太阳能学报

Select

邵燕婷, 李佩家, 张佳乐, 骆进

2023, 44(7): 1-6. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0284

PDF全文 ( )

可视化

考虑到浅埋含水层渗透性高和热扩散能力强的特点,提出一种基于金属埋管的新型高效含水层换热技术,以实现地热能高效开发。通过室内模型试验研究金属埋管在不同渗透系数岩土材料中的换热特性以及温度响应特征。结果表明,加热功率恒定为80 W时,金属埋管的能效系数随岩土介质渗透系数的增大而增大,渗透系数为1.04×10^-3 m/s的砾石能效系数较黏土提升72.31%,表明该技术在含水层具有极大的适用性。地温监测显示含水层渗透系数越大,其温度场温升速率越低,表明换热系统具有更好的换热可持续性。此外,加热功率对金属埋管能效系数影响较大,加热功率为100 W的换热器能效系数较50 W时提升73.08%,表明热激发对流换热效应在高负荷下更为显著。

Select

计及补偿风电预测误差和平抑波动的混合储能分区优化控制策略

张琦, 谢丽蓉, 王威, 王贺佳, 刘昕, 包洪印

2023, 44(7): 7-13. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0468

PDF全文 ( )

可视化

在“双碳”背景下,为实现补偿风电预测误差和平抑波动,提出一种计及补偿风电预测误差和平抑波动的控制策略。首先,制定比国家规定更严格的混合储能综合目标域,将目标域分为内、外两部分,采用自适应噪声集合经验模态分解（ICEEMDAN）和逼近理想解排序法（TOPSIS）求得超级电容作用域和蓄电池作用域,超级电容承担变化率较大的部分,蓄电池承担平滑部分。然后,将作用于目标域的混合储能电池组分为4组,根据充/放电参考功率进行状态切换。最后,以新疆某风电场为例进行仿真分析,综合对比多种分解方法和储能配置方法,证明所提策略的有效性。

Select

微电网群储能变流器的牵制协调控制

刘硕, 开山金, 李建林, 苗浩田, 万昱堃

2023, 44(7): 14-21. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0461

PDF全文 ( )

可视化

针对由多个微电网组成的微电网群系统,因其系统庞大控制器繁多,存在控制目标信息数据难以协调统一的问题。考虑在微电网内分布式电源之间通信存在延迟的情况,建立含稀疏通信网络的微电网群系统模型,提出一种分布式牵制二次控制策略,仅需通过与邻居节点交换功率信息状态,即可实现精确功率共享,提高系统的可靠性和灵活性。最后搭建基于StarSim-HIL的实验平台,并在多种场景下进行实验,结果显示所提方案对微电网群可实现精确的功率共享和微电网区域高度自治,验证了所提策略的有效性。

Select

基于策略驱动的混合能源微电网动态调度

董海, 曹晓兰

2023, 44(7): 22-29. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0452

PDF全文 ( )

可视化

针对混合能源微电网动态调度优化问题,提出基于多模式调度策略和调度激励相结合的策略驱动优化调度方法,以实现储能单元与外部电网功率互补,优化电源出力。首先,综合考虑混合能源微电网基本结构,建立微电网模型,基于爬坡功率、发电单元出力、能量守恒等约束条件,提出运行成本和环境整治成本最小的目标函数;其次,在成功经验和专家知识的基础上,结合调度激励机制提出微电网调度策略驱动模型;最后,通过Matlab仿真及算法对比表明,该优化算法具有收敛速度快、局部与全局的搜索能力强等特点。

Select

储能虚拟同步机的并网阻尼特性分析与改进策略

石荣亮, 王斌, 黄冀, 王国斌, 兰才华

2023, 44(7): 30-38. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0410

PDF全文 ( )

可视化

针对储能虚拟同步机（VSG）并网运行时在有功功率指令与电网频率扰动条件下存在有功功率动态振荡与稳态偏差的问题,提出一种基于有功功率微分反馈的暂态阻尼优化策略。首先给出储能VSG的控制原理,建立储能VSG在有功功率指令与电网频率扰动下的并网有功闭环小信号模型,分析阻尼系数对输出有功的动态振荡与稳态偏差的影响规律,在此基础上提出基于有功功率微分反馈的暂态阻尼改进策略并给出其参数设计方法,最后利用仿真与实验验证了所述阻尼优化策略在抑制有功功率动态振荡与消除稳态偏差方面的有效性与优越性。

Select

基于场景聚类的净负荷优化控制策略

韩仲雅, 张国斌, 翟宇卓, 牛玉广

2023, 44(7): 39-47. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0362

PDF全文 ( )

可视化

随着风电等间歇性电源大比例并网,其电源波动性对电网造成的影响不可忽视,同时需求侧用电负荷的波动同样影响着电网运行。针对上述问题,现大多采用单一的控制策略,其控制效果虽然可达到要求,但未分析不同情况下不同的风电和负荷特性,采用统一的控制策略易造成资源不必要的浪费。该文提出一种基于场景聚类的优化控制。场景聚类考虑了风电场出力波动和需求侧用电负荷波动两个因素,提取净负荷数据典型场景,依据其不同特性提出不同控制方案,达到优化目的。最后通过算例分析,证实这种优化控制方案可在不降低原本控制效果的基础上减小成本,提高用户舒适度,具有可行性和有效性。

Select

储热温度对热泵储电系统效率的影响

王际辉, 白宁, 沈峰

2023, 44(7): 48-54. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0351

PDF全文 ( )

可视化

热泵储电是一种利用热泵和热机交替循环实现储能和发电的技术,需要热媒和冷媒来储存热量和冷量。储能过程中低温热媒吸热变为高温热媒,发电过程中高温热媒放热恢复为低温热媒。热媒温度决定了压缩机和透平的温比,对系统的往返效率具有很大影响。该文计算分析基于闭式布雷顿循环的热泵储电系统,结论为高温热媒温度升高可以使往返效率增大,低温热媒温度下降则导致往返效率先增大后减小。在给定的设备效率和损失下,当高温热媒温度为550 ℃时,低温热媒的最优温度为310 ℃,此时系统达到最高往返效率为61.36%。效率拐点主要归因于系统的储能功率随低温热媒温度几乎呈线性变化,而发电功率则近似为低温热媒温度的二次函数。

Select

基于深度神经网络的SOFC电堆温度场建模

武鑫, 吴万哲, 白浩, 王祺, 熊星宇

2023, 44(7): 55-60. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0306

PDF全文 ( )

可视化

基于石英光纤温度传感器和直角坐标机械手,设计并搭建一种SOFC电堆温度场测量系统。然后应用上述系统测量模拟电堆的阴极气道温度数据。根据采集的数据,基于深度神经网络方法建立模拟电堆温度场模型,并与基于支持向量机方法的电堆温度场模型进行对比。结果显示：深度神经网络电堆温度场模型的训练时间更短,预测精度更高,其平均绝对误差和均方根误差分别为支持向量机电堆温度场模型的45.2%和47.4%,更有利于该文中电堆温度场建模。

Select

一种具有自适应电压补偿和恢复功能的微电网功率均分策略

彭志豪, 黄海益, 杨苓

2023, 44(7): 61-70. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0471

PDF全文 ( )

可视化

在高/低电压等级微电网中,线路参数的差异导致逆变器输出功率无法精确均分且系统间出现环流,传统的下垂控制未能较好解决此问题。为此,该文提出一种具有自适应电压补偿和恢复功能的微电网功率均分控制策略。首先,通过引入虚拟阻抗,使高/低电压等级下逆变器输出总阻抗呈感性/阻性;其次,在改进下垂控制中提出自适应电压补偿方法,消除系统输出电压间的偏差,实现无功/有功功率的精确均分,但存在系统总输出功率下降的问题;然后,在上述基础上进一步提出电压恢复方法,在不影响功率均分精度的前提下,使系统总输出功率恢复至初始状态;最后,通过实验验证所提策略的有效性。

Select

面向偏远地区低碳发展的风-光-沼-储综合能源微网多目标规划方法

申泽渊, 赵海波, 李伟康, 胡恩德, 宋巍, 邢亚虹

2023, 44(7): 71-79. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0419

PDF全文 ( )

可视化

为实现偏远地区的安全清洁可靠供能,整合风-光-沼等清洁能源,建设以可再生能源为主体的综合能源微网（IEM）是促进偏远地区电网低碳、安全、高效发展的重要途径之一。为此,该文提出一种考虑风-光-沼-储协调运行的IEM多目标优化规划方法。首先,在深入分析IEM中各能源转换设备运行特性及其关联特征的基础上,建立风-光-沼-储综合能源微网设备模型;然后,分别以系统成本最小和清洁低碳能源利用量最大为目标,并计及规划和运行约束,提出风-光-沼-储综合能源微网多目标规划方法;最后,采用NSGA-Ⅱ算法进行求解,仿真结果验证了该文所提优化模型的有效性。

Select

考虑电网可再生能源渗透率的太阳能-燃气系统优化

韩晶, 程堂华, 徐金朝, 王法泽, 王军, Lund Peter

2023, 44(7): 80-87. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0367

PDF全文 ( )

可视化

基于Matlab软件,搭建一种太阳能-燃气耦合供能的综合能源系统,并考虑系统在不同电网可再生能源渗透率下的表现,采用NSGA-Ⅱ多目标优化算法对系统进行经济、环境及节能三方面的优化分析。传统碳税核算表明,以电定热（FEL）模式综合表现最佳。FEL模式下,系统CO₂减排率（CDERR）随渗透率增大而显著增大,化石燃料节约率（FFSR）和年度成本节约率（ACSR）受影响次之;在实际渗透率为29.1%情况下,最佳运行决策对应FFSR、ACSR及CDERR分别为38.87%、47.61%、70.19%。敏感性分析表明,碳税增大及天然气价格降低引起ACSR增大。

Select

基于设备互补特性的冷热电系统优化

邓炎, 龚赞, 武立康, 姚尧, 郑梓敏, 刘益才

2023, 44(7): 88-95. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0334

PDF全文 ( )

可视化

为提高能源系统综合性能,将地源热泵、光伏和光热等可再生能源集成于以原动机为核心的冷热电系统,并着重对系统设备的效率进行研究。基于设备能量互补特性,提出优化多个设备运行参数,分别是地源热泵供冷启动因子和供热启动因子以及原动机的启动因子来实现整个系统设备效率的提高。将控制多个设备的启动因子结合以电定热运行模式与传统以电定热运行模式进行对比分析,并以单独的地源热泵系统为参考系统,采用黑洞算法对系统进行优化。研究结果表明,与传统模式相比,控制多个启动因子模式系统具有更好的性能。与参考系统相比,耦合可再生能源的冷热电系统性能指标有了较大改善,特别是以启动因子模式运行（年能源节约率达到36.03%;年CO₂减排率达到53.24%;年总成本降低率达到36.85%;年综合性能达到42.04%）。

Select

太阳能光伏光热/催化净化复合技术的研究进展

樊苗苗, 夏小康, 顾涛, 余本东, 季杰

2023, 44(7): 96-106. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0413

PDF全文 ( )

可视化

太阳能光伏光热综合利用系统（PV/T）可产生电能和热能,综合效率大幅提升,但仍存在功能有限、全光谱利用率不高、对回收热能利用形式单一等问题。针对当前PV/T存在的问题,提出太阳能光伏光热/催化净化复合技术的新概念、新系统和新功能。该复合技术实现发电、采暖和净化等多样化功能,并开发了多种太阳能光伏光热/净化建筑一体化系统,不仅进一步提高了系统的综合利用效率、增强了功能性,且提升了室内热环境和空气品质。该文介绍了作者近年来的研究,包括光/热催化型Trombe墙系统、光/热催化型光伏光热复合墙系统、光/热催化型光伏通风窗系统和光伏光热/热除菌杀毒系统,拓展了太阳能光伏光热建筑一体化系统的研究和应用,为实现太阳能在建筑上的高效多功能利用以及营造健康舒适的室内环境提供新方法。

Select

多模式再生运行的热源塔热泵系统运行能效分析

赵善国, 张小松, 梁彩华, 黄世芳

2023, 44(7): 107-115. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0324

PDF全文 ( )

可视化

针对常规建筑空调冷热源形式的不足之处,采用多模式再生系统改善常规热源塔热泵系统,详述其工作原理、工作模式和系统设计方法。在实际节能改造项目中应用该系统并给出控制策略与评价计算方法,对制冷、制热和吸湿的典型工况进行现场实际测试,结果表明：在该系统设计参数下,夏季平均空气温度28.6 ℃、平均相对湿度84.5%工况综合制冷效率为4.51,冬季平均空气温度7.68 ℃、平均相对湿度81.2%工况考虑再生能耗在内综合制热效率为3.46。系统运行过程中溶液吸湿量与环境温度和相对湿度有关,环境温度越高,相对湿度越低,吸湿量越小。热源塔吸热由显热和潜热两部分组成,潜热占比受运行过程吸湿量影响,与空气相对湿度直接强相关,相对湿度越低,空气与水接触面水蒸气分压力差越小,水分更难从空气迁移到溶液中。测试时间内平均相对湿度81.2%的工况下由溶液吸湿导致的潜热占总系统热量比例约为18.6%。再生机组再生效率高低受外界环境与工况变化的影响较小,5天内平均值为4.45 kg/kWh。

Select

基于迁移学习与ResNet的太阳电池缺陷检测方法

蒋尚俊, 易辉, 李红涛, 曾德山

2023, 44(7): 116-121. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0555

PDF全文 ( )

可视化

针对太阳电池缺陷种类复杂多样、人工检测效率低下的问题,提出一种基于迁移学习与ResNet的太阳电池缺陷检测方法。该方法首先利用残差模块搭建ResNet缺陷检测模型,接着将参数从ImageNet预训练模型迁移到ResNet缺陷检测模型中并使用电致发光（EL）图像微调模型,然后加载最优模型构建缺陷检测分类器实现太阳电池的缺陷检测。将该方法应用到常州某企业太阳电池的缺陷检测中。结果表明：在不同数据比例下,所提方法综合性能最好、泛化能力强、鲁棒性好,能实现模型快速训练并提高太阳电池缺陷检测的准确率,可满足太阳电池缺陷检测的需求。

Select

MoN_x薄膜制备及其在柔性不锈钢CIGS太阳电池中的应用

韩胜男, 常萱, 陈静伟, 李晓莉, 许颖

2023, 44(7): 122-128. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0403

PDF全文 ( )

可视化

采用反应磁控溅射法制备MoN_x薄膜,研究N₂流量对MoN_x薄膜的结构、形貌、元素组分和光电学特性的影响。通过XRD、SEM、紫外-可见分光光度计等测试,结果表明：当增大N₂流量时,薄膜晶相由Mo相向Mo₂N相逐渐发生改变,且薄膜的反射率也发生变化,而后利用MoN_x薄膜作为抑制Fe等杂质向CIGS薄膜扩散的阻挡层;XRD、SEM结果表明,MoN_x薄膜的引入不会影响Mo薄膜、CIGS薄膜晶体结构和形貌;此外,二次离子质谱（SIMS）表明,MoN_x阻挡层显著降低了CIGS薄膜中Fe的浓度,最终,将柔性CIGS太阳电池的光电转换效率由10%提升至12.5%。

Select

质子辐照下三结GaAs太阳电池性能衰退分析

孙洪伟, 郝建红, 赵强, 范杰清, 张芳, 董志伟

2023, 44(7): 129-134. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0350

PDF全文 ( )

可视化

在构建三结GaAs太阳电池模型的基础上,模拟分析不同能量质子辐照下中电池GaAs的性能衰退,对三结GaAs电池在轨服役评估具有重要意义。结合质子与电池靶材发生的相互作用,建立一种将微观损伤机理与宏观电池性能变化相结合的电池辐照损伤评价方法。结果表明,在三结GaAs太阳电池中,40 keV能量的质子辐照对中电池的影响最小;100和150 keV能量的质子辐照主要对中电池基区造成影响,导致电池性能一定程度上的衰退;70 keV能量的质子辐照对于中电池结区的影响最大,从而导致量子效率QE和并联电阻R_sh的变化最为明显。

Select

超薄晶硅太阳电池表面介质纳米结构减反及陷光机理研究

王岩岩, 钱敏, 蒋晓慧, 张瑞英, 吴雪梅

2023, 44(7): 135-140. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0323

PDF全文 ( )

可视化

该文以实现宽谱减反、吸收增强的介质纳米结构织构化表面超薄晶硅太阳电池为目标,利用时域有限差分（FDTD）方法,系统仿真不同形貌纳米结构对太阳电池宽谱减反及吸收性能的影响。同时,借助仿真所得电场强度分布数据,进一步分析介质纳米结构织构化表面的超薄晶硅电池减反及陷光机理。结果表明：基于Mie共振散射、Fabry-Perot共振等多种模式的共同作用,表面制备介质纳米结构的超薄晶硅电池对入射光的吸收能力较表面制备单层减反层的电池大大提升,在部分波段甚至超过Yablonovitch界限。

Select

硅异质结太阳电池的TiC_xO_y电子选择性接触研究

孙彪, 丁阳, 黄志平, 陈静伟, 韦德远, 许颖

2023, 44(7): 141-146. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0299

PDF全文 ( )

可视化

报道一种新型的免掺杂电子传输材料——TiC_xO_y,具有非晶相为主少量晶化相的混合相结构,约4.1 eV的低功函数和2.63 eV的宽带隙,可实现对电子的零势垒传输和对空穴的高势垒（1.64 eV）阻挡;TiC_xO_y/n型硅异质接触可获得17.74 mΩ·cm²的低接触电阻率,可实现对电子的选择性输运功能。TiC_xO_y薄膜用作全背面n型硅异质结电池的电子传输层,可大幅提高电池的开路电压和填充因子,最优电池的绝对效率提高3%。

Select

一种并联SiC MOSFETs的静态均流方法

刘兴瑜, 杜明星, 尹金良, 欧阳紫威

2023, 44(7): 147-154. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0433

PDF全文 ( )

可视化

在光伏发电或风力发电等大电流应用场合,由于并联SiC MOSFETs功率源极寄生电感和漏极寄生电感的不匹配会导致静态电流的不平衡,该文提出一种用于并联SiC MOSFETs静态均流的方法。该文首先分析并解决因阈值电压不匹配造成的动态不平衡电流问题,然后在其基础上解决源极寄生电感不匹配造成的动态不平衡电流问题,最后在无阈值电压不匹配和源极寄生电感不匹配造成的动态不平衡电流的基础上解决漏极寄生电感不匹配造成的静态不平衡电流问题。最终,通过实验验证了该文所提出的静态均流方法的有效性。

Select

光伏组件热斑效应研究

王乐, 陈雪, 张舒, 王法泽, 王军

2023, 44(7): 155-161. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0301

PDF全文 ( )

可视化

该文对目前主流的p型光伏组件产品特别是大尺寸太阳电池所制备光伏组件的热斑温度进行测试研究,具体分析影响热斑温度的关键影响因素,被遮挡太阳电池的热斑温度由单位面积上耗散的功率Φ_q决定,即与单串太阳电池片数量、太阳电池片漏电流、太阳电池片漏电流的分布相关,太阳电池片漏电点处的非均匀加热是热斑局部温度偏高的主要原因。同时对单串太阳电池片数相对较多的光伏组件热斑风险控制进行探讨,反偏电压下太阳电池漏电流值的控制能有效降低热斑温度,通过红外测试对一定反偏电压下太阳电池漏电点与非漏电区域太阳电池片温差分档,可进一步控制热斑风险。

Select

机器学习与统计方法在太阳能预报中的比较性分析

普智勇, 夏攀, 张璐, 王硕, 王允, 闵敏

2023, 44(7): 162-167. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0290

PDF全文 ( )

可视化

回顾传统太阳能预测方法的发展历程和特点,然后详细总结近几年基于先进的机器学习算法所发展的太阳能预测新方法。主要分析支持向量机、人工神经网络和长短期记忆网络算法的现阶段发展水平。分析得到基于机器学习的太阳能预测方法,其预测准确率较高、均方根误差和平均偏差误差小、预测过程耗时短、短时间能及时给出预测结果。最后,归纳传统和机器学习预测方法各自的优缺点和面临的难题。指出机器学习模型泛化能力弱（普适性弱）,易受环境因素干扰且预测过程和结果很难给出物理解释。

Select

基于多特征融合和XGBoost-LightGBM-ConvLSTM的短期光伏发电量预测

王俊杰, 毕利, 张凯, 孙鹏翔, 马训德

2023, 44(7): 168-174. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0458

PDF全文 ( )

可视化

针对光伏发电量研究中传统单一模型预测误差大、特征数据少、深层神经网络模型出现梯度爆炸或消失的问题,该文提出一种基于多特征融合和XGBoost-LightGBM-ConvLSTM（XG-LG-CL）的短期光伏发电量预测模型。首先,分析影响光伏发电的相关因素,采用光伏领域特征融合和高阶特征融合方法将原有11个有效特征增加至62个有效特征;其次,分别建立XGBoost、LightGBM和ConvLSTM模型提取时空特征;最后,利用自适应权重法混合3种模型进行发电量预测。结果表明,该模型在光伏发电实测数据实验中,预测准确率为88.4%,与现有预测方法相比提升了3.1~8.6个百分点,可精确地预测光伏发电量,为电网稳定运行提供有效数据支撑。

Select

基于退化轨迹和Wiener模型的光伏组件剩余寿命预测方法

陈伟, 雷欢, 裴婷婷, 李旭斌

2023, 44(7): 175-181. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0435

PDF全文 ( )

可视化

针对光伏组件退化过程呈现的非单调、随机特性以及对组件剩余寿命自适应预测的需求,建立基于维纳（Wiener）过程的退化模型,在此基础上,提出一种结合退化轨迹自适应更新光伏组件剩余寿命的方法。首先,构建基于Wiener过程的光伏组件功率退化模型,刻画组件退化过程的非单调性以及组件退化过程的时间不确定性和个体差异性;然后,基于光伏组件的退化轨迹,联合贝叶斯更新和期望最大化（EM）算法对模型参数进行实时自适应更新,并在此基础上预测光伏组件的剩余寿命分布。最后,通过比较不同方法下光伏组件剩余寿命预测值的误差,验证所提方法的可行性与优越性。

Select

城镇典型住宅建筑屋顶分布式光伏系统潜能分析

于瑛, 姚星, 丑锦帅, 杨柳

2023, 44(7): 182-190. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0382

PDF全文 ( )

可视化

以中国8个地区的多层住宅建筑为例,以典型气象年数据计算光伏发电和建筑能耗,采用PVsyst软件完成分布式光伏系统设计,Energy Plus软件建立多层建筑能耗模型,以电能自治度、碳减排量和经济分析指标净现值（NPV）、效益成本比（BCR）进行分析。结果表明,昆明和拉萨分布式光伏对建筑的贡献程度最高,三亚最低;哈尔滨和拉萨碳减排收益潜能高;8个地区分布式光伏系统在不同系统配置和运行方式下经济性存在差异,但普遍选择自用比例为30%的收益最高。综上,处于Ⅱ类太阳资源区下的温和地区和Ⅰ类下的寒冷地区光伏贡献程度高,夏热冬暖地区低;在发电量较少和销售-上网电价差异较大地区光伏的系统配置及运行方式对经济性影响大。

Select

光伏与负载功率变化对光储变换器的功率器件结温影响研究

谢佳伟, 应展烽, 熊城, 李德明, 成果, 王可

2023, 44(7): 191-197. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0348

PDF全文 ( )

可视化

为使运行人员更加直观快速地评估光伏储能系统的热可靠性,以一个2.5 kW小型光储变换器为对象,基于等效热网络模型,在无弃光限电条件下,研究光伏发电功率和负载需求功率对变换器内功率器件的结温影响规律。结果表明,对于变换器中的单向DC-DC电路而言,其功率器件结温不受变换器负载功率影响,但会随光伏功率的增大而非线性提升。对于变换器中的双向DC-DC电路而言,当储能电池放电时,减小光伏功率和增大负载功率会导致器件结温的非线性提升;而当储能电池充电时,相同条件下的光伏功率和负载功率变化则导致器件结温非线性下降。3阶及以上阶数的多项式模型能够较好描述上述器件结温变化的低阶非线性规律。

Select

高增益耦合电感DC-DC变换器及其稳定性控制

张民, 袁成功, 薛鹏飞, 叶睿明, 赵振伟, 赵昌

2023, 44(7): 198-206. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0322

PDF全文 ( )

可视化

为使光伏系统能够稳定输出高直流电压,提出一种高增益耦合电感DC-DC变换器。改变耦合电路升压单元的匝比,可灵活地对拓扑进行增益调节。经钳位电容回收耦合电路的漏感能量,降低开关管的电压尖峰,提升拓扑的效率。通过闭环控制,使变换器具有较快的动态响应和较强的鲁棒性。分析变换器的工作模态,推演变换器增益、器件应力。与典型拓扑做性能比较,结合仿真和样机实验,验证变换器在闭环控制下的稳定性和可行性。

Select

基于改进灰狼算法优化长短期记忆网络的光伏功率预测

薛阳, 燕宇铖, 贾巍, 衡雨曦, 张舒翔, 秦瑶

2023, 44(7): 207-213. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0320

PDF全文 ( )

可视化

为提高光伏发电功率预测的准确性,提出一种基于改进自适应因子与精英反向学习策略的改进灰狼算法（IGWO）,用以优化长短期记忆网络（LSTM）预测模型。利用IGWO优化LSTM全连接层参数,建立IGWO-LSTM组合模型预测光伏功率,具有较好的收敛速度与求解效率,也可有效避免局部最优解。最后基于常州某光伏发电站实时数据进行仿真,实验结果表明IGWO-LSTM相对于LSTM光伏功率预测更具准确性。

Select

光储项目成本效益模型及平价上网预测研究

赵振宇, 张玉洁

2023, 44(7): 214-220. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0283

PDF全文 ( )

可视化

为科学、准确地确定光储项目的经济性和平准化度电成本（LCOE）,考虑技术进步、政策调控等因素的影响建立光储项目成本效益模型、LCOE模型以及系统动力学仿真模型。以河北省光储开发项目为案例,分别在有无补贴的情况下应用模型,对光储项目LCOE、内部收益率和综合效益等指标进行仿真分析。选取青海省、云南省光储开发项目做对比研究,测算出光储项目在上述3省中实现平价上网的不同临界点。所建模型可用于分析光储项目成本效益、测算LCOE值、预测光储发电实现平价上网的初始年份。

Select

槽式复合多曲面聚光集热器光热性能研究

常泽辉, 杭小蓉, 刘雪东, 侯静, 彭娅楠, 马兴龙

2023, 44(7): 221-228. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1184

PDF全文 ( )

可视化

对跟踪精度要求高是限制太阳能聚光集热器规模化应用的因素之一,为此对一种新型非追日槽式复合多曲面聚光集热器光热性能进行光学仿真和测试分析,利用TracePro软件模拟研究入射偏角对该聚光器光学性能的影响,并在实际天气下测试分析运行工况对该聚光器接收体出口温度、瞬时集热量等热性能的影响,同时分析玻璃盖板对减小该聚光器散热损失的作用,结果表明：对应实际运行情况,该聚光器的光线接收率与聚光效率均随时间的延长先增大后减小,且在光线正入射时达到最大值,分别为96.00%与72.69%。当空气流速为3.1 m/s时,聚光器接收体出口空气温度、瞬时集热量与太阳辐照度的变化趋势一致,在晴天运行时的平均值分别为43 ℃与448.3 W,分别比多云天时增加4.4 ℃和53.1 W,且该聚光器在晴天运行时的平均光热转化效率为50.5%。此外,敷设玻璃盖板的聚光器运行时散热温差比未敷设玻璃盖板时降低19.3 ℃,研究结果可为非追日复合多曲面聚光器的应用提供参考。

Select

严寒地区透光补热塔补热特性研究

黄凯良, 尹春亚, 冯国会, 郝禹翔, 江明志

2023, 44(7): 229-234. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0480

PDF全文 ( )

可视化

提出一种改进的冷却塔逆用为地源热泵补热的方法,以严寒地区太阳能透光补热塔装置为研究对象,建立补热塔数学模型,通过数值模拟和实验测试研究补热塔装置透光结构面积、液-气比、空气流向对补热的影响。结果表明：在补热塔日运行周期内,双侧透光结构补热塔循环水出口温度平均升高0.5 ℃,换热量增加147.4 kW;综合分析换热效率和能效比可知,液-气比控制在0.58时换热效果最佳;逆流式补热塔比顺流式补热塔的吸热效率高13%,换热量高5.4 kW,进出口循环水温差增加0.6 ℃,故选用逆流式补热塔。

Select

自由活塞斯特林发电机设计优化方法

池春云, 林明嫱, 牟健, 李瑞杰, 焦珂欣, 洪国同

2023, 44(7): 235-240. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0450

PDF全文 ( )

可视化

基于未来太阳能应用的重大需求及国内斯特林发电技术较为落后的现状,提出一种自由活塞斯特林发电机的设计优化方法。使用Sage软件建立发电机的热力学模型,利用软件的优化功能进行参数优化,同时结合直线电机的力学平衡方程修正优化结果。利用该方法优化设计新实验样机,同时获得冷端温度、动力活塞板簧刚度和运行压力等参数对发电机输出性能的影响规律,并与实验进行对比。实验结果表明,各参数对发电机输出性能的影响与模拟基本一致。新实验样机在热端温度865 K、冷端温度300 K条件下输出136.6 W的电功率,热电效率达到27.8%,较旧样机提升10.4%,与模拟值误差为6.0%。

Select

熔盐横向冲刷管内汽-液两相流传热特性实验研究

董新宇, 张舒蕾, 张宇轩, 刘璐

2023, 44(7): 241-247. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0442

PDF全文 ( )

可视化

以太阳盐为工质,实验研究熔盐横向冲刷管内汽-液两相流的传热特性。分析熔盐质量流速、熔盐入口温度、水侧压力、水侧质量流速、水侧干度对熔盐与汽-液两相流的传热特性的影响规律。实验结果发现熔盐入口温度及水侧干度对熔盐蒸汽发生器的性能影响较大。

Select

嵌管式热激活复合墙体综合能量特性全局敏感性研究

杨洋, 陈萨如拉

2023, 44(7): 248-256. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0386

PDF全文 ( )

可视化

针对复合墙体主动保温隔热过程建立动态传热模型,采用全局敏感性方法分析3类12个变量对其综合能量特性的协同影响。结果表明：在热屏障附加作用下,室外气象因子对墙体综合能量特性影响大幅下降,复合墙体适用于所研究的4个气候区/城市;冷/热源温度和房间设定温度影响最为显著,二者在内墙面耗热/冷量、注热/冷量等指标中始终呈现相互制约的关系;低品位能源系统运行时长和墙体导热系数影响次之,前者推荐值不低于冬季6 h/d和夏季8 h/d,后者推荐值为0.50~2.75 W/（m·℃）;嵌管间距对墙体内部热堆积影响较大,间距为100~250 mm有利于形成连续热屏障。

Select

一种垂直换热管对拱型温室大棚热环境的影响研究

赵明智, 胡小明, 常春, 蒙仲举, 苏海龙, 段佩瑶

2023, 44(7): 257-263. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0339

PDF全文 ( )

可视化

为了调节温室大棚内由于太阳辐射随昼夜变化所带来的能量不平衡问题,提出利用垂直换热管作为换热装置将白天富余的太阳辐射能传输到地下土壤中储存,夜间通过换热管将储存的能量释放在大棚内来提高棚内空气温度,剩余部分能量储存在地下土壤中用于应对阴天天气导致的太阳能供能不足的现象。实验在内蒙古新能源实验示范基地展开,建造两个同尺寸的大棚,分别记为实验组和对照组,无作物。实验结果表明：在9 d的实验期间,通过实验组与对照组比较发现,实验组大棚在夜间棚内不同位置的温度有不同程度提高,棚内空气温度最大提升3.2 ℃;地表温度最大提升4.4 ℃;地面以下10 cm处温度最大提升3.3 ℃,地面以下30 cm处温度最大提升1.2 ℃,地面以下50 cm处温度最大提升1.0 ℃。该实验可达到利用换热管将太阳辐射能合理分配应用的预期效果,可强化土壤的白天储能、夜间放能,将富余的太阳辐射能储存在地下土壤中来提升土壤温度,为温室大棚内热环境的调控提供新途径。

Select

基于光-机耦合的太阳炉聚光性能分析

黄鹏霖, 臧春城, 王志峰, 孙飞虎, 宫博, 白凤武

2023, 44(7): 264-270. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0333

PDF全文 ( )

可视化

以点聚焦太阳炉为研究对象,提出光-机耦合角度建立能流密度分布仿真计算模型,对该太阳炉理想条件下、考虑重力和风荷载作用下、实测面型条件下进行能流密度模拟分析,并进行能流密度分布实测研究。研究结果表明：对于太阳炉系统而言,在计算工况下,重力对聚光性能的影响较小,约为5%;安装误差和风致变形对聚光性能影响较大,约为11%和25%。通过理论预测和实验结果对比,提出对软件预测模型中聚光器误差因子进行9 mrad的修正。

Select

海水淡化太阳能烟囱发电综合系统的产水规律及内在因素影响的试验研究

左潞, 戴鹏展, 颜子阳, 屈波

2023, 44(7): 271-278. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0318

PDF全文 ( )

可视化

该文成功设计搭建首台实现水、电联产的小型海水淡化-太阳能烟囱电站综合试验装置,并在实际气象条件下测试综合系统的产水率规律,揭示海水温度、海水-蒸馏池盖板温差、产水率等互相影响的作用机制。研究发现：蒸馏池日产水量沿集热棚径向递减,在中偏后部位有突增,蒸馏池应尽量布置在集热棚入口至径向三分之二之间的区域。系统高位产水时段为日落左右至01:00和03:00之间某时刻,占运行时长比例小,却是产水的主要时段。海水温度和海水-蒸馏池盖板温差影响产水率的主次存在时段差异,在产水上升期,海水-蒸馏池盖板温差是主要因素;而在产水下降期,海水温度是主要因素。维持较高的海水温度和海水-蒸馏池盖板温差是实现综合装置高效产水的关键。

Select

超弹性形变线聚焦菲涅尔透镜的变焦性能研究

何谦, 郑宏飞, 梁深, 马兴龙, 唐艺

2023, 44(7): 279-284. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0286

PDF全文 ( )

可视化

该文基于棱镜折射理论分析倾斜入射角对菲涅尔透镜焦距变化的影响规律,指明焦距变化的光学原因,提出采用超弹性变形调整焦距的方法,并基于小变形下的线性假设展开理论分析,通过仿真进行验证。结果表明,变形率达到15%时,焦距的伸长率约46.7%,与理论结果相较小于10%,验证了理论模型的正确性。研究结果为超弹性菲涅尔透镜的变形变焦提供了理论依据。

Select

重力式海上风力机雷电暂态响应研究

张萍, 张海旭, 张国峰, 尹军杰, 陈程, 李练兵

2023, 44(7): 285-290. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1577

PDF全文 ( )

可视化

针对重力式基础海上风力机的防雷保护问题,该文构建一体化电磁暂态模型,基于电磁暂态软件ATP-EMTP研究雷电暂态响应,并分析叶片长度、塔筒高度和桨叶旋转角度等关键因素的影响。仿真结果显示：雷击引起MV级的暂态电压变化,并呈现欠阻尼式振荡衰减,塔基处仍存在kV级的响应电压;桨叶长度和风力机塔筒高度均与雷电暂态响应幅值成正相关;当遭受雷击的叶片与水平面夹角呈90°时,机舱处暂态电压最高。

Select

结冰粘结特性评估与测试方法研究进展

李岩, 沈贺, 郭文峰, 冯放, 田川公太朗

2023, 44(7): 291-302. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1469

PDF全文 ( )

可视化

近年来,全球气候变化加剧,极端天气频繁出现。极寒和结冰等自然灾害给风力机的安全高效运行带来严重影响。探明风力机叶片结冰机理,获得冰与材料之间的粘结特性,是研发经济高效防除冰技术的基础。该文针对目前结冰粘结性的粘结理论、评估指标和测试方法进行梳理,对比分析各种测试方法的特点,为风力机结冰机理研究与防除冰技术开发提供依据。

Select

基于多自由度运动条件下风力机动力学特性研究

张步恩, 余烈, 杨磊, 赵振宙, 刘惠文, 郑源

2023, 44(7): 303-310. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1276

PDF全文 ( )

可视化

该文提出耦合无规则、多自由度旋转运动的风力机试验方案,通过物理模型试验,研究风电场阵列布置、不同风力机轴向间距工况下,各排风力机来流速度、功率及其波动特性。结合功率时间尺度积分的概念,探究其与风力机平均输出功率的关系,并建立预测功率波动特征的数学模型。研究结果表明：风力机的来流速度有大尺度、低频率和小尺度、高频率的信号特征,从功率时间尺度积分的趋势可看出,处于下游的风力机,功率波动逐渐增加。由功率能谱特性曲线可知功率波动的能量随着频率的增大而衰减,在低频率段衰减曲线近似f^-2的变化规律;在高频率段,能谱特性曲线近似f ^-5/3-2的变化规律。

Select

动态齿侧间隙与啮合角作用下行星齿轮传动系统动力学建模与分析

张磊, 王仲, 张明, 谷泉, 赵新光

2023, 44(7): 311-317. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0814

PDF全文 ( )

可视化

该文考虑齿轮振动对直齿行星齿轮啮合齿侧间隙与啮合角的影响,建立包含动态齿侧间隙与啮合角的行星齿轮动力学模型。以转速为控制变量,使用数值积分算法对该模型进行求解,对比该模型与早期固定齿侧间隙与啮合角模型的动力学响应特性。仿真结果表明：低转速下两种模型的预测结果基本相同,随着转速的增大,该文提出的新模型表现出更丰富的非线性特性。

Select

基于风速时空分布的风电机组定子绕组短路和叶轮不平衡复合故障特性分析

王萱, 万书亭, 绳晓玲

2023, 44(7): 318-327. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0481

PDF全文 ( )

可视化

综合考虑由风剪切和塔影效应引起的叶轮扫掠面内风速时空分布,研究了定子绕组匝间短路和叶轮不平衡复合故障对双馈风力发电机组转子电流的影响。首先,建立风速时空分布模型（等效风速）,推导叶轮不平衡故障、定子绕组匝间短路故障和复合故障下转子电流的解析表达式及其变化特性。然后,在Matlab/Simulink建立双馈风力发电机组故障仿真模型,在能够模拟等效风速转速特性的风电机组故障模拟实验台完成了实验测试与研究。理论推导、仿真分析与实验研究结果表明：考虑风速时空分布后,定子绕组匝间短路故障时转子电流中含有3kp（P为叶轮转频）的调制频率;叶轮不平衡故障时转子电流有P、3kP及其耦合调制频率（3k±1）P;复合故障时转子电流在基频以及（2±s）f处有调制频率P、3kP和（3k±1）P。在该文中使用等效风速替代平均风速,更贴合自然界中风电机组实际运行状况,可为实际风电机组运行特性分析提供参考。

Select

风电一体化齿轮-发电机系统机电-刚柔耦合动态特性

陈锐博, 刘长钊, 秦大同

2023, 44(7): 328-338. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0478

PDF全文 ( )

可视化

考虑齿轮的时变啮合刚度、啮合相位以及轴、壳体的柔性等因素,同时计入永磁体的磁饱和特性、电磁力波以及空间谐波等非线性因素,该文构建了8 MW风力发电机一体化齿轮-发电机系统的机电-刚柔耦合动力学模型,并通过实验验证了建模方法的准确性,分析了永磁发电机电磁激励对齿轮-发电机系统机电耦合动态特性的影响,同时采用升速分析法,结合模态振型矢量分布,讨论从切入风速至额定风速运行过程中的潜在共振转速和危险构件。研究发现：对于一体化齿轮-发电机系统而言,电磁力是系统主要的内激励,对齿轮系统振动特性影响显著。同时,机械系统与电气系统存在强耦合特性,机械系统振动信号中存在电磁激励频率,发电机电磁转矩与电流信号中出现了齿轮系统的各级啮合频率。系统共振的产生条件为激励频率接近某阶固有频率,同时激励源和该阶模态下的主要振动构件处于传动链中的同一位置。

Select

基于拓扑优化的海上风电机组三脚架结构设计

陆飞宇, 龙凯, 张承婉, 杨晓宇, 陶涛, 贾娇

2023, 44(7): 339-344. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0476

PDF全文 ( )

可视化

为实现海上风电机组支撑结构的轻量化设计,提出基于拓扑优化的海上风电机组三脚架结构设计方法。首先,以结构柔顺度最小化为目标设置体积比约束,基于变密度法实现三脚架结构的概念设计;然后,以拓扑优化结果为依据,通过删除参考结构的水平连杆及增加斜支撑与中心主筒厚度的方式实现三脚架结构的重构;最后,从固有频率、极限强度及疲劳强度3个方面验证优化结构的可靠性及有效性。结果表明：与参考结构相比,优化结构在满足静动态和疲劳设计要求的同时实现了结构大幅减重,充分证明了所提拓扑优化方法的可行性及优越性。

Select

基于DFIG有功下限的风火系统经济调度模型

李生虎, 常雅玲, 朱争高, 陈东

2023, 44(7): 345-351. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0462

PDF全文 ( )

可视化

为解决大规模风电接入电网场景下并网火电机组台数和系统有功备用容量减少的问题,该文提出一种计及双馈感应发电机（DFIG）向下调度能力的风火系统经济调度模型。首先,综合深度调峰火电机组运行成本、开机成本、寿命损耗和风电弃风成本等,建立风火系统经济调度模型。其次,考虑到高风速下转子侧变流器（RSC）容量制约DFIG有功下限,该文计及RSC容量约束,提出DFIG有功下限求解算法,进而提出计及DFIG有功下限约束的风火系统经济调度模型。最后,IEEE 30节点算例结果表明所提经济调度模型可降低火电运行成本和风电弃风量。

Select

地震风浪作用下导管架基础海上风力机结构减振策略

赵生校, 柳英洲, 尚进, 刘清泉, 王文华, 李昕

2023, 44(7): 352-362. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0457

PDF全文 ( )

可视化

针对中国部分近海海上风电场位于高烈度地震区而面临地震潜在威胁的问题,提出地震风浪作用下导管架基础海上风力机结构整体耦合分析方法,开发地震荷载计算模块,基于FAST v8建立海上风力机地震整体耦合分析模型。根据整体耦合模型,揭示了地震风浪作用下海上风力机运动响应特性以及机电安全控制策略在减振方面存在的不足。进一步提出机电安全控制-MTMD联合减振控制策略,并探讨叶片顺桨速率对联合控制策略减振效果的影响;同时,以海上风力机结构地震响应为评价指标,对该联合控制策略的有效性进行了验证。

Select

风电机组基础脱开面积和接触应力计算方法探讨

张龙君, 杨辉廷, 高立明, 张耀国, 张兰娣

2023, 44(7): 363-369. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0444

PDF全文 ( )

可视化

对于高耸结构在极限工况下对基础底部脱开面积,目前各个规范均有控制要求,但均未给出确定的计算方法。这对于工程师设计基础而言颇为不便。以方形基础为例,基于半平面接触应力理论和线弹性应力分布假设,分别推导和对比了基底脱开面积和接触应力的不同计算方法。类似地,以圆形风电机组基础为例,分别基于半空间接触应力理论和线弹性应力分布假设,也做了分析和对比。脱开比例限制和计算公式可作为实际工程设计分析的参考。

Select

新型风浪联合发电浮式平台浮筒-立柱-浮子多尺度流场演化与荷载特性

赵永发, 柯世堂, 员亦雯, 王硕, 李晔, 任贺贺

2023, 44(7): 370-379. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0438

PDF全文 ( )

可视化

风能波浪能联合发电是实现“海上风电+”融合发展的最新模式,而风浪联合发电结构浮式平台中浮筒、立柱和浮子存在不同尺度的圆柱间干扰效应,对整个结构体系的荷载分布和整体稳定影响不可忽略。提出一种适合中国南海海况的新型风能-波浪能联合发电结构体系,再基于延迟脱体涡模拟方法分析平台内部波浪场演化过程,揭示平台区域水质点能量分布特性以及多浮体干扰机理,最后对比研究浮子对风浪联合发电平台水动力荷载的影响特性。结果表明：浮子的存在影响到两种平台各区域的水体能量变化,最大能量分布区域由波浪传播起始位置区域转变为浮子影响下波浪非线性干扰强烈的区域;浮子顺向波浪力最高达到8.27×10⁵量级,较单浮子增幅22.3%,风浪联合发电平台中间立柱顺向波浪力极值荷载较半潜式平台减幅11.3%,但使得平台立柱所受顺向波浪荷载能量部分往高频转移。研究结论可为此类新型风浪联合发电结构体系水动力荷载设计提供科学依据。

Select

风电叶片拉挤梁帽真空灌注成型工艺数值优化

杨斌, 王继辉, 赵明明, 刘妍, 闫少轶, 倪爱清

2023, 44(7): 380-385. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0425

PDF全文 ( )

可视化

采用数值仿真方法建立拉挤梁帽真空灌注成型工艺的优化流程,分析了工艺参数对成型效率和质量的影响。首先,实验测定纤维增强织物的渗透率、实际纤维体积分数和树脂的流变性。其次,采用收敛性分析方法对梁帽的数值模型进行优化,兼顾了仿真精度和效率。最后,研究了拉挤板排列间距和模腔内的残余空气压强对成型过程的影响。结果表明：仿真结果与全尺寸实验的偏差小于7%,拉挤板排列间距为0.3 mm 时充模效率最高,残余空气压强小于4000 Pa时产品孔隙率小于2%,证明了数值优化方法的可行性和准确性。

Select

基于IBAS-PID的风电叶片静力试验多点协同加载控制算法

林宸宇, 李建伟, 郭文哲, 蒋明真, 张磊安, 文永双

2023, 44(7): 386-391. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0417

PDF全文 ( )

可视化

风电叶片全尺寸静力加载试验中,因各节点牵引力间存在交联耦合效应,导致试验过程中加载力振荡,降低叶片多点静力加载控制精度。在分析耦合特性基础上,提出融合局部最优解随机飞行思想的天牛须搜索算法,将其应用于多节点静力加载试验PID参数整定环节,实现系统解耦控制。建立四点静力加载耦合仿真模型,验证该算法性能及控制效果。现场试验结果表明：试验中4个节点的加载力曲线保持协调变化,过程误差小于±1 kN,满载保持阶段误差低于0.5%。该算法鲁棒性强、响应速度快,有效降低各节点交联耦合效应,满足加载过程中牵引力间协调控制要求,实现叶片静载试验平稳加载。

Select

基于模糊控制的双馈风电机组次同步振荡自适应抑制策略

刘其辉, 田若菡, 贾瑞媛, 洪晨威, 汤海雁

2023, 44(7): 392-401. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0405

PDF全文 ( )

可视化

双馈感应发电机与输电线路串联电容补偿之间的次同步控制相互作用（SSCI）是引发双馈风电交流并网系统次同步振荡（SSO）的主要原因。该文通过建立双馈风电交流并网系统的阻抗模型,分析风电机组不同控制参数对系统SSO的影响程度,提出一种可等效电流环控制参数调整且兼顾基频控制性能的附加阻尼控制方法。为提升对振荡模态迁徙的适应性和鲁棒性,进一步将实时测频与模糊控制相结合,形成一种可根据振荡频率自动调整附加阻尼控制参数的SSO自适应抑制策略。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台,验证该文所提出的SSO自适应抑制策略的正确性与有效性。

Select

基于改进LB动态失速模型的翼型非线性气弹分析

李原, 尹凡夫, 高伟, 苗继春, 沈昕, 杜朝辉

2023, 44(7): 402-408. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0396

PDF全文 ( )

可视化

基于改进后的动态失速模型,研究非线性气动作用下的二维翼型颤振特性。从初始附着流出发,对比研究临界速度以下、以上时,系统的时域位移、气动力变化,发现气动非线性主要影响临界流速以上的极限环振荡阶段;从振幅增速的角度,发现对系统稳定性强弱的判断受时间尺度定义的影响;从改变翼型平均攻角的角度,气动非线性在振动收敛时影响较小,而在颤振阶段影响较大,表现为改变系统的动态失速特性;对于高攻角下的初始分离流,不同计算结果展现出强烈的差异性、非线性,系统的颤振信号具有显著的单自由度特征。

Select

基于改进残差网络的旋转机械故障诊断

徐硕, 邓艾东, 杨宏强, 范永胜, 邓敏强, 刘东川

2023, 44(7): 409-418. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0393

PDF全文 ( )

可视化

针对传统风电机组轴承和齿轮箱故障诊断方法需人工提取特征而易引入人为误差和浅层神经网络提取特征困难导致诊断效果不佳的问题,提出一种基于改进残差神经网络的风电机组轴承和齿轮箱故障诊断方法。引入选择性内核网络（SKNet）结构来对卷积核执行注意力机制,引入全局上下文网络（GCNet）结构来充分利用全局上下文信息对不同通道进行权值重标定。实验结果表明,所提方法对在强噪声情况下对风电机组轴承和多维度特征的风电机组齿轮箱具有良好的故障诊断能力。

Select

新型双风轮风力机大传动比两级同轴磁性齿轮传动的电磁性能分析

王均刚, 张杰, 钱立群, 张斌

2023, 44(7): 419-426. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0387

PDF全文 ( )

可视化

风电产业发展迅速,为了降低成本、增强企业竞争力,风力发电设备正朝着高功率、高性能、高可靠性方向发展,目前主流风力机普遍采用单风轮加机械式风电齿轮箱传动形式,无法满足风力机风能的高效利用和低传动故障率的需求。针对上述问题,该文提出双风轮两级同轴磁性齿轮新型传动方式,与机械齿轮相比,两级同轴磁性齿轮能实现非接触和大传动比传动,并具有低振动、噪声小、无需润滑以及低维护成本等优点。该文分析了两级同轴磁性齿轮结构和工作原理,建立两级同轴磁性齿轮的模型,分析了第一级和第二级同轴磁性齿轮的两级之间的磁场分布、气隙的磁通量密度、空间谐波分量、静态转矩和稳态运行转矩。研究表明,两级同轴磁性齿轮传动的第一级和第二级的转矩波动差异较大,第二级内转子转矩脉动幅值比第一级大41.68%,第二级外转子转矩脉动幅值比第一级小0.96%。针对第二级转矩波动较大的情况做了改进,结果表明,改进后的磁性齿轮内转子波动幅值降低了48.27%。

Select

基于时间卷积网络残差校正的短期风电功率预测

苏连成, 朱娇娇, 李英伟

2023, 44(7): 427-435. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0380

PDF全文 ( )

可视化

为提高短期风电功率预测的准确性,提出一种基于时间卷积网络残差校正模型的短期风电功率预测方法。首先,采取自适应噪声完备集合经验模态分解算法分离出风电功率的局部特征信息,以网格搜索与交叉验证算法优化的支持向量回归模型对各分量进行预测。然后,构建时间卷积网络残差预测模型,并使用灰色关联度分析方法选择输入特征,对支持向量回归预测结果进行校正。最后,基于提出的模型对某风电场实际运行功率进行预测并与其他方法的预测精度进行比较,结果表明,该文所提方法提高了短期风电功率预测的精度。

Select

基于分形优化的VMD和GA-BP的短期风速预测

全一鸣, 喻敏, 王文波, 魏来

2023, 44(7): 436-446. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0358

PDF全文 ( )

可视化

该文首次提出基于分形优化的变分模态分解（VMD）和遗传算法（GA）改进的反向传播神经网络（BP）模型的短期风速预测方法。首先使用计盒维数算法优化VMD分解层数,然后针对风速序列的非平稳性,利用优化后的VMD分解原始风速序列得到较平稳风速子序列,最后采用遗传算法改进的BP神经网络分别训练预测各模态分量,并通过叠加所有分量预测值得到最终预测结果。使用该方法对美国某风电场风速进行预测,将预测结果与BP、VMD-ARMA、VMD-LSTM、VMD-BP、基于分形优化VMD-BP模型对比,并选取MAE、RMSE、MAPE这3种评价指标分别评价上述6个模型。结果表明：使用基于分形优化的VMD-GA-BP模型能显著提高预测效果,降低风速预测误差。

Select

基于协同仿真的后掠型风力机气弹响应分析

黎浩, 夏鸿建, 李德源, 吴俊霖

2023, 44(7): 447-455. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0338

PDF全文 ( )

可视化

由于后掠叶片具有积叠线弯曲的结构特点,导致叶片的弹性轴和扭转轴分离,增强了叶片弯扭耦合效应,致使叶片出现强烈的结构非线性变形,同时,沿叶片展向具有明显的三维流动现象。为高精度模拟后掠型风力机的结构振动、变形和气动载荷,通过超级单元法对风力机叶片和塔架结构进行离散,建立了整机刚-柔耦合多体动力学模型;考虑到后掠叶片形状、振动和变形致使空气沿叶片展向三维流动现象显著,采用螺旋尾涡升力线模型分析气动载荷。为高效精确建立包含机械和流体等多学科耦合的风力机模型,采用多体动力学软件建立机械模型,通过Matlab实现叶片气动载荷计算,基于Simulink协同仿真功能实现整机气弹耦合建模。以某后掠型风力机为对象,仿真分析了整机的气弹响应。数值仿真结果表明：本文理论模型和建模方法能有效模拟后掠型风力机的非线性变形和气弹耦合特性,能为新型降载增效机组的气动性能和结构设计提供指导。

Select

基于静力学分析的新型变桨风力机关键齿轮参数优化

王鹏, 包道日娜, 吴胜胜, 王天博, 张少华, 唐迪

2023, 44(7): 456-462. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0327

PDF全文 ( )

可视化

以新型变桨风力机为研究对象,针对其变桨调节机构的齿轮齿条构件,进行了轻量化的优化设计。通过有限元分析,得到不同桨距角下的叶片扭矩以及传动杆推力,并采用风洞试验方法对传动杆推力进行验证,确定齿轮优化的初始载荷条件。基于SolidWorks软件对齿轮齿条构件参数化建模,以质量、齿根弯曲强度、齿面接触强度为优化目标,模数、齿数、齿宽为设计变量,建立了响应面模型,采用多目标遗传算法（MOGA）进行优化设计。优化结果表明：优化后齿轮齿条构件质量减轻43%,齿根弯曲应力增加23%,齿面接触应力减小17%,优化使该风力机变桨调节机构设计更为合理。

Select

风力发电机高速齿轮磨损故障趋势预测方法研究

赵西伟, 张煜, 吴国新, 蒋章雷

2023, 44(7): 463-468. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0308

PDF全文 ( )

可视化

以风力发电机高速齿轮磨损故障为研究对象,提出基于独立成分分析的高速齿轮磨损故障趋势预测方法。构建混合信息模型,应用独立成分分析方法将各独立成分信息的近似成分信息从混合信号中分离出来,并以纯净的近似故障源信号特征为依据找到有用成分;根据近似故障源信号与故障源信号互为相似形,利用正态总体均值区间估计方法估计相似形放大倍数值域;确定连续且单向变化的放大倍数值域与旋转部件故障程度的对应关系,建立故障程度判别标准,结合高速齿轮全生命周期故障源信号能量变化趋势图,对故障程度及趋势做出判断及预测。应用以上方法对工业现场采集到的高速齿轮磨损故障数据进行处理,结果表明,该方法对于处理以周期性突变为特征的磨损故障信号具有较理想的趋势预测效果。

Select

基于DSST计算机视觉算法的风力机叶片动力特性测试

李万润, 赵文海, 杨明翰, 杜永峰

2023, 44(7): 469-477. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0303

PDF全文 ( )

可视化

针对传统风力机叶片监测以人巡检为主耗时、费力且效率低下的问题,提出一种基于计算机视觉的风力机叶片动力特性自动识别方法。首先,对比颜色匹配算法、模板匹配算法和分辨尺度空间跟踪器（DSST）算法的性能,提出基于DSST动力特性识别算法,并对其性能进行对比分析;其次,结合叶片振动视频,利用叶片固有角点或边缘进行跟踪,在叶片表面无附加任何标志物的情况下,识别风力机叶片的动态位移;最后,基于视觉方法识别风力机叶片的动态数据对叶片结构进行评估,并与传统监测手段分析结果进行试验对比。结果表明：采用基于DSST计算机视觉算法可准确识别风力机叶片的动力特性,并在时域和频域均有较高精度,可为风力机叶片的状态评估提供依据。

Select

叶片挥舞运动对风力机气动特性的影响

冯俊鑫, 赵振宙, 陈明, 江瑞芳, 王丁丁, 刘一格

2023, 44(7): 478-485. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0287

PDF全文 ( )

可视化

为提高计算流体力学（CFD）的计算精度,在数值仿真过程中考虑叶片挥舞运动,研究叶片的挥舞运动对大型风力机气动特性的影响。以NH1500三叶片风力机为研究对象,采用大涡模拟（LES）,通过滑移网格和动网格技术实现叶片的旋转和不同振幅的挥舞运动,与刚性叶片的计算结果进行对比分析。结果表明：考虑挥舞的风力机叶片,在输出特性、速度场、压力场以及叶尖流动特性方面上均与刚性叶片存在明显差异。为使模拟结果更接近实际,应在大型风力机仿真工作中考虑叶片的挥舞运动。

Select

新一代涡识别方法在大偏航条件下风电机组复杂尾涡辨识中的适用性研究

纪仁玮, 孙科, 朱仁庆, 张幸雨, 张阁, 张玉全

2023, 44(7): 486-495. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0179

PDF全文 ( )

可视化

为进一步了解大偏航条件下串列风力机组的复杂尾流特性,采用4种不同的涡识别方法（第一代Vorticity、第二代Q、第三代Liutex、第三代NewOmega）可视化串列风机组的尾涡结构,以探究新一代（第三代）涡识别方法（Liutex、NewOmega）在风力机大偏航条件下的适用性。首先,基于致动线（actuator line,AL）模型和一种局部动态Smagorinsky（localized dynamic Smagorinsky,LDS）亚格子模型,开发一套精度高、计算成本低的水平轴风力机尾流精细化数值模拟框架（AL-LDS耦合模型框架）。其次,选取NREL-5MW风力机为研究对象,将AL-LDS耦合模型的模拟结果与NREL基准值进行对比,从而验证AL-LDS耦合模型的精度。最后,编写最新的第三代涡识别方法（Liutex、NewOmega）后处理程序,并将新一代涡识别方法应用到大偏航条件下串列风力机组的尾涡辨识中,进而分析多机组间的复杂尾涡流动机理。结果表明：1）AL-LDS耦合模型具有较高的计算精度;2）第三代涡识别方法同样适用于大偏航条件下风力机尾涡结构的可视化,且可捕捉到尾流中成对的涡脱落现象以及破碎弱涡结构。

Select

大型海上风电结构物运输过程运动响应分析

傅圣航, 张伟, 张浦阳

2023, 44(7): 496-503. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0130

PDF全文 ( )

可视化

以某海上风电场升压站上部组块运输安装工程为背景,通过使用MOSES软件建立运输船和所载运上部组块的整体运输模型,对上部组块运输过程进行频域运动响应分析,预报船舶及上部组块各自由度的运动及加速度幅值。并通过传感器采集海上运输过程中监测设备的动态信号数据,获得运输过程中船舶和上部组块的实时状态数据,经过结果比对,前期的计算模拟分析与实际监测数据较为近似,可靠性较高。

Select

海上风电三筒导管架基础下沉过程屈曲分析

赵业彬, 张浦阳, 闫瑞洋, 齐欣

2023, 44(7): 504-510. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1386

PDF全文 ( )

可视化

针对筒型基础的径厚比、高径比、下沉深度以及初始缺陷属性对筒壁轴向以及周向屈曲特征的影响,建立单筒有限元模型和三筒导管架基础有限元模型,并将计算结果和已有公式进行对比。结果表明：筒型基础在下沉过程中周向屈曲值随下沉深度的增加不断增大,且增加速率越来越大;筒型基础周向临界屈曲应力值随径厚比的增加不断减小,且径厚比对下沉后期周向屈曲负压值的影响最大;初始缺陷对基础周向屈曲值有显著影响,修正的美国海军试验水槽计算公式能较好地预测基础下沉过程中的周向屈曲值。

Select

不同温度场下生物质热解特性及物质流和能量流分析

唐松标, 周卫红, 杨改秀

2023, 44(7): 511-519. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0454

PDF全文 ( )

可视化

研究木质纤维素类生物质（能源草）在500、600、700、800 ℃热解温度下三相产物的分布及理化特性。在此基础上,进一步结合数学模型,解析不同热解温度下整个热解过程中的质量流、元素流与能量流。研究结果表明,随着温度的升高,热解炭和热解油产率逐渐降低,热解炭的相对结晶度和石墨化程度增强,热解气产率逐渐升高。热解过程中,C、N元素从原料中流向气体产物的比例也随温度的升高而增加;800 ℃时,流向热解气中的C、N元素最高占比分别达到51.22%和34.05%。相应的热解气能量分布显著增加（由5.94%增至41.69%）。在整个热解范围内,热解能量回收总效率均在70%以上,600~800 ℃时热解气的输出能量完全可满足热解过程中需输入的能量。

Select

多种木质素热解耦合催化重整反应特性及其产物研究

杨光, 张文杰, 沈德魁

2023, 44(7): 520-529. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0376

PDF全文 ( )

可视化

选用有机酸木质素（OAL）、有机乙醇溶木质素（OEL）、碱木质素（AL）和克拉森木质素（KL）进行热解耦合催化重整实验,研究不同种类木质素的反应特性及生成产物的规律。结果表明：催化重整反应可有效促进液体产物转化为气体产物和催化剂积碳,其中OEL的气体产率最高且n（H₂）∶n（CO）≈2∶1的合成气所占比例达65%。OAL对应积碳产率最高,主要为无定形碳并存在少部分由石墨层包裹Ni形成的“核-壳”式纳米颗粒。OEL对应积碳可同时观察到无定形碳、碳纳米纤维及碳纳米管,其中 “竹节状”碳纳米管形成机理是碳原子在Ni颗粒中的扩散方式不同。

Select

生物质焦油热解制富氢燃气的研究进展及展望

李学琴, 吴幼青, 雷廷宙, 吴诗勇, 刘鹏, 陈文轩

2023, 44(7): 530-535. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0357

PDF全文 ( )

可视化

以探索生物质焦油热解制富氢燃气及催化剂制备新途径为目标,综述国内外生物质焦油的脱除技术及发展现状,着重阐述焦油的脱除方法及所用催化剂类型,明确利用助剂改性后镍基催化剂在焦油热解制富氢燃气方面具有极高的催化活性;最后,总结并展望氢的提纯、储存及利用途径,可为生物质焦油脱除和催化剂制备提供新思路,以期为生物质焦油热解制富氢燃气提供理论依据。

Select

高雷诺数下浮式圆柱体涡激运动试验研究

周阳, 张艺林, 李忠明, 王锋

2023, 44(7): 536-541. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0349

PDF全文 ( )

可视化

为研究高雷诺数下浮式风力机的涡激运动响应特性,对直径0.5 m,高1 m的浮式圆柱体进行静水拖曳模型试验。试验测试约化速度在5.6~22.6范围内模型的横荡与纵荡运动响应,其雷诺数范围可达7.5×10⁴~3×10⁵。对模型的运动轨迹、涡泄频率以及响应幅值进行研究分析。研究发现：随着约化速度的增大,涡激运动响应幅值先增大后减小;在约化速度为9.4~13.2的范围内模型横荡与纵荡均发生明显锁定现象,在锁定区内涡泄频率接近固有频率0.053 Hz,且纵荡频率是横荡频率的2倍;不同约化速度下纵荡响应幅值均低于横荡响应幅值,横荡运动处于主导地位;在锁定区内模型运动轨迹呈明显的“8”字形。

Select

叶尖形式对潮流能水轮机性能及尾流的影响

董霞, 司先才, 袁鹏, 谭俊哲, 刘永辉, 王树杰

2023, 44(7): 542-548. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0317

PDF全文 ( )

可视化

以水平轴潮流能水轮机作为研究对象,采用试验与仿真相结合的方法,研究叶尖优化处理对于水轮机水动力性能、尾流恢复及叶尖涡控制的影响。结果表明：叶尖优化模型能有效减弱叶尖处从压力面向吸力面的回流,大幅减轻叶尖涡整体的强度,对加速水轮机尾流的恢复、提高水轮机的水动力学性能具有积极作用。研究显示与基础叶片水轮机模型相比,叶尖优化水轮机模型的获能系数整体增加1.92%。

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

过刊目录

模态框（Modal）标题

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

过刊目录