通知公告|博士生答辩公告

文摘   2024-09-24 20:48   湖南  


1.郑直博学位论文答辩公告     



01

学位论文简介

主要研究内容:

第一章为绪论。由于真空断路器电弧多次重燃,重燃过电压具有级升特性,高峰值、大陡度的电压脉冲威胁着电力设备的绝缘安全。尤其是海上风电场,海上风速的大波动性要求频繁投切真空断路器,且长距离海底电缆产生巨大的容性效应,所面临的过电压问题要比常规集电系统严重。结合目前国内外研究现状,本文将针对海上风电场重燃过电压开展进一步的深入研究。

第二章为考虑触头行程的真空断路器重燃特性。分析了真空断路器触头开断过程中的速度与行程特性;基于行程特性与介质恢复特性之间的关联,推导了考虑触头行程特性的介质恢复强度表达式;在电磁暂态分析软件的环境下,建立了融入新型介质恢复强度表达式的真空断路器模型,还搭建了变压器、海底电缆、并联电抗器、风力发电机等海上风电场关键设备的高频模型;基于真空断路器投切电抗器的现场试验结果,比对验证了所提模型计算重燃过电压的有效性。

第三章为海上风电真空断路器的重燃概率。基于电路理论,阐明了海上风电场截流过电压的形成机理与重燃过电压的演变机理;分析了重燃发生概率与燃弧时间之间的密切关系,推导了临界燃弧时间和重燃概率的计算方法;分析了介质恢复强度上升率和振荡回路等效电容对重燃概率的影响;研究了阻容缓冲器的改进方法,给出了一种增大电容器利用效率的新型结构;提出了一种以重燃概率作为性能指标的参数选择方法;讨论了不同安装位置的阻容缓冲器性能,探寻阻容缓冲器的最佳安装方案。

第四章为海上风电真空断路器重燃的电流演化特性。介绍了三种重燃过电压的电流演化模式,分析了高频电流发生、衰减以及截流的演变特性;基于现场试验波形,分析了工频续流现象对重燃过电压的影响机制;结合高频电流的演变特性,推导了工频续流的临界触发条件;分析了高频灭弧能力对高频电流的影响,研究了燃弧时间与工频续流的关联;通过分析工作原理,明确了利用扼流线圈来触发工频续流的方法,提出了一种基于工频续流临界触发条件的扼流线圈参数选择方法。

第五章为海上风电重燃过电压的累积效应。在多场耦合仿真软件Maxwell环境下,基于三维电抗器电磁耦合模型,计算了电抗器绕组的分布参数,搭建了考虑分布参数的电抗器绕组电路模型;基于波过程理论,分析了重燃过电压在绕组上的分布特性;基于U-N特性曲线,推导了用于描述重燃过电压累积效应的计算方法;采用蒙特卡洛法,模拟了真空断路器长期投切后绕组所承受的过电压累积效应,并找出绕组内部的绝缘薄弱环节;对比了三种常用抑制方法在抑制累积效应方面的性能。

主要创新点:

(1)通过分析真空断路器触头的速度和行程特性,推导出触头行程与介质恢复强度的关系,搭建了一个考虑触头行程特性的真空断路器模型。基于该模型,讨论了触头行程参数和行程分散度对重燃过电压的影响,提出了一种基于灰色关联度法和响应面法的行程参数优化策略。通过与现场试验的对比,验证了所提模型的有效性。行程参数优化策略可求出能使重燃过电压峰值最小化的最优行程参数组合。

(2)通过分析海上风电场重燃过电压的重燃概率,提出了一种临界燃弧时间和重燃概率的计算方法,用于定量评估所面临的重燃过电压风险。通过分析介质恢复强度上升率和暂态恢复电压陡度对重燃概率的影响,提出了一种新型结构的阻容缓冲器及其参数选择方法,讨论了不同安装位置下阻容缓冲器的过电压抑制能力。新型结构阻容缓冲器的过电压抑制性能优于常规结构,将阻容缓冲器与相控投切技术相结合,可完全消除重燃。

(3)通过分析真空断路器的高频截流特性,明晰了工频续流发生和演变的机理。首次推导了工频续流的临界触发条件,讨论了高频灭弧能力和燃弧时间对工频续流的影响。提出了利用扼流线圈触发工频续流并抑制过电压的方法,并给出了选择扼流线圈参数的方法。结果表明,基于工频续流的临界触发条件来选择扼流线圈参数,可降低重燃过电压的峰值和陡度,增大高频电流的阻尼因子,提高工频续流的发生概率。

(4)基于考虑分布参数的电抗器模型,研究了重燃过电压下绕组上的电压分布特性,分析了重燃次数对电压分布的影响。基于U-N特性曲线,提出了一种评估重燃过电压累积效应的数学方法,结合仿真模型,可计算出描述累积效应强弱的评估系数,寻找绕组内部承受较大累积效应的绝缘弱点。首次对比了浪涌避雷器、阻容缓冲器和扼流线圈的累积效应抑制性能。结果显示,浪涌避雷器对累积效应的影响并不显著,而阻容缓冲器和扼流线圈可降低重燃概率,减小暂态电压陡度,对累积效应具有极大的限制作用。


02

主要学术成果

[1]Zhi Zheng, Xiao Zhong, Qiuqin Sun, Jiahao Zhang, Xin Li, Jie Yuan, Danhua Chen, Rong Wu. Investigation on Power Frequency Following Current for Vacuum Circuit Breaker Interrupting Shunt Reactor in Offshore Wind Farms[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2024, 39(1): 306-316. (已发表,SCI二区,对应第4)

[2]Zhi Zheng, Qiuqin Sun, Jianlan Yang, She Chen, Feng Wang, Lipeng Zhong. Investigation on Overvoltage Caused by Vacuum Circuit Breaker Switching off Shunt Reactor in Offshore Wind Farms[J]. High Voltage, 2022, 7(5): 936-949.(已发表, SCI一区,对应第3章)

[3]Qiuqin Sun, Zhi Zheng, Jiahao Zhang, Xin Li, Feng Wang, She Chen, Lipeng Zhong. Investigation on Multiple Reignitions Caused by Vacuum Circuit Breaker Switching off Shunt Reactor Considering Contact Travel in Offshore Wind Farms[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2023, 38(4): 2360-2371.(已发表, SCI二区,对应第2章)

[4]Qiuqin Sun, Zhi Zheng, Lei Huang, Feng Wang, Lipeng Zhong, She Chen. Investigation on Reignition Probability of Switching Overvoltage Caused by Vacuum Circuit Breaker in Offshore Wind Farms[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2022, 37(5): 4438-4447.(已发表, SCI二区,对应第3章)

[5]Xiao Zhong, Zhi Zheng, Qiuqin Sun, Feng Bin, Danhua Chen, Wentao Yang, Jie Yuan, Xingyi Chen. A Novel Solar-Cell String Wiring of Photovoltaic Module for Reducing Lightning-Induced Overvoltage[J]. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2024, 66(1): 204-215.(已发表,SCI三区)

[6]Xiao Zhong, Zhi Zheng, Qiuqin Sun, Danhua Chen, Wentao Yang, Jie Yuan, Feng Bin, Yishi Yue, Zezhong Sun. Investigation on Lightning-Induced Voltage for Photovoltaic System Considering Electromagnetic Coupling of Rooftop Structure[J]. IEEE Journal of Photovoltaics, 2024, 14(3): 503-511.(已发表,SCI三区)

[7]Feng Bin, Kang Qiu, Zhi Zheng, Xiaofeng Lu, Lumei Du, Qiuqin Sun. Investigation on a Lightweight Defect Detection Model for Photovoltaic Panel [J]. Measurement, 2024, 236: 1-11. (已发表,SCI二区)

[8]Jiahao Zhang, Xiao Zhong, Zhi Zheng, Chen Xiao, Feng Bin, Jie Yuan, Danhua Chen, Qiuqin Sun. Investigation on Dynamics of SFCLs Combined With H-DCCB in MTDC Distribution System[J]. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2023, 33(8): 1-8.(已发表,SCI三区)

[9]Jiahao Zhang, Qiuqin Sun, Zhi Zheng, Lei Huang, Danhua Chen, Jie Yuan. Lightning Surge Analysis for Hybrid Wind Turbine-Photovoltaic-Battery Energy Storage System[J]. Electric Power Systems Research, 2023, 225: 1-13.(已发表,SCI三区)

[10]Qiuqin Sun, Lei Yang, Zhi Zheng, Jiahuan Han, Yizhu Wang, Lei Yao. A Comprehensive Lightning Surge Analysis in Offshore Wind Farm[J]. Electric Power Systems Research, 2022, 211: 1-17.(已发表,SCI三区)

[11]Qiuqin Sun, Rong Jiang, Zhi Zheng, Lipeng Zhong, She Chen, Feng Wang, Tangsheng Yang. Effect of Extended Grading Capacitor on The Interrupting Performance of Multi-Break Circuit Breaker During Out-of-Step Faults[J]. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2022, 136: 1-15.(已发表,SCI二区)

[12]Zhi Zheng, Jie Yuan, Danhua Chen, Wentao Yang, Xin Li, Qiuqin Sun. Superposition Effect of Overvoltage for Vacuum Circuit Breakers Simultaneously Switching Shunt Reactor Banks in Offshore Wind Farms[C]. 2023 IEEE 6th International Electrical and Energy Conference (CIEEC), Hefei, China, 2023: 3714-3721.(已发表,best paper award,对应第5章)

[13]Zhi Zheng, Yunzheng Chen, Xiao Zhong, Qingchuan Fan, Jiahao Zhang, Rong Wu, Xin Li, Qiuqin Sun. Cumulative Effect of Reignition Overvoltage Caused by Vacuum Circuit Breaker on Shunt Reactor Insulation in Offshore Wind Farm[J], IEEE Transactions on Power Delivery, 2023.(二审中, SCI二区,对应第5章)


2.蔡焕博学位论文答辩公告     



01

学位论文简介

劲芯水泥土复合桩成桩过程中的温度效应将直接作用于桩体强度及内部界面摩擦性能,从而对其承载特性产生深远影响。然而,当前业界对温度环境影响下劲芯水泥土复合桩承载性能演化机制认识不足。对此,本文综合室内试验、理论分析及数值模拟等方法开展系统深入的研究。具体的主要创新内容如下:

(1)基于水-温耦合养护环境下水泥土强度演化对比试验揭示了该养护环境对水泥土强度及破坏模式演化的影响,建立了可统一考虑温度和时间效应的水泥土强度演化改进双曲线模型,通过微观测试进一步揭示了高温下水泥土强度演化存在交叉效应的内在机理。

(2)基于化学反应动力学原理推导了水泥土强度参数非线性演化方程,结合Bayesian Bootstrap抽样技术和Max-Min多目标约束中点半径法,提出了一种新颖的区间回归分析方法,并利用改进灰狼优化算法(GWO)求解了养护温度区间内的水泥土试样强度参数非线性区间回归模型。

(3)设计制作了一种劲芯-水泥土桩界面和水泥土桩-土体界面单元体试样,开展了不同养护温度及龄期下的单元体界面剪切试验,揭示了养护温度对各界面力学性能演化的影响规律,基于扰动状态理论(DSC)和统计损伤理论分别提出了考虑温度效应的劲芯-水泥土桩、水泥土桩-土体界面剪切演化本构模型。

(4)基于劲芯-水泥土界面、水泥土-土体界面剪切演化模型,提出了刚性基础下层状地基中的等芯型水泥土复合桩荷载传递理论分析方法;基于ABAQUS完成了双界面剪切模型的子程序的二次开发,据此揭示了不同温度环境下劲芯水泥土复合桩承载特性的演化规律。


02

主要学术成果

一、学术论文:

[1] Cai H, Chen C F, Wei S Q, et al. Strength development of cemented soil cured in water-air conditions at varied temperatures: experimental investigation and model characterization. Journal of Materials in Civil Engineering, ASCE, 2023, 35(3): 04022466. (SCI, 中科院三区)

[2] Cai H, Chen C F, Li W, et al. A heuristic-optimized interval regression model for characterizing strength development of cemented soil subjected to varied temperatures. Construction and Building Materials, 2024, 438: 137210. (SCI, 中科院一区Top)

[3] Cai H, Chen C F, Zhang J R, et al. Bond-slip behavior of concrete pile-cemented soil interface considering thermal-temporal effect: experimental study and constitutive modeling based on disturbed state concept. International Journal of Geomechanics, ASCE, 2024, 24(10): 04024228. (SCI, 中科院二区)

[4] Zhu S M, Chen C F, Cai H, et al. Analytical modeling for the load-transfer behavior of stiffened deep cement mixing (SDCM) pile with rigid cap in layer soils. Computers and Geotechnics, 2022, 144: 104618. (SCI, 中科院一区)

[5] Zhu S M, Chen C F, Mao F S, Cai H. Application of disturbed state concept for load-transfer modeling of recoverable anchors in layer soils. Computers and Geotechnics, 2021, 137: 104292. (SCI, 中科院一区)

[6] 中国土工合成材料工程协会教育工作委员会. 土工合成材料. 北京: 中国建筑工业出版社, 2021: 100-109. (参编高校教材)

[7] 陈昌富, 廖佳卉, 蔡焕, . 基于扰动状态概念水泥土桩-土界面强度演化规律研究, 湖南大学学报(自然科学版), 2024. (EI, 已录用)

[8] 陈昌富, 吕晨阳, 蔡焕, . 不同应力养护条件对水泥土力学性能的影响试验研究. 铁道科学与工程学报, 2024, 21(2): 637-647. (EI)

[9] 陈昌富, 韦思琦, 蔡焕. 温度变化对水泥土力学性能的影响. 铁道科学与工程学报, 2023, 20(1): 190-199. (EI)

[10] 陈昌富, 陈兆君, 蔡焕. 基于邻域均匀抽样Bootstrap方法的水泥土无侧限抗压强度演化规律研究. 地基处理, 2021, 3(6): 464-474.

[11] 陈昌富, 陈苏淑, 朱世民, 蔡焕. 柔性基础下等芯型水泥土复合桩荷载传递特性分析. 湖南大学学报(自然科学版), 2023, 50(1): 152-160. (EI)

[12] 陈昌富, 陈兆君, 高松, 蔡焕. 基于Bayesian Bootstrap法水泥土力学性能指标演化规律区间回归分析. 湖南大学学报(自然科学版), 2023, 50(3): 227-234. (EI)

二、专利:

[1] 陈昌富, 朱世明, 毛凤山, 蔡焕, . 一种服役岩土锚固结构工程性能退化加速试验方法. 发明专利, CN113670723A, 2021-11-19, 已授权.

[2] 陈昌富, 朱世明, 毛凤山, 蔡焕, . 一种锚-土界面性能室内加速退化试验装置及使用方法. 发明专利, CN113670749A, 2021-11-19, 已授权.

[3] 陈昌富, 朱世明, 蔡焕, . 补偿性复合地基及其按沉降控制的优化设计方法. 发明专利, CN115985423A, 2023-04-18, 实审中.

[4] 晏文, 唐仁华, 王克强, 蔡焕, . 一种大直径旋挖灌注桩用防孔壁坍塌装置. 实用新型, CN220927886U, 2024-5-10, 已授权.


来源 | 湖南大学研究生院

编辑 | 曾富
责编 | 张小慧 唐亚维
 



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