运行极限分析范文（精选8篇）
运行极限分析 第1篇
静止同步补偿器(STATCOM)作为一种并联无功补偿装置被广泛应用于现代电力系统[1]。在高压大功率的应用场合,链式结构的STATCOM近年来逐渐成为研究的热点[2,3]。它有三角形和星形2种主要结构。
链式STATCOM(以下简称STATCOM)各个链节直流电压基本恒定是装置安全可靠运行的前提[4]。在并网电压,即公共连接点(PCC)的电压不平衡或补偿无功电流不平衡的工况下,STATCOM的各相支路将持续输入或输出一定的有功功率[5]。这会导致支路中的链节直流电压不稳定,影响装置的可靠运行。针对这一问题,目前有一些文献提出了不同的控制方法[5,6,7,8,9,10]。这些方法虽然表现形式各有差异,但是其最终效果都是在三角形STATCOM各相支路叠加零序电流、星形STATCOM各相支路叠加零序电压,通过零序分量的作用实现STATCOM各相支路的有功功率为零。也有文献提出基于负序分量的控制方法[11,12],但适用场合受到较大的局限[13]。因此本文只讨论基于零序分量叠加的控制方法。
基于零序分量叠加的控制方法增大了STATCOM各相支路流过的电流或支路承受的端电压[10]。因此在装置额定电流或额定电压一定时,STACTOM能够可靠运行的不平衡工况范围是有限的。截至目前,绝大多数文献侧重于控制方法的研究。只有极少数的文献对星形STATCOM在补偿无功电流不平衡工况下的运行极限进行了量化分析[10,13]。然而,目前已有的文献对三角形STATCOM受额定电流约束的运行极限鲜有报道;对并网电压不平衡条件下的运行极限也未见详细的分析。本文将在已有文献的基础上进一步完善这部分工作。
本文首先分析在不平衡工况下影响STATCOM额定电流和额定电压的关键因素,定量给出在三角形STATCOM额定电流与星形STATCOM额定电压一定的条件下,装置能可靠运行的不平衡工况范围及其分析方法。在此基础上,对三角形STATCOM和星形STATCOM在不平衡工况下的运行极限进行比较。最后通过仿真实验对运行极限分析的结果进行验证。
1 零序分量
三角形STATCOM的并网系统结构如图1所示。所有不平衡工况对STATCOM而言表现为2个方面的特征:并网电压不平衡与补偿无功电流不平衡。在此,同时考虑这2个方面的不平衡特征,以三角形STATCOM为例,给出了统一的零序分量计算方法,并进一步研究了影响零序分量的关键因素。
1.1 基于零序分量叠加的控制原理
在STATCOM并网电压(即PCC电压)不平衡的情况下,三角形STATCOM各相支路的电压为:
其中,Up、Un分别为电压正、负序分量的幅值;θpu、θnu分别为正、负序电压相位。
考虑叠加的零序电流分量,三角形STATCOM各相支路流过的电流如式(2)所示:
其中,Ip、In分别为补偿无功电流正、负序分量的幅值;θpi、θni分别为正、负序电流相位。
根据式(1)和式(2)可导出各相支路的有功功率:
三角形STATCOM的三相支路有功功率总和为:
作为并联无功补偿设备,STATCOM补偿的正、负序电流均为无功电流,即:
因此三相支路总的有功功率为零,即有:
为了维持各支路中链节的直流电压基本恒定,需要在三角形STATCOM中叠加零序电流,以保证各相支路输入或输出的有功功率为零。由于已有式(9)的约束,叠加的零序电流只需满足式(10)即可:
将式(10)代入式(3)、式(4),并经过一系列推导得:
方程组(11)的解可表示为:
若解出为负值,则应将零序电流相位θ0校正为:
如图2所示,在一定的并网电压不平衡度与补偿电流不平衡度条件下,三角形STATCOM各相支路的电流原本与相应的端电压并不垂直,例如相量Ibc0与Ubc之间的夹角不为90°,bc支路存在有功功率变化。叠加适当的零序电流I0之后,各相支路的电流垂直于相应的端电压。对于星形STATCOM,可类似推导其在不平衡工况下所需叠加的零序电压表达式。基于零序电压叠加的控制方法,可实现星形STATCOM在不平衡工况下的可靠运行。
1.2 零序分量的影响因素
由式(12)、(13)可知,三角形STATCOM在不平衡工况下所需叠加的零序电流受Up、Un、Ip、In、θpu、θnu、θpi、θni等因素影响。为便于对零序分量进行定量研究,必须进一步分析其中的关键影响因素。在实际控制中通常取正序电压相位为参考,即:
将式(15)代入式(12)与式(13),经过一系列推导得:
其中,DU与DI分别为电压不平衡度与电流不平衡度。
STATCOM作为并联无功补偿设备 ,补偿的正、负序电流均为无功电流。因此有:
将式(18)代入式(16)、(17),发现正、负序电流的容性与感性特征对零序电流具有重要影响。通过改进电流不平衡度的定义可以简化表达这种影响。为此,改进电流不平衡度的定义为:
将式(19)代入式(16)、(17)可得:
通过式(20)、(21)可以发现,三角形STATCOM在不平衡工况下所需叠加的零序电流仅由4个因素决定。除正序无功电流的幅值Ip之外,其他3个影响因素分别为:并网电压的不平衡度DU、补偿无功电流的不平衡度D*I以及并网电压中负序电压分量与正序电压分量的相位差θnu(因取定θp u= 0而将二者相位差θnu- θpu简化表达为θnu)。零序电流相量满足式(22):
经过分析,发现对于星形STATCOM在不平衡工况下所需叠加的零序电压也有类似的结论。
2 不平衡工况范围
以三角形STATCOM为例,叠加零序电流以后,各支路的电流如式(23)所示:
三角形STATCOM的额定电流应该取三者的最大值:
将式(15)、(18)代入式(23),再结合式(22)所示的函数关系,可推导STATCOM额定电流大小与不平衡工况之间的函数关系,如式(25)所示:
其中,DU、DI*、θnu这3个参数反映了STATCOM的不平衡工况特征;Imax/ Ip反映了在此不平衡工况下,三角形STATCOM为保证可靠运行所需要的额定电流大小。通过分析发现,当DU与DI*2个参数取定之后,Imax/ Ip随θnu的变化呈现周期性变化规律,如图3中实线所示。取其峰值作为此时的Imax/ Ip,可进一步将式(25)所示的函数关系简化表达为:
对于星形STATCOM而言,可类似地推导其额定电压大小与不平衡工况之间的函数关系:
其中,Umax/ Up反映了在DU、D*I所决定的不平衡工况下,星形STATCOM为保证可靠运行所需要的额定电压大小。
根据式(26)所示的函数关系,通过数值分析方法可得到三角形STATCOM的额定电流水平Imax/ Ip与并网电压不平衡度DU以及补偿无功电流不平衡度DI*之间的量化关系,如图4所示。图5则表示了星形STATCOM的额定电压水平Umax/ Up与不平衡工况之间的定量关系。
观察图4可以发现,在三角形STATCOM的额定电流水平Imax/ Ip一定的情况下,沿Imax/ Ip值作一个平行于DU轴与DI*轴的平面,只有位于该平面以下的不平衡工况范围是装置能够可靠运行的区域。从控制的角度而言,当装置额定电流与并网电压不平衡度一定的情况下,为了保障装置安全可靠运行,需要根据图4的分析结果,控制STATCOM补偿无功电流的不平衡度在一定的范围内。
对比图4和图5可以发现,为保证装置在不平衡工况下可靠运行,三角形STATCOM所需的额定电流与星形STATCOM所需的额定电压同时受到DU与D*I的影响。2种STATCOM受DU与D*I的影响是对偶等效的,在DU较大的不平衡工况下,三角形STATCOM所需的额定电流显著提高 ;在D *I较大的不平衡工况下,星形STATCOM所需的额定电压显著提高。因此,从经济性的角度考虑,三角形STATCOM更适用于补偿无功电流不平衡度D*I较高的场合;星形STATCOM更适用于并网电压不平衡度DU较高的场合。所以有必要根据应用场合的不同适当选择三角形STATCOM或星形STATCOM。
3 仿真验证
本节以±50 Mvar / 10 kV的链式STATCOM为例,通过MATLAB对上述的分析结果进行验证。需要说明的是,由于本文旨在从理论上分析链式STATCOM在不平衡工况下的可靠运行范围,而并不是提出一种实际应用的新型控制方法,因此仅通过仿真验证理论分析的正确性。仿真中涉及三角形与星形2种STATCOM,参数列于表1。需要说明的是,虽然实际中STATCOM向电网补偿无功电流会使并网 电压(PCC电压 )发生变化 ,但是由于本文的核心是说明STATCOM在一定的并网电压不平衡和补偿无功电流不平衡的情况下,三角形STATCOM的额定电流与星形STATCOM的额定电压大小,因此为了便于说明问题,在仿真中设定PCC处电压恒定。此外,本仿真的目的是验证理论分析的结果,所以忽略了PWM等环节。
3.1 平衡电压条件下的 STATCOM 运行
STATCOM的并网电压平衡 ,即DU= 0。此时设置电流不平衡度DI*= 0.4,以三角形STATCOM为例进行仿真实验。根据图3所示的分析方法可知在这种不平衡度条件下,θnu= 60°时Imax/ Ip最大。本仿真以这种最严峻的情况为例,设定θnu= 60°。根据图4的分析结果可知,为保障装置在这种不平衡工况下可靠运行,其额定电流幅值至少应该设计为1.8 Ip,即1.04p.u.。仿真结果如图6所示。图6(a)中Ip、In分别为STATCOM向PCC补偿电流的正、负序分量标幺值 ,其中负序分量占正序分量的40 %,对应的电流波形(标幺值)如图6(b)所示。图6(c)表示STACTOM并网电压的正、负序分量标幺值,对应的电压波形(标幺值)如图6(d)所示。图6(e)表示三角形STATCOM内各相支路上流过的电流标幺值,其中ica幅值较大,达到1.05 p.u.,与理论分析的结果1.04 p.u. 基本吻合。STATCOM各个支路中除了正、负序电流之外 ,额外叠加了零序电流i0,如图6(f )所示(标幺值)。零序电流叠加使得三角形STATCOM各个支路流过的电流与相应的端电压相位垂直,见图6(d)与图6(e)。最终的目的是保持各个级联模块的直流母线电压能够维持在3 k V左右,见图6(g)。为方便观察波形的细节,对图6的部分波形作了时间轴放大处理。
3.2 不平衡电压条件下的 STATCOM 运行
本仿真设定三角形STATCOM的并网电压不平衡度DU= 0.3,STATCOM向电网补偿1 p.u. 的感性正序无功电流和0.4 p.u. 的容性负序无功电流,即D*I=- 0.4。根据图4的分析结果,三角形STATCOM的额定电流应设计为1.94 Ip,即1.12 p.u.。仿真结果如图7所示(θnu= 40°)。图7(e)所示三角形STATCOM各相支路上流过的电流波形中,ica幅值较大,达到1.14p.u., 与额定电流幅值的理论分析结果1.12 Ip基本吻合。
为说明星形STATCOM与三角形STATCOM的对偶等效特征,对±50 Mvar / 10 k V的星形STATCOM系统进行了仿真。与三角形STATCOM的不平衡工况对偶,设定DU= 0.4,D*I= - 0.3。理论上星形STATCOM所需的额定电压幅值应设计为1.94 Up。仿真结果如图8所示(θnu= 18°)。图8(a)所示STACTOM补偿无功电流的正、负序分量中,负序分量为0.3 p.u.,图8(c)所示STATCOM并网电压的正、负序分量中,负序分量为0.4 p.u.。图8(e)所示星形STATCOM各相支路的端电压波形中,uab幅值较大,达到1.96 p.u.,与理论分析的额定电压幅值大小吻合。
4 结论
运行极限分析 第2篇
关键字：深水；喷射；导管；入泥深度；钻具组合
钻井导管是海上油气井施工过程中下入的第一层结构管，它为钻井井口、悬挂套管、采油树以及防喷器组提供结构支撑。钻井导管须能够承受海上钻井设备、套管以及将来生产、修井作业时强加其上的多种载荷。流花4-1油田水深268.2米，海底浅层土质薄弱，为保证导管能承受钻完井作业时的各种载荷，确保作业安全，需要根据油田海底浅层土质参数进行承载力分析。
1.海底土质承载力计算模型
对于钻井导管来说，可以作为一个不带桩靴的钻井船桩腿对待。在API规范中可用单桩轴向极限承载力经验公式，来进行极限承载力计算。
单桩轴向极限承载力计算公式：
2.导管在粘性土层中的摩擦力分析
隔水导管打入粘性土层中与土体的摩擦力，可采用API方法2来计算。
3.导管在砂性土层中的摩擦力分析
隔水导管打入砂性土层中与土体的摩擦力，可采用下式计算：
4.流花4-1油田钻井导管极限承载力
根据流花4-1油田井场调查报告，流花4-1油田海域海底土质参数如表1所示。
根据公式（1）、（2）、（3）所述钻井导管极限承载力计算模型和流花4-1油田海底土质参数，求得30和36英寸外径钻井导管极限承载力如图1所示。
图1 流花4-1油田钻井导管极限承载图版
有图1可得知，流花4-1油田在海底入泥75米范围内30和36英寸钻井导管极限承载力不超过400吨，36英寸外径钻井导管所能获得的地层承载力要大于30英寸外径导管。
5.结论
海上钻井导管极限承载力对海上钻完井作业安全非常重要，在钻井导管进行下入施工前，应进行充分的井场地质调查，获取准确海底浅层土质参数，对导管极限承载力进行计算分析，确保钻井导管能够承受海上钻井设备、悬挂套管以及将来生产、修井作业时强加其上的多种载荷，保证海上施工安全。
参考文献
[1]杨进，刘书杰，王平双. 海上钻井隔水导管下入深度理论与控制技术[M]. 石油工业出版社. 2009-06.
[2]徐榮强，陈建兵，刘正礼. 喷射导管技术在深水钻井作业中的应用[J].石油钻探技术，2007，35（3）：19-22.
运行极限分析 第3篇
1 色谱取样过程
将色谱取样后结果与运行中标准值进行对比, 结果如表1及表2所示。
2 故障严重程度诊断
2.1 用故障产气速率分析
第一次产气速率计算, 月相对产气速率为
计算结果表明月相对产气速率大于10%。
式中Ci1———2012年3月8日总烃含量;
Ci2———2013年4月13日总烃含量。
第二次产气速率计算, 月相对产气速率为
计算结果表明月相对产气速率小于10%。
式中Ci3———2013年5月4日总烃含量。
第三次产气速率计算, 月相对产气速率为
计算结果表明月相对产气速率小于10%。
式中Ci4———2013年5月25日总烃含量。
通过上述分析, 故障在2012年3月至2013年4月期间快速发展, 近期故障没有以前发展快, 第二次和第三次的产气速率虽小于10%, 但有递增趋势, 建议跟踪分析, 分析周期定为15—30天为宜, 看气体增长情况, 先密后疏。
2.2 用特征气体法分析
当油温为150—500℃时, 油中分解产生的故障气体主要为C2H6。以2013年5月25日数据分析, 总烃较高, CH4含量大于C2H4, C2H2占总烃的2%以下, 所以故障性质为过热故障 (低于500℃) 。
故障实例参考:铁心漏磁、局部短路、层间绝缘不良、铁心多点接地等。若铁心接地电流非常大, 有可能是多点接地故障;若铁心接地电流正常, 有可能是铁心内部短路造成铁心局部环流。
2.3 是否涉及绝缘分解
2013年5月25日取样结果计算, 发现
大于7, 不涉及绝缘。
3 故障部位判断
过热故障在电路和磁路的判断方法:一般总烃较高, 有几百μL/L, 乙炔在1μL/L以下, 占2%总烃以下, 乙炔增加慢, 总烃增加快, C2H4/C2H6比值较小, 绝大多数情况下该比值为6以下, 一般故障在磁路。
4 结论
运行极限分析 第4篇
关键词：月球车轮驱动电机,性能预测,故障,有限元分析
月球表面地形复杂、环境难以预知,车辆通过性很差[1,2]。月球车运动控制系统的牵引性能至关重要,而车轮驱动电机则是组成该系统的关键部件之一。月球车的能源主要由太阳能电池板和蓄电池组成的直流供电系统提供,将稀土永磁无刷直流电机作为月球车轮驱动电机,不需要交流电机系统的电源逆变装置,不存在有刷直流电机的换向难问题,而且采用永磁体励磁方式,电机无励磁损耗[3]。
与地球不同,月球无大气层保护,表面直接暴露于宇宙空间,受到太阳辐射。月球热惯性极小,白天月面温度基本上由吸收太阳辐射获取,最高可达150 ℃,而夜晚和太阳不能照射到的阴影区域,温度最低可能仅为-180 ℃。
月球车在月面恶劣环境[4,5,6,7]下长时间运行,车轮驱动电机发生故障的可能性无法降至为零,并且外太空环境下月球车很难得到任何维护。因此,预测月面极限温度下车轮驱动电机带障运行时的性能有助于对月球车运动控制系统进行可靠性分析。建立了常温下电机正常运行的有限元模型,预测了月面极限温度下电机的运行性能,针对各种故障进行了仿真研究。
1 材料的温度敏感性
永磁材料的性能会受到外界条件干扰发生变化,而工作环境对永磁材料性能的影响因素首推温度[8]。
为衡量温度变化对永磁材料性能影响的程度,定义永磁材料剩磁感应强度的可逆温度系数αBr和不可逆损失率ΔBr:
式中,t0和t1为不同温度;Br(t0)为t0时的剩磁感应强度;Br(t1)为t1时的剩磁感应强度;Br(t′0)为温度从t0变化至t1后重新回到t0时的剩磁感应强度。
永磁材料t时的剩磁感应强度Br(t)为:
式(3)中,Br20为手册或资料通常提供的室温时的剩磁感应强度。
永磁材料的αBr一般为负数。所以,随着温度升高,电机磁钢的磁性能下降。
电机绕组的阻值对温度也较为敏感。t时绕组的阻值ra(t)为:
式(4)中,ra20为室温时绕组的阻值;pt为绕组电阻的温度系数。
2 有限元建模
有限元仿真软件Flux由法国Cedrat公司开发,能够求解静态磁、稳态磁、瞬态磁和磁热耦合等问题,适用于对电机、传感器和变压器等对象的研究。
在Flux下建立了电机的二维有限元模型,模型由控制电路和几何模型两部分构成。控制电路由6类元件构成,如图1所示。图中,Switch_1～ Switch_6为由转子位置角控制的开关,通过设置导通、关断电阻和导通区间模拟逆变桥开关管的开关作用;Diode_1～ Diode_6为续流二极管;Voltage_1～ Voltage _6为理想电压源,与开关串联,等效实际电路中开关管的饱和导通压降;Coil_A、Coil_B、Coil_C为线圈,与几何模型中绕组区域关联耦合后等效电机的三相绕组;Voltage_Source为理想电压源,对整个电机系统进行供电;Capacitor为电源的滤波电容。控制电路各元件右上方空心小方块标示电流正向流入端。
研究域的简化过程如图2所示。样机方案采用转子4对磁极和定子24槽结构,图2(a)为根据方案尺寸绘制的电机截面图。图中,A+、B+、C+表示以电流流出纸面方向为正的绕组区域;A-、B-、C-表示以电流流入纸面方向为正的绕组区域;N、S表示采用不同充磁方向的磁钢。
在不降低剖分质量的前提下,为减小模型运算量和提高仿真速度,必须尽量缩小研究域的大小。通常,旋转电机的完整截面图在几何结构上具有周期性重复的特点,而在物理属性上则具有对称性特征。
首先,从周期性考虑,研究域缩小为电机截面图的最小周期,即完整截面图的1/4,包含2个磁极和6个定子槽。其次,从对称性考虑,研究域进一步缩小为最小周期的一半,包含1个磁极和3个定子槽。最终,仅取电机截面图的1/8作为仿真用几何模型,为保证计算精度,模型的气隙部分由转子至定子分为三层,并减小磁钢和气隙区域的剖分节点距离。
剖分后的几何模型如图2(b)所示。图2中,Shaft区域表示转轴;Rotor区域表示转子;Magnet表示磁钢,充磁方向与X轴夹角为45°;Stator区域表示定子;Plus_B、Minus_C、Plus_A区域表示绕组区域,分别对应电机截面图中的B+、C-、A+区域;Air、Airgap、Stator_Air表示三层气隙。
3 正常运行时电机性能仿真及实验验证
样机主要参数为:额定电压28 V,定子外径30 mm,定子内径17.5 mm,磁钢厚度2.75 mm,转轴直径4 mm,铁心有效长度24 mm,每相绕组电阻5.17 Ω。
烧结钐钴永磁材料NSC27G温度稳定性较好,αBr小于0.03 %/℃,工作温度可达300 ℃,将其选作磁钢材料。定子材料选用硅钢片DW230—35,转子材料选用10#钢,转轴材料选用不锈钢。
以图2所示转子位置为电机运行的初始位置,转子转过90°,绕组完成一个通电周期。电机正常运行时,开关状态设置如表1。表中,“√”表示开关闭合,否则为断开状态。
通过修改材料属性,可以获得不同温度下电机的仿真模型。图3为不同温度下,电机空载时的磁密云图。由图可知:随着温度上升,磁钢性能下降,导致空载时电机各部分的磁感应强度均有不同程度降低。
不同温度下,图2转子位置下、一个磁极范围内电机空载时气隙法向磁密波形由图4所示。由图可以看出:不同温度下,磁密波形相似,而幅值随着温度上升而有小幅度下降;磁密波形并非理想梯形,但左右对称,在两个定子齿位置出现了磁密最大值,而在定子槽位置出现了凹陷。
电机的理想空载转速和空载气隙法向磁密的平均值如表2所示。与20 ℃时相比,-180 ℃和150 ℃时,磁钢的剩磁感应强度分别增大6%和减小3.9%,空载气隙法向磁密的平均值则分别增大5.51%和减小3.57%,两项数据基本吻合。与磁钢的剩磁感应强度变化趋势相反,与20 ℃时相比,-180 ℃和150 ℃时的理想空载转速分别降低3.94%和升高2.82%。
不同温度下,电机的机械特性如图5所示。由图可以看出:不同温度下,电机的机械特性都接近直线;随着温度降低,机械特性变硬,堵转转矩急剧增大。
室温下的仿真结果与实验结果如图6。与实验数据中转矩和电流关系相同,仿真数据中转矩也随着电流增加而线性增加,相同转矩下电流实验值均大于仿真值。额定负载附近,电流相对误差略大于10%。电机空载时,电流仿真值为0,而实验值稍大于0。仿真和实验的机械特性均接近直线,仿真机械特性硬度较大,两条机械特性在额定转速附近相交。额定转速附近,转速相对误差接近5%。
误差产生原因:(1)研究对象与仿真模型之间存在误差。电机工作时存在端部磁场,而仿真模型为二维,忽略了端部效应;低速大转矩时,流过开关管的电流较大,管压降增加较快,而仿真模型中管压降为常数。(2)转子旋转时,电机存在机械损耗(包括轴承摩擦和空气阻力),而损耗难以准确地定量描述,建模时将摩擦系数设置为0。所以,转矩的实验值为电机的输出转矩,而仿真值为电机的电磁转矩,二者之间相差机械损耗。空载仿真时,电磁转矩的平均值为0,电流也在0值上下波动;而空载实验时,虽然电机的输出转矩为0,但机械损耗不为0,电磁转矩需要与其平衡,故而电流的实验值不为0。
电流过大和电压、温度过高可能损坏逆变桥开关管,造成开路或短路故障[9,10,11]。造成绕组开路的原因[12]较多:引出端被拉断或受到碰撞而断开;接头焊接不良,使用中受热脱焊;长期过载、受潮、电源电压偏差过大等使绝缘受损引起绕组短路而未发现,继续使用因过热而熔断。静电和高温易损坏霍尔位置传感器内部的半导体材料,霍尔元件的输出信号可能始终保持高电平或低电平[13]。总之,电机在高温下发生故障概率更大,仿真以估计的月面最高温度作为电机工作温度,对各种故障发生后的电机性能进行预测。
假定一台车轮驱动电机发生故障后,其余的正常车轮能够输出足够的牵引力维持月球车继续行驶,并拖动故障车轮旋转。因而,仿真采用恒速驱动方式。
电机以恒速500 r/min运行时, 正常状态下电源和绕组的电流以及电磁转矩的波形如图7所示。绕组电流波形接近方波,而电源电流波形除绕组导通换向时刻出现凹陷外,基本保持恒值。由于仅取电机截面图的1/8作为仿真用几何模型,电磁转矩应为仿真值8倍。
电机正常运行时,每一时刻逆变桥上、下桥臂各有一个开关管导通,使一相绕组通过正向电流,一相绕组通过反向电流,剩余一相悬空,合成转矩则是两相通电绕组产生转矩之和。当转子转过15°,绕组进行一次换流,定子磁状态改变一次,共有六个磁状态,每个状态下的电流路径如表3所示。
4 带障运行时电机性能预测
通过设置Switch_1保持持续的导通或关断状态来模拟单个开关管开路或短路故障的发生,电机带障运行时的波形见图8和图9。
Switch_1开路时,第2、3状态下Voltage_Source电流为0,电磁转矩在0值附近波动,其余状态下的波形则与正常运行时基本相同。Coil_A无正向电流通过,而负向电流与正常运行时相同。Coil_B和Coil_C的正向电流与与正常运行相同,而负向电流缺失一半。
Switch_1短路时,Coil_A通过电流始终为正,电磁转矩有正有负,平均值显然为正。由于Coil_A正端与Voltage_Source正极始终连接,第5、6状态Switch_1和Switch_4同时导通,Voltage_Source电流极大,必须立即对电源进行保护。
霍尔信号与开关管触发信号之间存在固定的逻辑关系,可以通过修改开关导通区间来模拟一相霍尔信号故障。A相霍尔信号发生持续低电平和高电平故障后,开关状态设置分别见表4和表5。表中,“HA≡0”表示A相霍尔信号持续低电平,“HA≡1”则表示持续高电平。电机带障运行时的波形见图10和图11。
A相霍尔信号持续低电平时,Switch_1和Switch_4的导通区间和正常运行时相同,Switch_2和Switch_3始终断开,Switch_5和Switch_6的导通区间则向前扩展一个状态。大部分状态下电磁转矩大于零,而小部分状态下在零值附近波动。Coil_A电流与正常运行时接近,Coil_B仅负向电流通过,Coil_C仅正向电流通过,但电流通过区间扩大一个状态,电流最大值均有所增加。
A相霍尔信号始终保持高电平时情况则与低电平情况类似,不再叙述。
通过设置Coil_A的阻值为极大值(106Ω)模拟一相绕组开路故障,电机带障运行时的波形见图12。
Coil_A开路时,电流路径包含Coil_A的状态,即第2、3、5、6状态,下Voltage_Source电流为0,电磁转矩基本为0,剩余两个状态与正常运行时基本相同。Coil_A几乎无电流通过,Coil_B和Coil_C的正向电流和负向电流则各缺失一半。
单个开关管短路后,必须对电源进行保护,电机不再输出转矩,该故障下机械特性不作研究。电机正常及带障运行时的机械特性如图13所示。图中,曲线1表示正常运行,曲线2表示单个开关管开路故障,曲线3表示一相绕组开路故障,曲线4表示一相霍尔信号故障。由图可以看出:
电机带障运行时的理想空载转速与正常运行时接近;单个开关管开路或一相绕组开路故障发生后,机械特性仍然接近于直线,斜率分别减小至正常运行时的2/3和1/3;一相霍尔信号发生故障后,机械特性不再为直线,但与单个开关管开路故障时接近。
5 结论
(1)单个开关管短路故障发生后,必须执行电源保护措施,电机无法继续输出转矩;
(2)单个开关管开路、一相绕组开路或一相霍尔信号故障发生后,电机仍然能够输出转矩,但带载能力有不同程度地下降。
(3)故障发生后部分转子位置下的电磁转矩几乎为0,沉陷于松软月壤层中的车轮失去了自主起动能力,通过延长电机带障运行时的机械特性而获取的起动转矩无意义。
《极限挑战》节目特色分析 第5篇
一、真实
《极限挑战》是一档真人秀节目,真人秀节目的意图就是将分割明星“前台行为”和“后台行为”之间的“幕布”扯开,让观众看到明星的后台行为,至少是在银幕上的“后台行为”。在节目中,嘉宾完成任务过程中的每一个小动作和情绪都被摄影机呈现在屏幕之上,节目组也并不会为了维护嘉宾的形象,在后期剪辑中剪掉某些在电视屏幕上作为一个公众人物不应该出现,但是作为一个普通人再正常不过的行为。观众可以感受到“真实”的明星是怎么样的,这种窥视的真实感是节目吸引受众的重要原因。
《上海滩2015》这一集中,黄渤的职业是快递员。他递送的一个快递是新鲜水果,但是送过去的时候包装水果的纸箱的一个拐角破了,收件人态度很不好并且坚决地拒绝签收快递。黄渤扛着箱子走下楼准备把包裹运回去,走到半路情绪突然爆发把箱子扔到地上头也不回地走了,没走多远又返回去把箱子捡起来扛回总部。黄渤发怒扔箱子这个行为情有可原,毕竟他在节目外是明星、是影帝。黄渤扔掉箱子走到小区门口又折回来捡起包裹这个行为,在小事上体现了他的敬业与高情商。节目组没有删减掉这段真的为节目增色不少,因为观众可以看到,明星也会有普通人的喜怒哀乐,这毫无疑问增强了节目的真实感。
二、平民化叙事和即兴式叙事
平民化叙事,指的是从叙事形态到叙事话语一系列叙事行为上与大众日常生活相一致的状态。[1]
《极限挑战》这档栏目使明星们像在日常生活中的普通人一样,做着普通人做的工作,体会普通人的生活。节目中成员们曾经担任过出租车司机、快递员、幼儿园教师、家政保洁等,他们的主管并没有因为他们是明星而手下留情,仍然会因为未完成工作而扣他们的工资。这些事情可能发生在每一位普通的观众身上,这一系列的行为与大众日常生活相一致。6位成员本来是只能在电视荧幕上看到的、活在电影和电视剧里面的“偶像”“影帝”和“大明星”,但是在节目中,“男人帮”再没有身上的光环成为普通工人,做着普通的工作,非常“接地气”,与受众的距离更加贴近。
另外,节目也运用了即兴式的叙事手法。
剧情式综艺归根结底就是在综艺节目中以演绎一段故事的方式带来娱乐效果。《极限挑战》每期会通过完整的故事逻辑,像电影一样编纂一个完整的剧情和时空,但这个时空是开放的,事件的进展是不可预估的,参与嘉宾的表演也是即兴的。
节目在录制的时候“男人帮”需要完全进入现实生活之中、渗透到群众里面去,因此完成任务的过程中会发生什么事并不可预估。例如,黄磊担任出租车司机的时候要搭载一位女乘客,这位女乘客上车发现司机是黄磊的时候她的表现近乎丧失理智,将一位看到明星的普通人的激动心情表现得淋漓尽致。节目播出之后这位女乘客跻身新浪微博热搜榜,有许多网友称赞这位女乘客“浑身是戏”,并且确实代表了很大一部分见到明星的普通人的心情。这位女乘客的表现引起了许多网友的共鸣,他们也被节目的气氛感染了。周边群众不可控制的反应以及采取的行为会为节目剧情的发展制造更大的悬念。
三、吐槽型字幕
电视字幕是一种文字传播的符号。《极限挑战》这档栏目采用更接近于“弹幕”的字幕,吐槽功能更强一些。
“弹幕”原是军事用语,指用火炮提供密集炮攻。而在视频中,大量评论从屏幕飘过时效果看上去像是飞行射击游戏里的弹幕,因此被叫作“弹幕视频”。这一视频模式源自日本弹幕视频分享网站,后来中国的哔哩哔哩等网站也开始模仿使用。
弹幕满足的是观众吐槽的欲望。在观看节目的过程中,观众可以通过发送弹幕来表达自己对节目内容的看法,或者是与其他观众交流心得。但是《极限挑战》是一档以电视为载体的节目,如果想要发送弹幕成本高并且难度非常大。在这种情况下,节目组采用了非常聪明的做法,就是在电视字幕上下功夫。在某一期节目中,小猪罗志祥说了一句张艺兴经常说的话,“我们应该给彼此一些信任”,说完这句话之后他呛到了。字幕说小猪是“被鸡汤呛到了”。类似自我吐槽式的字幕为节目增添了许多笑料,并且将观众想做却无法实现的吐槽呈现在电视屏幕上,毫无疑问地拉近了节目与观众的距离。
四、背景音乐
综艺节目中的背景音乐也是一项重要元素。南京航空航天大学刘俐彤在其硕士毕业论文中提到,片头音乐有引入节目、调动情绪的作用,转场音乐有段落衔接、转换情绪的作用,主题音乐有突出主旨、深化情绪的作用,场景音乐可以强化场景、渲染情绪。
《极限挑战》中采用的背景音乐(Background Music,以下文中简称BGM)可以说“来路不凡”。黄磊的专属BGM的名字是The Game is On,这是英国著名侦探类电视剧《神探夏洛克》的主题曲。黄磊被称为“神算子”,他分析各种线索的时候就会响起这个音乐。首先,这一背景音乐与黄磊在节目中的角色定位不谋而合,其次,受电视剧的影响,观众在观看节目时不自觉地会集中注意力随着节目的情节运转大脑。黄渤担任快递员送香蕉被客户拒收时的BGM是沙宝亮和黄渤共同演唱的《男人好难》,与黄渤那时的职业身份和经历不谋而合,也能唤起某些具有相似经历的观众的情感,更能使他们投入到节目的情节中去。另外,还有一些BGM出自著名动漫,如《罪恶王冠》《瞳孔中的暗杀者》,动漫《七大罪》《圣斗士星矢》以及《银魂》等一系列优秀作品中的插曲。因为《极限挑战》这档综艺节目的目标观众的年龄不会太高,基本集中在1980年以后出生的人,而节目组选取的部分BGM出自这些人的“童年回忆”——经典动漫中的经典插曲,是耳熟能详的刺激物,所以更容易让观众产生共鸣,并且比较容易理解到节目组想表达但在现实生活中不容易用文字或者画面表达出来的东西,加强双方的交流。
摘要：《极限挑战》在真人秀市场略显疲态的情况下能够取得良好收视率,部分原因在于它具有鲜明的特色。《极限挑战》不仅真实、贴近生活,它的吐槽型字幕以及背景音乐也满足了受众的需求。它的成功对于国内真人秀节目的发展具有借鉴意义。
关键词：《极限挑战》,平民化叙事,即兴式叙事,吐槽,背景音乐
参考文献
独立学院未定式极限教学分析 第6篇
独立学院是高等教育大众化的重要承担者, 高等教育的大众化使得独立学院学生整体水平有所下移, 数学基础参差不齐, 有些问题教师看来无需解释但学生理解有难度;有些问题教师刚解释过, 转眼学生就会忘记, 因此, 一些重要的知识即使简单, 也应反复强调. 已发表的关于未定式极限的论文一般主要关注这类极限的解法, 并没有关注学生在理解这类极限时出现的问题. 本文对独立学院学生中存在的对这类极限的错误理解与疑问及易与这类极限混淆的一些极限作了详细的分析和比较.
二、未定式极限教学分析
1∞型极限教学分析
(1) 1∞型极限是指limf (x) g (x) , (limf (x) =1, limg (x) =∞) , 1∞型极限结果不一定为1, 重要极限即是一例.这与中学所学的1的任何次方都是1并不矛盾, 因为1∞中的“1”一般是指极限为1, 而不是常数为1.
( 2) 为特殊的1∞型, 该极限总为1, . 该极限也可由极限的定义给出一个简单而又严谨的证明如下:
证明:取X=N, 易知不存在实数x0>N, 使得, 即ε>0, , 当时, 故.
( 3) 极限limf ( x) g ( x) , ( limf ( x) = 1, limg ( x) = A) ( 其中A为常数, 下同) 不是1∞型, 该极限总为1.
(4) 1∞型极限常见的错误解法有两种.
错解一:limf (x) g (x) =lim1g (x) =1.
错解二:lim f (x) g (x) =elimg (x) lnf (x) =elimg (x) limlnf (x) =elimg (x) ·ln1=e0=1.
错解一, 错误在于因为limg ( x) = ∞ , 求极限时不能先求局部的极限. 错解二, 错误在于因为limg ( x) = ∞ , 不能使用极限的乘法运算法则, 所以第二个等号不成立.
2.0/0型极限教学分析
(1) 分母为0的式子无意义, 但0/0型极限是指, (limf (x) =0, limg (x) =0) 即分子、分母极限为0, 而不是分母等于0, 因此, 该式是有意义的.
( 2) 为特殊的型, 该极限总为0,
(3) 0/0型极限与, 及不同.一方面, , 结果是确定的, 而0/0型的结果是不确定的;另一方面, 前两个极限因为不满足分母极限不为0的条件, 所以不能使用除法运算法则, 而最后一个极限是可以用该法则的.
3.∞/∞型、∞ - ∞ 型极限教学分析
(1) ∞/∞型极限指, (limf (x) =∞, limg (x) =∞) , 该极限不满足极限除法运算法则的使用条件, 不能使用这一法则.
( 2) ∞ - ∞ 型极限指lim[f ( x) - g ( x) ], ( limf ( x) = ∞ , limg ( x) = ∞ ) , 它不同于lim [f ( x) - g ( x) ], ( lim f ( x) = A, limg ( x) = A) . 后者根据减法的运算法则计算得0, 而前者不满足减法运算法则的使用条件, 不能使用这一法则.
( 3) 无穷存在量级差别, 同记为∞ , 并不一定相同, 认为∞/∞型极限结果总为1、∞ - ∞ 型极限结果总为0 都是错误的.
4. 0·∞ 型极限教学分析
(1) 0·∞型极限指lim[f (x) ·g (x) ], (limf (x) =0, limg (x) =∞) , 该极限不一定为0, 如:.
(2) 为特殊的0·∞型, 该极限总为0, .
( 3) 0 · ∞ 型极限计算上不同于lim [f ( x) ·g ( x) ], ( limf ( x) = 0, limg ( x) = A) , 后者使用乘法运算法则结果为0, 而前者不满足乘法运算法则的使用条件, 不能使用该法则.
5. 00型、∞0型极限教学分析
( 1) 在中学时, 一般认为00无意义, 因此, 教学时应强调00型极限是指: limf ( x) g ( x) , ( limf ( x) = 0, limg ( x) = 0) , f ( x) , g ( x) 极限为0, 而不是f ( x) = g ( x) = 0,
因此00型极限是有意义的.
( 2) 任何非零的数的零次方为1, 不细心的同学会认为00, ∞0都等于1, 因此, 教学时应强调00型、∞0型极限结果不一定为1, 可举例, 如[1,2]:.
6. 未定式极限类型的教学分析
未定式极限除了1∞型外, 其他是由极限为0与极限为无穷的式子通过加、减、乘、除、幂五种运算构成的.极限为0与极限为无穷的式子通过加、减、乘、除、幂五种运算构成的的有共17种.其中, 种易知结果确定, 不属于未定式;种上文已分析, 属于未定式.还有∞∞, 0∞两种属于未定式极限吗?可作为一个简单的思考题留给学生们思考.
三、结语
未定式极限对于刚步入大学的学生来说比较新奇, 数学基础差, 理解能力不强的学生会将这类极限与他们中学已有的认知混淆, 形成矛盾. 教师应站在学生的角度强调对这一问题的理解, 详细分析、解释, 并举一反三、触类旁通, 激发学生的思维, 使其思考, 进而逐渐形成灵活、严谨的思维方式, 而不是让学生照搬方法, 只会做题, 知其然不知其所以然. 学生也应具体问题具体分析, 不能盲目生搬乱套.
摘要：对学生中存在的未定式极限的错误理解与疑问及易与这类极限混淆的一些极限作了详细的分析和比较, 以期与从事独立学院数学教学的同行作教学交流, 并希望对学生在这一问题的理解上有一定帮助.
关键词：未定式极限,教学,理解,探讨
参考文献
[1]龚谊诚, 赵喜林.对教材中00型极限内容的建议.高等数学研究[J].2010 (13) :9-10.
风电穿透功率极限的计算与分析 第7篇
对于风电场穿透功率极限值的求取,至今尚没有统一的方法,求取风电场穿透功率极限的主要方法有:稳态潮流仿真法,动态仿真法,静态安全约束优化方法等。各种方法重点考虑的影响因素不同,适用的范围也不同。本文主要采用稳态潮流计算的方法研究给定系统中风电穿透功率极限问题。
1 模型与计算方法
1.1 异步风力发电机的数学模型
本文主要分析恒速恒频风电机组,异步风力发电机的简化等效电路如图1所示。
由图1所示的电路关系可得:
式中eP为异步发电机注入电网的有功功率,即电阻2r/s上的电功率,eP>0;Qe为异步发电机的无功功率;
x=x1+x2。由式(1)可得:
由式(2)和式(3),可得
其中Qe<0,表明实际运行中异步发电机从电网吸收无功功率。
1.2 包含风力发电机组的潮流计算方法
本文在含有风电机组的潮流计算中,考虑异步风力发电机的稳态数学模型,将系统功率方程和描述风电机组数学模型的方程进行交替迭代计算,计算流程如下:
(1)给定风电机组输出的有功功率eP,并设定风电场并网节点的电压初值U;
(2)由Pe和U根据式(3)计算滑差率s;
(3)由Pe和s根据式(4)计算无功功率Qe;
(4)将风电场节点视为P Q节点,利用常规潮流计算的方法求解整个系统的潮流方程,从而得到风电场并网节点的电压U';
(5)判断U'-U<ε(ε=0.0001),若成立,结束迭代计算,否则令U=0.5⋅(U+U'),返回(2)继续执行步骤(2)～(4),直到两次所得电压之差在设定的误差范围ε内。
2 风电穿透功率极限的计算分析
本文以IEEE-30节点系统为例,利用上述包含风电场的电力系统潮流计算方法,计算分析该网络所能接入的风电场最大装机容量及风电穿透功率极限。风电场所选机组为额定容量为600k W的异步风力发电机组,风电机组电气参数(计算所用功率基准值为100MVA)。风电机组机端装有分组投切的并联电容器,称作功率因数校正器(Power Factor Correction,PFC),运行过程中按照机组出力的大小进行控制。记额定电压下(机端电压为1.0pu)无功补偿容量与风电机组有功出力的比值为CPFC,当CPFC=30%时风电机组的功率因数可达0.98。算例系统中,基本运行方式为系统总负荷Psd=283.4MW,CPFC=25%,包含风电场的系统接线图如图2所示,它是在IEEE-30节点系统的基础上改进而来,节点31、32为并入风电场后新增的节点,风电场经升压变压器和双回联络线接入节点30。系统约束包括发电机有功无功出力约束、节点电压约束、线路传输容量约束、系统稳定性约束等。
为了揭示影响风电穿透功率极限的各种因素,本文设计了三种方案:(1)系统总负荷和风电机组机端电容补偿容量保持恒定,分别选取14、15、20、25和30为风电并网节点,计算风电穿透功率极限,计算结果如表1所示;(2)风电机组机端电容补偿容量保持恒定,选取节点30为风电并网节点,分别将系统总负荷提高10%,保持不变和降低10%,计算风电穿透功率极限,计算结果如表2所示;(3)系统总负荷保持恒定,选取节点30为风电并网节点,风电机组机端电容补偿容量与风电机组有功出力的比值CPFC分别为20%、25%、30%,计算风电穿透功率极限,计算结果如表3所示。
从表1中可以看出:在给定的运行方式下,风电场从不同节点接入系统,风电穿透功率极限不同。风电场与主网联系越紧密,风电穿透功率极限越大。因此系统的网络结构是影响风电穿透功率极限的重要因素。
从表2中可以看出:系统负荷水平不同,风电穿透功率极限也不同。一般地说,负荷越重,系统的电压水平越低,风电穿透功率极限越小。系统的负荷水平、机组的最小出力限制、系统对电压水平的要求是影响风电的最大注入功率和风电穿透功率极限的重要因素。
从表3中可以看出:风电机组机端电容补偿容量越大(CPFC越大),风电场最大注入功率和风电穿透功率极限越大。因此,对风电机组机端进行电容补偿能有效改善系统的电压状况,提高风电场最大注入功率和风电穿透功率极限。
3 结论
本文对系统在某些特定运行方式下的风电穿透功率极限进行了研究,建立了异步发电机的稳态数学模型,给出了包含风电场的电力系统潮流交替迭代计算方法,并结合算例系统计算分析了影响风电场穿透功率极限的各种因素。计算结果表明,制约系统风电穿透功率水平的主要原因是风电功率注入引起的节点电压越限,风电穿透功率极限是系统的网络结构、负荷水平、机组的最小出力限制、系统对电压水平的要求、风电场无功补偿容量等因素综合作用的结果。加强系统网络结构、合理调整系统运行方式、适当增加风电场的无功补偿容量有利于提高风电场的最大注入功率和风电穿透功率极限。本文提出的分析方法可为有关部门在制定风力发电发展规模时提供科学分析的手段,也可应用于电力系统规划和运行调度。
摘要：建立了异步发电机的稳态数学模型,表明风电穿透功率极限是系统的网络结构、风电并网节点位置、负荷水平、机组的最小出力限制、系统对电压水平的要求、风电场无功补偿容量等因素综合作用的结果,制约系统风电穿透功率水平的主要原因是风电功率注入引起的节点电压越限。
关键词：风电穿透功率极限,异步发电机,潮流计算
参考文献
[1]吴俊玲,周双喜,孙建锋等.并网风力发电场的最大注入功率分析[J].电网技术,2004,28,(20):28-32.
埋地管道极限悬空长度分析与研究 第8篇
油气管道承担着我国油气能源的远输任务, 被誉为国民经济的命脉。在长输管道的运行过程中, 受不良地质现象影响导致的大跨度悬空案例时有发生。大跨度悬空轻则引起管道大变形, 大面积悬空、局部变形或集中, 而导致较大的位移、屈曲或蠕变, 严重时甚至导致管道断裂破坏, 给管道运营带来安全隐患。极限悬空长度是一个比较直观的反应埋地管道破坏程度的物理量。
2 极限悬空长度的研究
极限悬空长度是指埋地管道意外悬空时, 使管道不至于拉断时的最大跨度。管道跨度的大小取决于管材的强度、管子截面刚度、外荷载的大小、管道敷设的坡度以及管道允许的最大挠度。通常管道的跨度可按管子的强度和刚度两个条件来确定。而极限悬空长度的大小取决于多个因素, 其中包括管道的材料、直径、壁厚、压力、温度、介质和土壤环境等。对于极限悬空长度的研究首先要对悬空管道进行力学模型的简化。
2.1埋地悬空管道的力学简化
管道工程中, 根据对土壤与管道作用的不同简化, 通常来说有以下几种计算模型。
2.1.1简支梁模型
悬空管道可以简化为由两端支架固定的简支梁, 梁上端受由管道自身重力和介质重力组成的均匀载荷q的作用。管道受向外横向拉力S和向下均匀载荷重力q的共同作用而发生弯曲、变形 (图1, 其中L为管道悬空长度) 。
这种模型将悬空管道看做悬空梁, 只考虑了悬空段管道自身的重力和介质的重力, 未考虑埋地段管道与地基间的相对弹性作用对未悬空段悬空管道的影响。因此计算不太精确, 可以用来计算对于精度要求不高的小挠度、小跨度悬空管道的应力。对于悬空管道的极限悬空长度不宜采用这种模型。
2.1.2全弹性地基梁模型
将局部悬空的埋地钢管两端未悬空管道看作半无限长符合Winkler假设的弹性地基梁。近似地认为土壤物性、埋地钢管的受力和变形关于a-a轴对称。
根据对称性和连续性条件, 局部悬空的埋地钢管在A点和B点处两端未悬空管道对中间悬空管道的作用以剪力P (等于ql2) 和弯矩m代替, 而剪力P可进一步用简支支座代替。这样, 局部悬空埋地钢管中间悬空管道的受力模型如图2所示。
这种模型利用Winkler假设对未悬空埋地段进行处理, 认为埋地段土壤是全弹性支撑。假定弹性地基上的沉降仅与该点的反压力成正比而和其他点的应力无关, 将比例常数k称为地基反应系数。但进一步分析可知, 悬空管道的出土段的地基土壤将发生塑性变形, 将其进行全弹性处理与实际不符。
2.1.3弹塑性地基模型
管道意外悬空后, 受自重载荷作用产生挠曲变形, 此时两侧埋地段受拉伸力及土壤阻力共同作用发生弯曲变形。按照winkler假定关于在垂直荷重与力矩作用下的弹性地基梁的统一内力计算方法以及双线性模型 (弹塑性模型) 如图 (3) 所示。
这种模型将埋地段看做是有两部构成, 一部分为弹性支撑工作区符合winkler假定, 另一部分为塑性支撑工作区。这样既考虑了地基的连续整体性, 又对地基进行了符合实际的简化, 因而可以作为管道埋地管道极限悬空长度的计算基础。
3 结论
本文对三种悬空管道的力学模型进行了对比分析, 得出基于winkler假设的弹塑型模型与实际情况最为符合, 是极限悬空长度计算的最佳力学简化模型。
参考文献