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基于小波包变换与深度学习的超短期光伏功率预测

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太阳能学报 2024年第5期45卷 537-546页

作者：刘源延孔小兵马乐乐刘向杰华北电力大学控制与计算机工程学院北京102206

针对光伏功率序列的复杂多变特征,提出一种基于小波包变换(WPT)的门控循环单元(GRU)光伏功率组合预测方法。首先通过相关性分析挑选重要气象因子,并利用WPT将原始光伏功率序列分解为一组子序列;然后,提出一种基于莱维飞行天牛须搜索算法... 详细信息

针对光伏功率序列的复杂多变特征,提出一种基于小波包变换(WPT)的门控循环单元(GRU)光伏功率组合预测方法。首先通过相关性分析挑选重要气象因子,并利用WPT将原始光伏功率序列分解为一组子序列;然后,提出一种基于莱维飞行天牛须搜索算法(LFBAS)的相似日选择方法,以选择相似于预测日的历史日作为输入数据集;最后,建立一组基于GRU网络的深度学习光伏功率预测模型,将每个子序列预测结果叠加得到光伏功率最终预测结果。仿真结果表明,该文所提出的预测方法在预测精度和计算效率方面具有显著优势。

关键词：光伏发电功率预测小波包变换相似日门控循环单元天牛须搜索算法

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风电场分布式经济模型预测控制

中国科学：信息科学 2024年第9期54卷 2200-2223页

作者：孔小兵王文文刘向杰华北电力大学新能源电力系统全国重点实验室北京102206 西安西电电力系统有限公司西安710065

随着风电场规模的不断扩大,尾流效应导致场内下游风机发电功率降低和疲劳载荷加剧问题日益严重.为了降低风电场运营成本,提高动态经济性能,本文提出了一种风电场分层控制结构.在上层通过优化全场风机的诱导因子实现当前风向下的全场最... 详细信息

随着风电场规模的不断扩大,尾流效应导致场内下游风机发电功率降低和疲劳载荷加剧问题日益严重.为了降低风电场运营成本,提高动态经济性能,本文提出了一种风电场分层控制结构.在上层通过优化全场风机的诱导因子实现当前风向下的全场最大风能捕获,为下层本地控制提供各机组的最佳降载跟踪功率基准.在下层采用基于终端区域约束的稳定分布式经济模型预测控制策略对各风机实施本地控制,在保证满足电网负荷需求的同时有效降低机组的疲劳载荷,提高风电场的动态经济性.最后,通过SimWindFarm软件对由9台风机组成的风电场进行仿真实验,验证了风向变化、阶跃风速扰动和湍流风速扰动3种情况下所设计控制策略的有效性.

关键词：风电场控制尾流效应疲劳载荷分布式经济模型预测控制凸序列规划

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基于最大重叠离散小波变换和深度学习的光伏功率预测

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太阳能学报 2024年第5期45卷 576-583页

作者：马乐乐孔小兵郭磊刘源延刘向杰华北电力大学控制与计算机工程学院北京102206

针对光伏功率时间序列的非平稳特性,提出一种基于最大重叠离散小波变换(MODWT)和长短期记忆网络(LSTM)的光伏功率组合预测模型。利用皮尔逊相关系数确定影响光伏功率的重要气象因素,基于MODWT算法对历史光伏功率序列进行分解,将选取的... 详细信息

针对光伏功率时间序列的非平稳特性,提出一种基于最大重叠离散小波变换(MODWT)和长短期记忆网络(LSTM)的光伏功率组合预测模型。利用皮尔逊相关系数确定影响光伏功率的重要气象因素,基于MODWT算法对历史光伏功率序列进行分解,将选取的气象因素与分解得到的平稳子序列共同构成各个LSTM网络输入,通过汇总重构每个LSTM网络的子序列预测结果得到最终的光伏功率预测结果。从理论层面分析所建立的MODWT算法的完全重构性,并基于李雅普诺夫稳定性定理推导保证预测网络收敛的学习率范围。仿真对比结果显示,所提出的光伏功率预测模型在预测精度和鲁棒性方面具有明显优势。

关键词：光伏功率预测长短期记忆网络非平稳时间序列分解预测网络收敛性

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稀疏型逆变器驱动SPMSM的高效有限集模型预测控制

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控制工程 2024年

作者：刘向杰潘继良马乐乐孔小兵华北电力大学控制与计算机工程学院

有限集模型预测控制(finite control set model predictive control， FCS-MPC)是提高永磁同步电机驱动性能和效率的一种重要技术手段。与单步FCS-MPC相比，多步FCS-MPC可以缓解观测噪声引起的激烈控制，并降低开关损耗，但是也存在计... 详细信息

有限集模型预测控制(finite control set model predictive control， FCS-MPC)是提高永磁同步电机驱动性能和效率的一种重要技术手段。与单步FCS-MPC相比，多步FCS-MPC可以缓解观测噪声引起的激烈控制，并降低开关损耗，但是也存在计算负担重和无感驱动时观测噪声大、范围窄、响应慢等问题。为此，采用虚拟矢量合成技术处理稀疏型逆变器的开关状态约束，保障球型译码算法的高效求解，并利用自适应滑模、滤波算法的宽速域和高带宽观测能力支持FCS-MPC的高频控制特性，提出一种针对三电平稀疏型中点钳位逆变器驱动无感永磁同步电机的高效控制策略。仿真结果表明，该策略能够有效消除稀疏型逆变器开关状态约束对球型译码算法影响的同时，调节滑模增益和滤波中心频率以抑制观测抖振与滤波相移，实现电机在中高速域的转速高效控制与估计。

关键词：永磁同步电机有限集模型预测控制三电平稀疏型中点箝位逆变器球型译码算法无位置传感器控制

基于Q学习的超超临界机组协调系统模型预测控制研究

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电力科学与工程 2024年第5期40卷 19-27页

作者：张家玮孔小兵李刚吴智泉张新李盈盈华北电力大学控制与计算机工程学院北京102206 华北电力大学计算机系河北保定071003 复杂能源系统智能计算教育部工程研究中心(华北电力大学) 河北保定071003 国家电投集团云南国际电力投资有限公司云南昆明650032 国家电投集团科学技术研究院新能源技术研究所北京102211

超超临界机组具有多输入多输出、非线性严重、耦合强、时滞大的特点,其控制系统的设计要求是在保证系统稳定运行的同时,最大限度地提高机组的热效率和功率输出、快速准确地调节机组负荷、确保机组主蒸汽压力和温度在允许范围。通过调整... 详细信息

超超临界机组具有多输入多输出、非线性严重、耦合强、时滞大的特点,其控制系统的设计要求是在保证系统稳定运行的同时,最大限度地提高机组的热效率和功率输出、快速准确地调节机组负荷、确保机组主蒸汽压力和温度在允许范围。通过调整系统模型以及阶段成本,进而获取最优策略。选取强化学习中的Q学习方法。将参数化模型预测控制作为Q学习中的一种新型函数逼近器,通过调整模型预测控制的参数来获取近似最优闭环控制策略以及最优的值函数。将该方法应用到1 GW超超临界锅炉汽轮机协调系统的控制中。在升负荷以及小范围升负荷变化情况下进行仿真。仿真结果表明,与传统模型预测控制方法对比,该方法可以在满足约束的情况下使系统输出值更加准确地到达设定值。

关键词：模型预测控制 Q学习协调控制超超临界机组协调系统

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双馈风力发电机非线性模型预测控制

自动化学报 2013年第5期39卷 636-643页

作者：孔小兵刘向杰华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206

在现代风力发电厂中,需对双馈式风力发电机(Doubly fed induction generator,DFIG)进行有效控制来确保高效率和高负荷跟踪能力.风力发电厂包含很多不确定因素和非线性因素,传统的线性控制器往往难以奏效.本文针对双馈式风力发电机的功... 详细信息

在现代风力发电厂中,需对双馈式风力发电机(Doubly fed induction generator,DFIG)进行有效控制来确保高效率和高负荷跟踪能力.风力发电厂包含很多不确定因素和非线性因素,传统的线性控制器往往难以奏效.本文针对双馈式风力发电机的功率控制提出了一种非线性模型预测控制方法.文中的目标函数考虑了现实约束下的经济因素和设定值跟踪能力,同时降低机组磨损和机械疲劳.预测值可基于输入输出反馈线性化(Input-output feedback linearization,IOFL)策略来计算.仿真实验结果验证了所构造的非线性模型预测控制器的有效性.

关键词：双馈发电机输入输出反馈线性化预测控制

基于输入输出线性化的连续系统非线性模型预测控制

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控制理论与应用 2012年第2期29卷 217-224页

作者：孔小兵刘向杰华北电力大学控制与计算工程学院北京102206

非线性约束预测控制关键是求得可行性优化解.输入输出反馈线性化是非线性控制一种常用的方法,其系统的初始线性输入约束转化成非线性基于状态的约束,因而无法采用常规的二次规划(QP)求解优化问题.针对连续状态空间模型系统,本文提出迭... 详细信息

非线性约束预测控制关键是求得可行性优化解.输入输出反馈线性化是非线性控制一种常用的方法,其系统的初始线性输入约束转化成非线性基于状态的约束,因而无法采用常规的二次规划(QP)求解优化问题.针对连续状态空间模型系统,本文提出迭代二次规划方法来寻求非线性优化解.为了保证算法的收敛性,系统加入另外一种迭代算法来保证其在整个预测时域上能得到可行解.仿真控制结果表明了该方法的有效性.

关键词：非线性预测控制连续系统输入输出反馈线性化

电力工业复杂系统模型预测控制——现状与发展

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中国电机工程学报 2013年第5期33卷 79-85+14页

作者：刘向杰孔小兵新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)

模型预测控制是一种优化控制算法,其突出优点在于控制算法嵌入显式过程模型并且直接考虑被控过程的输入、状态和输出的约束条件,近年来成为电力工业复杂系统研究的热点。该文全面综述了模型预测控制在电力生产过程和电力系统自动发电控... 详细信息

模型预测控制是一种优化控制算法,其突出优点在于控制算法嵌入显式过程模型并且直接考虑被控过程的输入、状态和输出的约束条件,近年来成为电力工业复杂系统研究的热点。该文全面综述了模型预测控制在电力生产过程和电力系统自动发电控制中的应用现状。在电力生产过程控制中,模型预测控制可实现子系统的节能控制,也可实现机炉协调控制以满足约束条件下跟踪负荷需求。监督预测控制可实现厂级优化控制。在电力系统自动发电控制中,模型预测控制可满足发电机变化率约束,减少机组疲劳和磨损,符合CPS标准。最后阐述了理论与应用方面有待进一步研究的几个主要问题。

关键词：模型预测控制电力生产过程电厂控制负荷频率控制

集装箱船纵骨端部焊趾处表面裂纹应力强度因子计算

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中国造船 2016年第2期57卷 67-77页

作者：孔小兵黄小平罗盼上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

纵骨端部是集装箱船疲劳强度校核的关键节点。采用有限元软件ANSYS模拟纵骨端部焊趾处的表面裂纹,提出了考虑裂纹深度与板厚比a/B、裂纹的形状比a/c、裂纹长度与扶强材两侧焊缝焊趾间的长度比2c/L及扶强材宽度d影响的纵骨端部焊趾处表... 详细信息

纵骨端部是集装箱船疲劳强度校核的关键节点。采用有限元软件ANSYS模拟纵骨端部焊趾处的表面裂纹,提出了考虑裂纹深度与板厚比a/B、裂纹的形状比a/c、裂纹长度与扶强材两侧焊缝焊趾间的长度比2c/L及扶强材宽度d影响的纵骨端部焊趾处表面裂纹应力强度因子计算的基本经验公式。各种纵骨端部节点形式多样,对所有节点形式进行归类,分析各类节点形式的特点及其对应力强度因子的影响。各类节点焊趾处表面裂纹的应力强度因子可通过在基本经验公式上增加相应的修正项得到,可以为集装箱船纵骨端部的疲劳强度校核提供参考。

关键词：纵骨端部表面裂纹应力强度因子集装箱船