当期目录

2024年 第37卷 第2期 刊出日期：2024-02-15

  

基于扩大周期的电力负荷预测模型

张海芳,何清龙,张林

2024, 37(2):  1-5.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.02.001

摘要 ( 212 )   HTML ( 33 )   PDF (756KB) ( 110 )  

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针对现有电力负荷预测模型依赖近期数据导致预测结果偏离时间序列真实情况的问题,文中提出了基于扩大周期信息的电力负荷预测模型。将预处理完的电力负荷时间序列按照同一时刻不同天进行处理,在此基础上分别利用ARIMA(Autoregressive Integrated Moving Average Model)模型和LSTM(Long Short-Term Memory Network)模型进行建模分析,并采用3种评价指标评估模型的预测表现。预测结果表明,扩大周期信息构建的ARIMA模型的3种评价指标都比传统ARIMA模型低,对应的RMSE(Root Mean Square Error)、MAE(Mean Absolute Error)和MAPE(Mean Absolute Percentage Error)分别为32 434.114 8、5 828.390 9和0.025 2;扩大周期信息的LSTM模型也比原始LSTM模型低,对应的RMSE、MAE和MAPE分别为13 520.497 4、9 298.352 6和0.091 4。

主动配电网态势感知技术研究综述与展望

满延露,刘敏,王锴

2024, 37(2):  6-13.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.02.002

摘要 ( 348 )   HTML ( 16 )   PDF (1036KB) ( 72 )  

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随着分布式电源以及多元化负荷大规模接入,传统无源配电网逐步转化为有源配电网,配电网的故障种类愈发多样化,工作环境、工作状况与拓扑结构日趋复杂。主动配电网更需通过精进、高效的态势感知技术提高系统运行决策的及时性和准确性,准确预测系统潜在风险。文中阐述了主动配电网中态势感知技术的意义与概念,构建了其基本构架,并对态势觉察、态势理解与态势预测的研究进程、研究难点和未来研究方向进行了详细梳理与总结。

基于卷积与自注意力聚合的小目标检测

王小铸,于莲芝

2024, 37(2):  14-22.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.02.003

摘要 ( 162 )   HTML ( 22 )   PDF (2213KB) ( 89 )  

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在多数目标检测公开数据集中,小目标检测是一个研究热点。针对检测器在多尺寸检测场景下对小目标检测精度不足的问题,文中提出基于YOLOv5s(You Only Look Once version 5s)的小目标检测改进模型。模型在检测器的特征提取网络中加入卷积自注意力聚合残差块来提升特征提取能力,同时从浅层网络中引入新的特征图增强小目标的特征信息,改进特征融合网络结构,以便充分利用新引入的浅层特征。引入SIOU Loss替换原GIOU Loss矩形框损失函数,提升检测精度和训练速度。实验结果表明,在PASCAL VOC的2007和2012数据集上,改进模型检测精度比YOLOv5s提高0.012,小目标检测精度比YOLOv5s提高0.023;在MS COCO数据集上改进模型比YOLOv5s的检测精度提高0.001,小目标检测精度比YOLOv5s提高0.009。

随机丢包的无迹卡尔曼滤波估计以及性能分析

白睿,任祝

2024, 37(2):  23-29.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.02.004

摘要 ( 125 )   HTML ( 7 )   PDF (865KB) ( 53 )  

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在工程应用中,无线网络控制系统多为非线性系统。由于长距离传输和通信网络不可靠等原因,系统传感器的测量值可能在传输过程中丢失,影响精度估计以及系统性能。文中研究一类受相关噪声和传感器测量值丢失影响的非线性离散随机系统的无迹卡尔曼滤波问题。通过引入一个服从伯努利分布且条件概率已知的随机变量来描述随机发生的传感器测量值丢失现象。文中提出了一种对数据进行补偿的算法,并使用标准数值软件对所得结果进行验证。结果表明,经过算法补偿后的滤波能够较好地估计系统,可以减少传感器测量值丢失对滤波器性能的影响,增加估计的准确性。

不同方波脉冲模式下介质阻挡放电产生臭氧的研究

姜松,何园园

2024, 37(2):  30-35.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.02.005

摘要 ( 88 )   HTML ( 3 )   PDF (1897KB) ( 39 )  

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为提高介质阻挡放电产生臭氧的浓度和产量,文中研究了不同方波脉冲模式下介质阻挡放电产生臭氧的特性。文中对系统放电特性进行分析,计算系统放电功率,研究其在不同极性、不同频率和不同脉宽下产生臭氧的浓度和产量,并对其产生的结果进行了分析和讨论。研究结果表明,在施加正负极性方波脉冲时,臭氧浓度最高,为8.8 g·Nm^-3;在施加正极性方波脉冲时,臭氧产量最高,为55 g·kWh^-1。随着频率的增加,臭氧浓度和产量均呈现先增加后下降趋势。在放电频率为1 kHz时,臭氧浓度最大;在放电频率为1.5 kHz时,臭氧产量最高。在其它参数一定的情况下,随着脉宽的增加,臭氧浓度缓慢增加,臭氧的产量基本无变化。

中红外硅基光波导的发展现状

冯露露,冯松,胡祥建,陈梦林,刘勇,王迪

2024, 37(2):  36-45.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.02.006

摘要 ( 187 )   HTML ( 7 )   PDF (2256KB) ( 59 )  

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作为硅光子集成芯片中基本无源器件的硅基光波导是进行光信号传输的通道,其具有良好的性能,且与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺相兼容因而得到广泛应用。用于电信和数据中心的硅光子集成电路已逐步走向商业化。近年来,中红外波段在自由空间通信、传感以及环境监测等领域的潜在应用受到研究者们的广泛关注。文中分析了中红外硅基光波导的研究现状,归纳了SOI(Silicon on Insulator)、GOSI(Ge-on-SOI)、SOS(Si on Sapphire)、GOS(Ge-on-Si)、SGOS(SiGe-on-Si)、SON(Si-on Si₃N₄)、GON(Ge-on Si₃N₄)等波导材料平台和SOPS (Si on Porous Si)、Undercut、Pedestal、Freestanding、Suspended、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)以及等离子体结构等制造工艺平台的研究成果。迄今为止,多数单晶硅在MIR(Mid-Infrared)平台的传播损耗大约在0.7~3.0 dB·cm^-1。文中讨论并对比了不同类型波导的应用前景,为中红外硅基光波导的研发、应用和商业化提供了参考。

SiGe电光调制器研究进展

王迪,冯松,陈梦林,刘勇,胡祥建,冯露露

2024, 37(2):  46-54.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.02.007

摘要 ( 159 )   HTML ( 5 )   PDF (1975KB) ( 62 )  

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光子调制器是光纤通信系统中的核心器件,主要对光信号进行调制,实现信号从电域到光域的转换。随着硅基半导体工艺的发展,硅基光子调制器逐渐成为了主流硅光子器件,基于硅工艺技术的GHz带宽调制器的实现也为硅光子学的发展奠定了基础。作为一种用于短距离光互连的高性能光调制器,SiGe光吸收调制器受到了较多关注。文中讨论了高性能SiGe电光调制器的发展现状,对国内外硅基光子调制器的研究进展进行分析,讨论了PIN、PN结等电学调制结构,为研发高速率、低损耗的光子调制器提供了思路。

基于互信息的多导联心电图排序方法

南娇,孙占全

2024, 37(2):  55-60.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.02.008

摘要 ( 113 )   HTML ( 4 )   PDF (731KB) ( 45 )  

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基于卷积神经网络的心电图(Electrocardiograph, ECG)自动分类研究从默认12导联顺序的心电图中提取特征,未考虑导联顺序对卷积网络特征提取的影响。为解决该问题,文中提出了一种基于互信息的两端递增排序方法,使用互信息衡量导联之间的相关性,并根据导联之间的相关性以及二维卷积的特点将关系密切的导联相邻排序。实验结果表明,多导联心电图排序方法在3个数据库和3个卷积网络分类模型上取得了显著效果,F1、正确率、召回率、精确率以及杰卡德系数数值分别提升了0.011、0.009、0.007、0.014和0.013,汉明损失值减低了0.002。

基于RTDS的直驱风机硬件在环实验方法

何朴想,郝正航,陈卓,杨光绕,聂春芳

2024, 37(2):  61-68.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.02.009

摘要 ( 100 )   HTML ( 3 )   PDF (1028KB) ( 47 )  

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为实现风电机组硬件在环平台的通用性,文中在环实验平台搭建了通用风电机组硬件,完成了风电机组的优化控制。针对直驱风机在电网电压不平衡或不对称的情况下影响直驱风机正常运行的问题,文中采用基于正序和负序的电流解耦算法消除负序电流以保持恒定的输出功率。通过抑制故障时风电机组的无功功率两倍频波动,使有功和无功基准值均为0,电网无功功率两倍频波动分量的幅值为0,达到消除负序电流使风电机组稳定输出的目的,并在该实验平台进行仿真验证。实验结果表明,风电机组有功功率输出保持不变,显著提高了风电机组并网的适应性,验证了该方法的合理性和有效性。

MHz高压脉冲电源的研究

丁凯,饶俊峰

2024, 37(2):  69-75.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.02.010

摘要 ( 201 )   HTML ( 6 )   PDF (1597KB) ( 63 )  

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针对均匀放电、生物医疗等高频纳秒脉冲的应用需求,文中设计了一款基于射频MOSFET(Metal Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)的高重频高压脉冲电源。脉冲电源的控制信号由FPGA(Field Programmable Gate Array)提供,并通过光纤进行传输,经驱动芯片放大后同步触发每一级放电管。驱动芯片采用电源模块隔离供电的方式来提供不同的地电位。放电管采用RCD(Residual Current Device)吸收电路来改善开关时刻的瞬时工况。分析和研究了最后一级隔离电感对放电管电压波形、负载电压波形的影响,并对Marx电路做出了改进。实验结果表明,在1 kΩ纯阻性负载上,该电源可在1 MHz重复频率下输出上升沿为40 ns、半高宽为100 ns以及电压幅值为1.1 kV的纳秒脉冲。实验验证表明该电源能够在高频高压状态下稳定工作,满足设计要求。

基于红黑隔离架构的网络安全设备设计

龚智,刘超,付强

2024, 37(2):  76-86.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.02.011

摘要 ( 287 )   HTML ( 11 )   PDF (3711KB) ( 99 )  

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基于IP(Internet Protocol)技术的天地一体化网络数据传输易受非法攻击,基于IPSec(Internet Protocol Security)的传统网络安全设备采用单主机同时连接内网和外网处理单元进行设计,存在非授权用户通过外网直接访问受保护内网的风险。文中提出了一种基于红黑隔离架构的网络安全设备新方案。方案采用红黑分区的设计理念和基于Linux下IPSec框架的VPN(Virtual Private Network)技术,通过在红区实现传输数据、基于“五元组”的安全保密规则合法性验证以及IPSec ESP(Encapsulating Security Payload)协议封装与解封装变换,在黑区实现ESP封装加密数据的公网收发,在安全服务模块实现根据外部指令完成加密算法动态切换和ESP封装数据的加解密处理,并将安全服务模块作为红区和黑区之间数据交换的通道,达到内网和外网相互隔离且有效保障内网安全的目的。实验结果表明,基于红黑隔离架构的网络安全设备抗攻击能力强,加密算法可更换,在百兆带宽条件下1 024 Byte包长加密速率大于50 Mbit·s^-1。

基于多尺度特征融合的钢材表面缺陷分类方法

田志新,徐震,茅健,林彬彬,廖薇

2024, 37(2):  87-95.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2024.02.012

摘要 ( 160 )   HTML ( 7 )   PDF (2470KB) ( 63 )  

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针对钢材表面缺陷分类检测率低的问题,文中采用一种基于纹理多尺度特征融合的表面缺陷分类方法。利用Gabor滤波器与灰度共生矩阵建立纹理图像的多尺度特征向量,同时利用卷积运算对纹理图像进行特征提取,并引入混合膨胀卷积模块以增加感受野,将两种特征向量进行融合得到加强后的融合纹理特征向量。融合后的特征以序列方式输入长短时记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)构建分类模型,利用混淆矩阵将分类结果进行指标评判。结果表明该方法在NEU(Northeastern University)数据集上的分类准确率达到97.5%。文中搭建LSTM网络、BP(Back Propagation)神经网络、SVM(Support Vector Machine)、KNN(K-Nearest Neighbor)以及CART(Classification And Regression Tree)等分类方法进行了对比实验。结果显示,在多尺度下LSTM分类方法表现最好,F1指标最高。结合BP网络、LSTM网络、SVM、KNN、CART、CNN以及AlexNet等方法进行了消融实验,验证了该方法的普适性。该方法充分挖掘了纹理图像的多尺度特征信息,对钢材表面缺陷分类方法的研究具有积极意义。