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含瓦斯煤体受载微破坏模型及失稳判识准则

煤炭学报 2024年第2期49卷 707-719页

作者：聂百胜赵丹王孟霞柳先锋刘鹏邓博知朱熹阳秦枫马昕钰赵九红彭守建重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室重庆400044 中国矿业大学(北京)煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室北京100083

煤体内孔隙和骨架分布对煤储层内气体运移及瓦斯动力灾害的发生具有重要的影响。为进一步探索含瓦斯煤体微观破坏机理,针对含瓦斯煤的微观破坏过程,对其微破坏形式展开详细的研究。采用原子力显微镜对加载前后突出煤样和非突出煤样表面... 详细信息

煤体内孔隙和骨架分布对煤储层内气体运移及瓦斯动力灾害的发生具有重要的影响。为进一步探索含瓦斯煤体微观破坏机理,针对含瓦斯煤的微观破坏过程,对其微破坏形式展开详细的研究。采用原子力显微镜对加载前后突出煤样和非突出煤样表面进行了原位测试,结果表明:不同煤样受载后,煤样表面结构均会发生变化,闭孔孔径有所减小,部分孔隙遭到破坏,相邻闭孔之间有连通趋势。加载前煤样孔隙呈无规律分布,加载后孔隙连通性增强,开孔孔喉数量有所增加。煤样加载后由于孔隙的连通导致突出煤样煤骨架模量降低,而非突出煤样由于本身强度较高,施加载荷导致煤体内部结构被压实,弹性模量略有增加。定义了煤体微观破坏类型及概念,分析了煤体孔隙及煤骨架周边应力分布特征,揭示了不同情况下含瓦斯煤体微观破坏机制。同时,对闭孔微气爆的影响因素展开讨论,狭长型椭圆孔端部孔壁处所受应力更大,更容易发生闭孔微气爆。描述了开孔微损伤的2种发生形式,揭示了孔隙“瓶颈效应”的制约对微破坏发生的机理。明确了原生缺陷结构为煤骨架的薄弱环节,并对其发生破裂的演化规律进行分析。基于线弹性断裂力学、弹塑性力学以及渗流力学等理论知识,提出了应力扰动作用下孔隙破坏和煤体失稳判识准则,总结了含瓦斯煤体微观破坏特征及其诱导煤与瓦斯突出的机制,并对煤与瓦斯突出的研究方向提出展望。

关键词：孔隙失稳判识微破坏煤骨架煤与瓦斯突出

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基于低延迟可解释性深度学习的复杂旋转机械关键部件知识嵌入与诊断方法研究

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机械工程学报 2024年第12期60卷 107-115页

作者：刘岳开王天杨褚福磊清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084 清华大学机械工程系北京100084

对于复杂旋转机械关键部件的诊断任务,模型设计容易受限于以下两个特点:(1)机理驱动的方法往往难以实现复杂系统的完备、精准建模;(2)数据驱动方法多数需要规模化的高质量训练数据集用于训练。针对上述问题,提出一种先验知识嵌入的深度... 详细信息

对于复杂旋转机械关键部件的诊断任务,模型设计容易受限于以下两个特点:(1)机理驱动的方法往往难以实现复杂系统的完备、精准建模;(2)数据驱动方法多数需要规模化的高质量训练数据集用于训练。针对上述问题,提出一种先验知识嵌入的深度学习模型,融合机理知识与传感器信号特征。并通过引入轻量化模型结构,在保证模型精准性的前提下降低推理延迟。首先,通过融合先验机理知识与传感器信号特征,构建关键部件数字孪生体。然后,设计先验知识嵌入模块来提升深度学习模型对融合特征的表征能力。最后,基于帕累托最优化理论,设计考虑准确性指标和计算效率指标的多目标优化方法,对基于深度学习的诊断模型进行结构优化设计,并引入可解释性框架对深度学习模型决策过程进行分析。结果表明,所设计的关键部件数字孪生体能够提供丰富的先验信息从而加速模型收敛。基于帕累托最优化理论的训练策略,能够搜索到设定指标的相对最优解,从而在保证模型精准性的前提下有效降低模型推理延迟。

关键词：可解释深度学习先验知识嵌入数字孪生帕累托最优化低延迟推理

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国外新能源脱网事故对中国电网安全稳定运行的启示

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电力系统自动化 2024年第13期48卷 1-8页

作者：徐式蕴王一鸣孙华东毕经天兰天楷中国电力科学研究院有限公司北京市100192

2016至2023年间,美国、英国和澳大利亚发生了11起新能源大规模脱网事故,严重威胁电网安全稳定运行。文中介绍了这些事故的基本情况,总结分析了事故失稳过程和机理特征,并指出系统强度不足、新能源控制策略不合理、非预想故障防控手段不... 详细信息

2016至2023年间,美国、英国和澳大利亚发生了11起新能源大规模脱网事故,严重威胁电网安全稳定运行。文中介绍了这些事故的基本情况,总结分析了事故失稳过程和机理特征,并指出系统强度不足、新能源控制策略不合理、非预想故障防控手段不足是事故产生的主要原因。最后,结合中国电网实际,提出了保障新型电力系统安全稳定运行的建议。

关键词：电力系统安全稳定新能源脱网系统强度故障穿越策略新能源控制保护

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基于实际触发角响应的连续换相失败抑制方法

电网技术 2024年第6期48卷 2632-2641,I0115-I0117页

作者：王玉麟李晓华李书勇郭亚勋汪娟娟汪旭辉华南理工大学电力学院广东省广州市510641 中国南方电网科学研究院有限责任公司广东省广州市510663 中国南方电网能源发展研究院有限责任公司广东省广州市510530

针对逆变侧交流故障下高压直流(line commutated converter-high voltage direct current,LCC-HVDC)输电系统易引发连续换相失败问题,该文分阶段分析了连续换相失败的产生机理。明确了当产生触发角偏差后,直流电流调节效果与实际触发角... 详细信息

针对逆变侧交流故障下高压直流(line commutated converter-high voltage direct current,LCC-HVDC)输电系统易引发连续换相失败问题,该文分阶段分析了连续换相失败的产生机理。明确了当产生触发角偏差后,直流电流调节效果与实际触发角不匹配是连续换相失败的重要诱因。同时不对称故障后,负序分量通过极控、阀控两级控制系统对实际触发角造成的影响,增加连续换相失败的风险。因此提出了一种基于实际触发角响应的连续换相失败抑制方法,通过实际触发角修正整流侧电流指令值。与此同时,该方法通过陷波器降低负序电流对极控层触发角指令值的影响,通过相序解耦控制器和换相电压相位补偿降低负序电压对阀控层触发角实际值的影响。该方法能实现动态、自适应的电流指令值调整,提升恢复过程中直流电流与实际触发角的匹配度,提升直流系统抵御连续换相失败能力。在CIGRE标准测试模型和实际工程模型中,验证了理论分析的正确性和优化方法的有效性。

关键词：连续换相失败实际触发角低压限流控制锁相环负序分量

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面向电量-调频-容量市场的数据中心园区算力及电力资源规划

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电力系统自动化 2024年第1期48卷 59-66页

作者：丁巧宜王梓耀潘振宁吴毓峰余涛王克英华南理工大学电力学院广东省广州市510641 广东省电网智能量测与先进计量企业重点实验室广东省广州市510641

数据中心广泛建设是智能时代的发展趋势。如何在保证数据中心服务质量的前提下,考虑数据中心负荷转移特性,并对其进行合理规划,对降低数据中心规划总成本及提升新型电力系统灵活性均有显著意义。为此,提出一种考虑多元电力市场引导下的... 详细信息

数据中心广泛建设是智能时代的发展趋势。如何在保证数据中心服务质量的前提下,考虑数据中心负荷转移特性,并对其进行合理规划,对降低数据中心规划总成本及提升新型电力系统灵活性均有显著意义。为此,提出一种考虑多元电力市场引导下的数据中心园区算力及电力资源优化规划方法。首先,通过多面体定界收缩法建立虚拟发电机和虚拟储能模型,描述数据中心园区的聚合可调特性。然后,根据不同电力市场的结算规则,研究了数据中心园区参与电量-调频-容量市场的方式和经济收益。在此基础上,以综合成本最小化为目标,优化数据中心园区发电机、储能的建设容量以及服务器的建设数量。最后,以阿里巴巴公开运行数据为例,证明考虑多元电力市场能够大大降低数据中心规划成本,激励数据中心园区投资建设更多灵活性资源,为电网提供有效的调频服务和容量支撑。

关键词：数据中心规划算力虚拟储能电力市场置信容量

新风量对地铁客室咳嗽飞沫传播影响的数值模拟研究

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1691-1701页

作者：李恒奎伍钒梁习锋董航李旋中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266109 中南大学轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075

优化通风系统参数以降低乘客呼吸道传染病的感染风险是创造安全、舒适的地铁客室出行环境的重要途径。利用欧拉−拉格朗日数值模拟方法对地铁客室中呼吸道飞沫传播进行模拟,研究不同送风量下乘客咳嗽释放的飞沫扩散规律和时空分布特性。... 详细信息

优化通风系统参数以降低乘客呼吸道传染病的感染风险是创造安全、舒适的地铁客室出行环境的重要途径。利用欧拉−拉格朗日数值模拟方法对地铁客室中呼吸道飞沫传播进行模拟,研究不同送风量下乘客咳嗽释放的飞沫扩散规律和时空分布特性。研究结果表明:随着新风量增加,车厢通风系统对飞沫粒子的清除速度和效率也相应提高;当新风量为2000 m3/h时,仅有3.9%的飞沫在30 s内进入废排口;而当新风量为8000 m3/h时,在10 s内38.9%的粒子进入废排口;车厢内悬浮的粒子数量并非呈线性下降,而是随新风量的增加呈现复杂的变化;随着新风量提高,车厢内主导飞沫运动的气流逐渐由回风产生的气流转变为废排口产生的气流,同时,废排口气流在车厢内形成的涡流区域逐渐增大,导致部分未能快速进入废排口的部分飞沫在车厢内的悬浮时间延长;废排口附近乘客摄入粒子的比例随着新风量的增加表现出显著的差异;随着新风量的增加,在感染乘客同侧区域的乘客被感染风险逐渐减小,而在感染乘客面对区域的乘客被感染风险随着新风量的增加先增加后减小。研究结果可为制定预防地铁客室内呼吸道传染病毒空气传播的控制策略提供参考。

关键词：地铁列车新风量咳嗽飞沫数值模拟

基于改进极模变换的柔性直流输电系统断线故障分析与辨识

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电力系统自动化 2024年第5期48卷 137-145页

作者：郑宗生张巍廖建权周念成王渝红王强钢四川大学电气工程学院四川省成都市610000 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆市400044

断线故障的故障特性分析是制定断线保护方案的基础。首先,文中以金属回线双极直流系统为对象,根据直流系统中模块化多电平换流器(MMC)在故障前后的状态变化,基于叠加定理得出MMC在直流系统发生故障时的等效电路模型,构建直流系统断线故... 详细信息

断线故障的故障特性分析是制定断线保护方案的基础。首先,文中以金属回线双极直流系统为对象,根据直流系统中模块化多电平换流器(MMC)在故障前后的状态变化,基于叠加定理得出MMC在直流系统发生故障时的等效电路模型,构建直流系统断线故障下的等效电路。然后,通过改进极模变换矩阵推导其在不同故障类型下的复合模量等值网络,分析不同断线故障的模量特征;在此基础上,利用2模和0模电流的变化量构建断线故障类型识别的相平面,实现断线故障的分类;同时,提出基于1模电流变化量的区内外断线故障辨识流程。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了仿真模型,验证了所提保护方法的快速性和可靠性。

关键词：柔性直流断线故障极模变换模块化多电平换流器

基于Transformer和自适应特征融合的矿井低照度图像亮度提升和细节增强方法

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煤炭科学技术 2024年第1期52卷 297-310页

作者：田子建吴佳奇张文琪陈伟周涛杨伟王帅中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 中国矿业大学计算机科学与技术学院江苏徐州221116 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 国家矿山安全监察局内蒙古局内蒙古呼和浩特010010

高质量矿井影像为矿山安全生产提供保障,也有利于提高后续图像分析技术的性能。矿井影像受低照度环境的影响,易出现亮度低,照度不均,颜色失真,细节信息丢失严重等问题。针对上述问题,提出一种基于Transformer和自适应特征融合的矿井低... 详细信息

高质量矿井影像为矿山安全生产提供保障,也有利于提高后续图像分析技术的性能。矿井影像受低照度环境的影响,易出现亮度低,照度不均,颜色失真,细节信息丢失严重等问题。针对上述问题,提出一种基于Transformer和自适应特征融合的矿井低照度图像亮度提升和细节增强方法。基于生成对抗思想搭建生成对抗式主体模型框架,使用目标图像域而非单一参考图像驱动判别器监督生成器的训练,实现对低照度图像的充分增强;基于特征表示学习理论搭建特征编码器,将图像解耦为亮度分量和反射分量,避免图像增强过程中亮度与颜色特征相互影响从而导致颜色失真问题;设计CEM-Transformer Encoder通过捕获全局上下文关系和提取局部区域特征,能够充分提升整体图像亮度并消除局部区域照度不均;在反射分量增强过程中,使用结合CEM-Cross-Transformer Encoder的跳跃连接将低级特征与深层网络处特征进行自适应融合,能够有效避免细节特征丢失,并在编码网络中添加ECA-Net,提高浅层网络的特征提取效率。制作矿井低照度图像数据集为矿井低照度图像增强任务提供数据资源。试验显示,在矿井低照度图像数据集和公共数据集中,与5种先进的低照度图像增强算法相比,该算法增强图像的质量指标PSNR、SSIM、VIF平均提高了16.564%,10.998%,16.226%和14.438%,10.888%,14.948%,证明该算法能够有效提升整体图像亮度,消除照度不均,避免颜色失真和细节丢失,实现矿井低照度图像增强。

关键词：图像增强图像识别生成对抗网络特征解耦 Transformer

大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采理论与技术

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煤炭学报 2024年第1期49卷 280-297页

作者：伍永平皇甫靖宇王红伟胡博胜罗生虎西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054 西安科技大学理学院陕西西安710054

大倾角煤层走向长壁采场围岩结构及应力环境异化,工作面不同位置“支架-围岩”系统的构成因素及灾变模式不同,导致工作面安全事故频发、煤炭采出率较低、巷道掘进率高。通过对大倾角采场围岩采动力学行为的分析,提出了大倾角走向长壁工... 详细信息

大倾角煤层走向长壁采场围岩结构及应力环境异化,工作面不同位置“支架-围岩”系统的构成因素及灾变模式不同,导致工作面安全事故频发、煤炭采出率较低、巷道掘进率高。通过对大倾角采场围岩采动力学行为的分析,提出了大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采技术构想,工作面走向推进过程中沿倾向对采空区下部进行局部充填,充填体既与巷旁支护作用形成沿空巷道,取消区段保护煤柱,实现大倾角煤层无煤柱开采,又增大了工作面倾向下部充填压实区长度,加强了工作面“支架-围岩”系统稳定性。根据大倾角走向长壁采场特点,优选确定了大倾角膏体局部充填工艺,设计了大倾角局部充填回采系统、采充工艺。并采用理论分析、模拟实验、数值计算等相结合的方法,分析了局部充填对大倾角走向长壁采场围岩采动力学行为的调节机制。结果表明:充填体影响基本顶岩梁的变形破坏及采场倾向下侧煤岩体承载特征,基本顶、运输巷顶板变形量及运输巷倾向下侧煤岩体所受约束均随充填长度的增大而减小;为防止采空区未充填区悬顶灾害,充填长度不应超过工作面长度的1/3。局部充填体限制了工作面下部区域顶板破断,降低覆岩关键域形成层位,形成稳定的巷帮,减小沿空留巷围岩变形量;同时工作面倾向下部充填区长度增大,中、上部围岩结构不稳定区域的长度缩小,“支架-围岩”系统稳定性提升。充填体改变了采场围岩应力传递路径,承担了部分覆岩载荷,工作面下侧支承压力及超前支承压力均随充填长度的增大而减小,工作面倾向下部充填区域的超前支承压力降幅最大,沿空巷道及工作面应力状态得到改善。大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采技术具有提高资源采出率、降低掘进率、缓解采掘接替紧张、加强工作面“支架-围岩”系统稳定性等优势。

关键词：大倾角煤层无煤柱开采局部充填沿空留巷采动应力