电力系统混合整数线性规划问题的运筹决策关键技术综述与展望

机组组合、检修计划、拓扑运行优化、电力系统规划等电力系统混合整数线性规划(MILP)问题旨在实现电力资源的最佳配置,应用广泛,其精准性与高效性直接影响了电力系统的安全性与经济性。随着“双碳”目标的提出,新型电力系统MILP问题模型复杂度更高、计算效率要求更严格,对当前运筹决策技术提出了更严峻的挑战。然而,现有依赖于国外进口求解器的电力系统运筹决策技术面临“组合爆炸”,且求解器依赖进口面临“卡脖子”困境,亟须实现技术突破。为此,该文系统地梳理了电力系统MILP问题的运筹决策技术,以及近年来通用MILP问题的最新进展,并展望了电力系统MILP问题运筹决策关键技术未来的研究方向,旨在为我国相关研究工作提供参考和思路。

分支定界搜索信息深度引导的电-气互联系统调度决策加速求解方法

电-气互联系统调度决策问题旨在实现天然气系统和电力系统中可调节资源的最佳配置,其精准性与高效性直接影响电-气互联系统运行的安全性与经济性。为描述可调节资源离散状态、非线性运行特性等物理性质,电-气互联系统调度决策问题中含有规模庞大的离散决策变量,模型复杂度高,使得现有依赖于商业混合整数线性规划(MILP)求解器的电力系统运筹优化技术面临“组合爆炸”的计算负担。为此,该文提出一种分支定界搜索信息深度引导的电-气互联系统调度决策加速求解方法。所提方法利用分支定界初始搜索阶段的信息构建小规模辅助MILP模型,并内嵌于分支定界搜索过程,引导剪除更多冗余搜索空间,在不损失最优性的前提下加速收敛。基于RTS-GMLC电力系统和天然气系统不同负荷水平及线性分段数下的30个算例仿真结果说明,相比于直接使用商业MILP求解器,所提方法在不损失最优性的前提下可实现平均4.20倍的加速,验证了所提方法的有效性。

利用机器学习与改进岩石物理模型预测页岩油层系横波速度

传统的横波速度预测方法包括经验公式法和岩石物理模型法。前者适用于岩石矿物组分相对单一的储层,且受区域限制等因素的影响,不具有普适性,预测精度较低。后者需要根据不同的实际情况选择合适的岩石物理模型,才能达到预期的目的。大多数机器学习横波速度预测方法基于纯数据驱动,数据集的质量和数量将直接决定横波预测模型精度,并缺乏充分的物理内涵。为此,基于深度神经网络(DNN)的方法,假设研究区储层波传播方程的数学形式已知,通过测井数据训练DNN得到未知的弹性参数,以确立目的层的波传播方程。利用平面波分析法得到相应的纵波、横波速度,实现神经网络与理论模型的结合。此外,针对传统Xu-White模型的不足,考虑随深度变化的孔隙纵横比,提出了改进横波速度预测岩石物理模型。利用研究区较丰富的测井数据,分别采用构建的DNN模型和改进横波速度预测岩石物理模型预测横波速度,并与传统的Xu-White模型预测结果进行对比、分析。结果表明,由DNN模型和改进岩石物理模型均可获得较高精度的横波速度预测结果,且前者的预测效果更好。

计及光热发电非线性运行特性的区域电网功率调节能力刻画方法

随着源网荷储一体化建设推进和多能互补系统发展,光热发电凭借其发电连续性、灵活性等优点,在多能互补系统中发挥的作用日益增大。准确描述光热电站运行特性并刻画含多能互补系统区域电网功率调节能力,对于实现电力资源优化配置有着十分重要的意义。然而,现有含光热电站经济调度模型,尚未计及储热系统充、放热过程能量损失成本,也缺乏对含光热电站区域电网的功率调节能力研究。为此,提出一种计及光热发电非线性运行特性的区域电网功率调节能力刻画方法。首先,考虑光热电站运行过程非线性约束及储热系统能量损失成本,构建计及光热发电非线性运行特性的电力系统经济调度模型。进一步,为解决光热发电非线性运行特性影响电网功率调节能力刻画这一问题,提出含光热电站电力系统经济调度模型线性化转换方法。在此基础上,基于多参数规划理论和K-means聚类算法,提出计及光热发电非线性运行特性的区域电网多时段功率调节能力刻画方法,实现联络线传输功率可行域的解耦计算,进而表征区域电网功率调节能力。最后,选取IEEE 30节点系统以及国内某省实际电力系统作为算例系统进行分析,验证所提方法的准确性及有效性。

面向多用电主体的移动储能点对点交易控制方法

移动储能作为具有可移动、强灵活性的储能设备,能够对接多类型的用电主体,实现电量的时空转移,与点对点交易具备的去中心化、随时申报、使购售电主体直接对接交易等特性十分契合。文章设计了面向多用电主体与移动储能的点对点交易控制方法,建立了移动储能点对点交易运行的框架结构以及交易流程;通过设计移动储能容量使用权拍卖合约及控制合约,构成双层智能合约,以实现移动储能容量的拍卖、容量的控制使用以及对购售电主体的交易信息管理和结算等功能,并构建了购售电主体效益评估指标。最后通过算例验证了所提方法的有效性及优越性。

陕北黄土高原气象要素对植被覆盖的空间分异影响及风险探测

陕北黄土高原地处我国西北生态环境脆弱区,近年来受退耕还林(草)影响,区域植被覆盖变化显著,与气象要素的响应关系也呈现出了复杂的空间分异性和不确定性,亟待厘清。以不同地貌分区为响应单元,探究了陕北黄土高原变绿前后(1982—1992年与2005—2015年)NDVI指数的时空演化特征,分析了植被覆盖变化与气象要素之间的分异性响应关系,并透过最优参数的地理探测器模型(OPGD)探测了气象要素变化对植被覆盖演变的交互影响及风险。研究结果表明:(1)陕北黄土高原及各地貌分区在研究期内NDVI指数均呈显著上升趋势,且阶段化分异明显;各地貌区气温和实际蒸散发量在高原变绿前后趋势变化差异明显,1982—1992年主要呈不显著增加趋势,而2005—2015年则表现为不显著减少趋势;两个时期降水量的空间异质性较为显著,其中北部地区为持续增加趋势,而南部地区则由减少逆转为增加趋势。(2)不同地貌区NDVI指数与气温和蒸散发均呈正相关,且蒸散发与NDVI的相关性强于气温;相对高原变绿前,2005—2015年NDVI指数对各气象要素的响应强度均有所增大。(3)OPGD因子检测结果显示5km空间网格是评价气候变化对陕北黄土高原植被覆盖变化影响的最佳空间尺度,各地貌分区对NDVI指数变化影响最大的气象因子依次为:气温(黄土塬)、降水(盖沙黄土丘陵)、蒸散发(黄土峁状丘陵)、降水(黄土梁状丘陵)、降水(黄土宽谷丘陵)、蒸散发(风沙丘陵)、降水(土石丘陵);交互探测表明气象因子间的交互作用对NDVI指数的空间分异具有协同增强性,但不同时期各地貌区的主导交互因子略有差异。(4)风险探测发现不同实际蒸散发量对NDVI指数的影响有显著空间差异。(5)陕北黄土高原的植被覆盖变化并不能简单归因于退耕还林(草)等生态修复措施,而应是多要素耦合驱动的结果,气象要素在其中扮演了不可忽视的作用。

内嵌运行优化的降温负荷需求响应设备投资方法

随电力市场改革的进一步推进,分时电价等政策的出台为需求响应技术的应用发展提供了有利的市场环境。以蓄冷空调系统为代表的降温负荷需求响应设备可有效缓解电力供需平衡的难题。降温负荷的需求响应能力及潜在效益与其需求响应设备的投资规划及运行方法紧密相关。现有基于蓄冷技术的需求响应设备投资规划方法多考虑单一的设备类型,基于固定或简化的系统运行策略与设备运行特性进行运行模拟,难以实现不同类型设备组合与用户冷负荷需求特性的最优匹配,导致系统需求响应能力的优化空间受限,无法充分发挥其经济性价值。因此,本文研究考虑运行策略优化的降温负荷需求响应设备统一投资规划建模方法。首先,提出电力市场环境下计及多类制冷与蓄冷设备运行策略优化的需求响应模型,实现降温负荷对价格信号的灵活响应,充分节约用电成本。然后,构建内嵌统一运行策略优化模型的需求响应设备投资规划模型。该模型以用户投资运行总成本最小化为优化目标,统筹考虑电价政策、冷负荷需求特性、相关设备的投资成本与工作特性,通过基于大M法的线性建模方法,最终建立一个混合整数线性规划模型,可采用商业求解器实现高效求解。算例分析表明所提方法可充分适应当前电力市场环境,有效提升用户的投资效益,优化用电负荷曲线,发挥需求响应技术的应用价值。

基于可信深度神经网络的最优潮流计算方法

为应对新型电力系统以最优潮流为核心的精细化资源配置与运行分析需求,基于深度神经网络的最优潮流计算方法受到广泛关注。然而深度神经网络具有“黑箱特性”,现有方法普遍仅基于有限训练、测试集进行深度神经网络的训练与评估,难以从理论上量化计算误差,导致可信度缺乏理论保障。为此,该文提出基于可信深度神经网络的最优潮流计算方法。首先,以理论定量评估深度神经网络映射误差为核心,提出基于min-max双层规划问题的深度神经网络可信训练模型,实现深度神经网络的可信度量化训练;然后,基于KKT最优性条件与激活函数解析表征技术,将所提可信训练模型解析构建为以混合整数规划模型为基础的双层规划问题,并提出基于Danskin定理的精确求解策略;最后,提出基于凸松弛技术与模式识别思想的快速近似求解策略以减轻整数变量计算负担。仿真算例表明:所提方法可将基于有限测试集的深度神经网络映射评估精度提升28.73%,可更为精准地量化深度神经网络可信度;相较于基于有限训练集的现有深度神经网络训练方法,该方法可将计算误差减少87.49%,实现更为可信的深度神经网络训练。

黄土高原SRC参数的空间物理释义与流量估算应用

黄土高原地处我国西北旱区,降水稀少且潜在蒸发强烈,包气带较厚且空间异质性大等多种问题交织耦合导致区域河川径流演化机制极其复杂,影响区域生态保护与高质量发展的进程。对黄土高原不同生态分区的10个代表性流域的SRC参数进行空间分析,研究了SRC参数的异质性分布规律,探析了SRC参数在黄土高原地区的物理释义,并基于SRC建立了流域出口断面流量与陆地水储量的区域化响应关系,实现了通过GRACE重力卫星反演数据对流域出口断面流量的初步估算。研究表明,同一生态区内SRC参数α、β具有一定的稳定性,其中β和流域的干旱指数成负相关关系,与平均坡度成正相关关系,在地理位置中随纬度的减小和经度的增大而增大;而α则和土壤孔隙度存在正相关关系,与导水率衰减参数存在负相关关系。通过幂函数可建立黄土高原流域陆地水储量与出口断面流量间的拟合关系,并形成适用于平稳GRACE数据的流域流量过程估算方法。

电力现货市场中的场外调整成因分析及量化评估

在电力现货市场中,为保障具有充足的调度资源应对实时运行场景变化,系统运营商仍需在日前市场出清的基础上进行场外调整。场外调整将缓解日前市场出清模型与实际系统运行边界间的差异性,确保电网的安全可靠运行。然而,由于场外调整并非市场环节,引入非市场化调整将影响电力现货市场的整体运行效率。因此,场外调整对现货市场的影响需要进一步分析。该文介绍国外典型的市场流程和场外调整,探讨场外调整的成因。通过算例的调度结果对比,从市场剩余变化和市场运行成本两方面量化评估场外调整的市场影响。该文希望通过研究国外的市场流程与场外调整方法,为我国电力现货市场中的非市场资源配置行为建模及改善提供研究思路。

基于布鲁姆教学目标分类整合课程教学模式的探索与实践

以器官系统为中心课程整合的医学教育改革视域下,传统教学模式远不能满足课程教学需求。根据基础医学整合课程特点,以“抗消化系溃疡药物”为实例,探索基于布鲁姆教学目标分类理论的线上线下混合式教学模式。课前,以线上学习平台实现识记低阶教学目标;课中,以线下辅以线上教学,通过多元化学习任务实现理解、应用、分析等高阶教学目标;课后,利用各种信息化学习资源提升课堂所学内容,实现评价、创造等最高级教学目标。通过对基于布鲁姆教学目标分类理论的混合式教学模式的实践、总结和反思,以期为临床医学专业器官系统为中心整合课程的教学方法提供思路和具体的借鉴实例。

基于改进YOLOv5s的汽车白车身焊点检测

针对传统的基于机器视觉的汽车焊点检测中焊点不规则及易受环境光线影响导致产生漏检错检的问题,该文提出一种改进YOLOv5s的算法YOLOv5s_CB_SI。该算法通过在主干网络Backbone引入CBAM卷积注意力机制以提高模型对图像重要区域信息的关注度和对目标缺陷的学习能力,并引入SIoU定位损失函数,加快模型的收敛速度,而且有效提升模型检测及定位的能力。将改进后的算法与YOLOv5s法在焊点数据集上作对比,实验结果表明,该文提出的算法与原始算法相比精确率和召回率分别提升了4.8%和2%,在有效地提升了在焊点检测过程中的准确率的同时减少了错检漏检率,证明了改进后模型的有效性。

巴西苏木素通过抑制SarA以PIA依赖性方式减少MRSA生物膜形成的研究

目的 探究巴西苏木素(brazilin,BN)抑制耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin-resistant Staphylococcus aureus,MRSA)生物膜形成的机制,为开展中医药防治MRSA感染提供新思路。方法 建立MRSA ATCC43300菌株生物膜模型,试验分为BN 8、16和32μg/mL组及对照组;通过结晶紫法测定BN对MRSA生物膜的抑制作用;刚果红平板法、硫酸-苯酚法检测BN对细胞间多糖黏附素(polysaccharide intercellular adhesion,PIA)合成的影响;使用real-time PCR(qRT-PCR)方法验证胞间黏附素操纵子icaA和icaD转录水平;分析高通量转录组测序可能存在的生物膜抑制基因;通过qRT-PCR、Western blot方法对相关基因及蛋白加以验证;通过皮下埋植静脉导管建立MRSA生物膜感染小鼠模型进一步验证BN疗效。结果 与对照组相比,不同浓度的BN组均能显著减少MRSA生物膜及PIA生成,其中在最低剂量8μg/mL BN作用下,MRSA生物膜形成量下降40.17%(P<0.01)、PIA减少55.56%(P<0.01);通过qRT-PCR验证不同浓度的BN组均能显著抑制icaA和icaD基因的表达,其中在8μg/mL浓度下,icaA和icaD基因的表达量分别比对照组降低了59.03%(P<0.01)、48.33%(P<0.05);高通量测序显示sarA下调-1.458 log2;qRTPCR、Western blot结果显示,BN能显著抑制sarA转录及其蛋白表达;通过体内实验显示,BN能有效抑制小鼠体内MRSA生物膜的形成。结论 BN通过抑制SarA的表达,减少PIA的合成,进而干预生物膜的形成。

重度贫血患者三种寄生虫混合感染1例

本文报道了1例多种寄生虫感染导致重度贫血的病例。患者因头昏、乏力、大汗淋漓入院,实验室检查红细胞计数0.76×10^(12)/L,血红蛋白15.0 g/L,红细胞比容0.06%,平均红细胞血红蛋白含量19.7 pg,平均红细胞血红蛋白浓度234 g/L,予输血、补液治疗,患者症状缓解即返回。后因头昏、乏力加重再次入院,粪便常规检查发现钩虫、蛔虫及鞭虫虫卵,内镜检查见钩虫活体寄生。结合患者临床症状、流行病学史、实验室及病原学检测结果,诊断为寄生虫感染引起的下消化道出血。经药物驱虫治疗及相应对症治疗后,病情好转出院。

巴西苏木素对MRSA丙氨酸消旋酶抑制作用的初步研究

目的 探讨巴西苏木素(BN)对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)丙氨酸消旋酶(Alr)的抑制作用。方法 PCR扩增MRSA丙氨酸消旋酶基因Alr,通过使用酶切和连接技术构建重组表达质粒pET-28a-Alr,然后将其转化至E.coil BL21(DE3)中,利用IPTG诱导表达Alr,并通过镍离子亲和层析法进行纯化;试验分为对照组MOCK(不作任何处理)、不同浓度BN组(8、16、32、64μg/mL),分别测定不同浓度BN对Alr活性的影响;通过细胞热位移分析(CETSA)实验测定BN对Alr蛋白热稳定性的影响;利用软件AutoDock Vina将BN与Alr进行分子对接,预测两者之间的结合模式。结果 成功诱导表达纯化Alr蛋白,且其具备将L-丙氨酸外消旋为D-丙氨酸的活性。与对照组相比,不同浓度的BN均能够抑制Alr的活性,其中在64μg/mL BN作用下,抑制率达到50%(P<0.0001)。CETSA实验结果显示,在55.9~59.5℃下BN处理后的Alr蛋白热稳定性明显高于Mock组(P<0.0001)。分子对接结果显示BN与Alr之间的结合能为-8.0 kcal/mol,与Alr活性位点内的Gly221、Phe169、Arg219、Ser204、Ile222和Tyr43形成氢键,与其活性位点通道的Ile352、Tyr354形成π-π键及疏水作用,与Asn203形成疏水作用。结论 BN对Alr的活性具有抑制作用,可能是因为BN与Alr蛋白活性位点处的结合能力相关。

基于偏微分方程的声波神经网络

神经网络是一种重要的机器学习算法,在地球物理学等领域的应用得到了迅速发展,这主要得益于其在数据建模、信号处理和图像识别等方面的强大能力.然而,神经网络的数学基础和物理解释仍然十分不足,模型内部复杂性使得难以解释其决策过程,限制了神经网络的进一步发展.利用数学和物理方法解释神经网络的行为仍然是一个具有挑战性的任务.本文目标是从声波偏微分方程和有限差分方法出发设计一个声波神经网络结构,该方法将一阶声波方程转化为基于有限差分的离散化声波方程,声波方程有限差分格式与神经网络传播函数具有近似的数学表达形式,可以构建一种基于声波传播物理模型的神经网络.声波神经网络的主要特点是:(1)具有压力-速度耦合结构和层间跳跃连接的神经网络;(2)主变量-伴随变量双流网络结构改善了训练中的梯度消失问题.从声波偏微分方程和有限差分算法出发建立的声波神经网络具有良好数学基础和清晰的物理解释,为在数学和物理方法框架内提高网络性能提供了可行性.数值计算结果表明,声波神经网络在CIFAR-10和CIFAR-100数据集的图像分类任务中性能有明显提升,优于传统残差神经网络.偏微分方程神经网络建模方法可以应用于许多其他类型的数学物理方程,并为深度神经网络算法提供数学和物理解释.

miR-27a-3p对肝癌细胞化疗敏感性的影响及机制探讨

背景与目的:肝细胞肝癌是一种临床上常见的恶性肿瘤,由于其对化疗药物的耐受,常导致预后较差。microRNA(miRNA,miR)是一类长链非编码小RNA,参与肿瘤的多种生物学功能。miR-27a-3p作为代谢相关的miRNA被广泛地研究,而与化疗敏感性之间关系的报道较少。通过探讨miR-27a-3p参与肝癌化疗敏感性及其可能机制,为肝癌化疗提供新的理论依据。方法:应用癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)数据库分析miR-27a-3p在肝细胞肝癌患者癌组织与癌旁组织中的表达。采用LipofectamineTM 3000脂质体瞬时转染方法,将miR-27a-3p过表达质粒和阴性对照质粒(miR-control)转染肝癌细胞株HepG2,将敲低质粒miR-inhibitor-27a-3p和阴性对照质粒(miR-inhibitor-control)转染PLC细胞,分别加入不同浓度的顺铂(cisplatin,DDP)处理48 h,采用四甲基偶氮唑蓝(methyl thiazolyl tetrazolium,MTT)法检测细胞增殖情况;采用流式细胞术检测细胞凋亡;蛋白[质]印迹法(Western blot)技术检测磷脂酰肌醇3激酶和蛋白激酶B(phosphoinosmde-3-kinase/protein kinase B,PI3K/AKT)信号通路相关的蛋白表达。结果:miR-27a-3p在肝癌组织中的表达明显低于癌旁组织(P<0.05);在HepG2过表达细胞中,MTT结果显示,实验组miR-27a+DDP细胞对DDP的半数抑制浓度(IC50)为(1.02±0.03)μg/mL,较对照组miR-control+DDP(1.27±0.08)μg/mL、空白对照组+DDP(1.73±0.08)μg/mL均降低(P<0.05);细胞凋亡分析结果显示,实验组miR-27a+DDP的凋亡率[(31.03±0.20)%]显著高于对照组+DDP[(18.51±2.96)%]和空白对照组+DDP[(8.73±1.58)%](P<0.05);Western blot检测结果显示,miR-27a+DDP组的PI3K表达水平(0.28±0.01)较DDP组[(0.43±0.01)]、miR-27a组(0.57±0.11)及miR-control组(0.72±0.01)降低(P<0.05);miR-27a+DDP组的p-AKT的表达水平(0.29±0.01)与DDP组(0.46±0.05)、miR-27a组(0.67±0.01)及miR-control组(0.10±0.01)相比明显降低(P<0.05);而miR-27a+DDP组的C-caspase的表达水平(0.69±0.01)则高于DDP组(0.51±0.01)、miR-27a组(0.35±0.01)及miR-control组(0.18±0.01),差异有统计学意义(P<0.05)。进一步将miR-27a-3p在PLC细胞中敲低,并于DDP中刺激培养,MTT、细胞凋亡和Western blot实验结果显示,与HepG2过表达细胞的结果趋势相反,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论:miR-27a-3p可能通过调节PI3K/AKT信号通路调控肝癌细胞株对DDP的化疗敏感性,有望成为增强肝癌DDP化疗敏感性的潜在治疗靶点。

考虑电解水与甲烷化运行特性的电转气系统日前调度方法

电转气(P2G)系统通过直接利用新能源盈余电量合成天然气缓解弃风、弃光问题。现有忽略P2G系统内部的电解水环节和甲烷化环节运行状态的调度结果与实际情况偏差较大。为解决该问题,提出一种精细化的P2G系统日前调度方法。电解水模型考虑了产氢流量与耗电功率的非线性关系,甲烷化模型计及了启停过程多状态转换耗时耗能特性,调度模型还体现了储氢装置在电解水与甲烷化环节间的调节作用。考虑电解水与甲烷化运行特性的日前调度方法能够有效反映P2G系统的实际运行情况,实现对P2G系统的高效利用。仿真结果验证了所提方法的有效性。

基于分时容量电价的新型电力现货市场设计

为支撑高比例新能源新型电力系统现货市场的建设,需建立精准反映电力时空平衡成本的现货市场机制,形成度量源网荷储价值的价格信号,激励源网荷储精准、高效的互动。当新能源成为主力电源,当前现货市场机制将出现如下问题。1)若新能源决定边际价格,其近零边际成本将导致现货价格信号消失,价格调节作用不复存在;2)若昂贵、少量的灵活性资源决定边际价格,新能源与灵活性资源的供电服务差异性无法体现,新能源将获取超额利润,造成“搭车”现象。为此,文章设计了新能源与灵活性资源解耦、基于新能源固定成本形成分时容量电价的电力现货市场机制。新能源分时容量市场将新能源市场主体固定成本逐日分时分摊,以形成时序价格信号;灵活性资源现货市场通过竞争发现偏差电量平衡、调频、备用等剩余电力平衡服务价格;通过向新能源及用户公平分摊成本,确保满足“谁产生的成本谁承担”的激励相容原则,以市场机制实现灵活性的供需匹配。

考虑机组启停的省间电量交易可行域确定方法

互联电网通过跨区域电力传输实现电力资源的优化配置。精准刻画省间电量交易可行域,有助于保证省间电力交易的可执行性和最优性。省间电量交易需满足最小启停时间等与机组启停相关的物理约束。因此,该文首先从省间电量交易可行域定义出发,揭示考虑机组启停的电量交易可行域的数学本质。进一步,提出基于双层确定模型的电量交易可行域确定方法。在上层确定模型中,通过求解含机组组合约束的混合整数线性规划问题,确定电量交易可行域边界顶点处的机组启停状态,并证明所获得启停状态的正确性;基于上层确定模型所给定的机组启停状态,下层确定模型考虑典型多时段经济调度约束,利用顶点搜索方法确定每个机组状态下的电量交易可行域。基于IEEE9和IEEE118节点测试系统的仿真计算,验证了理论分析结论和所提模型的有效性和准确性。