山东大学学报 (工学版)

新型电力系统同步稳定研究综述及展望

张恒旭,马睿聪,曹永吉,刘奕敏,邹世豪

2025, 55(2): 1-15. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.117

摘要 ( 229 )

PDF (3421KB) ( 140 )

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新型电力系统的稳定特性发生显著变化。为深化对同步稳定问题的理解,对相关领域的研究进行综述与展望。阐释传统交流电力系统与新型电力系统间同步稳定机制的差异,重点分析跟网型换流器和构网型换流器的同步特性。探讨静态同步稳定与暂态同步稳定问题的研究理论体系,总结当前关于新型电力系统同步稳定性提升的相关策略。归纳有关同步稳定问题研究取得的经验性成果,明确亟待解决的研究方向,为未来开展更深入的研究提供参考。

考虑碳排放因子与动态重构的主动配电网双层优化策略

鄢仁武,林剑雄,李培强,吴国耀,匡宇

2025, 55(2): 16-27. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.014

摘要 ( 135 )

PDF (7219KB) ( 39 )

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为提高光伏的消纳率,促进主动配电网低碳经济运行,提出一种考虑碳排放因子与动态重构的主动配电网双层优化策略。上层计及动态重构、储能设备和分布式光伏多种主动管理措施,减少系统网损成本和弃光成本,实现主动配电网最优经济运行;下层基于碳排放流理论,建立以动态碳排放因子为引导信号的低碳需求响应模型,充分挖掘用户侧减碳潜力。针对模型特征,分别采用基于二阶锥规划和改进蜣螂优化算法进行求解,通过改进IEEE 33节点系统验证了该策略能够有效降低电压越限风险,提升主动配电网运行的低碳经济性。

考虑混合储能的电-氢系统日前-日内协同优化调度

王瑞琪,刘继彦,鞠文杰,王为帅,许文泽,张祯滨

2025, 55(2): 28-36. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.044

摘要 ( 114 )

PDF (5544KB) ( 48 )

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为了响应“双碳”目标,应对大规模可再生能源接入带来的弃风光问题,提出一种考虑混合储能的电-氢系统(electric-hydrogen system, EHS)日前-日内协同优化调度策略。考虑系统及各出力单元的约束条件,以EHS运行成本最低及碳排放最小建立目标函数;对模型中的非线性约束进行线性化处理,构建混合整数线性规划问题;介绍日前-日内协同的多时间尺度优化调度方法;采用IEEE-33节点系统对所提策略进行算例分析,验证其对促进新能源消纳及EHS低碳经济运行的有效性。仿真结果表明,所提优化调度策略能够有效提高系统可再生能源的消纳能力,减少系统碳排放及运行成本。

计及SOC安全边界的光储联合系统协同控制策略

王士柏,孙树敏,程艳,周光奇,关逸飞,刘奕元,张志谦,张祯滨

2025, 55(2): 37-44. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.308

摘要 ( 124 )

PDF (4328KB) ( 56 )

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为解决光储联合系统储能电池荷电状态(state of charge, SOC)超出安全边界时电池加速老化,系统运行经济性差,且系统功率动态响应速度慢的问题,依据光储联合系统的运行特性,提出一种计及SOC安全边界的光储联合系统协同控制策略,当SOC达预设边界时自动切换变流器工作模式,保证系统健康运行的同时使系统具备频率支撑能力。设计一种基于模型预测控制的虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)策略,实现对电网的惯量支撑和负荷功率需求的快速响应。通过搭建MATLAB/Simulink光储联合系统仿真模型,对储能电池SOC越限时的功频响应特性进行对比和分析,结果表明,模型预测控制相比传统双闭环控制具有更好的动态调节性能,且电池SOC始终处于预设的安全边界内。所提方法可以有效加快光储联合系统功率响应速度,提升对电网的主动支撑能力。

考虑用户满意度的智能建筑多目标能源优化

郑方圆,陈立征,王文奎,张汉元,范英乐

2025, 55(2): 45-57. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.113

摘要 ( 102 )

PDF (7518KB) ( 59 )

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为提高建筑节能,本研究构建低碳智能建筑能源优化系统。提出考虑用户满意度的智能建筑能源优化方法,搭建智能建筑能源优化系统模型,引入照明和空调负荷作为柔性负荷参与系统的优化调度,增加系统调度灵活性,此外电动汽车可与智能建筑双向交流,并且智能建筑可根据分时电价与公用电网进行电能双向传输。基于上述模型,以智能建筑日运行成本最小为目标,同时保证用户的满意度,构建由智能建筑运行成本和用户满意度构成的多目标优化问题,利用加权求和法处理多目标问题,然后通过CPLEX对系统模型优化求解。最后与多个不同的策略进行对比,本研究提出的策略可以保证用户满意度在0.95以上的前提下,降低系统运行成本。算例的对比结果证明,本研究提出的智能建筑能源优化方法可以实现智能建筑的节能减排并提高系统的经济性。

融合局部截断距离及小簇合并的密度峰值聚类

陈素根,赵志忠

2025, 55(2): 58-70. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.045

摘要 ( 93 )

PDF (9726KB) ( 47 )

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针对密度峰值聚类算法定义的截断距离仅考虑样本全局分布,在样本分配时容易产生“多米诺骨牌”现象等问题,提出一种融合局部截断距离及小簇合并的密度峰值聚类算法。基于样本局部分布信息计算每个样本截断距离和局部密度,有利于准确获得复杂结构数据集上密度峰;根据样本决策值之间差值关系选择潜在密度峰并形成多个小簇;定义一种新的小簇间相似度,根据此相似度将小簇合并获得聚类结果,有效避免了“多米诺骨牌”现象。采用6个人工数据集和8个UCI数据集进行验证,所提算法在上述14个数据集上的标准化互信息、调整兰德系数和调整互信息平均值比5个对比算法平均提高18.15%、28.99%和20.22%,比原始密度峰值聚类算法提高30.06%,47.15%和31.90%,具有较好的聚类效果。

基于实例判别与特征增强的单图三维模型检索

刁振宇,韩小凡,张承宇,聂慧佳,赵秀阳,牛冬梅

2025, 55(2): 71-77. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.164

摘要 ( 116 )

PDF (2139KB) ( 52 )

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为减小图像检索三维模型算法中图像域和模型域间的模态差距,提出一种由4个模块组成的神经网络算法模型。数据交换模块通过一定概率交换图像和三维模型数据,使图像域网络具有模型域特征学习能力,模型域网络具有图像域特征学习能力,初步减小模态差距。特征对齐模块有实例样本判别损失函数和图像模型配对损失函数,进一步对齐图像域和模型域。实例判别损失函数将每个实例视为独立个体类,对其进行分类,使相同实例的图像和三维模型的特征相似。图像模型配对模块旨在拉近相同实例的图像和三维模型,推远不同实例的图像和三维模型。基于对比学习在图像域中增加特征增强模块,提高图像域内特征区分性。试验结果表明,提出的算法在3个常见数据集Pix3D、 CompCars和StanfordCars上取得良好效果,检索精度较现有经典方法提高4.5%。实现图像域和三维模型域对齐,减小模态差距,提高图像检索三维模型精度。

改进RoBERTa、多实例学习和双重注意力机制的关系抽取方法

王禹鸥,苑迎春,何振学,王克俭

2025, 55(2): 78-87. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.050

摘要 ( 124 )

PDF (1332KB) ( 36 )

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针对远程监督关系抽取不能充分利用句子上下文高层信息、易带来噪声标注的问题,提出一种基于改进鲁棒优化的双向编码器表征预训练模型(robustly optimized bidirectional encoder representations from Transformers pretraining approach, RoBERTa)、多实例学习(multiple-instance learning, MI)和双重注意力(dual attention, DA)机制的关系抽取方法。在RoBERTa中引入全词动态掩码,获取文本上下文信息,获得词级别语义向量;将特征向量输入双向门控循环单元(bidirectional gated recurrent unit, BiGRU),挖掘文本深层次语义表征;引入多实例学习,通过学习实例级别特征缩小关系抽取类别范围;引入双重注意力机制,结合词语级注意力机制和句子级注意力机制的优势,充分捕捉句子中实体词语特征信息和对有效语句的关注度,增强句子表达能力。试验结果表明,在公开数据集纽约时报(New York Times, NYT)数据集和谷歌IISc远程监督(Google IISc distant supervision, GIDS)数据集中,关系抽取方法的F₁值分别为88.63%、90.13%,均优于主流对比方法,能够有效降低远程监督噪声影响,实现关系抽取,为构建知识图谱提供理论基础。

基于图结构的概念漂移检测

周彦冰,马士伦,文益民

2025, 55(2): 88-96. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.184

摘要 ( 122 )

PDF (9200KB) ( 70 )

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为了解决传统的概念漂移检测方法,仅依赖错误率进行漂移检测不可靠的问题,提出一种基于图结构的概念漂移检测方法。该方法使用k关联最优图表示当前数据分布,定义样本的漂移率表示分类器与当前数据分布的不一致性,利用漂移率形成比特流,使用概念漂移检测器在比特流上检测概念漂移。通过与传统的使用错误率的概念漂移检测方法的对比和分析,结果表明在人工数据集上基分类器的准确率提高1%~5%,在真实数据集上提高1%~2%。所提出的方法有效提高概念漂移检测的准确性,帮助基分类器更好适应概念漂移。

碳化钢渣细骨料混凝土本构关系

薛刚,邬松,董伟

2025, 55(2): 97-105. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.010

摘要 ( 102 )

PDF (10106KB) ( 17 )

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为研究碳化钢渣细骨料对混凝土性能的影响规律,对碳化钢渣进行物理化学试验,制备了普通混凝土及10%、20%及30%三种体积分数的碳化钢渣细骨料混凝土(carbonized steel slag fine aggregate concrete, CSSFC),研究碳化钢渣体积分数对混凝土力学性能及体积安定性的影响规律。结果表明:随着碳化钢渣细骨料体积分数由10%递增至30%,CSSFC的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量及峰值应变均逐渐增大,普通混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值为0.76~0.82,CSSFC的轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值为0.85~0.87。研究了适用于CSSFC的本构关系模型,并分析模型拟合参数与力学性能间的关系,以期为钢渣混凝土的应用及推广提供试验及理论依据。

基于Wiener退化过程的纤维混凝土抗冻性

银英姿,魏景涛,泽里罗布,董伟

2025, 55(2): 106-113. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.022

摘要 ( 94 )

PDF (10856KB) ( 56 )

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为探究玄武岩纤维(basalt fiber, BF)对风积沙混凝土(aeolian sand concrete, ASC)耐久性及使用寿命的影响,本试验采用风积沙等质量取代河砂,取代后风积沙质量占混凝土中河砂质量的20%,ASC中BF的体积分数选取0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%,制备玄武岩纤维风积沙混凝土(BF-ASC)。在冻融条件下,研究不同BF体积分数对ASC质量、相对动弹性模量的影响,并通过扫描电镜(scanning electron microscopy, SEM)分析BF-ASC的损伤劣化机理。以BF-ASC试块相对动弹性模量作为退化指标,选用一元Wiener函数进行退化过程建模,预测BF-ASC寿命。结果表明:BF的掺入能够降低ASC的孔隙率,增强粗细骨料之间的黏结力,明显提高混凝土的抗冻性能,降低混凝土冻融损伤程度,当BF体积分数为0.20%时,质量损失率最低,相对动弹性模量评价参数降幅最小,抗冻效果最佳;基于Wiener随机分布以BF-ASC相对动弹性模量作为退化指标所得到的BF-ASC可靠度函数,能够有效预测BF-ASC在盐冻环境下的使用寿命,且当ASC中BF体积分数为0.20%时,最长使用寿命约达2 500 h。

基于CFD-DEM耦合的泥水平衡盾构排浆管卵石滞排研究

童里,李达,李树忱,彭科峰,陈祎

2025, 55(2): 114-124. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.040

摘要 ( 100 )

PDF (13486KB) ( 68 )

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针对泥水盾构的弯曲管路进行三维建模,利用CFD-DEM耦合进行数值模拟,揭示泥浆携带卵石的运移规律,分析卵石沉积滞排的原因,探究卵石沉积对管道内流场的影响,为现场施工解决滞排问题提供优化指导。结果表明:滞排问题是由于低流速的泥浆提供的拖曳力太低,大量颗粒在管道弯曲处发生了沉积。管道内颗粒进入速度和排出速度将会达到动态平衡,管道弯曲度数越大,颗粒生成速度和排出速度达到动态平衡的临界点越晚,说明颗粒滞排越严重,滞排颗粒数量就越多。颗粒沉积导致有效过流面积变小,泥浆流速发生了明显分层,流场的分层更加不利于底部沉积颗粒的运移,加剧滞排问题。泥浆黏度越大,颗粒和泥浆发生剪切流动时的拖曳力越大,颗粒的平均运移速度越大。泥浆密度对颗粒的水平运移影响不大,但颗粒向上运输时,密度大的泥浆能够提供更高的浮力,有利于防治颗粒的滞排。

扩建地下水封洞库水封性评价与水幕系统优化

彭振华,王者超,李佳佳,乔丽苹,赵秦尼,李涵硕

2025, 55(2): 125-133. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.190

摘要 ( 111 )

PDF (9125KB) ( 29 )

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扩建地下水封油库可能对已建相邻洞库产生相互影响。针对国内首个大型地下水封洞库扩建工程,开展地下水封洞库水封效率评价与扩建-已建工程水封性相互影响分析,依据地下水位、水封效率对该扩建工程水幕系统进行优化。研究结果表明:扩建洞库工程的开挖破坏了地下初始稳定渗流场,会导致已建洞库水位小幅下降,涌水量上升,但已建洞库水封性仍满足要求,研究结果说明扩建工程施工对已建工程运行的水封性影响有限;相比于独立选址建库,在已建洞库旁进行扩建,扩建洞库地下水位和涌水量均发生下降,但降幅不多,满足水封要求。综上所述,在已建工程旁进行扩建是可行的;在满足地下水位的要求下,可适当降低水幕孔压力、增大水幕孔间距来进行扩建地下水封洞库的水幕系统优化。

海岛地下水封石油洞库海水入侵防控

王敬奎,乔丽苹,王菲,王者超,李崴

2025, 55(2): 134-142. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.033

摘要 ( 91 )

PDF (10228KB) ( 12 )

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为防止海岛大规模地下开挖引发海水入侵,以某海岛地下水封石油洞库工程为背景展开研究。利用有限元数值模拟方法,获得了施工期洞室开挖无水幕和运营50 a后不同水平水幕设计参数工况下,地下水封石油洞库的渗流场和海水入侵控制效果。研究表明:洞室开挖无水幕不满足水封要求,需增设水幕系统;洞室储油后地下水位比洞室空置上升,涌水量和海水入侵程度降低;增设水平水幕系统后,洞室涌水量大幅度提高;运营期仅设置水平水幕不能完全阻止海水入侵,只能将其控制在一定范围;水封效果、涌水量及海水入侵控制效果与水幕孔长度和注水压力呈正相关,且注水压力的影响程度更高。

拉剪应力下单裂隙岩体受温差影响的强度研究

张岩,赖乾隆,任翔

2025, 55(2): 143-155. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2024.060

摘要 ( 80 )

PDF (9729KB) ( 16 )

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为研究温度差对拉剪应力状态下裂隙岩体力学特性的影响规律,从高岩温隧洞、边坡等工程实际中出现的岩体拉剪破坏现象出发,基于能量及线弹性断裂力学理论,推导出单裂隙岩体在温差下裂隙强度的表达式;并使用数值方法将裂隙倾角、水平压力等因素与温度应力相结合,系统研究了拉剪应力条件下裂隙岩石的强度、裂纹扩展演化机制等。结果表明:在拉剪应力状态下,随着温差由5 ℃增大到15 ℃,岩石产生热膨胀,导致裂隙岩体内应力增加。当裂隙倾角从155°接近最大剪切应力180°方向时,主要剪应力更容易作用于裂隙面,使得抵抗剪切的阻力减小,初裂强度降低,从而推动裂隙剪切并发生扩展。本研究揭示了拉剪应力状态下单裂隙岩体在温差条件下受多因素影响的强度特性规律,有助于工程师在设计阶段对岩体的稳定性进行初步评估,从而制定相应的施工方案和预防措施。

基于摆臂浮子阵列的浮式平台稳性运动响应

董革,黄淑亭,王俊,薛钢,刘延俊

2025, 55(2): 156-164. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.284

摘要 ( 112 )

PDF (6374KB) ( 69 )

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为解决浮式平台在环境复杂海域中的安全和工作性能问题,提出提高浮台稳性的措施。本研究将摆臂浮子式波浪能转换装置搭载到浮式平台上,建立摆臂浮子阵列与浮式平台的多体耦合水动力学模型,利用AQWA水动力仿真软件开展数值模拟和参数化分析,揭示摆臂浮子阵列与浮式平台稳性间的相互作用机理,获得摆臂浮子形状及数量、波浪周期对浮式平台稳性影响的作用规律,寻得最佳的摆臂浮子搭载方式。研究结果表明,搭载摆臂浮子后的浮式平台能更好地降低垂荡和纵摇的晃动幅度,半球型摆臂浮子相比圆柱和圆锥型摆臂浮子能明显地降低平台的纵摇幅度;摆臂浮子阵列数量的增加会逐渐降低平台垂荡和纵摇的晃动幅度;在给定波高、改变周期的情况下,搭载摆臂浮子后的浮式平台能明显降低平台垂荡和纵摇晃动幅度,但随着摆臂浮子数量的增加,平台稳性提高程度越不明显。因此,若只考虑平台稳性因素,可搭载少量的摆臂浮子降低成本,若考虑波浪能装置给平台供电因素,可搭载多量的摆臂浮子提高供能。

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