上海交通大学学报

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1. 基于改进无源性控制的三相LCL并网逆变器输出导纳重塑方法

王晗, 张建文, 施刚, 朱淼, 蔡旭

上海交通大学学报 2023, 57 (9): 1105-1113. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.120

摘要（271）

HTML （32）

PDF（pc）（3313KB）（840）

基于能量函数的无源性控制(PBC)被广泛研究并用于并网变换器以获得更好的控制性能.然而,传统的PBC方法依赖并网变换器的精确数学模型,且已有研究较少考虑数字控制的延迟效应以及电容性电网或复杂弱电网下电网阻抗的不确定性对系统稳定控制的影响.鉴于此,针对三相LCL并网逆变器提出一种改进PBC方法以实现导纳重塑,通过增加电容电流前馈将系统无源区域扩展到奈奎斯特频率,在电网阻抗宽范围变化下实现LCL谐振频率的有源阻尼控制,并提出改进PBC控制参数设计方法.在3 kW并网逆变器样机平台上开展仿真和实验研究,验证了理论分析的正确性.

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2. 面向高比例清洁能源消纳的含灵活性资源电力系统规划方案优选

郭咏涛, 向月, 刘俊勇

上海交通大学学报 2023, 57 (9): 1146-1155. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.269

摘要（164）

HTML （10）

PDF（pc）（2433KB）（770）

高比例清洁能源具有波动性及间歇性等特点,其大规模接入给电力系统灵活性带来巨大挑战.为提升系统可再生能源消纳能力,考虑火电灵活性改造、投建燃气机组和投建储能的多种灵活性资源,建立一种计及多类型灵活性资源功率特性的电力系统规划方案优选模型.通过改进的IEEE 24节点电力系统和12节点天然气互联系统进行仿真分析,验证所提模型的有效性,并从经济性、消纳能力、低碳性等角度对灵活性规划方案进行优选以满足不同的规划需求.

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3. 大型海上风力机单叶片吊装对接技术综述

谢斯泓, 赵永生, 许移庆, 何炎平, 韩兆龙, 许玉旺

上海交通大学学报 2023, 57 (6): 631-641. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.237

摘要（387）

HTML （356）

PDF（pc）（14702KB）（562）

近年来,海上风力发电呈现加速大型化发展趋势,安装海域不断向深远海拓展.然而,深远海域环境条件恶劣,传统叶轮吊装技术面临诸多限制.相比之下,单叶片吊装技术在安装效率、安全性等方面具有显著优势,逐渐成为新的研究热点.从海上风力机单叶片吊装的特点和难点出发,调研并汇总叶片吊具、单叶片吊装动力学仿真和吊具主动控制技术等相关设备和关键技术的研究现状.其中,以主动控制技术为核心研发新型单叶片吊装设备和吊装方法是深远海巨型风力机安装技术突破的重要一环.最后根据海上风力机单叶片吊装对接技术的发展趋势和前景,分别介绍具有动力定位功能的单叶片吊具和双抱箍垂直叶片安装辅助装置等概念设计,有望解决深远海巨型风力机安装难题.

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4. UConvTrans:全局和局部信息交互的双分支心脏图像分割

李擎, 皇甫玉彬, 李江昀, 杨志方, 陈鹏, 王子涵

上海交通大学学报 2023, 57 (5): 570-581. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.088

摘要（598）

HTML （36）

PDF（pc）（9362KB）（508）

心脏核磁共振成像(MRI)具有噪声多、背景和目标区域相似度高、右心室形状不固定、呈月牙形或扁圆形等特点,虽然基于卷积神经网络的U型结构在医学图像分割中表现出色,但由于卷积本身的局部运算特性,提取全局信息特征能力有限,所以很难提升在心脏MRI上的分割精度.针对上述问题,提出一种全局和局部信息交互的双分支网络模型(UConvTrans).首先,利用卷积分支和Transformer分支提取局部特征和建模全局上下文信息,能够保留细节信息并抑制心脏MRI中噪声和背景区域的干扰.其次,设计了融合卷积网络和Transformer结构的模块,该模块将二者提取的特征交互融合,增强了模型表达能力,改善了右心室的分割精度,而且避免了Transformer结构在大规模数据集上预训练,可以灵活调节网络结构.此外,UConvTrans能有效地平衡精度和效率,在MICCAI 2017 ACDC 数据集上进行验证,该模型在模型参数量、计算量仅为U-Net的10%、8%的情况下,平均 Dice系数比U-Net提高了1.13%.最终,在其官方测试集上实现了右心室92.42%、心肌91.64%、左心室95.06%的Dice系数,在心肌及左心室区域取得了到目前为止最好的结果.

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5. 新型电力系统下的抽水蓄能电站成本疏导机制:综述与展望

刘飞, 车琰瑛, 田旭, 许德操, 周慧洁, 李知艺

上海交通大学学报 2023, 57 (7): 757-768. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.516

摘要（788）

HTML （44）

PDF（pc）（2464KB）（456）

在双碳目标驱动下,我国电力系统正逐步转型为以新能源为主体的新型电力系统,面临新的供需平衡形势.抽水蓄能作为目前最成熟的储能技术,通过提供不同时间尺度的灵活性资源,能保证电力系统安全经济运行,且有效促进新能源消纳.然而,新形势下抽水蓄能电站的运营决策和成本疏导机制尚未厘清,一定程度上阻碍了其进一步发展.在此背景下,首先综合分析了抽水蓄能电站的技术特点和功能定位;其次从全生命周期的角度建立了抽水蓄能电站的成本模型,并分析成本疏导的路径;再次针对电力市场发展的不同阶段,刻画了价格形成机制以及成本疏导方式的演化路径,为我国抽水蓄能电站的市场化进程提供了可行方案;最后对抽水蓄能电站未来的发展进行了展望.

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6. 非对称柔性支撑龙门双驱平台的解耦与同步控制

位广宇, 谷朝臣, 杨舒盛, 关新平

上海交通大学学报 2023, 57 (5): 593-600. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.456

摘要（390）

HTML （18）

PDF（pc）（5432KB）（400）

针对采用非对称柔性支撑结构的龙门双驱运动平台,提出基于模型补偿扩张状态观测器的解耦与同步控制策略.考虑柔性支撑结构特点和负载加速度对龙门平动、转动模态的影响,采用拉格朗日方程建立了龙门动力学模型.依据该模型设计平动和转动控制回路并采用带有已知耦合项补偿的扩张状态观测器,估计并抑制由建模误差和未知耦合项等因素组成的总扰动.试验结果表明,该控制框架与解耦策略能有效解除双驱动轴间的动态耦合并抑制扰动,显著提升龙门试验台的动态响应和同步精度,且具有部署简单、所需测量模型参数少等优点.

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7. 机器学习在化学合成及表征中的应用

孙婕, 李子昊, 张书宇

上海交通大学学报 2023, 57 (10): 1231-1244. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.078

摘要（426）

HTML （48）

PDF（pc）（4421KB）（351）

自动化化学合成是化学领域长期追求的目标之一.近年来,机器学习的出现使得实现这一目标有了可能.以数据驱动为核心的机器学习借助计算机学习海量化学数据中的信息,寻找信息之间的客观联系和规律,根据已有规律和信息训练生成模型,借助模型预测分析需解决的实际问题.机器学习因其出色的计算预测能力,帮助化学工作者快速高效解决化学合成问题,加快研究进程.机器学习的出现和发展对化学合成及表征领域展示出强大的研究助力作用,但目前并不存在通用性极强的机器学习模型,化学工作者仍需根据实际情况选择不同模型进行训练学习.从监督学习、无监督学习、半监督学习、强化学习等机器学习的角度,向化学工作者展示常见学习方法在化学合成及表征中应用的最佳案例,帮助其利用机器学习知识进一步拓宽研究思路.

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8. 基于极限学习机模型参数优化的光伏功率区间预测技术

何之倬, 张颖, 郑刚, 郑芳, 黄琬迪, 张沈习, 程浩忠

上海交通大学学报 2024, 58 (3): 285-294. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.338

摘要（229）

HTML （6）

PDF（pc）（1907KB）（343）

提出一种基于极限学习机(ELM)模型参数优化的光伏功率区间预测技术.首先,提出加权欧氏距离作为光伏功率预测区间评估指标,筛选历史样本单元并优化ELM训练集;然后,提出ELM参数混合寻优算法,利用精英保留策略遗传算法与分位数回归优化ELM模型隐层输入及输出权重与偏置参数,并采用训练后的模型预测光伏功率区间;最后,基于光伏电站与气象站历史数据构建实际算例,预测光伏功率区间,并与其他方法得到的结果进行对比.算例结果表明:所提方法在增加区间预测可信度的同时,能较大程度提高区间预测准确度.

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9. 基于WRF-LES模式的大气边界层近地风场精细化模拟研究

刘达琳, 陶韬, 曹勇, 周岱, 韩兆龙

上海交通大学学报 2024, 58 (2): 220-231. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.415

摘要（1572）

HTML （12）

PDF（pc）（9950KB）（332）

台风等极端气象灾害对工程结构安全造成严重威胁,研究近地面大气边界层精细化模拟对于土木工程具有重要应用价值.数值天气预报系统(WRF)中的大涡模拟(LES)模块具有参数方案多、精度高等优点,适用于近地面风场精细化模拟,但数值天气预报-大涡模拟(WRF-LES)精细化模拟效果与参数设置密切相关.寻求适用于精细化模拟近地面风场的参数设置,选用WRF-LES模式中的几种次网格模型和空间差分格式,采用较细密的网格分辨率,进行理想大气边界层模拟.对比平均风速剖面、湍流强度剖面和功率谱等风场特性,讨论关键参数对近地面风场模拟精度的影响,确定合适的参数设置.研究表明:对次网格模型,非线性回波散射和各向异性 (NBA1)模型可有效改善近地面风场模拟精度;对网格方案,在计算域底部不均匀加密垂直网格可更好地描述近地面风场空间分布特征,有效减小计算资源;对空间差分格式,偶数阶差分相较奇数阶差分格式可捕获更小尺度湍流结构.所提出的WRF-LES模式参数方案,可为精细化模拟近地面风场和台风边界层提供技术参考.

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10. 融合MobileNetV3特征的结构化剪枝方法

刘宇, 雷雪梅

上海交通大学学报 2023, 57 (9): 1203-1213. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.077

摘要（379）

HTML （20）

PDF（pc）（11611KB）（325）

传统的深度神经网络由于计算量和内存占用庞大,难以部署到嵌入式平台中发挥实用价值,所以轻量级的深度神经网络得到快速发展.其中,谷歌提出的轻量级架构MobileNet具有广泛的应用.为了进一步提高性能,MobileNet的模型由MobileNetV1发展到MobileNetV3,但模型变得更为复杂,导致其规模不断扩大,难以发挥轻量级模型的优势.为了在能保持MobileNetV3性能的前提下,降低部署于嵌入式平台的难度,提出一种融合MobileNetV3特征的结构化剪枝方法,对MobileNetV3-Large模型进行裁剪,得到一个更加紧凑的模型.首先对模型进行稀疏正则化训练,得到一个较为稀疏的网络模型;然后使用卷积层的稀疏值和批量归一化层的缩放系数的乘积判别冗余滤波器对其进行结构化剪枝,并在CIFAR-10和CIFAR-100数据集上进行实验.实验结果表明:提出的压缩方法可以有效压缩模型参数,并且压缩后模型仍然能保证良好性能;在准确率不变的前提下,CIFAR-10上模型的参数量减少44.5%,且计算量减少40%.

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11. 一种CNN-LSTM船舶运动极值预报模型

詹可, 朱仁传

上海交通大学学报 2023, 57 (8): 963-971. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.089

摘要（245）

HTML （15）

PDF（pc）（2516KB）（320）

针对船舶摇荡运动的短期极值预报,提出一种融合运动频谱信息的滑动窗口方法提取特征数据,在此基础上构建卷积神经网络(CNN)与长短时记忆(LSTM)网络的组合预报模型,其中CNN模块针对输入数据的局部相关特征,LSTM模块针对数据的时间维度特征.对S175船进行运动仿真测试,结果表明,该模型对未来1~2个周期内的运动极值信息预报效果良好,各项评价指标均明显优于LSTM和门控循环单元(GRU)模型,具有重要的应用价值.

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12. 仿人柔性关节耦合建模及变负载振动抑制

宋传明, 杜钦君, 李存贺, 罗永刚

上海交通大学学报 2023, 57 (5): 601-612. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.342

摘要（191）

HTML （13）

PDF（pc）（5177KB）（317）

针对仿人柔性关节负载突变引起的关节振动问题,提出一种基于状态观测器的转矩补偿控制方法.通过控制电动机输出与扰动力矩等值的转矩增量,使关节力矩快速平衡变化后的负载力矩,缩短弹性元件被动适应负载变化的振荡过程.设计了估计负载扰动转矩和电动机转速的状态观测器,并利用Lyapunov函数证明其收敛性;建立基于比例积分-积分比例(PI-IP)转速调节器的驱动系统控制结构,并将观测器的输出前馈输入到转速调节器中,提高系统抗干扰能力.仿真结果表明,与比例积分微分(PID)控制和关节力反馈比例微分(PD)控制相比,所提方法能够在负载变化后的0.6 s内使电动机转速恢复稳定,并在1 s内实现关节振动抑制,关节转速调节时间分别缩短了约1.8 s和0.9 s,有效提升系统动态调节能力.最后,通过在一体化柔性关节测试平台上的实验,验证了所提方法的有效性.

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13. 基于窗口自注意力网络的单图像去雨算法

高涛, 文渊博, 陈婷, 张静

上海交通大学学报 2023, 57 (5): 613-623. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.032

摘要（367）

HTML （33）

PDF（pc）（26863KB）（315）

单图像去雨研究旨在利用退化的雨图恢复出无雨图像,而现有的基于深度学习的去雨算法未能有效地利用雨图的全局性信息,导致去雨后的图像损失部分细节和结构信息.针对此问题,提出一种基于窗口自注意力网络 (Swin Transformer) 的单图像去雨算法.该算法网络主要包括浅层特征提取模块和深度特征提取网络两部分.前者利用上下文信息聚合输入来适应雨痕分布的多样性,进而提取雨图的浅层特征.后者利用Swin Transformer捕获全局性信息和像素点间的长距离依赖关系,并结合残差卷积和密集连接强化特征学习,最后通过全局残差卷积输出去雨图像.此外,提出一种同时约束图像边缘和区域相似性的综合损失函数来进一步提高去雨图像的质量.实验表明,与目前单图像去雨表现优秀的算法MSPFN、 MPRNet相比,该算法使去雨图像的峰值信噪比提高0.19 dB和2.17 dB,结构相似性提高3.433%和1.412%,同时网络模型参数量下降84.59%和34.53%,前向传播平均耗时减少21.25%和26.67%.

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14. 高速飞行器燃油瞬态温度预测的修正热网络法

程显达, 郑皓冉, 杨学森, 董威

上海交通大学学报 2023, 57 (6): 728-738. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.387

摘要（187）

HTML （12）

PDF（pc）（11336KB）（314）

针对高速飞行器燃油消耗全阶段温度场三维瞬态计算存在效率过低问题,为满足高速飞行器燃料系统快速迭代设计过程中燃油温度场计算的需求,通过在热传导方程中添加掺混系数表征燃油内部热对流,在热平衡方程中添加传质项表征燃油宏观流动,提出一种满足设计精度的高效修正热网络方法.基于提出的热网络法构建高速飞行器储油系统瞬态热分析模型,在不同的热边界条件和储油系统几何结构下,该热网络法计算结果与计算流体动力学(CFD)方法结果的偏差低于5%,计算效率极大提高.采用CFD计算与修正热网络法结合的方式,为高速飞行器燃料储存系统设计提供了新的燃油瞬态温度变化预测方法.

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15. 气动齿状软体驱动器的理论建模、仿真分析及实验研究

苏怡仪, 徐齐平, 刘锦阳

上海交通大学学报 2023, 57 (8): 1016-1027. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.039

摘要（203）

HTML （9）

PDF（pc）（17776KB）（312）

针对气动齿状软体驱动器,从腔室侧壁膨胀角和驱动器弯曲角度的非线性几何关系出发,基于虚功原理和Neo-Hookean超弹性不可压缩材料的非线性本构关系,建立了同时考虑底层、侧壁、前后壁应变能的准静态力学模型.该模型考虑了几何非线性和材料非线性,能够准确高效求解不同驱动气压和末端载荷作用下的软体驱动器构型.在此基础上利用Abaqus软件对固支-自由软体驱动器进行有限元仿真,并搭建了相应的实验装置,对不同气压作用下的驱动器进行了仿真分析和实验研究.结果表明:驱动气压与软体驱动器的弯曲角度呈线性相关,且理论模型的预测结果与有限元仿真和实验结果基本吻合.此外,分析了软体驱动器各部位的应变能分布情况.针对驱动器受末端载荷的变曲率情况,基于分段等曲率模型得到的构型与Abaqus基本一致.该准静态建模方法为同类软体驱动器的结构优化设计、性能改善和运动控制建立理论基础.

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16. 新型仿生螺旋桨优化设计

吴春晓, 卢雨, 刘社文, 顾朱浩, 邵思雨, 邵武, 李闯

上海交通大学学报 2023, 57 (11): 1421-1431. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.174

摘要（1667）

HTML （21）

PDF（pc）（10709KB）（299）

对导边变形的仿生螺旋桨的水动力性能优化设计提出一种新颖的方法.基于仿生学原理与参数化建模的方法,将座头鲸前鳍的凹凸结构应用于螺旋桨导边,即在螺旋桨导边迎流区依据指数衰减曲线和正弦函数曲线将标准光滑导边进行类似座头鲸鳍突起结构状的凹凸变形,获得的导边凹凸的仿生螺旋桨.分别对指数衰减型仿生桨与正弦函数型仿生桨进行水动力性能、空泡性能以及噪声性能数值模拟.选出其中性能较优的螺旋桨,然后将基于仿真设计(SBD)技术引入新型仿生螺旋桨优化设计中,以控制导边变形的指数衰减曲线形状的参数为优化设计变量,以母型桨的转矩作为约束条件,选取敞水效率为目标函数,采用Sobol与T-Search优化算法,构建基于指数衰减曲线的仿生螺旋桨优化研究系统.研究结果表明:将座头鲸前鳍的凹凸结构应用于螺旋桨导边对螺旋桨的空泡性能与噪声性能有所提高,但对于螺旋桨敞水性能的提高不显著,验证了本研究所建立的仿生桨水动力性能优化设计方法是有效可靠的,为仿生螺旋桨的性能数值计算及构型优化设计提供了一定的理论依据和技术指导.

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17. 基于用户分类的综合能源系统低碳运行策略

张春雁, 窦真兰, 白冰青, 王玲玲, 蒋传文, 熊展

上海交通大学学报 2024, 58 (1): 1-10. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.321

摘要（2196）

HTML （30）

PDF（pc）（1783KB）（287）

综合能源系统 (IES) 是实现“双碳”目标的重要手段,然而系统内部不同类型用户用能行为各异,使得IES协调优化与低碳运行难度增加.为了充分发挥用户的主观能动性,基于用户行为分析对IES的用户行为进行建模,并通过卷积神经网络将用户分为激进型和保守型.构建IES运营商决策模型,确定电热能源的供应方式,针对不用类型用户设计相应的能源套餐.基于实际数据分析上述模型和方法的有效性,验证了用户分类在IES低碳运行中的价值.

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18. 绿色工质HP-1高温热泵系统中膨胀阀开度与流量匹配特性

王约翰, 南晓红, 欧阳洪生, 郭智恺, 胡斌, 王如竹

上海交通大学学报 2023, 57 (10): 1367-1377. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.155

摘要（183）

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节流过程作为热泵系统中的重要环节,对系统运行有着重要影响.以新型环保工质HP-1准二级压缩高温热泵为对象,考虑电子膨胀阀的阀体开度和制冷剂性质等参数影响,利用MATLAB建立系统循环和电子膨胀阀的数学模型,对系统在变工况下的电子膨胀阀开度与流量匹配特性进行模拟,并利用实验数据通过幂律拟合的方法得到了HP-1的流量系数关联式.研究结果表明:椭圆锥形阀体结构的电子膨胀阀可用于HP-1高温热泵系统,能够适应系统在变工况下的节流特性,蒸发温度在50~90 ℃、冷凝温度在60~120 ℃范围变化时,该种类型阀体用于主节流阀的开度调节范围为49.8%~69.8%,用于补气路节流阀的开度调节范围为41.5%~56.0%,且经过实验验证具有良好适用性;获得的拟合关联式与实际数据的相对偏差在 -7.8%~+7.5%之间,能够准确地预测电子膨胀阀的流量特性.根据制冷剂性质选择与之匹配的电子膨胀阀, 并对其控制系统进行优化改进,这对于实际机组的运行性能至关重要.本研究为高温热泵用电子膨胀阀的选型与控制系统的优化提供了良好的研究基础.

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19. 风电-光伏-电制氢-抽蓄零碳电力系统短期生产模拟模型

顾慧杰, 彭超逸, 孙书豪, 刘明涛, 谢俊, 施雄华, 鲍永

上海交通大学学报 2023, 57 (5): 505-512. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.054

摘要（372）

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为实现碳达峰碳中和目标,构建以新能源为主体、以能源供给清洁化和能源消费电气化为特征的新型电力系统迫在眉睫.考虑风力发电、光伏发电的间歇性和随机性,以及抽蓄电站、电制氢的储能特性和灵活性特点,基于随机规划理论提出一种风电-光伏-电制氢-抽蓄零碳电力系统短期生产模拟模型.在满足柔性氢负荷总量需求的基础上,以绿电上网电量最大为目标,对风电-光伏-电制氢-抽蓄零碳电力系统进行短期生产模拟,包括日前发电-制氢计划、备用容量、抽水蓄能-放水发电功率、弃风光等.以我国张北风电-光伏-电制氢-抽蓄零碳电力系统示范工程为例,设置多个运行情景对所提模型进行模拟仿真.仿真结果表明:该模型能够有效模拟系统在任意风光出力场景集下的绿电上网计划情况,柔性氢负荷、抽蓄电站能有效促进风光消纳,增加系统综合效益.

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20. 基于BESO算法的高桩承台式水平轴风力机支撑结构优化

占玲玉, 何文君, 周岱, 韩兆龙, 朱宏博, 张凯, 涂佳黄

上海交通大学学报 2023, 57 (8): 939-947. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.182

摘要（235）

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研究大型水平轴风力机塔筒的合理支撑结构形式对风力发电结构系统安全至关重要.针对高桩承台式水平轴风力机,基于反比例型删除率的双向渐进结构优化(BESO)算法,拓扑优化风力机塔筒结构,根据计算流体动力学方法和桩土相互作用原理,建立考虑桩土作用的风力机结构风致动力响应数值模型,比较分析优化前后风力机结构动力响应特性,验证结构优化方法的可靠性.经拓扑优化得到新的高桩承台水平轴风力机支撑结构,相较于初始结构,优化后的支撑结构风致动力响应显著降低,成果可为高桩承台式水平轴风力机支撑结构设计优化提供技术参考.

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21. 不同参数对带粗糙冰翼型绕流流场结构影响的实验研究

郑诚毅, 杜旭之, 东乔天, 杨志刚, 熊兵, 徐毅, 吴凌昊, 金哲岩

上海交通大学学报 2023, 57 (9): 1221-1230. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.149

摘要（113）

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粗糙冰会改变翼型前缘轮廓从而影响翼型整体的气动特性.研究过冷大水滴结冰条件下产生的粗糙冰对翼型绕流流场结构的影响可以为飞机的防/除冰设计提供参考.利用粒子图像测速技术在低速直流风洞内对表面覆盖粗糙冰的翼型模型的绕流流场结构开展了详细的实验测量研究,主要探究了粗糙冰对涡量和标准化雷诺应力分布的影响.研究参数包括雷诺数、粗糙冰的粗糙度和翼型的攻角.结果表明:随着雷诺数增大,带冰翼型尾流处的涡量范围和数值增大,标准化雷诺应力值略微减小;粗糙冰的存在降低了翼型近壁面处气流速度,增加了尾流的涡量并严重影响切应力分布;与光滑翼型相比,粗糙冰会使气流提前分离,且分离泡内的气流速度波动更剧烈.

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22. 面向散热应用的碳化硅表面热丝化学气相沉积金刚石膜生长速率

李维汉, 乔煜, 疏达, 王新昶

上海交通大学学报 2023, 57 (8): 1078-1085. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.043

摘要（185）

HTML （4）

PDF（pc）（18057KB）（271）

金刚石具有极高的导热系数,在热管理中具有广阔的应用前景.基于热丝化学气相沉积法,采用多次沉积工艺在碳化硅表面制备了金刚石厚膜.采用扫描电子显微镜和拉曼光谱仪对金刚石膜进行了表征,系统地研究了热丝功率、碳源浓度和反应压力等工艺参数对金刚石生长速率及质量的影响.研究结果表明,当热丝功率为1 600 W、碳源浓度在形核阶段为18/300和生长阶段为14/300、反应压力为4 kPa时制备的金刚石膜质量最佳,此时金刚石膜生长速率约为1.4 μm/h.

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23. 基于LSTM-CAPF框架的岸桥起升减速箱轴承寿命预测方法

孙志伟, 胡雄, 董凯, 孙德建, 刘洋

上海交通大学学报 2024, 58 (3): 352-360. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.440

摘要（101）

HTML （4）

PDF（pc）（5678KB）（262）

岸桥起升减速箱轴承的健康状况对港口生产安全具有重要意义.针对岸桥变工况的工作条件,提出一种起升减速箱轴承的剩余使用寿命(RUL)预测框架.首先,对工作载荷进行离散化,并确定工况边界.然后,利用长短时记忆(LSTM)网络模型预测载荷和相应的运行工况.其次,以维纳过程为基础,建立了考虑不同工况下退化率和跳变系数的状态退化函数.最后,利用工况激活粒子滤波(CAPF)方法预测轴承退化状态和RUL.采用NetCMAS系统采集的上海某港口起升减速箱轴承全寿命数据验证了所提出的预测框架.与其他3种预测模式比较表明,所提出的框架能够在变工况条件下获得更准确的退化状态和RUL预测.

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24. 铝合金半球壳拉深-旋压复合成形工艺仿真

余小鹏, 王紫旻, 于忠奇, 罗益民, 郁立

上海交通大学学报 2023, 57 (10): 1329-1336. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.165

摘要（124）

HTML （6）

PDF（pc）（4480KB）（250）

针对航天铝合金半球壳传统拉深成形精度差的问题,引入旋压成形,提出铝合金半球壳拉深-旋压复合成形新思路,充分发挥拉深成形和旋压成形的技术优势,实现该构件厚度均匀性好和贴模精度高的成形加工.建立了铝合金半球壳复合成形过程有限元仿真模型,实现了铝合金半球壳复合成形过程仿真,分析了不同旋压占比复合成形件的壁厚分布和贴模度变化规律.结果表明,旋压占比为50%的复合成形铝合金半球壳壁厚均匀性改善明显;强力旋压可改变成形构件应力状态,显著提高复合成形构件尺寸精度.同时,进行了直径1 m级铝合金半球壳复合成形工艺试验验证,实现了构件厚度均匀性和贴模精度的提高.

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25. 基于浸入边界法的高解析度CFD-DEM流固耦合方法

毛佳, 肖景文, 赵兰浩, 底瑛棠

上海交通大学学报 2023, 57 (8): 988-995. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.095

摘要（277）

HTML （7）

PDF（pc）（11088KB）（250）

根据流固耦合问题的普遍性,提出了基于浸入边界法的高解析度计算流体力学-离散元法(CFD-DEM)流固耦合方法.新方法采用基于欧拉框架的计算流体力学方法描述流体的运动,采用基于拉格朗日框架的离散元法描述固体的运动及碰撞,在离散单元的表面布置浸入边界点,解决固体运动过程中与流体间的移动且未知的边界问题.为验证方法的准确性,模拟了圆柱绕流涡激振动、方块驰振两个经典算例,计算结果与数值解吻合度高,说明新方法能够准确描述流固耦合作用.最终,将该方法应用于多块体沉降的模拟,结果表明新方法能够反映流场的复杂变化,有效处理包含大量任意形状离散块体碰撞的流固耦合问题.

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26. 考虑地震攻击交通网影响的配电网韧性评估及提升策略

颜文婷, 杨隆, 李长城, 罗伟

上海交通大学学报 2023, 57 (9): 1165-1175. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.152

摘要（766）

HTML （17）

PDF（pc）（2248KB）（241）

严重的地震灾害不仅会造成配电网大面积停电,还会损坏交通网,阻碍配电网恢复资源的运输,进而减缓配电网恢复.考虑地震攻击交通网的影响,提出地震灾害下配电网的韧性评估方法及韧性提升策略.首先,基于地震动峰值加速度建立反映地震灾害与交通-配电网故障概率关系的地震攻击模型,量化地震灾害对交通-配电网的影响,并生成交通-配电网故障场景.其次,引入配电网抢修队等待道路修复疏通时间,提出配电网韧性评估指标.再次,构建考虑故障线路抢修、道路修复疏通以及应急资源调度的配电网恢复双层优化模型并求解,上层优化模型以最小失电负荷量为目标,下层优化模型以最短配电网抢修队等待道路修复疏通时间为目标.最后,采用12节点交通网与IEEE33节点配电网耦合算例,验证所提韧性指标的可行性以及恢复方法的有效性.结果表明:考虑地震攻击交通网影响的配电网韧性评估指标更准确,所提的恢复策略能有效提升地震灾害下配电网韧性.

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27. 改进LSTM神经网络在极短期波浪时序预报中的应用

尚凡成, 李传庆, 詹可, 朱仁传

上海交通大学学报 2023, 57 (6): 659-665. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.438

摘要（296）

HTML （26）

PDF（pc）（2062KB）（240）

高效准确的极短期预报对实海况下船海结构物的施工作业安全意义重大.由于海浪的随机性,短期预报往往使用时间序列分析进行,近年来神经网络特别是长短期记忆(LSTM)神经网络在时间序列分析上预报能力强.基于此,提出一种结合生成式对抗思想的LSTM改进形式,在神经网络中嵌入频域特性等的先验知识,实现时频域信息耦合预报.经实验测试可知,该方法预报精度优于传统时序分析方法和LSTM神经网络结果,适用于极短期时序预报,有助于实现更好的船舶操纵控制.

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28. 高灰度级高分辨率激光散斑血流实时成像研究

张泽龙, 张颖超, 伍波, 董威, 樊友本

上海交通大学学报 2023, 57 (5): 552-559. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.466

摘要（219）

HTML （13）

PDF（pc）（27048KB）（234）

激光散斑对比成像是一种大测量范围、实时、高分辨率的光学成像方法.现有研究表明,低灰度级(8位)低分辨率(752像素×480像素)照相机可以有效监测血液等散射介质流动,但散粒噪声大、有效成像区域小等缺点难以通过软件弥补,严重影响成像质量.使用高灰度级(16位)高分辨率(2 048像素×2 048像素)照相机监测血液流动会减慢单帧成像速度,并行计算能使图像处理时间减少1/3.研究借助动物血液流动实验,以成像速度与成像质量为评价标准,对比分析高灰度级高分辨率空间激光散斑对比成像与空间近似激光散斑对比成像(sLSCIa)、时间激光散斑对比成像(tLSCI)的结果.结果表明,高灰度级高分辨率空间激光散斑对比成像并行计算兼顾成像质量与成像速度,可以达到临床实时监测血液流动要求.

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29. 基于反应状态原位测试的空冷型燃料电池运行参数分析

陈敏学, 邱殿凯, 彭林法

上海交通大学学报 2024, 58 (3): 253-262. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.318

摘要（234）

HTML （27）

PDF（pc）（25048KB）（233）

空冷型质子交换膜燃料电池内部反应状态是影响电池输出性能和稳定性的关键因素.通过研制空冷燃料电池反应状态的原位测试装置,实现电池温度和电流密度的实时测量,揭示氢气出口脉排间隔、氢气入口气压和阴极风速对电池性能的影响机制.研究表明:空冷电池中温度和电流密度分布不均,平均电流密度为500 mA/cm²时,电池内温度极差达到20 ℃,电流密度极差达到400 mA/cm².氢气出口脉排间隔越短、入口气压越大,氢气出口区域性能越好,分布均匀性越好,电流密度波动也越小,输出稳定性提高.如果阴极风速过低,电池局部温度高,温度分布均匀性降低;风速过高则导致生成水被吹走,质子膜含水量下降,电流密度分布均匀性变差.

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30. 基于Mann-Kendall趋势检验的城市能源碳达峰评估方法

陈赟, 沈浩, 王晓慧, 赵文恺, 潘智俊, 王佳裕, 李思源, 韩冬

上海交通大学学报 2023, 57 (7): 928-938. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.524

摘要（355）

HTML （14）

PDF（pc）（1541KB）（231）

能源是城市碳排放的重要组成,评估城市能源碳达峰是践行国家“双碳”战略的必要手段.为此,针对城市能源的碳排放水平,提出了一种基于Mann-Kendall趋势检验的能源碳达峰评估方法.通过构建涵盖能源碳排放量、清洁能源发电量、交通电能替代量等要素的碳监测体系,结合历史数据计算城市的能源碳排放总量.鉴于能源碳排放具有季节性和随机性,采用Mann-Kendall趋势检验法,建立城市能源碳达峰判断模型,衡量不同时期区域碳排放水平.以上海某行政区为例,从年度、季度视角,判断该区域的能源碳达峰状态.计算结果表明,基于年度数据,该地区在2020年已实现能源碳达峰;基于季度数据,夏季与秋季已实现能源碳达峰,春季和冬季仍处于平台期.该方法可应用于评估城市级的碳达峰状态,为检验各省市的碳达峰进程提供参考.

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31. 高精度WCNS格式加权策略改进与数值验证

杨强, 李伟鹏

上海交通大学学报 2023, 57 (6): 719-727. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.014

摘要（261）

HTML （19）

PDF（pc）（3360KB）（229）

为了揭示复杂的流动机理,国内外提出了一系列高阶精度格式,其中加权非线性紧致格式(WCNS)具有良好的激波捕捉能力,已广泛用于复杂流动数值模拟,然而在模拟小尺度流动时分辨率不足、耗散偏大.在WCNS的框架下,借鉴基于目标本质无振荡(TENO)格式的加权策略,将间断检测和模板加权的新方法引入WCNS构造中,发展了一种7阶精度的WCNS7-T格式,通过一维激波管问题和二维黎曼问题等开展算例测试,并与传统的WCNS7-Z格式计算结果进行对比来验证新格式的改善性能.数值实验表明,WCNS7-T格式更好地抑制了间断附近的数值振荡,在提高分辨率和激波捕捉能力的同时也进一步降低了耗散.

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32. 考虑阶跃型地面的翼型前飞气动特性影响研究

徐晓刚, 张扬, 昌敏, 陈刚

上海交通大学学报 2023, 57 (6): 747-756. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.380

摘要（166）

HTML （14）

PDF（pc）（6339KB）（219）

翼型前飞过程中,地面效应带来的气动力影响难以忽略,尤其在地面结构产生突变时翼型的气动性能必然产生较大变化.通过NACA4412翼型算例,研究了翼型前飞过程中阶跃型地面引起的气动性能影响,分析高度和迎角两种因素与翼型气动性能的相关性.结果表明:在阶跃型地面作用下,翼型前飞在地面效应缺失时会引起翼型升阻比陡降,且与离地高度存在线性关系.离地攻角则与气动性能突变之间存在相反关系,即翼型脱离地面时需维持较大迎角才能减弱气动性能陡变效应,舰载机的起降过程属于典型的阶跃型地面.基于上述结果,为地面效应影响下翼型的气动设计提供参考.

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33. 热塑性复合材料的电弧附着特征

谢敏骐, 肖慈恩, 卞嘉鹏, 刘亚坤, 范寅, 陈秀华, 刘力博

上海交通大学学报 2023, 57 (9): 1214-1220. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.146

摘要（133）

HTML （12）

PDF（pc）（14040KB）（216）

碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)作为一种潜力巨大的结构材料逐步在航空器上获得应用,然而该种材料的雷电电弧附着特征还尚不清楚.因此,通过模拟雷击的试验方法,研究了CFRTP的电弧附着特性,同时,开展了基于有限元方法的CFRTP对空间电场的改变效应分析,并与金属材料进行了对比.研究得到,航空器结构中,在同时包含CFRTP和金属材料情况下,CFRTP是雷电电弧的可能附着点,但电弧附着概率较金属材料低22.5%.雷电电弧附着过程中CFRTP表面出现了单个上行先导、多个上行先导的情况而产生对应的单个或多个电弧附着点情况,存在雷电电弧同时附着于金属和CFRTP的现象.仿真计算得到的空间电场分布结果与试验结果相符.研究为CFRTP的雷击特性和损伤响应提供基础.

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34. 基于泊松融合数据增强的焊缝金相组织缺陷分类研究

白雄飞, 龚水成, 李雪松, 许博, 杨晓力, 王明彦

上海交通大学学报 2023, 57 (10): 1316-1328. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.202

摘要（228）

HTML （10）

PDF（pc）（10332KB）（213）

基于焊缝金相组织图像对焊缝内部缺陷进行分类,是工业焊接质量检测的重要一环.为提高小样本(样本数不大于30)焊缝金相组织图像中缺陷的分类效果,采用泊松融合方法对缺陷图像进行数据增强,提出ResNet18_PRO分类网络模型,显著提升缺陷分类精度.数据增强方面,通过数字图像处理的方法提取出原缺陷样本中的缺陷区域,后利用泊松融合方法将缺陷区域与正常样本进行融合从而生成新的缺陷样本,以此扩充缺陷样本数据;网络模型方面,在ResNet18网络模型基础上,对其下采样结构进行改进,以减少原下采样结构带来的信息损失,同时在网络末端增加改进的空间金字塔池化(ISPP)结构,以整合多尺度的特征信息.通过多个分类模型对样本扩充前后的缺陷分类效果进行对比,验证了该数据增强方法对分类效果的提升具有较为显著的作用,同时对ResNet18_PRO网络模型进行消融实验,验证了网络各改进部分及训练策略改进的有效性.ResNet18_PRO模型对增强后的数据平均分类准确度达到98.83%,平均F₁分数达到98.76%,显著提高了金相组织缺陷的分类效果,将该模型运用于其他工业缺陷数据集取得了较好的分类效果.实验结果表明,该模型有良好的鲁棒性,具有较好的实用价值.

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35. 电子束物理气相沉积热障涂层隔热性能的磷光寿命在线测量

刘郑红, 余亚丽, 程伟伦, 李牧之, 杨丽霞, 赵晓峰, 彭迪, 牟仁德, 刘德林

上海交通大学学报 2023, 57 (9): 1186-1195. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.252

摘要（120）

HTML （11）

PDF（pc）（10690KB）（212）

精确在线测量热障涂层(TBCs)在热梯度环境下的真实隔热效果对热障涂层的设计以及开发具有重要意义.采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备了含Eu掺杂的氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ:Eu)表层、YSZ中间层与Dy掺杂YSZ(YSZ:Dy)底层的磷光传感热障涂层.利用磷光信号的热淬灭特性对温度梯度环境下YSZ涂层表面以及黏结层/YSZ层界面温度进行在线测量,对EB-PVD YSZ热障涂层的真实隔热效果进行评估.结果表明:平均厚度为113 μm的YSZ涂层在高温温度梯度下能够实现的平均温降为66.5 ℃,在温度区间为400~700 ℃内的平均热导率为(0.87±0.15) W/(m·K),略小于传统激光脉冲法的测量值 (0.95±0.02) W/(m·K).上述结果证实了磷光在线测温技术用于热障涂层隔热效果测量的可靠性,为热障涂层隔热效果的实时监控提供了一种有效方法.

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36. 波浪作用下液化场地高桩码头动力响应试验研究

毕建巍, 苏雷, 解立波, 张昱, 凌贤长

上海交通大学学报 2023, 57 (11): 1442-1454. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.163

摘要（1581）

HTML （9）

PDF（pc）（8259KB）（206）

高桩码头广泛应用于深水港口工程建设中,且大多位于可液化场地,波浪作用对液化场地高桩码头工作性能的影响不可忽视,但鲜有研究报道.进行液化场地高桩码头模型波浪水槽试验,考虑波浪、码头和土层三者之间的相互作用,真实再现高桩码头使用环境,探索波浪作用下码头内部响应差异,分析波浪作用下码头桩基和土层动力响应,探讨波高变化对各动力响应的影响规律.结果表明:高桩码头面板加速度和位移响应随波浪作用时间增加先逐渐变大最终保持相对稳定;群桩内各桩受到的动水压力和变形差异明显,其变化规律与桩位置有直接联系;自由场和桩周土层孔压响应幅值随埋深增大而减小,群桩的存在会降低桩周土层孔压的响应,增大土层加速度的响应;波高的增加对土层的影响随深度的增加而减小.上述研究成果可为波浪作用下类似高桩码头试验提供参考,为高桩码头合理化设计和防波浪侵袭提供支持.

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37. 基于概率稀疏自注意力的IGBT模块剩余寿命跨工况预测

钟智伟, 王誉翔, 黄亦翔, 肖登宇, 夏鹏程, 刘成良

上海交通大学学报 2023, 57 (8): 1005-1015. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.538

摘要（303）

HTML （9）

PDF（pc）（5921KB）（204）

为提高绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块跨工况剩余寿命的预测精度以提升其可靠性,针对不同工况下IGBT模块的瞬态热阻特征提出一种基于概率稀疏自注意力机制和迁移学习的剩余使用寿命预测方法.搭建了IGBT模块加速老化试验台,在不同温度区间进行IGBT模块功率循环实验,采集不同工况下该模块全生命周期状态数据,计算获得IGBT模块衰退过程中的瞬态热阻变化数据,提取并筛选能准确反映IGBT模块老化状态的瞬态热阻特征,并使用所提方法开展跨工况剩余使用寿命预测.实验结果表明,提出的IGBT模块剩余寿命的跨工况预测方法精度明显优于其他对比方法,特别是IGBT模块早期衰退过程中的剩余寿命预测精度得到了显著提升.

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38. 连续康复训练动作分割与评估

胡铭轩, 乔钧, 张执南

上海交通大学学报 2023, 57 (5): 533-544. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.458

摘要（251）

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PDF（pc）（17320KB）（203）

为提高对康复训练动作反馈的准确性和客观性以及康复患者在康复训练中的积极性和自律性,建立一种能够处理人体连续康复训练动作数据的动作评估方法.首先,提出一种基于高斯混合模型的动作分割方法,从同一动作的连续重复运动序列中提取单次动作数据.其次,根据相关先验知识,提出结合显著运动特征动态时间规整距离评估与高斯混合模型似然评估的多特征融合动作评估方法,从康复训练动作的整体动作与局部关节信息两方面进行动作评估.结果表明:动作分割方法能够很好地分割连续重复动作的运动数据,在数据集上分割动作的正确率达到95%以上;多特征融合动作评估方法有效地提高健康样本与康复患者样本之间动作评估的区分度,使得健康样本动作分数在0~1的评分范围内主要分布在0.93~0.94的得分区间,患者样本则主要分布在0.81~0.89的得分区间.

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39. 城市电力行业碳排放测算方法及减碳路径

胡壮丽, 罗毅初, 蔡航

上海交通大学学报 2024, 58 (1): 82-90. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.222

摘要（1913）

HTML （8）

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为测算城市电力行业碳排放水平和降低电力行业碳排放,提出一种城市电力行业碳排放测算方法和减碳路径.首先,基于城市本地电源发电和净调入电力数据建立城市电力行业碳排放测算模型;其次,从发电侧、电网侧、负荷侧和储能侧提出城市电力行业减碳措施;然后,建立减碳措施的效果评估模型;最后,以珠三角典型城市F市为例,利用所提碳排放测算模型测算该市电力行业碳排放,并依据减碳措施评估该市2030年碳达峰情景电力行业减碳效果.结果表明:所提模型能准确测算城市电力行业碳排放;通过减碳措施,F市在2030年至少可减少碳排放1.06×10⁷ t.

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40. 肠道机器人无线供能的混合式三维发射线圈特性研究

庄浩宇, 颜国正, 费倩, 汪炜, 赵凯

上海交通大学学报 2023, 57 (5): 545-551. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.356

摘要（220）

HTML （14）

PDF（pc）（6114KB）（199）

在不同位置和姿态下,为满足肠道机器人通过无线方式稳定获取能量的需要,同时尽可能减小肠道机器人的体积,需要发射线圈具有产生空间多维磁场的能力.提出一种混合式的发射线圈结构,采用亥姆霍兹线圈对与鞍形线圈对组合的方式,其结构紧凑并可利用自身的对称性,能够通过旋转产生无死区的三维空间磁场.对两种线圈形式的特性以及组合后的特性分别进行分析.仿真和实验结果表明,在2 A电流激励下,在线圈中心处具有最低3.44%的传输效率和 1204 mW 的接收功率,位置均匀性最低为88.1%,能够实现能量的空间三维覆盖.

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