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    一种并网逆变器直流电容容值辨识方法
    朱城昊, 王晗, 孙国歧, 魏晓宾, 王富文, 蔡旭
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 693-700.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.515
    摘要472)   HTML706)    PDF (5050KB)(713)   

    直流电容是并网逆变器中最易老化失效的器件之一,对其进行容值参数辨识可以及时发现并更换老化电容,有利于提高系统可靠性.提出一种基于预充电电路的并网逆变器直流电容容值辨识方法,通过分析预充电过程中电容容值与充电电流、电压的数值关系,结合历史运行数据,构建电容状态特征向量集合.利用该集合训练支持向量回归(SVR)模型,建立状态值与容值的回归预测关系,并采用粒子群优化(PSO)算法对模型进行优化,优化后的模型可用于直流电容容值辨识.仿真和实验结果表明,所提方法可对并网逆变器直流电容进行容值辨识,辨识误差小于0.95%.该方法无需增加硬件电路且不改变控制算法,具有一定的实用价值.

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    波浪条件下地效翼型气动力的环量控制研究
    刘浩, 孙建红, 孙智, 陶洋, 王德臣, 刘光远
    上海交通大学学报    2022, 56 (8): 1101-1110.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.384
    摘要150)   HTML24)    PDF (3280KB)(635)   

    波浪海面气流环境相对复杂,严重影响了地效飞行器巡航过程中的稳定性与安全性.针对波浪条件下的地效翼型,应用数值方法分析了不同海况波浪形状和不同飞行攻角对翼型气动特性的影响,进一步研究了定常吹气和周期吹气方法对地效下的环量控制翼型气动力影响规律.计算结果表明:波浪海面地效下,翼型升力系数随波浪周期性变化,波浪的波高较高、波长较短,翼型攻角较大时升力系数波动的幅度较大;通过与波浪相对运动相同周期的吹气环量控制方法,可以有效地控制波浪海况下翼型升力系数的波动,增强地效飞行器的稳定性与安全性.

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    分布式绿色能源碳交易机制及碳数据管理的挑战
    李幸芝, 韩蓓, 李国杰, 汪可友, 徐晋
    上海交通大学学报    2022, 56 (8): 977-993.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.450
    摘要347)   HTML380)    PDF (2604KB)(608)   

    为了实现“碳达峰、碳中和”双碳目标,需要加快构建以绿色能源为主体的电力系统.随着系统规模增长,基于区块链技术的分布式绿色能源碳交易机制和碳数据管理技术可有效鼓励绿色能源发展,成为低碳电力推行的有效手段.而精确实时的碳计量将进一步为交易信息的准确性和安全性提供数据支撑.介绍目前绿证交易和碳交易的研究现状,分析区块链技术在绿电追溯、绿证交易、碳交易、绿证与碳资产联合市场4个方向的关键技术适用性;研究当前碳计量方式的具体数学模型,讨论分析适用于区块链架构的碳源追溯计量数据可用性,并对碳计量方式的未来发展提出参考建议.

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    共轴双旋翼动力学建模与验证
    胡金硕, 黄健哲
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 395-402.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.044
    摘要3333)   HTML67)    PDF (2567KB)(605)   

    建立共轴双旋翼动力学模型可用于共轴多旋翼飞行器的控制器设计、飞行模拟等研究,需要同时兼顾模型的计算实时性和精度.首先,基于伴随理论推导包含旋翼尾迹的全流场诱导速度计算模型.然后,在单旋翼有限状态入流模型基础上进行扩展,建立考虑尾迹倾斜的共轴双旋翼有限状态动力学模型.最后,推导共轴双旋翼悬停状态上下旋翼推力计算公式,并进行试验验证.研究结果表明:所建立的动力学模型计算复杂度在可接受的范围内,推力计算值与测试值在一定转速范围内基本吻合,并可很好地反映出共轴双旋翼推力损失趋势.

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    基于数据驱动的核电设备状态评估研究综述
    许勇, 蔡云泽, 宋林
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 267-278.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.502
    摘要3058)   HTML177)    PDF (1383KB)(543)   

    核电设备全生命周期的状态评估对提高核电厂安全性、经济性影响重大.以往国内核电厂对系统、设备、构筑物的运维评估手段多依赖于设备自身报警机制、简单阈值判断或者现场工程师经验.随着在线监测系统在核电厂的应用实施和海量设备运行数据的积累,利用数据驱动技术进行设备健康状态评估已经成为行业关注重点.对此,介绍核电在线监测系统现状,分析主要核电设备存在的常见故障,并将核电设备的状态评估归纳为异常检测、寿命预测和故障诊断共3大问题,分别综述其研究和应用现状,重点阐述深度学习技术在该领域的应用潜力.在此基础上,进一步分析核电厂设备状态评估面临的挑战和可能的解决方案.

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    大规模新能源汽车接入背景下的电氢能源与交通系统耦合研究综述
    李佳琪, 徐潇源, 严正
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 253-266.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.464
    摘要3328)   HTML586)    PDF (2106KB)(536)   

    新能源的大规模开发利用是实现“双碳”目标的重要手段.可再生能源发电耦合制氢技术在提高可再生能源消纳率的同时,加速了新能源汽车的普及.未来,电氢能源系统与交通系统的耦合将会更加密切.以大规模新能源汽车接入为背景,首先综述了电氢能源系统的发展现状,并对耦合系统制氢、出力波动平抑以及参与电力系统优化运行3种工作模式进行了介绍.在此基础上,从不同能源角度出发,分别对电力-交通耦合系统中的联合规划与优化运行研究现状以及氢能-交通耦合系统中的加氢站优化与氢能运输相关问题进行了总结分析.最后,结合当前研究中存在的瓶颈,从动态模型构建、不确定性因素影响等方面对未来可行研究方向进行了展望.

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    考虑安全飞行通道约束的无人机飞行轨迹多目标优化策略
    黄宇昊, 韩超, 赵明辉, 杜乾坤, 王石刚
    上海交通大学学报    2022, 56 (8): 1024-1033.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.154
    摘要212)   HTML31)    PDF (5684KB)(528)   

    针对无人机在复杂环境下难以规划出兼顾平滑性和安全性等指标的时域连续轨迹问题,基于安全飞行通道提出了一种多目标轨迹规划算法.在基于快速拓展随机树(RRT)改进的RRT*算法生成的初始离散路径点基础上,建立以凸多面体集合表示的安全飞行通道;根据轨迹在安全飞行通道内部的约束建立安全项目标函数,结合飞行平滑性、动力学特性、飞行时间等性能指标,建立加权多目标优化函数;采用基于梯度下降的凸优化算法,对离散路径点的位置、速度、加速度及轨迹的时间分配进行优化,生成分段多项式表示的时域连续轨迹.基于煤矿井下等复杂环境对算法的有效性及相关性能进行试验及对比验证,结果表明:相比现有算法,本文算法在综合性能上有一定的提升.

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    冰柱冲击问题的数值仿真分析
    王超, 杨波, 张媛, 郭春雨, 叶礼裕
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 368-378.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.278
    摘要3384)   HTML50)    PDF (4968KB)(350)   

    为研究近场动力学(PD)方法在冰力学行为领域的应用特性及在冰破坏数值预报过程中的参数敏感性,采用常规状态型近场动力方法系统地计算分析了冰柱冲击破坏过程,并进行了参数敏感分析.结果表明:该方法模拟冰冲击过程与试验对比结果基本一致,在选定的时间步长和粒子间距下本文的计算结果收敛.海冰冲击速度、泊松比、弹性模量对海冰冲击过程影响明显,而海冰尺寸和断裂韧度对冲击过程影响较小.文章创新之处在于将状态型PD方法应用于海冰冲击问题中,弥补了键型PD方法限制海冰泊松比的缺点.

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    大规模光伏发电经串补输电线路并网系统强迫次同步振荡机制
    林勇, 康佳乐, 余浩, 陈鸿琳, 杨彦霁, 陈武晖
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1118-1127.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.415
    摘要201)   HTML16)    PDF (1463KB)(348)   

    大规模光伏经串补并网系统存在次同步振荡失稳风险,传统研究一般基于负阻尼振荡理论对此进行解释.本文将因最大功率跟踪控制(MPPT)导致的光伏间谐波作为扰动源,大规模光伏经串补并网系统作为受迫系统,采用强迫振荡理论揭示光伏发电基于扰动式MPPT与串补并网系统相互作用的次同步振荡机制,并在PSCAD/EMTDC仿真平台进行验证.结果表明:基于扰动式MPPT的光伏逆变器因交直流侧的调制耦合作用向系统输出间谐波电流,当该间谐波频率与系统固有弱阻尼模式频率接近时,可能导致严重的强迫次同步振荡问题,对系统稳定性造成冲击;算例仿真验证了所提理论的正确性.

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    基于胶层填充的薄板包边成形数值模拟及实验研究
    唐耿林, 李建军, 李元辉, 张珑耀, 朱文峰
    上海交通大学学报    2022, 56 (4): 523-531.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.429
    录用日期: 2021-06-08

    摘要1506)   HTML80)    PDF (11461KB)(343)   

    基于包边模型几何尺寸定义胶层填充率,通过有限元-光滑粒子流体动力学(FEM-SPH)法建立含胶包边工艺数值模拟模型,并与含胶包边实验进行对比验证,实现了折边胶直径、离边距、包边厚度对填充率影响的定量研究.研究结果表明:实验所得胶层流动、最终填充状态与数值模拟结果的一致性较好,实验所得胶层填充率与数值模拟结果吻合度较高,以此验证了数值模拟模型的可行性和准确性.进一步分析表明:折边胶直径、离边距、包边厚度对填充率的影响依次减小,并拟合得到填充率关于折边胶直径、离边距、包边厚度等工艺参数的关系式,为车身薄板含胶包边工艺的优化设计提供依据.

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    聚酰亚胺的冷风微量润滑辅助切削工艺
    曹拯, 雷学林, 张航, 蔡晓江
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 784-793.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.173
    录用日期: 2021-09-22

    摘要288)   HTML15)    PDF (21845KB)(339)   

    研究了冷风微量润滑辅助的多孔聚酰亚胺材料切削加工性能,并探讨了切削加工工艺参数对多孔材料切削加工效果(切削力、表面加工质量及含油率)的影响规律.结果表明,相较于干切削和低温冷风切削,冷风微量润滑切削的切削温度及已加工表面粗糙度最低,多孔流道损伤最小.切削深度和进给量分别是对铣削力和表面粗糙度影响最大的因素.切屑毛边、撕裂等缺陷是导致表面粗糙度增大的主要因素.工件表面存在的拉丝、微裂纹、堆叠及微小碎屑附着等缺陷是材料含油率及输油率降低的根本原因.正交实验获得冷风微量润滑辅助条件下多孔聚酰亚胺材料最优加工参数:切削速度vc=(85±5) mm/min,进给量fz=(0.28±0.02) mm/r,切削深度ap=(0.8±0.1) mm.冷风微量润滑切削技术可以实现多孔聚酰亚胺材料的低损伤加工,获得高含油率及高输油率的保持架产品.

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    潜艇阻力及流场数值仿真策略优化分析
    李鹏, 王超, 孙华伟, 郭春雨
    上海交通大学学报    2022, 56 (4): 506-515.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.327
    摘要1511)   HTML98)    PDF (13748KB)(334)   

    为探寻不同湍流模型对直航潜艇阻力和流场仿真计算的影响,基于STAR-CCM+平台,以标准潜艇模型Sub-off为几何研究对象,采用有限体积法结合10种湍流模型对Sub-off的水动力及流场特征开展数值仿真研究.首先,以LES-Smagorinsky湍流模型开展网格及时间步长收敛性计算.其次,选定合适的网格方案和时间步长,结合10种湍流模型开展特定工况下的仿真计算.最后,利用甄选好的湍流模型分析Sub-off的流场特征.结果表明:10种湍流模型在潜艇的水动力性能及流场特征的预报方面存在较大差异, LES-Smagorinsky湍流模型不仅能较好地预报潜艇的水动力性能及流场平均量,还能准确预报流场的二次量.

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    基于“能源大脑”的城市区域碳排放实时计算方法
    陈赟, 沈浩, 王佳裕, 赵文恺, 潘智俊, 王晓慧, 肖银璟
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1111-1117.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.364
    摘要291)   HTML360)    PDF (851KB)(323)   

    现有碳排放计算方法不能很好地满足碳排放区域逐渐细化和实时需求.为保证碳排放责任分摊的实时和准确,提出一种城市区域碳排放实时计算方法.利用改进的K-means聚类算法,对城市区域能源负荷的运行时段和运行场景进行聚类组合,得到典型碳排放特征.将区域单位电力碳排放量作为碳排放指标;归类运行时段和场景,计算各簇单位电力碳排放量和城市区域碳排放总量.基于中国东部某地区 “能源大脑”中部分能源消费历史数据进行验证,结果表明:该聚类方法和碳排放指标可以有效地实时计算城市区域碳排放总量.

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    平面单元和壳单元在复合有限条法中模拟加劲肋的应用
    侯彦果, 李占杰, 龚景海
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 710-721.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.071
    摘要304)   HTML369)    PDF (10465KB)(307)   

    有限条法是一种经典的分析薄壁构件屈曲的方法,传统的有限条法在长度方向采用三角函数,无法分析沿长度方向间隔布置加劲肋的构件的屈曲问题,而复合有限条法恰好能弥补这一缺陷.基于复合有限条法,使用平面单元和壳单元分别模拟加劲肋对分析结果的影响.相比于壳单元,平面单元的自由度数量更少, 矩阵组合更简便.而壳单元因为考虑到面外的位移自由度而更全面.分别采用两种加劲肋单元分布带加劲肋的构件,发现壳单元和平面单元对屈曲结果的影响甚小,两者之间差异的绝对平均值在0.75%以内,并且屈曲承载力和模态与有限元结果皆能良好吻合.两种形式的复合有限条法与有限元差异的绝对平均值控制在5%以内.平面单元加劲肋的精度已经满足预期要求,有助于减少程序计算量和简化分析的复杂程度;在划分单元较密的情况下,能显著提升计算速度.

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    电机与离合器复合控制的电动装载机换挡策略
    任好玲, 蔡少乐, 陈其怀, 林添良, 郎彬
    上海交通大学学报    2022, 56 (2): 173-181.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.409
    摘要841)   HTML12)    PDF (6683KB)(306)   

    为了发挥纯电驱动方式的优势,针对电动装载机的传动系统,取消传统机型上效率较低的液力变矩器及倒挡方向离合器.通过分析纯电驱动系统换挡规律,采用电液换挡控制系统控制湿式离合器工作,并基于压力和转速等反馈结合驱动电机主动工作在转速及转矩模式,实现离合器充、泄油过程中转矩及转速的匹配.针对某50型纯电驱动装载机,提出一种基于驱动电机与离合器压力复合控制的纯电驱动装载机换挡控制策略.整车试验结果表明:所提出的控制策略能发挥纯电驱动的优势,换挡时间缩短约50%, 滑摩做功大幅减小,换挡冲击度最大值为14.08 m/s3,在我国车辆推荐限定值17.64 m/s3以内.

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    基于新型双环控制的LC型逆变器研究
    李双, 施建强
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1139-1147.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.275
    摘要201)   HTML8)    PDF (1553KB)(303)   

    为提高LC型逆变器的电压跟踪和抗扰性能,提出了一种新型电压电流双环控制策略.首先,引入虚拟电阻后对消零极点,将电压环整定为一阶惯性环节,从而减小电压跟踪时的超调;其次,采用次速电流环控制方法提高电流环的响应速度,进而抑制暂态时的电压突变;最后,分析电压恢复期产生超调的原因并通过自适应积分器初值消除超调,改善了扰动时的电压波形畸变.所提新型控制策略在传统双环控制的基础上,分别对电压环和电流环算法进行改进,针对性地解决了后者阶跃响应和抗负载扰动性能不足的缺点,MATLAB/Simulink模型的仿真结果验证了该方法的可行性和有效性.

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    双馈风电场并网抑制频率振荡控制策略
    刘新宇, 逯芯妍, 曾龙, 郝正航, 赵起放, 李现伟, 郝同盟
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 303-311.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.437
    摘要3535)   HTML134)    PDF (1481KB)(295)   

    针对大型风电场跨区输送电能时引起的低频振荡问题,提出了一种阻尼系统低频振荡的单神经元自适应比例积分微分(PID)附加阻尼控制策略.通过对双馈风电机组的动态频率响应特性进行分析,构建了一种在单神经元自适应PID控制算法中引入二次型性能指标的风电场阻尼系统振荡控制器.通过对励磁变频器进行自适应调节,促使风电场快速发出有功功率,产生最大正阻尼,抑制系统低频振荡.利用MATLAB搭建含风电场的四机两区域电力系统仿真模型,通过对比验证了所提方法能够在系统发生低频振荡时有效抑制同步发电机功角的摇摆,改善系统惯性响应,降低电网发生低频振荡的风险.

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    粤港澳大湾区电力系统低碳转型
    张鹏飞, 徐静怡, 郭巍, 吴蔚, 钟晨, 魏文栋
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 293-302.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.436
    摘要3580)   HTML159)    PDF (2818KB)(294)   

    我国“碳达峰、碳中和”目标的实现在很大程度上依赖于电力系统的低碳转型,而现有研究很少从区域尺度研究电力系统低碳转型.综合使用政府间气候变化专门委员会温室气体清单编制方法、网络模型分析法量化了粤港澳大湾区电力生产和消费引致的碳排放,并使用对数平均迪氏指数分析法分析了社会经济因素对大湾区电力碳排放的影响.结果表明:香港、澳门电力低碳转型进展缓慢,广东省低碳电力份额持续提高;快速扩大的经济规模和电力需求是大湾区排放增长的最主要驱动因素;外部低碳电力的输入以及部门用电效率的提升抵消了部分排放增长.

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    多源配网主动孤岛恢复过程电压频率波动的平抑方法
    陈春, 高靖, 曹一家, 王炜宇, 赵龙
    上海交通大学学报    2022, 56 (5): 543-553.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.418
    摘要279)   HTML352)    PDF (4975KB)(293)   

    多源配网主动孤岛恢复是极端条件下保障关键负荷供电的重要手段,有利于提高配电网的供电可靠性.主动孤岛恢复过程中存在负载和分布式电源组网瞬间产生暂态电压、频率波动的问题,影响孤岛安全稳定运行,严重时还会出现组网失败.为此,考虑储能系统功率响应的快速性,建立基于储能控制的主动孤岛动态组网电压、频率波动平抑模型,设计电压电流双环前馈扰动补偿控制系统,提出改进双环控制的储能系统矢量控制方法,解决了传统V/f控制电压偏移和电压波动过大问题.依据黑启动原则,利用MATLAB/Simulink软件搭建不同控制方式下的仿真模型,仿真结果表明:相较于采用传统V/f控制,基于矢量法的改进双环控制具有较强的抗干扰能力,能够明显改善孤岛黑启动自组网过程和孤岛并入主网瞬间的电压及频率波动,提高系统的动态响应性能.

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    海上风电经柔性直流并网技术标准对比分析
    余浩, 张哲萌, 彭穗, 张志强, 任万鑫, 黎灿兵
    上海交通大学学报    2022, 56 (4): 403-412.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.465
    摘要1184)   HTML343)    PDF (1110KB)(290)   

    对国内外海上风电经柔性直流并网标准的现状进行介绍,选取具有代表性的海上风电经柔性直流并网标准,从功率控制、故障穿越、电能质量、稳定性等几个方面进行对比,分析海上风电经柔性直流并网标准的发展趋势.对中国海上风电经柔性直流并网标准的制修订提供合理建议,以促进海上风电行业的发展.

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    面向柔性作业车间动态调度的双系统强化学习方法
    刘亚辉, 申兴旺, 顾星海, 彭涛, 鲍劲松, 张丹
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1262-1275.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.215
    摘要186)   HTML55)    PDF (4009KB)(290)   

    航天结构件生产过程中批产任务与研发任务并存,个性化小批量研发生产任务导致紧急插单现象频发.为了保障任务如期完成,解决柔性作业车间面临的动态调度问题,以最小化设备平均负载和最小化总完工时间为优化目标,提出了感知-认知双系统驱动的双环深度Q网络方法.感知系统基于知识图谱实现对车间知识的表示并生成多维信息矩阵;认知系统将调度过程分别抽象为资源配置智能体和工序排序智能体两个阶段,分别对应两个优化目标,设计了车间状态矩阵对问题和约束进行描述,调度决策中分步骤引入动作指令;最后分别设计奖励函数实现资源配置决策和工序排序决策的评价.经某动力所航天壳体加工的实例验证和算法对比分析,验证了所提方法的优越性.

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    一种新型的疲劳强度预测模型
    段红燕, 唐国鑫, 盛捷, 曹孟杰, 裴磊, 田宏伟
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 801-808.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.051
    录用日期: 2021-06-08

    摘要459)   HTML16)    PDF (1208KB)(287)   

    疲劳破坏是工程应用构件失效的最主要原因之一.但由于疲劳实验成本过高,有必要用力学性能对疲劳强度进行预测.基于真实应力应变曲线,建立了一种新型的疲劳强度预测模型,并运用这种模型计算疲劳强度,与“升降法”和Basquin公式计算的疲劳强度作对比.结果表明:该模型仅需通过抗拉强度和加工硬化强度就可得到材料的疲劳强度,并且适用于其他钢种,极大地节约了成本,精确度也较高.

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    基于近似计算的精度动态可调FFT处理器
    马丽萍, 张骁煜, 白雨鑫, 陈鑫, 张颖
    上海交通大学学报    2022, 56 (2): 223-230.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.430
    摘要611)   HTML9)    PDF (5962KB)(286)   

    为满足多种场景对电路指标的不同需求,基于近似电路理念提出一种精度可调快速Fourier变换(FFT)处理器.首先,在蝶形节点和旋转因子乘法节点上分别提出了一种截断进位链的可配置近似蝶形计算单元和一种位宽可调的乘法模块.通过MATLAB搭建误差分析平台,详细分析了在各个蝶形节点和旋转因子节点对近似计算的敏感程度,确定了FFT处理器的5种计算模式,实现性能、功耗与精度等参数的动态调节.最终,所提设计在台积电 (TSMC) 180 nm 互补金属氧化物半导体 (CMOS) 工艺下通过超大规模数字集成电路标准流程实现,性能结果由专业电子自动化设计 (EDA) 工具评估得到,相对于精确模式,处理器在近似模式下的最高工作频率提升约14.33%;当工作频率为60 MHz时, 功耗降低约15.61%.

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    基于集成学习的电动汽车充电站超短期负荷预测
    李恒杰, 朱江皓, 傅晓飞, 方陈, 梁达明, 周云
    上海交通大学学报    2022, 56 (8): 1004-1013.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.486
    摘要252)   HTML263)    PDF (3182KB)(280)   

    精确的电动汽车充电站充电负荷预测是提高充电站安全经济运行的重要措施,也是支撑充电基础设施新建、扩容规划决策的重要基础.为提高电动汽车充电站超短期充电负荷预测的精度,提出一种基于集成学习的充电站超短期充电负荷预测方法.首先,以预测精确度与响应速度为主要目标,使用轻量级梯度提升框架构建基础回归器模型;其次,通过自适应提升方法对基础回归器群进行集成;最后,通过超参数调整与优化,建立基于能量集成轻量梯度提升框架(EEB-LGBM)的双层充电站超短期充电负荷预测模型.算例结果表明,相较于反向传播神经网络、卷积神经长短期记忆网络、差分自回归移动平均模型等预测模型,所提出的基于EEB-LGBM的超短期充电负荷预测模型具有更高的精确度,同时可以大幅度缩短训练时间和降低计算资源需求.

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    双钢板混凝土单元平面内屈服准则
    黄城均, 朱天怡, 宋晓冰
    上海交通大学学报    2022, 56 (4): 422-430.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.347
    摘要1156)   HTML15)    PDF (2007KB)(275)   

    针对承受平面内薄膜内力的双钢板混凝土(Steel-Concrete-Steel, SCS)单元,基于固体力学的3个基本方程(平衡条件、变形协调条件以及本构方程),提出了满足钢板Tresca屈服准则的SCS单元平面(主)应力空间的屈服准则.提出了一种结合试验数据确定SCS单元屈服荷载的计算方法,并将该方法应用于SCS单元双向拉压试验,分析9个不同配钢率和不同拉压比的SCS单元试件,将SCS单元的屈服准则与试验结果进行对比.此外,采用Ozaki的7个剪切单元试件进行进一步验证.结果表明,SCS单元的屈服准则与试验结果具有较好的一致性.

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    航空发动机涡轮叶片尾缘楔形通道交错肋冷却实验
    肖克华, 罗稼昊, 饶宇
    上海交通大学学报    2022, 56 (8): 1034-1042.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.162
    摘要152)   HTML27)    PDF (20093KB)(266)   

    为研究涡轮叶片尾缘部分楔形通道交错肋流动传热性能,对其进行实验研究.实验应用瞬态液晶测试技术,对比研究了交错肋上、下主表面的局部传热特性,同时用压力扫描阀测得不同雷诺数下的通道压力损失.研究结果表明:尾缘段转折流动配置下,楔形通道交错肋上、下主表面传热差异显著,下主表面平均努塞尔数比上主表面平均高30%以上,尾缘楔形通道内交错肋结构主表面平均换热系数高出针肋结构约46%;交错肋上、下通道之间的交界面处存在强烈的质量交换作用,上、下主表面间断性的高换热区与上、下通道交界面呈现对应关系;随入口雷诺数的增加,通道压降快速增大.楔形通道交错肋压降是针肋的5~7倍,但其换热面积高出针肋107.4%,仍比针肋冷却增加约66%的综合换热性能.

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    考虑5G基站低碳赋能的主动配电网优化运行
    曾博, 穆宏伟, 董厚琦, 曾鸣
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 279-292.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.367
    摘要3627)   HTML164)    PDF (3102KB)(265)   

    5G基站的大量接入为未来电力系统的低碳化发展提供了新的可能.通过激励5G基站参与需求响应,并将其纳入现有主动配电网(ADN)运行框架,能够在降低5G基站自身用电成本的同时,促进可再生能源(RES)消纳和高效利用.提出了一种考虑5G基站低碳赋能的ADN多目标区间优化运行方法.在深入分析5G基站与配电网互动模式的基础上,构建了5G基站运行灵活性描述模型,并采用系统动力学方法分析了5G基站对配电侧碳减排的作用.以系统运行成本和碳排放量最小化作为目标,考虑配电网和通信网两方面的约束限制,建立了含5G基站的ADN多目标运行优化模型.该模型通过对ADN中RES及5G基站设备联合调度,并采用区间方法考虑RES出力和通信负载的不确定性,可实现系统经济与低碳效益的综合最优.结合基于区间分析的等效转化和非支配排序遗传算法对问题进行求解,算例分析结果证明了所提方法的有效性.

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    计及储能调节的时滞互联电力系统频率控制
    符杨, 丁枳尹, 米阳
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1128-1138.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.145
    摘要168)   HTML13)    PDF (3139KB)(257)   

    针对互联电力系统中源荷不确定以及通信延时导致系统频率偏差过大的问题,提出了计及储能调节的两域时滞电力系统频率控制策略.建立了含汽轮发电机、风机和储能等设备的两区域时滞互联电网模型,根据区域控制偏差(ACE) 所在的区间对储能装置和汽轮发电机的调频任务进行分工.利用改进粒子群(MPSO)算法优化比例积分微分(PID)负荷频率控制器实现二次调频,提升了一定时滞区间内负荷频率控制(LFC)系统的频率稳定性.对储能装置设计分数阶PID(FOPID)控制器,调节其输出功率以平滑源荷波动,提高了储能系统的辅助调频性能,进一步控制互联电力系统的频率偏差.在MATLAB/Simulink平台对不同工况进行对比分析,验证了所提频率控制策略的有效性.

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    面向高比例新能源并网场景的风光-电动车协同调度方法
    李林晏, 韩爽, 乔延辉, 李莉, 刘永前, 阎洁, 刘海东
    上海交通大学学报    2022, 56 (5): 554-563.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.040
    摘要264)   HTML259)    PDF (1648KB)(254)   

    风光-电动汽车协同调度能够有效降低风光出力和电动汽车无序充电等多重不确定性对电力系统的不利影响.现有优化调度模型多以等效负荷波动最小为优化目标,仅考虑了等效负荷的整体波动性,无法衡量风光出力与负荷的匹配度且并未考虑不同出力场景下风光出力的差异性.针对上述问题,提出一种面向高比例新能源并网场景的风光-电动车协同调度方法.构建基于蒙特卡罗模拟的电动汽车无序充电模型;基于风光出力预测数据,构建基于Gap statistic和K-means++算法的风光出力典型日划分模型;以等效负荷方差和负荷追踪系数最小为双优化目标,构建风光-电动汽车协同调度模型,并采用NSGA-II算法求解.结果表明:所提模型能够有效提升风光出力与负荷的匹配度,降低等效负荷波动性,从而缓解风光出力和电动汽车无序充电等多重不确定性对电力系统的不利影响.

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    大型箱型梁高速GMAW三维位姿快速估计方法
    李高阳, 贾爱亭, 洪波, 李湘文, 高佳篷
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 794-800.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.362
    摘要166)   HTML20)    PDF (10448KB)(254)   

    大型箱型梁在高速熔化极气体保护焊(GMAW)过程中存在定位焊缝、装配精度低,难以通过工装严格保证工件位姿,以及焊缝三维位姿实时变化等复杂工况.基于视觉的焊缝识别方法计算量大,且均不针对存在定位焊缝的工件,难以快速获取大型箱型梁的三维位姿.对此,提出一种基于激光位移传感和点云聚类快速分割的大型箱型梁高速GMAW三维位姿快速估计方法.利用该方法,通过点云快速分割得出大型箱型梁焊缝的立板平面和平板平面,进而解算出焊缝位姿信息.对多种不同位姿的焊缝进行位姿信息估计试验,结果表明:当焊接速度为1200 mm/min时,焊缝位姿误差分别在0.25 mm和1.8° 以内;增强了大型箱型梁自动焊接对定位焊缝、装配精度低等复杂工况的鲁棒性,提升了焊接质量.

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    基于FloMaster-Simulink联合仿真的大流量海水冷却系统控制方案优化
    王宁, 付云鹏, 李艇, 李铁, 依平
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 379-385.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.023
    摘要2939)   HTML74)    PDF (1498KB)(246)   

    大型船用设备长时间工作会出现过热现象,需要建立冷却系统,保证设备在安全温度范围内工作.为满足某大型船用设备冷却要求,基于FloMaster仿真平台,构建海水冷却系统仿真模型,开展动态工况的仿真研究.根据换热器前后冷却液(乙二醇溶液)的温度,改变泵的转速或阀门开度,实现海水流量的自动控制.提出3种有效控制方案,利用FloMaster-Simulink联合仿真方法,计算得到变工况下系统的响应特性和运行特点.结果表明:开环和闭环共同作用,同时控制泵的转速时,冷却系统控制效果最优,能耗较小,为实际冷却系统工程问题提供了参考.

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    光纤光栅传感器振动与温度信号解耦
    李晗, 张波涛, 王俊杰, 孙运达, 龚圣捷
    上海交通大学学报    2022, 56 (2): 214-222.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.313
    摘要629)   HTML8)    PDF (3613KB)(246)   

    利用单个光纤光栅(FBG)传感器开展同时测量振动与温度信号的实验,提出基于MATLAB的解耦方法分离振动与温度信号.研究结果表明:单信号测量的条件下,FBG传感器对温度的静态测量误差在±0.4 ℃以内,对振动主频动态测量的相对误差为0.5%.FBG传感器测量得到振动与温度的复合信号,通过所提解耦方法得到的振动主频相对误差为0.65%,振动幅值相对误差为7.14%,温度信号误差在±3.3 ℃以内.

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    一种分析膜面在积水荷载作用下响应的数值模型
    王沙沙, 张翔宇, 邱国志, 龚景海
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 730-738.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.152
    摘要162)   HTML15)    PDF (20233KB)(244)   

    结合光滑粒子流体动力学(SPH)方法和膜材非线性本构,提出了一种分析膜面在积水荷载作用下响应的数值模型.通过不同应力比的双轴拉伸试验得到膜材的应力-应变响应面,建立膜材的非线性本构模型,并使用SPH粒子模拟水,建立膜面与水的流固耦合数值模型.通过网格收敛性分析确定了文中采用的网格尺寸,分析了加载时长对计算结果的影响.同时分析了膜面的应力和应变的分布规律.结果表明,加载过程随加载时长的增加越来越稳定,且100 s能满足分析需求.将数值模拟结果与平膜积水试验结果进行比较,膜面的最大竖向变形吻合较好,验证了所提方法的可靠性.

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    双并联机构耦合连续体机械臂的设计与实现
    吴灌伦, 施光林
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 809-817.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.060
    摘要227)   HTML24)    PDF (14846KB)(243)   

    设计并实现了具有5个定位自由度的连续体机械臂,以提高连续体机构在诸如腔内作业、轻物品抓取、人机协作等场景中的灵活定位能力.设计中,引入了二段定曲率模型,用旋量方法从几何上解释了该设计的自由度分配.两段可伸缩式并联机构的串联耦合,形成二段弯曲结构,其每一段有两个方向的弯曲自由度和一个伸缩自由度,从而组合出末端的5个自由度.围绕手臂的高动态性能,制作了样机的机电运动系统.实验结果表明,样机实现了连续体机械臂末端的自由度控制,可在2 s内到达极限姿态,其定位精度约为臂长的2%.

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    面向多故障模式的多尺度相似性集成寿命预测
    舒俊清, 许昱晖, 夏唐斌, 潘尔顺, 奚立峰
    上海交通大学学报    2022, 56 (5): 564-575.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.024
    摘要200)   HTML25)    PDF (4306KB)(238)   

    针对传统相似性方法忽略设备故障模式、退化速度以及监测数据长度间差异性的问题,提出多故障模式下多尺度相似性集成(MFM-MSEN)方法,以提高寿命预测精度并表征预测不确定性.通过训练故障分类模型,设计时序加权预测策略,识别设备故障模式,实现训练与测试设备间的分类匹配并降低匹配复杂度.在此基础上提出多尺度集成策略,可克服单尺度方法的数据利用率限制,并增强预测泛化性能,在多个尺度上匹配健康指标间的相似性,进一步采用核密度估计集成多尺度预测结果,以高精度拟合剩余寿命概率分布.实验结果证明, MFM-MSEN方法具有应对设备退化差异的优越性.

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    考虑概率电压不平衡度越限风险的共享储能优化运行方法
    方晓涛, 严正, 王晗, 徐潇源, 陈玥
    上海交通大学学报    2022, 56 (7): 827-839.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.455
    摘要281)   HTML147)    PDF (1838KB)(238)   

    可再生能源单相分布式接入和发电不确定性提高了配电网的电压不平衡越限风险,随着可再生能源发电渗透率的不断提高,研究如何降低间歇性可再生能源发电对配电网电压不平衡越限风险的影响具有重要意义.提出了基于全局灵敏度分析(GSA)的共享储能配置策略与优化运行方法.首先,构建了基于反向传播神经网络的配电网概率电压不平衡度计算模型,定义了配电网概率电压不平衡度越限风险指标,快速、准确量化可再生能源发电不确定性对配电网概率电压不平衡度越限风险的影响.然后,提出了基于Wasserstein距离的GSA方法,辨识影响配电网电压不平衡度的关键可再生能源机组.最后,提出了基于GSA的共享储能配置策略与基于滚动预测优化的共享储能优化运行方法.通过IEEE 123节点配电网的仿真计算,验证了所提方法的有效性.

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    不同增压方式对火箭燃料贮箱冷氦增压效果的影响
    邹震峰, 任枫, 李晓慈, 段海洋, 杜海浪, 黄永华
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 386-394.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.265
    摘要3306)   HTML69)    PDF (13239KB)(232)   

    针对液氧/煤油火箭燃料贮箱采用的冷氦增压方案,搭建试验系统并进行地面模拟试验.探究不同增压方式,包括增压位置、扩散器形式和增压气体流量对增压排液过程的控压稳定性、贮箱气枕区温度分布、氦气消耗率、气液混合以及液体结冰状态的影响.结果表明:与气枕区增压相比,气体在液体区增压时换热充分,同等条件下气体消耗率降低33.1%,但控压稳定性较差;扩散器形式对气体消耗率和贮箱气枕区温度分布影响不大;小流量增压更加节约氦气,与40 L/s排液相比,10 L/s排液可以节约20%氦气;各工况中均未发现液体介质局部过冷结冰现象,且无气泡随液体进入排液管路.试验结果验证了煤油贮箱采用冷氦增压方案的可行性,并为箭上冷氦增压系统的结构设计和工况调节提供参考.

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    基于平行激光测距的图像自标定方法
    程斌, 黄斌, 李得睿
    上海交通大学学报    2022, 56 (7): 850-857.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.447
    摘要191)   HTML19)    PDF (3660KB)(220)   

    针对现有照相机图像标定方法存在的依赖外部图像特征、要求照相机特殊位姿、需要标定物、操作复杂等不足之处,提出了一种基于平行激光测距的实时自标定方法.该方法在图像拍摄过程中,利用高精度激光测距仪连续测量以获得被测物表面的实时位置信息.在此基础上,对物面方程进行求解,选取物面和像面上至少4组对应点的二维坐标,求解得到表示两个平面之间变换关系的单应性矩阵,从而简便快速地完成标定.采用自主研制的标定装置,开展了不同场景下的图像自标定精度测试.结果表明,图像中各线段长度的测量误差介于-0.49%~0.15%,平均误差仅为-0.14%,验证了所提平行激光测距自标定方法具有很高的准确性和稳定性.对标定误差来源进行进一步分析,得到了激光测距误差、激光倾角误差、偏置误差等因素的定量影响规律,并给出了相应的误差规避方法,为该自标定方法在图像测量领域中的应用提供参考.

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    “双碳”背景下微网分布式电能交易绩效评价指标与方法
    王文彬, 郑蜀江, 范瑞祥, 陈文, 周世阳
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 312-324.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.391
    摘要3105)   HTML125)    PDF (2446KB)(215)   

    随着分布式发电研究与应用的迅速发展,分布式交易市场作为一种新型的电力交易模式,能够有效提升可再生能源消纳率,是推动实现“碳达峰、碳中和”目标的重要手段.将市场评价机制引入用户的竞拍交易机制中,将促使用户考虑市场评价机制对其交易策略的影响,推动分布式交易市场的良性发展.针对微网用户间的分布式电能交易市场展开研究,首先,以市场参与主体及交易支撑软硬件为研究对象,分别从电能供应能力、用户满意度、平台安全性等方面建立多维度绩效评价指标体系.然后,对分布式电能交易市场评价方法研究现状进行总结与梳理,并从指标体系建立、指标计算方法及综合评价方法三方面分析了分布式电能交易绩效评价的关键技术.最后,结合当前发展现状,对未来分布式电能交易绩效评价的研究方向进行了展望.

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    基于模型预测控制的分布式储能型风力发电场惯性控制策略
    沈阳武, 宋兴荣, 罗紫韧, 沈非凡, 黄晟
    上海交通大学学报    2022, 56 (10): 1285-1293.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.134
    录用日期: 2022-05-19

    摘要333)   HTML754)    PDF (1641KB)(210)   

    分布式储能型(DES)风力发电机组是解决规模化风力发电接入引起系统频率稳定问题的有效手段.提出一种基于模型预测控制(MPC)的分布式储能型风力发电场惯性控制方法,首先建立分布式储能型风力发电场的线性化预测模型,在此基础上结合MPC控制框架,设计考虑储能损耗成本和风机转子转速均衡变化的MPC惯性控制优化模型和策略,以实现惯量控制期间风力发电机组转子转速的均衡变化.仿真结果表明:所提控制策略可以有效协调分布式储能型风力发电机组中风力发电单元和储能系统单元的有功功率输出,降低储能系统的充放电损耗成本,并保证风力发电场内所有风机转速在惯性控制期间趋于平均,避免由于风机转速下降过度而导致风力发电机组退出调频的问题.分布式储能型风力发电场惯性控制策略有利于提高电网频率稳定性,对保障电网的安全运行具有重要意义.

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