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面向系统多尺度动态分析的基于环节激励响应关系的变换器并网设备级联多尺度建模方法

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中国电机工程学报 2024年

作者：黄谨袁小明王思成强磁场工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)

随着变换器并网设备大规模接入系统，电网强度持续降低，除了设备网侧电流尺度控制，直流电压尺度控制也在系统动态中扮演了重要角色。系统中各并网设备相互作用时，设备内直流电压、电流等多尺度环节所包含的储能元件在相应控制调节下... 详细信息

随着变换器并网设备大规模接入系统，电网强度持续降低，除了设备网侧电流尺度控制，直流电压尺度控制也在系统动态中扮演了重要角色。系统中各并网设备相互作用时，设备内直流电压、电流等多尺度环节所包含的储能元件在相应控制调节下持续交换能量，使得系统出现了多时间尺度振荡等动态问题，严重威胁系统安全稳定运行。建立表征动态现象背后设备各尺度环节参与多机相互作用功率交换机制的设备模型，是实现上述系统动态问题机理分析的基本需求。然而，现有的变换器并网设备建模工作对直流电压、电流多尺度环节参与多机系统动态的方式缺乏充分认识，模型难以表征各尺度环节在多机相互作用中调节功率的功能性角色。鉴于此，本文旨在提出表征直流电压、电流多尺度环节参与系统多机相互作用机制的变换器并网设备多尺度建模方法。首先，说明了对变换器并网设备的多尺度结构及其参与系统动态的基本认识。其次，揭示了设备直流电压、电流尺度环节各自根据功率或电流不平衡激励改变自身状态响应，进而调整内电势幅值和频率以参与系统动态的运行机制。然后，根据各尺度环节的激励响应关系及其间的联系，建立了表征各尺度环节在多机相互作用中功能性角色的设备模型。基于此，最后结合仿真阐述了各尺度环节参与系统多机相互作用的基本过程，以及各尺度环节对系统多尺度动态的统一影响机制，为系统动态分析和控制优化奠定基础。

关键词：系统多时间尺度动态变换器并网设备建模方法多时间尺度环节激励响应关系

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磁场对金属腐蚀影响的研究进展

中国腐蚀与防护学报 2024年第5期 1117-1124页

作者：朱立洋陈俊全张欣欣董泽华蔡光义华中科技大学化学与化工学院海军工程大学电磁能技术全国重点实验室

随着越来越多的电磁设备应用在腐蚀环境下，磁场对金属腐蚀的影响成为一个不可忽略的因素。已有相关研究表明，磁场对金属腐蚀的促进或者抑制作用取决于具体的工况环境。普遍认为磁场主要通过Lorentz力和磁场梯度力影响电化学过程中的... 详细信息

随着越来越多的电磁设备应用在腐蚀环境下，磁场对金属腐蚀的影响成为一个不可忽略的因素。已有相关研究表明，磁场对金属腐蚀的促进或者抑制作用取决于具体的工况环境。普遍认为磁场主要通过Lorentz力和磁场梯度力影响电化学过程中的粒子运动来影响金属的电化学腐蚀过程，具体表现在金属腐蚀过程中的传质、界面反应和腐蚀产物这3个方面。本文综述了磁场中Lorentz力和磁场梯度力对金属腐蚀过程的具体影响，指出了磁场对电化学腐蚀影响未来研究和应用的方向。

关键词：磁场金属腐蚀 Lorentz力磁场梯度力电化学

锁相同步并网变换器电流控制内电势幅值/频率形成机制分析

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电源学报 2024年第4期22卷 112-120页

作者：洪宇袁小明龚轩华中科技大学电气与电子工程学院武汉430074 中国电源学会

传统电力系统中,同步发电机独立形成内电势幅值/频率,接入电网建立系统电压。然而目前电网电压的建立越来越依赖于可再生能源设备,在锁相同步下并网变换器形成内电势需检测电网电压,看似与同步机独立形成内电势并建立系统电压不同。针... 详细信息

传统电力系统中,同步发电机独立形成内电势幅值/频率,接入电网建立系统电压。然而目前电网电压的建立越来越依赖于可再生能源设备,在锁相同步下并网变换器形成内电势需检测电网电压,看似与同步机独立形成内电势并建立系统电压不同。针对此问题,研究锁相同步下变换器电流控制形成内电势幅值/频率的机制,明确内电势幅值/频率由电流唯一确定,阐明锁相同步设备在本质上与同步发电机独立形成内电势建立电压相同。首先,基于控制结构与交流瞬时值形成的本质,说明变换器的输出实质上为内电势幅值/频率。然后,从设备与网络闭环动态过程出发,明确端电压与电流的冗余关系,在输入电流确定后内电势幅值/频率即可相应地唯一确定。最后,结合仿真分析,说明输入电流唯一确定内电势幅值/频率的正确性。

关键词：并网变换器电流控制内电势幅值/频率形成机制

机器人抛光M-ZnS去除函数建模与工艺参数优化

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光学精密工程 2024年第15期32卷 2387-2400页

作者：臧艺凯朱蓓蓓秦琳尚瑶尚俊豪佘中迪陈肖肖峻峰许剑锋华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074 上海航天控制技术研究所上海201108 湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430068

为研究M-ZnS在机器人抛光过程中的材料去除模型和优化参数组合,探究M-ZnS光学元件的高精度、低成本、批量化制造方案,采用有限元法和数值仿真法,对M-ZnS的机器人抛光材料去除函数模型进行修正。基于有限元法建立了抛光盘的压力分布模型... 详细信息

为研究M-ZnS在机器人抛光过程中的材料去除模型和优化参数组合,探究M-ZnS光学元件的高精度、低成本、批量化制造方案,采用有限元法和数值仿真法,对M-ZnS的机器人抛光材料去除函数模型进行修正。基于有限元法建立了抛光盘的压力分布模型,采用曲线拟合方法得到了压力分布函数。仿真模型和实验数据对比表明,去除函数模型与实验数据中心相对偏差小于8%,证实了修正去除函数模型的有效性。然后,对抛光关键工艺参数进行优化,通过单因素实验法,获得了机器人抛光M-ZnS的优化工艺参数组合:对于10 mm的沥青盘,推荐压力为0.12~0.18 MPa,推荐的转速比为200/-10~200/-50 r/min。最后,采用修正的去除函数模型和优化工艺参数对100 mm口径的M-ZnS平面光学元件进行抛光,并对抛光前后的表面粗糙度和面形精度进行测量和对比。实验结果表明,经过单轮80.39 min抛光,表面质量明显提高,元件淡黄色逐渐褪去,表现为透明材料,面形PV从0.668μm降至0.229μm,收敛率为65%,表面粗糙度Sa从7.911 nm降低至2.472 nm,收敛率为68%。机器人抛光技术可作为M-ZnS光学元件高效高质量加工的重要手段。

关键词：机器人抛光 M-ZnS 去除函数工艺优化面形精度表面粗糙度

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基于动态噪声自适应无迹卡尔曼滤波的锂离子电池SOC估计

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储能科学与技术 2024年

作者：尹康涌孙磊李浩秒郭东亮肖鹏王康丽蒋凯国网江苏省电力有限公司电力科学研究院华中科技大学电气与电子工程学院

锂离子电池具有无记忆效应、轻量化、环保等特点，因此常作为电动交通工具、电子设备的能源来源，并适用于各种规模的能源存储。在锂离子电池管理系统中，电池的荷电状态是最关键的指标之一，其准确估计对于实现电池系统的高效能量管理... 详细信息

锂离子电池具有无记忆效应、轻量化、环保等特点，因此常作为电动交通工具、电子设备的能源来源，并适用于各种规模的能源存储。在锂离子电池管理系统中，电池的荷电状态是最关键的指标之一，其准确估计对于实现电池系统的高效能量管理和优化控制至关重要。因此本文提出了一种基于动态噪声自适应无迹卡尔曼滤波的SOC估计方法。首先，通过间歇放电实验获取电池不同SOC下的开路电压，并进一步拟合得到电池的OCV-SOC曲线，接着采用二阶RC等效电路模型对锂离子电池建模，然后通过混合功率脉冲特性工况测试对电池模型参数进行参数辨识。鉴于实际应用中电池SOC为非线性系统且锂离子电池SOC估计精度容易受到工作噪声的影响，本文在卡尔曼滤波算法的基础上采用无迹变换处理非线性系统，加入自适应因子，以实现噪声特性自适应估计，动态调整算法中过程噪声协方差的值，提高算法鲁棒性以及估计精度。最后选取DST与FUDS工况验证算法，发现在不同工况下动态噪声自适应无迹卡尔曼滤波算法的估计平均绝对误差、最大误差以及均方根误差相较于自适应无迹卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波算法均有显著提升，其平均估计绝对误差小于0.51%。本文采用的动态噪声自适应无迹卡尔曼滤波算法能够更准确地估计锂离子电池SOC，且在低电量、高倍率充放电等极端工况下有更好的预测效果。

关键词：动态噪声自适应无迹卡尔曼滤波荷电状态二阶RC等效电路模型无迹卡尔曼滤波

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流水车间加工信息测度与控制

中国科学：技术科学 2024年第6期54卷 1091-1104页

作者：张志峰 JANET David 刘俊桂林航天工业学院管理学院桂林541004 Department of Engineering Science University of OxfordOxford OX13PJUK 华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074

流水车间加工信息的有效测度是实施加工批量决策的前提.当前多品种小批量生产信息控制研究多以生产技术、范式及智能算法等理论优化工作为主,极少开展生产的加工批量与其状态控制所需信息之间关系的研究,导致研究结论过于理论化而难以... 详细信息

流水车间加工信息的有效测度是实施加工批量决策的前提.当前多品种小批量生产信息控制研究多以生产技术、范式及智能算法等理论优化工作为主,极少开展生产的加工批量与其状态控制所需信息之间关系的研究,导致研究结论过于理论化而难以应用于现实生产.针对此研究局限性,本文从信息论角度出发,根据制造马尔科夫过程,定义流水车间的加工批量信息熵并解析其度量特性.进一步,构建流水车间加工批量信息熵函数,理论上证明其函数单调递减性.通过建立流水车间加工批次信息测度模型,确定生产线批次加工信息的组成结构,实现对工件加工所需信息量的测度.实证研究中,将平均调整准备时间、平均加工时间及完工时间等观测数据应用于实际企业的减速器生产线,做出不同参量与加工批量变化关系图,确定相关参数条件下生产线的最优加工批量.根据研究结果,提出有效减少管理与控制生产线所需信息量的对策,在验证所建熵模型科学性与有效性的同时,也为实际生产中的批量决策提供准确的现实指导.

关键词：流水车间加工批量熵函数信息测度

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我国氟碳化学品类非二氧化碳温室气体的深度脱碳潜力研究

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环境科学学报 2024年第8期44卷 98-109页

作者：刘和平马寅段华波张宁于可利杨家宽广东石油化工学院环境科学与工程学院广东省石油化工污染过程与控制重点实验室茂名525000 华中科技大学环境科学与工程学院武汉430074 莱布尼茨生态城市和区域发展研究所德国德累斯顿012174 中国物资再生协会北京100037

“双碳”背景下,主要温室气体二氧化碳的排放控制备受关注,其减排目标和路径也较为清晰,但对于《京都议定书》包含的其他温室气体关注相对较少.尽管《蒙特利尔议定书》及其修正案已明确了氟碳化学品类非二氧化碳温室气体如氢氯氟烃(HCF... 详细信息

“双碳”背景下,主要温室气体二氧化碳的排放控制备受关注,其减排目标和路径也较为清晰,但对于《京都议定书》包含的其他温室气体关注相对较少.尽管《蒙特利尔议定书》及其修正案已明确了氟碳化学品类非二氧化碳温室气体如氢氯氟烃(HCFCs)和氢氟烃(HFCs)的削减计划,但现阶段仍在大量生产使用,且含有这些物质的产品或设备(如家用冰箱空调、工商制冷设备和建材泡沫等)使用寿命较长,可能会造成滞后的臭氧层破坏或气候变化影响.本研究结合自下而上的清单数据分析,采用动态物质流模型系统估算和预测了1990—2060年我国耐用产品和设备中HCFCs和HFCs的总体排放量,并评估了其导致的气候变化影响.结果表明,这两大类非二氧化碳温室气体的直接排放量将于2025年前后达到峰值(22.5±2.0)万t·a^(-1),二氧化碳当量约为(4.0±0.3)亿t·a^(-1),非干预条件下2023—2060年累积排放量可达(79±7)亿t二氧化碳当量,但若采取有效的监管手段和先进回收处理技术,报废阶段减排量最高可达70%.进一步加强氟碳化学品的排放控制,特别是废弃阶段的排放控制仍是环境保护主管部门亟待解决的突出难题.

关键词：制冷剂氢氯氟烃氢氟烃气候变化影响减排潜力

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流程工业一体化安全管控探讨

化工学报 2024年第6期75卷 2375-2384页

作者：张建文赵挺生万平玉王倩琳窦站徐波北京化工大学安全工程系北京100029 北京化工大学化学工程学院北京100029 华中科技大学数字建造与工程管理系湖北武汉430074 北京化工大学新危险化学品评估及事故鉴定基础研究实验室北京100029 中国安全生产科学研究院北京100012

化工、冶金、石化、钢铁、造纸、电力等流程工业是国家经济社会发展的重要支柱,其安全高效生产具有重要的战略意义。流程工业生产过程工艺繁多、流程长、工序关联耦合,从原料到产品涉及诸多物理化学变化、物质转移转化和能量转换转移等... 详细信息

化工、冶金、石化、钢铁、造纸、电力等流程工业是国家经济社会发展的重要支柱,其安全高效生产具有重要的战略意义。流程工业生产过程工艺繁多、流程长、工序关联耦合,从原料到产品涉及诸多物理化学变化、物质转移转化和能量转换转移等多源、多尺度与多时空因素的交互作用,影响生产安全、物效能效与生态环境。如何实现流程工业一体化安全管控,是一个长期存在又不断变化的问题。一体化安全管控困难的本质在于物质流能量流到数字流的映射、数字流到高质量信息流的转化、信息流到控制流的转换等问题。探讨如何突破物质流、能量流到数字流映射过程的数字化鸿沟,突破数字流到高质量信息流转变的数智化壁垒、信息流到控制流转换的数滞化障碍,保障物质流能量流不失控、数字流信息流不失真、控制流不失误,提出了流程工业一体化安全管控的“五流三化三不”新思路,以期为流程工业一体化安全管控提供新的框架体系基础,促进流程工业的可持续发展。

关键词：流程工业生产安全过程控制五流三化三不

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高温烟气热解废轮胎过程中痕量金属Cu、Pb的迁移特性分析

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化工进展 2024年第3期43卷 1606-1613页

作者：张鑫汤吉昀陈娟宋占龙董勇姚洪山东大学能源与动力工程学院山东济南250061 昌吉学院能源与控制工程学院新疆昌吉831100 华中科技大学能源与动力工程学院煤燃烧与低碳利用全国重点实验室湖北武汉430000

废轮胎(WT)作为一种常见固废,不合理的处置会对环境造成较大污染。本文采用燃煤高温烟气对WT进行热解,重点研究了热解过程中重金属Cu和Pb的释放特性,以及不同金属氧化物(CaO、MgO、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3))对两种重金属的控制效果,此... 详细信息

废轮胎(WT)作为一种常见固废,不合理的处置会对环境造成较大污染。本文采用燃煤高温烟气对WT进行热解,重点研究了热解过程中重金属Cu和Pb的释放特性,以及不同金属氧化物(CaO、MgO、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3))对两种重金属的控制效果,此外还研究了添加聚氯乙烯(PVC)对两种重金属迁移释放的影响。结果表明,当热解时间为10min时,两种元素已经基本释放完全。高温促进了Cu的富集,而低温反而促进了Cu的释放。对Pb元素而言,随着温度的升高,其释放量不断增加,展现出明显的线性规律。当WT添加金属氧化物热解时,MgO促进了Cu的富集,而Al_(2)O_(3)促进了Pb的富集。当WT添加PVC热解时,低温促进了Cu的富集,而高温促进了Cu的释放。但不论温度的高低,PVC的添加使得Pb几乎完全释放。此时,添加Fe_(2)O_(3)对两种重金属的释放均起到了抑制作用。

关键词：废轮胎热解高温烟气铜铅