动态最优潮流的预测/校正解耦内点法

从动态最优潮流中动静态变量的弱耦合关系出发，深入分析了原对偶内点法的解耦思想及其产生的根本原因，然后将该解耦策略推广应用于预测/校正环节的线性方程求解，提出动态最优潮流的预测/校正解耦内点法。该算法利用预测/校正原对偶内点法的优势，提高了动态最优潮流的迭代计算效率。同时，针对线性修正方程组常数项的特点，进一步提出了一种分组解耦同步迭代策略，使动态变量和各时段静态变量在预测/校正环节中实现同步解耦计算，从而进一步提高了动态最优潮流的解耦计算效率。通过典型算例的仿真分析与对比，验证了该算法的有效性。     

液化场地堤坝地震响应的自适应步长法数值模拟

土体在地震液化过程中表现为较强的材料非线性,此时动力数值分析中时间步长过大必然导致较大的误差。本文在水土耦合弹塑性有限元法和Newmark时域离散法的显式动力液化数值分析平台上,引入时域离散后验误差评估方法,并基于误差评估结果进行了时间步长的自适应调整,建立了基于自适应时间步长的液化动力数值分析方法,并将此方法应用于液化场地堤坝的地震响应数值模拟。通过分析堤坝算例,对比了自适应时间步长法和固定时间步长法计算的堤坝变形、超孔隙水压力比和平均相对误差等的变化规律。结果表明自适应时间步长法在土体动力液化显式数值分析中可以获得较高的计算精度,同时也可以提高计算效率、节省计算时间。     

液化场地堤坝地震响应的自适应步长法数值模拟

土体在地震液化过程中表现为较强的材料非线性,此时动力数值分析中时间步长过大必然导致较大的误差。本文在水土耦合弹塑性有限元法和Newmark时域离散法的显式动力液化数值分析平台上,引入时域离散后验误差评估方法,并基于误差评估结果进行了时间步长的自适应调整,建立了基于自适应时间步长的液化动力数值分析方法,并将此方法应用于液化场地堤坝的地震响应数值模拟。通过分析堤坝算例,对比了自适应时间步长法和固定时间步长法计算的堤坝变形、超孔隙水压力比和平均相对误差等的变化规律。结果表明自适应时间步长法在土体动力液化显式数值分析中可以获得较高的计算精度,同时也可以提高计算效率、节省计算时间。     

明满交替流数值模拟中的精细积分法

建立具有统一形式的明满交替流控制方程。由于系统阵刚性而导致明满交替流数值模拟的计算精度低和收敛性差。在交错网格上对控制方程进行空间上的数值离散后，加入伪时间导数项进行预处理，改善系统阵的刚性。通过采用系统阵增维的方法将非齐次状态空间方程转化为齐次方程，避免了矩阵求逆运算，增强计算的稳定性；预处理后系统方程每一个物理时间步的求解都相当于一个稳态问题，需要花费大量的计算时间，借助于精细积分法可以采用大步长的优势来加快求解速度。有效地解决了明满交替流建模中由于刚性而引起的数值稳定性问题和预处理引起的积分时间较慢的问题。而且这一方法具有程序容易实现的优点。     

三维非稳定温度场的p型A适应有限元分析

自适应是降低有限元计算结果对网格依赖性的有效途径,基于p型有限元法建立了三维非稳定温度场的自适应分析方法,自适应的策略采用单元升阶法,误差估计方法取温度的高阶计算值作为精确解的“最佳估计”。通过三维混凝土板算例,研究了绝热温升和放热系数、模型尺寸、计算时步长度、边界温差对计算误差和单元阶次的影响。结果表明：在边界温差不大时,绝热温升比表面放热系数对计算误差影响更大;在高阶计算中小尺寸模型比大尺寸模型误差明显减小;计算时步长的变化反映了温度场的时间梯度,越大的时步长需越高的计算阶数;模型边界的温差变化表现了温度场的空间梯度,越大的边界温差需越高的计算阶数。     

拱坝破坏分析的自适应算法

本文着重研究拱坝裂纹扩展过程模拟中的有限元分析技术,提出一种高精度和高效率有限元计算的网格动态重新划分策略。在有限元前处理过程中,利用自适应单元把可能破坏的三维单元分为8个和它完全相似的体子单元,把面单元分为4个和它完全相似的面子单元,通过形函数有效地解决自适应剖分过程中的悬点问题,并给出相应的算法和形函数表达式。根据裂缝位置的精度要求,可再次利用自适应单元在细分后的单元基础上再次细分,直至达到工程要求的精度。在有限元计算过程中,通过动态调整荷载步长,使每一荷载步正好有一个单元破坏,从而追踪出拱坝在荷载作用下的破坏位置,实现破坏过程追踪的自适应。最后以某拱坝为例,对裂缝位置和裂缝扩展过程进行了描述。结果表明,本文自适应剖分后的单元规整,计算精度高,稳定性好,可应用于研究拱坝的坝踵应力以及破坏过程研究。     

三维非稳定温度场的p型自适应有限元分析

 自适应是降低有限元计算结果对网格依赖性的有效途径,基于p型有限元法建立了三维非稳定温度场的自适应分析方法,自适应的策略采用单元升阶法,误差估计方法取温度的高阶计算值作为精确解的“最佳估计”。通过三维混凝土板算例,研究了绝热温升和放热系数、模型尺寸、计算时步长度、边界温差对计算误差和单元阶次的影响。结果表明：在边界温差不大时,绝热温升比表面放热系数对计算误差影响更大;在高阶计算中小尺寸模型比大尺寸模型误差明显减小;计算时步长的变化反映了温度场的时间梯度,越大的时步长需越高的计算阶数;模型边界的温差变化表现了温度场的空间梯度,越大的边界温差需越高的计算阶数。     

改进的暂态稳定分布式并行仿真算法

针对基于支路分割和区域迭代的暂态稳定分布式并行算法的计算效率问题，根据电力系统机电暂态过程电气变量的响应特点和分布式协同计算实现过程中子系统间的信息交接特点，提出了改善暂态稳定仿真分布式计算效率的积分步初值估计法和积分步内交接变量修正调节法。应用1 000母线200机系统算例，在暂态稳定虚拟并行计算平台VAPPTSSP上对改进算法进行了验证。改进算法降低了系统计算收敛交接变量的必要通信频度，改善了数值仿真系统的迭代收敛特性，在较大程度上提高了暂态稳定分布式并行计算的效率。     

一种模糊变步长自适应谐波检测算法

电力有源滤波器的成功应用依赖于精确的谐波电流检测技术。基于自适应干扰对消理论，提出一种基于模糊变步长推理的最小均方差（LMS）自适应谐波检测算法。通过分析影响LMS自适应谐波算法性能的不利因素，选取均方误差变化量和输入输出信号相关函数作为参量，建立模糊推理系统，自适应地调节算法的步长，实现谐波检测过程中，既能保证较快的动态响应速度和对噪声干扰的抑制，又能保持较高的检测精度，并通过计算机仿真及物理实验验证了该算法的有效性和可行性。     

电力系统输电能力研究中PV曲线的求取

针对大型电力系统输电能力计算问题，提出了一种改进的PV曲线求取方法，它较好地考虑了受电侧负荷增长方式与发电侧发电机功率调度方式。在追踪PV曲线的过程中，改进的局部参数化方法被用于消除功率传输极限点附近潮流方程的病态现象。所提出的电压定步长下降控制思想提高了曲线的追踪效率，实现了自适应步长控制。500母线系统的计算证实了该方法的有效性。     

基于MacCormack格式的变网格瞬变流模拟

输水工程中的水锤现象是设计和运行部门极为关注的问题,数值模拟是管路系统中水锤压力预测和控制的重要环节。为了对变特性管路系统的水锤进行数值模拟,建立了基于MacCormack格式的变空间步长的水锤计算模型(V-MCS)。通过与经典的Method of Characteristics(MOC)方法及固定步长的MacCormack(MTMS)方法模拟结果的对比,对V-MCS方法进行了验证。采用V-MCS方法模拟了变特性管路系统中的水锤过程,获得了管道压力与流量波动过程以及全线极值压力分布情况。结果表明,在变特性管路系统中,V-MCS方法可以有效地对复杂管路水锤现象进行模拟。该方法在空间网格划分上更为灵活,可根据计算需求对管道各个区域选取不等的空间步长,能在一定程度上减少计算断面数量,在不改变管路固有波速的情况下可实现对复杂管路系统的同步水锤模拟。     

基于人工神经网络的岩体结构面分组方法研究

结构面分组是进行岩体结构面模拟的重要环节,将人工神经网络技术运用于结构面的分组中,是一种新的尝试。介绍了运用SOFM神经网络进行结构面分组的方法,并结合工程实例,对其应用效果进行了探讨,指出运用该法虽能达到对结构面进行智能分组的效果,但最后仍需对结果进行人工判断,特别是对高倾角的分组效果不理想,有待进一步改进完善。     

SIMULINK在水轮机调节系统仿真中的应用

在小波动范围内,建立了水轮机调节系统各部分的数学模型,采用SIMULINK仿真软件对水轮机调节系统在１％频率扰动和机组突减30%负荷情况下的动态特性进行了仿真分析。通过仿真,整定了水轮机调节系统空载频率扰动过程中,暂态转差系数bt=0.4,暂态反馈时间常数Td=2.95和负荷扰动过程中bt=0.5,Td=2.95的最佳调节参数,获得水轮机调节系统良好的快速性和稳定性。结果表明,利用SIMULINK仿真软件对水轮机调节系统进行仿真研究,方便、灵活。     

Effects of floc and bubble size on the efficiency of the dissolved air flotation (DAF) process.

Dissolved air flotation (DAF) is a method for removing particles from water using micro bubbles instead of settlement. The process has proved to be successful and, since the 1960s, accepted as an alternative to the conventional sedimentation process for water and wastewater treatment. However, limited research into the process, especially the fundamental characteristics of bubbles and particles, has been carried out. The single collector collision model is not capable of determining the effects of particular characteristics, such as the size and surface charge of bubbles and particles. Han has published a set of modeling results after calculating the collision efficiency between bubbles and particles by trajectory analysis. His major conclusion was that collision efficiency is maximum when the bubbles and particles are nearly the same size but have opposite charge. However, experimental verification of this conclusion has not been carried out yet. This paper describes a new method for measuring the size of particles and bubbles developed using computational image analysis. DAF efficiency is influenced by the effect of the recycle ratio on various average floc sizes. The larger the recycle ratio, the higher the DAF efficiency at the same pressure and particle size. The treatment efficiency is also affected by the saturation pressure, because the bubble size and bubble volume concentration are controlled by the pressure. The highest efficiency is obtained when the floc size is larger than the bubble size. These results, namely that the highest collision efficiency occurs when the particles and bubbles are about the same size, are more in accordance with the trajectory model than with the white water collector model, which implies that the larger the particles, the higher is the collision efficiency.     

耦合KL理论与调度特征的大规模水电站群优化调度降维方法

大规模水电站群优化调度计算效率是水电及电力系统运行面临的最棘手问题之一,是突破超百座水电站高维复杂系统求解的理论和技术障碍。本文提出一种耦合KL理论与调度特征的水电优化调度降维方法,通过对水电站群长系列调度样本进行主成分分析,识别调度过程中的库水位变化特征值与其对应的特征函数,采用KL理论将库水位描述为多个水位变化特征项的组合函数,引入Kullback-Leibler散度以根据问题特点确定调度特征项随机系数的概率分布及初始值;构建了两阶段逐步迭代寻优策略,通过动态搜索水位特征项的随机系数实现大规模水电站群优化调度的高效求解。提出的方法以云南电网超百座水电站群调度问题进行了验证,通过不同算例对方法的有效性、高效性、随机系数概率分布和参数敏感性进行了分析,与经典动态规划及其改进算法相比,KL方法在有效保持结果精度的条件下显著提高了计算效率。     

Reservoir Operation Using a Dynamic Programming Fuzzy Rule–Based Approach

A dynamic programming fuzzy rule–based (DPFRB) model for optimal operation of reservoirs system is presented in this paper. In the first step, a deterministic dynamic programming (DP) model is used to develop the optimal set of inflows, storage volumes, and reservoir releases. These optimal values are then used as inputs to a fuzzy rule–based (FRB) model to establish the general operating policies in the second step. Subsequently, the operating policies are evaluated in a simulation model. During the simulation step, the parameters of the FRB model are optimized after which the algorithm gets back to the second step in a feedback loop to establish the new set of operating rules using the optimized parameters. This iterative approach improves the value of the performance function of the simulation model and continues until the satisfaction of predetermined stopping criteria. This method results in deriving the operating policies, which are robust against the uncertainty of inflows. These policies are derived by using long-term synthetic inflows and an objective function that minimizes its variance. The DPFRB performance is tested and compared to a model, which uses the commonly used multiple regression–based operating rules. Results show that the DPFRB performs well in terms of satisfying the system target performances and computational requirements.     

基于VB二次开发技术的混凝土坝浇筑仿真模型构建

鉴于AutoCAD的强大建模功能并具有二次开发接口,将AutoCAD与仿真系统相结合,运用可视化建模与参数化建模方法建立具备扩展属性的三维实体静态模型和坝体自动剖分的动态模型,增强了系统模型精确性,提高了仿真模拟的效率。利用VB.NET进行了混凝土坝浇筑仿真模型系统的开发,并将其应用到某工程,验证了该系统的有效性。     

基于多重网格的地表水文与二维水动力动态双向耦合模型研究

针对流域洪涝模拟模型的计算精度、格式稳定性及计算效率等问题,本文提出基于多重网格技术的地表水文与二维水动力动态双向耦合模型(M-DBCM)。地表水文模型采用非线性水库法模拟降雨产流和径流;二维水动力模型采用浅水方程模拟洪水演进过程。采用不同分辨率的网格划分计算区域,在粗网格区域采用地表水文模型模拟降雨径流过程;在细网格区域采用二维水动力模型模拟洪涝积水区的水流运动。地表水文和二维水动力模型通过内部耦合移动界面(Coupling Moving Interface, CMI)实现无缝连接,保证通过CMI的水量和动量等通量守恒,提高模型的模拟精度。采用时间显式格式同时求解地表水文和水动力模型,在不同区域采用不同的计算时间步长,以提高模型的计算效率。通过典型案例验证本文构建的耦合模型的性能,结果表明本文提出的动态双向耦合模型能够在保证模拟精度的同时提高计算效率。     

基于统一场景的重力坝极端动力灾害链传递混合模拟方法

针对水电工程多灾害耦合效应连续模拟数据传递困难且缺乏全过程顺次模拟工具等问题,结合灾害链传递过程中的关键节点及参数,提出了多种数值模拟工具和物理引擎耦合的动力灾害链传递混合模拟方法。该方法采用数值模拟工具得到结构强度、变形等物理场及破坏模式,通过二次开发将物理场变量及结构破坏模式映射进入物理引擎,基于计算流体力学方法和物理引擎模拟方法顺次混合模拟结构损毁后的块体运动、库水下泄和洪水演进过程,从而实现极端动力灾害链传递的全过程模拟。某重力坝枢纽极端爆炸毁伤事故动力灾害链传递验证结果表明,该方法克服了单一数值模拟工具的局限性,实现了从原生灾害的结构响应到次生灾害演进全过程的集成一体化仿真预演,在计算精度和效率方面均达到工程应用尺度上较为理想的效果。