领跑者5000论文

安全科学技术

露天采矿爆破振动对民房破坏的旋转森林预测模型

邵良杉，赵琳琳

摘要：目的：爆破是露天矿开采的主要技术之一，随着露天矿开采爆破技术和新型炸药研制的发展，各种复杂条件下的百吨级、千吨级，甚至万吨级大爆破不断出现。爆破振动产生的冲击波等已影响周围民房。从爆破振动波形或爆破振动强度2个视角分析爆破振动危害十分困难。本文利用因子分析和旋转森林模型，探索爆破振动参数、民房结构与民房受破坏程度间关系，进行爆破振动对民房破坏的预测。方法：应用因子分析及旋转森林理论，选取爆破振动幅值、主频率、主频率持续时间、灰缝强度、砖墙面积率、房屋高度、屋盖形式、围梁构造柱、施工质量、场地条件为影响因素。建立基于因子分析的露天采矿爆破振动对民房破坏的旋转森林预测模型。首先，根据露天采矿爆破振动对民房危害的44组工程数据，选取32组为训练样本，12组为测试样本。并依据爆破振动对民房破坏情况将民房的破坏分为基本完好、轻微损伤和破坏3个级别。其次，利用训练样本，对10个影响因素进行Pearson相关分析，获得影响因素间的相关系数，并依此系数对影响因素进行因子分析。最后，将因子分析确定的公共因子和相关程度弱的影响因素作为旋转森林模型的输入，民房的破坏作为输出，建立爆破振动对民房破坏的旋转森林预测模型。结果：从相关分析中可以看出，灰缝强度、房屋高度、屋盖形式、圈梁构造柱和施工质量之间相关性较强；爆破振动幅值、主频率、主频率持续时间、砖墙面积率和场地条件之间相关性较弱。从因子分析中可以看出：（1）利用相关性较强的5个影响因素提取的2个公共因子，能够携带原影响因素的93.77%信息；（2）第1个公共因子在屋盖形式、圈梁构造柱和施工质量的特征值最明显，说明在影响在影响露天采矿爆破振动对民房破坏因素中，其影响程度更大。从旋转森林预测模型预测结果分析中可以看出：（1）所建的模型误判率为1/6，模型可靠，意义明确；（2）与FDA模型及Bayes模型预测结果对比中，在预测精度和效率方面明显更高，复杂度因输入影响因素数目减少而降低。结论：（1）应用因子分析理论研究露天采矿爆破振动对民房破害程度的影响因素，实现对影响因素降维，避免由于因素间的相关，促使某些信息重合，致使利用旋转森林模型分类时夸大某些因素作用的问题，以及计算结果发生畸变。（2）基于因子分析所得的公共因子，以及相关性较弱的影响因素，建立的露天采矿爆破振动对民房破害的旋转森林预测模型，预测结果与实际情况较吻合，预测能力强，精度高，模型学习效率高。（3）建立的预测模型对分界点附件样本判别能力有限，尤其对破坏程度处于中间级别的样本，且未考虑错判样本造成的损失。

来源出版物：中国安全科学学报, 2013, 23(2): 58-63

入选年份：2017

兵器科学与技术

用弹簧探针法测试含硼铝炸药的爆轰性能

李兴隆，刘清杰，宋清官，等

摘要：目的：为探索硼铝复合粉在热固PBX中的应用，采用钝化HMX和AP、减少硼铝复合粉的形貌缺陷、相对增加黏结剂的含量可降低含硼铝炸药的机械感度，使其达到PBX炸药柱制备和机加的安全要求。含硼铝炸药研制过程中，其爆速和爆压是测试的基本性能参数。弹簧探针法将电探针安装在成型药柱的侧面，合金探针接触部位为半球型点接触，测量间距和探针数量可调、响应快、测试精度满足使用要求，是炸药爆速测试的一种补充电测法。方法：样品制备：（1）根据配方称取一定量的钝化 HMX、AP、Al、硼铝复合粉和黏结剂，经过配料、升温熔化和搅拌，人工装入Φ 50 mm×150 mm纤维管中。然后，50℃固化120 h，得到带壳体样品。（2）根据配方称取一定量的钝化HMX、Al、硼铝复合粉和黏结剂，经过配料、升温熔化和捏合，真空振动浇注成型Φ 50 mm×110 mm药柱。然后，50℃下固化120 h，冷却至室温开模，得到无壳体样品。测试方法：（1）装配时，在成型炸药柱的侧面下端沿轴向固定长110 mm有机玻璃探针支架，支架上有7个Φ 0.7 mm相距15 mm的通孔，用于精确装配弹簧探针，弹簧探针导线通过网络板与示波器连接。然后，将药柱底面固定在45#钢鉴证板中心位置。（2）含硼铝炸药样品被8#雷管和传爆药引爆后，经过一段距离的传播达到稳定爆轰，爆轰波到达弹簧探针头部位置时导通的电信号传递到示波器，在示波器中依次记录波形图。根据波形图获得各探针之间爆轰波传播的距离和时间计算爆速。分别用经验公式和相对凹坑深度法计算爆压，并讨论硼铝复合粉含量对其爆轰性能的影响。结果：（1）手工浇注成型的炸药柱密度在 1.530～1.570 g/cm3之间，爆速在6.900～7.400 mm/μs之间，爆压约19 GPa，适用于含硼铝炸药配方筛选。（2）真空振动浇注成型的炸药柱均匀性较好。PF-3中使用了20%质量比1∶1的硼铝复合粉，铝粉的燃烧更易带动硼粉的燃烧，含硼铝炸药的组合效应促使部分硼铝复合粉在反应区参加反应。因此，PF-3的爆速和爆压比其他配方高。结论：（1）弹簧探针法测得的爆速是曲面爆轰波侧向波阵面的传播速度，测量精度受到侧面稀疏波的影响，同时受探针支架的加工精度、探针支架与炸药柱装配精度的影响。（2）弹簧探针法测试炸药柱爆速具有安装方便、测量间距和探针数量可调等优点。对大尺寸含硼铝炸药柱，可直接用弹簧探针法测试获得其爆轰性能参数。该方法可推广应用于其他含金属炸药、液体炸药和浆状炸药的爆轰性能测试。

来源出版物：火炸药学报, 2017, 40(6): 59-65

入选年份：2017

测绘科学技术

基于多视影像匹配模型的倾斜航空影像自动连接点提取及区域网平差方法

张力，艾海滨，许彪，等

摘要：目的：自动可靠地获取精确且均匀分布的连接点并进行区域网平差解算，是使用倾斜航空影像进行高精度测绘、三维信息提取和三维城市模型构建等应用的前提。与传统的近似垂直航空影像相比，倾斜航空影像之间存在地物几何变形、分辨率差异、影像旋转、地物相互遮挡等问题，传统基于灰度和多数基于特征的影像匹配算法在应用于倾斜航空影像时成功率和可靠性大大降低，甚至失败。因此，本文提出了一种实用化的大重叠率倾斜航空影像的全自动连接点匹配和联合区域网平差方法，避免了现有大多数算法的缺陷。方法：首先，充分利用POS数据和平均飞行高度数据，避免了现有大多数算法所采用的类似于“盲搜索”和“穷举法”、预先纠正倾斜视影像等耗时且稳健度低的缺陷；其次，针对倾斜航空影像因遮挡严重，尺度和光照变化大而引起的同名点匹配困难，在充分利用POS系统提供的初始外方位元素的基础上，顾及其误差，组合使用改进的ASIFT算法和基于窗口的多角度多视影像匹配算法，并采用由粗到细的多分辨率分层匹配策略得到最终的自动转点结果。结果：本文利用多组传感器（如UltraCam UCO、SWDC-5等）和城市中心区、居民区和城乡结合部等典型试验区域的倾斜航空影像数据针对算法的性能进行了大量试验，试验结果验证了所研发的算法的可靠性、精度和实际性能。① 全自动提取的连接点经区域网平差并自动剔除粗差后，其单位权中误差都达到了子像素，连接点在影像中的分布也比较均匀。② 由于采用了多视影像匹配方法，所获得的连接点的“光线束”可有效保证区域网的连接强度，对于常规 60%/30%航向/旁向重叠度的影像，自动提取连接点的“光线束”平均为 24左右，对于85%/60%航向/旁向重叠度大重叠度影像，连接点的“光线束”平均为75以上，最大“光线数”甚至超过了100，这些冗余信息非常利于平差过程中粗差的剔除。③ 基于WMVM算法的连接点自动提取方法很好地解决影像中因地物遮挡、缩放和旋转等几何变形、地物表面断裂、特征相似等困难匹配问题，也能够同时顾及倾斜航空影像之间辐射响应和摄影分辨率不一致的实际情况，甚至是人工都十分难以量测的情况都可以获得正确的匹配结果。结论：本文在分析国内外针对倾斜摄影影像数据自动空3处理算法的基础上，提出了一种实用化的倾斜航空影像全自动连接点匹配和联合区域网平差方法。一方面，针对倾斜航空影像因遮挡严重，尺度变化大和几何变形严重而引起的同名点匹配困难问题，充分利用POS数据等初始数据，同时顾及这些数据的误差，通过有效组合一种改进的ASIFT算法和基于窗口的多角度多视影像匹配模型WMVM，使用由粗到细的多分辨率分层匹配策略完成连接点的全自动提取；另一方面，本文在传统的最小二乘光束法平差的基础上，根据倾斜航空影像数据的特点，提出了基于稳健估值原理的粗差自动探测与剔除关键算法。本文提出的组合方法避免了现有大多数算法所采用的类似于“盲搜索”和“穷举法”、预先纠正倾斜视影像等耗时且稳健度低的缺陷，是一种实用化的解决倾斜影像自动空三的方法。

来源出版物：测绘学报, 2017, 46(5): 554-564

入选年份：2017

整体最小二乘估计的研究进展

刘经南，曾文宪，徐培亮

摘要：目的：整体最小二乘估计作为经典最小二乘估计的扩展，近 20年来被广泛地应用于信号处理、计算机视觉、图像处理、通信工程以及大地测量与摄影测量等测绘相关领域，是各专业领域进行数据处理的基本方法。本文旨在以整体最小二乘估计数学内涵的发展为脉络，系统地阐述整体最小二乘估计的研究进展情况。方法：基于整体最小二乘的估计算法、估计结果的统计特性和可靠性3方面完整地综述了整体最小二乘估计方法的研究进展，对重要理论和方法的数学本质进行了评述。估计算法分析方面，阐述了从基于数值逼近理论的经典整体最小二乘算法至加权整体最小二乘算法，以及近年来整体最小二乘扩展算法的发展。整体最小二乘估计结果的统计特性方面，分析了整体最小二乘解的渐进无偏性、参数估计值的偏差、精度估计以及单位权方差等方面的进展。论文阐述了当观测系统存在单个粗差时EIV模型的可靠性理论研究的成果。结果：（1）整体最小二乘方法本质上是对经典最小二乘方法的扩展，对于EIV模型而言，整体最小二乘因同时顾及了系数矩阵和观测向量的随机误差，其估计结果比最小二乘解更真实。（2）整体最小二乘算法研究经历了从基于数值逼近理论的 SVD等经典算法等到统计意义下的加权整体最小二乘算法。通过对EIV模型的不断扩展和精化，由假定系数矩阵元素全部包含误差的EIV模型的整体最小二乘算法扩展到基于一般形式的partial-EIV模型的整体最小二乘算法，由等权条件下的整体最小二乘算法发展到一般权矩阵下的加权整体最小二乘算法，由线性EIV模型扩展到非线性EIV模型，由仅考虑随机误差的TLS估计扩展到同时考虑粗差的稳健整体最小二乘估计，由待估参数为固定值的整体最小二乘估计扩展到考虑待估参数先验信息的整体最小二乘配置算法等。（3）整体最小二乘的算法研究在理论上已经取得了较为丰富的成果，但由于整体最小二乘属于非线性估计，模型和算法的复杂性要远高于最小二乘估计，如何进一步简化算法和提高算法的效率是今后整体最小二乘估计算法研究的重要目标。（4）有限样本情况下的加权整体最小二乘解的精度评定公式具有普遍适用性，非线性TLS解、附有约束的 TLS解等的精度分析尚待研究。（5）EIV模型可靠性指标的定义公式的推导以及一般情况下（如含多个粗差可靠性评价的方法）可靠性评价的方法等研究有待开展。

来源出版物：武汉大学学报（信息科学版）, 2013, 38(5):505-512

入选年份：2017

地理学

基于转移矩阵的高度城市化区域土地利用演变信息挖掘——以江苏省苏州市为例

乔伟峰，盛业华，方斌，等

摘要：目的：对土地利用转移矩阵的应用方法进行深入挖掘。在对转移矩阵的应用进行系统总结的基础上，对已有分析模型进行改进并构造新的模型，可提取转移矩阵中的丰富隐含信息。以快速城市化区域苏州市为例，应用新方法和新模型对区域土地利用演化进行深入探讨，以验证新模型与新方法的实用性。方法：通过对土地利用转移矩阵及其相关模型进行改进并构造新的模型，挖掘土地利用演变信息。通过深入分析土地利用转移矩阵的统计规律，归纳了其统计特点；结合对地类转移概率矩阵的分析，提出了利用连续分时段土地利用转移矩阵求算总时段转移矩阵的方法；改进了地类变化量的计算方法和单项地类动态度的计算模型，改进了综合土地利用动态度模型；提出了地类转移无序度的概念、含义并构造了计算模型。结果：（1）1999—2008年10年间苏州市耕地的总变化量最大，占土地总面积的11.2%，其次是其他农用地和独立工矿用地；在总变化量的构成中，耕地和独立工矿的主导变化是净变化，10年间耕地以数量的减少为主，独立工矿以数量的增加为主，而其他农用地以交换变化为主导，表明其变化主要表现为空间位置的转移；分年份考察耕地、居民点及独立工矿用地的变化量，2004年耕地的总变化量最大，其次是2002年，耕地历年交换变化量的变化幅度不大，净变化量的年度变化规律和总变化量相同，居民点与独立工矿用地总变化量在 2003—2005年处于最大的一个时期，1999年交换变化量占总变化量的 86%，以地类景观在空间上的交换为主，而2007年和2008年净变化量占总变化量的 93%和 87%，主要体现为数量的增加。（2）10年间各地类的动态度前3位依次为独立工矿用地、其他农用地、建制镇，单项地类动态度均超过了50%，其他土地和特殊用地的动态度最低，均不到10%；综合动态度在一定程度上反映人类对土地利用的影响程度，该值在2004年和2002年最大，分别为4.17%和3.39%，1999—2001年的动态度较低，经过了2002—2004年的峰值后呈逐年降低状态。（3）在地类转移无序度方面，其他农用地、交通运输用地的地类转移无序度居前2位，分别为 8.95%和 7.87%，交通运输用地该值较大在一定程度上与变更调查的地类认定有关；其他地类的地类转移无序度均不高，说明苏州市 10年间的土地利用演化较为有序，1999—2008年的地类转移无序度分析与上轮苏州市土地利用总体规划的规划执行期（1997—2010年）基本吻合，可部分反映上轮规划的执行情况，说明规划的执行比较有效。结论：土地利用转移矩阵具有丰富的统计学特征。深入分析了土地利用转移矩阵和地类转移概率矩阵及其应用方法，改进了地类变化量和土地利用动态度的计算模型，提出了地类转移无序度等概念并构造了计算模型。相关方法和模型在苏州市的土地利用演变分析中进行了实证，证明有较好的实用性。作为研究土地利用/覆被变化的有效工具，转移矩阵及其相关模型的应用必将随着全球变化研究的深入而不断深入。

来源出版物：地理研究, 2013, 32(8): 1497-1507

入选年份：2016

地球物理学

层状横观各向同性场地地震反应分析

梁建文，潘坤，巴振宁

摘要：目的：沉积风化作用使得天然土体表现出明显的各向异性，尤其是水平向和竖向的参数性质存在较大差异。因此，将天然土体视为横观各向同性（TI）介质更为符合实际情况。然而目前还鲜有关于层状TI场地自由场地震反应的研究。本文即是将刚度矩阵方法：做进一步拓展，建立基于TI介质模型的精确动力刚度矩阵，并进一步研究TI场地的自由场地震反应。方法：首先采用傅里叶变换，将以位移形式表示的TI介质动力平衡方程变换到频率和波数域中，采用势函数方法：求解动力平衡方程；进而推导TI土层和TI半空间的精确动力刚度矩阵，并集整各土层和半空间动力刚度矩阵建立层状TI场地的整体精确动力刚度矩阵；最后在整体动力刚度矩阵的基础上，采用直接刚度法求解各土层交界面上的位移，进而就求解出了各层内任意位置的位移和应力等动力响应。通过与已有结果：以及与经典EERA程序计算结果：的比较验证本文方法：的正确性，进而采用该方法：来研究层状TI场地的自由场地震反应。结果：分别在频域和时域内开展了数值计算分析，研究了土体 TI性质、地震波入射角度和地震波类型等对地震反应的影响。在频域分析中，计算了基岩上单一土层场地在不同土体TI参数下，入射角度分别为0°（垂直入射）、30°和60°时，qP波和qSV波分别产生的地表竖向位移幅值放大谱和水平位移幅值放大谱，并给出了位移放大谱中第1，2和3阶峰值频率及其对应峰值；在时域分析中，同样以基岩上单一土层为例，给出了基岩上单一土层场地的地表加速度时程和地震加速度反应谱。求解中选取El Centro波（0.1 g）作为输入地震波作用于基岩露头，通过快速Fourier变换求得了qP波入射下地表的竖向加速度时程和qSV波入射下地表的水平加速度时程，进而求出各自对应的地震加速度反应谱。结论：通过对层状TI场地自由场地震反应分析研究得到了以下主要结论。（1）土体TI性质的引入，使得地震波在场地中的传播变得更为复杂，TI场地与其等效各向同性场地对应的地震反应之间存在显著差异。（2）土体TI参数的改变，导致了弹性波在土层中相干机制的改变，使得不同TI参数场地对应的位移幅值放大谱显著不同，尤其是qP波和qSV波以倾斜角度入射时存在波型转化问题，TI参数的改变进而改变了各种类型波的相互作用机制，使得位移幅值放大谱更依赖于土体的TI参数。（3）土体TI参数的改变，改变了场地的动力特性，也即改变了土层对地震波的滤波和放大效应，使得不同TI参数场地对应的加速度时程和相应地震反应谱也明显不同。（4）相对于qP波，qSV波对应的场地地震反应受土体TI参数的影响更为显著。

来源出版物：地震工程与工程振动, 2017, 37(4): 1-14入选年份：2017

地质学

川东南綦江丁山地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气地质条件综合评价

魏祥峰，张晖，赵正宝，等

摘要：目的：在美页岩气勘探的启示下，中国页岩气取得了快速的发展，在四川盆地发现了涪陵、威远、长宁、昭通等已具备商业性开发的页岩气田，但由于我国页岩气勘探开发仍处于起步阶段，在影响页岩气富集高产主控因素方面仍研究相对薄弱，因此本文重点从川东南涪陵、綦江丁山地区等勘探实际资料出发，在详细对比该地区重点探井页岩气评价关键参数的基础上，总结该地区页岩气富集高产的主控因素和保存模式，以期为其他复杂构造区海相页岩气勘探开发提供经验。方法：首先，通过系统的分析化验资料，开展丁山地区页岩气地化参数、物性、含气性等关键参数进行统计分析，以评价研究区页岩气形成基本地质条件；其次，通过宏观和微观相结合，建立优质页岩厚度、品质、物性、构造特征等因素与探井页岩气层含气性和产量之间的关系，明确影响页岩气层含气性的主控因素；最后，综合页岩埋深、构造特征，并结合影响含气性的主控因素开展研究区页岩气综合评价，优选出有利勘探目标区。结果：丁山地区五峰组—龙马溪组深水陆棚优质页岩发育，TOC≥2%的优质页岩连续厚度在30 m以上，平均TOC较高，大于3%，热演化程度适中，介于2.14%～2.24%，物性相对较好，平均孔隙度大于3%，含气量一般大于3 m3/t，总体揭示丁山地区具有较好的页岩气勘探潜力。同时明确了丁山地区处于不同构造位置、不同埋深的DY1井、DY2井的含气性差异，其中远离齐岳山大断裂、埋深在4000 m以深地方的DY2井含气性、测试产量明显比位于丁山鼻状断背斜南段高部位、距齐岳山断裂仅8.5 km的DY1井要好。结论：构造样式是控制页岩气富集的一个重要因素，正向构造是四川盆地内最有利于页岩气富集的构造类型，而位于盆缘、靠近齐岳山断裂的丁山鼻状断背斜构造，同样有利于页岩气富集，但齐岳山断裂决定了其不同构造部位的含气性；在离齐岳山断裂距离较近、埋深较浅的构造部位，裂缝更加发育，页岩横、纵向渗透性增大，页岩气更容易发生大规模逸散，最终造成页岩气层含气性差。在此基础上，综合页岩埋深、构造特征，将丁山构造划分为浅埋平缓区、西部高角度斜坡区、中部低缓区、东部高角度斜坡区、深埋平缓区5个区带；以优质页岩厚度为基础，“构造与保存条件”为关键，并结合页岩埋深，优选出丁山地区中部低缓斜坡区为最有利区带。

来源出版物：地质论评, 2017, 63(1): 153-164

入选年份：2017

电气工程

基于模块化多电平换流器的大型光伏并网系统仿真研究

姚致清，于飞，赵倩，等

摘要：目的：光伏产业的迅速发展，使得光伏发电容量大幅度提升，因此光伏阵列发电效率低、光伏并网发电对电网影响大等问题日益突显。基于模块化多电平换流器的大型光伏并网系统结构，不仅可以提高光伏阵列的太阳能利用率，还可以满足对光伏逆变器单体容量大、电压等级高的要求，又能减小对电网的谐波污染，实现有功无功单独控制，并无需进行额外的无功补偿。方法：基于MMC的光伏并网系统为多级式并网系统，主要包括光伏阵列PV（photovoltaic array）、DC-DC变换电路、MMC以及变压器等。其中SM（sub-module）为MMC子模块，将光伏阵列、DC-DC变换电路和SM组成的单元称为PSM，其中每个SM由两个IGBT（T1、T2）、两个反向二极管（D1、D2）和一个电容构成。对该结构的工作原理和控制策略进行了详细的阐述，并为了验证此新型光伏并网发电系统结构的正确性及控制策略的有效性，以东营光伏太阳能有限公司的光伏电站为参考，在Matlab/Simulink中搭建了基于MMC的光伏并网发电系统模型，对不同光照强度、不同温度下并网系统的各项数据进行了分析。结果：对大型光伏并网系统进行研究，提出一种基于模块化多电平换流器的大型光伏并网系统结构，并以实际光伏电站为参考，对该系统结构进行了仿真验证，给出如下仿真结果：（1）基于MMC的光伏并网系统能将所有光伏阵列输出的有功功率几乎全部输出；（2）可控制 MMC输出无功功率补偿整个系统的无功消耗，保证并网功率因数为 1（如果需要，也可以向电网输送无功功率，维持电网电压稳定）；（3）能够在太阳光照发生变化的时候控制直流母线电压维持在额定值，保证整个系统的稳定性；（4）系统输出电压经控制并不受光照变化的影响；（5）系统逆变输出送入电网的电流谐波含量少。结论：将MMC应用于大型光伏并网系统，通过仿真所得结论如下：（1）对于特定功率等级的光伏系统，可以通过增加单元数来减小每个PSM所对应的光伏阵列的规模，即可减小光伏阵列中所需串联的光伏模块数，以减小光照不均对整个系统的影响，提高太阳能利用率；（2）系统逆变输出为多电平，谐波含量少，可减少滤波设备的投入；（3）系统不受功率器件限制，逆变功率可根据需要达到任意等级，而且其逆变输出电压幅值也可根据需要随意设定；（4）系统输出的有功功率和无功功率可以单独控制，系统无需额外的无功补偿，可减小投入成本。

来源出版物：中国电机工程学报, 2013, 33(36): 27-33

入选年份：2016

电动汽车有序充电方法研究

李秋硕，肖湘宁，郭静，等

摘要：目的：发展电动汽车对于国家能源安全和环境保护具有重要的意义。对于电力系统来说，电动汽车不仅是一种负荷，更是一种灵活可调的资源，对优化电网运行条件具有重要的意义。阐述了无序充电对电网的负面影响，论述了负荷波动、电压偏差和网损3个目标之间的一致性关系，提出不同的目标的优化模型并进行仿真分析和改进。方法：首先构建了充电负荷的数据模型，根据实测的充电功率数据，通过曲线分段拟合的方式，建立单个充电负荷的稳态数学模型。其次，结合典型的城市居民用户负荷曲线，量化分析了电动汽车无序充电对电网负荷的负面影响。在综合考虑用户用车需求、电动汽车充电需求基础上，提出了一种通过优化充电开始时间，实现总充电功率控制的有序充电控制方法。在优化模型构建过程中，首先证明了最小负荷波动、最小电压偏差和最小网损3个指标的一致性关系，将优化模型简化为以最小负荷波动为目标的单目标优化。选取负荷方差最小、最小负荷最大、最大负荷最小3个不同优化目标分别构建优化模型，讨论了3个模型的适用性，并根据充电负荷的特征对模型进行了修正。最后，通过仿真算例，验证了分析的正确性和方法的有效性。结果：目前常用的恒流-恒压充电方式，其充电过程的功率-时间关系可通过分段拟合的方法构建数学模型。电池初始状态的差异，可转化为充电时间的偏移量，表现为充电负荷曲线在功率-时间平面内的切割和平移。以典型的国内居民用户为例，电动汽车无序充电并不能有效的利用夜间的电网低谷期电力，反而充电负荷高峰会与傍晚居民用电高峰相重叠，对电网产生负面影响。有序充电控制需同时满足电网和用户两方面的需求：既要为电动汽车提供充足的电力，又要尽可能地降低电网运行成本。提出一种由用户设置需要用车的时间，即最迟的充电完成时间，由控制系统根据电网负荷和电池剩余电量，自动计算充电开始时间的有序充电控制方法。当电网负荷波动最小时，网损和电压偏差也同时达到最小，3个目标是相一致的。因此，可将3个优化目标简化为最小负荷波动一个目标。据此，提出了最小负荷方差、最大负荷最小和最小负荷最大3个目标函数。经分析，受数值计算的影响，以最小负荷方差为目标的优化模型无法得到理想的解，最大负荷最小和最小负荷最大两个优化可以得到较理想的解。进一步的仿真计算结果表明，在电池充至SOC≥90%认为可以满足用户使用（即充电完成）的假设条件下，优化算法可获得更理想的解。结论：利用电动汽车充电负荷时间和空间尺度的可调节性，提出了一种电动汽车有序充电的实现方法。通过对充电开始时间的控制，用非线性优化的方法让充电负荷按计划投入，使电动汽车充电负荷投入后总负荷曲线波动最小，从而优化电网运行特性。此方法的优点是避免了单纯移峰带来的新的用电高峰和因大量电动汽车充电负荷同时投入给电网带来的冲击，在满足用户充电需求的基础上充分利用负荷低谷为电动汽车充电。仿真结果可以看出，电动汽车充电负荷具备一定调节电网负荷的能力，但受到电动汽车充电功率特性和人类行为的限制，在目前普遍使用的恒流−恒压充电方式下，其调节负荷的能力有限，单独靠电动汽车充电进行负荷调节无法达到十分理想的效果。

来源出版物：电网技术, 2012, 36(12): 32-38

入选年份：2016

多类型分布式电源在配电网中的优化配置

付丽伟，王守相，张永武，等

摘要：目的：分布式电源主要有风力发电、太阳能发电、微型燃气轮机发电、燃料电池、生物质能发电、垃圾发电、氢能源和小水电等。该类新能源和可再生能源发电可实现低污染甚至无污染排放，可向电网提供削峰填谷等辅助服务，并可在一定程度上解决供电质量和供电可靠性问题。分布式电源类型很多，但进行分布式发电系统规划时如何在众多的分布式电源类型中进行合理选择，很少有文献涉及。基于此，本文首先建立了各种分布式电源的出力模型，然后以满足负荷增长需求、考虑环境效益的供电公司年总规划成本现值最小为优化目标，最后得到含多类型分布式电源配电网的优化配置结果。分析结果对城市大型分布式电源项目规划和个人分布式电源安装决策具有参考意义。方法：基于理论分析，本文首先建立了风力发电、光伏发电、微型燃气轮机热电联供的出力模型，充分考虑了发电输出功率的影响因素和约束条件；其次本文考虑到分布式电源相对于传统发电具有显著的环境效益，因此有必要在分布式电源的投资成本中考虑其环境效益，即在传统火力发电和分布式发电成本中考虑环境成本，并以我国现有排污收费标准为基础对分布式发电的环境效益展开研究；再次，在分布式电源的类型和容量不确定的情况下，以满足负荷增长需求、考虑环境效益的供电公司年总规划成本现值最小为优化目标进行分布式电源优化配置。对风速、天然气价格、污染物排放处罚标准3个变量进行敏感性分析，对每个敏感值在各自范围内应用HOMER软件仿真所有系统。最后进行综合敏感性分析，综合考虑各个变量对总现值的影响，得出总规划成本现值最小的分布式电源优化配置结果。结果：目前分布式发电技术发展速度很快，通过对多类型分布式电源在配电网中的优化配置分析发现，合理选择分布式电源类型，可以充分开发利用各种可用的分散存在的能源，并提高能源的利用效率、减少投资成本。相对于传统电源规划，分布式发电供能系统规划面临更多不确定因素。风速比较低或者风速较高、天然气价格较高时，最优系统组合为风机/光伏/微型燃气轮机/蓄电池；当风速上升到一定数值以后，最优系统类型组合为风机/蓄电池，较高的光伏安装成本使得光伏在优化系统中并不占很大的优势。光伏发电安全可靠、无噪音、低污染、无需消耗燃料，因此降低光伏发电的安装成本以使分布式发电更为经济是亟待解决的问题。本文分析了风速、天然气价格以及排污处罚标准这3个变量对分布式发电最优系统组合的影响，此外，利率、太阳能辐射、分布式电源寿命等都会对其产生影响，因此进行分布式电源优化配置时需要综合考虑各种因素才能得到正确的优化配置结果。结论：分布式电源发电可实现低污染甚至无污染排放，可向电网提供削峰填谷等辅助服务，并可在一定程度上解决供电质量和供电可靠性问题。分布式电源类型很多，但在分布式发电系统规划时需要在众多的分布式电源类型中进行合理选择，实现多类型分布式电源在配电网中的优化配置，分布式电源将产生更高的经济性和社会效益，利用规模和范围也将不断扩大。

来源出版物：电网技术, 2012, 36(1): 79-84

入选年份：2017

大规模风光互补发电系统建模与运行特性研究

蔡国伟，孔令国，杨德友，等

摘要：目的：风能和太阳能在时间和地域上天然具有很强的互补性，大型风光互补发电系统是可再生能源极有前途的一种高效利用形式。与单独大规模风力发电及光伏发电相比，风光互补发电系统能使功率输出较平稳，增加电网对间歇性可再生能源的吸收接纳程度。目前国内外关于大规模风光互补并网系统的动态模型与控制的研究较少，只有少量学者从静态角度进行了分析，为此，本文对大规模风电及光伏并网发电系统动态，及其控制策略进行了研究，有利于风光互补系统以及电网安全稳定运行。方法：通过理论分析，对大规模风光互补发电系统建模与运行特性进行研究，首先，根据空气动力学原理和双馈感应发电机理论，建立风力发电机组动态模型与控制系统，根据光生伏打效应原理，建立满足工程应用精度且易于仿真的单二极管太阳能光伏组件模型，为了适应太阳辐射强度快速变化，提出跟踪速度快且稳定的基于功率变化率改进扰动观察最大功率点跟踪算法，风光互补发电系统由功率间协调控制的风电系统和光伏系统通过升压站统一并入高压电网，为保障风光互补发电系统故障暂态电压稳定，在汇流母线上装设STATCOM。然后，详细分析风资源和光资源随机性强且无规律性，风光互补发电系统长期处于风电系统单独运行，光伏系统单独运行，风光系统互补运行，3种运行组态的运行特性。结果：由于风速的波动，并网点的有功、无功有很强的波动，其中有功波动高达50 MW，无功波动达4 Mvar，并网点电压波动范围为0.96～1.03 pu，分析可知，风电系统单独并网输出功率具有较强的波动性，对系统调度及安全稳定运行极为不利，并网点电压满足系统运行要求。太阳辐射强度在 400～1200 W/m2之间随机波动，光伏系统初始出力为45 MW，功率因数为1，光伏系统中光伏阵列MPPT控制器输出功率波动范围为0.15～0.52 MW，其波动趋势与太阳辐射强度变化一致，并网点输出有功及无功功率有强烈的波动，其中2 s内有功波动高达30 MW，无功波动4.5 Mvar，并网点母线电压波动范围为0.96～0.99 pu，光伏发电系统单独并网对电网的影响与风电系统单独并网类似，其波动的功率给电网调度及运行增加复杂性。太阳辐射强度与风速在时间上存在互补的特点，当太阳辐射强度达到1000 W/m2时，风速则处于4 m/s的水平，分析可知，风光互补发电系统有功功率输出及无功功率输出波动幅度明显减小，上下波动范围均在20 MW以内，并网点电压维持在 0.98 pu左右，分析表明，风光互补发电系统克服了由风电及光伏单独并网引起的大幅度功率波动问题，提高了以风电及光伏为主的间歇性能源并网渗透比率。母线发生三相接地短路故障，故障持续0.1 s，光伏系统单独并网故障期间电压跌落至0.17 pu，故障切除后电压恢复速度较慢；风电单独并网及风光互补系统故障期间电压为0.3 pu，其恢复速度略快于原系统和光伏单独并网系统；在风光互补系统出口母线接入STATCOM后，故障期间电压仅跌到0.5 pu，故障切除后电压迅速提升到额定水平，分析可知，风光互补发电系统本身并不具有故障暂态电压维持能力，但含有STATCOM的风光互补发电系统有效改善了系统故障情况下暂态电压稳定性，一定程度上确保风电系统和光伏系统的LVRT功能的实现，避免了故障期间风光系统脱网运行的风险。结论：根据本文分析结果，确定风电和光伏系统均采用外环功率控制和内环电流控制的双环控制策略，其参数调节简单，且具有良好的动态响应和鲁棒性，基于功率变化率改进扰动观察MPPT的算法结构简单、跟踪速度快且精确，适用于实际工程，风光互补发电系统功率波动相对较小，在一定程度上可提高间歇性能源对电网的渗透比率，STATCOM改善了风光系统的LVRT能力。本研究结果：可以为大规模风光互补发电系统并网平抑功率波动、提高风电和光伏的渗透率及低电压穿越能力，具有一定的理论支撑与工程实践指导意义。

来源出版物：电网技术, 2012, 36(1): 65-71

入选年份：2017

基于光伏并网的电能质量控制系统

王晓，罗安，邓才波，等

摘要：目的：光伏发电技术在国外已经得到深入研究和推广，在国内也基本成熟，已经进入推广应用阶段。由于太阳光的日夜变化，目前光伏发电装置只在白天工作，晚上离网，这也就影响了设备的利用率，并且在频繁投切时对电网的稳定性会造成影响。电能质量调节器能补偿电网所需的无功电流及各次谐波，而光伏发电系统只提供有功电流，二者在结构和控制上具有很多相似之处，所以理论上可以在电能质量调节器基础上实现光伏并网发电。为此，本文结合微网光伏并网系统与电能质量调节器的特点，对其控制策略和控制方法进行了研究。方法：考虑到微网光伏并网系统和电能质量调节器的特点，对其统一控制策略和方法进行了研究，提出了一种既能够并网发电，又能实现无功补偿和滤除电网谐波电流的光伏并网及电能质量控制系统（micro photovoltaic grid and power quality control system，MPG-PQC）结构。首先介绍了该系统的结构和原理，构建了该系统的数学模型；然后提出了适用于该系统的无差拍复合控制策略，重点分析了该控制策略下调制脉宽的理论计算，给出了复合指令的求取方法；最后，搭建了仿真模型和实验平台，给出了该系统的具体实现方案。结果：在系统结构方面，MPG-PQC系统将光伏阵列吸收的太阳能输入至Boost升压变换器，再通过电压型逆变器进行输出，无需为实现谐波和无功补偿功能额外增加主电路，在控制中加入谐波与无功检测环节即可。在控制策略方面，采用无差拍复合控制方法，主要包括指令信号计算和无差拍电流跟踪控制。指令信号计算将有功电流（光伏并网能量输出、稳定直流侧电压的能量交换）、无功电流、谐波电流统一起来，形成复合控制电流指令；无差拍电流跟踪控制使系统实现对指令电流快速无差跟踪，包含抗干扰的前馈校正，易于工程应用的比例系数调节校正。从仿真及试验结果可以看出，投入MPG-PQC系统后，该处电流谐波总畸变率降为7.3%，并且5，7，11，13次谐波电流含有率分别从8.2%，7.3%，5.1%，4.1%降到了0.9%，0.7%，0.4%，0.2%，各次谐波均得到了很好的治理，MPG-PQC系统承担了部分负荷有功消耗，从而使得电网公共连接点处电流减小。该系统同时实现了光伏并网发电和电能质量控制双重效果。结论：（1）文中通过对电能质量调节器硬件结构和控制方法的改进，同时实现了电能质量调节和光伏并网的功能，使硬件平台得到了充分地利用。（2）无差拍复合控制方法利用MPG-PQC系统采集的数据，计算得到逆变器下一个工作周期开关信号的控制量，因此能根据外部环境变换及时调整逆变器的输出电压和电流。实验证明该控制方法正确，并使系统工作稳定可靠、性能良好。（3）MPG-PQC系统不仅能使电网电流呈现较好的正弦特性，而且还能实现并网发出有功电流，具有市场应用前景及工程应用价值。

来源出版物：电网技术, 2012, 36(4): 68-73

入选年份：2017

2011年9月8日美墨大停电事故的分析及其对我国电力调度运行管理的启示

毛安家，张戈力，吕跃春，等

摘要：目的：电力系统具有广域分布式特点，其较强的非线性决定了系统运行规律具有一定的复杂性，因此，通过分析对比系统过去运行状态有助于更好地把握系统未来运行状态，尤其是过去的事故处理经验，对提升系统运行可靠性具有举足轻重的作用。2011年9月8日美墨大停电发生在美国加州电网，该电网主要输电电压等级为500 kV和230 kV，总调度装机容量为57 GW，电网存在薄弱环节，物理结构上和我国某些省级电网相似，分析其运行经验对我国电网可靠运行具有一定的借鉴意义。论文主要从调度运行与管理视角出发，通过介绍南加州电网结构特点、存在缺陷、事故前状态、事故起因、事故发展和处理过程、事故造成的影响，重点剖析了该次事故发生的根本原因，包括：用电负荷高、电网安全裕度低、电网结构薄弱、调度协调能力弱、调度监控力量不足等，并以此为契机，对我国电网调度管理提出了相应建议，以减少大停电事故发生的概率，降低大停电事故的影响，提高电网运行的可靠性。方法：论文以官方发布信息为基础，首先介绍了目标电网结构特点、负荷分布情况、运营模式以及电网固有缺陷，在此基础上阐述了此次事故的起因、发展经过、处理过程及其造成的影响，深入剖析了造成该次大停电事故的内在及外在因素，其中，内在因素包括目标电网先天不足，包括电网电源结构不合理、存在薄弱环节等，外在因素包括夏季负荷高企，联合调度存在信息沟通不畅、事故处理不及时、调度监控能力不强等。结合我国电网发展及电力调度特点，对我国电力调度提出了包括保留足够本地电源、保证输电系统N-1安全标准、发挥统一调度优势及加强关键设备监控等方面的电网调度与运行建议。结果：通过对目标电网结构特点和薄弱环节进行分析，结合大停电事故发生的起因、经过和结果，得出了2011年9月8日美墨大停电的主要原因既有电网自身的原因，也有电网调度管理方面的原因。其中，前者包括：夏季用电负荷高，电源结构不合理，电网联系薄弱，电网可靠性不高等。后者包括联合调度模式下信息沟通不畅，事故协调处理能力弱，调度机构对系统监控管理能力不强等。结合我国电网发展现状和调度特点，论文从调度运行视角出发，对我国电力调度提出了包括保留足够本地电源、保证输电系统N-1安全标准、发挥统一调度优势及加强关键设备监控等方面的意见和建议。结论：电力系统一旦发生大停电事故，将会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。论文通过剖析2011年9月8日美墨大停电发生的原因，结合我国电网发展特点及及我国电网调度运行由传统模式向大运行模式转型的特殊时期，对我我电网调度与运行提出了如下意见和建议。（1）在充分发挥高压远距离输电经济性的同时，保证充足的本地电源是防止大停电的重要措施。（2）在统一电网的格局下，充分发挥统一调度的优越性，并逐步实现调度与控制的一体化运作，能够实现事故的快速处理，阻止事故的进一步扩大。（3）加强N-1校验，特别是关键输变电设备的N-1校验是保证系统安全的基本措施。（4）严格设备操作规程，加强临时运行方式校核，可有效降低事故发生的概率，从而减少大停电的发生。

来源出版物：电网技术, 2012, 36(4): 74-78

入选年份：2017

多馈入直流输电系统换相失败机制及特性

吴萍，林伟芳，孙华东，等

摘要：目的：交、直流混联电网中，受端交流短路故障时，系统电压下降，可能引发直流换相失败（直流本身固有属性），瞬间产生大的功率缺额，故障进而传递到送端，对送、受端电网都产生冲击。随着多个特高压直流工程相继投产，交直流、送受端电网间耦合日趋紧密，直流换相失败对系统的影响日趋增大，当前存在将直流换相失败与直流闭锁等同起来的误解，有必要从物理本质、对电网安全稳定的影响等多个角度深入剖析两者的区别。本文从换相失败发生的本质出发，从机制上研究换相失败对交流系统和直流系统的影响，并与直流闭锁对系统的影响进行对比分析。通过对多馈入直流输电系统的机电暂态仿真，验证由交流系统引起的多回直流换相失败与直流闭锁的差异。方法：首先建立了多馈入直流输电系统模型，通过物理解析和理论推导，分析了逆变站的交流电压对称和不对称情况下影响关断角大小的因素。基于半控型功率器件晶闸管导通必须同时具备的条件，比较了当前仿真计算分析中两种判断换相失败的方法，即最小电压降落法和关断角判断法。在此基础上，从换流母线电压、直流电流、超前触发角、换流变压器变比、换相电抗、不对称故障等多个方面分析了影响多溃入直流输电系统换相失败的因素。并从工程实践的角度深入分析了换相失败与直流闭锁的关联关系，通过仿真研究了两者对系统稳定性影响的区别。结果：导致换相失败的原因大部分为交流电网扰动，对于交流系统故障所引起的直流系统换相失败，一般认为：关断角过小导致晶闸管未能及时恢复正向阻断能力，在正向电压的作用下重新导通，使本应该关断的阀继续导通，应该导通的阀关断，于是造成换相失败。因此认为关断角小于阀固有极限关断角是引起换相失败的根本原因。而关断角随换流站交流母线电压的降低、直流电流的增加而减小，随着超前触发角的增大、换流器变比的减小、换相电抗的减小而增大。多馈入直流输电系统逆变站通过交流系统的耦合阻抗实现相互作用，耦合阻抗是由网络结构决定的，与送受端交流电源等值导纳、受端交流系统输电线路导纳密切相关。换相失败会导致逆变器在一段时间内直流电压降低，直流电流增大，直流输送功率减少，换相失败时短暂的功率变化会导致直流系统吸收的无功功率增多，但故障清除后直流系统均能较快恢复运行。一般情况下，当直流系统发生短时换相失败时并不会导致直流闭锁，但为了保护换流阀，在长时间发生连续换相失败后将有直流保护动作出口闭锁直流。通过仿真分析可知，当直流馈入规模不大时，直流闭锁故障对系统稳定影响远超过多回直流换相失败。结论：关断角小于固有极限关断角是导致换相失败的根本原因，直流输电系统中大部分换相失败都发生在逆变侧。针对关断角模型中影响关断角大小的参数，在仅考虑单变量的情况下，关断角随换流母线电压的降低、直流电流的增加而减小，随超前触发角的增大、换流变压器变比的减小、换相电抗的减小而增大，在发生不对称故障时，关断角还受换流母线电压过零点相位移的影响，在直流系统设计或运行时，可综合考虑多种因素来增大关断角。运行人员应正确看待换相失败对系统的影响。换相失败只是直流系统最常见的现象之一，多回直流同时换相失败是多馈入直流输电系统中可能发生的状况，在交流系统故障及时清除的情况下，直流系统能很快恢复正常运行，多回直流同时闭锁的风险小。由交流系统故障引起的多馈入直流系统多回直流换相失败，会引起直流输送功率短时间内的变化，在直流规模不大的情况下一般不会对系统造成大的影响。而直流闭锁故障，在不采取控制措施的情况下，会造成系统功率不平衡，严重时导致系统失步，影响系统安全稳定运行。

来源出版物：电网技术, 2012, 36(5): 269-274

入选年份：2017

智能微网运行的低碳综合效益分析

曹培，王媚，郭创新，等

摘要：目的：智能微网作为智能电网的重要能源结构组成，是电网和用户实现共同利益的联系环节，其运行的最重要目标就是实现对低碳分布式能源的优化利用。在这一点上，智能微网与低碳经济的发展要求相吻合。直观来看，智能微网的运行能够适应低碳化的发展要求，但是，对智能微网的低碳效益并没有一个量化的标准，建立智能微网运行的低碳效益评价体系，便于进行智能微网的性能分析，对智能微网的推广和发展方向的把握也有着重大意义。为此，本文设计规划了智能微网主体发电单元的装机容量，挖掘了智能微网运行低碳综合效益的体现方式。在此基础上，建立了智能微网运行的低碳综合效益的分析模型，作为智能微网规划的辅助决策评价标准。方法：从用电侧的能源条件和负荷需求入手，考虑智能微网的建设成本主要由分布式能源的建设成本、配电设备成本、监控系统成本，满足平衡微网系统能量，符合WT、PV的发电特性，提高可再生能源渗透率，降低综合投资成本等条件。设计规划了智能微网主要发电单元的装机容量。从经济性和低碳化两个方面分析了智能微网运行的效益形成机理。碳成本与碳收益可统一成为综合碳成本，与智能微网的运行成本进行数值相加，即得到智能微网运行的低碳综合成本。在分析智能微网运行的低碳综合效益时，通常要有一个同等负荷条件下的比较对象，可以是传统的向电网购电的电力用户，也可以是以其他方式运行的微电网，比较对象与智能微网运行的低碳综合成本差值即为智能微网运行所体现的低碳综合效益。结合智能微网的建设成本，建立了智能微网运行的低碳综合效益分析模型，阐述了以低碳综合成本最低为目标的智能微网日前调度原则，并依据典型的智能微网设计方案所提出的模型对智能微网的投资收益情况进行了分析。结果：对于传统电网的用户，所需电能全部由电网提供，冷热负荷也依靠集中式的供应，对于智能微网系统，除去对监控设备必要的维护更新成本，其收益收益率约为100%。对于不参与电网竞价互动的微网系统，严格禁止微网机组的功率外送，对分布式能源协调调度后，由于无法发挥分布式能源在高峰电价时段的成本优势，其体现的低碳综合效益与智能微网相比略低。强调可再生能源的充分利用，而把运行的经济性放在了第2位的微网运营方式，不能体现较高的低碳综合效益。但随着可再生能源发电技术的发展，其发电成本会大大降低，而化石能源产量则逐年减少，价格也随之升高，这种趋势发展到一定阶段，势必会让这2种微网的运行方式统一，低碳综合效益也会达到最大。结论：智能微网的运行方式与传统电网相比，有着很大的低碳综合效益优势；参与到电网互动的智能微网，能够发挥其成本调节作用和灵活运行能力；未来通过降低分布式能源的发电成本，优化电力市场电价系统，加快低碳经济的开展，可达成智能微网运行的经济性与低碳性的高度统一。

来源出版物：电网技术, 2012, 36(6): 15-20

入选年份：2017

化学工程综合

国内外渣油加氢处理技术发展现状及分析

方向晨

摘要：目的：随着原油劣质化和产品清洁化的交互推动，渣油加氢技术正逐步成为炼厂最主要的渣油处理手段，在近年来得到了快速发展。通过重点分析几类主要的渣油加氢技术的发展现状及其应用特点，从渣油清洁高效转化技术的发展历程和技术进展出发，探讨了不同加氢技术的发展趋势及其应用前景。方法：以催化剂在反应器内流化状态作为分类依据，将渣油加氢技术划分为固定床、沸腾床和悬浮床3种技术，并分别对其发展历程进行梳理；通过对渣油加氢催化剂、工艺和工程问题进行剖析，分析不同渣油加氢技术的适用性、渣油转化能力、产品性质及技术特点；通过总结工业装置生产和操作需求，从应用角度出发对渣油加氢技术未来发展趋势和技术研发重点进行了分析和总结。结果：固定床渣油加氢技术是最为成熟的渣油处理技术，通过级配装填不同尺寸、粒径的催化剂，固定床反应器床层孔隙率分布由大到小、催化剂活性分布由低到高、酸性由弱到强，实现了催化剂活性和稳定性的平衡。然而由于固定床反应器床层易被反应生成的金属硫化物、焦炭等堵塞，反应器床层的压降会快速升高，限制了固定床技术的操作周期。因此，通常固定床渣油加氢的原料油要求金属含量低于120 μg/g，残碳小于20%。针对固定床渣油加氢技术的不足，未来固定床技术的发展趋势是开发高沉积物容纳能力的多级孔催化剂和开发耐受劣质渣油的前置保护反应器工艺，以延长固定床渣油加氢装置的操作周期。沸腾床渣油加氢技术的特点是催化剂颗粒在床层中处于完全流化状态，因此具有压力、温度分布均匀的特点，可以长周期处理金属含量在200～400 μg/g的劣质渣油。沸腾床渣油加氢技术已经过了40余年的发展，目前主要技术为H-Oil和LC-Fining和中石化自主开发的STRONG技术。H-Oil和LC-Fining二者的反应器结构均采用中心循环杯并外接循环泵强制循环促进沸腾的形式，催化剂为条形。与之相比，STRONG沸腾床技术的反应器取消了循环泵，采用内置三相分离器促进催化剂内循环并避免夹带，催化剂为微球颗粒。通过减少反应器动设备，STRONG沸腾床技术提高了装置稳定性，并降低了设备投资，其渣油转化率和脱杂质率可分别达到40%～80%和60%～90%，处于国际先进水平。沸腾床渣油加氢技术具有操作稳定、产品质量好等优点，既可独立实现渣油的高效转化，也可作为现有固定床渣油加氢反应器的保护反应器使用。悬浮床技术经过多年发展，由最早的固相催化剂过渡到均相催化剂，代表技术有EST和VRSH技术等。悬浮床技术采用与渣油互溶的均相纳米级催化剂，使反应物与催化剂始终处于高效的接触状态，从而可以处理金属含量在400 μg/g以上的超劣质渣油。目前悬浮床技术目前尚未实现大规模工业化应用，其推广应用的成功与否取决于如何在高转化率下控制装置生焦程度，以及如何处理含颗粒尾料和未转化油，这不单取决于新型催化剂技术的研发，也与配套的工艺工程技术直接相关。结论：随着世界原油需求的持续上涨和原油重质化程度的不断加深，国内外炼油厂对于渣油加氢技术的需求保持旺盛的增长。国内科研单位和炼油企业也积极应对挑战，开展了渣油加氢技术的研发。虽然我国目前渣油加氢装置仍以固定床为主，但多套沸腾床装置已处于规划和建设过程当中。随着新技术的引入，渣油加氢处理将成为炼厂利润的新增长点。

来源出版物：化工进展, 2011, 30(1): 95-104

入选年份：2016

合成天然气技术进展

杨伯伦，周晓奇，李星星，等

摘要：目的：合成天然气技术是指根据甲烷化反应原理，利用相应的反应设备将含碳资源转化为甲烷，并进一歩分离提纯的综合技术。该技术自20世纪30年代出现以来其发展一度停滞，但在20世纪70年代的石油危机以后重新被人们所重视，现阶段已进入高速发展时期。在我国大力推进合成天然气技术的产业化进程，不但可以有效补充对优质洁净能源的需求缺口，降低进口天然气市场给我国能源系统带来的潜在风险，而且对推进我国能源产业结构调整优化、二氧化碳减排和环境质量的提升也具有重要的战略意义。通过分析国内外合成天然气的技术现状，综合比较各种合成天然气技术的优劣，展望该领域的发展前景，力图对推动合成代用天然气的技术进步有所启迪。方法：通过对煤直接合成天然气，包括其中代表性的加氢气化技术和催化蒸汽转化技术，煤经合成气制取天然气即两步法煤制天然气技术，以太阳能作为热驱动的CO2甲烷化合成天然气技术，充分利用碳资源的生物质合成天然气技术，兼具环境治理的碳氢尾气合成天然气技术等，目前已经实现工业化和尚处于研发阶段的各类典型工艺的不同特点，包括合成原料的来源、所采用催化剂的类型差异，以及所对应的不同反应设备，流程特点等进行了分类分析和综合比较。从能耗、排放等不同视角，考察了各种合成天然气技术的成熟度、先进性、经济性和适用性。结果：通过分析可知，碎煤固定床加压直接合成天然气的德国鲁奇工艺，在生产甲烷的同时，副产大量的焦油、石脑油、粗酚等价值较高的产品，对天然气的生产成本降低和企业经济效益增加产生积极影响。此外，丹麦托普索多段绝热甲烷化工艺，由于采用了段间换热，使得整体热能利用合理，甲烷产率提高，从而在国际上备受青睐。英国DAVY公司的甲烷化工艺，其专用的催化剂稳定性好，技术成熟，也是工业化生产合成天然气的选择之一。然而，随着资源的消耗以及新世纪对环境质量要求的提高，生物质合成天然气、CO2甲烷化合成天然气、焦炉尾气合成天然气等技术都将成为该领域的发展热点。结论：天然气所面临的严重的供需矛盾将促使合成天然气技术的发展和应用持续升温，此背景下，国家对发展合成天然气产业的重视程度达到新高。我国煤炭资源丰富，充分利用煤及附属产品和可再生的生物质资源合成天然气前景广阔。从目前的行业的技术发展水平和经济性方面综合考虑，合成天然气技术向多联产方向发展，将有利于节能减排和降低投资与产品成本。同时，因地制宜的结合不同区域的环境资源特点，采用与之相适应的合成天然气技术，是实现可持续发展的重要基础。

来源出版物：化工进展, 2011, 30(1): 110-116

入选年份：2016

非热等离子体烃类燃料氧化重整反应器的研究进展

丁天英，刘景林，赵天亮，等

摘要：目的：作为温和的放热反应，烃类燃料氧化重整（部分氧化）非常适合在线制取氢气或富氢气体。常规催化法由于催化剂积碳失活、硫中毒和活性组分流失等问题，目前尚难以工业应用。因此，近年来等离子体法受到广泛的关注。尤其是暖等离子体，因其较高的气体温度和电子密度，应用于烃类氧化重整，具有重整速率快、对燃料具有普适性、快速响应和反应器紧凑高效等优点。论文以火花和滑动弧放电产生的暖等离子体及其烃类燃料重整反应器为重点，综述了大气压非热等离子体燃料氧化重整反应器的研究进展。非热等离子体重整反应器评述：非热等离子体中，电子碰撞反应物分子产生自由基、离子和激发态等反应物种。这些反应物种随后发生链式反应，生成目标产物。对于烃类燃料的氧化重整，目标产物主要为H2与CO。目前应用于烃类重整过程所采用的等离子体反应器主要分为冷等离子体和暖等离子体反应器。其中，前者主要采用弱电离的电晕和介质阻挡放电，后者主要采用强电离的火花和滑动弧放电。电晕和介质阻挡放电由于其气体温度和电子密度低，用于烃类重整，燃料转化率低并且能耗非常高。火花和滑动弧放电等离子体的气体温度和电子密度可分别达到1000～3000 K和1012～1013cm-3，可实现烃类燃料的快速高效转化。火花放电反应器中放电通道能量过于集中，产生的等离子体反应区体积小，重整产气量小。为此，本课题组发展了放电通道罩面转动的等离子体反应器，并采用该反应器实现了生物气的高效氧化重整。滑动弧放电等离子体反应器中，高速气流推动电弧在电极上快速滑动，形成大体积的反应区，因此重整产气量大。由于等离子体反应器结构对重整效率具有重要影响，因此近年来发展了较多不同结构的滑动弧反应器。滑动弧反应器中电弧的运动，可分为平面滑动（刀片电极）和旋转滑动（同轴电极）。其中，刀片结构较早被采用，由Czernichowski等人于1988年首次报道。该反应器中，弧通道对反应物的作用时间较短。为此，Bromberg等人于2000年报道了同轴电极结构的滑动弧反应器，其电弧由刀片结构的平面滑动变为旋转滑动，增大了等离子体反应区，延长了反应物停留时间并增强了反应物与电弧的相互作用。与刀片结构相比，该反应器用于烃类燃料重整，可以显著提高燃料的转化率并降低能耗。随后，Fridman等人报道的逆向旋风同轴结构的滑动弧反应器，进一步提高了烃类燃料的等离子体重整性能。由于滑动弧反应器用于烃类燃料重整具有快速高效、高转化率和低能耗的优点，目前该技术已处在向工业化迈进的途中。Cohn团队于1999—2005年间开展了将其应用于车用燃料在线重整产生富氢气体以改善内燃机的燃烧性能，同时一部分富氢气体作为脱除尾气中NOx的还原剂，并将该技术转让给了ArvinMeritor公司。Fridman等人设计了等离子体重整和燃料电池技术相结合的10 kW量级便携式发电机。结论：大气压非热等离子体反应器应用于烃类燃料重整具有抗积碳、抗硫、快速高效、瞬态响应和反应器结构紧凑等优点。综述了大气压非热等离子体烃类燃料氧化重整反应器的研究进展，对不同反应器中烃类燃料氧化重整反应结果进行了对比分析。暖等离子体应用于烃类燃料氧化重整，燃料转化率高并且能耗低，是一种非常有前景的重整技术。目前，暖等离子体燃料氧化重整展示了诱人的工业应用前景，但大部分工作尚处于研发阶段。其中，暖等离子体反应器的改进与优化是研发工作的重点。

来源出版物：化工学报, 2015, 66(3): 872-879

入选年份：2016

新型油酸咪唑啉缓蚀剂的合成及其性能评价

吴刚，郝宁眉，陈银娟，等

摘要：目的：在油气田生产过程中，普遍存在着较为严重的腐蚀问题，给油气的生产带来了巨大的经济损失，并且极易导致安全事故和环境污染等灾难性后果。近年来，咪唑啉类缓蚀剂因具有绿色、环保、低毒等优点而被广泛应用于油气田防腐的各个领域。虽然，国内外学者针对咪唑啉类缓蚀剂已进行了大量的研究，但总体对其理论研究尚不充分，未能深入地揭示该类缓蚀剂的缓蚀机理。利用溶剂法合成了两种新型的油酸咪唑啉缓蚀剂1-（2-氨乙基）-2-油酸基咪唑啉（A）和1-（2-氨基-硫脲乙基）-2-油酸基咪唑啉（B），并通过实验方法与理论计算相结合，深入探讨了两种新型缓蚀剂的缓蚀机理。方法：合成新型油酸咪唑啉缓蚀剂，并通过实验方法与理论计算相结合，对及其性能进行评价。首先，采用溶剂法合成了两种新型咪唑啉缓蚀剂1-（2-氨乙基）-2-油酸基咪唑啉（A）和1-（2-氨基-硫脲乙基）-2-油酸基咪唑啉（B），并采用红外光谱仪核磁共振谱仪对合成产物进行鉴定，确认其为所需分子。然后，通过静态失重法和电化学极化曲线法对缓蚀剂A、B的缓蚀性能进行了评价。接着，通过量子化学方法对分子的前线轨道相关参数进行了计算，从而对其活性进行分析。最后，利用分子动力学模拟方法建模计算了缓蚀剂分子与金属表面的吸附能，并验证了实验结果。结果：从实验与模拟计算的结果可以看出，（1）采用溶剂法合成了1-（2-氨乙基）-2-油酸基咪唑啉（A）和 1-（2-氨基-硫脲乙基）-2-油酸基咪唑啉（B）两种新型咪唑啉缓蚀剂，经物理表征手段分析，结果表明合成产物确实为目标化合物。（2）二者在6%的HCl溶液中对Q235钢的阳极溶解和阴极析氢反应过程均有较好的抑制作用，且B的缓蚀效率高于A，二者的最佳实验浓度均为150 mg·L-1。（3）缓蚀剂A、B的活性区域主要离域于咪唑环和亲水取代基上，缓蚀剂分子提供电子与 Fe作用的趋势要大于接受电子与Fe作用的趋势。（4）在Fe（001）面发生吸附时,缓蚀剂A、B的头基优先吸附于金属表面，且能够有效驱替金属表面的水分子而形成稳定的吸附膜。缓蚀剂B与金属的结合能力大于A，理论评价结果与实验结果相符。结论：利用溶剂法成功合成了两种新型的油酸咪唑啉缓蚀剂1-（2-氨乙基）-2-油酸基咪唑啉（A）和 1-（2-氨基-硫脲乙基）-2-油酸基咪唑啉（B），二者在6%的HCl溶液中对Q235钢的阳极溶解和阴极析氢反应过程均有较好的抑制作用，属于混合型抑制缓蚀剂，且B的缓蚀效率高于A，二者的最佳实验浓度均为150 mg·L-1，且量子化学方法与分子动力学模拟结果与实验法的结果相一致。

来源出版物：化工学报, 2013, 64(4): 1485-1492

入选年份：2016

天然产物抗氧化活性的常见评价方法

曾维才，石碧

摘要：目的：天然产物抗氧化活性的评价是天然产物研究的重要组成部分，是从天然产物中获得高效无毒天然抗氧化剂的核心和基础，对天然产物在日化领域的开发应用具有显著的指导意义。不同的抗氧化评价方法的实验原理、适用范围各不同相，所得结果也有差异，要准确全面的查考天然产物的抗氧化活性，需同时采用多种评价方法。本文从实验原理、实验方法等方面对天然产物抗氧化活性的常见评价方法进行综述，以期为相关领域的研究人员进行快速、准确的实验测试提供参考。方法：采用从体外测试到体内验证的顺序，分别对天然产物抗氧化活性常见评价方法中的化学分析法、细胞评价法和动物评价法的原理、体系及优缺点进行归纳总结。结果：（1）ABTS[2,2′-azinobis-3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate，2,2′-联氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐]、DPPH（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazine，1,1-二苯基-2-三硝基苯肼）、超氧阴离子和羟自由基清除实验均属于体外抗氧化评价方法中的化学分析法，都是利用受试物与自由基反应，从而改变实验体系在特征吸收波长下的吸光度，进而间接评价天然产物的抗氧化活性，上述评价方法简单快捷、经济实惠、灵敏度高，重现性好，但也存在易受杂质影响、无法全面体现物质的抗氧化能力等缺点。（2）脂质过氧化抑制、还原能力和脂质氧化抑制的测定也属于体外抗氧化评价方法中的化学分析法，分别从不同角度和侧重点对天然产物的抗氧化活性进行评价，上述评价方法体系稳定，结果可靠，但灵敏度低，选择性较差，对受试物的溶解性、反应条件、实验溶剂等都有较高要求。（3）通过细胞模型实验评价天然产物的抗氧化活性（即细胞抗氧化活性评价方法，cellular antioxidant activity，CAA），比化学分析法更具生物相关性，又比动物模型和临床研究更快捷、经济，是天然产物抗氧化活性研究中的一种重要手段，但受试物本身性质对实验有较明显的影响，所选受试细胞系也对测定结果有影响。（4）体内抗氧化评价方法以动物为模型，对其饲喂受试物，利用生化手段对动物的各项相关生理指标进行测定，通过实验组与空白组各项指标的比较，评价受试物在生物体内的抗氧化活性，该方法真实反映了天然产物在生物体内的抗氧化作用，也同时对受试物的生理毒性及药理作用进行了评价，但其检测指标多且复杂、实验周期长、费用昂贵。结论：评价天然产物抗氧化活性的基本要求是全面准确地体现其抗氧化效果，既要测定其体外抗氧化能力，又要考虑其在生物体内的抗氧化效果。天然产物抗氧化活性的评价方法较多，各有优势和局限性，单独使用某一种方法，其测试结果都或多或少有所不足，无法全面、准确地评价天然产物的抗氧化活性。因此，实验研究需根据受试天然产物本身的性质及用途，采用多种测试方法建立一套合理的评价体系，根据体外实验的结果进行动物实验，在动物实验的基础上，再进一步开展临床人体测试，从而高效、准确地表征天然产物的抗氧化活性，为天然产物在医药、食品、化妆品等领域的应用提供理论基础。

来源出版物：化工进展, 2013, 32(6): 1205-1213

入选年份：2016

水力喷射空气旋流器的气相压降特性

赵清华，程治良，全学军，等

摘要：目的：自主研发的水力喷射空气旋流器（WSA），是一种集成气-液传质原理和离心超重力传质原理为一体的新型气-液传质装置，其传质性能表现出了不同于常规气-液传质设备的特性，具有设备结构简单、传质效率高、自清洁、防结垢、废水适应面广、空气消耗量较少等优点，在气体吸收、净化、气溶胶净化处理等方面具有较大应用前景。为了比较全面地了解WSA的传递特性，为其工艺设计提供理论依据，同时，增加对气-液两相射旋流新型传质体系特点的认识，对WSA的气相压降特性进行了研究。方法：采用空气-水系统来测定不同液体喷射速度下WSA的气相压降随进口气速的变化曲线，气体进、出口间的压降用ΔpU型压差计测定。为了揭示旋流器内部气-液两相作用规律，实验中同时对离开气-液分离器的分离水进行收集，用于测定出口气雾中的液相含率 ，即单位体积出口气体中所含水量。为获得从上至下均匀的射流水柱，本实验中，液体循环水流量需大于 1 m3·h-1，相对应的水射流初始速度大于0.381 m·s-1。为了比较全面地了解WSA的流体力学特性，本实验进口气速控制在4～20 m·s-1范围内，比传统旋风分离器的进口风速要大。通过对单孔喷射情况下的液体流动状态进行拍照，来观察液体射流柱的流型。WSA的气相压降与进口气速、喷射速度等因素的经验公式可通过因次分析和多元线性拟合得到。结果：当无液体喷射（uL＝0）时，压降随着的变化逐渐连续升高，表现出传统旋风分离器的压降特性。当有液体射流喷射时，压降特性曲线发生了明显变化。当ug＜6.728 m·s-1时，εL≈0，压降Δp随ug的变化趋势比传统旋风分离器的要快，称为低压降区；当 ug≥7.690 m·s-1时，εL随ug增加而增加，随的变化趋势类似于传统旋风分离器的压降变化规律，但在相同的进口气速下，其压降值比传统旋风分离器的压降值高出一个突跳值，称为高压降区；当 ug＝（6.728～7.690）m·s-1时，从无到有，压降产生了明显的突跃，将此区域称为压降突升区。相应地这3个压降区的水射流也呈现3种状态：稳态射流（ug＜6.728 m·s-1），液体射流几乎不变形、不偏折；变形旋线射流[（ug＝（6.728～7.690）m·s-1）]：射流柱被吹扁变形，并沿着旋转气流方向偏折；雾化旋线射流（ug≥7.690 m·s-1）：液相射流雾化，形成小液滴分散在气流中。同时喷孔孔径和喷射速度越小，液体射流柱越容易变形偏折和雾化。当ug＞6.728 m·s-1时，液体喷射速度越大，液相含率越小；而液体喷射速度对气相压降的影响较小，WSA的压降主要受较强的气体旋流场支配。结论：低压降区（ug＜6.728 m·s-1），由于气速较低，射流可保持稳态射流，旋流气体中几乎没有卷入液体，大约为零，压降升高主要是由于旋流气体与射流液柱和器壁之间摩擦阻力系数的升高而引起；压降突升区[（ug＝（6.728～7.690）m·s-1）]，射流为变形旋线射流，部分液滴开始进入气相，导致混合气体密度急剧增大，压降突升。高压降区（ug≥7.690 m·s-1），高强度的旋流气场将射流液柱部分卷入气相，液体射流雾化在气流中，形成液体分散相，导致和压降都随进口气速逐渐增大。由于液体射流雾化时，两相的接触面积大大增加，同时湍动增强，气液交互作用增强，传质系数大大增加，这是在该区进行传质获得较好效果的主要原因。压降的变化规律可通过因次分析和多元线性拟合得到了经验公式。

来源出版物：化工学报, 2011, 62(9): 2507-2511

入选年份：2016

燃烧后二氧化碳捕获技术中利用有机胺溶剂吸收二氧化碳技术的研究进展、挑战与问题

梁志武，符开云，Raphael Idem，等

摘要：目的：深入探究燃烧后二氧化碳捕获技术中胺基化学吸收法捕集二氧化碳的进程、挑战和对策。尤其是化学吸收法捕获二氧化碳方面的基础研究和最新进展，以便更好地阐明燃烧后二氧化碳捕获技术特别是化学吸收法吸收二氧化碳过程的行为特性。同时探讨了胺基为化学溶剂的燃烧后二氧化碳技术在短期与中期内的新兴与未来发展趋势，为该技术的发展提供详细的技术资料和指导。方法：不同种类的CO2捕获剂具有不同的吸收机理与捕获特性，高效新型CO2捕获溶剂是否具有工业化应用潜能，需要对如下因素进行测定并综合评价。（1）平衡溶解度，测量方法含静态和动态手段。静态方法适用于溶液吸收达到平衡后进行测定，而动态方法可进行持续分析。（2）溶液中的离子种类与物质组成，测定胺-CO2-水体系中离子种类的手段有核磁共振分析（NMR）、红外光谱（FT-IR）等，其中 NMR和 pH计方法相结合是目前常用的标准方法。（3）气液平衡（VLE）模型，常用的VLE模型包括非严格模型、活度系数模型及状态方程模型 3大类。文中系统地对上述模型的优缺点进行了对比研究。（4）吸收热（ΔHabs），可由实验热测试及相平衡数据模型估算的方法获得。（5）反应机理和吸收动力学，反应机理主要包括两性离子机理和三分子机理。所涉及的动力学数据可采用搅拌单元、湿壁塔等多种实验装置获得。（6）传质，主要利用散堆、规整等填料塔进行实验研究，并建立相关的传质模型。（7）解吸，利用填料塔（规整与散堆）等传统的溶剂再生装置测定系统的再生能耗，并开发了多级压缩解吸、闪蒸、与中间换热等多种新型改进系统降低解吸过程再生能耗。（8）溶剂降解，降解可进一步提高溶液的循环量和运行能耗，进而提高系统运行成本。主要对产生降解的原因（高温、O2、SO2等）、种类及应对办法进行了汇总与评价。（9）溶剂回收，常采用机械过滤、热再生、精馏与离子交换等多种方法净化系统中的捕获剂，进而降低容量循环用量。（10）腐蚀，会造成设备损坏、操作效率降低与维护成本增高等危害。系统地对引起腐蚀的原因（因金属物质和氧化物发生电化学的氧化反应），影响腐蚀的因素（溶剂种类、浓度及粘度，溶液温度，HSS含量等）和常用的应对措施（添加无机阴阳离子及有机物作为抑制剂）进行了阐述。结果：目前化学溶剂法包括传统化学吸收法与新型化学吸收法。其中，传统化学吸收法，特别是有机胺溶剂吸收法被认为是燃煤发电厂或天然气发电厂应用中最成熟的技术之一。目前，单乙醇胺是一种研究较为成熟的有机胺吸收剂，已在工业上被广泛应用长达50年。单乙醇胺具有较高的二氧化碳吸收效率、溶剂成本低等优势，但存在再生能耗偏高、稳定性差、易降解腐蚀等问题。近几十年，除乙醇胺以外，多种有机胺溶剂如二乙醇胺，N-甲基乙醇胺，2-胺基-2甲基-丙醇等都得到了商业应用，以寻求克服利用乙醇胺吸收二氧化碳的缺陷。目前为止，还未发现具有潜在二氧化碳捕获性能的单一有机胺吸收剂，其均存在各种不足，难以兼具高二氧化碳捕获性能和低捕获成本的特点。新型的化学吸收法则将研究重点集中在对已有的商业化溶液进行复配，复配吸收剂将结合不同吸收剂的优势，规避单一吸收剂的缺点。有学者指出将有机胺之间相互混合可以明显提高吸收液在二氧化碳捕获方面的综合性能，在动力学、吸收容量、质量传递和再生能耗等方面得到了明显改善。也有学者尝试将有机胺和无机盐混合，以改善吸收液的性能，也使其能够达到接近商业应用的要求。除此之外，也有学者将研究重点放在空间位阻胺，两相溶液，离子液体中，以期研究出相较于传统吸收液性能更加优异，并兼顾环境，能耗的新型吸收剂。基于上述考虑，二氧化碳捕获剂的选择需综合考虑以下几个因素：（1）平衡溶解度，决定了溶液所能容纳二氧化碳的最大含量；（2）溶液中的化学组分与离子种类，准确分析溶液吸收二氧化碳时所存在的各种组分，利于加深对二氧化碳吸收过程的理解，对选择操作条件，改进溶剂具有重要意义；（3）气液平衡模型，构建合理的热力学理论模型，对气液两相进行精确的数学描述至关重要；（4）吸收热，吸收热是研究二氧化碳捕获的一个重要参数，用于帮助评价吸收液解吸二氧化碳的难易程度与运行过程中的解吸能耗；（5）反应机理和动力学，深入理解吸收液与二氧化碳的反应途径，测试反应速率的快慢；（6）传质，主要指二氧化碳从气相主体扩散至液相主体的过程，分析探讨其间的工程问题，如推动力、阻力、影响因素等；（7）解吸，溶剂再生需要的能耗约占碳捕获总操作费用的 2/3，降低再生能耗对减小碳捕获成本意义重大；（8）降解，胺溶剂暴露在烟道气的 CO2、O2、SOx和飞尘中容易发生降解，生成不可逆转的热稳定盐，不利于吸收液的循环利用，因此研究如何减小甚至避免降解问题有助于提高吸收液的重复利用率和腐蚀的概率；（9）吸收液净化，由于有机胺存在的降解问题，需要针对性地开发净化流程，以保证吸收液能以较高的工作效率循环使用；（10）腐蚀，设备腐蚀也是有机胺溶液捕获二氧化碳中存在的一个问题，其缩短了设备的使用寿命，增加了设备维护费用、降低操作效率，进而提高了对材料的要求；且腐蚀会进一步导致热稳定盐累积的问题恶化。系统地对有机胺溶剂捕获回收CO2技术进行了详细介绍与评价，为该技术的未来发展提供了一定的技术支撑。结论：对有机胺法捕获CO2的研究现状与发展趋势进行了综述，重点阐述了选择新型溶剂所应考虑的因素：吸收溶解度、反应机理、VLE模型、ΔHabs，动力学、传质、溶剂再生及溶剂净化等。有机胺法是目前最成熟的CO2捕获方法，但其存在能耗高、溶剂降解及设备腐蚀的问题。因此开发与设计新型高效的吸收剂是十分必要的。采用实验与计算机模拟等方法研究二氧化碳捕获剂与吸收解吸综合性能的构效关系是选择二氧化碳捕获剂的有效手段，可有效降低二氧化碳捕获系统的运行成本。本综述为高效捕获剂与捕获系统的开发提供了可靠的技术指导。

来源出版物：中国化学工程学报（英文版）, 2016, 24(2):278-288

入选年份：2016

临床医学综合

去甲万古霉素封管预防重症患者中心静脉导管相关性感染的前瞻性随机对照研究

王晶，崔朝勃，王金荣，等

摘要：目的：研究去甲万古霉素封管在重症患者中心静脉导管相关性感染（CRI）中的临床应用价值。方法：采用前瞻性随机对照研究方法，选择2012年1月至2014年1月入住重症医学科预计锁骨下静脉置管超过48 h、年龄≥18岁且≤80岁、急性生理学与慢性健康状况评分系统Ⅱ（APACHEⅡ）评分10～29分的患者120例，利用随机数字表法将患者分为两组，最终完成研究患者116例，干预组（56例）采用去甲万古霉素与肝素盐水混合液封管，对照组（60例）采用肝素盐水封管。观察两组患者CRI发生率、CRI病原菌谱，以及不良事件发生率、病死率、住院时间、导管留置时间和住院费用。结果：（1）干预组与对照组患者CRI发生率比较差异无统计学意义〔7.14%（4/56）比 8.33%（5/60），χ2＝0.058，P＝1.000〕，但干预组无导管病原菌定植，对照组有 2例导管定植。（2）两组共检出病原菌7例，干预组铜绿假单胞菌、鲍曼不动杆菌、真菌各1例，对照组金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、真菌、鲍曼不动杆菌各1例；两组比较差异均无统计学意义（P＞0.05），但干预组革兰阳性球菌感染有减少的趋势。（3）干预组与对照组患者导管内血栓形成、导管局部渗血及导管意外脱落等不良事件发生率比较差异无统计学意义〔21.43%（12/56）比 23.33%（14/60），χ2＝0.060，P＝0.806〕。（4）干预组与对照组患者的病死率〔7.14%（4/56）比8.33%（5/60），χ2＝0.058，P＝1.000〕、住院时间（d：35.9±15.2 比34.1±16.3，t＝16.330，P＝0.620）、留置导管时间（d：25.0±4.5比 24.5±5.1，t＝26.427，P＝2.560）及住院费用（万元：3.42±1.22比 3.72±1.30，t＝13.215，P＝1.560）比较差异均无统计学意义。结论：对中心静脉置管患者应用去甲万古霉素与肝素盐水混合液封管未能降低CRI发生率、不良事件发生率及病死率，未减少住院时间、导管留置时间及住院费用，但有可能减少导管内细菌定植及革兰阳性菌的感染。

来源出版物：中华危重病急救医学, 2014, 26(7): 468-472入选年份：2016

PiCCO指导下集束化治疗感染性休克的临床研究

卢年芳，郑瑞强，林华，等

摘要：目的：探讨脉搏指示连续心排血量（PiCCO）监测指导下的早期目标导向治疗（EDGT）对感染性休克患者的治疗效果。方法：选择2009年1月至2012年12月收住江苏省苏北人民医院的82例感染性休克患者，按随机数字表法分为传统集束化组（40例）和改良集束化组（42例）两组。传统集束化组按国际脓毒症指南标准给予常规EDGT集束化方案复苏。改良集束化组首先放置PiCCO导管，根据所测得的胸腔内血容量指数（ITBVI）指导液体复苏，使 ITBVI达到 850～1000 mL/m2；并根据左心室收缩力指数（dPmax）和每搏量指数（SVI）等指标应用多巴酚丁胺调节心功能，使用去甲肾上腺素维持平均动脉压（MAP）≥65 mmHg（1 mmHg＝0.133 kPa），同时监测血管外肺水指导液体选择和利尿剂的应用。观察两组患者治疗前后急性生理学与慢性健康状况评分系统Ⅱ（APACHEⅡ）评分和序贯器官衰竭评分（SOFA）、使用血管活性药物的例数、血清降钙素原（PCT）水平、动脉血乳酸、乳酸清除率、复苏液体量的变化及机械通气时间、住重症监护病房（ICU）时间、住院病死率。结果：两组患者治疗后APACHE Ⅱ评分、SOFA评分、使用血管活性药物的例数均较治疗前逐渐降低，且治疗72 h时改良集束化组显著低于传统集束化组〔APACHEⅡ评分（分）：13.1±6.5比20.9±7.5，SOFA评分（分）：8.8±4.3比14.6±4.9，使用血管活性药物的例数：8∶17，P＜0.05〕。两组治疗后乳酸清除率均逐渐增加，改良集束化组各时间点乳酸清除率均明显高于传统集束化组〔6 h：（18.2±8.3）%比（10.8±7.5）%，t＝-6.036，P＝0.001；12 h：（22.6±7.3）%比（12.4±8.1）%，t＝-4.536，P＝0.001；24 h：（27.8±5.6）%比（16.4±9.5）%，t＝-5.882，P＝0.000〕。改良集束化组6 h内使用复苏液体量明显多于传统集束化组（mL：3608±715 比 2809±795，t＝-3.865，P＝0.033），而24、48和72 h复苏液体量均较传统集束化组明显减少，以72 h为最低（mL：918±351比1805±420，t＝5.907，P＝0.037）。改良集束化组机械通气时间（h：98.4±20.3 比 143.3±29.6，t＝9.766，P＝0.001）、住 ICU 时间（d：7.1±3.1比 9.5±2.5，t＝2.993，P＝0.004）也较传统集束化组明显缩短，但住院病死率略低于传统集束化组〔16.7%（7/42）比17.5%（7/40），χ2＝0.010，P＝0.920〕。结论：以PiCCO指导的改良集束化治疗能降低感染性休克患者的疾病严重程度，更准确地指导液体复苏、减少肺水，缩短机械通气和住ICU时间，具有很大的临床意义。

来源出版物：中华危重病急救医学, 2014, 26(1): 23-27

入选年份：2016

无创心排血量监测技术联合被动抬腿试验预测脓毒性休克患儿容量反应性的临床研究

武宇辉，刘晓红，李成荣，等

摘要：目的：评价无创超声心排血量监测仪（USCOM）联合被动抬腿试验（PLR）预测有自主呼吸的脓毒性休克患儿容量反应性的价值。方法：采用前瞻性、观察性队列研究设计方法，选择2011年3月至2013年6月重庆医科大学深圳儿童医院儿科重症监护病房（PICU）40例有自主呼吸且需补液的脓毒性休克患儿，先后进行PLR和容量负荷试验（VE）。在每个试验前后分别用USCOM测量每搏量（SV）、心排血量（CO）、外周血管阻力指数（SVRI）等血流动力学指标。并持续监测有创动脉平均动脉压（MAP）、中心静脉压（CVP）。根据VE后SV增加值（ΔSVVE）≥15%为有反应，将患儿分为有反应组和无反应组。用受试者工作特征曲线（ROC曲线）评价PLR预测容量反应性的价值。结果：40例患儿共行43次PLR和VE，其中有反应组25例次，无反应组 18例次。两组一般资料及初始的血流动力学指标无明显差异。PLR和VE后两组SV均较试验前增加。有反应组PLR后ΔSV（ΔSVPLR）与ΔSVVE均明显大于无反应组〔（14.95±3.44）%比（8.48±3.49）%，t＝6.048，P＝0.000；（18.28±2.84）%比（6.57±3.83）%，t＝11.530，P＝0.000〕。相关结果分析显示，ΔSVPLR与ΔSVVE呈正相关（r＝0.649，P＝0.000）；PLR后CVP增加值（ΔCVPPLR）与ΔSVVE则无相关性（r＝0.217，P＝0.162）。ΔSVPLR和 ΔCVPPLR预测患儿的容量反应性ROC曲线下面积（AUC）及95%可信区间（95%CI）分别为 0.900±0.046（95% CI 0.809～0.991，P＝0.000）和0.561±0.090（95% CI 0.385～0.737，P＝0.498）。以ΔSVPLR≥12.25%评价容量反应性的敏感度为80.0%，特异度为88.9%，以ΔCVPPLR≥15.48%的敏感度为76.0%，特异度为38.9%，ΔSVPLR预测容量反应性的能力优于ΔCVPPLR。结论：用USCOM测量PLR后的ΔSV可以反映有自主呼吸的脓毒性休克患儿的容量反应性，用以指导临床液体治疗。

来源出版物：中华危重病急救医学, 2014, 26(1): 46-50

入选年份：2016

肝素治疗脓毒症的系统评价

刘志永，朱红，马晓春

摘要：目的：系统评价肝素治疗脓毒症患者的有效性及安全性。方法：通过计算机检索IM/MEDLINE、CochraneLibrary、SCIE、CBM、中国知网 CNKI、维普数据库、万方数据库，纳入肝素治疗脓毒症的随机对照临床试验（RCT）。检索时限为2000年1月至2012年6月。按照纳入标准及排除标准筛选文献、提取数据和质量评价，采用RevMan 5.1软件进行荟萃分析（Meta分析）。结果：共纳入17个RCT研究、1167例脓毒症患者。Meta分析结果显示：与对照组相比，肝素能显著降低脓毒症患者28 d病死率〔比值比（OR）＝0.59，95%可信区间（95%CI）为0.45～0.77，P＝0.0001〕；肝素并未导致凝血功能紊乱恶化，相反能够纠正脓毒症所致血小板计数（PLT）的降低〔均数差（MD）＝13.94，95%CI为10.15～17.72，P＜0.000 01〕，同时对活化部分凝血活酶时间（APTT）及凝血酶原时间（PT）均无明显影响（APTT：MD＝-3.18，95%CI为-6.88～0.53，P＝0.09；PT：MD＝-0.68，95%CI为-1.48～0.12，P＝0.09）；在出血发生率方面两组亦无明显差异。肝素组治疗后急性生理学与慢性健康状况评分系统Ⅱ（APACHEⅡ）评分明显低于对照组（MD＝-2.58，95%CI为-3.29～-1.87，P＜0.00001），多器官功能障碍综合征（MODS）发生率明显低于对照组（OR＝0.32，95%CI为0.17～0.61，P＝0.0006）。另外，肝素能明显缩短脓毒症患者的重症监护病房（ICU）住院时间（MD＝-4.43，95%CI为-6.79～-2.07，P＝0.0002），而对总住院时间无明显影响。结论：肝素能改善脓毒症患者病情严重程度，降低病死率，且安全性及经济性较高。受纳入研究质量限制，所得结论尚需开展大样本、设计严格的RCT研究验证。

来源出版物：中华危重病急救医学, 2014, 26(3): 135-141

入选年份：2016

严重脓毒症早期应用连续性血液净化的时机及其器官保护作用：一项随机双盲对照研究

周瑞祥，翁方中，戴伟，等

摘要：目的：探讨早期连续性血液净化（CBP）治疗对严重脓毒症患者的器官保护作用和应用时机选择。方法：采用双盲随机对照研究方法，选择 2013年 1月至2015年 1月武汉市第一医院重症医学科收治的年龄35～80岁且急性生理学与慢性健康状况评分系统 Ⅱ（APACHEⅡ）评分≥20分的严重脓毒症患者74例，按随机数字表法分为对照组和治疗组，每组37例。两组均依据2012年严重脓毒症治疗指南给予常规治疗，治疗组在常规治疗基础上进行连续性静脉-静脉血液滤过（CVVH）。观察两组患者治疗前及治疗后24、48、72 h病情评分、肝肾等器官功能指标、血浆或超滤液中炎性因子水平以及治疗后2周的临床结局。结果：两组患者治疗后 APACHEⅡ评分、多器官功能障碍综合征（MODS）评分、急性肺损伤Murray评分和全身炎症反应综合征（SIRS）评分均逐渐下降，血中白细胞计数（WBC）、降钙素原（PCT）、乳酸（Lac）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素（IL-6、IL-8）、内毒素水平逐渐降低，尿素氮（BUN）、肌酐（SCr）、丙氨酸转氨酶（ALT）、氧合指数（PaO2/FiO2）均呈现好转趋势。治疗后48 h，治疗组各项病情评分、血中WBC、PCT、Lac和炎性因子以及肝肾等器官功能指标即较对照组改善更为明显〔APACHEⅡ评分（分）：15.5±4.7比20.3±5.3，MODS评分（分）：4.6±1.4比7.3±2.2，Murray评分（分）：1.4±0.5比1.7±0.6，SIRS评分（分）：2.9±0.8比 3.7±1.0，WBC（×109/L）：1.1±0.5比 1.6±0.5，PCT（μg/L）：26.7±12.0 比 32.4±14.1，Lac（mmol/L）：7.6±2.2 比 9.3±2.8，TNF-α（μg/L）：96.3±17.4 比153.4±24.2，IL-6（μg/L）：146.8±20.6 比 213.8±29.2，IL-8（μg/L）：287.1±43.6 比 354.5±56.2，内毒素（kEU/L）：1.4±0.5 比 2.6±0.8，BUN（mmol/L）：8.7±3.6 比 18.5±6.4，SCr（μmol/L）：143±39 比 197±42，ALT（U/L）：141±27 比 183±34，PaO2/FiO2（mmHg，1 mmHg＝0.133 kPa）：150.3±45.4 比 124.7±32.1，P＜0.05〕，直到 72 h仍有显著性。治疗组治疗后 24 h和48 h超滤液中可检测到TNF-α、IL-6、IL-8和内毒素，与血浆水平的下降趋势基本一致。治疗组MODS发生率（10.8%∶29.7%，χ2＝4.423，P＝0.038）、病死率（5.4%∶13.5%，χ2＝4.674，P＝0.032）均较对照组明显下降，机械通气时间（d：3.1±0.6比5.3±1.7，t＝2.103，P＝0.045）、重症加强治疗病房（ICU）住院时间（d：8.5±1.7 比 13.2±2.4，t＝2.245，P＝0.042）也较对照组明显缩短。结论：早期CBP治疗可明显清除严重脓毒症患者体内的炎性因子，有效防治MODS的发生并能改善患者的预后。

来源出版物：中华危重病急救医学, 2016, 28(3): 241-245入选年份：2016

快速康复外科面临的问题及思考

谢正勇，程黎阳

摘要：目的：快速康复外科（fast track surgery，FTS）是指采用有循证医学证据的围术期处理的一系列优化措施，以减少或降低患者的心理及生理创伤应激，促进患者术后快速康复。FTS安全有效，明显改善术后脏器功能恢复、缩短术后住院时间，而并不增加甚至降低术后并发症率及病死率。FTS作为一新生事物，其应用、发展过程中尚面临诸多问题。了解FTS的发展过程，总结FTS的特点与优势，在临床上有较好的指导意义。方法：通过深入调研国内外文献，结合作者的研究结果和实践体会，总结FTS的发展历史，分析FTS目前应用适应症及推广程度的局限性和原因，探讨FTS与现代护理技术的关系及研究的争议热点，展望FTS的应用前景和发展方向，理性对待 FTS应用价值及风险，强调构建FTS发展平台的重要性。结果：目前应用于FTS的各项优化措施，均有严格的循证医学证据支持。尽管如此，传统观念的影响深入人心。目前学科间的协作存在困难，甚至在一些观念上截然相反。首先，传统的观念根深蒂固、难以改变。尽管大量研究已证实FTS措施的安全性，临床上多数医师并没有推广应用。再者缺乏法律法规、医学伦理学的支持FTS的法律、法规、医学伦理方面更是空白，在医患关系日趋紧张的今天，FTS的应用更显得困难重重。传统观念的改变非一朝一夕，FTS的推广、普及尚需先行者的不懈努力。结论：手术本身的创伤、应激无疑是影响术后恢复的最主要因素。以腹腔镜为代表的微创外科减少了制约术后康复的这一主要问题，因而能促进术后快速康复。在均采用腹腔镜时，FTS 通过优化围术期措施带来的术后康复优势受到影响；同样，在均采用FTS时，腹腔镜手术通过减少手术本身应激创伤促进术后康复的优势便不再如此明显。无论如何，FTS与腹腔镜联合应用，既减少手术本身创伤，又从全局出发兼顾了围术期处理措施的应激，因此，其应用前景是值得期待的。

来源出版物：实用医学杂志, 2012, 28(3): 502-503

入选年份：2016

土壤学

生物炭对土壤理化性质影响的研究进展

武玉，徐刚，吕迎春，等

摘要：目的：生物炭是有机物料在完全或者部分缺氧条件下，经过高温热裂解（通常300～700℃）产生一类富碳、高度芳香化和稳定性高的有机物质。生物炭为全球气候变化、粮食危机和生态污染修复等提供了综合解决方案。生物炭对土壤物理和化学性质具有明显的改良作用。其多孔特性和比表面积有利于土壤聚集水分、提高孔隙度、降低容重，从而为植物生长提供良好的环境。同时，生物炭是酸性土壤一种理想的改良剂。其含有的养分元素可直接输入土壤，其表面电荷和官能团有利于土壤养分的保留。但是，生物炭由于受原材料和制备条件的影响，各研究结论并不一致。方法：本文通过大量相关文献阅读、整理和分析，从生物炭对土壤理化性质的影响出发，去综述生物炭的农用价值和环境响应。结果：施用生物炭能够增加土壤的肥力，提高作物的产量。生物炭促进作物的增产主要通过改变土壤的物理，化学和微生物学性质实现的。生物炭多孔性和表面积改变土壤容重，孔隙度和持水能力，生物炭含有养分元素可直接输入土壤，其表面电荷和官能团有利于土壤养分的保留，同时，生物炭是一种酸性土壤理想的改良剂。生物炭的活性表面将长期持续的影响土壤理化性质。结论：总之，生物炭改良了土壤物理和化学性质，提高了作物的产量。但是，受生物炭制备材料、制备条件以及施用土壤性质的影响，不同报道的研究结论并不一致。因此，今后应加强以下几个方面的研究。① 开展生物炭标准研究，统一规范生物炭制备，检测和使用。② 生物炭可能会对土壤微生物群落结构和功能产生影响，由此而导致土壤结构和功能发生相应的变化，因此需要开展生物炭—土壤—微生物—作物统一连续体的研究。③ 鉴别生物炭的直接（短期）和间接（长期）效应。多数生物质炭研究的周期较短（＜5年），且以室内培养和温室实验为主，缺乏生物质炭长期效应的田间试验。

来源出版物：地球科学进展, 2014, 29(1):68-79

入选年份：2017

中国土壤微生物学研究10年回顾

宋长青，吴金水，陆雅海，等

摘要：土壤是地球演化过程中形成的历史自然体，是地球环境的重要组成，是人类赖以生存生活的载体，是地球系统大气圈、水圈、岩石圈及生物圈相互作用最复杂、最活跃的交界面，也是保障国家粮食安全最基本的生产资料。土壤中的微生物数量巨大、种类繁多，是土壤最活跃的组成。从定植于土壤母质的蓝绿藻开始，到土壤肥力的形成，土壤微生物参与了土壤发生、发展、发育的全过程，是联系不同圈层物质与能量交换的重要纽带，被称为地球关键元素生物地球化学循环过程的引擎，但长期以来理论与技术发展滞后并制约了土壤微生物学研究，阻碍了对土壤过程和地球表层系统关键过程的深入认识。21世纪初，土壤微生物的分类理论渐具雏形，先进技术的开发应用发展迅猛，成为不同学科交叉发展的重要前沿。国家自然科学基金委员会地球科学部一处紧紧围绕学科发展方向，深入分析了土壤微生物及其相关项目的申请趋势，并于 2005年 1月组织了国内相关领域同行，主持召开了“土壤生物与土壤过程”学术研讨会，结合国际科学前沿与国家战略需求，明确了当时我国土壤微生物学的主要任务与重点领域，积极引导了我国土壤微生物学的发展方向。过去 10年来，在国家自然科学基金委员会地球科学部一处和国家相关部门的大力支持和指导下，我国土壤微生物学在研究方法方面取得了跨越式的发展，已经形成了土壤微生物数量、组成与功能研究的基本技术体系；在研究内容方面以前所未有的广度和深度拓展，超越了传统细菌、真菌和放线菌的表观认识，围绕土壤生态系统的关键过程，在有机质分解、土壤元素转化与土壤质量保育过程等方面系统研究了土壤微生物的群落结构及其功能，取得了显著的进展；在土壤微生物学理论方面，形成了较为完善的土壤微生物多样性、土壤微生物结构与功能等研究理念，在土壤元素生物地球化学循环的微生物驱动机制等方面取得了重要进展。本文对部分成果简要综述，期望能在新形势下，进一步凝练科学共识，把握学科发展前沿，提升理论创新能力，推动我国土壤微生物学的进一步发展。

来源出版物：地球科学进展, 2013, 28(10): 1087-1105

入选年份：2017