上海交通大学学报

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新型电力系统下电力二次系统的分析方法和仿真技术实现

何瑞文, 杨长鑫, 谢海骏, 杨盛辉, MOHAMMAD Shahidehpour

2026,60 (2): 175-185.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.092

摘要 ( 88 )

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PDF(4903KB) ( 215 )

电力二次系统运行的随机动态行为不透明且难以具象化描述,这显然不利于掌控新型电力系统对信息及通信技术强依赖所带来的不确定性.本文首次提出电力二次系统的稳态分析方法、静态安全分析方法和暂态分析方法.首先,以功能描述复杂的智能变电站二次系统为研究对象,通过仿真技术开发,创建集成通用网络仿真软件的智能变电站二次系统仿真工具,保真模拟数字信息在二次系统中传递、流动和处理的全流程;然后,结合本文所提设备级的仿真测试仪、系统级的路径追踪和时延刻录技术、场景级的动作特性展示技术与仿真加速技术,以智能变电站实际工程项目为案例,实现网络传输稳态场景、部分元件失效场景、断路器失灵场景下的电力二次系统的稳态分析、静态安全分析和暂态分析.

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数据中心接入下应对地震灾害的能源站弹性提升规划方法

金文广, 张沈习, 张衡, 程浩忠, 申逸尘

2026,60 (2): 186-199.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.081

摘要 ( 200 )

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PDF(4766KB) ( 618 )

近年来,地震灾害等极端自然事件频发,导致综合能源系统元件故障概率大幅提高,严重影响综合能源系统的安全可靠运行.为此,针对互联多能源站提出一种数据中心接入下应对地震灾害的多能源站弹性提升规划模型.首先,对地震灾害下能源站故障进行建模,并分析计及数据中心响应的能源站弹性提升潜力.然后,以年综合成本最小为目标函数,以数据中心服务质量、地震灾害后多能源站异质能源切负荷上限等为约束条件,构建数据中心接入下应对地震灾害的能源站弹性提升规划模型.最后,设置多个场景进行对比分析,并基于某改进实际算例验证所提规划方法的有效性.

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基于负荷可行域和可靠性跟踪的电力系统扩容规划及其求解算法

李轩, 谢开贵, 邵常政, 胡博

2026,60 (2): 200-210.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.048

摘要 ( 157 )

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PDF(1631KB) ( 239 )

电力系统可靠性评估计算复杂度高,难以嵌入电力系统扩容规划模型中.为了实现考虑可靠性的系统扩容规划,提出一种基于负荷可行域和可靠性跟踪的电力系统扩容规划模型及其求解算法.建立基于负荷可行域的近似距离模型,将可靠性评估中的切负荷计算从优化问题求解转变为方程求解,降低可靠性评估计算复杂度.基于近似距离模型,建立可靠性指标对设备容量的灵敏度模型,实现针对设备容量的可靠性跟踪.最后提出以可靠性提升为目标的电力系统扩容规划模型,以及基于可靠性跟踪和贪心算法的优化求解算法.结果表明:近似距离模型能够有效降低可靠性评估的计算复杂度;灵敏度模型能够正确反映设备容量变化对系统可靠性的影响;扩容规划模型及求解算法能够达到最优的系统扩容规划结果.

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能源-交通融合下电-气-热多能系统协同优化调度方法

范宏, 魏心武, 贾庆山, 罗佳怡

2026,60 (2): 211-223.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.114

摘要 ( 242 )

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PDF(5343KB) ( 247 )

“双碳”目标下,能源系统与交通系统的交互程度将不断加深,存在多元能源-交通系统的协同优化调度问题.为此,提出能源-交通融合下电-气-热多能系统协同优化调度方法.首先,采用融合基于密度的带噪声空间聚类(DBSCAN)算法的K-means聚类算法与Dijkstra算法,对待调度交通车辆进行聚类,并对道路网架结构及车辆运行与车到网技术参与的能量传递模式进行建模,交通对象为电动车、天然气车.然后,在此基础上以系统总成本最小与总用电负荷波动最小为目标构建双层优化调度模型.最后,算例分析验证了该模型降低系统成本、减小碳排放、提高风光消纳能力的有效性与多能系统调度的优越性.

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梯级水电上下游区域风光水火联盟的博弈优化调度

白云洁, 谢开贵, 邵常政, 胡博

2026,60 (2): 224-234.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.049

摘要 ( 128 )

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PDF(2201KB) ( 219 )

集中优化被广泛应用于含梯级水电的风光水火优化调度,但梯级水电上下游区域往往属于不同利益联盟,导致集中优化无法考虑单个利益联盟调度决策时的利益倾向.为此,建立以上下游区域各自利益最大化为目标的博弈优化调度模型,下游向上游提供下游增收收益的一定比例作为补偿,上游更改调度策略使下游收益增收.作为主从博弈,其主体是提供补偿并制定补偿系数的下游,从体是制定上游调度策略的上游.在基于该构成的双层嵌套优化模型中,作为下层的上游优化调度模型考虑了下游的最优调度策略,即下层模型也为双层优化,最终构成基于三层优化模型的博弈优化调度模型.算例表明该模型能够在保证上下游区域各自利益的同时促进双方整体收益的提升.

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基于鲁棒随机优化的低压配电网最优潮流本地控制策略

王睿, 白晓清, 黄圣权

2026,60 (2): 235-245.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.066

摘要 ( 297 )

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PDF(3257KB) ( 219 )

随着“双碳”目标的推进和新型电力系统的构建,电力系统的复杂度和不确定性剧增,配电网面临高比例的分布式能源和不对称负载带来的电压越限和三相不平衡等挑战.为应对这些问题,提出基于鲁棒随机优化的低压配电网最优潮流本地控制策略.采用1-范数的Wasserstein距离不确定集描述分布式能源出力不确定性,构建三相四线制低压配电网鲁棒随机优化模型,目标为控制成本和网络损耗最小化,并考虑最坏情况下的预期调整.通过卷积神经网络训练,获得分布式能源的本地控制策略,无需通信基础设施.仿真结果证实了所提控制策略的有效性和经济性.

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基于闭环聚类和多目标优化的风电短期功率预测方法

郭琦, 闫军, 郝乾鹏, 韩东, 杨志豪, 闫馨月, 张海鹏, 李然

2026,60 (2): 246-255.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.079

摘要 ( 208 )

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PDF(1826KB) ( 362 )

在区域风电短期功率组合预测领域,常用深度学习预测模型虽然能够充分学习各单一模型的预测特征,但样本数据规模较小时,深度学习模型容易对训练数据分布产生依赖,从而产生过拟合现象;此外,虽然聚类方法被用来提升区域级预测的精度,但现有方法的聚类目标通常为不同类中风电场的差异最小化,而未考虑与预测目标的一致性.为解决以上问题,提出一种基于闭环聚类和多目标优化的风电短期功率预测方法.首先,通过闭环聚类算法将风电场分为多类;对于每类中的风电场数据,运用Bootstrap方法从原始数据集中随机有放回地抽取 $N$ 组训练子集;然后,利用 $N$ 组子集数据分别训练卷积神经网络模型;最后,采用多目标优化算法对 $N$ 个卷积神经网络的预测结果进行集成.基于中国内蒙古地区的实际风电场数据开展算例验证,所提方法在均方根误差方面相比长短期记忆网络模型降低33.81%,相比基于卷积神经网络的组合预测模型降低24.08%,相比基于K-means聚类方法的预测降低14.05%.

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基于时-频行波全息映射的有源配电网故障定位方法

曾举鹏, 曾祥君, 白浩, 喻锟, 杨炜晨, 龙璇林, 壮婕

2026,60 (2): 256-269.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.063

摘要 ( 160 )

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PDF(6914KB) ( 397 )

现有多数配电网故障定位方法往往需要依赖时域或频域信号的局部波头信息,定位鲁棒性受到限制,同时难以适应有源配电网日益凸显的“双高”特征.为此,分析了能有效避免新能源接入引起波形畸变的行波时间和频率范围,揭示该范围下行波波形与故障位置之间一一对应的全息映射关系;构建特定时间窗和频率窗的故障行波时-频矩阵,并基于波形特征全息映射匹配技术提出一种有源配电网故障定位方法,通过挖掘矩阵能量幅值偏差累加趋势与故障点位置之间的比例关系实现故障精确定位.仿真测试和真型试验表明:该方法能有效摆脱新能源接入以及架空-电缆线路混联等配电网复杂结构对故障定位的影响,灵活地将故障定位问题转化为时-频行波波形全息映射匹配问题,提高有源配电网故障定位的准确性和鲁棒性.

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含柔性软开关有源配电网故障恢复合闸时冲击电流对电流保护的影响

杨增力, 王若琪, 胡炎, 范春菊, 王晶

2026,60 (2): 270-276.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.194

摘要 ( 220 )

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PDF(961KB) ( 207 )

在含分布式电源的配电网故障恢复中,利用柔性软开关(SOP)替代联络开关,能够在进行负荷转供的同时对分布式电源进行电压支撑.然而,柔性软开关引入的双侧电源重合闸在两端电压不一致时易产生冲击电流,若未控制,将危及配电网的安全运行.本文将柔性软开关在故障恢复过程中的支撑电压与系统电源电压之间可能存在的相位差作为冲击电流的主源之一,同时考虑分布式电源接入点电压相位突变对冲击电流的贡献,将系统总合闸冲击电流表示为两部分的叠加并给出其物理含义,提出总合闸冲击电流的简化计算公式,并通过时域仿真在标准配电网模型下验证公式的正确性与合理性.基于最大冲击电流的极限分析,探讨合闸冲击电流对系统侧电流保护的影响,并给出配电网允许接入的分布式电源容量上限,指出容量过大可能导致保护动作失效的风险.

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惯性同步控制三相PWM变换器的四象限控制特性分析及参数设计

郭子腾, 王晗, 王富文, 曹云峰, 张建文, 蔡旭

2026,60 (2): 277-288.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.094

摘要 ( 187 )

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PDF(6283KB) ( 220 )

新能源发电单元构网的主流方案之一是脉冲宽度调制(PWM)变换器做惯性同步控制,但现有研究重点关注逆变器状态下的变换器控制特性,忽略了其四象限控制特性及系统控制参数设计方法.针对上述问题,首先,构建考虑预同步环节的惯性同步控制变换器线性模型,推导直流电压-相角及无功功率-电压的频域解析表达式.然后,设计直流电压环路和无功功率环路的关键控制参数设计方法.最后,利用仿真和实验验证所提方法可行性,分析变换器的四象限控制特性及惯量支撑能力.结果表明:惯性同步控制变换器的直流电压环路与无功功率环路在四象限运行区间内强耦合,致使直流电压扰动引发无功功率显著波动;尽管其具备惯量支撑能力,但由于直流电容惯量较小,所以效果尚不明显.研究结果为下一步开展直流电压-无功解耦控制及惯量支撑能力增强控制方法研究奠定基础.

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基于弛豫时间的不同工况下直接甲醇燃料电池性能退化分析

王阳达, 王建国, 连冠, 张大骋

2026,60 (2): 289-299.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.110

摘要 ( 246 )

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PDF(4560KB) ( 390 )

为研究直接甲醇燃料电池(DMFC)在全球统一轻型车辆测试循环(WLTC)和中国轻型汽车测试循环(CLTC)两种不同工况下的性能退化特征,采用极化曲线、等效电路模型和弛豫时间分布(DRT)相结合的方法分析DMFC的退化特征.根据波形演变,利用电化学阻抗谱计算DRT,表征DMFC各极化过程中的退化.结果表明:在WLTC工况下性能的衰退要大于CLTC工况.两种工况下,传质过程阻碍都对DMFC性能退化起主导作用,传质过程阻碍变化率在WLTC工况下为2.39 mΩ/h,CLTC工况下为0.764 mΩ/h;氧还原反应阻碍不受工况影响.在CLTC工况下,其显著的动态波动性和丰富的瞬态工况对质子传输构成较大阻碍,有效降低膜结合水含量,但对传质阻碍的影响较小,促进了氧气扩散速率的提升.根据氧还原反应阻碍的弛豫时间分布,建立一个燃料电池退化模型用于表征DMFC的健康状态,为DMFC运行中的健康状态评估提供了参考.

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港口电动岸桥运行轨迹规划及其路径功率优化控制

楼佳辉, 黄文焘, 杨欢红, 余墨多, 杨亚宇

2026,60 (2): 300-310.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.097

摘要 ( 200 )

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PDF(6573KB) ( 516 )

港口电动岸桥存在峰值功率高、能量转换效率低的问题,对此提出一种电动岸桥运行轨迹规划及其路径功率优化控制方法.分析电动岸桥能量耦合转换关系及运行特性,推导电动岸桥动力学方程.考虑电动岸桥工作过程环境约束,设计电动岸桥运行轨迹的B样条曲线.分析电动岸桥功率传输与转换关系,结合动力学特性,确定运行轨迹和路径功率之间定量描述关系,建立电动岸桥轨迹-功率模型.以总用电量最低为目标,优化电动岸桥运行轨迹,减少电动岸桥路径功率损失.在MATLAB上建立仿真算例,结果表明在不同工作条件下,所提方法对电动岸桥路径功率优化控制效果均有显著提升,验证了该方法的有效性和可靠性.

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基于化学回热的氨燃料微燃机循环热力性能研究

张士杰, 常有润, 王瑷缇

2026,60 (2): 311-318.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.108

摘要 ( 285 )

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PDF(3236KB) ( 495 )

构建了一种基于化学回热的氨燃料微燃机循环,运用能量和㶲分析方法,评估了其整体热力学性能,并分析了循环效率提升的原因和关键参数的影响.研究表明:在燃烧室出口温度为750~1 050 ℃、压比为3~8的参数范围内,氨燃料化学回热微燃机循环的效率为28.8%~41.7%,比以甲烷为燃料的微燃机回热循环效率高约1.87~5.61个百分点,微燃机与化学回热结合效率、比功提升效果显著;氨热化学回收系统可回收36%~43%的排气㶲,其中化学回热反应器回收占比1/2以上,化学回热器㶲回收是循环效率提高的根本原因;微燃机排气可使氨裂解气中H₂的摩尔分数达到35%以上,最高可达68%,燃料燃烧特性将有效改善;化学回热反应平衡温距每增大10 ℃,循环效率下降约0.2个百分点,因此在热化学回收反应器中实现高效氨裂解至关重要.

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一种新型管道内检测器泄流调速装置的数值模拟分析

唐建, 余文秀, 张秋平, 焦向东, 丁学鹏

2026,60 (2): 319-330.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.225

摘要 ( 167 )

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PDF(2953KB) ( 225 )

针对输油管道内检测器运行速度控制问题,提出了一种新型的泄流调速装置,该装置由泄流阀座、泄流阀芯、弹簧、导杆等组成.通过分析检测器泄流调速装置在水平管道内的受力情况,建立了泄流调速装置的数学模型.利用数值模拟的方法研究了泄流阀座弧度、泄流阀芯-检测器后端距离以及入口流体速度对管道内检测器运动状态的影响.研究结果表明,在相同边界条件下,流体介质通过检测器时,泄流调速装置前后两端压差、总水头损失系数、流场的湍流动能值与泄流阀座左侧弧度成反比关系,而与右侧弧度成正比关系,当泄流阀座左侧弧度为60° 、右侧弧度为15° 时,各参数均为最小值;入口流体速度的增加会导致泄流调速装置前后两端压差、流场湍流动能值增大,当泄流阀座弧度相同、入口流体速度从0.6 m/s增加到2 m/s时,压差增加了106 290 Pa,湍流动能增加了1.831 m²/s²;泄流阀芯-检测器后端距离与泄流调速装置前后两端压差、检测器速度成反比关系,当阀芯-检测器后端距离从15 mm增加到35 mm时,泄流调速装置前后两端的压差减小了240 Pa.本研究为优化输油管道内检测器的运行性能、提高检测效率提供了重要的理论基础与实践指导.

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窄矩形流道内平板流致振动响应

吴逸恺, 朱晔晨, 龚圣捷

2026,60 (2): 331-337.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.106

摘要 ( 131 )

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PDF(4145KB) ( 238 )

本文设计了窄流道内两端固定的矩形平板流致振动实验,获得了该平板的振动响应特性,结果表明导致平板振动的物理机理为湍流激振和涡激振动.湍流激发平板的一阶固有频率响应,激励随流速的增大而增大.涡激振动频率与流速呈线性正相关关系,实验范围内得到的斯特劳哈尔数Sr=0.24.当泄涡频率接近固有频率时,产生“锁定”现象并引发共振,且存在非线性倍频响应.随着流速的变化,平板的一阶固有频率没有明显变化趋势.此外,湿模态分析表明,声固耦合法计算得到的结果与实验吻合较好.

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阶梯型前角刀具制备应变可控铝带材的仿真与试验

钟佩璇, 张保玉, 李松青, 申鹏宇, 邓文君

2026,60 (2): 338-348.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2024.107

摘要 ( 147 )

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PDF(28101KB) ( 219 )

挤出切削过程中刀具前角的减小有利于增大切应变和细化晶粒,但容易导致带材挤出困难和表面质量差等问题.为提高超细晶铝带材的成形质量,实现应变分布的可控调整,提出阶梯型前角刀具挤出切削的新工艺.通过仿真与试验相结合,探究了6061铝合金在不同加工参数下的带材形貌、显微硬度与微观组织.同时开展常规前角刀具挤出切削作为对比试验.结果显示阶梯型前角刀具可实现超细晶带材的连续成形,且带材内部形成不同的应变分布,通过改变待切厚度可以调整高、低应变区占比.该工艺可为刀具设计与超细晶材料制备提供思路与方法.

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