电弱交互作用

弱相互作用（又称弱力或弱核力）是自然的四种基本力中的一种，其余三种为强核力、电磁力及万有引力。次原子粒子的放射性衰变就是由它引起的，恒星中一种叫氢聚变的过程也是由它启动的。弱相互作用会影响所有费米子，即所有自旋为半奇数的粒子。

在粒子物理学的标准模型中，弱相互作用的理论指出，它是由W及Z玻色子的交换（即发射及吸收）所引起的，由于弱力是由玻色子的发射（或吸收）所造成的，所以它是一种非接触力。这种发射中最有名的是β衰变，它是放射性的一种表现。重的粒子性质不稳定，由于Z及W玻色子比质子或中子重得多，所以弱相互作用的作用距离非常短。这种相互作用叫做“弱”，是因为β衰变发生的概率比强相互作用低很多，表示它的一般强度比电磁及强核力弱好几个数量级。大部分粒子在一段时间后，都会通过弱相互作用衰变。弱相互作用有一种独一无二的特性——那就是夸克味变——其他相互作用做不到这一点。另外，它还会破坏宇称对称及CP对称。夸克的味变使得夸克能够在六种“味”之间互换。

弱力最早的描述是在1930年代，是四费米子接触相互作用的费米理论：接触指的是没有作用距离（即完全靠物理接触）。但是现在最好是用有作用距离的场来描述它，尽管那个距离很短。在1968年，电磁与弱相互作用统一了，它们是同一种力的两个方面，现在叫弱电相互作用。

弱相互作用在粒子的β衰变中最为明显，在由氢生产重氢和氦的过程中（恒星热核反应的能量来源）也很明显。放射性碳定年法用的就是这样的衰变，此时碳-14通过弱相互作用衰变成氮-14。它也可以造出辐射冷光，常见于超重氢照明；也造就了β伏这一应用领域（把β射线的电子当电流用）。

• 基本相互作用

• 标准模型

• 弱混合角

在粒子物理学中，弱电相互作用是电磁作用与弱相互作用的统一描述，而这两种作用都是自然界中四种已知基本力。虽然在日常的低能量情况下，电磁作用与弱作用存在很大的差异，然而在超过统一温度，即数量级在100GeV的情况下，这两种作用力会统合成单一的电弱作用力。

由于将基本粒子的电磁作用与弱作用统一的这项贡献，阿卜杜勒·萨拉姆、谢尔登·格拉肖以及史蒂文·温伯格获颁1979年的诺贝尔物理奖。弱电相互作用的理论目前经以下两个实验证明存在：

1. 1973年在Gargamelle气泡室首次在中微子散射实验中发现中性流的存在。

2. 1983年在超级质子同步加速器进行的UA1和UA2质子反质子对撞实验中发现W及Z玻色子。

电磁力（英语：electromagnetic force）是处于电场、磁场或电磁场的带电粒子所受到的作用力。大自然的四种基本力中，电磁力是其中一种，其它三种是强作用力、弱作用力、引力。光子是传递电磁力的媒介。在电动力学里，电磁力称为劳仑兹力。延伸至相对论性量子场论，在量子电动力学里，两个带电粒子倚赖光子为媒介传递电磁力。带电粒子是带有净电荷的粒子。电荷是基本粒子的内秉性质。只有带电粒子或带电物质（带有净电荷的物质）才能够感受到电磁力，也只有带电粒子或带电物质才能够制成电场、磁场或电磁场来影响其它带电粒子或带电物质。

对于决定日常生活所遇到的物质的内部性质，电磁力扮演重要角色。在物质内部，分子与分子之间彼此相互作用的分子间作用力，就是电磁力的一种形式。分子间作用力促使一般物质呈现出各种各样的物理与化学性质。由于电子与原子核分别带有的负电荷与正电荷，它们彼此之间会以电磁力相互吸引，使得电子移动于环绕着原子核的原子轨道，与原子核共同组成原子。分子的建构组元是原子。几个邻近原子的电子与电子、电子与原子核、原子核与原子核，以电磁力彼此之间相互作用，主导与驱动各种化学反应，因此促成了所有生物程序。

我国电力系统正在形成交直流互联的巨大网络，交直流系统操作及故障、直流换流阀的动作、负荷变化产生的纳秒、微秒、毫秒级的电磁暂态将在直流系统和交流系统中交互作用，交直流互联系统的电磁暂态交互作用可对交流系统和直流系统构成危害，特别是导致直流系统的换相失败及闭锁等严重事故，目前，国际上对时间从纳秒到毫秒级别的电磁暂态交互问题没有涉及。本课题拟采用理论分析及测试相结合的方法建立基于地上交直流互联电网络、控制系统和地下接地系统的全波过程的特高压系统电磁暂态精确分析方法，建立能比较准确反映交直流互联系统的关键元件电磁暂态特征的宽频特性模型，提出解决具有高阶性、非线性、频变性、时间跨度大等特性的电磁暂态模型的数值计算方法，揭示直流和交流系统电磁暂态交互传递机理及可能的交互影响规律，提出交直流互联系统的交互传递的电磁暂态的特征，为防止交直流互联系统的电磁暂态的交互影响提供电磁兼容设计及测试参数。 2100433B

本项目旨在以分布式发电系统和电网之间潜在的谐波交互作用为研究重点，探索电力电子逆变器的谐波交互模型，实现对潜在电网谐波交互问题的预测分析；提出面向电力电子并网逆变器的解决方案及研究方法，改善并网逆变器对谐波交互作用的抑制能力。为实现多分布式发电单元在未来电网的可靠、稳定工作提供技术支持，为降低电网谐波成份，改善电网稳定性和促进新能源的并网应用等方面提供研究基础。 通过研究，本项目提出了基于逆变器输出阻抗模型或外特性的建模分析方法对并网逆变器与电网侧谐波交互作用进行预测研究与控制改善，难点是并网侧与电网侧的参数多变化、非线性化以及时变化带来了分析的不确定性。采用了系统外特性的模型分析方法为该难点的研究提供了一种新的理论基础，取得的主要成果有: 1. 在引入逆变器侧的非线性因素条件下，提出并完成了分布式发电系统并网逆变器的输出阻抗模型研究方法。所研究的并网逆变器输出阻抗模型能够用来指导系统设计和参数优化，分析逆变器—电网交互式系统稳定性，谐波振荡与放大，以及进行产品性能评估，具有重要的理论和实际意义。 2.利用研究提出的输出阻抗模型，成功对多个并网逆变器与电网组成的分布式阻抗网络进行了建模及电力谐波交互问题的预测分析。通过前面的逆变器精确建模，在分析阻抗网络谐振机理的基础上，详细推导基于并网电流和电容电流双闭环控制的精确输出阻抗模型。利用所建立模型可以对多个逆变器与电网之间的谐波交互进行预测分析。 3．从系统外特性的角度分析不同系统结构、参数及电网波动对并网逆变器性能的影响，研究基于输出阻抗设计的逆变器系统对电网谐波交互作用的抑制，进而提出基于系统输出阻抗限定的逆变器优化设计原则，利于改善逆变器在电网谐波条件下的谐波输出抑制能力。 4. 从逆变器的外特性优化设计角度出发，研究了逆变器开环外特性（主要关注滤波器结构）和闭环外特性（输出阻抗特性）的优化设计方法。完成了并网输出滤波器的拓扑推演及其无源阻尼方法的分析，希望提高逆变器自身对并网谐振的免疫能力；提出了输出阻抗无穷大（非理想）型的逆变器控制方法，利于提升并网逆变器单元与电网谐波交互的抑制能力。 2100433B

本项目将进行基于多重并网逆变器和电网谐波交互作用问题的建模分析和抑制方法的研究。引入并网逆变器的非线性因素，提出有效的逆变器输出阻抗模型以及在电网谐波交互作用下的建模方法。对多重并网逆变器工作下的电网中潜在的谐波振荡问题进行理论分析，并总结出用于预测在电网谐波畸变允许范围内可接入的最大并网单元模块数的系统方法。研究基于并网逆变器的解决方案，提出基于输出阻抗的控制参数设计指导方法和对电网谐波振荡进行有源抑制的控制策略。只有保证多重分布式发电单元的可靠的、稳定的工作，才能实现新能源电力并网利用在电网进行较大范围的渗透或构建完全基于分布式发电系统的新型子电网。因此，基于多重并网逆变器在电网中的谐波交互问题的研究对于促进新能源并网逆变器在电网中的应用和发展有着重要的意义。