数据与模型驱动在输电杆塔风致灾损预测中的应用对比分析

应对气候变化带来的电网灾损是保障新型电力系统安全运行的关键之一。该文以输电杆塔风致灾损预测为出发点,对现有两类主流方法——数据驱动与模型驱动进行对比分析。在数据驱动方面,基于多源异构数据构建样本集,利用随机森林算法对输电杆塔风致灾损概率进行预测。在模型驱动方面,将输电线路与杆塔构成的塔线系统进行建模分析,利用设备应力强度与风荷载相关关系求取杆塔损毁概率。最后,通过台风“彩虹”下我国沿海某地区案例,对两类方法的预测结果进行对比,结果表明,模型驱动方法的预测精度较高,但建模复杂度较高,难以大范围广域应用;而数据驱动方法建模复杂度较低,计算效率高,同时具有较高预测精度,可为生产实际提供指导。随着数字化、信息化及智能化等技术普及,数据驱动方法因其建模复杂度低等特点,将会在未来科学应对电网灾害中发挥关键作用。     

不同拓扑柔性直流配电系统过电流理论计算方法适用范围

柔性直流配电系统是接入新能源、促进分布式能源发展的重要技术手段,其过电流计算是限流方案设计、设备选型、保护策略等的研究基础。具有普适性的精确理论计算方法可以简化和指导过电流的大量电磁暂态仿真。因此,文中开展了放射状和环状柔性直流配电系统极间短路故障下典型过电流理论计算方法的误差原因、影响因素和适用范围的系统性分析。首先,分别分析放射状柔性直流配电系统中过电流的解析计算方法和环状柔性直流配电系统中过电流的数值计算方法,提出了理论计算方法产生误差的根本原因是线路模型误差和公共线路耦合等。然后,在不同拓扑结构下,分析限流电抗器、线路型式及线路长度等因素对过电流理论计算误差的影响。最后,针对不同工况,提出了不同拓扑结构的柔性直流配电系统过电流理论计算方法的适用范围。     

HVDC送端交流系统故障暂态过电压评估指标

特高压直流输电系统直流闭锁故障及交流系统短路故障引起的暂态过电压,对系统稳定性造成严重冲击。量化评估交直流系统暂态性能指标,对确定交直流电力系统规划设计和调度运行具有指导意义。对交流系统暂态过电压机理进行分析,推导出基于无功补偿和短路比的暂态过电压计算方法,基于系统短路比与补偿电容和交流滤波器参数的比值定义了暂态电压评估指标R_r。研究表明,随着该暂态电压评估指标R_r减小,系统故障后送端换流母线暂态电压升高,受端也会发生不同程度的换相失败。最后,基于国际大电网会议直流标准测试系统,验证了所提指标的有效性。     

基于GIM模型的输电线路通道隐患快速检测

为解决现有输电线路电网信息模型(grid information model, GIM)通道隐患检测方法检测效率低、优化算法存在漏检的问题,提出一种基于等线长点集化和球体包含原理的通道隐患快速检测方法。首先,采用等线长间隔采样方式将导线由空间曲线转化为离散点集,使离散点集在电力线上均匀分布以解决传统等水平间隔采样方式离散点集分布不均匀、特殊档精度较差问题;其次,在地物点到电力线离散点最近距离计算过程中引入球体包含原理对地物点隐患可能进行判断,对不存在隐患可能的地物点跳过邻近点搜索计算,实现通道隐患快速检测。实验表明,该方法在导线点集化方面,对于普通档、特殊档均能保证采样点均匀分布,在线长间隔为10 cm的情况下将最近点的定位误差始终控制在5 cm以内;在检测效率方面,在保证检测精度的前提下将隐患检测耗时优化为传统逐点检测耗时的6.9%,具有较强的实际应用价值。     

包络微分算子增强直流故障电弧特征及其半监督式辨识方法北大核心CSCD

针对生弧材料弱化故障电弧特征和监督式学习方法依赖于大量标记数据的问题,提出了包络微分算子增强故障电弧特征,并采用半监督学习模型融合该特征辨识直流故障电弧和生弧材料的方法。首先依据UL 1699B搭建直流故障电弧实验平台,采集了铝、黄铜、不锈钢、石墨铸铁以及球墨铸铁常见电力设备材料下的故障电弧信号,再采用包络微分算子增强电弧小波特征,有效提升了多生弧材料条件下的故障电弧特征显著性。然后通过K⁃Means算法进行离群点检测,有效降低了同种生弧材料的特征波动。最后通过采用半监督学习算法MixMatch改进长短期记忆网络(long short⁃term memory,LSTM)模型,实验结果验证了该模型可在有限故障数据条件下获得比现有监督式学习模型更高的故障电弧和生弧材料辨识性能,为直流故障电弧精准运维提供了可行的技术手段。     

风-浪-流激励下海上风电半潜平台-脐带缆动力特性分析

随着海上风电的迅速发展,海上风电机组呈现向深远海地区投放趋势。脐带缆作为电力传输的关键组件,在安装与工作时常年受到海流、波浪等载荷作用,为保证脐带缆能在生命周期内安全运行,需对其动力学特性进行详细分析。现有研究多关注脐带缆在波浪载荷作用下的动力学分析,鲜少涉及风、浪、流三相耦合及脐带缆与平台相互作用下脐带缆的动力学特性。为此,对近海地区200 m水深海上风电半潜平台脐带缆动力学特性进行研究,模拟近海海域情况,设计脐带缆结构及参数并建立半潜式海上风电平台、脐带缆模型,通过AQWA软件模拟不同海浪频率。风、浪、流同向作用时的极限海况下,半潜平台及脐带缆的响应情况,得到在随机波浪载荷及风、流载荷的作用下脐带缆的动力学参数。     

盆架状压电宏微平面作动器半解析性理论建模

为丰富宏微平面运动装置形式,该文提出了盆架状压电作动器。设定盆架状结构的一阶面内对称弯振模态和二阶反对称纵振模态为工作模态,利用粘附于盆架状作动器表面的压电陶瓷激发工作模态振动,迫使驱动足同时沿xOz、yOz面做椭圆轨迹行进以推动移动体。根据传递阵力学原理,构造作动器各单元的振动传递方程,在确定各单元间连接与传递条件及作动器压电边界条件基础上,建立了作动器的半解析性机电耦合传递矩阵模型,编制了模型的解算程序。建立作动器的多目标优化数学模型,求得其优化结构尺寸。为印证半解析理论模型,还构建了作动器的机电耦合有限元数值模型。传递阵模型与数值模型解得的作动器工作模态频率差分别为177 Hz和191 Hz,求取驱动足在x、y、z向的振幅分别为2.95μm、3.27μm、1.37μm及3.12μm、3.61μm、1.82μm,表明了半解析模型的有效性。结果表明,该文提出的结构设计与驱动原理相结合的作动器分析方式,为优化压电作动器性能开启了新思路。     

SiC MOSFET单粒子漏电退化的影响因素

高压功率器件是未来航天器进一步发展的关键,对SiC金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)等高压大功率器件的抗辐射研究亟待突破。在不同偏置条件下对器件的单粒子效应(SEE)进行实验,结果表明,SiC MOSFET单粒子漏电退化效应与漏源电压、离子注量以及反向栅源电压呈正相关。为进一步研究SiC MOSFET单粒子效应机理,结合实验数据进行TCAD仿真,发现器件发生单粒子效应时存在两种失效模式,第一种失效模式与Si基MOSFET类似,而第二种失效模式与SiC器件的特有结构密切相关,容易形成更高的分布电压,导致栅氧化层烧毁失效。该结果为抗辐照加固器件的研究提供了理论支撑。     

多无人机编队半实物仿真系统开发与应用

针对多无人机编队飞行试验的需求,文中开发一种半实物仿真系统,用以开展多机编队飞行的半实物仿真试验,并对编队功能和性能进行试验验证。根据无人机系统的组成和硬件配置,设计并构建半实物仿真系统的架构。针对机载传感器的接口类型完成仿真系统的硬件选型,并设计仿真电缆。基于被试无人机的气动参数和发动机参数,建立无人机的Simulink六自由度实时仿真模型,并开发部署相应的仿真环境和仿真软件。基于该仿真系统,进行8架无人机编队飞行的半实物仿真试验。试验结果表明,参试的8架无人机能够实现编队飞行的功能,并根据给定的不同队形的指令进行队形变换和保持。所设计系统不仅能在飞行试验前进行编队仿真验证和测试,还能对地面操作手进行飞行试验前的模拟训练。     

基于亮度温度模型的多光谱真温反演算法研究

针对传统的非接触式真温反演算法存在反演速度慢和精度低等问题,提出新的基于亮度温度模型的约束真温反演算法(constrained true temperature inversion algorithm,CTTIA)。 在建模过程中,发现发射率和亮度温度存在内在联系:由亮度温度到发射率的普适规律和由发射率到亮度温度的普适规律。通过仿真实验发现当发射率的样本数量巨大时,CTTIA不但可以为实验提供理论指导,还可大大提升发射率样本的选取效率。在1 800 ℃和2 000 ℃两个温度点下建立9个波长通道对被测目标进行测量计算。结果表明,CTTIA与二次测量算法 (second measurement method,SMM) 相比,精度基本相同,反演时间最高节约了82%。说明该方法的研究是非常关键且重要的,是很有研究价值的。