上海交通大学学报

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面向新型电力系统的可再生能源绿色电力证书差异化配置模型

张硕, 李薇, 李英姿, 刘强, 曾鸣

2022,56 (12): 1561-1571.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.150

摘要 ( 1445 )

HTML ( 816 )

PDF(1436KB) ( 856 )

实现我国“30·60”双碳目标,能源绿色低碳转型是基础支撑,构建以新能源为主体的新型电力系统是关键举措,绿色电力证书(简称绿证)则是体现可再生能源绿色价值的重要凭证.当前我国绿证分配机制单一,无法有效衡量不同可再生能源发电类型可获得绿色价值的差异性,并发挥其平衡可再生能源协调发展的杠杆作用.为此,从可再生能源发电类型电量兑换绿证的差异化入手,建立考虑可再生能源综合价值的绿证差异化评价指标体系,应用CRITIC法、熵权法和TOPSIS法构建可再生能源电力绿证差异化评价模型.以2030年碳达峰目标为发展场景,分析模型对集中式光伏发电、分布式光伏发电、陆上风力发电和海上风力发电绿色收益的影响,进而修正其发展规划,并提出绿证相关政策建议.所构建的绿证差异化分配模型可为我国绿证市场机制的建设和完善提供相应的辅助决策支持.

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海上直驱风电经柔直并网系统的次/超同步振荡特性分析

张志强, 李秋彤, 余浩, 陈鸿琳, 孙海顺

2022,56 (12): 1572-1583.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.434

摘要 ( 972 )

HTML ( 89 )

PDF(10512KB) ( 606 )

海上直驱风电经柔性直流输电并网系统由多变流器构成,具有不同时间尺度的控制回路和复杂的动态特性.基于双风电场经柔性直流并网系统算例,采用状态空间分析法研究系统次/超同步振荡模态与电流控制回路的关联关系.研究表明,系统存在3种与变流器电流环相关的主导振荡模态,分别对应于风场-柔直模态、风场间模态以及柔直-交流系统模态,风场侧的模态与柔直-交流系统模态是解耦的,相关变流器控制参数、系统的运行工况对3种模态稳定性具有重要影响;单个主导模态失稳引起的振荡会波及到柔直的另一端,需要甄别引起振荡的根本原因,以利于针对性设计抑制策略.研究结果对于认识海上风电经柔直并网系统动态特性、参数设计以及振荡抑制具有指导作用.

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漂浮式光伏网格对海上天气突变的感知方法

姜淏予, 王沛伦, 葛泉波, 徐今强, 罗朋, 姚刚

2022,56 (12): 1584-1597.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.526

摘要 ( 910 )

HTML ( 205 )

PDF(8866KB) ( 580 )

漂浮式光伏在海洋上的应用目前主要受制于海底电缆与特质浮筒的成本问题,该能量如果被海上牧场等场景的无人管理系统就地消纳则表现出高度的适用匹配性.这种场景下由漂浮式光伏形成的网格系统可以解决海上牧场等对突变天气的预警需求.由于光伏出力模型对天气随机变化的强跟随性, 基于大面积光伏的时空相关性分析,通过硬件、距离、时延、天气等因素建立相似电站融合估计关系.基于长短期记忆网络算法对相似电站时序进行跟踪,所得超短期预测值可以估计目标相似电站的状态.用某市城区规模的数据验证了该思路的可行性,表明该框架可以弥补传统研究的不足.

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适应多场景的微电网一体化柔性规划方法

潘险险, 陈霆威, 许志恒, 王天伦, 张俊潇

2022,56 (12): 1598-1607.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.402

摘要 ( 593 )

HTML ( 133 )

PDF(1484KB) ( 506 )

为了提高微电网建设运维的经济性,满足多种不同类型微电网对可靠性的个性化需求,提出一种适应多场景的微电网一体化柔性规划方法.以类型与组成判断结果为依据,建立包含容量规划与网架规划的双层模型.下层容量规划以微源建设运行成本最小为目标,采用混合整数优化算法求解;上层网架规划以网络建设运行成本最小为目标,采用粒子群算法求解,形成了组成判断-容量规划-网架规划的闭环一体化规划系统.系统可通过灵活调整独立运行持续时间约束以及对负荷停电重视程度参数,满足不同微电网对可靠性的个性化需求.算例表明:所提方法可有效降低微电网的建设运维成本,对多种类型与组成、多种可靠性需求的场景均具有良好的适应性.

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基于五电平变换器的开关磁阻电动机转矩脉动抑制方法

凌辉, 杜钦君, 冯晗, 庞浩, 杨姝欣, 罗永刚

2022,56 (12): 1608-1618.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.124

摘要 ( 599 )

HTML ( 93 )

PDF(6694KB) ( 425 )

针对开关磁阻电动机(SRM)在换向时电流跟踪效果不佳造成的转矩脉动问题,提出一种基于五电平变换器的开关磁阻电动机转矩脉动抑制方法.设计一种A、C相或B、D相共用同一桥臂的新型五电平变换器结构,较传统变换器控制更灵活、成本更低.根据SRM的非线性模型重新划分导通区间,优先选择电感变化率较大的相输出转矩,避免换向初期电流峰值过大.针对转速及负载等工况发生较大变化时绕组电流跟踪能力不佳问题,提出基于五电平变换器的直接瞬时转矩控制(DITC)方法,设计低速与高速的DITC导通规则.根据当前转速、转矩误差以及转子位置选择适配的导通方式,实现电动机低速时能够稳定运行,高速时电流能及时跟踪所需电流值, 实现转矩脉动的抑制.仿真和实验结果表明:相比于传统DITC,该控制策略能在宽速域下实现转矩与电流脉动的抑制,改善转矩的动态特性.

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尾缘襟翼偏转角对不同翼型的垂直轴风力机气动影响研究

戴孟祎, 张志豪, 涂佳黄, 韩兆龙, 周岱, 朱宏博

2022,56 (12): 1619-1629.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.110

摘要 ( 641 )

HTML ( 132 )

PDF(5904KB) ( 552 )

风能转化率偏低是阻碍垂直轴风力机市场化发展的重要原因.尾缘襟翼的设计能够改变叶片表面的流场结构,从而提高垂直轴风力机的气动性能.目前关于不同翼型垂直轴风力机的气动性能随尾缘襟翼的变化规律尚不明确.基于计算流体动力学方法,采用转捩剪切应力输运湍流模型,对3种不同分离式尾缘襟翼的翼型(NACA0018、NACA0021和NACA0024)叶片的H型垂直轴风力机气动性能进行数值研究.验证算例与已有的实验结果对比,结果吻合较好,证实本方法的可靠性.进一步考虑3种基础翼型与5组襟翼偏转角(-16°、-8°、0°、8°、16°)参数,探究垂直轴风力机的气动性能差异,分析其内在机理.研究结果表明:逆风区正向襟翼偏转角可以有效提高叶片的弯矩系数,顺风区负向襟翼偏转角对叶片的弯矩系数产生有利影响.在负向襟翼偏转角下,风能利用率受偏转影响的程度与翼型厚度呈正相关;在正向襟翼偏转角下,风能利用率受偏转影响的程度与翼型厚度呈负相关.研究成果可以为垂直轴风力机尾缘襟翼的应用提供有效参考.

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基于非线性观测器的超级电容器荷电状态在线估计

杜宇石, 琚长江, 杨根科

2022,56 (12): 1630-1637.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.210

摘要 ( 594 )

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PDF(1181KB) ( 506 )

超级电容器具有快速充放、高功率密度和长寿命等优点, 被广泛用于新能源汽车的储能系统. 系统可靠运行需获取其剩余电量, 即对其荷电状态(SOC)进行估算. 依托超级电容单体的等效模拟电路模型, 建立了以模型中多电容端电压为状态, 电容器输入电流为控制输入, 电容器输出电压为观测输出的电容器二阶非线性系统的状态空间模型, 包含了自放电现象产生的泄漏电流的因素. 为提高模拟精度, 辨识不同的模型参数,分别刻画充电和放电工况. 采用非线性观测器算法来获取模型内部状态从而实现对SOC的估计. 充放电实验的结果表明, 考虑泄漏因素和建立不同参数下的充放电模型, 能够更好地模拟超级电容器的动态特性, 同时验证了非线性观测器算法具有稳定的跟踪能力.

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基于记忆传递旗鱼优化的K均值混合迭代聚类

黄鹤, 熊武, 吴琨, 王会峰, 茹锋, 王珺

2022,56 (12): 1638-1648.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.292

摘要 ( 602 )

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PDF(3095KB) ( 448 )

针对现有K均值聚类(KMC)算法受初始化影响较大,随机产生的聚类中心极易使聚类结果陷入局部最优而停止迭代,导致聚类精度低、鲁棒性差的问题,提出一种基于记忆传递旗鱼优化的K均值混合迭代聚类(MTSFO-HIKMC)算法.首先,借鉴已有改进思路,引入最大最小距离积来初始化KMC聚类中心,避免随机初始化带来的不确定性;同时,在迭代过程中,令当前最优解在局部进行自适应记忆传递修正,解决由于旗鱼算法搜索路径单一带来的全局寻优能力差和搜索精度不足的问题.利用Iris、Seeds、CMC和Wine国际标准数据集对MTSFO-HIKMC、旗鱼优化的K均值混合迭代聚类 (SFO-KMC)算法、引入改进飞蛾扑火的K均值交叉迭代聚类(IMFO-KMC)算法、KMC算法和模糊C均值(FCM)算法进行比较测试,从得到的收敛曲线和性能指标可知,所提出的MTSFO-HIKMC算法相较于IMFO-KMC算法具有更快的收敛速度;在高维度空间较IMFO-KMC算法具有更高的搜索精度;相较于KMC和FCM算法具有更高的搜索精度;相比SFO-KMC算法在收敛速度和搜索精度方面都有明显提升,在高维数据集方面尤其明显.

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一种三维相变存储器1S1R存储单元电路仿真模型

张光明, 雷宇, 陈后鹏, 俞秋瑶, 宋志棠

2022,56 (12): 1649-1657.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.522

摘要 ( 851 )

HTML ( 17 )

PDF(2939KB) ( 609 )

三维相变存储芯片1S1R存储单元由双向阈值选通管(OTS)和相变存储器件(PCM)串联组成.为了解决现有OTS和PCM电路仿真模型不能准确模拟器件电学特性和物理特性、不适用于限制型PCM等问题,提出了一种采用Verilog-A语言实现的1S1R电路仿真模型.该模型实现了对OTS电学特性和PCM相变过程中电流、温度、熔融比例、晶态比例和非晶比例变化的模拟,具有良好的收敛性和较快的仿真速度,仿真结果与器件实际测试结果吻合.与传统模型相比,该模型针对限制型PCM特点,实现了对PCM熔融过程、晶态非线性、熔融电阻率稳定和OTS亚阈值非线性、双向选通特性的模拟和集成.分析了OTS亚阈值非线性参数和读电压窗口的关系,发现当OTS阈值电流约等于PCM阈值电流时读窗口最大;展示了1S1R单元直流和阵列瞬态仿真结果,为三维相变存储器的电路设计和仿真提供了基础.

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自适应动态周期下的移动水声网络自定位算法

高婧洁, 王威, 申晓红

2022,56 (12): 1658-1665.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.193

摘要 ( 482 )

HTML ( 3 )

PDF(1288KB) ( 417 )

针对移动水声网络中定位精度与通信开销之间的矛盾,提出一种自适应动态周期下的移动水声网络自定位算法.该算法根据系统状态估计与观测采样之间的残差,设计自适应的动态周期选择机制和非均匀的动态更新网络定位周期,进而实现非均匀动态周期下的移动水声网络高精度预测定位.该算法无需大量通信观测即可实现移动节点位置的实时跟踪,达到了定位精度与通信开销间的平衡.仿真结果表明,所提算法既保证了网络的定位估计精度,又减小了冗余定位通信开销,实现了有限通信开销下的高精度定位,更适用于精度要求高且通信带宽有限的水下环境中.

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基于迁移学习的小样本OFDM目标增强识别方法

唐泽宇, 邹小虎, 李鹏飞, 张伟, 余佳奇, 赵耀东

2022,56 (12): 1666-1674.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.041

摘要 ( 734 )

HTML ( 12 )

PDF(1895KB) ( 492 )

在非合作场景所导致的小样本条件下,稳健提取通信辐射源目标特征并准确识别目标是当前研究的难点和热点.针对正交频分复用通信辐射源的小样本个体识别问题,文章在相位域、时域翻转的数据增强和源领域实例迁移的基础上,提出一种非合作通信辐射源个体识别方法.采用不同域翻转的数据增强方法扩充数据集,结合改进的残差网络,达到提高正交频分复用通信辐射源个体识别准确率的目的,并引入迁移学习以增强识别模型的泛化能力.实验结果表明:数据增强策略提升了小样本下的正交频分复用通信辐射源个体识别准确率,迁移学习方法的引入加快了模型的收敛速度,小幅度提高模型识别准确率并提升了鲁棒性.

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激光熔覆CoCrFeMnNiMo_x高熵合金涂层的微观组织及性能

刘昊, 孙世峰, 李晓佳, 郝敬宾, 杨海峰

2022,56 (12): 1675-1687.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.201

摘要 ( 707 )

HTML ( 8 )

PDF(39366KB) ( 549 )

45钢存在耐磨性能及耐蚀性能较差等问题.采用激光熔覆技术在45钢表面制备了CoCrFeMnNiMo_x(x=0.00, 0.25, 0.50, 0.75, 1.00)高熵合金涂层,研究了Mo元素对高熵合金涂层的微观组织和性能的影响.结果表明:CoCrFeMnNiMo_x高熵合金涂层由单一的面心立方(FCC)固溶体组成.含Mo元素涂层微观结构为典型的枝晶和枝晶间结构,这是熔池在凝固过程中的非均质形核现象导致的.涂层的显微硬度随x值的增大而升高,其中Mo_1.00涂层硬度最高为2.391 GPa,定量计算表明固溶强化是显微硬度提升的主要原因.随着Mo质量分数的升高,磨损机制从黏着磨损演变为磨粒磨损和氧化磨损.其中,Mo_1.00涂层具有最低的体积磨损率(0.68×10^-4 mm³/(N·m)).根据点缺陷模型理论分析了涂层钝化对耐蚀性能的影响.添加Mo元素提升了涂层钝化行为的脱水速率,使得氧化物层变厚,进而提升了涂层的耐蚀性.涂层的腐蚀机制为晶间腐蚀,Mo_0.75涂层具有最小的自腐蚀电流密度和最正的自腐蚀电位,分别为3.69×10^-6 A/cm²和 -0.432 V.

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开挖引起的隧道位移动态多目标优化反演预测

何维, 孙宏磊, 陶袁钦, 蔡袁强

2022,56 (12): 1688-1699.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.282

摘要 ( 572 )

HTML ( 15 )

PDF(3483KB) ( 502 )

控制基坑开挖对邻近既有隧道的扰动对设计与施工至关重要.基于多目标优化方法,融合基坑开挖中的多类型监测数据,反演识别关键土体参数,量化修正隧道位移的时间效应.同时,为提高动态代理模型的优化效率,提出一种基于自适应加点准则的动态多目标优化(DMO-AIC)方法.该方法考虑了工程优化中动态代理模型的计算冗余,设计了自适应加点判别策略,能够自主识别寻优路径上代理模型的无效更新.结果表明,该方法在保证算法寻优性能和收敛速度的同时,显著减少了训练代理模型所需的数值模型调用次数,有利于动态代理模型在工程优化中的应用.虚拟数值算例结果表明,DMO-AIC能考虑挡墙侧移、隧道位移等多目标响应并同时对其进行更新.将DMO-AIC方法应用于上海外滩596基坑工程,合理更新了时间效应,准确预测了基坑分步开挖引起的既有隧道竖向位移.

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峰前和峰后循环荷载下岩石断裂损伤特征

唐建辉, 陈徐东, 白银

2022,56 (12): 1700-1709.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.119

摘要 ( 551 )

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PDF(10992KB) ( 458 )

在岩体开挖过程中,循环荷载可能发生在峰值前,也可能发生在峰值后.为获得岩石在峰前和峰后循环作用下的断裂损伤演化特征,采用数字图像相关法和声发射技术,进行了三点弯曲开口花岗岩梁的断裂试验.采用割线模量、声发射能量、有效裂缝长度分别构建了岩石断裂损伤指数D_E、D_AE和D_L,并对岩石的断裂损伤过程进行了定量分析.结果表明:岩石试样的损伤指数存在明显的率效应,在相同循环次数下,加载速率越大,其损伤指数越小.对于峰前循环加载条件,采用D_E可以较好地反映岩石由弹性阶段向弹塑性阶段的断裂变化过程.而在峰后循环加载条件下,采用D_L可以更好地表现岩石从阶梯上升到持续破坏的断裂损伤过程.

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基于FAHP法和区间数改进TOPSIS法的盾构隧道下穿建筑物风险评估

陈仁朋, 王志腾, 吴怀娜, 刘源, 孟凡衍

2022,56 (12): 1710-1719.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.018

摘要 ( 500 )

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PDF(1682KB) ( 453 )

为评估盾构隧道施工对邻近建筑物的影响,提出一种基于模糊层次分析法(FAHP)和区间数改进优劣解距离(TOPSIS)法相结合的风险评估方法.通过调研建立基于土体性质、建筑物因素、隧道因素、盾构掘进参数等影响因素为主的风险评估体系,基于专家打分利用FAHP判断因素权重.利用传统TOPSIS法,根据因素分级标准选取6个典型样本,确定非等分风险等级判断标准.首次将区间数改进TOPSIS法运用到盾构隧道下穿建筑物的风险评估中,采用区间数描述工程情况.该评估过程均采用量化方式,比传统风险评估方法的准确性更高,受主观因素影响较少,客观性更强.利用该方法对某砌体建筑物进行风险评估,结果与实际情况相符,证明了该方法的有效性,可为类似工程风险评估提供参考.

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