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    1. 基于人工蜂群算法的温差发电阵列最优重构方法
    杨博, 胡袁炜骥, 郭正勋, 束洪春, 曹璞璘, 李子林
    上海交通大学学报    2024, 58 (1): 111-126.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.284
    摘要2526)   HTML10)    PDF(pc) (9997KB)(97)    收藏

    在新能源发电技术快速发展的背景下,温差发电(TEG)技术能够很好地利用新能源发电中产生的废热.然而,温度分布的变化会使得TEG阵列的输出特性恶化、发电效率降低.提出基于人工蜂群(ABC)算法的TEG阵列重构方法,在3种不同温度分布情况下,利用ABC在对称9×9和不对称10×15两种TEG阵列进行动态重构.将所提算法与遗传算法、粒子群优化算法和秃鹰搜索优化算法3种启发式算法作对比,并给出由ABC重构后的TEG阵列温度分布图.结果表明:ABC能够提高TEG阵列的输出功率,输出功率-电压曲线均趋向呈现出单个峰值.此外,利用基于RTLAB平台上的硬件在环实验验证了硬件可行性.

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    2. 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2231)   HTML32)    PDF(pc) (1783KB)(323)    收藏

    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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    3. 直动式机电运动装置的改进磁路-运动耦合模型及快速仿真
    江鹏, 关振群, 赵国忠, 张群, 秦志强
    上海交通大学学报    2024, 58 (1): 102-110.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.243
    摘要2099)   HTML3)    PDF(pc) (3985KB)(217)    收藏

    电磁阀、继电器等机电装置的动态性能快速仿真对研发设计非常重要.改进未磁饱和的直动式机电运动装置的磁路模型,并联合机构运动方程实现机电运动装置的快速仿真.与基于理想磁阻假设的常规磁路模型不同,改进磁路模型采用机构运动位移的3次多项式表示非饱和总磁阻,并通过上、下运动极限处静态磁力和电感仿真值标定多项式的4个待定系数,可更加准确地预测磁吸力和电感随运动位移变化.进一步联合改进的磁路方程与机构运动方程,得到改进的磁路-运动耦合模型,在Simulink系统中实现某电磁制动器和电磁阀的快速秒级仿真,可在保证计算精度的同时,大幅减少有限元仿真所需时间.

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    4. 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1955)   HTML8)    PDF(pc) (1670KB)(265)    收藏

    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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    5. 变步长仿真与改进熵权法联动的综合能源系统鲁棒性评估方法
    范宏, 何杰, 田书欣
    上海交通大学学报    2024, 58 (1): 59-68.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.186
    摘要1937)   HTML6)    PDF(pc) (5076KB)(180)    收藏

    综合能源系统作为能源互联网的重要表现形式,在提高能源利用率的同时,由于耦合度过高,各系统之间响应速度差异过大,所以带来了更多风险.从系统安全的角度出发,准确找出系统中的薄弱环节,评估系统的鲁棒性至关重要.为此,在复杂网络环境下,提出变步长仿真与改进熵权法联合的鲁棒性评估方法.介绍综合能源系统的结构并进一步解释系统耦合环节;提出包含网络破损度、联通因子在内的鲁棒性指标,采用根据不同系统响应时间差异的变步长仿真方法,针对仿真结果提出一种改进熵权法,构建更客观的评价方法;通过案例验证了该评价方法的优越性.

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    6. 基于云模型综合相似度的电力物联网关键技术综合评价
    陈连福, 钟海旺, 谭振飞, 阮广春
    上海交通大学学报    2024, 58 (1): 19-29.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.420
    摘要1888)   HTML15)    PDF(pc) (1954KB)(105)    收藏

    目前电力物联网关键技术应用的综合评价具有单评价对象的特点,传统评价方法无法适用.为全面评价电力物联网项目建设水平和运营成效,在综合考量电力物联网不同建设和运营阶段及其关键要素基础上,建立电力物联网关键技术综合评价指标体系,根据其单评价对象场景的特点,提出基于云模型综合相似度的评价模型.通过对逼近理想解排序方法的改造构建单评价对象的决策矩阵,提出以兼顾云模型的形状-距离综合相似度为度量,表征逼近理想解排序方法的相对贴近度,进而实现对单评价对象的精准评价.应用所提方法综合评价某电力物联网示范工程,验证了所提综合评价体系和评价方法的客观性与全面性.

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    7. 考虑多重不确定性因素的可靠性指标计算与备用容量优化
    叶伦, 欧阳旭, 姚建刚, 杨胜杰, 尹骏刚
    上海交通大学学报    2024, 58 (1): 30-39.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.366
    摘要1852)   HTML7)    PDF(pc) (1413KB)(126)    收藏

    在含高比例可再生能源的电力系统中,考虑多重不确定性因素并实现源荷协调的优化调度是电力系统运行的重要问题.为此,构建了基于多场景的概率性旋转备用优化模型,该模型综合考虑了风电和光伏出力预测误差、负荷预测误差及发电机非计划停运等多重不确定性因素对旋转备用容量的影响,将可再生能源弃电、系统切负荷分别作为特殊的备用资源融入发电日前调度计划,以提高电力系统的经济运行效率.改进了系统可再生能源削减期望和电量不足期望值两个可靠性指标的计算方法,减少了与该指标相关的不等式约束条件,用于提升模型的计算性能.该备用优化模型在兼顾场景多样性的同时,实现了多场景下系统的总成本最优.以改进的IEEE-RTS系统作为算例,验证了所提模型的有效性.算例结果表明,改进的可靠性指标计算方法能够有效降低备用优化模型的求解时间;建立的最优旋转备用优化方法能够实现系统日前旋转备用容量的动态配置,提升系统经济运行水平.

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    8. 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1740)   HTML27)    PDF(pc) (10709KB)(355)    收藏

    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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    9. 基于堆叠式降噪自动编码器和深度神经网络的风电调频逐步惯性智能控制
    王亚伦, 周涛, 陈中, 王毅, 权浩
    上海交通大学学报    2023, 57 (11): 1477-1491.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.157
    摘要1677)   HTML16)    PDF(pc) (10551KB)(190)    收藏

    风电调频的逐步惯性控制(SIC)策略在负荷波动后提供一个阶跃式功率增发,能够有效阻止系统频率下降,保障电网频率安全.但在其功率恢复阶段,容易出现二次频率跌落现象,需优化SIC以获得更好的调频效果.传统方法存在计算维度高和耗时较长的弊端,难以满足不同场景下快速提供最优控制效果的需求.为实现负荷扰动事件下风电调频的最优逐步惯性快速控制,引入深度学习算法,提出一种基于堆叠式降噪自动编码器(SDAE)和深度神经网络(DNN)的风电调频逐步惯性智能控制方法.首先,使用麻雀搜索算法获得最优参数,使用SDAE高效提取数据特征;随后,基于DNN对数据特征进行学习,并引入加速自适应矩估计优化网络参数,提升网络全局最优参数;最后,应用SDAE-DNN联合方法实现扰动事件后风电调频的逐步惯性在线控制.在IEEE 30节点测试系统中分别对单台风力机和风电场进行仿真分析,与传统方法、浅层反向传播神经网络及原始DNN所得结果对比发现,所提网络结构具有更优的预测精度和泛化能力,该方法能够实现良好的逐步惯性调频效果.

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    10. 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1676)   HTML23)    PDF(pc) (9950KB)(387)    收藏

    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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    11. 大角度斜流下螺旋桨与导管桨尾流场特性
    张嶔, 王鑫宇, 王智程, 王天源
    上海交通大学学报    2023, 57 (11): 1432-1441.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.159
    摘要1663)   HTML11)    PDF(pc) (18498KB)(175)    收藏

    为探究大漂角斜入流下螺旋桨与导管桨的尾流特性,基于延迟分离涡模型,对进速系数(J=0.4)及大漂角(β=45°, 60°)斜入流下螺旋桨与导管桨进行了数值模拟.研究发现:螺旋桨尾涡系整体偏斜程度比导管桨更高,导管桨后尾涡整体分布区域产生明显折角现象.斜流下尾流场表现出更高的复杂性,迎流侧与背流侧涡系间演化进程出现差异,螺旋桨该特性表现更加明显,而导管桨背流侧导管前缘会因流动分离产生局部脱落涡并向下游传输.导管桨的部分动能转化为导管推力而使尾涡整体湍流动能略低于螺旋桨,这一现象随着漂角的增大而更加明显.相较于螺旋桨,导管桨在大漂角斜流下能够保持更好的操纵稳定性.从尾流场特性的角度分析大漂角斜入流对螺旋桨与导管桨的影响,以探究导管桨在斜流下能够保持更好的操纵稳定性的理论依据.

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    12. 低雷诺数变截面细长柔性结构流固耦合能量交换特征分析
    邓秀兵, 于曰旻, 庞玺源
    上海交通大学学报    2023, 57 (11): 1400-1409.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.133
    摘要1654)   HTML11)    PDF(pc) (18587KB)(150)    收藏

    波浪形变截面柱体结构具有良好的流动减阻特性,然而尚不清楚这种变截面柔性结构的流致振动特性.基于高精度谱单元法建立了细长柔性结构的流固耦合力学模型和高精度算法,对在低速均匀流作用和驻波初始动力激励下的流致振动机理进行了数值分析,阐明了波浪形细长柔性结构的尾流特性、结构动力响应特性、能量传递规律、涡脱频率的展向变化特征,也对减阻、减振机理进行了初步探讨.数值模拟结果表明,在合适截面扰动波高下波浪形变截面柔性结构能够大幅抑制涡激振动响应,并发现在波浪形细长结构两侧形成的特殊涡结构会稳定绕流剪切层,拉长涡旋形成区长度,从而降低尾流结构与结构的流固耦合效应,抑制涡激振动响应.

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    13. 基于模型预测控制的风储联合电场参与电网二次调频策略
    刘传斌, 矫文书, 吴秋伟, 陈健, 周前
    上海交通大学学报    2024, 58 (1): 91-101.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.217
    摘要1628)   HTML5)    PDF(pc) (2262KB)(193)    收藏

    随着风力发电在电网中渗透率不断增加,需要风储联合电场参与电网调频服务,维持电网的频率稳定.针对中高风速下的风储联合电场,通过分析风力发电机的机械特性和储能系统的运行特性,确定了减载运行方式下风力发电机桨距角的控制方式,提出一种基于模型预测控制的风储联合电场参与电网二次调频的控制策略.建立风电场桨距角控制的预测模型和电化学储能系统的预测模型,优化风力发电机和储能系统的有功功率输出,在调频基础上更好地减少了风能损失.根据上级系统的有功功率指令值和风力发电机实际输出功率之间的差值对桨距角控制进行进一步修正,使得风力发电机在二次调频期间能够更好地追踪到上级系统的功率指令值,迅速响应频率变化值,减小动态频率偏差,完成二次调频任务.仿真结果表明,该控制策略综合考虑了风力发电机可控的二次调频能力和电化学储能系统响应快速、跟踪精确的特性,使风储联合电场能够主动响应系统频率的变化,更好地跟踪上级系统下发的有功功率指令值,参与电网二次调频.

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    14. 基于反向传播神经网络的风力机涡流发生器优化
    夏云松, 谭剑锋, 韩水, 高金娥
    上海交通大学学报    2023, 57 (11): 1492-1500.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.169
    摘要1607)   HTML12)    PDF(pc) (9995KB)(174)    收藏

    采用最优拉丁超立方试验设计法细化涡流发生器参数,确定试验方案,仿真计算风力机的推力和转矩,获得试验数据.基于反向传播(BP)神经网络,构建遗传算法优化BP神经网络的风力机涡流发生器气动性能模型,通过计算气动性能模型预测值与仿真值的误差与均方根,验证气动性能模型的可靠性;耦合鱼群算法和风力机涡流发生器气动性能模型,建立风力机涡流发生器优化方法,对涡流发生器高度、长度和安装角度进行迭代求解,实现涡流发生器优化.结果表明:相比原涡流发生器方案,涡流发生器优化后的风力机叶片截面流动分离得到有效抑制和延迟,表面流体分离现象得到改善,风力机功率提升1.711%,推力下降0.875%.

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    15. 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1602)   HTML9)    PDF(pc) (8259KB)(239)    收藏

    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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    16. 考虑地区发展阶段不确定性的电网投资决策鲁棒优化
    黄琬迪, 张沈习, 程浩忠, 陈丹, 翟晓萌, 吴霜
    上海交通大学学报    2023, 57 (11): 1455-1464.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.053
    摘要1576)   HTML15)    PDF(pc) (2782KB)(89)    收藏

    针对地区发展阶段具有不确定性和不同发展阶段下地区投资需求难以量化的问题,提出一种考虑地区发展阶段不确定性的电网投资决策鲁棒优化方法,以保证电网投资决策与实际发展需求的匹配程度,提高决策结果对投资组合风险与发展阶段不确定性的应对能力.首先,基于现代投资组合理论构建投资风险约束;其次,采用箱型不确定集对地区发展阶段不确定性进行表征,建立考虑发展阶段不确定性的电网投资决策鲁棒优化模型,模型中外层最小化问题求解最恶劣场景下的地区发展阶段不确定性变量,内层最大化问题求解最恶劣场景下能够使投资收益最大的决策方案;再次,根据强对偶理论将双层优化模型转化为可直接求解的单层模型,采用大M法对模型进行求解;最后,利用我国某东部沿海省份中13个地市的实际算例验证了该电网投资决策模型的适用性与有效性.

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    17. 适用于中低压MMC的改进NLC调制与电容电压控制策略
    张伟, 韩俊飞, 钟鸣, 王宇强
    上海交通大学学报    2023, 57 (11): 1465-1476.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.172
    摘要1503)   HTML12)    PDF(pc) (2806KB)(148)    收藏

    模块化多电平换流器(MMC)应用于直流配电网等中低压场景时输出电平数较低、谐波含量高,且电容电压易受直流母线电压波动影响而偏离额定值.针对上述问题,提出一种最近电平逼近调制与电容电压稳定控制相结合的MMC改进控制方法.首先,引入阶梯波修正量以提升MMC交流输出电平数;在此基础上,分析阶梯波修正量对电容电压的影响,提出一种基于电容电压反馈的稳定控制方法,实现子模块电压与外部电气环境的解耦控制,从而限制电容电压波动范围,提高设备安全裕度.最后,在MATLAB/Simulink仿真模型和实时数字仿真系统硬件在环测试中验证方法的正确性和有效性.

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    18. 考虑新能源爬坡的风光火耦合系统源荷匹配性分析及容量优化配置
    夏芹芹, 罗永捷, 王荣茂, 邹尧, 罗桓桓, 李金灿, 周念成, 王强钢
    上海交通大学学报    2024, 58 (1): 69-81.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.260
    摘要1396)   HTML8)    PDF(pc) (3526KB)(99)    收藏

    风力发电、光伏发电与火力发电经同一点并网形成耦合系统,是我国北方地区发电侧灵活性调节电源与新能源间高效、低碳协同的一种形式.考虑区域新能源爬坡特性,结合源荷匹配分析,发掘和利用其规律,研究风光火耦合系统的容量优化配置方法,为耦合系统规划提供参考.首先,简述耦合系统运行模式和不确定性处理方法;其次,考虑耦合系统风光互补、爬坡事件和关键负荷特性,选取并提出相关指标用于源荷匹配评价;再次,考虑源荷特性、匹配、成本和收益等约束,建立耦合系统容量优化配置模型;最后,基于辽宁地区实际数据进行算例仿真,得到该地区耦合系统风、光的最优安装容量,并分析上述源荷相关因素与容量优化配置结果之间的相互影响,为新能源最优容量配置提供了参考与建议.

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    19. 基于模型预测控制的深海钻井立管再入井仿真分析
    张晨宇, 孟帅
    上海交通大学学报    2023, 57 (11): 1389-1399.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.235
    摘要1362)   HTML25)    PDF(pc) (2622KB)(210)    收藏

    海洋立管在钻井作业时一旦遇到恶劣天气须将底端总成和防喷器断开,待天气好转需重新连接称为再入井作业.深海区钻井立管发生断开的概率大幅增加,为适应多变的海况需要快速完成再入井过程.提出基于模型预测控制(MPC)再入井控制系统;基于哈密顿原理建立悬挂立管分析模型,设计优化函数及约束项,构建非线性扰动观测器实现洋流力模型误差和洋流速度扰动补偿,与传统比例-积分-微分(PID)控制作业进行仿真比较.MPC系统作用下,母船迅速响应,立管能快速稳定完成再入井作业,较好处理洋流力模型误差,并在洋流速度扰动下具有良好鲁棒性.立管由于长径比大幅增加导致柔性显著增强,在母船及海洋环境力激励下,悬挂立管在快速再入井过程中高阶模态可能被激发.

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    20. 基于PMU梯度动态偏差的新型电力系统快速稳定性
    于淼, 胡敬轩, 张寿志, 魏静静, 孙建群, 吴屹潇
    上海交通大学学报    2024, 58 (1): 40-49.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.370
    摘要1349)   HTML3)    PDF(pc) (2171KB)(121)    收藏

    在能源转型和科技进步双重推动下,高比例可再生能源和高比例电力电子设备正成为电力系统发展重要趋势和关键特征.新型电力系统动态行为随之发生重大变化,传统小干扰稳定性分析方法满足使用需要,在应对运行工况快速变化场合时尚存在亟需解决问题.提出基于同步相量测量装置(PMU)数据梯度动态偏差李雅普诺夫直接分析法对新型电力系统小干扰稳定性进行分析,利用PMU数据矩阵降维得到低维矩阵,代入含双馈异步风力发电机组的电力系统矩阵模型,求解李雅普诺夫方程式得到对角矩阵,通过判定矩阵正定性对系统稳定性作出判断.利用求解后得到的对角矩阵计算相应状态变量动态偏差值,对相应状态变量曲线使用梯度下降法迭代计算该曲线极值点数值,时间加权计算整个振荡过程时间加权动态偏差量,为阻尼稳定控制器配置位置提供指导.利用含风力发电新英格兰10机39节点系统仿真验证方法可以达到改善系统小干扰稳定性以及对新型电力系统快速稳定性分析的有效性.

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