考虑500kV影响的特高压电网GIC-Q扰动计算

计算地磁暴在电网衍生的地磁感应电流(GIC)流经变压器次生的GIC无功(GIC-Q)损耗增量,以及认识全网变压器同时突发的GIC-Q扰动及其变电站节点的电压变化是地磁暴电网灾害防御需要研究、解决的问题.提出了基于变压器U-I曲线和铭牌参数计算1000 kV变压器GIC-Q损耗的方法,以我国新建1000 kV及相关500kV电网GIC计算数据为基础,考虑500 kV变压器GIC-Q损耗对特高压电网GIC-Q扰动的影响,运用牛顿法计算了特高压电网GIC-Q扰动下的全网节点电压波动,分析了全网变压器GIC-Q损耗增大对1000 kV电网和500kV电网节点电压的影响,以及两个电压等级电网GIC-Q扰动的相互作用.计算结果表明,在正常运行方式下,1000 kV福州站的电压波动最大,电压下降为74.48 kV,相对额定电压的偏移达到-7.13%,超过了运行电压的偏移不超过额定电压±5%的规程规定.而74.48 kV的电压突然下降,会不会导致电网SVC装置输出的无功功率大幅度的降低,以及全网变压器无功消耗突然增大、全网SVC装置输出无功突然下降的效应是需要进一步研究的问题.     

地磁暴侵害我国高铁和油气管道的观测研究

为研究地磁暴会不会对中低纬地区的铁路和输油气管道的安全造成严重的影响,通过对我国高铁地磁暴地磁扰动(GMD)侵害的观测实验和油气管道侵害的调研,获得了GMD侵害京港客运专线鹤壁东站电气系统的地磁感应电流(GIC)和西气东输管道的管地电位(PSP)的数据.本文分析了高速铁路和油气管道观测数据与观测点附近地磁台地磁数据的相关性,GMD侵害铁路和油气管道的物理过程和响应机制与公共电网遭受到GMD侵害的异同,以及所观测的GMD侵害事件对高铁电气设备安全和油气管道腐蚀的可能影响.结果表明,2015年3月18日和6月23日地磁暴在京港客运专线鹤壁东站轨道电路回路产生的GIC最大值分别为1.30和1.80 A,中、小地磁暴产生的PSP会超过油气管道的阴极保护装置的启动限值;说明纬度的高低只是地面管网地磁暴灾情、灾害的影响因素之一,高铁电气系统和油气管道的构成及结构的影响是主要原因,地面管网系统的地磁暴影响是全球性的问题.     

应用于智能电网的高压直流电流及谐波测量方法研究

智能电网的发展对相应的测量设备提出了更高的要求,包括体积小、重量轻、准确度高、测量频带宽等.本文研究了一种应用于智能电网的高压直流电流及谐波电流测量方法.直流电流测量采用基于霍尔磁场传感阵列的测量方式,采用多个传感器构成传感阵列,有效降低导体偏心、偏角等因素的影响;直流谐波电流测量采用4个直线型线圈构成的方形Rogowski线圈作为传感单元,并利用改进的高精度数字积分算法实现线圈输出的积分还原,大大降低了频率变化等因素的影响.同时,提出一种基于梯形自卷积窗的四谱线插值DFT算法,有效提高了直流分量及谐波分量的提取准确度.测试及应用结果表明,该新型高压直流测量互感器直流电流测量误差小于0.10%,谐波测量比差变化小于0.2%,角差变化小于8′,输出信号为数字量.该测量设备具有准确度高、测量频带宽、体积小等优点.     

日照温度对大型射电望远镜轴角测量误差的影响及修正方法

指向精度是大型射电望远镜的关键指标之一,长时间观测表明日照引起的温度梯度会严重影响大型射电望远镜轴角的测量误差,导致指向精度恶化.以国家天文台密云站50 m射电望远镜为主要研究对象,通过有限元分析计算了天线座架不同部位热变形引起的轴角测量误差,对误差产生的主要原因进行了研究.进行了天线座架温度和轴角误差测量实验,表明轴角测量误差与日照温度梯度存在非常强的相关性,相关系数达到76%～99%,验证了仿真计算结果的正确性.根据仿真计算、验证实验的分析结果,提出了基于天线结构温度梯度测量的轴角测量误差修正方法.本文为大型射电望远镜的结构设计、降低结构温差措施和指向误差的精确修正等提供了理论和实验依据.     

双电压等级电网GIC的相互作用特征

电网地磁感应电流(GIC)影响因素多、机制复杂.计算普通变压器为主的500 k V电网的GIC,通常忽略220 k V及以下电网的GIC.中国2005和2009年开始建设的750,1000k V电网普遍采用单相自耦变,变压器原副边有直接电气联系,研究原副边电网GIC的相互作用特征和影响因素,对研究变压器干扰效应、评估地磁暴灾害风险和治理电网GIC具有重要意义.本文以中国甘肃750与330 k V电网和建成及在建1000与500 k V电网为例,运用国际上2012年新推出的"GIC-Benchmark"标准算例,分别考虑忽略和不忽略变压器副边电网GIC的影响,建立了甘肃主网和特高压及500 k V电网的GIC模型,计算了相当于2004年11月9~10日地磁暴作用下的甘肃主网和特高压及500 k V电网的GIC水平.比较分析了各种情况下电网GIC的相互作用及影响,探明了两种电压等级电网GIC的相互作用特征,以及副边电网GIC对750和1000 k V变压器GIC的贡献.希望为电网GIC准确计算、地磁暴灾害风险评估及电网GIC治理提供科技支撑.     

一种基于微带天线的应变测量技术

结构在长期使用中常常会产生裂纹，裂纹萌生时的尺寸一般很小，不容易被发现；当裂纹被发现时，往往已经扩展，甚至接近临界尺寸，危及结构安全．由于裂纹主要产生在结构的应变集中处，所以对“关键区域”的应变进行监测可以作为裂纹萌生的表征．传统的应变测量技术很难满足长时间、低成本、快速检测等要求．为克服传统应变传感器的缺点，本文对基于微带天线的应变测量技术进行了可行性探究．微带天线的中心频率与自身尺寸有关：当其变形时，中心频率也会发生相应的偏移．因此，可利用微带天线中心频率的变化来表征应变．本文设计和制作了四种不同尺寸的微带天线，以探兖基于微带天线的应变测量技术，同时研究其影响因素．将天线黏附在悬臂梁上，并在悬臂梁自由端处施加载荷，进行应变测量实验．通过矢量网络分析仪得到回波损耗S-一曲线，并获得应变与微带天线频率偏移的关系．分析结果显示，应变与中心频率偏移之间存在近似线性关系，可利用微带天线测量应变．     

基于单传感器的旋转叶片振动测量与参数辨识方法

叶尖定时技术作为一种非接触式叶片振动测量方法,是叶片状态监测的有效手段.针对叶尖定时采样数据存在的高度欠采样特点,目前已提出多种叶片振动测量与参数辨识方法.然而,现有方法大多需要在机匣上安装多支传感器,并对传感器的位置分布具有较为严格的要求,在工程实践中可能难以实现.针对这一不足,本文提出一种基于单传感器的旋转叶片振动测量与参数辨识方法.根据叶尖振动与传感器输出脉冲信号的关系,分析了利用单传感器的叶片振动测量和叶片振动参数辨识原理,使用仿真模型对该方法进行了验证,并分析了不同噪声水平对叶片振动参数辨识结果的影响;进一步利用旋转叶片试验台开展试验研究,通过与叶片动应变测试结果对比,验证了方法的有效性.     

吸气式空空导弹FADS系统设计

分析了吸气式空空导弹FADS系统设计面临的关键技术难点及设计流程.针对吸气式空空导弹大长细比布局、高机动、大攻角和低成本控制等特点,提出了一种高精度、多点故障诊断、容错和可抗大过载的FADS系统设计方法.主要包括基于压力模型、分层诊断和多模型重构容错策略的求解算法设计、系统误差模型设计、高精度和抗大过载压力测量模块设计、以及解算机模块设计等.针对某典型吸气式空空导弹外形设计了9个测压点布局、飞行马赫数2.0~4.5的FADS系统原理样机,在1.2 m×1.2 m超声速风洞完成原理样机的实时解算试验,试验结果表明:静压测量相对误差≤6.9%,马赫数测量误差0.1,攻角和侧滑角的测量误差均1°.重构模型的测量误差接近基准模型的误差;算法诊断故障点数≤3,故障诊断的范围是P1点的偏差≤-20%或≥40%,P2~P9点的偏差≤-30%或≥30%,算法具有≤2故障点的容错能力.系统的测量误差水平、故障诊断和容错能力均能满足工程要求.     

嵌有离子选择性膜的微通道内增强电渗流及除盐效应分析

离子选择性纳米多孔膜材料在分子分离、海水淡化、生物分子富集、电池等诸多科学工程领域都有着非常重要的应用.本文通过数值仿真分析嵌有阳离子选择性膜的带电微通道内增强电渗流以及系统的除盐效应.结果表明,当浓度为1 mmol L~(-1)的KCl溶液在40 V cm~(-1)的外电场驱动下流过长60μm、宽10μm的微通道时,如果在通道中心离子选择膜性上加25 mV的跨膜电压,除盐效率约为29%;而当跨膜电压为250 mV时,除盐效率则高达89%.流体运动方面,在低跨膜电压下,通道内流体运动由传统电渗流主导,压力流主要用于平衡通道上游与下游电渗流速度的差别.然而在高跨膜电压下,膜表面附近生成很强的非线性涡流,进而形成泵效应;通道内流体运动则是压力流为主导,通道上下游均呈现带滑移边界的压力流特征.对照等参数的无膜通道,嵌膜系统在跨膜电压为400 mV时可以实现15倍以上的流速.本文所揭示物理机制可为新型微泵以及海水淡化装置的设计及优化提供重要的指导.     

无线电感传感器及检测线圈的LRC值测量

在现有基于Agilent 4395A阻抗分析仪的无线传感器测量系统的基础上,设计了一个便携的LRC参数测试仪,给出了测量无线电感传感器及检测线圈LRC值的测量原理及其提取LC值的算法.最后通过仿真验证了该算法的正确性.     

新型可测量大变形的弯曲型光纤光栅裂缝传感器

光纤光栅传感技术以其自身的优势,在结构裂缝监测等工作中得到了广泛的应用,然而由于其自身很容易折断的特点,其测量的范围较小.在前人研究成果的基础上,设计了一种简易弯曲型光纤光栅裂缝传感装置,并通过实验对此传感装置的性能进行了验证.实验结果表明,本裂缝传感装置切实可行,可明显提高普通光栅光纤传感器的测量范围,而且具体良好的重复使用能力,以应对实际工程中裂缝开展情况的不确定性.     

包含高相关度密集模态的结构低阶振动控制

为度量密频结构中密集模态组内各模态之间的相关度,定义了模态相关准则,阐述了结构系统具备一定条件时会出现模态频率集聚及对应模态相关度高的特性.在此基础上,通过可控/可观性Gram阵的分块解析形式,分析了作动器/传感器的配置方式对模态相关度高的密集模态组内各模态可控/可观度的影响,据此简化了基于模态可控/可观度准则的元件优化配置问题.此外,证明了密频组模态相关度高时,独立模态控制中可降低控制/观测向量的维度,即减少作动器/传感器的数目,在不损失性能的前提下实现对密频组的降维控制.最后通过算例仿真证明,对包含强相关性密集模态的结构,基于本文理论可简化作动器/传感器的配置问题,并且根据本文理论设计的低阶降维控制系统可实现对结构有效的振动抑制。     

具有小世界特性的低能耗无线传感器网络簇级拓扑研究

本文提出了一种具有小世界特性的无线传感器网络簇级拓扑算法,引入Temple University吴杰教授提出的UCR(unequal cluster-based routing)机制,靠近基站簇尺寸变小,解决基站附近网络耗能过多的热点问题.通过OPNET对构造的簇级拓扑结构进行仿真,当超级节点数目增加到6～18时,平均路径长度降低,路径长度变化率降低,节能曲线变化率升高,能耗降低效果显著.仿真实验还表明,本文提出的具有小世界特性的无线传感器网络簇级拓扑结构对随机攻击具有很强的鲁棒性,具有很好的生存性能.复杂网络理论中的小世界网络具有较大的聚集系数和较小的平均路径长度,通过在原有网络中添加超级节点,形成能与sink节点直接通信的捷径,可以降低网络平均路径长度和能量消耗.目前小世界特性用于WSN的研究中,尚未考虑到sink节点附近的热点问题.     

高光谱卫星海洋遥感资料辐射精度评价模型研究

对于海洋水色遥感卫星来说,辐射定标精度作为一项重要的核心指标,恰恰是目前我国自主海洋水色卫星存在的不足之处,需要对遥感器进行系统的在轨辐射测量精度评价.文中基于大气辐射传输理论开发了一套高光谱卫星海洋遥感资料辐射精度评价模型(HRSREM),可以比较精确地计算出卫星平台接收到的遥感反射率,来衡量可见光遥感数据的测量精度.通过Gordon查找表方法对HRSREM模型的大气Rayleigh散射和气溶胶散射分量的精度验证,表明模型对两种大气散射计算误差小于2%;利用海上现场ASD高光谱仪测量的天空光反射率对模型的前向散射计算结果验证,其光谱平均相对误差约5.4%;利用宽视场海洋水色扫描仪(SeaWiFS)数据对模型的大气顶遥感反射率计算精度进行验证,其相对误差小于3.5%,说明HRSREM模型对卫星遥感资料的光谱辐射测量评价具有很高的精度.利用HRSREM模型对高光谱遥感卫星Hyperion在澳大利亚附近海域测量数据进行精度估算,可见近红外波段的光谱平均相对误差约为7.3%;对中分辨率成像光谱仪(CMODIS)数据精度评价结果表明,CMODIS存在较大的测量误差,特别是近红外波段的定标系数明显偏大,需要重定标来提高定量化处理和应用水平.     

空间智能桁架的传感器作动器位置优化和分散化自适应模糊振动控制

提出了作动器和传感器配置优化和分散化自适应控制方法以解决桁架系统的振动控制问题.建立了主动杆的机电耦合方程,提出了不依赖于控制方法的优化准则,采用遗传算法得到了作动器和传感器在大型空间智能桁架系统中的最优位置.而且设计了一种分散化自适应模糊振动控制器来控制大型空间智能桁架系统.推导了大型空间智能桁架系统考虑剩余模态影响的动力学方程,利用滑模控制方法改进了自适应模糊控制方案,并以T字型桁架结构为例进行了验证性实验.实验结果表明,遗传算法对于作动器和传感器的配置优化是可靠的、有效的,自适应模糊控制器能有效地抑制大型空间智能桁架系统的振动,且没有控制溢出和观测溢出问题.     

基于并联集成光纤布拉格光栅的温度不敏感矢量弯曲传感器

本文提出一种利用飞秒激光逐线法制备并联集成光纤光栅阵列的技术,该光纤光栅阵列中的每个光纤光栅被制备在多模光纤纤芯轴向的相同位置但是径向的不同方位.利用该光纤光栅阵列实现了温度不敏感的矢量弯曲传感器,该传感器不仅可以实现弯曲曲率的测量,而且可以实现任意弯曲方向的判定.通过引入等效光纤光栅的解调方法,即对光纤光栅的反射波长变化做差分运算克服了该传感器弯曲和温度之间的交叉敏感问题,同时将传感器的弯曲灵敏度提高了几乎一倍,从而极大地提高了弯曲传感器的分辨率.因此,该矢量弯曲传感器可实现智能工程结构的弯曲曲率和弯曲方向的实时监测.     

主轴电流信号中铣削力成分的时频分析及提取方法研究

通过电流信号间接监测切削力波动的方法在刀具状态检测中得到了广泛的应用. 但由于实测电流信号具有时变非平稳特性, 使得从电流信号中提取有用力信号表征成分存在一定的困难. 本文针对电流信号的非平稳时变特性, 基于切削力信号的频域分析, 应用小波分析方法来重构电流信号中的切削力表征信号量. 切削力测量试验结果表明文中所提出的重构方法能成功地应用于主轴电流信号, 完成加工切削力波动的监测.     

一种新型瞬态量热计的研制

薄膜电阻温度计和同轴热电偶是两种常用的瞬态热流传感器,前者灵敏度高,但不适用于气流冲刷严重的场合;后者耐冲刷,但灵敏度较低,且响应特性易受结点细微结构的影响,只适用于高热流环境测量.基于量热计原理,本文提出了一种兼具两者优点的新型瞬态热流传感器.该传感器以金刚石片作为量热片,利用溅射其背面的铂膜电阻测出温度变化,而后由量热计原理得出表面热流.传感器的设计和优化借助了理论分析和数值计算,并讨论了可能引起测量误差的因素及解决方法.激波风洞试验结果表明:新型瞬态量热计灵敏度高耐冲刷,测量结果准确可靠,具有发展潜力.     

无线传感器网络分布式定位算法研究与仿真

无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术,能够实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息.传感器多节点协调的自身定位是各种应用的基础,论文深入分析并比较了在无线传感器网络领域中有代表性的三种分布式定位算法(Bounding box、Euclidean和Robust position),并在OMNET++平台上做了性能的仿真检验;实际仿真结果上,对各定位算法的性能作了分析,并对各算法的应用环境给出了建议;对Robust position算法的改进提出了建议,并对无线传感器网络定位算法的未来研究做了展望.     

非磁性细微颗粒的负磁泳耦合分选规律研究

非磁性细微颗粒的磁泳分离在生物工程、材料工程和环境工程等领域具有广阔的应用前景.为了分选直径非常接近的非磁性微粒,设计了负磁泳耦合的水动力分选器,为了确保分选器具有优异的性能,数值研究了在不同的磁场强度、磁铁个数、微通道参数、入口流速和速度比时, 3, 4, 5μm的3种非磁性颗粒的运动轨迹,计算3种颗粒侧向偏移和颗粒分布带之间的距离(即带间距).结果表明:3种细微颗粒的侧向偏移距离和带间距都随磁场强度和颗粒尺寸的增大而增大;但是颗粒的侧向偏移并不会因为磁铁数量的增加而持续增加;颗粒的分离效果随着入口流速的减小,流速比的增大而提高.此外,当微通道结构参数H_a/H_b越小,不同颗粒分布带之间的距离就越大,不同直径的颗粒就越容易分离;最后,利用微-PIV实验获得了3种颗粒带的分布,并计算颗粒分布带宽和带间距,与数值模拟结果比较发现一致性很好.研究结果对非磁性颗粒分选器的设计具有指导意义.