mlsa-iai-msu-lab/ru_sci_bench_zho_cite_reranking huggingface dataset:
基于双线性理论的土壤介电测量研究

针对目前土壤介电计算模型适应性差等问题,基于双线性理论构建了双线性介电计算模型。为探究双线性介电计算模型对土壤介电测量的适应性,选用7种不同质地土壤分别配置0、5、10、15、20、25、30 cm~3/cm~3体积含水率,在0.001~ 3 GHz频域内进行不同含水率下介电谱测量。分析发现,该模型介电谱可很好地反映土壤不同含水率下混合介质的介电特性;土壤含水率介电法测量理想频率点为1.502 88 GHz。在理想频率点上,基于复介电常数实部和视在介电常数构建了2个土壤含水率频域测量经验公式,通过试验数据分析,土壤含水率复介电实部测量式的计算值与干燥法含水率测量值对比,两者R~2为0.912 6,RMSE为0.029 4 cm~3/cm~3、RPD为3.343;土壤含水率视在介电测量式计算值与干燥法含水率测量值对比,两者R~2为0.890 7,均优于其他3种经典公式(Topp公式、Roth公式、Malicki公式)。双线性介电计算模型对土壤介电常数计算有良好的适应性,基于该模型建立的土壤含水率频域测量式对土壤含水率有较高的测量精度。
木板抓取机器人手眼标定方法

针对视觉抓取木板机器人的Eye-in-Hand视觉与机器人本体之间关联的手眼标定问题,提出了基于标定方程的求解优化。首先通过机器人带动相机以多个不同位姿观测标定板,得到多个标定方程,采集一次数据建立一个标定方程,再对所有标定方程运用Kronecker product算法和最小二乘法求解。为避免误差传递,将得到的解作为优化初始值,建立雅可比矩阵、误差函数,并采用Levenberg-Marquardt算法对初始值优化,得到精确解。在ROS系统中搭建仿真试验平台,通过3D可视化工具Rviz验证了标定结果的有效性。标定结果的精度分析表明,相同采集图像数量、不同噪声水平下,本文标定方法位置解精度比传统标定方法平均提高了30%;同一噪声水平、不同采集图像数量下,本文标定方法位置解精度比传统标定方法平均提高了31.1%。木板抓取试验结果表明,视觉系统抓取定位精度比传统标定方法平均提高了39.2%,抓取成功率为96.2%。
不同水文年型下水稻节水灌溉技术方案模拟与评价

为探究适宜的水稻节水灌溉模式,于2016—2017年在蒸渗测坑内进行水稻栽培试验。基于2年试验数据对SWAP-WOFOST模型进行参数的率定与验证,基于1956—2015年60年的降雨资料完成丰、平、枯3种年型的分组,同时改进了SWAP的灌溉排水模块以适应本地化的灌排需求,并由率定后的模型模拟了丰、平、枯3种年型下4种节水灌溉模式的稻田水分运移及水稻生长过程,通过对比不同水文年型下田间水分管理及水稻产量的差异,分析了4种节水灌溉模式的节水、减排与高产效果。结果表明:经率定的SWAP-WOFOST模型可以较好地模拟干湿交替条件下稻田水分运移和水稻生长过程;节水灌溉技术可以减少灌排水量与灌排次数,减少水稻的生理需水和田间渗漏,并能够维持水稻高产,提高水分利用效率; 60年模拟期内,控制灌排的灌溉水分生产率在丰、平、枯3种年型下分别为5.52、4.65、3.83 kg/m~3,各年型下均为最高,控制灌溉的作物水分生产率在丰、平、枯3种年型下分别为2.45、2.31、2.06 kg/m~3,各年型下均为最高。应用熵权TOPSIS模型对水稻节水灌溉技术方案进行评价优选,结果表明,在保证产量的前提下控制灌排模式具有稳健的节水省工效果。
便携式植物叶片叶绿素含量无损检测仪设计与试验

为了快速、无损检测植物叶片叶绿素含量,基于叶绿素a和叶绿素b在光波长约660 nm和460 nm处有最大吸收峰的现象,设计了一种便携式植物叶片叶绿素含量无损检测仪。该检测仪主要由单片机、光源模块、光传感器、电源模块和输入输出模块等组成;其软件采用Keil C51编写,主要包括主函数、按键子函数、光采集子函数、数据处理子函数、显示子函数等。以菠菜、大青菜和油麦菜为试验对象,研究了460 nm和660 nm处植物叶片的吸光度与叶绿素含量之间的关系,结果表明,随着叶绿素含量的增加,吸光度增大,其关系可用二元一次方程描述(决定系数为0.80)。与分光光度法相比,本文设计检测仪的叶绿素含量检测误差为- 0.32~ 0.20 mg/g,平均绝对误差为0.14 mg/g;与SPAD-502型叶绿素仪相比,本文设计检测仪的SPAD值绝对测量误差为- 3.3~ 1.8,平均绝对误差为1.1,且成本低,响应时间小于2 s。
双流体喷嘴靶向授粉沉积量控制参数研究

猕猴桃喷雾授粉作业时,花蕊区花粉液沉积量是保证猕猴桃产量和品质的关键。构建了双流式喷雾授粉试验装置,分别采用沉积量测试和图像灰度分析的方法,分析了气压、液流量和喷雾距离对授粉沉积质量和径向分布特征的影响,确定了双流体喷嘴授粉的对靶喷施控制参数,并通过棚架式猕猴桃田间授粉试验,验证了采用沉积量下限参数作业时,双流式授粉方式对坐果率、单果质量和畸形率的改善效果。试验研究表明:在盛花期(单花花冠完全展开时)采用质量分数为0.1%的花粉液,单朵猕猴桃雌花花蕊区最少沉积42.9 mg花粉液,才可保证猕猴桃充分授粉;双流体喷嘴采用气压0.20 MPa、花粉液流量0.125 L/min、喷雾脉冲时长0.1 s、喷雾距离35 cm等作业参数时,可提高花粉液在花朵柱头区的有效沉积,改善对靶授粉作业品质。田间试验表明:采用双流体喷嘴喷雾授粉的坐果率达86.7%,平均果实质量达91.5 g,优于电动喷雾器和手动喷雾器授粉方式。
基于短波近红外高光谱和深度学习的籽棉地膜分选算法

采用膜下滴灌棉花种植模式,在机械采摘过程中地膜易混入籽棉,对后续棉花加工影响极大。地膜无色透明且无荧光效应,常规方法很难识别。为了解决地膜的分选问题,提出一种基于短波近红外高光谱和深度学习的籽棉地膜分选算法。首先,针对高光谱图像中地膜与非地膜像素点光谱特征区分不明显的问题,利用堆叠自适应加权自编码器逐层提取与输出相关的低维非线性高阶特征;然后,将此高阶特征作为分类器的输入,采用粒子群优化的极限学习机实现初步分类;最后,对分类结果进行类型合并,运用形态学方法以及连通域分析,剔除误识别区域,得到优化后的地膜分类结果。经仿真试验及现场测试,算法对地膜识别率达到95.5%,地膜选出率达95%,满足实际生产需求。
梳齿往复式杭白菊采摘装置设计与试验

针对杭白菊采摘耗费人力、采摘效率低等问题,设计了一种小型实用的梳齿往复式杭白菊采摘装置。根据杭白菊的生长特性和采摘要求,利用SolidWorks软件进行采摘装置的结构建模,该采摘装置利用梳齿梳脱和辊刷清扫作用以及曲柄摇杆机构的急回特性实现杭白菊的采收作业。为了获得该装置的最佳工作参数,进行了田间试验。首先,通过单因素采摘试验,确定了梳齿往复频率、梳齿间距、梳齿工作深度为影响采摘效果的3个主要因素;然后,以梳齿往复频率、梳齿间距、梳齿工作深度为试验因素,以杭白菊采摘率、含杂率、破损率和落地损失率为评价指标,进行了正交试验,试验结果表明:在梳齿往复频率40 r/min、梳齿间距6.5 mm、梳齿工作深度200 mm的参数组合下,采摘效果最佳,此时,杭白菊的采摘率为92.47%,含杂率为11.07%,破损率为1.48%,落地损失率为1.41%。所设计的梳齿往复式杭白菊采摘装置获得到了较好的采摘效果。
基于无人机多光谱遥感的土壤含盐量反演模型研究

为探究无人机多光谱遥感技术快速监测植被覆盖下的土壤含盐量问题,以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域内4块不同盐分梯度的耕地为研究区域,利用无人机搭载多光谱传感器获取2018年8月遥感影像数据,并对0~ 40 cm的土壤进行盐分测定。分别引入敏感波段组、光谱指数组、全变量组作为模型输入变量,采用支持向量机(Support vector machine,SVM)、BP神经网络(Back propagation neural network,BPNN)、随机森林(Random forest,RF)、多元线性回归(Multiple linear regression,MLR) 4种回归方法,建立基于3组输入变量下的土壤盐分反演模型,并进行精度评价,比较不同输入变量、不同回归方法对模型精度的影响,评价并优选出最佳盐分反演模型。结果表明,通过分析3个变量组的R~2和RMSE,光谱指数组在4种回归方法中均取得了最佳的反演效果,敏感波段组和全变量组在不同的回归方法中反演效果不同。4种回归方法中,3种机器学习算法反演精度明显高于MLR模型,且MLR模型中的敏感波段组和全变量组均出现了“过拟合”现象,RF算法在3种机器学习算法中表现最优,SVM算法和BPNN算法在基于不同变量组的模型中表现也不相同。基于光谱指数组的RF的盐分反演模型在12个模型中取得了最佳的反演效果,R~2c和R~2v分别达到了0.72和0.67,RMSEv仅为0.112%。
基于双模型的MUS求解方法

求解不可满足问题的极小不可满足子集(minimal unsatisfiable subset, MUS)是人工智能领域的重要研究方向.MARCO-M方法是目前采用单一极大化模型求解MUS效率最高的方法,但此方法未对求解空间进行进一步有效剪枝.针对MARCO-M方法的不足,结合可满足问题求解复杂度低于不可满足问题的特征,提出基于双模型即极大-中间化模型的MARCO-MAM方法求解MUS.此方法对中间模型求解若得到极大可满足子集(maximal satisfiable subset, MSS),则利用可满足问题对应求解空间对不可满足问题的求解空间进行剪枝,即利用MSS对应的空间来对MUS搜索空间进行剪枝,进而通过缩减未探索空间来提高MUS求解效率;如果中间模型进行求解得到MUS时,则减少了MARCO-M方法中MUS的不可满足迭代求解次数.此方法避免了MARCO-M方法单一极大化模型求解MUS时未有效利用其他优化技术对求解空间进行剪枝的问题.实验结果表明:与MARCO-M方法相比MARCO-MAM方法效率较高,尤其在大规模问题或较大搜索空间时效率提高更为明显.
自然环境下柑橘采摘机器人识别定位系统研究

为了准确理解柑橘采摘机器人在自然环境下的作业场景,获取采摘目标及周围障碍物的位置信息,构建了基于卷积神经网络和Kinect V2相机的识别定位系统。首先,对采摘场景中的果树提出5类目标物分类准则,包含1类可采摘果实和4类障碍物目标;然后,在YOLO V3(You only look once)卷积层模块中添加3层最大池化层,对预测候选框进行K-means聚类分析,增强模型对枝叶类物体特征的提取能力,实现采摘场景的准确理解;最后,采用Kinect V2相机的深度图映射得到采摘目标和障碍物的三维信息,并在自然环境下进行了避障采摘作业。实验结果表明,构建的识别定位系统对障碍物和可采摘果实的识别综合评价指数分别为83.6%和91.9%,定位误差为5.9 mm,单帧图像的处理时间为0.4 s,采摘成功率和避障成功率分别达到80.51%和75.79%。
玉米机械化收获技术研究进展分析

玉米机械化收获技术是玉米产业转变发展方式、提质增效、增强国际市场竞争力的重要途径之一,也是玉米全程机械化的研究重点和难点。当前我国玉米收获正处于由机械化摘穗收获方式向籽粒直收转变、收获装备转型升级的关键阶段。本文从机械化果穗收获和机械化籽粒直收两方面分析了国内外收获技术与装备研究现状和发展动态,分析了自动对行、割台高度自动调节、产量与水分检测技术和脱粒参数自动控制等智能化收获技术的研究进展,提出了建立标准化、机械化检测方法与技术手段,兼顾不同需求发展高性能、高效率、高可靠性农业装备,提升装备智能化水平的发展思路。
基于GIS与RS的东北森林带景观格局演变与模拟预测

研究东北森林带景观格局及演变,对评估我国东北地区生态安全具有重要意义。以东北森林带为研究区,选取2000年、2005年、2010年、2015年的MODIS遥感影像,将东北森林带景观类型划分为森林、草地、湿地、农田、人工表面和其他用地6类。对东北森林带2000—2015年景观格局变化进行生态系统结构、生态系统转换方向、景观指数变化分析,运用MCE-CA-Markov模型,模拟2020年东北森林带景观格局变化趋势。研究结果表明: 15年间,生态系统整体呈稳定状态,前10年生态系统改善趋势较强,后5年转变趋势变缓。人工表面逐年增加,城市化进程有所加快;草地的破碎化在15年间有所加剧,而森林的破碎化程度较低且变动较小;运用MCE-CA-Markov模拟景观格局演变是可行的,模拟东北森林带2015年景观格局结果与MODIS分类结果一致,Kappa系数为0.918 1,相对精度达到80.88%;预测结果显示, 2020年东北森林带的森林、农田比例将进一步下降,草地、人工表面比例进一步上升。研究表明东北森林带的生态环境恢复和重建将面临较大压力。
全秸硬茬地碎秸行间集覆小麦播种机设计与试验

针对我国稻麦轮作区常规稻茬麦机械化播种时存在田间稻秸量大、耗工耗时和播期延误等问题,提出了全量碎秸行间集覆、洁区种带宽幅播种的技术思路,设计了一种全秸硬茬地碎秸行间集覆小麦播种机,该机能一次性完成碎秸清秸、行间覆秸、种带施肥旋耕、播种镇压等工序,适宜在稻收后未作任何秸秆移出及耕整地处理的全秸硬茬地作业。对秸秆粉碎装置、碎秸导流装置和种带旋耕装置等关键部件进行了理论分析,确定了相关结构与参数;为在种带内高质、顺畅、满播小麦,设计了播种及镇压装置;以粉碎刀辊转速、径向距离和作业速度为试验影响因素,以清秸率和种带宽度变异系数为评价指标,设计了三水平三因素正交试验。结果表明,工作参数为粉碎刀辊转速2 200 r/min、径向距离20 mm、作业速度0.8 m/s和旋耕刀辊转速300 r/min时,对应田间试验的碎秸平均长度为110 mm、平均碎秸合格率为91.47%、平均种带清秸率为92.58%、平均种带宽度变异系数为10.91%、平均播深为41 mm、平均播深合格率为97.32%;长势跟踪及测产结果表明,与常规播种方式相比,未出现明显缺苗弱苗现象,两种播种方式的产量基本相同。
基于邻节点和关系模型优化的网络表示学习

网络表示学习旨在于将网络的拓扑结构、节点内容和其他信息嵌入到低维度的向量空间中,从而为网络数据挖掘、链路预测和推荐系统提供一种有效的工具.然而,现有的基于神经网络的表示学习算法即忽略了上下文节点的位置信息,又忽略了节点与文本之间的语义关联.因此,基于以上2点,提出了一种新颖的基于邻节点和关系模型优化的网络表示学习算法(network representation learning algorithm using the optimizations of neighboring vertices and relation model, NRNR).首先,该算法首次采用当前节点的邻居节点优化网络表示学习模型,使得上下文窗口中节点的位置信息被嵌入到网络表示中;其次,该算法首次引入知识表示学习中的关系模型建模节点之间的结构特征,使得节点之间的文本内容以关系约束的形式嵌入到网络表示中;再次,NRNR提出了一种可行且有效的网络表示联合学习框架,将上述2种目标融入到一个统一的优化目标函数中.实验结果表明:NRNR算法在网络节点分类任务中优于各类对比算法,在网络可视化中,NRNR算法学习得到的网络表示展现出了明显的聚类边界.
基于Frenet坐标系和控制延时补偿的智能车辆路径跟踪

对智能车辆路径跟踪问题中存在的控制延时问题进行研究。前轮转角表述为纯滞后和1阶惯性延时的串联结构模型,通过使用Matlab/Simulink建立转向控制延时模型,并对实车采集的转向控制数据进行分析,完成延时模型的参数辨识;基于V-REP和ROS搭建仿真测试平台,根据延时模型的辨识结果模拟转向响应特性,实现与实车转向特性等效的控制延时效果;基于Frenet坐标系和运动学、动力学模型构建不考虑控制延时和考虑控制延时的模型预测控制(MPC)路径跟踪控制器,使得控制器可以直接扩展到多车编队行驶场景;在V-REP仿真环境中设置以5 m/s、10 m/s、20 m/s车速采集的变曲率参考路径,先针对无延时系统考察不考虑控制延时的MPC路径跟踪控制器,获得了平均跟踪误差低于0.22 m的控制效果,验证了不考虑控制延时的MPC控制器在处理无延时车辆系统路径跟踪问题的跟踪性能,再针对大延时车辆系统对比测试两种MPC控制器。试验结果表明:考虑控制延时的MPC控制器相比不考虑控制延时的MPC控制器取得了较大的效果提升,特别是在最大跟踪误差和航向误差指标上表现优异,平均跟踪误差降低了83.7%,最大跟踪误差降低了74.4%;对于高延时系统,低速工况下考虑延时的运动学MPC表现更好,而高速工况动力学MPC表现出了更加稳定的跟踪性能,20 m/s延时试验中仅考虑控制延时的动力学MPC控制器安全地跑完了全程。
产业集聚与城镇空间格局的耦合关系及时空演化--以长三角区域为例

产业集聚与城镇空间格局的变动之间存在着密切的联系。针对两者之间的耦合关系及时空演化问题,构建区域产业集聚与城镇空间格局演化综合评价指标,并利用1990-2016年长三角区域16个城市的统计数据,基于面板回归模型和空间重心模型探究两系统之间演化的互动作用关系和时空演化。结果表明:长三角区域的产业集聚与城镇空间格局间存在较显著的耦合关系;长三角区域各市区的耦合协调度及空间匹配度均稳步提升,但长三角区域耦合协调发展程度不够均衡,长三角南部的耦合协调的发展程度稍弱于长三角区域北部的发展;在近几十年的发展中,长三角北部地区逐渐形成以上海-南京为轴线的耦合协调发展区域,整个长三角区域的耦合协调则呈现“Z”字形特征。
海峡西岸经济区城市网络特征分析--基于功能网络与创新网络的视角

全球化和信息化促进了城市网络的复杂化,城际关系不断重构,且往往需要通过多方面要素才能较完整地表现出来,但以往城市网络特征的研究往往聚焦于单一视角下的城市网络结构分析,且较少考虑联系的方向,对其复杂性的揭示上存在一定不足。以城际人员流动数据与共同专利数据为基础,从功能网络与创新网络的视角,利用社会网络分析等方法,研究了海峡西岸经济区的城市网络特征,结果表明:①区域多级发展的网络格局已经形成,省会城市与副省级城市(福州、厦门)构成了中心性第一梯队,重要地级市(泉州、温州、赣州)构成了中心性第二梯队,一般节点城市(漳州、汕头等)构成了中心性第三梯队。②强中心性城市中,厦门、福州及温州存在对其他城市较显著的溢出效应,区域中小城市成了辐射的主要受益者。③城市在两类网络中的地位整体一致,局部如赣州、龙岩一致性较差。④城际创新合作关系整体上较薄弱且较不均衡,而区域功能网络表现为“整体均衡,局部不均衡”态势。
基于Geodetector的广西喀斯特植被覆盖变化及其影响因素分析

广西喀斯特地区生态环境脆弱,植被退化严重,石漠化问题突出。随着一系列生态保护与建设措施的实施,广西植被已逐渐恢复,石漠化面积扩张趋势已得到控制。深入了解广西植被覆盖演变特征及其主导因素可为新一轮石漠化治理工程实施提供科学依据。本研究基于1982—2015年GIMMS NDVI3g生长季NDVI(the growing season GSN)数据和1982—2016年AVHRR VCF数据,分析广西植被时空变化特征,同时结合气候、土壤以及人类活动等因素,运用地理探测器模型,探究自然和人文因素对区域尺度植被覆盖变化影响的空间差异。结果表明,1982—2015年广西植被,尤其是林地面积比例呈增加趋势,裸地面积比例呈减少趋势;广西北部、西北部的植被覆盖显著高于广西中部和东南部经济活动较强的区域;影响植被变化的综合因素主要包括交通通达度、气候条件、社会经济条件和土壤养分等,其中,社会经济条件对植被和裸地空间分异的解释率分别为20.49%和21.27%,其次为交通通达度、气候条件和土壤养分;植被与裸地在空间上呈显著负相关(R=-0.65, P<0.01),社会经济发展水平是影响植被和裸地空间分布的主导因素。
车用锂离子动力电池组均衡管理系统研究进展

锂离子电池因其能量密度高、功率密度高和循环寿命长等优势已成为电动汽车动力电池的首选,然而成组后单体间的内阻、容量及电压等特性差异可能对整车电池系统的寿命、安全及性能带来严重影响,而均衡管理是保障动力电池一致性的有效方案。基于电池状态信息对电池组进行均衡管理,能够提高动力电池组的可用容量,降低单体间不一致性所导致的衰减、容量损失,并避免因过充、过放等异常使用而导致的安全风险。但由于高成本的均衡拓扑设计与复杂的均衡控制策略,均衡系统目前较难以广泛推广。梳理近年来均衡管理系统的研究进展与可行方案,较为具体地介绍了均衡电路拓扑结构及其工作原理,并总结了目前常用的与新颖的均衡控制变量,分析各类均衡控制策略在实车应用时的优劣,系统性地比较各种均衡方法的优缺点。梳理目前亟待解决的均衡技术难点,并对均衡技术发展进行了展望。
中国城市群地区PM_(2.5)时空演变格局及其影响因素

城市群作为中国新型城镇化主体形态,是支撑全国经济增长、促进区域协调发展、参与国际分工合作的重要平台,也是空气污染的核心区域。本文选取2000-2015年NASA大气遥感影像反演PM_(2.5)数据,运用GIS空间分析和空间面板杜宾模型,揭示了中国城市群PM_(2.5)的时空演变特征与主控因素。结果显示:①2000-2015年中国城市群PM_(2.5)浓度呈现波动增长趋势,2007年出现拐点,低浓度城市减少,高浓度城市增多。②城市群PM_(2.5)浓度以胡焕庸线为界呈现东高西低的格局,城市群间空间差异性显著且不断扩大,东部、东北地区浓度提升更快。③城市群PM_(2.5)年均浓度空间集聚性显著,以胡焕庸线为界,热点区域集中东部,范围持续增加,冷点集中在西部,范围持续缩小。④城市群内各城市间PM_(2.5)浓度存在空间溢出效应。不同城市群影响要素差异显著,工业化和能源消耗对PM_(2.5)污染有正向影响;外商投资在东南沿海和边境城市群对PM_(2.5)污染具有负向影响;人口密度对本地区PM_(2.5)污染主要具有正向影响,对邻近地区则相反;城市化水平在国家级城市群对PM_(2.5)污染有负向影响,在区域性和地方性城市群则相反;产业结构高级度对本地区PM_(2.5)污染有负向影响,对邻近地区则相反;技术扶持度对PM_(2.5)污染的影响显著,但存在滞后性和回弹效应。
城乡融合背景下乡村转型与可持续发展路径探析

探究乡村转型发展规律对于系统认识乡村发展阶段、研判乡村发展趋势、明确乡村可持续路径、促进乡村转型与振兴具有重要意义。首先基于马斯洛需求层次理论、产业结构演变理论、区域空间结构理论等演绎乡村转型发展阶段,然后结合典型乡村发展历程分析进行实证检验,进而探讨对于新时期乡村可持续发展的启示。研究结果:①乡村转型发展在理论上可分为4个阶段,一是生产力均匀分布下以实现温饱需求为目标的土地整治促增产阶段,二是城乡联系增强下以改善生活水平为目标的农业结构调整促增收阶段,三是区域联系增强下以提升生活质量为目标的产业结构调整促致富阶段,四是城乡互动融合下以城乡等值为目标的公服设施建设促均等阶段。②典型发达乡村的发展历程在一定程度上印证了乡村转型发展阶段特征。③因资源基础、区位条件、市场规模、发展主动性等因素的差异,乡村实际发展过程可能存在阶段的跃迁或并行的现象。根据发展过程中不同主体发挥作用的变化,每个阶段又可细分为初始阶段、过渡阶段和成熟阶段。④基于乡村转型发展规律分析,城乡融合背景下不同类型地区乡村可持续发展路径可分为土地整治集聚路径、特色产业发展路径、产业平台集散路径和社区功能集约路径等4类。
中国乡村地域系统与乡村振兴战略

乡村地域系统是由人文、经济、资源与环境相互联系、相互作用下构成的、具有一定结构、功能和区际联系的乡村空间体系,是一个由城乡融合体、乡村综合体、村镇有机体、居业协同体等组成的地域多体系统。以乡村地域系统为对象,服务支撑国家乡村振兴战略,为新时期地理学创新研究提供了新机遇和新挑战。乡村振兴地理学研究,亟需以问题为导向、战略为指向,以人地关系地域系统理论和人地系统科学为指导,致力于地表人地系统交互作用下乡村地域系统结构、转型过程、演变机理、分异格局、地域功能,以及乡村振兴途径与模式综合研究,科学把握乡村地域系统类型及其分异规律。本文以全国39164个乡镇为基本单元,采用定量和定性相结合的研究方法,诊断识别了制约中国乡村地域系统可持续发展的主导因子,划分了中国乡村地域系统类型,揭示了乡村地域系统分异格局,探明了不同类型区乡村振兴科学途径。结果表明:①地理环境、村镇化水平、资源禀赋、人口流动程度和老龄化水平等是乡村地域系统分异的主导因子,反映了乡村发展自然本底特征以及外援动力、内生动力的大小。②通过主导要素聚类和空间叠加分析,将中国乡村地域系统划分为12个一级区、43个二级区。一级区采用 “地理区位+主导要素驱动力/约束力”的方法命名,二级区采用“地域范围+主导要素驱动力/约束力+乡村经济发展水平”命名。③不同类型区乡村振兴地域模式和路径不同,乡村振兴战略与规划的落地要因地制宜、分类施策。
美丽中国与国土空间规划关系的地理学思考

美丽中国是社会主义新时代生态文明建设的新目标愿景,满足人民群众对美好生活向往的现实需求。国土空间规划是国家统筹涉及空间各类规划的重大部署。美丽中国是国家第二个一百年发展新的引领目标,其内涵不仅是“生态美丽”,也是“经济-政治-文化-社会-生态”综合的大美丽,美丽中国建设要因地制宜构建差异化的评估指标体系。美丽中国和国土空间规划有着密切联系,美丽中国为国土空间规划指引了重要方向,国土空间规划则为美丽中国建设提供了重要途径和空间保障。国土空间规划编制需要加强人地关系地域系统、点-轴系统、主体功能区划、可持续发展与资源环境承载力、新型城镇化、乡村地域多体系统等深入探讨。本文提出了地理学视角下国土空间规划编制的思路框架,科学分析国土空间的自然地理条件、经济社会发展基础、国土空间相互联系,结合美丽中国目标,谋划国土空间的目标、愿景与路径,鼓励公众参与与开展动态评估,构建智能系统平台等,为国土空间规划编制实施提供思路借鉴。
土地利用转型与乡村转型发展耦合研究进展及展望

城乡转型发展进程中,土地利用转型与乡村转型发展是乡村地域系统演变的重要特征,系统开展土地利用转型与乡村转型发展的耦合过程及互动机理研究有利于揭示乡村演变的内在规律。土地利用转型研究为深化乡村地理学研究提供了一个全新的视角。深入开展土地利用转型与乡村转型发展耦合研究可为因地制宜制定乡村发展战略,适时调控乡村土地利用政策提供参考。当前,针对土地利用转型与乡村转型发展耦合研究的理论体系、技术方法、内在机理等尚缺乏系统的建构,基于耦合研究优化乡村转型重构的路径仍显不足。为此,本文在系统梳理土地利用转型与乡村转型发展耦合研究进展的基础上,从耦合理论分析框架、“格局-过程”耦合和梯度分异导向的耦合三个层面提出针对性的研究展望,以期丰富乡村地理学研究内容。
粤港澳大湾区区域一体化及其互动关系

粤港澳大湾区一体化过程中存在跨社会制度、跨法律体系、跨行政等级的复杂性,必然会遭遇一系列的摩擦。发掘粤港澳之间合作与冲突的焦点与关键时间节点,是对粤港澳大湾区一体化研究的重要补充。本文通过GDELT全球新闻事件数据库梳理了粤港澳大湾区一体化发展的历史和现状,对粤港澳三地互动关系进行研究。结果发现:①内地与香港关系呈现出 “M”型波动,两者之间的冲突被新闻媒体有所强化。②内地与澳门之间的政策与民意表现为较高的一致性,两者之间的言语合作是互动关系的主导因素。③内地与港澳之间的互动关系总体上变得更加紧密,合作与冲突的频率都在上涨,内地-香港关系在粤港澳互动关系中的重要性不断被凸显。④粤港澳大湾区一体化建设的推进过程中,实际合作项目相对短缺,缺少多元化的抓手。粤港的经济和科技的竞合关系和香港局势的发展是粤港澳互动关系的主要影响因素。未来,粤港澳大湾区区域协调发展不仅要关注区域政策在空间上的投影,更要关注其在社会舆论与新闻媒体上的投影,促进一体化建设从实体空间建设向虚拟、话语空间的综合引导转变,强化“硬联通”与“软联通”的互动。
黄河流域的综合治理与可持续发展

黄河流域与黄河所经地区在国家发展中具有极为重要的战略地位。2019年9月习近平总书记在郑州主持召开黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上发表了重要讲话,具有重大战略意义。本文对黄河流域的综合治理与可持续发展形成了初步认识,指出新时代黄河流域全面深刻转型发展的任务仍然艰巨,需转变理念,持续推进能源清洁高效利用,因地制宜重点推进产业发展,不搞粗放式大开发,搞好资源耕地保护等方面应是推进黄河流域综合治理及保障可持续发展的重要举措,认为“黄河经济带”在全国经济层面上不存在,目前不适宜将“黄河三角洲”确定为国家战略。
中国区域发展格局演变过程与调控

2018年底中国人均GDP达到64520元(将近10000美元)。世界各国发展历程和区域发展差距倒“U”字型曲线表明,中国区域发展格局演变将步入从区域间经济发展差距持续扩大转向缩小的拐点区段。本文讨论了1978年以来拐点发生前40年间中国区域发展格局演变过程,①处于发展上游(前8位最发达的省区)和下游(后8位欠发达省区)省区人均GDP的差距从1978年的407元增加到2018年的53817元;②城市化和经济发展的重心在外向型经济、非公有经济的拉动下,呈顺时针方向发生旋转,中国东南地区成为经济加速集聚的区域;③中国区域发展格局形成以京津冀、长三角、珠三角、成渝地区四大核心区域为顶点、相邻区域的连线为边界合围成的菱形结构,其GDP占全国比重稳定在75%左右。2020年中国区域发展格局应进入演变的拐点,一方面表现为区域经济差距的缩小,另一方面则是从非高质量的区域发展向高质量区域发展的转变。区域高质量发展是在经济效益持续增长过程中,生态效益和社会效益将相向基本同步的增长过程,并呈现出因地域功能不同而分异的区域高质量发展模式。未来30年,按照促进区域均衡(协调)发展和高质量发展的双重目标要求,应把重点城市化地区、相对欠发达地区、重要安全保障区等三类区域以及区域间互动关系等为调控和优化中国区域发展格局的重点,而建立以主体功能区划-战略-规划-制度为统领的空间治理体系,将成为调控和优化区域发展格局的基本保障。
适用于直流故障清除的直流电压钳位器原理

柔性直流工程建设正在向直流电网和多端直流纵深发展,而故障清除措施一直是制约工程建设的难点,也是研究的热点。该文对现有故障清除方案进行分类,将其按照物理作用原理分为“降压/增阻”类方案,同时按照故障清除措施作用空间分为“源侧”和“网侧”方案。对于现有方案在分类学上的空缺,提出一种网侧降压的直流钳压器概念,通过直流侧电压钳位的方式将故障线路电压降为零,实现故障电流的柔性清除。在直流电网中仿真验证相关概念的可行性,并通过等效电路实验进行验证。
基于准Z源矩阵变换器的永磁同步电机无源控制驱动系统

为了弥补传统永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)驱动装置和PID控制的不足,提出准Z源矩阵变换器永磁同步电机无源控制系统。首先,传统的矩阵变换器为降压变换器,最大电压传输比仅为0.866,限制了其驱动电机的工作性能,因此在双级矩阵变换器输入侧加入准Z源电路,并证明了其升压原理。另外,永磁同步电机传统矢量控制转速外环和电流内环都采用PID控制器,但PID控制器参数难以调节,抗干扰能力有限,因此利用永磁同步电机的端口受控耗散哈密顿模型,设计QZMC-PMSM基于互联与阻尼分配的无源控制器,理论证明了其稳定性。最后,对QZMC-PMSM无源控制系统进行Matlab/Simulink仿真与实验验证,结果表明所设计的QZMC-PMSM无源控制系统能使PMSM稳定运行在额定转速,并且系统有着很强的鲁棒性和很好的动静态性能。
结合模型切换和变步长算法的双馈风电建模及仿真

针对动态全过程仿真中双馈风电模型多时间尺度特性带来的刚性问题,提出一套基于局部模型自适应切换和变步长积分算法结合的双馈风电模型及仿真方法。利用双馈风电各子模块在时间尺度上的可分性,对慢动态模块建立动态(dynamic state,DS)模型;对快动态模块建立动态模型和准稳态(quasi-steady state,QSS)模型,并在仿真中进行2种模型的局部切换。提出一种基于系统状态驱动的模型自适应切换策略,基于风电系统中存在的多反馈环节,以偏差量做为系统稳定判据,通过阈值比较实现切换时刻判别。在模型切换基础上,进一步应用TR-BDF2积分算法实现变步长仿真。仿真对比表明,提出的风电模型与不进行模型切换的传统模型相比,具有相同的精度和更快的仿真速度。
架空柔性直流电网线路故障保护综述

该文系统地综述架空柔直电网线路保护的关键技术问题。首先,阐述柔直电网线路保护的技术需求,并与其他系统的故障保护进行对比;然后,从理论上分析短路故障的故障特性,并对比总结常用的故障保护方法。进一步地,介绍主保护和后备保护的相关问题。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建四端柔直电网模型,对不同类型的保护方案进行仿真对比。
多风电场–多机电力系统次同步振荡稳定性分析

多风电场–多机电力系统的互联模型是多输入多输出结构,该文将已有的单变量开环模式分析方法推广到多变量系统中,研究由多个风电场构成的子系统与多机电力系统之间的动态交互作用,从开环模式耦合条件的角度揭示多风电场–多机电力系统的次同步振荡机理。提出基于多维开环模式信息估计闭环模式的方法,并针对多风电场子系统的开环特性提出一种等价降阶的估计方法,最终形成多风电场–多机电力系统次同步振荡风险的评估体系。算例模型考虑了多个风电场的分散分布和风电场内风电机组的差异,分析了风电机组的数量、单机输出有功功率和风电场并网点对开环模式耦合的影响。非线性仿真结果验证了该文所提方法和分析结论的正确性。
以提高消纳能力为目标的可再生能源发电集群划分方法

为了提高配电网中可再生能源分布式接入背景下的源荷匹配水平,减少跨电压等级的功率倒送,提出一种以提高可再生能源就地消纳能力为目标的服务于规划的集群划分方法。首先,计及集群功率调度因素的影响,定义基于可响应负荷和储能最优调节的集群消纳能力指标及其计算方法;在此基础上,将集群消纳能力指标与模块度指标结合,提出作为集群划分依据的改进型综合性能指标。其次,为考虑联络开关状态变化对集群划分的影响,利用联络开关所在支路与集群之间的定性关系,提出一种将联络开关状态和遗传算法(genetic algorithm,GA)相结合的启发式集群划分算法。以某县域35kV配电系统为例对所提方法的有效性与合理性进行了验证。
基于模型预测控制的风电集群多时间尺度有功功率优化调度策略研究

风电集群有功功率多时间尺度优化调度是提高风电集群精细化调度水平,促进风电消纳的有效技术手段。为有效克服已有方法在风电集群有功功率控制效果差、跟踪调度计划误差较大的不足,基于模型预测控制理论,提出一种风电集群有功功率多时间尺度协调调度新方法。该方法基于方差–协方差变权重组合预测模型对日前风电功率进行预测,依据风电集群出力特性,考虑风电功率的上升、平稳、下降等主要变化趋势,建立有功功率动态变化优先次序集。在日前调度阶段,考虑风电集群预测值与调度值的偏差,建立以风电消纳最大化为目标的调度模型;在日内调度阶段,为减小风电集群日前预测误差带来的不利影响,采用模型预测控制技术实现风电集群有功功率有限时域滚动优化和实时反馈校正,其中,反馈校正环节以当前时刻风电集群输出状态为新一轮滚动优化调度的初始值。以某大规模风电基地实际数据为算例,结果表明,文中所提方法提高了风电集群有功功率调度精度和平稳性,可以有效协调风电集群有功功率日前调度、日内滚动及实时调度,进一步增加风电集群输出功率的平滑性。
基于RHP零点限制的VSC-HVDC不同控制回路稳定性及交互作用机理分析

该文推导了电压源换流器型高压直流输电系统(voltage source converter based high voltage direct current, VSC-HVDC)在频域下的多输入–多输出传递函数矩阵模型,通过分析逆变及整流工作模式下VSC不同控制回路被控对象传递函数的右半平面(right half plane,RHP)零点分布规律,分析研究RHP零点对VSC不同控制回路自身稳定性的影响;在此基础之上,基于单通道分析设计方法,定量评估逆变及整流工作模式下VSC不同控制回路之间交互作用的强度,对比分析不同控制回路间交互作用对VSC-HVDC系统稳定性的影响;仿真结果验证了理论分析结论的正确性。
电力系统热稳定安全域边界快速搜索的优化模型

热稳定安全域(thermal security region,THSR)是分析和评估功率增长方向随机变化对电力系统热稳定性影响的重要工具。超平面近似可构建THSR边界,但需进行大量潮流计算搜索系统的热稳定临界点,因而构建效率较低。为提高THSR构建效率,根据THSR边界拓扑特性,提出一种THSR临界点快速搜索的优化模型。该模型针对THSR边界上临界点通常位于其相邻临界点的有限邻域内,且相邻两临界点的参数存在近似相等的特点,采用传统OPF搜索得到初始热稳定临界点,然后将已得临界点作为下一个待搜索临界点的初始点,利用所提模型快速搜索临界点,实现不同功率增长方向下热稳定临界点的快速搜索,构建高精度THSR。最后,通过WECC 3机9节点系统和波兰2736节点实际系统对该文所提方法的可行性与有效性进行验证与分析。结果表明,该文所提模型可实现高精度THSR边界的快速搜索。
直驱风电场接入弱电网宽频带振荡机理与抑制方法(一):宽频带阻抗特性与振荡机理分析

随着局部地区直驱风电场装机比例的不断提高,宽频带(10~1000Hz)振荡脱网事故频发,适用于揭示直驱风电场接入弱电网宽频带振荡机理的模型及分析方法亟待研究。该文采用阻抗分析方法,基于直驱风电机组典型拓扑和控制结构的阻抗模型,建立锁相环、直流电压环、电流环以及延时、主电路滤波器环节对机组阻抗特性影响的频域分布规律模型;分析影响各频带阻抗特性的主导因素,描述不同频带之间以及同一频带内阻抗特性受多个控制器/环节共同作用的频带重叠效应,阐述各频带容性负阻尼特性的产生原因,结合最大峰值Nyquist稳定判据,揭示直驱风电场接入弱电网宽频带振荡机理。最后,基于控制硬件在环仿真平台,开展多个型号实际直驱风电机组阻抗扫描与振荡复现,验证了该文提出的宽频带振荡机理正确性。
多能源协同的交易模式研究综述

在能源互联网兴起和电力市场改革进程下,多能源协同的交易模式对综合能源市场的构建,具有基础性和框架性的作用。基于多能源交易的载体,提出具有模块化属性的灵活交易架构,阐述交易模式的定义和分阶段形态。并针对市场体系的构建要素、市场交易的优化模型、支撑技术和典型应用这3大类关键问题,总结与分阶段交易模式相适应的研究成果及有待在综合能源市场中继续发展之处。最后,展望交易模式的发展方向,及市场运行中需与交易模式配合的价格机制等问题。
基于V型线圈永磁同步直线电机推力波动抑制

设计一种V型线圈永磁同步直线电机(permanent magnet synchronous linear motor,PMSLM)并对其关键结构参数优化以解决推力波动问题。首先,采用等效磁化强度法,建立电机推力及推力波动解析模型,分析各参数对推力波动的影响并选取用于优化的关键结构参数;其次,通过有限元计算,以关键结构参数为设计变量,采用响应面法建立精确的快速计算模型;然后,以“推力不削弱、推力波动最小”作为优化目标,采用遗传算法对PMSLM的关键结构参数进行优化。最后,通过试制样机并在不同工况下进行电机实物实验,验证所设计电机抑制推力波动的有效性。
聚合大规模空调负荷的信息物理建模与控制方法

提出一种聚合大规模空调负荷实现虚拟调峰的3层控制系统结构。在负荷层,首先提出一种基于半马尔科夫过程的空调负荷概率控制方法,能够保证空调的闭锁时间和保持集群状态的多样性。随后利用混杂系统模型建立了空调负荷物理过程与控制过程的耦合关系,实现了空调负荷的自治控制;在聚合商层,基于市场均衡机制提出一种将空调负荷聚合为虚拟调峰机组的协调控制方法,该方法能有效保护用户数据隐私并显著降低通信代价。同时,虚拟调峰机组能够向调度提供类似于常规机组的报价曲线和调节容量,从而参与电网层的优化调度。最后,建立含5万个空调负荷的仿真算例,详细验证了该方法在调峰指令跟踪精度、调峰费用以及对用户舒适度的影响等方面的效果。
基于复合特征的断路器机械故障诊断方法研究

断路器机械状态的变化可以通过振动信号表征出来,但是需要借助有效的信号处理手段将隐藏在信号中的特征提取出来,该文提出基于时频特征和数据序列特征的复合特征提取方法。首先利用奇异值分解提取信号突变点,以突变点为依据将振动区间划分为多个平稳区间,再利用总体最小二乘–旋转矢量不变技术进行参数辨识。利用变分模态分解对信号进行分解,再利用广义分形维数进行参数辨识,组合得到高维特征向量。最后对断路器的机械状态进行诊断。实验结果表明,基于复合特征方法的诊断精度要明显强于采用单一特征方法的情况。
基于场分离技术与损耗统计理论的动态Energetic磁滞模型

建立准确且高效的动态Energetic磁滞模型对磁性元器件的优化设计具有重要意义。然而,现有动态Energetic模型物理意义并不明确,且有效性尚未得到实验验证。针对原始静态Energetic模型仅包含磁滞损耗,而无法考虑磁性材料在交流激励下的动态涡流及剩余损耗的问题,首先从能量平衡的角度出发,基于场分离技术与损耗分离的思想,推导了各损耗分量与其对应的磁场强度分量之间的等效关系;其次,利用损耗统计理论推导涡流与剩余损耗相应磁场强度分量的解析表达式,从而在此基础上运用场量叠加的方式,建立一种基于场分离技术与损耗统计理论的新型解析动态Energetic模型。仿真及实验结果表明,所提动态Energetic模型不仅物理意义清晰明确,同时具有较高的准确性与实用性。
基于加权有向图的园区综合能源系统多场景能效评价方法

提高能源利用效率是综合能源系统建设的主要目标之一。该文首先基于热力学第一、第二定律,提出园区综合能源系统能效评价指标;其次,基于加权有向图建立系统等效模型,提出离散化的能量流/㶲流计算方法和能效评估方法;最后,以典型园区综合能源系统为算例,考虑系统2种运行策略,建立系统能效评估场景,利用信息熵确定各能效指标权重,对系统进行综合能效评价。结果表明,该文提出的系统模型和能效评价方法可充分反映多种能源利用特征,适用于系统能效的预评估,对园区综合能源系统的规划和运行实践具有指导意义。
基于多主体博弈的电力–天然气综合能源系统联合规划方法研究

随着全球能源互联网概念的提出和综合能源系统的快速发展,研究以电力网络为核心的综合能源系统规划具有重要意义。该文提出一种基于多主体博弈的电力–天然气综合能源系统联合规划方法。首先分别构建电力网络和天然气网络投资者的规划收益模型;在此基础上,基于不同投资主体的博弈机理分析,提出一种面向电力–天然气综合能源系统联合规划的动态博弈模型,并利用电力–天然气混合潮流模型对多个投资主体的决策方案进行安全校核;最后,利用迭代搜索法对模型进行求解。实际算例仿真结果验证了模型的有效性和合理性。
基于Michelson光纤干涉的GIS局部放电超声信号检测技术

传统的局部放电超声检测技术主要是使用PZT传感器进行检测,但其性能已难以满足电力设备局部放电超声检测需求。近年来,研究人员对光纤超声传感器开展了大量研究,但缺乏针对传感器检测下限的研究,且测试较少在真实GIS平台上开展。为此,基于Michelson干涉原理研制光纤超声传感系统,并研究芯轴尺寸对传感器性能的影响规律,搭建声发射传感器性能测试平台,探究光纤传感器对微弱超声信号的检测性能,优化传感单元设计方案。在此基础上,基于126 kV GIS开展干涉型光纤超声传感器局部放电检测性能测试。实验结果表明:所研制干涉式光纤超声传感系统可用于实际GIS设备局部放电超声信号检测,所研制的光纤超声传感器平均灵敏度为82.5 dB(0dB=1V/(m×s~(-1))),比PZT传感器(R15a)高18.7dB。对于GIS壳体尖端放电,光纤超声传感器的局部放电检测电压比PZT低44%,可测放电量低37.2%。在相同超声信号激励下,光纤传感器最大响应幅值比PZT高552%。
局放信号自适应加权分帧快速稀疏表示去噪方法

电气设备局放信号易受噪声干扰,影响监测效果。为提高局放信号去噪效果,提出一种局放信号自适应加权分帧快速稀疏表示去噪方法。该方法以信号稀疏表示理论为核心,为提高去噪速度,对局放信号进行了加权分帧,减少待处理数据长度的同时避免了强制分帧时截断效应;提出一种快速正交匹配追踪算法,避免了基于传统正交匹配追踪实现稀疏表示时庞大的计算量。为提高去噪效果,基于K-SVD字典学习理论及高信噪比局放样本信号构建局放脉冲自适应过完备字典,其各原子仅与局放脉冲信号强关联,且满足实测信号多样性要求;结合加权分帧方法,提出一种残差比阈值自适应确定方法,实现了局放稀疏表示去噪迭代终止条件自适应确定。实验结果表明,所提方法解决了现有局放稀疏表示去噪方法去噪速度慢,过完备字典适用性弱等问题,相比传统局放信号小波分析去噪方法,该方法去噪结果误差及畸变均较小。
压接型IGBT器件封装内部多物理场耦合问题研究概述

压接型绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)器件相对传统焊接式IGBT模块而言具有功率密度大、可靠性高、易于串联和失效短路等优点,现已逐步应用到高压直流输电等高压大功率应用场合。在压接型IGBT器件中,各组件通过外施压力堆叠在一起形成电学和热学接触,内部除温度场和电磁场外,还需考虑应力场的作用,各场通过耦合变量形成联系,构成了一个复杂、非线性的多物理场耦合问题,给建模与计算带来了巨大挑战。该文对近年来国内外压接型IGBT器件多物理场耦合问题的研究现状进行综述,建立多物理场问题的数学描述,并梳理考虑多子模组相互作用的耦合关系,提炼多物理场耦合问题中的难点,即耦合关系的建模及对比分析、多物理场耦合问题的准确描述与简化及多物理场耦合算法的改善等。文中针对这些难点,在总结现有研究成果的基础上,指出今后需要深入研究的重点问题,借鉴相关领域研究成果,给出可能的解决方案。
大规模1.5MW风力发电机变桨轴承开裂行为分析

某风力发电场多台1.5MW风力发电机组在运行过程中发生变桨轴承开裂损伤,给风机安全运行带来严重隐患。利用断口形貌分析、化学成分分析、力学性能检测、显微组织检测及有限元模拟等试验方法对变桨轴承大规模开裂原因进行分析。结果表明,变桨轴承表面感应淬火工艺不当,造成轮齿感应淬火层厚度不均匀,晶粒粗大且晶粒度不均匀、组织应力水平高,在表面感应淬火层形成淬火裂纹。同时,变桨轴承基体由于调质工艺不当致使其强度和韧性的裕量不足。在风机运行过程中的循环冲击载荷和振动载荷作用下,淬火裂纹以疲劳形式扩展,导致大规模的变桨轴承严重开裂损伤。
基于中继线圈切换的三线圈结构WPT系统效率优化研究

三线圈结构无线电能传输(wireless power transfer, WPT)系统相比于两线圈结构WPT系统,具有更远的能量传输距离和更高的系统传输效率,但该结构的近距离传输效率有待进一步验证。首先,针对这一问题建立全面、精确的三线圈模型;其次,分析得到三线圈近距离传输效率降低的原因:由于阻抗不匹配的问题,导致线圈损耗增加。最后,给出一种基于中继线圈切换的三线圈结构WPT系统,它将两线圈和三线圈的优势结合在一起,解决三线圈近距离传输效率下降的问题。在理论分析的基础上,通过实验验证基于中继线圈切换的三线圈结构WPT系统效率优化方法的可行性。相比于传统两线圈结构,该系统在远距离的效率提升达23%;相比于普通三线圈结构,该系统在近距离的效率提升达22%。
基于神经网络和MS-AUKF算法的蓄电池荷电状态估计

蓄电池的荷电状态(state of charge,SOC)是表征电池当前剩余电量的重要参数。提出一种基于神经网络和主从式自适应无迹卡尔曼滤波(master slave adaptive unscented Kalman filter,MS-UKF)算法的SOC估计方法。首先,建立蓄电池的戴维南(Thevenin)二阶模型,针对开路电压与电池SOC之间的非线性关系,采用神经网络模型代替多项式模型,以提高拟合精度。根据实时测量数据,基于最小二乘法在线确定电池模型的参数。针对传统的扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)和无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)方法存在噪声方差固定,会产生误差造成估计精度不高的问题,采用MS-AUKF算法。该算法的主滤波器用来估计系统状态,辅助滤波器用来估计噪声方差矩阵。算法每次迭代时更新系统模型的噪声方差,克服了传统卡尔曼滤波算法中,噪声方差初值人为设定可能导致滤波发散的缺点。仿真结果表明,相比于EKF、UKF算法,MSAUKF在估计电池SOC时具有更高的精确度和收敛速度。
结合数学形态学滤波与频谱校正的发电机局部放电离散谱干扰抑制方法

针对发电机局部放电在线测量中面临的脉冲信号被相似频率离散谱干扰淹没、现有方法难以快速准确提取的难题,提出一种结合数学形态学滤波与频谱校正的离散谱干扰抑制方法。首先利用形态学滤波器对原始信号频谱进行处理,提取脉冲信号的山丘状频谱,频域消减得到噪声频谱,进而基于经典阈值识别干扰频率粗值,然后通过频谱校正估计干扰参数并重构干扰波形,最后将重构波形从原始信号中消减得到脉冲信号。仿真与现场数据验证了该方法的有效性和优越性,与其他方法相比,该方法不需要进行复杂的小波分解与重构以及傅里叶逆变换,降低了结构元素确定难度,计算效率高,且基本不对脉冲信号的波形产生影响。
孤立交直流混合微电网双向AC/DC换流器功率控制与电压波动抑制策略

在孤立交直流混合微电网中,对双向AC/DC换流器进行合理控制可以有效实现微网功率的协调分配并提高系统的抗外界干扰能力。将孤立混合微电网中的交流微网和直流微网等效为整合电源,分别给出双向AC/DC换流器交流侧和直流侧的有功功率下垂控制方程,进而提出基于全网功率成比例分配原则的双向AC/DC换流器外环功率控制策略,实现孤立混合微电网的功率平衡和自主分配;同时针对常规比例-积分(proportional integral,PI)内环控制无法获得理想的电压动态响应的问题,在对双向AC/DC换流器进行电压波动分析的基础上,提出一种抑制电压波动的双向AC/DC换流器改进内环控制策略,实现换流器电压对参考信号的无静差跟踪,提高下垂控制微电网系统的鲁棒稳定性。仿真结果验证了该控制策略的正确性和有效性。
基于Lyapunov优化方法的含能量路由器的能源集线器能量管理策略研究

多能源融合系统越来越成为解决能源短缺及不合理配置等问题的有效方案。含能量路由器的能源集线器作为多能源融合系统的一种典型结构,可通过合理协调管理各端口可控资源,实现高效经济运行。该文设置了能量路由器基本运行策略,分析基本运行策略下能源集线器能量平衡等式及接入设备运行约束;基于Lyapunov优化方法构造储能虚拟队列,将能量管理问题中时间耦合储能约束转化为队列稳定性问题,并对不需即时满足的柔性负荷(以电动汽车负荷为例)构造虚拟队列;最后,通过形成Lyapunov-drift-penalty函数,简化能量管理问题,根据实时运行状态确定控制决策,实现降低运行成本的目标。利用MATLAB编程,实现并测试上述管理算法。通过算例分析比较算法应用前后含能量路由器的能源集线器运行情况,验证了算法在降低运行成本方面的有效性。
一种应用于接地网故障诊断的混合算法

为提高大型接地网故障诊断算法的收敛效果和准确度,降低算法的复杂程度,针对根据电网络理论建立大型接地网故障诊断模型,考虑到其高维度、高度欠定、非线性的特点,提出一种确定性算法与随机性算法相结合的混合算法。确定性算法部分由L-M(Levenberg-Marquardt)和微量处理法组成,此部分集成了L-M高精度、高收敛速度的性能,以及微量处理法的逐步寻优特点,可以快速锁定真实解的范围,减少随机性算法部分的无效搜索;随机性算法部分基于粒子群算法建立,在确定性算法部分的引导下,此部分可运用自身全局寻优能力对解进行深入优化。仿真分析的结果表明,所提出的混合算法具有高精度、高收敛性的优点,可应用于不同拓扑结构的大型接地网故障诊断。
基于余弦相似度的风电场站送出线路纵联保护

以风电为代表的新能源场站发电原理与同步机不同,导致其故障特性与同步机有较大差异,使得基于工频量的传统保护性能下降,甚至出现误拒动现象。为了解决工频量保护面临的问题,通过分析各类风电场站故障暂态电流特性,获知了各类风电场站与同步机的暂态电流波形特征存在巨大差异。当送出线路区内故障时,两侧暂态电流波形差异巨大;当发生区外故障时,线路中流过穿越性电流,两侧暂态电流波形差异很小。该文利用这种波形差异提出一种基于余弦相似度的纵联保护原理。仿真结果表明所提保护原理能够可靠识别区内、外故障,具有耐受过渡电阻和噪声的能力,且在常规采样频率下性能良好,适用于现有的各类风电场站。现场数据验证了所提保护的有效性,容易实现工程应用。
VSC接入弱电网时外环有功控制稳定性解析

该文推导电压源换流器(voltage-sourced converter, VSC)接入弱电网时,考虑交流电网强度和锁相环(phaselocked loop,PLL)影响的外环控制多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)传递函数解析模型,提出将MIMO系统简化为单输入单输出(single input single output,SISO)系统分析的研究方法,将SISO传递函数解析模型中有功开环传递函数G_(PC0)视为无穷大系统下的理想开环传递函数和一个调制函数的乘积,其中理想开环传递函数反映外环有功控制的影响,调制函数则反映电网强度、有功功率、 PLL带宽、外环交流电压控制带宽的影响。分析调制函数对理想开环传递函数的影响即可揭示电网强度、有功功率、PLL、外环交流电压控制带宽等因素对弱电网下外环有功控制稳定性的影响机理。揭示弱电网下PLL和外环有功控制带宽相同或接近时易发生失稳现象的本质,总结电网强度、有功功率对外环有功控制稳定性影响规律。时域仿真结果验证了分析的正确性。
基于Marti模型的柔性直流输电系统纵联行波差动保护

柔性直流输电系统越来越多地应用于新能源并网,远距离、大容量电力传输及交流系统异步互联等方面。直流故障的快速、可靠识别是柔性直流输电系统发展亟待解决的问题。该文从线路模型出发,以行波理论和Marti模型为基础,定量分析了故障后模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)闭锁前的故障特征。结合行波保护速动性和纵联差动保护可靠性的特点,提出纵联行波差动保护新原理。该原理满足柔性直流输电系统保护的快速性要求,耐受过渡电阻能力强、抗干扰能力强、易于整定和实现。通过PSCAD/EMTDC大量仿真,验证了该保护原理的适用性。
基于运算电感分析电网对称故障下双馈型风力发电机Crowbar保护动作期间的定子电流特征

双馈型风力发电机具备经济的变速恒频发电能力,已成为现代电力系统的重要电源。与传统同步发电机不同,当电网发生短路故障后,受限于全控励磁变换器的控制能力,双馈型风力发电机需依赖附加电路与控制完成并网导则中的各种故障穿越要求,这直接导致了双馈电机具有不同于传统同步发电机的复杂故障电流特征。该文利用运算电感推导了电网对称故障及Crowbar保护动作这一典型情景下双馈电机定子电流的解析表达式,并分析了定子电流成分的频率、初始幅值、衰减时间常数及频率偏移特征。相较于已有结果,考虑了双馈型风力发电机故障前的初始运行状态,提出的解析表达式具有简洁易用的特点。此外,基于所提出的解析表达式,对比了其与无阻尼隐极同步发电机故障电流特征的异同,能够帮助读者从同步机电源电流特征的角度直观地认识双馈型风力发电机的故障电流特征。最后,通过与商用双馈型风力发电机电磁仿真模型的对比证明了所提出解析表达式具备优良的准确性。分析结果能为高风电渗透率电力系统的装备选型与继电保护设计等提供解析依据。
考虑机侧模型的直驱风电机组序阻抗建模及分析

大规模永磁直驱风场并网振荡现象频发,序阻抗模型逐步成为广泛采用的分析方法。目前对直驱风电机组的序阻抗建模将机侧模型(机侧变流器、永磁同步发电机)简化为可控电流源,忽略机侧模型对于机组阻抗特性的影响。该文建立考虑发电机、机侧变流器、直流母线动态过程、直流电压控制回路以及网侧变流器的直驱风电机组序阻抗详细解析模型,描述小信号分量在机组内部的频率特征分布规律;分析了机侧变流器控制特性、直流母线电容容量、直流母线电压控制特性对机组阻抗特性的影响。基于控制硬件在环实时仿真平台,验证解析模型的准确性,开展多个型号直驱风电机组的阻抗扫描与稳定性分析,验证机侧模型对机组阻抗特性的影响。
谐波源通用的非线性单端口网络矩阵模型

针对谐波源模型构建困难、现有模型精度低、适用范围受限等问题,该文从理论上导出一种谐波源通用的非线性单端口网络模型。文中阐释模型的导出过程,即基于端口时域电压及电流的微分方程关系,推演其频域下应遵循的耦合关系,进而建立非线性单端口网络的压控型模型和流控型模型。针对工程实际中非线性元件参数及网络拓扑未知的场景,给出模型参数的数值解法。最后,在MATLAB/Simulink环境下分别搭建复杂程度不同的谐波源网络对所提模型进行检验,并验证模型精度远高于现有的诺顿等效模型和交叉导纳矩阵模型。仿真结果表明,所提出的模型适用于非线性特征及网络拓扑各异的谐波源网络,模型精度高,参数求解方便。
英国“8·9”大停电事故分析及对中国电网的启示

2019年8月9日,英国电网发生大规模停电事故。事故造成英国包括伦敦在内的部分重要城市出现停电现象,影响人口约100万。该文首先介绍英国电网的基本概况以及本次大停电中涉及的关键设施;然后依据英国国家电网公司提供的事故调查报告梳理了事故各阶段的发展过程,总结了事故原因;最后结合我国电网实际情况,分析了本次事故的启示。