上海交通大学学报

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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

2022,56 (3): 253-266.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.464

摘要 ( 4464 )

HTML ( 971 )

PDF(2106KB) ( 1439 )

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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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

2022,56 (3): 267-278.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.502

摘要 ( 4078 )

HTML ( 322 )

PDF(1383KB) ( 1614 )

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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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

2022,56 (3): 279-292.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.367

摘要 ( 4328 )

HTML ( 388 )

PDF(3102KB) ( 1121 )

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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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

2022,56 (3): 293-302.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.436

摘要 ( 4394 )

HTML ( 396 )

PDF(2818KB) ( 907 )

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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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

2022,56 (3): 303-311.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.437

摘要 ( 4321 )

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PDF(1481KB) ( 933 )

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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“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

2022,56 (3): 312-324.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.391

摘要 ( 3663 )

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PDF(2446KB) ( 664 )

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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柔性控制器MMC子模块最优冗余数量双重协同优化方法

马洲俊, 王勇, 王杰, 陈少宇

2022,56 (3): 325-332.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.444

摘要 ( 3499 )

HTML ( 235 )

PDF(922KB) ( 569 )

柔性直流系统中模块化多电平换流器(MMC)的子模块故障影响系统正常运行,可靠性和经济性的相互制约是MMC冗余数量配置优化的关键问题之一.对此,建立含冗余子模块MMC可靠性和经济性数学模型的多目标优化函数,提出一种柔性控制器子模块冗余数量双重协同优化方法.该方法结合权重系数和NSGAII多目标优化算法的优势,在冗余数量取相同选择偏好下,计算得到两者优化结果的交集.以南京某柔性台区直流工程为例,在MATLAB中搭建模型,仿真结果表明所提方法在满足柔性直流系统可靠性的同时,能够显著提高经济性,为实际柔性直流工程中MMC冗余子模块数量配置提供思路.

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考虑恢复过程中换相能力的后续换相失败抑制策略

丛新棚, 郑晓冬, 曹亚倩, 邰能灵, 缪源诚, 李珂

2022,56 (3): 333-341.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.004

摘要 ( 3863 )

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PDF(1969KB) ( 579 )

为抑制高压直流后续换相失败,研究系统恢复时电气量与控制量的动态响应,提出引起后续换相失败的主要原因是恢复过程中,故障后换流母线电压处于跌落状态,逆变侧实际触发角存在超调现象,直流电流持续上升,三者共同作用导致系统换相能力不足,无法完成换相过程中阀臂电感能量的转移.为此,提出一种考虑系统恢复过程换相能力的后续换相失败抑制策略,通过限制触发角超调时的直流电流,增大系统换相能力,抑制后续换相失败,以实现直流系统的有效恢复,并在仿真软件PSCAD/EMTDC中利用高压直流标准模型CIGRE Benchmark对所提理论进行了测试与验证.

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基于双充电状态的锂离子电池健康状态估计

卢地华, 陈自强

2022,56 (3): 342-352.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.027

摘要 ( 3885 )

HTML ( 298 )

PDF(8000KB) ( 471 )

针对锂离子电池实际应用中存在不完全充放电而导致的充电起始点及截止点不确定问题,提出一种基于双充电状态因子的电池健康状态估计方法.搭建电池老化实验台架,采用8块镍钴锰锂离子电池进行老化实验;区别于传统单状态因子估计,选取不同老化阶段下恒压充电状态前端等时间差的电流平均值,以及恒流充电状态末端等幅值电压的充电时间构造健康因子;分析不同老化阶段实验电池的荷电状态-开路电压对应关系,通过理论推导及实验结果证明健康因子的正确性;建立具备强泛化能力的改进支持向量回归模型,并通过粒子群算法优化模型超参数.实验结果表明:所提双充电状态健康因子与电池老化衰减密切相关,所建立的改进支持向量回归模型可实时估计不同老化状态下的电池健康状态,具备容量局部回弹变化的表征能力,可作为一种有效的嵌入式电池管理系统健康状态估计方法.

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基于L-M算法和声波融合的TDOA雷电定位改进方法

骆瑶莹, 卞宏志, 刘全桢, 刘保全, 傅正财, 张建勋, 刘亚坤

2022,56 (3): 353-360.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.301

摘要 ( 3223 )

HTML ( 295 )

PDF(3403KB) ( 611 )

在时差信息冗余情况下求解非线性方程时,采用到达时差定位法(TDOA)的雷电定位系统会出现求解发散问题,而我国油罐系统等雷电敏感系统多经历了雷声和电磁探测的雷电定位技术发展过程.对此,提出一种有效融合雷电声波信号和放电电磁信号的TDOA雷电定位改进方法.根据已有站点信息将目标区域划分为16个子区域,在子区域内利用L-M迭代算法实现监测目标区域的雷电定位,提升TDOA雷电定位系统的定位精度和抗误差扰动能力.结果表明:传统法的雷电定位误差均值为203.2 m;所提方法经过声波信息融合和L-M算法改进后,雷电定位误差均值减小为108.4 m,监测目标区域边缘雷电定位精度提高了51.2%.研究对改进已有雷电定位系统和有效利用声波信息具有实际意义.

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海洋平台风载荷试验不确定度分析

代燚, 陈作钢, 王飞

2022,56 (3): 361-367.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.066

摘要 ( 4045 )

HTML ( 76 )

PDF(2064KB) ( 550 )

海洋平台上层建筑一般形状复杂,风洞试验是获得风载荷最为可靠的方法.现阶段海洋平台风载荷不确定度分析流程及要点鲜有探讨,各因素影响程度尚不明确.率先针对某型海洋平台风载荷试验,基于国际拖曳水池会议(ITTC)推荐规程确立了不确定度分析流程,并进行风洞试验结果不确定度分析.根据试验流程梳理误差源,计算各相对不确定度分量大小.按其值对误差源进行等级评定,提出降低试验不确定度的方法.研究结果表明:风剖面、模型精度、气压测量以及天平测量状态对风载荷测量有较大影响,占总合成不确定度比例达到了96.13%.采用适当简化模型、合理校测风剖面、提高气压测量精度以及稳定测量状态等手段能有效降低试验不确定度.

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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

2022,56 (3): 368-378.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.278

摘要 ( 4000 )

HTML ( 71 )

PDF(4968KB) ( 879 )

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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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

2022,56 (3): 379-385.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.023

摘要 ( 3650 )

HTML ( 91 )

PDF(1498KB) ( 738 )

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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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

2022,56 (3): 386-394.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.265

摘要 ( 3945 )

HTML ( 79 )

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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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共轴双旋翼动力学建模与验证

胡金硕, 黄健哲

2022,56 (3): 395-402.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.044

摘要 ( 4293 )

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PDF(2567KB) ( 1442 )

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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