细胞内外膜跨膜电位频率响应的仿真研究

为研究ns脉冲电场诱导细胞跨膜电位改变的效应,在提出一种球形单细胞内外膜跨膜电位频率响应模型后给出了细胞内外膜跨膜电位的仿真计算方法。通过对频率响应的仿真分析,发现外膜跨膜电位表现出一阶低通滤波器特性,而内膜跨膜电位表现出一阶带通滤波器特性。在内膜频率响应中心频率到上限截止频率的范围内,内膜跨膜电位大于外膜,同时能保持在较高水平,这将有利于诱导细胞内电处理效应。计算结果与实验结果相吻合,为ns脉冲电场治疗肿瘤的窗口参数合理选择提供了一定的理论依据。     

脉冲电场诱导细胞内外膜电穿孔模型与跨膜电位的仿真

基于经典的球形单细胞3层介电模型,同时考虑细胞核对跨膜电位的影响,提出了更为合理和接近实际的球形单细胞的多层介电模型,给出了稳恒电场和任意时变脉冲电场作用下细胞膜和核膜跨膜电位的计算方法。仿真结果表明:当脉宽减小时核膜跨膜电位增加,而脉宽增大时细胞膜跨膜电位增强;当脉宽在100-500ns范围时能有效实现肿瘤细胞膜和核膜电穿孔,同时不影响正常细胞。计算结果与实验吻合得很好,为肿瘤的电化学疗法和基因疗法的临床应用提供了理论指导。     

基于场-路复合模型的细胞内外膜跨膜电位时频特性

为研究脉冲电场的生物医学效应机理,基于多层介质电场模型建立了球形单细胞的场-路复合模型,提出了内外膜跨膜电位与外加电场之间传递函数的计算方法,分别分析了脉冲电场作用下内外膜跨膜电位的时域特性与频率特性.时域分析表明,不同的脉宽导致外加电场对内外膜具有不同的选择性作用.频域分析表明,细胞内外膜分别具有带通和低通滤波性能,...     

基于有限元法的色散球形细胞在纳秒脉冲下的跨膜电位仿真

为研究频率色散效应对细胞跨膜电位的影响,采用多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics建立球形细胞5层介电模型,分别从频域和时域角度研究纳秒脉冲作用时色散效应对细胞膜跨膜电位的影响规律。结果表明,引入色散效应后细胞膜跨膜电位在107 Hz开始显著大于未包含该效应的结果,且随着频率的增加二者差距不断增大;107 Hz时,引入色散效应的跨膜电位在细胞膜半圆弧长上几乎处处高于未包含该效应的结果;脉宽为600 ns和60ns的时域纳秒脉冲作用时,引入色散效应的跨膜电位在时间和空间分布上都高于未包含该效应的结果,且随着脉宽的降低,二者差距不断加大。研究结果从理论上证明了只有引入频率色散效应才能正确预测纳秒脉冲的生物电效应以及更好地制定治疗计划。     

脉冲电场上升沿对细胞跨膜电位的影响分析

分析了电场生物效应实验和实用中脉冲电场上升沿的形成并基于经典球形单细胞模型推导出计及上升沿的脉冲电场所诱导的细胞跨膜电位的计算解析式。研究发现:脉冲电场上升沿与细胞跨膜电位峰值、波形密切相关,减少脉冲电场发生电路的电感来增大脉冲电场所诱导跨膜电位的峰值可提高电穿孔的效率。     

实际指数脉冲电场对细胞跨膜电位的影响

为了进一步增大细胞跨膜电位峰值,提高脉冲电场电穿孔效率,基于相关文献中球形单细胞多层介电模型的细胞跨膜电位计算方法,分析了实际RC指数衰减脉冲上升沿时间对细胞跨膜电位的影响。通过Matlab软件对细胞跨膜电位的传递函数频率响应进行了仿真分析,结果表明:不同频段的电场对细胞跨膜电位的影响不同。建立了一种改进的RC指数衰减脉冲模型,并进行了仿真计算,结果表明:脉冲电场上升沿时间对细胞跨膜电位有很大影响:上升沿时间越小,频率响应就越高,减小上升沿时间可以提高细胞跨膜电位峰值。仿真结论对改进脉冲电场发生电路的结构和参数设计,以增大细胞跨膜电位峰值并提高电穿孔效率提供了理论依据。     

陡脉冲电场对肝癌细胞线粒体跨膜电位的影响

为研究陡脉冲电场的凋亡效应,以人肝癌细胞为实验对象,采用激光共聚焦扫描显微镜观察陡脉冲电场作用下细胞内线粒体跨膜电位的实时变化。实验结果表明,陡脉冲电场能使线粒体跨膜电位下降,较高的电压峰值、较窄的脉冲宽度(600 V/100 ns)比较低的电压峰值、较宽的脉冲宽度(200V/1.6μs)能使线粒体跨膜电位更快地下降,并且在停止施加陡脉冲电场后线粒体跨膜电位仍然在不断下降,进而有可能使线粒体跨膜电位崩溃,从而诱导肝癌细胞凋亡,为陡脉冲杀伤肿瘤细胞提供了理论依据。     

基于混合分析法的变压器集总参数等效电路频率响应计算研究

快速、准确计算变压器绕组集总参数等效电路的频率响应对基于频率响应分析法的变压器绕组变形仿真分析意义重大。为解决不同类型频率响应计算时需要多次方程求解的问题,本文将混合分析法应用到双绕组变压器集总参数等效电路的电压比、转移导纳以及入端阻抗的频率响应计算中,仅通过一次方程求解即可获得相应的频率响应。首先,利用广义支路对等效电路各支路进行描述,通过选取合适的基本割集矩阵,考虑各支路的电压电流约束关系,以树支电压和连支电流作为未知量,建立等效电路的混合矩阵方程;其次,通过求解混合矩阵方程,依据各类型频率响应函数的特点,计算三种类型的频率响应曲线;最后,利用两种数据指标将混合分析法与成熟电路仿真软件计算得到的频率响应曲线进行对比,计算结果表明：两种算法计算得到的三类频率响应曲线在整个扫频范围内一致性很好,对应的归一化相关系数值都接近于1,和平方比误差都接近于0。以上结果表明,本文所述的混合分析法仅通过一次方程求解即可获得三种不同类型的频率响应曲线,并验证了方法的正确性。     

基于优化算法的变压器绕组等效电路建模

为提高基于变压器绕组等效电路计算的频率响应分析（FRA）曲线与真实绕组测量FRA曲线的一致性,本文针对一个变压器绕组实验室模型,利用多种优化算法对其等效电路参数进行优化,实现变压器绕组等效电路的准确建模。首先,基于经典变压器集总参数等效电路模型,根据节点电压矩阵算法,推导该模型的频率响应曲线计算公式,获得该绕组模型的FRA曲线。其次,基于仿真数据,利用六种优化算法得到等效电路参数的优化结果并对比,实现三种优化算法的预筛选。再次,针对多个变压器绕组模型,将选出的三种优化算法分别应用于绕组等效电路参数优化中,以适度函数值及参数偏移量最小、实测曲线与等效电路仿真曲线间的相似度最大及偏差度最小为指标,确定最佳的参数优化算法。最后,针对选出的最优算法,研究不同迭代次数对优化结果的影响,通过对比选择出最优的迭代次数,获得最优的等效电路参数,并据此建立最终的变压绕组等效电路模型。本文研究成果可为提高基于变压器绕组等效电路的FRA曲线计算准确性提供参考。     

锂离子电池等效电路模型的比较研究

分析比较了四种常用的等效电路模型：Rint模型、一阶RC模型、二阶RC模型和三阶RC模型以及多种不同的OCV表达式和模型参数表达式。通过电池充放电仪器获得六组电池的数据,采用模拟退火遗传算法进行参数辨识,针对模型的复杂度、在训练数据和测试数据上的精确度进行综合比较分析,得出一阶RC模型为最优模型,模型参数表达式为指数形式时误差最小。对锂离子电池等效电路模型的推广具有指导意义。     

基于改进频率响应模型的低频减载方案优化

低频减载(under frequency load shedding,UFLS)是防止电力系统频率崩溃的有效手段之一。在经典系统频率响应模型(system frequency response,SFR)的基础上,建立改进频率响应模型,考虑了旋转备用容量、静态负荷模型及水轮机组调速系统的影响,并引入低频减载模块。建立一种基于PV曲线和负荷频率特性的综合指标,指导减载地点的确定及减载量的分配。提出了基于改进频率响应模型及节点综合指标的低频减载方案优化方法。仿真分析表明,改进的频率响应模型能够较好地描述系统有功-频率动态过程,提出的低频减载方案优化方法能够在保证系统频率稳定的前提下,有效地减小切除负荷量及提高频率恢复水平。     

电压互感器的高频无源电路模型

提出了一种获得微观无源的PT高频模型方法,该方法首先利用矢量拟合获得Foster形式的网络函数稳定的表达式,然后利用起作用集方法求解带约束条件的二次规划获得满足无源的Foster形式的网络函数,最后综合获得微观无源的电路模型。根据无源修正前后网络函数的对比验证了本文所提方法的有效性。     

基于等效电路法的高频继电器建模与研究

通过经典传输线理论及部分元等效电路(partial element equivalent circuit,PEEC)方法,对高频继电器常闭型信号传输路径的分布电容、电感、电阻等参数进行提取,建立信号传输路径的等效电路模型。对其进行仿真分析得到继电器射频(radio frequency,RF)性能曲线,并讨论了影响继电器插入损耗、电压驻波比及隔离度的主要因素。高频继电器RF性能的实验测试结果与等效电路模型仿真结果符合较好,表明了所建立等效电路模型的正确性。     

基于频响法的电力变压器剩磁检测技术研究

特高压交直流互联大电网是未来电网的发展方向,当换流站附近的大容量变压器带剩磁投入时,会出现较大励磁涌流,可能造成交直流电网故障。在长线路弱联系电网中,投带剩磁变压器产生的励磁涌流及和应涌流,会导致变压器差动保护误动和长时间的谐波电压,是电网安全稳定性的重要隐患。因此有必要对电力变压器剩磁的产生机理进行分析,探索剩磁检测方法,消除剩磁对电网的影响。对变压器进行去磁后,基于绕组的频率响应开展剩磁检测方法研究。研究结果表明,通过对一定扫频范围的频率响应进行对比,能准确地判断出变压器是否含有剩磁及剩磁含量的大小。     

一种基于散射参数的电压互感器二端口高频电路模型

为了计算气体绝缘变电站(GIS)内由特快速暂态过电压(VFTO)对二次设备产生的传导干扰,必须建立电压互感器和电流互感器(PT/CT)的高频模型。为此,该文提出了基于散射参数的互感器二端口高频电路模型建立的新方法。该方法首先将测量得到的互感器的散射参数转化为导纳参数并构建互感器的p形等值电路;然后,应用矢量匹配法对p形等值电路的导纳参数进行有理函数逼近获得它们部分分式和形式的频域表达式;最后采用电路综合方法构建出导纳元件的等值电路。时域仿真和实测结果的比较验证了该方法的可行性和有效性。该方法具有简单、有效和通用的特点,克服了以前建模方法的不足,所建立的模型可以使GIS内的传导干扰计算更为准确。     

基于低阶频率响应模型的双馈风电机组下垂系数修正方法

在频率下垂控制期间,由于减载备用曲线运行点会随转子转速变化而发生偏移,造成双馈风电机组实际贡献的一次调频能力低于设定期望值。为了解决这一问题,首先根据小信号分析理论建立了由双馈风电机组与火电机组构成的分布式系统低阶频率响应模型。然后利用该模型分别推导出评估双馈风电机组实际与期望一次调频能力的量化计算式,提出将设定的下垂系数乘以一个缩小因子后,可使双馈风电机组贡献出期望一次调频能力。最后选用某实际分布式系统对提出的下垂系数修正方法进行了有效性验证,仿真结果表明,当双馈风电机组采用所述方法进行下垂系数修正后,不仅能使系统准稳态频率偏差达到期望水平,还进一步改善了系统最大频率偏差。     

变压器绕组等效模型参数的频域辨识

利用变压器绕组的频率响应,在频域中借助最小二乘法中的Ｇａｕｓｓ－Ｎｅｗｔｏｎ辨识方法,可以方便、快速地辨识变压器等效模型的参数。并借助一台模型变压器进行了验证,误差很小。