元地球与数字孪生:思想突破、技术变革与范式转换

数字孪生在航天、工业制造领域已应用了20多年,但引入海洋科学还是首次。通过数字孪生技术,实现真实地球与虚拟地球的融合,构建一个真实地球与数字地球的虚实共同体,这里称为“元地球”。本文介绍了元地球与早期提出的数字地球、虚拟地球、玻璃地球、智慧地球的本质区别,进而突出元地球理念或思想上的巨大突破。基于现今元宇宙BIGANT技术体系,构架跨越地球各圈层的实时、全天候、立体观测感知系统,打通地球系统各圈层动力学模拟隔阂,实现超越现今地球,再现深时地球,实现时空穿越,从而集数字地球、虚拟地球、玻璃地球、智慧地球、现今地球、深时地球的特性于一个共同体,这个深时的虚实共同体就是元地球。这一理念必将催生新的技术范式变革,进而超越现实地球、虚拟地球,开启人类认识地球、探测地球、开发地球的全新方式。在实现研究范式转换的同时,推动元地球的多场景应用,这也必将催生未来的万亿新产业。

逆冲-走滑作用叠加的复合构造变形机制砂箱模拟研究:以张家口-蓬莱断裂带渤海段为例

逆冲构造体受走滑作用影响形成新的复合构造体系在自然界中较为常见。新生代以来张家口-蓬莱断裂带渤海段的左旋走滑运动,改造了渤海湾盆地内燕山期挤压运动形成的逆冲构造。北西向的张家口-蓬莱断裂带渤海段受新生代以来太平洋板块俯冲驱动,与共轭的北东向郯庐断裂带共同控制了渤海湾盆地现今的构造样式,同时又是地震多发区和油气聚集区。本文通过砂箱模拟实验,研究不同走滑速率不同基底强度条件下,逆冲推覆构造受走滑作用改造的复合构造演化机制。实验结果显示,在挤压背景下,实验模型中先产生一系列的逆冲断层,形成逆冲推覆构造和冲起构造;叠加走滑作用后,走滑断层切割先存逆冲断层,具有明显的负花状构造特征。剖面上看,走滑速率越大,则断层数量越多,断层断距更大,花状构造更为复杂。在局部塑性基底模型中,无叠加的走滑构造区可形成断陷。结合研究区构造演化过程,模拟结果与张家口-蓬莱断裂带渤海段构造演化过程具有一定相似性,尤其沙北断裂、沙东断裂内部花状构造发育最为典型。走滑断裂对构造圈闭具有一定的控制作用,本模型可对逆冲叠加走滑复合区域的构造演变及动力机制分析提供参考和借鉴。

矿粉固化淤泥的试验研究

目前,对于水库淤泥的处理方式,经常采用水泥等胶凝材料,来提高淤泥的力学性能作为路基材料。传统的水泥材料消耗大、CO2排放量高。地聚合物可以作为绿色建筑材料。本文基于地聚合作用,采用矿粉固化淤泥,研究其力学性能及路用性能。通过改变矿粉以及碱激发剂的掺量对固化淤泥进行无侧限抗压强度试验、水稳性试验,来评估其路用性能。根据实验结果,确定了矿粉掺量和碱固比的最佳配比,此时地聚合物的UCS最高,达到了1.7 MPa。并且固化淤泥抗崩解率达到99 %以上,此时具有良好的水稳性,可以作为道路建筑材料使用。试验表明矿粉在碱性环境下,受激发形成不同聚合度的硅铝酸盐聚合物,这些聚合物包裹在淤泥颗粒表面,从而提高了固化淤泥的强度。研究结果为地聚物固化淤泥土工程应用提供了实验基础。

电力企业通用报表综合管理系统设计与实现

基于.Net Remoting客户端/服务器构架,通过组件对象模型与Excel软件交互,以及使用开放式数据库互联连接数据源,设计并开发了电力企业通用报表综合管理系统.在系统设计中提出按照参数、提取集、计算集分类的数据定义方法和数据集作用域概念以及数据定义与映射关系相结合的模板设计模式,设计了报表计算量平台.提出电力企业报表业务分层和报表审核的管理方法,设计了灵活的权限管理方案.该系统实现了基于多数据源的数据挖掘,解决了非技术人员定制报表的难题,实现了报表生产与报表管理的统一,保证了企业数据的安全和报表数据的质量.该系统具有通用、友好、灵活、安全等特点,已经在湖南省电力公司成功投入运行.

疏浚淤泥资源化改良新技术研究进展

疏浚淤泥的综合治理一直是个全球性的问题。疏浚后大量泥沙沉积物的堆存不仅造成严重的土地资源浪费,还会对周边生态环境带来不利影响。疏浚淤泥是具有资源属性的固体废物,为了实现资源化综合利用,需要对其进行固化改性处理。本研究在分析疏浚淤泥特性的基础上,系统阐述了微生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP)、电渗透处理技术、木质素/黄原胶生物聚合物技术对疏浚淤泥的固化改性机理及适用性,最后对疏浚淤泥的改良新技术进行了总结和展望。

AVC三级协调控制状态监控软件设计与实现

经过多年的实践与改进,金华电网自动电压控制(AVC)系统已经实现了与省调、县调AVC系统的三级协调控制。为实时监控各级AVC系统的协调工作状态,设计并开发了一种AVC三级协调控制状态监控软件。首先分析了三级AVC系统协调控制机理,然后确定了需要监控的状态量及该软件的功能模块,最后介绍了该软件的设计与实现方案。实践结果表明,该软件能够为监控、调度以及AVC专责管理人员提供很好的参考。

基于潮流熵的复杂电网自组织临界态判断模型

为研究复杂电网大停电的发生机理,同时找出影响大停电发生的关键因素,文中基于熵理论提出了电网的潮流熵概念,用以定量描述线路潮流分布的不均衡性。基于潮流熵提出了复杂电网自组织临界态判断模型。对IEEE 118节点系统的仿真结果表明,潮流熵对电网连锁故障的传播具有重要影响,是决定系统是否进入自组织临界态的重要因素。使用该判断模型分析了IEEE 118节点系统在给定的平均负载率下进入自组织临界态时的潮流熵。潮流熵较好地解释了实际电网在平均负载率较低时由于线路潮流分布的高度不均衡性而进入自组织临界态的现象。

FACTS控制器间交互影响及协调控制研究进展

柔性交流输电FACTS技术和设备在大规模互联电力系统中的应用日益广泛,研究FACTS控制器的交互影响及其协调控制也变得极其重要。文中给出了交互影响的定义,介绍了目前研究中所发现的涉及各种FACTS控制器的交互影响类型,总结了用于分析这些交互影响的若干实用方法,最后对FACTS控制器的协调控制方法进行了综述,并进一步指出后续研究中值得注意的新的课题。

电网断面潮流在线监测系统

结合电网断面的运行特点提取了决定断面运行方式的关键因素,建立了断面运行方式定义规则库并提出了断面运行方式判别模型。在与EMS的数据接口设计中,对断面潮流监测流程进行了优化。在此基础上开发的电网断面潮流在线监测系统具有断面运行方式规则库定义、线路运行状态监测及断面潮流监测等功能,还可提供断面潮流超限记录的统计分析报表。应用结果表明,该系统为电网安全运行提供了有效的监测和分析方法。

考虑网络演化的直流潮流停电模型与自组织临界性分析

直流潮流停电(OPA)模型及其改进模型能模拟连锁故障停电过程,并能从宏观上揭示大停电的自组织临界性,但没有考虑电网结构变化对大停电的影响。文中在OPA模型基础上,考虑了慢动态过程中电网结构的演化特征,建立了考虑网络演化的OPA模型。对2个典型复杂网络演化方式的仿真表明:按小世界方式和无标度方式演化的电网都会自组织到临界状态;小世界电网特有的高聚类系数和低特征路径长度易扩大连锁故障的广度和深度,其平均损失负荷大于无标度电网;无标度电网通过小规模的线路连锁开断,释放系统压力,减少大停电概率。研究结果对未来的电网建设及大停电的整体预防有一定指导意义。

一种复杂电力网络的时空演化模型

网络拓扑对电力网络的脆弱性和鲁棒性有重要影响,当前经典网络模型与实际电力网络有较大差异。基于电力网络本身的演化机理,对BA无标度网络模型进行扩展与改进,构造了一种复杂电力网络的时空演化模型。提出网络生长点的概念,将其定义为靠近网络中原有节点但并未被占据的位置。新节点加入时,其坐标从网络生长点中随机选择;已有节点与新节点连接的概率由该节点的度数和该节点与新节点间的物理距离共同决定。分析了该模型的统计学特性,通过美国西部电网、中国北方电网与几种典型网络模型在平均度数、聚类系数、特征路径长度和度分布曲线等方面的对比,验证了新模型能很好地反映电力网络的演化规律。

考虑电网拓扑演化的连锁故障模型

针对OPA模型及其现有改进模型中未考虑电网拓扑演化的问题,提出了一种考虑电网拓扑演化的连锁故障模型。该模型结合OPA模型和电网拓扑的时空演化模型,OPA模型用以模拟负荷增长、线路改造等电网的演化过程和由于线路开断引起的连锁故障,时空演化模型用以模拟电网的拓扑演化。基于改进后的OPA模型分析了不同的演化参数对电网连锁故障的影响,仿真结果表明,中国北方电网与美国西部电网相比,小规模故障概率较大而大规模停电概率较小。本模型为研究不同的电网规划方案和参数在较长时间尺度上对电网演化的影响提供了一种途径。

电力系统复杂性及其相关问题研究

首先从存在意义和演化意义角度对电力系统的复杂性及其研究概况进行了介绍,并指出了电力系统存在复杂性和演化复杂性之间的关系。电力系统存在意义上的复杂性包括多层次与相互关联性、非线性动态性、随机性、实时性、社会经济性和开放性等。电力系统演化意义上的复杂性包括自组织特征、协同学特征、突变性和分维分形特性等。然后提出了电力系统复杂性研究的理论框架,该框架包括电力系统复杂性的概念及其综合分析方法与体系的研究、电力系统的自组织临界性研究、电力网络特性的研究、基于复杂性理论的电力系统连锁故障的仿真及预测方法研究和电力系统复杂性的综合集成技术研究等内容。最后,指出了与电力系统复杂性相关的重要研究课题以及未来的研究方向。

地区电力用户负荷模式聚类分析应用

随着近几年电力紧张形势的逐步缓解,供电部门工作重心已从电源性缺电转为电网性缺电,对于瓶颈地区电网建设及规划,研究地区电力用户负荷模式将有着极其重要的意义。以电力部门用电现场服务与管理系统大用户负荷数据为基础,结合目前较流行的几类数据聚类分析方法,对典型变电所区域大用户进行了聚类,以此与传统的国民经济行业分类进行了类比,研究结果表明,该方法在负荷管理、变电站规划、状态估计等方面为供电部门提供了参考依据。

基于SOA的输变电设备优化检修系统架构设计

输变电设备优化检修是集状态检修、预防性试验检修和可靠性检修为一体的综合性检修方式,能大幅提升电网企业设备检修管理水平,而当前电网企业却缺乏相应的检修管理系统支持。基于面向服务架构(SOA)规划输变电设备优化检修系统的层次模型和相关服务,其中业务流程服务包含状态监测与评估、故障诊断和预测、检修决策与管理等核心业务,通过业务抽象封装和业务流程编制建立服务层,提供涉及应用和业务流程的三大类服务,并采用WebServices管理该服务层。

南海海盆俯冲消亡机制:马尼拉海沟俯冲起始的启示

马尼拉俯冲带作为南海东部唯一的汇聚边界,其构造特征对于探索南海的俯冲起始机制及深化理解南海海盆从陆缘张裂、海底扩张及俯冲消亡的演化全过程等科学问题具有重要意义。最新的层析成像数据表明,南海海盆的原始范围从现今的马尼拉海沟向东仍可延伸400~500km,但前人对南海初始俯冲时间存在争议,并对其俯冲起始机制的研究相对较少。基于横跨马尼拉俯冲带地震剖面资料、火成岩的年龄及平衡剖面结果,本文对其分段特征及初始俯冲时间进行了系统分析和限定。研究发现,分布于菲律宾岛的锆石年龄数据主要集中在早中新世-中中新世时期,且平衡剖面分析结果表明南海海盆在中中新世就已经开始俯冲消减。因此,马尼拉俯冲带的初始俯冲时间为早中新世-中中新世,且由南向北变新。结合南海周缘新生代板块重建结果,马尼拉俯冲带新生代的演化可划分为三个阶段:(1)古新世-早中新世,马尼拉俯冲带作为一条大型走滑断裂带或俯冲带边界存在;(2)早中新世-中中新世,在多个板块汇聚背景下,受澳大利亚板块的快速北向运动、太平洋板块的NWW向俯冲及菲律宾海板块NWW向漂移与北巴拉望微陆块(民都洛)发生碰撞的共同作用下,导致了菲律宾海盆西缘大型走滑边界开始触发马尼拉俯冲带的形成,南海开始收缩消亡;(3)晚中新世-早更新世,随着菲律宾海板块持续向北西运动,马尼拉俯冲带的北端进入碰撞造山阶段,而南部则仍处于洋壳俯冲状态。这个过程最终形成了现今的海沟-增生楔-弧前盆地(北吕宋海槽和西吕宋海槽)-火山弧(吕宋火山弧)的地貌组合。总之,南海消亡是被动消亡,因为马尼拉俯冲带属于太平洋板块动力系统,是诱发式被动俯冲所致;与苏门答腊-班达俯冲带属于印度-澳大利亚板块动力系统的主动俯冲不同,但两者形态上构成了一个东南亚环形俯冲系统。

经济新常态下用电量与经济模型实证研究——基于联立方程模型

随着中国经济由高速发展逐步进入中高速发展,合理转变经济增长方式、调整产业结构成为经济发展的热点。电力是国民经济的重要基础产业与先行产业之一,合理、准确规划电力发展对于电力公司、统计部门的工作有着重要意义。本文在国网浙江省电力公司的基础上,结合浙江省电力与经济的历史情况,参考浙江省"十三五"规划,建立了电力与经济的联立方程模型,对浙江省"十三五"时期的主要经济指标和主要电力指标进行预测,预测数据可供浙江省政府相关机构和浙江省电力公司"十三五"规划参考。

多条件约束下电网建设项目全过程闭环管控对策研究

电网建设项目具有投资大、工期长的特点,受制于多重约束条件。研究并提出了多约束条件下电网建设各环节的合理工期,对国网金华供电公司近几年重要的电网建设项目进行了分析,研究了影响电网建设项目工期的关键因素,提出了多条件约束下电网建设项目全过程闭环管控对策。

哈山冲断带构造变形数值模拟

岩石圈流变结构是控制大陆碰撞造山的重要因素.哈山冲断带的构造变形、地表地形与青藏高原周缘冲断带差异较大,指示需要开展地壳流变学研究.本研究采用二维数值模拟,设计了盆山上地壳强度横向差异的单因素实验,模拟结果分析表明:若上地壳强度“山弱盆强”,构造变形集中于造山带,断块垂向叠置造成造山带隆升,使地表地形的构造高点位于造山带;若上地壳强度“山强盆弱”,构造变形集中于冲断带和盆地,盆山相互作用造成地表地形的构造高点位于冲断带,而非后陆.本文基于此单因素实验,模拟了哈山冲断带构造演化,发现哈山冲断带晚二叠世发育推覆构造后,构造变形逐渐减弱,扩展方式由前展式变为后展式,基底倾向由向后陆变为向前陆.结合哈山及龙门山的多学科观测资料,本文认为哈山和龙门山冲断带的构造变形、地表地形分别符合地壳强度“山强盆弱”模式和“山弱盆强”模式.研究成果可以为中西部冲断带的地球动力学模型和实验模型的搭建提供一定启示,同时对研究区内构造控藏分析和油气勘探具有指导意义.

微板块构造理论:全球洋内与陆缘微地块研究的启示

任何板块都存在一个由小长大的过程。微地块(微板块)有时是大板块的前身,微地块的起源、生长、夭折、消亡和残留过程对研究板块构造具有重要意义。据其组成,微地块可划分为微陆块、微洋块、微幔块。本文以太平洋、印度洋和大西洋中的微地块为例,系统总结了洋脊增生系统、俯冲消减系统、深海板内系统、伸展裂解系统、碰撞造山系统5种构造环境下的微地块特征,并据此首次进行了成因分类,提出拆离微地块、裂生微地块、转换微地块、延生微地块、跃生微地块、残生微地块、增生微地块、碰生微地块和拆沉微幔块9种类型。对不同类型微地块边界进行了系统界定,并对其成因进行了系统讨论。这些微地块边界类型,包括活动的或死亡的拆离断层、俯冲带、洋中脊、转换断层、破碎带、切割岩石圈的断裂、假断层、洋内汇聚带、叠接扩张中心、非叠接扩张中心、洋脊断错等,其成因的关键研究在于对三节点稳定性进行分析。洋内或洋缘微地块研究,不仅为开展深海大洋精细化构造分析和板块重建工作提供参考,而且对解释大陆内部一些微地块成因具有启发性,可丰富大陆造山带、陆内、板内、幔内和陆缘构造的研究内容,使得造山带演化、板内变形和地幔过程研究更为精细化,甚至推广到早前寒武纪的前板块构造机制研究。