太阳能学报

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李伟琦, 王维庆, 王海云, 武家辉, 张永超

2022, 43(8): 1-7. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-0453

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针对含可再生能源电力系统中概率性潮流分析效率低且不能从整体角度反映波动对系统影响的问题,提出一种基于静态安全域理论的改进概率潮流分析方法。首先采用基于最大熵法的潮流算法计算并分析测试系统的概率潮流情况;然后通过有效边界辨识方法和静态安全距离指标分析可再生能源概率性波动对测试系统静态安全的影响。最后通过对新疆哈密区域电网进行分析,验证了所提方法的可行性和实用性。

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源荷两端不确定性的跨区系统运行策略研究

闫斯哲, 王维庆, 王海云, 武家辉, 李笑竹, 戚元星

2022, 43(8): 8-16. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1325

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针对传统跨区互联导致的源端可再生能源无法消纳而引起的大规模弃风弃光现象,建立一个计及源荷两端不确定性的动态环境经济跨区调度模型。该模型考虑各区域的发电成本及污染气体排放成本,将联络线作为可调资源,在保证各区域安全稳定运行的前提下,利用概率密度函数描述发、用电功率的不确定性,使模型更贴合实际生产。同时针对模型特点,提出基于滤子技术的自适应蝴蝶算法对其进行求解。算例仿真结果表明：当可再生能源渗透率达到40%时,较小的柔性负荷占比对系统调度成本影响显著,且也能显著改善污染排放;研究结果兼顾调度成本最小的同时减少污染排放,具有一定理论指导意义。

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含MMC交直流输电系统短路电流计算方法

高熠莹, 韩奕, 刘昕宇, 徐政, 张尚, 张玉红

2022, 43(8): 17-23. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0009

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该文基于模块化多电平换流器（MMC）的工作原理和暂态特性,对比了故障时MMC输出的短路电流与同步机电源输出的短路电流的异同,提出MMC短路电流计算模型。在分析MMC参与交流系统短路电流计算的机理后,提出采用叠加原理的含MMC电网短路电流的迭代计算方法,最后,基于PSCAD/EMTDC验证了该文所提算法的有效性。

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基于输出端谐振解耦的三端口直流变换器

高明, 余伟臣, 王杉杉, 石健将

2022, 43(8): 24-32. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1206

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针对三端口变换器的功率耦合问题,提出基于输出端谐振解耦的三端口变换器,通过在输出端全桥构造谐振腔来解除控制量对光伏端口和储能端口的功率耦合作用,将三端口变换器等效为2个输出并联的二端口变换器,并直接沿用二端口变换器系统的控制策略,使控制过程更加简单平滑,降低三端口变换器的控制环节设计难度。首先介绍变换器的拓扑结构,并分析电路的功率传输特性和变换器的控制稳定性;搭建输出功率500 W的实验样机,对拓扑结构和控制策略的有效性进行验证。

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聚光型光伏系统光电耦合性能研究

康一亭, 张兰兰, 范满, 朱娟花

2022, 43(8): 33-40. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1332

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针对复合抛物面聚光型光伏（PV-CPC）系统,建立光电耦合模型,模拟不同聚光比下光伏阵列表面太阳辐照度分布规律,并比较3种不同网格电路模型的适用性和准确性。结果表明：采用离散网格照度方法模拟精度最高,同时聚光型光伏系统在提升发电功率的同时也导致一定效率损失。当聚光比增大时,光伏阵列表面辐照度值及不均匀性增大,最佳聚光面处的照度分布均匀性优于CPC出口处;光伏阵列的发电功率和效率与太阳总辐照度呈正相关、散射比呈负相关关系。

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基于博弈论的增量配电网分布式光伏建设场地资源分配策略

田书娅, 孙玲玲, 周旭, 王宁

2022, 43(8): 41-49. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1338

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合理规划建设增量配电网内分布式光伏可有效提高增量配电网可再生能源消纳能力,为更好地实现该目的,提出一种基于博弈论的分布式光伏建设场地资源分配策略。首先阐述场地资源分配博弈思路,然后分别建立投资商和用户的效益函数模型,分析投资商和用户作为参与主体的博弈传递关系和博弈行为,在此基础上建立投资商与用户的动态博弈模型,最后应用粒子群优化算法和迭代算法求解上述模型,算例表明所提方法的合理性和有效性,该方法有利于增量配电网可再生能源消纳。

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平流层飞艇能源系统建模与小信号稳定性分析

高阳, 徐国宁, 王生, 李兆杰, 蔡榕

2022, 43(8): 50-57. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1346

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针对平流层飞艇能源系统,建立能反映该系统特性的小信号模型,特别是加入了推进用直流无刷电机,该模型能够描述能源系统各部分之间的输入输出关系和电源控制器的输出动态特性。另外,基于小信号模型和相应的线性化仿真结果,采用特征值法分析太阳辐照度、太阳电池工作温度、电源控制系统参数、电机转矩系数和电机控制系统参数等一些关键参数对能源系统小干扰稳定性的影响。该小信号模型的建立和分析结果为平流层飞艇能源系统的参数优化设计和稳定性分析提供了重要的参考依据。

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基于DTW-VMD-PSO-BP的光伏发电功率短期预测方法

袁建华, 谢斌斌, 何宝林, 赵子玮, 刘宇, 刘邦

2022, 43(8): 58-66. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1405

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针对光伏发电系统短期预测影响因素较多、预测精度较低、稳定度不高等问题,提出一种基于动态时间弯曲（DTW）和变分模态分解（VMD）的粒子群（PSO）优化的BP神经网络光伏发电预测方法。首先使用动态时间弯曲算法对光伏发电功率及影响因素的数据进行测算得到DTW值,再根据DTW值选择对光伏发电功率影响较大的辐射度作为主要影响因素,然后利用变分模态分解将影响因素及光伏发电功率进行分解,降低数据的波动性和非平稳性。运用粒子群优化的BP神经网络对各分量进行预测,然后将预测结果进行叠加,叠加所得结果即为最后预测结果。在Matlab中对该方法和其他神经网络进行算例验证和误差分析,结果表明采用该方法预测结果精度高,稳定性好。

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三电平并网逆变器的改进型有限集模型预测控制

洪剑峰, 张兴, 曹仁贤, 许成俊

2022, 43(8): 67-74. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1406

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传统的基于Lyapunov定律的有限集模型预测控制（FCSMPC）在参数不匹配时,会导致其控制方法的鲁棒性较差,严重时甚至会导致系统不稳定。针对上述问题,该文从理论上详细分析了传统的基于Lyapunov定律的有限集模型预测控制的参数鲁棒性问题,并通过引入Luenberger观测器来估算由参数不匹配引起的干扰,然后将干扰补偿到基于Lyapunov定律有限集模型预测控制中,提高了控制系统的鲁棒性和稳定性。此外,该文还考虑了有限集模型预测控制中的延迟补偿问题以及低开关频率问题。利用DSP-TMS320f28377软件在三电平并网逆变器实验平台上实现了所提出的控制方案,实验证实了所提出方法的有效性。

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基于XGBoost-LSTM组合模型的光伏发电功率预测

谭海旺, 杨启亮, 邢建春, 黄克峰, 赵硕, 胡浩宇

2022, 43(8): 75-81. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0005

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该文提出一种基于极端梯度提升（XGBoost）模型和长短期记忆网络（LSTM）模型的短期光伏发电功率预测组合模型。根据短期光伏发电特性,首先分别建立XGBoost模型和LSTM模型,然后利用XGBoost模型进行初步预测增加特征,并利用误差倒数法将两模型组合起来进行预测。选取2018年光伏电站人工智能运维大数据处理分析大赛的数据集进行实验评估,最终结果表明,该文所构建的XGBoost-LSTM组合模型的均方根误差（RMSE）为0.214,将上述方法与随机森林、GBDT模型和单一的XGBoost模型和LSTM模型相比较,该文提出的方法具有更高的预测精度。

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基于改进电导增量法的光伏最大功率点跟踪策略研究

张东宁

2022, 43(8): 82-90. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0023

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以太阳电池的物理数学模型为研究对象,通过对太阳电池输出特性的分析,提出一种基于电导增量法的无级电压扰动叠加自适应的最大功率点跟踪（MPPT）简洁控制方法,在PSIM仿真环境下,与常规的固定步长电导增量法进行对比分析。仿真研究及实验结果表明,该方法在太阳光照强度或负载突变及稳态时均能快速有效实现最大功率跟踪控制,为光伏发电MPPT控制的设计应用提供了参考。

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一种基于三端口能量路由的单级式光储并网系统及其高压穿越技术

赵巍, 王雅坤, 滕甲训, 孙孝峰, 朱艳萍, 王宝诚

2022, 43(8): 91-95. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0038

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该文提出一种具有高压穿越能力的基于三端口能量路由的单级式光储并网系统（PV-ESS）。光伏最大功率跟踪始终由三相变换器控制完成。多端口能量路由器可根据不同运行工况使储能灵活接入,平抑光伏输出,使得系统具有更高的效率。在电网高压故障下,通过储能装置抬升直流母线电压,从而使系统具有高压穿越的能力,可在电网高压状态下不脱网连续运行,直至故障恢复。

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基于VMD-LSTM与误差补偿的光伏发电超短期功率预测

王福忠, 王帅峰, 张丽

2022, 43(8): 96-103. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0043

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光伏序列具有的较高复杂性对光伏发电功率的预测精度产生了极大影响,对此提出一种基于VMD-LSTM与误差补偿的光伏发电超短期功率预测模型。该模型第1阶段采用VMD算法将原始功率序列分解为若干个不同的模态,并对其建立对应的LSTM网络模型进行预测,通过对各模态的预测结果求和得到初始预测功率;第2阶段采用LSTM网络对误差序列进行误差补偿预测,然后将初始预测功率和误差预测功率求和得到最终预测结果。仿真结果表明,该预测模型对天气具有较高的适应性,预测精度达到97%以上。

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基于柔性晶体硅电池的光伏瓦研究

陈敬欣, 丁阳, 张翼飞, 陈静伟, 宋登元, 许颖

2022, 43(8): 104-107. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1358

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光伏瓦作为一种建筑材料,可替代屋顶陶瓦建材,且增加了发电功能,以薄膜电池为主的柔性光伏瓦具有质量轻和可弯曲的特性,但存在转换效率低、使用寿命短的问题。采用柔性晶体硅太阳电池,通过固化炉加气压釜的新型层压工艺,克服了层压过程中气泡、脱层等工艺问题,实现了基于晶体硅电池效率的柔性光伏瓦。

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基于多传感器信息融合的太阳电池动态建模

李培兴, 彭乐乐, 张慧玲, 郑树彬, 柴晓冬, 林建辉

2022, 43(8): 108-115. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0044

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为获取运动状态下太阳电池输出特性,提出一种基于多传感器信息融合的太阳电池动态建模方法。基于多传感器信息融合测量模型、欧式空间旋转理论、光照强度与太阳电池空间位置关系和太阳电池数学模型及其参数与光照强度之间耦合关系,构建太阳电池动态模型得到其动态输出特性。通过SIMPACK及Matlab/Simulink仿真软件建立太阳电池动态发电仿真平台验证了方法的有效性。结果表明,载体的运动明显影响了太阳电池输出特性,且在太阳电池输出最大功率点处的功率最大减少了18.038%。

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固定式光伏支架受力性能与试验研究

胡宝琳, 吴仁杰, 周磊, 邹燕

2022, 43(8): 116-121. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0096

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为研究固定式光伏支架在风荷载作用下的受力性能及破坏模式,设计并制作足尺光伏支架试件,通过静力加载方式进行破坏性试验。结合数值模拟和理论分析,给出此固定式光伏支架的设计建议。结果表明：光伏支架在均布荷载作用下的破坏模式为檩条发生扭转变形进而整体失稳,横梁和立柱的承载力基本满足要求。对固定式光伏支架进行数值模拟,将模拟结果与试验结果进行对比验证,通过参数分析讨论光伏支架传力机理与改进措施。

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高原高寒地区光伏组件背板冷却对输出功率影响的实验研究

赵斌, 谭恒, 何锁盈, 曲宏伟, 白珍, 周腊吾

2022, 43(8): 122-129. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1034

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针对光伏组件表面温度影响光伏电站出力的技术难题,以2行4列的光伏阵列为例,在拉萨搭建光伏阵列输出功率实验测试平台,采用液冷方式在背板铺设冷却循环管道构建背板冷却系统,并基于冷却系统的连续运行（实验Ⅰ）、先停后启（实验Ⅱ）、先启后停（实验Ⅲ）3种运行工况,分别进行光伏组件有无背板冷却的对比实验,探究高原高寒地区组件表面温度对光伏阵列输出功率的影响规律。研究表明：采用背板冷却技术降低光伏组件的表面温度,可有效提升光伏阵列的输出功率,在实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中光伏阵列输出功率分别提升了1.4%、1.3%、1.0%;光伏组件采用背板冷却技术时,冷却介质循环泵耗功高于光伏阵列提升的输出功率,但在高原高寒地区可回收利用冷却介质吸热量,加热生活用水,可使采用背板冷却的光伏阵列综合效益提高。

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新型管板式太阳能PV/T集热器光热特性研究与优化

秦智胜, 张赫男, 林成楷, 吴璠, 程远达

2022, 43(8): 130-136. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0034

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为提高太阳能光伏/光热（PV/T）集热器全年运行效率,提出一种新型管板式太阳能PV/T集热器结构,并针对该集热器光热传递与光电转换过程进行分析,建立水和空气同时运行时的二维非稳态传热数学模型;在验证模型可靠性的基础上,模拟研究空气流道高度和空气流量等设计参数对PV/T集热器光热、光电特性的影响。结果表明,空气流道高度为15 mm时,PV/T集热器光电光热综合性能效率最佳;在所研究的工况下,该集热器的光电光热综合性能效率为0.84~0.87。

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太阳能PV/T热泵辅助分布式餐厨垃圾能源转化系统研究

马瑞泽, 张景新, 蒋祎璠, 代彦军

2022, 43(8): 137-142. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0051

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建立新型的太阳能PV/T热泵辅助分布式餐厨垃圾能源转化系统。对新型系统进行数学建模和热力学分析,提出新型系统性能评价指标,进行实验测试和仿真模拟。结果表明：太阳能PV/T热泵系统可稳定为分布式餐厨垃圾废物能源化系统提供热能和电能,显著提升新型系统的效率,相同环境温度下提升系统总效率为10%~15%,以期为分布式餐厨垃圾废物能源化系统在低温环境下的应用提供可能。

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基于多维特征分析的双层协同太阳辐照度预测

张鸿皓, 杨国华, 郑豪丰, 柳勇, 杨倩, 贾睿

2022, 43(8): 143-149. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1278

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为增强逐日太阳辐照度预测的准确性和普适性,提出一种基于多维特征分析的双层协同预测模型。首先,搭建一种双层协同架构,将整个模型分成基准层和提升层两部分,使用分层预测的方式追踪目标对象的多维特征和变化趋势;其次,以数值天气预报（NWP）为输入,采用LightGBM基于特征学习预测方法构建基准预测模型;然后,在前者的基础上,挖掘目标时刻太阳辐照度与历史时序数据之间的关联性,引入改进AdaBoost算法与多隐层极限学习机（MH-ELM）作为提升层主体,提高时序预测的稳定性;最后,选用中国中部地区某光伏电站实测太阳辐照度数据进行算例分析,验证了该模型的合理性和有效性。

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气象观测站点外地区典型气象年数据的获取方法

李红莲, 杨怡, 付昱曦, 王赏玉, 张颉, 杨柳

2022, 43(8): 150-156. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1318

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为了解决基础气象要素的缺失造成的建筑设计数据不足的被动状况以及无法准确科学提供室外基础数据的问题,以国家基准、基本和一般气象站的原始记录数据为基础,使用逆距离加权插值法（IDW）和梯度逆距离加权插值法（GIDW）,针对实验结果进行误差分析,研发西北和东南地区气象观测站点以外TMY数据的获取方法,并利用数学模型生成待测点的逐时数据。结果表明,使用GIDW方法得到的气象数据与实际值的变化趋势相似;同时,在考虑海拔影响后,使用GIDW方法比IDW方法的插值结果误差更小;对逐时数据进行处理,待测点的生成数据与实际逐时值符合度好。

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基于GA-BP神经网络的逐时总辐射分组模型研究

于瑛, 陈笑, 贾晓宇, 杨柳

2022, 43(8): 157-163. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0015

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通过分析影响太阳辐射的主要因素,提出以太阳高度角、季节和天气（晴空指数）作为数据划分依据的分组模型建立方法。以拉萨和西安地区的逐时气象数据和辐射数据为例,基于遗传算法（genetic algorithm,GA）优化的BP神经网络,建立太阳高度角、季节和天气类型的逐时总辐射分组模型。该研究揭示分组模型误差变化的规律,并将其估算误差与AllData模型比较。结果显示,相较于AllData模型,分组模型的估算误差均有降低。其中,天气分组模型误差最小,且西安的天气分组模型结果优于拉萨。西安天气分组模型平均绝对百分比误差（MAPE）和相对均方根误差（rRMSE）相较AllData模型结果分别下降3.96%和4.18%。研究结果表明分组模型能够降低逐时总辐射估算误差,可为估算逐时总辐射提供方法借鉴。

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3种再分析资料在太阳能资源评估中的适用性

王传辉, 申彦波, 姚锦烽, 周顺武

2022, 43(8): 164-173. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0039

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基于1979—2019年中国53站逐月水平面总辐射（GHI）观测资料,采用REOF方法将中国GHI划分为北方地区、西南地区、长江中下游地区和东南地区4个区域,从太阳能资源的角度,对比NCEP/DOE、JRA55和ERA5大气再分析GHI资料与地面观测资料差异。结果表明：3种大气再分析GHI资料整体较地面观测偏大,均方根偏差和相对偏差最大的区域均位于30°N附近,年际变化一致性均为东南部优于西北部;ERA5数据在均方根偏差、相对偏差、年际变化规律以及空间分辨率等方面均优于NCEP/DOE和JRA55;1979—2019年期间,3种大气再分析资料与地面观测数据的差异呈减小趋势,其中JRA55和ERA5资料在各区域与观测之间的偏差减小趋势显著;太阳能资源稳定度方面,3种大气再分析资料在北方地区与观测接近,南方地区JRA55以偏高为主,NCEP/DOE和ERA5以偏低为主。

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区域复杂地形晴日太阳辐射估算研究

刘兴冉, 张宏晔, 闫海明, 罗建美

2022, 43(8): 174-180. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0127

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为改进复杂地形区区域地表接收太阳入射辐射的算法,基于数字高程模型、气象数据与遥感数据,分直接辐射、来自天空的散射辐射及来自周围地形的反射辐射3部分对海河流域2001—2019年区域地表接收的晴日太阳辐射日总量进行估算与分析。经验证,模拟的晴日太阳入射辐射日通量与实测数据吻合度较高,相关系数约为0.9,区域不同地形接收的太阳入射辐射空间差异明显,结果在可接受精度范围内,此估算方法可为山区太阳能的合理利用提供科学基础。

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分层-掺混切换式蓄热水箱热特性实验及评价研究

刘凯丽, 王登甲, 刘艳峰, 刘慧

2022, 43(8): 181-187. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1052

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稳定分层、充分掺混是蓄热水箱实现高效供暖和恒温出水2种功能的重要手段。该研究设计一种分层-掺混一体式蓄热水箱,可实现2种功能的有效切换,满足分层高效供暖和恒温生活热水在不同时段、不同季节的灵活需求。搭建一套蓄热水箱热力学特性测试实验系统,利用分层效率、效率等蓄热水箱热性能评价指标,研究不同尺寸、流量、温度下分层-掺混式蓄热水箱的热力学性能及动态响应特征。以125 L的实验蓄热水箱为例,结果表明：在分层模式下,热分层速率、稳定性显著优于常规水箱,效率和分层效率明显提高,效率可达90%以上;在掺混模式下,掺混速度明显提高,分层效率迅速降低到0.10,实现了蓄热水箱的完全混合,结果对分层-掺混双效水箱的开发与应用具有一定指导。

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复合抛物面聚光太阳能加湿除湿脱盐系统研究

邓佳, 季旭, 王岳, 范全海, 王聪, 闫磊磊

2022, 43(8): 188-194. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1193

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为提高装置热利用效率,减少外部换热环节减少热损失、减少盐垢、提高集热器使用寿命,研究一种利用复合抛物面聚光器（CPC）为系统供能,建造小型太阳能海水淡化系统。实验研究发现：在系统稳态条件下,系统产水量一天可达7908 g,最高小时产水量在12:00达861 g/h,脱盐率达99.9%以上,瞬时系统装置性能GOR（gained output ratio）最高为1.14,最高瞬时有用能为1114.9 W,在太阳辐照度达到最高1072 W/m²时,此时加湿箱湿度达到最大湿度为97%,11:30—16:00加湿箱湿度一直在90%以上。

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sCO₂太阳能热发电流化床固体颗粒/sCO₂换热器建模与仿真研究

杨熠辉, 余强, 王志峰, 白凤武

2022, 43(8): 195-203. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1308

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为了研究不同运行工况条件下的换热特性,利用分段集总参数法搭建流化床固体颗粒/sCO₂换热器的仿真数学模型,并对换热系统在不同输入变量扰动下的动态特性及对关键参数的敏感性进行分析和研究。结果表明：换热系统输入侧入口温度的扰动对换热器输出温度的影响幅度较大,而输入侧质量流量的扰动对输出温度的影响较小;小管径和低管数有利于获得较高的sCO₂侧换热系数;同时,在符合最小流化条件下,小粒径和较低的流化气体速度有利于颗粒侧传热系数的提高。

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基于形体要素的建筑太阳能采暖效率计算方法

刘大龙, 薛文静, 杨竞立

2022, 43(8): 204-208. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1355

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为构建简便有效的基于建筑形体要素的太阳能采暖潜力评价方法,以额济纳旗、西安为例,开展西部太阳能采暖效率计算方法研究。将建筑高宽比、高长比、南向窗墙面积比作为太阳能采暖热利用关联紧密的形体要素,经过正交试验、动态能耗模拟、数理统计分析等方法得到基于建筑形体要素的建筑太阳能采暖潜力函数。将该函数图形化表达发现增大建筑高宽比、南向窗墙面积比均能优化建筑太阳能采暖效率。给出在额济纳旗和西安提升建筑太阳能采暖效率的有效措施。该研究并非旨在取代动态模拟工具,而是为建筑设计初期构建一种简便的太阳能采暖设计的热性能分析方法。

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熔盐单罐双盘管释热换热器布置方式优选

孔庆龙, 鹿院卫, 于强, 张灿灿, 吴玉庭

2022, 43(8): 209-215. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1388

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为了获得单罐内盘管换热器最佳的布置方式,利用数值计算的方法研究相同换热器面积不同盘管换热器布置方式对单罐蓄热系统释热性能的影响规律。结果表明,叉排双螺旋盘管换热器的释热性能优于单排盘管换热器,且内盘管高外盘管低（hi=90 mm,ho=174 mm）的布置方式换热器其释热功率、出口温度以及累计释热量最大。

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多排槽式反射镜风压分布及干扰研究

康佳鑫, 牛华伟, 李红星, 何邵华

2022, 43(8): 216-223. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1411

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为研究多排槽式反射镜不同位置处的风荷载特性及其互相干扰,对单个反射镜及多排反射镜进行缩尺为1/40的刚性模型测压试验,试验变量为测压模型的风攻角、风向角以及其在群镜中的位置。首先测得各工况下镜面的风压分布数据,绘制镜面风压系数等值线图和反射镜力系数变化曲线,然后分析了反射镜互相干扰对镜面风荷载的影响。研究表明：中间列首排反射镜所受风荷载最大,其阻力系数是单镜的2倍,中间列其余排反射镜阻力系数为单镜的30%~70%;边缘列首排反射镜阻力系数为单镜的1.88倍,其余各排在单镜的1.20倍以上;建议将镜场分为4类区域分别进行结构设计。

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一种基于BP神经网络的太阳能-土壤源热泵复合系统供暖策略仿真

杨震, 陈翔燕, 刘诚, 许波, 吕钟灵, 陈振乾

2022, 43(8): 224-229. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1424

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针对太阳能-土壤源热泵复合系统在水箱直接供暖模式下运行,存在热泵机组频繁启停以及供暖负荷分配不合理的问题,提出一种基于BP神经网络的动态供暖策略。以沈阳某建筑为对象,设计太阳能-土壤源热泵复合系统,通过TRNSYS和Matlab软件进行仿真。通过与常规水箱直接供暖策略对比,该策略能在典型供暖日中将机组的启停次数从9次减少为2次,机组COP从3.90提高至4.02。在供暖负荷较大的供暖季中期,平均每天提高机组COP 2.37%。

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自由活塞斯特林机动子运动阻尼特性研究

罗靖, 陈燕燕, 胡剑英, 罗二仓

2022, 43(8): 230-235. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0008

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为准确描述自由活塞斯特林机动子的动力学特性,将黏性阻尼与库伦阻尼的分离计算法引入动子的运动阻尼分析中。通过理论分析和实验验证,并与等效黏性阻尼计算法进行对比,证明了分离计算法的正确性和实用性。研究结果表明：动子在往复运动中的接触摩擦与常规接触摩擦不同,其阻尼力既不只是一个定常摩擦力,也不只是速度的线性函数,而是由于往复运动,动子的局部接触情况随位移发生变化,表现为与位置相关的摩擦力。因此,动子往复运动中的阻尼特性应采用一个黏性阻尼系数与一个定常摩擦力共同描述。

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直膨式太阳能热泵微通道集热/蒸发器制冷剂分布特性

孔祥强, 马廷东, 马善乐, 李瑛, 李见波

2022, 43(8): 236-244. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0010

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为研究微通道集热/蒸发器内制冷剂分布及对直膨式太阳能热泵系统性能的影响,搭建以丙烷（R290）为制冷剂的系统实验平台。基于实验数据,提出一种利用红外成像技术分析微通道集热/蒸发器内两相态制冷剂分布的方法,获得了电子膨胀阀开度、太阳辐射强度以及环境温度对集热/蒸发器内两相态制冷剂分布情况的影响特性。结果表明：当电子膨胀阀开度由20%增至60%时,集热/蒸发器的制冷剂分布参数（RDP）提高10.6%,系统性能系数（COP）从2.8升至5.5。较高的太阳辐射强度或环境温度可有效避免制冷剂回流现象。

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具有二次聚光器的新型大开口槽式太阳集热器设计与光学性能分析

姚磐, 雷东强, 张馨, 张博, 王志峰

2022, 43(8): 245-252. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0055

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针对大开口和更高运行温度的槽式太阳能热发电系统,提出一种可实现高聚光比、低辐射热损及能流密度均匀的新型槽式太阳集热器,即在集热管内放置外壁具有太阳选择吸收膜层和内壁具有反射膜层二次聚光器的大开口槽式太阳集热器。建立圆弧为微元段的自适应设计新方法,提出3种典型的二次聚光器面型,利用蒙特卡洛光线追迹方法仿真新型集热器的能流密度分布特性,验证该光学仿真方法,分析影响集热器光学性能的各种因素。结果表明,该集热器可显著提升集热效率。

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风剪切下塔影效应对水平轴风力机叶片及风轮气动载荷的影响

杨从新, 张志梅, 王强, 张建梅, 赵斌, 凌祖光

2022, 43(8): 253-259. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1276

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采用CFD方法,以NH1500三叶片大型水平轴风力机为研究对象,研究额定风速剪切来流下的塔影效应对水平轴风力机叶片和风轮非定常气动载荷的影响。结果表明：剪切来流下,叶片和风轮的气动载荷均呈余弦变化规律,塔影效应的主要影响叶片方位角范围为160°~210°,且该范围不随风剪切指数的变化而变化。相同风剪切指数下,塔影效应对叶片和风轮气动载荷的均方根影响较小,对其波动影响较大。当风剪切指数从0.12增至0.30时,塔影效应下,叶片气动载荷的均方根减小,推力和转矩的波动幅度增大,偏航力矩和倾覆力矩的波动幅度减小;风轮推力和转矩的均方根减小,波动幅度变化较小,而倾覆力矩和偏航力矩的均方根增大,且波动幅度也增大。

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一种新修正的风电机组尾流分析模型

李雄威, 徐家豪, 李庚达, 崔青汝, 伍权

2022, 43(8): 260-265. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1279

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基于尾流区线性膨胀、径向风速损失呈高斯分布的假设,在BP模型基础上建立一种新修正的风电机组尾流分析模型。该模型针对BP模型无法对近尾流区进行分析的问题,基于质量守恒原理求解近尾流区速度损失分布;通过大涡模拟数据拟合,对BP模型中速度损失标准差方程进行修正,提升了模型在不同地表粗糙度下的计算精度。采用大涡模拟数据对多种工程尾流模型的计算结果进行比较。结果表明,相比于Jensen、Frandsen和BP模型,该模型能更好地预测全尾流范围的径向速度分布,并且具有更高的计算精度。

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基于网格-坐标化遗传算法的风电场布局优化

蒋秋俊, 郑海涛, 杨庆山, 周绪红, 黄国庆, 林毅峰

2022, 43(8): 266-272. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1302

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采用Jensen尾流模型来描述风电机组间尾流的干扰效应。首先基于网格化的改进遗传算法获得风电机组的数量和布局初始位置,再通过坐标化遗传算法对风电机组位置进行进一步调整优化,从而提高单位成本的发电量。根据所提出的方法,在3种不同的风场（定风向定风速、定风速变风向和变风速变风向）下,针对2 km×2 km的标准风场区域进行风电机组布局优化,再将其应用到不规则的实际案例,对比分析表明所提出的方法能有效提高发电量。

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基于多目标优化和误差修正的短期风速预测

李嘉文, 盛德仁, 李蔚, 陈坚红

2022, 43(8): 273-280. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1312

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提出一种多目标优化、误差修正的短期风速混合预测模型。首先对原始风速数据进行分解,降低序列的非线性,利用一种有效的多目标优化算法优化ELM神经网络,保证预测精度和稳定性。最后采用深度学习网络LSTM对初始预测结果进行误差校正,为克服超参数选取困难,利用乌鸦算法对层神经元数量进行优化。以中国华中某风电场实际数据为例进行分析,结果表明该方法具有较高的预测精度。

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基于AEWT-KELM的风电机组轴承故障诊断策略

齐咏生, 单成成, 高胜利, 刘利强, 董朝轶

2022, 43(8): 281-291. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1321

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针对风力发电机组轴承故障振动信号传递路径复杂多变,且故障信号易受到背景噪声的严重干扰,传统方法对故障特征难以准确提取的问题,提出一种自适应经验小波变换（AEWT）与奇异值分解（SVD）的特征提取方法,并结合核极限学习机（KELM）实现风电机组轴承的故障诊断,该方法同时考虑轴承不同故障类型及不同损伤等级的情况。其中,自适应EWT为两阶段调整过程：基于尺度空间法固有模态函数（IMF）分解-确保EWT分解的有效性、基于相关系数最大的敏感分量提取-实现相关特征最大化和冗余信息的消除。通过相关实验结果可明显发现,所提AEWT的分解效果优于EMD、EEMD、CEEMDAN、LMD等方法。对提取敏感分量利用SVD计算奇异值,构建故障特征向量;最后将特征向量作为KELM的输入,建立KELM轴承状态识别模型。通过西储大学平台轴承振动信号和实际风场采集的轴承振动信号对算法进行验证,结果表明,相比SVM、ELM、KNN等识别模型,该方法能有效识别出不同故障类型及不同损伤等级下的轴承故障,整体识别率达99%。

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基于EVMD和布谷鸟算法的短期风功率区间预测

张亚刚, 赵云鹏, 王思祺

2022, 43(8): 292-299. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1333

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为提高短期风功率预测精度和预测的可控性,提出一种基于能量差优化变分模态分解和布谷鸟优化组合神经网络的短期风功率预测模型。采用能量差优化变分模态分解（EVMD）的模态数,将EVMD用于短期风功率分解,基于EVMD分解序列的不同模态特点,对非线性序列采用布谷鸟优化反向传播神经网络（CS-BPNN）,对平稳序列采用自回归滑动平均模型（ARMA）,并重构加权得到点预测值,并基于EVMD分解所丢失的序列信息构建核密度估计,在点预测模型的基础上,进行风功率的区间预测。将所提预测方法用于澳大利亚风电场的实际算例,实验结果表明,该方法可提高短期风功率预测的准确性。

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大型风力机齿轮传动系统机电耦合动态特性研究

魏静, 郭剑鹏, 张世界, 徐子扬, 闫俊慧, 吉科峰

2022, 43(8): 300-308. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1339

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针对目前风力机柔性齿轮箱动力学研究时简化电气系统的问题,以某8 MW永磁同步风力机为对象,建立包含详细电气系统和柔性传动链的风力机模型。基于该模型探究电气系统效应对风力机齿轮箱啮合刚度、动态接触应力、振动加速度等动力学特性影响。结果表明：电气系统效应使系统转速、时变啮合刚度、接触应力相位滞后且波动减小;电气系统效应抑制各级齿轮角加速度及箱体振动加速度高频成分并减小传动链振动;风速突变时,电气系统效应可减小高速级齿轮峰值啮合力,增强风力机传动链抵御冲击能力。

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基于并联自适应陷波器的风力发电机组塔架振动频率跟踪

杨微, 柴毅, 郑杰, 刘杰

2022, 43(8): 309-315. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1341

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针对大型风力发电机组塔架振动多频率、时变耦合等特点,提出基于知识驱动的并联自适应陷波器,在线跟踪塔架振动多频率,消除各频率的振动分量影响。首先利用坎贝尔图知识离线分析共振频率点,确定陷波器结构和搜索区间。在区间内各子陷波器从低频到高频采用黄金分割法在线跟踪中心频率,避免频率交叠且减少计算量。为提高振动基频识别可靠性,融合确定基频频率。最后基于FAST和Matlab对NERL 5 MW风力发电机组塔架振动进行仿真,验证方法的有效性。

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比例积分型线性超螺旋算法滑模观测器的感应电机无传感器控制

郑征, 毛绍冉

2022, 43(8): 316-322. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1342

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在无速度传感器感应电机调速系统中,针对滑模观测器存在滑模抖振与观测精度间的平衡问题,设计一种强鲁棒性的比例积分型线性超螺旋算法滑模观测器。首先,利用李雅普诺夫理论证明线性超螺旋算法的稳定性。然后,通过设计转子磁链观测器的中间变量,建立基于定子电流误差项的比例积分滑模面,构造出新的滑模磁链观测器。仿真与实验表明,该观测器有效抑制了滑模抖振,提升了电机的磁链观测与抗扰动能力,在电机运行时有较高的观测精度,提高了系统的动稳态性能。

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考虑控制链路延时的风电场经MMC-HVDC并网系统稳定性分析及提升策略

李辉, 吴优, 谢翔杰, 李青和, 谭宏涛, 郑杰

2022, 43(8): 323-333. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1409

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柔直换流站的双闭环控制结构易引发链路延时导致系统失稳,基于小信号稳定性分析,提出基于改进粒子群（PSO）算法控制器参数优化的稳定性提升策略。首先,建立考虑链路延时的d-q旋转坐标系下68阶详细状态空间模型,并利用时域仿真模型进行验证。其次,基于特征根分析控制链路延时对系统稳定性的影响,获取风电场侧换流站双闭环控制器链路延时作用影响系统稳定性的特性,通过参与因子法筛选出影响系统稳定性的控制器参数。最后,以阻尼比和特征根到虚轴的距离为优化目标,提出基于改进PSO算法的稳定性提升策略。结果表明所建立考虑控制链路延时稳定性分析模型和稳定性提升策略的有效性,且在系统控制链路延时较长情况下,稳定性提升效果较为显著。

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基于CEEMDAN二次分解和LSTM的风速多步预测研究

向玲, 刘佳宁, 苏浩, 胡爱军, 朱泽宁

2022, 43(8): 334-339. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1410

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为了提高风速预测的准确性,提出一种基于自适应噪声完备经验模态分解（CEEMDAN）二次分解和长短时记忆（LSTM）网络的风速多步预测方法。该方法首先应用变分模态分解（VMD）将原始风速序列进行一次分解,充分利用其分解后的残余分量并采用CEEMDAN方法进行二次分解;然后将分解后的所有子序列分别输入到LSTM模型中进行风速多步预测;最后将各模型输出结果进行叠加获得预测风速。以内蒙古某风电场实测数据为例进行建模和预测分析,结果表明所提出的风速多步预测模型具有较高的预测精度,具备实际应用的可行性。

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基于随机组合赋权模糊评价的风电机组健康状态评估

李进友, 李媛, 冯冰, 邢作霞, 许增金

2022, 43(8): 340-351. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1416

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由于健康指标权重随机性会导致风电机组状态评估灵敏度降低,提出一种评估风电机组健康状态的随机组合赋权模糊评价方法。首先,通过相关性、方差、偏度等多角度分析风电场采集与监视控制系统（SCADA）数据,结合IEC61400-1标准建立机组健康状态评估指标架构,并基于随机因子优化组合权重得到赋权公式,提高评估指标层权重的准确性。其次,为充分覆盖评估指标数据劣化度,基于岭型分布函数建立健康指标劣化隶属度计算函数。结合随机组合权重和隶属度函数,构建风电机组健康状态模糊综合评价数学模型。通过分层评估风电机组健康状态指标架构,得到机组健康等级并实现故障预警。最后,对大连驼山风电场多台机组进行评估试验,结果表明：该文方法能准确评估出风电机组健康状态等级,相比组合赋权云模型方法,灵敏度提高了1.85%。

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分布式电采暖负荷参与系统经济调度策略

尚黎杰, 蔺红

2022, 43(8): 352-359. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1429

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电采暖是具有可时移特性的一种可调度负荷,但其数量多、容量小,集中式的调度方法已难以满足调度时效性,提出一种分布式电采暖负荷参与的电力系统经济调度策略,建立发电侧成本变化量关于发电侧出力变化量的函数关系式和电采暖负荷效益变化量关于用户电采暖负荷变化量的函数关系式。设计基于发电侧成本变化增量和电采暖负荷效益变化增量的多智能体主从一致性算法,求解经济调度问题获到最优经济的分配方案。通过实例仿真验证了调度策略的有效性。

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可再生能源消纳措施的量化评估方法研究

李原, 徐国强, 王松, 万玉良, 陈颖, 石永富

2022, 43(8): 360-365. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0004

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该文提出一种基于时序仿真的可再生能源消纳措施的量化评估方法。首先分析可再生能源消纳的原理及影响因素,基于时序生产模拟法建立计及外送功率与电化学储能的可再生能源消纳评估模型,并提出分时段优化求解模型的算法;然后基于评估模型提出促进可再生能源消纳措施的量化评估方法,并针对量化评估结果提出各项可再生能源消纳措施的贡献度计算方法;最后,基于中国东北某省级电网进行算例分析,验证该文所提方法的合理性和有效性,为电网制定可再生能源消纳措施提供理论依据。

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数据驱动的风电机组偏航参数适应性优化

刘颖明, 陈亮, 王晓东, 谢洪放

2022, 43(8): 366-372. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0022

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为了增强风电机组偏航系统自适应水平,提升风能利用率,提出一种基于K近邻聚类（KNN）算法风电机组偏航控制参数优化方法。为准确描述风向变化,建立改进Weibull概率分布建立风向评估模型,即以风向波动的幅值（A）和波动持续时间（T）作为风况的数据标签来描述风向。对比风电机组不同偏航参数下的运行数据确定聚类中心（已知风况下的最佳偏航参数）,通过基于KNN算法的风电机组偏航控制参数优化模型,得到不同风况下风电机组最佳的偏航参数。通过对风电机组运行数据进行算例分析表明,该方法高风速时可提升风电机组发电效率,并在低风速时减少偏航启动次数。

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实度对低风速风电机组风轮气动性能影响研究

郭珊珊, 韩巧丽, 王一博, 李明, 刘丹

2022, 43(8): 373-381. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0031

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为提高低风速地区的风能利用率,研究风轮实度对低风速风电机组气动性能的影响。考虑影响风轮实度因素（叶片数量、弦长及安装角）,设计2组不同弦长叶片与可调安装角轮毂。安装角改变时不仅会引起实度变化,还会使叶尖速比发生改变。通过车载试验验证安装角不同时对风轮气动性能的影响主要与叶尖速比相关。根据不同风轮表面压力分布数值模拟结果得出：相同风速下,弦长由叶根到叶尖逐渐增大的叶片更易启动。相同条件下,试验机组输出功率与数值模拟机组输出功率最大相差5.37%,说明数值模拟结果可信。随着风轮实度的增加,风速5 m/s时,其风能利用系数呈增大趋势,风速8 m/s时,其风能利用系数呈减小趋势,两趋势相交时实度为25.38%,得出该实度下风轮气动性能较优,即可得到适合低风速地区的风轮实度。

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引入权值修正预测控制的风电叶片自适应组合抑振策略研究

马伟栋, 高丙朋, 杨武帮, 张治国

2022, 43(8): 382-390. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0053

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针对大型风电叶片颤振开展主动控制研究,采用柔性尾缘襟翼方式,以NACA0012翼型为研究对象,建立二自由度叶片的颤振控制增广模型。引入拉盖尔函数对模型预测控制（MPC）算法中权值更新策略进行指数修正,在此基础上利用分层结构思想对叶片减振系统划分不同控制层次,设计以振动量最小化为控制目标的自适应组合控制策略。利用仿真平台对标准工况和干扰工况下所提控制策略的控制结果进行分析,结果表明：所提方法可有效抑制气弹耦合作用下的叶片振动,降低抑振能耗,与常规自适应控制方法相比,具备更优的抗干扰性能,可进一步提升复杂运行环境下风电叶片振动控制系统的适应能力。

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基于风电机组状态的超短期海上风电功率预测

黄玲玲, 李锁, 符杨, 王振帅

2022, 43(8): 391-398. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0054

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提出一种基于风电机组状态的超短期海上风电功率预测模型。首先,综合考虑海上环境因素以及风电机组部件间的相互作用建立指标的预测模型,以长短期记忆神经网络的预测误差作为监测指标的动态劣化度;然后采用模糊综合评价法对风电机组的运行状态进行评估,依据评估结果对风电机组历史运行数据进行划分;最后根据分类后历史运行数据建立基于机组状态的超短期风电功率预测模型。结合国内某海上风电场实例数据进行分析,算例结果表明所提方法可有效提高风电功率预测精度。

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基于WD-LSTM的风电机组叶片结冰状态评测

刘杰, 杨娜, 谭玉涛, 孙兴伟

2022, 43(8): 399-408. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0505

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为有效识别叶片结冰状态,尽早采取除冰措施,提出基于小波去噪的长短期记忆神经网络（WD-LSTM）的评测方法。首先基于过采样与欠采样相结合的方法解决SCADA系统数据中的类别不平衡问题,通过对叶片结冰相关的26项指标进行分析,并从结冰机理和数据探索的角度筛选特征量,小波去噪处理后建立WD-LSTM模型,进一步完成模型的训练和测试。分别以15号和21号风电机组为例进行模型验证,通过与LSTM、概率神经网络（PNN）模型和BP神经网络模型进行对比。结果表明,WD-LSTM方法在风电机组叶片结冰评测中的准确率可达98%,优于其他方法。

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基于Theodorsen理论的新型动态失速预测模型及其应用

李治国, 高志鹰, 张雅静, 张立茹, 汪建文

2022, 43(8): 409-414. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1114

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风力机叶片动态失速时的非定常气动特性及严重的迟滞现象使得风力机功率实测值严重偏离其静态预测值。鉴于此,基于Theodorsen理论、基尔霍夫势流理论,在忽略低阶附加质量引起的下洗气流加速度项及状态变量转换后,提出一种包括翼型附着流和后缘动态分离流的新型动态失速模型。利用该模型分析NREL 5 MW海上风力机叶片6种翼型的非定常动态失速特性得出：通过翼型的气流在完全附着流与完全分离流之间不断转换,受附着流脱落尾诱导的动态下洗气流影响及边界层动态分离产生的压力滞后的双重作用,动态升力系数变化曲线和静态升力现象曲线偏差较大,6种翼型动态升力系数变化曲线均呈非常明显的迟滞环现象。DU40、DU35、DU30、DU25、DU21和NACA64这6种翼型动态升力系数增幅明显,分别达17.6%、60.9%、60.7%、55.1%、63.7%和40.8%。动态失速攻角极大地超过静态失速攻角,分别增大到36.53°、21.40°、20.20°、17.68°、16.97°和21.42°。6种翼型动态失速预测结果与公开实验数据结论一致,证实所提出的动态失速气动模型计算结果准确可信,具有较强通用性。

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风电叶片子部件测试平台构建及拉挤板材力学特性研究

和营, 王渊博, 段嘉豪, 李建伟, 张磊安, 黄雪梅

2022, 43(8): 415-421. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1348

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为探究风电叶片强度测试体系与拉挤板材力学行为,首先提出一种用于风电叶片金字塔结构测试技术,提出子部件试验新概念;其次进行子部件测试平台机械结构、液压系统及控制方案的设计,并利用有限元分析进行验证;最后基于所设计测试平台对子部件,即拉挤板材进行静力试验。结果表明：风电叶片金字塔结构的测试方案准确可行;部件试验设备最大应力发生在加载支架后梁,最大应力为242.5 MPa,最大位移为1.049 mm,未超其结构应力应变极限;拉挤板材破坏载荷为800 kN,失效变形形态包括弹性、屈服和断裂3个阶段,有限元分析数据与试验结果吻合较好,最终结果可为全尺寸叶片测试局部失效状况提供数据参考。

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基于塔筒添加螺旋线的风力机降噪性能优化研究

张晓雪, 高志鹰, 苏日娜, 张翠青, 汪建文

2022, 43(8): 422-429. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1449

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为降低风力机对周围居民的噪声污染,提出一种用于分布式风力机的塔架表面缠绕螺旋线的降噪方案。以S2030翼型风力机为计算模型,以螺旋线高度、螺距、螺头数、覆盖范围及旋向为因素,近尾迹辐射噪声总声压级为评价指标进行正交试验,在额定工况下利用ANSYS Fluent数值模拟平台LES/FWH方法进行数值计算。结果表明：螺旋线高度h为5.5 mm、螺距P/d为0.5、螺头数N为4、覆盖面积为全部、旋向为逆时针时为最优组合。各因素对总声压级影响的程度由大到小为螺距>高度>覆盖范围>螺头数>旋向。塔架缠绕螺旋线能有效降低200~2000 Hz中高频噪声声压级。降噪效果随轴向距离的增大而增大,最高可降低总声压级13.19 dB（A）。

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粗生物柴油真空精馏脱硫研究

苗长林, 吕鹏梅, 庄新姝, 罗文, 李惠文

2022, 43(8): 430-434. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1211

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针对采用废油脂为原料转化制备的生物柴油会含有一定量的硫化物的问题,采用真空精馏法脱除生物柴油中的硫化物,并对硫化物附存形态进行分析。结果表明：生物柴油中硫化物主要包括低沸点的硫化氢、硫醇、硫醚、硫胺素等,以及高沸点的苯并噻吩、二苯并噻吩等。采用控制精馏脱硫塔塔顶温度150 ℃、操作绝对压力300~500 Pa、回流比1的条件下,先对生物柴油中低沸点硫化物进行脱除,再将塔顶温度升至210 ℃,将中间馏分（生物柴油）从塔顶精馏出来,高沸点重馏分（生物重油、高沸点硫化物）留在塔釜底部,两步精馏切割法能将达标的生物柴油与其他馏分分离开来,可有效降低生物柴油的硫含量,脱硫率达97%,满足最新国Ⅵ柴油排放标准（GB 17930—2016）的硫含量≤10 mg/kg要求,且硫含量达标的生物柴油得率达到85%以上。

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生物质连续热解炭化设备研究

尚春民, 李新, 付为杰, 贺海霞

2022, 43(8): 435-440. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1359

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针对现有生物质热解炭化设备需要引用外部热源加热导致的能源损耗、炭化装置复杂等问题,提出采用热解气回用燃烧的生物质热解炭化方案,设计一种新型回转连续式炭化设备。通过仿真分析与试验研究的方法,得到所设计炭化炉的最佳转速范围,并以生物质玉米秸秆为原料进行炭化试验。试验结果表明,设备纯小时处理生物质2.13 t,生物炭得率为30.2%,各项性能皆达到预期指标,可实现生物质的连续高效炭化。

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酸洗预处理对生物质热解焦物理化学特性的影响

齐鹏刚, 苏银海, 张书平, 熊源泉

2022, 43(8): 441-446. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0024

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选用松木、杨木、玉米秸秆和稻壳4种生物质为原料,采用3%（体积分数）乙酸溶液进行洗涤除灰后,进行快速热解实验,对比研究酸洗预处理对4种生物质热解焦物理化学特性的影响。结果表明：乙酸酸洗可有效去除松木、杨木、玉米秸秆和稻壳灰分中的大部分无机元素,从而促进热解过程中挥发分的释放、显著改善热解焦的表面化学特性。酸洗可促进热解焦孔隙结构的形成,提高比表面积和总孔容积,但会使平均孔径减小,这表明酸洗主要提高微孔率,对微孔的形成有较大的促进作用。同时,酸洗使得更多的含氧官能团保留在生物质热解焦表面,这种影响对玉米秸秆和稻壳尤为明显。气化焦油的吸附实验结果表明酸洗后热解焦的吸附能力有所增加。

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波浪能俘获装置的设计和研究

姜楠, 刘聪, 张萧, 徐明奇

2022, 43(8): 447-451. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1349

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设计一种新型密封式波浪能俘获装置,浮体随波浪进行摆动,驱动浮体内摆体旋转,将波浪能转换成机械能;通过选取4种摆体的形状进行对比,选出最佳的摆体形状,并建构摆体的数学模型;利用Matlab软件对摆体在不同波浪条件下进行数值求解,之后在水动力测试平台进行模型试验。结果表明：球体是最佳的摆体形状,其装置俘获效率较高,且结构简单、成本较低,可为下一步定量优化装置提供有效的理论依据。

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多场耦合下水流形状模型影响系泊系统的特性分析

胡永敢, 蒋占四, 杨庆勇, 倪伟

2022, 43(8): 452-457. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0037

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为研究海洋中不同的水流形状模型对多场耦合下的系泊系统的影响,以系泊系统为主要研究对象,采用集中质量法、静力分析法以及离散迭代法等对单点系泊系统在风、浪、流3种载荷的共同方向作用下进行建模与计算。通过改变不同水流形状模型的参数以及水深环境因素来研究系泊系统的整体游动区域以及浮筒的淹没程度。结果表明,曲线形状下的水流模型比线性形状下的水流模型对系泊系统的游动区域影响大,同时随着环境因素水深的增加,二者对系泊系统游动区域范围的影响程度均加深;水流也间接影响浮筒的淹没高度,曲线形状模型下的水流模型对浮筒的影响大于线性形状下的水流模型。

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自航气动式振荡水柱波浪能发电船技术

吴必军, 张芙铭, 龙正翔, 李猛, 伍儒康

2022, 43(8): 458-462. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0057

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介绍中国自主发展的自航气动式振荡水柱波浪能发电船技术。发电船由一个船型浮力舱、一个水平管、一个垂直管、空气透平和发电机组成。在长1.2 m、宽0.51 m的模型进行水槽实验,结果表明在规则波下俘获宽度比最高可达104.07%,在随机波下最高俘获宽度比为82.4%。基于该模型按相似原则设计多种型号的发电船,其中一艘样机装机功率1 kW,主体长5.2 m、宽2.3 m,质量4.5 t,在深圳大亚湾海域进行试验,可实现装置的波浪发电和航行。

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半潜式波浪能养殖平台与系泊系统的耦合动力分析

黄硕, 梁诗琪, 盛松伟, 马山, 陈纪康, 李建东

2022, 43(8): 463-471. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0786

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以“澎湖号”半潜式波浪能养殖平台为研究对象,开展养殖平台及其系泊系统在浪、流联合作用下水动力性能的研究。基于三维势流理论,应用一阶泰勒展开边界元方法对其频域水动力进行计算,研究不同浪向下平台的运动响应和二阶波浪漂移力。采用间接时域分析方法和异步耦合方法实现平台和系泊系统的时域耦合动力求解,对不同浪流组合工况下平台的时域运动与锚链张力进行分析。研究表明,在南海常规海况中平台稳定性较好,立柱间水动力干扰尤为明显,顺浪时平台所受的二阶波浪漂移力最小。在与系泊系统的耦合作用下,平台的横摇与纵摇运动受入射波浪向的影响较大,入射波波高对顺浪下的平台横摇运动和横浪与斜浪下平台纵摇运动影响明显。

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潮流能发电装置输出功率异常数据识别方法研究及应用

夏海南, 王项南, 李强, 常皓, 赵智坤

2022, 43(8): 472-476. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0154

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在分析潮流能发电装置输出功率数据存在异常值的原因的基础上,讨论潮流能发电装置输出功率异常数据的判别方法,采用潮流流速区间精细划分和四分位判别相结合的方法,对每个潮流流速区间内的潮流能发电装置输出功率异常值进行识别与剔除。结果表明,该异常数据识别方法不仅能使得剔除异常数据后的潮流能发电装置输出功率图谱能更真实地表征被测试潮流能发电装置的输出功率特性,而且可提高潮流能发电装置平均输出功率和平均转换效率的计算准确度。

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基于NCPSO的微网群优化调度策略研究

陈友芹, 蒋炯, 殷展翔, 潘庭龙

2022, 43(8): 477-483. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1287

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传统的粒子群优化（PSO）算法因在微网优化中不易达到全局最优而导致微网运行成本过高,该文采用小生境混沌粒子群优化（NCPSO）算法对混合微网群的运行策略进行协同优化,以实现区域微网经济性最优、环境治理成本最低、风光等可再生能源利用率高等目的。根据所提出的调度策略,建立的优化调度模型包括动态电价下的负荷模型、经济收益模型以及成本模型等,使用NCPSO算法得到多微网在一个周期内的最佳运行状态,实现微网群系统综合能源的互动调控、空间互补。通过分析微网群的功率交互动态、可控能源的发电以及储能电池的荷电状态等,验证微网群的电力负荷响应动态电价,表明了NCPSO算法优化微网群运行的优越性、有效性。

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一种新型太阳能冷库系统的模拟及实验研究

邓秋佳, 杨昭, 张雷

2022, 43(8): 484-489. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1309

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针对太阳能光伏发电技术、需求侧管理（DSM）技术和储能技术提出一种新型太阳能冷库系统。探讨利用冷能储存和光伏发电来减少和转移峰值电力需求、降低电力消耗成本的潜力。建立系统的仿真模型并通过实验进一步修正,结果表明系统在5—8月份基本可节约60%以上的电费,能源节约率最高可达48.38%,相应的电费支付最高可节省65.40%。

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基于时序分阶段控制的网状微电网功率均分策略

姜恩宇, 施峥靖, 赵吉康, 米阳, 林顺富

2022, 43(8): 490-497. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1324

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针对网状结构交流微电网中无功功率无法均分而产生系统环流的问题,提出基于时序分阶段控制的改进下垂控制策略。首先通过分阶段时序信号控制的迭代方法,消除线路阻抗不匹配对无功分配精度的不利影响。其次,当DG单元输出电压降至限定最小值时,中央控制器发送时序信号使各DG切换至电压恢复阶段,以同步恢复电压至参考值。为维持电压恢复过程中无功均分的独立性,以等容量的微电源为例对微电网进行稳定性分析。最后,通过Matlab/Simulink仿真和RT-LAB实验,验证所提策略的正确性。

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基于人工神经网络的3 kW质子交换膜燃料电池电堆一致性优化

石磊, 许思传, 刘泽

2022, 43(8): 498-503. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1426

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电堆工作过程中各个单体电压的一致性是提高其性能的关键,在3 kW电堆台架实验数据的基础上,利用人工神经网络（ANN）模型,对空气流量、氢气压力、过量空气系数等气体供给参数进行优化,并对优化前后电堆的功率特性、一致性特性进行对比分析。结果表明：当氢气入口压力为0.128 MPa、空气入口流量为11 g/s、过量空气系数为6.4时,电堆电压差异系数CV及功率参数可达到最佳。

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燃料电池空气系统增湿器建模与仿真

刘志恩, 罗玉兰, 周辉, 卢炽华, 杜常清

2022, 43(8): 504-509. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1428

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建立气-气增湿器的数学理论模型,并基于Amesim软件建立燃料电池增湿器及空气系统仿真模型,从燃料电池系统层面分析干湿侧不同温度、压力、水含量等输入条件下的干侧出口空气的湿度变化情况,并采用水转移率（water vapor transfer rate,WVTR）对增湿器增湿性能进行评价,结果表明此模型可进行前期验证,能较好地预测汽车运行过程中增湿器的动态响应特性。

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氢燃料电池氢气利用率提升策略研究

赵金国, 郭恒

2022, 43(8): 510-516. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0058

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针对燃料电池堆再循环管线的再循环速率低的问题,提出用于燃料电池的氢气供应系统的循环控制方案,根据再循环管线中再循环的气体量精确估计由吹扫阀吹扫的氢体浓度,通过反馈每种气体的吹扫量,调节吹扫阀的开度,提升氢气利用率,并对该方案进行仿真分析。仿真结果表明,燃料电池阳极侧氢气利用率明显提升,最高可达92.733%,可提高燃料电池堆的耐久性。

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