关于电磁场解析方法的一些认识

对电磁场解析方法进行了综述。指出了解析解的重要性:能够直观揭示电磁场的变化规律,不存在数值不稳定问题,表达式能被他人重复导出,表达形式具有科学美,是数值解的基础,并作为计算公式被广泛用于解决工程问题。介绍了几种常用解析方法:分离变量法、复变函数法、格林函数法、积分变换法以及近似解析法。重点回顾了历史上的若干经典解析解:兰帕-汤普森定理、范德堡公式、螺线管中心的均匀磁场表达式、放置式线圈的阻抗增量、Halbach永磁体的磁场计算法、脑磁测量基准计算公式、浅表面缺陷涡流场的三维渐近解析解、金属管道涡流场的三维解析解。给出了有助于解析求解的几本参考书。最后提出了今后需要进一步研究的一些问题:用保角变换方法求解稳恒磁场、现有解析方法的综合使用、借鉴最新数学物理方法、瞬态涡流场的解析求解、微扰法中高阶导数项的求解、逆问题的解析求解。     

储能用锂离子电池动态阻抗模型及其特征参数研究

为了能更加准确地判断锂离子电池的动态一致性,本文利用电化学阻抗谱作为电池外特性和内特性的联系纽带,旨在通过交流阻抗谱的测试手段来开展锂离子电池动态阻抗模型的研究。通过电化学阻抗谱测试实验,基于最小二乘法并根据实验数据对电池动态阻抗模型参数进行识别,得到锂离子电池的动态阻抗模型。试验表明,该方法所提取的锂离子电池动态阻抗模型能很好的满足储能试验的要求,具有很高的精度,可作为锂离子电池组一致性判断的依据。     

有限解析单元法求解运动导体涡流场

使用线性有限元法求解运动导体涡流场,当单元Ｐｅｃｌｅｃ数大于１时数值解产生伪振荡。为克服这一困难,提出一处新的“有限解析单元法”,其基本思想是：在单元内构造满足节点条件 局部解析解或局部近似解析解作为形状函数,使用加权九法建立有限元方程。利用此方法研究了一维和二维运动导体时谐涡流问题,得到了很好的效果,初步验证了该方法的有效性。     

拟共轭梯度法

本文提出了求解多维无约束非线性最优化问题的有效方法——拟共轭梯度法,推导了拟共轭梯度法的计算公式、迭代方法和收敛判据。拟共轭梯度法不仅适用于目标函数有解析表达式的优化问题,而且也适用于难以求取目标函数的梯度和目标函数只有数值解的那些优化问题,因而具有广泛的使用领域。     

基于遗传算法的改进谐波平衡算法

针对标准谐波平衡算法存在迭代收敛慢,计算量大的问题,采用遗传算法所具有的隐含并行性、全局解空间搜索特性,以及其优化过程不受限制性条件约束的优点,提出了引入遗传算法加速其收敛过程的改进谐波平衡算法。通过将遗传算法的随机自适应优化过程与标准谐波平衡算法的迭代运算过程相结合,简化了标准谐波平衡算法迭代计算的过程,提高标准谐波平衡算法的收敛速度和计算精度。并采用该算法对Duffing-VanDerPol方程的进行了求解,得到了该方程的近似解析解,通过与Runge-Kutta法所得数值解相比较,两者的一致性较好,表明了该算法的有效性。     

电力系统经济负荷分配的混沌粒子群优化算法

提出一种新的混沌粒子群优化(CPSO)算法,将其用于求解复杂的电力系统经济负荷分配(ELD)问题。该算法保持了粒子群优化(PSO)的简单结构,先利用PSO算法的全局收敛能力进行搜索,以获得近似解(即粒子经过的最佳位置),然后利用混沌优化的混沌运动特性在近似解的邻域内进行局部搜索,从而获得精确的全局最优解。多个算例的仿真结果表明,该算法能快速有效求取电力系统ELD问题更精确的最优解。     

基于阻尼比的小干扰安全域多项式近似边界及其可信域

应用隐函数求导法,提出了基于阻尼比的小干扰安全域(D-SSSR)边界多项式近似算法。该算法在传统小干扰安全域(SSSR)理论的基础上,通过坐标旋转建立D-SSSR边界的计算模型;进一步基于隐函数求导法,将D-SSSR边界多项式近似的系数求解问题转化为线性方程组求解问题。与传统的描点法相比,所提算法可以求取D-SSSR边界的解析表达式且运算量小,因此具有广泛的应用前景。除此之外,提出一种基于优化方法的可信域计算方法,以确定D-SSSR边界多项式近似的有效范围。最后,通过IEEE-118节点系统上的仿真计算,验证了D-SSSR边界的多项式近似算法和可信域求解算法的正确性。     

高镍-硅碳体系锂电池阻抗特性研究

高镍-硅碳体系电池是进一步提高电池能量密度的重要研究方向.为了考察负极中不同硅含量电池的循环性能,辨识电极脱嵌锂过程中的主要物理化学过程,采用电化学交流阻抗频谱(EIS)和弛豫时间分布(DRT)来研究高镍-硅碳体系电池循环前后的阻抗特性,研究发现在荷电状态(SOC)为50％时,电解液中锂离子扩散过程是电池阻抗的主要来源.     

一种基于电化学阻抗谱的大规模退役锂离子电池的软聚类方法

退役锂离子电池的分选目前存在效率与精度不可兼得的问题,严重制约大规模退役锂电池梯次利用的经济性与安全性。该文针对以上问题,提出一种基于电化学阻抗谱（EIS）的退役锂离子电池软聚类方法。首先,对退役锂离子电池进行EIS测试和弛豫时间（DRT）分析,利用BP神经网络建立电池容量与DRT关联模型,并用于大规模电池容量的快速估计。然后,构建电池容量、欧姆内阻与DRT特征等六维度判据,在此基础上提出一种基于高斯混合模型的电池软聚类方法。该方法在考虑电池内部重要电化学特征的基础上实现了退役锂离子电池的软聚类,大大提高了聚类结果的准确性与灵活性。最后,通过计算轮廓系数和进行混合脉冲功率特性（HPPC）实验对聚类结果进行验证。实验结果表明,获取电池容量的时间由标准容量测试的3h缩短到10min,容量预测误差控制在4%以内;所提出的软聚类分类方法能提高电池重组的灵活性,并能保证重组电池具有很好的一致性。     

基于VSC-HVDC稳态响应的解析求解方法研究

对基于电压源换流器的柔性直流输电系统的数学模型和仿真算法进行了研究,提出利用解析法求解电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)的动态响应解析解。首先,利用开关函数建立双端VSC-HVDC的详细动态模型,进一步借助于开关函数矩阵得到相应的状态矩阵方程,最后,对非齐次线性系统求解得到VSC-HVDC的稳态动态响应。通过与数值计算方法结果相比,验证了解析计算算法的有效性,得到双端VSC-HVDC稳态响应的解析解,精确性高,且该方法计算时间大大缩短,可以应用于电力系统混合仿真以及谐波分析。     

基于电化学阻抗谱的锂离子电池过放电诱发内短路的检测方法

锂离子电池内短路(ISC)是电池发生热失控的主要原因，电池内短路尤其是过放电导致的内短路初期产热不明显，电压变化小，很难通过常规的观察电、热特征的方法对其进行检测。随着电池内短路的演化，电池内部结构逐渐发生改变，这些电池内部的变化可以在对电池具有良好表征性的电化学阻抗谱中得到体现。该文分别对不同荷电状态(SOC)、不同温度和不同内短路程度的电池进行电化学阻抗谱的测量和研究，筛选检测电池内短路所需的特征参数。结果表明，电池电化学阻抗谱的欧姆电阻R_o基本不受电池温度(25～45℃)、SOC的影响，但是对电池内短路程度较为敏感。为便于检测，该文选择电化学阻抗谱中参数特性和大小都基本和欧姆电阻一致的1 000 Hz频率阻抗的实部作为特征参数，通过监测电池循环过程中特征参数变化趋势来判断电池是否发生内短路。经实验验证，监测1 000 Hz频率阻抗实部值变化的方法可有效检测出电池过放电诱发的内短路，该方法不影响电池的正常循环使用，限制条件少且准确性高。     

计算RWG基函数阻抗矩阵的混合积分方法

电磁散射与辐射问题通常采用电场积分方程(EFIE)结合矩量法(MoM)求解,而基函数是决定矩量法精度和效率的重要因素。RWG(rao-wilton-gisson)矢量基函数广泛应用于EFIE矩量法的求解,其中基于RWG基函数阻抗矩阵的计算是求解的关键。计算阻抗矩阵的方法有多种,本文提出一种更为精确和有效的方法,该方法对于积分中非奇异积分项采用9点积分、奇异项采用势积分计算的混合方法,提高了计算精度并消除了被积函数的奇异性。通过实例计算证明这种方法是可行的。     

基于电化学阻抗谱的锂电池过充电阻抗特性与检测方法研究

目前以锂电池为主的电化学储能单元及系统应用日益广泛,而锂电池在实际使用中频发因过充电滥用引发电池故障的情况,因此实际电池的过充电状态准确检测一直是该领域的难点和瓶颈问题。针对此,该文采用电化学阻抗谱技术对单体电池过充电行为及过程开展检测研究,在实验室设计并制定电池过充电模拟循环实验,利用弛豫时间分布法对锂电池阻抗特性进行分析;在获得电池阻抗特性的基础上,对电池弛豫时间分布曲线进行解析;最后筛选阻抗特征参量为模型输入量,构建支持向量机模型进行电池过充电检测。结果表明,弛豫时间分布曲线中的极化峰P₁对应锂离子在固态电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)膜中的扩散过程、极化峰P₂对应电子在正极材料中的扩散过程、极化峰P₃对应锂离子在电极界面的氧化还原反应。过充电会导致电池欧姆内阻、SEI膜内阻与电荷转移电阻的增长速率最大为正常循环的266%、360%和182%,其中固态电解质界面SEI膜内阻为主要因素。电化学阻抗谱的阻抗特征参量以及支持向量机模型可以用于锂电池过充电检测,估计精度达93....     

基于改进 Richardson 的大规模 MIMO 信号检测算法

在大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)系统信号检测中,最小均方误差(minimum mean square error, MMSE)算法可以得到近似最优检测性能,然而该算法需要高维矩阵求逆,其复杂度很高,无法保证信号的实时检测。因此提出一种改进Richardson信号检测方法,利用最速下降法和整体修正法改进Richardson算法性能,最速下降法可以提供更有效地搜索路径,得到不同近似解,并且为了提高求解精度,利用整体修正法对不同近似解进行修正,使算法收敛速度更快,同时将算法复杂度数量级由O(K³)降低到O(K²)。仿真结果表明,该算法只需3次迭代就可接近MMSE,在降低复杂度的同时提高了误码率性能。     

采用变精度遗传算法的土壤结构逆问题求解

为了得到准确的土壤结构,提出了一种基于遗传算法(genetic algorithm,GA)的土壤结构逆问题求解方法,该方法通过视在电阻率测量值与GA产生的土壤结构对应视在电阻率计算值的差异,从而得到一个最优的土壤结构。与现有的利用GA求解土壤结构逆问题的方法相比,该方法的优点在于首先合理的设置了土壤参数初始精度,压缩了求解空间,使得简单土壤结构的求解能直接收敛到该精度下的最优;同时,对于复杂土壤结构求解,还引入了遗传–灾变算法与变精度的方法。因而在求解土壤结构时,解空间会被限制在一个合适的规模,同时也会引入最优解附近新的个体,使迭代求解过程更容易跳出局部解,从而逼近全局最优。计算结果表明,两层土壤结构可以收敛到全局最优,适应度函数值Fg=0,三层土壤结构下,该方法求解的Fg要小于标准遗传算法;同时,该方法输出稳定,10次重复计算下的输出结果差异小。     

基于分数阶联合卡尔曼滤波的磷酸铁锂电池简化阻抗谱模型参数在线估计

电池特性建模及模型参数在线估计是电动汽车电池管理系统的关键技术,以磷酸铁锂电池这一非线性系统为研究对象,以包含分数阶元件的简化电池电化学阻抗谱模型为基础,建立了该模型的状态转移方程和系统观测方程,运用分数阶联合卡尔曼滤波器(FJKF)对该模型的扩散极化电压和模型参数进行了在线估计。试验结果表明,该模型能较好地表征磷酸铁锂电池的动态特性,分数阶联合卡尔曼滤波算法在参数估计过程中能够保持很好的精度,同时该方法对多种测试工况都有较好的适用性,算法估计得到的模型参数值具有较好的稳定性。     

单一副反应对锂电池阻抗的影响

电化学阻抗谱是分析锂离子电池最常用的手段之一，但是对于复杂体系，分析的精确性尤为关键。本文通过比较高温、过充等不同实验条件下，采用相同的锂电池样品测试阻抗进行拟合后得到的弛豫时间分布谱图，来分析DRT特征峰高度的变化，从而确定不同实验过程对锂电池的影响。     

基于遗传算法的电力电容器宽频建模方法

提出一种基于遗传算法的电气设备宽频建模方法。首先,针对以往常用的基于矢量匹配法的建模方法的局限性,提出自己的建模思路;其次,利用矢量网络分析仪对某型号电容器的宽频阻抗进行测量;然后,提出特殊的等效电路模型来表征所测量设备的阻抗特性。用多条RLCG支路并联电路等效被测量设备的阻抗特性,且并联支路数可变;利用测量到的阻抗特性中的一些特殊点推导出遗传计算的初始解,经遗传算法多次迭代求出最优解得到所测量电容的宽频模型,利用EMTP进行时域仿真,证明所建模型为稳定模型。     

交流阻抗谱法研究燃料电池的极化阻力

电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)是用于研究燃料电池电性能的一种重要手段,因其包含了大量的电池极化阻力等方面的信息。通过对电化学阻抗谱的分析可以得到电池的欧姆极化电阻、电化学极化电阻和浓差极化电阻等数据。分析了固体氧化物燃料电池常见的各种形状的交流阻抗谱,给出了各自的等效电路,并通过对等效电路的拟合求得了电池的极化电阻。与文献中普遍采用的直接读图法相比,拟合法得到的电池极化电阻数据更准确、更合理。     

模块化多电平换流器的交直流侧阻抗模型

模块化多电平换流器(MMC)的阻抗建模是分析基于MMC的电力电子系统交、直流侧谐振及稳定性的基础条件。依据MMC的拓扑结构、运行及控制特性,同时考虑环流控制对MMC交、直流侧阻抗的影响,分别推导了MMC直流侧和交流侧的小信号阻抗解析模型。利用MATLAB/Simulink搭建了三相MMC详细时域仿真模型,采用注入小扰动电压/电流的方法测量MMC交、直流侧的小信号阻抗,与推导的MMC交、直流侧阻抗解析模型的计算结果比较,验证了解析模型的正确性。MMC阻抗模型仿真结果表明:在不加环流控制的情况下,MMC交流侧的小信号阻抗在低频范围内存在谐振峰;而加入环流控制后,该谐振峰能够得到有效抑制。