采用压力回收容腔的轴向柱塞泵主动配流控制方法研究结题摘要

轴向柱塞泵的高压化趋势对柱塞泵的降噪提出更高要求，采用压力回收容腔的轴向柱塞泵主动配流结构可大幅度降低柱塞腔压力冲击和流量脉动，提高效率。构建了考虑气穴模型的非等温流场模型，建立了多柱塞耦合轴向柱塞泵主动配流仿真环境，建立了基于无线传输技术的柱塞腔压力冲击模型泵和基于阻抗原理的流量脉动测试平台。 研究了高速开关阀启闭特性与阻尼匹配特性对主动配流的影响规律，研究表明：由于高速单向阀结构简单，且不需要实时定位柱塞和上下死点的位置关系，采用高速单向阀比高速开关阀更适合于压力回收容腔配流结构，单向阀的最大行程和弹簧预压紧力是决定压力回收容腔配流结构降噪效果的关键因素，其中最大行程最优值为1mm，最佳弹簧预压紧力根据柱塞泵工况决定。 优化了压力回收容腔的体积、位置及最佳压力工作点，比较了可变式容腔和固定式容腔控制精度，研究表明：压力回收容腔的容积增大可以提高降噪效果，但是会降低柱塞泵功率密度，由于随着压力回收容腔体积增大，流量脉动幅值及斜盘转矩脉动幅值降低速率减小，压力回收容腔的容积的最优值为30毫升，压力回收容腔分布位置直接影响柱塞腔压力过渡过程中的变化梯度，最佳分布位置为在吸油行程或者排油行程初始阶段，柱塞过上下死点13°，压力回收容腔配流结构在柱塞泵工作在高压、高速、小斜盘倾角时的降噪效果最佳，降低流量脉动和斜盘转矩脉动30~40%以上。 研究了压力回收容腔主动配流结构对关键摩擦副泄漏量和平均出口流量影响规律，研究表明：阻尼槽降噪效果以少量牺牲柱塞泵效率为代价，压力回收容腔配流结构可以提高容积效率0.5~3%，柱塞泵工作在高压小排量时，压力回收容腔配流结构提高容积效率的效果最显著，可以改善柱塞泵在斜盘倾角时效率低的固有缺陷。 相关研究成果发表论文20篇，其中SCI收录4篇，EI收录7篇，1篇会议论文被评为优秀论文；申请国家发明专利3项，其中授权1项；获得软件著作权1项；获得2013年度高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）——科技进步二等奖1项。培养博士生2名，硕士生4名。

轴向柱塞泵的高压化趋势对柱塞泵的降噪提出更高要求，申请人提出压力回收容腔新型主动配流结构，大幅度降低柱塞腔压力冲击和流量脉动，同时提高柱塞泵效率。构建考虑气穴模型的非等温流场模型，建立多柱塞耦合轴向柱塞泵主动配流仿真环境，建立基于无线传输技术的柱塞腔压力冲击模型泵和基于阻抗原理的流量脉动测试平台。研究高速开关阀启闭特性以阻尼匹配特性对主动配流的影响规律，多高速开关阀并联结构可行性方案，及高速开关阀闭环控制策略，优化压力回收容腔的体积、位置及最佳压力工作点，分析比较可变式容腔和固定式容腔控制精度，研究压力回收容腔主动配流结构对关键摩擦副泄漏量和平均出口流量影响规律，为研究高压低噪音轴向柱塞泵提供理论基础支撑。

主动配电网的特点主要有:

1)是含有大量中小容量的DG；

2)主动配电网中的功率是双向流动的；

3)主动配电网能够实现自我控制、保护和管理等功能。被广泛研究的微网(Microgrid )可以说是ADN的一种特殊形式。

学术界和工业界都己逐步将研究方向从单纯的新能源发电技术转向到新能源发电接入主动配电网和微网方面，并建立示范工程和实验系统，以证明新型配电系统的可行性和可带来的效益。

主动土压力是达到主动极限平衡状态时相应的土压力。当挡土墙受到墙后填土侧向压力的作用，向前平移或转动时，随着位移或转角的增大，墙后土体逐渐出现破裂直至达到极限状态而破坏，此时即为主动极限平衡状态。求解主动土压力时，通过与土的抗剪强度，剪切角和极限平衡条件相联系，最常用的是朗肯和库伦两个古典土压力理论两个土压力古典理论的基本要点和假定。朗肯土压力理论是以半无限弹性体内的应力状态并结合极限平衡条件来推导土压力计算公式的。为此，假定墙背垂直而且光滑，墙后土体表面水平并延伸至无穷远。库伦土压力理论是假定挡土墙发生移动，使墙后填土达到极限平衡状态时，将通过墙后踵发生一平面滑动面，然后根据滑动面以上的土体(称滑动棱体)力的平衡条件来推求土压力计算公式的。两个理论相比，库伦的适用范围广并且考虑了墙背的摩擦作用，故主动土压力的计算值比朗肯更接近于实际，但由于朗肯公式计算简单且可以考虑凝聚力的作用，所以在工程中仍被广泛应用。

主动配电网状态估计研究现状当前，基于传统配电网状态估计扎实的研究基础，国内外对主动配电网状态估计技术已开展相应研究工作，重点主要集中在主动配电网中新型伪量测的合理建模、状态估计算法的高效改进以及量测装置的优化、鲁棒配置等方面。

主动配电网状态估计技术新型伪量测物理量的合理建模与分析

在缺少足够的实时量测装置情况下要想获得全网的可观测，就必须对主动配电网中众多类型的DG和负荷向系统注入的功率进行合理建模，并以新型伪量测量的形式添加到状态估计模型中。

目前国内外在这方面开展的研究主要集中在不同类型DG并网机理的详细分析与建模以及主动配电网节点注入功率不确定性的建模与分析等方面，其研究成果都能够取得较为满意的结果。

主动配电网状态估计技术传统配电网状态估计算法的高效改进措施

基于WLS算法的传统配电网状态估计误差采用信息矩阵求逆的方法，物理意义不明确，且难以分析各类型量测的作用，不易于对未来主动配电网的规划和运行提供有效的指导。另外，随着配电网网络拓扑结构的日趋复杂，大量同步相量测量单元(PMU)、微型PMU 及智能电表(SM)等装置的规模化接入与应用，使得主动配电网状态估计需要处理海量的数据流信息，基于WLS算法的传统配电网状态估计在求解速度、数值稳定性方面都难以满足要求。

因此，对传统配电网状态估计算法进行高效的改进，意义重大。当前在这方面的研究主要集中于状态估计误差表示方法的有效改进措施、大规模主动配电网状态估计算法的高速求解策略以及主动配电网三相线性状态估计算法的研究等。

主动配电网状态估计技术主动配电网量测系统的优化与鲁棒配置

配电网的量测系统主要是为状态估计或者态势感知技术完成多元数据的采集与上传，其作用不言而喻。然而，主动配电网规模庞大，量测装置数量有限，试图通过在网络中尽可能大面积地安装量测装置从而确保全网状态估计精度的手段，不但不具备主动配电网运行的经济性能和现实意义，反而极有可能会使得网络中某些物理量被重复多次地进行量测，造成资源的极大浪费。

因此，如何利用现实网络中有限的量测装置来实现量测装置的优化配置和规划，兼顾主动配电网的实际运行情况，并加以考虑状态估计的精度、网络的可观性、运行与控制的经济性和鲁棒性等多重影响因素，意义重大。目前针对该问题开展的研究已取得一系列重大进展，主要包括考虑伪量测不确定性的主动配电网状态估计及其量测装置的优化配置以及考虑外部因素易造成状态估计精度下降情况下的主动配电网量测装置鲁棒配置等方面。此外，综合考虑网络中传统量测设备与PMU 和微型PMU等新型量测的混合配置方法也已经引起国内外学者的关注。