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Novel cyber-physical collaborative detection and localization method against dynamic load altering attacks in smart energy grids

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Global Energy Interconnection 2024年第3期7卷 362-376页

作者： Xinyu wang Xiangjie wang Xiaoyuan Luo Xinping Guan shuzheng wang School of Electrical Engineering Yanshan UniversityQinhuangdao066004P.R.China School of Electrical Engineering Jiangsu Collaborative Innovation Center for Smart Distribution NetworkNanjing636600P.R.China School of Electronic and Electrical Engineering Shanghai Jiaotong UniversityShanghai200240P.R.China

Owing to the integration of energy digitization and artificial intelligence technology,smart energy grids can realize the stable,efficient and clean operation of power ***,the emergence of cyber-physical attacks,such as dynamic load-altering attacks(DLAAs)has introduced great challenges to the security of smart energy ***,this study developed a novel cyber-physical collaborative security framework for DLAAs in smart energy *** proposed framework integrates attack prediction in the cyber layer with the detection and localization of attacks in the physical ***,a data-driven method was proposed to predict the DLAA sequence in the cyber *** designing a double radial basis function network,the influence of disturbances on attack prediction can be *** on the prediction results,an unknown input observer-based detection and localization method was further developed for the physical *** addition,an adaptive threshold was designed to replace the traditional precomputed threshold and improve the detection performance of the ***,through the collaborative work of the cyber-physics layer,injected DLAAs were effectively detected and *** with existing methodologies,the simulation results on IEEE 14-bus and 118-bus power systems verified the superiority of the proposed cyber-physical collaborative detection and localization against DLAAs.

关键词： Smart energy grids Cyber-physical system Dynamic load altering attacks Attack prediction Detection and localization

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考虑不同制氢方法的高速公路加氢站布局规划

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电力自动化设备 2024年第4期44卷 9-17页

作者：王书征单婷婷赵洋李沛林蒋宇南京工程学院电力工程学院江苏南京211167

针对高速公路加氢设施不完善的问题,提出一种基于改进自适应遗传算法的高速公路加氢站布局方法。根据高速公路特性及电子收费记录,建立高速公路网络和加氢判断模型。基于多层次-模糊综合评价方法,从经济性、环保性以及安全性角度,提供... 详细信息

针对高速公路加氢设施不完善的问题,提出一种基于改进自适应遗传算法的高速公路加氢站布局方法。根据高速公路特性及电子收费记录,建立高速公路网络和加氢判断模型。基于多层次-模糊综合评价方法,从经济性、环保性以及安全性角度,提供适合高速公路加氢站的制氢方法和制氢地点的组合。再结合分布式光伏的投入,以经济效益最优为目标,构建高速公路站外和站内制氢2组目标函数,利用改进自适应遗传算法分别进行优化布局和容量配置。以沈海高速(浙江段)作为研究对象进行分析,提供了不同制氢方法下加氢站布局方案及相关设施的容量配置,算例结果与模糊综合评价结果相互验证了模型的有效性。

关键词：氢燃料电池汽车加氢站规划高速公路模糊综合评价自适应遗传算法

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SiC DC/DC变换器电磁辐射干扰优化

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电源学报 2024年第2期22卷 431-437页

作者：羊岳彬李先允王书征南京工程学院电力工程学院南京211167

碳化硅SiC(silicon carbide)开关器件具有更快的开关速度与更高的工作频率,被广泛应用于DC/DC变流器。但是SiC器件的高工作频率会产生强烈的电磁辐射干扰,为了优化DC/DC变流器内部结构,实现更高的功率密度,提出一种SiC DC/DC变换器电磁... 详细信息

碳化硅SiC(silicon carbide)开关器件具有更快的开关速度与更高的工作频率,被广泛应用于DC/DC变流器。但是SiC器件的高工作频率会产生强烈的电磁辐射干扰,为了优化DC/DC变流器内部结构,实现更高的功率密度,提出一种SiC DC/DC变换器电磁辐射干扰的优化方法。文中首先分析了变流器的电磁辐射干扰源特性,根据DC/DC电路扑拓结构建立了空间电磁辐射模型,然后基于电磁辐射模型和模拟退火算法,对DC/DC变换器元件布局进行低电磁辐射优化,优化后的布局方案减少了60.2%的高频导线长度。最后,进行三维有限元仿真分析进行验证,所提出方法能优化SiC DC/DC变换电路布局,将敏感电路上产生的电场强度降低两个数量级。

关键词：碳化硅电磁辐射模拟退火算法有限元

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考虑电压-无功调节的台区互联装置规划方法

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电力工程技术 2024年第3期43卷 111-120页

作者：王书征赵洋李沛林单婷婷张金华南京工程学院电力工程学院江苏南京211167

伴随分布式能源广泛接入低压配电网,其对配电网运行灵活性和消纳能力的要求不断提高。利用低压柔性互联装置将独立运行的低压配电台区分区互联,避免传统电压调节和无功补偿装置频繁动作。考虑到柔性互联装置造价昂贵,协同传统电压-无功... 详细信息

伴随分布式能源广泛接入低压配电网,其对配电网运行灵活性和消纳能力的要求不断提高。利用低压柔性互联装置将独立运行的低压配电台区分区互联,避免传统电压调节和无功补偿装置频繁动作。考虑到柔性互联装置造价昂贵,协同传统电压-无功调节装置,文中提出低压柔性互联装置的选址定容规划方法。首先,分析低压柔性互联装置拓扑和运行方式,建立其潮流模型。其次,建立低压柔性互联装置优化配置的双层规划模型,上层规划以年综合费用最小为目标,下层规划考虑电压-无功协调控制时间序列模型,以运行成本和电压偏差最小为目标,基于粒子群优化算法和混合整数二阶锥规划算法交替求解,得出配电系统最优柔性互联方案和最优运行方式。最后,在IEEE 33节点系统上进行实例分析,验证该双层规划算法的有效性。结果表明,所提方法能有效减少柔性互联装置的过度布置,同时减少由分布式能源频繁波动造成的运行成本。将模型凸化并线性化的方法明显提高了求解效率。

关键词：分布式能源低压柔性互联电压-无功控制双层规划选址定容粒子群优化混合整数二阶锥规划算法

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Active resilient defense control against false data injection attacks in smart grids

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Control Theory and Technology 2023年第4期21卷 515-529页

作者： Xiaoyuan Luo Lingjie Hou Xinyu wang Ruiyang Gao shuzheng wang Xinping Guan School of Electrical Engineering Yanshan UniversityQinhuangdao066004HebeiChina School of Electrical Engineering Jiangsu Collaborative Innovation Center for Smart Distribution NetworkNanjing636600JiangsuChina School of Electronic and Electric Engineering Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai200240China

The emerging of false data injection attacks(FDIAs)can fool the traditional detection methods by injecting false data,which has brought huge risks to the security of smart *** this reason,a resilient active defense control scheme based on interval observer detection is proposed in this paper to protect smart *** proposed active defense highlights the integration of detection and defense against FDIAs in smart ***,a dynamic physical grid model under FDIAs is modeled,in which model uncertainty and parameter uncertainty are taken into ***,an interval observer-based detection method against FDIAs is proposed,where a detection criteria using interval residual is put *** to the detection results,the resilient defense controller is triggered to defense the FDIAs if the system states are affected by *** matrix inequality(LMI)approach is applied to design the resilient controller with H_(∞)*** system with the resilient defense controller can be robust to FDIAs and the gain of the resilient controller has a certain gain *** active resilient defense approach can be built in real time and show accurate and quick respond to the injected *** effectiveness of the proposed defense scheme is verified by the simulation results on an IEEE 30-bus grid system.

关键词： Active resilient defense Attack detection Cyber attacks Cyber-attack detection Cyber grid elements Cyber threat False data injection attack Smart grids security Interval observer

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改进巴氏距离算法下混合级联直流输电纵联阻抗保护优化

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西安工程大学学报 2024年第2期38卷 9-17页

作者：王书征李沛林杨军炜张金华施渊刘康礼南京工程学院电力工程学院江苏南京211167 国网南通供电公司江苏南通226300 东南大学电气工程学院江苏南京210096

为提高纵联保护在LCC-MMC混合级联高压直流输电系统中的鲁棒性,提出一种基于纵联阻抗和改进巴氏距离算法的高压直流输电纵联保护方案。该方案将巴氏距离算法与纵联阻抗保护相结合,对被保护线路首末两端电气量的差异进行量化,并通过量化... 详细信息

为提高纵联保护在LCC-MMC混合级联高压直流输电系统中的鲁棒性,提出一种基于纵联阻抗和改进巴氏距离算法的高压直流输电纵联保护方案。该方案将巴氏距离算法与纵联阻抗保护相结合,对被保护线路首末两端电气量的差异进行量化,并通过量化后的数据,进行区内外故障的判定,然后基于能量函数构建了故障选极判据,保证了保护的可靠性;在此基础上,通过分形维数构建了改进的自适应滑窗,提高了保护的速动性。最后,基于Matlab与PSCAD/EMTDC平台建立了“白江工程”±800 kV LCC-MMC混合级联高压直流输电系统模型,并对所提改进后的保护方案进行验证。仿真结果表明所提保护方案能够快速可靠地判别区内外故障并正确完成故障选极,且有着较好的耐受过渡电阻能力。

关键词：混合级联直流输电故障特性纵联保护纵联阻抗巴氏距离算法分形理论

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Progresses and Prospects of Asymmetrically Coordinated Single Atom Catalysts for Lithium-Sulfur Batteries

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Energy & Environmental Materials 2024年第4期7卷 48-63页

作者： Rong Zhou Shaonan Gu Meng Guo shuzheng Xu Guowei Zhou Key Laboratory of Fine Chemicals in Universities of Shandong Jinan Engineering Laboratory for Multi-scale Functional Materials School of Chemistry and Chemical Engineering Qilu University of Technology(Shandong Academy of Sciences)

Lithium-sulfur batteries (LSBs) are widely regarded as promising next-generation batteries due to their high theoretical specific capacity and low material ***,the practical applications of LSBs are limited by the shuttle effect of lithium polysulfides (LiPSs),electronic insulation of charge and discharge products,and slow LiPSs conversion reaction kinetics.

关键词： asymmetrical coordination conversion catalysis Li-S batteries shuttle effect single atom catalysts

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变压器集成滤波装置紧凑化设计方法

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中国电机工程学报 2023年第19期43卷 7695-7703页

作者：刘乾易杨伊刘芳李勇王书征中南大学自动化学院湖南省长沙市410083 湖南大学电气与信息工程学院湖南省长沙市410082 江苏省配电网智能技术与装备协同创新中心江苏省南京市211167

提出一种采用紧凑设计方法的变压器集成滤波装置,并基于该滤波装置构建新型12脉波供电系统,该新型供电系统具备电气装备高集成度和高质高效供电的显著特点,适合于船舶电力推进系统或城市轨道牵引供电系统等设备安装空间受限和对电能质... 详细信息

提出一种采用紧凑设计方法的变压器集成滤波装置,并基于该滤波装置构建新型12脉波供电系统,该新型供电系统具备电气装备高集成度和高质高效供电的显著特点,适合于船舶电力推进系统或城市轨道牵引供电系统等设备安装空间受限和对电能质量有较高要求的场合。首先,介绍电抗集成型感应滤波变压器及其构建的供电系统,建立简化电路模型,揭示该装置的滤波机制和阻抗约束条件;其次,兼顾绕组阻抗约束和变压器尺寸优化,在近似零阻抗范围内搜寻,并确定变压器最小径向尺寸;然后,通过分析集成电抗感值计算方法,给出其感值分布区间;最后,试制滤波装置样机,实验测试说明理论分析的可行性和有效性。

关键词：紧凑设计电能质量感应滤波集成电抗

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Flexible wide-range multidimensional force sensors inspired by bones embedded in muscle

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Microsystems & Nanoengineering 2024年第3期10卷 49-61页

作者： Jie Zhang Xiaojuan Hou Shuo Qian Jiabing Huo Mengjiao Yuan Zhigang Duan Xiaoguang Song HuiWu shuzheng Shi Wenping Geng Jiliang Mu Jian He Xiujian Chou Science and Technology on Electronic Test and Measurement Laboratory North University of ChinaTaiyuan 030051China School of Software North University of ChinaTaiyuan 030051China School of Mechanical Engineering Hebei University of ArchitectureZhangjiakou 075000China HBIS Group Co.Ltd. Shijiazhuang 050023China

Flexible sensors have been widely studied for use in motion monitoring,human‒machine interactions(HMIs),personalized medicine,and soft intelligent ***,their practical application is limited by their low output performance,narrow measuring range,and unidirectional force ***,to achieve flexibility and high performance simultaneously,we developed a flexible wide-range multidimensional force sensor(FWMFS)similar to bones embedded in muscle *** adjustable magnetic field endows the FWMFS with multidimensional perception for detecting forces in different *** multilayer stacked coils significantly improved the output from theμV to the mV level while ensuring FWMFS *** optimized FWMFS exhibited a high voltage sensitivity of 0.227 mV/N(0.5–8.4 N)and 0.047 mV/N(8.4–60 N)in response to normal forces ranging from 0.5 N to 60 N and could detect lateral forces ranging from 0.2–1.1 N and voltage sensitivities of 1.039 mV/N(0.2–0.5 N)and 0.194 mV/N(0.5–1.1 N).In terms of normal force measurements,the FWMFS can monitor finger pressure and sliding trajectories in response to finger taps,as well as measure plantar pressure for assessing human *** plantar pressure signals of five human movements collected by the FWMFS were analyzed using the k-nearest neighbors classification algorithm,which achieved a recognition accuracy of 92%.Additionally,an artificial intelligence biometric authentication system is being developed that classifies and recognizes user *** on the lateral force measurement ability of the FWMFS,the direction of ball movement can be distinguished,and communication systems such as Morse Code can be *** research has significant potential in intelligent sensing and personalized spatial recognition.

关键词： password Morse force

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基于改进弗雷歇算法的虚拟直流电机等效惯量计算

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电力工程技术 2023年第1期42卷 218-225页

作者：王书征张少文朱海铭李先允南京工程学院电力工程学院江苏南京211167

伴随高密度分布式电源接入,电网惯量水平持续下降,尤其是在新能源独立供电条件下,其惯量远远低于最低惯量需求。通过对端口换流器施加虚拟直流电机控制策略,可以利用控制参数灵活调整系统惯量,减少电网惯量差额,增强电网的稳定性。但该... 详细信息

伴随高密度分布式电源接入,电网惯量水平持续下降,尤其是在新能源独立供电条件下,其惯量远远低于最低惯量需求。通过对端口换流器施加虚拟直流电机控制策略,可以利用控制参数灵活调整系统惯量,减少电网惯量差额,增强电网的稳定性。但该控制方法虚拟出的等效惯量大小暂不明确,虚拟惯量对等效惯量的影响也有待进一步探究。据此,文中首先在虚拟直流电机模型的基础上,利用小信号模型分析虚拟惯量与等效惯量对系统动态特性的影响,指出两者的惯量等效关系。其次,基于虚拟惯量与等效惯量的对应关系,提出一种利用弗雷歇算法度量电压曲线相似度的等效惯量计算方法,明确虚拟直流电机控制的等效惯量大小。然后,引入相关性约束与曲线特征约束,提出一种改进弗雷歇算法,保证等效惯量计算的正确性。最后,采用最优拟合方式实现惯量等效关系的函数化,给出虚拟惯量与等效惯量间的数量关系。仿真结果验证了文中所提等效惯量计算方法的有效性。

关键词：虚拟直流电机相关性约束曲线特征约束惯量等效关系弗雷歇算法最优拟合方式

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