针对最常见的交流电机系统，以系统级串联和并联的思路，介绍了串联型拓扑集成和并联型拓扑集成两大方法．在串联型集成方法上，以开绕组电机驱动为基础，介绍了适用于调速范围拓展和容错的串联绕组拓扑及悬浮电容拓扑等．在并联型集成方法上，介绍了常规多相电机驱动、逆变器并联驱动三相电机及多模块电机驱动等技术，实现容错、电磁兼容和振动的改善．最后，针对以磁悬浮轴承为代表的特种电机，介绍多自由度电机和控制器集成的特殊方法．这几个案例说明：结合电力电子和电机的特点进行自由度的组合，可以更有效地改善电机系统的综合性能，实现电力电子化电机系统的真正集成．

针对风力机部分和模拟同步机运行特性的虚拟同步发电机(VSG)控制等呈现机电尺度控制特性，含一次调频控制的构网型全功率风机并网系统存在机电尺度动态稳定问题，建立了系统的机电尺度分析模型，通过特征值和参与因子分析提取了影响系统机电尺度稳定性的两个振荡模式及主导控制环节．针对两个模式应用阻尼转矩分析法研究了各控制环节对系统模式阻尼的作用路径和参数的影响规律．分析发现：对于振荡模式1，网侧端电压控制支路提供负阻尼，受端电压控制参数影响较大，受系统功率水平影响很小；对于振荡模式2，转速控制、桨距角补偿控制和桨距角控制通过影响相应支路的阻尼影响系统总阻尼，功率水平对总阻尼的影响与桨距角控制比例系数强相关．

针对现有电压支撑能力评估方法鲜有关注变换器控制动态和无功扰动期间电压变化速率，难以准确评估不同控制方式下变换器的电压支撑能力及其在快速扰动场景下的适用性，提出了一种基于等效无功弹性的变换器电压支撑能力评估方法．首先计及变换器控制策略，分别构建典型构网型和跟网型变换器的幅值运动方程．然后，基于幅值运动方程，提取了与电压变化速率关联的等效无功弹性JQ作为电压支撑能力的评估指标；通过分析JQ的幅频特性，对比评估了两类变换器在无功快速波动下的电压支撑能力及相关差异．最后，在Matlab/Simulink中搭建仿真模型，验证了分析的准确性．

针对风电场经柔直送出系统中的次同步振荡会在换流器交直流侧之间传播的问题，提出了次同步振荡传播系数来定量描述次同步振荡在柔直系统中的传播．基于次同步振荡传播系数，研究了次同步振荡在柔直系统中的传播特性，并以此为依据确定了风场经柔直送出系统中次同步振荡监测设备的布置位置，同时提出了确定振荡主导换流器的判据．结果表明：次同步振荡在从送端换流器的交流侧传播到直流侧的过程中可能放大振荡，并进一步传播到受端换流器的交流侧，因此在柔直直流侧与受端换流器交流侧都应该布置振荡监测设备；次同步振荡几乎不能从送端换流器直流侧传播到其交流侧，因此当风场观测到明显振荡现象时，可以判断送端换流站为振荡主导换流器．

针对直线推进电磁能装备有限元计算过程中电枢速度计算精度不足的问题，提出了考虑动态接触电阻的直线推进电磁能装备改进模型，以使计算结果更接近实际工况．首先，推导直线推进电磁能装备电枢运动条件下的控制方程，进行有限元分析．然后，考虑动态接触电阻对电感梯度及电枢速度的影响，在有限元分析基础上建立考虑动态接触电阻的改进模型，并采用改进粒子群优化-遗传算法(PSO-GA)对所建立模型进行参数辨识，得到考虑动态接触电阻影响下的电感梯度及电枢速度预测函数．最后，搭建电磁能装备直线推进实验平台，对电枢速度进行测试．通过对比改进模型预测值与实验测试值可知：改进模型可以进一步减小计算误差，预测结果与实际测试情况呈现较好的一致性，为直线推进电磁能装备全真模拟研究提供了一定的理论依据．

针对直驱风电并网系统次同步等幅振荡形成机理及限幅环节动作对振荡特性的影响问题，基于时域模型复现了因直流电压外环比例积分(PI)调节器输出限幅饱和引起的次同步等幅振荡现象，重点分析了限幅环节对系统动态特性的影响．基于特征值分析法，从限幅饱和后直流电压环失效所获得的物理降阶系统的角度，解释了限幅环节动作后直驱风电并网系统发生次同步等幅振荡原理．结果表明：直流电压外环PI调节器输出限幅环节周期性陷入饱和会显著影响系统的动态行为；限幅环节周期性陷入饱和过程中伴随系统周期切换，主导次同步振荡模态随之切换，次同步等幅振荡特性表现为发散振荡和衰减振荡的耦合，而不是传统意义上阻尼比为零的等幅振荡．

针对弱电网下并网逆变器的锁相环及电流环参数设计不当极易引起稳定性问题，提出了一种计及并网逆变器暂态稳定约束的控制参数可行域优化设计方法．首先，采用D分割法获得满足幅值裕度、相位裕度和带宽等多重约束条件下并网逆变器锁相环和电流环的控制参数可行域；然后，结合并网逆变器奇异摄动模型中快、慢子系统暂态稳定约束条件进一步优化上述参数可行域；最后，基于所设计的控制参数，通过SpaceR硬件在环实验平台进行了验证，结果表明该方法所设计出的参数能够同时保证并网逆变器的控制性能与暂态稳定性．

电力系统发生扰动后的频率动态响应过程中，针对不留取备用功率而只依靠转子动能释放提供短时频率支撑的风力发电机组，提出一种调频策略以接近最小化调频代价．分析了调频能量释放对频率响应的影响，使用状态转移矩阵推导量化了不同时刻能量释放对频率变化的作用；构建了基于聚合模型的调频能量短时释放的最优控制问题，从能量视角解析得到调频能量释放的最优轨迹；进一步考虑其实际实现方法，提出一种一次调频阶段风电机组短时频率支撑策略，将该策略应用于典型算例，验证了该辅助调频策略的有效性．结果表明：提出的调频策略能够在保证电网频率安全稳定的前提下，优化风电机组转子动能释放、降低风电机组调频代价，兼具可靠性与经济性．

针对光伏发电爆发式增长、规模化并网，配电网结构和运行状态发生较大改变，配电网的可靠性和安全性受到挑战的问题，以广义短路比(gSCR)、节点电压关联裕度(VIMI)和电压偏差作为配电网承载能力评估指标，提出了一种提高配电网承载能力的分布式光伏选址定容双层规划模型．上层以配电网承载能力最大为目标，对分布式光伏设备进行选址定容；下层规划以网损最小为目标，调节光伏设备无功出力，优化光伏接入容量．利用天牛须(BAS)-粒子群算法和二阶锥松弛方法对模型进行求解．最后通过案例验证模型的有效性，结果表明所提方案具有良好的鲁棒性和适用性．

为了提高锂电池荷电状态(SOC)估计的精度，提出一种基于残差收缩网络(RSN)与门控循环单元(GRU)并行融合的锂电池SOC估计方法．RSN提取锂电池参数输入序列的局部特征并通过一个小型子网络去除多余的噪声，GRU提取锂电池多参数输入序列的时序信息，最终将RSN和GRU进行并行融合得到锂电池的SOC估计值．多种动态工况及不同温度下的实验结果表明：RSN-GRU并行融合网络能显著提高锂电池SOC估计精度，在25 ℃环境温度下估计结果的平均绝对误差为0.34%，均方根误差为0.51%，比单独的GRU和RSN估计精度分别提升了50%和61.7%．另外，将RSN-GRU与其他多种常用网络进行了对比，结果表明该网络SOC估计精度更高，具有明显的优越性．

为满足快速发展的电动汽车行业对高功率密度SiC功率模块的需求，进行了1 200 V/500 A高功率密度三相全桥SiC功率模块设计与开发，提出了一种基于多叠层直接键合铜单元的功率模块封装方法来并联更多的芯片．利用互感对消效应减小寄生电感，导电面积增加了1倍，以减小功率模块的总面积．在电磁学与热力学仿真分析的基础上，进行了实物制作与性能测试．仿真与实验结果表明：与传统的封装方法相比，该封装方法减少了34.9%的尺寸，并减少了74.8%的寄生电感，使得门极具有更高的稳定性，且当直流300 A电流时，单相最高结温为158 ℃．

提出了一种新型多级沟槽结势垒肖特基(MTJBS)二极管结构，并利用Silvaco TCAD软件对其进行仿真优化．结果表明：在相同的结构参数下，当反向偏压等于1 200 V时，JBS二极管的肖特基接触处的峰值电场比MTJBS二极管高50.0%；在1 200 V反向偏压下，当器件表面峰值电场等于1 MV/cm时，JBS二极管肖特基接触面宽度为1.6 μm，MTJBS二极管肖特基接触面宽度为3.0 μm．采用相同器件参数制备JBS与MTJBS二极管并进行电学性能测试对比，MTJBS二极管的正向导通特性未显示出明显的退化，但击穿电压提高了约200 V，同时反向漏电降低了2个数量级．

建立了不同粗糙壁面微通道努森压缩机模型．采用滑移边界的数值方法，从流动机理出发研究了粗糙形状、粗糙元周期和粗糙元高度对微通道流动及增压性能的影响．研究表明：影响正弦、矩形、随机壁面热流逸流的因素分别为沿正弦壁面路径单位长度的温差梯度、凹陷处和交界面的低速涡旋、沿随机壁面路径单位长度的温差梯度．正弦和矩形壁面微通道的热流逸流和增压性能随粗糙元周期增加而增大，随粗糙元高度增加而减小．相同粗糙元周期或高度下，正弦壁面抵抗增压性能下降的能力比矩形壁面更强．

为提高事故工况下安全壳隔离阀的密封性能，以某DN250蝶阀为研究对象，提出一种泄漏率预测方法．联合微细尺度下的密封副接触界面间隙流动的数值仿真和宏观尺度下的密封副力学变形特性仿真，建立了泄漏率与各种因素之间的定量关系．通过与实验测量结果比较验证了模型的有效性．将该模型应用于密封性能影响因素分析，结果表明：减小密封面粗糙度、增大密封副过盈量，严格防止阀板负角度位移发生等，可以有效控制蝶阀的泄漏率，而材料硬度对泄漏率的影响并不显著．在分析的基础上，提出以泄漏率为直接指标确定阀门密封副最小过盈量的方法，可有效指导阀门密封副的设计与维护．

以东南沿海某风电场24台兆瓦级风电机组为例，基于中尺度数值模式并结合风电场参数化模型，对台风天气下该风电场局地风速、风向、风功率密度、湍动能等特征量的时序演变特征和空间分布特性进行分析．结果表明：数值模拟结果与观测结果平均误差在1 m/s以内；未受台风影响时风电场在轮毂高度处速度亏损最大，垂向上尾流影响范围在3倍轮毂高度左右；受台风影响时，风电场尾流受台风强迫作用而呈现尾流偏转效应，尾流最大偏转角可达33°；风电场尾流会增加附近区域的湍动能水平，在水平方向上影响区域持续至下游4~8倍风场直径，在垂向上影响范围可达3.5倍轮毂高度处．风电场下游较远处湍动能分布受下垫面、风电场尾流和极端风况的耦合调制作用，进而呈现典型的大尺度旋涡绕流结构．

通过正交试验法向经典曳力模型中添加颗粒拟温度项以改进曳力模型，并对比改进模型BVKM-1和BVKM-2与原始模型在鼓泡流化床算例中的表现．结果表明：正交试验法参数寻优可大幅减小工作量，适合CFD-DEM曳力模型改进研究．通过向曳力模型以多项式形式添加颗粒拟温度项，改进模型的时均结果得到了显著改善．在y=35 mm截面x=1.01 mm处，BVKM-2模型与实验值的相对误差仅为14.03%，而原始BVK模型的相对误差高达93.73%．BVKM-2模型的表现优于BVKM-1，也更接近原始BVK模型．BVKM-1和BVKM-2形式类似，参数略有差别，但模拟结果差别较大，这说明向曳力模型以多项式形式添加颗粒拟温度项时，模拟结果对多项式的参数非常敏感．

为更加准确地指导低温贮箱多层绝热(VD-MLI)/气冷屏(VCS)复合绝热结构的设计，建立了VD-MLI/VCS二维模型．考虑了VCS内蒸气升温对绝热性能空间分布的影响，并就传统一维模型和新建二维模型的预测能力与复合绝热结构的传热规律开展了对比分析．结果显示：VCS布置于VD-MLI第16层时漏热热流最小，为0.11 W/m2，最小漏热处一维模型对贮箱漏热量产生9%的低估；沿氢气流动方向贮箱漏热热流从0.02 W/m2升高至0.23 W/m2，VCS冷却效果逐渐减弱．VD-MLI/VCS绝热结构的温度场随VCS的位置改变呈现不同形式的二维分布，造成贮箱各处绝热性能不一致，建议在VD-MLI总厚度的26.7%~68.3%内布置VCS．

针对绿色数据中心的高效散热和节能降耗需求，开展了基于环路热管的数据中心服务器芯片级散热技术研究，完成了高性能环路热管在真实服务器上的应用开发和不同冷端温度条件下的测试实验．实验结果显示：在相同测试条件下，液冷式环路热管对服务器芯片的控温值比传统翅片热沉结构降低29~32 ℃，风冷式环路热管对服务器芯片的控温值比传统翅片热沉结构降低29~30 ℃，为提高数据中心的供水温度和送风温度而降低数据中心制冷能耗创造了条件．采用环路热管芯片级散热技术的服务器整机噪声值降低25~30 dB，改善了机房内人机环境的友好性．

在不增加冷源氦气消耗前提下以提高氦气纯化器的污氦气处理能力为目标，分析了氦气内纯化的工作过程．优化了氦气内纯化器新流程，利用液化杂质冷量可有效降低冷源氦气消耗量，有利于扩展内纯化器低纯度氦的处理范围．设计了一台氦气内纯化器并开展了相关实验，结果表明：新内纯化器可将氦气纯度约为92.0%的污氦气提纯至99.999%高纯氦气；相较于现有商用氦气内纯化器，优化后内纯化器流程在不降低冷源氦气消耗的前提下，使得污氦气处理范围由氦气纯度95.0%扩展到92.0%．当高纯氦气产量不低于180 L/min时，冷源消耗量约32 L/min，冷源氦气消耗量降低约54.3%，新的内纯化器流程有利于提高为内纯化器提供冷量的氦液化器的液化量．

以低比转速离心泵为研究对象，提出一种叶片前缘布置凹槽结构的空化抑制方法．结合修正的SST k-ω湍流模型和Z-G-B空化模型对离心泵进行数值模拟，并将试验与模拟进行对比分析．结果发现：凹槽结构提升了离心泵的断裂扬程，降低了临界空化余量；在不同的空化阶段降低了漩涡强度，优化了周围流场的流动状态，诱发相对高压并改善涡量场；减少了各空化余量下离心泵的空泡体积，降低了多个监测点压力脉动主频幅值．凹槽结构有效限制离心泵空化发展，使离心泵的运行更加稳定．

为进一步提高直叶片垂直轴风力机在大攻角状态下的气动性能，考虑双层翼型相互作用对翼型边界层状态的影响，基于数值模拟和正交实验方法，研究了双层翼型主要结构参数对直叶片垂直轴风力机动态气动特性的影响．结果表明：双层翼型间距是影响垂直轴风力机气动性能的主要原因；在最佳翼型间距与叶尖速比下，内层翼型对直叶片垂直轴风力机的扭矩系数平均贡献度约为29.5%，外层翼型对直叶片垂直轴风力机整体的扭矩系数平均贡献度提高了6.9%；双层翼型垂直轴风力机的内层翼型在提供扭矩系数的同时，也改善了外层翼型的流场特性；内外层翼型的相互作用能够有效增强直叶片垂直轴风力机的气动性能，双层翼型翼缝结构有助于提高流体动能，当叶尖速比为3时，翼型压力面尾缘附近流速最大提高约11%，进而使内外层翼型压力面和吸力面之间的压差增加，有效抑制了内外层翼型吸力面的边界层分离．

利用OpenFOAM建立了球形传播火焰数值模型，模拟了球形火焰传播过程．以甲烷-空气混合物为例，通过球形传播火焰实验获得了火焰半径时程数据并计算了层流燃烧速度，实验结果验证了模型的可靠性．在此基础上，研究了火焰锋面选取对球形传播火焰方法测量层流燃烧速度的影响．结果表明：在球形火焰传播过程中，若火焰结构无明显变化，则不同火焰锋面选取标准获得的火焰半径时程数据存在少量差异，这些差异主要是由火焰厚度引起的．当温度不合理时，使用非线性外推公式计算的层流燃烧速度会产生约6%的误差；而使用特定参数最大作为选取标准时则会产生约0.4%的误差．

借助压力试验探究了不同压强下有无鳞鱼的损伤情况，得出压力损伤阈值后结合离散元素法(DEM)计算灯泡贯流式水轮机内鱼体受不同损伤的概率．研究结果表明：当正压低于0.4 MPa时试验鱼均无损伤；当压力降低到-20 kPa时试验鱼出现损伤，选取-20 kPa作为压力损伤的数值模拟阈值．相同水头下，导叶开度越大，鱼体受伤概率越大；相同导叶开度下，随着水头增加，鱼体在转轮区域受压力、压力梯度和剪切损伤的概率逐渐增加，受撞击的概率逐渐减小，并且前三者增加的幅度要比撞击损伤概率减小的幅度更大．叶片撞击与负压是导致鱼体损伤的主要因素，最高损伤概率分别为18.92%和18.01%；压力梯度及剪切力是次要因素，最高概率仅为5.43%和0.035 2%．