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基于全非线性边界元法的楔形体入水冲击载荷特性研究

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兵器装备工程学报 2024年第6期45卷 26-33页

作者：王强焦甲龙山西能源学院山西晋中030600 华南理工大学广州510006

在兵器入水、飞行器迫降水面等结构物入水冲击问题属于强非线性流固耦合问题,计算时网格的划分重构、数值稳定与传递,以及射流根部的数值准确求解,通常制约着计算模拟的成败。本文中建立了一套满足全非线性边界条件的冲击载荷理论预报方... 详细信息

在兵器入水、飞行器迫降水面等结构物入水冲击问题属于强非线性流固耦合问题,计算时网格的划分重构、数值稳定与传递,以及射流根部的数值准确求解,通常制约着计算模拟的成败。本文中建立了一套满足全非线性边界条件的冲击载荷理论预报方法,通过引入拓展坐标系,有效解决了非线性自由液面上网格重构和数值传递的问题;通过引入辅助函数解耦了时域下的运动方程,准确求解了每个时间步下楔形体的速度、加速度和冲击压力,以二维楔形体为研究对象,通过开展落体试验验证了本理论方法的有效性。研究结果表明:流体重力对冲击压力具有显著影响,45°底升角楔形体的入水冲击压力主要分布在1.6倍入水深度的半宽区域内,压力峰值和次峰值一般发生在楔形体的尖端和射流根部;楔形体的冲击压力对较小底升角极为敏感,定量描述了二者之间的非线性关系;壁面效应与入水初速度无显著相关性,但底升角越小壁面效应越显著,45°底升角楔形体入水深度小于水域深度的1/3时,壁面效应尤其明显。研究结果为冲击载荷的理论研究和工程应用提供了参考。

关键词：入水冲击落体试验边界元法拓展坐标系冲击压力壁面效应

含电磁分流阻尼双层准零刚度隔振系统的动力学特性分析

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机械工程学报 2024年第5期60卷 157-168页

作者：马召召周瑞平杨庆超 LEE Heow Pueh 柴凯武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 新加坡国立大学机械工程系新加坡117575 海军工程大学舰船与海洋学院武汉430033

双层准零刚度隔振器(Two-stage quasi-zero-stiffness vibration isolator,TQZS VI)可以有效地抑制低频振动以及迅速衰减高频振动,电磁分流阻尼器(Electromagnetic shunt damping,ESD)也被证明是从振动结构收集能量的可行方式。通过集成TQZS VI和ESD,提出了一种能够实现振动控制和能量收集双功能的新型TQZS VI。所提出装置的准零刚度是通过垂直弹簧与两个并联的横向弹簧实现的,电磁分流阻尼作为上下层之间的黏性耗散元件,由连接到外部谐振电阻-电容-电感(Resistance-capacitance-inductance,RCI)串联电路的ESD提供。首先,建立了含电磁分流阻尼双层准零刚度隔振器(Two-stage quasi-zero-stiffness vibration isolator with electromagnetic shunt damping,ESD-TQZS VI)的力学模型和数学模型。然后,采用谐波平衡方法(Harmonic balance method,HBM)和弧长延拓方法求解了ESD-TQZS VI的幅频响应方程。从力传递率和输出功率的角度,分析了系统参数对振动隔离和能量收集性能的影响,发现大阻尼比有利于衰减谐振峰,同时对能量收集影响较小;大分流电阻不利于衰减谐振峰,而且会使得系统隔振频带变窄。最后,揭示了参数优化后ESD-TQZSVI的分岔及吸引子共存特性。结果表明,ESD-TQZS VI能够显著衰减低频振动的谐振峰值,同时实现振动能量收集。

关键词：准零刚度双层隔振低频振动能量收集电磁分流阻尼

能源系统低碳转型背景下的混合电力市场体系结构与设计

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电力系统自动化 2024年第11期48卷 24-36页

作者：荆朝霞李煜鹏赵昱宣刘肇熙华南理工大学电力学院广东省广州市510640

能源系统低碳转型的背景下,各国电力市场的运行面临多方面的政策边界,为解决政府如何干预市场以实现多维目标的问题,在以两阶段市场竞争理论为核心的混合电力市场的基础上,结合电力市场体系中政府与市场的驱动关系,对混合电力市场展开... 详细信息

能源系统低碳转型的背景下,各国电力市场的运行面临多方面的政策边界,为解决政府如何干预市场以实现多维目标的问题,在以两阶段市场竞争理论为核心的混合电力市场的基础上,结合电力市场体系中政府与市场的驱动关系,对混合电力市场展开进一步研究。首先,对传统电力市场的均衡原理和面临的挑战进行了深入分析,并对电力市场中政府干预市场的原因进行分类讨论,包括外部性、市场体系不完善、市场机制不完善、市场竞争不完美等。然后,结合两阶段市场竞争理论对混合电力市场基本结构的意义和面临的挑战进行讨论。在此基础上,提出了包括短期和长期、市场和政府的两维四模块的混合电力市场扩展结构,并对其设计的关键步骤和内容进行了分析。最后,结合中国电力市场建设存在的问题,对混合电力市场中政府干预方式的设计进行了讨论。

关键词：低碳转型能源系统电力市场政府干预市场失灵政府授权合约

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金属玻璃蠕变及回复行为研究综述

稀有金属材料与工程 2024年第1期53卷 47-55页

作者： Nabahat Mehran 段亚娟徐宗睿乔吉超 Pineda Eloi 加泰罗尼亚理工大学能源技术研究所物理系西班牙巴塞罗那08019 西北工业大学力学与土木建筑学院陕西西安710072

由于非晶合金独特的无序结构,其结构动力学特征涉及较大时间与尺寸跨度的粒子重排。作为深入研究金属玻璃体系弛豫行为与老化动力学的基础,对非晶合金结构动力学的表征和理解至关重要。大量研究表明,以镧基和铈基为代表的稀土基非晶合... 详细信息

由于非晶合金独特的无序结构,其结构动力学特征涉及较大时间与尺寸跨度的粒子重排。作为深入研究金属玻璃体系弛豫行为与老化动力学的基础,对非晶合金结构动力学的表征和理解至关重要。大量研究表明,以镧基和铈基为代表的稀土基非晶合金的弛豫谱呈现明显次级弛豫过程,该体系亦成为探究非晶合金结构动力学与力学性能关联的理想载体。本文主要就金属玻璃的滞弹性变形作了详细评述。作为蠕变实验中变形的主要成分,这类变形在卸载后可完全回复,对其合理描述是深入理解非晶合金结构动力学的关键。此外,总结了蠕变和蠕变回复过程中滞弹性变形的主要特征,并介绍了几种可用于定量或定性分析的理论模型。

关键词：蠕变金属玻璃结构动力学老化动力学

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转炉气化脱磷炉渣留渣吹炼成渣路线理论分析

炼钢 2024年第1期40卷 19-23页

作者：佟帅李晨晓王书桓艾立群薛月凯洪陆阔华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210

转炉渣作为炼钢工艺的副产品,具有极大的综合利用潜力,但磷元素富集限制了在炉内循环利用。基于溅渣护炉过程中进行熔渣气化脱磷操作,在实验室开展焦炭还原转炉渣气化脱磷热态试验。研究结果表明:留渣碱度在2.81~3.71时,气化脱磷渣的磷... 详细信息

转炉渣作为炼钢工艺的副产品,具有极大的综合利用潜力,但磷元素富集限制了在炉内循环利用。基于溅渣护炉过程中进行熔渣气化脱磷操作,在实验室开展焦炭还原转炉渣气化脱磷热态试验。研究结果表明:留渣碱度在2.81~3.71时,气化脱磷渣的磷分配比随炉渣碱度的升高而增大;留渣的FeO质量分数在16%~28%时,随着FeO含量的增加,气化脱磷渣的磷分配比增大。气化脱磷渣具备一定的脱磷能力,在脱磷阶段的理论成渣路线应遵循高FeO含量,碱度先由高到低,然后缓慢增加,成渣过程中理论渣系控制在R=1.55~3.17,w(FeO)=28%~46%。采用该成渣路线进行生产实践,终点钢水磷质量分数降低了0.006百分点,钢铁料消耗降低了4 kg/t,渣料消耗降低了4.6 kg/t,既保证了高效脱磷,又降低了冶炼成本。

关键词：转炉渣气化脱磷渣磷分配比成渣路线

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不对称电网下MMC并网系统控制策略研究

不对称电网下MMC并网系统控制策略研究

作者：曲雨霏重庆理工大学

学位级别：硕士

光伏发电因其清洁、可再生和维护简便等特点,在新能源发电领域引起广泛关注。模块化多电平换流器(MMC)凭借高可靠性、高效率、高功率密度等优点,在光伏并网系统中具有很大的潜力。作为光伏并网系统的核心换流器,MMC能有效抑制谐波、提... 详细信息

光伏发电因其清洁、可再生和维护简便等特点,在新能源发电领域引起广泛关注。模块化多电平换流器(MMC)凭借高可靠性、高效率、高功率密度等优点,在光伏并网系统中具有很大的潜力。作为光伏并网系统的核心换流器,MMC能有效抑制谐波、提高电能质量、实现高效的光伏并网。但是MMC存在子模块电容电压波动明显,相间环流以及系统参数变化和工作条件改变带来的并网系统响应速度慢、控制精度低等问题。当电网不平衡时,并网系统难以实现电网同步。因此,研究MMC并网系统控制策略具有十分重要的意义。首先,分析MMC的结构和数学模型,详细阐述了MMC半桥子模块在不同工作模式下的工作原理和特性;确定MMC主电路中两个关键参数—电容参数和桥臂电感参数的合适取值范围;比较各种调制方式的优缺点,综合考虑后选择载波移相调制作为MMC的调制方式;并在RT-LAB平台搭建模型,为所提控制策略进行实验验证。其次,针对子模块电容电压不平衡和三相桥臂间存在环流分量的问题,分析子模块电容电压波动以及环流机理,提出基于自抗扰控制的单环子模块均压控制;结合二阶广义积分器(SOGI)滤波环节提取交流分量,使用准PR控制对环流二倍频分量进行抑制;通过仿真验证所提策略在稳态和动态条件下可有效平衡能量在MMC子模块电容之间的分配。再次,为实现MMC的高性能并网控制,提高电网在正常和短路故障时的控制精度和动态响应速度,通过建立MMC的超局部模型,结合扩张观测器(ESO)准确估计系统内部状态的优势,提出了基于ESO的MMC无模型电流控制,能够利用系统的反馈信息和数据驱动的方式实现系统状态的估计和控制。最后,为了在不平衡电网下能够快速准确地锁相,实现电网同步,利用SOGI的滤波能力,提出了一种改进的解耦双同步坐标系锁相环结构,可以较好地抑制电网电压中的谐波分量,同时实现准确而快速的相位、频率和正负序分量锁定,以满足电网并网的要求。面临电压跌落、直流偏置、电压畸变谐波等不对称电网工况,改进方案均可实现快速稳定。

关键词：模块化多电平换流器子模块均压环流抑制双闭环控制电网同步

三相电压型PWM整流器模型预测及滑模控制策略研究

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同方学位论文库

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三相电压型PWM整流器模型预测及滑模控制策略研究

作者：苏鑫重庆理工大学

学位级别：硕士

随着清洁能源的广泛使用以及电力电子技术的迅速发展,三相电压型脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)整流器因其具有低网侧电流谐波、单位功率因数运行、高功率输出以及可控直流电压等优势,在新能源汽车充电、风力发电、工业变流... 详细信息

随着清洁能源的广泛使用以及电力电子技术的迅速发展,三相电压型脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)整流器因其具有低网侧电流谐波、单位功率因数运行、高功率输出以及可控直流电压等优势,在新能源汽车充电、风力发电、工业变流和高压直流柔性输电等领域得到了广泛应用。三相电压型PWM整流器广泛地应用对运行性能有了更高的要求,由此提高三相电压型PWM整流器运行性能的研究具有较大意义。本文以三相电压型PWM整流器为研究对象,从提高整流器的动、静态性能和抗干扰能力等角度对其控制策略展开了相关研究,设计了改进趋近律模型预测滑模控制策略,具体研究工作总结如下。首先,对PWM整流器的拓扑、工作原理进行了阐述。在此基础上,基于数学分析建立了其在不同坐标系下的数学模型,为控制策略研究的提供了理论基础。其次,基于有限控制集模型预测控制原理,设计了优化的模型预测控制策略。针对其控制算法遍历寻优过程较为复杂,对控制器的要求较高,设计了优化单矢量模型预测控制策略,通过参考电压扇区判断缩小电压矢量寻优范围,简化算法复杂度;同时为了提高模型预测控制精度、减小预测误差,在单矢量基础上,设计了优化三矢量模型预测控制策略,采用两步预测补偿延迟误差,三矢量控制不局限于基础电压矢量作用,实现任意方向电压作用,提高了控制精度。仿真实验验证了优化三矢量模型预测控制策略减少了网侧电流谐波含量,提高了系统稳态性能。然后,为了提高整流器的抗干扰能力,设计了改进趋近律模型预测滑模复合控制策略。详细阐述了滑模控制原理,将整流器电压外环采用滑模控制替代传统PI控制,滑模控制提高了系统抗干扰能力的同时也带来系统抖振问题,由此设计了改进趋近律的滑模控制,解决滑模抖振和趋近速度之间矛盾的问题。搭建了改进趋近律模型预测滑模复合控制器,仿真实验表明,整流器的动态、静态性能和抗干扰能力均得到了提升。最后,设计了三相电压型PWM整流器的实验平台,分别从硬件设计和软件设计两个部分详细介绍实验平台的搭建,并进行了相关实验。结果表明,本文设计的控制策略具有可行性,有效降低了网侧电流谐波含量,对于负载跳变干扰具有更快跟踪速度和抗干扰能力,改善了整流器的动、静态性能,对工程应用提供了一定理论参考。

关键词：三相电压型PWM整流器模型预测控制滑模控制趋近律

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三相降压型PWM整流器控制策略研究与设计

三相降压型PWM整流器控制策略研究与设计

作者：何黎鹏重庆理工大学

学位级别：硕士

随着新能源与电网连接需求持续上升,电力电子变换器作为关键技术接口备受重视,其研究和应用日益受到广泛关注。三相降压型PWM整流器以其降压输出、直接电流控制和谐波电流抑制等优点,已在多个领域得到广泛应用,如:动力电池组充电、数据... 详细信息

随着新能源与电网连接需求持续上升,电力电子变换器作为关键技术接口备受重视,其研究和应用日益受到广泛关注。三相降压型PWM整流器以其降压输出、直接电流控制和谐波电流抑制等优点,已在多个领域得到广泛应用,如:动力电池组充电、数据中心供电、航空电源及可再生新能源发电等。然而,当三相Buck整流器负载发生突变时,将引起输出电压出现过冲、下冲并伴随较长的恢复过程。同时,在非理想电网条件下,会引起整流器输出电压出现二倍频纹波和网侧电流存在三次谐波。对此,本文以三相Buck整流器为研究对象,对其电网平衡和电网不平衡工况下的控制策略进行了研究。首先,介绍了三相Buck整流器的拓扑结构和工作原理,在不同坐标系下建立了数学模型,并揭示了电网不平衡情况下产生低次谐波的机制。其次,针对三相Buck整流器直流侧输出电压波动及负载突变导致的电压超调问题,提出了一种改进型控制策略,结合改进型无差拍预测电流控制与负载功率前馈补偿。为降低控制延时带来的影响,将控制算法预测至k+2时刻并利用算术迭代过程消掉k+1时刻电流,从而提高了网侧电流控制精度以及降低了电流谐波含量。为避免多余的电流传感器使用,又提出一种自抗扰控制与改进型无差拍预测控制级联的综合控制策略。外环引入自抗扰控制直流侧输出电压,通过扩张状态观测器实时估计系统扰动量并加以补偿,不仅克服了PI控制器参数调节复杂和抗干扰能力差的问题,而且在负载突变情况下实现了快速稳定输出电压。此外,考虑到不平衡条件可能导致直流侧和网侧出现大量低次谐波,对后级变换器的供电稳定性和安全性带来不利影响。针对该问题,通过建立约束条件和采用恒有功功率方案,根据瞬时功率理论设计内环电流参考指令,并利用改进型无差拍控制实现网侧电流对参考电流的跟踪,有效抑制了直流侧低频纹波,降低了交流侧电流的三次谐波含量。同时,采用了一种创新的方法,无需使用电流传感器即可准确计算网侧电流,极大地简化了系统设计。最后,通过Matlab/Simulink软件以及6k W实验样机对本文所提控制策略进行验证,并对样机硬件辅助电路的设计过程、功率器件的选型以及软件实现进行了详细说明。结果表明,在电网平衡工况下,系统负载在突增、突减变化时,输出电压波动得到有效抑制;在不平衡工况下,成功地抑制了直流侧和网侧低次谐波,实现了网侧电流正弦化和直流侧电压稳定输出。

关键词：三相Buck整流器改进型无差拍控制自抗扰控制电压波动抑制

基于当量电价的高耗能企业减碳行为演化博弈研究

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基于当量电价的高耗能企业减碳行为演化博弈研究

作者：田洪莉重庆理工大学

学位级别：硕士

随着国家“碳达峰碳中和”和“能耗双控”任务的日趋紧迫,能源要素和碳排放指标市场化程度的逐步深入,如何有效利用各种政策和市场工具,提升高耗能企业的节能减排效果成为各级政府关注的重要任务。电碳联合市场中的电价及不同类别电价... 详细信息

随着国家“碳达峰碳中和”和“能耗双控”任务的日趋紧迫,能源要素和碳排放指标市场化程度的逐步深入,如何有效利用各种政策和市场工具,提升高耗能企业的节能减排效果成为各级政府关注的重要任务。电碳联合市场中的电价及不同类别电价的差别系数、碳价和碳配额指标等因素能够对高耗能企业的节能减碳产生积极影响。因此,考虑电碳联合市场环境下,研究政策手段和市场价格对高耗能企业节能减碳行为的影响对优化政策措施,提高市场效率具有重要意义。本文基于演化博弈理论,引入政府动态奖惩机制,构建了电碳联合市场下的政府与高耗能企业的减碳行为博弈模型,开展了演化稳定性分析。此外,为进一步探究电价模式对高耗能企业减碳行为的影响,本文设计了一种引入有效容量作为容量成本参考系的改进当量电价体系,研究了不同电价模式对企业减碳行为的影响。具体研究内容包括:(1)论文首先分析了电碳联合市场的政策背景和高耗能企业在电力市场和碳市场中的参与情况,然后基于演化博弈理论建立了高耗能企业和政府的减碳行为模型,并运用微分方程稳定性定理分析了高耗能企业在政府静态奖惩和动态奖惩下减碳行为策略的演化稳定性,最后,结合具体算例对演化博弈模型进行仿真分析。结果表明在政府动态奖惩机制下,双方存在唯一的演化稳定策略,演化轨迹表现为一条螺旋线;高耗能企业减碳行为概率与政府奖励上限、电价激励、政府惩罚下限呈正相关;政府监管力度比监管成本对高耗能企业减碳行为概率影响更大。研究成果可为政府制定监管政策和评估监管效果提供参考依据。(2)为保证在高比例新能源渗透和电力市场环境下电力供应的充裕性,考虑到单一电度电价对燃煤机组容量补偿不够的背景,论文将有效容量引入当量电价体系,构建了一种改进的当量电价模型,并通过电价联动得到高耗能企业在不同发电商上网电价即统一出清电价、两部制电价以及改进当量电价的用户电价,结合具体算例仿真并分析了不同电价模式对高耗能企业减碳行为概率的影响。结果表明在三种电价模式中改进当量电价模式下的高耗能企业减碳行为概率更大。在改进当量电价有效运行情况下,当减碳总体目标可控时,电价激励可以适时取消。以上研究可为促进高耗能企业节能降碳,优化电力市场可持续运行提供参考。

关键词：电碳联合市场高耗能企业减碳行为动态奖惩演化博弈改进当量电价