mlsa-iai-msu-lab/ru_sci_bench_zho_cite_reranking huggingface dataset:
一种优化的单相级联H桥逆变器三次谐波补偿策略

三次谐波补偿策略(third harmonic compensation strategy,THCS)可有效解决级联H桥光伏并网逆变器功率不平衡问题。相比于其他方法,三次谐波补偿策略不会降低系统发电量和功率因数,且直流侧电压波动较小,但已提出的三次谐波补偿策略在消除并网电流三次谐波方面存在一些问题,并不能做到有效消除。该文提出一种改进的单相级联H桥三次谐波补偿策略,其通过闭环控制来消除并网电流中的三次谐波,抑制效果较现有三次谐波补偿策略有很大提升。仿真和实验结果都验证了该方法的有效性。
新型低压非隔离十七电平变流器及控制策略研究

为了减少高阶多电平变流器开关器件的数量,提出一种仅需要12个开关器件和2个飞跨电容的十七电平变流器拓扑,分析电路的工作原理及模态。通过与几种典型的十七电平逆变器拓扑比较,提出的十七电平逆变器在开关器件数量、飞跨电容数量、驱动电路数量等方面具有明显优势,其中最突出的是电流流经的开关器件的数量是最少的。这使得所提出的十七电平变流器具有更小的器件损耗。另外,采用有限控制集模型预测控制方法,实现了对输出电流、直流母线电容电压和飞跨电容电压等变流器核心参数的控制。通过仿真验证所提出十七电平变流器的工作原理的正确性及其控制策略的可行性。最后,搭建硬件实验平台,进一步验证所提出变流器及其控制算法的有效性。
梯级水光蓄系统规划关联模型的建模

梯级水电和光伏电站联合发电系统的建设可以实现水光互补、增加新能源消纳和优化电源的目的。该文针对含有抽水蓄能电站的水光互补系统规划数学建模进行了研究。首先提出了梯级水光蓄关联模型的概念,从物理意义和数学意义两方面进行了分析。作为梯级水光蓄规划问题重要的等式约束条件,关联模型反映了水光时空互补的特点,表现为关于梯级水光蓄各电源容量和地理位置的隐函数形式。推导了关联模型,给出了方程的具体形式。建立了基于潮流等式约束方程、可靠性约束方程等的规划模型,并考虑了多种规划目标的情况。在上述模型的基础上,提出了结合多目标遗传算法、TOPSIS算法及动态规划的模型求解方法,并对一个梯级水光蓄联合发电系统(cascade hydro-photovoltaic-pumped storage hybrid generation system,CHPPS)进行了算例分析,仿真结果表明以关联模型为基础的规划投资合理、收益良好,具有优秀的水光时空互补能力。
基于独立分裂电容的非隔离型中性点箝位逆变器漏电流抑制

为了解决非隔离型中性点箝位(neutral-point-clamped,NPC)三电平并网逆变器的漏电流问题,该文提出一种拓扑结构与调制相结合的漏电流抑制综合方案,该方案在抑制桥臂电流低频震荡、减小连接线电流和抑制漏电流方面可达到综合效果最优,同时又能控制直流母线中点电位平衡。首先,针对拓扑结构提出一种独立分裂电容(independent splitting capacitor,ISC)结构的改进方法,该方法是一种折中处理方法,在减小漏电流的同时可以显著减小连接线电流,从传递函数的角度分析独立分裂电容值对漏电流和连接线电流的影响,并给出独立分裂电容值的理论计算公式。其次,在调制策略上采用一种基于LMZVM& LMSVM的矢量混合调制,通过减小共模电压变化率来进一步减小漏电流,并实现直流母线中点电位平衡控制。最后,通过仿真和实验对提出的ISC + LMZVM&LMSVM漏电流抑制综合方案进行验证,结果表明了该方法在漏电流抑制、减小桥臂电流低频振荡和连接线电流方面的有效性。
电力电子换流器的惯性与稳定性分析

针对电力电子换流器引起电力系统振荡问题,该文以双馈风机转子侧换流器为例,推导换流器件的惯性表达式并解释其惯性的物理意义,同时将其与电力系统的传统惯性:转子的转动惯量和电感电容的电磁惯性进行类比,得到了描述电力系统惯性元件的统一微分方程式,进而根据微分方程推导出换流器的失稳判据。最后通过PSCAD/EMDTC仿真验证所求结论。所提出电力电子换流器的惯性为研究电力电子化电力系统稳定性问题,提供了一种新的求解思路。
大气压低温等离子体特性与应用研究现状

根据近年来国内外大气压低温等离子体基本特性和实际应用的研究进展,结合2018年全国高电压与放电等离子体学术会议邀请报告和口头报告的内容,从基本特性理论研究和面向实际应用研究2个层面总结和分析了近几年来大气压低温等离子体的研究进展。理论研究围绕等离子体激励电源、产生装置、实验诊断技术和数值仿真技术等方面展开;实际应用则主要集中在材料处理、能源转化、环境治理、生物医学、航空航天以及农业食品等领域。可以看出,国内关于大气压低温等离子体的基本特性和实际应用的研究均取得良好进展。未来应立足于相关应用领域的具体需求,解决制约该领域迅速发展的基本理论问题和关键技术问题,建立和发展面向实际应用的等离子体理论体系和工艺体系,从而促进大气压低温等离子体技术广泛应用。
基于太赫兹波的复合绝缘子界面检测研究

复合绝缘子的交界面缺陷问题严重威胁着电网的安全运行。为了有效评估复合绝缘子的界面性能,研究基于太赫兹波的无损检测方法。首先理论分析了太赫兹反射波在不同性能界面中的传播过程。测试界面气隙、蚀损缺陷情形的太赫兹反射波,分析太赫兹波在含缺陷界面中的反射传播特性。针对气隙缺陷,提出通过太赫兹波形特征比对的定量检测方法;针对蚀损缺陷,提出基于波形差值的成像检测方法。根据太赫兹波形特征信息,可对界面气隙和蚀损缺陷进行分类诊断。对实际缺陷的测试表明,太赫兹时域反射波在复合绝缘子界面缺陷检测中具有较高的应用价值。
基于二阶段鲁棒博弈模型的微电网群及混合交直流配电系统协调能量管理策略研究

随着可再生能源技术的迅速发展,微电网及其群落出现在配电网中。高渗透率的可再生能源给配电系统带来较高的不确定性,此外,多市场主体下的复杂博弈关系,在系统层面进一步加深不确定性的影响。然而,具有高灵活性和可控性的混合交直流配电系统为解决上述问题提供了有效途径。基于此,该文提出一种基于二阶段鲁棒博弈模型的混合交直流配电系统协调能量管理方法,该方法旨在协调混合交直流配电网与微电网群间的功率交互,通过寻找模型的均衡点,可为每个市场主体提供最佳的能量管理决策,实现各方收益的均衡化,促进电力市场开放和发展。除了考虑经济因素外,为了抑制可再生能源出力不确定性对电力市场主体间功率交互的影响,在模型中还增加了鲁棒优化,通过对交直流变流站的优化控制与实时管理,抑制不确定性对系统稳定性的影响,实现配电系统安全经济运行。最后,通过对改进的IEEE-33节点混合交直流配电系统算例进行分析可知,所提方法实现了各方主体收益的均衡化,并能维持系统电压在规定范围内,有效实现了配电网与微电网的协调发展。
UPFC与同步机轴系的强动态相互作用机理及影响评估

研究因模式谐振引起的统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)与同步机(synchronous generator,SG)轴系之间的动态相互作用。借鉴复转矩系数法的建模思想,将含UPFC的电力系统区分为独立互联的2部分:SG轴系子系统与含UPFC的主系统。详细推导UPFC控制模式的数学表达式,针对含UPFC的IEEE第一基准系统和某实际220kV等值电网,从模式谐振角度分析UPFC与SG轴系的控制交互作用。为量化分析该谐振现象对系统次同步振荡稳定性的影响,基于留数指标提出一种模式谐振估计方法,能够近似估计次同步模式谐振时两闭环模式在复平面的位置。应用所提方法评估实际电网中UPFC对系统次同步稳定性的影响,得出UPFC谐振参数域。时域仿真验证理论分析的正确性。
无锁相环直接功率控制双馈感应发电机系统阻抗建模和稳定性分析

随着新能源渗透率的日益升高,基于双馈感应发电机(double fed induction generator,DFIG)的风力发电机组在电力系统中的比重越来越大。无锁相环直接功率控制(direct power control,DPC)不仅可以提高DFIG的动态响应能力,而且可避免锁相环对功率控制动态性能的影响。针对基于无锁相环DPC的DFIG系统接入弱电网下的稳定性问题,该文通过建立无锁相环DPC的DFIG系统阻抗模型,分析了其频率耦合特性及其对稳定性的影响,进而构建等效单输入单输出阻抗模型,实现控制参数和运行工况对系统稳定性的敏感性分析。最后构建仿真模型,对研究内容进行仿真验证。
一种基于双重锁相环的高速永磁同步电机转子位置估计误差全补偿方法

高速永磁同步电机(high-speed permanent magnet synchronous motor,HSPMSM)驱动性能与转子位置信号检测精度密切相关。基于反电动势滑模观测器(high-speed permanent magnet synchronous motor,EMF-SMO)的位置估计方案具有鲁棒性强的优势。然而高速运行条件下,观测器环路中的滤波器、零阶保持器、代数环等非理想环节将引起明显的相位估计误差。为了有效补偿相位估计误差,该文提出一种基于双重锁相环的新型EMF-SMO方案,其基本原理在于,通过主动引入前述非理想环节对电流信号进行延迟重构,将重构电流信号与估计位置信号进行二次锁相,构成双重锁相环,无需定量即可实现相位估计误差全补偿。该方法未引入任何敏感参数,鲁棒性强。该文针对一台400W/15000rpm高速永磁同步电机进行仿真与实验,仿真与实验结果验证了所提出双重锁相环方案的有效性。
宽电压输入双接地单相非隔离光伏并网逆变器

针对现有双接地光伏逆变器在阴影条件下由于欠压而停机的问题,提出一种宽电压输入双接地单相非隔离光伏并网逆变器。该拓扑由升压单元和双接地逆变器构成,逆变器无共模漏电流,且在阴影条件仍能正常工作。采用多模态协同控制,减小逆变器各元器件的电压应力,并使得升压单元只需在欠压时工作,减少升压单元承受的功率,减小逆变器体积和重量;每个模态只有1个功率管高频开关,提高了逆变器的效率。详细分析拓扑构成、工作原理和控制策略。最后,搭建一台原理样机,验证理论分析。
双馈风电场次同步控制相互作用的分数阶滑模抑制策略

针对双馈风电场接入串补输电系统,提出一种可快速收敛的分数阶滑模控制策略以抑制次同步控制相互作用并增强控制系统鲁棒性。首先通过反馈线性化方法抵消双馈风电场固有的非线性;其次设计分数阶滑模控制策略并应用于网侧变流器控制回路,利用分数阶微积分算子所增加的自由度实现系统快速收敛;最后通过非线性时域仿真和实物仿真检验抑制效果。结果表明:所设计的分数阶滑模控制策略有效改善了次同步频率范围内的系统阻尼,能在不同工况下实现对次同步控制相互作用的有效抑制,使系统快速恢复稳定,并加强系统对参数摄动的鲁棒性。
考虑器件工作温度影响的SiC功率MOSFET建模

提出一种基于MATLAB/Simulink的SiC功率MOSFET全工作区变温度参数建模方法。在Si基横向双扩散MOSFET模型的基础上,采用与温度相关的电流源和电压源补偿器件漏极电流和阈值电压的变化。通过补充实验拓展SiC功率MOSFET的饱和区工作特性曲线,并根据SiC功率MOSFET的工作特性,采用数学拟合的方法来提取模型参数。在保留各个参数物理意义的同时,摆脱建模过程对物理参数的依赖。在不同电压、电流及温度(25~200℃)的情况下对器件的输出特性、转移特性、阈值电压、导通电阻及开关损耗进行测试,将测试结果与MATLAB/Simulink模型仿真结果进行性比较。模型仿真结果与实际测试结果一致,开关损耗误差在7%之内,验证了模型的准确性及有效性,为实际应用SiC功率MOSFET时系统性能及损耗分析提供参考依据。
IGCC电站燃气轮机启动燃料的替换研究

当整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)电站低热值合成气燃气轮机的启动燃料为柴油时,启动成本高,污染物难以控制。为了解决该问题,一个较适用的方法是将燃气轮机的启动燃料由柴油替换为天然气。但由于2种燃料的燃烧特性的不同,需要对燃机在两种不同燃料下的动态特性进行深入的研究,从而提出相应的改造和运行策略。基于天津IGCC低热值燃气轮机的结构及实际运行数据,建立燃气轮机热力学计算模型,对比分析了燃气轮机启动过程中,柴油量、天然气量随燃气轮机负荷的变化情况;其次计算了燃烧器燃烧天然气时的火焰稳定速度范围和优化燃烧器当量直径的范围;并对该燃气轮机燃烧室内的燃烧过程进行了数值模拟研究。最后提出了燃烧器的改造方案和运行策略,在尽量小的范围内进行改造来实现对柴油的替代而且保证燃机的稳定、安全和清洁启动。
基于奇异值分解的PMU数据恢复法

同步相量量测单元(phasor measurement units,PMUs)因其同步性、快速性和准确性成为电网动态实时监测最有效的手段之一,并得到迅速发展。但由于通信堵塞、硬件故障、传输延迟等因素,现场PMU通常存在不同程度的数据丢失问题,严重制约其在电力系统中的应用与发展,甚至威胁电网安全。该文通过分析现场PMU量测信息,归纳了3种数据丢失类型;提出基于奇异值分解的动态数据成分分析方法,并采用盖氏圆法确定其最优特征成分数,可有效提取原始信号中各特征分量。进一步,提出基于训练、验证与丢失数据分类的数据恢复迭代计算方法,实现系统动态条件下仅利用单通道PMU量测信息的高精度数据恢复。通过仿真与实测数据验证该方法的可行性和准确性。该方法解决传统方法对系统动态信号丢失数据恢复失真的问题,为PMU量测信息更好的应用于电力系统的各个方面提供保证。
光伏和风电互补性对高渗透率可再生能源集群接入规划影响分析

为提高大范围中高压配电网络中可再生能源的消纳能力,提出可适用于任何分布的光伏(photovaltaic,PV)和风电(wind turbine,WT)资源互补性场景生成的方法;并提出集群概念,基于集群的划分建立考虑发电商的投资与发电利益以及集群内部功率匹配程度的可再生能源规划模型;针对模型的求解问题,运用Benders分解方法将复杂可再生能源接入规划问题分成投资–运行分解模型进行求解,实现了计及可再生能源互补性以及中高压配电网络供电互联的可再生能源接入规划。运用中国某区的实际110-35kV网络验证了集群划分与可再生能源规划的结合能够提高各35kV变电站的可再生能源的消纳能力,并验证了PV、WT互补性对于集群可再生能源接入以及消纳的重要意义。
含多端柔性多状态开关的主动配电网日前–日内协调能量管理方法

为提高含高渗透率新能源的微网在并网运行下系统的安全性与经济性,该文以基于多端柔性多状态开关的主动配电网为研究对象,提出当配网与多微网分属不同利益主体时的日前–日内协调能量管理方法。在日前有功协调调度阶段,建立了配网与多微网主从博弈统一求解模型,最小化配网运行成本,采用改进切平面迭代方法求解以保证二阶锥松弛的精确性。在日前无功调度阶段,充分利用微网并网节点变流器的剩余容量,最小化系统电压偏差。在日内调度阶段,对柔性多状态开关采用电压–有功和电压–无功双下垂控制,以提高系统运行可靠性和减小网损为目标,基于日前调度结果对系统进行下垂斜率–无功的联合优化。算例仿真结果表明,所提出的日前–日内协调能量管理方法能充分发挥柔性多状态开关对潮流的灵活调控作用,有效降低配网网损和系统电压偏差,进而综合提升系统的运行可靠性与经济性。
计及综合效益的虚拟同步化微电网二次调频策略

为解决传统微电网调频策略过于依赖微电网中央控制器,响应速度慢,可靠性及经济性差等问题,该文在虚拟同步机控制技术及其调频特性的基础上,提出一种综合考虑电源虚拟同步机发电成本及负荷虚拟同步机用电收益的虚拟同步化微电网二次调频策略。该策略以微电网二次调频的综合效益为目标,通过源、荷、储虚拟同步机相邻控制器间的稀疏通信,采用分布式计算,得到虚拟同步变换器的有功参数最优参考值,从而实现了计及综合运行成本的频率最优调节。基于MATLAB/Simulink平台搭建了具有不同运行成本单元的虚拟同步化微电网模型,通过仿真及硬件在环实验,验证所提二次调频策略的有效性,与传统经济调频策略相比的优越性以及并网时对主网的频率支撑作用。
基于直流互联的交流电网频率稳定控制研究

直流互联交流电网已经成为解决大电网互联问题的一种有效手段。互联交流电网的直流联络线可以实现区域备用互补,提高电网运行经济效益,并改善电网受到扰动后的频率波动情况。该文基于直流联络线控制提出一种用于互联交流电网频率支援及恢复策略。该策略可以实现事故时的紧急功率控制,减小交流电网事故后的频率急剧下降和波动。同时,在事故后参与到电网恢复过程,起到保障电网在安全频率范围内运行和加速电网频率恢复的作用。最后,通过仿真软件PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明所提策略充分利用了直流调频能力,提高了互联电网的经济性和稳定性。
考虑负荷特性互补及供电单元划分的中压配电网实用化自动布线

针对当前配电网规划中因未能考虑负荷特性互补而导致网络规模偏大与设备利用效率偏低等问题,提出一种新的考虑负荷特性互补及供电单元划分的中压配电网实用化自动布线方法。首先,基于现有负荷聚类分块与网格化规划成果,完善了中压配电网馈线区块和供电单元的概念,并提出考虑供电单元划分的中压配电网网架规划框架;其次,凝练了考虑负荷特性互补的馈线区块和供电单元划分效果评估指标,并提出用于变电站中馈线区块划分的旋转中心线距离加权交替定位算法;再次,考虑线路的规划年综合费用和基于可靠性指标的停电损失费用,建立基于供电单元划分的中压配电网网架规划模型,并结合蚁群算法提出主干线与分支线组合求解的自动布线方法。最后,通过实例验证了模型和方法的科学性与实用性。
电网可靠性评估中相关性变量的非参数R藤Copula模型

Copula函数可将多维随机变量的边缘分布和相关性结构分开表达,在计及相关性的电网风险分析中日益得到重视。在二维相关性建模上Copula函数精度较好,而高维情况则面临模型参数估计的复杂性和准确性问题。据此,该文提出非参数R藤Copula模型,基于高维模型分解思路将高维Copula函数分解成多个二维Copula函数的乘积,并基于数据驱动方式实现二维Copula函数的非参数估计,此外为避免非参数估计中随机变量分布范围超出实际可行域的问题,进一步提出概率空间变换的思路。该文方法可实现高维随机变量相关性模型的灵活准确构建,最后,通过相关算例分析验证方法的正确性和有效性。
面向小干扰稳定提升的虚拟惯量优化分配模型与方法

虚拟惯量控制使可再生能源发电系统能够具备与火电类似的惯量特性,有利于为系统提供惯性支持。该文研究了虚拟惯量的分布对系统小干扰稳定的影响,并提出面向系统小干扰稳定提升的虚拟惯量优化分配模型与方法。首先,以小干扰分析中的区间振荡模式阻尼比最大为优化目标,以虚拟惯量控制参数为优化变量,频率稳定为约束条件,建立惯量优化分布模型;然后,利用基于灵敏度分析的牛顿法求解该模型,得到虚拟惯量优化分配方案;最后,通过仿真验证所提优化分配方法的有效性。
农林复合系统的水土保持效益

农林复合系统作为一种兼顾生态效益、社会效益和经济效益的人工生态系统,对于生态环境保护及农林业的可持续发展具有重要意义.文章针对全球不同类型的农林复合系统分别展开讨论,阐述其防止水土流失的机制和特点,并在前人研究的基础上估算了其水土保持效益.结果表明,农林复合系统能够平均减少54.0%(1.0%~95.8%)的径流和71.7%(17.8%~99.9%)的土壤损失,河岸植被缓冲带减少径流和泥沙效益最高,分别为60.0%(1.0%~94.4%)和76.8%(28.0%~97.0%);农林间作、林草(牧)复合和农田防护林则分别减少56.6%(14.2%~95.3%)、49.0%(9.0%~88.5%)、49.6%(1.7%~95.8%)的径流量和72.4%(30.7%~99.9%)、73.5%(30.0%~96.7%)、61.4%(17.8%~99.9%)的产沙量,表明农林复合系统具有显著的水土保持功能.未来有关农林复合系统的水土保持效应的研究应该聚焦于其效益评估综合化、机理研究深入化、实践指导科学化的方面.
不同外源物质喷施对干旱胁迫下‘云麻1号’苗期生理的影响

为了探明不同外源物质处理对干旱胁迫下工业大麻苗期的影响.研究以‘云麻1号’为试验材料,通过盆栽控水法模拟干旱胁迫,研究不同质量浓度(200、500、800 mg/L和1 200 mg/L)的Vc、甜菜碱、${\rm{CaC}}{{\rm{l}}_2}$和赤霉素喷施处理下对工业大麻苗期抗旱的生理效应.结果表明:与对照相比,干旱胁迫处理使‘云麻1号’苗期的叶绿素、脯氨酸和可溶性糖的含量降低,使SOD和POD酶活性也降低.外源物质Vc、甜菜碱、${\rm{CaC}}{{\rm{l}}_2}$和赤霉素处理均可提高大麻苗的叶绿素、脯氨酸和可溶性糖的含量,同时也提高SOD和POD酶活性,从而在一定程度上缓解干旱胁迫对幼苗的伤害.根据隶属函数评价结果得出,‘云麻1号’分别在喷施500 mg/L Vc和${\rm{CaC}}{{\rm{l}}_2}$时生理抗旱特性较好,在喷施200 mg/L甜菜碱和赤霉素时缓解效果也较理想.4种外源物质缓解效果依次为${\rm{Vc > CaC}}{{\rm{l}}_2} > \text{赤霉素} > \text{甜菜碱}$.研究结果揭示了干旱胁迫下大麻幼苗对外源物质喷施的生理响应,为外源物质处理提高工业大麻抗旱性的研究提供参考依据.
固相燃烧法合成${\rm{LiN}}{{\rm{i}}_{0.10}}{\rm{Z}}{{\rm{n}}_x}{\rm{M}}{{\rm{n}}_{1.90 - x}}{{\rm{O}}_4}\left( {x \le 0.15} \right)$正极材料及其电化学性能研究

用固相燃烧法合成${\rm{LiN}}{{\rm{i}}_{0.10}}{\rm{Z}}{{\rm{n}}_x}{\rm{M}}{{\rm{n}}_{1.90 - x}}{{\rm{O}}_4}\left( {x \le 0.15} \right)$正极材料. XRD与SEM表明,所有样品都属于 ${\rm{LiM}}{{\rm{n}}_2}{{\rm{O}}_4}$材料典型的尖晶石结构,无杂相生成,且均为分散性好、结晶性高的类球多面体,颗粒尺寸为100~ 200 nm.其中,${\rm{LiN}}{{\rm{i}}_{0.10}}{\rm{Z}}{{\rm{n}}_{0.02}}{\rm{M}}{{\rm{n}}_{1.88}}{{\rm{O}}_4}$样品的粒径相对较小,为130 nm.电性能结果表明,${\rm{LiN}}{{\rm{i}}_{0.10}}{\rm{Z}}{{\rm{n}}_{0.02}}{\rm{M}}{{\rm{n}}_{1.88}}{{\rm{O}}_4}$样品具有优异的循环稳定性和倍率性能,在1 C循环1 000次后可维持76.3%的容量保持率,在较高倍率5 C、 10 C和20 C,分别释放出98.0,$91.7\;{\rm{mA}} \cdot {\rm{h}} \cdot {{\rm{g}}^{ - 1}}$和$88.8\;{\rm{mA}} \cdot {\rm{h}} \cdot {{\rm{g}}^{ - 1}}$的比容量,表现出最优的电化学性能.
铪替代银-铟-镉合金控制棒价值分析

随着我国锆铪分离技术的突破,核级海绵铪已经实现了工业规模的生产,为国内核电厂使用铪作为控制棒材料奠定了物质基础。本文从控制棒价值及控制棒材料燃耗特性角度,分析天然铪(Hf)、硼化铪(HfB_2)、氢化铪(HfH_X)、氧化铪(HfO_2)4种材料替代银-铟-镉合金(AIC)控制棒的可行性,分析结果表明:从增加控制棒价值的角度,替代AIC的优先顺序为HfB_2>HfH_3>Hf;从工程应用角度,应用于国内主流核电厂时,替代AIC的首选铪材料为Hf。
基于遥感生态指数的武汉市生态环境质量评估

生态环境质量是影响城市宜居水平的一项重要内容,基于遥感技术可以对生态环境质量进行快速评价,为城市生态环境保护和治理提供科学依据.从遥感影像中提取归一化植被指数、湿度指数、地表温度、归一化建筑物-裸土指数表示绿度、湿度、干度、热度4大生态要素,然后利用主成分分析的方法将其耦合,建立遥感生态指数(RSEI)综合评价模型,对武汉市2005-2015年的生态环境质量进行评估.结果表明:研究期间武汉市遥感生态指数等级一般及以上区域面积占比均达80%左右,体现武汉市整体生态坏境质量较好,植被覆盖度较高,生物多样性较丰富. 2005、2010年和2015年,武汉市的RSEI指数均值分别为0.60、0.55、0.53,生态质量为优良等级的区域面积所占比例从2005年的54.40%,下降到2010年的47.63%和2015年的42.44%,全市生态环境质量随着城镇化进程有所下降,但下降趋势逐步放缓,说明武汉市的生态环境保护工作取得一定成效.在空间上,武汉市生态质量差或者较差的区域主要集中在中心城区,且有沿长江和汉江不断向外扩张的趋势,与遥感影像中城市建设用地扩张方向相吻合.
贯穿件J形坡口焊接残余应力分析

核电站反应堆压力容器(RPV)顶盖控制棒驱动机构(CRDM)管座J形坡口焊缝在一回路高温高压水环境下存在应力腐蚀开裂(SCC)的风险,而焊接残余应力是SCC的主要驱动力。使用二维轴对称模型有限元方法对CRDM中心管座J形坡口进行焊接残余应力分析。为了探索一种简单、高效和保守的方法,研究了热源简化、焊缝形状简化、屈服强度、相变和强化行为对焊接残余应力的影响。结果表明:双椭球热源与均匀热源得到的残余应力结果基本一致;焊缝形状由鱼鳞状简化为方块模型对焊接残余应力结果影响不大,但是与合并焊道的结果相差较大;采用低屈服强度得到的残余应力结果并不保守;在ANSYS软件中,固液相变对残余应力结果影响不大;等向强化模型的结果比随动强化模型的结果保守;在工程上,建议采用均匀热源、方块焊道模型和等向强化模型进行焊接模拟。
心血管介入手术中透视时间作为辐射剂量警示指标的可行性研究

目的以心血管介入术后采集空气比释动能(reference air kerma,AK)值和剂量面积乘积(dose-area product, DAP)值数据为依据,分析术中透视时间报警设置作为心血管介入手术辐射剂量的监测和警示工具的可行性。方法回顾性分析2016年11月至2018年1月上海长海医院736例冠状动脉造影术(CAG)和经皮冠状动脉治疗术(PCI)病例,收集术中透视时间、AK和DAP数据资料。德国西门子成像设备分组(Ceiling系统和Biplane系统)和手术类型分组(CAG和PCI),对辐射剂量数据进行比较,以及对心血管介入手术AK和DAP值与透视时间数据采用Spearman检验解析相关性。结果Ceiling和Biplane成像系统中手术透视时间为(8.9±7.8)和(8.6±7.3)min,透视AK均值和DAP均值分别为(472±474)、(510±509)mGy、(4 548± 4 085)和(4 255±3 781)µGy·m~2,术中总(透视 +造影)AK和DAP均值为(703±595)、(733±614)mGy、(6 253±4 938)和(5 681±4 432)µGy·m~2。CAG与PCI术中透视时间均值分别为(2.4±0.9)和(15.7±4.9)min。 PCI透视辐射剂量(AK和DAP)与术中总辐射剂量比值分别为74%和78%。心血管介入手术中透视时间与AK值(r=0.822)和DAP值(r=0.844)都呈高度相关性(P<0.001)。结论透视采集辐射剂量是心血管介入手术中辐射剂量的主要来源,辐射剂量随透视时间延长而增加,透视时间监测和报警设置在心血管介入临床应用中作为术中辐射防护工具有一定的参考和警示价值。
接受选择性淋巴结照射的食管鳞癌患者预后和失败模式的分析

目的探讨接受选择性淋巴结照射(ENI)的食管鳞癌患者预后和失败模式。方法回顾性分析2005年1月至2012年12月河北医科大学第四医院收治的179例符合入组条件的食管鳞癌患者,分析肿瘤局部相关因素预测患者预后的价值,分析影响患者近期疗效、预后的影响因素,并对影响患者总生存率(OS)、无进展生存率(PFS)和复发的指标分别进行单因素和多因素分析。结果全组患者1、3、5年OS和PFS分别为77.1%、40.1%、26.0%和62.6%、30.6%、20.3%。多因素分析结果显示声音嘶哑、cN分期、cTNM分期、GTV-横径(GTV-D)和GTV-体积/长度(GTV-V/L)为影响患者OS的独立性影响因素(P<0.05);声音嘶哑、cTNM分期和近期疗效为影响患者PFS的独立性影响因素(P<0.05)。全组有75例(41.9%)患者出现复发,61例(34.1%)远处转移,其中19例(10.6%)为合并复发和远处转移。75例复发患者中64例(85.3%)患者为单纯食管复发,4例(5.3%)为单纯淋巴结复发,另7例(9.3%)患者为食管合并淋巴结复发。治疗后达完全缓解(CR)的63例患者中有18例患者出现复发,其中仅有2例患者出现淋巴结复发;logistic多因素分析结果显示患者周边组织/器官受侵、GTV-D和近期疗效为影响患者复发的独立性影响因素(P<0.05)。结论食管鳞癌患者接受ENI确实可行,其失败主要模式仍为食管复发;治疗前声音嘶哑、GTV-D和GTV-V/L较大、临床分期较晚和近期疗效不佳为患者预后较差的指标;肿瘤周边组织受侵、GTV-D和近期疗效是影响患者失败的独立性因素。
云边智能: 电力系统运行控制的边缘计算方法及其应用现状与展望

本文分析了当前我国电力系统的运行与控制面临的挑战,对边缘计算的发展背景和关键技术进行了介绍,阐述了云边协同和边边协同的功能与特征,并对边缘协同技术下的边缘智能技术进行了探讨.结合电力系统的层级式构架,讨论了在电网部署边缘计算层的方法,提出利用云边协同、边边协同、边缘智能等技术解决电力系统面临的实时性高、数据周期短、任务复杂等难题,在减轻边缘节点与云中心通信压力的同时,提高业务服务质量,保障边缘节点的数据隐私.通过对边缘计算在 “源 –网 –荷”各环节的应用前景进行分析与讨论,阐述了边缘计算在电网中的可行性与实用性.最后,对边缘计算的应用范式与方案进行了总结,并对其在未来电力系统中的发展方向进行了展望.
复合材料光伏支架梁结构优化分析

在ABAQUS中搭建复合材料光伏支架梁的仿真模型,以Isight为平台与ABAQUS后台代码进行交互,集成多岛遗传算法对光伏支架梁结构进行多参数优化设计。对约束变量和设计目标进行参数研究试验设计,得到Pareto图验证优化结果的可靠性,并对最优支架结构进行线性屈曲分析校核其稳定性。研究结果表明:采用Isight平台集成ABAQUS有限元分析软件对光伏支架结构进行多参数优化设计具有较高的效率和可信度。
狼尾草高底物同步糖化乙醇发酵全残留物产甲烷特性研究

以汽爆狼尾草的高底物浓度乙醇发酵全残留物为底物,进行甲烷潜力测试(BMP)以及单相全混式连续搅拌反应器(CSTR)厌氧消化实验,以验证乙醇发酵全残留物的产甲烷特性及残留物中各组分在生产清洁能源甲烷时的底物贡献率。经过50 d的BMP实验,甲烷产量最终达到884 mL,相应的甲烷产率为390.6 mL/g VS,其中纤维素和半纤维素在第10天达到产气高峰,累计产气量占全残留物累计产气量的48.2%,小分子酸和酶与酵母在第2天达到产气高峰,其产气量分别占全残留物累计产气量的22.4%和26.4%。随后使用CSTR反应器进行单相厌氧消化,有机负荷从1.5 g VS(/ L·d)逐渐提升至3.5 g VS(/ L·d),最终获得457.1 L/kg VS的甲烷产率和47.3%的挥发性固体(VS)去除率。结果表明:狼尾草作为一种木质纤维素原料,在获得满足工业蒸馏需求的乙醇浓度后,其发酵全残留物仍可作为良好的底物通过厌氧消化制取甲烷,不仅减少工艺的环境排放负荷,而且可提高原料的利用率。
不同吸热涂层平板集热器的热性能衰减研究

为分析不同吸热涂层平板集热器的热性能衰减,以蓝膜、阳极氧化和黑铬集热器为研究对象,基于太阳集热器热性能测试平台,对集热器热性能及空晒老化性能进行测试。分别测试吸热涂层样品的吸收比和发射比,分析空晒前后平板集热器吸收比、发射比和瞬时效率的变化情况及影响因素。研究结果表明:在温度约为18 ℃的工况下,蓝膜集热器热性能为75.5%,黑铬为73.4%,阳极氧化为69.3%,吸热涂层的光学性能是影响平板集热器热性能的主要因素。平板集热器瞬时效率、吸收比和发射比变化情况的依存关系为Δη ≈9.553Δα -1.213Δε_ρ,该式可衡量平板集热器的热性能衰减度。通过空晒老化性能实验可知,提高平板集热器吸热涂层的抗腐蚀、抗氧化能力,可延长集热器的使用寿命。
基于ABC-SVM和PSO-RF的光伏微电网日发电功率组合预测方法研究

综合考虑气象因素,使用ABC-SVM方法,对历史的气象数据和光伏出力数据进行训练,依据发电量情况将气象数据分为4类;之后在4类气象情况下各选取上万条数据,使用PSO-RF模型分别训练每组数据,得到4个带不同参数的模型;最后根据每天的气象情况运行不同的模型。验证本组合方法之后发现,通过气象分类后得到的模型,可大幅提高光伏发电量预测的效果。
壳管式相变储能换热器性能研究与场协同效应分析

建立壳管式相变储能换热器仿真模型,利用Fluent软件对蓄能、释能工况分别进行模拟。从温度场、速度场、固液交界面3个方面分析逐时换热强度的变化原因;探讨在蓄热过程中热源管壁温、热管口径规格对传热效率的影响。研究结果表明:蓄热工况下管间热扰及自然对流作用明显,10000 s时液相分数达到95%。放热工况以导热为主,60000 s时相变材料仅凝固了75%。从场协同效应分析,采用小尺寸热源管能缩短时间,但单位面积换热强度有明显下降。换热温差≤20 ℃时,其强化效果开始衰弱。
水泵水轮机空化流及转轮轴向受力分析

为研究水泵水轮机在水泵工况运行时的空化特性及转轮所受轴向力的变化情况,以某抽水蓄能电站模型水泵水轮机模型为研究对象,基于Zwart空化模型和SST k-ω湍流模型,在不同流量系数下进行不同空化数的三维数值模拟并与实验对比验证。结果表明:在小流量和设计流量工况下气泡首先出现在吸力面靠近前缘位置并逐步向叶片出口和压力面扩展,而在大流量工况下气泡首先在压力面出现,并扩展至吸力面区域且已远离前缘位置,同时探讨了轴向力随着空化数的变化规律。
风力机叶片结冰水滴收集系数计算

针对风力机叶片结冰问题,采用欧拉两相流模型和FLUENT用户自定义函数(user defined function,UDF)计算NACA64618翼型/叶片的水滴收集系数。结果表明:水滴主要撞击在翼型前缘小范围内。随着攻角增大,水滴撞击极限往翼型压力面移动。受三维效应的影响,叶尖区域水滴收集系数急剧减小,减小量最大可达59.6%。
考虑尾流效应的风电机组启停优化研究

以某典型风电场为例,采用尾流模型模拟研究风电机组启停优化对风电机组尾流干涉和发电量的影响。在速度恢复系数小于0.06时,典型机位的停机可增加风电场全场发电量。以中国北方某实际风电场为例进行现场试验,在主风向下,通过调度上游风电机组的启停,实现区域内风电机组发电量提升,验证方法的有效性。
基于实体交互模型巷道瓦斯监测WSNs的可用性检验

若煤矿瓦斯监测WSNs(Wireless Sensor Networks)系统的功能设计忽略了被监测实体的交互行为,会造成WSNs本身可靠而被监测实体的安全不满足情况,这在生产安全中是非常危险的。为检验WSNs监测系统功能设计的可靠性和可用性,利用时间自动机模型检验方法建立WSNs监测系统模型,检验WSNs系统的可靠性。然后,根据传感器与环境实体间的交互关系,分析煤矿中多个实体的并发行为,提出了监测WSNs与被监测实体交互并发行为的时间自动机模型和可用性性质描述的建立方法,从监测功能设计角度,将被监测实体的安全并入WSNs监测生产安全的功能性质,然后用模型检验方法进行机器检验,保障了监测系统的可用性。对含有并发结构的实体模型,利用分支行为等价构建并发时间自动机模型,再利用实体间的并发分支汇聚行为互模拟的方法,进行了并发行为模型的状态约减,并通过互模拟等价证明了该方法的正确性。状态约减前后的实验对比表明该方法提高了检验效率。最后,对现行巷道中瓦斯传感器的部署标准,利用该方法对其中的实际部署方案进行建模并检验,在模型中考虑实体的并发行为,发现在并发事件发生时,其中一个含支巷的瓦斯部署模型存在一个潜在的瓦斯泄露漏检问题。利用实体建模的模型检验方法需要建立自动建模机制,以提高该方法的实用性。
低阶煤颗粒-气/油泡间的诱导时间研究

为表征低阶煤颗粒-气/油泡间矿化过程的差异,通过Sutherland理论下固体颗粒进入泡沫产品的总概率(E)和浮选速率常数(k)之间关系,并结合低阶煤颗粒-气/油泡的浮选速率试验,求得了低阶煤颗粒-气/油泡间的诱导时间。浮选实验研究表明,在相同的捕收剂消耗量下低阶煤-油泡浮选产率均高于低阶煤-气泡浮选产率。诱导时间测试表明,低阶煤颗粒-油泡间的诱导时间(35 ms)要明显低于低阶煤颗粒-气泡间的诱导时间(93 ms) 。上述实验结果表明,油泡表面的疏水性要强于传统浮选气泡表面的疏水性。然而,进一步利用Sutherland理论中固体颗粒进入泡沫产品的总概率和浮选速率常数之间的数学关系,并结合低阶煤颗粒-气/油泡的浮选速率试验求得的低阶煤颗粒-气/油泡间的诱导时间分别为9.67和8.46 ms,其与诱导时间测试仪分别测量的诱导时间差异很大。这主要是由于在实际浮选过程中气/油泡的上升速度分别为23.26和22.68 cm / s,其远高于2015EZ型诱导时间仪测试过程中气/油泡碰撞速度(2.0 cm /s) 。因此,诱导时间理论计算表明气泡-颗粒间的碰撞速度对颗粒-气泡间的诱导时间影响很大。上述研究结果表明油泡浮选效果优于传统浮选的内在原因在于低阶煤颗粒-油泡间的诱导时间小于低阶煤颗粒-气泡间的诱导时间。
高质量浓度曲拉通X-100对煤泥浮选的抑制效应及机理

表面活性剂在煤泥浮选领域中应用广泛,且表面活性剂常被用于煤泥浮选促进剂,本文从另一个方面探究了表面活性剂在过量的情况下对煤泥浮选的抑制效应及其机理。以低灰煤粒和表面活性剂曲拉通X-100为研究对象,采用X射线光电子能谱(XPS)表征曲拉通X-100在煤表面的吸附状态,静态接触角测定仪测定曲拉通X-100对煤表面疏水性的影响,并探究了不同质量浓度曲拉通X-100液滴在煤粒表面的润湿与铺展情况,采用诱导时间测量仪分析不同质量浓度曲拉通X-100水溶液中的气泡与煤粒的黏附情况,最后通过紫外分光光度计定量表征浮选槽中残留曲拉通X-100质量浓度与不同浮选时间下浮选结果的对应关系。结果表明:高质量浓度曲拉通X-100会抑制煤粒上浮,随着浮选试验的进行,曲拉通X-100质量浓度逐渐降低,低质量浓度曲拉通X-100会促进煤粒被上浮气泡黏附而浮出;高质量浓度曲拉通X-100能够在煤粒表面发生有效吸附,该吸附属于物理吸附,且在一定程度上提高了煤表面的疏水性;高质量浓度曲拉通X-100水溶液更容易润湿煤表面,从而减缓了气泡-煤粒黏附过程中的液膜薄化与破裂速率;在高质量浓度曲拉通X-100水溶液中,气泡表面因罩盖有曲拉通X-100分子,导致气泡表面发生改性,难以与煤粒发生有效黏附。高质量浓度曲拉通X-100主要通过对气泡改性,以及减缓气泡与煤粒碰撞-黏附过程中的液膜薄化-破裂速率来抑制煤粒的浮选。
降雨诱发采动滑坡物理模拟试验研究

采动滑坡是岩土工程中极具挑战性的问题之一,采动滑坡为矿区地质灾害的主要类型,其危害性相较于其他类地质灾害更加严重。采煤会诱发平缓结构斜坡发生强烈的地面变形,研究结果表明天然状况下采煤结束后一定时间内地面变形将趋于稳定,采动滑坡的发生受降雨影响显著。以贵州马达岭滑坡为地质原型,马达岭斜坡为平缓倾内的层状结构斜坡,具有上硬下软和上陡下缓结构特征,是受采矿和降雨影响诱发的滑坡。采用物理模拟方法,应用模型箱和相似材料根据相似比建立滑坡模型,采用土压力监测计、孔压力监测计和三维激光扫描仪对模型进行监测,研究了模型在开采与降雨两类工况下变形及内部应力的变化情况和在开采与降雨共同作用下斜坡变形破坏过程,再现了滑坡从孕育到发生的全过程,分析强降雨诱发采动滑坡形成的机制。研究表明:采空区形成后,坡内原有的应力平衡被打破,发生应力重分布,采空区顶板应力卸荷,边界部位应力集中,顶板位置首先发生弯曲沉陷,产生大量离层裂缝,裂缝不断向四周扩展,逐渐形成大量竖向拉张裂缝,采空区的边界部位出现多条斜向裂隙;同时采动的影响不断向上传播,采空区顶板处产生裂缝多与上覆岩体中发育的裂缝贯通形成大型裂缝;降雨作用下,坡内裂缝持续发展,降雨导致采空区及上覆岩体中形成稳定水位,增大坡后的静水压力,使裂缝不断增大,推动斜坡向临空面发生变形,雨水下渗作用下,逐渐沿下部“阶梯状”裂缝、采空区、竖向拉张裂缝形成基本贯通的潜在滑动面,最终在水压作用下,剪断锁固段形成贯通的滑面,发生整体滑动。马达岭滑坡其演化过程可分为3个阶段: ①采空区覆岩-斜坡变形阶段:由于开采使上覆岩层产生变形破坏,模型坡表及内部发育大量裂隙,为雨水的入渗提供有利条件; ②降雨诱发斜坡整体变形演化阶段:雨水入渗模型,加剧裂缝发育,使模型向临空向发生变形,坡内裂隙已基本贯通,模型到达失稳的临界点; ③滑面扩展-滑坡发生:降雨作用下,岩体不断被软化,同时,模型内裂缝充水,使裂缝不断发育直至贯通,导致滑坡发生。因此其变形破坏机制可总结为采空区覆岩-斜坡变形→降雨诱发斜坡整体变形演化→滑面扩展-滑坡发生。
锚杆支护组合构件对钢筋网加固作用试验研究

针对深井高地应力巷道因围岩大变形导致金属网严重破坏引发支护失效的问题,对高地应力巷道支护常用的钢筋网配合单体锚杆、钢筋托梁、W型钢带3种组合系统在垂直载荷作用下的力学性能进行实验室测试,分析了锚杆支护组合构件对钢筋网支护系统峰值强度、承载刚度、残余强度及卸压程度的影响规律,得到了锚杆支护组合构件对钢筋网支护效应的加固特征。借助Ansys Workbench软件分析钢筋网支护系统在垂直载荷作用下的整体位移变形量,得到了锚杆支护组合构件对钢筋网横向、纵向股线的位移约束差异性。基于锚杆支护组合构件对钢筋网的不对称加固特征及边界网丝概念的提出,探讨了锚杆支护组合构件对钢筋网支护系统的加固机理。结果表明: ①钢筋网支护系统在垂直载荷作用下的承载性能可分为峰前承载区与峰后卸压区,W型钢带对钢筋网支护系统的强度强化作用是钢筋托梁的1.5倍,刚度强化作用是钢筋托梁的3倍。②锚杆支护组合构件对钢筋网的横向股线加固作用大于纵向股线加固作用,横向股线抗变形阻力分为垂直和水平两个分量,垂直分量由边界网丝与锚杆支护组合构件提供,水平阻力大小取决于边界网丝及焊接点剪切强度。③锚杆支护组合构件通过提高垂直约束作用、护表面积及护表区域内系统的抗变形能力增加钢筋网的支护强度与刚度。
考虑托板作用的深埋岩体分区破裂时空效应

分区破裂是深部岩体在众多敏感因素综合作用下发生的复杂时空演化过程。以深埋硐室围岩初期支护后的预应力全长锚固锚杆为研究对象,考虑不同大小托板反力作用对硐室围岩强度参数的影响,基于分区破裂条件下锚杆所呈现的拉-压交替受力特征,建立了杆体与围岩协调变形的力学分析模型,推导了围岩分区破裂后锚杆中性点位置的计算公式,进而对不同托板反力作用下的围岩分区厚度、破裂范围及数量进行了反演分析;根据围岩弹塑性界面上岩体的非线性流变模型及其在切向与径向所受的最大偏应力,提出了弹塑性界面岩体破裂发生时刻的理论公式。结果表明: ①在分区破裂条件下,深埋硐室围岩与预应力锚杆产生协调变形,沿杆体长度方向存在多个处于拉-压受力平衡的中性点,在各中性点附近的弹塑性界面上岩体具有显著的流变特性。当该界面岩体所受最大偏应力超过其长期强度时即发生脆性拉裂; ②预应力全长锚固锚杆对围岩强度参数具有重要影响,预应力的增加能够有效改善围岩的承载特性,围岩分区厚度、破裂区宽度与数量以及弹塑性界面上岩体破裂发生时刻随锚杆预应力的变化而变化; ③在锚杆预应力作用下围岩强度的提高对硐壁岩体破裂具有一定的抑制作用。随着锚杆预应力的逐渐增大,靠近硐壁处的第1个锚杆中性点逐步向硐壁表面移动,硐壁岩体破裂区厚度也逐渐减小直至不再破裂; ④通过算例分析对上述认识的合理性进行了验证。
褐煤直接液化过程中存在的问题与思考

褐煤是初具芳香结构基本单元、煤化程度最低的一种煤,因其具有较高的H/C原子比、挥发分以及镜质组含量而具有良好的液化性能。同时,因O/C原子比含量高,加氢反应过程中容易生成水,不利于原料煤中含氧官能团在直接液化过程中有效生产潜在高附加值含氧化合物。在供氢溶剂存在下,褐煤大分子结构单元含有多种含氧官能团,如酚类、醇类、羧基、醚类等,在热转化过程中会表现出不同的反应行为。在氢自由基不足的情况下,裂解产生的苯氧自由基容易发生缩合反应;在氢自由基充足时可将苯氧自由基稳定至酚类,这些稳定后的酚类化合物在较高的温度下将发生脱羟基反应生成水。上述两个过程都在很大程度上降低了生成含氧有机化合物的可能性。以酚类化合物为主要目标产物为例,既要考虑对褐煤中含有酚羟基官能团在加氢转化过程中的保护,又要考虑醚键、醇类等官能团缩聚向酚类物质的转化。与此同时,探讨产生水或COx的最小化工况,不仅有助于减少氢的消耗,也相应获得高附加值的有机含氧化合物。因此,研究煤中含氧官能团在供氢体系下加热过程中如何得到“保留”和“抑制缩聚”的机制是很有必要的。本文旨在分析褐煤中含氧官能团加氢热转化行为,围绕含氧芳香族化合物高值产品导向生产存在的问题,提出定向转化的研究思路,并针对褐煤本身特点提出其高值化利用路径的建议。
煤矿机器人体系及关键技术

我国煤炭开采已从机械化、自动化正逐步向智能化迈进,煤矿智能化是涉及煤炭资源勘查、矿井建设、煤矿开采、安全保障、洗选分销等多个环节的系统工程,煤矿智能化发展需要经历自动化、信息化、互联化、智能化4个阶段,研发推广应用煤矿机器人是实现煤矿智能化、无人化的重要途径。综述了当前我国煤矿机器人领域的研究现状,科学阐明了煤矿机器人的概念和定义,详细分析了煤矿机器人研发历程和未来技术产品发展趋势。研究了煤矿机器人的分类方法,针对煤矿机器人的不同面向对象、作业区域、功能属性,构建了科学合理的煤矿机器人分类体系,从作业类型角度将煤矿机器人划分为掘进、采煤、运输、安控、救援五大类,结合目前机器人和人工智能技术领域的先进技术发展水平,按照由易到难、先零后整、各点突破、整体推进的基本原则,规划了不同种类、层次煤矿机器人的研发路径。提出了煤矿机器人研发过程中亟需突破的八大共性关键技术,包括:煤矿机器人防爆安全设计理论及方法、长续航高能量密度机器人动力技术、井下受限封闭环境下机器人自主精准定位导航技术、煤矿机器人的高可靠抗干扰通讯技术、煤矿复杂环境下机器人智能感知与险情识别技术、井下机器人群协同控制决策机制、煤矿机器人可靠性测试评估方法、煤矿机器人模块化设计方法,初步建立了我国煤矿机器人研发技术体系。
基于熵权的正则化神经网络煤岩截割载荷谱预测模型

截齿截割煤岩载荷是研制高性能采掘机械和智能化开采的重要基础,通过探究截齿截割煤岩载荷谱的变化规律和特征,为研究高效、高可靠破岩方法提供理论支撑,针对截齿破碎煤岩过程存在随机性,传统的理论推演载荷模型具有单值特性,难以准确描述任意截割条件下煤岩破碎的载荷历程,提出理论推演的截齿载荷幅值模型和有限实验载荷谱相结合方式,采用信息熵理论对理论与实验截割载荷谱进行综合,应用正则化神经网络对载荷谱综合进行模型化重构,根据最小二乘法提出基于有限载荷曲线族预测不同楔入角载荷谱的模型。结合30° ~50°楔入角实验不同参数下载荷谱,以不同楔入角截齿的载荷谱和理论推演模型为例,对比分析不同楔入角下载荷谱的综合与正则化神经网络对其模型化重构,以及对不同楔入角的载荷预测。研究表明:构建了过程响应的截割阻力理论推演模型,在此基础上获得了30° ~50°楔入角下理论与实验相结合的综合载荷谱,实现了载荷谱幅值与变化规律的表征,给出了载荷谱正则化神经网络模型化重构的方法;根据所建立的不同楔入角的载荷预测模型对30°,33°,50°和55°载荷谱进行预测,其中楔入角为30°和50°的预测载荷谱与正则化神经网络模型化重构载荷谱的互相关系数分别为0.971 7和0.983 9,呈高度相关,其幅值相对误差分别为4.04%和5.21%,表明该模型可以表征载荷幅值与截割煤岩载荷历程,模型具有一定优越性,为研究截齿的破碎机制提供了参考。
再论煤矿区生态环境“边采边复”

煤炭资源开发与利用带来一系列生态环境问题,发展与保护的矛盾在经济高速发展背景下冲突日益显著。在当前生态文明建设背景下,矿区生态环境保护与修复成为热点与焦点。针对煤炭资源开发过程中形成的采煤沉陷、露天采场、固体废弃物堆积等损毁对象,以及由此产生的耕地损失、环境恶化、空气污染、矿-地冲突等矿区生态环境与社会问题,改变原有的“末端治理”理念,提出煤矿生态环境“边开采边修复”(简称“边采边复”)理念、技术以及实现路径。认为煤矿区生态环境“边采边复”是基于“源头和过程控制”的理念,而不是传统的“末端治理”理念,其特点是在采矿过程中,同步(时)治理。“边采边复”概念中的“复”既包含狭隘的“复垦(复耕) ”,也包含Ecological Restoration中的“修复”的概念,其核心目的是为了及时恢复治理损伤的生态环境,缓解煤炭资源开发利用与环境保护之间的矛盾,确保矿业活动朝着可持续、循环与绿色的方向发展。因此, “边开采边复垦(广义的复垦) ”、“边开采边修复”、“边开采边治理”都是一个意思,都可简称“边采边复”或“边采边治”。基于笔者提出的井工矿边采边复技术基础上,进一步凝练与阐述了煤矿区生态环境“边采边复”理念,讨论了煤矿生态环境“边采边复”的原理与类型,介绍了露天矿、采煤沉陷地、煤矸石3种主要损毁对象边采边复的关键技术。煤矿生态环境是一个整体与系统,“边采边复”是贯彻和实施山水林田湖草生命共同体,实现整体保护、系统修复与综合治理的有效保障。边采边复需要考虑治理修复过程的动态性、系统要素的均衡性、整体价值的最大性。为了促进边采边复理念与技术的发展与进步,仍有以下几个方面需要进行深入的研究: ①以系统思维的角度考虑自然资源要素的边采边复综合效益; ②加强边采边复与资源开采的耦合与优化调整机制研究; ③加强新材料、新技术和新方法与边采边复技术的融合。
智慧矿山边缘云协同计算技术架构与基础保障关键技术探讨

随着工业互联网在全国各行各业落地应用,相关标准、体系和架构正在日趋完善,然而单一的云计算架构在不同领域应用中所暴露出来的问题也日益明显。在分析从数字矿山建设到智慧矿山建设进程中所采用的主流架构后,发现目前主流架构将无法满足日益增长的煤矿智能化的需求。为了科学设计智慧矿山建设的技术架构,基于煤矿五大业务域的数据特点,系统性地将煤矿领域的数据划分为两大类(边缘计算类和云计算类), 并以此为基础融合目前工业互联网领域提出的4层技术架构特点,设计了基于边缘云协同计算架构的智慧矿山技术架构体系。最后提出了保证该技术架构落地的3项解决方案: ①利用OPC UA技术提供一个具有统一性、跨层安全性和可扩展的架构来解决数据融合分析时面临的信息孤岛问题,保障了边缘计算数据和云计算数据跨层级交互能力; ②通过建设具有有界传输时延、低传输抖动和极低数据丢失率的时间敏感网络,并凭借其时间同步、数据调度、负载整形等多种优化机制,来保证时间敏感数据的实时、高效、稳定、安全传输,可以为数字孪生等未来新的智能化需求提供有效的解决方案; ③在云端和边缘端分别部署相应的防护手段,同时在边缘侧与云端之间部署基于物理隔离技术的单向网闸等方式既保证了煤矿边缘云协同计算技术的安全防护能力又满足了煤矿智能化的实际需求。
智能工作面多参量精准感知与安全决策关键技术

煤矿智能化开采是我国煤炭综采技术发展的新阶段,也是煤炭工业技术革命和升级发展的需求和必然方向。围绕煤矿智能化开采技术、煤矿安全监测技术现状及发展趋势,介绍了煤矿智能化开采的技术内涵及核心三要素,指出智能感知是煤矿智能化开采的关键技术,传感监测技术是智能感知的核心。针对煤矿智能化开采感知层基础信息采集传感不全面、可靠性差、灵敏度低及安全决策技术落后等问题,基于“科学采矿”和“煤炭精准开采”先进理念,建立了智能工作面开采信息多参量精准感知与安全决策关键技术体系,研究了光纤光栅精准感知原理与传感特性,构建了光纤光栅-基体三层感知传递模型,揭示了光纤光栅粘贴长度范围内的应变分布规律,创建了光纤传感式煤矿开采巷道围岩安全状态信息和工作面装备姿态信息多参量信息感知体系,提出了基于光纤光栅智能感知技术的大容量、准分布传感网络拓扑结构,开发了基于大数据与云计算智能技术的多参量感知系统信息服务平台,构建了包括数据采集与感知层、数据传输层、数据处理与管理层和安全决策与控制层等4层系统架构,开展了基于光纤光栅的多参量感知与决策系统在煤矿开采中的具体工程应用,实现了现场生产状态、矿压信息、风险信息监测预报,为煤矿安全生产与管理提供决策支持。
高强度开采覆岩地表破坏及防控技术现状与进展

随着我国煤矿开采技术与装备水平的提升,煤矿生产集约化、智能化程度越来越高,以综采放顶煤、大采高支架为代表的高强度开采工作面日趋增多,研究高强度开采覆岩与地表破坏等负外部影响及其防控技术对于实现矿区资源开发与生态环境协调发展具有重要意义。在分析了煤矿高强度开采定义及其主要技术特征的基础上,阐述了长壁高强度开采引起的覆岩破坏规律研究现状及其进展,包括覆岩破坏高度理论分析、覆岩破坏充分采动及其判据、覆岩破坏高度计算方法以及覆岩“两带”破坏模式及其形成机理等,主要研究了覆岩破坏传递过程,提出了基于覆岩破坏传递过程的覆岩破坏充分采动程度判据及其高度计算方法,揭示了高强度开采覆岩“两带”破坏模式的形成机制。其次,基于大量高强度开采工作面地表岩移实测资料,从高强度开采地表裂缝特征及地表移动变形特征等方面总结了我国煤矿高强度开采引起的地表变形破坏规律及其研究进展,阐述了高强度开采对覆岩与地表水资源、土地资源、地表生态环境、建(构)筑物等方面的负外部影响;基于高强度开采诱发的负外部影响,分析了我国高强度开采覆岩与地表破坏预防和控制技术及其进展,提出了煤矿高强度开采采动损坏的防控思路。研究认为我国煤炭高强度开采矿区将以开采的负外部影响一体化规律与防治、生态环境监测及保护技术研究为主,高强度开采条件下矿区生态环境原位保护将是未来的发展方向。
煤炭地下气化技术进展与工程科技

介绍了国内外煤炭地下气化的研究历程,总结了煤炭地下气化的技术特点及研究成果,并指出了其工程科技问题及应用前景。结果表明,在100多年的开发研究过程中,形成了3种类型的煤炭地下气化技术: ①长壁式气流法气化技术,进气点和出气点固定,分别位于气化通道的两端,一个井进气,另一个井出气,利用气流流动速度控制气化工作面的移动; ②渗透式气化技术,利用煤层自然裂隙或人造裂隙作为气化通道; ③控制后退注气点气化技术,在气化通道中设置注气管,利用注气管连续或间断后撤,实现注气点连续或间断后退移动。国内外煤炭地下气化技术还没有实现大规模产业化,需要进一步加强基础研究和工程技术开发,基础研究包括地质评价,实体煤层燃烧、热解、气化、贯通特性及气化过程特征场的演化规律,煤层上覆岩在高温作用下的热物性变化及冒落规律,地下煤气化污染物在燃空区的富集、迁移规律;工程技术开发包括规模化生产地下气化炉结构及构建技术,地下气化连续稳定控制技术,注气点移动控制装备,煤炭地下气化安全技术,污染物监控及燃空区管理技术,低成本的火区探测及气化过程分析技术,煤炭地下气化多联产技术。煤炭地下气化技术可以回收老矿井遗弃煤炭资源和开采深部煤炭资源,对保障我国能源安全具有重要的战略意义。
西部重点煤矿区土地退化的影响因素及其评估

中国西部生态环境极其脆弱,煤炭资源开发与自然因素共同作用导致的矿区土地退化不容忽视,本文旨在揭示我国西部煤矿区土地退化的成因、程度、分布与趋势,为矿区土地退化防治与国土空间生态修复提供数据基础与决策依据。提出了煤矿区土地退化的概念,将煤矿区土地退化的直接因素划分为挖损、塌陷和压占,间接因素或外在表现划分为土壤侵蚀、植被退化与沙漠化或石漠化,结合实地调查并辅以高分辨率与高光谱遥感数据解译,提取了上述土地退化因素信息,并提出了土地退化外在表现的分级评价标准,进而构建了西部煤矿区土地退化的综合评价模型,对分布于黄土高原区、西南山地丘陵区、北方草原区和西北干旱区的12个重点煤矿区进行了土地退化信息提取、土地退化因素分析与土地退化综合评价。结果表明: ①影响井工煤矿的万吨塌陷率的因素有累计采厚、平均采深、煤层倾角及上覆岩性,影响露天煤矿的万吨损毁率的因素包括煤层厚度、剥离岩土厚度及其堆放方式。②不同地域的矿区土地退化主要表现有所不同:黄土高原区为植被退化和土壤侵蚀,西南山地丘陵区为土壤侵蚀,北方草原区与西北干旱区植被退化、土壤侵蚀与沙漠化3者兼有。③矿山尺度的土地退化要比矿区尺度的更为剧烈,露天开采引起的土地退化要强于井工开采;矿区尺度的土地退化程度与煤炭资源开发强度(用煤矿扰动面积与矿区总面积之比表示)有关,开发强度越大,矿区土地退化程度越严重,而土地退化程度与开发强度并不呈正比,它还与矿区的生态脆弱性或承载力有关。因此,不同区域、不同采煤方法造成的土地退化形式及退化程度不一,因此需要采取不同的修复策略;为防止过度土地退化,需要根据矿区生态承载力确定合适的开发强度。