基于解析灵敏度的低压切负荷优化控制方法

风电并网容量的快速增长及电网的大规模、远距离互联,使得电力系统的电压安全问题面临着前所未有的挑战。提出一种基于解析灵敏度的电力系统低压切负荷优化控制方法。首先由节点网络矩阵方程,推导用于在线识别切负荷点集和切负荷量的解析灵敏度指标。然后基于切负荷灵敏度指标,提出用于在线形成切负荷点集的两阶段方法。通过分段,避免了对全局信息的依赖,从而使切负荷点集的形成及切负荷控制策略的生成和实施仅需要局部量测信息,增强了实用性。最后,给出基于解析灵敏度的低压切负荷优化控制模型及计算流程,并通过IEEE 30节点系统和实际电力系统进行了算例分析和验证。

基于多频约束和解析灵敏度法的大型振动筛优化设计

为解决大型振动筛工作过程中侧板动应力过高易损坏的问题,采用多频约束和解析灵敏度法对振动筛侧板加强筋的结构尺寸进行优化研究。在优化过程中,以振动筛侧板的质量为目标函数,以多个频率作为优化的状态参数,给出适合多频约束的优化准则,并考虑变量参数的解析灵敏度特性。研究结果表明:嵌入解析灵敏度计算方法的优化程序计算效率高,优化结果稳定;优化后侧板质量降低8.27%,2阶弹性变形频率分别提高1.37%和2.97%,达到较好的优化效果;对结构优化后振动筛进行评估,其质量降低2.35%,与工作频率比较接近的3阶弹性变形模态频率分别提高14.17%,12.29%和23.01%;优化后振动筛的固有频率得到提高,模态频率远离激振电机的工作频率,提高了振动筛的刚度和结构的可靠性。

结构优化半解析灵敏度分析的改进算法

提出了结构半解析灵敏度分析的改进算法,该算法实现简便,对于设计变量摄动步长具有极佳的数值稳定特性。首先,从总体角度推导静力问题半解析法灵敏度分析新算法,提出了位移与应力灵敏度列式,并给出了算法实施途径;然后,将此思路推广于自振频率、屈曲临界荷载和瞬态响应等多种问题,提出了相应的计算步骤。以梁单元与壳单元等典型结构为例,开展了多个算例测试。测试表明,改进算法计算精度和效率均有提升,特别是设计变量步长有更大的数值稳定区域,为复杂工程结构形状优化的灵敏度分析提供了新途径。

渡槽结构优化设计的解析灵敏度算法

以三维单元为例，推导了结构优化设计中位移灵敏度和应力灵敏度的计算公式。编制了以有限元程序ＡＤＩＮＡ为结构分析求解器的结构优化设计通用程序ＳＯＰＳＡ。对简支预应力Ｕ型薄壳渡槽进行了槽身整体结构优化设计，结果显示本文方法是有效的。

结构优化半解析灵敏度及误差修正改进算法

提出结构半解析灵敏度分析及其针对刚体位移的误差修正方法的改进算法,构建灵敏度分析与误差修正项可分离形式.该方法实现简便,数值精度不受摄动步长与单元数目的影响.首先从总体角度推得静力问题的误差修正半解析灵敏度分析方法,提出了位移误差修正灵敏度列式,并给出算法实施途径;然后将此思路推广于自振频率、屈曲临界载荷问题,提出了相应的计算步骤.随后,给出梁单元与壳单元误差修正项的具体推导方法,并分别使用两种单元构建有限元模型进行算例测试.结果表明,该方法适用于多种分析类型,数值精度不受单元数目与摄动步长的影响.由于灵敏度分析与误差修正项可以分开计算,该方法支持将误差修正项直接叠加于灵敏度求解结果进行误差修正,使已有灵敏度分析程序得到充分利用.尤其对于复杂工程结构的优化设计,特别是形状优化设计以及尺寸、形状混合优化设计,相比于原误差修正方法,实现更为简便,效率有所提升,能为半解析灵敏度分析方法及其程序实现提供新的思路.

结构优化设计的解析灵敏度算法

以二维单元为例，推导给出线性静力结构优化设计中解析灵敏度算法的计算公式，以有限元分析程序ＡＤＩＮＡ为基础实现了解析灵敏度算法的计算功能，并通过算例验证了其精度。

基于解析灵敏度的不平衡配电系统分布式发电出力优化

分布式能源的渗透率不断提升,使得主动配电系统的不平衡性远远高于传统配电网。文中研究了以网损最小化和分布式发电(DG)出力最大化为目标函数的不平衡配电系统DG出力优化模型。首先,基于不动点定理的不平衡线性潮流模型,推导了以电压为决策变量的网损对于DG出力的灵敏度解析表达式,将其引入不平衡配电系统DG出力的一般单目标优化数学模型。然后,提出了考虑DG出力最大化的多目标优化模型并给出了比例系数的调制方式。最后,通过算例仿真验证了所提方法的有效性。

基于MLSSVR数据驱动的潮流非线性回归及其灵敏度解析

潮流计算及其灵敏度分析是电力系统稳态分析与控制的基础。传统基于模型驱动的潮流计算是在电网拓扑和模型参数完备条件下,通过构建节点功率非线性方程并采用迭代方式进行求解的,灵敏度则由潮流雅可比矩阵求逆获取。模型及参数的准确性和迭代求解的时效性是影响潮流计算精度和速度的重要因素。该文提出一种数据驱动的潮流非线性回归及灵敏度解析计算方法,以实现不依赖于电网物理模型的潮流快速计算与分析。首先,利用电网潮流量测数据,构建基于改进的多输出最小二乘支持向量回归(multi-output least-squares support vector regression,MLSSVR)的潮流显式回归模型;其次,通过矩阵快速递归求逆,提出MLSSVR在线学习方法,增强对电网运行场景变化的适应性;最后,对潮流回归模型进行泰勒展开,提出潮流灵敏度解析计算方法。所提方法在多个IEEE标准系统和某实际省级电网进行仿真,验证了所提方法可有效得到高准确度的潮流解及其灵敏度。

基于非定常曲面涡格法的气动灵敏度和线性化分析

非定常曲面涡格法可以准确考虑曲面气动构型和非定常尾涡对气动载荷的影响,是分析大柔性机翼气动弹性动稳定性的重要手段。基于小扰动假定对气动载荷的状态空间方程线性化处理,基于链式法则对气动载荷的解析灵敏度推导,是构造线性化气动弹性方程的基础,并可用于提高动稳定性分析效率。此外,线性化的状态空间方程和解析灵敏度还可应用于气动弹性控制及优化设计。通过数值仿真发现,气动载荷对涡格节点在竖直方向的位移分量最为敏感。与有限差分法相比,使用解析灵敏度可以保障计算精度并大幅提高计算效率。

基于灵敏度解析的微机械陀螺结构优化方法

以一种音叉振动式微机械陀螺为研究对象,对其复杂多自由度模型的24个设计参数进行灵敏度解析,分别计算其对系统驱动模态和检测模态固有频率的动态灵敏度,筛选并确定出5个对最终输出性能影响最为关键的尺寸参数;以这5个参数为设计变量,并以系统输出特性作为优化目标对微陀螺结构进行了优化.灵敏度解析方法的应用有效解决了微陀螺结构优化过程中所存在的计算量大、解析时间长等实际问题,对相关MEMS器件的结构优化设计研究具有一定的参考价值.

基于广义模态截断扩增方法的结构频响拓扑变量灵敏度分析

基于结构拓扑优化设计中的变密度法,采用伴随法推导结构在简谐激励下的频响振幅对单元设计变量的解析灵敏度列式。针对灵敏度数值求解中传统模态位移法引发的低精度问题,通过引入计算成本较低的广义模态截断扩增方法提升灵敏度的计算精度。数值算例将该文方法与全局有限差分法和其他灵敏度计算方法进行了比较。结果证明了该文方法在不同的激励频率及有限元网格密度下高效求解高精度灵敏度的有效性。

基于改进的灵敏度分析的有限元优化技术研究

随着计算机科学和有限元技术的发展,各种通用有限元分析程序在给定结构模型的性能计算方面已趋成熟。但是基于有限元的优化设计技术还存在很多缺陷,其中一个重要原因在于设计灵敏度分析技术尚需不断改进。将灵敏度分析研究的最新成果及时应用于通用有限元程序,不但能大大减小计算方面的编程量,使得研究者把精力主要放在关键的灵敏度分析技术上,更有效地解决工程问题;另一方面,也可以籍此为灵敏度分析提出新的研究方向。文中在计算效率高、实现容易的半解析灵敏度分析方法的基础上,通过引入刚体运动空间对虚载荷进行修正,从而达到对半解析灵敏度分析方法进行改进的目的,在很大程度上消除了半解析法采用有限差分近似计算虚载荷时固有的病态误差问题,大大提高了计算精度。结合大型通用有限元程序ANSYS,完成某复合材料机翼结构打样阶段优化设计,减重效果明显,并就计算中发现的问题对灵敏度分析进行展望。重点推导虚载荷的修正公式、讨论改进的灵敏度分析算法在ANSYS中的实现方法和技巧。改进算法不依赖于单元类型,且其实现不依赖于有限元程序源代码,所以文中的研究工作具有一定的通用性。

轴对称有限元的结构形状优化分析

采用有限元法的求解技术 ,对轴对称弹性问题的形状优化方法进行研究 ,给出了位移和应力对设计变量的导数灵敏度方程。以实心旋转等厚圆盘和某航空发动机压气机盘为例 ,对其截面进行形状优化分析 ,并与差分法的结果进行了对比。

简支预应力U型薄壳渡槽槽身整体结构优化

给出了简支预应力 U型薄壳渡槽槽身整体结构优化设计的数学模型 ,推导了位移灵敏度和应力灵敏度的表达式。编制了以有限元程序 ADINA为结构分析求解器的结构优化设计通用程序 ,并对简支预应力 U型薄壳渡槽进行了槽身整体结构优化设计。结果显示本文方法是有效的。

基于分区及风险的分层优化低压减载选址

文章应用分层筛选的方法进行低压减载的选址优化。首先,应用能量灵敏度矩阵对系统进行分区,基于中枢节点和最脆弱节点形成区内被控节点。为保证区内电压的调控有效性,应用解析灵敏度指标进行第1层的节点筛选;其次,从全局的角度考虑选址对系统所带来的运行风险差异,以系统的风险最小为目标进行第2层筛选。对IEEE-30标准母线系统进行算例分析,验证了所提方法的全面性和有效性。

组合结构的残余振动最小化结构优化设计

为了解决残余振动直接影响结构性能的问题,研究了最小化残余振动为目标的组合结构优化设计,目标函数为能够总体衡量结构残余振动响应的二次型积分形式的性能指标,设计变量为组合结构参数化描述时采用的形状尺寸等参数.采用半解析法灵敏度分析克服了将这一方法应用于包含多种单元、多种类型设计变量的组合结构优化的困难,实现了采用Matlab将Ansys作为黑箱调用进行结构优化设计.数值算例展示了该方法的有效性.

频率约束优化设计方法及工程应用

介绍了一种将频率灵敏度分析程序嵌入到结构分析程序中去,然后与数学优化方法相结合,实现结构频率优化设计的新方案。用工程实例验证了使用新方案研制的结构频率优化设计系统。结果表明:方案是切实可行的,使用新方案开发的程序,能够用来解决工程结构频率优化设计问题。

预应力U型薄壁结构整体结构优化

以线性和非线性有限元分析程序系统ADINA为结构分析求解器,以约束变尺度法和序列二次规划算法为优化算法,运用高精度的解析灵敏度算法,编制了结构优化设计通用程序SOPSA,并对水利水电工程中预应力U型薄壁结构进行了整体结构优化设计分析与计算,结果显示此方法是有效的.

复合材料框架结构刚度几何双尺度优化设计

航空航天结构对超轻质大跨度框架类结构提出了迫切的需求,考虑纤维增强复合材料框架结构宏观与微观的可设计性,基于结构与材料一体化优化理念,研究了复合材料框架结构宏观拓扑与微观纤维铺层参数并发优化的双尺度优化问题。以宏观管件构件内半径与微观连续纤维缠绕角度为两类独立的设计变量,建立了以最小化结构柔顺性为目标函数、材料用量为约束的双尺度复合材料框架结构优化列式,给出了宏微观设计变量灵敏度信息的求解算法。讨论并对比了单尺度微观纤维缠绕角度优化、宏观截面拓扑优化与宏微观双尺度并发优化。数值算例表明,双尺度并发优化设计可进一步发掘结构与材料的承载潜力,实现既定性能下的结构轻量化设计。

基于灵敏度的光储直流配电网电压/网损自适应优化协调控制

直流配电组网形态对分布式光伏、储能等直流电源具有天然接纳优势,是实现碳达峰、碳中和目标的有效途径之一。分布式光伏随机功率波动易导致直流配电网潮流双向性变化,节点电压频繁越限以及运行网损增大等问题突出。针对含分布式光伏与储能接入的直流配电网(光储直流配电网),提出了计及电压调控与网损优化的协调优化控制策略。首先,分析了光储直流配电网的电压调控特性,并推导出适用于光储直流配电网的电压、网损灵敏度解析表达式;然后,设计了基于灵敏度的光储直流配电网电压校正与网损优化双模式自适应切换的协调优化控制策略,实现对电压源换流器(voltage source converter,VSC)、DC/DC变流器以及储能可控性资源的协同控制,以兼顾对系统网损优化和电压安全控制的要求;最后,通过DIgSILENT和Python仿真与程序设计,基于33节点和69节点的光储直流配电网模型验证了所提控制策略的有效性。