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酿酒酵母稳定整合位点鉴定及其在橘烯生物合成中的应用

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生物工程学报 2024年第6期40卷 1924-1934页

作者：陈东莹朱晁谊陈和锋周靖涛李爽华南理工大学生物科学与工程学院广东广州510006

橘烯(valencene)是一种带有柑橘香气的高值倍半萜类化合物,被广泛应用于食品、化妆品等行业,以及工业合成圆柚酮。本研究在酿酒酵母基因组中鉴定到了16个位于基因间区(intergenic region,IGR)的基因组位点,利用CRISPR-Cas9技术,将Ypet... 详细信息

橘烯(valencene)是一种带有柑橘香气的高值倍半萜类化合物,被广泛应用于食品、化妆品等行业,以及工业合成圆柚酮。本研究在酿酒酵母基因组中鉴定到了16个位于基因间区(intergenic region,IGR)的基因组位点,利用CRISPR-Cas9技术,将Ypet表达盒整合到不同的基因组位点,整合成功率高达87.50%,不同插入位点之间的表达差异达1.91倍。研究显示,位置效应在基因表达中相对稳定,基本不受启动子和报告基因变更的影响。之后筛选高效表达的元件组合PTDH3-TPRC1,在优选的整合位点迭代整合来自阿拉斯加黄扁柏(Callitropsis nootkatensis)橘烯合成酶(VSm),橘烯产量提升至254.67 mg/L。过表达多个拷贝的关键基因t HMG1-ERG20,橘烯的产量提高了93.49%。所得工程菌株L-13在3 L发酵罐中进行2阶段补料分批发酵能够生产橘烯9 530.18 mg/L,相较出发菌株提高了近100倍,展现了筛选出的基因组位点在橘烯生产优化过程中的潜力。

关键词：酿酒酵母位点效应 CRISPR-Cas9 橘烯生物合成

倾斜矿体采空区非对称顶板-矿柱结构体协同承载机理

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中国有色金属学报 2024年第1期34卷 329-343页

作者：姜立春李金柱华南理工大学土木与交通学院广州510640 华南理工大学安全科学与工程研究所广州510640

为解决倾斜矿体回采后大倾角顶板和非对称空区可能引发的采空区支撑结构体变形及破坏失稳问题,以某石灰石矿非对称顶板-矿柱支撑结构体为研究对象,构建结构体承载力学模型,求解顶板挠曲变形值及矿柱安全系数,分析不同倾角、跨度比下顶... 详细信息

为解决倾斜矿体回采后大倾角顶板和非对称空区可能引发的采空区支撑结构体变形及破坏失稳问题,以某石灰石矿非对称顶板-矿柱支撑结构体为研究对象,构建结构体承载力学模型,求解顶板挠曲变形值及矿柱安全系数,分析不同倾角、跨度比下顶板变形特征及矿柱失稳破坏模式,研究其协同承载机理。结果表明:顶板变形、矿柱失稳破坏模式受采空区倾角θ和跨度比λ的双重影响,顶板变形大小随着θ的增加表现为双增长率,与λ的关系伴随着θ的变化而变化。矿柱失稳破坏模式受θ的影响程度随着λ的增加而减小,当0°<θ≤30°时,矿柱主要为小偏心受压破坏;当θ=0°和30°<θ≤60°时,随着λ值的增加,矿柱破坏模式从大偏心受压破坏向小偏心受压破坏转变。顶板维系采空区稳定的能力随着θ的增加逐渐降低,矿柱维系采空区稳定的最优λ值随着θ的增加逐渐减小,矿柱约束顶板变形作用大小随着λ的增加而降低。数值模拟和工程实例验证了理论计算结果的可靠性,为地下空场法矿山安全开采提供一定的理论支撑。

关键词：非对称空区顶板-矿柱倾斜矿体偏心载荷协同作用

考虑新能源高阶不确定性的交直流混联电网静态电压稳定裕度计算

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高电压技术 2024年第4期50卷 1631-1644页

作者：张芸烽林舜江杨悦荣刘万彬刘明波华南理工大学电力学院广州510640

随着大量新能源场站接入交直流混联电网,系统的静态电压稳定裕度(static voltage stability margin,SVSM)水平具有很大的不确定性,需要研究考虑新能源场站高阶不确定性的交直流混联电网SVSM计算方法。针对此问题,首先建立了交直流混联电... 详细信息

随着大量新能源场站接入交直流混联电网,系统的静态电压稳定裕度(static voltage stability margin,SVSM)水平具有很大的不确定性,需要研究考虑新能源场站高阶不确定性的交直流混联电网SVSM计算方法。针对此问题,首先建立了交直流混联电网SVSM计算模型,模型中考虑了直流换流站控制方式随负荷增长的切换;采用概率盒模型描述风速与光照强度的随机波动,提出了改进区间半不变量法以获得更准确的SVSM概率盒,该方法通过K-means++聚类算法将随机变量样本划分为多个波动范围较小的样本集,以降低半不变量的线性化计算带来的误差;并结合Gram-Charlier级数展开和概率加权和计算得到考虑新能源场站高阶不确定性的系统SVSM概率盒。通过对修改的IEEE-39节点交直流系统和南方电网两个算例的分析,并与区间半不变量法和双层蒙特卡洛法比较,验证了所提出方法获得的SVSM概率盒具有较高的计算精度和效率。

关键词：新能源交直流混联电网高阶不确定性静态电压稳定裕度参数化概率盒改进区间半不变量法

基于改进交替方向乘子法的电-气综合能源系统优化调度

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电工技术学报 2024年第9期39卷 2797-2809页

作者：罗清局朱继忠华南理工大学电力学院广州510641

在电-气综合能源系统分布式优化调度中,非线性非凸的Weymouth方程给问题求解带来了巨大挑战。一方面,目前许多研究采用二阶锥松弛Weymouth方程,较为复杂;另一方面,主流分布式算法即交替方向乘子法(ADMM)的计算效率并不高。对此,该文提... 详细信息

在电-气综合能源系统分布式优化调度中,非线性非凸的Weymouth方程给问题求解带来了巨大挑战。一方面,目前许多研究采用二阶锥松弛Weymouth方程,较为复杂;另一方面,主流分布式算法即交替方向乘子法(ADMM)的计算效率并不高。对此,该文提出一种精确近似的Weymouth方程线性化模型和多参数规划改进ADMM算法以解决上述两个问题。Weymouth方程线性化模型基于泰勒展开,利用一簇切线松弛Weymouth方程。特别地,增加了惩罚项以收紧松弛间隙,通过变量替换的方法减少切线的数量,并给出了一种有效的切线选取方法。对于多参数规划改进ADMM算法,其通过多参数规划得到子问题最优解的解析式。迭代过程中,若参数落在临界域内,可直接将参数代入最优解解析式获得子问题的最优解,无需求解子问题,提高了迭代速度。此外,该文还对多参数规划中难以避免的退化问题进行了处理,提升了算法的通用性。最后在两个不同规模的系统中验证了Weymouth方程线性化模型的精确性和多参数规划改进ADMM算法的高效性。

关键词：电-气综合能源系统分布式优化调度 Weymouth方程线性化多参数规划交替方向乘子法

计及配电网可靠性和运行经济性的电网侧储能优化配置

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电力自动化设备 2024年第7期44卷 62-68,85页

作者：张晋铭欧阳森吴晗辛曦黄祎华南理工大学电力学院广东广州510640

针对储能提升系统可靠性和降低运行经济性的问题,提出一种综合考虑配电网可靠性和运行经济性的两阶段储能优化配置方法。在单一主电源供电可靠性模型的基础上,分别建立含储能系统单点接入、多点接入结构下的供电可靠性模型:阶段1以储能... 详细信息

针对储能提升系统可靠性和降低运行经济性的问题,提出一种综合考虑配电网可靠性和运行经济性的两阶段储能优化配置方法。在单一主电源供电可靠性模型的基础上,分别建立含储能系统单点接入、多点接入结构下的供电可靠性模型:阶段1以储能系统单点接入拓扑下的模型为规划对象,建立多目标规划运行双层模型,上层以储能容量投资成本、系统安全成本、统一时间尺度下的运行成本之和最小为优化目标,下层以综合运行成本之和最小为优化目标,同时考虑网络损耗、电能质量、负荷波动这3种运行成本,应用Gurobi工具包求解得到储能的规划运行方案;阶段2考虑新增供电线缆改造后的储能多点接入拓扑下的模型,以可靠性提升效益最大为优化目标,得到新增线缆规划方案。以修改的IEEE 33节点系统为算例,从不同的场景验证所提方法的有效性,并分析不同的停电风险价格对规划结果的影响。

关键词：储能系统可靠性运行经济性优化配置两阶段优化双层规划配电网

配电物联网云边协同系统计算资源双目标优化配置方法

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电力自动化设备 2024年第5期44卷 112-119页

作者：屈径刘文泽蔡泽祥岑伯维胡凯强刘媛媛华南理工大学电力学院广东广州510641

云边协同系统能够支持计算资源弹性扩展,适应配电物联网技术的需求。针对云边协同系统的计算资源配置问题,刻画了云边协同系统的计算资源,建立了计算业务模型,提出了批量计算业务的业务超时系数以对系统效果进行定量评价。基于上述模型... 详细信息

云边协同系统能够支持计算资源弹性扩展,适应配电物联网技术的需求。针对云边协同系统的计算资源配置问题,刻画了云边协同系统的计算资源,建立了计算业务模型,提出了批量计算业务的业务超时系数以对系统效果进行定量评价。基于上述模型,以最小化云边协同系统开销和最小化业务超时系数为目标,建立了考虑云边互动的计算资源优化配置双目标规划模型,并采用改进差分进化算法得到帕累托前沿。基于仿真算例讨论了不同双目标处理方法、通信质量、并发业务规模等对所提计算资源配置方法的影响。

关键词：配电物联网计算资源配置云边协同系统双目标规划差分进化算法

基于广义纳什议价的多微电网配电系统多主体协同能量管理策略

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电力自动化设备 2024年第5期44卷 199-207页

作者：谢元皓林声宏朱建全华南理工大学电力学院广东广州510640

为进一步挖掘多微电网配电系统内各级主体的合作潜力以及改善系统能量供需关系,提出一种基于广义纳什议价的协同能量管理优化策略。根据配电网层、微电网层和用户层的利益交互关系将谈判过程分为两阶段:在第一阶段,配电网和多个微电网-... 详细信息

为进一步挖掘多微电网配电系统内各级主体的合作潜力以及改善系统能量供需关系,提出一种基于广义纳什议价的协同能量管理优化策略。根据配电网层、微电网层和用户层的利益交互关系将谈判过程分为两阶段:在第一阶段,配电网和多个微电网-用户子联盟进行协商,以实现各主体的协同优化运行以及合作剩余的分配;在第二阶段,各子联盟内部进行获益结算。考虑各主体的利益,建立对应的两阶段议价模型,通过引入议价能力实现各方利益的非对称分配。将第一阶段议价模型分解为系统效益最大化和收益分配2个子问题,并采用两块交替方向乘子法实现分布式求解。算例结果表明,所提策略可有效实现利益的合理分配,提升各主体的经济效益,并且有利于提高配电网电压质量和新能源消纳水平。

关键词：多微电网配电系统需求响应广义纳什议价合作博弈两块交替方向乘子法

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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

水污染达峰后元素比例失衡引发的新环境风险:以广东沿海为例

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环境科学学报 2024年第5期44卷 138-148页

作者：黄华关翔鸿成晓倩吴宇伦何旭光吴海珍邱光磊韦朝海华南理工大学环境与能源学院广州510006 华南理工大学生物科学与工程学院广州510006

针对人类活动和环境变化对水质可能带来的影响,本研究收集了广东省沿海城市群入海口水质监测数据,分析了近岸环境的营养元素化学计量及微量元素浓度时空变化的趋势;通过综合污染指数法,评估了2015—2022年间的生态风险演变,利用相关性... 详细信息

针对人类活动和环境变化对水质可能带来的影响,本研究收集了广东省沿海城市群入海口水质监测数据,分析了近岸环境的营养元素化学计量及微量元素浓度时空变化的趋势;通过综合污染指数法,评估了2015—2022年间的生态风险演变,利用相关性分析与相关网络分析解析了近岸水环境演变过程中水溶液性质群集间的关联及聚集,最后通过主成分分析揭示了驱动水溶液性质相互作用的关键影响因素.结果表明:广东省河口水体的主要污染物指标在浓度上受到了控制,但B/C、C/N和C/P比值等逐步偏离其自然本底比值,导致水体的微生物能量利用、营养物质固定和元素矿化效率受阻,水质特征不利于进一步的自然利用,干预了水生态的自净化机制与能力;在气候变化影响下的元素比例失衡、限制性元素匮乏等因素将会限制水体的功能发挥,从而引发新的环境风险.由相关性分析和主成分分析可知,亲和组分浓度受多种效应相近的物理化学作用而产生群集效应,由此构建了复杂的元素耦合体系.生态条件和水文环境的快速变化动摇了元素间的比例链条,因此,需建立排放尾水-河流-入海口-海洋联通的水溶液性质的信息反馈,未来的水环境管理应综合考虑水文特征、污染物总量和元素比例阈值.

关键词：近岸环境营养盐重金属生态风险水溶液性质