上海交通大学学报

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基于时空协方差函数的风能场景生成方法与应用

彭星皓, 李艳婷

2023,57 (12): 1531-1542.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.180

摘要 ( 361 )

HTML ( 277 )

PDF(8178KB) ( 245 )

与传统发电不同,风力发电具有较大的随机性与时空相关性.在风力发电并网的电力系统优化调度问题中,保障电力调度在不同风力发电功率场景中的最优执行是决策问题的关键点,因此高质量的风能场景生成非常重要.基于高斯随机过程和时空协方差函数表征风力发电站输出功率的时空相关性,由Pair Copula模型建立联合概率分布,通过经验概率逆变换方法实现具体场景.评估生成场景的多种指标,验证生成场景的优越性.基于修改的IEEE 6总线系统建立电力系统机组组合的混合整数规划模型,求解不同场景下的问题,验证场景生成方法在风力发电并网调度问题中所具有的经济性和可行性.

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规模化储能参与电力现货市场的商业模式

李迁, 姜欣, 张钧钊, 段世杰, 金阳

2023,57 (12): 1543-1558.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.187

摘要 ( 363 )

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PDF(9620KB) ( 300 )

以规模化储能为研究对象,在电力市场放开背景下,开展其参与电力现货市场的商业模式研究.首先,从国内外典型市场出清机制出发,分析日前市场及实时市场的出清方式、出清计算等过程,提出适应规模化储能参与现货市场的联合出清机制,包括投标方式、计费方式和出清方式等.其次,为充分发掘规模化储能的市场价值与其他附加价值,增强集群效应并解决储能容量闲置问题,提出适应规模化储能参与现货市场的商业模式,包括独立式(投资主体单一、服务模式单一),联盟式(投资主体多样、服务模式单一),共享式(投资主体多样、服务模式多样),并分析市场交易链中存在的博弈关系,量化电能价值、辅助服务价值以及其他附加价值.在此基础上,基于主从博弈构建不同商业模式下储能参与现货联合市场的双层出清模型范式.上层模型以储能为领导者、以储能收益最大化为目标参与市场竞争,下层模型以调度和交易中心为跟随者、以社会福利最大化为目标进行联合出清;最后,基于改进的IEEE30节点系统,以典型交易场景为例验证所提参与商业模式的有效性和可行性.

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考虑频率稳定约束的电-氢互补多楼宇协调优化调度

范宏, 王兰坤, 邢梦晴, 田书欣, 于伟南

2023,57 (12): 1559-1570.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.380

摘要 ( 196 )

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PDF(2948KB) ( 137 )

为实现“碳达峰、碳中和”的双碳目标,电-氢互补综合能源系统的推进意义重大,但随着可再生能源的渗透率逐渐提高,系统的惯量水平下降,频率安全受到威胁.针对传统的优化调度方法无法保证系统的频率稳定性这一问题,提出了一种考虑频率稳定约束的电-氢互补多楼宇协调优化调度方法.首先,建立了以楼宇为底层单元的电-氢综合能源系统架构,系统内的可再生能源发电机组采用虚拟同步发电机技术进行控制,以提高系统的惯量水平;其次,以调度周期内系统总运行成本最小为目标,并考虑了并网和孤岛不同运行模式下系统的惯量需求,建立了考虑系统频率稳定约束的优化调度模型;最后,通过算例仿真验证了所提方法对系统频率稳定的有效性、经济性和环保性.

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多重不确定环境下考虑阶梯型碳交易的虚拟电厂低碳经济调度

彭思佳, 邢海军, 成明洋

2023,57 (12): 1571-1582.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.185

摘要 ( 227 )

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含碳捕集系统的虚拟电厂(VPP)为提升能源效率、实现“双碳”目标提供了一种新路径,同时灵活协调VPP系统内多重不确定性是实现系统低碳运行的关键前提.提出一种在多重不确定性环境下考虑阶梯型碳交易的VPP低碳经济调度模型.对碳捕集系统和需求响应进行建模,并在优化调度模型中引入碳交易机制,构建阶梯型碳交易成本模型,对系统碳排放量进行制约.对VPP内多种不确定因素进行建模,包括风力发电、光伏、负荷、电动汽车,建立考虑机会约束的VPP低碳经济调度模型.运用可调鲁棒优化处理电动汽车的不确定性,并基于序列运算理论,将含机会约束的不确定模型转化为混合整数线性规划模型.采用数字优化技术CPLEX求解,在实际VPP算例中验证了所提模型的有效性.

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计及需求响应的微能网综合能源多时空尺度优化调度

秦文萍, 杨镜司, 景祥, 姚宏民, 李晓舟, 张信哲

2023,57 (12): 1583-1596.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.177

摘要 ( 220 )

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综合能源系统运行是当前能源研究领域的热点之一,随着能源领域机制的改革,含有多微能网的综合能源系统给电网运行带来了巨大挑战.针对含有多微能网综合能源系统接入上层配网造成的经济与运行问题,提出一种考虑需求响应的微能网综合能源多时空尺度优化运行策略.从能源角度构建一个多维能源供需平衡模型;进一步建立上、中、下共3层协同优化的多时空尺度运行模型,上层采用日前调度,中层采用日内调度,下层采用实时调度,3个调度阶段分别引入可替代、可转移和可削减负荷进行需求响应优化.算例表明,该策略可以实现多维能源之间的协调互补以及多种能源在不同时间和空间尺度的协调运行,提高了系统运行的经济性.

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海洋电磁发射机二级母线冲击电压产生机理及抑制

陶海军, 杜长顺, 张金生, 郑征

2023,57 (12): 1597-1608.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.403

摘要 ( 155 )

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电磁探测法是海洋油气资源勘探的主要方法,而海洋电磁发射机是海洋电磁探测系统的关键设备.目前海洋电磁发射机水下拖体长时间工作时,会出现开关器件损坏现象.首先分析了采用单向可控源电路的发射桥换流过程,发现发射偶极寄生电感回馈能量使二级母线产生冲击电压,增大了开关管的电压应力.然后分析了双向可控源电路的工作模式,提出一种双变量解耦控制策略,在变压器前后两级建立的模型基础上,将原来的耦合非线性系统全局线性化为两个单输入单输出系统,以此获得滑模控制器的函数关系.仿真与实验结果表明,所设计的可控源电路可以明显减小母线电容的冲击电压和开关管的电压应力,提高系统的动态性能和效率.

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冲刷防护作业中流态固化土对海洋桩基作用力的数值研究

李濡宇, 毋晓妮, 陈锦剑, 蒋海里, 王会丽

2023,57 (12): 1609-1618.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.280

摘要 ( 196 )

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采用固化土进行冲刷防护是一种全新的防冲刷措施,目前正逐步被应用于海上风力发电单桩基础及跨海大桥桩基础的冲刷修复中.流态固化土在泵送至海洋桩基周围冲刷坑中的过程中,会对既有承载力弱化的桩基产生不利影响,然而目前仍缺乏对该问题的认识.采用计算流体动力学方法,模拟了单桩基础周围冲刷坑中流态固化土泵送过程,关注流态固化土对桩基础的作用,分析了泵速、海流流速、固化土类型等因素对桩基础作用力的影响,其中海流流速影响最大,同时提出了流态固化土对桩基作用力简化分析思路,并给出了作用力经验公式.研究结果可作为固化土防冲刷工程技术控制的依据.

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冷弯不锈钢方矩管腹板压跛极限承载力

战科江, 李海汀, 王淼, 周锋, 赵金城

2023,57 (12): 1619-1630.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.291

摘要 ( 222 )

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PDF(6599KB) ( 183 )

为研究国产冷弯不锈钢方矩管局部承压下的腹板压跛极限承载力,采用有限元软件Abaqus建立了有限元模型,基于试验结果验证了模型的准确性;进一步通过224组参数分析算例计算了不同材料、截面尺寸、承压长度的冷弯不锈钢方矩管在各典型荷载工况下的腹板压跛极限承载力;基于参数分析算例结果,对既有腹板压跛设计方法的适用性进行了评估.结果表明:我国《冷弯型钢结构技术规范》(征求意见稿)计算公式对冷弯不锈钢方矩管的腹板压跛极限承载力预测精度较差,美国《冷弯不锈钢结构设计规范》(SEI/ASCE 8-22)及文献中直接强度法的计算结果准确且安全,可用于国产冷弯奥氏体和双相型不锈钢方矩管的腹板压跛极限承载力验算.

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隧道周围饱和软土二维非线性固结分析

胡安峰, 龚昭祺, 肖志荣, 陈缘

2023,57 (12): 1631-1638.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.228

摘要 ( 127 )

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考虑隧道周围软土压缩性和渗透性的非线性变化,建立二维非线性渗流固结控制方程,利用一种交替隐式差分法进行求解,得到隧道完全透水、完全不透水和半透水三种情况下平均固结度随时间的发展规律;通过将退化解与现有解析解进行对比,验证了差分解的正确性.同时,分析了压缩指数C_c和渗透指数C_k对隧道周围软土固结度变化的影响规律.结果表明:隧道透水性是影响固结度发展变化的重要因素;C_c对固结度发展的影响小于C_k;渗流固结会导致隧道周围土体的有效应力场发生变化,平均固结度随着C_k的增大而减小.若不考虑土体非线性,将会对固结度计算产生较大误差.

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双线平行顶管上跨地铁盾构隧道施工环境影响实测分析

应宏伟, 姚言, 王奎华, 张昌桔

2023,57 (12): 1639-1647.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.290

摘要 ( 236 )

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基于现场实测数据,详尽分析了某粉砂性地层中近距离双线顶管从上方穿越既有运营地铁隧道过程中的环境影响,包括横向地表沉降分布、沉降随时间发展、地铁隧道上浮等规律.研究发现:单线顶管横向地表沉降曲线呈现为“V”形,双线顶管横向地表沉降曲线为不对称“W”形,且后行顶管轴线上方的地面沉降大于先行顶管;后行顶管施工期间,先行顶管轴线上方地面也产生明显沉降.Peck公式在顶管施工引起的地表沉降曲线预测中适用性较好:案例中对于单线顶管,沉降槽宽度参数为0.79,土体损失率为1.6%;对于双线顶管,先行、后行顶管的沉降槽宽度参数分别为0.74和0.58,前者是后者的1.28倍;先行、后行顶管土体损失率分别为2.41%和3.11%,后者是前者的1.29倍.顶管顶进使下卧地铁隧道的纵向产生“W”形竖向位移分布曲线,顶管穿越完成后隧道的上浮存在滞后性;平行顶管上跨施工对下方地铁盾构隧道的纵向影响范围约为4~6倍顶管管径.后行顶管穿越监测断面时产生的瞬时沉降大于先行顶管;采用全方位高压喷射(MJS)工法预加固隧道上方粉砂土时降低了原状土的渗透性,顶管穿越后地面沉降仍将持续一段时间,可采用指数函数描述瞬时沉降发生后沉降随时间的发展规律.

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改进希尔伯特-黄变换含噪振动信号时频分析

孙苗, 杨钧凯, 吴立

2023,57 (12): 1648-1656.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.255

摘要 ( 248 )

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针对希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform, HHT)含噪振动信号时频分析产生的模态混淆和瞬时频率缺乏实际意义的现象,改进经验模态分解(EMD)得到自适应补充集合经验模态分解(CEEMDAN)后,结合多尺度排列熵(MPE)抑制EMD模态混淆,再改进Hilbert变换得到改进归一化Hilbert变换(INHT),最终形成CEEMDAN·MPE-INHT.为验证CEEMDAN·MPE-INHT含噪振动信号时频分析的准确性,进行EMD-HT、EEMD-NHT、CEEMDAN-INHT、CEEMDAN·MPE-INHT含噪仿真振动信号时频分析对比研究.研究结果表明:CEEMDAN能够控制低频噪声;MPE能抑制高频噪声;INHT使Hilbert变换不受Bedrosian定理约束.最后将CEEMDAN·MPE-INHT算法用于实际工程含噪振动信号时频分析中,CEEMDAN·MPE分解得到的固有模态函数(IMF)经INHT处理得到的时频谱在时域和频域上都具有较高的分辨率,可提高时频特征参数提取精度,有助于振动信号危害控制.

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