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空间目标地基观测红外辐射特性研究

中国光学（中英文） 2023年第6期16卷 1424-1432页

作者：郑鸿儒马岩张帅陈亚涛北京跟踪与通信技术研究所北京100094 长光卫星技术股份有限公司吉林长春130000 北京航空航天大学宇航学院北京100191

构建空间目标辐射特性对于发展空间态势感知技术具有重要意义。本文针对空间目标红外辐射特性,基于有限元方法,采用非结构四面体网格研制了仿真程序,通过矢量坐标变换,计算得到了目标各表面受到的轨道外热流,并结合表面材料和双向反射... 详细信息

构建空间目标辐射特性对于发展空间态势感知技术具有重要意义。本文针对空间目标红外辐射特性,基于有限元方法,采用非结构四面体网格研制了仿真程序,通过矢量坐标变换,计算得到了目标各表面受到的轨道外热流,并结合表面材料和双向反射分布函数(BRDF)对目标各表面温度和红外辐射特性进行了仿真,并与文献结果进行了对比。进而考虑大气衰减和背景辐射的影响,对地基探测条件下升轨和降轨弧段的目标光谱辐射强度进行了分析。结果显示:对于三轴稳定太阳同步轨道沿飞行方向固定式帆板卫星,各表面在阳照区和地影区内温度变化范围较小;使用8~14μm长波波段对目标进行观测的效果比3~5μm中波波段好;辐射强度最大值在770 W/sr左右;地基红外光谱探测受大气影响较大,需要对探测波段进行优选。

关键词：空间目标红外光谱辐射地基探测轨道外热流大气衰减

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谐波发射水平及传导特性研究

谐波发射水平及传导特性研究

作者：郑鸿儒四川大学

学位级别：硕士

随着高渗透率可再生能源大规模接入电网,直流输电线路相继投运,以及高铁、电动汽车充电桩等非线性负荷的增多,大量电力电子装置被应用到电网。这些电力电子装置作为新的谐波源,向电网发射大量谐波,严重恶化了电网电能质量。此外,现代电... 详细信息

随着高渗透率可再生能源大规模接入电网,直流输电线路相继投运,以及高铁、电动汽车充电桩等非线性负荷的增多,大量电力电子装置被应用到电网。这些电力电子装置作为新的谐波源,向电网发射大量谐波,严重恶化了电网电能质量。此外,现代电网尤其是城市及新能源密集地区电缆使用率高,且电缆分布电容大,因此谐波容易在电缆线路的传导过程中发生放大,导致电缆线路末端谐波含量上升,加剧谐波污染问题。因此,需评估非线性用户谐波发射水平,并确定谐波在电缆线路传导过程中的放大特性,进而有效地进行电网谐波治理。评估用户谐波发射水平,需先准确估计系统谐波阻抗,现有的较多方法在满足各自假设的前提下都能利用公共连接点的谐波相量测量数据实现。但实际工程中,许多电能质量测量装置(如Fluke 1760等)都只提供测量点的谐波电压、电流幅值及它们之间的相位差,却无法提供谐波电压、电流相量值,这将导致现有方法无法适用。而对于谐波在电缆中的传导特性,尽管目前已有学者关注,但未有文献进行过深入系统的研究。因此针对上述两方面问题,本文所做研究和主要成果如下:1)提出了一种采用公共连接点谐波电压、电流幅值及它们之间的相位差进行系统侧谐波阻抗估计的方法,该方法不再需要谐波电压、电流各自的相位角数据,有效解决了工程中无法使用无相位实测数据估计谐波阻抗的难题。通过仿真和工业电弧炉谐波实测数据分析,证明了所提方法的正确性和有效性。2)研究了谐波在电缆中的传导特性。首先,定义电缆线路谐波输出端与注入端的谐波幅值比为谐波放大系数,并考虑电缆分布参数效应,建立谐波放大系数与电缆长度、谐波频次、电缆及系统参数等相关量间的关系方程;并将其中影响分析的复指数分量视为直角坐标轴中矢量的旋转因子,使方程全部参数由两旋转矢量表示,谐波放大系数值转化为旋转矢量求和后幅值的倒数;再根据余弦定理,得到由旋转矢量幅值和相位表示的谐波放大系数表达式,该表达式不再含复指数分量且形式简洁,文中将其称为谐波传导特性分析模型。基于该模型分析可知:(1)谐波电压、电流沿电缆线路传导时,会周期地出现放大和衰减现象,当电缆长度处于谐波放大严重的长度区间内时,电缆末端谐波含量将大量提高;(2)随电缆长度从谐波注入端增加,谐波电流先发生放大,之后衰减,而谐波电压放大趋势相反。因此电缆线路较短时,更需注意谐波电流放大问题;(3)通过理论推导,给出了各谐波放大周期内谐波放大系数极大值及其对应电缆长度、谐波放大长度区间及谐波超限值放大长度区间的计算公式。所提出的谐波传导特性分析方法和结论可指导电缆长度规划以避免谐波发生严重放大问题,或帮助分析谐波超限值的原因。通过仿真和海上风电场电缆线路谐波实测数据分析,验证了分析方法和结论的正确性和有效性。

关键词：电能质量谐波发射水平谐波责任量化谐波相位值谐波阻抗电缆长度谐波传导谐波放大

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离子推力器羽流热效应仿真分析

北京航空航天大学学报 2018年第10期44卷 2028-2034页

作者：张建华李晶华尤凤仪郑鸿儒北京航空航天大学宇航学院北京100083

离子推力器工作时向外喷出的羽流与航天器表面碰撞,会引起敏感材料热变形等热效应,严重时会导致航天任务失败。针对兰州空间技术物理研究所研制的LIPS-200型离子推力器羽流热效应进行了仿真分析。仿真中,使用粒子网格(PIC)方法处理等离... 详细信息

离子推力器工作时向外喷出的羽流与航天器表面碰撞,会引起敏感材料热变形等热效应,严重时会导致航天任务失败。针对兰州空间技术物理研究所研制的LIPS-200型离子推力器羽流热效应进行了仿真分析。仿真中,使用粒子网格(PIC)方法处理等离子体运动,使用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法处理粒子间碰撞,使用Maxwell模型处理粒子与壁面的能量交换,对电推进羽流热效应测量中的部分测点进行了数值模拟。结果表明,仿真结果与实验数据符合较好,离子推力器出口轴线上滞止热流仿真值与实验测量值误差小于17.0%。此外,热流计对流场的影响主要集中在热流计附近0.1 m范围内,对整体流场影响较小。

关键词：电推进羽流热效应 PIC-DSMC方法数值模拟

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空间目标轨道外热流计算及辐射特性研究

中国光学（中英文） 2024年第1期17卷 187-197页

作者：郑鸿儒马岩张帅王建超曲友阳北京跟踪与通信技术研究所北京100094 长光卫星技术股份有限公司吉林长春130000

本文针对空间目标受到的太阳辐射、地球辐射、地球反照辐射,采用蒙特卡洛(Monte Carlo)法,基于非结构四面体网格编写了仿真程序,并对计算结果进行了对比验证。进一步地,对太阳同步轨道卫星受到的轨道外热流,采用带帆板的网格对有无遮挡... 详细信息

本文针对空间目标受到的太阳辐射、地球辐射、地球反照辐射,采用蒙特卡洛(Monte Carlo)法,基于非结构四面体网格编写了仿真程序,并对计算结果进行了对比验证。进一步地,对太阳同步轨道卫星受到的轨道外热流,采用带帆板的网格对有无遮挡情况下各表面受到的轨道外热流进行了分析。结果显示,在对地模式下考虑遮挡后,−Y表面平均热流值降低了53.79 W/m^(2),+Y−Z侧帆板表面平均热流值降低了32.05 W/m^(2)。结合表面材料属性,分析了各表面的温度特性,并结合帆板温度的在轨遥测数据,验证了计算的准确性。最后,计算了两种模式下各方向的红外辐射强度。结果表明,不同观测模式下各表面受热流的影响不同,对地模式下各表面温度随时间变化较大,而对日模式下各表面热流较为稳定。两种模式下,太阳能帆板的温度较高,辐射强度较大,具有明显的红外特征,便于开展红外观测。

关键词：轨道外热流空间目标探测红外辐射蒙特卡洛方法

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多直流馈入受端城市电网直流落点处系统侧谐波阻抗估计方法

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高电压技术 2020年第6期46卷 2049-2056页

作者：舒勤彭安庆徐方维赵劲帅郑鸿儒四川大学电气工程学院成都610065

多直流馈入受端城市电网存在严重谐波振荡与放大问题,为进行合理的谐波管控及治理,需对直流落点系统侧谐波阻抗进行准确估计。为了克服现有方法在该场景下无法准确求解谐波阻抗的不足,提出一种基于谐波阻抗方差最小准则的系统侧谐波阻... 详细信息

多直流馈入受端城市电网存在严重谐波振荡与放大问题,为进行合理的谐波管控及治理,需对直流落点系统侧谐波阻抗进行准确估计。为了克服现有方法在该场景下无法准确求解谐波阻抗的不足,提出一种基于谐波阻抗方差最小准则的系统侧谐波阻抗估计方法。首先考虑较短测量周期内,谐波阻抗由于系统运行稳定而变动较缓,具有较小方差的实际特性,提出谐波阻抗方差最小准则;其次采用该准则建立优化方程,并以背景谐波范数对方程进行约束;最后求取满足方差最小准则的系统侧谐波阻抗。仿真实验和实际工程数据结果表明,所提方法削弱了背景谐波及阻抗变动对估计的影响,解决了现有方法在较大背景谐波及两侧阻抗相近时难以准确求解谐波阻抗的难题,在多直流馈入场景下估计误差更低,具有良好的可应用性。

关键词：多直流馈入电网直流落点最小方差谐波阻抗背景谐波

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背景压强对电推进羽流场影响的数值模拟

北京航空航天大学学报 2022年第10期48卷 1854-1862页

作者：翁惠焱蔡国飙郑鸿儒刘立辉张百一贺碧蛟北京航空航天大学宇航学院北京100083 北京航空航天大学航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室北京100083 长光卫星技术股份有限公司长春130000

真空舱内背景压强是电推力器地面试验过程中影响工作性能评估和羽流场参数诊断的重要参数。针对LIPS-200型离子推力器羽流场参数的数值仿真中采用的背景压强建立方法进行了仿真分析。仿真中采用混合粒子网格(PIC)方法和直接模拟蒙特卡罗... 详细信息

真空舱内背景压强是电推力器地面试验过程中影响工作性能评估和羽流场参数诊断的重要参数。针对LIPS-200型离子推力器羽流场参数的数值仿真中采用的背景压强建立方法进行了仿真分析。仿真中采用混合粒子网格(PIC)方法和直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法处理羽流场中等离子体运动和粒子间碰撞,分别采用虚拟粒子和计算粒子建立压强的方式,对电推进羽流场进行了数值模拟,并与绝对真空环境进行对比分析。结果表明:背景压强的存在导致中性粒子和电荷交换离子数密度较绝对真空环境高1个量级以上。虚拟粒子可大幅提高计算效率,获得的流场中电荷交换离子分布与计算粒子结果相近,但中性粒子分布相差较大,虚拟粒子无法表征壁面及真空泵的影响。

关键词：电推进羽流背景压力粒子网络-直接模拟蒙特卡罗(PIC-DSMC)方法数值模拟

基于无相位实测数据的系统侧谐波阻抗估计方法

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电力系统自动化 2019年第21期43卷 170-176,212页

作者：徐方维郑鸿儒杨洪耕赵劲帅王川四川大学电气工程学院

系统侧谐波阻抗的准确估计是合理划分谐波责任的前提,已有方法估计谐波阻抗需要公共连接点的谐波电压电流相量信息,但在实际工程应用中,一般电能质量监测仪(如Fluke 1760等)都只提供量测点的谐波电压电流幅值及相互间的相位差而非谐波... 详细信息

系统侧谐波阻抗的准确估计是合理划分谐波责任的前提,已有方法估计谐波阻抗需要公共连接点的谐波电压电流相量信息,但在实际工程应用中,一般电能质量监测仪(如Fluke 1760等)都只提供量测点的谐波电压电流幅值及相互间的相位差而非谐波电压电流相量值,导致已有方法失效。在随机独立矢量法的基础上,提出了一种在监测数据无相位情况下的系统侧谐波阻抗估计方法,该方法只需要公共连接点谐波电压电流幅值及相互间的相位差,而无需谐波电压电流的相位角信息即可估计出系统侧谐波阻抗值,为有效解决工程实测数据无相位难题提供了一条新途径。通过算例仿真分析和工程实测数据分析,证明了所提方法的正确性和有效性。

关键词：电能质量谐波阻抗谐波责任无相位监测数据

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基于最小范数的系统侧谐波变阻抗求解技术

电力工程技术 2023年第6期42卷 110-116页

作者：徐方维曾雪王川郑鸿儒四川大学电气工程学院四川成都610065 国网四川省电力公司成都供电公司四川成都610041

准确计算系统侧谐波阻抗对新型电力系统的安全稳定运行有至关重要的意义。在现有谐波阻抗估计算法中,通常假设系统侧谐波阻抗在测量周期中恒定不变。然而,系统侧电压会随着电网运行方式或负荷端大电源用户的接入而发生变化,从而导致系... 详细信息

准确计算系统侧谐波阻抗对新型电力系统的安全稳定运行有至关重要的意义。在现有谐波阻抗估计算法中,通常假设系统侧谐波阻抗在测量周期中恒定不变。然而,系统侧电压会随着电网运行方式或负荷端大电源用户的接入而发生变化,从而导致系统侧谐波阻抗大小呈现波动的状态。但系统侧谐波阻抗在相邻采样时间间隔内变化并不大,基于此,文中提出一种新的非干预式系统侧谐波变阻抗求解技术,以测量周期内相邻采样时间间隔谐波阻抗二阶变化量和电压二阶变化量的范数为目标函数,通过最小化目标函数求解系统侧谐波阻抗。经过仿真和实际案例分析,验证了该方法在较强背景谐波和用户侧谐波阻抗并非远大于系统侧谐波阻抗条件下的准确性和可靠性。

关键词：谐波阻抗阻抗变化量最小范数背景谐波电能质量非干预式

基于无相位实测数据的系统侧谐波阻抗估计方法改进

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中国电机工程学报 2021年第9期41卷 3149-3157页

作者：徐方维王川郭凯郑鸿儒赵劲帅杨洪耕四川大学电气工程学院四川省成都市610065

当实测数据相位角缺失时,现有计算谐波阻抗方法通常失效。由此,该文提出一种无需测量数据相位角而仅需测量点谐波电压、电流幅值及其相位差的系统侧谐波阻抗计算新方法。所提方法首先依据系统短路容量估算系统侧谐波阻抗初值并反解出相... 详细信息

当实测数据相位角缺失时,现有计算谐波阻抗方法通常失效。由此,该文提出一种无需测量数据相位角而仅需测量点谐波电压、电流幅值及其相位差的系统侧谐波阻抗计算新方法。所提方法首先依据系统短路容量估算系统侧谐波阻抗初值并反解出相应的背景谐波电压,再排序分段该背景谐波电压。据此,依据各段背景谐波电压与相应测量数据之间的弱相关性计算各段数据对应的谐波阻抗,并根据谐波阻抗波动最小准则求取真实谐波阻抗。所提方法不依赖于阻抗初值的选取,当用户侧谐波阻抗非远大于系统侧谐波阻抗且背景谐波波动较大时,所提方法仍能取得好的评估效果,有效解决了实测数据相位缺失时系统侧谐波阻抗计算难题。仿真和实测数据验证了所提方法的有效性。

关键词：谐波阻抗背景谐波谐波责任相位缺失