基于算理算法一致性的“除数是两位数的除法”单元整体教学重构

凸显数学课程的整体性和一致性是发展学生核心素养的基本前提。现行教材尚未很好地体现数的概念与运算的一致性。教师在原有单元教学目标的基础上,抓住“计数单位”这一核心要素,提炼除法的本质就是“计数单位的细分”这一“理”,并利用乘除法关系,提炼“做除法想乘法”这一“法”,尝试用算理统领算法,从而贯通理法,落实运算的一致性。又根据调整后的单元教学目标,将整个单元重构为“口算除法”“初识算理”“巩固算理,形成算法”“总结算法”“优化算法”和“实现贯通”6个课时,打通算理和算法之间的壁垒,实现整数除法算理算法的一致性,促进学生对数学本质的理解,使学生形成结构化思维,为整数除法的贯通和小数除法的学习打好基础,发展学生的数学核心素养。

事件触发改进一致性算法的孤岛混合微电网并联互联变流器分布式协调控制策略

在交直流混合微电网中,并联互联变流器(parallel bidirectional power converters,BPCs)可以实现大容量的功率传输,以满足新型电力系统在空间上的供需匹配。如何在占用更少资源的同时协调控制BPCs实现功率的比例共享,是交直流混合微电网中BPCs控制的研究难点。因此,该文设计了一种针对BPCs的事件触发改进一致性协调控制策略。以归一化下垂控制为基础,提出了改进的比例功率一致性算法,实现BPCs间高精度比例功率共享。在此之上,基于BPCs比例功率误差建立事件触发改进一致性算法,并预设触发函数的预判阈值,从而降低系统在稳定状态下的通信次数。最后进行仿真对比分析,结果表明该文提出的方法相比基本一致性算法通信量减少98.35%;同时,与现有控制策略相比,该文提出的方法有着更好的控制性能。

基于一致性算法的柔性负荷参与调频方法研究

为提高可再生能源消纳能力,提出利用柔性负荷平衡功率缺额进行频率调节的方法。在新能源发电功率、日刚需负荷的多时间尺度预测结果基础上制订火力发电厂的出力计划与调度计划,随着时间尺度越接近,预测结果越精确,功率缺额越小,因此可采用一致性算法实时优化柔性负荷进行调频。首先建立调度层、负荷代理协调层及响应层3层调频控制架构,通过分布式负荷代理协调柔性负荷的需求响应。然后建立储能型柔性负荷、开关型柔性负荷的调度成本模型。最后以增量成本为一致性变量,调度成本最小为目标函数,进行分布式负荷代理的功率分配。仿真结果表明,该方法可实现在各负荷代理间进行功率缺额分配,并实现调度成本最低。

基于一致性算法光伏逆变器和储能分组协调电压控制策略

针对低压配电网中光伏逆变器(PV)无功控制和储能(ESS)有功控制未充分协调的现状,提出基于一致性算法的光伏逆变器和储能分组协调电压控制策略。首先,根据不同调压设备的电压-成本灵敏度F^(U-C),提出先利用光伏逆变器无功调压再利用储能有功调压,再根据不同节点调压设备的F^(U-C)对调压设备进行分组,提出优先利用F^(U-C)数值较大的分组参与调压;然后,在光伏逆变器无功调压阶段,组内以无功利用率为一致性变量,在储能有功控制阶段,组内以荷电状态(SOC)变化量为一致性变量,组间通过协调控制共同实现关键节点电压收敛至设定值;最后,利用含分布式光伏和储能的IEEE 14节点低压配电网进行算例仿真,验证所提分组协调控制策略的有效性和正确性。

事件触发改进一致性算法的孤岛运行多逆变器微电网系统分布式二次调频方法

一致性算法常用于孤岛运行多逆变器并联微电网系统分布式二次调频控制,对逆变器之间通信的实时性要求很高。对此,该文提出基于频率补偿信号的改进一致性算法,基于频率误差越限建立事件触发机制,维持逆变器之间已有的下垂关系不变,实现孤岛运行多逆变器微电网系统二次调频。同时,基于该事件触发机制和李雅普诺夫函数,获得最短触发时间下界,完全避免了在短时间内无限次事件触发现象的发生。最后,采用MATLAB/Simulink针对包含4台逆变器并联运行的孤岛微电网系统算例进行仿真,结果表明,提出的方法相比文献采用的基本一致性算法通信量减少99%以上,最短触发时间间隔延长至数十ms量级;同时,由于该文方法不使用功率微分信号,微电网系统的动态性能更好。

基于二阶一致性算法的电池储能系统SOC均衡及功率分配策略

为延长电池储能系统的整体寿命,需保持储能系统中各单元的荷电状态(state of charge,SOC)均衡。为此,提出一种基于二阶一致性算法的改进下垂控制策略,通过指数函数嵌套变化系数,实现不同容量储能单元快速SOC均衡。在SOC均衡的基础上设计二次控制策略,在一定通信时延下实现频率、电压恢复和有功、无功功率合理分配。最后,以4台储能单元组成的电池储能系统为算例进行仿真,验证了所提控制策略的有效性,SOC能够快速收敛达到均衡状态,频率、电压能够恢复到额定值,有功、无功功率能够按照相应下垂系数比例进行分配。

基于一致性算法的新型电力系统边缘集群分布式经济调度模型

随着风电、光伏等可再生能源大量并入新型电力系统配电网,大量分散的风电、光伏等集群呈现出分布式管理和控制方式,使传统集中式的经济调度方法陷入困境。对此,基于传统一致性算法,文章提出了风电、光伏构成的边缘集群分布式经济调度模型。首先,给出了风电、光伏的边缘集群模型及其波动性特性;其次,推导了传统一致性算法及实现经济调度的优化模型;在此基础上,结合风电和光伏边缘集群模型,提出了风电、光伏的边缘集群的一致性经济调度分布式算法;最后,以某实际系统为例,对所提算法模型进行仿真验证。结果显示了所提模型的有效性。

基于一致性算法的区域网络集中式共享储能共享机制

现阶段共享储能市场的交易机制存在准入门槛高、交易成本高、交易过程复杂等问题。在高渗透率新能源接入背景下,传统集中式调度方法存在调度中心通信压力大、可靠性差等问题,而分布式调度方法能通过降低市场交易成本来提高市场效率。针对多座新能源场站与共享储能的标准纳什博弈关系,提出了基于价格一致性的共享储能实时共享机制。基于共享储能的实时交易机制,构建了新能源场站与共享储能运营商的分布式个体决策模型;为了实现去中心化共享,在区域共享网络中提出了基于一致性算法的共享储能实时共享机制,参与者通过交互共享电价达成价格认同,最终实现共享储能社会福利最大化。以新能源场站-共享储能网络为算例进行仿真,验证所提分布式调度方法能达到与集中式调度方法相同的效果,且适用性更优。

基于一致性算法的新能源电力系统风电机组一次调频控制

为使风电机组能够响应新能源电力系统频率变化,提高系统运行稳定性,该文提出基于一致性算法的新能源电力系统风电机组一次调频控制方法。计算各台风电机组最优减载率,将其作为依据,实现全风速工况风电机组减载控制,利用各风电机组的预留功率弥补新能源电力系统有功功率缺额,若有不足,通过储能单元予以补充,确保新能源电力系统平稳运行。实验结果表明,该方法可获取新能源电力系统全局信息,在全风速工况下,减载控制后的风电机组预留功率可满足新能源电力系统有功功率缺额,系统频率偏差较小。

基于考虑通信延迟改进分布一致性算法的多储能电站快速低寿命损耗功率均衡分配策略

针对多电池储能电站(BESS)跟踪快速波动的电网功率指令时存在功率分配速度慢、BESS寿命损耗高、荷电状态(SOC)均衡能力弱的问题,提出了基于考虑通信延迟改进分布一致性算法(IDCA)的多BESS快速低寿命损耗功率均衡分配策略。为了加快功率分配速度,将功率分配加权矩阵引入分布一致性算法(DCA),基于事件驱动的思想改进拉普拉斯矩阵,同时将状态反馈矩阵引入DCA以提升鲁棒性,并基于单值预测控制求取该矩阵以降低占用内存,形成IDCA;设计考虑寿命损耗与SOC均衡的BESS虚拟损耗函数,并基于该虚拟损耗函数计算功率分配加权矩阵;采用IDCA为各BESS分配功率指令,BESS响应各自指令以完成响应。选取广东电网的典型自动发电控制(AGC)指令进行仿真,结果表明:IDCA能保证功率指令快速分配,同时具有较高的鲁棒性和较低的内存占用量;所提功率分配策略有效降低了各BESS寿命损耗,促进了SOC均衡,最终实现了多BESS对AGC指令的快速准确跟踪。

基于一致性算法的直流微电网分布式二次补偿控制

针对直流微电网中传统下垂控制不能兼顾电压质量和功率均分的问题,提出基于一致性算法的含母线电压补偿和负载电流均流精度补偿的分布式电压、电流协调控制策略。在主控制中利用下垂控制器来实现分布式电源之间的功率分配;二次控制以电压补偿的比例积分(proportion integral, PI)控制器保证电压质量,以电流补偿的PI控制确保负载均流精度。其次,为避免系统运行中一些分布式电源的变换器的输出功率超过额定容量从而导致控制故障,设计了适用于离散动态一致性算法的限流功能。最后,基于稳定性分析和MATLAB/Simulink平台验证了所提策略的有效性。

孤岛微电网基于分布式一致性算法的二次控制

在孤岛微电网分布式电源(distributed generator)并联系统中,采用下垂控制时,由于线路阻抗不匹配导致电源输出无功功率,无法按容量分配。为此,在下垂控制的基础上,提出了一种采用一致性算法调节虚拟阻抗值的分布式二次控制策略。通过一致性算法得到分布式电源之间的无功功率差额,再输入比例积分控制器中得到虚拟阻抗校正值,通过调节虚拟阻抗值实现DG之间无功功率的合理分配。针对引入虚拟阻抗和负载变化导致的电网电压的跌落,采用基于一致性算法的二次电压控制恢复电网的电压水平,保证电网的稳定性。所提策略不需要了解线路阻抗值信息,仅需要邻近DG的功率信息就可以对虚拟阻抗进行自适应调节,在部分DG故障时仍能够实现精准的无功功率分配和电压的恢复,增强了系统的可靠性。仿真结果表明所提策略的可行性和有效性。

基于固定时间一致性算法的孤岛微电网事件触发二次频率控制

微电网传统一致性算法抗扰能力差、调节时间无法得到保证,控制器周期采样造成大量数据冗余,因此提出一种基于固定时间一致性算法的事件触发机制,实现了输出频率的恢复和有功功率按比例分配。所提出的控制策略提高了系统的收敛速度,实现了固定时间内系统稳定,减小了对系统初始状态的依赖。同时,引入事件触发机制,通过减少采样信息的传输节约了通信资源。利用Lyapunov理论证明了所提控制策略的稳定性。Matlab/Simulink仿真结果验证了本研究所提控制策略的有效性。

改进一致性哈希优化存储邮政数据算法的研究

随着电子商务不断发展,邮政快递行业数据日益增多,传统方式对于邮政数据存储的理论与方法都已无法满足需求。基于此情况,使用一致性哈希算法来解决存储系统的横向弹性扩展,结合一致性哈希的虚拟节点与加权轮询算法优化Hadoop平台下分布式文件系统(HDFS)存储策略,实现集群在同构与异构条件下的数据均衡效果。同时介绍集群节点数据转移思想,设计负载因子与系统自检周期,实现了集群动态权重的负载转移,并进行实验验证。实验结果表明,文章提出的改进算法与HDFS、普通一致性哈希相比,在不同条件下集群负载差值均有不同程度的提升,证明了该策略可以有效降低集群节点间负载差值。

基于一致性算法的增量配电网实时调度方法

为增强增量配电网实时调度效果,使配电网中各节点的负荷更均衡,引入一致性算法,针对增量配电网,提出了一种全新的实时调度方法。首先,利用注意力机制,预测未来任意一段时间增量配电网的负荷变化情况与需求,确定配电网实时调度目标;其次,构建增量配电网调度模型,为后续配电网实时调度提供支持;在此基础上,利用一致性算法进行增量配电网启发式全局搜索,通过模型的迭代,生成符合增量配电网实时调度要求的最优方案。结果表明,该方法在负荷均衡度方面表现更好,能更好地平衡增量配电网中的负荷,有效降低负荷的不均衡程度,调度效果优势显著。

基于一致性算法的微电网群分布式经济调度

针对孤岛微电网群的经济调度问题,基于一致性算法提出一种微电网群分布式经济调度方法。该方法将孤岛微电网群经济调度建模为子微网间和子微网内调度两层,子微网间调度以各子微网增量成本为一致性变量,基于平均一致性算法分布式求解,实现互济模式下各子微网互济功率的最优分配;子微网内调度以各分布式电源增量成本为一致性变量,并以子微网间互济功率分配为约束,基于领导-跟随一致性算法分布式求解。该方法通过两层调度实现,能发挥子微网间功率互济优势的同时保持子微网的独立性,并且仅需利用局部信息交互实现优化调度,灵活性高。通过算例仿真验证了所提分布式经济调度方法的有效性。

基于改进一致性算法的孤岛直流微电网储能系统分布式控制策略

针对孤岛直流微电网中多个储能单元的协调控制,提出了一种基于改进一致性算法的储能系统分布式控制策略。首先,提出了一种改进一致性算法,并证明该算法相比经典一致性算法收敛时间更短。然后,基于改进一致性算法,提出了一种储能系统分布式控制策略,通过合理调节各储能单元的功率,维持了直流母线电压的稳定、避免了储能电池的过充过放。该策略具有两种运行模式,分别适用于微电网有扰动与无扰动的情况,在及时调节储能单元功率的同时,减少了控制所需的通信量和计算量。最后,搭建了孤岛直流微电网系统仿真算例,仿真验证了所提控制策略的有效性及其在控制时间方面的优越性。

基于一致性算法的直流微电网分布式储能系统能量控制策略

为实现直流微电网分布式储能系统(DESS)功率均分与荷电状态(SOC)均衡,同时降低系统通讯压力,避免通信网络单点故障,提出了基于动态一致性算法的DESS能量分层控制策略。在通信层,各储能单元与相邻节点交换信息并利用一致性算法获取系统平均值。在改进下垂控制层,以实现SOC均衡为目标利用反正切函数动态调整下垂系数;以电流精确分配与维持母线电压为目标,分别输出电压补偿量用于调节双闭环控制的电压参考值;最后将电压参考值作为双闭环控制的输入,控制双向DC-DC变换器实现能量控制。通过MATLAB/SIMULINK的仿真结果,证明了该策略能同时实现DESS功率均分与SOC均衡,具备自适应性与即插即用性。

基于一致性理论和S-MPC的四旋翼编队协同避障

针对四旋翼无人机队形保持、编队避障问题,在双向、时不变通信拓扑结构下,基于领航跟随策略,利用安全攸关模型预测控制(safety-critical model predictive control,S-MPC)和一致性理论,设计编队控制器并实现了具有避障能力的队形保持。采用分散式S-MPC算法,每架无人机在满足避碰条件无人机的可行区域内,仅规划自身运动来跟踪编队控制算法指定的轨迹。研究了各解耦后的无人机如何与其他无人机并行求解带有耦合约束的优化问题,从而保证了各无人机独立决策的一致性。同时,所提算法将控制障碍函数(control barrier function,CBF)引入到MPC控制器的约束中,从而保证无人机飞行在远离障碍物的安全集合内,规划出的轨迹更为平滑,减小了系统能耗。最后,通过仿真实验验证了所提方法的有效性。

基于一致性算法的多微电网点对点分布式能量交易策略

多微电网共同参与电力市场交易有助于提高新能源消纳能力。为提高微电网参与电力市场的积极性,提出了基于多微电网的点对点能量交易机制。首先,基于Stackelberg博弈理论,建立了多领导者多跟随者Stackelberg博弈模型,将点对点能量交易问题转化为Stackelberg博弈问题,以Stackelberg均衡解作为最优交易策略,实现多微电网最优运行。其次,提出了基于一致性算法的Stackelberg均衡(Stackelberg equilibrium based on consensus algorithm,SECA)求解方法,微电网仅需与相邻微电网交换部分信息即可获得Stackelberg模型的均衡解,SECA算法有效保障了各微电网内部隐私。最后,通过4微电网算例验证了Stackelberg价格博弈模型的有效性和SECA的优越性。