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激光维持等离子体多物理场耦合模型与仿真

物理学报 2024年第2期73卷 202-215页

作者：张东荷雨刘金宝付洋洋清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

激光维持等离子体作为一种光照强度高、光谱范围宽、发光稳定的新型辐射光源,在光学检测(半导体晶圆检测)等领域具有重要的应用价值.本文回顾了激光维持等离子体研究的发展历程,介绍了其基本物理过程及数学描述方程,建立了基于多物理场... 详细信息

激光维持等离子体作为一种光照强度高、光谱范围宽、发光稳定的新型辐射光源,在光学检测(半导体晶圆检测)等领域具有重要的应用价值.本文回顾了激光维持等离子体研究的发展历程,介绍了其基本物理过程及数学描述方程,建立了基于多物理场耦合的二维流体模型.利用该模型研究了激光在等离子体中的传播过程,探讨了激光维持等离子体的初始演化过程、能量注入机制、稳态特性及不稳定性等关键问题.通过与高气压氙气等离子体实验结果对比,确定了仿真模型的有效性.相关仿真结果有助于深入理解激光维持等离子体的底层物理机制,为实现光源系统设计、多参数优化提供理论依据.

关键词：激光维持等离子体流体模型多物理场耦合辐射与输运

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基于统一流体模型的微放电数值仿真研究

物理学报 2024年第12期73卷 235-259页

作者：王震赵志航付洋洋清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

数值仿真技术已发展成为气体放电领域的重要研究手段,常用于研究揭示某一具体放电形式的微观物理过程.本文介绍了气体放电的统一流体模型,包括粒子的连续性方程、能量守恒方程及泊松(Poisson)方程,考虑阴极电子发射(二次电子、热电子发... 详细信息

数值仿真技术已发展成为气体放电领域的重要研究手段,常用于研究揭示某一具体放电形式的微观物理过程.本文介绍了气体放电的统一流体模型,包括粒子的连续性方程、能量守恒方程及泊松(Poisson)方程,考虑阴极电子发射(二次电子、热电子发射)、反应倍变与气体加热、阴极热传导等基本过程,可模拟得到包含盖革-米勒(Geiger-Müller)放电、汤森(Townsend)放电、辉光放电、电弧放电等各区域的完整伏安特性曲线.基于该模型,仿真得到的气体放电伏安特性曲线与已有文献结果一致,验证了该模型的正确性.在此基础上,对间距为400μm、气压分别为50和500 Torr(1 Torr≈133.322 Pa)的放电过程进行了具体研究,对比分析了不同气压条件下放电典型参量的分布特性.该模型实现了广域参数范围条件下的气体放电数值仿真,拓展了气体放电流体模型的应用范围,促进了对放电参数特性的系统性分析.

关键词：气体放电统一流体模型伏安特性汤森放电辉光放电电弧放电

考虑SOC优化设定的电-氢混合储能系统的运行优化

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电力系统保护与控制 2024年第8期52卷 65-76页

作者：姜智霖郝峰杰袁志昌朱小毅郭佩乾潘海宁项淼毅贺宁怡清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084 中国长江三峡集团有限公司北京100038

针对含电-氢混合储能的源网荷储系统,为提高新能源的消纳水平并降低系统运行成本,提出了考虑SOC优化设定的电-氢混合储能系统的运行优化方法,实现系统的日前-实时优化调度。首先提出了大容量储能系统SOC优化设定的方法,以确定储能系统... 详细信息

针对含电-氢混合储能的源网荷储系统,为提高新能源的消纳水平并降低系统运行成本,提出了考虑SOC优化设定的电-氢混合储能系统的运行优化方法,实现系统的日前-实时优化调度。首先提出了大容量储能系统SOC优化设定的方法,以确定储能系统日前的始末SOC优化设定值。随后,基于双延迟深度确定性策略梯度算法,提出了一种日前-实时优化调度模型训练方法。结合储能SOC的优化设定值和日前运行数据,建立了源-网-荷-储系统的实时优化调度模型,实现日前和实时综合优化调度。最后,通过算例分析验证了所提运行优化方法的有效性。结果表明,大容量储能系统的SOC优化设定方法可以有效提高系统收益,日前-实时优化调度模型则在日前优化调度的基础上减少了预测误差带来的影响。

关键词：混合储能氢储能系统 SOC优化设定深度强化学习日前-实时调度

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一种小型化脉冲行波管高压电源设计与实现

强激光与粒子束 2024年第2期36卷 70-76页

作者：刘银川高文雷王桠枫刘期辉陈银杏北京真空电子技术研究所北京100015

为满足雷达整机对发射机小型化的需求,针对8~18 GHz宽带脉冲行波管设计了一种小型化高压电源。采用脉冲峰值功率设计方法,结合高压电容储能,实现了行波管在脉冲工作期间高压稳定输出。同时主功率逆变电路采用了移相全桥拓扑结构,高压整... 详细信息

为满足雷达整机对发射机小型化的需求,针对8~18 GHz宽带脉冲行波管设计了一种小型化高压电源。采用脉冲峰值功率设计方法,结合高压电容储能,实现了行波管在脉冲工作期间高压稳定输出。同时主功率逆变电路采用了移相全桥拓扑结构,高压整流电路采用了碳化硅二极管,这可减轻电源的散热压力,提高高压电源的功率密度。研制的小型化脉冲高压电源,阴极电压-6.5 kV,最大工作脉宽2 ms,峰值功率最大1600 W。与某型号脉冲行波管联调,在脉冲工作期间行波管输出射频信号功率稳定,测试结果验证了该设计方法的可行性。

关键词：小型化脉冲高压电源行波管碳化硅二极管微波功率模块

面向波浪发电优化控制的开关磁阻发电机四象限推力分配策略

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电工技术学报 2024年第12期39卷 3670-3678页

作者：林泽川黄宣睿肖曦清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

直线开关磁阻发电机(LSRG)由于其成本低、可靠性高,十分适合直驱式波浪发电的应用场合。为了提升波浪能的捕获效率,波浪发电装置需要采取优化控制策略来主动地改变浮体-波浪间的相互作用,此类策略要求电机在全部四个象限下具备推力指令... 详细信息

直线开关磁阻发电机(LSRG)由于其成本低、可靠性高,十分适合直驱式波浪发电的应用场合。为了提升波浪能的捕获效率,波浪发电装置需要采取优化控制策略来主动地改变浮体-波浪间的相互作用,此类策略要求电机在全部四个象限下具备推力指令跟踪的功能。然而,现有的波浪发电LSRG往往工作在固定开通-关断角的模式下,无法满足这一要求。为此,该文提出一种基于优化推力分配函数的LSRG控制方案,以使电机在四象限下以最小的推力波动实现推力指令跟踪。提出考虑直流电压受限这一约束条件的优化推力分配函数,并进一步讨论其在四象限下的实现方案。搭建LSRG-永磁同步电机对拖实验平台以模拟实际波浪发电工况,在恒定速度、阻尼控制和谐振控制的运行条件下,验证了所提出控制方案的有效性。

关键词：波浪发电直线开关磁阻发电机推力波动抑制

基于最优动态功率补偿的先进绝热压缩空气储能一次调频控制策略

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高电压技术 2024年第6期50卷 2433-2441,I0001页

作者：崔森陈来军陈思源孙正堂梅生伟清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

随着大规模新能源接入电网,新型电力系统“低惯量、弱支撑”特征凸显,电网频率调节资源日益稀缺,系统频率稳定问题愈发严峻。先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)具有容量大、寿命长等优... 详细信息

随着大规模新能源接入电网,新型电力系统“低惯量、弱支撑”特征凸显,电网频率调节资源日益稀缺,系统频率稳定问题愈发严峻。先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)具有容量大、寿命长等优势而受到广泛关注,但由于其储能和释能过程涉及气-热动态耦合过程,调频特性较为复杂,调频潜力还有待挖掘。因此,首先建立AA-CAES系统全工况动态仿真模型,进而基于期望频率动态曲线设计AA-CAES系统调频传递函数,优化目标传递函数关键参数,实现AA-CAES最小动态功率补偿下满足系统频率调节需求。最后通过仿真实验,验证了所提控制策略可优化AA-CAES调频容量的同时减小系统的稳态频率偏差与频率超调量,显著改善频率响应特性,为建设电网友好型AA-CAES电站提供技术支撑。

关键词：先进绝热压缩空气储能全工况动态建模功率补偿期望曲线频率调节调频容量

基于单级多电平开关变流的超大容量海上风电变流器

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电力自动化设备 2024年第8期44卷 45-53,61页

作者：宋强王云飞赵彪余占清刘文华曾嵘清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

海上风机正向超大容量方向发展,基于较低电平数目变流技术的风电变流器在电压、容量等级的提升方面受到限制。提出了基于单级多电平开关变流的超大容量海上风电变流器方案,采用直流电压可大范围调节的宽直流电压模块化多电平变流器(MMC)... 详细信息

海上风机正向超大容量方向发展,基于较低电平数目变流技术的风电变流器在电压、容量等级的提升方面受到限制。提出了基于单级多电平开关变流的超大容量海上风电变流器方案,采用直流电压可大范围调节的宽直流电压模块化多电平变流器(MMC),在单级多电平变流器中实现DC/DC和DC/AC两级变换功能。基于风电变流器的单向功率传输特性,采用单向电流型宽直流电压MMC优化开关器件用量,并基于负电平利用优化调制比大幅降低MMC的子模块电容用量。所提出的方案不仅具有电压与容量等级高、功率损耗低、谐波含量低的优势,还能最大限度降低开关器件和电容的用量。与现有风电变流器方案进行对比,结果表明所提方案在经济性、运行性能等方面具有显著优势。通过仿真验证了所提方案拓扑结构和控制策略的可行性和有效性。

关键词：海上风电变流器模块化多电平变流器变流器拓扑宽直流电压超大容量

基于柔性传感技术的高速列车轮轨力在线监测方法

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中国科学：技术科学 2024年第3期54卷 545-552页

作者：陈思宇刘亚风付从艺王海瑞陈颖陆炳卫马寅佶王禾翎冯雪清华大学航天航空学院北京100084 清华大学柔性电子技术实验室北京100084 浙江清华柔性电子技术研究院嘉兴314000

监测轮轨力信号对于保障高速列车的安全运行、提高轨道线路的质量管理具有重要意义.然而,现有的轮轨力测试方法不能保证车轮在任意旋转角度下的测试精度与灵敏度,难以实现列车在高速行驶过程中轮轨力的实时连续测量.本文基于柔性电子技... 详细信息

监测轮轨力信号对于保障高速列车的安全运行、提高轨道线路的质量管理具有重要意义.然而,现有的轮轨力测试方法不能保证车轮在任意旋转角度下的测试精度与灵敏度,难以实现列车在高速行驶过程中轮轨力的实时连续测量.本文基于柔性电子技术设计了一款新型轮轨力传感器,在柔性衬底上设计环形应变栅结构,利用金属的压阻效应,获取环形区域内的整体变形随轮轨力变化的情况.垂向加载实验结果表明,柔性轮轨力传感器不仅具有良好的线性度,且在循环加载测试中表现出优异的稳定性和可重复性.更重要的是,该柔性轮轨力传感器能保证车轮在旋转任意角度情况下的测试精度与灵敏度.有限元仿真结果表明,在车轮内外两侧相对轴心等距离处布置柔性环形传感器,通过两侧传感器的输出信号可实现对轮轨横向力和垂向力的有效解耦.配合无线传感技术,柔性轮轨力传感器可实现高速列车轮轨力实时连续监测,对我国发展下一代智能高铁具有重要意义.

关键词：智能高铁健康监测轮轨力柔性电子传感器

具有多MO喷嘴垂直MOCVD反应腔外延层厚度均匀性的优化理论及应用

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物理学报 2024年第4期73卷 245-255页

作者：李建军崔屿峥付聪乐秦晓伟李雨畅邓军北京工业大学光电子技术教育部重点实验室北京100124

金属有机物化学气相淀积(metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)作为异质结半导体材料外延的关键手段,其外延层厚度均匀性会直接影响产品的良率.本文将理论与实验相结合,针对3个MO源喷嘴的垂直反应腔MOCVD,将各MO源喷嘴等效... 详细信息

金属有机物化学气相淀积(metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)作为异质结半导体材料外延的关键手段,其外延层厚度均匀性会直接影响产品的良率.本文将理论与实验相结合,针对3个MO源喷嘴的垂直反应腔MOCVD,将各MO源喷嘴等效为蒸发面源,并引入一等效高度来涵盖MOCVD的相关外延参数,建立外延层厚度与各MO源喷嘴流量间的定量关系,设计并利用EMCORE D125 MOCVD系统外延生长了AlGaAs谐振腔结构,根据实验测得的外延层厚度分布结果,利用最小二乘法对模型参数进行了拟合提取,基于提取的模型参数,给出了优化外延层厚度均匀性的方法.4 in(1 in=2.54 cm)外延片mapping反射谱的统计结果为,腔模的平均波长为651.89 nm,标准偏差为1.03 nm,厚度均匀性达到0.16%.同时外延生长了GaInP量子阱结构,4 in外延片mapping荧光光谱的统计结果为,峰值波长平均值为653.3 nm,标准偏差仅为0.46 nm,厚度均匀性达到0.07%.本文提出的调整外延层厚度均匀性的方法具有简单、有效、快捷的特点,且可以进一步推广至具有4个MO喷嘴以上的垂直反应腔MOCVD系统.

关键词：外延生长最小二乘拟合薄膜均匀性金属有机物化学气相沉积