超导电力技术应用前景分析

过去几年来,实用高温超导材料制备技术取得了重大的进展。Bi-系统高温超导带材已经实现批量化生产,第二代高温超导带材（YBCO涂层导体）也取得了重要的进展。与此同时,超导电力技术在研究开发也进展迅速,超导储能系统已经有产品出售,高温超导限流器,高温超导电缆,高温超导变压器高温超导电机都相继进入示范试验运行阶段。我国电力工业发展迅速,电网规模日益扩大,对电能质量,供电可靠性和安全性提出了更高的要求,超导电力技术符合我国电力工业发展的需要,近期内,结合电力电子技术和超导技术的优势,超导限流器和超导储能技术将首先实现产业化,但是,超导电力技术能否走向大规模应用还有赖于在以下两个方面取得突破：一是制备低成本,低损耗,机械性能良好的高温超导线材;二是提高低温系统和制冷系统的长期运行可靠性,降低其造价和维护运行费用。     

影响多层交流超导电缆电流分布不可忽略的因素-邻近效应

零电阻是超导体的本征特性之一.人们在努力寻求超导材料零电阻特性带来的有利效益时,也要研究其可能导致的一些对我们不利的影响.在由高温超导材料制作的多层交流超导电缆中,由于超导体的零电阻特性而导致邻近效应异常强烈.这种强烈的邻近效应会使电缆中的电流分布变得严重不均匀,对电缆的性能产生负面影响.在这篇文章里,我们将报道多层交流超导电缆中强邻近效应现象及其对电缆层电流分布的影响.也许可以把超导体产生的这种非常强的邻近效应称作＂超强邻近效应＂.认识这一现象也会对涉及交变电流的其他超导应用提供有益的启示.     

粉末体冷加工的变形机制

针对粉末体的非连续性及由此导致的内部应力的不确定性, 引入颗粒介质力学的概率理论、颗粒介质的Mohr-Coulomb屈服准则和晶体滑移变形的临界切应力理论, 提出了粉末体冷变形的统计学机制和高温超导线/带材织构形成机理, 同时提出了一种粉末体屈服准则假设.     

同心圆截面结构低温/高温超导混杂导体绝热和动态稳定性的定性分析

超导体的I-V特性通常采用幂指数形式描述,在幂指数特性中,具有高n值的超导体从超导态向正常态的转变较快.通有较高电流时,n值小的超导体的电压低于n值大的超导体,因而其暂态特性对超导体稳定性有很大影响.此外,为了提高稳定性,传统的超导体通常由纯低温超导体（LTS）和电阻率低、热导率高的金属或合金复合而成,通常基超比大于10,这样降低了工程临界电流密度.基于以上特性,本文提出了一种新的由低温超导体（LTS）和高温超导体（HTS）构成的混杂导体模型.在混杂导体中,HTS和LTS同轴,且HTS涂层包裹在LTS外面.传统的超导体绝热、动态稳定性通常由基于Bean临界态模型的2个经典的稳定判据来表述,由于混杂导体同时由LTS和HTS两种超导体组成.根据幂指数模型,考虑临界电流和n值等因素的影响,对经典的判据进行了修正并进行了定性分析,求得了混杂导体的绝热和动态稳定判据.此外,在假定LTS的临界电流Ic1远大于HTS的临界电流Ic2的前提条件下,对具有相同截面的传统超导体（NbTi/Cu）和混杂导体的绝热、动态稳定判据值作了比较.结果表明在总临界电流相同的条件下,混杂导体的绝热和动态稳定判据值大于NbTi/Cu导体（如当Ic1～9Ic2时,混杂导体的绝热和动态稳定判据值超过纯NbTi/Cu导体的2.5倍）,这意味着相比传统超导体（NbTi/Cu）,混杂导体的动态和绝热稳定性得到了大大提高.从定性分析角度出发,得到的结果为混杂导体在高场超导磁体（〉9T）中的潜在应用提供了重要的理论依据.     

饱和铁心型超导限流器实用性技术研究

饱和铁心型超导限流器是多年来人们研究的众多类型超导限流器中的一种,它是利用铁心在不同磁化状态下磁导率的变化而导致绕在其上的绕组的感抗变化原理构建的ー种装置,多年来由于这种限流器在技术方面有几个重要的问题没有解决,所以在一些技术性能及安全、可靠性方面与电力工业的要求还有较大差距,一直无法实现实用化,本文介绍的是近十年来我们在解决这些技术问题方面所做的工作和取得的进展,主要进展包括:通过采用变铁心截面设计,解决了直流励磁绕组和交流工作绕组松耦合条件下铁心工作段的深度稳定饱和磁化问题,为设备在高电压等级电网中应用奠定了基础;通过故障限流时快速断开直流励磁回路机制,避免了限流时可能产生感应高压损坏设备的问题,确保设备的运行安全;通过大功率强励与小功率恒励励磁模式的结合和压敏电阻释能回路的应用,解决了设备限流后的及时恢复问题,满足电网故障后重合闸的时间要求;通过三相一体六铁心结构优化了设备的结构,减小了设备的体积和重量,降低了设备的生产、运输和安装成本;通过使用分体玻璃钢油箱排除了金属油箱可能产生的感应涡流和较大耦合电流问题,这些新技术的采用使得饱和铁心型超导限流器成为较为理想的短路故障限流装置,尤其是高电压等级电网首选的故障限流设备,     

基于实用动态安全域的最优暂态稳定紧急控制

对计及紧急控制措施的实用动态安全域做了大量的仿真研究, 发现了一些重要的安全域临界面迁移规律, 据此提出了一种电力系统最优暂态稳定紧急控制的新方法. 该方法把实用动态安全域与紧急控制措施联系起来, 用紧急控制措施所引起的实用动态安全域临界面沿其外法线方向的迁移距离来表示紧急控制措施的有效性, 通过选择不同的措施控制安全域临界面的推移, 使扩展后的实用动态安全域能涵盖当前系统运行点, 保证系统不会发生暂态失稳现象. 在此基础上, 把控制措施量化为一成本指标, 建立了最优暂态稳定紧急控制的数学模型. 在10机39节点新英格兰系统上的测试结果表明了这种方法的有效性和实用性.     

高温超导电力应用的低温冷却系统及制冷机

在过去的十多年中，高温超导（HTS）在电力应用的诸多方面，如电力传输电缆、故障限流器、变压器、船舶推进马达、发电机和电感贮能，取得了很大的进展．低温冷却系统是超导电力设备的重要组成部分，对HTS电力应用的成败及产业化发展起重大影响．低温冷却系统的稳定性、成本很大程度上是由制冷机的性能、价格决定的．介绍各种HTS电力应用低温冷却系统的热负荷水平、冷却方式、致冷介质．从制冷量、维护周期、价格、可靠性方面选择了几种适用于HTS电力设备的商用制冷机产品，介绍其工作原理、性能参数、适用场合．未来HTS电力应用对制冷机的要求主要集中在可靠性、效率、价格3方面：可靠性要提高到99．8％，制冷机相对卡诺效率提高30％以上，制冷机在80K温度下制冷成本降低到25美元倒以下．此外，对恒温器、低温管道、流体循环泵也作了简要介绍．     

胶囊机器人弯曲环境内万向旋转磁矢量控制原理

为了以空间万向旋转磁矢量为驱动源实现肠道胶囊机器人在充满大黏度液体弯曲环境内的非接触式转向游动,基于空间交变矢量正交叠加原理,本文提出一种新的叠加空间万向均匀旋转磁矢量的物理方法,即采用三相正弦波电流在三轴正交嵌套亥姆霍兹线圈装置内叠加均匀空间万向旋转磁场.根据所归纳的反相位电流叠加定律,提出了一种有效调整均匀空间万向旋转磁场方位与旋向的控制方法,为了验证叠加空间万向旋转磁场的可行性和可控性,研制了三轴正交嵌套的亥姆霍兹线圈装置、驱动电源和新型胶囊机器人样机,并在螺旋弯管和动物肠道内进行了游动试验,结果表明均匀空间万向旋转磁场的方位与旋向均可以数字化连续调整,通过空间万向旋转磁矢量的控制,胶囊机器人可在螺旋状肠道内转弯游走,空间万向旋转磁场技术的突破将推动现代物理学与生物医学工程的发展.     

基于双线性构造算法的电力有源滤波器补偿电流实时计算新方法

以“当负载电流为周期电流时, 负载电流与负载基波有功电流差的绝对值在一个周期内的积分值最小”为检测原理, 提出了基于直接计算, 基于简单迭代算法和基于最优迭代算法的电力有源滤波器谐波电流实时检测方法. 直接计算法能够准确计算负载电流处于稳定状态时的基波有功电流幅值. 简单迭代算法和最优迭代算法提供了一种判别负载电流状态的思想. 在直接计算法、简单迭代算法、最优迭代算法和对负载电流处于变化状态时的基波有功电流真实幅值等基本概念进行了明确定义的基础上提出了双线性构造思想, 即通过一次线性构造计算了此采样时刻的负载基波有功电流幅值, 通过二次线性构造为下一个采样的处理创造了条件. 在双线性构造思想的基础上, 提出了一种能够计算负载基波有功电流幅值的基于双线性构造算法的电力有源滤波器谐波电流实时检测方法.     

拉伸变形应变硬化指数的实验测量及其精细分析

从应变硬化指数n的定义出发,从理论上导出了在不同的典型变形路径(恒应变速率,恒十字头速度v和恒载荷p)下用实验参数p(变形载荷),v(十字头速度)和l(试样标距长度)表达的一组n值测量公式,并根据这组公式建立了在恒,恒v,和恒p条件下均能测量n(恒的应变硬化指数),nv(恒v的应变硬化指数)和np(恒p的应变硬化指数)的统一测量方法,同时从分析传统测量方法必然存在理论误差和随机误差出发,提出了精确测量方法.还根据典型超塑性合金的实验给出在同一组恒,恒v或恒p变形路的曲线上对n,nv和np的测量结果,由此判明超塑性与塑性变形的结构敏感性.此外在不同组恒,恒v或恒p曲线上用相同的测量公式所测得的同一个n,nv或np也不相同,由此加深了对n,nv和np的数学表达与实测结果之间关系的认识,从而实现了对参数n实验精细分析的目的.     

隧道长度对高速列车交会压力波的影响研究

高速列车隧道交会空气压力波的幅值对于车体结构及气密强度设计有非常重要的意义．我国的工程条件下需要对该工况对应的最不利隧道长度以及隧道长度对列车表面压力变化幅度的影响进行估计．本文通过理论分析研究了隧道压力波的形成和峰值影响因素，推导了压力极值对应的最不利隧道长度关于列车长度、运行马赫数的表达式．同时研究了隧道长度对最大负压值变化趋势的影响，并得出了负压极值快速变化所对应的临界长度区间．随后建立了二维的隧道交会数值模拟方法，并对典型工况下不同长度隧道内的列车交会进行了计算，其结果很好的验证了理论分析的预测表达式，证明前述表达式能够有效地应用于实际工程设计当中．     

能源互联网关键技术分析

能源互联网是解决未来可再生能源大规模有效利用的重要基础设施,围绕着这一新型电力网络的设计、实现、运行和管理中所面临的新问题,提出了实现能源互联网的六大关键技术:先进储能技术、固态变压器技术、智能能量管理技术、智能故障管理技术、可靠安全通信技术和系统规划分析技术,并对各项关键技术所涉及的科学问题进行了分析与探讨.     

微纳米线材多物性参数综合表征系统的研发

微纳米线材具有与宏观材料显著不同的性能,在微纳机电系统传感器和微纳电子器件中有广泛的应用.由于宏观尺度下的测量方法难以适用于纳米尺度材料物性的表征,研发表征微纳米线材物性参数的方法和技术越来越引起广泛关注.本文开发了一套综合测量微纳米线材热物性、电物性和热电转换性能的高集成表征系统,能够实现对微纳米线材在40~500 K范围内的精确综合测量,可测量的物性包括电导率、电阻温度系数、热导率、热扩散率、比热、吸热系数、塞贝克系数和优值系数.针对上述系统,本文进行了不确定度分析,且对已知物性参数的铂(99.95%Platinum)和康铜(Constantan,60%Cu 40%Ni)细线进行了测量和对比,校验了本系统的测量精度.本文研发的表征系统填补了国际上纳米线材多物性参数测量系统的空白.     

晶粒尺寸对氧化锌非线性电阻片中温度和热应力的影响

微观温度分布不均匀将降低氧化锌(ZnO)非线性电阻片的冲击能量吸收能力. 采用二维Voronoi网络(Voronoi diagram)模型, 从微观角度分析了氧化锌非线性电阻片中的电流、温度和热应力的分布. 结果表明: 在击穿区(中电场区), 流经电阻片的电流集中于少数晶粒连结而成的通道, 导致电阻片吸收冲击能量时内部能量吸收不均匀, 引起局部高温和很大的热应力, 造成电阻片发生穿孔或破裂损坏. 另外讨论了晶粒尺寸对氧化锌非线性电阻片内部温度和热应力的影响.     

利用NARX神经网络由IMF与太阳风预测暴时SYM-H指数

SYM-H是一个重要的空间天气指数, 它与Dst指数相似, 是磁暴强度的表征, 但SYM-H具有更高的时间分辨率. 本文发展了一种具有输出时延反馈的非线性自回归神经网络(NARX)预测模式, 由太阳风和IMF参数预测暴时SYM-H指数的变化. 与BP网络和Elman网络相比, 预测效果显著改善. 用15个强磁暴(含5个Minimal SYM-H <-200 nT的超强磁暴)进行检验, 预测与实测SYM-H指数的相关系数总体达到0.91; 对于5个超强磁暴, 相关系数最低为0.91, 相应的磁暴为2001年3月最小SYM-H达-434 nT的磁暴, 对两个SYM-H小于-300 nT的磁暴预测相关系数分别达0.93和0.96. 在NARX网络中将适当长度(约120 min)的SYM-H指数输出, 反馈给网络外部输入, 即输入中包含环电流内部准实时与历史状态信息, 是使模式预测能力在已有基础上得以大大提高的关键; 说明除了行星际的直接驱动之外, 环电流自身状态对磁暴的发展变化, 特别是对于恢复相过程有重要作用, 在利用神经网络对环电流指数进行预测时必须恰当地加以考虑.     

逻辑系统Ln中命题的真度理论

利用势为n的均匀概率空间的无穷乘积, 在n值广义Lukasiewicz命题逻辑系统中引入命题的真度概念, 证明了全体公式的真度值之集在上是稠密的, 并给出了公式真度的表达通式及真度推理规则; 利用真度定义了公式间的相似度, 进而导出了全体公式集上的一种伪距离, 为n值命题逻辑的近似推理理论提供了一种可能的框架.     

逻辑系统L*n中命题的真度理论

利用势为n的均匀概率空间的无穷乘积, 在n值广义Lukasiewicz命题逻辑系统Ln^＊中引入命题的真度概念, 证明了全体公式的真度值之集在上是稠密的, 并给出了公式真度的表达通式及真度推理规则; 利用真度定义了公式间的相似度, 进而导出了全体公式集上的一种伪距离, 为n值命题逻辑的近似推理理论提供了一种可能的框架.     

空气/水双源热泵废热再用热水装置的性能分析

提出一种新型空气/水双源热泵废热再用热水装置,其热泵系统可用空气源或水源或空气源-水源联合3种模式加热水.自来水分两级加热,先由废热水预热,后经热泵再加热;废热水热能分两级回收,先供自来水预热,后作热泵水源循环热源.采用无量纲对比态分析法,并参考了实验值拟合的空气源热泵、水源热泵性能系数计算式,以及废热回收-预热器的增益系数计算式,导出了装置6种运行模式的性能系数计算式,分析了废热回收-预热器的换热与热泵的吸热、放热关联的不同工况特性,为选择最优运行模式和参数提供参考.分析和实验表明,本装置的性能系数在冬季也能到达4～5.5,为普通空气源热泵热水器2倍,废水余热利用率优于废水仅作预热或热泵热源情况,节能效益明显.另外把无量纲对比态分析法引进到热泵循环性能分析中,也有理论意义和实际使用价值.     

机载与星载雷达的电波传播大气折射修正

讨论了球面分层（水平均匀）大气层（含低层大气与电离层）机载与星载雷达的电波传播大气折射修正.首先利用射线最低点附近的折射指数剖面作为球面分层大气的折射指数剖面求得雷达的临界视在俯角与射线近地点,并给出了考虑折射的雷达视线距离严格表达式.其次判断待修正的大气折射属于何种情况,并利用射线描迹法对所有12种大气折射情况进行了定位修正.最后进行了测速修正.     

非晶金刚石纳米棒阵列制备及其场发射性能

采用磁过滤等离子体结合氧化铝模板技术制备了具有优异场发射性能的非晶金刚石纳米棒阵列膜. 显微分析表明, 阵列棒分布均匀, 棒密度达10⁹ cm^–2. 场发射性能测试表明, 其最低阈值电场为0.16 V/μm, 在2 V/μm较低电场值下可获得最大电流密度180 mA/cm², 并且发射电流在长时间内非常稳定. 利用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)和场发射测试装置等手段对样品的形貌、内部结构以及场发射性能进行表征. 初步探讨了非晶金刚石纳米棒阵列场发射机理.