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基于改进蜻蜓算法的混合储能容量优化配置

电工电气 2024年第8期 1-7页

作者：黄礼灿秦斌湖南工业大学电气与信息工程学院湖南株洲412007

针对传统方法在风光储能系统容量优化配置过程中求解精度较低、效率较慢等问题,提出一种改进蜻蜓算法(IDA)。通过采用Logistic混沌初始化和非线性惯性权重两种策略对原始蜻蜓算法进行改进,使算法能够在初始化阶段分布更均匀,全局搜索和... 详细信息

针对传统方法在风光储能系统容量优化配置过程中求解精度较低、效率较慢等问题,提出一种改进蜻蜓算法(IDA)。通过采用Logistic混沌初始化和非线性惯性权重两种策略对原始蜻蜓算法进行改进,使算法能够在初始化阶段分布更均匀,全局搜索和局部开发更加协调,同时更快锁定最优解区域;构建混合储能系统容量优化模型,以储能装置的生命周期费用作为目标函数,并考虑负荷缺电率、储能系统能量等约束条件。使用MATLAB软件对算例进行仿真分析,通过3种算法的仿真结果对比发现,采用改进蜻蜓算法蓄电池个数有所减少,全生命周期费用也相对降低,有较好的经济适用性。

关键词：混合储能容量配置改进蜻蜓算法混沌初始化蓄电池全生命周期费用

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矿用热式风速仪流场分析及温度补偿研究

矿用热式风速仪流场分析及温度补偿研究

作者：缪小波中国矿业大学

学位级别：硕士

矿井通风系统为井下安全生产提供基础保障,煤矿断面风速的精确测量与实时感知对矿井智能决策与应急控制有着重大意义。本文采用热式风速仪进行井下风速的单点测量,并将其补偿成断面平均风速。针对井下多变流场与环境温度影响风速测量精... 详细信息

矿井通风系统为井下安全生产提供基础保障,煤矿断面风速的精确测量与实时感知对矿井智能决策与应急控制有着重大意义。本文采用热式风速仪进行井下风速的单点测量,并将其补偿成断面平均风速。针对井下多变流场与环境温度影响风速测量精度的问题,分别提出流速补偿修正点风速和应用温度补偿算法减小环境温度的影响,实现热式风速仪的精确测量。首先,介绍了热式风速仪的恒温差工作原理与对流换热模型,理论分析了流场层流态和湍流态下的流速分布情况,以及从气体物性参数和铂电阻随温度变化的角度,分析了热式风速仪发生温度漂移现象的原因。其次,建立环形风洞平台的三维模型模拟巷道真实环境。通过流体仿真软件,先对比分析了风速仪探头不同插入深度的测风误差,寻找到最佳测风位置;进一步分析了不同风速下流体的流动特性,探头的放置会影响流场分布情况,点风速测量结果存在误差。采用计算湍流态下动态雷诺数的方式进行风速修正,流速修正后风速的平均绝对误差为0.17 m/s,对比修正前风速的平均绝对误差下降了64.5%,有效减小了流场对风速测量的影响。再次,针对热式风速仪的温漂现象,采用广义回归神经网络(GRNN)进行温度补偿,并引入蜻蜓算法(DA)优化GRNN的平滑因子。针对DA易陷入局部最优解和寻优速度慢的缺点,引入Singer混沌映射策略增加种群初始化的随机性;采取非线性递减策略改进步长向量,提高了算法寻优精准度和收敛速度;采用逐维贪婪更新策略改善解的质量,提高算法的局部搜索能力。结合IDA优化GRNN参数,建立了IDA-GRNN温度补偿模型。最后,结合矿下安全要求,设计出矿用热式风速仪,搭建环形风洞实验平台进行热式风速仪的温度特性实验,用获取的风速数据对IDA-GRNN进行验证。结果表明,经IDA-GRNN温度补偿后,热式风速仪在0～15m/s量程范围内的最大引用误差为0.73%,平均绝对误差为0.05m/s,满足矿井通风系统对风速测量的精度要求。该论文有图50幅,表14个,参考文献94篇。

关键词：热式风速仪流体仿真改进蜻蜓算法温度补偿 GRNN

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能耗约束优化工业机器人作业轨迹

计算机工程与应用 2021年第15期57卷 245-250页

作者：贾文友江磊曹紫阳梁利东安徽工程大学机械工程学院人机自然交互和高效协同技术研究中心安徽芜湖241000

工业机器人作业过程中普遍需要较高的能耗。基于量子行为和差分进化的改进蜻蜓算法,实现能耗约束下优化工业机器人避障作业轨迹。基于工业机器人五次B样条曲线矩阵式和动力学模型,构建能耗约束模型;进行仿真实验,利用改进蜻蜓算法求解... 详细信息

工业机器人作业过程中普遍需要较高的能耗。基于量子行为和差分进化的改进蜻蜓算法,实现能耗约束下优化工业机器人避障作业轨迹。基于工业机器人五次B样条曲线矩阵式和动力学模型,构建能耗约束模型;进行仿真实验,利用改进蜻蜓算法求解能耗约束模型为适应度评价函数的工业机器人轨迹,对比改进蜻蜓算法与原始蜻蜓算法和基于指数函数步长的精英反向蜻蜓算法的优化结果,表明改进蜻蜓算法具有更优的性能。

关键词：工业机器人改进蜻蜓算法避障作业轨迹能耗约束模型

风电场风电功率短期预测及并网调度方法的研究

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风电场风电功率短期预测及并网调度方法的研究

作者：赵学河北工业大学

学位级别：硕士

随着传统能源的日益枯竭以及自然环境的不断恶化,以风能为代表的可再生能源逐渐受到了人们的重视。大力发展风力发电,对改善能源结构、应对气候变化和能源危机具有十分重要的意义。然而风能具有波动性和间歇性等特点,大规模风电并网会... 详细信息

随着传统能源的日益枯竭以及自然环境的不断恶化,以风能为代表的可再生能源逐渐受到了人们的重视。大力发展风力发电,对改善能源结构、应对气候变化和能源危机具有十分重要的意义。然而风能具有波动性和间歇性等特点,大规模风电并网会对电力系统可靠运行和经济调度带来巨大威胁。提高风电功率的预测精度、建立合理的风电并网下的电力系统调度策略,可以提升风电的利用率,降低风电并网对电力系统的冲击。本文从风电场风电功率短期预测和含风电的电力系统经济调度策略两方面展开了研究,具体研究内容如下:首先在传统蜻蜓算法（DA）的基础上引入自适应学习因子以及差分进化策略,提出了改进蜻蜓算法（IDA）。通过单峰和多峰测试函数对改进算法进行了测试分析,结果表明该算法的求解精度和寻优稳定性均优于其他几种算法。然后基于支持向量机（SVM）来建立风电功率的短期预测模型。鉴于支持向量机的参数对模型的预测性能影响很大,采用改进蜻蜓算法对惩罚因子和核参数进行选择并进行建模训练,进而建立了IDA-SVM风电功率预测模型。使用风电场中秋季和冬季的真实数据集作为实验数据集,以风电场的风速,风向的正弦值和余弦值为输入,相应的风电功率为输出,对风电场的未来48小时的风电功率进行了预测。将预测结果与其他预测模型的预测结果进行比较,结果显示IDA-SVM的预测精度和预测稳定性更高,表明该模型是一种更可靠的风电功率短期预测模型。最后对含风电并网的电力系统经济调度进行了研究。以火电发电成本和风电发电成本之和最少为目标建立了电力系统静态调度模型,并采用罚函数法对等式约束进行处理。考虑风电不确定因素,按照负荷需求的固定比例对风电功率进行分配。然后提出了一种结合高斯算子的改进乌鸦搜索算法（ICSA）,将其应用于两个经典调度案例的求解,并且对比了乌鸦搜索算法（CSA）和粒子群算法（PSO）的优化结果。实验结果表明,在不含风电和含风电两种情况下,ICSA均表现出了良好的寻优特性和稳定性,可以有效降低系统运行成本,实现更为经济的调度。

关键词：风电功率预测支持向量机改进蜻蜓算法电力系统经济调度改进乌鸦搜索算法

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计及分布式电源与储能的主动配电网规划研究

计及分布式电源与储能的主动配电网规划研究

作者：董淇燕山大学

学位级别：硕士

随着经济的快速发展,配电网容量越来越大,近年来,我国配电网建设投入不断增加,配电网发展取得显著成效,但用电水平相对国际先进水平仍有差距,城乡区域发展严重不平衡。配电网是电网与用户侧交互的平台,随着分布式电源的发展,配电网出现... 详细信息

随着经济的快速发展,配电网容量越来越大,近年来,我国配电网建设投入不断增加,配电网发展取得显著成效,但用电水平相对国际先进水平仍有差距,城乡区域发展严重不平衡。配电网是电网与用户侧交互的平台,随着分布式电源的发展,配电网出现了越来越多的问题亟待解决,本文针对分布式电源与主动配电网规划进行了以下几个方面的工作:首先,本文针对分布式电源的波动性,对可再生能源随机波动处理以及分布式电源与储能的出力特性进行了细致的研究,得到了分布式光伏与分布式风电的典型出力曲线,为下文将分布式电源的随机性纳入规划中奠定了基础。其次,本文提出了主动配电网下分布式电源规划模型,并对其求解问题提出了改进蜻蜓算法。针对传统蜻蜓算法容易陷入局部最优、优化效率低等问题,通过加入差分进化、自适应学习因子以及改进算法优化流程三个方面对蜻蜓算法进行改进,并采用基准测试函数对经典算法以及本文提出的改进蜻蜓算法进行对比。最后,提出主动配电网下分布式电源选址定容方法,并采用IEEE-33节点算例对主动配电网规划模型进行仿真分析,比较了传统配电网下只规划分布式电源、传统配网下规划分布式电源以及储能、主动配网下规划分布式电源、主动配网下规划分布式电源与储能以及主动配网下融合主动策略等五种方案,仿真实验表明,本文提出的改进蜻蜓算法能够高效完成主动配电网下分布式电源与储能规划,并且在本文所考虑的主动配电网策略下,能够使配电网在满足经济性的同时容纳更多的分布式电源与储能。

关键词：分布式电源主动配电网规划储能配置改进蜻蜓算法

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永磁同步电机智能控制算法的研究

永磁同步电机智能控制算法的研究

作者：杜涛上海工程技术大学

学位级别：硕士

永磁同步电机具有结构简单、调速性能好、功率密度高等显著优点,广泛应用于电动汽车、工业机器人、数控机床等领域。永磁同步电机的矢量控制多采用电机转速、电流双闭环的控制结构,PI控制器参数的好坏直接决定了PMSM伺服系统控制性能的... 详细信息

永磁同步电机具有结构简单、调速性能好、功率密度高等显著优点,广泛应用于电动汽车、工业机器人、数控机床等领域。永磁同步电机的矢量控制多采用电机转速、电流双闭环的控制结构,PI控制器参数的好坏直接决定了PMSM伺服系统控制性能的优劣。因此,研究永磁同步电机PI控制器参数自整定的方法,对提高PMSM伺服系统整体的动静态性能和鲁棒性具有重要的理论和实际意义。针对传统经验试凑法整定PI控制器参数存在超调、振荡、费时且不能保证参数最优的问题,首先提出采用分数阶PI控制器应用于系统的转速外环,并利用改进蜻蜓算法离线整定待求参数。接着考虑到PMSM在运行过程中易受自身参数的变化和外界扰动的影响,提出一种基于改进蜻蜓算法变论域模糊PI控制的PMSM控制器参数在线整定方法。研究工作如下:首先,介绍了永磁同步电机的基本结构和工作原理,建立了永磁同步电机的基本方程,以坐标变换为工具,在dq两相同步旋转坐标系下建立了永磁同步电机的数学模型,并介绍了永磁同步电机矢量控制系统的工作原理和空间矢量脉宽调制技术。其次,详细介绍了蜻蜓算法的原理和实现步骤,为提高算法的收敛速度和求解精度,采用混沌策略和差分进化算法对蜻蜓算法进行了改进,使用6个基本测试函数验证了改进蜻蜓算法的性能。为满足电机驱动控制的实时性要求,采用改进蜻蜓算法离线整定转速外环分数阶PI控制器参数,通过MATLAB/Simulink平台进行了仿真实验,并与其它整定算法进行对比,证明了所提的优化算法的可行性和优越性。然后,讨论了一种基于改进蜻蜓算法变论域模糊PI控制的PMSM控制器参数在线整定的可行性。在分析了标准模糊PI的不足后,阐述了改进蜻蜓算法变论域模糊PI转速控制器的设计过程,根据系统转速的偏差和偏差变化率在线调整模糊控制的论域,并在Simulink中搭建了改进蜻蜓算法变论域模糊PI控制的伺服系统仿真模型。通过与标准模糊PI控制进行对比分析,验证了所提出的控制方法可以根据系统的运行状态自适应地调整参数,提高了系统的动态响应速度和鲁棒性。最后,搭建了基于d SPACE的永磁同步电机双闭环实验平台,对本文提出的改进蜻蜓算法离线整定分数阶PI控制器参数进行了实验验证,并与传统经验试凑法整定整数阶PI控制器、粒子群算法整定分数阶PI控制器和蜻蜓算法整定分数阶PI控制器参数进行了实验对比,在电机空载启动、突加负载和带载加速三种工况下,对电机转速和电磁转矩特性曲线进行了分析。实验结果表明,改进蜻蜓算法优化的转速外环分数阶PI控制器减小了调节时间、提高了响应速度和增强了系统抗干扰能力,证明了基于智能算法参数自整定的永磁同步电机伺服系统具有良好的动静态性能。

关键词：永磁同步电机参数自整定改进蜻蜓算法变论域模糊PI控制 dSPACE

基于能量管理策略的机器人轨迹规划及可视化研究

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基于能量管理策略的机器人轨迹规划及可视化研究

作者：曹紫阳安徽工程大学

学位级别：硕士

随着机器人产业的蓬勃发展,以及该产业属于能源密集型产业,如何降低机器人作业过程中的能耗是推动该产业升级的关键所在。基于能量管理策略,研究机器人作业轨迹规划及实现其虚拟可视化具有重要意义。本课题以六自由度ER7B-C10机器人为... 详细信息

随着机器人产业的蓬勃发展,以及该产业属于能源密集型产业,如何降低机器人作业过程中的能耗是推动该产业升级的关键所在。基于能量管理策略,研究机器人作业轨迹规划及实现其虚拟可视化具有重要意义。本课题以六自由度ER7B-C10机器人为研究对象,在研究其运动学空间姿态的坐标矩阵变换,以及基于D-H建模方法建立其连杆坐标系的正逆运动学分析的理论基础上,完成基于能量管理策略的机器人轨迹规划及可视化研究。在基于能量管理策略的机器人轨迹规划的研究中,首先提出了一种改进蜻蜓算法,克服了原始蜻蜓算法的收敛速度慢、求解精度低、易陷入局部最小值和易出现早熟等缺陷,借助8个标准测试函数进行实验验证,实验结果表明本课题所提出的改进蜻蜓算法在收敛速度和寻优精度方面改进效果显著,为了保证高精度的控制要求,采用五次B样条曲线对机器人关节空间的关键点序列进行连接;然后在动力学的基础上提出了机器人轨迹能量管理策略,建立了机器人轨迹能量管理模型,并基于改进蜻蜓算法对能量管理模型进行优化和实验对比验证;最后针对ER7B-C10机器人模型虚拟样机进行仿真实验,实验结果表明优化后的机器人各关节轨迹曲线以及速度和加速度曲线连续、无突变,进一步证明了本课题所提出的改进蜻蜓算法的有效性。在基于Unity3D开发平台搭建机器人虚拟现实可视化仿真系统的研究中,首先确定机器人仿真系统的总体方案,并阐述了机器人可视化仿真系统的功能模块;然后将ER7B-C10型六自由度机器人加载到Unity3D开发平台中,对用户界面、参数设置等模块进行设计;最后基于Unity3D开发平台实现能量管理策略下ER7B-C10型六自由度机器人作业轨迹规划的虚拟现实可视化仿真实验。本次研究应用改进蜻蜓算法实现了基于能量管理策略的机器人轨迹规划,以及利用Unity3D虚拟现实可视化开发平台交互性强、开发效率高的优点,搭建了 ER7B-C10型六自由度机器人基于能量管理策略的作业轨迹可视化仿真系统,有助于在优化能耗指标策略下完成机器人的示教编程,为不同类型的机器人在该领域的研究提供了参考。

关键词：六自由度机器人轨迹规划改进蜻蜓算法能量管理策略可视化仿真系统