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基于扰动补偿的高速列车自适应滑模黏着控制

铁道科学与工程学报 2024年第3期21卷 913-923页

作者：曹帅王嵩唐杰萍何小毛西南交通大学电气工程学院四川成都610031

列车安全和平稳运行依赖于牵引力的有效发挥,而牵引力的有效发挥受限于轮轨间的黏着状态。为了解决高速列车行驶在低黏着轨面时牵引力不足的问题,考虑到车重、阻力、坡度等参数不易精确获取,设计一种基于扰动补偿的自适应滑模黏着控制... 详细信息

列车安全和平稳运行依赖于牵引力的有效发挥,而牵引力的有效发挥受限于轮轨间的黏着状态。为了解决高速列车行驶在低黏着轨面时牵引力不足的问题,考虑到车重、阻力、坡度等参数不易精确获取,设计一种基于扰动补偿的自适应滑模黏着控制算法。根据黏着计算模型和简化列车模型,建立高速列车轮轨动力学模型。通过设计动态观测精度更高的鲁棒黏着观测器,以精确获取当前轨面提供的黏着力。在此基础上,针对列车工作在最优黏着点附近时能够获得较大牵引力这一特性,采用梯度观测极值搜索算法获取该点附近的蠕滑速度。同时,设计基于扰动补偿的自适应滑模控制器控制电机输出转矩,使高速列车能够在部分系统参数未知的情况下跟踪极值搜索算法输出的蠕滑速度,从而提高列车牵引力。基于扰动补偿的自适应滑模控制,通过观测补偿系统不确定部分和自适应调节开关增益,减少滑模控制律抖振对黏着控制性能的影响。研究结果表明,基于扰动补偿的自适应滑模黏着控制算法在系统中存在未知参数时,能够控制列车在10 s内到达冰雪轨面最优黏着工作点附近,在1 s内到达潮湿轨面最优黏着工作点附近。此外,相比于传统滑模黏着控制和自适应滑模黏着控制,所提算法控制律抖振更低,并且能够更精确地搜寻和跟踪最优黏着工作点。所提算法可以为实际列车黏着控制算法设计提供参考。

关键词：高速列车黏着观测器极值搜索扰动观测器滑模控制

双边供电下的钢轨电位影响因素及抑制措施分析

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铁道科学与工程学报 2024年第6期21卷 2465-2475页

作者：王克文李卫兰王辉北京交通大学电气工程学院北京100044 西南交通大学电气工程学院四川成都611756 国家能源集团新朔铁路有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017099 成都尚华电气有限公司四川成都610200

双边供电方式能够实现长距离无分相贯通供电,与单边供电方式相比系统牵引回流特性有差异,进而将导致钢轨电位分布不同,故需对双边供电方式下的钢轨电位进行研究。基于双边供电复线牵引网模型,推导了系统钢轨电位及轨中电流计算过程,通... 详细信息

双边供电方式能够实现长距离无分相贯通供电,与单边供电方式相比系统牵引回流特性有差异,进而将导致钢轨电位分布不同,故需对双边供电方式下的钢轨电位进行研究。基于双边供电复线牵引网模型,推导了系统钢轨电位及轨中电流计算过程,通过分析钢轨电位的影响因素提出双边供电复线牵引网钢轨电位的抑制措施。研究结果表明:单边供电与双边供电取流点附近的钢轨电位基本一致,但双边供电方式下会在牵引变电所处造成更低的钢轨电位。双边供电方式下,钢轨电位在机车取流处达到最大值,取流点两侧钢轨电位逐渐减小,当上下行机车位置关于相邻变电所区间中点对称时,该区间内钢轨电位分布几乎一致,机车越靠近相邻变电所区间中点钢轨电位越大,列车运行组织应尽量避免机车在靠近两相邻变电所区间中点会车。轨地过渡电阻3Ω·km增大到15Ω·km时,钢轨电位最大值从52.49 V增大到109.01 V,增幅为107.68%,可通过降阻达到钢轨电位抑制效果。土壤电阻率从10Ω·m增加到200Ω·m时,牵引变电所处的钢轨电位从10.82 V增加到36.74 V,增幅为239.56%。钢轨电位分析与治理需充分考虑线路周围土壤条件。增设贯通地线后,机车取流处钢轨电位迅速降低,抑制钢轨电位效果显著。

关键词：双边供电复线牵引网钢轨电位影响因素抑制措施

基于校准窗口集成与耦合市场特征的可解释双层日前电价预测

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中国电机工程学报 2024年第4期44卷 1272-1285,I0003页

作者：刘慧鑫沈晓东魏泽涛刘友波刘俊勇白元宝四川大学电气工程学院四川省成都市610065 四川能投综合能源公司四川省成都市611130

随着电力市场之间耦合程度不断加深,只局限于单个市场内部的传统特征集不足以支撑高精度预测的需求。而且模型预测性能对校准窗口的选择敏感,而传统电价预测仅使用一个固定时间长度的数据集,同时预测模型的“黑盒”结构导致预测结果在... 详细信息

随着电力市场之间耦合程度不断加深,只局限于单个市场内部的传统特征集不足以支撑高精度预测的需求。而且模型预测性能对校准窗口的选择敏感,而传统电价预测仅使用一个固定时间长度的数据集,同时预测模型的“黑盒”结构导致预测结果在工程应用中可信度偏低。针对上述问题,该文提出一种考虑校准窗口集成与耦合市场特征的可解释双层日前电价预测框架。内层框架为基于改进自适应噪声完备集合经验模态分解(improved complete ensemble empirical mode decomposition,ICEEMDAN)的择优预测,首先分解原始电价序列,然后应用Lasso估计回归(lassoestimated autoregressive,LEAR)、长期和短期时间序列网络(long-term and short-term time-series networks,LSTNet)、卷积神经网络-长短记忆神经网络(convolutionalneuralnetworks-longshort termmemory,CNN-LSTM)、移动平均(autoregressive integrated moving average,ARIMA)和核极限学习机(kernel extreme learning machines,KELM)模型预测子序列并选择最优预测算法。外层框架为基于贝叶斯模型平均(bayes modelaveraging,BMA)的校准窗口集成预测,针对每个不同校准窗口长度数据集下的预测分配权重并集成得到预测电价。最后,通过可解释方法沙普利加性解释模型(shapley additiveexplanations,SHAP)分析耦合市场特征如何影响预测电价。该文通过北欧电力市场数据集的算例分析证明了所提算法的优越性和校准窗口集成方案的有效性。

关键词：校准窗口集成耦合市场特征双层预测框架改进自适应噪声完备集合经验模态分解(ICEEMDAN) 贝叶斯模型平均(BMA) 沙普利加性解释模型(SHAP)

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基于新型环保气体的断路器温升特性

工程科学与技术 2024年第5期56卷 86-97页

作者：赵莉华邬志云闫志强黄小龙宁文军贾申利四川大学电气工程学院四川成都610065 国家电网成都供电公司四川成都610000

由于SF_(6)断路器具有严重的温室效应,基于新型环保气体断路器的研究受到了广泛关注。现有关于新型环保气体C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的研究大多集中在灭弧、绝缘性能等方面,对其温升特性的研究不够深入,但是绝缘气体的温升特性对断... 详细信息

由于SF_(6)断路器具有严重的温室效应,基于新型环保气体断路器的研究受到了广泛关注。现有关于新型环保气体C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的研究大多集中在灭弧、绝缘性能等方面,对其温升特性的研究不够深入,但是绝缘气体的温升特性对断路器的载流能力设计和运行状态监测具有重要意义。为探究新型环保气体断路器的温升特性,本文基于40.5kV瓷柱式断路器样机搭建了温升实验平台,并建立了电磁-热-流多物理场耦合的仿真模型,对断路器温升特性开展研究。结果表明:断路器灭弧室内温升呈左右对称、上高下低的阶梯状分布,热量主要集中在导体和内部绝缘气体顶部;灭弧室内流场分布较为稳定,导体附近的气体由于受热产生了自然对流现象,气体流速随着温度的升高逐渐增大,最大流速出现在喷口位置;在一定条件下,瓷柱式断路器的导体回路、瓷套管外壳和喷口等典型测点处的温升均随着负荷电流的增大而增加,且喷口和导体处的温度上升速率远高于瓷套管外壳;基于不同气体的瓷柱式断路器温升场具有相似的分布规律,其中C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体表现出良好的散热能力,且随着混合气体中C_(4)F_(7)N气体比例的增加,导体温升逐渐减小;各种气体环境下灭弧室内的流场分布也大致相似,气流速度与灭弧室温度和气体黏度密切相关。研究结果可为新型环保气体C_(4)F_(7)N在瓷柱式断路器中的应用提供理论依据,对新型环保绝缘气体在高压断路器温升方面替代SF_(6)具有重要意义。

关键词：温升特性 C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体高压断路器有限元仿真

基于多元线路特征因素融合的电压暂降严重程度评估

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电力工程技术 2024年第2期43卷 94-104页

作者：徐方维贺东郭凯龙晨瑞四川大学电气工程学院四川成都610065

现有电压暂降严重程度评估方法未充分考虑多元线路特征因素对输电线路故障概率的影响,评估结果存在较大误差。由此,文中提出了基于多元线路特征因素融合的电压暂降严重程度评估方法。首先,基于线路历史故障数据,采用关联规则量化多元线... 详细信息

现有电压暂降严重程度评估方法未充分考虑多元线路特征因素对输电线路故障概率的影响,评估结果存在较大误差。由此,文中提出了基于多元线路特征因素融合的电压暂降严重程度评估方法。首先,基于线路历史故障数据,采用关联规则量化多元线路特征因素对线路故障的影响程度进行研究。然后,通过改进D-S证据理论融合多元线路特征因素建立准确的线路年故障概率模型,并采用基于最大熵模型的故障点法评估节点的电压暂降量。最后,提出了一种同时考虑系统侧电压暂降严重程度和用户敏感设备耐受特性的综合电压暂降严重程度指标,用于评估节点电压暂降严重程度。基于实际电能质量监测数据进行验证,并与未充分考虑线路特征因素的评估案例进行比较,结果表明所提方法能有效提升电压暂降严重程度评估的准确性。

关键词：电压暂降暂降严重程度线路特征因素关联规则改进D-S证据理论线路年故障概率敏感设备

基于阶梯碳价和自适应分时电价的电动汽车有序充电

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电力自动化设备 2024年第2期44卷 64-71页

作者：王均黄钶然许潇吴兰姜伟黄明山河南工业大学电气工程学院河南郑州450001 四川大学电气工程学院四川成都610065 河南工业大学机电工程学院河南郑州450001 河南许继仪表有限公司河南许昌461000

将阶梯碳价与分时电价的耦合关系进行内联,提出了一种基于阶梯碳价和自适应分时电价的电动汽车有序充电策略。利用蒙特卡罗方法生成电动汽车的无序充电场景;建立阶梯碳价模型和自适应分时电价模型;以电网日负荷均方差最小、电动汽车用... 详细信息

将阶梯碳价与分时电价的耦合关系进行内联,提出了一种基于阶梯碳价和自适应分时电价的电动汽车有序充电策略。利用蒙特卡罗方法生成电动汽车的无序充电场景;建立阶梯碳价模型和自适应分时电价模型;以电网日负荷均方差最小、电动汽车用户充电总成本最小和发电商碳交易成本最小为目标函数,建立电碳双定价机制下的电动汽车有序充电模型,并采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),结合熵权逼近理想解排序(TOPSIS)模型求解Pareto解集的最优折中解;对4种碳交易机制下的优化结果进行对比分析。仿真结果表明,在有奖励阶梯碳价和自适应分时电价机制下电网负荷波动平抑效果最佳且发电商碳交易成本最小,验证了所提模型的合理性和可行性。

关键词：电动汽车碳交易机制阶梯碳价自适应分时电价有序充电熵权TOPSIS模型 NSGA-Ⅱ 灵敏度分析

支持新型电力系统的5G/6G高可靠低时延电力物联网通信设计与分析

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中国电机工程学报 2024年

作者：曾琦刘友波李梓玮马超钟俊刘星四川大学电气工程学院国网四川综合能源服务有限公司

新型电力系统中“源-网-荷-储”协同控制具有大规模节点接入、双向可靠和广域低时延的信息传输需求，是5G通信重要垂直应用场景。然而，现有民用5G通信无法完全满足电力业务互动控制对高可靠和低时延的信息传输需求。本文在5G标准基础... 详细信息

新型电力系统中“源-网-荷-储”协同控制具有大规模节点接入、双向可靠和广域低时延的信息传输需求，是5G通信重要垂直应用场景。然而，现有民用5G通信无法完全满足电力业务互动控制对高可靠和低时延的信息传输需求。本文在5G标准基础上，将子载波跳频技术（FH）应用于可配置正交频分复用（OFDM）系统中，形成OFDM/FH传输新体制，为新型电力系统提供多业务接入和高可靠的信号传输方案；同时，考虑控制业务短包和突发特性，将OFDM/FH信号传输与5G/6G微时隙(mini-slot)调度策略融合，以mini-slot为基本单位的资源调度和重传机制能有效降低时延。随后，通过理论分析，揭示该电力物联网（IoT）通信系统传输可靠性与重传时延的内在折中关系。通过对无线通信物理层信号处理和媒介接入层时隙调度联合设计，本文提出的基于mini-slot调度架构OFDM/FH的电力物联网5G/6G通信方案，可支持“源-网-荷-储”多业务泛在接入、高达99.999%传输可靠性和毫秒级低时延要求，实现了5G/6G高可靠低时延通信（uRLLC）与泛在电力控制业务的深度融合。

关键词：电力物联网通信电力业务可靠性时延性系统设计

非隔离型直流变压器的快速电磁暂态等效建模方法

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电力系统自动化 2024年

作者：王渝红周奕辰高仕林张巍廖建权郑宗生四川大学电气工程学院

电磁暂态仿真对于掌握直流变压器的运行特性具有重要意义，但目前的模块化变流器高速等效建模方法对非隔离型变压器较少提及。同时，现有非隔离型直流变压器电磁暂态仿真模型存在开关状态计算复杂、内部节点数多的问题，导致系统仿真效... 详细信息

电磁暂态仿真对于掌握直流变压器的运行特性具有重要意义，但目前的模块化变流器高速等效建模方法对非隔离型变压器较少提及。同时，现有非隔离型直流变压器电磁暂态仿真模型存在开关状态计算复杂、内部节点数多的问题，导致系统仿真效率低下。为此，提出一种基于开关状态预测和戴维南等效的非隔离型直流变压器快速电磁暂态等效建模方法。首先，提出一种非隔离型直流变压器中子模块的开关状态预测方法。其次，基于开关状态得到直流变压器桥臂的等效电路，并对其进行戴维南等效，得到桥臂的两节点等效电路模型。然后，建立自耦变压器的等效电路模型，综合桥臂和自耦变压器等效电路，获得直流变压器的等效电路，并据此建立直流变压器的节点电压方程。最后，基于高斯消元对方程进行降阶，实现非隔离型直流变压器仿真模型的内节点收缩。算例分析表明，所提非隔离型直流变压器的快速电磁暂态等效建模方法与传统详细建模方法精度接近，仿真效率显著提升。

关键词：非隔离型直流变压器戴维南等效电磁暂态建模开关状态预测内节点收缩

光热发电系统简化动态模型与一次调频能力分析

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电力系统自动化 2024年

作者：王杨关智文姚凌翔罗抒予肖先勇四川大学电气工程学院

光热发电是一种灵活性很强的清洁能源发电技术，在新型电力系统中具有广泛的应用场景。由于缺乏合适的动态模型，光热电站在电力系统中的动态运行特性和调频性能尚不清晰。针对上述问题，考虑光热发电系统的特有能源供应模式、组件结构... 详细信息

光热发电是一种灵活性很强的清洁能源发电技术，在新型电力系统中具有广泛的应用场景。由于缺乏合适的动态模型，光热电站在电力系统中的动态运行特性和调频性能尚不清晰。针对上述问题，考虑光热发电系统的特有能源供应模式、组件结构以及控制系统，提出了一种适用于电力系统动态分析的光热发电系统简化动态模型。相较于传统火电简化动态模型，其在捕捉蒸汽压力、功率和蒸汽流量的动态特性方面具有显著的提升。使用某50 MW光热电站实际运行数据对所提出的模型进行验证，结果表明传统火电的经典模型无法准确反映光热发电系统的动态特性，而提出的简化动态模型模拟准确度和计算效率俱佳。此外，基于提出的简化动态模型量化分析了光热发电系统在不同运行工况下的一次调频能力，研究了机组负荷大小、压力设定模式和主蒸汽温度对系统一次调频性能的影响，明确了机组处于低熔盐温度、低出力负荷等蓄能不足状态时，通过辅助手段提升系统频率调节能力的必要性。

关键词：光热发电简化建模一次调频实测验证