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微型飛行器小體積、輕質量、高機動，能夠在狹小空間執行拍照、探測和運輸等特種任務，在國民經濟領域擁有廣泛應用前景。然而，此類飛行器普遍存在飛行時間短的痛點問題，尤其當重量小于10克時，其飛行時間一般不超過10分鐘。這是因為目前微型飛行器的發動機驅動部件一般采用傳統的電磁電機，而電磁電機在微型化后轉速高、發熱大，能量轉化效率急劇下降，甚至降到10%以下。微型電磁電機效率下降后，如果采用供電方便的自然太陽光作為能量來源，受限于太陽能電池的面積，很難滿足飛行需求。 為了解決上述難題，北航科研團隊從微型發動機的原理方面尋求突破，提出一種新的靜電驅動方案，研制出了在微小尺寸下轉速低、發熱小、效率高的微型靜電電機，并首次實現了微型飛行器在純自然光供能下的起飛和持續飛行，在微型飛行器的發展進程中具有里程碑意義。 該飛行器主要由靜電發動機和超輕質高壓電源組成，具備低功耗（0.568瓦）和高升力（30.7克每瓦）優勢，首次實現了微型飛行器在純自然光供能下的起飛和持續飛行。 靜電發動機的核心是靜電電機，它是一種依靠靜子和轉子間的庫侖力來產生連續旋轉運動的新型微型電機，具備結構簡單和無需繞組的優勢，其高電壓（千伏級）、低電流（微安級）的工作特性也使其在工作過程中發熱少且無明顯紅外特征。相比傳統電磁電機，靜電電機表現出了顛覆式的效率和功耗特性，在小質量（5克以內）情況下，其能量轉化效率可達傳統電磁電機的10倍以上，產生相同升力所需功耗僅為電磁電機的1/10以內，因此即便采用小尺寸太陽能電池，也可以為微型飛行器提供飛行所需功率。 電機雖然效率高、功耗低，但仍需要千伏級高壓電流來驅動，然而傳統高壓電源由于體積和重量過大，無法搭載在微型飛行器上。因此團隊還針對飛行應用場景，研制了千伏級超輕質高壓電源，主要包括太陽能電池和升壓電路兩部分，其中升壓電路可以在1.21克的重量下，將太陽能（或鋰電池）輸入的低壓直流電，轉換為4 - 9千伏的高壓直流電，相比美國斯坦福大學研發的同類技術升壓比提高了92%。 在微型靜電電機和超輕質高壓電源的助力下，本項目研發出的飛行器整機僅有巴掌大小（翼展20厘米），重量比一張A4紙還輕（4.21克），尺寸和重量分別是此前世界最小、最輕太陽能飛行器的1/10和1/600。更進一步，團隊還提出一款翼展8毫米，質量9毫克的超微型靜電飛行器，飛行功耗不到1毫瓦，展示了靜電電機在飛行器進一步微型化中的巨大潛力。

大型并網雙饋感應風力發電機組屬輕型大容量塔上結構，采用高速齒輪箱傳遞動力，發電機轉子側接電力電子功率變換裝置，其結果是風電機組相比傳統同步發電機組更脆弱；同時，隨著風力發電裝機容量的迅速增長，規模化并網帶來了新的技術問題，例如：當電網故障或大負荷擾動引起風電場并網點電壓跌落時，一方面，出于自身的安全性考慮，風電機組應該及時從電網解列，但另一方面，從電網的角度考慮，在電網故障（脆弱）或承受大的負荷擾動的時刻，大量的并網的電源也從電網解列，可能會產生更大的擾動從而讓事故進入惡性循環。因此，世界各主要國家電網公司先后頒布了技術標準和規程，要求在一定的電壓跌落范圍內，風電機組能夠不間斷地并網運行，直到電壓恢復如常，從而維持電網穩定，即并網風電機組的低電壓穿越能力。新提出的低電壓穿越規程要求給并網發電的風力發電機組帶來了巨大的技術挑戰。本成果深入研究了電網在對稱和不對稱運行狀態下并網雙饋感應風力發電系統的穩態、暫態計算方法；建立考慮雙饋感應發電機、轉子側及網側變換器的正、負序分量等效dq 軸分量的完整風電機組動態模型；揭示了對稱和不對稱故障引起的低電壓對風力發電機組及交流勵磁變流器的作用機理和影響程度。在此基礎上，進一步提出了具有魯棒控制特性的定子側開關無源阻抗緩沖器的低電壓穿越方法及其參數計算方法；并全方位仿真計算和試驗測試驗證了定子側開關阻抗緩沖器在對稱或不對稱故障時的低電壓穿越能力，從而，形成一種既能保障雙饋感應風力發電機組在電網故障狀態下自身不間斷安全運行，又能最大限度地提高電網安全穩定性的抵御和穿越電網低電壓故障的方法及其保護裝置方案。技術創新： 本成果深入研究了電網在對稱和不對稱運行狀態下并網雙饋感應風力發電系統的穩態、暫態計算方法；建立了考慮雙饋感應發電機、轉子側及網側變換器的正、負序分量等效dq 軸分量的完整風電機組動態模型；揭示了對稱和不對稱故障引起的低電壓對風力發電機組及交流勵磁變流器的作用機理和影響程度。在此基礎上，進一步提出了具有魯棒控制特性的定子側開關無源阻抗緩沖器的低電壓穿越方法及其參數計算方法；并全方位仿真計算和試驗測試驗證了定子側開關阻抗緩沖器在對稱或不對稱故障時的低電壓穿越能力，從而，形成一種既能保障雙饋感應風力發電機組在電網故障狀態下自身不間斷安全運行，又能最大限度地提高電網安全穩定性的抵御和穿越電網低電壓故障的方法及其保護裝置方案。

該發明充分考慮了航空發動機輪盤全壽命周期中的現有知識和信息，減少不必要的試驗次數和成本，避免了航空發動機輪盤的“小樣本”而導致故障信息少的問題； 揭示了航空發動機輪盤全壽命周期內不確定性的分散性和隨機性對其壽命和可靠性的影響規律，獲得了綜合考慮故障物理建模中的不同目標或不同程度的不確定因素 影響的預測壽命分布以及不確定性范圍，提高了試驗結果的精度，因此能顯著地提高航空發動機輪盤的壽命可靠性。

該發明充分考慮了航空發動機輪盤全壽命周期中的現有知識和信息，減少不必要的試驗次數和成本，避免了航空發動機輪盤的“小樣本”而導致故障信息少的問題； 揭示了航空發動機輪盤全壽命周期內不確定性的分散性和隨機性對其壽命和可靠性的影響規律，獲得了綜合考慮故障物理建模中的不同目標或不同程度的不確定因素影響的預測壽命分布以及不確定性范圍，提高了試驗結果的精度，因此能顯著地提高航空發動機輪盤的壽命可靠性。

用編碼器信號觸發數據采集設備采集振動信號，依次分時對復雜傳動鏈的每個軸都進行了2"整數倍采樣，從而各個軸數據頻譜分析可以得到相應軸的尖銳故障峰，忽略模糊峰值信號，所有軸尖銳頻譜峰合成系統故障預測與診斷去混疊頻譜，可以實現復雜傳動鏈的精確故障預測與診斷。本發明中的頻譜分析，包括但不限于FFT快速FT、階比譜、倒頻譜等常用頻譜分析方法。

一、立項背景 繼電保護是保障電網安全運行的第一道防線。自上世紀80年代微機保護應用以來，歷經多次更新換代，我國繼電保護技術一直處于世界先進水平，為保障電網安全做出了突出貢獻。隨著智能電網的發展、超/特高壓遠距離輸電大通道的建設、區域電網的廣泛互聯和波動性新能源的規模化接入，我國已建成世界上規模最大、結構最復雜的電網。電網的快速發展給繼電保護帶來了嚴峻挑戰： 1、后備保護方面，由于電網結構復雜，運行方式多變，造成后備保護定值更難整定，保護選擇性和靈敏性的矛盾更加突出，保護拒動誤動風險并存。國內已發生多起類似“6.18”西安南郊站，因后備保護靈敏性不足拒動，造成變壓器燒毀的重大事故；國際上屢屢發生的因潮流轉移過負荷，后備保護誤動引發的如美加“8.14”、印度“7.30”等大停電事故，也不斷地對我國電網敲響警鐘。 2、主保護方面，超/特高壓電氣設備結構復雜、線路距離長，短路電流變化大，造成主保護對變壓器匝間短路、線路高阻接地等輕微故障的反應靈敏性下降。“11.22”濟南特高壓泉城站變壓器爆炸正是由于保護對起始發生的輕微故障未能靈敏切除，引起事故擴大，造成了重大人員傷亡和財產損失。 這些問題已成為我國電網安全運行的重大隱患！問題的癥結在于傳統保護僅利用設備自身的電氣量信息，在復雜電網環境下，保護反應的電氣量在故障和非故障間差異變小甚至混疊，依靠定值配合無法保證保護可靠正確動作。不改變傳統保護工作模式，僅對保護判據進行修正或調整定值，只能在一定程度上單方面地解決保護拒動或誤動的問題。 二、發明思路 突破保護僅利用設備自身信息的限制，綜合利用站間保護關聯邏輯量、站域故障全過程電氣量等信息，對后備保護、主保護、系統構成模式進行全面創新，構建“站域集中-站間分布式”新型保護系統。   圖1 技術發明總體思路 三、發明方案 技術發明點1：基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護技術 傳統后備保護既存在對相鄰元件故障反應能力不足，保護拒動的問題，又存在受過負荷和系統振蕩影響，保護誤動的問題。針對上述問題，該項目發明了保護關聯關系在線快速跟蹤和可靠性校核方法；創造性地將故障的空間分布特征映射為站間的保護關聯邏輯量信息，首創了基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護技術，攻克了保護不誤動和不拒動無法兼顧的難題。 發明點1.1：發明了保護關聯關系在線快速跟蹤和可靠性校核方法，為保護可靠利用站間信息奠定了基礎。 快速跟蹤和可靠識別電網拓撲的變化，確定保護的關聯關系，是保護利用站間信息首先要解決的關鍵問題。發明了保護關聯關系在線快速跟蹤和可靠性校核方法，關鍵技術包括：1）提出了基于虛擬阻抗矩陣的保護關聯關系分析方法，創造性地將開關狀態虛擬為支路阻抗并構建節點虛擬阻抗矩陣，在線微調矩陣元素即可實現開關狀態的快速跟蹤，跟蹤時間由秒級縮短至毫秒級，為后備保護快速動作提供了可靠保障；2）發明了電氣量和開關量信息雙重約束的關聯關系可靠性校核方法，首次將電氣量信息引入保護關聯關系識別，通過開關量信息和電氣量信息實時匹配校驗，實現了保護關聯關系的可靠在線校核。 發明點1.2：首創了基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護技術，攻克了保護不誤動和不拒動無法兼顧的難題。 電流元件、方向元件、阻抗元件等保護邏輯量信息，蘊涵著故障方向、故障范圍等故障直接特征，并且信息交互簡單、可靠。根據不同位置保護邏輯量反應故障的差異化特征，發明了基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護技術。關鍵技術包括：1）首次將電網故障的空間分布特征映射為保護邏輯量信息，按近后備和遠后備靈敏性要求設定保護范圍，實現了邏輯量信息與故障分布特征的關聯和匹配，解決了保護強依賴定值的問題；2）首創了基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護技術（如圖2所示）。利用邏輯量對故障反應的交叉重疊特征，根據動作一致性原則，既實現了故障設備的快速準確識別，又從根本上攻克了系統振蕩及過負荷造成保護誤動的難題。 基于站間邏輯量信息的后備保護技術可實現近后備保護全范圍速動，遠后備保護延時由1.5s以上縮短至0.5s以內；在原理上保證了對相鄰元件故障反應的靈敏性，避免了后備保護拒動導致的重大事故發生；不受系統振蕩和過負荷影響，避免了保護誤動引發的連鎖跳閘和系統性事故發生。   圖2 基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護技術 技術發明點2：基于故障模型參數異變特征的主保護技術 現有電氣設備主保護僅反應故障外在表現特征，在變壓器匝間短路及線路高阻接地等輕微故障情況下，外部故障與內部故障特征差異不明顯，易造成保護拒動。為解決上述問題，該項目基于故障的物理本質特征，揭示了故障導致電氣設備模型參數變化的機理，利用故障全過程電氣量信息，構建了可靈敏反應設備參數變化的故障模型，發明了基于故障模型參數異變特征的主保護技術，顯著提升了對輕微故障的反應能力。 發明點2.1：首創了可反應變電站電氣設備參數變化的故障模型，從物理本質上消除了非故障因素對主保護靈敏性的影響。 突破主保護僅反應故障外在表現特征的局限，利用設備故障全過程全相電氣量信息，建立了對故障高靈敏而對非故障不敏感的模型。關鍵技術包括：1）發明了基于線路壓降-阻抗聯合分布的故障網絡模型，建立了線路阻抗、過渡電阻及分布電容壓降之間的幅值、相位關聯關系，創建了僅保留線路阻抗壓降分布情況的故障網絡模型（如圖3所示）；2）發明了基于電壓磁鏈方程的變壓器故障模型，建立了變壓器高、中、低壓各側繞組電壓與主磁鏈、漏磁鏈的等值平衡關系，消除主磁鏈的非線性成分，建立了僅反應漏磁鏈變化的變壓器故障模型（如圖4所示），從原理上擺脫了分布電容電流、負荷電流、勵磁涌流等非故障因素的影響。 發明點2.2：發明了基于故障模型參數異變特征的主保護技術，實現了保護對輕微故障反應能力的大幅提升。 利用站域故障全過程電氣量信息，反應故障前后模型參數的變化情況以及三相不一致程度，發明了基于故障模型參數異變特征的主保護技術。關鍵技術包括：1) 發明了基于阻抗壓降變化特征的線路主保護技術，構建了線路壓降-阻抗參數關聯矩陣，通過實時追蹤矩陣中各元素的變化量以及元素間的差異，準確識別故障線路及故障位置（如圖5所示）；2) 計及CT誤差、變壓器有載調壓對保護的影響，實時計算各相等效漏感參數的突變量及不一致程度，發明了基于等效漏感參數變化特征的變壓器主保護技術（如圖6所示），顯著提升了保護對變壓器輕微匝間短路識別的靈敏性。 基于故障全過程電氣量信息的主保護技術可以做到變壓器匝間短路識別死區由5%降至2%，500kV線路接地故障過渡電阻反應能力由300Ω提升至1000Ω，故障定位誤差由5%下降至1.3%。實現了對電氣設備輕微故障的靈敏切除，可有效避免事故擴大造成的重大人員傷亡和財產損失。 技術發明點3：站域集中-站間分布式新型保護系統 構建基于故障全過程邏輯量、電氣量信息的新型保護系統是對百年歷史繼電保護模式的重大變革，除滿足復雜電網對繼電保護的要求外，還需要考慮工程實現的可行性、應用場景的適用性和運行維護的便利性等重大工程應用問題。該項目首創了站域集中-站間分布式的新型保護系統構成模式，實現了與傳統保護的有機銜接，可靈活組態適用各種電網應用場景；發明了基于時間序列特征和電氣量物理約束的數據校核技術、基于保護關聯關系的數據自適應替代技術，為新型保護系統信息交互提供了可靠保障。 發明點3.1：首創了站域集中-站間分布式的新型保護系統構成模式，奠定了新型保護系統在不同電壓等級電網推廣應用的基礎。 該項目創建了“站域集中-站間分布式”的新型保護系統（如圖7所示），實現了發明點1和2技術的工程推廣應用。關鍵技術包括：1）發明了以間隔為基本單元的站域集中-站間分布式保護構成模式。間隔單元做到“即插即用”，擴展性強，可靈活組態適用各種電網應用場景；站域主機實現對站內信息的融合與優化利用；相鄰站域主機虛擬為變電站間隔單元，實現站間分布對等交互信息。該模式通信鏈路清晰簡捷，易于工程實現；2）發明了新型保護系統與傳統保護的集成與自適應轉化技術。新型保護系統在傳統保護基礎上集成故障全過程信息進化形成，在故障信息缺失的極端情況下仍具備傳統保護功能。新型保護系統可充分傳承傳統保護成熟的運維經驗，實現了與傳統保護之間的有機銜接。   發明點3.2：發明了基于時間序列特征和電氣量物理約束的數據校核技術、基于保護關聯關系的數據自適應替代技術，保證了新型保護系統的可靠性。 基于新型保護系統構成模式，發明了站域、站間信息交互可靠性保障技術，實現了異常數據的實時校核與缺失數據的自適應替代。關鍵技術包括：1）發明了基于時間序列特征和電氣量物理約束的數據校核技術，在線修正異常采樣數據，解決了電氣量在采樣或傳輸中出現畸變而影響保護動作性能的難題；2）發明了基于保護關聯關系的數據自適應替代技術，在間隔單元CT斷線、PT斷線等信息源丟失情況下，通過數據互補重構實現缺失數據的自適應替代，保證了保護功能的完整性，有效提升了保護的可靠 四、創新性成果 該項目攻克了傳統保護不誤動、不拒動無法兼顧的難題，取得了以下關鍵技術突破： 1、基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護技術，保護最長動作時間縮短至500ms以內，徹底解決了遠后備保護拒動，以及受系統振蕩和過負荷影響誤動的問題； 2、基于故障模型參數異變特征的主保護技術，顯著提升了保護對輕微故障的反應能力； 3、站域集中-站間分布式新型保護系統，實現了保護技術在不同電網場景下的廣泛應用。

國家十五科技攻關項目、國家產業化示范工程成果大型能源化工設備工程監測與故障診斷系統 Net-EASY，針對流程工業中的大型旋轉機組如汽輪機組、壓縮機組、發電機組等，進行狀態監測、信號分析、故障診斷、信息積累和遠程維護，捕捉機組的運行隱患，做到機組故障早發現、早診斷和早預防，以消除災難故障，避免嚴重故障，減少一般故障，提高企業生產效益。系統以數據庫和網絡為核心，將狀態監測技術、故障診斷技術以及專家知識等有機結合起來，既解決了設備狀態信息在企業中共享的問題，又促進了專家的專業知識與企業生產實際之間的緊密結合，為設備的運行維護提供了一攬子解決方案。 

開展設備狀態監測與故障診斷可以及時了解和掌握設備的工作狀態，甚至提早期發現故障，找出故障的成因，并預報故障發展趨勢。以往依賴人工經驗，靠五感或簡易儀表進行的常規檢測已不適用。現代設備的狀態監測。分布式在線監測系統采用計算機技術、網絡技術、信號處理與分析技術，形成分布式的監測體系。 該系統重點解決關鍵設備遠程在線監測、設備狀態評價、設備故障診斷等問題。系統采用三層架構的體系，實現遠程異地對設備運行狀態進行監測，自動跟蹤、記錄設備的相關指標，診斷設備可能發生的故障，科學地評價設備狀態，為設備維修和維護提供科學的依據。 系統由多臺計算機通過計算機通訊手段形成一個完整的診斷網絡，每臺計算機分布在不同的場所，可以分別獨立地完成各自的特定功能，同時在邏輯上相互聯系，形成一個監測與診斷整體，給使用者帶來了方便，系統的可擴展性也大大提高。系統的主要功能模塊包括常規在線監測、數據保存（支持三種存儲模式：定期存儲、報警存儲、人工觸發存儲），歷史數據追溯、趨勢分析、監測報表、實時數據采集、故障診斷等功能

采用國際上先進的CORBA技術、智能傳感器技術、現代故障診斷理論對工業生產中的機械、電氣設備進行在線監測，并對其運行狀態進行分析和診斷，通過網絡將監測的信息發送到異地遠程的診斷中心，判定被監測對象的當前的運行狀態，根據所累計的監測對象的歷史監測數據，對其工作狀態進行科學地評估，制訂出合理的維修策略和計劃。 系統特點 1.診斷中心可以利用Internet/Intranet實現異地遠程的設備在線監測和故障診斷。 2.現場監測計算機提供對設備的24小時、365天無間斷監測，并根據設定值進行報警提示。 3.可以對設備的運行工作狀態進行科學的判定。 4.為企業設備的合理維護提供完整地數據保證。 本項目目前已經成功應用于冶金工業現場，并且取得了較好的效果。已經對現場的減速機等設備的故障和缺陷金進行了正確的診斷。

本發明公開了一種具備負電平輸出能力的 MMC 與機械型直流 斷路器協調控制實現柔性直流網絡直流短路故障穿越的方法，屬于柔 性直流網絡直流故障保護領域。現有技術中，處理直流故障的手段主 要有三種：依靠交流設備斷開與直流系統的連接、依靠換流器本身進 行直流故障清除、依靠直流設備進行直流故障隔離，但以上三種方法 都無法有效實現柔性直流網絡直流故障保護。本發明中的 MMC 包括具備負電平輸出能力的子模塊，通過靈活調節上、下橋臂輸出電壓， 使換流器直流端口電壓呈現負電平，從而達到直流短路故障電流可控 且快速降