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（254）

HTML （12）

PDF（pc）（2938KB）（2986）

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（190）

HTML （8）

PDF（pc）（5697KB）（2689）

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（412）

HTML （16）

PDF（pc）（11842KB）（1458）

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（1133）

HTML （10）

PDF（pc）（2071KB）（1387）

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（1520）

HTML （6）

PDF（pc）（6512KB）（1227）

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（1234）

HTML （11）

PDF（pc）（4514KB）（1133）

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（161）

HTML （11）

PDF（pc）（22873KB）（1120）

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（407）

HTML （12）

PDF（pc）（18611KB）（985）

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. 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（402）

HTML （35）

PDF（pc）（3313KB）（926）

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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10. 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（268）

HTML （12）

PDF（pc）（2433KB）（862）

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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11. 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（959）

HTML （27）

PDF（pc）（11075KB）（823）

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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12. 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（662）

HTML （5）

PDF（pc）（62692KB）（822）

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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13. 单向热塑性复合材料层压板偏轴拉伸试验及其数值模拟

张健, 陈秀华, 陈勇, 范寅

上海交通大学学报 2023, 57 (2): 201-212. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.352

摘要（588）

HTML （104）

PDF（pc）（13908KB）（801）

AS4/PEEK作为一种高性能的热塑性复合材料在航空航天、军事和汽车等领域应用广泛.对不同角度的单向AS4/PEEK层压板进行偏轴拉伸试验,获得了相应的应力-应变曲线、拉伸强度和断裂面角度.在数值模拟中,采用单参数三维塑性模型描述AS4/PEEK的非线性力学行为,模型中的塑性参数使用信任域反射算法得到.结合LaRC05准则和裂纹带理论开发了基于Abaqus的用户材料子程序VUMAT,并将其应用于偏轴拉伸的数值模拟.结果显示该三维弹塑性损伤本构模型能够较准确地模拟AS4/PEEK的塑性效应,且预测的拉伸强度与试验结果吻合良好.本文提出的三维弹塑性损伤模型为热塑性复合材料塑性变形和损伤的综合分析提供了一种准确且有效的方法.

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14. 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（675）

HTML （365）

PDF（pc）（14702KB）（781）

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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15. 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（848）

HTML （45）

PDF（pc）（9362KB）（779）

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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16. 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（304）

HTML （3）

PDF（pc）（2974KB）（760）

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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17. 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（1296）

HTML （56）

PDF（pc）（2464KB）（641）

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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18. 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（2021）

HTML （42）

PDF（pc）（9950KB）（638）

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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19. 基于OpenFOAM的螺旋桨紧急倒车工况数值模拟

郭海鹏, 邹早建, 李广年

上海交通大学学报 2023, 57 (2): 168-176. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.305

摘要（576）

HTML （26）

PDF（pc）（14061KB）（633）

螺旋桨在紧急倒车工况下的水动力特性与船舶的紧急制动能力密切相关并直接影响船舶的航行安全性.基于开源计算流体动力学平台OpenFOAM中的雷诺平均求解器对螺旋桨在紧急倒车工况下的水动力特性及绕流场开展数值研究.以5叶螺旋桨DTMB4381模型为研究对象,对其正车前进以及紧急倒车工况进行数值模拟.通过与国际上公开的模型试验结果进行对比,验证了所采用的数值方法在预报螺旋桨不同工况下水动力性能方面的有效性.基于数值模拟获得的水动力载荷及流场信息,探讨了紧急倒车工况下局部绕流场特征随进速变化的规律及其与螺旋桨整体水动力特性之间的关系,为船舶紧急倒车制动能力评估提供了理论依据.

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20. 基于动态运动原语和自适应控制的机器人技能学习

张文安, 高伟展, 刘安东

上海交通大学学报 2023, 57 (3): 354-365. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.379

摘要（833）

HTML （193）

PDF（pc）（12357KB）（610）

提出一种基于动态运动原语(DMP)和自适应控制的机器人技能学习方法. 现有的DMP从单示教轨迹中学习动作,且其高斯基函数分布方式固定,并不适用于各种不同特征的动作轨迹. 因此,将高斯混合模型和高斯混合回归引入DMP中,使其能从多示教轨迹中学习技能,并且将径向基神经网络(RBFNN)引入DMP中构成RBF-DMP方法,以梯度下降的方式学习高斯基中心位置和权重,提高技能学习的精度.设计自适应神经网络控制器,用于控制机械臂复现示教中学习的动作. 在Franka Emika Panda协作机械臂上开展实验研究,验证方法的有效性.

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21. 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（438）

HTML （61）

PDF（pc）（1661KB）（600）

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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22. 基于注意力机制与神经网络的热电联产锅炉负荷预测

万安平, 杨洁, 缪徐, 陈挺, 左强, 李客

上海交通大学学报 2023, 57 (3): 316-325. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.346

摘要（348）

HTML （157）

PDF（pc）（4458KB）（596）

热电联产机组的锅炉负荷准确预测对电厂生产管理及调度有直接作用.基于注意力机制和深度卷积-长短期记忆网络原理,提出一种新的热电联产长期负荷预测模型,该模型以锅炉出口蒸汽流量(负荷)历史数据和多维负荷影响因素为输入,对负荷进行长期预测.利用Pearson相关系数判定对原始数据进行筛选;将处理后的数据经卷积层进行特征提取和进一步降维,通过长短期记忆层进行拟合,并采取注意力机制对权值进行优化,实现对负荷的精准预测.以浙江桐乡电厂实测数据为例进行验证,结果表明所提方法的平均绝对百分比误差小于1%,能够实现锅炉负荷的精准预测,智能算法在热电联产领域的应用具有一定的借鉴意义.

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23. 膜结构在暴雨积水时材料模型研究

庞妍, 卿强, 王沙沙, 张翔宇, 龚景海

上海交通大学学报 2023, 57 (2): 213-220. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.365

摘要（347）

HTML （102）

PDF（pc）（7018KB）（595）

在遭遇暴雨时,坡度比较小的膜面容易积水,准确模拟出此时膜面的变形有助于保障结构安全,现有研究采用的膜材线性本构模型不适用于模拟膜结构在暴雨下的变形.通过在膜结构上进行均布荷载加载试验,模拟膜面遭遇暴雨作用下的力学行为,获得结构积水时的变形形态.采用膜材线性与双折线本构模型,分别建立膜结构有限元模型并进行荷载分析,通过对比有限元模型和实际结构的变形,选取适合模拟膜结构在暴雨下变形的膜材本构模型.数值模拟结果显示:与采用线性本构模型模拟的结构变形相比,采用膜材双折线本构模型模拟出的结构变形更接近试验测得的变形.研究成果可为膜结构在暴雨积水作用下的膜材本构模型选用和分析计算提供参考.

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24. 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（355）

HTML （17）

PDF（pc）（1907KB）（585）

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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25. 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（342）

HTML （29）

PDF（pc）（4916KB）（580）

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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26. 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（331）

HTML （14）

PDF（pc）（3204KB）（579）

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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27. 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（417）

HTML （20）

PDF（pc）（2516KB）（577）

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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28. 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（2072）

HTML （8）

PDF（pc）（3702KB）（573）

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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29. 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（550）

HTML （25）

PDF（pc）（11611KB）（566）

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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30. 基于自适应颜色快速点特征直方图的托盘识别方法

詹燕, 陈志慧, 朱宝昌, 朱婷婷, 邵益平, 鲁建厦

上海交通大学学报 2023, 57 (3): 297-308. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.301

摘要（484）

HTML （171）

PDF（pc）（14142KB）（554）

托盘识别是无人驾驶工业车辆进行货物搬运的关键技术之一.针对现有托盘识别方法低效耗时、鲁棒性差、参数选择随意的缺点,提出了一种基于自适应颜色快速点特征直方图的托盘识别方法.该方法使用Kinect V2传感器采集包含托盘的场景点云数据,点云经离群点剔除后,基于邻域特征熵函数最小准则获取每个点的最优邻域半径.提取点云关键点,计算关键点的颜色特征和自适应邻域快速点特征直方图,融合成自适应颜色快速点特征直方图,进行特征匹配与误匹配点对剔除,从而实现托盘识别.与固定邻域半径为0.012 m的快速点特征直方图对比,实验结果表明:基于自适应颜色快速点特征直方图的托盘识别精度提高了83.74%,特征提取用时减少了35.55%,验证了方法的优越性.

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31. 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（1606）

HTML （36）

PDF（pc）（4173KB）（549）

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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32. 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（681）

HTML （56）

PDF（pc）（4421KB）（546）

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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33. 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（564）

HTML （27）

PDF（pc）（5432KB）（541）

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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34. 极限学习机及其在质子交换膜燃料电池参数辨识中的应用

杨博, 曾春源, 陈义军, 束洪春, 曹璞璘

上海交通大学学报 2023, 57 (4): 482-494. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.453

摘要（367）

HTML （27）

PDF（pc）（4860KB）（540）

为对质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行精确建模,需要准确辨识PEMFC中的未知参数.然而,PEMFC的参数辨识是一个多变量、多峰值和强耦合的非线性优化问题,传统的参数辨识方法往往得不到满意的结果.此外,不同运行条件下产生的噪声会阻碍启发式算法(MhAs)获取精确的参数.针对该问题,提出一种基于极限学习机(ELM)的MhAs策略——ELM-MhAs,以实现PEMFC的参数辨识.利用ELM对数据进行训练以降低或消除噪声,为MhAs提供更为准确可靠的适应度函数,从而保证MhAs对PEMFC参数的精确辨识.为验证该策略的可行性和有效性,在低温、低相对湿度和高温、高相对湿度两种条件下,分别对25组电压-电流数据进行不降噪、贝叶斯正则神经网络(BRNN)降噪以及ELM降噪处理,随后对比不同数据中6种MhAs和列文伯格-马夸尔特反向传播法的参数辨识结果.实验结果表明,与不降噪和BRNN降噪处理相比,应用ELM能够显著减少数据噪声对实验数据的影响,从而有效提高MhAs的参数辨识精度.

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35. 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（1967）

HTML （30）

PDF（pc）（10709KB）（523）

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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36. 电磁感应矫平工艺的多物理场耦合仿真研究

刘徐阳, 蔡昌儒, 赵亦希, 鞠理杨

上海交通大学学报 2023, 57 (3): 253-263. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.312

摘要（619）

HTML （4276）

PDF（pc）（9849KB）（520）

电磁感应矫平方法具有效率高、易操作的特点,在薄板矫平工艺中有良好的应用前景.以船厂使用的固定式一字型线圈感应矫平工艺为例,基于COMSOL Multiphysics有限元仿真软件建立了三维电磁-热-力耦合感应矫平有限元模型.该模型输入AH36钢板随温度变化的物理性能,以对接焊件残余应力与焊接变形作为初始状态,采用顺序耦合的方法计算矫平过程中电磁场、温度场与结构场的变化,从而验证了温度场与电磁场在矫平过程的双向耦合关系,得到焊接件在矫平后的变形量.通过自行搭建的感应矫平实验平台测试矫平工艺中的温度变化与变形量,验证了该有限元模型的准确性与有效性.

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37. 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（273）

HTML （5）

PDF（pc）（15986KB）（518）

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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38. 一种面向泊车场景智能车辆轨迹规划方法

林淳, 贺越生, 方兴其, 王春香

上海交通大学学报 2023, 57 (3): 345-353. DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.443

摘要（640）

HTML （162）

PDF（pc）（4106KB）（514）

局部轨迹规划是自主代客泊车系统的关键技术之一,在该场景下,现有智能车辆的局部轨迹规划方法存在规划耗时长、曲率不连续、安全性不足等问题.针对该类问题,提出一种面向泊车场景的智能车辆轨迹规划方法.该方法通过改进混合A^*算法的解析扩展以及引入风险函数,提升了初始路径搜索的实时性和安全性.进一步,结合初始路径以及二次规划方法实现路径平滑和速度规划,最终完成轨迹生成.仿真实验表明,所提方法能够提升智能车辆轨迹规划实时性、平滑性以及安全性,并且在实车试验上验证所提方法在实际泊车场景的可行性.

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39. 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（206）

HTML （3）

PDF（pc）（2385KB）（510）

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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40. 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（2060）

HTML （16）

PDF（pc）（1884KB）（502）

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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