太阳能学报

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贾靖, 聂晶, 王静文, 苏昊, 闫素英, 高虹

2024, 45(2): 1-9. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1557

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不同太阳能烟囱（SC）形状对系统集热特性影响不同。建立10°圆形SC数值模拟模型和试验台架,将系统数值模拟与试验测试结果对比验证,二者相对误差值小于4%,数值模拟方法正确;采用相同的数值模拟方法对0°圆形、0°方形和10°方形SC模型进行计算,将不同系统计算结果进行对比。结果表明：不同系统结构蓄热层表面温度场均匀性和受烟囱阴影影响不同,10°方形蓄热层表面温度场受烟囱阴影影响最小;对比烟囱内流体速度,10°方形具有更高速度梯度,更有利于确定涡轮机的位置;不同系统烟囱内部流体总焓差不同,10°方形SC系统总焓差较大;相比于0°圆形SC系统,其他3个SC系统的集热效率分别提高了11.328%、43.705%和66.061%,质量流量提升了59.36%、8.39%和39.04%。

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新型动态保温相变Trombe墙体热性能的实验研究

周世强, Razaqpur Abdul Ghani

2024, 45(2): 10-15. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1588

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通过测试一间有一面是相变材料另一面是保温材料的新型动态Trombe墙体的房屋全尺寸模型,对该墙体的热性能进行实验研究。以墙体和房间的空气温度以及通过墙体的热流量和气流速率来评估其性能。结果表明：在相变过程中,温度变化相对平缓;墙体从玻璃获得的热量占其获得总热量的26.2%,且利用其储存的90.1%的热量对房间进行加热;在相变材料放热期间,该墙体可降低室内温度的分层且房间中部的温度至少比室外温度高3.2 ℃。

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基于ANFIS的太阳能-空气源热泵供暖系统温度控制研究

谭心, 吴林锋, 虞启辉, 刘泽江, 王亚辉, 孙国鑫

2024, 45(2): 16-22. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1609

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针对太阳能-空气源热泵供暖系统运行环境复杂多变,模糊控制器的设计高度依赖人工经验的问题,提出一种基于自适应神经模糊推理系统（ANFIS）改进的模糊控制方法。该方法利用ANFIS在复杂系统建模中的优势,结合供暖系统温度响应特性和实际运行数据,建立联合供暖系统变工况ANFIS模型,生成与系统性能适配的模糊规则库并传递给模糊控制器执行。Matlab/Simulink仿真对比试验表明,与单一的模糊控制相比,该方法的控制精度提高了17.65%,调节时间缩短了36.4%,具有更高的控制精度和响应速度。

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基于三角形腔体的菲涅尔线聚焦集热系统研究

颜奕波, 胡艳鑫, 黄金, 黄子佳, 李浩腾

2024, 45(2): 23-29. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1613

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该文设计一种基于三角形腔体的菲涅尔线聚焦集热系统,通过搭建测试平台,在实际天气条件下测试腔体有无盖板、腔体内铜管表面有无覆盖黑漆和太阳直射辐照度等因素对腔体出口温度及系统集热效率的影响。研究结果表明：光洁铜管腔体增加盖板后,集热效率由22.10%增加至25.82%;而黑漆铜管腔体增加盖板后,系统集热效率由30.40%下降至29.50%。光洁铜管表面覆盖黑漆后,腔体无盖板情况下的系统集热效率由21.94%增加至34.57%;腔体有盖板情况下的系统集热效率由25.26%增加至29.91%。太阳直射辐照度对腔体出口温度波动影响显著,但对系统集热效率的影响不明显。

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生物基材料应用于界面光热水蒸发系统的研究进展

马赛男, 闫卿, 汪倩倩, 李洲鹏

2024, 45(2): 30-41. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1663

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太阳能驱动界面光热水蒸发技术是一种新型绿色节能的清洁水再生技术。光热转换材料作为关键组成部分,具有重要的研究意义。其中,生物基光热材料因其丰富性、生物可降解性、低导热性、天然独特的结构以及成本低廉等特点,引起广泛研究关注。旨在展望基于生物基材料的界面光热水蒸发技术发展趋势,该文首先介绍了界面光热水蒸发系统基本机制,根据材料来源详细综述了生物基光热材料的类型,对生物基界面光热水蒸发系统结构进行简要论述。最后,针对目前生物基界面光热水蒸发系统的研究现状进行总结并展望了未来几个重点研究方向。

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极端天气对被动式太阳能建筑采暖效率的影响

刘大龙, 韩雨菲

2024, 45(2): 42-49. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1690

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为研究极端天气对被动式太阳能建筑采暖效率的影响,选取关键气象参数（直射辐射、干球温度）来构造极端冷气象条件,主要分析太阳低辐射和极端低温对拉萨、乌鲁木齐、兰州、哈尔滨4个城市的被动式太阳能建筑采暖效率的影响。结果表明：随着太阳直射辐射和温度的降低,哈尔滨整个采暖季的采暖潜力下降最大,拉萨、兰州、乌鲁木齐在太阳直射辐射下降超过50%时,采暖潜力下降最大,哈尔滨在辐射下降43%时采暖潜力下降最大。在温度下降不超过10 ℃的情况下,拉萨和哈尔滨的采暖潜力下降最大,兰州和乌鲁木齐则是在温度分别下降11和15 ℃时,采暖潜力下降最大。气象参数对采暖潜力的敏感性分析表明,太阳直射辐射对太阳能采暖潜力的影响大于温度。同时,对不同设计因素进行全局敏感性分析,建筑保温材料的物理参数对采暖潜力的影响高于其他设计参数。

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基于气候资源禀赋的TMY权重因子调整方法研究

李红莲, 王梦丽, 张文豪, 黄金, 吕文

2024, 45(2): 50-58. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1585

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提出一种基于气候资源禀赋的典型气象年（TMY）权重因子调整方法。在参数间相关分析的基础上,遴选干球温度、相对湿度、日照时数与气温日较差作为分区指标,采用K-均值聚类算法对中国地域气候进行分区,依据台站所处地域的太阳能、风能等资源动态调整TMY权重因子。结果显示,调整后的权重因子构建的TMY更加精准,更能体现地域的气候特征。

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基于深度模糊神经网络的太阳总辐射预测研究

乔楠, 蒋波涛, 郑雨, 刘燕东, 王锦

2024, 45(2): 59-64. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1679

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提出一种基于深度模糊神经网络的太阳总辐射预测模型。首先利用Pearson相关系数分析太阳总辐射关键影响因素,其次利用深度学习多隐含层所具有的特征提取优势将模糊神经网络模块重复连接,构建深度模糊神经网络模型,并使用蝗虫优化算法对其中心值和宽度进行优化。利用所提太阳总辐射预测模型对5个气象站点的相关数据进行仿真实验,并对结果进行分析。仿真结果表明：所提预测模型较其他模型具有较高的预测精度,验证了模型的有效性,可满足无辐射监测站点太阳总辐射预测的需要。

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基于二维代理模型的风力机尾流计算和风电场布局优化

龙海芳, 李正农, 潘月月

2024, 45(2): 65-76. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1526

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针对现有风力机尾流采用计算流体力学方法（CFD）进行数值模拟遇到的网格数量多、计算资源需求大的问题,提出采用二维代理模型的风力机尾流数值模拟方法,并将此代理模型运用于风电场的布局优化中。首先对单台风力机的尾流进行数值模拟研究,并根据现场实测数据对模拟结果进行检验;其次将代理模型运用于多台风力机的风电场模拟中,分析风力机在不同来流风向角下尾流效应情况。最后结合风速风向玫瑰图计算多台等距矩形布置的风电场的年发电量,分析风电场与N（北）方向的夹角与风电场年发电量的关系。仿真表明：现场实测数据和模拟数据相关程度高且误差较小,验证了二维代理模型的可行性和计算结果的准确性。风电场与N（北）方向的夹角在0°~40°范围内时,夹角大于0°时的风电场年发电量均大于夹角等于0°时的年发电量;风电场布局优化时选择合适的风电场与N（北）方向的夹角有利于提高风电场的年发电量,提高经济效益。

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基于工况辨识的风电机组主传动系统运行状态监测

陈结, 陈换过, 肖志奇, 解超

2024, 45(2): 77-85. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1545

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针对风电机组主传动系统运行工况复杂多变,导致状态监测系统误报警率高的问题,提出一种基于工况辨识的风电机组主传动系统运行状态监测方法。首先采用最大互信息系数（MIC）选取数据采集与监视控制系统（SCADA）特征参数,运用k-均值聚类算法对主传动系统运行工况进行划分,解决机组运行状态复杂多变导致运行工况不清的问题;接着提取状态监测系统（CMS）特征参数,并采用层次分析法计算CMS特征参量相对权重,提出主传动系统运行状态评价指标与量化算法;最后利用核密度估计（KDE）方法确定阈值,根据阈值与运行状态指标的关系实现主传动系统异常监测。将该方法运用于实际风场,结果表明所提方法监测结果与实际相符。

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基于数字图像处理的风电机组叶片裂纹损伤识别方法研究

石腾, 许波峰, 李振, 陈鹏

2024, 45(2): 86-94. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1607

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为实现风电机组叶片损伤检测的高效化、智能化、便捷化,研究一种基于数字图像处理技术的风电机组叶片裂纹损伤识别以及裂纹类型判断和特征参数提取的方法。以无人机采集的风电机组叶片图像为研究对象,通过对比灰度化、滤波、阈值分割等图像处理步骤的多种算法,对形态学处理方法进行改进,首先选用平均值法对叶片图像进行灰度处理,其次使用中值滤波对图像进行去噪处理,再次使用Otsu阈值分割以实现裂纹区域的分割,然后基于改进的形态学方法提取出完善的叶片裂纹损伤区域,最后基于连通域原理完成裂纹区域的框取。基于上述算法设计风电机组叶片裂纹损伤识别系统以实现叶片裂纹图像检测的可视化处理、裂纹类型判断及裂纹特征参数提取等功能。结果表明,该系统对于风电机组叶片裂纹损伤检测具有可靠的识别精度,识别准确率为85%,实现了风电机组叶片裂纹损伤的自动识别与特征参数提取,提高了叶片裂纹损伤的检测效率。

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砂土中桩靴插桩对临近筒型基础的影响研究

乐丛欢, 胡灏, 王昕, 任建宇, 张浦阳, 丁红岩

2024, 45(2): 95-101. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1624

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通过物理模型试验和有限元法研究砂土中风电安装船桩靴插桩对临近筒型基础的影响。首先通过物理模型试验,验证有限元模型的合理性,初步确定桩靴在砂土中贯入的影响范围大致在2.5倍桩靴直径。基于有限元CEL方法进一步研究桩靴和筒型基础的净距与桩靴直径之比（S/D）对筒型基础在位稳定性的影响。结果表明：筒型基础的倾斜率、最大竖向位移以及筒壁应力随着S/D的增大而逐渐减小,插桩过程中,靠近桩靴一侧的筒裙和分舱板应力远大于远离桩靴一侧的筒型基础应力,且筒顶的土压力远小于筒底土压力。

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附加阻尼控制下风电机组机网耦合载荷建模及分析

杨超, 李东翰, 胡姚刚, 贾勇, 李辉, 刘静

2024, 45(2): 102-108. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1627

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针对附加阻尼控制下风电机组机械载荷问题,开展风电机组机网耦合载荷建模及载荷特性分析研究。采用FAST与Matlab/Simulink软件联合方法,建立综合考虑机组机械特性和电气特性的并网风电机组机网耦合载荷模型。采用所建模型开展附加阻尼控制对机组机械载荷影响的仿真分析,并复现附加阻尼控制下风电机组机械系统与电力系统的机网共振现象。结果表明,所建模型能够表征附加阻尼控制下风电机组机械系统与电力系统的耦合互作用,系统低频振荡会导致机组关键结构出现明显振动载荷,且系统振荡频率与机组机械结构固有振动频率接近时两者共振会急剧加大机组振动载荷。

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基于分量相依性的风速随机性建模方法

张家安, 王军燕, 刘辉, 吴林林, 王向伟

2024, 45(2): 109-115. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1636

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由于微地形、微气象的影响,风电场风速的随机性特征复杂,为准确描述风速的随机性特征,提出基于分量相依性的风速随机性特征建模方法。首先对风速序列的随机性特征进行提取,采用变分模态分解（VMD）将风速分解为多个不同频率的模态分量,以序列自相关系数（AC）为指标,对风速成分进行划分,得到风速的波动性分量和随机性分量。然后,考虑风速随机性分量对波动性分量的相依性,以正态分布描述不同风速下的随机性特征,建立基于分量相依性的风速随机性模型。以华北张家口某风电场的运行数据为例,验证该方法的有效性。实验结果表明该文方法能更好地复现风速序列的随机性特征。

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热带海岛典型地貌风场特性的无人机实测

黄斌, 王文想, 李昊, 刘金轲, 潘月月, 董金爽

2024, 45(2): 116-126. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1638

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利用双无人机测风系统实测海岛三类典型场地的风场特性,并与多国风荷载规范对比。结果表明,近海岸、低矮温室基地、多高层建筑群实测风剖面分别与中国规范A类、日本规范Ⅲ类、美国规范B类剖面较吻合。近海岸湍流强度小于各国规范,低矮温室、多高层建筑群实测值分别与日本规范Ⅲ类、Ⅳ类场地值较吻合。阵风因子随粗糙度、湍流强度提高而增大,近海岸、多高层建筑群阵风因子与湍流强度相关性分别接近Ishizaki、Cao建议模型。实测积分尺度随高度而增大,随粗糙度而减小,提出热带海岛典型地貌的积分尺度公式。同一地貌的风速竖向、水平相关性随高差、水平间距增大而减弱;同一高差的风速竖向相关性随粗糙度提高而减弱。von Karman谱能较好地描述热带海岛脉动风在频域内的能量分布特性。

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叶片旋向对风力机尾流特性影响的试验研究

徐文权, 东雪青, 韩玉霞, 汪建文, 高志鹰, 郭旭

2024, 45(2): 127-134. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1643

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采用一种简单、有效的方法来改善风力机尾流效应,提升下游风力机功率。进行叶片旋向对风力机尾流特性的试验研究,利用低频粒子图像测速（PIV）系统对NACA4415翼型的叶片进行扰流流场测试并采集风力机的尾流数据。当2台串列排布的风力机旋向不同时,首先在下游风力机前1D（D为风轮直径）处,叶尖涡涡核位置向中央尾迹区偏移,而外部主流区的流体在叶尖涡诱导区的输运和卷吸作用下持续进入中央尾迹区并与之掺混使得轴向速度恢复得更佳;进而分析下游风力机后1D的流场数据,结果显示：虽然下游风力机叶尖涡几何结构被“打碎”,但涡核能量却未降低;最后探讨影响风力机功率特性的因素,下游风力机入流角的增大促使下游风力机捕获更多风能,在风轮间距为2D时,逆向旋转的功率比比同向旋转时高4.70%,且功率比随间距增加其增幅逐渐减小。

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基于数值模拟的混凝土联排水动力特性研究

李会, 邱旭, 刘鑫, 闫姝

2024, 45(2): 135-142. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1658

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海上风电桩基础冲刷坑的存在对风电场安全运行造成不利影响,须采用有效的冲刷防护措施稳固桩周泥沙。该文以山东海域某海上风电场为研究对象,提出混凝土联锁排防护措施,并将其简化为六列矩形块阵列模型,通过数值模拟分析了矩形块阵列模型的水动力特性。研究发现,第1排矩形块为整个矩形阵列模型的主要受力块,混凝土联锁排整体阻力可通过单独计算第1排单个矩形块来评估,能显著减少计算量; 其次,矩形块阻力系数随时间变化具有周期性,但随时间变化幅度较小。总体而言,本文结果对指导混凝土连锁排防护设计具有一定的工程意义。

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考虑大变形的柔性风电叶片气弹性分析

王泽栋, 王靛, 漆良文, 陈严, 黄志鸿

2024, 45(2): 143-151. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1667

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针对超长柔性风电叶片在传统线性（小变形）条件下发生动力学分析失效的问题,提出考虑大变形结构的柔性叶片模型并进行气动弹性分析。首先将叶片简化成非均匀悬臂梁,利用大变形Euler-Bernoulli梁模型进行离散化建模;后结合叶素动量理论,建立叶片的非线性结构动力学方程,并运用Newton-Raphson和逐步积分相结合的方式进行时域仿真。整个过程重点考虑大变形结构的刚度变化、以及柔性叶片截面扭转运动和外形变化。以DTU 10 MW风力机为算例,比较叶片在大变形和小变形结构下的动态气动特性,结果表明：动态响应中,大变形结构的刚度变化导致挥舞方向的叶尖位移明显增加,略微减小摆振方向的位移,同时叶尖扭角也会显著减小。此外,叶根面外载荷在大变形条件下会显著下降,但叶根面内载荷则会略微增加。这与传统线性条件下的气弹现象具有明显差异。该文的叶片模型能有效预测长柔叶片的动态气动特性。

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基于动态阈值的风电轴承健康状态评估

方超, 李治, 汪勇, 王帝, 程相杰

2024, 45(2): 152-157. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1671

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针对现有的风电轴承健康状态评估方法需大量样本提取和模型训练、存在实现过程繁琐费时费力且泛化应用能力弱的问题,提出基于动态阈值的风电轴承健康状态评估方法。首先,考虑风的随机性和间歇性,利用风电轴承温度监测数据,引入劣化度概念,采用曲线拟合和机群聚类方法确定了劣化度的上、下限动态阈值;其次,通过健康状态评语集及其等级划分范围和劣化度计算,提出基于动态阈值的风电轴承健康状态评估方法;最后,以某风电机组的发电机后轴承超温故障为例,验证了所提评估方法可获得有效的风电轴承健康状态和及早获知故障征兆。

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基于WRF模式的四川省凉山州地区风能资源可开发区域研究

叶瑶, 袁熹, 王逸奇

2024, 45(2): 158-163. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1676

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利用MERRA2再分析数据驱动WRF模式,对四川凉山州地区2020年全年进行风资源模拟分析,并用凉山州地区典型测风塔数据对模拟结果进行检验,并进行详细地风资源分析,再根据风电场开发8%基准内部收益率反推可开发风能资源的区域分布。结果表明：凉山州大部分地区100 m高度年平均风速在5 m/s以上,风速极大值一般位于山脊,凉山州风能最好的区域主要集中在会东县和宁南县。凉山州典型区域内均表现出受西南季风影响的特征,即冬、春季节风大,夏、秋季节风小,主风向呈强西南风状态,且风功率密度变化规律与风速的变化规律基本一致。凉山州山地区域可开发风能资源的平均风功率密度临界值为258 W/m²,这些区域主要集中在会理、会东、宁南、布拖、木里和盐源县境内。可开发区域分布图对指导凉山州地区风能开发提供科学参考。

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组合两步分解和ARIMA-LSTM的短期风速预测研究

陈蕻峰, 王贺, 李岩, 熊敏

2024, 45(2): 164-171. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1681

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为提高风速序列预测精度,提出一种基于两步分解的短期风速组合预测模型,首先使用鲁棒经验模态分解（REMD）将风速数据分解为不同频率的子序列,然后将REMD分解得到的高频模态分量使用小波包分解（WPD）进行第二步分解,降低风速序列不稳定性,提高其可预测性。其次对分解得到的高频子序列建立长短期记忆神经网络（LSTM）预测模型,低频子序列建立差分自回归移动平均模型（ARIMA）预测模型。最后叠加子序列预测结果得到风速预测结果。通过两组不同风速数据集的实验对该模型的性能进行科学评估,模型预测结果的平均绝对误差分别为0.3026、0.1255;均方根误差分别为0.498、0.1607。与其他几种对比预测模型相比,验证该模型具有一定的优越性。

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基于声发射b值分析的风力机叶片材料损伤特性研究

廖力达, 陆正鹏, 叶捍, 黄斌, 舒王咏, 张芝铭

2024, 45(2): 172-180. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1686

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风力发电机叶片主要材料玻璃纤维环氧树脂增强复合材料（GFRP）的损伤,会造成叶片寿命减少甚至断裂,必须进行损伤检测。采用声发射方法可分析GFRP复合材料损伤特性,实现在线监测叶片性能。该文采用声发射b值特征来表征GFRP损伤程度,并通过主成分分析和k-均值++算法进行声发射参数聚类来分析GFRP损坏模式。结果表明：1）对整个声发射事件进行b值分析,观察到GFRP试样在断裂前b值呈明显下降趋势,表明b值的变化率可作为材料断裂的预警信号。2）根据主成分分析9种声发射参数所占主成分比重,选择声发射信号的幅度、峰值频率两个特征参数。通过k-均值++算法对特征参数进行聚类分析,发现拉伸过程的声发射信号分为了4个簇,并找到每个簇的特征频率。3）通过使用扫描电子显微镜（SEM）对GFRP试样拉伸断口进行观察,得到4个簇分别对应于基体开裂、纤维/基体脱粘、分层和纤维断裂4种损伤模式。基于声发射b值分析方法适用于GFRP损伤特性研究,可在风力发电机叶片损伤检测领域推广。

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分离盘对Spar型浮式风力机涡激运动抑制特性的试验与数值研究

李磊, 肖阳宏, 徐鹏, 潘昀, 夏海山

2024, 45(2): 181-188. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0021

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涡激运动是导致浮式结构系泊系统疲劳破坏的重要原因,该文利用模型试验和数值仿真方法,开展尾侧分离盘对Spar型浮式风力机主浮体结构涡激运动抑制机理的研究。主要探讨分离盘长度L/D对风力机涡激运动特性的影响规律。研究发现,分离盘长度L/D=0时,涡激响应随折合速度的增加呈现明显的上部分支、锁定区及去同步化分支3阶段,结构发生涡激共振问题;当分离盘长度L/D≥0.2时,风力机不再发生涡激共振现象,且当分离盘长度L/D≥0.4时其抑制效果达70%以上。同时发现分离盘结构能诱发Spar型浮式风力机的艏摇运动。结果表明,分离盘对Spar型浮式风力机的涡激运动响应有明显的抑制效果。

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黏土中海上风力机桩-筒复合基础地震响应分析

张小玲, 李赟琪, 王丕光, 穆坤, 程星磊

2024, 45(2): 189-197. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0227

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参考NREL海上风力机结构参数,基于ABAQUS软件平台,建立黏土中海上风力机桩-筒复合基础的三维整体有限元模型;采用总应力形式的非线性运动硬化模型描述黏土的不排水动应力应变响应,通过编制Matlab程序实现随机风荷载及波浪荷载的模拟;开展地震及风、浪、流荷载共同作用下海上风力机桩-筒复合基础的时域整体动力响应分析,揭示桩-筒复合基础的承载机理,分析地震烈度、土体强度及基础尺寸对桩-筒复合基础动力响应的影响规律。

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风轮不平衡载荷下超大型风电机组叶片颤振极限研究

田德, 李贝, 吴晓璇, 孟慧雯, 王浩东, 苏怡

2024, 45(2): 198-205. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1751

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以IEA Wind 15 MW 参考风电机组为研究对象,基于非线性时域气弹耦合分析工具,研究风剪切、偏航入流、质量不平衡3种不平衡载荷单一或共同作用时,超大型风电机组叶片的颤振极限。结果表明,单一不平衡载荷作用时,风剪切和±15°以内的偏航角会增大临界颤振速度,而质量不平衡会降低临界颤振速度,且质量偏重时颤振速度下降更加明显。3种不平衡载荷共同作用时,临界颤振速度的最大值和最小值都出现在剪切系数为0.3时;最大值总是在偏航角为非负值时取得,最小值在偏航角为-20°时取得;质量不平衡对临界颤振速度的影响与其单一作用时的规律一致。因此,在进行气弹稳定性分析时,应考虑多种风轮不平衡载荷共同作用,尤其是叶片质量偏重和偏航角度为-20°时这种最不利的情况。

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基于直接推力控制的直驱波浪发电系统功率优化

黄逸, 杨俊华, 梁昊晖, 罗琦, 王超凡

2024, 45(2): 206-212. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1080

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为提升系统波能捕获能力,分析浮子受力,以状态空间法近似拟合辐射力,建立直驱式波浪发电系统数学模型。基于最优控制理论,以系统捕获波能为目标函数,在S域求解Hamilton方程,计算奇异最优控制率,经拉氏逆变换后得到理想电磁力信号。结合直接推力控制,设计二阶滑模控制方案,保证电机推力与初级磁链的跟踪效果。仿真结果表明,所提最优功率方案下系统捕获功率高,滑模控制器跟踪误差小、动态性能好,可提高波能转化率,有效降低推力与初级磁链脉动,增强系统鲁棒性。

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波浪能供电观测浮标防腐方案设计及仿真

张亚群, 李显豪, 盛松伟, 王坤林, 黄圳鑫, 高桂飞

2024, 45(2): 213-217. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1619

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针对波浪能供电观测浮标的结构组成,分析其工作原理、运动特性、各系统处的海洋腐蚀环境,将浮标划分成多个海洋污损区域。基于目前的防腐方法和浮标复杂的海洋腐蚀环境,综合考虑成本及施工时效性,提出一种防腐油漆涂层加阴极保护双组合的防腐方法,并进行外加电流阴极保护防腐系统及关键参数的设计。通过数值模拟,确定该系统布置在浮标主浮体侧面可实现较好的防腐效果。最后,提出两种防腐系统位置布置方案。

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叶片形状对径向式透平波浪发电效率的影响

伍儒康, 吴必军, 李猛, 薛牧文, 陈毅, 张艳芹

2024, 45(2): 218-224. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1630

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从后弯管的实验数据出发,设计4个透平,以研究叶片形状对径向式透平用于波浪能发电时转换效率的影响。通过数值分析方法得到4个透平在稳定流动中的性能参数,结果表明4个透平的性能相接近。基于稳定流动计算结果,使用准稳态方法分析4个透平在不稳定流动中的性能,结果表明由于存在反向流动现象,4个透平在不稳定流中的效率存在很大差异。后弯管空气透平的设计不仅要考虑效率,还要考虑反向流动时产生的扭矩。

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开封地区砂岩孔隙热储回灌化学堵塞数值模拟研究

黄艳艳, 那金, 雷宏武

2024, 45(2): 225-235. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1579

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以开封圳宇花园的地热开发过程为研究对象,利用TOUGHREACT程序构建三维砂岩孔隙热储层的温度场-化学场-渗流场多场耦合模型,并对主要影响因素进行敏感性分析,探究地热回灌过程对热储层化学堵塞过程的影响。热储层中方解石、石英、伊利石、钙-蒙脱石、二氧化硅矿物沉淀,钾长石、钠长石和白云石矿物溶解,其中方解石矿物为主要沉淀矿物,堵塞回灌井热储层,导致孔隙度降低约10%。回灌过程中回灌水注入流速、温度、井间距的改变影响地热水回灌过程中方解石沉淀,从而导致热储层孔隙度变化。

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基于频率前馈补偿的储能VSG并网有功响应优化策略

兰才华, 石荣亮, 王国斌, 周其锋, 刘维莎

2024, 45(2): 236-243. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1535

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分析现有基于电磁功率前馈补偿的暂态阻尼方案,该方案可有效抑制储能虚拟同步机（VSG）并网有功的动态振荡,但会因降低其惯量支撑能力而存在频率过冲风险。为此,提出一种基于频率前馈补偿的暂态阻尼优化策略。该策略在不影响储能VSG惯量响应性能的前提下,可有效抑制其并网有功的动态振荡,既能大大减小有功超调,又不会引起频率过冲。最后,建立储能VSG并网系统的Matlab仿真模型与实验平台,仿真与实验测试对比结果验证了所提策略的有效性与优越性。

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矩形翅片管糖醇相变储热器传热性能分析

程昊天, 贺明飞, 原郭丰, 王艳, 高蓬辉, 王志峰

2024, 45(2): 244-250. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1596

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对糖醇基矩形翅片管相变储热器传热性能进行数值模拟与实验研究,利用数值模型研究传热流体入口温度、流量以及储热器翅片间距、管间距等参数对充放热性能的影响。研究表明：从运行参数看,由于相变材料导热系数的影响,翅片强化区外流体入口温度与材料相变温度的温差对充放热速率呈正相关;在管内湍流条件下,管内流速在高于0.53 m/s时,不能显著提升储热器的充放热速率;从结构参数看,增加翅片可显著提升翅片区内充放热速率,翅片间距小于10 mm和管间距小于52.5 mm对充放热速率影响不明显。

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提升电网可靠性的储能系统最优经济性规划方法

马速良, 武亦文, 李建林, 侯晓辉, 李东挥

2024, 45(2): 251-262. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1605

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提出兼顾电力系统多主体经济性与可靠性的储能电站优化规划方法。首先使用最优规划方法计算多主体经济性目标下的储能电站容量配置结果;然后使用蒙特卡洛（MC）模拟方法评估电网长时可靠性;而后基于经济性、可靠性及电网效益指标,使用逼近理想解排序法（TOPSIS）评估储能电站在各节点配置效果得分,统计多种发电及负荷场景下各节点评分实现选址,并依据储能功率及容量分布函数实现储能电站容量配置。最后,通过RBTS BUS6仿真,分析所提方法与单一指标下储能规划的对比结果以及关键参数的影响机理,验证所提方法的有效性及优越性。

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阶梯成本下考虑混合租建模式的云储能优化配置

栗然, 吕慧敏, 彭湘泽, 王炳乾, 祝晋尧

2024, 45(2): 263-273. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1612

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为解决盲目投建云储能造成资源浪费、成本增加的问题,提出阶梯成本下“自建+租赁”混合模式的园区云储能优化配置方法。首先,分析云储能的特点,构建园区内有大量光伏用户参与的云储能服务模式。其次,建立不同时间尺度、双主体的双层优化模型,上层求解长时间尺度下云储能的规划问题,下层求解短时间尺度下用户群的运行问题。然后,通过Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件将双层模型转化为单层模型,再利用Big-M法对所得单层模型进行线性化处理。最后,在3个不同场景下进行算例分析,结果验证了所提云储能配置模型的有效性,在降低储能投资成本、提高储能资源利用率的同时可节省用户用电成本。

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基于SOP动态一致性的退役动力电池模组筛选方法研究

颜宁, 钟瑶, 李相俊, 李洋, 姚清野, 马少华

2024, 45(2): 274-282. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1653

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针对退役电池初始特性参数不一致性,多因素影响下电池模组筛选效果不佳的难题,提出一种基于SOP动态一致性的电池模组筛选方法。首先,为表征退役动力电池梯次利用筛选时初始特性,选取退役动力电池的端电压、容量和内阻作为静态筛选的参量,并提出基于密度思想的改进K-均值聚类的静态筛选方法;其次,从静态筛选结果中选取一致性较好的单体电池,建立电压、荷电状态（SOC）、电池健康状态（SOH）等因素与功率状态（SOP）的特征关系,对退役动力电池SOP动态特性进行估计;最后,将SOP一致性较好的退役电池串联成组,建立SOP与电池模组寿命损耗关联关系,基于SOP动态一致性进行电池模组的动态筛选。通过仿真分析验证所提筛选方法的有效性,可有效延长退役电池的使用寿命。

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基于最大净功率输出的PEMFC阴极供气系统优化控制研究

吴琼, 苏建徽, 解宝, 陈永辉, 黄赵军, 黄诚

2024, 45(2): 283-290. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1611

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通过建立质子交换膜燃料电池（PEMFC）阴极供气系统数学模型,分析空气压缩机电压和背压阀开度对系统净功率输出的影响;针对负载电流变化,研究PEMFC系统对应的最优过氧比和最优阴极压力,建立最大输出净功率-过氧比-阴极压力寻优表;考虑过氧比和阴极压力之间的耦合关系,基于辨识出的传递函数矩阵,设计针对空气压缩机电压和背压阀开度的前馈解耦控制器,优化氧气供给和压力控制,并进行相应的仿真验证。结果表明,所提解耦控制器能有效减小过氧比和阴极压力之间的耦合影响,在实现最大净功率闭环控制的同时,具有更快的响应速度和更小的超调量。

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适用于可再生能源制氢的大容量碱液电解槽建模研究

程浩然, 夏杨红, 何杭航, 韦巍, 赵波

2024, 45(2): 291-299. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1629

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考虑分布式参数的影响,研究外部电场激励下大容量碱液电解槽的反应特性,发现电解槽的宏观物理结构对系统的运行特性有较大影响,基于此提出一种新型碱液制氢电解槽等效电路模型。通过对不同工况下电解槽的工作状态和反应过程进行分析,揭示外部电场对大容量碱液电解槽反应的激励机理。研究发现：相比于电极材料微观特性,电解槽的结构尺寸对宽范围工况下系统的运行特性起到更为关键的作用。最后,基于自制的碱液电解槽原理样机进行宽范围电解制氢实验,发现在不同工况下,所提模型均能较好地刻画电解槽的运行特性,并验证了模型的有效性。

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“光火储”一体化发电系统的季节适应性分析

张金宏, 杨建蒙, 李斌, 冯天逸, 王雨萌

2024, 45(2): 300-308. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1524

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为探索基于压缩空气储能的“光火储”一体化发电系统的季节适应性,选取一年内4个典型日分别代表春夏秋冬4个季节,研究季节特性对一体化发电系统5种运行模式的影响。结果表明：季节变化时,一体化发电系统性能变化较大,其中模式2、3性能受季节变化影响最大,模式4不受季节影响但性能较差,模式5季节适应性最好。此外,一体化发电系统可依据实际运行条件灵活选择运行模式,避免能源浪费。

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并网逆变器LVRT同步稳定性分析及其优化策略

王继磊, 张兴, 韩峰, 付新鑫

2024, 45(2): 309-317. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1525

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针对现有低电压穿越（LVRT）研究难以准确全面评估变流器同步运行能力的问题,首先结合LVRT特性和电网侧特性定量研究不同因素对准静态平衡点的影响,揭示系统准静态平衡点的存在条件。其次,分析LVRT特性对并网逆变器暂态稳定性和小信号稳定性的影响,明晰电网故障期间系统不仅存在暂态失步的风险,而且难以在准静态平衡点稳定运行。基于以上理论分析,提出一种提高并网逆变器LVRT同步运行能力的优化策略。该策略在LVRT期间根据电网运行状态自适应调整锁相环参数,不仅可降低系统暂态失步的风险,还可增强其小信号稳定裕度。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和优化策略的有效性。

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考虑系统故障随机性的电热联合系统备用与DNE分布鲁棒协同优化调度

刘鸿鹏, 李宏伟, 马建伟, 陈继开, 张伟

2024, 45(2): 318-327. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1528

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为实现电热联合系统的安全稳定运行,提高可再生能源消纳,提出考虑系统设备故障随机性的电热联合系统备用与“不超过”（DNE）分布鲁棒协同优化调度模型。首先,以常规机组和热电联产机组运行成本最小为综合优化目标,电功率平衡约束、热功率平衡约束等为约束条件,建立确定性电热联合系统优化调度模型;其次,在综合考虑风电功率、设备故障随机性以及DNE极限基础上建立电热联合系统分布鲁棒优化调度模型;最后,以修改的9节点系统为例,验证了所提模型可有效提高风电消纳率和系统的经济性。

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基于改进秃鹰算法的微电网群经济优化调度研究

周辉, 张玉, 肖烈禧, 赵冠皓

2024, 45(2): 328-335. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1531

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传统优化算法相较于智能优化算法在求解微电网群优化调度问题中较难寻出可行解或最优解,对此提出一种基于融合反向学习和柯西变异改进的秃鹰算法（IBES）,在秃鹰搜索空间猎物阶段采用融合反向学习和柯西变异策略,使得秃鹰算法有效跳出局部最优,解决算法求解精度低等问题。通过与粒子群算法（PSO）、麻雀算法（SSA）、鲸鱼算法（WOA）进行对比,仿真结果表明IBES寻优精度更高,可有效减少微电网群系统的经济成本。

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基于双分支Cauer模型的IGBT模块焊料层老化监测方法

刘雪庭, 杜明星, 马格, 尹艺迪

2024, 45(2): 336-341. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1544

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以绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的焊料层为研究对象,在传统Cauer模型的基础上,提出考虑芯片-铜端子热流支路的双分支Cauer模型,利用光纤温度传感器测量裸露在IGBT模块外部的铜端子温度和IGBT模块底板温度,以获取IGBT芯片结温,通过分析芯片结温、铜端子温度、底板温度的变化规律,准确定位焊料层老化位置,以区分芯片焊料层老化和底板焊料层老化,从而实现对不同焊料层的老化状态监测。

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基于改进AHP-TOPSIS的村镇太阳能+生物质能联合供暖综合评价

杨雨莹, 任晓芬, 张景, 薛道荣, 韩成明, 杨胜东

2024, 45(2): 342-350. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1602

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构建基于改进层次分析法（AHP）-逼近理想解排序法（TOPSIS）的村镇太阳能+生物质能联合供暖综合评价模型,过程包括建立基于能源效益、经济效益、环境效益、室内环境4个准则的评价指标体系,改进AHP确定指标权重,TOPSIS综合评级。将模型应用于案例,得出案例综合评价等级。结果表明：该评价模型可通过理论计算客观地得到评级,增强了评价的科学性,案例4个准则评级依次为优秀、良好、优秀、良好,综合评价等级为良好。

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风氢耦合系统参与现货市场的竞标策略及优化调度方法

梁宁, 潘郑楠, 徐慧慧, 郑峰, 何熙宇, 张江云

2024, 45(2): 351-359. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1631

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为解决高比例风电市场竞标能力弱、市场消纳困难的问题,提出高比例风电耦合氢储能系统联合参与现货市场竞价的双层Stackelberg博弈模型。首先,研究风氢耦合系统内部能量转换关系,揭示风氢耦合系统的能量“时空平移”机理,在综合考虑风氢耦合系统收益和成本的基础上,建立风电投标和氢储能充放电决策模型;其次,兼顾风氢耦合系统和独立系统运营商的利益诉求,基于Stackelberg博弈建立以火电机组、风氢耦合系统为主体的市场出清模型;最后,针对双层模型求解困难的问题,运用KKT条件和强对偶理论将双层模型转换为易于求解的单层混合整数规划模型。仿真结果表明,所提策略对高比例风电的市场消纳起到了积极作用。

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计及动态碳排放对新能源消纳市场的价格研究

徐高远, 王晓晶

2024, 45(2): 360-367. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1645

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通过丰富电力市场交易方式,可有效提高新能源消纳水平。针对现有电力市场无法有效控制碳排放的特点,提出计及动态碳排放的电力市场出清方法,将火电碳排放成本动态传导到电价中,从而使部分发电权向新能源转移。同时,当发生弃能时,对弃能机组引入价格因子替换报价,进行电力市场二次出清,深度促进新能源应发尽发,以激励相容机制平衡发电权转受让方收益。采用改进的IEEE 30节点系统进行仿真验证,提出的电力市场交易机制能有效降低火电机组的碳排放并促进风光消纳,验证了该方法的有效性。

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考虑热不平衡特征的MMC功率模块寿命预测

郑荣亮, 王有元, 刘黎, 俞恩科, 龙仕, 侯锦鸿

2024, 45(2): 368-375. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1651

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准确快速计算模块化多电平换流器（MMC）功率器件的结温波动是进行寿命预测和可靠性研究的关键。在长时间的任务剖面下,基频结温波动对MMC功率模块寿命预测的影响不容忽视。由于MMC桥臂电流的直流偏置特性,使得功率模块内部具有热不平衡特征。提出一种考虑热不平衡特征的MMC功率模块寿命预测方法。首先,分析MMC子模块功率器件的热不平衡特征,提出考虑电热耦合的功率器件低频热循环提取方法,考虑器件损耗热不平衡特征,提出基频结温波动的快速迭代求解方法;然后,利用Bayerer模型和Miner理论所建立的热循环与器件损伤之间的联系,实现MMC系统功率模块的寿命预测。最后,利用算例对所提方法进行验证和分析。

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基于VSG的低电压穿越控制策略研究

朱作滨, 孙树敏, 丁月明, 张常友

2024, 45(2): 376-383. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1661

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当电网发生故障时,VSG难以支撑微网系统的电压和频率稳定运行。为了使逆变器能稳定运行不脱网,同时具备抑制故障冲击电流的能力,提出具有有功和无功补偿的VSG低电压穿越控制策略。首先,在常规VSG的基础上对VSG发生短路故障时的暂态特性进行分析。其次,针对故障状态下VSG存在的问题,对有功功率进行有功补偿、无功功率进行无功补偿,无功补偿带来的VSG内电势升高,重新整定计算给定电压,并对短路故障参考电流进行越限整定。最后,建立有功和无功补偿VSG低电压穿越控制策略仿真模型进行仿真测试,测试结果表明：改进VSG控制策略相比于常规VSG/有功补偿VSG控制策略,在电压暂降故障期间不仅能实现有功补偿灵活调节VSG输出功角基本与电网功角保持一致,且能实现无功补偿有效支撑VSG输出电压,抑制电压跌落,同时能更好地抑制故障冲击电流,提高系统的暂态稳定性。

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基于三方博弈的多能交互微网群系统双层优化模型

谢敬东, 徐振邦

2024, 45(2): 384-394. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1675

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随着新能源占比不断提高,多能交互微网群凭借其促进微网间能源互济、提升新能源利用率的能力,将成为智能电网的重要发展方向。为解决多能交互微网群在与用户进行能源交易过程中,对能源交易价格具有操纵性,多能交互微网群与用户间无法建立公平的能源交易机制的问题,建立政府、多能交互微网群、用户三方博弈模型,保证多能交互微网群与用户间能源交易行为的公平公正。由于传统的单层优化方法难以揭示多主体之间的交互行为,建立基于政府、多能交互微网群、用户三方博弈的多能交互微网群系统双层优化模型。模型上层为政府、多能交互微网群、用户三方博弈,三方博弈目标为政府社会福利最大化、多能交互微网群效益最优、用户满意度最高;模型下层为多能交互微网群系统优化调度,多能交互微网群系统协调各类能源转化最优分配,运行成本最低。最后,通过算例仿真验证该模型的有效性。

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基于合作博弈的风-光-电氢微网容量配置

陈燚, 何山, 谢少华, 胡兵, 陈洁, 袁至

2024, 45(2): 395-405. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1683

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当风电场、光伏电站、电氢混合储能系统分属不同的投资者时,微网容量配置存在微网整体运行最优与各投资者自身运行最优的矛盾,同时风、光出力的不确定性也会影响容量配置。针对上述问题,提出一种考虑风、光不确定性,基于合作博弈的风-光-电氢微网容量配置方法。首先,依据有序聚类和K-均值聚类提取出风-光-负荷典型月场景;其次综合考虑影响微网运行的因素,构建基于不同投资者的经济模型,在典型月场景下,分析完全合作博弈、部分合作博弈、非合作博弈模式下各投资者与联盟的收益关系;最后,以月净收益最高为优化目标,利用改进灰狼优化算法配置投资者装机容量,并基于shapley值分配合作联盟投资者收益。根据算例结果和关键参数灵敏度分析可知,微网在完全合作博弈模式下兼顾经济性与低碳性,且各投资者利益分配合理;电价、风光补贴价格的波动对各投资者影响不同。

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考虑动态频率约束的多能源电力系统日前-日内优化调度

李杨, 孙斌, 吴峰, 洪飞龙, 史林军, 林克曼

2024, 45(2): 406-415. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0681

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提出考虑系统动态频率约束的含风电-电池储能-抽蓄电力系统协调优化调度策略。首先,建立含风电机组、电池储能和抽水蓄能的电力系统频率响应模型,并对系统调频响应过程进行分段线性化处理,降低计算的复杂度。然后,根据各机组的爬坡速度、启停约束、功率跟踪能力等因素的差异,建立日前-日内协调的多时间尺度优化调度模型。日前阶段制定考虑动态频率约束的火电机组和抽水蓄能的机组启停和出力计划;日内阶段优化电池储能的充放电状态计划,并调整火电和抽蓄的出力计划,促进风电消纳。最后,在含风电、变速抽蓄和电池储能的改进IEEE-39节点系统中进行算例分析,结果证明所提方法能提高系统频率稳定性,减少弃风量,兼顾电力系统经济调度和频率稳定目标。

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计及初始荷电状态的含混合储能微电网双层调度研究

刘晓艳

2024, 45(2): 416-420. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0984

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针对含混合储能微电网调度中忽略光伏/风电出力波动及荷电状态变化,导致并网波动超限及混合储能内能量调度效率降低等问题,提出一种计及初始荷电状态的双层跟踪调度方法。上层控制通过预测控制模型对微电网内光伏/风电出力进行优化,建立微电网跟踪调度模型。基于上层调度模型,下层控制中确定混合储能调度日的荷电状态初值,应用动态规划算法对混合储能中蓄电池、超级电容的容量进行分配,并将荷电状态变化量反馈至上层预测控制模型,优化并网功率交互。以并网功率波动最小与混合储能系统的荷电状态偏差最小为目标对系统进行仿真实验。实验分析结果表明：采用的控制策略具有并网抑制功能,实现了良好的跟踪调度,兼顾了混合储能内不同储能元件的充放电特性,实现混合储能内功率协调配置。

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基于改进黏菌算法的光伏多峰值MPPT控制

任志玲, 毛奕栋

2024, 45(2): 421-428. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1327

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针对传统最大功率点跟踪技术在局部遮阴等天气条件下存在无法追踪到全局最大功率点的问题,提出一种基于改进黏菌算法的MPPT控制。首先,对太阳电池模型及多峰值特性进行分析;其次,在黏菌算法中引入领导者策略和基于最优个体的凸透镜反向学习策略,在提高算法计算精度、收敛速度的同时克服了算法易“早熟”现象;最后,根据光伏阵列最大功率输出特性分别确定算法优化模型、初始化位置及重启机制。仿真与实验结果表明：基于改进黏菌算法的MPPT控制能快速、准确地跟踪到全局最大功率点,有效规避陷入局部最优问题,提高了光伏系统的转换效率。

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基于功率特征的K-ISSA-LSTM光伏功率预测

金伟勇, 卢丽娜, 赖欢欢, 张森林

2024, 45(2): 429-434. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1532

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历史功率特征能反映一段时间内光伏功率的波动情况,结合聚类算法对原始数据进行聚类,利用长短期记忆神经网络实现对光伏发电功率的预测。同时使用改进的麻雀搜索算法进行神经网络超参数寻优,实现对不同功率特征场景的超参数优化。采用华东地区某光伏电站的实测数据进行验证,预测模型功率波动情况下较传统预测方法对该组数据有更高的预测精度。

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考虑数据分解和进化捕食策略的BiLSTM短期光伏发电功率预测

焦丕华, 蔡旭, 王乐乐, 陈佳佳, 曹云峰

2024, 45(2): 435-442. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1536

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提出一种考虑数据分解和进化捕食策略的双向长短期记忆网络（BiLSTM）短期光伏发电功率预测模型。首先,针对大量高频分量且频率成分复杂的原始光伏发电功率,通过数据分解理论,提出互补集合经验模态分解（CEEMD）与矩阵运算的奇异值分解（SVD）融合的（SVD-CEEMD-SVD, SCS）方法,实现光伏发电功率数据的二次降噪。然后,建立进化捕食策略（EPPS）和BiLSTM的组合预测模型,以更好地挖掘模型的内在特征,提升功率预测精度。最后,以山东某地区实际光伏电站为例,验证模型在滤除光伏发电功率噪声和提升预测精度方面的有效性。

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结合太阳辐射量计算与CNN-LSTM组合的光伏功率预测方法研究

王东风, 刘婧, 黄宇, 史博韬, 靳明月

2024, 45(2): 443-450. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1542

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为了提高模型预测性能,提出一种综合太阳辐射模型及深度学习的光伏功率预测模型。首先,利用太阳辐射机理建立太阳辐射模型（SRM）,估算出水平面上总辐射值,再由斜面辐照度转换方法计算出光伏组件所接收的斜面辐射值。其次,通过皮尔逊相关分析法筛选出对光伏功率影响较大的主要因素,将斜面辐射计算值及主要影响因素作为输入,采用卷积神经网络（CNN）和长短期记忆网络（LSTM）建立光伏功率SRM-CNN-LSTM预测模型。分别利用春夏秋冬四季典型日的数据开展对比实验,结果表明：与几种其他方法相比,该文方法具有更好的预测效果。

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基于构件形态的高层大跨厂房光伏遮阳设计方法

杨瑛, 高青, 刘柱梁, 徐峰, 周晋

2024, 45(2): 451-459. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1594

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为建立基于构件形态参数的高层大跨厂房光伏遮阳设计评价与优化方法,以长沙同有科技项目为例,进行高层大跨厂房光热平衡算法研究。选取光伏遮阳构件的尺寸、倾斜角度以及阵列方式为变量参数,通过对参数化建模、环境性能模拟以及多目标算法的技术集成得到基于构件形态的光热平衡算法模型,其应用结果显示,随着多种光伏遮阳构件形态变量的调控,模型综合性能呈现出非线性的复杂变化模式。

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基于相似日聚类和PCC-VMD-SSA-KELM模型的短期光伏功率预测

李争, 张杰, 徐若思, 罗晓瑞, 梅春晓, 孙鹤旭

2024, 45(2): 460-468. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1608

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由于光伏发电的随机性和不稳定性会影响功率预测的精度,提出一种基于皮尔逊相关系数（PCC）、K-均值算法（K-means）、变分模态分解（VMD）、麻雀搜索算法（SSA）、核函数极限学习机（ KELM）的光伏功率短期预测模型。首先,用PCC选取主要因素作为输入;K-均值算法进行相似日聚类,将历史数据聚类为晴天、多云和雨天;其次,VMD对原始信号进行分解,充分提取集合中的输入因素信息,提高数据质量;SSA优化KELM模型的核函数参数和正则化系数解决其参数选择敏感问题;最后,将不同序列预测值叠加得到最终预测结果。仿真结果表明,所提相似日聚类下PCC-VMD-SSA-KELM模型具有较小的预测误差。

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一种固定式和跟踪式光伏阵列功率的估算模型

余俊杰, 苏中元, 史金林, 吴炎琳, 马昌流, 王军

2024, 45(2): 469-474. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1668

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为估算光伏阵列的发电输出,提出一种能精确到分钟的光伏功率估算模型,适用于固定式和双轴跟踪式阵列。该模型首先根据测量的水平直射、散射辐照度、太阳的位置、组件的安装结构来计算组件表面吸收的辐照度,再结合组件和逆变器的实际效率,估算输出功率。该模型考虑了入射角修正、组件的衰减、灰尘带来的损失、法向直射辐射的修正。使用澳大利亚沙漠知识太阳能中心的数据验证该模型,并应用该模型研究双轴跟踪相对固定光伏阵列的发电量增益。

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TOPCon太阳电池电子选择性接触研究

叶浩然, 何佳龙, 陈杨, 苏荣, 陈涛, 俞健

2024, 45(2): 475-479. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1689

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通过Afors-Het软件模拟建立TOPCon太阳电池模型,系统分析隧穿氧化SiO₂层厚度、n⁺ poly-Si层掺杂浓度、背金属电极功函数以及SiO₂/n⁺ poly-Si侧的能带偏移量对TOPCon太阳电池性能的影响。结果表明：SiO₂/n⁺ poly-Si叠层钝化结构能实现较好的电子选择性传输性能,当SiO₂层厚度为1.1 nm、n⁺ poly-Si层掺杂浓度为1×10²⁰ cm^-3时,是最佳工艺窗口,且显示出改善电子选择性传输层对于TOPCon太阳电池效率提升的巨大潜力。

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适用于太阳电池的低应力高增益升压变换器

许杰, 马小三

2024, 45(2): 480-488. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1707

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在太阳能开发利用过程中,升压变换器能实现较高升压比,但存在开关器件电压应力过高问题。为了降低开关器件电压应力,提出一种低应力高增益升压变换器基本结构,在提高电压增益的同时降低了电压应力。为了更好地适用于多种升压场合,将二次型升压网络、开关电感网络、开关电感电容网络和准Z源网络4种升压单元对其储能电感进行替换,得到一类低应力高增益升压变换器,分析了利用准Z源网络替代的高增益升压变换器工作特性,并与同类型变换器进行对比分析。最后,利用Matlab/Simulink仿真软件和实验样机验证了所提变换器理论分析的正确性和可行性。

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银粉对硅异质结太阳电池用低温银浆的影响综述

王光远, 韩安军, 刘文柱, 赵文婕, 王栋良, 敖毅伟, 冈本珍范, 孟凡英, 刘正新

2024, 45(2): 489-498. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1710

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银浆是硅异质结太阳电池的重要材料,更低的体积电阻率和接触电阻、良好的附着力、优良的细线印刷性能及组件栅线抗腐蚀老化是其不断改进的方向。作为导电相,银粉的性能和含量对银浆有着至关重要的影响。该文基于低温固化银浆导电机理以及SHJ电池对银浆性能的追求,综述了银粉的振实密度、形貌、粒径、表面处理剂及其与有机物的适配。进一步探讨了纳米银粉和银包铜粉在SHJ太阳电池用低温银浆中的应用。

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