基于蜻蜓翅脉结构的连续碳纤维增强树脂基复合材料仿生设计与增材制造

以具有轻质高强优异性能的蜻蜓翅脉结构为设计灵感，在分析翅脉网格结构抗冲击原理的基础上，设计了传统和仿生两类对比结构。采用熔融挤出3D打印机成功制备了具有不同结构的连续碳纤维增强聚乳酸复合材料试样，并对不同结构复合材料试样的拉伸性能和抗冲击性能进行了测试和对比分析。研究分析结果表明：由于拉伸力方向上的连续碳纤维含量相对较少，限制了仿生结构复合材料抗拉强度的提高，但仿生结构的平均抗拉强度为传统结构的1.18倍；当仿生结构复合材料试样受到冲击力时，其内部六边形结构的连接角度会发生变化，从而极大消耗冲击能量，同时具有六边形网格结构的连续碳纤维可以有效阻碍裂纹的扩展，因此仿生结构的平均冲击韧性可以达到传统结构的2.46倍；仿生蜻蜓翅脉结构可以显著提高增材制造复合材料的综合力学性能，且对于抗冲击性能的提高具体突出效果。连续碳纤维增强树脂基复合材料的有效可行的仿生蜻蜓翅脉结构设计和增材制造，可极大扩展其在高冲击载荷领域中的相应应用。     

基于BPA的大规模风电场接入电力系统稳定性分析

采用BPA软件对含大规模风电场电力系统进行建模,研究系统的暂态稳定性与小干扰稳定性。仿真结果表明,当主要承担风电输送的线路发生故障时,系统节点电压与邻近发电厂有功会发生较大振荡,通过风电场弃风会改善系统的暂态稳定性;在枯大和丰小两种运行方式下,分别对该地区电网进行小干扰稳定性研究,随着风电场出力的减少,系统的小干扰稳定性会逐步提高。     

锌合金熔融沉积三维打印工艺

针对现有金属件增材制造技术存在设备开发及运行成本高、成形效率低的问题,提出新的低成本且适用于中、低熔点金属材料的增材制造技术--熔融沉积3D打印成形,介绍了该技术原理.采用自主开发的成形设备,开展锌合金熔融沉积3D打印成形工艺试验,研究喷嘴高度、扫描速度和搭接率对成形效果的影响.研究结果表明：金属熔融沉积单道轨迹宽度与高度成反比例关系;当喷嘴高度为25~35 mm,扫描速度为8 mm/s时,所得的单道轨迹质量较好;当路径搭接率为35%~40%时,沉积单层表面质量较好;采用熔融沉积三维打印工艺所成形锌合金实体的致密度可以达到97%以上;通过提高坩埚加热温度、成形基板温度、退火温度和退火时间,可以显著增强成形件的致密度;采用金属熔融沉积三维打印工艺,可以实现具有复杂形状内流道模具的成形,不仅可以降低加工难度,还可以提高成形效率;熔融沉积三维打印成形锌合金实体的抗拉强度为198 MPa,屈服强度为140 MPa,伸长率为0.453%,拉伸性能与传统挤压铸造工艺相当,实体的显微组织呈现更细化的树枝状.     

增材制造连续碳纤维增强金属基复合材料性能

采用增材制造工艺方法进行具有高比强度、密度小等优良性能连续碳纤维增强金属基复合材料的直接制备。研究了连续碳纤维表面改性、路径搭接率、打印喷头温度、基板温度、打印速度等过程处理方法及工艺参数对所制备金属基复合材料抗拉强度的影响。研究结果表明,对连续碳纤维原材料实施表面改性处理,可以实现制备过程中熔融金属基体与连续碳纤维之间的良好浸润复合,以提高复合材料的抗拉强度;增大路径搭接率,可以有效提高增材制造复合材料内部纤维的体积占比,从而增大其抗拉强度;升高打印喷头温度、基板温度、打印速度,可以减小熔融金属表面张力,提高其流动性,并有利于沉积层间实现良好重熔,从而有效避免在已沉积层表面裂纹处和路径搭接区凹坑处形成气孔缺陷,进一步提升复合材料的抗拉强度。     

改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制改善风电场 低电压穿越能力

经VSC-HVDC并网风电系统在风电场侧故障时,风电机组出口母线电压过低,极易引起风力机脱网。而双馈风力发电机(DFIG)传统的Crowbar技术在故障时将转子侧变流器(RSC)短接,使发电机定子侧失去了为电网提供无功的能力,风力机的低电压穿越能力较低。提出一种改进的DFIG模型,加入了主动式DC-Chopper,与传统的Crowbar相配合,降低Crowbar动作的概率,使得DFIG转子侧变流器可以控制定子侧在故障时期继续提供无功功率。并利用此改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制,改善风电场侧母线电压水平。通过算例仿真表明,在严重故障时采用改进式DFIG的Crowbar仍未动作。从而大大降低Crowbar动作的概率,双馈风电机组RSC故障期间可以继续投入运行并为电网提供无功支持。完成故障期间DFIG两侧变流器与VSC-HVDC风电场侧变流器(WFVSC)之间的无功协调,使风电场具有更好的低电压穿越能力(Low Voltage Ride Though, LVRT)。     

基于SVD和ARIMA的时空序列分解与预测

针对传统时空序列建模过程中估计空间权重矩阵时难度较高的问题,提出一种基于奇异值分解（SVD）的时空序列分解模型ST-SVD。对原始时空序列矩阵进行平稳性检测并中心化为零均值平稳时空序列,在假设时间和空间没有交互作用的前提下,利用SVD技术将时空序列分解为空间模式、时间模式以及模式强度的乘积,通过ARIMA模型对平稳的时间模式进行建模并得到其预测结果,在此基础上,将时间模式的预测结果与分解得到的空间模式相结合,利用SVD技术对真实的时空序列进行重建,得到各个空间点的最终预测结果。实验结果表明,与ARIMA、Lasso-VAR、LSTM和STARMA模型相比,ST-SVD模型的训练时间成本降低50%以上,预测精度提升10%以上,其在实际工程应用中能够有效完成时空序列预测任务。     

连续碳纤维增强金属基复合材料增材制造工艺

针对连续碳纤维增强金属基复合材料增材制造工艺开展系统性实验探索,研究结果表明：在对碳纤维进行表面改性后,可以实现打印过程中熔融金属基体与碳纤维的良好浸润复合;送丝速度对单道沉积路径表面质量、路径宽度及其纤维体积分数影响较大,当送丝速度为4 mm/s时,沉积路径表面质量较好,路径宽度约为1.5 mm,碳纤维体积分数约为3.43%;沉积路径搭接率对打印单层表面质量影响较大,当搭接率为50%时,单层表面质量较好;基于优化后的实验参数,实现了连续碳纤维增强金属基复合材料薄壁件以及拉伸样件的直接增材制造,薄壁件内碳纤维与金属基体形成了较好结合,而且连续碳纤维对于复合后材料的抗拉强度起到了显著增强作用.     

PA12试件多射流熔融成型工艺研究

采用多射流熔融增材制造技术制备了PA12试件,研究了PA12试件不同的构建取向对其成型精度和力学性能以及致密度的影响规律。结果表明,当位置尺寸为宽度方向时,尺寸精度总是呈正偏差,并且在不同得成型角度下,无明显变化规律,与宽度方向相比,厚度方向与长度方向尺寸精度随成型角度增加,变化规律较为明显;试件的力学性能与延伸率受成型角度影响规律相似,当成型角度从0 °增加到45 °时,试件拉伸强度与延伸率逐渐降低,在成型角度大于45 °后,拉伸强度与延伸率显著提升;致密度变化趋势与力学性能保持一致;综合分析可得,当成型角度为45 °时,试件的尺寸精度达到最佳水平;最佳力学性能成型角度为0 °,此时PA12试件的平均拉伸强度为50.95 N/mm²,平均延伸率为37.02 %;致密度最高成型角度为0 °,平均致密度可达到99.311 %。     

基于VSC-HVDC风电并网系统风电场侧故障下系统低电压穿越能力研究

针对经柔性直流输电(VSC-HVDC)并网的风电场,风电场侧故障易造成风机脱网的问题,提出了一种新型无功控制策略。该策略能充分利用故障两侧的无功源,即双馈风力发电机(DFIG)与VSC-HVDC风电场侧变流器(WFSVSC)来提供无功支持,实现低电压穿越。采用DIgSILENT软件进行仿真,仿真结果表明该控制策略能有效减小故障恢复期间的电压波动,缩短故障恢复时间,具有更好的低电压穿越能力。     

仿真软件辅助“电力系统稳定与控制”课程教学研究

"电力系统稳定与控制"是电力系统及其自动化专业硕士研究生的主干专业学位课程,理论性强且分析方法复杂,要求较好地掌握相关概念和分析方法,难度较大。采用电力系统分析软件,如PSS/E和BPA,来辅助"电力系统稳定与控制"课程教学,有助于提高学生对稳定性概念的理解,增强对分析方法的直观认识。根据课程内容与仿真软件功能,以举例的形式介绍了PSS/E和BPA在课堂教学中的应用方式。实践表明,电力研究生利用电力系统仿真软件,可以较好地理解各种稳定性的基本理论,学会运用仿真综合分析电力系统稳态暂态问题,有助于研究经验的积累。