DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
system: [SYSTEM]

user: 4. 拜耳法赤泥脱碱研究进展 4.1. 水洗脱碱法 张国立等 [ 6 ] 对赤泥水洗脱碱进行了研究，结果表明：浸泡时间和洗涤次数对脱碱效果影响较大；在室温、液固比为5:1的条件下，赤泥浸泡1天，洗涤5次以上，赤泥中95%以上的Na + 可以被除去。 张乐观等 [ 7 ] 分别采用20℃、55℃、75℃、95℃不同温度的水对强碱性赤泥进行洗涤，实验结果表明：利用不同温度的水洗涤赤泥，回收碱的效率相近；经过6次洗涤后，回收NaOH的质量最高为8.18 mg/g赤泥。 Zhu等 [ 8 ] 在700℃下对赤泥进行活化焙烧30 min，然后再在90℃下水洗60 min，赤泥的脱碱率达到82%。 4.2. 酸中和法 由于酸能与赤泥中的可溶性碱和非可溶性碱发生一系列中和反应，所以酸中和法不仅可以将赤泥中可溶性碱的含量大幅度地降低，并且还能将非可溶性碱的含量有效地降低，脱碱效果明显 [ 9 ] 。Khaitan等 [ 10 ] 利用盐酸中和碱，可使赤泥的pH值从12.5降到4.6~8.0。 钟晨等 [ 11 ] 采用有机酸柠檬酸对拜耳法赤泥进行脱碱，实验结果表明：柠檬酸不仅能与赤泥中的可溶性碱反应，还能使赤泥中的水合铝硅酸钠发生酸解反应；用浓度5%的柠檬酸浸出赤泥中的碱，可使赤泥中的Na + 几乎完全进入浸出液中。 李望等 [ 12 ] 提出了利用草酸脱除赤泥中的碱，结果表明：草酸能显著破坏赤泥中钙霞石的结构，选择性地脱除赤泥中的钠，将脱碱渣中Na 2 O含量降到0.5%以下；在温度80℃、反应时间40 min、液固比4 mL/g和草酸用量为15%的条件下，赤泥脱碱率高于95%。 酸中和法脱除赤泥中碱的同时，还会使赤泥中一些金属元素进入浸出液而流失，从而影响赤泥后续的资源化利用。 4.3. 湿法碳化脱碱 王志等 [ 13 ] 研究了利用CO 2 对拜耳法赤泥进行湿法碳化脱碱，并对其机理进行了分析，结果表明：在湿法碳化脱碱过程中，一方面CO 2 与赤泥中的碱发生反应，破坏了原来的碱溶解平衡，形成了液固界面的碱浓度差，不断地使赤泥中的碱溶解，另一方面CO 2 与处于无定形态、亚稳态的非可溶性碱发生反应，生成可溶性盐进入溶液中，从而完成脱碱反应；在CO 2 压力为4 MPa、反应温度50℃、反应时间2 h和液固比为7的条件下，赤泥的脱碱率高于50%。 Power等 [ 14 ] 将CO 2 通入赤泥浆液中进行湿法碳化脱碱，可以将赤泥的pH值降低到9.0。Jones等 [ 15 ] 利用CO 2 对赤泥进行湿法碳化5 min，可将赤泥液相的总碱性下降85%，其中 OH − 几乎完全反应，而 CO 3 2 − 含量降低88%， HCO 3 − 浓度上升到728 mg/L。 4.4. 盐类脱碱法 张振等 [ 16 ] 采用MgCl 2 溶液处理赤泥，在加热、搅拌的条件下，使赤泥中Na 2 O含量降低至0.13%。常温常压下用MgCl 2 溶液或人工海水对赤泥进行处理，也可以使赤泥中Na 2 O含量低于0.8%。 Barrow [ 17 ] 利用石膏处理赤泥，发现石膏中的Ca 2+ 首先与赤泥中碳酸盐发生反应生成沉淀，然后再与水合铝硅酸钠发生钙钠置换反应。 王云山等 [ 18 ] 采用氯化铵处理赤泥中的碱，能将赤泥中的钠脱除到1%以下。 4.5. 氧化钙脱碱法 氧化钙脱碱法是利用CaO与赤泥中的水合铝硅酸钠反应生成水化石榴石而达到脱碱的目的，见方程式(2)。 Na 2 O ⋅ Al 2 O 3 ⋅ 1 . 7SiO 2 ⋅ nH 2 O + Ca ( OH ) 2 → 3CaO ⋅ Al 2 O 3 ⋅ nSiO 2 ⋅ ( 6 − 2x ) H 2 O + NaOH (2) 孙道兴 [ 19 ] 利用添加石灰对赤泥进行脱碱，研究结果表明：赤泥粒度 < 180 μm时，CaO用量为5%~8%，石灰乳(质量分数20%)与赤泥的质量比为(3~5):1，在80℃~90℃下脱碱2 h，脱碱后赤泥中总碱含量小于1.0%。 潘海娥等 [ 20 ] 利用石灰回收钠硅渣中氧化钠，实验结果表明：温度95℃，CaO/Na 2 O分子比为5，液固比为4时，钠硅渣脱的脱碱率可达到95.2%。 Zhang等 [ 21 ] 采用氧化钙加压脱碱法处理拜耳法赤泥，可使脱碱后赤泥中的Na 2 O含量降低到0.5%。 氧化钙加压脱碱法能高效综合回收Na 2 O和Al 2 O 3 ，是一种具有应用前景的方法。 4.6. 工业“三废”中和法 废气、废水、废渣“三废”多为酸性物质，可以用来处理碱性赤泥，达到综合利用的目的。工业“三废”中和法不仅减少了废气、废水、废渣对环境的污染，而且解决了赤泥综合利用的关键问题碱含量高。 Fois等 [ 22 ] 将赤泥放置于鼓泡式反应器中，加入一定量的水，形成赤泥悬浮态，不仅能高效吸收SO 2 废气，而且还能将赤泥中的碱脱除。 4.7. 钙化–碳化法脱碱 近年来，东北大学张延安等人突破了现有拜耳法赤泥平衡结构的局限，改变传统的赤泥结构，提出了钙化–碳化法处理拜耳法赤泥的新方法，工艺流程图如图4所示 [ 23 ] 。通过钙化–碳化法将以水合硅铝酸钠为主要成分的赤泥转化为以硅酸钙和碳酸钙为主的新型结构赤泥，理论上新型结构赤泥不含碱和铝。 4.8. 改变拜耳法工艺脱碱 陈文汨等 [ 24 ] 通过拜耳法预脱硅工艺的改变降低赤泥中的碱，实验结果表明：预脱硅温度160℃，脱硅时间120 min，沉铝液的碱含量为15%，苛性比值30.8及配矿C/S为1.3；溶出温度260℃，溶出时间60 min时，赤泥N/S由常规溶出的0. 42降低到0.23，赤泥中的碱大幅度地降低。 图4. 钙化–碳化法处理拜耳法赤泥的工艺流程图 [ 23 ]
system: [SYSTEM]

user: 5. 结论 赤泥中碱的赋存形态为可溶性碱和非可溶性碱，拜耳法赤泥脱碱的关键是有效转化赤泥中的可溶性碱和非可溶性碱。 拜耳法赤泥的脱碱方法可以分为水洗法、酸中和法、湿法碳化法、盐类法、钙离子置换法和钙化–碳化法等。每种方法都有自己的优缺点，水洗法操作简单，但是只能洗去可溶性碱，无法脱除非可溶性碱；酸中和法脱碱效果明显，但是由于硅胶的形成使得过滤困难，同时浸出液中杂质含量高造成二次污染；湿法碳化法可将赤泥中的碱有效地脱除，但对设备要求比较高；钙离子置换法脱碱效果显著，但由于大量石灰的加入使得渣量较大，影响后续处理。因此，开发经济有效的赤泥脱碱新技术，是解决目前赤泥综合利用难的关键。
system: [SYSTEM]

user: 6. 展望 赤泥大量堆存具有极大的环境安全隐患，赤泥的安全处置是世界性难题，而赤泥有效脱碱是其安全处置的关键。基于赤泥中碱性物质的赋存形态，探讨其脱碱机理，开发经济可行的脱碱技术，将有助于赤泥规模化处置的实现。建议赤泥脱碱研究从以下几个方面考虑： 1) 基于拜耳法赤泥中碱的赋存形态及溶解特性，探讨回收赤泥中碱的机制，开发一种经济循环的赤泥中碱的回收方法。 2) 基于拜耳法赤泥中碱的转化机制，通过赤泥的结构转型改变以水合铝硅酸钠为主要成分的传统赤泥的结构，开发一种无碱赤泥排放的生产氧化铝的新方法。 3) 基于拜耳法赤泥中碱的赋存形态及转化机制，通过改变预脱硅、溶出及分离沉降等拜耳法工艺有效地降低赤泥中的碱含量，开发一种新型的拜耳法工艺。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 本文通过使用扫描电子显微镜等手段，探讨了不同浇注温度下K403返回料高温合金中晶粒组织、γ′相及断裂机制，研究了晶粒尺寸与γ′相对合金高温持久性能的影响。结果表明：在焙烧温度为1050℃，空冷和风冷条件下，随着浇注温度在1420℃~1490℃范围内的升高，合金的平均晶粒尺寸先降低后增大，γ′相尺寸逐渐增大，合金在975℃/195 MPa试验条件下的持久寿命出现先降低后增加的趋势。K403在975℃/195 MPa试验条件下的持久断裂机制为沿晶断裂，且γ′相均发生了与拉应力方向垂直的筏化现象。 关键词 :浇注温度，晶粒尺寸，持久寿命，断裂机制 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 铸造高温合金的发展始于20世纪40年代，是指由合金锭重熔后直接浇注或定向凝固成零件的高温合金。铸造技术的不断发展，提高了铸造高温合金的冶金质量与性能，从而推动了发动机的研制与发展 [ 1 ] [ 2 ] 。本文研究的K403镍基铸造高温合金是沉淀硬化型等轴晶高温合金，具有优异的铸造性能，广泛应用于制造服役温度在1000℃以下的燃气涡轮导向叶片与服役温度在900℃的涡轮转子叶片及其它零件。K403合金因钴含量少，成本低廉，且具有较好的高温强度、抗疲劳性能等特点，从而得到了广泛的应用 [ 3 ] [ 4 ] 。 近年来，许多学者针对浇注温度对高温合金的组织与性能的影响开展了诸多研究，熊继春 [ 5 ] 等通过研究浇注温度对DD6单晶高温合金持久性能的影响发现，当浇注温度分别为1520℃和1570℃时，后者的持久性能高于前者。裴忠冶 [ 6 ] 等通过对K465镍基高温合金的研究发现，当膜壳温度为1000℃时，随着浇注温度在1450℃~1510℃逐渐增加，合金的晶粒尺寸有明显的增大趋势；当膜壳温度为1050℃，浇注温度在1450℃~1510℃之间变化时，γ′相颗粒的尺寸随着浇注温度的升高略有增大，分布的均匀性变差。这些方面的研究工作对确定高温合金的浇注工艺参数提供了理论指导。国内对于返回料高温合金的研究主要集中在不同比例、多次重熔、熔体过热处理、添加元素后的合金组织与性能的影响及返回料合金的净化与成分调控等方面 [ 7 ] - [ 12 ] 。有研究表明，晶粒大小对高温合金的持久性能有着显著的影响 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] 。因此，本文研究不同浇注温度下的微观组织对K403返回料镍基铸造高温合金的持久性能的影响。
system: [SYSTEM]

user: 2. 实验方案确定及方法 2.1. 实验方案的确定 浇注工艺参数对铸造高温合金的微观组织与力学性能产生重要影响。图1为不同浇注工艺参数下合金持久性能的对比，图1(a)~(c)分别为浇注温度、焙烧温度、冷却方式对合金的持久寿命影响曲线。选取的浇注温度分别为1420℃、1460℃、1490℃，膜壳温度分别为950℃、1050℃，冷却方式有空冷、风冷两种。由图1(c)可见，在空冷与风冷条件下，合金的持久寿命没有明显的差异。由图1(a)可见，浇注温度对合金的持久寿命产生较大的影响，随着浇注温度的增加，合金的持久寿命变化较大，且在有些膜壳温度下不满足持久寿命的要求。由图1(b)可见，当膜壳温度为950℃时，合金的持久寿命较为集中，且满足工艺性能要求，即持久寿命 > 40 h。而当膜壳温度为1050℃时，合金的持久寿命分散且在有些浇注温度下不满足持久寿命的要求。因此，本文研究在膜壳温度为1050℃时，浇注温度对合金的微观组织及持久性能的影响。 图1. 浇注工艺参数对K403合金持久寿命的影响：(a) 浇注温度；(b) 膜壳温度；(c) 冷却方式 2.2. 实验选用材料及方法 本文选用的材料为100%返回料的K403高温合金，合金的化学成分如表1所示。K403母合金在真空感应炉中重熔浇注成熔模铸造试棒，浇注工艺参数如表2所示。其中型壳的面层为锆英石粉 + 硅溶胶的浆料，挂刚玉砂，第二层到第六层为莫来石粉+硅溶胶浆料，挂莫来石砂，采用空冷和风冷两种冷却方式。 Table 1 Chemical composition of K403 alloy (mass fraction/% C Cr Co W Mo Al Ti Fe B Zr Ni 0.147 10.9 5.09 5.13 4.43 5.41 2.75 0.13 0.019 0.06 Bal 表1. K403合金化学成分(wt/%) Table 2 The parameters of cast proces Sample Casting temperature Calcination temperature Type 1 1420˚C 1050˚C air cooling 2 1460˚C 1050˚C air cooling 3 1490˚C 1050˚C air cooling 4 1420˚C 1050˚C wind cooling 5 1460˚C 1050˚C wind cooling 6 1490˚C 1050˚C wind cooling 表2. 浇注工艺参数 从试样端部切取大约3 mm厚的薄片，制备成金相试样进行组织观察。同时，测试K403返回料合金在975℃/195 MPa试验条件下的持久寿命，持久试验用试棒的标距直径为5 mm，标距长度为25 mm，试棒总长度是66 mm，试棒的形状和尺寸如图2所示。宏观晶粒腐蚀剂为HCl:H 2 O 2 = 3:1，γ′相的腐蚀剂为HNO 3 :C 3 H 6 O 3 :H 2 O:HF = 3:3:3:1。采用FEI Quanta 650场发射扫描电镜进行γ′相及断口组织观察。每一种浇注工艺下选取三张γ′相的SEM照片，采用金相分析软件ImageJ进行γ′相尺寸统计，取平均值。 图2. 持久试样尺寸(单位：毫米)
system: [SYSTEM]

user: 3. 试验结果与分析 3.1. 浇注温度对晶粒尺寸的影响 图3与图4分别是当焙烧温度为1050℃时，风冷和空冷的条件下，合金在不同浇注温度下的晶粒组织形貌。采用面积法统计晶粒平均直径尺寸，结果如表3所示。由表3可见，在风冷的条件下，随着浇注温度的提高试样的晶粒平均直径分别为2.8 mm、1.9 mm、2.1 mm；在空冷的条件下，随着浇注温度的提高试样的晶粒平均直径分别为3.1 mm、1.7 mm、2.0 mm，可以看出随着浇注温度的提高，合金的平均晶粒尺寸均出现先降低后增加的趋势。 合金在浇注过程中，合金液带有一定的热量，它可以通过散热介质来散掉，当液态合金温度降到结晶温度下时才能发生结晶凝固。因此在一定程度上，随着浇注温度的增加，需要导出的热量增加，凝固时间变长，合金的晶粒尺寸增大 [ 16 ] 。当浇注温度为1420℃时，合金的浇注温度低，导致合金中的元素活性较差，元素不容易扩散到边界，使得细化效果降低。而采用的焙烧温度较高为1050℃，使得金属液在结晶过程中的温度较高，促使晶粒长大 [ 17 ] ，因此当浇注温度为1420℃时，合金的平均晶粒尺寸较大。随着浇注温度增加到1460℃时，温度升高，合金中的元素容易发生扩散，对晶粒的细化效果增加，合金的过冷度高，结晶凝固速率快，形核率高，使得晶粒尺寸大大降低。当浇注温度增大到1490℃，合金的过冷度降低，熔体的形核率降低，晶粒生长缓慢，结晶凝固时间变长，晶粒逐渐长大 [ 18 ] 。 Table 3 Effect of casting process on average grain siz Casting Average grain size/mm Casting temperature/˚C Cooling 1420 Air cooling 3.1 1420 Wind cooling 2.8 1460 Air cooling 1.7 1460 Wind cooling 1.9 1490 Air cooling 2.0 1490 Wind cooling 2.1 表3. 浇注工艺对晶粒平均尺寸的影响 图3. 浇注工艺对宏观晶粒组织的影响：(a) 样品1；(b) 样品2；(c) 样品3；(d) 样品4；(e) 样品5；(f) 样品6 3.2. 浇注温度对γ′相尺寸的影响 γ′相是K403铸造高温合金中重要的强化相，在镍基高温合金中与基体γ相具有共格关系，同为面心立方(fcc)晶格。表4是不同浇注工艺条件下合金的γ′相尺寸。由表4可见，在风冷的条件下，随着浇注温度的提高合金的γ′相的尺寸分别为183 nm、316 nm、325 nm；在空冷的条件下，γ′相的尺寸分别为276 nm、290 nm、337 nm，可以看出随着浇注温度的提高，合金的γ′相的尺寸均逐渐增加。图4为不同浇注工艺条件下的γ′相形貌。由图4可见，γ′相的形貌没有发生明显的变化，同为小立方体状。 γ′相是铸造高温合金在凝固结束后的继续降温过程中发生脱溶分解而析出的，其形核的核心为球形，临界半径尺寸r和临界形核功 Δ G 的表达式分别为： r = 2 ρ Δ G V − Δ G ε (1) Δ G = 16 π ρ 3 3 ( Δ G V − Δ G ε ) (2) Δ G V ∝ Δ T (3) 式中： ρ 为γ′/γ相的单位面积界面能； Δ G V 与 Δ G ε 分别为析出单位体积的γ′相所引起的化学自由能和应变能的变化； Δ T 为过饱和γ固溶体的过冷度。 当浇注温度降低时，形核过冷度 Δ T 增大，析出单位体积γ′相而引起的能量变化 Δ G V 也增大，相应的临界形核功 Δ G 与临界形核半径r减小，γ′相的形核数量增多，所以γ′相尺寸变得细小。因此，随着浇注温度的升高，K403返回料合金中的γ′相尺寸逐渐增大。 Table 4 Effect of casting process on the size of γ' phas Casting γ′ phase size/nm Casting temperature/˚C Cooling 1420 Air cooling 276 1420 Wind cooling 183 1460 Air cooling 290 1460 Wind cooling 316 1490 Air cooling 337 1490 Wind cooling 325 表4. 浇注工艺对γ'相尺寸的影响 图4. 浇注工艺对γ′相的影响：(a) 样品1；(b) 样品2；(c) 样品3；(d) 样品4；(e) 样品5；(f) 样品6 3.3. 浇注温度对高温持久性能的影响 图5为不同浇注工艺条件下合金的持久寿命。由图5可见，在空冷的条件下，合金的持久寿命分别为73.5 h、31.6 h、41.9 h；在风冷的条件下，合金的持久寿命分别为78 h、27.5 h、60 h，可以看出随着浇注温度的提高，在空冷和风冷的条件下，合金的持久寿命均出现先下降后上升的趋势。图6为不同浇注工艺条件下的持久断口纵剖面的SEM形貌图 [ 19 ] 。由图6可见，在不同浇注工艺下合金的持久裂纹均萌生于晶界处，且沿着晶界扩展形成大的孔洞，导致合金的最终断裂，呈现出沿晶断裂的特征。 持久断口纵剖面处的γ′相形貌如图7所示。由图7可见，γ′相在975℃/195 MPa持久试验过程中均发生了筏化，且筏化的方向垂直于拉应力方向(图7实线所示)。γ′相在持久试验过程中的筏形组织与合金的错配度和外加应力有关 [ 20 ] 。由于K403合金具有负的错配度，合金在持久试验过程中形成的筏形组织垂直于拉伸应力轴方向。γ′相的筏化是合金元素在γ′相与γ相中扩散和重新分布的过程。这是由于在高温与应力作用下，γ′相形成元素Al、Ti与γ相形成元素Co、W、Mo发生扩散与重组而形成的 [ 21 ] ，原子扩散使得水平基体通道逐渐变宽，垂直基体通道逐渐变窄直到消失，最终形成了与拉伸应力方向垂直的γ′相筏形组织。由图7(e)可见，筏化的宽度较窄，即筏形之间的距离较小，对位错的阻碍作用较低，从而使浇注温度为1460℃、风冷条件下合金的持久寿命显著降低。 当浇注温度为1420℃时，合金的晶粒尺寸最大，γ′相细小，对合金的高温持久寿命产生有益作用，故而合金的持久寿命最高。在高温试验条件下，晶界对合金的力学性能产生重要影响，晶界成为合金中的薄弱环节 [ 22 ] [ 23 ] ，容易发生晶界的滑移，裂纹容易在晶界处萌生、扩展，使得合金的力学性能下降。细小的γ′相对合金的持久寿命的提高起到促进作用 [ 24 ] 。由合金的断裂机制可知，晶界对合金持久寿命产生重要影响。当浇注温度增加到1460℃时，合金的平均晶粒尺寸小，晶界数量增多，在高温下容易发生晶界的滑移，使得合金的持久寿命降低。随着浇注温度增加到1490℃，合金的晶粒尺寸相比浇注温度为1460℃时增大，使得合金的持久寿命提高。由图6可见，当浇注温度增加到1490℃时，风冷条件下合金的持久寿命的增加幅度比空冷条件下大，这是由于在风冷条件下合金中的γ′相尺寸相比浇注温度为1460℃时增加的幅度小，对合金持久寿命的提高的阻碍作用较小，因此风冷的条件下合金的持久寿命增加幅度较大。 图5. 浇注工艺对持久寿命的影响 图6. 不同浇注工艺下的持久断口纵剖面SEM图：(a) 样品1；(b) 样品2；(c) 样品3；(d) 样品4；(e) 样品5；(f) 样品6 图7. 持久断口纵剖面的γ′相：(a) 样品1；(b) 样品2；(c) 样品3；(d) 样品4；(e) 样品5；(f) 样品6
system: [SYSTEM]

user: 4. 结论 1) 当浇注温度在1420℃~1490℃范围内提高，在风冷和空冷的条件下，合金的晶粒尺寸先降低后增大，当在1460℃浇注时，晶粒尺寸较为细小，合金在975℃/195 MPa试验条件下的高温持久寿命较差，且不满足要求，在实际生产中应避免在此温度下进行浇注合金。K403合金的最佳浇注温度为1420℃。 2) 随着浇注温度的提高，合金的γ′相形貌没有发生明显的变化，基本呈立方状，γ′相的尺寸逐渐增大，且在975℃/195 MPa持久试验过程中，γ′相在高温与外加应力作用下通过扩散形成了与拉伸应力方向垂直的筏化。 3) 当浇注温度在1420℃~1490℃增加时，合金的持久寿命先降低后增加，合金在975℃/195 MPa试验条件下的断裂机制为沿晶断裂。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 环境污染在我国已经是一个刻不容缓的问题，由于来源复杂，监测困难，监测手段和监测密度远远达不到目前的需求，对于研究环境污染空气对人体健康的影响存在极大的困难和挑战，空气质量传感器利用微电子技术，传感技术，信号处理技术等多种综合性技术，使硬件成本最低化，体积最小化，软件产品使用简单，操作快捷，使用范围广，将会在环境加密监测中发挥重要作用，本文主要论述了空气质量传感器监测原理，国内外研究现状，并总结了空气质量传感器在环境监测中的应用前景和发展方向。 关键词 :传感器，环境监测，应用现状 Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 环境污染在我国已经是一个刻不容缓的问题，而在这些众多的环境污染中，空气污染最为严重。因此对于空气质量的监测显得尤为重要。现如今，我国正面临“煤烟污染”和“光化学烟雾污染”之后，又出现以“大气污染”为主的环境污染。研究发现，现在空气中存在大量的有机物，其中不乏有一些致癌物质和病毒。如今，监测技术的应用是人们认识和改造世界的必不可少的一种方式。其中，监测技术的核心就是对信息资源的获取、传输和处理，这也就用到了一种不可或缺的工具——传感器。本地的排放和区域的传输是造成污染物浓度在固定地点升高的主要原因，没有复杂的数值模拟工具，对于研究环境污染空气对人体健康的影响存在极大的困难和挑战，当今能够解决困难的方法就是寻找价格低廉的监测设备，用其将环境监测的网络扩大健全，空气质量传感器就具有这一特点。研究及运用传感器技术是监测空气质量的一种热门方法，在当前的空气净化领域，空气质量传感器几乎已经成为净化设备的标配附件，主要对空气中的PM2.5、VOCS等污染物浓度进行监测。 对于工厂有毒气体，工业废气以及对居住环境气体的监测都离不开空气质量传感器，只有借靠这套监测系统才能进行精确地监测，才能更好地提供一个优良的生活环境，可以说空气质量的监测关乎每个人的生命健康。空气质量传感器利用微电子技术，传感技术，信号处理技术等多种综合性技术，使硬件成本最低化，体积最小化，软件产品使用简单，操作快捷，使用范围广，无论是在家居还是公共场所都能够担以重任，生产利润上有很大空间。对于现阶段的空气质量问题以及人们对空气标准的不断提高，空气质量传感器将会有更加深入的研究以及更广阔的市场空间。
system: [SYSTEM]

user: 2. 空气质量传感器的工作原理 2.1. 颗粒物传感器 近几年，细颗粒物是造成空气污染的主要因素，大多数城市己经进行了细颗粒物的监测工作。目前颗粒物传感器因价廉、便携等优点，受到大众的青睐。目前颗粒物传感器的测量原理有电学原理、光学原理，其中光学包括红外和激光两种。 1) 电学原理 电学法颗粒物传感器主要是利用气溶胶颗粒物单极扩散充电技术，测量带电粒子产生的电流而实现监测。传感器有两个进气流：净化过的压缩空气(1.5 bar)和气溶胶样本气体。压缩空气流被导入到一个有电晕针释放恒定电流的密闭空间内，然后，经过电晕放电后带有正离子的气流被引入到一个排气装置里。气溶胶进行传感器则主要就是通过具有抽气泵作用的该股气流吸入的。气溶胶样本和气泵里的气流充分混合，这样电晕充电器释放的离子才能附着到包括样本气体在内的气溶胶颗粒物上。在混合过程后，剩余的自由离子会被一个离子阱吸收，带电粒子会随着气流从传感器流出。因为颗粒物或者部分颗粒物是单极带电，它们输出传感器时会携带电荷。 2) 红外原理 红外的光线强度是很弱的，测量颗粒物时的强度不够，可以用浊度法代替。浊度法的测量原则就是发射和接收光线，通过此法可以判断空气的浑浊程度。这种方法较容易受到其他因素的干扰而使测量值与实际浓度偏差增大。以上红外测量的特点，说明用红外传感器测量颗粒物只能知道其相对质量浓度。红外传感器的另一个缺陷是不能区分颗粒物的粒径，故红外传感器的性能较差，不能满足当前社会的需求。 3) 激光原理 基于激光散射法原理的测量技术被认为是测量颗粒物应用最普遍的技术。它归类为光学法，但其与显微镜法光学成像的原理不同。光散射的理论基础是Mie散射理论，其获得颗粒物的质量浓度的方式是反推，反推的过程需要借助颗粒物的相关参数。颗粒物在太阳光照射的时候会产生散射光，其性质恒定的前提下，颗粒物散射光的强度可以代表其质量浓度。最近这些年，基于光散射原理的便携式颗粒传感器作为新型监测设备在环境空气监测领域已经涌现，它的出现引领了新一代监测仪器的发展且占据了相当重要的地位。 激光散射原理即令激光照射在空气中的悬浮颗粒物上产生散射，同时在某一特定角度收集散射光，得到散射光强随时间变化的曲线。进而微处理器利用基于米氏(MIE)理论的算法，得出颗粒物的等效粒径及单位体积内不同粒径的颗粒物数量。 2.2. 气态传感器 近年来，世界各国对有毒有害气体的监测越来越重视，对大气环境中有毒有害气体的监测提出更高的要求，而大气环境中有毒有害的污染物主要是NO X 、SO 2 、VOCs等气体。因此，研究开发低功耗、低成本、微型化、高灵敏度、高稳定性的气体传感器对保护人体健康和保护生态环境具有重要的意义。常用的传感器有一下几种： 1) 定电位电解式传感器。电解式传感器虽然目前在国内不是特别流行，不过它依然是一种重要的测量空气质量的方法，广泛地应用在各种领域。定电位电解式传感器是在一个用塑料制成的外壳内，安装各种电极，在各个电级之间充满电解液，然后进行封装。气体与电解质内的电极发生化学反应，从而使电极的平衡发生改变，进而实现对空气的测量。 2) 金属氧化物半导体式传感器。金属氧化物半导体式传感器主要是利用了对需要测量的空气的吸附效应，然后会改变其电导率，进而改变其电阻，最后通过电流的变化的相互对比，进而产生相应的显示。然而此电阻还有诸多缺点，当周围的环境发生变化时，会对传感器的测量结果产生重要影响，使其产生很大的误差。不过，由于这种传感器的操作简单，测量方便，而且反映比较灵敏，在日常的生产生活中得到了广大的应用。 3) 催化燃烧式传感器。催化燃烧式传感器是一种高温气体传感器，它主要是是利用催化燃烧产生的热效应原理。它的内部结构是监测元件和补偿元件配对组成测量电桥，当达到一定温度，可燃气体在监测元件载体表面和催化剂的共同作用下发生无焰燃烧，载体温度就相应升高，从而通过它内部的铂电阻阻值也会发生相应改变，平衡电桥就失去了平衡，输出一个与可燃气体浓度成正比的电信号。所以，只要能测量铂电阻阻值大小，就可以知道待测气体的浓度。 4) 迦伐尼电池式氧气传感器。这种传感器也是主要利用了氧化还原的原理。氧气在通过电解质时在阴极和阳极发生氧化还原反应，从而使阳极产生电子，电流的大小与氧气的多少成正比。这种传感器的原理简单，而且比较容易制作，所以在我国应用比较广泛。 5) 红外式传感器。红外式传感器利用各种元素对某个特定波长的吸收原理，具有抗中毒性好，反应灵敏，对大多数碳氢化合物都有反应的优点。但其结构复杂，成本高。将装有该传感器的产品安装在家庭或卧室，可以用于测量空气中的CO 2 、温度、湿度水平，自动控制净化通风设备运转保持室内优良的环境。 6) PID光离子化气体传感器。PID是由紫外线灯和离子室等构成，在离子室中有正负两种电极，它们进而形成电场，待测的气体在紫外线的照射下，会生成正负两种离子，在电极间形成电流，经放大输出信号。主要用于监测挥发性有机物。
system: [SYSTEM]

user: 4. 结论 与传统监测仪器比较可以发现，颗粒物传感器具有更为显著的优点：颗粒物传感器本身具有占地面积小，成本低，可以大面积布设；安装简单，维护少；对安装环境要求较低等优点，因此这项技术提供了最有效的空气监测方法并有助于大众深入了解他们周围的空气质量问题，同时这些重要的优点是其在监测领域能够快速发展并占据地位的主要原因。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 以1-苄基哌啶酮为原料，先与苯胺和三甲基硅氰发生Strecker反应得到化合物2，再经过酰胺化、甲酯化、N-丙酰化等三步反应，以26%的总收率合成了1-苄基哌啶酮衍生物，产物结构经 1 H NMR、 13 C NMR和HRMS表征。该方法具有绿色、简便的特点。 关键词 :1-苄基哌啶，衍生物，合成，表征 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 1962年，Janssen等人 [ 1 ] 首次报道一种镇痛药——芬太尼，该药物在临床中被广泛用于中、重度癌症治疗的镇痛和麻醉药物 [ 2 ] ，具有起效快、作用强、代谢不依赖肝肾功能等优点 [ 3 ] 。因此，该类化合物的研究受到人们的关注 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 。1-苄基哌啶衍生物是芬太尼类化合物的基本骨架，因此探索1-苄基哌啶衍生物的合成方法至关重要。本文在前人研究的基础上，以1-苄基哌啶酮(化合物1)为原料，先与苯胺和三甲基硅氰在甲醇和水的混合溶剂中反应，再在碳酸钾存在的条件下与双氧水作用发生酰胺化反应，继而以对甲苯磺酸为酸性催化剂与甲醇反应，最后和丙酰氯作用制备了1-苄基哌啶衍生物(合成路线见图1)，产物总收率26%，其结构经 1 H NMR、 13 C NMR和HRMS确证。 图1. 1-苄基哌啶衍生物的合成
system: [SYSTEM]

user: 2. 实验部分 2.1. 仪器与试剂 Varian inova-400型核磁共振仪(美国瓦里安有限公司)；美国Thermo Q-Exactive高分辨质谱仪(美国Waters公司)；瑞士Büchi B-560型熔点仪(瑞士Büchi公司)等。 所用药品和试剂均为市售分析纯；溶剂在使用前进行重新蒸馏处理。 2.2. 1-苄基哌啶衍生物的合成 2.2.1. 1-苄基-4-氰基-4-苯氨基哌啶(化合物2)的合成 在冰浴、搅拌的条件下将58.8 mmol苯胺加入到溶有53.9 mmol 1-苄基哌啶酮的10.0 mL甲醇溶液中，继而将溶有58.0 mmol三甲基硅氰的26.0 mL蒸馏水和甲醇混合溶剂(V 蒸馏水 :V 蒸馏水 = 1:1)缓慢滴加到上述溶液中，然后缓慢滴加5.4 mL冰醋酸。撤去冰浴，反应液在30℃反应24 h，抽滤，依次用甲醇和蒸馏水洗涤滤饼，真空干燥24 h，以75%产率得到化合物2，白色粉末状固体。 化合物2结构表征如下： 化合物2 [ 8 ] : white solid， m.p. 145℃~146℃， 1 H NMR (400 MHz， CDCl 3 ) δ 7.35-7.29 (m， 4H)， 7.29-7.21 (m， 3H)， 6.96-6.86 (m， 3H)， 3.64 (s， 1H)， 3.57 (s， 2H)， 2.82 (d， J = 11.6 Hz， 2H)， 2.48 (t， J = 10.8 Hz， 2H)， 2.33 (d， J = 13.6 Hz， 2H)， 1.94 (t， J = 11.2 Hz， 2H). 13 C NMR (100 MHz， CDCl 3 ) δ 143.43， 129.44， 129.18， 128.52， 127.47， 121.12， 120.80， 118.00， 62.71， 53.25， 49.43， 36.21.HRMS (ESI) calcd for C 19 H 21 N 3 ([M+H] + ): 292.18082， found 292.18039. 2.2.2. 1-苄基-4-氨甲酰基-4-苯氨基哌啶(化合物3)的合成 将6.2 mmol K 2 CO 3 加入到溶有41.2 mmol化合物2的72 mL二甲亚砜溶液中，再将10.1 mLH 2 O 2 (30 wt%水溶液)缓慢滴加到上述溶液中，室温条件下反应24 h，倒入蒸馏水中，抽滤，用蒸馏水洗涤滤饼，除去残留二甲亚砜，真空干燥24 h，以90%产率得到化合物3，白色粉末状固体。 化合物3结构表征如下： 化合物3 [ 9 ] : white solid， m.p. 192℃~193℃， 1 H NMR (400 MHz， CDCl 3 ) δ 7.33-7.26 (m， 4H)， 7.26-7.21 (m， 1H)， 7.21-7.15 (m， 2H)， 6.88 (s， 1H)， 6.80 (t， J = 7.4 Hz， 1H)， 6.67-6.59 (m， 2H)， 5.48 (s， 1H)， 4.03 (s， 1H)， 3.50 (s， 2H)， 2.75 (d， J = 12.4 Hz， 2H)， 2.42-2.24 (m， 2H)， 2.12 (t， J = 12.0 Hz， 2H)， 1.93 (d， J = 12.8 Hz， 2H). 13 C NMR (100 MHz， CDCl 3 ) δ 178.62， 143.81， 129.31， 129.10， 128.38， 127.23， 119.37， 116.28， 63.08， 58.35， 48.87， 31.47.HRMS (ESI) calcd for C 19 H 23 N 3 O ([M+H] + ): 310.19139 found 310.19095. 2.2.3. 1-苄基-4-甲氧羰基-4-苯氨基哌啶(化合物4)的合成 将8.1 mmol化合物3、29.0 mmol对甲苯磺酸和22.5 mL甲醇加入高压反应瓶中，105℃下反应36 h。冷却，减压旋除甲醇，滴加氨水将pH调至7~8，用二氯甲烷(3 × 50 mL)萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，抽滤除去干燥剂，将所得滤液减压旋除得残余物，经柱层析分离(V 石油醚 :V 乙酸乙酯 = 4 : 1 )，以50%产率得到化合物4，棕色油状液体。 化合物4结构表征如下： 化合物4 [ 10 ] : brown oily liquid， 1 H NMR (400 MHz， CDCl 3 ) δ 7.37-7.18 (m， 5H)， 7.18-7.05 (m， 2H)， 6.73 (t， J = 7.4 Hz， 1H)， 6.55 (d， J = 7.6 Hz， 2H)， 3.86 (s， 1H)， 3.65 (s， 3H)， 3.49 (s， 2H)， 2.68-2.50 (m， 2H)， 2.40 (t， J = 9.8 Hz， 2H)， 2.30-2.15 (m， 2H)， 2.08-1.95 (m， 2H); 13 C NMR (100 MHz， CDCl 3 ) δ 175.96， 145.02， 138.40， 129.12， 128.29， 127.10， 118.63， 115.35， 63.02， 58.31， 52.32， 48.96， 33.05.HRMS (ESI) calcd forC 20 H 24 N 2 O 2 ([M+H] + ): 325.19105 found 325.19070. 2.2.4. 1-苄基-4-甲氧羰基-4-丙酰苯氨基哌啶(化合物5)的合成 在冰浴、搅拌的条件下，将15.4 mmol丙酰氯缓慢滴加到溶有7.7 mmol化合物4的10 mL无水二氯甲烷溶液中，加毕，撤去冰浴，40℃回流8 h。冷却，滴加氨水将pH调至7~8，用二氯甲烷(3 × 30 mL)萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，抽滤除去干燥剂，将所得滤液减压旋除得残余物，经柱层析分离(V 石油醚 :V 乙酸乙酯 = 4:1)，以78%产率得到化合物5，黄色油状液体。 化合物5结构表征如下： 化合物5 [ 8 ] : yellow oily liquid， 1 H NMR (400 MHz， CDCl 3 ) δ 7.41 (d， J = 7.2 Hz， 3H)， 7.34-7.28 (m， 3H)， 7.24 (d， J = 8.6 Hz， 4H)， 3.79 (s， 3H)， 3.45 (s， 2H)， 2.60 (d， J = 12.0 Hz， 2H)， 2.49-2.33 (m， 2H)， 2.27 (d， J = 13.2 Hz， 2H)， 1.87 (q， J = 7.4 Hz， 2H)， 1.71-1.56 (m， 2H)， 0.96 (t， J = 7.4 Hz， 3H). 13 C NMR (100 MHz， CDCl 3 ) δ 174.08， 173.88， 139.28， 138.14， 130.49， 129.11， 128.87， 128.45， 128.03， 127.96， 126.76， 125.12， 62.74， 62.62， 51.82， 49.58， 33.34， 28.84， 8.94.HRMS (ESI) calcd for C 23 H 28 N 2 O 3 ([M+H] + ): 381.21727 found 381.21658.
system: [SYSTEM]

user: 3. 结果与讨论 前人报道的化合物2的合成方法 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] 大多都用剧毒物质KCN和NaCN作为氰基化试剂，本文采用相对绿色的有机氰化试剂TMSCN，并用甲醇和水的混合溶剂代替了冰醋酸，使得反应过程相对温和，同时产物以沉淀形式生成，易于后处理。我们参考文献 [ 9 ] 合成了化合物3，即采用K 2 CO 3 为碱性添加剂、H 2 O 2 为氧化剂和DMSO为溶剂的水解体系代替浓硫酸的水解体系 [ 8 ] [ 10 ] ，实现了氰基水解成酰胺的高效转化，具有操作容易、后处理简单和产率高的优点。化合物4的N-丙酰化过程中，文献 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] 报道的方法需要加入有机碱，本文将化合物4和丙酰氯在无碱的条件下反应，较好地避免了化合物4的分解，以78%的产率合成了N-丙酰化产物。
system: [SYSTEM]

user: 4. 结论 1-苄基哌啶酮为原料，经过Strecker反应、酰胺化、甲酯化、N-丙酰化等步骤得到了1-苄基哌啶衍生物，总收率26%。该方法具有绿色、简便的特点。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 交直流联合电网直流电压的控制方式大多采用电压下垂控制，为提高系统运行可靠性，降低下垂控制方式下的网络损耗，本文探究了VSC电压下垂控制的可控参数对系统网损的影响。首先建立了计及换流器损耗的交直流联合电网网损计算模型和VSC电压下垂控制方式下直流电网稳态模型，分析了VSC下垂控制原理和不同参数对P-V特性曲线的影响。通过算例仿真，比较了调节换流器不同参数时的直流电压波动情况和网损优化效果。最后得出结论：调节下垂控制参考功率的网损优化效果较好且能够保证系统安全稳定运行，是一种有效的无功优化措施。 关键词 :交直流联合电网，电压下垂控制，VSC参数，联合电网网损 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 高压直流输电技术是解决远距离大容量电能输送、可再生能源并网以及多个不同频率的交流系统互联问题的有效手段之一，其发展经历了从常规直流输电、常规多端直流输电到柔性直流输电、柔性多端直流输电再到直流电网的历程 [ 1 ] 。目前柔性多端直流输电技术已较为成熟，全球已有多个工程建成投运，包括中国的南澳三端柔性直流输电工程、舟山柔性五端直流输电科技示范工程以及美国的Tres Amigas超导体输电工程等 [ 2 ] 。随着研究深入，“换流站少，工程造价低、可灵活切换传输方式且运行可靠性高”的直流电网受到越来越多国内外学者的关注。目前针对直流电网的研究才刚刚开始，未来逐渐成熟的直流电网将与交流电网逐步实现互联，形成交直流联合电网这一新型网络架构 [ 3 ] 。换流器是连接直流电网与交流电网的关键设备。文献 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 从不同角度分析了电流源换流器(CSC)与电压源换流器(VSC)的运行特性，比较了二者的技术特点和应用领域，指出VSC可实现有功、无功独立解耦控制，控制方式更加灵活且无需额外的无功功率补偿及通信联络设备建设，满足无源网络、远距离孤立负荷、海上钻井平台等特殊场合供电需求，较之CSC更适用于实现交、直流电网互联。 直流电压是联合电网运行稳定性的重要指标，其控制方式中应用较为广泛的是主从控制和电压下垂控制。文献 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 对交直流联合电网直流侧电压的控制方式进行了研究。文献 [ 7 ] 结合两种控制方式的优点修正了P-V曲线，解决了控制模式切换过程中暂态时间过长的问题。文献 [ 8 ] 认为现有的电压下垂控制方式未考虑扰动后直流网络功率重新分配给交流网络带来的影响，提出了一种适用于VSC-HVDC的改进电压下垂控制方法，该方法依据交流网络频率偏移自动调节响应换流站的电压下垂系数，从而合理分配扰动带来的功率不平衡量。文献 [ 9 ] 提出电压下垂系数设置不合理会导致系统失稳，可通过实时监测直流侧电压动态修正电压下垂系数，从而保证系统安全稳定运行。目前国内外学者对电压下垂控制的改进大多是围绕协调优化下垂系数展开，对下垂控制的其它参数(如：参考电压、参考功率)的优化研究还很少。本文旨在将这些可控参数与系统网损联系起来，探究这些参数对直流电压和系统网损的影响。
system: [SYSTEM]

user: 2. 交直流联合电网网损计算模型 网损是系统运行经济性的重要指标。交直流联合电网网损如式(1)所示。 P loss = P ac L + P dc L + P vsc (1) 式中： P loss 表示联合电网总网络损耗； P acL ， P dcL ， P vsc 分别表示交流、直流线路有功损耗及VSC换流器总损耗，其具体计算公式如下： { P ac L = ∑ k = 1 n 1 G k ( i ， j ) ( U i 2 + U j 2 − 2 U i U j cos ( θ i − θ j ) ) P dc L = ∑ k = 1 n 2 I d k 2 R d k P vsc = ∑ i = 1 n T P vsc i = ∑ i = 1 n T ( a i I c i 2 + b i I c i + c i ) (2) 式中： n 1 ， n 2 ， n T 分别表示交、直流线路数目以及VSC换流器个数； G k ( i ， j ) 表示第k条交流线路的电导； I d k ， R d k 分别表示第k直流线路的电流、电阻； P vsc i 表示第i个VSC换流器损耗，根据文献 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] 可知，VSC换流器损耗可表示为关于电流标幺值的二次函数形式，其系数 a i ， b i ， c i 表示换流器损耗系数，应由VSC出厂参数及实际工况来设定。
system: [SYSTEM]

user: 3. 交直流联合电网直流电压控制方式 3.1. 直流电压控制方式分类 直流侧电压控制方式可分为主从控制、电压裕度控制和电压下垂控制。在主从控制中，一般选择一个容量较大的换流站作为主换流站，主站采用定直流电压控制，其余从站采用定有功功率控制，一旦系统内出现功率波动则由主站承担这部分功率差额，若主站故障或超出主站可承担范围，则依靠通信系统发出指令，指定某一从站接替主站维持系统内功率平衡。电压裕度控制是对主从控制的改进，一旦主站发生故障，从站能够自动转换控制模式接替主站维持系统电压稳定。在电压下垂控制中，多个换流站工作在电压下垂控制方式下，一旦系统内出现功率波动就由这部分换流站依据各自的电压下垂系数来分担功率差额。由于电压下垂控制相比主从控制和电压裕度控制具有更多的换流站参与维持系统功率平衡，其系统运行可靠性更高且换流站之间不依赖通信系统，能够依据各自的电压下垂系数自动切换工作点，因此更适用于交直流联合电网。 3.2. 电压下垂控制原理 在直流电网中，直流线路上的电压损耗很小，可近似认为直流网络各节点电压相等。电压下垂控制原理可以用P-V特性曲线来描述，如图1所示。 图1. 电压下垂控制原理 由图1可知，VSC1、VSC2、VSC3采用电压下垂控制，其电压或功率不再恒定不变而是满足以下线性关系： P d i = P 0 i + K i ( U 0 i − U d i ) (3) 式中： P d i 表示换流器实际输出功率； U d i 表示换流器节点实际电压； P 0 i ， U 0 i ， K i 均为VSC换流器可控参数，分别表示VSC换流器下垂控制的参考功率，参考电压及电压下垂系数。对单个换流站而言，参考功率，参考电压确定了P-V特性曲线的参考运行点，电压下垂系数确定了P-V特性曲线斜率，这三个参数共同决定了该换流站的运行特性。调节换流站三个可控参数中的任意一个即可调节换流站输出功率，本文旨在分析三个可控参数对联合电网网损的影响，从中选出调节灵敏度高且能保证系统稳定运行的优化参数，将其作为电压下垂控制方式下交直流联合电网无功优化的首选优化参数。 VSC4采用定功率控制，当VSC4出现功率波动时，换流站的工作电压均由 变为 U ′ ，VSC1、VSC2、VSC3会沿着各自的P-V特性曲线寻找新的工作点，从而使系统重新回到功率平衡。多个换流站共同承担维持系统功率平衡的任务，增加了系统的运行可靠性。 3.3. 电压下垂控制下的直流电网模型 直流电网参数简单，其基本模型可以描述为： I d i = P d i U d i = ∑ j = 1 n vsc G i j U d j (4) 式中： U d i ， I d i ， P d i 分别表示直流节点i的电压、电流和有功功率； G i j 表示直流网络电导矩阵的元素。VSC换流器采用电压下垂控制，其直流电网模型也应做出相应的调整，直流网络基本方程式(4)可依据公式(3)修改为： [ P 01 + K 1 ( U 01 − U d 1 ) U d 1 P 02 + K 2 ( U 02 − U d 2 ) U d 2 ⋮ P 0 i + K i ( U 0 i − U d i ) U d i ] = [ G 11 G 12 ⋯ G 12 G 12 G 22 ⋯ G 12 ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ G 1 n G 12 ⋯ G 12 ] [ U d 1 U d 2 ⋮ U d i ] (5)
system: [SYSTEM]

user: 4. 算例分析 4.1. 仿真条件 本文选取数值鲁棒性强，对初值选取不敏感的原对偶内点法 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] 对算例系统进行求解。交流网络由IEEE14和IEEE4节点交流系统修改而来，三个海上风电场分别通过VSC1，VSC2，VSC3与直流电网相连，同时直流网络通过VSC4，VSC5，CSC6与交流网络实现互联。VSC1~VSC4均采用定有功功率控制，其控制量分别为 P dvsc 1 sp = 0.8 ， P dvsc 2 sp = 0.7 ， P dvsc 3 sp = 0.5 ， P dvsc 4 sp = − 0.6 ；VSC5、VSC6均采用电压下垂控制，VSC其它参数： X L = 0.15 ， R = 0.006 ， X f = 400 ；VSC损耗系数均取：a = 0.01，b = 0.03，c = 0.01。交流系统发电机组出力可调，调节范围参见表1，为探究VSC5、VSC6不同下垂控制参数对系统网损的影响，进行四组仿真实验，实验参数对比详见表2，算例系统拓扑结构如图2所示。 图2. 算例系统拓扑结构 Table 1 Constraints on generator outpu 发电机组 编号 有功(pu) 无功(pu) 下限 上限 下限 上限 IEEE14-1 1.25 2.5 −1.25 1.25 IEEE14-2 0.75 1.5 −0.75 0.75 IEEE14-3 2 4 −2 2 IEEE14-6 1.25 2.5 −1.25 1.25 IEEE14-8 1.25 2.5 −1.25 1.25 IEEE4-3 1 2 −1 1 IEEE4-4 1 2 −1 1 表1. 发电机组出力约束 Table 2 Comparison of droop control parameters of VSC5 and VSC6 in four groups of experiment 组别 VSC可控 参数 参考功率 参考电压 电压下垂系数 VSC5 VSC6 VSC5 VSC6 VSC5 VSC6 对照组 - −1.0 −0.4 2.0 2.0 50 50 实验组1 参考功率 −2.0~2.0 −2.0~2.0 2.0 2.0 50 50 实验组2 参考电压 −1.0 −0.4 1.96~2.03 1.96~2.03 50 50 实验组3 下垂系数 −1.0 −0.4 2.0 2.0 0.5~70 0.5~70 表2. 四组实验的VSC5、VSC6下垂控制参数对比 4.2. 仿真结果分析 为探究VSC下垂控制不同参数对系统网损的影响，设置以下三种不同场景进行对比分析。 场景1：探究VSC参考功率对系统网损的影响。设置对照组和实验组1进行对比试验，对照组的所有参数随机给定，实验组1的电压下垂系数和参考电压给定，参考功率可调，其调节范围均为−2.0 pu至2.0 pu，对比两组实验系统网损计算结果。 场景2：探究VSC参考电压对系统网损的影响。设置对照组和实验组2进行对比试验，对照组的所有参数均给定，实验组2的电压下垂系数和参考功率给定，参考电压可调，其调节范围均为−1.96 pu至2.03 pu，对比两组实验系统网损计算结果。 场景3：探究VSC电压下垂系数对系统网损的影响。设置对照组和实验组3进行对比试验，对照组的所有参数均给定，实验组VSC4、VSC5的电压下垂系数和参考功率给定，参考功率可调，其调节范围均为0.5至70，对比两组实验系统网损计算结果。 1) 直流电压对比 在调节VSC电压下垂参数的过程中，一旦直流电压随功率波动过大就很可能会造成系统失稳，因此要将系统运行的稳定性放在首位，保证在调优过程中直流电压波动不大。四组实验直流电压对比如图3所示。 图3. 场景1、2、3优化前后直流电压对比 对比对照组和实验组1数据可知，VSC5、VSC6的参考功率优化后，仅VSC5、VSC6对应节点电压波动较明显，其余节点直流电压基本不变；对比对照组和实验组2数据可知，VSC5、VSC6的参考电压优化后，所有节点的直流电压均发生不同程度的波动，直流电网电压波动较大；对比对照组和实验组3数据可知，VSC5、VSC6的电压下垂系数优化前后所有节点直流电压基本不变。 从系统运行稳定性的角度分析，调节电压下垂系数对直流电压的影响最小，调节参考功率次之，调节参考电压会使整个直流电网电压发生比较大的波动。 2) 系统网损优化效果对比 VSC不同参数的网损优化效果如表3所示，由图表数据可知，优化VSC5、VSC6下垂控制参考功率或参考电压，其输出功率发生显著变化，系统网损也大大降低；而对换流器电压下垂系数来说，即使将其调至最优也不能使换流器输出功率发生明显变化，系统网损优化效果不佳。 Table 3 Comparison of network loss optimization effects of different parameters of VS 场景 实验组 可控参数 对照组/pu 实验组/pu 实验组比 对照组网损 降低/MW VSC5 参数 VSC6 参数 VSC5 输出功率 VSC6 输出功率 VSC5 参数 VSC6 参数 VSC5 输出功率 VSC6 输出功率 场景1 参考功率 −1.0 −0.4 −0.9213 −0.4514 −0.08 −1.32 −0.2708 −1.1002 5.4288 场景2 参考电压 2.0 2.0 −0.9213 −0.4514 2.021 1.984 −0.2313 −1.1395 6.0696 场景3 下垂系数 50 50 −0.9213 −0.4514 70 70 −0.9049 −0.4679 0.2336 表3. VSC不同参数的网损优化效果对比 从系统运行经济性的角度分析，优化电压下垂控制参考功率和参考电压比优化电压下垂系数的网损降低效果更好。
system: [SYSTEM]

user: 5. 结论 从系统运行可靠性的角度分析，调节VSC电压下垂系数对直流电压的影响最小，但同时由于电压下垂系数对VSC输出功率的调节能力有限，调节VSC电压下垂系数并不能使系统网损明显减少。 从系统运行经济性的角度分析，调节VSC参考电压的网损优化效果最好，但同时调节参考电压会使整个直流网络电压发生较大的波动，甚至可能造成系统失稳。 综合系统运行可靠性和经济性两方面的要求，考虑将VSC下垂控制参考功率作为首选的优化参数。调节VSC参考功率能够在保证系统安全稳定运行的同时，使系统网络损耗大大降低，是一种有效的无功优化措施。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 近年来，随着全球经济与人类社会的发展，温室效应日益严重，引起气候变化、全球变暖等一系列效应，对人类环境、经济、气候等均产生严重影响。根据中国统计年鉴数据，对乌鲁木齐市2008~2017这十年的气温、降水和平均相对湿度进行统计分析，研究其气候变化趋势。结果表明，近十年来，乌鲁木齐市年平均气温呈波动上升的趋势，气温年较差较大，平均年较差约37℃；最冷月与最热月气温相差很大，7月气温最高，1月气温最低，差值为36.9℃；年极高温与年极低温之差平均在60.6℃左右；年降水量自2008年后显著增加，降水量主要集中在4月，而1月的降水量最少，年降水量相差较大，2015年降水量最多，为408.9 mm，2008年降水量最少，为171.8 mm，降水幅度差为237.1 mm，年降水量有上升的趋势；年平均相对湿度缓慢上升。乌鲁木齐市的气候特征是冬季寒冷湿润，夏季炎热，蒸发量大，夏、秋季干燥，年温差较大，其气候有朝温暖湿润发展的趋势。 关键词 :乌鲁木齐市，气温，降水 Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/