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SQP优化算法在中厚板轧机平面形状控制中的应用

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SQP优化算法在中厚板轧机平面形状控制中的应用

作者：倪凯东北大学

学位级别：硕士

中厚板轧机平面形状控制是减小成品切头尾和切边损失,提高成材率的有效方法,其实质是通过中间道次的变截面轧制来补偿轧制过程中头尾和边部的不规则形状,实现近似矩形的轧制技术。SQP算法是一种高效的求解非线性规划问题的方法,其基本... 详细信息

中厚板轧机平面形状控制是减小成品切头尾和切边损失,提高成材率的有效方法,其实质是通过中间道次的变截面轧制来补偿轧制过程中头尾和边部的不规则形状,实现近似矩形的轧制技术。SQP算法是一种高效的求解非线性规划问题的方法,其基本思路是利用非线性规划问题的有关信息构造某一简单的近似优化问题,通过求解它来给出对当前迭代点的修正,用一系列的线性规划或二次规划来逐次逼近原非线性规划问题。求解平面形状控制参数实际上也是求解一个非线性规划问题。因此可以将SQP优化算法应用于平面形状控制参数求解,以获得更高的效率。本文结合中厚板轧机平面形状控制功能开发和在线应用项目,分析平面形状控制和SQP优化算法理论,提出平面形状的预测模型和控制模型,利用C++语言实现SQP算法。将SQP优化算法与平面形状控制的预测模型和控制模型结合,利用SQP算法求解平面形状控制参数,完善平面形状控制功能的在线应用。论文主要研究内容包括： (1)研究了中厚板平面形状控制理论,推导出平面形状控制中的宽展模型和延伸模型,并在此基础上推导出单道次的头尾和边部形状模型,通过多道次叠加得到多道次的平面形状预测模型;在预测模型的基础上推导出理论控制模型。 (2)分析了SQP算法理论,研究了最优化理论;建立了一般优化问题的结构;通过求解等式问题归纳出等式问题的SQP算法,并将其推广得到一般问题的SQP算法。 (3)实现了SQP算法程序。针对SQP算法的复杂性,将SQP算法程序分成几个模块,详细介绍了的各个模块的功能;分析了SQP算法程序的开发环境和工具;根据功能模块具体实现SQP算法程序;设计了SQP算法的测试程序,并得出测试结果。 (4)将SQP算法应用到平面形状控制中。将平面形状理论控制模型简化推导出在线控制模型;确定求解平面形状控制参数的优化目标和约束条件,建立了求解控制参数的非线性规划问题;应用SQP算法程序求解平面形状控制参数,并分析了实际应用效果。本文将SQP优化算法应用于平面形状控制参数计算,并成功在线应用,取得了很好的效果。论文工作完善了中厚板轧机平面形状控制功能,提高了中厚板产品成材率。

关键词：中厚板轧机平面形状控制数学模型 SQP优化算法在线应用

基于WAMS区域联络线暂态稳定极限的快速计算

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基于WAMS区域联络线暂态稳定极限的快速计算

作者：何中昌华北电力大学

学位级别：硕士

由于区域电网互联,区域间联络线的传输能力对系统安全稳定性有着重大的影响。把联络线传输功率控制在暂态稳定极限传输功率以内,是电网调度的一项重要工作。如何快速并且准确地为电网调度、运行方式计算提供参考数据,是一项重要的课题... 详细信息

由于区域电网互联,区域间联络线的传输能力对系统安全稳定性有着重大的影响。把联络线传输功率控制在暂态稳定极限传输功率以内,是电网调度的一项重要工作。如何快速并且准确地为电网调度、运行方式计算提供参考数据,是一项重要的课题。本文通过分析故障后联络线的静态稳定极限、事故所带来的冲击功率和暂态稳定极限三者之间的关系,提出一种计算区域电网联络线暂态稳定极限的新算法。该方法通过WAMS测得的实时参数,只需一次系统等值即可求取联络线的实时暂态稳定极限,本文提出的算法可应用于大规模电力系统,可快速准确地求取联络线传输功率的暂态稳定极限,在系统调控、断面传输功率监控领域起到很好的预警作用,具有很好的适用性。该算法克服了通过时域仿真的方法反复计算求得暂态稳定极限的缺点,以及现有其他算法精度不足的问题,具有计算简便、精度较高的优点。经过特高压联络线实例的验证,充分证明了该算法的可靠性和有效性,证明了该算法能很好地满足对联络线暂态稳定极限实时准确计算的工程需求,具有广泛的应用前景。

关键词：静稳极限传输功率暂稳极限传输功率戴维南等值冲击功率在线应用

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地区电网故障恢复中过载处理的研究与实现

地区电网故障恢复中过载处理的研究与实现

作者：蔺英杰华北电力大学（北京）

学位级别：硕士

本文在已有的在线故障恢复处理系统基础上,总结了已有系统中过载处理模块功能的不足。针对已有系统中过载处理模块功能的不足,研究并开发了一个新的过载处理模块。它能够给出过载设备下游负荷转移的路径或切除的详细方案,即给出相应的... 详细信息

本文在已有的在线故障恢复处理系统基础上,总结了已有系统中过载处理模块功能的不足。针对已有系统中过载处理模块功能的不足,研究并开发了一个新的过载处理模块。它能够给出过载设备下游负荷转移的路径或切除的详细方案,即给出相应的开关刀闸的具体的操作。与已有系统相比,完善了故障恢复步骤,使恢复方案确实符合现场实际情况及操作规程,具有实用性;采用潮流计算校验各转移负荷的路径的安全性,为各条转移负荷的路径选择提供依据。并通过仿真系统的测试,表明了恢复策略的正确性,该系统的可用性。

关键词：过载处理故障恢复在线应用负荷转移

基于在线拓扑优化与有功调度的电力系统网损优化方法

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基于在线拓扑优化与有功调度的电力系统网损优化方法

作者：侯立睿天津大学

学位级别：硕士

降低电力系统网损对于提升输电线路传输效率与电力企业的经济效益具有显著意义。当前工业界采取的网损优化方法可以分为两类:基于节点注入功率调整的方法与基于网络拓扑结构优化的方法,其中,后者由于不需要新增任何设备与调整控制变量... 详细信息

降低电力系统网损对于提升输电线路传输效率与电力企业的经济效益具有显著意义。当前工业界采取的网损优化方法可以分为两类:基于节点注入功率调整的方法与基于网络拓扑结构优化的方法,其中,后者由于不需要新增任何设备与调整控制变量数目较少而具有优化时间与投资节省方面的优势。本文提出了一种新奇的电力系统网损二阶段网损优化方法,该方法在网损优化的前提下能够满足优化后的电力系统安全与运行约束条件。在方法的第一阶段,本文采用线路开断来实现电力系统网损在线优化目标,而在方法的第二阶段,本文采用有功优化调度来实现电力系统网损在线优化目标,第二阶段也是作为第一阶段的后备或补充网损优化方案。众所周知,线性方法通常计算速度较快但是计算精度一般,而非线性方法通常计算精度较高但是计算速度一般,有鉴于此,本文所提的方法是一种线性与非线性综合的方法。此外,为了平衡速度与精度以适用于网损在线优化应用,所提方法的两个阶段均又由三个子阶段来组成,分别为:筛选,排序和详细分析。其中,筛选的目标是极快地筛选出对网损优化有效的输电线路和发电机,排序的目标是快速且准确地对筛选出的候选输电线路与发电机进行网损优化的效果排序以锁定更加有效地候选者,而详细分析的目标是精确的分析排名阶段的高排名候选者的网损优化效果。本文所提网损优化方法具有一些鲜明的特点:它满足执行网损优化方案(网络拓扑优化和/或有功优化调度)后的电力系统安全与运行约束条件。它能提供一系列高质量且低成本的网损优化解决方案(网络拓扑优化和/或有功优化调度)。

关键词：网损优化网络拓扑优化有功调度在线应用三阶段策略

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地区电网在线故障恢复系统的研究

地区电网在线故障恢复系统的研究

作者：赵洁琼华北电力大学（河北）

学位级别：硕士

随着现代电力系统规模日益扩大,电网发生故障的可能性也呈现增长的趋势,开发电网故障诊断和恢复处理系统成为电网安全运行的迫切需求。本文研究了电网故障恢复处理的相关实现方法,针对河北沧州电网开发了地区电网在线故障恢复系统。该... 详细信息

随着现代电力系统规模日益扩大,电网发生故障的可能性也呈现增长的趋势,开发电网故障诊断和恢复处理系统成为电网安全运行的迫切需求。本文研究了电网故障恢复处理的相关实现方法,针对河北沧州电网开发了地区电网在线故障恢复系统。该系统采用C#语言开发,与现有的SCADA平台和EMS平台在线连接。系统在生成故障恢复策略时,以开关操作数最少为原则,采用人工智能搜索和改进最小生成树算法来进行故障恢复路径的搜索,并应用潮流校验来进行恢复路径的选择。该系统已经在河北沧州电网投入运行,其运行状况良好,证明了该系统的实用性和有效性。

关键词：故障恢复最小生成树算法人工智能应用潮流计算在线应用

暂态稳定约束的极限传输能力的快速求取方法研究

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暂态稳定约束的极限传输能力的快速求取方法研究

作者：李岳华北电力大学

学位级别：硕士

由于大规模电网的互联,区域间的功率交换能力对于电网的安全稳定性产生很大的影响。因此,准确而快速地确定区域间联络线的暂态稳定约束极限传输功率,控制输电断面运行在暂态稳定极限值以内,成为当前电力系统亟需解决的一个重要问题。本... 详细信息

由于大规模电网的互联,区域间的功率交换能力对于电网的安全稳定性产生很大的影响。因此,准确而快速地确定区域间联络线的暂态稳定约束极限传输功率,控制输电断面运行在暂态稳定极限值以内,成为当前电力系统亟需解决的一个重要问题。本文通过分析联络线暂稳极限传输功率、故障后剩余联络线的功率冲击量以及事故后剩余联络线的静稳极限传输功率之间的关系,提出了一种快速求取联络线暂稳极限传输功率的新方法。该方法在求取出事故后静稳极限传输功率以后,只需通过一次仿真就可得出联络线暂稳极限传输功率。文中提出的方法适用于大规模电力系统,具有广泛的适用性,可以在工程计算中快速的估算区域间暂稳极限传输功率,为工程技术人员预估断面的暂稳极限传输功率提供了一种新方法。该方法克服了现有计算方法需要通过反复仿真逼近稳定极限的不足,与其他求取暂稳极限传输功率的方法相比,具有操作简单而且计算精度较高的优点。实例计算表明所提出方法能充分满足工程应用中的可靠性、有效性和计算效率的要求,具有广泛的工程应用前景。最后,本文介绍了该方法在安控措施制定以及在线安全稳定分析方面的应用。

关键词：静稳极限传输功率暂稳极限传输功率故障冲击功率安控策略在线应用

基于提升CRK积分器的时滞系统最优控制高效求解算法

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基于提升CRK积分器的时滞系统最优控制高效求解算法

作者：吴思怡合肥工业大学

学位级别：硕士

对于像非线性模型预测控制这样的最优控制在线应用,高效的计算算法至关重要。尽管目前已有许多求解最优控制问题的高效算法,但如时滞这样的复杂因素对计算效率的影响尚未得到深入的分析。本论文的目标是提出一套高效求解算法用于含有状... 详细信息

对于像非线性模型预测控制这样的最优控制在线应用,高效的计算算法至关重要。尽管目前已有许多求解最优控制问题的高效算法,但如时滞这样的复杂因素对计算效率的影响尚未得到深入的分析。本论文的目标是提出一套高效求解算法用于含有状态、控制时滞的最优参数估计和最优控制问题。首先,针对多状态时滞非线性系统,结合隐式连续龙格库塔方法提出了一种基于动态优化的时滞估计算法。通过隐式龙格库塔积分器计算输出预测误差,并根据内数值微分的思想,提出了伴随敏感性传播的梯度计算方法。与状态敏感性传播算法相比,该算法在估计多个时延时更为有效。此外,不强制积分步长比时滞小,避免了密集时间网格,降低了计算代价。在此基础上,引入预测—修正策略减少积分所需的牛顿迭代次数。利用所提出的函数评价和梯度计算方法,在内点非线性规划求解器Ipopt的框架下设计序列式求解算法。对连续搅拌釜式反应器中化学反应的时滞估计问题设计求解算法,结果表明,所设计的算法能够有效地估计状态时滞,且具有满意的精度。而且,预测—修正策略能对算法做进一步地加速。接下来,针对较上述系统更复杂的具有状态和控制时滞的非线性时变系统,通过控制参数化将复杂问题转换为控制输入为分段常值函数且作用区间可调的非线性规划问题,并利用时间尺度变换将变控制切换点映射到固定点,避免了系统变分敏感性出现跳变。同时,通过嵌入一个固定阶数的提升式隐式CRK积分器,在该积分器中引入预测—修正策略以减少牛顿迭代次数。此外,算法还采用了一种积分误差控制方案,有助于保证积分精度,增强优化过程的收敛性。最后,基于Ipopt编写序列式算法对几个算例进行求解。计算结果表明,切换时刻可变比固定切换时刻具有有更好的控制效果,积分误差控制对算法的收敛起到了一定的辅助作用,而且预测—修正策略在一定条件下可以加速算法的计算过程。

关键词：时滞系统非线性控制优化方法参数估计在线应用龙格-库塔方法

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中厚板轧制过程中温度高精度设定与应用

中厚板轧制过程中温度高精度设定与应用

作者：刘刚东北大学

学位级别：硕士

在中厚板生产过程中,温度是最重要的参数之一。由于温度直接影响到轧制力,因此精确预报生产过程中各阶段的温度是保证厚度、宽度和板形等精度的关键;另外,温度也为产品组织性能的预测和控制提供了必要的数据支持。过去中厚板生产过程中... 详细信息

在中厚板生产过程中,温度是最重要的参数之一。由于温度直接影响到轧制力,因此精确预报生产过程中各阶段的温度是保证厚度、宽度和板形等精度的关键;另外,温度也为产品组织性能的预测和控制提供了必要的数据支持。过去中厚板生产过程中使用的温度计算模型或受其求解机理限制或过于简化,难以适应生产环境的变化,计算偏差较大。因此,开发高精度的温度数学模型具有十分重要的意义。作为一种数值计算方法,有限元法能够准确地计算轧制过程中轧件的温度场。过去由于受有限元法计算时间的限制和有限元法计算瞬态温度场时振荡现象等原因的影响,在线应用受到限制。随着计算机技术的迅猛发展,有限元法分析瞬态温度场基本理论的完善和一些针对有限元方法快速算法的提出,用有限元法在线计算热轧过程中的温度成为可能。本文以传热学基本理论为基础,采用有限元方法开发了中厚板轧制过程中二维温度高精度计算模型;该模型可以计算出任意时刻钢板横断面上各点的温度值,并给出平均、心部和表面温度。以某中厚板厂实际生产过程为背景,制定了有限元模型的在线应用方案,并实现了在线应用。主要研究内容如下：(1)用有限元方法开发了中厚板轧制过程温度场计算模型,综合考虑了空冷、水冷和轧制期间的各种边界条件、变形升温和热物性参数的变化等因素。(2)分析了有限元温度计算模型的计算精度问题,分析了轧制各阶段迭代次数、单元数、轧制变形升温和热物性参数变化等方面对计算结果的影响。(3)分析了用有限元法求解瞬态温度场时产生振荡问题的原因,研究了各种降低或避免振荡的方法。(4)分析了有限元温度计算模型的计算时间问题,分析了迭代次数、单元数和热物性参数计算模型等方面对计算效率的影响。(5)结合该中厚板厂的轧制工艺制度和过程控制系统的实际情况,制定了有限元温度计算模型的在线应用方案,并实现了在轧制中的应用。

关键词：中厚板有限元温度场迭代次数单元数振荡在线应用

储能电池内部温度-阻抗模值估算方法研究与应用

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储能电池内部温度-阻抗模值估算方法研究与应用

作者：秦世超郑州大学

学位级别：硕士

锂离子电池由于循环性能好、比能量高等优点成为了电网储能的首选。近年来电化学储能电站火灾事件频发,原因之一是个别单体电池工作异常,导致内部温度瞬时升高引发热失控。准确获取每个单体电池内部温度,对储能电站的安全运行具有重要... 详细信息

锂离子电池由于循环性能好、比能量高等优点成为了电网储能的首选。近年来电化学储能电站火灾事件频发,原因之一是个别单体电池工作异常,导致内部温度瞬时升高引发热失控。准确获取每个单体电池内部温度,对储能电站的安全运行具有重要意义。储能电池温度检测的常用方法是将温度传感器安装在电池表面,由于热传导滞后的影响,单纯的表面温度检测不能实现电池热失控的早期预警。本文以锂离子电池交流阻抗参数与内部温度之间的映射关系为切入点,研究了一种基于阻抗模值检测的储能电池内部温度估算方法。开展的主要研究工作如下:（1）以储能电池内部温度影响因素的分析为基础,设计了电池内部温度-阻抗模值估算的实验方法。以电网储能用磷酸铁锂电池为实验对象,设计进行了以SOC和温度为控制变量的交流阻抗测量实验。通过对比分析多种交流阻抗参数与内部温度之间的相关性发现,在宽温度范围内,电池的阻抗模值与内部温度之间的关联性更强且不受SOC的影响,确定了基于阻抗模值的电网储能用锂离子电池内部温度估算实验方法。（2）储能电池阻抗模值与内部温度映射关系的建立与验证。根据实验方法获得的数据,应用类似Arrhenius的形式对阻抗模值与内部温度进行拟合,并通过对比多个频点下的拟合效果,建立了基于阻抗模值的电池内部温度估算函数表达式。同时,结合高温部分估算温度与内部温度呈现出的线性关系,建立了以估算温度为自变量,内部温度为因变量的线性函数,用来对高温部分（≥85℃）的估算温度做进一步的拟合。最后,设计进行了单点交流阻抗测量实验,对电池内部温度估计算法进行了验证。实验结果表明,在60℃及以下的温度范围内,4块电池的相对误差可以控制在6.5%以内;在60～100℃的温度范围内,4块电池的相对误差可以控制在10.5%以内。（3）估算方法的在线应用。首先,针对该温度估算方法在实际应用过程中存在的问题,对该方法进行了优化。然后,利用该方法对不同工况下的锂离子电池内部温度进行了在线检测。最终的结果表明,基于阻抗模值的储能电池内部温度估算方法具有良好的在线估算效果。

关键词：储能电站锂离子电池阻抗模值内部温度估算在线应用