对连续体结构动力学稳健性拓扑优化设计进行研究。在使结构的第一阶固有频率最大化的同时,显著减小其对材料性能不确定性的影响。基于非概率凸集模型,将材料参数的不确定性用有界区间变量表示;建立... 详细信息

本文在考虑材料参数不确定性的条件下,对连续体结构动力学稳健性拓扑优化设计进行研究。在使结构的第一阶固有频率最大化的同时,显著减小其对材料性能不确定性的影响。基于非概率凸集模型,将材料参数的不确定性用有界区间变量表示;建立了能够抑制频率改变的结构动力学拓扑优化模型,用单层优化策略求解稳健性优化设计问题。通过对材料参数的导数分析,获得了在材料性能不确定情形下结构第一阶固有频率的二阶泰勒展开式,并推导出了频率对拓扑变量的一阶灵敏度显性表达式。基于变密度法,开展了结构动力学稳健性拓扑优化设计,并与确定性优化结果进行对比,验证了用本文方法获得的结构第一阶固有频率稳健性更高,受材料参数不确定性扰动影响更小,展示了考虑材料参数不确定性的重要性。

关键词：材料参数不确定性稳健性动力拓扑优化结构固有频率有界区间变量