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多直流送端电网闭锁动态过电压分析与计算方法

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中国电机工程学报 2024年第11期44卷 4181-4192,I0002页

作者：廖圣文甘德强摆世彬田志浩刘刚李桐浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027 国网宁夏电力有限公司宁夏回族自治区银川市750001

随着直流建设规模扩大,能源中心将逐渐形成多直流外送的送端电网。针对多直流送端闭锁过电压问题,该文结合奇异摄动理论阐释直流闭锁动态过电压的双时标机理,指出同步机对电压上升的关键作用。据此,该文提出分析闭锁期间过电压的交直流... 详细信息

随着直流建设规模扩大,能源中心将逐渐形成多直流外送的送端电网。针对多直流送端闭锁过电压问题,该文结合奇异摄动理论阐释直流闭锁动态过电压的双时标机理,指出同步机对电压上升的关键作用。据此,该文提出分析闭锁期间过电压的交直流慢系统模型,同时给出直流在过电压上升阶段的等效静态负荷模型。闭锁期间主导电压动态上升的系统被证明是单调系统,结合单调系统理论,揭示过电压关于发电机相关动态参数的保序性质。最后提出动态上升过电压的快速解析解耦计算方法。通过宁夏多直流送端电网算例验证分析结果与计算方法的准确性。

关键词：多直流送端系统直流闭锁过电压奇异摄动单调系统理论

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适用于送端系统电压稳定分析的换相失败期间直流过电流解析计算与分析方法

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中国电机工程学报 2023年

作者：廖圣文甘德强摆世彬刘刚李桐浙江大学电气工程学院国网宁夏电力有限公司

换相失败期间直流电流大幅上升，引发大量无功消耗，对设备安全及送端电压稳定造成威胁。当前对换相失败期间过电流问题关注不足，本文建立了适用于送端系统电压稳定分析的换相失败过电流机电暂态模型，从快速计算，影响因素等角度展开... 详细信息

换相失败期间直流电流大幅上升，引发大量无功消耗，对设备安全及送端电压稳定造成威胁。当前对换相失败期间过电流问题关注不足，本文建立了适用于送端系统电压稳定分析的换相失败过电流机电暂态模型，从快速计算，影响因素等角度展开分析。首先本文指出低压限流测量环节在定量计算时不可忽略。其次推导了换流母线电压与直流电流的近似线性关系，进一步结合奇异摄动建立了分析过电流的代数解耦二阶模型。基于梯形积分法则，本文提出了过电流峰值快速估算方法。结合相图分析了控制参数与电网结构对过电流与送端电压的影响。最后，文章初步探究了换相失败过电流可能引发的送端电压无解失稳问题。分析结果与快速估算方法经算例分析得到验证。

关键词：换相失败过电流奇异摄动快速计算相图电压稳定

基于单调系统理论的光伏并网系统暂态电压稳定性分析

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电力系统自动化 2023年第3期47卷 19-29页

作者：王波朱晓杰李振垚甘德强廖圣文贺旭国网浙江省电力有限公司宁波供电公司浙江省宁波市315000 浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

随着新能源机组大量并网,现代电力系统电压稳定问题日益突出,亟需有效的电压稳定分析方法。基于单调系统理论,对光伏并网的电力系统电压稳定性进行了分析。通过模块化求导方法,证明了电力系统暂态电势子系统的雅可比矩阵符号特性满足互... 详细信息

随着新能源机组大量并网,现代电力系统电压稳定问题日益突出,亟需有效的电压稳定分析方法。基于单调系统理论,对光伏并网的电力系统电压稳定性进行了分析。通过模块化求导方法,证明了电力系统暂态电势子系统的雅可比矩阵符号特性满足互联单调系统条件,进而基于互联单调系统小增益定理对电力系统暂态电势子系统进行稳定性分析,并采用增益函数雅可比矩阵谱半径作为系统平衡点渐近稳定性的判据。借助特殊矩阵论,量化分析了部分电网参数对增益函数雅可比矩阵谱半径的影响,以此作为变流器控制参数设置的理论依据。在10机39节点系统中对上述结论进行了验证。仿真算例结果表明运行在单位功率因数下的跟网型变流器会增加谱半径对同步发电机参数的灵敏度,并导致系统鲁棒性变差;构网型变流器的无功功率-电压下垂系数的增加和出口电抗的减小能够增强系统的电压稳定性。

关键词：光伏发电电压稳定单调系统小增益定理

含光伏电网的电压–无功雅可比矩阵结构特征及电压稳定性分析

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中国电机工程学报 2023年第5期43卷 1719-1729页

作者：郝文清黄志光陆建宇周毅廖圣文王雪一陈民权甘德强浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027 国家电网有限公司华东分部上海市浦东新区200120

该文推导出含光伏电网的电压-无功雅可比矩阵,发现存在特定结构特征,进一步结合特殊矩阵理论,分析光伏机组接入后的电网电压稳定特性。相关解析结果表明,单节点的电压-无功灵敏度与广义短路容量的倒数相一致,而多节点的电压-无功雅可比... 详细信息

该文推导出含光伏电网的电压-无功雅可比矩阵,发现存在特定结构特征,进一步结合特殊矩阵理论,分析光伏机组接入后的电网电压稳定特性。相关解析结果表明,单节点的电压-无功灵敏度与广义短路容量的倒数相一致,而多节点的电压-无功雅可比矩阵则与节点阻抗矩阵的虚部具有一致性。同时,借助矩阵论以及代数图论,明确电压-无功雅可比矩阵符号全正与分块对角占优,解释了现有工程认识:增加光伏机组无功出力,所有节点电压均会抬升,且对近区电压幅值的影响要远远大于远区。通过论证电压-无功雅可比矩阵元素值与电气距离之间的衰减关系,指出随着节点之间电气距离的增加,电压-无功的相互影响程度减弱。最后,结合实际电网算例结果验证该文理论分析的有效性。

关键词：光伏发电电压–无功雅可比矩阵电压稳定分块对角占优电气距离

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电力系统大干扰稳定性分析方法综述

南方电网技术 2020年第2期14卷 10-24页

作者：陈民权康卓然张谦廖圣文刘俊磊甘德强吴浩浙江大学电气工程学院杭州310027 广东电网有限责任公司广州510600

目前,我国电网呈现出多回大容量直流输送,大规模风光新能源发电的新形态。混联电网的复杂结构和元件新特性使得大干扰后交直流系统的稳定性面临严峻挑战。本文主要综述了大干扰稳定分析的研究进展,将大干扰稳定分析的研究方法分为了逐... 详细信息

目前,我国电网呈现出多回大容量直流输送,大规模风光新能源发电的新形态。混联电网的复杂结构和元件新特性使得大干扰后交直流系统的稳定性面临严峻挑战。本文主要综述了大干扰稳定分析的研究进展,将大干扰稳定分析的研究方法分为了逐步积分法、渐进展开法、数值逼近法、直接法和其他方法五大类,并展开介绍了几种常见大干扰稳定分析方法,对比不同方法各自的优势与不足,为未来混联电网大干扰稳定性分析的深入研究提供助力。

关键词：电力系统大干扰稳定性定性分析方法机电暂态

基于图神经网络的单细胞RNA测序数据聚类方法研究

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基于图神经网络的单细胞RNA测序数据聚类方法研究

作者：田圣文曲阜师范大学

学位级别：硕士

传统的测序方法主要侧重于研究由数百万细胞组成的群体,但忽视了不同细胞在特性上的变异以及稀有细胞在发育过程中的潜在重要性。单细胞RNA测序(single-cell RNA sequencing,scRNA-seq)技术能够使研究人员精确量化单个细胞的基因表达水... 详细信息

传统的测序方法主要侧重于研究由数百万细胞组成的群体,但忽视了不同细胞在特性上的变异以及稀有细胞在发育过程中的潜在重要性。单细胞RNA测序(single-cell RNA sequencing,scRNA-seq)技术能够使研究人员精确量化单个细胞的基因表达水平,可以有效地弥补传统测序方法的不足。近年来,单细胞RNA测序技术的快速进展已经使其成为探索细胞异质性和区分稀有细胞类型的强大工具,不仅在推进肿瘤细胞和免疫细胞研究方面发挥了重要作用,而且对疾病诊断和治疗效用也日益彰显。由此,研究人员在富集巨量单细胞基因表达谱数据的基础上,如何从海量scRNA-seq数据中挖掘出有价值的生物信息便成为当前研究的重要热点课题。在处理与分析单细胞RNA测序数据过程中,聚类并注释细胞类型是非常关键的挖掘步骤。尽管国内外研究人员已经开发了诸多分析单细胞RNA测序数据的模型与算法,但在数据预处理与聚类分析方面仍面临一系列挑战。首先,scRNA-seq数据对应的基因表达矩阵具有显著的高维度和稀疏性,相较于批量RNA测序数据,其噪声水平更高,数据处理难度更大。其次,受测序技术的限制或基因表达低丰度的影响,某些转录本可能无法被检测到,因而会导致假阴性错误,即所谓的“丢失事件”(dropoutevents)。另外,由于实验条件、试剂或仪器等因素的多样性,不同样本间可能存在变异性,由此引发批次效应,严重影响下游的数据分析。值得注意的是,细胞大小和细胞周期状态的变化也可能影响基因表达计数的准确性。为了解决scRNA-seq数据分析中所面临的高维度、高稀疏、丢失事件以及批次效应,本文基于图神经网络提出了 MSVGAE、scGCC和scAFGCC三种聚类模型。需要说明的是,三种模型先进行特征学习,并将学到特征用聚类算法进行聚类,因此将整个过程称为聚类任务,模型称为聚类模型。(1)基于图注意力网络(Graph Attention Networks,GAT)和多个变分图自编码器(Variational Graph AutoEncoder,VGAE)的聚类模型(MSVGAE)。模型采用多个编码器捕捉不同尺度的特征,从而有效滤除不相关特征的干扰。并融入不同的噪声到编码器之中,以有效传播图结构信息和分布不确定性,从而能够捕捉复杂的后验分布,具备了处理高维且稀疏scRNA-seq数据的显著优势。最后,将不同编码器学到的特征融合一起,利用K-means或HDBSCAN算法进行聚类。在24个模拟多种生物情境的数据集和8个真实世界的数据集上的聚类分析、数据可视化和标记基因分析实验结果表明,MSVGAE具有出色的准确性和稳健性。(2)基于自监督的图对比聚类模型(scGCC)。模型包括表示学习和聚类两个模块。表示学习模块首先采用余弦距离将基因表达谱转换为全局细胞关系图,然后通过子图采样并利用GAT对其进行训练,以学习低维且去噪的特征表示。引入GAT能使模型能够专注于细胞内在特性,从而提高聚类的准确性。利用图对比学习策略比较不同数据增强方法生成的视图,能使模型学习到更加稳定和鲁棒的特征表示。应用掩蔽基因表达、添加高斯噪声及交换邻居特征等五种数据增强方法,不仅有利于增加数据的多样性和减少过拟合,而且能进一步提高聚类的精确性和稳定性。聚类模块利用训练好的编码器对全局细胞关系图进行特征提取,使用HDBSCAN算法完成聚类。在14个真实世界scRNA-seq数据集上的广泛实验结果表明,scGCC在聚类任务中具有出色的准确性和稳健性,而且对批次效应消除、轨迹推断和标记基因分析等下游任务具备生物学有效性。(3)基于免数据增强的图对比聚类模型(scAFGCC)。模型结合图卷积网络(Graph Convolutional Networks,GCN)和对比学习策略,旨在深入挖掘细胞间的复杂关系,而无需进行数据增强和依赖负样本学习图的表示。scAFGCC通过探索目标节点的局部结构信息和全局语义信息自动生成正样本,避免了传统对比学习方法对负样本的依赖。将特征表示学习与聚类任务相结合,scAFGCC实现了端到端的训练。引入重建模块进行预训练,不但有助于加快模型训练速度,而且有效提升了模型性能。在24个模拟数据集和11个真实数据集上的多样性实验表明,scAFGCC在聚类任务的准确性和稳健性方面均优于Seurat、scVI和scziDesk等七种方法,对细胞注释和标记基因识别等下游任务亦具有一定优势。

关键词：单细胞转录组测序图神经网络聚类变分自编码器对比学习

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气冷微堆动态特性分析与稳态运行方案设计

核动力工程 2024年第1期45卷 139-144页

作者：邱磊磊范遂魏新宇廖圣勇孙培伟西安交通大学核科学与技术学院西安710049 中国核电工程有限公司北京100840

气冷微堆是一个高度集成的系统,所涉及的设备是高度耦合和相互约束的。文章通过理论推导,建立了5 MW气冷微堆的动态仿真模型,并分析了系统的动态特性,在此基础上提出了气冷微堆稳态运行方案设计方法。模型稳态计算结果与设计值的相对误... 详细信息

气冷微堆是一个高度集成的系统,所涉及的设备是高度耦合和相互约束的。文章通过理论推导,建立了5 MW气冷微堆的动态仿真模型,并分析了系统的动态特性,在此基础上提出了气冷微堆稳态运行方案设计方法。模型稳态计算结果与设计值的相对误差小于1%,瞬态计算结果与实验结果趋势一致,流量最大误差小于0.53 kg/s,压力最大误差小于0.027 MPa。稳态运行方案为:在50%FP~100%FP(FP为满负荷)负荷水平,随负荷的减小,反应堆出口氦气温度和转子转速保持不变;在0%FP~50%FP负荷水平,随负荷的减小,反应堆出口氦气温度和转速线性减小;在0%FP~100%FP负荷水平,预冷器和间冷器出口氦气温度不变。所提出的稳态运行方案保证了气冷微堆在大范围变工况时安全、稳定和高效地运行。

关键词：气冷微堆动态仿真模型动态特性稳态运行方案

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改进的语义分割模型及其应用

计算机工程与应用 2024年第2期60卷 337-343页

作者：王耀文程军圣杨宇湖南大学机械与运载工程学院长沙410082

训练语义分割网络模型需要较为繁琐的人工标注作为训练标签,同时语义分割模型在构建和运行过程中也存在超参数较难确定以及模型过于庞大等问题。为解决这类问题,提出了一种基于标注框生成热点图的标签生成方法,简化了语义分割训练标签... 详细信息

训练语义分割网络模型需要较为繁琐的人工标注作为训练标签,同时语义分割模型在构建和运行过程中也存在超参数较难确定以及模型过于庞大等问题。为解决这类问题,提出了一种基于标注框生成热点图的标签生成方法,简化了语义分割训练标签的人工标注过程。以及在可微分神经网络结构搜索方法的基础上提出了一种对硬件要求更低的神经网络结构搜索方法,并基于此种方法改进了特征金字塔结构,构建了一个改进的语义分割模型,并在安全帽与口罩检测数据集上进行了试验。与U-Net、FPN等模型比较,新的模型在参数量、计算速度以及精确度上都更有优势。

关键词：语义分割模型神经网络结构搜索特征金字塔结构安全帽与口罩检测

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电场条件下高盐溶液蒸发的分子动力学模拟

同济大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 437-445页

作者：吴志根吴少文颜子涵齐孝圣同济大学环境与科学工程学院上海200092 上海污染控制与生态安全研究院上海200092 上海理工大学能源与动力工程学院上海200092

已有研究表明,外加电场能显著改变纯水蒸发过程和蒸发速率。为了探究外加电场对高盐溶液微观结构和蒸发性质的影响,采用分子动力学模拟方法对纯水和LiCl、KCl和CaCl23种盐溶液在平行液面(x方向)和垂直液面方向(z方向)上布置外加电场来... 详细信息

已有研究表明,外加电场能显著改变纯水蒸发过程和蒸发速率。为了探究外加电场对高盐溶液微观结构和蒸发性质的影响,采用分子动力学模拟方法对纯水和LiCl、KCl和CaCl23种盐溶液在平行液面(x方向)和垂直液面方向(z方向)上布置外加电场来观察其蒸发过程。模拟计算分析了电场对蒸发速率、水分子取向、氢键以及水合离子的影响,并且观察比较了电场下不同离子在溶液中的运动。结果显示,与纯水相反,平行液面的电场能显著提高盐溶液中自由水分子的占比,当平行液面电场强度从0变为0.3 v·nm-1时,LiCl、KCl和CaCl2溶液中用于评价蒸发的自由水分子占比分别增加了48%,38%和56%,高盐溶液蒸发速率得到有效提高。

关键词：高盐溶液溶液蒸发分子动力学模拟气液界面电场