CN109408917A - 盐雾环境时雷击海上风机暂态模型的建立方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种盐雾环境时雷击海上风机暂态模型的建立方法，首先，设定盐雾环境模型由干燥空气、饱和水蒸气及海水小液滴三者的混合物组成，求取盐雾环境的相对介电常数；在盐雾环境的相对介电常数的条件下，再利用平均电位法和Neumann积分法计算叶片和塔体的电容电感参数，用波阻抗的定义求取盐雾环境下叶片和塔体的波阻抗；集合叶片和塔体的波阻抗、雷电流模型、机舱模型以及接地电阻模型，最后建立完整的风机整体波阻抗模型，从而计算其雷击暂态响应。对目前海上整体风电场雷电暂态过程分析和测试阶段的深远海风机的直击雷防护设计有一定的参考意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种海上风机设计技术，特别涉及一种盐雾环境时雷击海上风机暂态模型的建立方法。
背景技术
海洋中的盐分随着海水蒸发而进入大气中，溶解到悬浮的小液滴就形成了盐雾，以至海上风机会长期运行在盐雾环境中，这不仅会腐蚀机组设备而加速其老化，使金属器件过早失效，而且当盐雾液滴附着在叶片表面，雷击叶片使周围空间电场畸变，从而降低其绝缘强度。此外，盐雾的存在对空气本身的介电能力也有影响，使海上风机波阻抗不同于陆上风机，进而导致更加复杂的雷击暂态波过程。我国海上风电场倾向于选择建在潮间带，其特殊的地理条件会导致雷雨气候较多，相比陆上风机，海上风机的维护成本高昂，其内部日益增多的高集成度微电子设备绝缘强度低，过电压耐受能力差，对风机内部雷电电磁效应的研究提出了更高的要求。
高盐雾高湿度的海上环境，特别是深远海环境与陆上风机雷击暂态过程是截然不同的，因而，针对该因素对雷电暂态效应的影响，本发明提出了海上盐雾环境介电常数模型。
发明内容
本发明是针对海上风机设计对雷电防护要求高的问题，提出了一种盐雾环境时雷击海上风机暂态模型的建立方法，指出盐雾环境模型可由干燥空气、饱和水蒸气和海水小液滴三者的混合物模拟，并提出了计算盐雾环境下雷击海上风机的暂态过电压响应的方法，得到该盐雾模型主要对桨叶和塔筒波阻抗产生影响，随着盐雾浓度增加，风机各部分暂态过电压幅值会明显变化，从而对雷击暂态响应造成影响。
本发明的技术方案为：一种盐雾环境时雷击海上风机暂态模型的建立方法，首先，设定盐雾环境模型由干燥空气、饱和水蒸气及海水小液滴三者的混合物组成，求取盐雾环境的相对介电常数；在盐雾环境的相对介电常数的条件下，再利用平均电位法和Neumann积分法计算叶片和塔体的电容电感参数，用波阻抗的定义求取盐雾环境下叶片和塔体的波阻抗；集合叶片和塔体的波阻抗、雷电流模型、机舱模型以及接地电阻模型，最后建立完整的风机整体波阻抗模型，从而计算其雷击暂态响应。
所述盐雾环境的相对介电常数具体方法如下：
盐雾环境介质模型的相对介电常数εyw：
式中，εr1、εr2、εr3分别是空气、饱和水蒸气及海水小液滴的相对介电常数，n1、n2、n3依次是三种成分对应的体积比，且n1+n2+n3＝1；
各成分分子数的相对比例为：
式中，m1、m2、m3依次是1m3盐雾空间内的空气、饱和水蒸气及海水小液滴所对应的质量；M1、M2、M3依次是1m3盐雾空间内的空气、饱和水蒸气及海水小液滴所对应的相对分子量；
将海水小液滴看作仅由水和NaCl构成，由德拜公式可知，0.1MPa时，海水小液滴的介电常数为：
式中，s为盐度，单位‰；t为温度，单位℃；f为入射频率，单位Hz；ε1(s,t)和ε∞分别为海水静态时和频率为无限高频时的介电常数；τ(s,t)为德拜弛豫时间，单位s；σ(s,t)为离子电导率，单位mhos/m；ε0为真空介电常数；
ε1(s,t)，τ(s,t)，σ(s,t)均为s和t的函数：
海水小液滴介电常数为复数，针对其介电能力，故只考虑实数部分；
海水小液滴含量与盐雾的类型和能见度有关，设定海上盐雾为平流雾，盐雾中的含水量W与平流雾的能见度V关系如下：
W＝(18.35V)-1.43 (7)
由式(1)、式(2)和式(7)可得不同能见度对应的盐雾环境的相对介电常数εyw(k)，k为盐雾按能见度划分种类数。
所述叶片的电容电感参数计算方法如下：风机在运行时叶片不断旋转，定义θ为所求电容电感导体与塔体之间的位置角，θ∈[0,360°]，根据平均电位法，同一空间内任意一支导体i相对其他各个导体j的互电位系数为：
式中，Gij(θ)表示导体i与导体j之间的电位格林函数双重线积分，Gij’(θ)为的导体i与导体j关于海平面的镜像j’之间的电位格林函数双重线积分；li、lj为导体i和导体j的长度，单位m；ε0为真空介电常数；导体的电容包含自电容和与其他连接的导体之间的互电容，对于任意导体的电容需要分别求解导体的自电位系数和导体与其他导体之间的互电位系数，当i＝j时为自电位系数；
由式(8)可得n根耦合导体的电位系数矩阵为P(θ)＝{Pij(θ)}n,n，将P(θ)求逆得B，其中：
其中
由式(10)可求得n根耦合导体的电容矩阵C＝{Cij}n,n，对于任意一个叶片导体处于任意角度θ的电容，θ∈[0,360°]，利用公式(8)～(10)，可求得此叶片对应的电容值C0(θ)，得到电容C0与旋转位置角θ的关系，根据其他叶片与此叶片固定的位置角，可得到其他叶片的电容值；
采用Neumann积分法计算空间导体的自感和互感，风机旋转叶片的电感(当i＝j时为自感，否则为互感)计算式为：
式中，αij表示所求自感或互感的两段导体i、j之间的夹角，Gij(θ)、Gij’(θ)与公式(8)相同，μ0为真空磁导率，μr为盐雾相对磁导率；盐雾环境是非磁性的，故取μr＝1；对于任意一个叶片，其电感L0(θ)由其自感、此叶片与其他叶片的互感以及此叶片与塔体的互感四部分组成。
所述塔体的电容电感参数计算方法：将兆瓦级海上风机的圆台管状塔筒等效为由若干段分支导体连接成的整体，各个分支导体使用电缆连接建立模型，不考虑叶片状态对塔体产生的互容互感的影响，只考虑各离散导体之间的相互影响，进行模型的简化，对塔体进行的电容电感参数计算。
本发明的有益效果在于：本发明盐雾环境时雷击海上风机暂态模型的建立方法，对目前海上整体风电场雷电暂态过程分析和测试阶段的深远海风机的直击雷防护设计有一定的参考意义。
附图说明
图1为海上风机运行情况图；
图2为本发明分节塔体离散化模型图；
图3为本发明盐雾环境对雷击海上风机暂态响应影响流程图；
图4为本发明旋转叶片波阻抗图；
图5为本发明海上风机暂态一体化模型仿真示意图；
图6a为本发明受雷击桨叶叶尖暂态电压图；
图6b为本发明轮毂与机舱连接处暂态电压图；
图6c为本发明塔尖暂态电压图；
图6d为本发明塔体底部暂态电压图。
具体实施方式
海上盐雾是由空气中的海水小液滴构成的弥散系统，盐雾在全球海洋中普遍存在，我国广大海域中盐雾出现十分频繁。当盐雾中的水汽含量过饱和时会凝结成小液滴，本发明设定盐雾环境模型由干燥空气、饱和水蒸气及海水小液滴三者的混合物模拟。海上风机会长期在这种盐雾环境中运行，如图1所示海上风机运行情况图。
一、海上盐雾环境空气介质模型
从传输线的角度考虑，自由空间的相对介电常数εr为1.00059，但盐雾环境的介电常数未知。因此，盐雾环境对雷击风电机组的波过程中电容参数的影响也是未知的。结合混合介质介电常数计算方法和图1中所示盐雾环境成分，得到盐雾环境介质模型的相对介电常数εyw：
式中，εr1、εr2、εr3分别是空气、饱和水蒸气及海水小液滴的相对介电常数，n1、n2、n3依次是三种成分对应的体积比，且n1+n2+n3＝1。各成分分子数的相对比例为：
式中，md和Md，d＝1,2,3依次是1m3盐雾空间内的空气、饱和水蒸气及海水小液滴所对应的质量和相对分子量。
盐雾的主要成分为NaCl，将海水小液滴可看作仅由水和NaCl构成，由德拜公式可知，0.1MPa时，海水小液滴的介电常数为：
式中，s为盐度(‰)，t为温度(℃)，f为入射频率(Hz)；ε1(s,t)和ε∞分别为海水静态时和频率为无限高频时的介电常数；τ(s,t)为德拜弛豫时间(s)；σ(s,t)为离子电导率(mhos/m)；ε0为真空介电常数。ε1(s,t)，τ(s,t)，σ(s,t)均为s和t的函数：
在1个标准大气压下，温度为20℃，海水盐度取全球海洋平均盐度35‰，频率为10/350μs雷电流的频率50KHz时，由式(3)-(6)计算得到海水小液滴的相对介电常数为εr3＝80.115-i1.7334E6。海水小液滴具有一定导电性，故其介电常数为复数，本发明讨论的是其介电能力，故只考虑实数部分。
海水小液滴含量与盐雾的类型和能见度有关。从雾的种类来看，海上盐雾多数是平流雾。盐雾按能见度划分，低于1km时称为雾，能见度低于500m时为大雾，低于200m时为浓雾，低于50m为重雾。盐雾中的含水量W与平流雾的能见度V关系如下：
W＝(18.35V)-1.43 (7)
由式(1)、式(2)和式(7)可得不同能见度对应的盐雾环境的相对介电常数εyw(k)，如表1所示。
表1
二、海上盐雾环境对桨叶和塔体波阻抗的影响
1、旋转叶片波阻抗模型
风机在运行时叶片不断旋转，定义θ为所求电容电感导体与塔体之间的位置角，θ∈[0,360°]，定义θ角是为了说明叶片旋转时，其电容电感值会产生变化，当θ角确定时，就可根据平均电位法确定所求导体自身和与其它导体之间的电位系数。
如图1所示示意了1号叶片相对于塔体的位置角。根据波阻抗的定义式，建立叶片时变波阻抗模型。本发明采用平均电位法计算电容。根据平均电位法，同一空间(这里指都处于盐雾环境中)内任意一支导体i相对其他各个导体j的互电位系数(当i＝j时为自电位系数)为：
式中，Gij(θ)表示导体i与导体j之间的电位格林函数双重线积分，Gij’(θ)为的导体i与导体j关于海平面的镜像j’之间的电位格林函数双重线积分；li、lj为导体i和导体j的长度(m)；ε0为真空介电常数。
如图1所示3叶片海上风机运行情况图，图1情况下，有4个导体，3个叶片和1个塔体，依次可定义为导体1、2、3、4，在求解导体1(叶片1)的电容时，应包含自电容和互电容，故如果求解1号叶片的电容，θ为导体1与塔体之间的位置角，应分别求解它的自电位系数P11和它与2号、3号叶片和塔体4之间的互电位系数P12、P13、P14。
由式(8)可得n根耦合导体的电位系数矩阵为P(θ)＝{Pij(θ)}n,n，如图1所示的结构，n＝4，将P(θ)求逆得B，其中：
其中
由式(10)可求得n根耦合导体的电容矩阵C＝{Cij}n,n，对于1号叶片导体处于任意角度θ的电容(θ∈[0,360°])，利用公式(8)～(10)，可求得对应的电容值C0(θ)，得到电容C0与旋转位置角θ的关系。由于三个叶片是圆周对称的，由可到2号和3号叶片的电容值。
采用Neumann积分法计算空间导体的自感和互感，风机旋转叶片的电感(当i＝j时为自感，否则为互感)计算式为：
式中，αij表示所求自感或互感的两段导体i、j之间的夹角(求导体自感(i＝j)时，αij＝0)，Gij(θ)、Gij’(θ)与公式(8)相同，μ0为真空磁导率，μr为盐雾相对磁导率。盐雾环境是非磁性的，故取μr＝1。对于1号叶片，其电感L0(θ)由1号叶片的自感、1号叶片与2、3号叶片的互感和1号叶片与塔体的互感四部分组成。
2、海上风机塔筒离散化波阻抗模型
将兆瓦级海上风机的圆台管状塔筒等效为由若干段分支导体连接成的整体，每两段间需要电气跨接。相邻塔筒法兰之间以及端部法兰与基础环法兰之间分别采用3条呈120°均匀分布的电缆相连，如图2中(a)所示。为了模拟雷电流在塔体中的垂直分量和水平分量，本发明建立的模型在考虑塔体部件间连接电缆的同时，对塔体用一个进行5×6网格分割，即水平方向分割成六条长度相等的导体，竖直方向将塔体分割为五段长度相等的导体，该塔体模型计算的精确性和速度与塔体网格结构划分的疏密有关。分节塔体离散化模型如图2中(b)所示。对于塔筒所采取的离散波阻抗模型的求解，通过计算得知了叶片对其波阻抗影响不大，故不考虑叶片状态对塔体产生的互容互感的影响，只考虑各离散导体之间的相互影响，进行了模型的简化。其电位系数和电感为：
式中，i、j为塔体中各个分支导体，当i＝j时，Pij为自电位系数，Lij为导体自感，i≠j时分别为互电位系数和互感。
由式(8)～(11)易看出，叶片波阻抗和环境的介电常数有关，故研究盐雾环境对雷击暂态过程的影响需要计算盐雾环境的介电常数。利用平均电位法和Neumann积分法可计算叶片和塔体的电容电感参数，则可得到叶片和塔体的波阻抗与盐雾环境的介电常数有类似关系。从而得出盐雾环境对雷电暂态响应影响过程：盐雾环境由干燥空气、饱和水蒸气和海水小液滴三部分组成，首先求取盐雾环境的相对介电常数；再利用平均电位法和Neumann积分法和波阻抗的定义求取盐雾环境下叶片和塔体的波阻抗，导体波阻抗L0为导体电感，C0为导体电容；最后建立完整的风机整体波阻抗模型，从而计算其雷击暂态响应。其流程图如图3所示。
以单桩式海上风机作为仿真中的标准机型，机型参数如下：叶片长度为70m，叶片内置引流线线截面积50mm2，机舱滚子半径R1＝51.2mm，塔筒高度H＝120m，塔顶半径2.1m，塔底半径3.4m，塔壁平均厚度0.03m，海水深度h1＝15m，海水电阻率ρ1＝5Ω·m，伸入海床部分长度h2＝10m，海床电阻率ρ2＝1500Ω·m，接地体半径r＝2.5m。
第一、海上风机波阻抗模型
1)旋转叶片波阻抗模型
将表1中盐雾介电常数εyw(i)分别代入公式(8)，结合以上叶片的电容、电感参数计算方法，再根据波阻抗定义式可得海上盐雾环境下风机旋转桨叶时变波阻抗模型的变化曲线，如图4所示旋转叶片波阻抗图。
由图4可看出，盐雾环境通过改变空气介电能力，使叶片电容改变，从而影响了叶片波阻抗幅值。同理，盐雾环境对塔筒有类似的影响。
2)塔筒离散化波阻抗模型
与计算叶片波阻抗类似，利用表1中不同能见度下的盐雾介电常数，得出不同情况下塔筒离散导体波阻抗值，结果如表2所示塔体各分支导体波阻抗(Ω)。
表2
由表1中的相对介电常数、表2和图4中的波阻抗值计算结果分析，盐雾环境提高空气的介电常数，从而增加了海上风机引流导体的电容，减小了模型的波阻抗值，进而对雷击风机的暂态响应产生影响。
第二、雷击海上风机整体暂态模型
1)雷电流模型
根据IEC和国标(GB50057-2010)，风电机组雷电防护设计采用10/350μs雷电流波形。利用双指数函数作为雷电流波形函数，其表达式为：
I(t)＝Imk(e-At-e-Bt) (12)
式中，Im为雷电流峰值(A)；k为波形峰值修正因子；A为波头时间衰减系数，B为波尾时间衰减系数。可用一个理想的电流源并联波阻抗ZI＝300Ω的雷电通道来模拟雷电流源。
2)机舱模型
通常在主轴前端设置一条与其并行的低阻导流通道，该通道由电化石墨电刷(炭刷)和滑环组成，在运行过程中可采用阻值为1Ω的炭刷模拟该集中接触电阻。10kHz到1MHz频率范围内的雷电流在通过主轴承时会发生油膜放电，轴承呈容性。因此，雷击时轴承中的滚子与轴承环之间电气模型用电容等效。
3)接地电阻模型
在目前针对海上风电机组己开展的研究中，研究者一般采取粗略估计的方法，认定海上风电机的接地电阻值在0.25-4Ω范围变化，利用海洋双层接地环境下的单桩式基础风机的接地电阻计算公式可得Rg＝0.9Ω。
由以上分析计算可建立包括雷电流、叶片、机舱、离散化塔体和冲击接地电阻的风机一体化波阻抗暂态响应模型，如图5所示海上风机暂态一体化模型仿真示意图。
3、盐雾环境对海上风机雷电暂态仿真计算
采用峰值为120kA标准雷电流波形模拟风机所遭受雷击。通过图4得到的桨叶波阻抗随旋转位置的变化曲线，取θ＝180°时雷击1号叶片的情况仿真。利用该一体化模型，针对不考虑盐雾、能见度V＝50m和V＝10m(为了说明盐雾环境的影响，取表2中重雾下两种情况进行分析)三种情况进行仿真。
对于不计盐雾的风机整体模型，如以往对陆上或海上风机的研究，取ε0＝1.0059来模拟。风电机组上各处暂态过电压的折反射情况仿真结果如图6a-6d所示。
图6a-6d为不同能见度下海上风机雷电暂态过电压情况。由图6a-6d计算结果可知，盐雾环境会改变风机的暂态过电压幅值，引流导体距离被击桨叶越近，其对过电压幅值的影响越明显。
表3
风机不同位置上的暂态过电压的幅值如表3所示，由于海上环境中盐雾的存在，使得雷击风机时，风机的暂态过电压幅值小于不计盐雾的情况。相对于无雾情况，其中遭雷击叶尖过电压幅值降底最明显。随着雷电流向下流通，过电压峰值时间向后推移值接近10μs，其幅值差逐渐变小，直至塔底过电压高于不计盐雾风机。这种变化规律会随着能见度降低而更加明显。
由于海上风机所处的高介电常数空气环境，桨叶和塔体上的暂态电位有所降低，而塔底处的地电位会提高，有可能产生危险的接触电压和跨步电压，甚至危及系统的安全稳定运行。而且随着盐雾浓度增加，过电压幅值变化会更加明显。
Claims (4)
1.一种盐雾环境时雷击海上风机暂态模型的建立方法，其特征在于，首先，设定盐雾环境模型由干燥空气、饱和水蒸气及海水小液滴三者的混合物组成，求取盐雾环境的相对介电常数；在盐雾环境的相对介电常数的条件下，再利用平均电位法和Neumann积分法计算叶片和塔体的电容电感参数，用波阻抗的定义求取盐雾环境下叶片和塔体的波阻抗；集合叶片和塔体的波阻抗、雷电流模型、机舱模型以及接地电阻模型，最后建立完整的风机整体波阻抗模型，从而计算其雷击暂态响应。
2.根据权利要求1所述盐雾环境时雷击海上风机暂态模型的建立方法，其特征在于，所述盐雾环境的相对介电常数具体方法如下：
盐雾环境介质模型的相对介电常数εyw：
式中，εr1、εr2、εr3分别是空气、饱和水蒸气及海水小液滴的相对介电常数，n1、n2、n3依次是三种成分对应的体积比，且n1+n2+n3＝1；
各成分分子数的相对比例为：
式中，m1、m2、m3依次是1m3盐雾空间内的空气、饱和水蒸气及海水小液滴所对应的质量；M1、M2、M3依次是1m3盐雾空间内的空气、饱和水蒸气及海水小液滴所对应的相对分子量；
将海水小液滴看作仅由水和NaCl构成，由德拜公式可知，0.1MPa时，海水小液滴的介电常数为：
式中，s为盐度，单位‰；t为温度，单位℃；f为入射频率，单位Hz；ε1(s,t)和ε∞分别为海水静态时和频率为无限高频时的介电常数；τ(s,t)为德拜弛豫时间，单位s；σ(s,t)为离子电导率，单位mhos/m；ε0为真空介电常数；
ε1(s,t)，τ(s,t)，σ(s,t)均为s和t的函数：
海水小液滴介电常数为复数，针对其介电能力，故只考虑实数部分；
海水小液滴含量与盐雾的类型和能见度有关，设定海上盐雾为平流雾，盐雾中的含水量W与平流雾的能见度V关系如下：
W＝(18.35V)-1.43 (7)
由式(1)、式(2)和式(7)可得不同能见度对应的盐雾环境的相对介电常数εyw(k)，k为盐雾按能见度划分种类数。
3.根据权利要求1或2所述盐雾环境时雷击海上风机暂态模型的建立方法，其特征在于，所述叶片的电容电感参数计算方法如下：
风机在运行时叶片不断旋转，定义θ为所求电容电感导体与塔体之间的位置角，θ∈[0,360°]，根据平均电位法，同一空间内任意一支导体i相对其他各个导体j的互电位系数为：
式中，Gij(θ)表示导体i与导体j之间的电位格林函数双重线积分，Gij’(θ)为的导体i与导体j关于海平面的镜像j’之间的电位格林函数双重线积分；li、lj为导体i和导体j的长度，单位m；ε0为真空介电常数；导体的电容包含自电容和与其他连接的导体之间的互电容，对于任意导体的电容需要分别求解导体的自电位系数和导体与其他导体之间的互电位系数，当i＝j时为自电位系数；
由式(8)可得n根耦合导体的电位系数矩阵为P(θ)＝{Pij(θ)}n,n，将P(θ)求逆得B，
其中：
其中
由式(10)可求得n根耦合导体的电容矩阵C＝{Cij}n,n，对于任意一个叶片导体处于任意角度θ的电容，θ∈[0,360°]，利用公式(8)～(10)，可求得此叶片对应的电容值C0(θ)，得到电容C0与旋转位置角θ的关系，根据其他叶片与此叶片固定的位置角，可得到其他叶片的电容值；
采用Neumann积分法计算空间导体的自感和互感，风机旋转叶片的电感(当i＝j时为自感，否则为互感)计算式为：
式中，αij表示所求自感或互感的两段导体i、j之间的夹角，Gij(θ)、Gij’(θ)与公式(8)相同，μ0为真空磁导率，μr为盐雾相对磁导率；盐雾环境是非磁性的，故取μr＝1；对于任意一个叶片，其电感L0(θ)由其自感、此叶片与其他叶片的互感以及此叶片与塔体的互感四部分组成。
4.根据权利要求3所述盐雾环境时雷击海上风机暂态模型的建立方法，其特征在于，所述塔体的电容电感参数计算方法：将兆瓦级海上风机的圆台管状塔筒等效为由若干段分支导体连接成的整体，各个分支导体使用电缆连接建立模型，不考虑叶片状态对塔体产生的互容互感的影响，只考虑各离散导体之间的相互影响，进行模型的简化，对塔体进行的电容电感参数计算。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111313563A (zh) * | 2020-03-13 | 2020-06-19 | 西安理工大学 | 用于自主水下航行器无线电能传输系统耦合电容建模方法 |
| CN112540228A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-23 | 神华新能源有限责任公司 | 接地网的冲击阻抗的检测方法和设备 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100076606A1 (en) * | 2006-08-23 | 2010-03-25 | Jakel Incorporated | Method and apparatus for producing a constant air flow from a blower by sensing blower housing vacuum |
| CN103344810A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-10-09 | 国家电网公司 | 高压交流输电线路下车辆对人体电击效应的计算方法 |
| CN103646148A (zh) * | 2013-12-20 | 2014-03-19 | 国家电网公司 | 一种特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法 |
| CN106680834A (zh) * | 2017-01-04 | 2017-05-17 | 江西省智成测控技术研究所有限责任公司 | 相干测风激光雷达中一种数据处理装置及方法 |
-
2018
- 2018-10-11 CN CN201811181463.7A patent/CN109408917A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100076606A1 (en) * | 2006-08-23 | 2010-03-25 | Jakel Incorporated | Method and apparatus for producing a constant air flow from a blower by sensing blower housing vacuum |
| CN103344810A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-10-09 | 国家电网公司 | 高压交流输电线路下车辆对人体电击效应的计算方法 |
| CN103646148A (zh) * | 2013-12-20 | 2014-03-19 | 国家电网公司 | 一种特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法 |
| CN106680834A (zh) * | 2017-01-04 | 2017-05-17 | 江西省智成测控技术研究所有限责任公司 | 相干测风激光雷达中一种数据处理装置及方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 吴昊: ""雷击海上风机高频电磁暂态效应研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 * |
| 梁鸿斌: ""一种海面上的可穿戴分形天线设计"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 * |
| 陶世祺等: ""直接雷击时风电机组的暂态响应分析"", 《太阳能学报》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111313563A (zh) * | 2020-03-13 | 2020-06-19 | 西安理工大学 | 用于自主水下航行器无线电能传输系统耦合电容建模方法 |
| CN111313563B (zh) * | 2020-03-13 | 2024-01-12 | 益阳兴佳诚电子有限公司 | 用于自主水下航行器无线电能传输系统耦合电容建模方法 |
| CN112540228A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-23 | 神华新能源有限责任公司 | 接地网的冲击阻抗的检测方法和设备 |
| CN112540228B (zh) * | 2020-11-24 | 2022-12-09 | 神华新能源有限责任公司 | 接地网的冲击阻抗的检测方法和设备 |
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