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非定常涡升力机制的三维效应

工程热物理学报 2024年第2期45卷 410-417页

作者：王卓杜林孙晓峰北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191

本文采用浸入式边界方法对一低速单级压气机在不同轴向间距下的转静干涉流动进行了数值模拟,主要关注缩小轴向间距后由于非定常涡升力机制所引起的前后排叶片流动状态变化。计算结果表明,级性能随间距出现提升的流动机理在于,当间距减小... 详细信息

本文采用浸入式边界方法对一低速单级压气机在不同轴向间距下的转静干涉流动进行了数值模拟,主要关注缩小轴向间距后由于非定常涡升力机制所引起的前后排叶片流动状态变化。计算结果表明,级性能随间距出现提升的流动机理在于,当间距减小后,前排转子的负荷出现提升,这一变化使得级间静压升高,静子根部的逆压梯度得到有效的缓解,进而导致静子根部的流动分离被抑制,压气机的压升及效率均出现明显的提升。

关键词：转静干涉非定常涡升力浸入式边界方法

一种拓展模块化多电平变换器的光伏系统稳定运行范围的谐波补偿调制策略

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电工技术学报 2024年第4期39卷 1132-1146页

作者：潘尧孙孝峰蔡瑶李昕赵巍燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室秦皇岛066004

由于阴影遮挡、损坏等问题,基于模块化多电平变换器的光伏系统中存在光伏(PV)输出功率不平衡的现象,会使高输出功率PV对应的子模块过调制。谐波补偿调制策略是解决该问题的一种常见方案,通过向高功率PV的子模块中注入谐波而避免子模块... 详细信息

由于阴影遮挡、损坏等问题,基于模块化多电平变换器的光伏系统中存在光伏(PV)输出功率不平衡的现象,会使高输出功率PV对应的子模块过调制。谐波补偿调制策略是解决该问题的一种常见方案,通过向高功率PV的子模块中注入谐波而避免子模块过调制,低功率PV的子模块(称为正常子模块)则需要补偿数量相同、相位相反的谐波,使桥臂内的谐波相抵消而不会造成桥臂电压和电流畸变。然而,在PV功率严重不平衡时,为了避免高功率PV的子模块过调制,现有谐波补偿调制策略需要注入的谐波过大,会超过正常子模块的补偿范围,使正常子模块出现过调制,导致桥臂电压和电流畸变,影响系统的稳定运行。该文提出一种新型谐波补偿调制策略,在高功率PV的子模块不发生过调制的前提下避免正常子模块过调制,保证系统的稳定运行。同时,该文对不同谐波补偿调制策略稳定运行范围进行了定性和定量评估,表明所提谐波补偿调制策略能在更多PV功率不平衡工况下稳定运行。通过仿真与实验验证谐波补偿调制策略在模块化多电平变换器光伏系统中的可行性与理论分析的正确性。

关键词：模块化多电平变换器功率不平衡谐波补偿调制策略过调制稳定运行

基于双重稳定约束的屋顶光伏逆变器分布式阻尼重构方案

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高电压技术 2024年第1期50卷 394-405,I0023-I0028页

作者：齐磊赵巍孙孝峰李昕翟燕飞燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室秦皇岛066004 国网秦皇岛供电公司秦皇岛066004

为了解决屋顶光伏逆变器谐波谐振导致的渗透率提高受限问题,提出了一种基于双重稳定约束的分布式阻尼重构方案。首先,基于多逆变器等效阻抗模型,分析了强网弱化特性与渗透率之间的耦合关系及谐振易发机理;然后,以强网弱化下谐波谐振为约... 详细信息

为了解决屋顶光伏逆变器谐波谐振导致的渗透率提高受限问题,提出了一种基于双重稳定约束的分布式阻尼重构方案。首先,基于多逆变器等效阻抗模型,分析了强网弱化特性与渗透率之间的耦合关系及谐振易发机理;然后,以强网弱化下谐波谐振为约束,探究了差异化调控出力及台数下的新能源渗透率特性;其次,考虑调控经济性,通过在底层逆变器调制波中叠加额外阻尼等效控制量,提出了分布式阻尼重构方案,并结合系统谐波谐振抑制及自身稳定的双重稳定约束要求,构建了基于系统级阻抗匹配及底层零极点的分布式阻尼极限重构能力评估方案,以实现渗透率的最大提高;最后,通过仿真和实验验证了所提方案的有效性。研究结果表明,所提方案可提高逆变器的谐波谐振抑制能力及并网系统的渗透率水平,为屋顶光伏大规模接入提供技术保障。

关键词：屋顶光伏渗透率强网弱化谐波谐振双重稳定约束阻尼重构极限

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航空声衬声阻抗实验提取技术研究进展

实验流体力学 2024年第3期38卷 1-19页

作者：邱祥海杜林孙晓峰北京航空航天大学流体与声学工程实验室北京102206

本文综述了航空声学环境下声衬声阻抗实验提取技术,介绍了多种方法的基本原理、实验布置、研究进展和优劣势。在低频平面波场下,介绍了阻抗管法、单模态法,以及目前主流的目标函数法和直接提取法,其中直接提取法因具有高效、准确的解析... 详细信息

本文综述了航空声学环境下声衬声阻抗实验提取技术,介绍了多种方法的基本原理、实验布置、研究进展和优劣势。在低频平面波场下,介绍了阻抗管法、单模态法,以及目前主流的目标函数法和直接提取法,其中直接提取法因具有高效、准确的解析优势而受到认可,以上方法均受模态成分限制而存在频率上限。在高频多模态场下,介绍了原位测量法、三维目标函数法、多模态直接提取法、准三维直接提取法、镜像多模态直接提取法,这些方法解决了模态限制,可在不同程度上拓展频率上限。原位测量法的侵入性测量导致其误差和局限性大,三维目标函数法因需三维数值模拟和迭代而效率极低,多模态直接提取法因测点横向间距小而精度不足,准三维直接提取法因受最高阶模态限制而测点需求量大。镜像多模态直接提取法能较好地解决上述问题,它采用锯齿形阵列,基于声场周期性和镜像原理,先将物理阵列展开为多倍宽度等效声场中的对角映射阵列,再调用多模态直接提取法以多模态Prony算法进行声场分解,进而提取声阻抗。镜像多模态直接提取法打破了以往3 kHz的频率上限,能覆盖航空发动机风扇噪声0.2~10 kHz的主要频带,全频提取仅需1 min,比三维目标函数法的效率至少高3个量级,准确性和可靠性较高,且测点大幅减少,兼具宽频、高效、准确、测点少且无损的优势。

关键词：航空声衬声阻抗提取技术 Prony算法镜像多模态直接提取法高频三维多模态气动声场

考虑叶片造型的压气机流动稳定性模型研究进展

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力学学报 2024年第7期56卷 1819-1837页

作者：孙大坤朱恒毅许登科冀国锋杨加寿孙晓峰北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学杭州创新研究院杭州310023 中国航发贵阳发动机设计研究所贵阳550081

压气机实际稳定裕度是否达到指标直接决定了发动机是否可以投入使用.目前的压气机气动设计体系中缺乏一种高效、准确的评估失稳边界的工具,导致在设计定型后依然存在实际稳定裕度不足的风险.因此迫切需要发展快速可靠的压气机稳定性预... 详细信息

压气机实际稳定裕度是否达到指标直接决定了发动机是否可以投入使用.目前的压气机气动设计体系中缺乏一种高效、准确的评估失稳边界的工具,导致在设计定型后依然存在实际稳定裕度不足的风险.因此迫切需要发展快速可靠的压气机稳定性预测工具以供设计阶段使用.现代航空压气机叶片的气动设计朝着三维精细化方向发展,如何在设计阶段考虑叶片三维造型的变化对稳定性的影响愈发关键.传统的激盘/半激盘模型难以精细捕捉到三维叶片造型对流动稳定性的影响,而非定常数值模拟方法对计算资源的消耗在压气机设计阶段难以承受.为了在精细考虑叶片造型影响的同时提高计算效率,为气动设计阶段提供稳定性评估工具,本团队首先在2013年提出了叶轮机流动稳定性通用理论,通过分布式叶片力源项建模考虑复杂叶片造型的影响,通过系统特征值描述流动稳定性.继而针对不同的预测目标和应用条件,发展了3种简化模型:子午面模型、流线模型和径向展开模型.其中子午面模型能够准确刻画叶尖间隙、叶片掠和叶片加载方式等关键设计参数对流动稳定性的影响,为设计阶段提供了一种可靠的失稳边界预测工具;流线模型可以快速评估展向各条流线系统的流动稳定性,并定量地给出流动稳定性最为薄弱的区域,从而有针对性地指导叶片扩稳设计;径向展开模型可以快速地预测离心压气机的流动失稳点,定量评估离心压气机流动稳定性.以上模型可以应用于压气机气动设计体系,为设计定型的压气机提供了可靠的稳定性评估方法,为压气机气动/稳定性一体化设计提供了技术储备.

关键词：压气机流动稳定性三维叶片造型稳定性预测叶片力建模压气机设计

新型全固态模块化多电平特种高压电源优化设计

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强激光与粒子束 2024年第2期36卷 42-49页

作者：李玉山钱伟刚滕甲训孙孝峰秦皇岛职业技术学院河北秦皇岛066100 秦皇岛市燕秦纳米科技有限公司河北秦皇岛066010 燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室河北秦皇岛066004

模块化多电平换流器(MMC)已成为新型全固态特种高压电源的有效解决方案,对其进行轻量化设计以节约设备空间成本成为当前研究热点。MMC中限制功率密度提升的首要因素为子模块大尺寸电容,为降低MMC对子模块容值的需求,提高系统功率密度,... 详细信息

模块化多电平换流器(MMC)已成为新型全固态特种高压电源的有效解决方案,对其进行轻量化设计以节约设备空间成本成为当前研究热点。MMC中限制功率密度提升的首要因素为子模块大尺寸电容,为降低MMC对子模块容值的需求,提高系统功率密度,提出一种改进型MMC(I-MMC)拓扑。应用隔离型开关电容变换器,实现上下桥臂一对子模块高频链互联。研究中相单元内上、下桥臂子模块对并联的高频链两侧采用同步控制,使子模块电容之间呈现开关电容特性,实现波动功率在电容之间的自由传递,进而消除相位相反的基频与3倍频波动分量。结合MMC运行调制比和功率因数分析基频与3倍频波动分量消除后子模块电容取值,完成模块化设计。所提方案可将子模块电容减小至常规MMC的1/4。仿真与实验结果验证了所提拓扑方案的正确性与有效性。

关键词：模块化多电平变换器波动抑制高频链互联开关电容

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轴向间距对单级风扇纯音噪声的影响

航空动力学报 2024年第9期39卷 460-468页

作者：束王坚陈聪聪杜林孙晓峰北京航空航天大学能源与动力工程学院北京102206 北京航空航天大学航空发动机研究院北京102206

针对单级风扇纯音噪声的远场声辐射预测,介绍了一种混合计算方法。其中,非线性谐波(NLH)方法用于转静干涉载荷声源的计算,声类比方法用以获得自由场的辐射声场,机匣的散射作用通过边界积分方法(BIEM)加以考虑。该混合方法可以同时预测... 详细信息

针对单级风扇纯音噪声的远场声辐射预测,介绍了一种混合计算方法。其中,非线性谐波(NLH)方法用于转静干涉载荷声源的计算,声类比方法用以获得自由场的辐射声场,机匣的散射作用通过边界积分方法(BIEM)加以考虑。该混合方法可以同时预测管道内的声传播和管道外的声辐射。采用NASA的Advanced Noise Control Fan(ANCF)项目中的单级风扇作为研究对象,研究了实验间距下转静交界面位置的影响,确定交界面位置取在转静间距0.5倍,此时和远场声辐射实验结果最为接近。随后研究转静轴向间距对纯音噪声的影响,随着间距的减小,静子表面非定常载荷幅值、远场噪声指向性声压级相应增加。在低频下噪声指向性形状保持一致,高频噪声的指向性形状和声压级变化明显。

关键词：转静干涉交界面轴向间距非线性谐波(NLH)方法边界积分方法(BIEM)

基于光储混合配置的级联H桥型光伏逆变器功率平衡策略

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中国电机工程学报 2024年第5期44卷 1948-1961,I0024页

作者：孙孝峰刘鑫磊滕甲训张㼆赵巍李昕电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学) 河北省秦皇岛市066004

级联H桥(cascade H-bridge,CHB)变换器由于其模块化结构,已成为大规模光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器的优选方案。然而,在不同光照强度和温度下,不同区域PV组件之间发电功率不同,导致CHB变换器相间输出功率不均衡、不稳定等问题。为此... 详细信息

级联H桥(cascade H-bridge,CHB)变换器由于其模块化结构,已成为大规模光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器的优选方案。然而,在不同光照强度和温度下,不同区域PV组件之间发电功率不同,导致CHB变换器相间输出功率不均衡、不稳定等问题。为此,文中提出一种基于CHB结构的光储混合电能路由,在三相CHB光伏逆变器中配置少量的储能模块,利用光储协同控制,维持CHB内部功率稳定,消除分布式PV在相间产生的不均衡功率,且变换器输出功率能够时刻满足网侧上层功率调度,提高了光伏电站的稳定性。针对系统安全区域,在载波移相调制策略下,全桥子模块传输的功率受到约束,并对光伏和储能模块的配置作详细分析。最后,通过仿真以及实验验证所提拓扑及控制策略的正确性和有效性。

关键词：级联H桥变换器光伏功率不均衡集中式储能功率限值

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基于灵敏度协同的多馈入新能源集群最大容量优化分配方法

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电力系统自动化 2024年第1期48卷 88-99页

作者：姜颢宇齐磊孙孝峰赵巍李昕翟燕飞燕山大学电气工程学院河北省秦皇岛市066004 国网冀北电力有限公司秦皇岛供电公司河北省秦皇岛市066099

随着新能源接入比例的不断提高,并网系统逐渐演变为多馈入系统且电网强度逐渐变弱,谐振问题将成为限制新能源渗透率提升的关键因素之一。为此,提出一种谐振约束下用于提升多馈入新能源集群最大接入容量的优化分配方法。首先,建立含工作... 详细信息

随着新能源接入比例的不断提高,并网系统逐渐演变为多馈入系统且电网强度逐渐变弱,谐振问题将成为限制新能源渗透率提升的关键因素之一。为此,提出一种谐振约束下用于提升多馈入新能源集群最大接入容量的优化分配方法。首先,建立含工作点的并网逆变器阻抗模型,基于电网络理论获得了广义多馈入系统的聚合模型。然后,构建相角裕度关于集群容量的极值函数,并应用拉格朗日乘数法获得了一定容量下稳定裕度最大时集群阻抗灵敏度需保持一致的极值条件。在此基础上,面向谐振约束下区域电网新能源最大支撑需求,提出基于灵敏度协同的集群容量阈值求解及分配优化方法,并对所提方法复杂度进行分析。所提方法简单高效,在容量规划时算力需求量小。最后,通过IEEE 9节点和IEEE 33节点区域微网实时数字仿真系统(RTDS)硬件在环算例,验证了上述理论分析和所提方法的可行性。

关键词：渗透率新能源多馈入系统阻抗谐振灵敏度容量分配