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富氮碳鞘内阶梯层状Mo_(2)C异质结用于高效CO_(2)化学固定

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第3期58卷 138-145页

作者：许玉帅汪红辉李奇远张仕楠夏思源许冬类伟巍陈接胜李新昊上海交通大学化学化工学院变革性分子前沿科学中心上海200240 上海化工研究院有限公司上海200062 迪肯大学前沿材料研究所澳大利亚吉朗维多利亚

在多相催化体系中,开发具有高催化活性的多相催化剂是实现小分子绿色转化的核心.过渡金属碳化物,特别是碳化钼(Mo_(2)C),因其活性与贵金属相当且成本低廉,在小分子转化方面具有应用潜力.二维(2D)过渡金属碳化物因其平面结构两侧具有可... 详细信息

在多相催化体系中,开发具有高催化活性的多相催化剂是实现小分子绿色转化的核心.过渡金属碳化物,特别是碳化钼(Mo_(2)C),因其活性与贵金属相当且成本低廉,在小分子转化方面具有应用潜力.二维(2D)过渡金属碳化物因其平面结构两侧具有可暴露的活性位点,在小分子转化和能量储存方面受到越来越多的关注.然而,在催化剂或电极材料的批量制备过程中,二维层的堆积会导致表面活性位点损失,严重影响其性能.此外,层状材料的堆积还可能阻碍有机分子的有效传递,形成传质屏障,进一步影响催化过程.特别是,二维过渡金属碳化物表面的氧化会导致活性位点的大量损失,这已成为当前亟待解决的关键问题.因此,开发一种能确保层状Mo_(2)C材料的机械和化学稳定性的有效合成方法,对于推动其实际应用至关重要.本文利用可控氧扩散蚀刻法合成了一种富氮碳鞘包覆的“阶梯状”2D-Mo_(2)C异质结材料(2D-Mo_(2)C@NC).该材料因具有独特的阶梯层状结构和整流界面,可以显著促进CO_(2)与邻苯二胺的羰基化反应,并对CO_(2)与多种二胺衍生物的羰基化反应均表现出较好的催化活性.通过密度泛函理论计算和紫外光电子能谱分析发现,Mo_(2)C与NC壳层的接触界面形成了整流接触,导致电子从NC壳层流向Mo_(2)C,进而形成富电子的层状Mo_(2)C.随着NC壳层氮含量的增加,Mo_(2)C的电子富集程度逐渐增加.进一步的理论计算和CO_(2)程序升温脱附实验表明,CO_(2)吸附依赖于2D-Mo_(2)C的电子富集程度,并随2D-Mo_(2)C的电子富集程度增加而增强.这种电子富集特性使得2D-Mo_(2)C表面能够活化CO_(2)分子,形成高度扭曲的预吸附结构(键角为118.8°),有利于后续与二胺的羰基化反应.邻苯二胺与CO_(2)羰基化反应的吉布斯自由能计算结果表明,电子的富集程度对反应决速步的能垒影响较小.因此,推测CO_(2)分子在富电子Mo_(2)C表面的预吸附增强是促进CO_(2)羰基化反应的直接因素.实验结果也表明,2D-Mo_(2)C@NC催化剂催化邻苯二胺与CO_(2)羰基化反应的催化活性随2D-Mo_(2)C的电子密度增强而提高.优化后的阶梯状异质结2D-Mo_(2)C@NC样品的CO_(2)吸附量高于核壳状异质结Mo_(2)C@NC样品,且催化性能和CO_(2)吸附量存在明显的正相关关系,证实了阶梯状异质结结构所暴露出的更多富电子Mo_(2)C活性位点可以促进CO_(2)的预吸附及随后的活化过程.此外,X射线光电子能谱结果表明,富电子的2D-Mo_(2)C表现出优于Mo_(2)C的化学稳定性,不易被氧化.在优化条件下制得的2D-Mo_(2)C@NC催化剂表现出了最佳催化性能,在较低的反应温度下,其催化邻苯二胺与CO_(2)羰基化反应生成2-苯并咪唑啉酮的TOF值为6.1‒10.2 h^(‒1),比文献报道的最佳结果高4.2倍.综上,本文成功地开发了一种有效的可控氧扩散蚀刻策略,合成出具有高机械和化学稳定性的“阶梯状”2D-Mo_(2)C异质结材料,并用于高效催化CO_(2)和邻苯二胺羰基化生成2-苯并咪唑啉酮.该可控氧扩散蚀刻方法可以扩展到其他二维碳化物的制备,并进一步扩展其在光催化和电催化系统中的应用,为二维异质结材料的合成和应用提供了参考和新思路.

关键词：电子富集2D-Mo_(2)C CO_(2)固定肖特基异质结羰基化非均相催化

核储一体化调频下控制策略与储能容量配置研究

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核动力工程 2024年第1期45卷 171-177页

作者：钱虹王国平李宝龙上海电力大学自动化工程学院上海200090 上海市电站自动化技术重点实验室上海200090

针对核电参与一次调频,为减少核电机组动作次数,本研究提出核储一体化的调频模式,设计核储协同调频的控制策略。通过电池寿命分析,结合全年电网频率的大数据分析,搭建以储能成本最低为目标的求解模型,用改进粒子群算法寻优求得储能最佳... 详细信息

针对核电参与一次调频,为减少核电机组动作次数,本研究提出核储一体化的调频模式,设计核储协同调频的控制策略。通过电池寿命分析,结合全年电网频率的大数据分析,搭建以储能成本最低为目标的求解模型,用改进粒子群算法寻优求得储能最佳容量。根据某电网一年的频率统计,以实际核电厂运行参数为例进行计算验证。研究结果表明,本文所提出的方案不仅可以使核电厂具备一次调频能力,而且能大大降低机组负荷变动次数。因此,本方案可以在实现核电厂参与一次调频的同时保证机组运行的安全。

关键词：核储一体化一次调频容量配置改进粒子群算法

不平衡电网下双dq坐标变换的M3C微分平坦控制策略

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电机与控制学报 2024年第1期28卷 49-60页

作者：程启明杜婷伟赖宇生上海电力大学自动化工程学院上海200090

针对目前模块化多电平矩阵变换器(M3C)研究中常用的双αβ坐标变换解耦不彻底、传统PID控制方法效果差、不平衡工况研究少等问题,在分析拓扑结构和数学模型的基础上,采用双dq坐标变换对电气量进行解耦,建立了M3C的输入输出侧数学模型,... 详细信息

针对目前模块化多电平矩阵变换器(M3C)研究中常用的双αβ坐标变换解耦不彻底、传统PID控制方法效果差、不平衡工况研究少等问题,在分析拓扑结构和数学模型的基础上,采用双dq坐标变换对电气量进行解耦,建立了M3C的输入输出侧数学模型,分别对电压、电流进行正负序分离,并结合微分平坦理论,推导了输入侧、输出侧的微分平坦控制(DFC),最后模拟了两种不平衡工况下的运行情况。仿真结果表明,与线性PID控制相比,非线性的微分平坦控制提高了内环电流的跟踪速度和精度,更适用于非线性的M3C系统。在电网平衡或电网出现不对称故障时,微分平坦控制下M3C系统的动态稳定性与快速性更好,电能质量更高,电流谐波含量最多可以降低1.42%,能够更有效地抑制负序电流。

关键词：海上风力发电模块化多电平矩阵变换器不平衡电网双dq坐标变换微分平坦控制 PID控制

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基于五桥臂MMC-UPQC的复合模型预测控制研究

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电力系统保护与控制 2024年第11期52卷 179-187页

作者：李金洪周建萍夏文豪龚益琳上海电力大学自动化工程学院上海200090

针对模块化多电平统一电能质量调节器(modular multilevel unified power quality conditioner, MMC-UPQC)六桥臂结构下的单相桥臂故障问题,提出了一种五桥臂拓扑,这种新型拓扑可实现故障情况下的电能质量补偿。首先,对MMC-UPQC串并联... 详细信息

针对模块化多电平统一电能质量调节器(modular multilevel unified power quality conditioner, MMC-UPQC)六桥臂结构下的单相桥臂故障问题,提出了一种五桥臂拓扑,这种新型拓扑可实现故障情况下的电能质量补偿。首先,对MMC-UPQC串并联侧的数学模型进行分析,提出了一种复合模型预测控制(hybrid model predictive control,H-MPC),所提控制方法结合了有限集模型预测控制(finite-control-set model predictive control, FCS-MPC)以及快速模型预测控制(fast model predictive control, F-MPC)。然后,通过构建两侧独立的价值函数减少了控制方法的计算量,同时也实现了五桥臂解耦控制。最后,相比传统线性(例如PI)和非线性(例如无源控制passivity-based control,PBC)的控制策略,所提复合模型预测控制在电压补偿、负序电压抑制以及谐波电流补偿等方面具有一定优势,并在一定程度上避免了复杂的参数整定及坐标变化环节。仿真实验结果证明了所提控制方法的可行性和优越性。

关键词：桥臂故障电能质量模块化多电平统一电能质量调节器五桥臂拓扑复合模型预测控制

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三相电力弹簧的无源控制策略研究

电机与控制学报 2024年第3期28卷 110-122页

作者：赵永熹张家领程启明上海电力大学自动化工程学院上海200090

针对太阳能、风能等新能源设备大规模并入电网造成的电能质量下降问题,近年来出现了电力弹簧(ES)的概念。依据推导出的三相电力弹簧(TPES)的数学模型,搭建了对应的系统模型,依据无源控制(PBC)理论,分析了系统的无源性,并分别采用传统PI... 详细信息

针对太阳能、风能等新能源设备大规模并入电网造成的电能质量下降问题,近年来出现了电力弹簧(ES)的概念。依据推导出的三相电力弹簧(TPES)的数学模型,搭建了对应的系统模型,依据无源控制(PBC)理论,分析了系统的无源性,并分别采用传统PI控制和无源控制验证了三相电力弹簧能够维持关键负载(CL)电压的稳定。通过仿真和实验验证,在有功功率变动工况下,无源控制的超调量远远低于PI控制的13.7%,调节时间0.03 s也低于PI控制的0.07 s,静差率0.0002%也小于PI控制的0.08%,表明无源控制的动态性能和静态性能都更出色。此外,相比于传统的PI控制,无源控制所需参数更少,控制系统结构更加简单。

关键词：新能源电力弹簧三相电力弹簧关键负载无源控制电能质量电压稳定

不平衡电网电压下MMC-UPQC的无源超螺旋二阶滑模控制策略

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控制与决策 2024年第5期39卷 1487-1497页

作者：黄祖繁周建萍茅大钧齐国庆从帆平上海电力大学自动化工程学院上海200090

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的统一电能质量调节器(unified power quality conditioner, UPQC)在电网电压不平衡时,采用传统控制方法存在补偿效率和精确性较低的问题.针对这一情况,提出一种无源超螺旋... 详细信息

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的统一电能质量调节器(unified power quality conditioner, UPQC)在电网电压不平衡时,采用传统控制方法存在补偿效率和精确性较低的问题.针对这一情况,提出一种无源超螺旋二阶滑模控制策略.首先,基于MMC-UPQC的数学模型和无源控制理论,设计不平衡电网电压下基于欧拉-拉格朗日模型的正负序无源控制器;然后,加入超螺旋二阶滑模控制对无源控制器进行改善,抑制常规滑模存在的抖振,并解决无源控制对系统精度要求高的问题,提高系统的响应速度、补偿精度和抗干扰能力,提升系统的整体性能;最后,在Matlab/Simulink平台上进行仿真,并与PI控制和单独的无源控制对比,仿真结果验证了所提无源超螺旋二阶滑模控制策略的有效性和优越性.

关键词：模块化多电平换流器统一电能质量调节器电网电压不平衡无源超螺旋二阶滑模控制欧拉-拉格朗日模型

基于动态开关表的TLDMC-PMSM零共模电压直接转矩控制

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中国电机工程学报 2024年第13期44卷 5348-5361,I0028页

作者：刘科程启明上海市电站自动化技术重点实验室(上海电力大学自动化工程学院) 上海市杨浦区200090

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... 详细信息

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。

关键词：三电平直接矩阵变换器永磁同步电机直接转矩控制旋转矢量零共模电压动态开关表

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基于干扰观测器的MMC-PET交直流混合微电网并网/离网切换控制策略

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高电压技术 2024年第3期50卷 1196-1204页

作者：程启明程尹曼张磊李剑辉孙英豪上海市电站自动化技术重点实验室(上海电力大学自动化工程学院) 上海200090 国网上海市北供电公司上海200041

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)-电力电子变压器(power electronic transformers,PET)交直流混合微网在并网和离网两种模式下开关切换过程中存在瞬态过流和过压问题,从而影响输电质量并增加设备损耗,为此提... 详细信息

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)-电力电子变压器(power electronic transformers,PET)交直流混合微网在并网和离网两种模式下开关切换过程中存在瞬态过流和过压问题,从而影响输电质量并增加设备损耗,为此提出了一种基于扰动观测器(disturbance observer,DO)的并/离网切换控制策略。在该策略中,通过采用DO观测器对并离网切换引起的突变电流跟踪,并将实际电流与理论电流的差值作为等效干扰量,再将其输入到电流内环控制器进行补偿,从而可实现对突变电流的抑制。最后在Matlab/Simulink软件上搭建了MMC-PET交直流混合微网系统,并在并网-离网、离网-并网的两种切换工况下,通过把加入DO观测器与未加入DO观测器两种情况进行仿真对比,验证了所提的切换控制策略的有效性和可行性。

关键词：模块化多电平换流器电力电子变压器交直流混合微电网并/离网切换干扰观测器

九边形模块化多电平变换器的解耦模型与控制策略

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电工技术学报 2024年第13期39卷 4037-4051页

作者：程启明杜婷伟程尹曼赖宇生上海市电站自动化技术重点实验室(上海电力大学自动化工程学院) 上海200090 上海电力公司市北供电分公司上海200041

九边形模块化多电平变换器(N-MMC)是一种具备多端口、低频性、高可靠性等特点的AC-AC变换器,在海上风电领域应用前景广阔。但是,九边形变换器存在不同频率的电气分量强耦合的问题。为此,该文提出了一种九边形变换器的解耦方法。首先,根... 详细信息

九边形模块化多电平变换器(N-MMC)是一种具备多端口、低频性、高可靠性等特点的AC-AC变换器,在海上风电领域应用前景广阔。但是,九边形变换器存在不同频率的电气分量强耦合的问题。为此,该文提出了一种九边形变换器的解耦方法。首先,根据九边形变换器的拓扑结构,分析了其桥臂电压、电流的关系,建立了九边形变换器的解耦模型;然后,在此基础上推导了PI控制策略和非线性的无源控制(PBC)策略;最后,在Matlab仿真平台和RT-Lab半物理平台上进行了多种工况的仿真和实验验证,对比了解耦后采用PBC控制、PI控制、未解耦直接采用准比例谐振(QPR)控制的效果,验证了所提解耦模型与PBC控制的可行性与优越性。

关键词：海上风电九边形模块化多电平变换器多端口变换器解耦模型无源控制