当期目录

2019年 第49卷 第5期 刊出日期：2019-10-20

  

电气工程———人工智能应用专题

人工智能在电力系统恢复中的应用综述

刘玉田, 孙润稼, 王洪涛, 顾雪平

2019, 49(5):  1-8.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.122

摘要 ( 1949 )   HTML ( 59 )   PDF (1128KB) ( 1317 )   收藏

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归纳总结专家系统、模糊数学、进化计算以及机器学习等人工智能方法应用于电力系统恢复的研究成果,指出现有研究仍以离线恢复方法为主,处于在线决策研究起步阶段,并展望人工智能技术在系统恢复中的应用潜力。

异步电网并行协调恢复策略的优化制定方法

顾雪平, 杨超, 梁海平, 王元博, 李少岩

2019, 49(5):  9-16.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.096

摘要 ( 1509 )   HTML ( 16 )   PDF (1429KB) ( 449 )   收藏

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针对异步电网发生全网大停电后的恢复问题,提出一种并行协调恢复策略的优化制定方法。采用串并行思想,通过高压直流协调送、受端电网,并最终实现全网恢复。基于各交流子网的送、受端角色定位,分析各换流站的电源、负荷特性。建立异步电网并行协调恢复的优化模型,重点研究直流与送、受端电网的协调恢复过程。采用多种群遗传算法求解,得到最优恢复方案并确定直流的最佳启动时机。基于IEEE 39节点系统构建异步电网算例,对所提方法进行验证。结果表明,该优化方法具有可行性,适用于异步电网恢复方案的制定。

基于偏好多目标优化和遗传算法的输电网架重构

孙润稼,朱海南,刘玉田

2019, 49(5):  17-23.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.123

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提出一种基于偏好多目标优化和遗传算法的输电网架重构方法,考虑对于不同优化目标的偏好,制定网架重构方案。计及系统中机组、线路以及负荷的影响,提出3个评价指标作为优化目标,构建一个偏好多目标优化模型。考虑到所建优化模型的偏好性和离散性,提出一种基于偏好的非支配排序遗传算法。提出基于偏好的支配关系、种群规模控制技术以及重复个体过滤技术,用于提高算法的效率,获得解数目可控的偏好Pareto最优解集。仿真结果表明,所提模型能够有效平衡网架重构的不同影响因素,所提算法对于网架重构优化问题有较高的求解效率。

基于深度学习的新能源爬坡事件预测方法

梁志祥,刘晓明,牟颖,刘玉田

2019, 49(5):  24-28.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.132

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随着新能源渗透率的逐渐增大,有功功率不平衡的爬坡事件时有发生,甚至造成较大负荷损失。因风电和光伏预测的精度不够,需要考虑的运行场景较多,时域仿真不能满足在线评估要求。提出一种基于深度学习的方法,综合考虑机组和联络线的调节能力,利用堆叠降噪自动编码器提取各层特征训练支持向量机。将风电、光伏和负荷预测数据及上一时刻联络线功率等相关量作为输入,是否发生爬坡事件为输出,通过支持向量机快速预测是否发生爬坡事件。实际电网的仿真结果表明,本研究方法快速准确,能够对爬坡事件进行有效辨识。

基于决策树和数据驱动的零电量用户筛选方法

章博,卢峰,董寒宇,陈清泰,林振智,王洪涛

2019, 49(5):  29-36.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.116

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随着电力系统中用电客户的增多及客户用电形式的多样化,零电量用户(none-consumption user, NCU)逐渐增多,对零电量用户进行排查耗费了电网公司大量的人力物力。在此背景下,基于电力用户用电信息采集系统(electricity information acquisition system, EIAS)的零电量用户信息,提出了一种零电量用户筛选的数据驱动算法,判断正常零电量用户和异常零电量用户。采用决策树对电力用户用电信息采集系统数据进行分析,确定零电量用户异常类型;对决策树无法辨别的用户类型,通过分析零电量用户计量采集数据和营销数据,提取适用于零电量用户筛选的关键因子,进而构建零电量用户筛选评价体系;在此基础上,采用(criteria importance though intercrieria correlation, CRITIC)法确定关键因子的权重,并采用雷达图法对零电量用户进行筛选分类。以浙江省某供电所管辖下的零电量用户为例对所提出的方法进行说明,并通过现场排查进行校验,结果表明所提出的零电量用户筛选方法具有一定的有效性。

基于两层优化的主动配电网储能优化配置

王李龑,王飞,曹永吉,张涛,张亚新,卢奕,刘子菡

2019, 49(5):  37-43, 51.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.082

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针对主动配电网储能系统优化配置问题,考虑运行控制策略对规划方案的影响,提出一种基于两层优化的配置方法。在短时间尺度的内层优化中,利用低通滤波算法提取上网功率高频分量,以高频分量变异系数和可再生能源浪费率最小为目标,基于标量化方法和粒子群算法优化主动配电网控制策略。在长时间尺度的外层优化中,构建多目标优化模型,最小化投资成本和可再生能源浪费率,采用NSGA-Ⅱ算法求取储能系统配置的Pareto最优解。由于运行控制和规划配置间存在相互影响,将不同时间尺度的内外层优化置于统一的框架内,以可再生能源浪费率、储能系统配置位置和容量为耦合变量交替迭代求解。结合算例,对所提模型及其求解方法进行了验证。算例分析表明:主动配电网中储能系统优化配置能够有效提高电网对可再生能源的消纳能力。

并网型风电场扩展光伏互补发电容量优化配置

杨冬,王世文,王勇,陈博,郑天茹,周宁,肖天,赵雅文

2019, 49(5):  44-51.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.162

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风、光资源具有天然的互补性,在已建成的风电场中扩展光伏发电,组建互补发电系统,有利于平抑出力波动并提高运行经济性。提出一种并网型风电场扩展光伏容量优化配置方法。基于风速和太阳辐射在时间尺度上的互补性,建立修正的气象概率分布模型。以电气设备利用率最大,输出功率波动性和弃风、弃光电量最小为目标构建多目标优化模型,充分考虑3个目标之间的矛盾以及不同升压主变容量的影响。采用蒙特卡罗方法仿真生成风、光气象数据,基于多目标粒子群算法求取Pareto最优解集合,结合工程要求和经济性指标从集合中确定最终方案。结合算例,对本研究方法的有效性进行了验证。

能源与动力工程———制冷技术专题

基于LNG冷与燃料电池余热利用的TRCC串联系统

郭英伦,郗富强,苏瑞智,李国祥,于泽庭

2019, 49(5):  52-57.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.154

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提出一种基于固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)和跨临界二氧化碳循环(transcritical carbon dioxide cycle, TRCC)的联合发电系统,采用跨临界二氧化碳循环来回收SOFC的排气余热,同时利用了LNG冷量。建立该系统的数学模型,分析参数变化对系统性能的影响。结果表明,在设计条件下, SOFC、TRCC和整个系统的热效率分别为64.2%、22.4%和74.1%,系统热效率随着燃料电池入口温度增加而增加,以及水蒸气碳比的增加而降低;系统热效率随着TRCC的透平入口压力的升高而升高。

太阳能集热器驱动的吸收式制冷系统性能分析

王彤彤,孙嘉楠,张涛,于泽庭,殷纪强

2019, 49(5):  58-63, 71.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.155

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为了合理利用太阳能,增强制冷系统的季节适应性,提出一种中温太阳能驱动的氨水吸收式制冷系统。以抛物面槽式太阳能集热器(parabolic trough solar collector, PTSC)驱动的氨水单效吸收式制冷系统为对象,根据热力学定律和能量平衡方程,在工程求解器(engineering equation solver, EES)下,分别建立太阳能集热器模型和制冷系统模型,并对系统的关键参数进行计算。从制冷量、精馏热和系统能效比(COP)三方面分析了系统高压、系统低压、蒸发器出口温度和精馏器出口质量分数对系统的影响。结果表明:制冷量随系统低压的升高而降低;精馏热及COP随系统低压的升高而增加;蒸发器的出口温度升高时,制冷量和COP均有增加;当精馏器出口氨的质量分数为0.977~0.999, COP在氨水质量分数为0.992时出现最大值。研究结果为太阳能驱动单级吸收式制冷循环的可行性提供了理论依据。

能源与动力工程——制冷技术专题

基于SOFC的功冷联供系统热力学特性分析

王寒冰, 刘晓辉, 田民丽, 王桂华, 于泽庭, 纪少波

2019, 49(5):  64-71.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.156

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为提高固体燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)的能源综合利用效率,提出一种基于SOFC循环、燃气轮机和吸收式制冷机的功冷联供系统。建立联供系统的热力学模型,给出设计工况下的热力学参数,对联供系统进行模拟分析。结果表明,在设计工况下,燃料电池发电效率、联供系统总发电效率和功冷联供效率分别为46.81%、54.53%和72.24%。燃料电池进口温度为620 ℃时,联供系统取得最大总发电效率和功冷联供效率,分别为54.66%和72.42%;在燃料电池进口温度为600 ℃时,联供系统输出制冷量最多。

基于理论的相变储能换热器传热性能分析

周鑫晨,章学来,陈跃,刘璐

2019, 49(5):  72-84.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.151

摘要 ( 1353 )   HTML ( 14 )   PDF (4434KB) ( 649 )   收藏

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在理论成功应用于常规换热器的基础上,将传递效率、耗散数及基于耗散的换热器热阻应用于相变储能换热器的传热性能分析中。定义广义耗散率并由此推导出相变储能换热器蓄热、放热及总过程的传递效率及其瞬时值。确定耗散数及基于耗散的换热器热阻计算中换热量的取法。选取一种相变储能装置作为分析对象,通过理论分析绘制各主要部分温度变化趋势,进一步简化得到硅油、水的出口温度表达式,作为算例分析基础。结果表明, 传递效率的应用范围最广,可用于计算相变储能换热器蓄热、放热及总过程的(瞬时)不可逆热损失,且评价结果与传热性能相符,瞬时传递效率随蓄热时间的增加先增大后不变再增大,随放热时间的增加先减小后不变再减小; 耗散数在蓄热过程和总过程中的评价结果与传递效率一致,瞬时耗散数随蓄热时间的增加先减小后不变再减小,然而在放热过程中的应用受限。基于耗散的换热器热阻的部分评价结果与实际不符,应用限制较大。蓄热过程及总过程中,当蓄热量、取热量与蓄、放热阶段时长同步变化时, 传递效率、耗散数与基于耗散的换热器热阻几乎无变化;当装置传热性能提高时, 传递效率增大, 耗散数减小,基于耗散的换热器热阻减小;放热过程中,设置参数的变化不影响装置传热性能, 传递效率基本无变化。

辐射强度对直膨式太阳能热泵系统性能的影响

张茂远,孔祥强,杨义孟,刘晓东

2019, 49(5):  85-90,97.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.145

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为分析太阳辐射对直膨式太阳能热泵系统性能的影响,研究了变频控制的R134a直膨式太阳能热泵热水器系统。对典型冬季试验中不同太阳辐射强度下的系统性能和关键参数进行讨论。试验结果表明,吸气过热度和系统COP(coefficient of performance)值都随太阳辐射强度的增加有不同程度的增加,压缩机平均排气温度则略有下降。在相似的环境温度下,当辐射由233 W·m^-2增至631 W·m^-2时,系统COP由3.39增至4.31,相对增加了28.9%。同时,集热器集热效率与太阳辐射强度呈现负相关的关系,太阳辐射越强,集热器集热效率越低。当有效集热面积为2.10 m²,太阳辐射强度由233 W·m^-2增加到631 W·m^-2时,集热效率由2.17减小到0.9,降低了58.5%。

机器学习与数据挖掘

基于奇异值分解行人对齐网络的行人重识别

张继,金翠,王洪元,陈首兵

2019, 49(5):  91-97.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.347

摘要 ( 1389 )   HTML ( 10 )   PDF (1244KB) ( 401 )   收藏

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为解决行人重识别的训练数据集中自动检测出的行人图像背景过大和行人部分缺失的错位现象问题,使用空间变换网络层对图像错位进行处理。为优化整个网络的深度学习过程,提高图像检索能力,增加网络特征层,使用奇异值向量分解方法对其进行处理。将行人对齐网络和奇异向量分解相结合,构造奇异值分解行人对齐网络,既可解决图像错位问题,又提高图像特征的相似性度量的效果。在Market1501、CUHK03和DukeMTMC-reID数据集上进行试验,并与行人对齐网络和其他深度学习与非深度学习的行人重识别方法进行比较,试验结果中整个网络的平均检索精度和行人图像第一次匹配正确的概率平均达到了65%和80%左右,这表明奇异值分解行人对齐网络可以提高对行人匹配的效果。

基于F-PointNet的3D点云数据目标检测

万鹏

2019, 49(5):  98-104.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.348

摘要 ( 3174 )   HTML ( 52 )   PDF (3128KB) ( 1010 )   收藏

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针对目前3D点云目标检测模型检测精度不高的问题,研究使用直接处理点云数据的F-PointNet模型检测汽车、行人和骑车人,并对模型进行微调,进一步提升模型的目标检测精度。试验中使用不同的参数初始化、$\ell $₂正则化和修改卷积核数的方法对模型进行测试。试验结果表明, Xavier参数初始化方法收敛速度比截断正态分布方法快0.09 s,同时汽车和骑车人检测精度分别高出大约3%和2%;增加$\ell $₂正则化,行人检测精度和骑车人检测精度可提高大约2%和1%;对T-Net(Transfrmer Networks)第一层卷积层的卷积核数减少为128后,汽车和骑车人检测精度分别提高了大约1%和2%,表明本模型能有效地提升目标检测精度。

一种基于动态均分的最大信息系数改进算法

孟燕霞,郭禹辰,王莉

2019, 49(5):  105-111.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.209

摘要 ( 1697 )   HTML ( 10 )   PDF (2337KB) ( 713 )   收藏

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针对最大信息系数(maximal information coefficient, MIC)算法计算时间复杂度较高的问题,提出一种基于动态均分的最大信息系数(dynamic equpartition of maximal information coefficient, DE-MIC)改进算法,利用动态均分对两变量在网格中的散点图进行不断迭代寻优,通过对获得的互信息进行正则化得到最优的DE-MIC值,同时利用标准的可移植操作系统接口(portable operating system interface of UNIX, POSIX)对数据集进行多线程计算,使算法在大规模数据集上的计算效率更高。经过在多个数据集上与快速最大信息系数算法(rapid computation of the maximal information coefficient, RapidMIC)比较, DE-MIC算法在保持原有最大信息系数算法普适性和均匀性的前提下,计算速度更快且效率更佳。

基于CSI的轻量级自适应井下定位算法

岳俊梅,张冬梅

2019, 49(5):  112-118.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.356

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针对传统井下定位成本高、工作危险系数大的问题,提出一种基于信道状态信息(channel state information, CSI)的轻量级自适应井下定位(lightweight self-adaptive underground positioning algorithm, LSA)方法。LSA方法以细粒度的CSI替代粗粒度的接收信号强度(received signal strength indicator, RSSI)来获得更高的定位精度,采用逆傅里叶变换将原始CSI数据转换为信道脉冲响应,以此选取视距信号,并通过构建CSI视距信号衰减模型实现轻量级的精确测距;基于井下现有WiFi网络中的访问接入点(access points, APs)位置和井下巷道特征,计算目标相对AP的方向,根据方向和测距结果完成定位。该方法能够自适应于AP在巷道中的任意位置部署,并利用拐角识别优化算法进一步提高定位的精度。试验结果表明,该方法能够使得定位中位数误差达到0.53 m,且无需在井下单独部署任何定位系统,性能明显优于已提出的CDPF、FILA等其他定位算法。

一种基于力觉的机器人对孔装配方法

吴禹均,吴巍,郭毓,郭健

2019, 49(5):  119-126.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.396

摘要 ( 1605 )   HTML ( 28 )   PDF (7332KB) ( 603 )   收藏

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针对带电作业机器人更换金属氧化物避雷器过程中精确对孔装配的需要,提出一种基于力觉自主控制机器人在绝缘横担上寻孔并装配避雷器的方法。控制过程中针对避雷器下端头的特殊形状以及电杆绝缘横担的作业场景,在机器人末端加装力觉传感器,将转换后的力作为被控量,设计一种由触担、寻孔、渐入和插入四个过程构成的对孔装配策略,使机器人能够将避雷器的下端头准确地插入横担上的安装孔。试验结果验证了所提方法的有效性。