上海交通大学学报

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1. 基于门控循环注意力网络的配电网故障识别方法

陈昊蓝, 靳冰莹, 刘亚东, 钱庆林, 王鹏, 陈艳霞, 于希娟, 严英杰

上海交通大学学报 2024, 58 (3): 295-303. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.091

摘要（257）

HTML （12）

PDF（pc）（2938KB）（2991）

为了提高小样本条件下配电网故障辨识准确率,提出一种门控循环注意力网络模型.首先,通过注意力机制赋予故障相中关键周期较高权重,通过加权运算使得模型更加关注上述关键信息.其次,利用门控循环网络处理波形序列,该网络利用门控信号控制记忆传递过程,并借由记忆传递建立序列中不同阶段输入波形和故障类别概率间的关系,从而提升识别准确率.基于仿真数据和实际数据的实验均表明:所提方法在小样本条件下的可靠性和准确率远优于同等条件下支持向量机、梯度提升决策树、卷积神经网络等常用分类模型,为配电网故障辨识技术提供了一种新思路.

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2. 退化系统的质量控制、状态维修与备件订购联合策略优化

韩梦莹, 马书刚, 杨建华, 李伟, 马志超

上海交通大学学报 2024, 58 (3): 361-370. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.356

摘要（192）

HTML （8）

PDF（pc）（5697KB）（2764）

针对关键生产系统退化过程中出现3种状态的问题,提出基于延迟时间理论的质量控制、状态维修与备件订购联合策略.首先,考虑系统退化状态与产品质量之间的函数关系,设计了在系统退化初期检查系统状态,而在退化后期检查产品质量的两阶段检测策略.其次,根据状态检测信息、产品质量信息及故障信息选择应采取的维修活动,结合系统更新时备件所处的状态确定检测周期内各种可能的事件,构建有限时域内的平均费用率模型.然后,基于离散事件仿真和响应曲面法设计优化算法以快速近似求解模型.最后,通过算例分析部分将所提联合策略与对比模型策略进行比较,验证了所提联合策略的有效性与可行性.

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3. 基于多源异构数据的风机多模态装配工艺知识图谱建模

胡志强, 刘鸣飞, 李琦, 李心雨, 鲍劲松

上海交通大学学报 2024, 58 (8): 1249-1263. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.062

摘要（419）

HTML （16）

PDF（pc）（11842KB）（1465）

风力发电机装配工艺信息通常分散于以三维模型、自然文本、图像等多模态信息构成的工艺文件中,导致数据维护和工艺知识获取成本高、效率低.针对这一问题,提出一种基于多源异构数据的风力发电机多模态装配工艺知识图谱建模方法.首先,分析工艺特点给出风力发电机多模态知识工艺图谱(MPKG-WT)中各类概念,完成图谱本体构建;其次,基于多源异构数据及各模态特点,利用数据分析、知识抽取和语义相似度计算等技术实现图谱的自动实例化;最后,以某风力发电机企业装配工艺数据为例,实现MPKG-WT构建,并开发辅助装配工艺设计系统进行验证.研究结果表明,MPKG-WT较单模态图谱蕴含更丰富的知识,且不同模态数据之间能够互补,显著提升装配工艺设计效率.

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4. 计及尾流效应的风电场短路故障动态等值建模

余浩, 黎灿兵, 叶志亮, 彭穗, 任万鑫, 陈思捷, 唐彬伟, 陈达伟

上海交通大学学报 2024, 58 (6): 798-805. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.476

摘要（1137）

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PDF（pc）（2071KB）（1396）

快速、准确分析大型风电场短路特性具有重要的工程应用价值,而尾流效应影响下风电场各机组短路特性差异大,需建立风电场短路故障时等值模型.提出一种考虑尾流效应影响的风电场短路故障动态等值方法,首先定义尾流效应因子反映机组受尾流效应影响程度,并采用尾流效应因子作为分组依据,缩小尾流效应影响下组内各机组运行状态差异性.为提高非对称短路故障下的等值模型有效性,分析风电场短路时正、负、零三序网络的构成,提出适用于零序集电网络的等值方法,搭建平台并加以验证.仿真结果表明,该风电场短路故障动态等值模型能准确反映尾流效应影响下风电场有功、无功短路输出特性.

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5. 浅海质点振速场强度的深度分布特性

张海刚, 谢金怀, 刘佳琪, 龚李佳, 李智

上海交通大学学报 2024, 58 (7): 995-1005. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.073

摘要（1524）

HTML （6）

PDF（pc）（6512KB）（1233）

质点振速场强度的深度分布特性对水声探测与估计具有重要影响.基于简正波非相干模态和变换到角度积分的近似条件,推导出质点振速的非相干简正波的角度积分形式,避免了本征值和本征函数的复杂计算,并揭示了质点振速强度在声源深度及对称深度具有显著变化特性的物理机理.数值结果表明:非相干质点振速的角度积分解析式可实现快速计算,并可较好地表征出质点振速强度的深度分布特性;同时,由于简正波模态幅度函数的叠加效应,垂直质点振速与水平质点振速的深度分布存在显著差异性;随后,以质点振速强度差为研究对象,分析了水平距离、声源频率、声速剖面及海水深度等参数对质点振速场强度的深度分布特性的影响.相关结论可为基于矢量场的被动目标深度估计提供理论依据.

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6. 计及电动汽车充电方式与多能耦合的综合能源系统低碳经济优化运行

张程, 匡宇, 陈文兴, 郑杨

上海交通大学学报 2024, 58 (5): 669-681. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.364

摘要（1245）

HTML （11）

PDF（pc）（4514KB）（1136）

为使多能耦合的综合能源系统(IES)在低碳经济运行下可满足负荷多样性的需求,提出一种在电动汽车(EV)不同充电方式下多能耦合的IES低碳经济运行双层优化配置方法.首先,搭建涵盖冷-热-电-气耦合的IES模型.然后,在日内调度运行阶段考虑阶梯碳交易机制以及EV不同充电方式等因素,实现日调度成本最低;在配置规划阶段以设备投资成本与年运行费用总和最低为目标配置设备容量.最后,利用Cplex求解上述两阶段目标函数并通过相互迭代得到最优配置方案与调度结果.结果表明:考虑剩余电量的EV充电方式与碳交易机制能显著降低碳排放量与系统运行成本,所提配置方法可实现多能耦合的IES低碳经济运行.

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7. 甲烷/氢气混合燃料贫预混旋流燃烧特性数值研究

王鑫慈, 刘爱虢, 吴小取, 张云杰

上海交通大学学报 2024, 58 (8): 1179-1187. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.502

摘要（170）

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PDF（pc）（22873KB）（1125）

采用数值模拟的方法,对燃气轮机燃烧室使用甲烷/氢气混合燃料时的混合比例对燃烧室的燃烧特性和污染物排放特性的影响开展了研究.结果表明:由于燃烧化学反应的作用,冷态和热态流场结构存在一定的差异,热态流场流速增高,回流区变大.氢气含量对燃烧室内热态流场的结构和温度分布特性会产生明显影响,氢气含量小于20%时形成中心回流区,可以维持稳定燃烧;氢气含量大于40%时,中心回流区消失,角回流区延长,出现了不同程度的自燃和回火现象;燃烧室进气温度越高自燃现象越明显,进气温度越低回火现象越明显;NO_x排放量随着氢气含量增加而增大,CO排放量随着氢气含量增加而减少,CO集中分布在主燃级燃烧区.

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8. 基于物理信息神经网络的船舶螺旋桨尾流场重构

侯先瑞, 周星宇, 黄骁骋

上海交通大学学报 2024, 58 (11): 1654-1664. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.101

摘要（415）

HTML （12）

PDF（pc）（18611KB）（997）

将物理信息神经网络(PINN)应用于船舶螺旋桨尾流场的重建.介绍了PINN的原理和基本框架;应用PINN求解Burgers方程,对PINN求解偏微分方程的可行性进行验证.利用计算流体力学(CFD)软件STAR CCM+对KVLCC2螺旋桨的敞水特性进行了数值模拟,得到了该桨在敞水中运动的流场信息.基于数值模拟得到的敞水桨流场特性信息,构造PINN训练样本集对PINN进行训练;训练后的PINN用于推断控制方程在任意时间和空间坐标的近似解.将PINN得到的速度和压力分布与STAR CCM+模拟的速度和压力分布进行了比较,对比结果验证了PINN在尾流场重建中的可靠性.研究结果表明,PINN可以应用于船舶螺旋桨尾流场的重建.

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9. 复杂环境下基于改进Informed RRT^*的无人机路径规划算法

刘文倩, 单梁, 张伟龙, 刘成林, 马强

上海交通大学学报 2024, 58 (4): 511-524. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.442

摘要（964）

HTML （27）

PDF（pc）（11075KB）（839）

针对无人机在复杂环境中进行路径规划时,快速搜索随机树(RRT)算法易出现规划时间长、路径冗余、狭窄空间中易陷入局部约束导致规划失败的问题,提出一种改进的Informed RRT^*算法.首先,引入人工势场法使采样点按照势场下降的方式向目标点移动,以提高RRT树扩展的目的性和方向性.然后,考虑随机树在扩展过程中全局环境的复杂度,引入自适应步长调整策略以增加随机树在无障碍环境下的扩展速度,并在随机树扩展的过程中加入相关约束条件以确保生成路径的可行性.在找到第一条可达路径后,采用变化的椭圆或椭球采样域限制采样点选取和自适应步长的扩展范围,加快算法收敛到渐进最优的速度.最后,在复杂二维和三维环境下进行传统算法和改进算法的对比实验,仿真分析表明:改进算法可以在很少的迭代次数下找到更优的初始路径,更快地锁定椭圆或椭球采样域,从而给路径优化留出更多时间,算法规划效果更好.

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10. 面向多天气退化图像恢复的自注意力扩散模型

秦菁, 文渊博, 高涛, 刘瑶

上海交通大学学报 2024, 58 (10): 1606-1617. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.043

摘要（668）

HTML （5）

PDF（pc）（62692KB）（832）

复杂天气下的图像恢复对后续高级计算机视觉任务具有重要意义.然而,多数现有图像恢复算法仅能去除单一天气退化,鲜有针对多天气退化图像恢复的同一模型.对此,结合去噪扩散概率模型和视觉Transformer,提出一种用于多天气退化图像恢复的自注意力扩散模型.首先,利用天气退化图像作为条件来引导扩散模型反向采样生成去除退化的干净背景图像.其次,提出次空间转置自注意力噪声估计网络,利用退化图像和噪化状态来估计噪声分布,包括次空间转置自注意力机制 (STSA) 和双分组门控前馈网络 (DGGFFN).STSA利用次空间变换系数实现有效学习特征全局性长距离依赖的同时,可显著降低计算负担;DGGFFN利用双分组门控机制来增强前馈网络的非线性表征能力.实验结果表明,在5个天气退化图像数据集上,相比近来同类算法All-in-One和TransWeather,本文算法所得恢复图像的平均峰值信噪比分别提高3.68和3.08 dB,平均结构相似性分别提高2.93%和3.13%.

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11. 适用于频率和电压动态分析的构网型新能源场站聚合建模

葛琛琛, 陈俊儒, 徐森, 常喜强, 毛善祥, 朱荣伍

上海交通大学学报 2024, 58 (10): 1544-1553. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.061

摘要（306）

HTML （3）

PDF（pc）（2974KB）（766）

构网型新能源场站可模拟传统火力发电厂相关特性,具有主动支撑电网频率和电压的功能.提出一种适用于新型电力系统频率和电压稳定性分析的构网型新能源场站聚合模型,并分析场站整体运行特性,提出聚合模型参数识别与选取方法.所提聚合模型能够准确反映新能源场站与电网交互下的动态过程,并保障了较快的仿真速率.与MATLAB/Simulink中构网型新能源场站电磁暂态全拓扑模型进行比较,验证了所提聚合模型的有效性.基于IEEE 39母线系统的案例分析验证了所提聚合模型在电力系统频率和电压稳定性仿真分析中的准确性和快速性.

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12. 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（2031）

HTML （42）

PDF（pc）（9950KB）（646）

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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13. 卫星对空中动态目标凝视成像姿态规划方法

杜宁, 吴树范, 陈占胜, 陈文晖, 王世耀, 徐家国, 秦栋栋

上海交通大学学报 2024, 58 (4): 411-418. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.425

摘要（447）

HTML （62）

PDF（pc）（1661KB）（606）

针对低轨卫星面阵相机对空中动态目标凝视成像需求,提出卫星平台根据像面脱靶量进行目标位置估计和凝视姿态规划方法.基于空中动态目标飞行高度的先验知识,以目标地理经纬度和经纬度变化率为状态量,以目标中心像素值为观测量,设计扩展卡尔曼滤波器,实现目标地理经纬度的精确估计和预报.在此基础上,规划卫星姿态和角速度,避免了目标像素噪声和延时对姿态稳定度的影响,并实现了单星对目标位置估计.通过数学仿真验证了所提方法的有效性.

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14. 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（356）

HTML （17）

PDF（pc）（1907KB）（589）

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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15. 考虑不同充电策略的锂电池健康状态区间估计

张孝远, 张金浩, 杨立新

上海交通大学学报 2024, 58 (3): 273-284. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.347

摘要（339）

HTML （14）

PDF（pc）（3204KB）（588）

评估锂离子电池健康状态(SOH)对于电池使用、维护、管理和经济性评价都有十分重要的意义,但当前锂电池SOH估计方法多针对特定充电策略,采用确定性估计模型,无法反映电池退化过程中的随机性、模糊性等不确定性信息.为此,提出一种适用于不同充电策略的锂电池SOH区间估计方法.该方法针对不同充电策略的电池循环充放电数据提取多个特征参数,通过交叉验证自动选择针对特定充电策略的最优特征参数组合.另外,考虑到锂电池全生命期循环次数有限,属于小样本问题,提出集成支持向量回归与分位数回归优势的支持向量分位数回归模型(SVQR)进行锂电池SOH区间估计.选用放电程度较深的锂电池充放电循环数据作为训练集,对SVQR模型进行离线训练,训练好的模型用于不同充电策略下锂电池SOH在线估计.采用具有不同充电策略的数据集验证所提方法,实验结果表明:所提方法适用于不同充电策略,且估计结果优于分位数回归法、分位数回归神经网络法和高斯过程回归法.

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16. 次级燃烧对轴向分级燃烧室燃烧特性影响的试验研究

隋永枫, 张宇明, 臧鹏, 贾玉良, 衡思江, 傅燕妮, 葛冰

上海交通大学学报 2024, 58 (8): 1139-1147. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.076

摘要（345）

HTML （29）

PDF（pc）（4916KB）（584）

为了获得燃气轮机轴向分级燃烧室非预混燃烧模式下次级燃烧对排放和燃烧振荡特性的影响规律,探索燃料轴向分级条件下稳定低排放的升负荷方式,选用某型F级燃气轮机轴向分级燃烧室开展试验研究.试验结果表明:较低燃烧室出口温度下加入次级燃料会抑制CO的消耗,导致CO排放急剧增加;次级燃料的加入以及次级当量比的增高会导致NO_x排放降低,但负荷增加会削弱次级燃烧降低NO_x排放的能力.次级燃料的加入以及次级当量比的增高会抑制较低频带(75~90 Hz)内的燃烧振荡;当次级当量比高于阈值(0.19)时,次级燃料的加入才会对较高频带(175~210 Hz)内的燃烧振荡起到抑制效果.此外,综合考虑次级燃烧对排放和燃烧振荡影响规律,获得了轴向分级燃烧室在较高负荷区间(20%~50%负荷)内的低排放、稳定燃烧的运行范围和升负荷方式,为机组升负荷过程中的稳定低排放运行提供参考.

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17. 低碳自动化码头AGV物流调度和有序充电的联合经济优化

王轩, 汪宝, 陈艳萍, 刘洪, 马晓慧

上海交通大学学报 2024, 58 (9): 1370-1380. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.027

摘要（2075）

HTML （8）

PDF（pc）（3702KB）（577）

针对现有自动化码头自动导航集卡(AGV)充电策略未能与分布式电源出力充分协同等问题,提出一种自动化码头AGV物流调度和有序充电联合经济优化方法.首先,解析AGV物流调度和充电调度之间的协同关系,构建联合优化框架;其次,针对AGV物流调度模块,提出考虑码头内外集卡道路隔离要求的AGV行驶距离计算方法;再次,针对AGV充电模块,定义AGV充电状态的判断条件和选桩方法;进而以码头购电费用最小为目标,考虑分时电价、风光上网电价、电量平衡约束、终止时刻的剩余电量约束、决策变量的上下限约束、物流调度约束,构建物流调度和有序充电联合优化模型,提出基于改进粒子群优化算法的快速求解方法;最后,通过某码头的实际案例,验证所提方法的有效性和经济性.

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18. 共享储能关键技术与应用

宋梦, 林固静, 蒙璟, 高赐威, 陈涛, 夏世威, 班明飞

上海交通大学学报 2024, 58 (5): 585-599. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.360

摘要（1611）

HTML （36）

PDF（pc）（4173KB）（551）

在“双碳”目标推动下,可再生能源渗透率不断提高,但其固有的波动性、间歇性和不确定性给电力系统安全稳定运行带来了极大挑战.共享储能作为共享经济在储能领域的典型应用,通过储能资源的“所有权”和“使用权”分离,实现储能资源的最大化使用,为可再生能源大规模并网引发的供需失衡问题提供了新的解决方案,展现出广阔的发展前景.从价值定位、成本模型、及盈利模式3个维度总结了共享储能的商业模式,并对其交易品种、运行架构、工程应用进行详细分析和总结,最终对共享储能的未来趋势进行讨论与前瞻.

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19. 基于深度学习的盾构隧道表观病害自动检测方法

王宝坤, 王如路, 陈锦剑, 潘越, 王鲁杰

上海交通大学学报 2024, 58 (11): 1716-1723. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.089

摘要（282）

HTML （5）

PDF（pc）（15986KB）（523）

为实现高精度像素级地铁盾构隧道表观多病害检测,提出一种基于深度学习的语义分割模型 SU-ResNet++.首先,设计基于残差单元结合注意力机制的编码器 SE-ResNet50 进行预训练,并将其作为 U-Net++ 的主干网络设计新型神经网络模型;其次,通过原始数据采集、数据预处理及人工标注,构建具有 4 500 张图片的盾构隧道表观多病害数据集;最后,将所提出的方法通过数据集进行训练、验证和测试,并应用于实际工程检测,实现了高精度像素级的病害语义分割.实验结果表明,所提出的 SU-ResNet++ 算法适用于盾构隧道病害数据检测,可以自动准确地识别病害类别及形态,病害识别精度相比传统语义分割模型有明显提高,并且满足实际工程需求.

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20. 综合惯性控制下风力机惯性支撑能力分析及等效惯量评估

周涛, 黄菊, 韩汝帅, 胡秦然, 权浩

上海交通大学学报 2024, 58 (12): 1915-1924. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.161

摘要（223）

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PDF（pc）（2385KB）（520）

针对可再生能源高占比并网所引发的新型电力系统频率安全问题,风电机组多采用综合惯性控制为电力系统提供惯量及一次调频支撑.为更好地把握系统的惯量安全水平,保障电网频率稳定,首先对采用综合惯性控制的风电机组进行动态建模,根据风力机蕴含的动能及其对电网提供的频率支撑推导出风力机的有效惯量.然后,建立综合惯性控制下包含风力机的系统频率响应模型,得到风力机调频过程中有效惯性时间常数的解析式并进行惯性支撑能力分析.根据“等面积原理”推导出综合惯性控制下风力机参与调频过程的等效惯量评估方法,该方法能够对风力机提供的惯性支撑能力进行分析并给出量化结果.最后,通过算例分析验证了所提方法的有效性和可行性,并分析了不同因素对风力机等效惯量的影响.

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21. 基于卷积神经网络的新型电力系统频率特性预测方法

陆文安, 朱清晓, 李兆伟, 刘辉, 余一平

上海交通大学学报 2024, 58 (10): 1500-1512. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.071

摘要（384）

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为了解决利用传统频率分析方法分析新能源高占比电网频率时存在计算量大、建模困难、计算速度与计算精度矛盾突出等问题,提出一种基于卷积神经网络(CNN)的新型电力系统频率特性预测方法.首先,利用一维CNN对新能源高占比电力系统在功率扰动下的主要频率指标进行预测,包括初始频率变化率、频率极值以及频率稳态值;并通过设置合理的输入特征以及对神经网络各参数的优化调整,提高了预测精度.在此基础上,进一步考虑扰动位置以及扰动类型的影响,利用数据降维的方法建立包含扰动信息的电力系统特征数据集,借鉴三原色通道原理构建输入特征,并利用扩展的二维CNN预测频率安全指标提高CNN在高占比新能源电网频率分析中的适应性.最后,在改进的BPA 10机39节点模型中进行算例验证,并与循环神经网络预测结果进行对比,结果表明所提方法具有较高的准确度和适应性.

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22. 大规模风电场高电压穿越控制方法研究综述

魏娟, 黎灿兵, 黄晟, 陈思捷, 葛睿, 沈非凡, 魏来

上海交通大学学报 2024, 58 (6): 783-797. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.416

摘要（2068）

HTML （16）

PDF（pc）（1884KB）（506）

大规模发展风电是新能源开发和利用的重大需求,是实现我国“碳达峰、碳中和”战略目标的关键支撑.由外部电网故障造成的风电场电压安全稳定运行问题成为制约风电大规模、集群化、智能化发展的关键瓶颈之一.主要针对电网电压骤升工况,首先从电磁关系和能量流动角度分析常见的双馈风电机组、永磁直驱风电机组以及风电场的高电压穿越(HVRT)暂态特性;然后,基于风电机组不同控制区域归纳总结风电机组HVRT控制策略和风电场HVRT及故障后电压恢复协调优化控制方法,梳理和比较现有各种控制策略的工作原理和优缺点,并从控制结构的角度归纳分析现有大规模风电场的HVRT控制方法的原理、优缺点和效果,总结风电机组和风电场在HVRT控制上的不同点;最后,探讨和预测未来风电场电压智能安全控制的发展趋势和潜在研究热点,为提升我国风电大规模应用和电网安全运行提供借鉴指导作用.

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23. 基于SLM-RBF的配电网分布式光伏集群智能划分策略

卜强生, 吕朋蓬, 李炜祺, 罗飞, 俞婧雯, 窦晓波, 胡秦然

上海交通大学学报 2024, 58 (10): 1534-1543. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.032

摘要（308）

HTML （8）

PDF（pc）（4763KB）（504）

分布式电源大规模分散接入给配电网的优化调度带来计算上的维数灾难,需要对分布式电源进行集群以降低调控难度,因此合理的集群划分十分重要.同时,配电网实时量测数据不全造成分布式电源进行实时集群划分难度大、时间效率低,因此提出一种智能局部移动(SLM)算法与径向基神经网络相结合的分布式电源集群智能划分策略.首先,选取有功和无功功率调节范围以及有功和无功功率-电压的灵敏度作为集群划分的指标,构造相似度矩阵并基于SLM形成分布式电源的集群划分方案库.然后,离线建立电压拟合模型,拟合可实时观测节点的功率与电压之间的关系;同时,离线建立电压-划分结果模型,在线通过电压得到实时划分结果,创新性地解决了潮流模型缺失时无法进行集群划分的问题,提高了集群划分的实时性.最后,在MATLAB平台通过仿真计算验证了算法的合理性和优越性.

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24. 基于矢量场制导法和模型预测控制的船舶路径跟踪与避碰

何宇, 欧阳子路, 邹璐, 陈伟民, 邹早建

上海交通大学学报 2024, 58 (11): 1644-1653. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.121

摘要（298）

HTML （12）

PDF（pc）（3125KB）（495）

为提高船舶路径跟踪和避碰效果,提出了一种基于矢量场制导法的模型预测控制方法.首先,采用矢量场制导算法将船舶的路径跟踪和船舶避碰问题转换为航向控制问题;然后,采用一阶 Nomoto 响应模型作为模型预测控制的动力学模型,考虑船舶的舵角输入受限问题,引入干扰观测器对模型误差项和环境扰动进行补偿,并应用Lyapunov理论证明了所设计的路径跟踪控制系统的稳定性;最后,设计了基于矢量场制导法的避碰策略,使船舶在路径跟踪的过程中同时完成自主避碰.仿真计算结果表明,开发的方法可以使船舶在波浪干扰作用下准确地跟踪目标路径并有效实现避碰.

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25. 输配电价改革背景下两部制电价的应用现状与发展前景

任曦骏, 宋竹萌, 王宝, 叶钰童, 潘思佳, 王梦圆, 徐潇源

上海交通大学学报 2024, 58 (10): 1479-1488. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.102

摘要（427）

HTML （38）

PDF（pc）（1057KB）（475）

在输配电价机制改革的背景下,现有两部制电价无法合理反映电力用户真实用电成本的弊端逐渐显露.两部制电价机制承担着分配电力发电、输送、配电、出售电价空间和调节电力系统的资源等重要功能,亟需对现有两部制电价做出改进与完善.本文围绕两部制电价机制展开分析和讨论.首先,介绍两部制电价的基本理论和计费比例,研究基于不同负荷率和电压等级分摊输配电成本的方法.然后,针对两部制电价的收取方式,分别对负荷率套餐、分时电价等电量电价机制以及电费和负荷调整、改进计价比例等基本电价机制进行总结归纳.在此基础上,结合美国、法国、日本等国外两部制实践经验,分析两部制电价机制理论的执行方式.最后,提出我国两部制电价机制的未来发展方向和建议.

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26. 带月池驳船式浮式风力机水动力性能

陈易人, 姚靳羽, 李明轩, 张新曙

上海交通大学学报 2024, 58 (7): 965-982. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.521

摘要（2155）

HTML （12）

PDF（pc）（11548KB）（474）

参考Ideol-Floatgen相关设计,对带月池驳船式浮式风力机进行频域水动力性能研究,考虑了月池黏性阻尼的修正.首先对月池的共振模态进行分析,计算风力机在规则波下的水动力系数与不规则波下运动响应谱,并结合 DNV 相关规范对风力机的安全性进行了评估.结果表明,在作业工况与生存工况下,浮式风力机的动态纵倾与机舱加速度均符合安全性要求.通过对驳船式浮式风力机运动与月池共振的耦合作用的研究,发现风力机的运动会引起月池活塞共振频率的偏移与活塞共振幅值的减小,晃荡共振的频率基本不受影响,但一阶晃荡共振的幅值会增大.与无月池驳船式浮式风力机相比,月池可以降低风力机整体的运动响应,提升风力机整体的水动力性能.对浮式风力机驳船式平台的边长、月池边长与平台吃水进行参数化分析,将风力机的纵荡、垂荡、纵摇响应均方根(RMS)值与机舱加速度响应RMS值作为对比的指标,发现平台边长的增加可以有效降低风力机在作业工况与生存工况下的4项响应RMS值;月池边长的增加可以大幅降低平台生存工况下的4项响应RMS值;平台吃水的增加可以显著降低风力机在作业工况下的4项响应RMS值,并提高生存工况下的垂荡与纵摇响应RMS值.

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27. 电网短路故障下风电场内跟-构网电源瞬时频率交互影响机理

张宇, 张琛, 鲍颜红, 吴峰, 蔡旭

上海交通大学学报 2024, 58 (12): 1903-1914. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.246

摘要（128）

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PDF（pc）（2933KB）（471）

针对含构网型储能的异构型风电场的暂态稳定性问题,建立包含跟网型风电机组和构网型储能电源的异构系统暂态分析模型,揭示在电网严重短路故障下异构电源之间的频率交互机制,发现故障期间具有较慢功角动态的构网型电源对具有较快功角动态的跟网型电源的“频率牵引效应”,以及在满足频率牵引条件时后者对于前者的“功角联合驱动效应”.求解临界d轴电流,分析风电并网率、储能电源装机占比等参数变化对于频率交互的影响,并讨论风电机组无功电流注入及构网型储能电源的电流限幅策略等因素的影响.最后,基于MATLAB/Simulink仿真平台详细验证所提机理.

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28. 基于人因工程的船舶驾驶室人机界面布局优化设计

季煜恒, 李春通, 骆晓萌, 杨雪莲, 王德禹

上海交通大学学报 2024, 58 (2): 201-210. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.401

摘要（1220）

HTML （16）

PDF（pc）（6622KB）（468）

为了解决船舶驾驶室人机界面设计采用人工布局所存在的经验性、主观性、随机性的问题,提出一种将虚拟仿真和优化算法相结合的人机界面布局优化设计方法.首先,通过虚拟仿真得到待布局人机界面各区域的操作舒适度以及最优操作点位置;其次,将人机界面布局准则和人因工程学准则量化为目标函数和约束条件,建立人机界面布局优化数学模型,通过差分进化算法获取大量粒子群算法的粒子初始位置;最后,通过寻优获取人机界面的最优布局并进行虚拟仿真评价.将某控制面板作为算例进行布局优化和虚拟仿真,获取的最优布局结果满足人因工程学准则,人机界面各项性能均有提升.本研究可为船舶驾驶室的高性能人机界面布局设计提供参考.

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29. 基于Benders分解和分枝定界的随机交期批量流流水车间调度

石亚东, 刘冉, 王铖恺, 吴泽锐

上海交通大学学报 2024, 58 (8): 1271-1281. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.070

摘要（234）

HTML （15）

PDF（pc）（1434KB）（468）

针对交期随机的批量流车间调度问题,以最小化工件延期期望之和为目标,推导出工件交期符合3类经典随机分布条件下问题目标的闭式计算表达式.建立考虑换模时间与随机交期的问题数学模型,针对模型高度非线性特征对其线性化.设计一种基于逻辑的Benders分解(LBBD)与分枝定界相结合的优化算法,提出两种有效加速策略提升算法求解效率.数值实验结果验证了算法的有效性,通过随机交期与确定交期结果的比较,验证了考虑随机的必要性.

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30. 基于联邦强化学习的电热综合能源系统能量管理策略

王金锋, 王琪, 任正某, 孙晓晨, 孙毅, 赵一伊

上海交通大学学报 2024, 58 (6): 904-915. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.418

摘要（1713）

HTML （7）

PDF（pc）（4615KB）（467）

电热综合能源系统(IES)的能量管理关系到园区的经济效益与多能互补能力,但面临新能源出力随机性和用户负荷不确定性的挑战.首先,构建电热IES能量管理问题的数学模型,将各供能子系统赋能为智能体,基于深度确定性策略梯度(DDPG)算法建立综合考虑子系统实时用能负荷、分时电价及各设备出力的系统能量管理模型.然后,采用联邦学习技术,在训练过程中交互3个子系统的能量管理模型梯度参数对模型的训练效果进行协同优化,打破数据壁垒的同时保护各子系统数据隐私.最后,通过算例分析验证了所构建基于联邦学习框架的DDPG能量管理模型能有效提升园区IES经济效益.

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31. 燃气轮机中心分级燃烧器天然气掺氢燃烧的受迫振荡特性

史挺, 金明, 葛冰, 臧述升

上海交通大学学报 2024, 58 (3): 304-311. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.454

摘要（296）

HTML （7）

PDF（pc）（12811KB）（459）

天然气掺氢燃烧是燃气轮机机组降低碳排放重要措施之一,但掺氢燃料的组分变化会导致燃烧室火焰结构及燃烧稳定性发生变化.为分析中心分级燃烧器掺氢燃烧条件下的燃烧不稳定性问题,通过试验研究了燃烧器入口速度扰动下,不同掺氢比对中心分级掺氢燃烧的瞬态火焰结构、压力以及热释放响应的影响,并利用本征正交分解(POD)法提取了火焰脉动的特征模态,发现其主要包含火焰干涉区强脉动和轴向扰动两种模态.试验结果表明,随着掺氢体积比从0%增大到30%,火焰前沿向上游移动,两级火焰间距缩短,火焰干涉对应的脉动模态的能量占比增大,加强了压力与热释放的耦合,导致燃烧室内的压力响应增大9%,热释放响应增大37%.

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32. 基于RBF-BLS面向电动汽车低碳安全出行的SOH估计方法

李春喜, 乔涵哲, 姚刚, 姜淏予, 崔向科, 葛泉波

上海交通大学学报 2024, 58 (9): 1454-1464. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.051

摘要（1324）

HTML （7）

PDF（pc）（2492KB）（444）

电动汽车充电过程的安全性与动力电池组的健康状态(SOH)紧密相关,因此SOH的高性能实时估计是充电过程中安全检测的重要基础.由于动力电池组的SOH受复杂结构、电芯类型、驾驶习惯、环境温度和充电行为等因素的深度影响,现有基于单个或少量特定电池电芯实验数据的方法研究在面对整车动力电池组实时SOH估计时遭遇模型复杂、数据缺失、实时性差、精度不足等难题.针对建模困难、实时性和精度不足等问题,应用多方法集成融合思想,在电池经验退化模型上引入径向基函数(RBF)优化的宽度学习(BLS)神经网络,提出一种高性能的动力电池组SOH估计方法.首先,该方法采用经验退化模型和离线历史充电数据得到初步的SOH值;其次,应用RBF神经网络给出一种BLS系统中初始权重矩阵的确定方法,建立经验退化与径向基函数优化的宽度学习神经网络(RBF-BLS);再次,采用RBF-BLS神经网络和实时充电数据训练得到估计误差,并对经验退化模型得到的SOH进行补偿,从而得到更高精度的SOH估计值;最后,采用基于充电运营企业实际充电数据的计算机仿真实例来验证新方法的有效性和优越性.

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33. 水滴在气流中变形破碎过程的数值模拟研究

桑旭, 金哲岩, 杨志刚, 余放

上海交通大学学报 2024, 58 (4): 419-427. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.414

摘要（392）

HTML （24）

PDF（pc）（2771KB）（442）

针对水滴在结冰风洞实验中加速过程内易发生破碎而导致试验段内水滴粒径分布难以符合结冰气象条件的问题,利用流体体积(VOF)方法,模拟了直径为100、200、400、600、800、1 000 μm 以及 1 200 μm 的水滴在不同气流速度作用下(20、50、80 m/s)的变形破碎情况.结果表明:在20 m/s气流作用下,直径为600 μm的水滴不发生破碎;当风速为50 m/s时,直径为100 μm的水滴不发生破碎;随着韦伯数增加,最大不稳定波波长也随之增大,水滴的破碎模式从袋状破碎变为包-蕊状破碎,随后转变为蕊-层状破碎,进一步转变为剪切破碎.水滴的破碎形式包括袋状破碎、包-蕊状破碎、蕊-层状破碎及剪切破碎,会对面积最大的液滴与初始液滴面积之比有较大影响.在初始水滴直径相同的条件下,入口速度越大,破碎后的面积比越大.

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34. 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（220）

HTML （9）

PDF（pc）（5678KB）（441）

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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35. 综合能源系统电气热多能量流建模及优化

李冰洁, 袁晓昀, 史静, 徐华池, 罗子萱

上海交通大学学报 2024, 58 (9): 1297-1308. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.494

摘要（3350）

HTML （32）

PDF（pc）（8902KB）（433）

针对区域综合能源系统中电、气、热多种能源形式的转换严重影响系统运行的经济性,建立区域综合能源系统(RIES)能量流数学模型和优化模型,以提升系统的经济性和对可再生能源的消纳.建立系统中各类能源转换设备数学模型,确定电力、燃气、热能3种能源传输网络约束条件;以经济性运行为首要目标,兼顾低碳排放和提高可再生能源消纳率的目标函数,构建RIES多能流优化模型.在大型综合能源系统基础上,引入负荷侧需求响应,建立仿真模型.仿真结果表明,需求响应的引入提高了系统调度灵活性,减少了系统对储能设备的依赖,有效降低了用户的用能成本.

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36. 分布式光伏集群发电功率波动模式识别与超短期概率预测

王于波, 郝玲, 徐飞, 陈文彬, 郑利斌, 陈磊, 闵勇

上海交通大学学报 2024, 58 (9): 1334-1343. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.048

摘要（1859）

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PDF（pc）（4167KB）（430）

分布式光伏功率不确定性的量化评估对于配电网安全稳定运行具有重要意义.考虑到不同出力波动模式下功率特性差异显著,为得出适应功率波动模式的预测模型并对功率不确定性进行精细化评估,提出一种分布式光伏集群发电功率波动模式识别与超短期概率预测方法.首先,综合卫星云图和光伏功率数据,通过出力波动的特征提取构建波动模式识别模型,实现对波动规律的挖掘.在此基础上,通过分类建模考虑不同波动模式的可预测性差异及波动模式与预测误差的关联关系,使预测区间宽度能更好地适应预测误差分布特征.由此实现对不同波动模式下功率不确定性的精细化考虑,从而提高概率预测精度,为电网调度提供更多参考,削弱分布式光伏功率强波动性对电力系统的影响.

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37. 电动汽车-无人机联合救援系统协调调度模型

白文超, 班明飞, 宋梦, 夏世威, 李知艺, 宋文龙

上海交通大学学报 2024, 58 (9): 1443-1453. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.052

摘要（1889）

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PDF（pc）（3151KB）（428）

电动汽车(EV)和无人机(UAV)的迅速发展为紧急状态下的人员搜救与物资配送提供了新的技术手段.提出一种电动汽车-无人机(EV-UAV)联合救援系统.其中,无人机以电动汽车作为充电和维护基站,为待救援对象提供紧急救援服务,而电动汽车能够利用各类分布式电源获得多元化的电能补充,从而提高EV-UAV系统在紧急状态下的适应能力及续航水平.以混合整数线性规划形式建立该EV-UAV联合救援系统的协调调度模型,综合考虑电动汽车和无人机的电能消耗、电能补充、装载容量、配送路径以及配送时窗等因素.算例仿真验证了所建立模型的有效性,对比了EV-UAV型与地面车辆(GV)-UAV型联合救援系统,显示了EV-UAV联合救援系统在紧急求援中的技术特性和应用潜力.

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38. 考虑阶梯式碳交易机制的混氢天然气综合能源系统低碳经济运行

范宏, 杨忠权, 夏世威

上海交通大学学报 2024, 58 (5): 624-635. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.377

摘要（1247）

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氢能是实现“双碳”目标的重要能源载体,碳捕集技术是能源行业减排的重要技术手段.将氢气、天然气掺混形成混氢天然气,可以实现氢能的有效输运与利用,同时应用碳捕集技术对火电机组进行改造,有助于推动可再生能源的大规模消纳并降低碳排放水平.在此背景下,建立制氢设备和燃料电池的精细模型,针对系统碳排放问题,建立碳捕集火电机组的碳排放、出力模型以及掺氢热电联产的数学模型,并引入阶梯式碳交易机制控制碳排放.基于此,以购能成本、碳排放成本、弃风成本和碳封存成本之和最低为目标,计及管网掺氢比、碳捕集等约束,建立混氢天然气综合能源系统优化调度模型,采用粒子群算法结合CPLEX求解.通过不同场景对所构建的模型进行分析,验证调度模型在推进低碳经济发展方面的优势.

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39. 考虑碳交易机制的海港综合能源系统电-热混合储能优化配置

林森, 文书礼, 朱淼, 戴群, 鄢伦, 赵耀, 叶惠丽

上海交通大学学报 2024, 58 (9): 1344-1356. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.428

摘要（2770）

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随着港口电气化进程逐渐加速,单一的港口供能方式正在向多种能源深度融合演变.为响应我国“碳达峰、碳中和”战略目标,进一步提升海港综合能源系统的经济与环境双重效益,提出一种考虑碳交易机制的电-热混合式储能优化配置方案.首先,建立海港综合能源系统模型,并给出计及碳交易市场的交易方案;其次,构建双层优化配置框架,上层优化配置混合式储能容量,下层引入碳交易机制,满足港口综合能源系统低碳经济运行需求;最后,结合网格自适应直接搜索法与自适应混沌粒子群算法优势,利用混合式优化算法对双层优化模型进行求解.以天津港的实际运行数据为例,验证该方法的有效性.算例结果表明,所提方法不仅可以降低系统的投入成本,还能显著减少港区碳排放,从而进一步提升港口经济和环境效益.

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40. 机载批量灭火袋高空抛洒落地分布特性的模拟与实验验证

吴洋, 林东, 孙浩然, 吴成云, 屈元元, 李旋, 胡海涛, 陈迎春

上海交通大学学报 2024, 58 (8): 1264-1270. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.014

摘要（164）

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PDF（pc）（1609KB）（404）

为了对灭火飞机高空抛洒系统进行优化设计,必须建立反映飞行过程机载批量灭火袋高空抛洒落地机理的模型.基于离散元方法和计算流体力学方法,建立了机载批量灭火袋高空抛洒落地特性机理模型,获得不同飞行速度和高度下的灭火袋抛洒特性及落地分布,通过实验对模型进行了验证.抛洒落地分布的模拟结果与实验数据偏差在20.0%以内.研究成果为飞机高空灭火系统研制提供理论模型,以显著提升灭火飞机喷洒系统的灭火效果.

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