关键词： 系统稳定性   最优控制   传染病模型   土壤营养模型   经济模型  

摘要： 本文旨在研究控制理论在生态、环境和经济领域的应用价值，围绕系统稳定性分析和最优控制理论这两个方向，阐述了若干分析方法和设计策略对于实际问题的适用性，并通过对模型的创新设计和具体研究，得到了相应系统的稳定性结论和最优控制策略.　　在系统稳定性分析方向，本文主要完成了以下两个方面内容：　　1.设计了一类土壤营养模型，利用线性稳定性方法和中心流形定理给出了非线性系统平衡点在临界情况下的稳定性质，讨论了系统的分支现象，并通过MATLAB的streamslice方法矢量流线模拟仿真，验证了结论的有效性，对最优种植方案提供启示.　　2.针对近期爆发的新型冠状病毒肺炎疫情，结合疫情传播特性，建立了两个传染病动力系统模型，基于Lyapunov稳定性定理和线性化稳定性分析方法，结合Lebesgue控制收敛、Arzela-Ascoli、Gaines-Mawhin等定理，根据基本再生数的大小，分情况讨论并给出了模型的无病平衡点和地方病平衡点的稳定性，并通过Runge-Kutta法和streamslice矢量流线法对具体数值进行了模拟计算，验证了结论的可靠性.　　在最优控制理论方向，本文主要完成以下三个方面内容：　　1.基于一类具有饱和恢复率和传染率的SIR模型，引入潜伏者传染参数，建立了符合当前新冠肺炎实际传播情况的SEIR模型，根据Pontryagin极小值原理，通过Hamilton函数法求解最优控制策略，并利用MATLAB，基于高斯有限元法的非线性最优控制模拟动力过程，得到了较为符合实际的仿真结果.　　2.针对随机最优控制，利用伊藤随机积分的若干结论，结合动态规划方法、Hamilton-Jacobi-Bellman方程和线性二次型最优控制分析了随机最优控制的理论运用基础，并通过设计投资分配模型和污染物排放模型研究了随机最优控制问题的实际应用，给出了最优控制策略.　　3.针对微分博弈，考虑多变量控制情形，利用微分博弈方法，通过构造值函数，对石油寡头生产博弈模型、科技标准竞争模型和渔业捕捞模型进行了开环和反馈控制研究，得到了解决这三个实际问题的最优方案.

关键词： 风力发电   风电场   经济模型预测控制   分布式控制   纳什最优  

摘要： 在以清洁能源逐渐替代传统化石燃料的全球能源转型战略改革中,风能作为可再生清洁能源之一具备了很好的发展前景。近年来风力发电技术成为了研究热点。一般地,风力发电并网的媒介大多是风电场。由于风能的随机性,保持系统平稳出力和准确跟踪电网需求是风电场控制的重点。而风电场又是风电机组的集群分布而来。风电场的输出需要场内机组的协调合作以满足实时功率平衡。在达成上述目标后,系统还要保持最佳经济效益,这对风电机组控制和风电场控制提出了很高的要求。为了满足系统运行的经济性,本文首先以变速变桨距风电机组为控制对象,采用经济模型预测控制来优化机组在风速动态变化过程中的经济效益。对风电机组各个子部件建立数学模型,考虑各个子部件上的疲劳损耗,构成风电机组的经济指标。此外,风电机组从风中捕获能量继而产生电功率,输出的电功率大小能直接反映风电机组捕获能力,在不要求风电机组限功率发电的情况下,希望风电机组发的电越多越好,因此,输出功率最大化也是机组的一个重要经济指标。机组实际运行时有安全工作范围,即机组控制存在多个约束。由此建立了经济模型预测控制带约束优化问题,通过调节桨距角和发电机转矩来提高系统动态经济性能,实现全风速范围内机组的经济安全运行。由于风电场内机组数量较多、分布较为分散、运行状态不同或者由于不同区域的风电场要互联发电,因此对风电场的控制采用分布式控制结构。分布式控制结构不仅能显著降低计算负担,还减小了机组的切入切出对系统的影响,增加了系统控制的灵活性。而且当某个子系统的控制器发生故障时,其他子系统还能继续正常工作,系统的可靠性得到了保障。本文在优先保证风电场跟踪电网给定需求功率的情况下还兼顾了风电场整体经济效益保持最佳。为了达到上述目标设计了分布式经济模型预测控制策略,将风电场的整体经济效益分布到每台机组,每台机组采用上述的经济指标,构成经济目标函数;同时每台机组必须保证自身出力与场内其他机组出力之和等于电网需求。为了减小分布式通信网络上的数据传输量,采用基于纳什最优的方法求解。在全风速范围内模拟低高风速,对风电机组和风电场分别进行了经济模型预测控制和分布式经济模型预测控制算法的仿真实验,并与传统的模型预测控制对比,实验结果表明设计的算法能达到很好的控制效果。

关键词： 经济模型预测控制   分布式   波能转换器   多端高压直流输电   风--光--储微网系统   经济目标函数   动态规划   渐近稳定   双模式  

摘要： 控制系统的主要目标是快速、可靠地驱使系统达到目标的设定值。模型预测控制可以很好的控制受约束的复杂系统,因此其在工业界受到广泛应用。在系统的优化和控制中,模型预测控制通常作为下层的设定点跟踪,其跟踪的稳态点是上层根据系统的经济指标优化得来。虽然这种分层控制策略成功地解决了系统优化和控制问题,但是随着对动态市场驱动的操作需求的增加,对控制策略的高效性和灵活性的要求越来越高,传统的分层控制已经不再适应现在很多系统的控制需求。为了将系统的经济优化和过程控制结合在一起,以实现系统的实时优化和控制,提高系统的控制性能和经济效益,于是采用了经济模型预测控制算法。在经济模型预测控制中,控制器直接优化系统的经济目标函数,而不是像传统的模型预测控制跟踪设定值。因此系统的动态经济效益有显著提高。现代电力系统是大型的、地理上分散的相互关联的分布式系统。传统的集中式经济模型预测控制无法快速处理有如此多变量的优化问题,而且对于分布式系统而言,集中式的方法的扩展性和安全性不佳,于是本文提出了分布式经济模型预测控制算法。通过建立全局的目标函数,使得各个子系统之间相互合作,避免竞争。然后通过子系统之间多次的迭代,使得子系统的局部最优解逐渐接近集中式控制算法下的全局最优解。同时,在分布式算法下,子系统控制器的计算量相比于集中式算法大大降低。本文主要工作如下:一、研究了一类针对连续时间非线性系统的双模式经济模型预测控制算法。该算法可以直接处理非线性系统模型,并且在系统有外界扰动的情况下,通过使用两种工作模式的经济模型预测控制算法,使得系统能够稳定地运行在安全范围内,并且最终趋近于稳态点附近。对于分布式系统模型,通过迭代式的分布式算法,实现了分布式系统的实时经济优化和过程控制。通过利用李雅普诺夫函数概念和方法,选取合适的采样时间,保证了系统在扰动下的稳定性。针对风-光-储微网系统,采用了针对连续系统的分布式经济模型预测控制策略。在微网系统中,系统的经济目标主要包括a)满足总的负荷需求;b)充分利用微网系统产生的电能;c)优化电池的充电状态;d)减小与电网之间潮流的波动。基于子系统的经济模型预测控制器以迭代和协作的方式使得子系统优化问题的最优解逐渐接近全局最优解。通过双模式的经济模型预测控制算法,可以保证系统状态在外界扰动下能够运行在安全区域内,并且提高了控制器经济优化的自由度。仿真结果表明了该方法的经济性和有效性。二、研究了针对离散时间系统的经济模型预测控制算法。根据系统终端约束的不同将其分为终端等式约束和终端区域约束的经济模型预测控制。在经济模型预测控制中,控制器可以直接优化广义的经济目标函数,其经济目标函数的形式不再仅仅局限于传统模型预测控制中的跟踪目标函数形式。通过构建辅助阶段目标函数和辅助优化问题,定义系统的辅助目标函数作为李雅普诺夫函数,证明了经济模型预测控制下系统的渐近稳定。三、针对相互关联的分布式系统,提出了分布式经济模型预测控制算法,实现了系统整体的经济优化和过程控制。在分布式系统中,整个系统的集中式模型被分解成多个分布式模型,每个子系统根据自身的分布式模型设计分布式经济模型预测控制器。在每个采样周期内,基于子系统的控制器之间以迭代和合作的方式运行,使得各个子系统实现了全局的控制性能。另外通过利用子系统目标函数的凸性和选取适当的的目标函数系数,使得子系统的局部最优解在迭代的过程中逐渐趋近于集中式控制策略的全局最优解,实现了系统在本算法下的渐近稳定。四、研究了经济模型预测控制算法在波能转换器以及在多端高压直流输电系统中的应用。不同于传统跟踪模型预测控制的目标函数,在波能转换器中,经济目标函数直接反映了系统的经济性,并表示成非凸的形式。通过终端等式约束保证系统的状态逐渐趋近于稳态点。在稳定性分析过程中,构建系统的辅助目标函数,建立了系统在辅助优化问题下的渐近稳定,从而最终保证了本算法的渐近稳定。通过仿真验证了本算法的有效性和经济性以及控制器对系统约束很好的处理能力。另外,针对多端高压直流输电系统,采用了分布式经济模型预测控制算法。在此系统中,系统的经济优化(经济负荷分配)和过程控制(频率调节)可以通过一层来实现。通过调节变换器端的电压,间接改变各个子系统的发电功率和子系统之间的潮流分配,最终实现系统的最优经济调度和频率稳定。通过使用终端等式约束,保证了系统状态会逐渐趋近于稳态点。最后通过仿真验证了本算法的有效性。相比与分层控制,本算法下系统的经济性得到很大提高。

关键词： 全球价值链   出口贸易隐含碳   多区域投入产出模型   空间计量经济模型  

摘要： 随着国际分工逐渐深入到产品生产的各个环节,全球价值链得以形成,并成为国际贸易发展的一个重要特征。中国凭借丰富的资源禀赋和劳动力等优势积极融入到以发达国家为主导的全球价值链分工中,在获得贸易利益的同时引发了严峻的环境问题。因此,在应对全球气候变化和实现2030年碳减排目标的现实背景下,有必要从对外贸易角度研究全球价值链嵌入对中国出口贸易隐含碳的影响,以期为中国低碳减排目标的实现提供理论依据与数据支撑。本文首先基于多区域投入产出模型测度了中国56个部门2000-2014年的全球价值链嵌入程度和出口贸易隐含碳,分析其部门差异与时序演变特征,揭示全球价值链嵌入程度和出口贸易隐含碳的关联性;其次,构建面板回归模型,实证研究全球价值链嵌入对中国出口贸易隐含碳的影响程度,并从部门异质性角度检验模型稳健性;随后,探究不同全球价值链嵌入模式对出口贸易隐含碳的影响差异,借助中介效应模型,识别不同全球价值链嵌入模式对出口贸易隐含碳的影响路径;最后,测度中国区域流出和出口贸易隐含碳,分析中国区域全球价值链嵌入与贸易隐含碳的空间演变格局及空间相关性,并通过空间计量模型识别中国区域全球价值链嵌入程度对贸易隐含碳的空间溢出效应。本文研究结论如下:(1)全球价值链嵌入程度的测度结果显示,2000-2014年间中国融入全球价值链的程度持续加深,部门全球价值链不断延长,但总体仍位于全球价值链的中下游位置。出口贸易隐含碳的测度结果显示,2000-2014年间中国出口贸易隐含碳整体呈波动上升的态势,部门差异明显。(2)面板回归结果表明,全球价值链嵌入位置的提高对出口贸易隐含碳有明显抑制作用,并且模型的潜在内生性问题会低估全球价值链嵌入位置对出口贸易隐含碳的影响程度。(3)基于不同全球价值链嵌入模式的研究发现,前向参与度与后向参与度的提高以及后向生产长度的增加对中国出口贸易隐含碳有明显促进作用,前向生产长度的增加对中国出口贸易隐含碳有显著抑制作用。(4)中介效应模型结果显示,只有当以增加前向生产长度的模式嵌入全球价值链时,规模效应、结构效应和技术进步效应才是全球价值链嵌入影响出口贸易隐含碳的主要路径。(5)空间计量结果表明,中国各区域贸易隐含碳具有明显空间差异性和集聚性,“黑河-腾冲线”两侧区域差异最为明显。经济距离矩阵条件下的区域垂直专业化指数对本区域贸易隐含碳的直接效应显著为正,空间邻接矩阵、地理距离矩阵以及经济距离矩阵条件下垂直专业化指数的空间滞后变量的估计系数同样显著为正,表明中国区域全球价值链嵌入对贸易隐含碳存在显著区域间溢出效应。基于以上结论,本文从转变外贸发展模式、推进生产方式低碳化、引领区域价值链以及制定不同区域碳减排政策等角度提出政策性建议。本文的创新之处主要在于:(1)将全球价值链嵌入与出口贸易隐含碳放在统一框架下,识别不同全球价值链嵌入模式对出口贸易隐含碳的异质性影响。(2)对规模效应、结构效应与技术进步效应的中介效应进行检验,识别全球价值链嵌入对出口贸易隐含碳的影响路径。(3)从空间计量视角出发,分析中国各区域不同行业的贸易隐含碳空间演变趋势,探究全球价值链嵌入对中国区域贸易隐含碳的空间溢出效应。

关键词： 社区团购经济模型   均衡分析   佣金  

摘要： 本文应用静态分析、比较静态分析、动态分析三种均衡分析方法,研究关于佣金,商品价格,供求关系函数以及消费者行为等方面的社区团购经济模型的均衡问题。

关键词： Lévy跳   Markov切换   Hopf分岔   灭绝性   持久性  

摘要： 本文利用随机动力系统和随机微分方程等理论知识,并借助于构造适当的Lyapunov函数以及一些不等式技巧,研究了一类随机捕食生物经济模型的动力学性质。主要包括其全局正解的存在唯一性,随机捕食经济系统的持久性,灭绝性,稳定性,分岔行为以及最优控制。获得了如下几项研究成果:首先,针对具有Holling Ⅱ型功能反应函数的随机捕食经济模型,运用随机系统动力学基本理论与构造合适的Lyapunov函数的方法讨论了模型的动态行为。结合Lyapunov函数和一些不等式给出了随机系统正解的存在性与唯一性的条件。并对系统的稳定性进行了分析。接下来,运用随机平均法,奇异边界理论和不变测度理论研究了分岔行为。最后,给出了相应的数值模拟,验证结论的正确性。其次,针对一类具有Levy跳的随机捕食经济模型,应用Lyapunov函数和鞅理论对其动态行为进行了研究。讨论了随机系统全局正解的存在性与唯一性。接着对系统的稳定性进行了证明,并给出了种群灭绝的条件。结论是,Levy跳可以改变系统动态特性的变化。最后给出了数值模拟结果。最后,针对一类具有Markov切换及Lévy跳的随机捕食经济模型,讨论系统灭绝性和唯一遍历稳态分布存在的条件,并估计了解对稳态分布的转移概率的收敛性。在此基础上,给出了最优捕获策略存在的充分条件。讨论了最优价格控制策略和最大可持续收益预期。最后,通过数值模拟对理论结果进行了验证。

关键词： 区域经济   大数据   探索性空间数据分析   空间计量经济模型  

摘要： 以区域经济学的相关理论为基础,基于大数据及空间计量经济模型理论,对广东省的区域经济的发展状况及影响因素进行了实证分析。探索性空间数据分析结果表明,广东省区域经济发展具有显著的空间相关性,纳入空间效应的计量经济模型结果表明第二产业增加值、规模以上工业增加值、技术和政府政策是广东省区域经济发展的主要影响因素。

关键词： 调峰   最小运行方式   粒子群优化算法   经济模型   计算平台  

摘要： 近年来,随着能源需求增加和环保压力增大,新能源发电装机占比不断增大。新能源的不可控性,传统火电装机占比及发电小时数的逐年下降,这与目前电力系统的调峰等辅助服务主要依靠火电机组的现实形成鲜明对比,使得网、源、荷的协调面临巨大挑战。与此同时,供热机组的调峰能力受到一定程度的制约,严重影响了这些地区的新能源消纳,存在不同程度的弃风、弃光。因此,供暖季,在满足供热负荷的基础上,挖掘热电厂最小出力空间,对消纳新能源具有现实的社会意义。并且,对网、源、荷的协调,在“两个细则”的指导下,区域电网的电力辅助服务政策日趋完善,电力辅助服务的市场化进程不断向前推进,一定程度上也提升火电行业参与电力调峰等辅助服务的积极性。山东省电力结构中,抽水蓄能电站的装机容量较小,新能源装机和外网入鲁输电所占比重近年来增长较大,参与电网调峰辅助服务的机组主要是火电机组。同时,山东省地处我国北方,统调机组中供热机组比例高。机组“以热定电”限制了其调峰能力,也一定程度上影响了新能源的消纳。如何从热电厂角度出发,在满足全厂热负荷供给的基础上,针对各机组的热电特性合理分配热电负荷,以获得更大的调峰空间,不仅对山东电网在供暖季合理调配发电计划,促进新能源的消纳具有积极意义,也将对热电厂提升电力辅助服务的能力,获取辅助服务的收益提供相应的参考。主要研究内容如下:1)综述了火电机组调峰的方式、热电厂最小运行方式及调峰辅助服务市场的发展。对不同类型供热机组的原理及热电特性进行了分析与对比,针对目前的调峰辅助服务政策,以山东省为例,论述了电力调度对机组调峰考核方式,指出热电厂参与调峰、调频等辅助服务面临的问题。2)进行了最小运行方式的理论分析;基于粒子群优化算法,建立了热电厂最小运行方式模型并给出边界条件。基于粒子群优化算法,通过MATLAB计算某电厂不同供热约束工况下的全厂最小运行方式,得出此时全厂的最小发电功率,对最小运行方式模型进行验证。3)通过案例机组的运行情况,进行针对电网侧的经济分析,主要分析调峰辅助服务的经济收益。包括设计工况的调峰辅助服务经济收益分析、在最小运行方式模型下的调峰辅助服务经济收益分析及实际运行情况下的调峰辅助服务经济收益分析。4)使用MATLAB的GUI模块,搭建了最小运行方式的通用计算平台。平台一能够在给出供热量的情况下,自动寻找最优的机组匹配方案及此时各机组最优的发电量与抽汽量的匹配情况。平台二能够在给出供热负荷及机组运行的情况下,自动寻找全厂最小出力及机组发电量与抽汽量的匹配情况。以某热电厂为例,进行了不同工况下通用平台的案例分析。

关键词： 金融发展   城市经济   经济高质量增长   空间溢出   空间计量经济模型  

摘要： 改革开放四十年以来,我国经济总量的不断增长,经济发展取得了举世瞩目的成就,成为了世界第二大经济体,创造了―中国奇迹‖。习近平总书记在党十九大报告中已经明确指出,中国的经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段,正处在转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期。因此,对经济发展质量展开研究就显得尤为重要。推动经济的高质量发展,是保持经济持续健康发展的必然要求,是适应我国社会主要矛盾变化和全面建成小康社会、全面建设社会主义现代化国家的必然要求,也是遵循经济规律发展的必然要求。经济增长质量是世界范围内经济增长过程中所面临的一个突出问题。近年来,随着我国经济高质量发展的不断深化,对金融和经济增长质量的研究进入了新的阶段。金融是经济发展的核心动力,经济增长质量的提高离不开金融发展,随着中国经济增长开始步入新常态,探寻经济增长质量的金融发展驱动经济高质量发展的机制就成为亟待解决的理论和现实问题。在详细阐述金融发展对经济高质量增长影响的机理和科学测度城市经济高质量增长指标的基础上,选取2006—2017年我国285个地级市的面板数据,采用空间计量经济模型,实证研究了金融发展对城市经济高质量的影响。实证结果显示,金融发展对城市经济高质量增长具有显著的正向影响,同时,城市间经济高质量增长的发展具有显著的空间溢出效应,即本地区城市经济高质量增长的发展能够对其临近城市的经济高质量增长产生正向的影响。此外,为了验证这种溢出效应是否随着城市间地理距离的变化而变化,本文还通过设定不同的距离阈值进行检验,结果显示城市经济高质量增长的空间溢出效应会随着地理距离的增加而递减,这是符合地理学第一定律的。进一步的,由于我国幅员辽阔,东中西部金融发展水平不同,对城市经济高质量增长的影响也存在着空间异质性,因此还将样本分成东中西部进行检验,检验结果显示东部地区金融发展能够显著推动城市经济高质量增长,而西部地区的金融发展对城市经济高质量增长的推动作用较弱。在理论分析和实证研究的基础上,从金融发展视角提出了相关关于推动城市经济高质量增长的政策建议。

关键词： 难采储量   灰色关联   参数优选   经济评价   经济模型  

摘要： 自非常规油气理论提出以来,针对难采储量的研究就进入了一个高速发展的时代,如何在保持低成本的前提下,发挥最大的经济效益,实现可持续开发的最佳化,以应对日益增长的世界油气需求以及逐渐匮乏的常规油气资源问题,已经成为目前油气勘探开发工业的重要任务之一。本篇论文以课题组承担的大庆油田有限责任公司《难采储量区块效益评价参数研究》课题为基础,根据大庆14个油田106个典型难采储量区块进行了研究,在了解大庆油田典型难采储量区块地质特征以及开发现状后,通过分析其储层地质特征、开发特征,首先使用累计概率法对目标区块的样本点建立单因素分类界限,绘制累计概率图,确定单因素分类结果,为解决单因素分类存在的交叉问题,选用聚类分析的方法,依据各项参数的亲疏关系,优选出能够代表储层特性和开发特征的参数,随后通过灰色关联分析和累计概率法,同时建立多因素综合分类以及动,静态综合分类评价体系,利用已开发区块动静态评价结果的关系预测未开发区块的动态开发效益。最后,结合大庆难采储量区块实际开发特征与目前国内外经济评价研究进展,对于目前已开发区块采用经济极限法,未开发区块采用现金流法计算难采储量区块的经济效益,再利用多元回归的方法建立难采储量区块经济效益评价参数与静态参数之间的定量预测模型。通过以上研究工作,确定静态、动态、动静态参数结合分类评价的结果具有较好一致性,并将大庆难采储量区块分为三类,常规有效益储量为I类;去分摊、延长评价期、降投资有效益为II类;常规、去分摊、延长评价期、降投资都无效益的为III类。结合大庆难采储量区块的地质及开发特征,分别确定了直井、水平井以及直井+水平井适合开发的砂体特征。从而实现应用难采储量区块特征参数来预测经济有效动用状况,指导经济有效开发,为难采储量区块开发规划提供地质依据的目的。