上海交通大学学报

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考虑不确定延迟的并联式气电混合动力系统模式切换控制

傅圣来, 陈俐, 陈自强

2025,59 (9): 1225-1236.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.473

摘要 ( 90 )

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PDF(6267KB) ( 264 )

并联式气电混合动力系统排放少、动力性好,在低碳船舶上的应用前景广阔.但是,受多个执行延迟不确定的影响,混合动力模式切换过程中传动轴系易发生转速异常波动甚至剧烈冲击.提出级联内模控制(IMC)思路,设计显式包含名义延迟信息的滤波器,提高转速跟踪性能,消除延迟的影响.首先建立动力传动系统动力学模型,然后根据切换过程以离合器为分界的传动机理,设计级联IMC,包括抗饱和补偿器、两级跟踪控制器和两级抗干扰控制器,推导满足不确定延迟上界的鲁棒稳定性条件.仿真与台架试验结果表明,级联IMC对不确定延迟具有良好的鲁棒性,显著降低模式切换过程轴系冲击度,实现平稳切换.

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高功率密度表嵌式磁极偏移永磁电动机转矩性能提升

栗大林, 华浩, 李然, 许少伦, 齐文娟

2025,59 (9): 1237-1248.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.545

摘要 ( 186 )

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PDF(6795KB) ( 305 )

高功率密度是航空飞行器用电动机关键性能需求,电动机转子结构对功率密度指标具有显著影响.采用磁极偏移结构提高永磁同步电动机功率密度和永磁体利用率.针对150 kW、12 000 r/min额定工作点,基于遗传优化算法开展表贴式、表嵌式以及表嵌式磁极偏移结构永磁同步电动机的优化设计和性能对比研究,并在表嵌式磁极偏移结构基础上对比不同填充材料、磁极偏移角的影响.结果表明,表嵌式磁极偏移结构电动机相比于表贴式结构电动机,可以将功率密度提高2.1%,永磁体用量减小17.6%,转矩脉动降低11.6%,具有良好的应用潜力.

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基于跟踪微分器的永磁同步电动机双时间尺度滑模控制

车志远, 余海涛, 庞玉毅, 章嘉辉

2025,59 (9): 1249-1259.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.482

摘要 ( 180 )

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PDF(7489KB) ( 571 )

永磁同步电动机的电流响应远快于机械动态,因此提出一种基于跟踪微分器的双时间尺度滑模控制方法.首先,在两相同步旋转正交坐标系上建立数学模型,并基于准稳态理论得到快慢子系统.其次,为了解决传统指数趋近律中趋近速度与抖振现象相互矛盾的问题,引入一种新型趋近律,并对其能达时间和切换带进行对比分析.然后,在双时间尺度内分别设计控制律,构建基于跟踪微分器的复合非级联滑模控制器.最后,通过仿真对比和实验结果验证方法的优势和有效性.研究结果表明,该控制策略能实现无超调跟踪,且伺服系统的动态响应迅速;在永磁同步电动机发生反转和受到外部负载扰动时,控制系统仍具有良好的动态性能和较强的鲁棒性.

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大规模电网机组组合中线路传输约束有效性规律及相似性挖掘方法

郑雨翕, 曾龙, 刘健哲, 崔一阳, 朱红, 曹亮, 苏运, 韦磊

2025,59 (9): 1260-1269.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.550

摘要 ( 142 )

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PDF(1538KB) ( 758 )

针对大规模线路传输约束在机组组合问题中引发的有效约束筛选难题,总结线路约束在暂态和稳态下的作用规律,提出了一种基于负荷相似性挖掘的有效约束筛选方法,去除无效的线路传输约束以简化问题规模.针对不同节点对线路潮流的影响程度,构造距离函数挖掘历史负荷数据相似性,基于负荷相似性聚类典型电力负荷场景,根据线路约束的作用情况筛选有效的线路约束.针对系统中状态长期不变的线路采用预筛选方法,在挖掘算法前判定状态以降低挖掘过程计算量.在IEEE 118和Case2746wop系统上进行仿真,验证了所提方法的有效性并与现有方法进行对比,结果表明该方法能够高效地去除99%的无效线路约束,缩减了80%以上的求解时间.

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基于可消纳区间的风-火-储大基地日前-实时协同调度

杨银国, 冯胤颖, 魏韡, 谢平平, 陈玥

2025,59 (9): 1270-1280.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.509

摘要 ( 242 )

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“沙戈荒”大型新能源基地是我国未来新型电力系统的重要组成部分.综合考虑建设成本和碳排放等因素,大基地中火电和储能容量有限,灵活性受限,这使得大基地的调度运行面临极大挑战.为此,提出一种风-火-储大基地日前-实时协同调度方法.在日前阶段,根据风电粗略预测确定火电机组的启停计划及出力可调范围;基于火电出力可调范围和储能运行约束,构建风电可消纳区间.在实时阶段,根据当前风光出力,按照分位数规则生成调度策略,无需高精度预测,进一步证明了分位数规则生成的调度决策自然满足系统运行约束.算例验证了所提风-火-储系统日前-实时协同调度方法的有效性.结果表明:所提不依赖点预测的调度方法优于3步情况下预测误差在10%以上的滚动优化方法,且运行调度的表现可以通过提高日前预测的精度或者日内短期预测的精度获得改善.所提方法可为新能源大基地运行提供重要参考.

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基于多能灵活性约束的含富氧燃烧机组综合能源系统两阶段优化调度

彭楚轩, 边晓燕, 金海翔, 林顺富, 徐波, 赵健

2025,59 (9): 1281-1291.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.487

摘要 ( 151 )

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富氧燃烧作为目前最具潜力的燃煤电厂碳捕集技术,为综合能源系统灵活性提升与碳减排提供了新的解决思路.从融合富氧燃烧技术与综合能源系统优化运行的角度,提出计及多能灵活性约束的含富氧燃烧机组综合能源系统两阶段优化调度策略.首先,建立含富氧燃烧机组的综合能源系统(Oxy-IES)模型;然后,提出适用于Oxy-IES的多能灵活性约束,利用矩阵模型揭示Oxy-IES灵活性供需关系;最后,构建Oxy-IES两阶段优化调度策略,日前阶段以考虑碳交易的日运行成本最小为目标优化各设备出力,日内阶段利用富氧燃烧机组的快速变负荷能力提升系统灵活性.Oxy-IES算例仿真表明:所提策略能够提升综合能源系统灵活性和经济性,并降低碳排放.

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考虑动态频率约束和多重不确定性的风电装机容量优化

叶婧, 何杰辉, 张磊, 蔡俊文, 林宇琦, 谢继豪

2025,59 (9): 1292-1303.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.474

摘要 ( 108 )

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PDF(1708KB) ( 1199 )

随着风电装机容量不断增加,新型电力系统的频率安全问题愈发凸显.为了保障系统频率安全和提高系统调频能力,确定合理的风电装机规模,提出一种考虑动态频率约束以及负荷侧惯量的风电装机容量优化模型.首先,推导出含负荷侧惯量的动态频率响应模型;其次,考虑到风电、负荷以及负荷侧惯量具有不确定性,引入模糊机会约束,在计及动态频率约束的基础上,提出一种考虑多重不确定性模糊机会约束的风电装机容量优化模型,并将模型中的不确定性约束清晰等价类转换;最后,为了解决动态频率约束非线性特征问题,将优化问题分割成主问题和子问题进行求解,并以改进的10机系统验证所提模型的有效性和可行性.

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多种充电模式协同的规模化电动汽车分层充电方法

刘永江, 郭杉, 贾俊青, 刘小恺, 蔡文超, 曾龙

2025,59 (9): 1304-1314.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.564

摘要 ( 284 )

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针对规模化电动汽车(EV)随机充电负荷冲击电网的问题,提出了一种多充电模式协同的规模化EV分层充电方法.通过利用不同充电方式特点,避免充电负荷集中于电力负荷高峰时间段.针对内蒙古某地区电力负荷曲线,考虑当地可再生能源丰富特点,基于K-means和肘部法则聚类成当地5类典型电力负荷曲线.考虑EV通过充电桩充电和换电站换电池,分别建立充电站充电模型和换电站电池交换模型,同时建立规模化EV分层能量交换模型.在上层中,根据用户特征以及充电方式成本,基于粒子群算法对EV与充电方式进行匹配;在下层中,考虑电力价格、用户需求、充电站运行情况和快、慢充特点,利用MATLAB自带优化工具箱优化充电站内EV、电池充电优化方案.实验仿真表明,本文所提方法采取的不同充电方式协同可实现充电方式优势互补,有效避免了充电负荷集中于电力负荷高峰时间段,可持续、经济地满足EV用户充电需求;但是单以电力价格作为EV充电负荷的引导信号,有可能加剧当地电力负荷曲线峰谷差和扰动情况.

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代理模型辅助的复杂地形风电场微观选址多目标优化设计

刘佳惠, 王聪, 张宏立, 马萍, 李新凯, 董颖超

2025,59 (9): 1315-1326.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.486

摘要 ( 180 )

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PDF(5456KB) ( 1144 )

为解决复杂地形下风电场微观选址优化难度大、耗时长的问题,提出一种基于代理模型辅助的复杂地形风电场微观选址多目标优化方法.首先,考虑复杂地形起伏大的地理特征,计算崎岖度指数,将地面平整度进行数值量化,并对崎岖度过大的点进行约束处理;其次,建立三维多风向下尾流叠加计算发电量的数学模型,构建三维地形集电线路拓扑优化代理模型,检验代理模型的预测精度,表明可替代集电线路拓扑优化的大量计算,有效提高计算效率,然后采用多目标离散状态转移算法,获得复杂地形微观选址多目标优化设计的Pareto前沿;最后,以中国新疆某实际复杂地形风电场为例,实现复杂地形风电场多目标微观选址,并将该算法与单目标优化结果进行比较.仿真结果表明,在考虑复杂地形因素特点的情况下,代理模型辅助的多目标离散状态转移算法能在优化年发电量的前提下减少总电缆铺设长度,降低工程建设投资,为工程实际提供更多布局方案.

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计及㶲效率的低碳数据中心算力综合能源系统规划及运行优化

林嘉瑜, 韩俊涛, 王永真, 韩恺, 韩艺博, 李健

2025,59 (9): 1327-1337.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.528

摘要 ( 435 )

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PDF(3820KB) ( 1799 )

随着数字经济的快速发展,数据中心(DC)的能耗及其碳排放显著增加.近些年,数据中心算力综合能源系统(DC-IES)的构建已经成为全球净零排放趋势下数据中心节能减排的重要趋势之一.为助力低碳DC-IES规划与构建,基于热力学第二定律㶲的“品质”分析法,综合考虑能源转化设备㶲效率随设备负载率变化的特性,构建计及设备动态㶲特性的低碳DC-IES容量配置及运行优化能量和经济的多目标规划优化模型,揭示了不同目标下DC-IES 的能流分布特性.结果表明,计及动态设备㶲效率的优化方案相较恒定设备㶲效率的优化方案, 㶲损失率、经济成本、碳排放量分别降低2.6%、1.9%、4.8%,存在明显优势.同时,相较于经济最优方案,多目标优化方案能够显著降低DC-IES的碳排放量及㶲损失率,降低幅度分别为22.72%和20.73%;相较于㶲损失率最小和碳排放量最低方案,多目标优化方案下DC-IES经济成本分别降低54.54%和60.78%;与仅使用电网供电的方案相比,将DC视为综合能源系统的多目标优化方案能够降低40.97%的碳排放量.

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构建灾害风险图谱提高电力系统安全调度能力

解大, 李子怡, 田洲, 王凯

2025,59 (9): 1338-1347.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.535

摘要 ( 81 )

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PDF(6111KB) ( 127 )

严重的地质灾害会导致大停电事故,从而影响电网的安全稳定运行.针对地质灾害对电网的影响,提出一种基于灾害风险图谱的电力系统安全调度策略.首先,构建多种灾害影响因子的灾害风险图谱,并将该图谱与输电线路的地理位置相结合,得到输电线路的危险情况;然后,建立电力系统运行风险模型,通过风险综合指标对电力系统的风险情况进行量化分析;最后,以新英格兰地区为例,采用粒子群算法构建发电机和灵活性资源的调节策略,并验证其有效性和可行性.结果表明,所提电力系统安全调度策略可以有效减少包括电力系统越限/重载风险在内的风险综合指标值,增强电网运行的安全性和稳定性.

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基于统计聚类的综合能源系统基础单元模型

沈赋, 杨志文, 徐潇源, 张微, 王哲, 曹旸

2025,59 (9): 1348-1358.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.461

摘要 ( 116 )

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PDF(2221KB) ( 95 )

综合能源系统中的设备元件构成复杂,涉及电、气、热、冷多种能源形式的设备元件在互联和传送过程中产生海量的异构数据,无法较好地反映综合能源系统特性.鉴于此,以综合能源系统基础单元为研究基础,首先,基于统计聚类法分析精选出综合能源系统典型基础单元设备,提取综合能源系统典型基础单元设备特征数据表征基础单元特性;然后,根据综合能源系统基础单元的能质属性,建立综合能源系统各类基础单元模型,更全面地表征综合能源系统特性.最后,通过算例分析验证了所提各类综合能源系统基础单元模型的合理性和适用性.

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考虑定制电力违约风险的分布式储能分级定价策略

方珺, 何德, 裴志刚, 彭智慧, 鲍洁滢, 刘维康, 周斌

2025,59 (9): 1359-1369.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.481

摘要 ( 144 )

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PDF(1401KB) ( 206 )

针对分布式储能为敏感用户提供多种定制电力服务的盈利模式与交易定价问题,提出了一种分布式储能提供无功补偿、电压暂降和谐波治理等多种定制电力服务的分级定价方法.首先,基于储能变流器的四象限运行特性,考虑用户差异化电能质量需求建立了定制电力服务分级评估指标,并构建了不同电能质量等级下储能提供定制电力服务的容量成本估计模型.其次,建立了考虑电能质量经济损失的用户定制电力效用函数及其个人理性购电约束,构建了考虑电能质量违约风险的分布式储能定制电力收益模型以及储能投资成本约束,在此基础上提出了分布式储能提供差异化定制电力服务的分层协同交易框架及其分级定价优化策略.最后,通过大M线性化和用户效用函数约束化处理将非线性储能定制电力分级定价模型转化为混合整数线性规划模型进行优化求解,获得优质电力最优附加电价和用户购电套餐.算例对比分析验证了所提策略在提升储能年运营收益的同时可降低用户定制电力成本.

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基于变滤波时间常数和模糊控制的复合储能二次调频策略

张仕鹏, 李培强, 张亦君, 刘喜凤

2025,59 (9): 1370-1382.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.516

摘要 ( 130 )

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PDF(6446KB) ( 149 )

在复合储能系统中,协调不同类型储能之间的运行是提高储能调频性能的重要手段.为充分挖掘储能调频潜力,提出一种电池储能联合抽水蓄能的复合储能二次调频策略.针对传统一阶低通滤波器截止频率固定的缺点,提出滤波时间常数根据电网频率变化进行动态调整的方法,实现对复合储能内部调频指令分配.在调频阶段,考虑电池储能荷电状态(SOC)约束,设计电池储能-抽水蓄能协调控制的双模糊控制策略.在非调频阶段,根据logistic函数构建电池储能SOC自恢复曲线,利用抽水蓄能剩余容量对电池储能进行SOC自恢复.在两种典型工况下对该策略进行仿真分析,结果表明所提策略在改善调频效果和电池储能SOC状态方面具有优势.

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基于光伏组件参数辨识的故障诊断分析

吕艳玲, 钟晨, 刘志鹏

2025,59 (9): 1383-1396.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.503

摘要 ( 232 )

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PDF(3054KB) ( 531 )

为利用光伏板运行数据辨识光伏电池的重要参数,并通过这些参数诊断其运行状态,将二阶Bézier函数与自适应战争策略算法相结合,得到硅基光伏电池单二极管拓扑中光生电流、二极管反向饱和电流、二极管理想因子、串联电阻和并联电阻5个未知参数最优解的方法;对阴影、老化、短路和开路4种常见的故障进行理论和仿真分析.通过实验验证,对比辨识结果中参数的变化与故障类型,得出光伏单二极管模型5个参数与4种典型故障类型存在一定的对应关系,并得到不同故障类型下光伏组件各输出量的变化规律,为光伏电池故障判别及电池性能的判断提供参考.

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SF₆中沿面放电及其放电信号的多尺度仿真研究

周录波, 张钊棋, 王栋, 宋辉

2025,59 (9): 1397-1406.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.525

摘要 ( 159 )

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PDF(7214KB) ( 895 )

沿面放电是气体绝缘组合电器设备内部的常见放电类型,目前对其微观过程的认识尚不明晰,缺陷局部放电微观过程与宏观检测信号间亦缺乏理论关联.首先基于流体-化学模型仿真SF₆气体中的沿面放电过程,得到带电粒子浓度、沿面流注速率的变化规律.然后,将微观放电产生的电流脉冲作为激励,基于有限积分法对沿面放电产生的放电信号进行仿真,建立局部放电微观过程与放电检测信号之间的对应关系.结合微观放电仿真得到的电磁信号时域波形与传统的高斯激励源相比更加贴合实际.研究成果是对现有局部放电信号微观机理研究的有效补充,为基于放电信号分析的绝缘状态评估奠定基础.

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