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氢储能系统容量双层鲁棒随机优化配置方法

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第9期52卷 12-23页

作者：刘明波曾贵华董萍林舜江华南理工大学电力学院广东广州510640

氢能作为一种清洁无污染、能量密度大的二次能源,是大规模消纳新能源的理想储能载体,耦合氢储能系统和可再生能源的电热氢综合能源系统为消纳新能源提供新的思路和方案。围绕电热氢综合能源系统中如何以经济合理的方式投入氢储能设备展... 详细信息

氢能作为一种清洁无污染、能量密度大的二次能源,是大规模消纳新能源的理想储能载体,耦合氢储能系统和可再生能源的电热氢综合能源系统为消纳新能源提供新的思路和方案。围绕电热氢综合能源系统中如何以经济合理的方式投入氢储能设备展开研究,解决氢储能设备容量的合理配置问题以及考虑源荷不确定性对电热氢综合能源系统运行的影响,提出了一种考虑季节性存储和源荷不确定性的电热氢综合能源系统中氢储能容量优化配置方法。首先针对风电功率预测误差较大,电热气负荷预测精度较高的特点,分别采用不确定集和抽样场景描述源和荷两侧的不确定性。然后建立了考虑源荷不确定性和季节性存储的氢储能容量配置双层鲁棒随机优化模型,其上层问题以年化投资成本和运行成本的总成本最小化为目标确定氢储能系统装置容量,下层问题采用两阶段鲁棒随机优化模型模拟电热氢综合能源系统典型日在风电出力最恶劣场景下的最优运行方案。由于该模型难以直接求解,提出基于粒子群优化算法和列与约束生成算法对该类复杂模型进行求解。最后,通过对某个电热氢综合能源系统算例进行分析,算例分析结果验证了所提方法的有效性,获得的氢储能系统容量优化配置方案能够促进风电消纳和提高系统运行的经济性。

关键词：氢储能电热氢综合能源系统双层鲁棒随机优化季节性存储列与约束生成算法

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一种等通量波束的多极化可重构天线

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 131-140页

作者：靳贵平潘伟浩黄珏泓廖绍伟华南理工大学电子与信息学院广东广州510640

随着航天技术的革新,对近地轨道的通信需求逐年增高。近地轨道卫星就在此背景下产生,主要应用于遥感探测天气预报和数据通信领域。由于近地轨道卫星天线辐射波束所覆盖的地球表面是球面,因此波束通常设计为等通量形式。由于卫星通信通... 详细信息

随着航天技术的革新,对近地轨道的通信需求逐年增高。近地轨道卫星就在此背景下产生,主要应用于遥感探测天气预报和数据通信领域。由于近地轨道卫星天线辐射波束所覆盖的地球表面是球面,因此波束通常设计为等通量形式。由于卫星通信通常存在极化失配、多径效应等问题,选择多极化而不是圆极化作为近地卫星天线的工作状态能更好地适应复杂的工作环境,保证通信质量,将等通量波束天线和多极化可重构技术结合起来有很大的应用前景。基于一对正交圆极化波能合成线极化波的设计原理,文中提出了一种具有等通量波束的多极化可重构天线,该天线由可重构馈电网络和带扼流环的隔片极化器圆波导组成。馈电网络中嵌入单刀四掷开关(SP4T)与单刀双掷开关(SP2T),通过改变开关的工作状态,馈电网络将给圆波导提供不同的馈电条件,在圆波导内隔片的作用下天线实现两种圆极化与两种线极化的可重构。通过在圆波导口引入扼流环以及波导口作“T”型开槽处理,实现波束赋形,并且保证天线在不同极化状态下辐射等通量波束。实测结果显示,天线在不同的极化状态下-15 dB重叠阻抗带宽14.7%,覆盖4.80~5.56 GHz,方向图顶部在θ为-24°~+24°范围内具有平坦效果,圆极化状态下空间轴比覆盖-51°~+50°,覆盖范围大于方向图顶部平坦范围。天线实测结果与仿真结果有较好的一致性,具有多极化和方向图顶部平坦的优势,可满足移动通信和卫星通信中多极化应用场景的需要。

关键词：极化可重构天线等通量方向图圆极化线极化

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考虑出行成本不确定性的路网交通疏散策略

哈尔滨工业大学学报 2024年第3期56卷 19-28页

作者：温惠英邱映寒赵胜华南理工大学土木与交通学院广州510641

为提高应急管理水平,考虑突发事件影响下的交通出行成本不确定性,对城市交通疏散问题进行研究。首先,根据交通疏散问题的时空特性创建时空耦合网络图,并且结合行程时间成本和冲突风险成本,提出了城市交通路网出行成本的量化方法。进一... 详细信息

为提高应急管理水平,考虑突发事件影响下的交通出行成本不确定性,对城市交通疏散问题进行研究。首先,根据交通疏散问题的时空特性创建时空耦合网络图,并且结合行程时间成本和冲突风险成本,提出了城市交通路网出行成本的量化方法。进一步考虑路段资源权重上限的影响,通过增加边际约束,构建基于预算不确定集的先验疏散策略的鲁棒优化模型,以最小化路网疏散过程的总交通出行成本。然后运用模型重构技术,将搭建的鲁棒模型转化为混合整数线性规划模型,并设计改进的拉格朗日松弛方法进行解耦求解。最后以SiouxFalls网络进行算例分析,数值结果表明,随着不确定集和模型规模的增大,行程时间成本和冲突风险成本的增速分别提高约29.13%和236.46%,模型预算参数控制在一定的区间,能够较好地权衡解的鲁棒性与最优性。通过南京部分区域路网案例测试验证所述方法在更大规模网络算例的适用性,研究结果表明:相比于传统拉格朗日松弛方法,所提出的改良方法可以在较少的迭代次数内得到高质量的可行解。研究结果可以为应急指挥部门制定可靠的交通疏散策略提供思路。

关键词：交通网络疏散时空网络图出行成本不确定性鲁棒优化改进拉格朗日松弛方法

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水冷式集中空调冷源系统多变量耦合物理模型

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第5期52卷 139-152页

作者：刘雪峰黄彬丁笠伟徐瑾蔓毕梦波华南理工大学电力学院广东广州510640

水冷式集中空调系统是一个多变量耦合的非线性系统,运行数据稀疏程度大,导致基于数据驱动的机器学习模型泛化能力差,全面反映水力与传热机理的物理模型成为当前研究的关键。然而,系统变量耦合复杂,迭代嵌套导致整体计算量消耗巨大,设备... 详细信息

水冷式集中空调系统是一个多变量耦合的非线性系统,运行数据稀疏程度大,导致基于数据驱动的机器学习模型泛化能力差,全面反映水力与传热机理的物理模型成为当前研究的关键。然而,系统变量耦合复杂,迭代嵌套导致整体计算量消耗巨大,设备启停又导致管路水力结构变化而不得不频繁重构模型等技术难点亟待解决。利用离散变量连续化及模式搜索法,以阻力系数关联支路开度与设备启停,以水泵运行频率关联水泵启停与运行状态,实现将离散变量整合至连续变量,减少迭代嵌套,可实现流量动态分配、水力热力全局耦合计算。该研究构建了冷负荷、冷冻水流量、冷冻水供水温度、冷冻水供回水压差及环境温湿度为外部约束的水冷式集中空调冷源系统多变量耦合物理模型,实现对冷水机组台数、冷冻水泵台数与频率、冷却水泵台数与频率、冷却塔台数与频率等多个独立变量的异步调节。通过综合实验平台验证模型的可靠性,探究了不同工况下的机塔泵运行特性与群控策略。研究表明,冷源系统物理模型仿真结果平均相对误差小于10%,少部分在15%内,单次迭代计算耗时约0.32 s,多变量组合调节可综合权衡各子系统的能效,系统全局优化可最大限度挖掘节能空间,解决传统主观经验控制难以维持稳定节能效果的缺陷,为智能诊断提供理论基础。

关键词：空调系统多变量物理模型建模策略

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量子理论信息诠释的进展、问题与解决

哲学动态 2024年第6期 95-104,F0003页

作者：吴国林熊飞雷华南理工大学哲学与科技高等研究所

在量子理论的诠释领域,近年来出现一类新的诠释,它们不再基于实体运动,而是基于信息处理对量子理论进行解读。这类诠释始于罗韦利的关系性量子力学,近些年又衍生出许多新分支和新方向,并产生了日益重要的影响。它们在诠释中引进了新的... 详细信息

在量子理论的诠释领域,近年来出现一类新的诠释,它们不再基于实体运动,而是基于信息处理对量子理论进行解读。这类诠释始于罗韦利的关系性量子力学,近些年又衍生出许多新分支和新方向,并产生了日益重要的影响。它们在诠释中引进了新的哲学倾向——现象学特征。经由现象学还原,量子态不再指向物理实体本身,而是指向物理实体的系综及实体间的关系。信息诠释导致了量子理论诠释上的变革,在其框架下避免了非决定论的疑难和态塌缩等问题。

关键词：量子理论信息诠释现象学测量问题

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考虑自由液面影响的多凸体结构浮态计算方法

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第5期52卷 62-70页

作者：刘虓周全樊天慧陈超核华南理工大学土木与交通学院广东广州510640

针对液舱内自由液面对浮态和稳性的影响,文中提出了一种新的多凸体组合结构浮态算法。该方法将浮体和液舱分解成多个四面体单元,通过分析每个四面体与水面/液面的相对位置关系来确定浮体的浮力和浮心以及液舱液体的重心。该方法还提出... 详细信息

针对液舱内自由液面对浮态和稳性的影响,文中提出了一种新的多凸体组合结构浮态算法。该方法将浮体和液舱分解成多个四面体单元,通过分析每个四面体与水面/液面的相对位置关系来确定浮体的浮力和浮心以及液舱液体的重心。该方法还提出了一种改进的双重迭代法用来确定多凸体组合结构的浮态:内层迭代法模拟浮体的升沉运动,得到浮体外的水面方程和液舱内的液面方程;通过外层迭代法模拟浮体的旋转运动。两种迭代方法交替进行,直至浮体的重力作用线和浮力作用线之间的距离满足精度要求,同时重力等于浮力。自编程序对某半潜船和某半潜式海洋平台的多种典型工况进行了浮态计算,同时也考虑了自由液面影响。此外利用Maxsurf建模进行了对比分析,还利用AUTOCAD进行了精度验证。对照结果表明:该研究提出的算法可以考虑自由液面对浮态的影响,原理清晰,收敛性好;算法无论对传统的单凸体结构(例如单体船),还是多凸体结构(例如多体船、漂浮式海洋平台等)均更容易取得准确解,且计算效率更高;算法可以实现“搭积木”式的建模方式,多工况建模时可以极大地减小工作量;算法无需依赖国外第三方图形平台(比如AUTOCAD、CATIA),可为我国相关工业软件的国产化打下良好的基础。

关键词：自由液面浮态四面体双重迭代

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基于偏移注意力机制和多特征融合的点云分类

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第1期52卷 100-109页

作者：田晟宋霖赵凯龙华南理工大学土木与交通学院广东广州510640

三维点云由于受到雾、雨和雪等自然天气条件的影响较小而受到了广泛的关注,在交通、能源和医疗等多个领域得到了广泛的应用,其中点云分类旨在划分三维点云数据的类别,为不同领域决策者提供信息,实现解决方案的制订,对自动驾驶、故障诊... 详细信息

三维点云由于受到雾、雨和雪等自然天气条件的影响较小而受到了广泛的关注,在交通、能源和医疗等多个领域得到了广泛的应用,其中点云分类旨在划分三维点云数据的类别,为不同领域决策者提供信息,实现解决方案的制订,对自动驾驶、故障诊断和医学影像分析等具有重要意义。点云分类的应用前景广阔,但目前仍面临着诸多挑战。由于点云的无序性、稀疏性和有限性等特点,传统的图像处理和计算机视觉方法难以直接应用于点云数据分析,直接利用卷积神经网络不能有效提取点云特征,部分模型的特征提取不够充分,局部和全局的信息未能有效的利用,可能丢失重要特征信息。针对上述问题,提出一种实现点云的局部和全局特征相结合的多特征融合模块,并结合偏移注意力机制嵌入多特征融合模块实现较深层次点云特征的提取,同时引入残差结构充分利用浅层提取的特征,防止网络过深导致浅层特征丢失。在ModelNet40和ScanObjectNN分类数据集上进行训练和测试,并对实验进行了消融研究和部分数据可视化。实验结果发现该模型在ModelNet40上的分类总体准确率为93.6%,与PointNet、LDGCNN和PCT等模型相比,分类总体准确率分别提高了4.4、0.7和0.4个百分点;在ScanObjectNN上的分类总体准确率为83.7%,与PointNet++和DGCNN相比,分类总体准确率分别提高了5.8和5.6个百分点,具有较高的准确率和鲁棒性。

关键词：点云分类偏移注意力机制多特征融合残差网络

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微纳挠曲电结构力电耦合响应的数值模拟方法

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第1期52卷 147-156页

作者：黄怀纬黄海博华南理工大学土木与交通学院广东广州510640

微纳米尺度下挠曲电效应相对于传统压电效应具有较高的机电耦合转换效率,其在传感、致动和俘能领域极具应用前景。然而目前多数商用有限元软件未包含挠曲电本构模型,无法对挠曲电结构进行有效的数值模拟。本研究基于Abaqus用户自定义单... 详细信息

微纳米尺度下挠曲电效应相对于传统压电效应具有较高的机电耦合转换效率,其在传感、致动和俘能领域极具应用前景。然而目前多数商用有限元软件未包含挠曲电本构模型,无法对挠曲电结构进行有效的数值模拟。本研究基于Abaqus用户自定义单元(UEL)子程序进行二次开发,将挠曲电效应内化到计算模型。首先,结合配点混合有限元法(CMFEM),推导了挠曲电结构的力电耦合方程,并在Abaqus中开发了挠曲电单元,提供了挠曲电结构响应分析的数值模拟技术。与传统的混合有限元法(MFEM)相比,该方法的优点是易于建模,降低了计算自由度,提高了计算效率,节省了运算成本,并且挠度与电场强度指标都比其他方法更接近解析解。然后,通过上述数值模拟方法,建立了挠曲电结构响应分析数值模型,开展了矩形梁及弧形梁在不同边界条件下的力电耦合响应计算与分析。分析结果展示了梁的几何参数影响结构应变梯度|η113|的作用机制,表明在使用同一材料设计挠曲电梁时,可通过控制变形梯度来控制输出电压的大小。研究表明,改变梁的弯曲程度,可有效提高梁输出的开路电压,减小梁的挠度。相同程度弯曲下,弧形悬臂梁向下弯曲的开路电压大于弧形悬臂梁向上弯曲的开路电压。当向上弯曲弧形梁的圆心角为38°,左边缘为滑动支座,右边缘为铰链支座时,开路电压最大,可达214.07 mV,比悬臂矩形梁增加5倍。此外,相同模型若仅考虑压电效应,开路电压将下降89.3%。

关键词：挠曲电效应弧形梁二次开发有限元仿真

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基于时空图注意力网络的超短期区域负荷预测

电力系统自动化 2024年第12期48卷 147-155页

作者：赵紫昱陈渊睿陈霆威刘俊峰曾君华南理工大学电力学院广东省广州市510640 华南理工大学自动化科学与工程学院广东省广州市510640

目前,空间负荷预测研究对复杂时空关系的考虑不足。为此,文中提出一种基于多维、多源特征的区域级负荷超短期时空预测模型。首先,根据已有的区域级负荷进行元胞划分,构建考虑元胞相关性的图拓扑。其次,分别通过图注意力网络、一维卷积... 详细信息

目前,空间负荷预测研究对复杂时空关系的考虑不足。为此,文中提出一种基于多维、多源特征的区域级负荷超短期时空预测模型。首先,根据已有的区域级负荷进行元胞划分,构建考虑元胞相关性的图拓扑。其次,分别通过图注意力网络、一维卷积神经网络和门控循环单元,从空间、特征和时间维度提取有效特征,连接全连接层输出结果。最后,基于美国新英格兰地区的真实电力负荷数据进行仿真验证,并提取模型注意力权重,分析元胞之间的空间依赖性。结果表明,所提模型相比传统模型在不同预测步长上均具有更高的预测精度和稳定性,有效挖掘了区域级负荷的空间依赖性。

关键词：负荷预测负荷空间分布卷积神经网络门控循环单元注意力机制可解释性