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计及轴系扭振的双馈虚拟同步机机电暂态分析及改进控制

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计及轴系扭振的双馈虚拟同步机机电暂态分析及改进控制

作者：雷显帅重庆理工大学

学位级别：硕士

随着国家“双碳”战略目标的推进,风力发电在电力系统中占比日益增加,开发风电机组的主动支撑控制技术成为“双高”电力系统稳定运行的关键。虚拟同步发电机（Virtual synchronous generator,VSG）控制是风电机组主动支撑电网的主要控... 详细信息

随着国家“双碳”战略目标的推进,风力发电在电力系统中占比日益增加,开发风电机组的主动支撑控制技术成为“双高”电力系统稳定运行的关键。虚拟同步发电机（Virtual synchronous generator,VSG）控制是风电机组主动支撑电网的主要控制方式之一。然而,VSG增强风电机组的机电耦合效应,在风速扰动和电网频率扰动下轴系扭振问题凸显,危及风电机组机械结构可靠性并制约其电网支撑能力,成为当前电网主动支撑型风电机组设计开发的主要障碍。因此,针对双馈风电机组这一主流风电机型,围绕VSG控制下机组轴系扭振问题开展研究,主要工作如下:（1）围绕VSG控制下双馈风电机组的机电暂态表征问题,开展计及轴系动态的双馈虚拟同步风电机组建模和仿真分析。首先,从双馈电机、机侧变流器及其控制、网侧变流器及其控制、轴系等方面入手,建立计及轴系动态的双馈虚拟同步风电机组模型。然后,在频率扰动和风速扰动两种情况下,采用与传统矢量控制对比方法,仿真分析VSG控制下双馈风电机组轴系动态特性。结果表明,VSG控制使得双馈风电机组具备支撑电网频率的能力,但会引发轴系自由扭振。（2）围绕VSG控制引发机组轴系自由扭振问题,从电气阻尼角度开展VSG控制对双馈风电机组轴系扭振影响机理研究。首先,在给出复转矩系数法分析轴系扭振的原理基础上,构建VSG控制下双馈风电机组转速至电磁转矩的线性化传递函数模型,并推导双馈虚拟同步发电机组轴系电气阻尼表达式。然后,以所得电气阻尼表达式为依据,开展VSG控制及其关键参数对轴系电气阻尼影响的理论分析,并仿真验证理论分析的有效性。理论和仿真分析表明,VSG控制为双馈风电机组轴系提供负阻尼,恶化双馈风电机组轴系扭振,且随着虚拟阻尼系数D的减小和惯性时间常数T的增大轴系扭振恶化程度加剧。（3）围绕双馈虚拟同步风电机组轴系扭振的抑制问题,开展VSG改进控制研究。首先,在确定惯性时间常数T和虚拟阻尼系数D取值范围基础上,对调整VSG控制关键参数弱化轴系扭振的局限性进行分析。然后,借鉴传统的轴系扭振抑制策略,提出基于转速前馈的VSG改进控制策略。最后,为验证改进控制策略的有效性,对改进VSG控制下双馈风电机组轴系电气阻尼系数进行分析,并进行仿真验证。结果表明,改进VSG控制在保持传统VSG的电网频率支撑功能基础上,能够有效减小轴系电气阻尼系数,且控制环节增益值k越大其轴系扭振抑制能力越强。

关键词：双馈风电机组虚拟同步控制轴系扭振电气阻尼改进控制

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聚合物前驱体3D打印制备高性能陶瓷

化学进展 2020年第12期32卷 1978-1989页

作者：贺丽娟孔德隆徐彩虹雷朝帅李文静赵英民航天特种材料及工艺技术研究所北京100074 中国科学院化学研究所北京100190

3D打印制备陶瓷可以实现结构-材料设计一体化,为复杂形状陶瓷材料快速成型提供了新途径。但是传统的3D打印制备陶瓷是以陶瓷粉末或陶瓷颗粒为打印材料,存在陶瓷构件尺寸精度差、表面光洁度低和力学性能不佳等问题。近年来,以聚合物前驱... 详细信息

3D打印制备陶瓷可以实现结构-材料设计一体化,为复杂形状陶瓷材料快速成型提供了新途径。但是传统的3D打印制备陶瓷是以陶瓷粉末或陶瓷颗粒为打印材料,存在陶瓷构件尺寸精度差、表面光洁度低和力学性能不佳等问题。近年来,以聚合物前驱体为打印材料,通过3D打印成型、高温裂解等工艺制备高性能陶瓷技术的出现为改善这些不足提供了新方法,成为3D打印陶瓷领域的研究热点。本文概述了聚合物前驱体3D打印制备高性能陶瓷的研究进展,重点阐述了本体聚合物前驱体、聚合物前驱体/光敏化合物、聚合物前驱体/巯基化合物、光敏基团改性聚合物前驱体、增强体/聚合物前驱体五种典型材料体系的研究现状,并对其今后的发展方向进行了展望。

关键词：聚合物前驱体 3D打印陶瓷

虚拟惯量控制对直驱风电机组载荷影响的分析及评估

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电力系统自动化 2024年第7期48卷 258-266页

作者：杨超李东翰雷显帅李辉李海啸刘静重庆市能源互联网工程技术研究中心(重庆理工大学) 重庆市400054 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆市400044 中国船舶集团海装风电股份有限公司重庆市401123

针对虚拟惯量控制诱发风电机组机械载荷的问题,开展虚拟惯量控制对采用直驱永磁同步发电机(D-PMSG)的风电机组载荷影响的理论分析和仿真评估研究。从叶片、塔筒等机械结构低阶模态出发,建立虚拟惯量控制下D-PMSG线性化多体动力学模型,... 详细信息

针对虚拟惯量控制诱发风电机组机械载荷的问题,开展虚拟惯量控制对采用直驱永磁同步发电机(D-PMSG)的风电机组载荷影响的理论分析和仿真评估研究。从叶片、塔筒等机械结构低阶模态出发,建立虚拟惯量控制下D-PMSG线性化多体动力学模型,并通过线性化多体动力学模型分析虚拟惯量控制对机组载荷的影响机理。采用软件联合建模方法,构建涵盖永磁同步电机及其控制、电网、机械和气动特性等的D-PMSG非线性机电耦合模型。依据冲击载荷最大值、最大变化幅度百分比及等值疲劳载荷等指标,通过所建立的非线性机电耦合模型仿真分析并量化评估虚拟惯量控制对机组冲击载荷和动态疲劳载荷的影响。结果表明,D-PMSG附加虚拟惯量控制后,电网侧频率突变会使得传动轴和塔底侧向出现显著冲击载荷,且其随虚拟惯量时间常数增大而增大,在湍流风运行工况下机组传动轴和塔底侧向等值疲劳载荷较无附加虚拟惯量控制均有所减小。

关键词：风力发电直驱永磁同步发电机虚拟惯量控制机械载荷

超轻质磁性石墨烯/炭气凝胶的制备及电磁干扰性能

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新型炭材料 2020年第6期35卷 707-715页

作者：张恩爽雷朝帅李健刘圆圆高宇智吕通李文静张昊航天特种材料及工艺技术研究所北京100074

通过溶胶-凝胶、超临界干燥及高温裂解过程制备了Fe3O4磁性纳米粒子掺杂的石墨烯/炭气凝胶,该气凝胶具有多组分、超轻质及高导电等特性。研究了不同Fe3O4磁性纳米粒子掺杂量对材料微观结构、组分及电磁干扰性能的影响规律,获得密度仅为0... 详细信息

通过溶胶-凝胶、超临界干燥及高温裂解过程制备了Fe3O4磁性纳米粒子掺杂的石墨烯/炭气凝胶,该气凝胶具有多组分、超轻质及高导电等特性。研究了不同Fe3O4磁性纳米粒子掺杂量对材料微观结构、组分及电磁干扰性能的影响规律,获得密度仅为0.015 g cm^-5,比表面积为511 m^2 g^-1的分等级微纳米结构的超混杂气凝胶材料。该材料可以实现对3种波段的有效遮蔽,对可见光在布撒初期和30 min后遮蔽率分别是99.90%和98.77%,对于3~5μm红外及8~12μm红外布撒初期的遮蔽率分别是99.55%和99.35%,布撒30 min后遮蔽率分别是99.05%和96.79%,对毫米波的干扰性能在布撒初期和30 min后遮蔽率分别是83.68%和82.54%。该材料优异的多波段电磁干扰性能为高性能烟幕干扰材料提供了新的设计思路。

关键词：轻质磁性气凝胶电磁干扰烟幕

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弹性支撑双风轮风电机组传动链强度分析

太阳能学报 2024年第6期45卷 470-478页

作者：武雅如朱才朝谭建军帅权谭术平重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室重庆400044 中国船舶重工集团海装风电股份有限公司重庆401123

为使前后风轮间流场干涉影响降低,双风轮风电机组传动链具有跨距长、支撑点多的特性,导致双风轮风电机组传动链在长跨距柔性主机架支撑下具有复杂的载荷特性。建立考虑主机架柔性的某型双风轮风电机组传动链动力学模型,分析齿轮与主机... 详细信息

为使前后风轮间流场干涉影响降低,双风轮风电机组传动链具有跨距长、支撑点多的特性,导致双风轮风电机组传动链在长跨距柔性主机架支撑下具有复杂的载荷特性。建立考虑主机架柔性的某型双风轮风电机组传动链动力学模型,分析齿轮与主机架结构强度。结果表明:各级齿轮接触强度、弯曲强度以及主机架强度均满足设计要求;主机架支撑变形有助于协调各构件之间的相对变形,适量减小主机架柔性有助于改善传动链承载时主轴轴承之间的轴线不对中情况。

关键词：风电机组传动柔性结构双风轮强度校核

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多变量时滞阻尼累加灰色模型及其应用

控制与决策 2024年第8期39卷 2703-2710页

作者：罗党李良帅华北水利水电大学数学与统计学院华北水利水电大学水利学院

基于现实行为系统中存在的时滞效应和多变量灰色预测系统中需区分新旧信息及预测趋势不可控的情况,通过引入改进的阻尼累加生成算子与时滞系数,提出多变量时滞阻尼累加灰色模型(TLDAGM(1, N))及其扩展形式,模型理论上可达到与传统多变... 详细信息

基于现实行为系统中存在的时滞效应和多变量灰色预测系统中需区分新旧信息及预测趋势不可控的情况,通过引入改进的阻尼累加生成算子与时滞系数,提出多变量时滞阻尼累加灰色模型(TLDAGM(1, N))及其扩展形式,模型理论上可达到与传统多变量灰色预测模型的兼容性;讨论模型的参数估计方式及求解方法,给出模型的参数优化方法及具体的建模步骤;将该模型应用于我国高新技术企业产值及河南省粮食产量预测问题中,并与传统多变量灰色预测模型进行比较.结果表明:所提模型的模拟精度和预测精度均显著优于传统多变量灰色预测模型,新模型能够较好地识别多变量行为系统数据中包含的时滞性、重要性及时间序列的趋势因素.实例分析的结果验证了所提模型的合理性、适用性和有效性.

关键词：时滞效应灰色预测系统新旧信息阻尼累加生成算子粮食产量预测

基于CBAS_Unet的无人机多视角影像钢轨线自动提取方法

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中国铁道科学 2024年第3期45卷 26-37页

作者：王广帅中国铁路设计集团有限公司测绘地理信息研究院天津300251 天津市轨道交通导航定位及时空大数据技术重点实验室天津300251

针对无人机影像场景复杂、视角差异大、异物遮挡多,因而难以实现影像钢轨线高精度自动提取的问题,提出基于CBAS_Unet的无人机多视角影像钢轨线自动提取方法。在传统U-net网络基础上增加并行的空洞空间金字塔模块(Atrous Spatial Pyramid... 详细信息

针对无人机影像场景复杂、视角差异大、异物遮挡多,因而难以实现影像钢轨线高精度自动提取的问题,提出基于CBAS_Unet的无人机多视角影像钢轨线自动提取方法。在传统U-net网络基础上增加并行的空洞空间金字塔模块(Atrous Spatial Pyramid Pooling,ASPP)及卷积注意力模块(Convolutional Block Attention Module,CBAM),以增强网络对不同尺度的邻域信息的获取能力,有效提升对钢轨的分割性能;再通过基于RANSAC最小二乘拟合的像素编组及邻域钢轨线串联,实现完整钢轨矢量线的高精度提取。结果表明:与Unet及Deeplab v3+2种经典模型相比,所提方法针对多视角无人机影像钢轨分割的交并比分别提升2.09%和1.98%,综合能力评价指标分别提升1.50和1.42;钢轨线提取完整度达到了90.7%,优于U-net模型的83.3%;钢轨线提取的误差平均值约0.58像素,中误差约0.77像素,实现了亚像素级的钢轨线提取。该方法能够满足无人机多视角影像中钢轨线提取的自动化、完整性以及高精度应用的需求。

关键词：无人机影像钢轨线提取空洞空间金字塔注意力机制 U-net

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采煤机截割部扭矩轴结构形式设计与优选

煤炭与化工 2024年第3期47卷 85-87,90页

作者：柴朝帅山西焦煤西山煤电斜沟矿山西吕梁033602

基于斜沟煤矿MG900/2210-GWD型采煤机截割部扭矩轴,采用ANSYS有限元仿真软件,开展了U型结构卸荷槽、V型结构卸荷槽、I型结构卸荷槽对扭矩轴静强度的影响分析。结果表明,U型结构卸荷槽应力集中分布情况比较均匀,且数值合适,可以满足应用... 详细信息

基于斜沟煤矿MG900/2210-GWD型采煤机截割部扭矩轴,采用ANSYS有限元仿真软件,开展了U型结构卸荷槽、V型结构卸荷槽、I型结构卸荷槽对扭矩轴静强度的影响分析。结果表明,U型结构卸荷槽应力集中分布情况比较均匀,且数值合适,可以满足应用要求,相比V型和I型结构卸荷槽,能够更好的起到传动和过载保护的作用,是采煤机截割部扭矩轴较为理想的结构形式。研究结果为类似情况的采煤机截割部扭矩轴设计提供了参考。

关键词：采煤机卸荷槽过载保护

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煤制甲醇装置不凝气回收甲醇探析

中国科技期刊数据库工业A 2024年第4期 0121-0124页

作者：雷朝红陕西神木化学工业有限公司陕西神木719319

甲醇是一种常用的化工原料,既可以用来制备醛类醇环状、醚类等,又可以作为一种洁净的醇类能源。从我国目前的能源结构特征和能源需求现状来看,发展甲醇生产工业,使之成为一种新型的清洁能源,减少社会对石油的依赖,已经是一种大势所趋。... 详细信息

甲醇是一种常用的化工原料,既可以用来制备醛类醇环状、醚类等,又可以作为一种洁净的醇类能源。从我国目前的能源结构特征和能源需求现状来看,发展甲醇生产工业,使之成为一种新型的清洁能源,减少社会对石油的依赖,已经是一种大势所趋。基于此,针对煤制甲醇工艺开展系列研究和改进,实现了不凝气中甲醇的有效回收,具有重要的现实意义。本文通过对煤制甲醇典型三塔双效逆流精馏工艺分析,探析了预塔不凝气排放的基础数据,并对实际运行数据进行了跟踪分析,寻找到回收不凝气中甲醇的生产方法,自行设计了改造工艺流程,通过技改项目实施改造并投入运行,取得了很好的经济效益。

关键词：煤制甲醇精馏不凝气回收