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计及最恶劣场景概率和供需灵活性的综合能源系统分布鲁棒低碳优化调度

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电力系统保护与控制 2024年第13期52卷 78-89页

作者：王蓬蓬宋运忠河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454003

随着可再生能源渗透率的提升,其不确定性给综合能源系统(integrated energy system,IES)的经济性和鲁棒性带来了极大挑战。为了促进可再生能源消纳以及降低碳排放量,提出了一种基于数据驱动的分布鲁棒优化(distributionally robust opti... 详细信息

随着可再生能源渗透率的提升,其不确定性给综合能源系统(integrated energy system,IES)的经济性和鲁棒性带来了极大挑战。为了促进可再生能源消纳以及降低碳排放量,提出了一种基于数据驱动的分布鲁棒优化(distributionally robust optimization,DRO)调度策略。首先,构建了由有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)、氢燃料电池和电动汽车等构成的供需灵活响应模型,并引入阶梯碳交易机制来约束系统碳排放量。其次,为了能获取最恶劣情况下的场景概率分布,采用综合范数对风电输出场景的概率分布置信集合进行约束。然后,以在最恶劣场景概率分布下综合能源系统运行总成本最低为目标建立两阶段鲁棒优化模型,并通过列和约束生成(column and constraint generation,CCG)算法对模型进行迭代求解。最后,算例仿真结果表明了所提模型和求解方法的有效性,并分析了阶梯碳交易机制和供需灵活响应模型对提高系统灵活性和低碳经济性的影响。

关键词：综合能源系统供需灵活性阶梯碳交易数据驱动分布鲁棒优化

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求解高维优化问题的ITCSO算法

控制与决策 2024年第2期39卷 449-457页

作者：张伟魏万峰黄卫民河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454003

为提高竞争群优化(competitive swarm optimization,CSO)算法求解高维优化问题的寻优效率,提出一种改进的3重竞争群优化(improved triple competitive swarm optimization,ITCSO)算法.首先,采用3重竞争机制提高算法的寻优效率,同时,获胜粒子较好的收敛基础可以提高失败粒子的个体认知,明确粒子更新方向以提高粒子探索能力;然后,提出优败粒子向获胜子群学习的策略,增强算法的社会认知能力,减少算法评估次数,从而提高算法全局搜索能力;最后,提出获胜子群自竞争和劣败粒子基于获胜者变异的操作,增强粒子局部开发能力,避免算法陷入局部最优.为验证所提出算法的可行性,通过计算系统状态转移矩阵特征值和使用极限分析方法,给出稳定性和收敛性理论证明.采用几种基准测试函数验证所提出算法求解高维问题时的性能,并与其他算法进行对比.实验结果表明,ITCSO算法不仅有较高的寻优效率,且全局搜索和局部开发能力突出,更适用于高维问题的求解.

关键词：粒子群优化算法竞争群优化算法高维优化 3重竞争机制局部开发收敛性分析

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陷阱标记联合懒蚂蚁的自适应粒子群优化算法

系统仿真学报 2024年第7期36卷 1631-1642页

作者：张伟蒋岳峰河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454003

为解决现有粒子群改进策略无法帮助已陷入局部最优和过早收敛的粒子恢复寻优性能的问题,提出一种陷阱标记联合懒蚂蚁的自适应粒子群优化(adaptive particle swarm optimization based on trap label and lazy ant, TLLA-APSO)算法。陷... 详细信息

为解决现有粒子群改进策略无法帮助已陷入局部最优和过早收敛的粒子恢复寻优性能的问题,提出一种陷阱标记联合懒蚂蚁的自适应粒子群优化(adaptive particle swarm optimization based on trap label and lazy ant, TLLA-APSO)算法。陷阱标记策略为粒子群提供动态速度增量,使其摆脱最优解的束缚。利用懒蚂蚁寻优策略多样化粒子速度,提升种群多样性。通过惯性认知策略在速度更新中引入历史位置,增加粒子的路径多样性和提升粒子的探索性能,使粒子更有效地避免陷入新的局部最优。理论证明了引入历史位置的粒子群算法的收敛性。仿真实验结果表明,所提算法不仅能有效解决粒子群已陷入局部最优和过早收敛的问题,且与其他算法相比,具有较快的收敛速度和较高的寻优精度。

关键词：粒子群优化算法懒蚂蚁陷阱标记局部最优过早收敛

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基于多链路连锁故障图的电网脆弱线路分析

复杂系统与复杂性科学 2024年第2期21卷 68-74页

作者：侯静宇宋运忠河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454003

为实现迅速正确地进行脆弱线路辨识,提出一种基于新型指标建立多链路事故链模型,并生成连锁故障图的分析方案。基于复杂网络理论对模型进行计算和分析,以系统负荷损失率为依据对线路脆弱性进行衡量,最后以IEEE39节点系统为算例验证了该... 详细信息

为实现迅速正确地进行脆弱线路辨识,提出一种基于新型指标建立多链路事故链模型,并生成连锁故障图的分析方案。基于复杂网络理论对模型进行计算和分析,以系统负荷损失率为依据对线路脆弱性进行衡量,最后以IEEE39节点系统为算例验证了该方法的有效性。该方法突破了传统方法事故链模型建立过程中单对单线路的限制,并有效地实现了脆弱线路的辨识。

关键词：脆弱线路辨识多链路事故链连锁故障图复杂网络理论

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基于回流功率优化的直流微网DC-DC变流器超螺旋滑模控制

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电网技术 2024年第8期48卷 3502-3514,I0150,I0151页

作者：陶海军赵蒙恩郑征张晨杰宋佳瑶黄涛河南理工大学电气工程与自动化学院河南省焦作市454003 河南省智能装备直驱技术与控制国际联合实验室(河南理工大学) 河南省焦作市454003 都灵理工大学能源系意大利都灵10129

针对直流微网系统中双有源桥直流变换器在系统发生扰动时动态特性差及在单移相调制下变换器效率不高等问题,该文在扩展移相调制下提出一种结合回流功率优化的超螺旋滑模控制策略。首先,分析双有源全桥(dual-active-bridge,DAB)变换器在... 详细信息

针对直流微网系统中双有源桥直流变换器在系统发生扰动时动态特性差及在单移相调制下变换器效率不高等问题,该文在扩展移相调制下提出一种结合回流功率优化的超螺旋滑模控制策略。首先,分析双有源全桥(dual-active-bridge,DAB)变换器在扩展移相调制下两种模式的传输功率、回流功率数学模型及软开关特性,并以传输功率数学模型为基础建立DAB变换器的降阶模型。其次,以回流功率作为目标函数,以传输功率和软开关特性作为约束条件,通过Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件法寻找最优移相比组合;利用DAB变换器降阶模型设计超螺旋滑模控制中的等效部分,采用超螺旋算法作为切换部分,这两部分与内移相比D1共同作用生成外移相比D2,用于调节变换器的输出电压。最后进行了仿真及实验验证,实验结果表明:在负载投切、输入电压突变、参考电压改变时变换器具有良好的动态性能,同时能有效地减小回流功率。

关键词：双有源桥直流变换器超螺旋滑模控制动态性能 KKT条件法回流功率

碳纤维增韧注浆体试块动态压缩力学特性及其数值模拟

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中国矿业大学学报 2024年第3期53卷 600-612页

作者：朱昌星吴大志孙家鑫河南理工大学土木工程学院河南焦作454000

为研究存在大量细微裂隙砂层的注浆加固效果,以级配砂砾为被注材料,碳纤维改性超细水泥基浆液为注浆材料,进行室内注浆试验.以注浆体试块(GCB)为研究对象,开展分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击及其LS-DYNA模拟试验、扫描电子显微镜(SEM)试... 详细信息

为研究存在大量细微裂隙砂层的注浆加固效果,以级配砂砾为被注材料,碳纤维改性超细水泥基浆液为注浆材料,进行室内注浆试验.以注浆体试块(GCB)为研究对象,开展分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击及其LS-DYNA模拟试验、扫描电子显微镜(SEM)试验,对不同应变率试块动态压缩力学性能及碳纤维增韧机理进行研究.研究结果表明:随着应变率的增加,碳纤维(CF)对试块的增强效果逐渐增大,碎块数目增加,碎块尺度降低;模拟结果与试验基本一致,试块能量耗散率呈现应变率无关性,波动范围约在40%,水泥浆耗散能占总耗散能的85%以上,1%CF试块能量耗散率均略高于0%CF试块;通过SEM图像发现,试块基体中碳纤维的失效模式主要为拉拔破坏,少数为断裂破坏,碳纤维从基体中拔出或断裂吸收能量,阻止其破坏,且纤维改变微裂纹扩展路径,从而提高试块整体的力学性能.基于MATLAB创建碳纤维随机分布的数值模型,基体中不同位置、角度的碳纤维承受的轴向应力差距较大,碳纤维与冲击方向夹角的增大,碳纤维的主要承载方式由受压变为受拉.

关键词：碳纤维注浆固结体能量耗散 SHPB LS-DYNA

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基于新型扰动观测器的动态面固定时间控制器设计

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控制理论与应用 2024年

作者：吴中华郑帅鹏张建军河南理工大学电气工程与自动化学院

针对一类具有未知上界的非匹配扰动的非线性严格反馈系统,提出一种基于新型扰动观测器的动态面固定时间控制策略.首先,设计新型扰动观测器估计非匹配扰动;其次,通过设计不含分数次幂项的反步固定时间控制器,避免分数次幂项多次求导引起... 详细信息

针对一类具有未知上界的非匹配扰动的非线性严格反馈系统,提出一种基于新型扰动观测器的动态面固定时间控制策略.首先,设计新型扰动观测器估计非匹配扰动;其次,通过设计不含分数次幂项的反步固定时间控制器,避免分数次幂项多次求导引起奇异问题;结合新型固定时间滤波器,消除反步控制“微分爆炸”现象.李雅普诺夫稳定性分析表明,该方案能够保证系统满足实际固定时间稳定.仿真结果验证了所提控制方案的有效性.

关键词：扰动观测器动态面控制固定时间稳定反步控制

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基于融合指标分区的多策略竞争群优化算法

信息与控制 2024年

作者：张伟郑洪轩河南理工大学电气工程与自动化学院

在粒子群优化算法中，多样性丢失会导致算法过早收敛，造成种群多样性和收敛性不足。为更好平衡种群多样性与收敛性，提出一种基于融合指标分区的多策略竞争群优化算法(multi-strategy competitive swarm optimization algorithm based ... 详细信息

在粒子群优化算法中，多样性丢失会导致算法过早收敛，造成种群多样性和收敛性不足。为更好平衡种群多样性与收敛性，提出一种基于融合指标分区的多策略竞争群优化算法(multi-strategy competitive swarm optimization algorithm based on fusion index partition， FIMSCSO)。首先，为同时评估不同子种群的多样性和收敛性，提出一种利用融合指标的分区方法，更有效区分子种群性能，提升子种群粒子的搜索效率。其次，对通过分区获得的子种群设计多重学习机制。子种群内部学习时，为使子种群朝向更利于平衡收敛性与多样性的方向学习，将粒子性能与寻优过程结合，提出新的获胜粒子学习方法，提高种群粒子参与度和算法寻优效率；子种群间学习时，为减少整个种群陷入局部最优的可能，引入改进三重竞争机制促进子种群间信息交流，帮助提高收敛精度。最后，设计实时停滞检测和变异策略帮助种群跳出局部最优。理论证明了所提算法的收敛性。实验结果表明，相比其他改进算法，所提算法具有良好的收敛精度和寻优效率。

关键词：融合指标分区多策略学习竞争群优化算法粒子群优化算法种群停滞检测

新型三段Halbach永磁阵列无铁芯AFPMG设计与分析

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江苏大学学报（自然科学版） 2024年第1期45卷 105-111页

作者：朱军南怀春郭向伟刘鹏辉杨明河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454000

为解决传统Halbach永磁阵列无铁芯轴向磁通永磁发电机(AFPMG)由于磁极永磁体用量增加而导致功率密度降低的问题,提出了一种变辅助磁极参数(极角和充磁夹角)的新型三段Halbach永磁阵列无铁芯AFPMG.采用三维有限元法,对新型三段Halbach永... 详细信息

为解决传统Halbach永磁阵列无铁芯轴向磁通永磁发电机(AFPMG)由于磁极永磁体用量增加而导致功率密度降低的问题,提出了一种变辅助磁极参数(极角和充磁夹角)的新型三段Halbach永磁阵列无铁芯AFPMG.采用三维有限元法,对新型三段Halbach永磁阵列辅助磁极极角和充磁夹角进行了多目标优化设计,从而确定了最佳辅助磁极参数.最后对比了无铁芯AFPMG中采用不同磁极结构对发电机电压波形质量和功率密度的影响.结果表明:新型永磁发电机可以使发电机电压正弦波畸变率由2.40%下降为0.44%;相较传统两段Halbach和传统三段Halbach永磁阵列的无铁芯AFPMG,新型永磁发电机功率密度得到显著提高;新型永磁发电机的永磁体用量减少了16.68%,进而减轻了转子盘质量,使发电机更加适于低风速下稳定发电.

关键词：轴向磁通永磁发电机变辅助磁极参数三段Halbach永磁阵列功率密度电压波形质量