长春工程学院第174期研究生论坛——“结构防灾减灾”主题科技论坛于2024年5月14日，在湖西校区7教7716教室开办。参加本次论坛的同学为2023级研究生，本次主讲的10位同学分别为：迟鑫瑞、杨欣雨、黄成龙、殷云高、朱洋洋、刘人杰、陆尹文、裴立新、任禹衡、唐湘伟。

迟鑫瑞——绿色建筑技术在老旧小区改造中的应用

绿色建筑技术是基于保护环境、节能减排、回归自然这一基础上进行的，不仅符合我国目前的可持续发展战略，还能够提升小区的资源利用率，改善居民的居住环境。因此，绿色建筑技术对老旧小区改造应秉持着以下原则进行，（1）因地制宜：考虑老旧小区的具体情况和地理位置，进行个性化改造规划；（2）节能减排：通过创新施工方式，节约能源，减少污染；（3）成本合理：考虑老年人的经济承担能力，追求经济效益和最佳效果。绿色建筑设计理念具体采用一下方法，（1）外墙保温改造技术：使用EPS等保温材料进行外墙保温；（2）门窗节能技术：更换为铝制窗框和低辐射玻璃，提高隔音和保温效果；（3）通风技术：利用通风幕墙技术提高通风效果；（4）可再生能源利用技术：如雨水收集和利用太阳能；（5）智能遮阳技术：使用智能控制系统改善采光问题。未来，绿色建筑设计在老旧小区中的研究方向应包括装配式构件或集成模块和信息化建设两方面，装配式构件或集成模块：用于节能改造和结构加固，提高施工效率。信息化建设：实现智能化社区建设，如海绵化改造监测系统、智能停车管理系统等。

杨欣雨——垂直轴风力发电机组综述

垂直轴风力发电机叶轮转轴与地面垂直，相较于水平发电机具有许多优势：（1）包括简化的设计、（2）不需要偏航系统、（3）材料要求和制造难度较低、（4）发电机和变速箱均安装在地面，便于维护。人们过去普遍认为垂直轴风力机的风能利用率低、启动性能差。垂直轴磁悬浮风力机将磁轴承运用到风力机中，既改善了风力机的启动性能，还大大提高了其风能转化效率，同时实现了微噪声，真正实现微风状态发电。为了提高发电效率 、减小体积，小型垂直轴风力机多使用直驱式永磁发电机。传统的机械轴承在风力发电机中存在摩擦严重的问题，特别是对于启动性能不佳的垂直轴风力机而言尤为严重。风电场安装的兆瓦级风力机占大多数，风力发电系统的输出波动直接影响电网频率变化，从而影响电能质量和电网的稳定运行。其解决方法：采用飞轮储能系统等技术，利用储能系统储存电量，改善电能质量，进一步使用仿真软件对输出滤波控制等方法进行比较分析，证明该方法对于小型电网的频率稳定性具有明显效果。同时，将主动磁轴承运用到风力发电中，提高能量转换效率，并通过实际样机的仿真验证结果，进一步验证了这些方法的有效性。

黄成龙——基于MPC的虚拟同步发电机控制策略

为了能尽可能地利用分布式发电所带来的经济效益和对电网可靠性的改善，并尽量减少其对主网的冲击，提出了微电网。微电网中的光伏、风电等分布式电源发电后既可以用户自用，又可以将多余的电送给大电网，既可以并网运行又可以离网运行，对实现众多分布式可再生能源的就地消纳有重要作用。微电网控制策略采用恒功率PQ控制、恒压恒频V/F控制、下垂控制、虚拟同步发电机VSG控制等方法进行自适应参数整定。传统的VSG下层控制常采用电压电流双闭环控制，双环控制中会用到大量的PI控制器，过多的PI控制器会导致系统响应速度变慢，超调变大等问题，极大的限制底层逆变器的动态性能，为此提出模型预测控制（MPC）来代替电压电流双闭环。得出结论：采用惯量和阻尼自适应控制可以使有功功率曲线响应速度较快，进入稳态时间较短，超调较小，对有功功率的变化起到 一定的抑制作用。采用MPC作为VSG的下层控制，可以免去VSG繁复的PI参数整定，且不使用PWM调制。在功率突变时，采用MPC代替双闭环控制有更快的恢复能力且超调量更小，动态性能更好，能更好地改善系统的频率及功率的动态响应及稳定。另外改进三矢量MPC-VSG控制下的并网电流在波峰处更圆润，电流纹波更小。

殷云高——决策级融合和堆叠小波自编码器（SWAE）

随着工业设备的发展和技术的进步，越来越多的传感器被安装在不同的位置和方向上，以获取工业设备潜在的故障信息。然而，如何有效地融合这些多传感器数据仍然是一个挑战。在此基础上，文章提出了一种新的方法，结合了决策级融合和堆叠小波自编码器（SWAE）的技术，用于协同故障诊断。首先，采用堆叠小波自编码器（SWAE）结构和Morlet小波函数进行多传感器数据融合。这种方法可以更准确地将非平稳振动数据和各种工作状态进行映射，从而提高故障诊断的性能。其次，采用灵活的加权融合策略，根据不同的情况为每个传感器模型分配权重，以实现更可靠和准确的故障诊断结果。以行星齿轮箱为例，利用来自多个传感器的噪声振动信号来测试所提出方法的诊断性能。为了克服传统故障诊断方法依赖主观经验的问题，提出了一种多传感器融合的协同故障诊断方法。该方法首先构造SWAE，建立非平稳振动数据与各种工作状态之间的映射关系。其次，利用多传感器振动信号训练一系列基本SWAE，提供多个诊断结果。最后，设计了一种增强的投票融合策略，灵活地确保协同诊断结果。经过实验，结果表明，该方法能对行星齿轮箱故障提供更准确、可靠的诊断结果。

朱洋洋——基于双层长短期记忆网络的超短期风功率算法研究

针对风速的剧烈波动引起了风机机械力矩的变化，难以保持稳定的额定输出，导致风机的有功功率输出波动，使得电能质量得不到保证，不可得避免的影响到电网运行的可靠行的现象。研究提出了一种双层长短期记忆网络的超短期风功率点预测模型。该模型通过将时序特征、风向和风速数据进行分解，并将其作为输入变量进行建模和实验，以实现超短期风功率区间的预测。根据基于实际风场生产数据所得的实验结果，得出以下结论：(1)对于从实际生产风电场的SCADA系统中获取的数据，存在缺失和异常数据等情况。通过对原始数据进行异常数据筛选和缺失数据删除等预处理，可以提高预测模型的可信度和准确性。(2)采用简单的数学分解方式处理数据，可以降低由其他数据分解算法所带来的计算量。根据基于重要性排序的特征选择结果，可以更有效地挖掘数据特征，确定最终预测模型输入的历史风功率时序特征，从而有效增加预测模型的预测精度。(2)与其他三种算法进行比较后，证明了本研究提出的双层长短期记忆网络在超短期风功率点预测上具有较高的精确性。

刘人杰——综合能源系统优化调度

综合能源系统由多个子系统组成，如发电系统、输配电系统、储能系统等，共同实现能源的高效利用，包括多种能源类型，如电能、热能、燃气等，以满足不同用户的需求，综合能源的优化调度是指通过合理的调度策略，实现能源的优化配置和利用，提高系统的效率和经济性。优化调度技术通常采用数学规划、启发式算法、遗传算法等方法，通过对能源系统的运行数据进行分析，建立优化模型，求解最优解，可从供给侧、传输侧、转换侧、负荷侧等角度进行，实现能源系统的优化调度。传统碳交易机制的加入便于用户观察碳排放量与成本之间线性关系，但对于高碳排放量约束力度不购明显，引进阶梯式碳交易机制可为各主体碳排放约束赋能，强化IES的低碳性能。以电、热、气负荷均具有横向和纵向响应IES的能力，来研究各自时间维度上的平移和相互替代。目前主要采用随机优化(stochastic optimization，SO)和鲁棒优化(robust optimization，RO)，采用随机场景法对可再生能源和负荷出力进行不确定性建模，再基于确定性优化下的源荷曲线进行算例分析。本文利用列约束生成算法(C&CG)对所搭建的模型进行求解，相较于Benders算法， C&CG提供了一种处理可行性问题的通用方法，对第二阶段的变量类型没有要求，适用性好，复杂度更低。

陆尹文——装配式建筑碳排放实时检测

建筑业是全球能源消耗和碳排放的主要来源，约占全球能源消耗的20%，并且碳排放量占全球总量的三分之一。中国建筑业处于工业化初级阶段，装配式建筑的生产方式较新，因此建立装配式建筑的碳排放监测对于可持续发展至关重要。尽早实施实时监测，将有助于制定减排计划、过程控制和事后分析。实时监测首先进行定量模型设计，第二步进行硬件设计，设计分为生产阶段、运输阶段、现场施工阶段三个阶段进行，第三步软件设计，从选择数据库、开发服务器、构建虚拟模型、开发数据呈现平台四个阶段展开。按照从预制构件制造到安装的阶段顺序，平台可分为三个阶段：(1)预制构件制造阶段、(2)预制构件运输阶段、(3)现场阶段。预制构件制造阶段包括信息输入、视觉管理、碳排放数据分析三个功能；组件运输阶段包括为司机开发一个应用程序；现场阶段的碳排放监测界面类似于预制构件生产阶段。该系统的开发有助于装配式建筑建造全过程的碳排放分析和控制。碳排放监测对于制定成熟的节能减排政策具有重要意义。它将准确、及时地测定工业建筑各施工阶段的碳排放量，有利于提高中国工业建筑的环保水平，也有利于中国碳税和碳排放权交易政策的制定。

裴立新——潮流能发电

随着“双碳”目标的提出绿色能源迎来了发展新机遇。我国开始大力发展可再生能源，利用风能、太阳能、海洋能等清洁能源进行发电。潮流能是潮水在水平运动时所含有的动能，属于一种新型的清洁、可再生能源利用方式。潮流能发电装置主要分为水平轴潮流能水轮机、竖直轴潮流能水轮机、升力—阻力型装置、震荡式水翼装置等。风车式潮流能水轮机：结构和工作原理与现代风力机相似，被形象地称为“水下风车”，是目前最为成熟的一种潮流能水轮机。导流罩式潮流能水轮机：这种装置是在水平轴水轮机转子叶轮外部增加一个导流罩，具有聚能、导流的作用，积聚水流能量，提高获能效率。竖轴潮流能水轮机又称横流叶片式水轮机，由三个叶片组成，桨叶主要分为直叶式和螺旋式叶片两种形式，最大的特点是在转子转向保持不变的同时，能适应各向来流。扩张导流管的竖轴潮流发电机：当海水通过扩张导流舱时，其中的水流速度会得到明显的提高，可明显增加叶轮的输出功率。目前进展-翼型的优化设计，通过翼型软件profili获得二维坐标，然后基于MATLAB优化条件下得到的最优化条件下的每个截面的弦长和扭角，通过坐标变换，得到所有截面的三维坐标，进而通过SolidWorks完成叶片模型的建立。

任禹衡——工业过程故障检测诊断方法

故障诊断的方法可以分为基于模型、基于信号、基于知识和混合–主动方法，其中基于知识的方法也被称为数据驱动方法。但由于存在易陷入局部最小值、收敛速度慢等问题，之后研究人员不断地改进人工神经网络以应用于故障诊断中。目前所用的机器学习与普通的人工神经网络方法不能产生原始数据的判别特征，并且与信号特征提取过程相结合。而特征提取本身是一项复杂的工作，对最终结果有很大的影响。随着机器学习的发展，深度学习(deep learning，DL)已成为克服上述缺陷的有效方法。研究方法采用一维卷积神经网络和基于强化学习的NAS算法，1-DCNN是一种针对一维信号的特定类型的CNN，它同时使用一维卷积和子采样来实现特征映射；NAS的方法可以分为三个框架，即基于进化的NAS、基于强化学习的NAS和可微架构搜索(DARTS)。对于基于进化的NAS使用了神经进化的增强拓扑(NEAT)来同时优化网络结构和参数; 基于强化学习的NAS是端到端的梯度反向传播; 为了避免架构采样过程基于网络在验证集上的性能，通过梯度下降对网络架构进行优化。本文提出了一种基于NAS的一维数据1-DCNN算法，1-DCNN提取的高水平代表性特征将提高分类器检测异常和识别故障模式的性能。

唐湘伟——透水路面

目前，我国很多城市路面雨水的收集排放依然采用传统的硬化道路—雨水收集—市政雨水管网系统输送—河湖水系排放的排水方式，大雨时路面容易形成很深的积水，形成城市内涝，造成车辆熄火被困，行人难以通行等严重事故。透水路面的出现能够缓解城市内涝、补充地下水资源，同时能够缓解城市热岛效应，提高行车安全性。透水路面有三种典型结构，一是表层排水式路面典型结构：表层排水式路面的渗透功能层是路表沥青层，其主要作用为下渗、存储道路径流雨水、改善道路防滑稳定性和车辆安全稳定性及减少噪音；二是半透式透水路面典型结构：可以降噪，避免雨天出现飞溅、眩光、水漂等现象，提高道路的安全行驶性，还有一定蓄水作用，对径流控制和提高城市的排水防涝能力有促进作用；三是全透式路面典型结构：除了具备表层排水式和半透式路面的功能外，还补充了城市地下水资源。透水路面研究领域的两种新材料，一是彩色聚氨酯混合料，其排水能力较强、降低了对阳光的吸收程度，可减缓城市道路表面的温度及道路表面的老化效应，二是混掺纤维透水沥青，采用玄武岩纤维和聚丙烯纤维进行合理比例的复掺，可综合提升混合料包括水稳定性在内的各项路用性能。