Robust Nonlinear Current Sensorless Control of the Boost Converter with Constant Power Load

The boost converter feeding a constant power load (CPL) is a non-minimum phase system that is prone to the destabilizing effects of the negative incremental resistance of the CPL and presents a major challenge in the design of stabilizing controllers. A PWM-based current-sensorless robust sliding mode controller is developed that requires only the measurement of the output voltage. An extended state observer is developed to estimate a lumped uncertainty signal that comprises the uncertain load power and the input voltage, the converter parasitics, the component uncertainties and the estimation of the derivative of the output voltage needed in the implementation of the controller. A linear sliding surface is used to derive the controller, which is simple in its design and yet exhibits excellent features in terms of robustness to external disturbances, parameter uncertainties, and parasitics despite the absence of the inductor’s current feedback. The robustness of the controller is validated by computer simulations.

THEORETICAL INVESTIGATION ON STATE OF LOAD DISTRIBUTION AMONG CONTACT BEARINGS OF DOUBLE CIRCULAR ARC HELICAL GEARS

A dynamic analysis approcach to investigate the state of load distribution among contact bearings of double circular are belical gears is proposed and a computer program is developed for calculating the factor of iced distribution based on the theory of W-N gears. The changing situations of load distribution among contact bearings of the gears influenced by main issues are analyzed by a series of parametric studies.

Optimization of Dead Load State in Earth-Anchored Cable-Stayed Bridges

In order to determine the reasonable completed dead load state in earth-anchored cable-stayed bridges,a practical method is proposed. The method is based on the rigidly supported continuous beam method and the feasible zone method,emphasizing on the mutual effect between the self-anchored structural parts and the earth-anchored ones. Three cable-stayed bridge models are designed with the main spans of 1 400 m,including a partially earth-anchored cable-stayed bridge,a cable-stayed-suspension bridge and a fully selfanchored cable-stayed bridge,in which the C50 concrete and Q345 steel are adopted. The partially earthanchored cable-stayed bridge and the cable-stayed-suspension bridge secure lower compressive force in the girder than the fully self-anchored cable-stayed bridge by 25 percent at least. The same is for the material consumption of the whole bridge. Furthermore,the anchor volume is more than 20% lower in the partially earthanchored cable-stayed bridge than that in the cable-stayed-suspension bridge. Consequently,the practical span of cable-stayed bridges can be accordingly extended.

Dynamic Load Flow Used for Electric Power System State and Tendency Analysis

Dynamic load flow technology can simulate actual frequency and load flow change when a load naturally varies and generator units adjust their power output by an adjustment system during a certain time. Dynamic load flow is a basic part of power system state and tendency analysis. In this paper, a dynamic load flow model and its solution method are first presented and discussed. Then, the application of dynamic load flow to a real power system is given as a demonstration.

基于Mask R-CNN的电力关键设备运行状态检测

为判断电力关键设备两端负载电压与干路总电压之间的数值关系,提出基于Mask R-CNN的电力关键设备运行状态检测方法。在Mask R-CNN网络结构中,判断电量信号的时域范围与频域范围。然后根据负荷阻抗特征计算交流参数的取值结果,再联合已获取的电信号参量,求解连续相关函数,从而检测电力关键设备运行状态。实验过程中,设备两端负载电压、内阻消耗电压之和与干路总电压之间的差值未超过1.5 V,说明该方法能够证明电力关键设备两端负载电压、内阻消耗电压之和等于干路总电压数值的猜想成立,可以根据该验证检测电力关键设备运行状态是否正常。

有源前端组网的直流船舶电网高能效运行控制

直流船舶电网为航运业绿色转型提供了有效可行的解决方案。考虑到实际船舶的运行工况,本文提出一种分层协调控制策略,主要用于有源前端组网的直流船舶电网中功率单元协调运行的设备层控制系统和功率层控制系统。其中,设备层控制系统负责实现发电机组转速的无静差跟随与不同容量柴油发电机组间的动态/稳态功率共享;功率层控制系统负责提升母线电压质量,提高系统能效。最后,利用仿真与半实物仿真系统对控制策略进行验证,结果表明该控制策略可有效提高系统运行能效,最高节省约10%的燃油。

嵌入式操作系统加载模式选择方法研究

针对现有嵌入式操作系统加载模式选择方法会增加额外硬件开销和牺牲加载速度的问题,提出了一种基于链路状态信息的嵌入式操作系统加载模式选择方法。该方法利用上电后先复位PHY等外设再复位CPU,CPU运行BootLoader读取并判断PHY的链路建立指示信号确定加载模式,若链路建立指示信号指示网络已连接好,则选择以太网远程加载模式,其他情况下都选择本地存储器加载模式。工程应用实测结果表明,该方法稳定可靠。

基于输入−状态联合估计的漂浮式风机塔架结构载荷反演及状态分析

[目的]旨在研究波浪作用下漂浮式风机塔架的结构载荷反演方法及动力响应状态。[方法]以半潜型风机为研究对象,通过时域仿真模拟测量数据,并且基于漂浮式风机的频域仿真模型计算塔架的质量归一化模态,将二者作为输入−状态联合估计(joint input-state estimation,JIS)算法的输入,对漂浮式风机塔架开展结构载荷反演以及实时状态分析。[结果]结果表明:基于JIS算法,以塔架节点的仿真数据作为算法的输入,估计的塔根载荷以及塔架节点响应与仿真结果具有良好的一致性,实现了高精度的反演。[结论]反演结果验证了JIS算法的有效性,可以用于漂浮式风机的实时状态分析,保障漂浮式风机长期安全稳定运行。

考虑多状态特征的非侵入式负荷识别方法

针对传统负荷识别存在无法准确区分含有多种运行状态的负荷识别问题,该文提出一种考虑负荷多状态特征的非侵入式负荷识别方法(non-intrusive load monitoring,NILM)。首先,利用VGG16卷积神经网络(visual geometry group 16neural network,VGG16)对负荷的U-I轨迹进行初步分类。然后,采用最大相关最小冗余特征选择(max-relevance and min-redundancy,mRMR)算法,从未成功分类的负荷的各个工作状态中筛选出最优特征组合作为输入,通过支持向量机(support vector machines,SVM)算法进行二阶段识别,达到快速精细化识别多状态易混淆电器的分类效果。最后,利用Plaid数据集,对分别考虑单个状态和多个状态特征的识别效果进行对比分析。结果表明,文中所提方法可以有效区分易混淆的多状态电器,提高了识别准确性。

考虑生产安全的工业园区联络线功率平滑策略

高比例新能源接入工业园区已成为高耗能工业负荷低碳转型的主要途径,而联络线功率剧烈频繁波动是园区低碳转型的关键问题.因此,提出一种考虑生产安全的工业园区联络线功率平滑策略.首先,分析电解铝和矿热炉的可控设备控制模型,构建基于联络线功率波动反馈的工业负荷功率闭环反馈控制模型.考虑工业生产核心影响因素,构建温度状态指标模型,形成考虑工业生产核心因素的典型工业负荷需求侧响应惩罚成本模型,并以工业生产的惩罚成本最小为优化目标,将控制目标分配至各工业负荷.最后,构建基于云南电网文山区域网架的MATLAB在线计算和RTDS仿真实时交互算例,结果表明,该算法自适应更新生产设备温度,有效降低功率调节对生产的影响,且联络线购电成本可降低36.4%.

桥梁承载能力多水准可靠度评定方法

为在中国桥梁评定规范中引入“保守设计,非保守评定”的思想,提出一种“新-旧桥”两水准可靠度评定方法.对比分析了中、美桥梁评定规范分析检算公式、评定可靠指标和分项系数的异同,并将美国规范通过折减活载分项系数调整评定可靠度的方法引入中国规范中.首先提出了将新桥设计可靠指标折减0.5作为旧桥评定可靠指标的方法,之后通过一次二阶矩方法对不同受力形式、不同荷载运营状况的评定活载分项系数进行校准,给出了“新桥1.4,旧桥1.2”的评定活载分项系数取值建议,最后通过一个RC简支T梁桥评定算例验证了方法的可行性.结果显示,所提出评定方法与规范方法相比最不利需求能力比降低了0.07,实现了在役旧桥的非保守评定.

基于在线特征库的非侵入式负荷特征提取方法

负荷特征是指负荷设备运行过程中具备某种统计规律的特殊标识,而包含负荷特征的数据库则是实现非侵入式负荷监测与分解的基本依据。对于纯阻性负荷设备,研究人员利用其运行状态切换过程中功率产生跃变的特点,可以准确提取相应状态下的负荷特征。然而,对非纯阻性设备,其负荷特征提取存在以下2个问题。问题1)运行状态切换过程中功率变化不显著,无法精准定位状态投切时刻点;问题2)负荷设备存在功率缓变化的运行状态,导致对应状态下的负荷特征不唯一,无法手动提取。为了解决非纯阻性设备负荷特征提取中存在的上述问题,提出一种基于在线特征库的非侵入式负荷特征提取方法,该方法分为2个阶段。第一阶段:基于负荷设备运行过程中的稳态周期电流数组建立在线特征库,通过改进Pearson相似系数构建滑窗函数,得到负荷设备运行时的周期电流数组与在线特征库的相似性,并同步判断在线特征库冗余性,实现负荷设备状态数据分割;第二阶段:计算在线特征库的特征矩阵,对特征矩阵进行K-means聚类分析,融合相似在线特征库,形成负荷设备的状态特征库,从而实现负荷设备特征电流数组的提取。在私人数据集和PLAID数据集上的测试结果证明,所提负荷特征提取方法在不同的用电场景下均有较好的鲁棒性。所提方法可大幅减少负荷特征提取阶段的人工参与,有利于缓解因负荷设备种类过多导致的负荷特征提取烦琐的问题,为后续建立负荷特征数据库提供了便利。

基于UMAP流形特征提取和KELM的非侵入式负荷监测方法研究

非侵入式负荷监测是“坚强智能电网”用户侧智能数据挖掘的关键技术。针对现有辨识算法对叠加态负荷辨识准确率低的问题,提出了一种基于均匀流形逼近与投影(UMAP)和KELM结合的非侵入式负荷辨识模型。首先利用UMAP对原始负荷特征作嵌入,提取负荷的类内流形结构,并结合随机梯度下降法优化负荷的全局结构,在保留负荷原始相邻位置信息的前提下有效增大负荷特征的区分度;然后,采用径向基函数搭建核映射网络,利用ACO算法对映射网络的径向范围和模型的惩罚系数寻优,建立最优辨识模型。与多种基于机器学习的辨识方法相比,所提模型对叠加态负荷的辨识准确率提升显著,在TIPDM和BLUED数据集上的辨识准确率分别达到了98.48%和99.44%。

基于物联网的非侵入式负荷状态监控系统设计

针对电子工艺实验室因设备多、类型多而带来的管理困难和安全隐患问题,利用物联网技术研发一种非侵入式负荷状态监控系统.该系统包含监测节点和服务器两部分,前者用于负荷状态识别,后者负责统计与控制.为准确识别节点上的设备状态,在监测节点端设计非侵入式负荷状态监测算法,其包括多状态负荷分离、状态特征提取和负荷识别等过程.真实场景的实验结果表明,研发的系统可以准确地监控电子工艺实验室的设备.

考虑热舒适度的居民空调负荷调控潜力差异化评估

居民空调负荷是电力系统重要的灵活性资源,评估其调控潜力有助于负荷高效管理,促进节能减排。然而,受资金成本、数据存储和隐私保护等因素制约,居民空调状态及参数难以直接测量,差异化评估不同居民空调负荷的调控潜力存在困难。此外,居民使用空调是为了满足自身的热舒适度要求。若评估空调负荷调控潜力时忽视热舒适度限制,将导致评估值过高,降低负荷管理策略的有效性。因此,提出一种考虑热舒适度的居民空调负荷调控潜力差异化评估方法。该方法首先建立居民热舒适度及空调热动力学模型,提取影响居民热舒适度和空调负荷的关键参数;然后,利用隐马尔可夫模型和维特比算法辨识空调状态及参数;在此基础上,计算不同居民热舒适度可接受范围内的空调负荷调控潜力。基于真实居民负荷数据的算例分析表明,所提方法能够准确辨识居民空调状态并有效评估满足居民热舒适度要求的空调负荷调控潜力。

针对负荷重分配攻击的移动目标防御策略

负荷重分配攻击考虑电力系统实际设备配置及实际运行情况,通过篡改负荷量测对电力系统安全稳定运行造成威胁。提出一种基于拓扑变换的移动目标防御方法,通过变换系统拓扑结构破坏攻击者对电力系统信息的掌握程度,实现对负荷重分配攻击的防御,为电力系统安全可靠运行提供保障。首先,建立负荷重分配双层优化模型,对攻击策略进行分析;然后,分析拓扑结构的优化重构方式,建立拓扑结构变换的优化模型;最后,将拓扑结构优化算法与状态估计相结合实现移动目标防御,完成对负荷重分配攻击的检测。在IEEE 14节点系统中对所提方法进行了测试与分析,算例证明基于拓扑变换的移动目标防御方法能够对负荷重分配攻击进行有效防御,增强电力系统的抗攻击能力。

基于负荷预测和无迹粒子滤波的配电网动态状态估计

随着汽车充电成为新型重要负荷,为确保此时配电网运行与控制安全,对其进行实时准确的态势感知,提出一种基于卷积神经网络和门控循环单元的短期负荷预测与无迹粒子滤波算法自适应混合的配电网动态状态估计方法。结合使用卷积神经网络和门控循环单元进行短期负荷预测,将预测得到的有功与无功功率进行潮流计算,再与无迹粒子滤波量测估计值自适应加权得到电压幅值和相角状态估计结果。以IEEE33节点配电网为例,验证了所提状态估计方法的准确性与面对不良数据时的鲁棒性。

基于Rayleigh分布扰动状态概念的单桩承载特性研究

基于扰动状态概念(Disturbed State Concept,DSC),结合Rayleigh分布从微观角度描述桩-土界面荷载渐进性传递特性,建立了基于DSC理论的桩侧及桩端荷载传递模型,给出了模型参数确定方法,并验证了模型的合理性.同时结合桩侧及桩端荷载传递模型,提出了一种分析单桩承载特性的迭代算法并验证其合理性.通过算法计算得到的单桩承载特性与案例实测值有较好的一致性,且可较好地反映侧阻及端阻硬化、软化等特性.变参数分析结果表明,基于DSC理论的桩侧及桩端荷载传递模型对不同土层、不同桩基施工工艺都有好的适用性,可较准确地描述桩-土界面荷载传递特性.

基于CEEMDAN和SE算法的打夯机负荷振动信号识别研究

为了提高打夯机在复杂工作环境中筒体容易产生多种非线性振动信号扛干扰能力,设计了一种基于自适应噪声完备经验模态分解(CEEMDAN)算法和标准误差(SE)算法的打夯机负荷振动信号识别方法。采用CEEMDAN算法分解信号数据,以极限学习机为打夯机负荷建立模型,完成打夯机负荷的精确判断。研究结果表明:CEEMDAN对打夯机振动信号起到良好的预处理作用,各内涵模态(IMF)分量SE值均未出现相互重叠,有效IMF分量SE总体表现为欠负荷>常负荷>过负荷的特征。该模型对过负荷达到最高识别率,形成了98.85%的过负荷识别率,比EMD-SE与MEEMD-SE的过负荷识别率依次增大15.61%、12.14%。该研究可以有效识别负荷情况,为下一步驱动打夯机做出相应动作奠定基础,有效地提高节能效果。

基于扰动状态概念的砂土-混凝土桩接触面荷载传递模型研究

基于扰动状态概念理论,考虑砂土密实度对扰动函数的影响,建立混凝土桩-砂土接触面荷载传递模型。用混凝土板表征桩侧粗糙度效应,采用大型直剪仪开展不同密实度的砂土-混凝土桩接触面力学行为的试验模拟,研究砂土密实度对混凝土桩-砂土接触面的力学特性的影响规律,分析接触面模型初始剪切系数、模型扰动参数(A和Z)对桩-砂土接触面荷载传递模型的作用机制。研究结果表明:1)混凝土桩-砂土接触面易呈现应变软化,在低法向应力条件下,混凝土桩-密砂接触面的应变软化程度最大。2)模型扰动参数Z在数值上近似等于孔隙比。模型扰动参数A越大,砂土与混凝土桩接触面的软化显著程度越大。参数A随着密实度增大而增大。随着法向应力增大,密砂的扰动参数A呈近似线性衰减,松砂和中密砂的扰动参数A近似呈双折线衰减。3)初始剪切系数k_s随着法向应力增大而增大,密实度越大,增速越快。4)基于扰动状态概念的桩-砂土接触面荷载传递模型可靠、参数的物理意义明确且易确定,能很好地表征桩-砂土接触面的应变软化及硬化等力学特征。