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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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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

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基于负荷台阶的工业需求响应用户优选方法

中国电力 2024年第1期57卷 18-29页

作者：苏湘波吕睿可郭鸿业陈启鑫清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

在未来高比例新能源渗透下,供需平衡不确定性逐步增加,需求响应是通过挖掘用户侧灵活性资源保障系统电力电量平衡的重要手段。在电力部门进行需求响应工作时,需要使用历史数据来初步评估负荷响应潜力,以便选择潜力高的用户并展开动员工... 详细信息

在未来高比例新能源渗透下,供需平衡不确定性逐步增加,需求响应是通过挖掘用户侧灵活性资源保障系统电力电量平衡的重要手段。在电力部门进行需求响应工作时,需要使用历史数据来初步评估负荷响应潜力,以便选择潜力高的用户并展开动员工作。面向表征工业用户用能特点的负荷台阶,对其进行了定义并给出了数学表达,进而提出了基于负荷台阶的工业需求响应用户优选方法。首先,构建了基于负荷台阶的工业用户多时间尺度需求响应潜力指标体系;然后,构建了需求响应用户优选模型,实现对不同用户响应潜力的初评估,并利用k-means算法和近邻传播算法进行群体划分,在不同时间尺度对用户进行优选;最后,基于水泥、造纸等4个行业的多个工业用户实际负荷数据进行算例分析,呈现了所提方法下工业需求响应的用户优选结果。

关键词：工业需求响应负荷台阶效应潜力评估用户优选

面向新型电力系统运行的数据-物理融合建模综述

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中国电机工程学报 2024年第13期44卷 5021-5036,I0001页

作者：阮广春何一鎏谭振飞钟海旺清华大学电机工程与应用电子技术系北京市海淀区100084

构建新型电力系统是我国实现碳达峰、碳中和目标的关键,将给电力工业带来深刻变革与挑战。数据-物理融合建模(简称融合建模)是一类新兴的建模技术,能够同时发挥物理机理与数据的价值,有望成为新型电力系统重要的分析工具。为此,该文首... 详细信息

构建新型电力系统是我国实现碳达峰、碳中和目标的关键,将给电力工业带来深刻变革与挑战。数据-物理融合建模(简称融合建模)是一类新兴的建模技术,能够同时发挥物理机理与数据的价值,有望成为新型电力系统重要的分析工具。为此,该文首先梳理融合建模的相关概念与应用场景,讨论近年来国内外的研究趋势与热点。进而从技术特征和融合模式两方面,提出针对融合模型的分析框架。同时,聚焦于新型电力系统运行领域,全方位总结整理融合建模在应对现有技术挑战方面的潜在优势及不足,并展望未来研究与工程实践的重点发展领域。

关键词：新型电力系统高比例可再生能源数据驱动知识驱动人工智能机器学习

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IGCT门阴极换流路径杂散阻抗在线监测方法研究

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电网技术 2024年第5期48卷 2152-2160页

作者：朱鸿凡吴锦鹏王鹏陈政宇刘佳鹏余占清曾嵘清华大学电机工程与应用电子技术系北京市海淀区100084

集成门极换流晶闸管(integrated gate commutated thyristor,IGCT)换流路径杂散阻抗是评估其关断能力的重要参数,现有离线测量方法有诸多缺陷并且测试过程复杂,实时性差。该文主要针对IGCT换流路径杂散阻抗在线监测问题,结合IGCT关断过... 详细信息

集成门极换流晶闸管(integrated gate commutated thyristor,IGCT)换流路径杂散阻抗是评估其关断能力的重要参数,现有离线测量方法有诸多缺陷并且测试过程复杂,实时性差。该文主要针对IGCT换流路径杂散阻抗在线监测问题,结合IGCT关断过程,分析了换流路径杂散阻抗的构成;根据基尔霍夫电流定律(Kirchhoff’s current law,KCL)、基尔霍夫电压定律(Kirchhoff’s voltage law,KVL)推导了换流路径电压、电流方程,进而提出基于阴极集成印刷电路板(printed circuit board,PCB)式电流传感器的换流路径杂散参数在线监测方法;采用高速采集卡和LabVIEW软件,构建了测量系统;通过在高压、大电流加速老化测试平台上的实际测试,实现了mΩ级电阻与nH级电感的杂散阻抗准确提取,验证了在线监测方法的有效性。

关键词：集成门极换流晶闸管换流路径杂散阻抗在线监测

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基于改进FCI算法的电力负荷-气象数据因果关系图辨识

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中国电机工程学报 2024年

作者：张广伦钟海旺清华大学电机工程与应用电子技术系

电力系统中，存在着大量不同时间尺度的时间序列变量，如运行场景下的功率负荷曲线，暂态场景下的电压电流波形等。其中，负荷与其他时序变量之间的关联关系在负荷预测、调度运行等场景下均有着广泛的研究。作为关联关系的一种表述形式... 详细信息

电力系统中，存在着大量不同时间尺度的时间序列变量，如运行场景下的功率负荷曲线，暂态场景下的电压电流波形等。其中，负荷与其他时序变量之间的关联关系在负荷预测、调度运行等场景下均有着广泛的研究。作为关联关系的一种表述形式，因果性具有明确的物理意义，所描述的关联性信息冗余度小，能够在一定程度上反映电力系统的物理运行规律，在电力大数据的背景下具有广泛的应用前景。本文提出一种基于多种因果辨识原理的改进FCI（Fast Casual Inference，快速因果推断）算法，并将其用于电力负荷-气象数据因果关系辨识中，建立负荷及多种气象时序数据间的因果关系图。基于某地2019年至2022年的实际数据开展案例分析，并与基于相关性分析建立关联关系图的方法进行了对比，验证了本文所提方法的有效性。

关键词：因果分析因果发现电力负荷气象因素

面向MMC应用的大功率IGCT器件加速老化试验拓扑研究

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中国电机工程学报 2024年

作者：朱鸿凡吴锦鹏王鹏刘佳鹏陈政宇余占清赵彪曾嵘清华大学电机工程与应用电子技术系

集成门极换流晶闸管（IGCT）具有阻断电压高、通流能力强等特点，在柔性直流输电等领域具有广阔的应用潜力。但其在高电压、大通流应力下的可靠性问题，成为限制应用的潜在因素，如何针对不同工况开展加速老化等效测试成为开展可靠性研... 详细信息

集成门极换流晶闸管（IGCT）具有阻断电压高、通流能力强等特点，在柔性直流输电等领域具有广阔的应用潜力。但其在高电压、大通流应力下的可靠性问题，成为限制应用的潜在因素，如何针对不同工况开展加速老化等效测试成为开展可靠性研究的关键瓶颈。本文以MMC工况为代表，针对IGCT器件可靠性等效测试难题开展研究。首先分析了MMC工况下IGCT器件的暂态电气应力和长期电热应力，分别采用TCAD仿真软件与平均值等效计算模型定量获得了IGCT器件在实际工况下的应力大小；其次，基于应力分析结果，提出了一种三半桥式两级电流应力加速老化试验拓扑，设计并搭建了2500V/4000A/150Hz参数的IGCT加速老化试验平台；最后，开展了约100h高压、大电流老化运行试验，验证了平台具备长时运行的能力，且等效测试应力达到设计要求。本文所提出的等效拓扑及其构建方法，不仅解决了MMC工况下IGCT器件的加速老化测试问题，对其他交直流变换工况、其他类型功率半导体亦有很好的参考价值。

关键词：集成门极换流晶闸管可靠性加速老化试验电热应力电力电子

阵列式直驱波浪发电系统集中式模型预测控制方法

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电力系统自动化 2024年

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

将多个波浪能发电装置组成阵列是大规模开发波浪能的发展趋势。对于阵列式直驱波浪发电系统,采取合适的能量优化控制方法能显著提升波浪能捕获效率。然而，由于阵列式系统存在浮子间的相互辐射作用，已有的集中式模型预测控制（MPC）面... 详细信息

将多个波浪能发电装置组成阵列是大规模开发波浪能的发展趋势。对于阵列式直驱波浪发电系统,采取合适的能量优化控制方法能显著提升波浪能捕获效率。然而，由于阵列式系统存在浮子间的相互辐射作用，已有的集中式模型预测控制（MPC）面临在线计算量大、难以工程应用的困难，而将各浮子视作独立系统的分布式MPC则存在能量捕获效率的损失。对此，文中提出一种改进的集中式MPC方法，将优化区间与约束区间进行解耦，可在保障系统整体能量捕获效率的同时，大幅减少计算开销，提升系统的实时控制性能。通过仿真研究分析了约束区间解耦方法的性能，并在多种波浪工况条件下验证了所提出方法的有效性。

关键词：波浪能阵列式直驱式模型预测控制