关键词： 水资源供求矛盾   水利经济模型   成本效益分析   水资源定价   市场机制  

摘要： 本文探讨了解决水资源供求矛盾的水利经济模型.随着全球人口的增长和经济的发展,水资源供应面临着巨大压力.本文首先回顾了现有的水资源供求矛盾,并指出了其中存在的问题和挑战.其次,介绍了水利经济模型的概念和应用,包括成本效益分析、水资源定价和市场机制等方面.然后,本文提出了解决水资源供求矛盾的水利经济模型,强调了经济因素在水资源管理中的重要性.最后,通过实例分析和案例研究,验证了水利经济模型在解决水资源供求矛盾中的有效性和可行性.本研究为水资源管理者提供了理论指导和实践借鉴,促进了水资源的可持续利用.

关键词： 金融风险   计量经济模型   风险管理  

摘要： 金融风险管理是金融机构和投资者必须面对的挑战。在风险管理过程中，准确地估计和预测风险是至关重要的。计量经济模型可以提供一种定量方法，帮助分析师和决策者识别、衡量和管理金融风险。本文从时间序列分析方法、机器学习方法阐述建立合适的模型和算法，提供有效的风险管理工具和决策支持，帮助金融机构和投资者更好地应对市场风险。

关键词： 光伏/光热一体化热泵   能效比   经济模型预测控制   扩增状态卡尔曼滤波器  

摘要： 光伏/光热一体化热泵系统(Photovoltaic/Thermal Integrated Heat Pump,PV/T-HP)是可再生能源与建筑用热需求结合的有效途径,是实现建筑暖通空调系统脱碳、助力建筑运行阶段节能减排的重要举措之一。然而由于太阳光辐射的周期性、不稳定性,及系统中存在多种能源转换设备的高度耦合,为该系统的运行控制设计带来了困难。鉴于此,针对该系统的数学建模与性能分析、设计高效稳定的控制器优化系统运行,提升系统动态过程可靠性、经济性是当前需要重点关注的方向。本文将构建面向控制器设计的PV/T-HP系统动态机理仿真模型,设计跟踪性和经济性预测控制器,并分别在仿真与现场实验中分析系统的运行控制效果。主要研究内容如下: (1)以PV/T-HP系统为研究对象,充分考虑系统运行机理及各设备间耦合关系,分别建立光伏电池、光热集热器、热泵系统及蓄热水箱的机理模型。基于Simscape平台集成该系统的整体模型,并通过对比模型输出值与设计值、仿真数据与真实数据的误差验证模型准确性。在此基础上,通过仿真实验分析系统的稳态和动态特性,为后续控制器设计提供了全面深入的理解和参考。 (2)针对PV/T-HP系统动态过程经济性优化,本文设计经济模型预测控制(Economic Model Predictive Control,EMPC)策略:通过调节系统中压缩机流量、膨胀阀流通截面积及水泵流量等变量,综合考虑系统外部扰动和各设备运行约束条件,在保证用户热水品质的同时,最大化系统的动态平均能效,实现经济、安全、高效的运行。作为对比控制器,设计了跟踪模型预测控制器(Tracking Model Predictive Control,TMPC),并通过仿真实验验证了EMPC在动态运行性能及能效提升方面的优势。 (3)搭建了PV/T-HP系统实验平台,开发部署了控制器及可视化交互界面。针对实际PV/T-HP系统的运行优化,考虑到系统易受外部不确定扰动(如光照强度、环境温度等)影响导致运行稳定性下降,以及测量传感器自身存在误差导致采样值并不准确,本研究设计了基于扩增状态卡尔曼滤波器(Extended State Kalman Filter,ESKF)的EMPC控制系统。一方面ESKF可根据系统的实际输出实时估计不可测扰动和状态量;另一方面采用设备能耗成本作为经济优化目标,并添加终端代价函数保证闭环控制的稳定性。现场实验结果表明:在实际工程应用中本文控制系统能有效对抗扰动、在跟踪用户负荷温度的同时降低系统耗电量,具备良好的鲁棒性、稳定性和经济性。

关键词： 天然气贸易   LNG贸易   全球化   贸易流向  

摘要： 随着绿色、可持续发展理念的不断深入,天然气作为世界上最清洁的化石能源,在能源市场上的重要性也在日益凸显,有望超过煤炭成为世界第二大能源。然而,传统的管道天然气贸易被限制在固定的区域内进行,无法走向全球化。直到液化天然气(LNG,下文将继续用LNG代替液化天然气)的出现才突破了天然气的运输局限,改变了传统的天然气贸易形势。结合这样的发展背景,本文从贸易总量和贸易格局两个层面来探讨LNG贸易对天然气世界贸易的影响。首先本文围绕要素禀赋论,比较优势论以及相互需求论来阐述天然气贸易产生的原因和运作原理,然后结合文献调查法以及定量分析的研究方法,通过建立LNG贸易量和天然气世界贸易总量之间的关系模型来分析LNG贸易对促进天然气贸易增长的影响。模型分析结果显示,LNG贸易量的增长的确带动了天然气贸易量的增长且影响程度很大。同时本文也通过净出口量的变化分析以及图表分析来阐述LNG贸易对天然气贸易格局的影响,分析结果表明,LNG贸易不仅扩展了天然气贸易的贸易范围,推动了天然气贸易的全球化,也转变了一些国家在天然气贸易中的贸易角色并改变了天然气贸易传统的贸易流向。以上研究结果表明LNG贸易对天然气贸易的影响深远,LNG也成为了天然气进口国家的主要来源,其中中国在2021年成为世界上进口LNG最多的国家,LNG贸易是否能健康发展关系到中国的能源安全,因此本文在研究的最后也分析了目前中国LNG贸易的发展现状、遇到的问题以及应对策略。

ISBN: (纸本)9787111717508

关键词： 经济模型预测控制   分布式模型预测控制   分片线性建模   能源调度与分配  

摘要： 建筑能耗大约占据了全球能耗的40%。本文的主要工作是提供几种控制策略在确保室内舒适的前提下尽可能节省建筑能耗。对于具有结构复杂、热容量大等特征的现代建筑,传统的开关控制和PID控制往往达不到期望的控制效果。一方面是因为传统的控制方法过于简单,没有处理约束的机制;另一方面是因为传统的控制方法几乎都是设定跟踪值的定值控制,最优的跟踪点会受到人员、环境等因素发生变化,而传统方法不能做出及时的调整。模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)作为建筑控温领域最先进的控制手段之一,其最鲜明的特点是能够灵活地处理各种约束。当MPC被应用于智能建筑系统,控制器能够提前接收到建筑物的占用信息,并通过优化计算得到空调系统的设定点,使室内热环境舒适的同时避免不必要的能源消耗。本文在MPC的基础上,开发了几种用于建筑室温控制和能源调度分配的经济模型预测控制(Economic MPC,EMPC)方案。 本文的研究工作如下: (1)基于不适度指数提出了一种考虑到建筑占用信息、当地电价等因素的EMPC方案,使用机理建模的方式建立建筑物的电阻电容(Resistance-Capacitance,RC)模型作为EMPC的预测模型,该方案通过求解优化问题能够在保障室内环境热舒适性的条件下尽可能地节约空调系统的能耗。优化问题的目标函数最初是非线性的,经过线性化近似,使得原有的非线性优化问题转化成线性优化问题,在减少了大量的计算时间的同时控制效果基本不变。 (2)仅用温度来评价室内舒适性并不全面,因此引入了预计平均热感觉指数(Predicted Mean Vote,PMV)作为衡量舒适性的指标。本文使用分片线性建模方法来近似PMV指数的原始非线性公式,并提出一种同时优化PMV指数和空调能耗的EMPC方案。针对该方案需要求解的分片二次规划问题,本文开发了一种迭代算法进行求解,并从理论上证明了该算法是一个下降迭代算法以及该算法能够收敛到分片二次规划问题的局部最优解。与现有的分片二次求解算法相比,本文算法的收敛速度更快,并且受子区域扩张和预测时域增加的影响更小。 (3)针对能源容量有限,有时不能满足全部房间能源需求的可再生能源系统,本文提出了一种划定供能优先级的分布式能源分配策略。该策略为每个房间配置一个子控制器,子控制器和自己的邻居交换信息并求解优化问题,需要求解的优化问题的规模小于集中式的情景,并不随着系统规模的增大发生变化。同时,该策略允许用户设置优先顺序,控制器会为优先级高的房间充分供能,实现满足紧急供能需求的目的。在该策略下,所有的子系统并行优化,大大提升了计算效率,并具有很好的可拓展性。

关键词： 移动边缘计算   5G超密集网络   资源定价机制   平均场博弈   拍卖算法  

摘要： 移动边缘计算通过将任务从云端下沉到边缘服务器执行来为用户提供低时延、高品质的服务。但在5G(the 5th Generation Mobile Communication Technology,5G)超密集网络下大量边缘服务器节点的相互竞争用户,使得边缘服务器节点的通信开销和计算开销有所增加,与此同时每个边缘服务器的资源是有限的,针对边缘服务器如何制定合适的资源配置策略,既能满足用户服务体验质量,同时又能满足边缘服务器的利益和整个边缘计算系统的效益,就成为MEC中一个亟须解决的关键问题。在对MEC中资源配置策略的国内外技术和经济层面的相关研究进行了全面的分析后,本文围绕多用户多服务器环境下,资源配置过程中的服务价格、用户动态性、边缘服务器竞争性及MEC系统整体效益等问题展开研究,提出结合经济模型的资源分配策略,论文主要工作如下。首先,针对服务器竞争性和用户动态性问题,提出基于平均场博弈的资源分配策略。综合考虑资源分配带来的通信代价与计算代价,构建合理的信道模型和根据实时情况动态计算资源价格的模型;在此基础上,分析给出影响资源定价的三种价格导向因素,提高定价的准确性,确保有限的资源获得最优的定价,并根据模型特征提出改进的WOLF-PHC算法来求解最佳的资源分配策略。其次,针对MEC系统整体效益问题,在多用户多边缘服务器环境下,提出基于拍卖算法的MEC系统收益最大化算法。该算法将两次拍卖与组合拍卖相结合,并使用背包算法进行资源分配。根据客户需求的权重优先级进行竞价,结合不同服务器上的实时用户需求,采用不同的竞价方式,使用者会按照服务器的实时定价来支付。通过仿真实验表明,该算法可以有效提高MEC整体效益,并且应用场景具有可扩展性。

关键词： 经济模型预测控制   风电机组   负荷频率控制   分布式控制   多区域互联电力系统  

摘要： 电力系统控制和运行的主要目的是确保供电质量以及可靠性,而有助于实现这一目的的关键措施就是负荷频率控制(Load Frequency Control,LFC)。LFC作为电力系统保证供电质量及电力系统安全与经济运行的重要手段,由于电力系统规模的扩大以及复杂多变的互联网络,已成为现代电力系统设计和运行中一个值得深入探究的控制问题。现如今,人口增长和社会发展正在加剧能源的需求,传统化石燃料燃烧引起的气候变化和环境污染也愈发严重。因此,为了向绿色、清洁的能源系统过渡,人们开发了许多可再生能源的电力生产方式。其中,风能作为具有发展前景的一种清洁能源,占据了可再生能源装机规模相当大的比重。本文针对风电介入下的多区域互联电力系统LFC问题,开展基于经济模型预测控制(Economic Model Predictive Control,EMPC)的研究,这对于现代电力系统控制和运行具有一定的意义和经济价值。本文的主要研究工作可以概括为以下几个方面:(1)介绍了基于不同方法解决LFC问题的研究现状。建立了风电介入下的多区域LFC系统的数学模型,并简要说明了调速器阀门位置以及风电机组输入限制的控制约束。(2)考虑LFC系统的经济性控制问题,设计了一种EMPC控制方法,用于解决受控制约束的负荷频率控制问题。该方法利用一个在经济稳态点处构造的辅助正定函数,设计EMPC开环优化问题的稳定性约束。再利用终端约束集、终端代价函数以及局部控制器三要素,实现闭环系统的稳定性,并通过仿真加以验证该策略的有效性。(3)针对大规模电力系统计算负担较重的问题,提出了一种基于双模策略的DEMPC控制算法。该方法直接优化LFC控制过程中由负荷调频成本、火力发电成本以及风力发电成本等经济性能指标构造的代价函数。该算法在局部优化问题中引入了状态鲁棒约束,并在给定条件下适当选择参数,用以保证LFC系统的可行性以及闭环稳定性,并通过实例验证了该策略在计算效率以及经济性能方面的有效性。

关键词： 随机经济模型   It(?)公式   收敛性   EM方法   时滞波动函数  

摘要： 随机微分方程在数学、物理学等领域都有着广泛的应用.在近几十年来,对随机利率模型的研究成果比较丰硕.无论是在经典的期权定价模型中,还是在CKLS模型中,数值解的收敛性问题逐渐成为了热点研究问题之一.特别是时滞的引入,使得随机利率模型变得更贴切现实中的利率变化,从而研究的问题变得更加复杂.随机利率模型描述了金融中股票证券等的变动,通过对其解性质的研究,可以让人们掌握原本捉摸不透的股票等的变动,所以对解的收敛性的研究是至关重要的.本文主要给出了Black-Scholers-Merton期权定价模型和CKLS时滞随机利率模型数值解的收敛性.由于时滞的影响,需要构造截断Euler-Maruyama方法.首先介绍了随机利率模型的研究背景、发展现状以及研究内容和结构.并且介绍了Euler-Maruyama方法和截断Euler-Maruyama方法近些年的发展和应用.其次,研究Black-Scholers-Merton方程,方程中的漂移项和扩散项满足Lipschitz条件和p阶矩条件,然后给出Euler-Maruyama方法下该模型数值解的收敛性分析,最后将得到的结论应用到具体的实例中,验证结论的有效性.最后,将构造的截断Euler-Maruyama(EM)方法应用在带有时滞波动率函数的CKLS模型上,给出了在局部Lipschitz条件和Khasminskii-type条件下该模型解的存在性,然后在相同条件下给出了该模型数值解的收敛性.证明了截断EM方法的近似解可以在蒙特卡洛中用于一些数值估值的金融工具,如期权和债券.

关键词： 波浪能发电装置   模型预测控制   计算复杂度   模型失配   时变权重  

摘要： 海洋波浪能极具开发潜力,可以通过波浪能发电技术转换为电能,有助于缓解能源短缺。波浪能发电装置用于从海洋中提取能量,如何提高装置的能量捕获效率并保证其运行安全一直是波浪能发电技术的研究重点,为此研究人员提出了多种针对波浪能发电装置的控制方法。波浪能发电装置的控制实际上是一个约束优化问题,而模型预测控制由于具有处理约束的能力尤其适用于该问题。为了实现捕能优化,模型预测控制面临的在线计算负担、模型失配和由固定权重导致的能量捕获损失问题不容忽视。 本文以振荡浮子式波浪能发电装置为研究对象,针对波浪能发电装置的经济模型预测控制中存在的计算负担和模型失配问题进行了研究,并提出了时变权重理论,以提高能量输出和保障系统安全。首先,本文对波浪能发电装置进行了受力分析,建立了状态空间模型。接着,以能量收益为目标设计目标函数,结合物理约束建立优化问题,将经济模型预测控制方法应用到波浪能发电装置。然后,针对经济模型预测控制方法的在线计算负担问题,引入了Hildreth’s数值优化算法,并探究其在波浪能发电装置控制中的实际效果和优势。最后,为了解决模型失配问题并实现能量捕获最大化,提出了基于时变权重的自适应经济模型预测控制方法,该方法的自适应层用于改善由激励力动力学模型不准引起的模型失配问题,时变权重理论则用于在保障系统高海浪运行安全的同时,提高波浪能发电装置在低海浪时的能量输出。 本文通过数值仿真测试了上述控制方法的性能。结果表明,建立的波浪能发电装置的数学模型可以满足仿真需要。设计的经济模型预测控制方法可以使浮子速度和波浪激励力达到近似共振状态,从而提高波浪能捕获效率。与内点法和有效集法相比,Hildreth’s算法具有相同的求解效果和更快的求解速度,且求解速度相对稳定,可以作为波浪能发电装置经济模型预测控制求解器的一个更优的选择。自适应层在处理模型失配问题上具有良好的效果,可以使最终能量输出达到未发生模型失配情况下能量输出的98%以上。基于时变权重的经济模型预测控制比单纯的经济模型预测控制具有更好的性能,可以通过提高低海浪下的瞬时功率,使整体能量输出提高4%以上。