新型电力系统中的大模型驱动技术:现状、机遇与挑战

建设新型电力系统是实现社会、经济高质量发展的重要基石,以新一代通用人工智能为主导的信息化技术与能源电力科学深度耦合,为新型电力系统的数字化转型工作提供了重要保障。为了探究电力系统在大模型时代潮流下的发展方向,该文首先系统梳理了当前电力系统的数智化发展现状以及在新的场景需求下遇到的难点问题。然后重点探讨了以多模态大模型为代表的具备深度场景解析和语言描述能力的大模型技术在电力系统中的应用前景,并分析了其在几个典型场景下的相关应用成果,证明大模型技术可行性的同时,进一步总结了大模型技术在相关电力场景所面临的机遇与挑战性问题。最后对未来大模型技术如何与电力系统实现紧密融合做了展望与建议。该研究成果有望为新型电力系统数字化转型过程中的数智化发展提供参考,助力能源电力领域提质增效。

基于VMD-IMPA-SVM的超短期风电功率预测

针对风力发电强波动性带来的预测精度不高问题,构建一种基于变模态分解(VMD)、灰狼优化算法(GWO)、海洋捕食者算法(MPA)和支持向量机(SVM)的组合预测模型。采用GWO对VMD的模态数和惩罚因子进行寻优,将原始功率序列分解为子序列进行降噪处理;运用对立学习和柯西变异等方法改进MPA的种群生成与变异方式,得到改进MPA(IMPA)并优化SVM中的核参数与惩罚参数,进而构建VMD-IMPA-SVM组合预测模型,对各子序列进行预测并叠加得到最终预测值。实际算例分析表明,所提组合预测模型具有较高的预测精度,同时具备强鲁棒性。

核电工程异形水箱流固耦合分布式参数模型与效用研究

在流固耦合动力分析领域,传统的Housner模型在工程设计中发挥重要作用。但其理论推导仅适用于规则水箱,采用集中质量总体模型描述液体晃动的整体效应,难以有效模拟异形水箱储液结构的局部精细响应,亟须建立适用于不规则水体晃荡的分布式附加质量模型。基于势流理论推导了一种模态综合法模型,实现了分布质量与储液器壁激振加速度的解耦。该模型能够有效剥离分布式的脉冲质量与对流质量;同时,实体网格的振型分析适用于任意形状水体的动力分析。通过算例的形式将该模型与精细声学-结构耦合(Acoustic-Structural coupling,CAS)模拟法进行了比较,验证了模型的精确性与可靠性。最后,基于本文的模型研究了核电异形的安全水箱在不同水位和减晃格栅分布下的动力响应规律,并检验了其在工程中的适用性。

基于SMD与WaOA-CNN-LSTM的短期光伏功率预测

针对当前光伏功率预测模型所面临因数据的复杂性、信号处理过程的噪声干扰、非线性特征难以提取等问题而导致的预测精度低、稳定性差等多方面挑战,提出了一种融合二次模态分解(SMD)和基于海象算法(WaOA)优化CNN-LSTM神经网络的组合预测模型。首先,利用完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)对光伏数据进行分解,并结合K均值聚类算法(K-means)将多个子序列重构成低频、中频以及高频序列;其次,将含有残余噪声的高频序列采用变分模态分解(VMD)进行二次分解处理;最后,对各分量分别构建CNN-LSTM模型,并利用WaOA算法对网络参数进行寻优,将各分量的预测结果进行叠加,得到最终预测结果。SMD处理方法解决了传统数据处理方法模态混叠、低频分量过多和高频分量噪声残余等问题,CNN-LSTM模型能够捕捉数据中的空间关系和长期依赖关系,WaOA算法对模型参数的优化提高了模型的性能和效率。选取陕西某地光伏电站数据进行测试,通过多组对比实验进行验证,结果表明:所提方法具有更高的预测精度。

功率器件IGBT模块模态分析与实验验证

针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率器件在振动环境下的可靠性问题,基于模态分析方法对IGBT模块的动态特性进行研究分析。通过有限元软件建立用于模态分析的功率器件IGBT模块模型,利用模态分析获取模块在不同约束下的前6阶固有频率及其相应阵型,结合激振实验评估模型准确性,对比分析各实验与模拟结果出现差异原因,并提出规避共振现象的改进措施,进而提升模块的使用寿命。该研究结果对功率器件IGBT模块的振动分析提供参考,同时为模块结构的设计提供理论依据。

武汉某超高层建筑对台湾花莲6.9级地震的结构响应分析

为研究2022年台湾花莲6.9级地震对武汉市某超高层建筑结构的影响,初步分析了该建筑结构4个加速度测点记录的各向PGA放大效应、傅立叶谱及反应谱,分别利用互功率谱法和基于协方差的随机子空间法分别识别结构在频域和时域上的一阶模态。结果表明:结构的峰值加速度随楼层的增高而有显著的放大效应,最大放大倍数达7.322倍;各向傅立叶谱峰值均集中在0.275 Hz和1.171 Hz;加速度响应反应谱远小于该地区Ⅵ度设防地震设计谱;两种方法识别的结构一阶模态频率基本一致,均接近数值分析值。台湾花莲6.9级地震没有对该高层建筑结构造成损伤。

直流充电桩快速变化的电流和电压波形模态特性分析

针对电动汽车充电桩输出电流和电压呈现出“随机性、波动性、时变性”的快速变化特性,引发电能计量较大超差问题,文章建立充电桩快速变化直流电流和电压的随机信号数学模型及其时频域表征模型;提出快速变化波形模态提取方法,提取了6类12种快速变化直流波形模态,提出并构建了幅度域8个特征参量数学模型,表征影响电能计量的电流和电压特征;提取了典型特征参量数值和重要特性,该特征参量数值和特性可为制定直流电能表动态误差的测试评价试验条件提供理论依据。

融合VMD-MPC算法的多微电网能量调度技术优化

针对配电侧多微电网能量调度分析能力滞后,能量调度差的问题,研究融合变分模态分解(VMD)和模型预测控制(MPC),构建VMD和MPC相结合的、多时间尺度滚动优化兼具反馈矫正的多微电网能量调度系统优化调控模型,建立了调度自动化一体化多微电网能量调度系统,通过对配电侧多微电网能量采集、调度和分析,提高了能量调度能力。实验结果表明,调度准确率最高为98.3%,识别到正确样本个数最大为4 785,有利于促进配电侧安全、微电网可靠经济运行和电厂的经济效益。

电力系统受迫振荡检测与自适应振荡抑制研究

电力系统受迫振荡的振荡频率与系统跨区域振荡模态接近,因而能够引发强烈振荡。文中提出了一种受迫振荡模态检测方法,其通过小信号分析方法得出系统在受迫扰动下对应受迫振荡模态的解析形式;同时提出一种不需要安装额外的功率振荡阻尼器的功率振荡阻尼控制策略,用于抑制受迫振荡以及跨区域振荡。通过改进的14机系统验证了文中方法的鲁棒性和优越性。仿真算例证明所提方法对于外界扰动具有较强鲁棒性,且较传统方法具有明显优越性。

基于工作模态分析的车辆车体刚体模态识别研究

模态是表征结构固有特性的重要参数,结构模态参数的准确获取对校准模态数值计算模型以及后续结构动力修改具有重要参考意义。试验模态分析是获得大型复杂结构模态特征的重要手段。按照激励方式的不同实验模态分析可分为力锤激励和激振器激励,对于轨道车辆整车模态测试,常规的激励手段往往因其激励能量不足而难以获取车辆的刚体模态特性。因此本文以楔块组合法作为激励输入,结合工作模态分析技术(OMA)对某城轨车辆进行刚体模态参数识别,其相关试验方法及结果可为轨道车辆刚体模态参数的获取提供参考。

考虑柔性车体的双层集装箱平车动力学性能研究

随着双层集装箱平车车体轻量化要求的进一步提高,车体振动模态频率较传统平车有所降低,这对车辆系统动力学性能带来了一定影响。为了评估车体振动模态对车辆系统动力学性能的影响,文章以32.5t轴重的凹底双层集装箱平车为研究对象,采用NUCARS软件建立了刚-柔耦合动力学仿真模型,按照AAR标准中的蛇行稳定性、圆曲线性能、缓和曲线性能、扭转和侧滚、点头和浮沉以及动态曲线性能等动力学工况的计算要求,在考虑柔性和纯刚体2种车体条件下进行了计算对比分析,为双层集装箱平车动力学性能计算分析提供了参考。

基于Isograph的光电非接触式轴功率测量系统可靠性分析

为提升光电非接触式轴功率测量系统的可靠性,顺利完成船舶轴系工作状态实时监测任务,基于Isograph软件对该系统进行失效模式、效应与致命度分析。利用Isograph软件建立故障树,计算并分析该系统的各零部件对其可靠度的影响。针对该系统的薄弱环节(比如焊接的可靠性和码盘安装位置的准确性),利用有限元仿真分析软件ANSYS Workbench和三维建模软件Solidworks对系统的主要硬件(探头和码盘)进行模态分析,结果表明:在同一环境中,相比探头,码盘更易因强烈的振动而发生变形、断裂等机械故障。在实际应用该系统时,要保证组装、焊接的可靠性,以及码盘与轴线的垂直度;同时,根据机舱的实际工作环境,选用抗振性能较好的材料。

基于车身模态运动及作动力分配权重的半主动悬架控制方法

针对整车半主动悬架减振器作动力的分配问题,本文根据车身的模态运动建立了常规分配方法,并以此为基础提出一种全新的基于车身模态运动权重的分配策略。通过仿真求解非线性频率响应,权重高的模态运动对应的幅频特性得到了进一步优化。随后又使用比利时随机路谱进行仿真,通过调整权重,可以实现车身侧倾控制和俯仰控制的明显优化。基于权重的分配方法简单有效,不依赖车辆参数,更具普适性,能与其他控制算法相互补充,具有较大应用场景。

基于经验模态分解法的发电功率预测在电力系统中的应用分析

为了减小发电功率预测的误差,提出一种基于经验模态分解(EMD)的发电功率预测方法,避免了过多变量对预测过程的干扰,减小了模型的复杂程度,对最初始的数据进行拆分再进行建模,最后进行累加得到最终的预测结果,这种方法相比于传统的线性模型具有较小的误差。

基于随机森林算法的风电变流器开路故障诊断

为提高风电变流器的故障诊断准确率,针对双馈式风电变流器IGBT模块的单一开路和双开路故障问题,提出了一种基于变分模态分解和随机森林算法的风电变流器开路故障诊断方法。首先将采集到的三相电流信号进行变分模态分解,再采用各个模态函数分量的峰度、均值、方差来进行数据降维以提取数据特征,最后将提取到的特征输入随机森林模型进行模型训练和故障识别。实验结果表明,相较于其它方法,基于变分模态分解和随机森林算法的故障诊断方法具有更好的故障分类效果。

基于多模态信息融合的变压器在线故障诊断方法

针对变压器的多模态数据中存在差异性和样本缺失的问题,提出了一种基于振动信号和红外图像数据的多模态信息融合方法,分析多模态数据对电力变压器故障状态进行有效、快速的评估。首先,该方法采用双向门控神经网络对振动信号的文本信息、振动信号的频域图和变压器的红外图像分别进行特征提取,并获得不同模态的重要特征向量。然后,使用交叉注意力机制建立不同模态之间的联系并进行特征向量融合。最后,通过卷积层和全链接层输出电力变压器的故障状态。实验数据采集于10 kV变压器,含振动信号和变压器的红外图像。实验结果表明,提出的多模态信息融合方法在4种评价指标上优于对比方法,其故障诊断准确率为96%。在不同的电压和电流等级下多模态信息融合方法能获得较为可靠的诊断结果且准确率高,可为变压器多模态数据的故障检测提供方法。

动力集中动车组动力车前后横向平稳性差异研究

针对动力集中动车组动力车现场运行前、后横向平稳性差异问题,基于动力学仿真分析方法研究其形成机理与影响因素,并提出减缓措施。采用Simpack软件建立某型动力车的动力学模型,对比抗蛇行减振器斜对称与开口向外两种布置方式,分析关键悬挂参数对车体前端和后端横向平稳性影响,并采用模态分析法研究抗蛇行减振器横向安装角对蛇行模态稳定性和车体横移摇头模态相位差的影响;以线性稳定性和车体前、后端横向平稳性指标为优化目标,对抗蛇行减振器阻尼、等效串联刚度以及横向安装角进行多目标优化,并根据计算结果对优化参数进行Sobol全局敏感性分析。结果表明:抗蛇行减振器采用斜对称布置方式时,车体前端与后端的横向平稳性差异受悬挂参数影响较小,横向安装角对动力车横向稳定性不敏感;采用开口向外布置方式时,抗蛇行减振器适当横向安装角度显著降低甚至消除车体前端和后端横向平稳性差异,且车体横向平稳性和线性稳定性对横向安装角均较为敏感,建议优化横向安装角2°~6°。

基于响应谱传递比估计误差的结构模态参数识别精度分析

为了研究响应谱估计误差及其传递对振动响应功率谱密度传递比(Power Spectrum Density Transmissibility,PSDT)估计的影响,基于摄动理论和统计矩定义,推导了两个变量比例函数的均值和方差近似表达式;将响应谱估计统计矩代入,可以推导出由响应相干函数、谱估计中信号平均分段数,近似表征的PSDT估计幅值的均值和方差解析公式.基于此,揭示了共振频率处PSDT估计幅值误差规律,并实现了模态振型幅值的精度度量.研究发现,共振频率处PSDT幅值方差存在极小值,且变异系数小于相关响应谱.通过数值框架数据验证了文中误差公式的准确性.此外,还研究了参考响应的选择、响应时长、窗函数类型对PSDT和模态振型估计的影响.结果表明,以PSDT两组响应作为参考响应,能得到较好PSDT和模态分析结果;同时模态振型估计标准差随测试数据时长的增加,也随之降低至一定水平.

火电厂圆形烟风道模态分析与稳定性分析

以某火力发电厂1000MW发电机组的圆形截面烟道为研究对象,对其中的除尘器前烟道、引风机前烟道和引风机后烟道三个主要结构均建立有限元模型,并以此展开模态分析和稳定性分析。分析结果显示,上述结构均具有较高的稳定性,仅在径向上的刚度有待于进一步提升,因此在后续的优化工作中,可通过增加加固肋的型号予以优化,以提高刚度,同时也有助于提高系统固有频率并降低共振风险。

三相五柱电力变压器铁心振动模态研究

以SFZ11-180000/220三相五柱电力变压器铁心为研究对象,利用仿真软件对变压器铁心进行建模,研究预紧力和铁心结构件对铁心固有频率的影响,提出了优化变压器铁心结构的方法并加以计算验证。铁心的固有频率随着铁心松动程度的增加而减小。铁心在考虑结构件影响时,固有频率下降20.9%,在进行模态分析时,必须要考虑结构件带来的影响。可以选择多种方法同时进行以使铁心的固有频率远离容易发生共振的频带,优化铁心结构。