孤网下水轮机PID调速器抗速度饱和研究

水轮机调节系统稳定性对电网安全稳定运行具有重要意义,当电网容量较小或因事故处于孤网运行时,水轮机调节系统的作用显得尤为突出,但国内外多个水电站均出现了随负载扰动幅值增加系统调节品质迅速下降甚至发生频率发散振荡的现象。该文考虑调速器接力器速度限制等非线性因素,建立了水轮机调节系统仿真模型,在5%负载扰动下整定了调速器参数,当负载扰动幅值从5%增加至10%时衰减度从2.52%增加至8.84%,当负载扰动幅值增加至15%时系统调节过程发散,重现了孤网下水电机组随负载扰动幅值增加系统稳定性下降的现象,经过分析发现引起这一问题的主要原因是PID调速器的速度饱和,主要体现为接力器速度限制引起的比例项和积分项速度饱和。针对此问题,提出了1种抗速度饱和的微分优先型PID调节器,经改进后,负载扰动幅值分别为5%、10%以及15%时,衰减度分别为2.52%、2.19%以及1.79%,随负载扰动幅值增加系统稳定性无明显变化,表明改进调节器能够有效抑制调速器的速度饱和,大大降低了调节品质对负载扰动幅值的敏感性,并将该调节器应用在多布水电站的中,得到了满意的效果,该方法进一步完善了水轮机调速器的控制算法,具有重要的理论指导意义和工程应用价值。     

电网谐波下双馈发电机改进控制策略

电网低次谐波电压会造成双馈发电机(doubly fed induction generator,DFIG)定子电流畸变和电磁转矩脉动。通过电网5次、7次谐波电压下双馈发电机的数学模型建立与分析,揭示了电网谐波电压对双馈发电机定子电流畸变和电磁转矩脉动的影响机理,比较研究了基于比例积分(proportional integral,PI)控制与基于比例积分谐振(proportional integral resonant,PIR)控制的转子电流控制环的谐波抑制能力。并采用了基于R调节器的定子电流闭环和基于PIR调节器的转子电流内环的双馈发电机双闭环控制策略,有效的消除了双馈风力发电机定子输出电流中的5次,7次谐波和电磁转矩脉动,提高了其在电网电压低次谐波下的运行性能,仿真和试验验证了该控制策略的正确性。     

基于Hilbert-Huang变换的生物触电电流检测模型

为了检测触电时刻剩余电流中生物体触电支路电流信号的难题,应用Hilbert-Huang变换方法,确定了生物触电时剩余电流的固有模态函数中相关系数最大的IMF分量的局部幅值达34.02 m A,且与原信号相关性系数达到0.99,同时剩余电流与触电电流暂态过程频谱特性具有相似变化规律。以此为基础,应用生物电流信号高频IMF分量幅值的突变特征,作为触电故障时刻确定判据,建立生物触电故障时刻判定方法,实际数据的仿真处理正确率为94.17%;筛选剩余电流分解的相关性较高的有限个数的低频固有模态IMF分量,应用逐步多元线性回归方法,提出基于剩余电流固有模态分量的生物触电支路电流幅值检测方法,仿真试验结果的平均相对误差值5.46%,具有良好的适应性和实用性,为研发基于生物体触电电流而动作的剩余电流保护装置提供参考。     

基于局部均值分解的触电故障信号瞬时参数提取

针对如何快速、准确地提取生物体触电故障暂态信号中的电力参数问题,提出了一种基于局部均值分解（local mean decomposition, LMD）的生物体触电时总泄漏电流信号瞬时参数提取方法,该方法首先利用局部均值分解将生物体触电时的总泄漏电流信号分解为一组乘积函数分量之和,每个乘积函数（product function, PF）分量可以表示为一个调幅信号和一个调频信号的乘积,然后由调幅信号和调频信号分别计算得到信号的瞬时幅值和瞬时频率。与采用希尔伯特黄变换方法相比,LMD具有瞬时频率曲线波动小和瞬时幅值函数端部失真小等优点。仿真信号分析结果表明：对测试信号进行LMD和经验模态分解（empirical mode decomposition, EMD）分解分别得到3个PF分量和5个IMF（intrinsic mode function）分量,分解前后信号的能量变化值分别为0.2851、0.5633,且LMD比EMD所需分解时间短0.0743s,与Hilbert变换相比,该文方法计算的瞬时幅值和瞬时频率更为平滑,在一定程度上避免了Hilbert 变换计算过程中的负频率和端点效应现象。试验信号分析结果表明：对消噪后的总泄漏电流信号进行LMD和EMD分解,分别得到5和6个分量,分解前后信号的能量变化值各为0.5574、0.8896,所用分解时间分别为0.0835、0.2479 s;在求取瞬时频率方面,LMD方法求取的主导分量瞬时频率可判定生物体触电时刻,而经Hilbert变换求取的瞬时频率不仅无法判定生物体触电时刻,还出现了负的频率值,无法解释其物理意义;在求取瞬时幅值方面,该文方法与Hilbert变换求取的触电前总泄漏电流信号的瞬时幅值的平均值分别为11.3240、12.3728 mA,与原生物体无触电时总泄漏电流的幅值11.3538 mA的绝对误差分别为0.0298、1.0190 mA,另外,2种方法求取的生物体触电后总泄漏电流信号的瞬时幅值与原生物体触电后总泄漏电流的幅值的绝对误差分别为0.4340、0.6643 mA。因此,仿真信号和试验信号分析结果均证明所提方法是有效和可行的。     

喷灌机全喷洒域与叠加域水量分布特性的静态模拟

该文研究喷灌机喷头组合喷洒特性,针对大型平移式喷灌机NelsonR3000、O3000旋转折射式喷头,开展试验测量其单喷头水量分布并计算其喷洒均匀系数(Christiansen uniformity,CU)、分布均匀系数(distribution uniformity,DU).用MATLAB编程模拟了2喷头和多喷头组合,针对多喷头组合,分析和区分全喷洒域和叠加域,计算2种喷头全喷洒域与叠加域的CU、DU和平均喷洒强度(mean spraying intensity,MSI),全面掌握并评价喷头水力性能.结果显示:在安装压力调节器情境下,R3000单喷头在压力150 kPa、O3000单喷头在压力200 kPa时,CU、DU值最大.2个喷头组合无法展现喷灌机喷头组合效果.R3000多喷头组合全喷洒域内,CU最大值68％,DU随喷头间距的增大逐渐上升;O3000多喷头组合CU、DU最大值分别为72％、57％.叠加域内R3000、O3000喷头CU、DU、MSI值高于全喷洒域,但达不到行喷CU≥85％的要求,可能由于计算CU、DU等的数据点多、单喷头数据不理想、常规测量方法测量点少且在叠加域内等原因.该文发现当前大型喷灌机的喷头间距组合不是CU、DU最优组合,区分了喷头喷洒组合后叠加域和全喷洒域,并分别计算叠加域和全喷洒域CU、DU和MSI,为喷灌机系统的安装设计提供了一种参考.     

基于改进型遗传算法的农电网无功优化规划研究

以全年农电网网损和无功补偿设备投资之和最小为目标函数,建立了基波潮流、谐波电流和无功优化规划的数学模型。根据农电网节点多、计算量大的特点,建立了灵敏度矩阵,并采用一种改进型遗传算法,即遗传算法寻优与灵敏度信息指导相结合的方法,来求解上述模型。求解结果表明,采用该方法可在线观测某农网基波潮流、谐波分量和无功补偿等状况,农电网优化后比优化前电流谐波总畸变率平均下降了1.13%,3、5、7次谐波放大水平约降低了1%,年投资费用约节省了9%,因此改进型遗传算法在求解该模型中具有良好的搜寻能力和较高的经济价值。     

基于DEM通用土壤流失方程地形因子的算法设计与优化

论述了通用土壤流失方程在区域尺度应用时,基于数字高程模型计算其地形因子的算法及其流程,并在ArcGIS的GRID平台上开发实现.实践证明,采用最大坡降坡度法和累积坡长法求取坡度和坡长,进而计算通用土壤流失方程地形因子的算法合理可信.通过水系数据的叠加优化,一方面提高了程序的计算效率,同时也减少了不合理累积坡长值出现的机率.     

混合多电平逆变器拓扑及调制方法

针对传统多电平逆变器需要的开关器件数量较多,输出电压谐波较大等问题,该文提出了一种非对称混合多电平逆变器拓扑,包括二极管钳位非对称多电平逆变器和电压源串并联状态切换的H桥多电平逆变器。在输出电压电平数相同的情况下,该逆变器拓扑能减少开关器件的数量。采用与混合多电平逆变器相适应的混合调制控制策略,该策略使大部分开关器件工作在低频状态,减少了开关损耗,避免了电流倒流,降低了输出电压的总谐波失真(THD),可以实现连续PWM调幅。通过仿真,验证了该逆变器拓扑及其调制策略的正确性。     

基于小波包变换和量子神经网络的触电故障类型识别模型

针对农村低压电网中广泛应用的剩余电流保护装置,只能检测到剩余电流有效值的大小作为唯一动作判据,不能自动识别剩余电流与触电故障类型之间所具有的非线性映射规律的难题,提出了一种基于小波包变换和量子神经网络的触电故障类型识别模型。首先应用小波包变换明确了生物体触电故障时,剩余电流中312.475 Hz以下低频带的能量谱波动明显,其中39.062 5~78.125 Hz和119.2~156.25 Hz两频带的波动幅度达9.05和9.00,提取了剩余电流的小波包能量谱8维度特征向量,同时应用特征频带能量占有比之差的平均变化率,实现了生物体发生触电故障的准确检测。然后以小波包能量特征向量为有效信息源,利用量子计算的态叠加思想和神经网络计算的自适应性结合,建立了一种量子神经网络作为触电故障类型识别模型,该网络采用多个量子能级的量子神经元,在学习1 437次时误差精度达到0.000 998 92,快速高效地实现了触电故障类型的识别,其仿真试验准确率达100%。该研究对于研发新一代基于生物体触电电流分量动作的自适应型剩余电流保护装置具有重要的参考价值。     

γ辐照装置照射场计算的程序设计方法与C语言程序实现

本文详细论述双板源γ辐照装置照射场计算的程序设计方法与步骤 ,即欧氏空间坐标系的选取与源棒坐标的确定 ;单棒对空间任意点照射率计算的程序设计方法 ;多棒叠加合成即单板对空间任意点照射率计算的程序设计方法 ;双板叠加合成对空间任意点照射率计算的程序设计方法。最后用准C语言给出实现程序     

基于四步换流的单相交流斩控调压器设计

为了解决目前常用交流调压器调压精度低,谐波含量高等不足,提高设备供电质量,该文采用交流斩控原理设计新一代调压器,具有无级无触点,谐波含量低等优点,借鉴了矩阵变换器中的基于电流方向的四步换流策略,解决了交流斩控中的换流开路过压问题。此外设计了合理电流检测电路,确保电流方向正确。仿真试验结果表明,此控制方式设计调压器安全可靠,谐波含量低,响应快速精确。     

基于遗传算法的路面有理函数功率谱密度参数识别

针对路面二阶有理函数功率谱密度参数识别问题,以二阶有理函数功率谱密度与国际标准化组织给出的幂函数功率谱密度数值差的均方值最小为优化目标,建立了路面二阶有理函数功率谱密度参数识别的优化计算模型。采用遗传算法,获得了A～D级路面二阶有理函数功率谱密度参数最优值。在此基础上,采用谐波叠加法构建了路面不平度模型,并利用自回归(AR)模型的功率谱密度估计方法对创建的路面进行了谱分析。结果表明,路面二阶有理函数功率谱密度与幂函数路面分级标准数值吻合程度很好,应用遗传算法能准确识别出路面二阶有理函数功率谱密度参数。     

Tracing Sediment Sources Using Mid‐infrared Spectroscopy in Arvorezinha Catchment,Southern Brazil

The widespread adoption of the sediment fingerprinting approach to guide catchment management has been limited by the cost and the difficulty to prepare and process samples for geochemical and radionuclide analyses. Spectral properties have recently been shown to provide a rapid and cost‐efficient alternative for this purpose. The current research objective was (i) to quantify the sediment source contributions in a 1∙19‐km² rural catchment of Southern Brazil by using mid‐infrared (MIR) spectroscopy and (ii) to compare these results with those obtained with geochemical approach and near‐infrared and ultraviolet–visible spectroscopy methods. The sediment sources to discriminate were cropland surface (n  = 20), unpaved roads (n  = 10) and stream channel banks (n  = 10). Twenty‐nine suspended sediment samples were collected at the catchment outlet during nine significant flood events. The sources could be distinguished by MIR spectroscopy. Cropland and channel bank sources mainly differed in their clay mineral contents, but their similar organic matter content complicated the MIR‐model predictions. Unpaved road contributions were discriminated from the other sources by their lower organic carbon content. When the results of the current research based on MIR spectroscopy are compared with those obtained using other sediment fingerprinting approaches, based on geochemistry and near‐infrared and ultraviolet–visible spectroscopy, an overestimation of channel banks contribution and an underestimation of cropland and unpaved road contributions is found. These results suggest that MIR spectroscopy can provide a useful tool that is non‐destructive, rapid and cheap for tracing sediment sources in rural catchments and for guiding the implementation of soil and water conservation measures. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Origins of Sediment-Associated Contaminants to the Marais Vernier, the Seine Estuary, France

The Marais Vernier is the largest freshwater wetland in the Seine Estuary in northern France. It is in a heavily urbanized and industrialized region and could be affected by atmospheric deposition and by fluvial input of contaminants in water diverted from the Seine River. To evaluate contaminant histories in the wetland and the region, sediment cores were collected from two open-water ponds in the Marais Vernier: the Grand-Mare, which was connected to the Seine by a canal from 1950 to 1996, and the Petite Mare, which has a small rural watershed. Diversions from the Seine to the Grand-Mare increased sedimentation rates but mostly resulted in low contaminant concentrations and loading rates, indicating that the sediment from the Seine was predominantly brought upstream by tidal currents from the estuary and was not from the watershed. Atmospheric sources of metals dominate inputs to the Petite Mare; however, runoff of metals from vehicle-related sources in the watershed might contribute to the upward trends in concentrations of Cr, Cu, and Zn. Estimates of atmospheric deposition using the Petite Mare core are consistent with measured deposition in the region and are mixed (similar for Hg and Pb; larger for Cd, Cu, and Zn) compared with deposition estimated from sediment cores in the northeastern United States. A local source of PAHs in the watershed of the Petite Mare is indicated by higher concentrations, higher accumulation rates, and a different, more petrogenic, PAH assemblage than in the Grand-Mare. The study illustrates how diverse sources and transport pathways can affect wetlands in industrial regions and can be evaluated using sediment cores from the wetland ponds.     

基于虚拟仪器的农村小钢铁厂电压谐波检测

利用虚拟仪器LabVIEW软件设计了谐波检测平台,对农村某加工钢铁制品企业变电所的电压谐波状况进行模拟,并采用快速傅里叶方法通过加窗函数进行谐波分析,分析结果由LabVIEW的RGT工具包进行编程并生成报表,通过报表可以清晰地了解到该企业电能质量状况。     

基于精确反馈线性化的单相并联APF电流滑模控制

有源电力滤波器(active power filter,APF)作为一种谐波和无功补偿装置,能够实时动态地跟踪并补偿电网中的谐波。该文针对单极性调制的单相并联APF进行了分析和数学建模;基于精确反馈线性化理论,重新构造了单相APF仿射非线性系统的输出函数;在此基础上通过非线性坐标变换将原系统转化为完全能控的线性系统,并在映射的微分同胚系统中设计了一个相对阶为r(r=2)的滑模控制器实现了对补偿电流的精确控制。所提方法在实现对APF输出电流精确控制的同时,简化了控制系统的总体设计。在Matlab仿真试验中,通过与传统PI控制的单相APF的补偿效果进行对比:采用传统PI控制和该文所提控制方法的单相APF补偿后的电流总谐波失真(total harmonic distortion,THD)分别为3.83%和1.18%,后者的动态性能也优于前者,验证了基于精确反馈线性化的滑模控制方式的优越性。最后,搭建试验平台佐证了该文所研究控制方法具有良好的动态响应、稳态性能以及鲁棒性。该研究可为今后单相APF和三相APF的控制方式改进提供参考。     

基于改进重复预测原理的并联有源电力滤波器无差拍控制策略

为了使有源电力滤波器(APF)能够快速的、高精度的输出补偿谐波,针对APF主电路的控制方法,该文提出一种改进的基于重复预测原理的无差拍控制算法。该文首先介绍了并联型有源电力滤波器的工作原理,其次建立了三相并联型有源电力滤波器的数学模型,并根据其数学模型分析了无差拍控制的工作原理。最后通过无差拍控制的工作原理可知谐波电流指令信号的预测是决定无差拍控制效果的关键。为了进一步提高使用无差拍控制时的APF滤波效果,根据谐波的周期性,该文采用改进的重复预测策略对下一拍输出电流预测,并且分析了这种预测方法的稳定性。此改进的重复预测无差拍控制策略能够提高稳态时的预测精度和暂态时的响应速度。仿真波形分析与试验结果分析证明了其可行性。