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基于Twin Builder的110kV油浸式变压器3维磁场降阶模型及损耗分析

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高电压技术 2024年第3期50卷 941-951页

作者：张重远刘迪程高成龙刘云鹏刘刚华北电力大学电力工程系保定071003

为解决3维变压器磁场有限元仿真计算效率低的问题,提出基于本征正交分解法的磁场降阶模型与基于二次多项式的损耗响应面模型。以1台110 kV变压器为算例,首先建立了考虑绕组涡流损耗的变压器磁场仿真模型,通过仿真分析了其在额定工况下... 详细信息

为解决3维变压器磁场有限元仿真计算效率低的问题,提出基于本征正交分解法的磁场降阶模型与基于二次多项式的损耗响应面模型。以1台110 kV变压器为算例,首先建立了考虑绕组涡流损耗的变压器磁场仿真模型,通过仿真分析了其在额定工况下的磁场及损耗分布;其次,通过仿真试验设计获取了多组工况下的磁场与损耗数据,在Twin Builder中训练得到变压器磁场的各降阶模块;最后,搭建面向数字孪生应用的变压器3维磁场降阶模型,实现了变压器磁场损耗的快速计算与云图分布的可视化。与计算单数据相比,仿真结果考虑了涡流效应的绕组损耗在靠近端部时有明显升高,最大值分别出现在高、低压绕组两端,约为绕组中部损耗的1.3~1.65倍。基于该磁场结果建立的降阶模型在计算效率方面较全阶模型有显著提升,将实际仿真时间缩短至0.76s,可满足数字孪生应用场景下的磁场快速计算需求。

关键词：油浸式变压器数字孪生 Twin Builder 本征正交分解响应面法降阶模型

黑曲霉菌对废旧电缆聚乙烯降解效果及反应机理研究

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电工技术学报 2024年第1期39卷 76-87,98页

作者：杨世芳杨晓磊谢军侯前朋刘云鹏华北电力大学电力工程系保定071003

近年来,随着电缆批量退役,有机固体废物大量堆积,严重威胁环境清洁和人类生命健康。微生物降解废旧电缆比传统的焚烧填埋更为清洁、经济,因此可以采用菌群降解手段实现废旧电缆环保处理。为了研究微生物降解废弃聚乙烯(PE)组分的过程,... 详细信息

近年来,随着电缆批量退役,有机固体废物大量堆积,严重威胁环境清洁和人类生命健康。微生物降解废旧电缆比传统的焚烧填埋更为清洁、经济,因此可以采用菌群降解手段实现废旧电缆环保处理。为了研究微生物降解废弃聚乙烯(PE)组分的过程,该文选取黑曲霉菌对聚乙烯粉末进行降解处理,利用傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)进行官能团分析及样品表面碳、氧元素的含量分析,使用X射线衍射实验(XRD)进行样品的晶体结构分析,采用差示扫描量热-热重分析(DSC-TGA)联用热分析方法开展样品的变温热性能分析,同时基于扫描电子显微镜(SEM)进行10 000~50 000倍下样品的微观形貌观测。实验结果表明,在黑曲霉菌降解低密度聚乙烯的过程中发生了氧化反应,产生了羟基、羰基等亲水基团,在菌群处理聚乙烯天数为14天时,氧元素含量从1.38%增加至13.60%,同时聚乙烯结晶度从53.4%下降到34.18%,起始热解温度降低200℃,最终热解温度降低10℃,熔融峰降低0.87 mW/mg,表面形貌出现明显的孔隙和沟壑。该文解析了黑曲霉菌降解低密度聚乙烯的化学机制为醇化、羰基化以及酶促氧化反应。

关键词：废旧电缆微生物聚乙烯生物降解

基于改进边缘注意力生成对抗网络的电力设备热成像超分辨率重建

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电力系统保护与控制 2024年第3期52卷 119-127页

作者：王艳连洪钵王寅初康磊赵洪山华北电力大学电力工程系河北保定071000

针对低分辨率电力设备热成像图像,提出一种基于改进边缘注意力生成对抗网络的超分辨率重建方法。首先,在边缘注意力的基础上,引入通道注意力和位置注意力的双注意力模块(dual attention, DA),捕获特征图不同位置间和不同通道间的依赖关... 详细信息

针对低分辨率电力设备热成像图像,提出一种基于改进边缘注意力生成对抗网络的超分辨率重建方法。首先,在边缘注意力的基础上,引入通道注意力和位置注意力的双注意力模块(dual attention, DA),捕获特征图不同位置间和不同通道间的依赖关系,并将两组依赖关系进行融合,以加大全局信息的提取程度。然后针对参数修正线性单元激活函数(parametric rectified linear unit, PReLU)对网络中神经元进行无差别激活,导致网络特征表达能力受限问题。采用改进β-ACONC自适应控制激活函数替代PRe LU函数,在辨识有效特征的基础上,对神经元进行选择性激活,以强化有效特征、弱化无效特征,提升网络的自适应激活能力和特征表达能力。最后对所提改进边缘注意力生成对抗网络模型(edge-attention generative adversarial network, EA-GAN)进行实验验证。结果表明,与Bi Cubic双三次插值模型和原EA-GAN模型边缘注意力生成对抗网络模型相比,所提改进模型网络性能最好,重建图像质量最高,客观评价指标峰值信噪比(peaksignal-to-noiseratio, PSNR)均值、结构相似性(structural similarity,SSIM)均值和均方误差损失(mean square error loss, MSE-loss)均值最优,在电力设备红外图像重建领域普适性较高,具有一定的工程应用价值。

关键词：热成像超分辨率重建注意力机制自适应激活函数

核反应堆液体区域控制系统全程隐蔽攻击方法研究

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中国科学：技术科学 2024年第4期54卷 645-654页

作者：黄宇王嘉俊谷赫谢家乐华北电力大学自动化系保定071003

隐蔽攻击对核反应堆液体区域控制系统的安全运行构成了严重威胁.然而,隐蔽攻击的成功实施不仅需要掌握被攻击对象的精确模型,而且很难在攻击完成后无痕退出.为此,本文针对核反应堆液体区域控制系统提出了一种四阶段全程隐蔽攻击方法.首... 详细信息

隐蔽攻击对核反应堆液体区域控制系统的安全运行构成了严重威胁.然而,隐蔽攻击的成功实施不仅需要掌握被攻击对象的精确模型,而且很难在攻击完成后无痕退出.为此,本文针对核反应堆液体区域控制系统提出了一种四阶段全程隐蔽攻击方法.首先,在攻击筹备阶段,通过最大似然估计离线设计最大似然形式下的双模H2最优无偏FIR;之后,在状态估计阶段,利用该FIR对攻击开始时刻的系统状态进行估算;然后,在攻击实施阶段,结合预期攻击目的和系统当前状态设计攻击实施序列,并将其注入至系统信号传输通道中,实现隐蔽攻击;最后,在攻击退出阶段,根据系统状态偏移量构建约束优化问题以给出最优攻击退出序列从而实现攻击退出过程的静默化.此外,本文基于系统噪声强度和攻击模型精度,分情况对全程隐蔽攻击方法的可行性进行了仿真验证.实验结果表明,在上述影响因素单独或综合作用下,所提攻击方法都能够隐蔽地完成攻击目标并无痕退出.

关键词：液体区域控制系统隐蔽攻击双模H2最优无偏FIR 攻击退出最大似然

可再生能源投资的政企随机演化博弈研究——基于动态碳价视角

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中国环境科学 2024年第1期44卷 567-580页

作者：李艳梅杨冲任恒君牛丹丹华北电力大学经济管理系河北保定071003

针对传统确定性演化博弈模型的不足,引入几何布朗运动模型模拟动态的碳价参数,构建了具有随机支付矩阵的演化博弈模型,以全国碳市场背景下的发电企业为例,研究了政企双方的演化过程和策略选择,探究了不同因素对演化均衡和政企决策的影响... 详细信息

针对传统确定性演化博弈模型的不足,引入几何布朗运动模型模拟动态的碳价参数,构建了具有随机支付矩阵的演化博弈模型,以全国碳市场背景下的发电企业为例,研究了政企双方的演化过程和策略选择,探究了不同因素对演化均衡和政企决策的影响.结果显示:碳价是影响政企决策的重要因素,碳价较低时,政企的最优决策分别是选择作为策略即采取奖惩措施和不投资可再生能源,碳价较高时最优决策转变为不作为和投资.火力发电的成本、收益和碳排放系数以及可再生能源发电的成本、收益和建设成本是影响政府和发电企业策略选择的关键因素.发电企业投资意愿与政府的奖惩力度正相关,政府作为意愿与奖惩力度负相关,短期内提高政府的奖惩力度可激励发电企业的投资行为,但会缩短政府作为时长.

关键词：碳交易机制可再生能源投资几何布朗运动模型演化博弈随机支付

倾斜壁面上液膜流中孤立波及其内部涡的演化特性研究

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力学学报 2024年第7期56卷 1983-1991页

作者：吴正人王琦峰陆世佳董帅刘梅华北电力大学河北省低碳高效发电技术重点实验室河北保定071003 华北电力大学动力工程系河北保定071003 华北电力大学经济管理系河北保定071003

研究了在重力作用下,二维不可压黏性流体液膜沿倾斜壁面流动时,其上孤立波及其内部涡的演化.采用小参数摄动法与行波变换法,首先推导出了非平整倾斜基底上液膜厚度的零阶和一阶的一般演化方程,然后对该方程进行化简并采用Mathematica进... 详细信息

研究了在重力作用下,二维不可压黏性流体液膜沿倾斜壁面流动时,其上孤立波及其内部涡的演化.采用小参数摄动法与行波变换法,首先推导出了非平整倾斜基底上液膜厚度的零阶和一阶的一般演化方程,然后对该方程进行化简并采用Mathematica进行数值求解.分析结果表明:孤立波波形图中,波前出现了一个毛细波,而毛细波波谷处出现了完全开式涡;通过对流量分析,发现其与孤立波波形具有相同的变化趋势,并且与波速呈正相关,对于双峰与三峰孤立波,前一波峰的流量比靠后的大;随着波速增加到超过某一临界值时,孤立波波峰内将出现涡流,经过计算该临界波速与倾斜角呈正比关系,对于双峰与三峰孤立波,当波速继续增大,靠后的波峰内也将出现涡流;通过分析自由表面的速度分布得出:该涡流的产生是自由表面的垂直速度在波前和波尾的速度梯度与大于波速的水平速度共同作用的结果,波峰多更容易产生涡流;通过分析在动坐标系下得到的迹线图,发现该涡流面积也正比于波速且旋向为顺时针,综合推断得出:旋涡是在孤立波表面处开始形成的,波峰内的流体沿壁面呈滚落状向下运动.

关键词：孤立波液膜涡流波速

具有端点质量的一维波动方程半离散格式的一致指数稳定性

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控制理论与应用 2024年第5期41卷 950-956页

作者：赵希郭宝珠华北电力大学数理学院北京102206

无穷维系统主要由偏微分方程描述,可是大部分用偏微分方程描述的控制系统,无论是单纯的数值实验还是需要应用到实际的问题中去,都需要对方程进行有限数值离散.本文考虑了端点带有质量的波动方程在边界反馈控制下半离散格式的一致指数稳... 详细信息

无穷维系统主要由偏微分方程描述,可是大部分用偏微分方程描述的控制系统,无论是单纯的数值实验还是需要应用到实际的问题中去,都需要对方程进行有限数值离散.本文考虑了端点带有质量的波动方程在边界反馈控制下半离散格式的一致指数稳定性.首先,原闭环系统通过降阶法变成低阶的等价系统,通过一种间接Lyapunov函数方法证明了降阶等价的连续系统是一致指数稳定的.其次,对等价系统空间变量离散得到半离散的差分格式.平行于连续系统,间接Lyapunov函数方法证明了半离散系统的一致指数稳定性.数值实验证明了基于降阶法的一致指数稳定性和经典半离散格式的非一致指数稳定性.

关键词：波动方程端点质量有限差分方法一致指数稳定

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基于深层小波网络的电容层析成像图像重建

计量学报 2024年第9期45卷 1353-1359页

作者：张立峰钱立凤华回春刘帅华北电力大学自动化系华北电力大学数理系

提出了一种基于深层小波网络的电容层析成像(ECT)图像重建算法，采用Landweber算法生成初始重建图像作为网络输入；以U-Net深度卷积神经网络模型为骨干模型，通过在上、下采样层引入小波变换提取不同层次的特征，以及采用跳跃连接方式... 详细信息

提出了一种基于深层小波网络的电容层析成像(ECT)图像重建算法，采用Landweber算法生成初始重建图像作为网络输入；以U-Net深度卷积神经网络模型为骨干模型，通过在上、下采样层引入小波变换提取不同层次的特征，以及采用跳跃连接方式搭建高频特征传递通道，保留更多的细节信息，充分利用特征图中的全局和局部信息特征。仿真及静态实验结果均表明，基于该算法的图像重建精度更高，仿真及静态实验重建图像的平均相对图像误差分别为0.191 8及0.657 0,平均相关系数分别为0.968 5及0.816 9。

关键词：多相流测量电容层析成像图像重建深度学习小波变换

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基于时空特征聚类和双层动态图卷积网络建模的短期净负荷预测

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高电压技术 2024年第9期50卷 3914-3923页

作者：戴浩男张辰灏甄钊王飞华北电力大学电力工程系保定071003 新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 北京102206 河北省分布式储能与微网重点实验室(华北电力大学) 保定071003

净负荷是实际负荷与光伏出力之差,针对净负荷中实际负荷强波动性与光伏出力强随机性相互耦合、表后光伏出力不可见等特点导致准确预测困难的问题,提出了一种基于时空特征聚类和双层动态图卷积网络建模的短期净负荷预测方法。首先,通过... 详细信息

净负荷是实际负荷与光伏出力之差,针对净负荷中实际负荷强波动性与光伏出力强随机性相互耦合、表后光伏出力不可见等特点导致准确预测困难的问题,提出了一种基于时空特征聚类和双层动态图卷积网络建模的短期净负荷预测方法。首先,通过提取用户净负荷的日内时间特征、长期趋势特征和空间关联特征建立净负荷子集群聚类模型;其次,以子集群为图节点构建考虑“负荷-光伏”双维相关性的图结构,使其能够同时反映负荷和光伏出力特性;最后,引入净负荷总节点和动态邻接矩阵,构建通过长短期记忆神经网络连接的双层动态图卷积模型,得到净负荷预测结果。基于悉尼Ausgrid实际净负荷数据设计的消融实验结果表明,所提时空特征聚类方法和双层动态图结构分别使净负荷预测结果的均方根误差降低了13.44 kW和7.55 kW。未来将进一步拓展预测尺度,为电网保供决策提供更多信息支撑。

关键词：净负荷预测时空相关性时空特征聚类图卷积神经网络动态图结构双层

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