太阳能学报

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黄正光, 龚德鸿, 徐圆圆, 杨浪

2024, 45(6): 1-9. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0209

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利用热重-质谱联用技术对烟梗热解特性进行研究,在氮气气氛下分析升温速率和粒径对烟梗热解焦油类产物的析出特性影响。结果表明：烟梗热解析出焦油类产物主要有苯、甲苯、苯胺、苯酚、糠醛,升温速率为20 K/min的80目烟梗颗粒热解焦油类产物相对累积量分别为240.55×10^-12、184.29×10^-12、93.71×10^-12、147.50×10^-12、154.64×10^-12 A/mg。其中苯和甲苯主要在木质素热解阶段析出,糠醛主要在半纤维素和纤维素热解阶段析出,苯酚在两个阶段均有较大析出。烟梗热解焦油类产物析出强度随升温速率的增大而增强,粒径为80目的烟梗颗粒热解析出焦油产量最大,150目最小。

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核壳基生物质热解炭特性及其改性研究

张万里, 刘平, 殷广智, 孔天岐, 李润东

2024, 45(6): 10-21. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0296

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以椰子壳、花生壳、榛子壳3种核壳基生物质为原料,在不同热解温度（400、550、700 ℃）下制备热解炭并进行酸（HNO₃）和碱（KOH）改性,进而对核壳基生物质热解炭及其改性炭材料的产率、导电性能、元素成分、比表面积和孔隙、微观形貌、傅里叶红外光谱等特性进行研究。结果表明,椰子壳炭产率受热解温度变化的影响最小,榛子壳炭产率最高。随着热解温度的升高,热解炭电导率（700 ℃热解所得椰子壳炭最高,为6.24×10⁵μS/cm）、灰分和固定碳含量增大,炭化程度更高,H/C、O/C和（O+N）/C物质的量之比降低,炭稳定性和芳香性更强,孔径略降,而比表面积显著增大（700 ℃热解所得花生壳炭最高,为393.10 m²/g）,脱羧基和羰基化致含氧官能团减少。酸（HNO₃）、碱（KOH）改性对热解炭特性有显著影响。酸改性后热解炭表面更疏松且有丰富的孔道结构,酸性官能团（C＝O）数量增多,400 ℃所得3类热解炭电导率均显著上升而550和700 ℃所得热解炭电导率均下降。碱改性后热解炭表面孔隙发达且有清晰的纤维状结构,含氧官能团（—OH）数量增多,除550 ℃椰子壳炭和400 ℃花生壳炭外,其他热解炭电导率均下降。

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基于阻抗匹配的直驱式波浪发电系统滑模功率优化

黄逸, 杨俊华, 林炳骏, 吕世强, 邓存杰

2024, 45(6): 22-28. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1227

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采用传统共振方法控制的直驱式波浪发电系统,不规则激励下可能存在性能下降的问题,为此提出改进阻抗匹配控制策略。基于系统等效电路模型,构造出波浪能最大功率捕获条件;为适应实际运行工况,引入约束处理机制,改变增益调节浮子速度和位移,保证系统安全运行。以激励力、电磁力为未知输入,设计滑模观测器,检测波浪力信息,结合矢量控制策略,控制电机跟踪理想轨迹,实现功率优化控制。仿真结果表明,滑模观测器观测精度高,可在线估计激励力,所提策略能兼顾系统运动状态与输出功率,提升系统波能获取。

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基于点吸收式波能装置风浪联合获能系统动力特性研究

于明琦，曹飞飞，魏志文，史宏达，姜娟，田会元

2024, 45(6): 29-36. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0213

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基于风和波浪的伴生关系及波浪能与风能同时获取的可行性,提出一种基于半潜式风力机与点吸收式波能装置的新型风浪联合获能系统。建立考虑等效（PTO）的全过程风-浪-多体耦合时域分析模型,并研究波能装置设计参数对波浪能输出功率的影响规律,重点研究风浪联合运行海况下新型风浪联合获能系统的结构动力响应特征与获能特性。结果表明,波能装置的安装对平台纵荡运动和系泊系统产生不利影响,对风力涡轮机的影响较小,此外垂荡和纵摇响应均随波能装置的加入得到抑制,纵摇角平均值减小25%,垂荡位移标准差减小42%,与漂浮式风力机相比,联合获能系统的平均输出功率增加17%。

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用于振荡水柱波浪发电系统的高效永磁发电机仿真分析与试验验证

黄铭冶, 彭爱武, 连广坤, 陈彪, 张庆贺, 刘艳娇

2024, 45(6): 37-43. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0252

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针对空气透平的运行特性及系统在宽转速和宽功率范围高效运行的要求,初步设计内置式永磁同步发电机关键参数,建立其二维有限元模型并进行优化。根据有限元优化后的电机尺寸,完成样机研制并分析测试其主要电磁性能。仿真分析和测试结果证明样机适合用于振荡水柱波浪能发电系统。

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间歇运行下地埋管周围土壤热湿特性实验研究

徐昭, 何伟, 王义天, 贾臻, 邾茂盛, 庾汉成

2024, 45(6): 44-50. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0315

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搭建地源热泵地埋管周围土壤热湿传递的试验台,对初始含水率、防水层、保温层以及相变回填材料等因素对土壤热量和水分传递的影响进行探究。沙箱实验结果表明：竖直埋管的热量会引起周围土壤的温度传递和水分迁移,土壤初始含水率的提高有利于温度恢复和地埋管换热,系统运行期间的温度峰值随初始含水率的增加而降低,防水层、保温层和相变回填材料也会对温度峰值和温度恢复产生影响。温度梯度和水力梯度是引起水分迁移的主要因素,在15%初始含水率时,温度梯度占据主导,驱动水分沿径向向远处扩散;在25%初始含水率时,水力梯度占据主导,水分沿深度向下渗透。

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基于p阶线性模型的地埋管换热器流体温度分布研究

赵鹏, 张东海, 李晓昭, 张古彬, 寇亚飞, 高蓬辉

2024, 45(6): 51-59. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0690

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利用自主研发的分层热响应测试系统,获取沿深度方向上（竖向）管内流体温度实测数据,对比p阶线性分布模型计算结果和实测数据,研究两种典型工况条件下分层岩土介质中管内流体竖向分布规律和最佳p值。结果表明：恒热流工况时,p=-5阶线性分布模型能够准确预测管内流体温度分布;恒温工况时,最佳p值随流量的变化而变化,其关系为：|p|=7.361lnV +6.684。

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地下水源热泵回灌中大肠杆菌阻塞试验研究

赵军, 田嘉诺

2024, 45(6): 60-65. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0922

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以地下水源热泵回灌过程中大肠杆菌堵塞作为研究对象,通过自主研发的砂层颗粒迁移-沉积试验系统观察大肠杆菌在多孔介质孔隙孔道内的运移、沉积。分别以石英石、玻璃珠作为多孔介质做对比性试验,通过试验得出：石英石颗粒不均匀,级配不良,颗粒间的咬合力为大肠杆菌的沉积提供了“温床”,进而孔隙水压力呈现先增大后减小再稳定的状态;但玻璃珠颗粒粒径均匀,同时颗粒之间光滑,咬合力小,不利于大肠杆菌的沉积,孔隙水压力呈现陡减的现象。建立大肠杆菌渗透率衰减数学模型,将理论值和室内试验值进行数据拟合,从验证的结果看,所提渗透率衰减模型对预见微生物的迁移和沉积所引起的孔隙率减小是有效的。

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基于IMAFFRLS-EKF的锂电池在线参数辨识和SOC估计方法

董磊, 赖纪东, 苏建徽, 谢其龙, 王祥, 周晨光

2024, 45(6): 66-74. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0094

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针对基于扩展卡尔曼滤波（EKF）法锂离子电池SOC估计,易受最小二乘法及其改进方法的模型参数在线辨识精度影响,提出一种改进遗忘因子的最小二乘在线参数辨识方法（IMAFFRLS）。以双极化等效电路模型为基础,分析传统的基于遗忘因子的最小二乘法（FFRLS）辨识模型参数时产生误差的原因,指出单一遗忘因子难以准确跟踪多个以不同速率变化的模型参数。通过对FFRLS算法中的协方差和增益矩阵解耦,引入多个可变遗忘因子独立修正不同参数的估计误差;并以移动区间内的输入电流波动程度和输出电压观测误差为依据,实现各遗忘因子的自适应变化。此外,将改进前后的两种参数辨识算法分别与EKF算法联合,实现锂离子电池SOC估计。最后基于Matlab进行对比仿真验证,结果表明,相对于FFRLS-EKF算法,所提出的IMAFFRLS-EKF算法辨识模型参数以及估计SOC的精度更高。

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基于动态电价机制的配网运营商与用户储能商双层协调多目标优化策略

史林军, 燕志伟, 李杨, 王子昭, 杨帆, 杨冬梅

2024, 45(6): 75-85. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0342

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为在电力市场和调度运用中发挥用户侧分布式储能的价值,充分利用电价的优化调节能力,提出考虑负荷需求响应的多目标双层动态电价模型。其中,上层以区域配网代理运营商运营成本和平均负荷波动率最小为目标,下层考虑储能商负荷需求响应,以各储能商运营成本最小为目标。此外,采用改进优劣解距离法对模型求得的Pareto最优解集进行多属性决策,以避免传统优劣解距离法中人为赋权的主观性。最后,决策出最优的内部电价、充放电计划和负荷安排。算例表明,该策略可以降低储能商的运行成本,提高区域配网运营商的收益与区域供电可靠性,同时有利于平滑负荷曲线。

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应用于氢燃料电池的均温板传热性能多因素优化研究

徐玉蓉, 罗仁宏, 崔嵘, 王之丰, 杨建青

2024, 45(6): 86-91. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0100

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为提升氢燃料电池温度的一致性以及散热效能,以均温板作为研究对象,基于理论计算和试验验证搭建均温板计算模型。选取影响均温板传热性能的冷凝段长度、布置角度、冷却工质类型和充液率4个重要因素进行4因素3水平正交试验,并利用极差分析得到各因素各水平对均温板热阻和蒸发段工作面最大温差影响的权重关系。结果显示：在均温板热阻方面,冷却工质类型影响最为显著,冷却工质充液率次之,冷凝段长度对其影响最弱;在均温板蒸发段工作面最大温差方面,冷却工质充液率影响最为显著,冷凝段长度次之,冷却工质类型对其影响最弱。结合分析得到全组最佳组合方案,其热阻值为0.175 K/W,蒸发段最大温差为1.2 K,传热性能表现最佳。

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基于深度确定性策略梯度的PEMFC的水泵和散热器联合控制研究

赵洪山, 潘思潮, 吴雨晨, 马利波, 吕廷彦

2024, 45(6): 92-101. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0145

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针对燃料电池热管理系统中水泵和散热器的控制问题,提出一种基于深度确定性策略梯度（DDPG）的联合控制策略。该策略取代了传统控制框架中水泵和散热器的独立控制器,采用多输入多输出且可同时控制水泵冷却水流速和散热器空气流速的智能体。首先确定智能体的状态空间和动作空间,然后由控制目标设定奖励函数,最后在仿真平台上验证该算法的有效性。结果表明,所提出的联合控制策略可有效地同时控制冷却水流速和空气流速,从而提高质子交换膜燃料电池（PEMFC）的运行效率。

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储氢场景与氢气储运系统的多维度模式匹配优化研究

荣杨一鸣, 孙怡, 高俊, 谢林, 陈希, 隆瑞

2024, 45(6): 102-108. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0278

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基于三角模糊层次分析法对不同储氢场景与储运系统的质量储氢密度、体积储氢密度、制备能耗、安全性要求、平均充放氢时间等特征参数进行评价分析;耦合计算经济性分析方法建立不同用氢场景氢气储运系统的多维度模式匹配模型;基于所建立的多维度模式匹配模型对加氢站场景的储运系统的模式匹配进行分析,对不同氢气储运方式进行多维度综合评分,获得不同运输距离以及储氢质量下最优的用氢场景与氢气储运系统的匹配模式。当运输距离较短时,最优储氢方式为低温液态储氢;当中等运输距离和较小储氢质量要求时,最优储氢方式为高压气态储氢;当较大运输距离及较大储氢质量要求时,最优的储氢方式为金属吸附储氢。

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质子交换膜燃料电池均温板散热特性的数值分析

葛志晶, 郑东明, 裴东号, 曹军

2024, 45(6): 109-116. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0228

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以面向质子交换膜燃料电池电堆散热的超薄均温板为研究对象,用多孔介质传热模型、层流模型和Brinkman方程构建三维稳态数值模型,通过质量守恒确定气液界面的相变传质,研究在吸液芯饱和充液的常规工况下均温板的稳态特性。结果表明：超薄结构以及支撑柱的存在使内部压降较大;随着冷凝段对流换热系数的增大,均温性变差,内部压降也显著增大;随着热流密度的增大,温差先增大后减小,热阻持续下降;孔隙率的变化对平衡终态影响较小;渗透率的增大将极大的降低吸液芯内的液体压降,有利于相变循环。

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基于液氢储运的超低温不锈钢微观组织演变与力学性能研究进展

程旺军, 崔栋栋, 孙耀宁, 曾月

2024, 45(6): 117-124. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0320

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针对不锈钢在低温服役过程中面临高强低韧、低耐磨以及氢脆等一系列问题,阐述3种典型的氢脆理论,并分析不锈钢超低温下材料化学成分、应变量和应变速率等参量对其力学性能的影响规律,从微观角度明晰不锈钢超低温下的组织演变机制,揭示位错组态、滑移带、机械孪晶、奥氏体相、马氏体相的变化与力学性能改变的内在联系,对改善加工工艺、调控材料化学成分比例以及减小晶粒尺寸3种强化手段进行机理分析。最后介绍不锈钢在氢能储运领域中的典型应用以及未来发展趋势。

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改进的单相三电平PWM整流器中点电位平衡模型预测控制

张笛, 崔晶, 林辉, 宋智威

2024, 45(6): 125-131. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0749

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针对单相三电平脉冲整流器存在中点电位不平衡问题,提出一种评价函数,在模型预测算法的基础上增加了一个评价因子,在无需额外的中点电位平衡模块条件下实现了单相三电平脉冲整流器中点电位平衡。为降低硬件设计成本,提高电路可靠性,采用无网压传感器算法,但传统的无网压传感器会因引入一阶低通滤波器而产生相位偏移和幅值衰减的问题;为解决相位和幅值问题,提出一种改进的无网压传感器算法,利用α-β的垂直关系进行幅值和相位补偿,得到无相位偏移和幅值衰减的网侧交流电压。通过实验验证了所提控制方法的正确性和有效性。

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储能MPC平抑分散式风电并网功率波动策略研究

贺彬, 任永峰, 贾伟青, 薛宇, 杨朋威, 任正

2024, 45(6): 132-139. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0110

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针对分散式风力发电随机性及季节不均衡性导致的并网功率波动问题,提出基于模型预测控制的风储联合运行策略,以并网功率波动最小、储能出力最优及能量损耗最小为目标构建风储一体化运行模型,利用Matlab二次规划求解风电并网功率和储能输出功率;考虑到储能荷电状态的约束,采用模型预测控制算法优化电池储能充放电功率,实时滚动优化风储并网功率,保持储能SOC维持在合理的范围内,减少电池越限次数。算例基于内蒙古某分散式风电场全年实测录波数据,选取四季典型场景集分析1和10 min不同时间尺度下风电场输出功率与并网功率的最优解;仿真结果表明所提方法能够按照风电输出特性实时优化储能充放电,降低风电并网功率波动,提高风储联合系统的经济运行。

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考虑可再生能源消纳的园区碳排放效益优化模型

刘昕玥, 王果, 闵永智

2024, 45(6): 140-149. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0165

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为实现在可再生能源消纳保障机制背景下对工业园区碳排放额购买方案的综合分析和最优选择,建立工业园区碳排放效益优化模型。将碳资产核算之后的工业园区作为研究主体,考虑可再生能源消纳责任权重,以园区购买碳排放额支出最小和可再生能源消纳最多作为目标函数,构建兼顾经济和生态效益的碳排放优化模型,并以企业类型和碳排放指标作为影响因素进行敏感性分析,利用改进NSGA-Ⅱ算法实现对模型的求解和优化。算例分析表明,该优化模型可有效减少工业园区购买碳排放额的支出,提高园区可再生能源消纳量,保证园区的经济性与低碳性。

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基于模型预测控制的高比例可再生能源电力系统多时间尺度动态可靠优化调度

罗政杰, 任惠, 辛国雨, 卢锦玲, 王飞

2024, 45(6): 150-160. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0177

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提出基于模型预测控制的高比例可再生能源电力系统多时间尺度动态可靠优化调度方法,通过日前优化调度、日内滚动优化、运行风险计算及反馈校正几个环节,对可再生能源发电和系统内可调资源进行最优调度。日内实时调度阶段,基于日前调度计划和实时运行状况,采用回归预测算法,自适应选择重要变量预测系统未来运行状态,通过吉布斯抽样得到关键变量的概率密度,快速量化系统下一时刻的运行风险,并将风险反馈至日内滚动优化阶段,重复进行可靠优化调度。仿真算例结果验证所提方法的适应性和可行性。

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异构能源系统模块化建模及控制策略研究

胡帆, 董文杰, 周小光, 吴任博, 毕燕雷

2024, 45(6): 161-170. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0184

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基于模块化思想提出一种新型异构能源系统建模方法,并设计了相应控制策略。其中,综合考虑光伏发电、热电联产、储能技术,以混合逻辑动态系统表示方法建立异构能源系统模型;针对投资、运行和维护成本优化,构建模型预测控制策略。该文所提策略中考虑了异构能源系统与上游能源系统之间的能源交易、系统非线性或混合系统行为。通过将所提策略与传统控制策略进行比较,分析不同用户行为、不断变化的气候条件和预测误差对节能潜力的影响。算例分析结果表明：所提方法可有效利用可变的清洁能源和储能技术来优化异构能源系统的运营,每年可节省3%~6%的成本。

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双馈抽水蓄能机组最优功率控制策略及提升风电并网能力仿真

彭瀚锋, 李辉, 谢宁宁, 周芷汀, 向学位, 周平

2024, 45(6): 171-181. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0187

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提出一种考虑损耗及转速影响的抽水蓄能机组最优功率控制策略。首先,对抽水蓄能机组在发电和抽水工况下的功率损耗来源进行辨析,推导计及损耗与转速影响的电磁功率与机械功率表达式。然后,计及转子动能对阶跃变化与斜坡变化的不同功率控制策略进行调节能力分析,提出最优功率协调控制策略。最后,构建半实物仿真平台对发电与抽水工况下抽水蓄能机组的不同有功功率阶跃模式进行仿真对比验证。结果表明,该文所提控制策略可优化调速器与励磁控制的协调配合,与传统方法相比,该文方法的功率调节速率更快,对电网功率指令的响应也更为准确,且有效缓解了风电等新能源所带来的消纳及一次调频问题。

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电力电子变压器参与配电网调压调频的应用研究

季振东, 王亚祥, 李东野, 孙毅超, 王建华, 赵剑锋

2024, 45(6): 182-190. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0250

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为提升配电网的稳定性,该文提出利用配电网电力电子变压器对配电网的电压和频率进行调节。通过电力电子变压器输入级进行配电网无功功率调节,利用母线电压下垂特性提出无功调节方法,并引入无功电流反馈以提高配电网电压质量和稳定性;同时,通过电力电子变压器输出级控制负载电压以调节配网有功功率,作为一次调频储备负载,从而在频率暂态期间减小频率偏差。通过对基于配电网电力电子变压器的调压调频控制方法进行实验验证,所提控制策略能改善配电网电压和频率质量,有效提升配电网的稳定性。

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改进MOPSO在微电网优化调度中的应用研究

邢毓华, 任甜甜

2024, 45(6): 191-200. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0197

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针对传统多目标粒子群算法（MOPSO）在求解并网模式下微电网优化调度模型时易陷入局部最优等问题,提出线性微分递减权重并引入变异策略改进MOPSO,以增强算法的寻优能力。结合系统功率平衡、各机组出力限制、储能装置等约束条件,以系统运维和污染治理的成本最小为目标,建立包含风力发电机、光伏、柴油发电机、微型燃气轮机和蓄电池的微电网多目标优化调度模型,采用改进前后的MOPSO对所建优化模型进行求解。结果表明该文提出的改进MOPSO有效降低了微电网运行的综合成本,合理优化了微电网的运行效益。

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电-氢微网群功率协调与谐波补偿控制策略

徐万万, 王斌, 刘江, 夏智辉

2024, 45(6): 201-207. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0218

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针对“双碳”目标下高比例可再生能源高效消纳难题,将水电解制氢作为弹性负荷接入微电网群,建立电-氢微电网群,提出一种功率协调控制和电能质量提升策略。首先分析交直流子网功率耦合机制,基于互联变换器建立考虑子网优先级的双向功率控制方法,将弹性负荷接入低优先级子网,提出基于实时子网偏差系数计算的分层功率协调控制策略;然后针对由水电解制氢整流器引入的谐波问题,提出基于实时负荷阻抗估计和下垂控制的多台互联变换器协同提升电能质量的控制技术;最后,通过Matlab/Simulink软件平台,搭建环形连接微电网群,仿真实验结果表明所提策略动态响应快,验证了功率协调和谐波补偿控制策略的有效性。

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考虑DG不确定性的有源配电网两阶段动态鲁棒重构方法

靳攀润, 宋汶秦, 刘永成

2024, 45(6): 208-216. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0347

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针对分布式电源（DG）不确定性的有源配电网重构问题,提出两阶段动态鲁棒重构优化方法。在第一阶段进行辐射状配电网络开关重构优化,在第二阶段在考虑DG出力和负荷需求的不确定预算集下,进行含电池储能的有源配电网最优潮流优化。由于第二阶段优化问题含电池储能的充放电状态,采用嵌套列与约束生成算法将两阶段动态鲁棒重构模型转化为双层迭代求解。在4个不同规模的配电系统算例结果表明该文所提基于嵌套列与约束生成算法（CCG）的配电网动态鲁棒重构方法具有良好收敛性。

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基于R-L分数阶定义的CCM Flyback变换器建模与分析

王硕禾, 符屹男, 常宇健, 杨鹏, 李倩

2024, 45(6): 217-225. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0285

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针对电容电感都为分数阶这一事实,利用分数阶微积分R-L定义和状态空间平均法,对工作在电感电流连续模式（CCM）下的分数阶Flyback变换器进行建模与分析。推导CCM分数阶Flyback变换器的静态工作点和小信号传递函数以及变换器工作在CCM模式下的条件。其次,讨论Caputo模型与R-L导数模型的区别,得出在R-L分数阶定义下直流静态工作点不仅与占空比相关,而且还与电感和电容的阶数以及负载有关。最后,在PSIM中搭建R-L分数阶CCM Flyback变换器电路模型,得到不同分数阶电感电容阶数下分数阶Flyback变换器输出电压和电感电流的仿真波形,通过仿真结果与理论计算结果对比,验证所建模型的正确性,得出分数阶电感电容的阶数会影响闭环控制器的设计和分数阶模型能更加精确地描述Flyback变换器的工作特性。

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基于过程解耦和工质物性的有机朗肯循环性能分析

韩中合, 沈明轩, 杨伊琳, 刘世通, 赵文升, 李鹏

2024, 45(6): 226-233. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0291

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通过对有机朗肯循环工作过程的拆分解耦,利用工质物性中的临界温度、偏心因子结合循环参数推导其热力学性能表征式,进而建立循环的热力学模型,并借助该模型分析循环参数对循环热力学性能评价指标的影响规律。研究结果显示：当蒸发温度升高时,循环热效率会增大,但其净输出功和㶲效率先增大,然后再降低;当冷凝温度升高时,循环的热效率、净输出功和㶲效率都会下降;当过热度升高时,循环的净输出功和㶲效率随过之降低,而循环的热效率随之增大。基于工质物性引入雅各布数,循环的净输出功和热效率随雅各布数的增大分别呈现出增大和减小的趋势,而临界温度越高热效率随之升高。

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宽输入双有源桥变换器移相变频控制策略研究

卓福生, 董纪清

2024, 45(6): 234-243. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0293

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重点分析三重移相控制下宽输入工况对双有源桥DC-DC变换器特性的影响,分别推导宽范围输入电压情况下软开关范围、电流峰值和电流有效值随开关频率变化的理论表达式。在此基础上,提出一种移相变频混合控制策略,通过调节开关频率扩大双有源桥DC-DC变换器的软开关范围,并降低电流峰值和电流有效值,提高变换器的整体效率。最后,搭建一台基于SiC器件的1 kW双有源桥DC-DC变换器样机验证所提控制策略的有效性。

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基于碳交易-绿色证书联合交易机制的含CHP-CCS-P2G耦合的区域综合能源系统低碳经济调度

杨晓辉, 邓叶恒, 王晓鹏, 邓福伟, 张钟炼, 梅凌昊

2024, 45(6): 244-254. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0304

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提出一种基于碳交易-绿色证书联合交易机制的含热电联产机组、碳捕集和电转气设备联合运行的区域综合能源系统低碳经济调度模型。首先,分析碳交易和绿色证书交易机制的运行原理并构建其模型;同时,研究绿证交易价格变化对可再生能源消纳的影响。然后,在热电联产机组中引入碳捕集和电转气设备,构建热电联产机组、碳捕集和电转气设备联合运行的模型,将碳交易-绿证联合交易机制引入该模型中,并且分析热电联产机组联合运行模式下的电力、热力耦合特性。最后,在算例中通过设置不同的调度场景进行对比分析,结果表明该策略可有效降低碳排放,扩大可再生能源上网空间,使系统的运行更加经济。

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基于改进时间卷积网络的微电网超短期负荷预测

王印松, 吕率豪

2024, 45(6): 255-263. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0307

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为了提高微电网中用电负荷超短期预测的准确性,对时间卷积网络进行特征增强和注意力增强改进,将时间卷积网络中的一维因果膨胀卷积替换为二维卷积,同时利用时间模式注意力机制对时间卷积网络的隐藏层加权处理,提取负荷的多维特征,挖掘序列中存在的潜藏联系。根据改进的方法建立预测模型并进行对比实验以验证方法的有效性,能够对用电负荷的不确定性进行有效的处理,拓宽特征向量的维度,有效捕捉负荷序列中与时间有关的特征,提高用电负荷的预测精度。

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新型鸟喙式涡流发生器强化传热数值模拟

牛壮, 郝敏, 王玉鑫, 张佳亮

2024, 45(6): 264-271. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0332

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将仿生鸟喙式结构引入涡流发生器中,结合Fluent软件在Re=6000~26800范围内对其换热能力j、流动阻力f与综合热性能C_PEC变化规律进行研究。结果表明：鸟喙式涡流发生器是一种高换热低流阻的高效换热元件,在Re=13000时C_PEC较传统矩形翼提高62.35%。此外其综合热性能随着迎流攻角α的增大先增大后减小,在α=30°时达到最大,较空通道提高26.83%。增大斜截角度β是降低流动阻力的一种有效方式,β=24°的结构较无截角结构流阻f降低47.03%。

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基于新型VLMZVM的ANPC型三电平并网逆变器环流抑制方法

杨向真, 刘灿, 杜燕, 张徐进博, 张涛, 施永

2024, 45(6): 272-284. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0346

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为解决广泛应用在大功率分布式发电系统中的多机有源中点钳位（ANPC）型三电平并网逆变器间的低频零序环流问题,提出一种基于虚拟大矢量的新型十三矢量调制（VLMZVM）策略。通过建立多机ANPC型三电平并网逆变器零序环流模型,分析零序环流产生机理和影响因素,通过检测零序环流状态,实时选择虚拟大矢量或实际大矢量合成方法来抑制零序环流,并提出区分奇偶扇区的矢量分配方法快速选择合成矢量。实验结果验证了新型VLMZVM策略能在电流突变、参数不一致、全功率因数范围都具有很好的环流抑制效果。

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光伏系统串联型直流电弧检测技术研究

王煊原, 龚春阳, 陈辉, 王志新

2024, 45(6): 285-295. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0181

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搭建光伏系统串联型电弧实验平台,采集不同环境下50组电弧数据,提取出频域及小波域的能量特征与熵特征,绘制特征的分布情况。通过引入区分度对18种特征进行区分能力评价,评价结果表明,10~30 kHz频谱能量对电弧的区分能力最佳,对电弧状态与正常状态的区分度达到98.49%。研究逆变器启动、太阳辐照度变化及不同环境对特征的影响,分析10~30 kHz频谱能量在光伏系统中的抗扰能力。制作串联型电弧检测装置并提出其阈值的设定及推广方法,装置在多次实验中均可准确检测并迅速熄灭电弧,且在抗扰性实验中未发生误动作,动作时间可达到41 ms。

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具备无功输出能力的光伏逆变器IGBT可靠性分析

张波, 高远, 李铁成, 胡雪凯, 王磊

2024, 45(6): 296-302. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0198

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提出一种基于数据驱动的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）可靠性评估方法,根据光伏电源有功功率、无功功率、太阳辐照度、环境温度定量分析光伏逆变器IGBT可靠性。该方法利用LightGBM机器学习模型刻画IGBT工况和IGBT结温之间的非线性映射关系,有效解决了IGBT可靠性评估中IGBT结温计算耗时长、依赖模型参数的问题。最后,基于IEEE 33节点配电系统对参与配电网无功调控的光伏逆变器IGBT可靠性进行量化评估分析。

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一种用于光电/光热综合利用的光谱选择性金属网格涂层

陈肯, 赵斌, 裴刚

2024, 45(6): 303-309. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0206

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针对光电/光热综合利用（PV/T）,提出一种纳米级金属（银）网格涂层,在太阳辐射波段（0.3~2.5 μm）具有高透过率,在红外波段（2.5~25 μm）具有高反射率,与全波段（0.3~25 μm）高吸收/发射的PV/T吸收器结合可产生太阳辐射波段高吸收、红外低发射的光谱选择特性,从而显著降低PV/T的辐射热损。基于时域有限差分方法,模拟分析网格周期、宽度和厚度对金属网格涂层光谱特性的影响。结果表明：当纳米金属网格的周期为500 nm,厚度为50 nm、宽度为30 nm时,其太阳波段透过率达到0.90,红外反射率达到0.88。与已有ITO光谱选择性涂层相比,金属网格涂层的太阳辐射透过率提高20％,红外反射率提高24％,同时薄层电阻（5.3 Ω/Sq）降低47%。

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基于灰度直方图自适应B样条曲线拟合的光伏组件热斑检测方法

蒋琳, 苏建徽, 陈薇, 汪海宁

2024, 45(6): 310-315. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0225

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红外热图像探测热斑的过程中,会受到复杂环境以及采集过程引入的诸多因素干扰,导致常规图像处理方法无法准确检测出热斑。提出一种改进的热斑检测方法,该方法根据灰度直方图特征进行自适应节点配置的B样条拟合,从而实现阈值选取和热斑分割,不仅同样具有抑制噪声的特点,且提高了热斑检测的准确率。实验证明该方法能实现含有大量噪声的光伏组件红外热图像的热斑检测,提高热斑检测的效率和准确率。

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基于流固耦合的单轴跟踪式光伏结构风致扭转研究

李正农, 伍世芳

2024, 45(6): 316-324. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0235

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以某跟踪式光伏发电系统为研究对象,通过编写自定义程序代码UDF对Fluent进行二次开发,建立单轴跟踪式光伏结构的二维模型,研究其在风荷载作用下的扭转振动问题。研究结果表明：风速达到某一特值后,结构出现等幅周期性振动,发生软颤振现象,而其阻尼比对抑制扭转振动有一定的作用,这同实际情况较吻合;光伏组件倾角在0°~20°范围内时,倾角越大,扭转振动的临界风速越低。

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基于实例迁移学习的小样本光伏功率短期预测

王晓霞, 艾兴成, 王涛

2024, 45(6): 325-333. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0241

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针对新建光伏电站历史数据匮乏导致功率预测精度不足的问题,提出一种基于实例迁移学习的小样本光伏发电功率短期预测方法。首先,以一组丰富的长期运行光伏数据为源域,利用多核最大均值差异估计源域与目标域光伏数据的匹配相似性,筛选出高相似的迁移源域;然后,建立加权对抗双向长短期记忆网络,通过对抗学习赋予源域光伏样本权重以调整其数据分布,将调整后的源域数据充实目标域数据集,采用双向长短期记忆网络挖掘公共知识域中光伏发电功率序列与气象数据的双向时序关联特性,实现小样本条件下光伏功率的精准预测。结果表明：相较于传统深度学习和模型迁移方法,所提方法能有效提高历史数据有限条件下光伏功率的预测精度。

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管式PECVD制备原位掺杂多晶硅的性能研究

黄嘉斌, 赵增超, 李明, 陈俊, 邓新新, 周小荣

2024, 45(6): 334-340. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0251

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报道了管式等离子体增强化学气相沉积（PECVD）的各项沉积参数对硅太阳电池重掺杂多晶硅钝化接触（SiO_x/Poly-Si（n⁺））的影响。TOPCon太阳电池的掺杂多晶硅是通过对沉积的非晶硅高温晶化来实现的,通过改变PECVD的沉积温度、Ar和PH₃的流量、沉积功率等沉积参数,可获得不同厚度、结晶度和掺杂浓度的掺杂非晶硅（a-Si（n⁺））薄膜,然后通过高温退火得到不同的Poly-Si（n⁺）薄膜,从而导致SiO_x/Poly-Si（n⁺）钝化接触在钝化质量和载流子选择性等方面的不同特性。最后在沉积温度480 ℃、Ar流量8 L/min、PH₃流量0.8 L/min、沉积功率12000 W、退火温度920 ℃的条件下获得最佳双面SiO_x/Poly-Si（n⁺）/SiN_x钝化接触,少子寿命达到6445 μs,隐含开路电压（iV_oc）达到742.7 mV以上,单面饱和电流密度J₀低至4.2 fA/cm²。

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轻量化M-CNN的太阳电池表面缺陷识别

陶志勇, 易廷军, 林森, 杜福廷

2024, 45(6): 341-348. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0309

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针对太阳电池EL图像,提出一种高识别率的轻量化M-CNN网络模型。首先,该网络模型将拼接的多特征图融合通道注意力机制;然后,引入Ghost卷积层降低模型参数;最后,利用普通卷积层取代最大池化层进行特征空间降维。实验结果表明：在自建裂痕、阴影、微小瑕疵、无缺陷图像数据库共15767片上,M-CNN对粗糙分类检测准确率和瑕疵分类检测准确率分别是99.83%和93.38%,模型参数量是1.29 MB。相较先进的MobileNetV3、DeepVit和MobileVit等网络,M-CNN有缺陷识别率高和模型参数量低的优势。

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一种单相Quasi-Z源逆变器二次谐波电流抑制策略

刘欣, 高鑫波, 袁静

2024, 45(6): 349-358. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0319

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为抑制单相qZSI直流侧二次谐波电流,提出一种基于虚拟阻抗的二次谐波电流抑制策略。该控制策略通过引入串联虚拟阻抗附加控制以提高单相qZSI在2f₀处的闭环输出阻抗,用以有效抑制直流侧的二次谐波电流。同时,综合考虑二次谐波电流抑制要求以及保证系统稳定裕度等约束条件,提出该控制策略的闭环参数设计方法。最后通过数字仿真和基于RT-LAB的硬件在环仿真验证了所提二次谐波电流抑制策略以及其闭环参数设计方法的正确性。

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一种适用于单/多光伏电站的迁移超短期光伏预测建模框架

任密蜂, 王家辉, 叶泽甫, 朱竹军, 阎高伟

2024, 45(6): 359-367. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0330

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针对新建电站的历史数据量有限,且不同时段光伏数据的分布存在较大差异的问题,构建一种适用于单/多光伏电站的迁移超短期光伏预测建模框架。首先,为充分考量光伏序列的不确定性及数值天气预报的固有偏差,提出一种基于加权滚动时间窗聚类方法,同时为避免维度过高问题并强化天气类型与光伏发电功率之间的映射关系,提出类内外特征加权结构保持降维算法;其次,通过采用测地线流式核积分完成数据分布对齐,减小样本分布差异对单/多电站模型鲁棒性的影响;最后,采用梯度增强决策树建立光伏功率预测模型,实现光伏功率预测精度的提升。采用公开数据集PVOD验证了所提算法的有效性。

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基于YOLOv5的太阳电池表面缺陷检测

彭自然, 张颖清, 肖伸平

2024, 45(6): 368-375. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0335

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针对太阳电池表面缺陷问题,在深度学习模型YOLOv5的基础上进行优化与改进。首先,为充分利用深层、浅层和原始的特征信息,加强特征融合,设计具有跨连接结构的特征金字塔网络（ScFPN）。其次,为加强多重感受野融合,基于SPPF构建SPPFCSPC模块,通过最大池化层获得不同感受野,提升算法对于不同尺度太阳电池缺陷检测的鲁棒性。最后,采用ASD-IoU作为边界框损失函数,提升边框回归的速度与精度。实验结果表明,改进后的YOLOv5模型mAP@（0.50~0.95）达到83.1%,相比于YOLOv5模型,平均精度提高3.3个百分点,表明该文模型更加适合于太阳电池表面缺陷检测。

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基于LSTM模型的短期光伏功率预测

高寒旭, 袁祖晴, 张淑婷, 王晓春, 张恒齐, 耿华

2024, 45(6): 376-381. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0340

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对比3类LSTM功率预测方法的误差以评价业务气象预报在光伏功率预测中的作用,及训练集、测试集的不同划分对预测精度的影响。这3类功率预测方法分别是：只使用光伏功率、使用光伏功率及气象观测、使用光伏功率及气象预报。气象预报因子使用了与光伏功率相关性最高的总辐照度。分析时间段为2020年1月1日—6月30日,气象预报来自于ECMWF和NOAA/NCEP。结果表明,对于长度有限的资料,训练集、测试集的不同划分对预测模型精度会产生一定的影响。如果可使用总辐照度的观测,则短期功率预测的相对误差可降低约2.3%。与只使用光伏功率相比,既使用光伏功率又使用气象预报,短期功率预测相对误差降低约2.1%。与NOAA/NCEP气象预报相比,ECMWF气象预报明显降低了功率预测的误差。相比于只使用光伏功率,增加气象预报可提高预测精度。

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基于强化学习的多模型融合光伏发电功率预测方法

王剑斌, 傅金波, 陈博

2024, 45(6): 382-388. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1253

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为进一步提高超短期光伏发电功率预测的精度,提出一种基于强化学习的多模型融合光伏发电功率预测方法。首先,采用局部离群因子算法检测、剔除异常点,并用多层感知机回归算法进行修补,解决数据异常问题;然后,将数据分为训练集、验证集与测试集,在训练集中训练支持向量机回归（SVR）、多元线性回归（MLR）、贝叶斯岭回归（BRR）、卷积-长短期记忆（CNN-LSTM）与基于粒子群算法优化的门控循环单元（PSO-GRU）模型,并在验证集对训练得到的模型进行验证,分别选出最佳的模型作为子模型;最后,在测试集中使用5个子模型进行预测,并将各预测结果用强化学习的方法进行融合,将融合值作为最终的预测结果。实验结果表明,该预测方法的平均绝对误差、均方误差、均方根误差与相对误差相比单模型方法以及其他传统的融合方法均有显著降低,验证了该方法的有效性。

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双作用斯特林热机内部气体微团运行机理数值研究

常德鹏, 孙岩雷, 王珏, 罗靖, 胡剑英, 罗二仓

2024, 45(6): 389-395. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0195

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针对一台双作用斯特林热机,通过SAGE计算以及Runge-Kutta法和线性插值等后处理过程,对内部气体微团进行热力求解,最终得到由欧拉观点转化为拉格朗日观点的热力结果。研究表明,斯特林热机回热器内部各气体微团独自运行于不同的热力过程,气体微团间互相接力,实现宏观上发动机的热功转换功能,其热力循环的包络线近似于2个等压过程和2个等温过程的组合。同时,研究实际机型的气体微团运行机理和热力过程,并从数值上验证斯特林循环与概括性卡诺循环的相互关系,为斯特林热机的设计与分析提供一定的理论基础。

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平面线聚焦菲涅尔透镜的聚焦变化研究

杨毅, 马兴龙, 郑宏飞, 董玉杰, 吴洋, 吕楠

2024, 45(6): 396-400. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0234

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针对平面线聚焦菲涅尔太阳能聚光透镜在光线倾斜入射条件下的焦距变化问题,从菲涅尔透镜结构、材料折射率以及光线倾斜入射角对其焦距的影响出发,分析得出兼顾许用倾斜入射角范围大和焦距变化范围小的设计参数。进而示例设计宽度为200 mm、焦距为300 mm、材料折射率为1.5的平面线聚焦菲涅尔透镜,分析其焦距变化特性,并采用缩短接收面与菲涅尔透镜之间安装距离的方法,分析得到适用于该菲涅尔透镜的最佳接收器宽度和安装位置,使其许用光线倾斜入射角范围达到±40°以上,以此维持平面线聚焦菲涅尔太阳能聚光器的有效工作时间达到接近6 h。

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基于光热木材的海水淡化研究进展与展望

吕霈泓, 李娟, 石雷, 马晨波, 曹耀文

2024, 45(6): 401-411. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0254

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概述等离子体材料、半导体材料、碳基材料和复合材料等光热材料的光热转换机理与性能特点;重点分析碳基光热材料的研究现状与发展优势,针对炭化光热木材和复合光热木材,整理并比较两者的制备方法与蒸发性能;基于光热木材海水淡化系统,综述太阳能蒸发器强化界面传热传质策略与系统结构优化、系统经济性与稳定性等方面的相关研究,最后总结光热木材海水淡化目前的技术缺陷,展望未来的研究方向。

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基于集成学习的新能源发电功率预测

陈运蓬, 景超, 白静波, 马江海, 马飞

2024, 45(6): 412-421. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0200

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针对现有新能源发电功率预测方法难以深入挖掘多维变量时序数据特征导致预测精度不佳的问题,提出一种基于集成学习的新能源发电功率预测方法。首先结合3种相关系数与Shapley值法筛选高相关度的相关变量;其次使用扩展因果卷积网络捕捉历史发电功率时序特征,并使用双向门控循环单元网络结合时间模式注意力提取过去和未来的相关变量特征;最后依照Stacking法对不同网络输出进行集成融合。实验表明,该方法在超短期内具有优秀的预测精度,预测结果均优于其他对比模型。

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基于VMD和改进BiLSTM的短期风电功率预测

朱菊萍, 魏霞, 谢丽蓉, 杨家梁

2024, 45(6): 422-428. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0032

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精准的短期风电功率预测对电力系统稳定运行至关重要。为提高短期预测精确度,提出一种基于变分模态分解（VMD）-样本熵（SE）和利用注意力（attention）机制改进双向长短期记忆网络（BiLSTM）以及误差修正的组合预测模型。首先,采用VMD将原始功率数据分解为若干个相对平稳的子序列,重构样本熵值相似分量以降低复杂性;然后,引入Attention对BiLSTM的隐含层状态输出分配相应的权重以突出重要影响的输入特征,同时采用极限梯度提升（XGBoost）对误差进行修正,从而进一步提高预测精确度;最后,将初步预测值和修正预测值相加得到最终结果。采用风电场实际数据进行验证,结果表明,所提组合模型的平均绝对误差（MAE）下降至1.6565,与其他模型相比精度提升25.8%~56.5%,具有较好的预测效果。

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基于自适应二次分解与CNN-BiLSTM的超短期风电功率预测

马志侠, 张林鍹, 巴音塔娜, 谢明浩, 张盼盼, 王馨

2024, 45(6): 429-435. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0060

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为提高风电功率预测精度,提出基于自适应二次模态分解（QMD）、卷积神经网络（CNN）与双向长短期记忆网络（BiLSTM）的超短期风电功率预测模型。针对风电功率的波动性,利用改进的完全自适应噪声集成经验模态分解方法（ICEEMDAN）对风电功率数据进行分解。引入麻雀搜索算法（SSA）对变分模态分解（VMD）的分解数量与惩罚因子进行优化,使VMD具有自适应性。将ICEEMDAN分解得到的高频分量I₁用SSA-VMD进行第二次分解,降低序列不平稳度。同时,构建包含2层池化层的CNN网络进行特征提取与BiLSTM网络的超短期预测模型,最终的风电功率即为各子序列预测结果之和。通过算例分析进行实验表明,所提风电功率预测方法的预测精度优于其他模型,验证了预测模型的优越性。

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基于AVMD-CNN-GRU-Attention的超短期风功率预测研究

任东方, 马家庆, 何志琴, 吴钦木

2024, 45(6): 436-443. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0146

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为提高超短期风功率的预测精度,提出一种改进的基于变分模态分解的卷积神经网络（AVMD-CNN）、门控循环单元（GRU）和注意力机制（Attention）的超短期风功率预测模型。首先利用改进的VMD将风功率序列分解为K个子模态;然后将各子模态利用样本熵（SE）和中心频率进行分类,根据分类结果对各子模态分别给定归一化方式,并按SE值分别输入到GRU-Attention和CNN-GRU-Attention模型中进行训练和预测;最后将各子模态预测结果叠加得到最终结果,从而完成超短期风功率预测。以决定系数（R²）、平均绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）以及平均绝对百分比误差（MAPE）为精度评估指标,实际算例表明,所提出模型的R²较文中其他方法平均提高12.06%,MAE、RMSE以及MAPE分别平均降低59.36%、62.49%和48.34%,具有较高的预测精度。

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引入注意力机制的LSTM-FCN海上风电功率预测

张昊立, 张菁, 倪建辉, 陈龙, 高典

2024, 45(6): 444-450. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0238

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提出一种注意力机制与LSTM-FCN网络结合的海上风电预测模型,在数据中引入风切变物理量来更准确地预测海上风电发电功率。选用公共数据集网站Zenodo内某海上风电场数据中2组风力机数据进行分析和预测验证。对数据集进行标准化预处理后,用AMLSTM-FCN网络和CNN网络、LSTM网络、LSTM-FCN网络进行对比实验,其中AMLSTM-FCN网络在2份风力机数据预测中,RMSE、MAPE、MAE分别为：5号风力机：6.9434、14.01%、48.6636,6号风力机：2.6933、7.12%、17.2536,在相同时段上采用去除风切变的数据训练网络,得到的预测结果从4个指标中看出预测准确度下降。实验表明AMLSTM-FCN网络在海上风电功率预测中有更高的预测精度,以及风切变也对海上风电功率有显著影响。

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适用于平坦草原的近地层以上风廓线推算方法

贺园园, 程雪玲, 朱蓉

2024, 45(6): 451-460. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0169

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为得到从地面观测数据推测高层风廓线的表达式,基于锡林浩特国家气候观象台1年的观测,确定粗糙度、边界层高度和地转风计算方法,将不同稳定度的平均风廓线与建立的边界层风廓线模型计算结果进行比较。研究发现：基于再分析资料得到的地转阻力参数预测的地转风与实际地转风接近,对数风廓线在中性和不稳定情况下计算准确,且计算方法简单;Deaves-Harris模型适用于强风情况;改进混合长的Gryning模型和考虑Ekman层科氏力的两层风廓线模型在不同的稳定度情况下模拟结果均比较准确,但计算方法复杂;改进的Gryning模型适用于夜间残留层的风廓线模拟。

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考虑时空相关性的风电机组风速清洗方法

李莉, 梁袁, 林娜, 阎洁, 孟航, 刘永前

2024, 45(6): 461-469. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0201

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为获得完整可靠的风速数据,提出一种考虑时空相关性的风电机组机舱风速清洗方法。利用图卷积神经网络（GCN）提取风速的空间相关信息、利用双向长短期记忆神经网络（Bi-LSTM）提取时间相关信息,建立GCN-LSTM模型重构各机组风速序列,实现对异常风速数据的识别和清洗。分析风速的时空特性及其对模型清洗精度的影响,确定最优时间尺度和机组节点数量2个重要的建模参数;以中国4个不同地形风电场为例对GCN-LSTM模型进行验证,结果表明考虑时空相关性可有效提高风速清洗精度,风速的时空相关性越高风速清洗误差越小,且该模型在不同地形风电场的风速清洗中表现出良好的鲁棒性。

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弹性支撑双风轮风电机组传动链强度分析

武雅如, 朱才朝, 谭建军, 帅权, 谭术平

2024, 45(6): 470-478. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0140

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为使前后风轮间流场干涉影响降低,双风轮风电机组传动链具有跨距长、支撑点多的特性,导致双风轮风电机组传动链在长跨距柔性主机架支撑下具有复杂的载荷特性。建立考虑主机架柔性的某型双风轮风电机组传动链动力学模型,分析齿轮与主机架结构强度。结果表明：各级齿轮接触强度、弯曲强度以及主机架强度均满足设计要求;主机架支撑变形有助于协调各构件之间的相对变形,适量减小主机架柔性有助于改善传动链承载时主轴轴承之间的轴线不对中情况。

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基于部分域适应的旋转机械跨工况故障诊断

马天霆, 孙良海, 韩冰, 史曜炜, 邓艾东

2024, 45(6): 479-486. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0275

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为解决风电机组运行工况变化导致数据分布差异且标签空间不一致场景下的诊断问题,提出一种基于融合权重领域对抗的部分域适应方法（FWDAN）,用于旋转机械跨工况故障诊断。FWDAN的核心思想是在样本和类别双重层面施加训练权重,以在对抗训练过程中弱化外部类样本的作用,强化对共享类样本的学习,从而促进领域间共享诊断知识的迁移和提高对目标任务的诊断性能。对于样本级权重生成,将标签信息耦合进样本数据中充分挖掘样本的特征表示,进一步根据源域和目标域数据特性差异,应用不同的统计方法生成权重用于辅助模型训练,实现促进模型积极迁移和降低负迁移风险的目的。建立在滚动轴承和齿轮箱数据集上的两个诊断案例的实验结果表明,所提方法相比其他方法具有更高的诊断准确度和更强的泛化能。

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基于机器视觉的风电机组叶片多类型损伤检测方法研究

石腾, 许波峰, 陈鹏, 张金波, 刘加英

2024, 45(6): 487-494. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0167

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为更好地推动风电机组叶片运维技术智能化发展,基于机器视觉检测技术,提出一种风电机组叶片多类型损伤检测方法。首先对智能巡检无人机平台采集到的风电机组叶片图像进行图像灰度化、滤波增强、分割以及形态学处理,实现叶片损伤区域的识别;然后基于连通域分析原理来获取叶片损伤区域的几何特征和灰度特征等参数信息,并依此设计出风电机组叶片损伤类型识别分类器;最后将检测算法和分类器融合于所设计的风电机组叶片损伤可视化检测系统。试验表明,该系统对于表皮脱落、涂层破损、砂眼、油污及裂纹等典型叶片损伤的平均检测准确率为90.4%。

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基于优化LSTM模型的风力机叶片剩余使用寿命预测

焦佳明, 毕俊喜, 葛新宇, 王国富, 马航, 周大川

2024, 45(6): 495-502. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0215

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针对传统寿命预测方法计算复杂、耗时且不具普适性等问题,提出一种基于优化长短期记忆网络（LSTM）的风力机叶片剩余使用寿命（RUL）预测模型。首先,将多维传感器监测数据可视化,以观察数据特征并进行初次特征筛选。然后,对筛选后的数据进行归一化处理,并使用主成分分析法（PCA）进行数据融合,以去除冗余信息和降低特征维度。其次,使用自适应矩估计（AME）算法为不同网络参数提供独立的自适应性学习率;使用平滑平均绝对误差（SMAE）损失函数来综合两种传统回归损失函数的特点。最后,经过多次试验选定合适的LSTM层数及神经元数,并以复杂系统的多尺度时序监测数据为算例对模型进行试验验证。试验结果表明,在一种故障模式下,优化LSTM预测模型相较于其他传统机器学习模型在评价指标及预测误差分布情况上占优,表明该文所提模型具有更高的准确性及稳定性。

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极端运行阵风下风电叶片动力学响应特性流固耦合分析

杨瑞, 岳雷东, 曾学仁, 方亮, 包广超, 田楠

2024, 45(6): 503-509. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0220

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基于CFD及有限单元法,利用ANSYS Workbench平台的Fluent与Transient Structural模块,对NREL 5 MW风电机组复合材料叶片在极端运行阵风下的气动特性及结构力学特性进行研究。结果表明：风轮气动载荷受极端运行阵风的影响较大,极端运行阵风作用下,风力机转矩及轴向推力等随风速的变化出现较大幅值的响应且响应峰值较阵风峰值均有所提前;叶片位移随风速的变化在峰值风速的前后出现大小两个峰值;在风速达到峰值时,与均匀来流阶段相比,叶片表面应力整体增幅较大。

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叶片失效条件下风电机组动力学响应数值模拟研究

牟哲岳, 孙勇, 王瑞良, 白聪儿, 林勇刚

2024, 45(6): 510-517. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0352

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研究叶片失效条件下风电机组整机动力学响应数值模拟方法,以NREL 5 MW机组为对象,基于Simpack软件,建立风电机组整机气-弹-控联合仿真模型,分析紧急停机措施下叶片失效机组的动力学响应特征。在此基础上,通过参数化分析揭示了叶片失效所在相位角、叶片失效长度、风速、湍流度、顺桨速率、反应时间等多种因素对于叶片失效条件下机组动力学响应的非线性影响规律。提出一种发电机扭矩随风轮转速下降的优化停机方案,通过数值模拟得到的机组动力学响应曲线验证了该方案的有效性。

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保持主导振荡模态的双馈风电场动态聚合等值方法

王渝红, 杜婷, 廖建权, 宋雨妍, 朱玲俐

2024, 45(6): 518-529. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0164

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针对风电场详细建模出现的“维数灾”问题,计及双馈风电机组各控制环节与系统振荡模态的关系,以保持等值前后主导振荡模态一致为目标,提出考虑风电机组多时间尺度级联特性的风电场站等值聚合方法。首先考虑风电机组多控制环节级联建立风电场状态空间模型;其次,利用振荡能量级判别系统主导振荡模态,并基于参与因子分析不同模态的关键影响因素;在此基础上,以主导振荡模态的关键影响因素为分群指标,结合自编码器进行数据降维处理,经改进聚合算法聚类和拓扑变换获取等值参数等环节后得到等值模型。最后,在Matlab平台分别搭建单机模型和含24台双馈风电机组的风电场模型,验证了所提等值方法的有效性。

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基于稳定偏航的风电场协同控制

张子良, 郭乃志, 易侃, 文仁强, 石可重

2024, 45(6): 530-535. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0207

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为了令协同控制下的风力机能在实时变化的来流中安全可靠的达到提升发电量的目的,提出一种基于稳定偏航的协同控制方法。在该方法中,解析尾流模型被用来实时模拟风电场中的流场状态;差分进化算法用以优化场内机组的最佳偏航角度;将上述优化结果与机组自身的偏航控制逻辑相结合,能令机组稳定地执行最优协同控制指令。在动态风环境下的模拟表明,相较于传统的单机最优控制策略,该文提出的协同控制方法令风电场整体发电量提升4.76%。且该方法能令各机组仅需少量的主动偏航动作在实时变化的湍流风况中达成减少尾流影响的目的。研究结果说明该文提出的基于稳定偏航的风电场协同控制方法具有一定的实际应用价值。

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基于数字孪生的风电建设智能协同管控技术研究及应用

徐建江, 尹习双, 刘金飞, 钟桂良

2024, 45(6): 536-543. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0216

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针对风电项目工程规模大、工区分散、工期紧等难点与特点,提出以工程建设管控内容为物理对象（PE）、以BIM虚拟模型为孪生载体（VE）、以双向孪生数据为核心（DD）、以协同管控为目标（WM）、以协同运行规则（RU）为驱动的风电项目建设智能四维协同数字孪生模型,利用GPS-RTK+UWB无缝耦合定位技术结合自主研发的物联感知装备实现建设信息全方位智能感知,以GIS模型为数据空间集成底板,以BIM模型为数据业务集成底板形成具备交互分析特征的数字孪生载体,通过对类似及目标工程建设数据的深度学习,按过程结合综合评定体系实现建设项目的管控协同评判。通过在腊巴山风电建设项目的应用,证明该技术可实现对工程高精度、秒级的实时感知,提供轻量化、可供分析、虚实融合的孪生载体,并能根据建设环境动态调整评判参数,较准确地对风电工程建设情况进行评判,为各方协同管理提供技术支持。

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计及脆弱支路筛选的含风电电网连锁故障预防策略

邓慧琼, 钟运恒, 黄靖

2024, 45(6): 544-555. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1359

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针对含风电电力系统中由支路故障引发的连锁故障现象,提出一种考虑脆弱支路筛选的含风电电力系统连锁故障预防策略。首先,构建支路跳闸概率模型和系统安全指标,并引入概率密度函数和正态分布函数对含风电电力系统中各支路进行脆弱性评估,以此筛选出严重初始故障支路;然后根据支路脆弱性排序筛选出对电网运行安全性影响较为严重的一条或几条支路,建立预想事故集;最后,建立兼顾系统安全指标和优先消纳风电功率的连锁故障预防控制模型,并使用粒子群算法求解该模型。基于IEEE-14和IEEE-39节点系统进行仿真分析,结果表明所提考虑脆弱支路含风电电力系统连锁故障预防策略不仅可优先消纳风电功率,而且可确保含风电电力系统拥有充足的安全裕度。

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湍流条件下风力机翼型动态气动特性研究

郭兴铎, 李银然, 李仁年, 臧志昭

2024, 45(6): 556-563. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0313

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基于CDRFG方法生成湍流入口边界,采用大涡模拟（LES）研究湍流条件下风力机翼型的动态气动特性。结果表明：在翼型俯仰振荡过程中,相同攻角时,下俯过程的升力系数脉动较上仰过程更加明显。在湍流来流条件下,升力系数的分布相对紊乱,且带有不同幅度的突变特性,其脉动特性较均匀来流显著增加,迟滞环纵向波动范围增大,非定常特性加剧,且平均攻角越小,湍流对升力系数脉动特性的影响越明显。湍流对翼型表面压力波动的影响主要位于前缘区域,前缘点脉动压力对湍流来流的响应强烈,沿弦向逐渐往后,翼型表面脉动压力对湍流来流的响应逐渐减弱。

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干式连接装配式风电混塔非线性特征研究

师振贵, 王云超, 黄赐荣, 张栋梁, 王宇航, 王滨

2024, 45(6): 564-571. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1662

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为探究干式连接装配式风电混塔在复杂耦合载荷作用下的非线性行为特征,利用ANSYS和ABAQUS两种软件分别建立涵盖风电机组基础、混凝土塔筒、钢混过渡段、钢绞线、钢塔筒、风电机组的一体化有限元模型,采用风电机组厂家提供的截面载荷进行静力加载分析,验证两种有限元模型计算结果的正确性。在此基础上,分别针对塔架结构的边界非线性、材料非线性、几何非线性行为特征开展系统研究,分析拼缝接触状态、混凝土塑性损伤模型、几何大变形对于塔架承载能力以及变形能力的影响。研究表明：干式连接混塔在极限大弯矩作用下,塔架迎风侧水平接缝会出现脱开等现象,从而让竖向接缝有空间进行切向滑动,导致上下管片相互挤压,管片出现大范围的应力集中现象,开启几何大变形后挤压现象更为明显;当管片应力超过混凝土抗拉强度后,混凝土发生开裂,钢筋发挥作用,协同受力,混凝土进行应力重分布,保障了塔架在极限荷载作用下的整体承载力和稳定性。

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考虑叶片影响的风力机塔筒双自由度涡激振动研究

王丁丁, 赵振宙, 刘岩, 刘惠文, 马远卓, 刘一格

2024, 45(6): 572-580. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0205

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研究叶片影响下风力机塔筒的涡激振动特性。首先,基于计算流体力学（CFD）方法、结构动力学理论以及重叠网格技术,建立塔筒结构的双自由度涡激振动仿真模型,通过与文献试验数据对比,验证模型的准确与适用性。并将该模型用于分析NREL 5 MW风力机塔筒与叶片的双自由度涡激振动。结果表明,采用重叠网格技术和CFD方法相结合,规避了由结构较大振幅所引发的网格畸变和负网格问题,获得了较高的计算精度。相比单塔筒振动工况,考虑叶片对塔筒影响后,两者的尾涡相互干扰与合并现象明显,导致塔筒的双自由运动更为复杂。在约化速度3~11范围内,塔筒横向最大振幅响应约为单塔筒工况的10倍,且振动频率出现“锁定”。

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复合加载模式下四筒导管架基础承载特性分析

崔希君, 史永晋, 魏羲, 乐丛欢, 姜明涛, 张浦阳

2024, 45(6): 581-588. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0248

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针对海上风电四筒导管架基础在砂土中的复合承载特性,采用数值模拟的方法,计算5种不同荷载组合下的四筒导管架基础的极限承载力。为分析不同加载模式下筒基长径比和筒间距对基础极限承载力的影响,分别改变筒高和吸力筒圆心距离进行计算并绘制破坏包络线。结果表明,在竖向荷载作用下,基础的水平极限承载力先增大后减小;抗扭承载力随竖向荷载的增大而增大,随水平荷载的增大而减小;不同竖向荷载的作用下,水平和弯矩极限承载力基本呈线性相关。

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软黏土中吸力式三桶基础承载特性分析

汪明元, 陆佳清, 巴盼锋, 程星磊, 鹿群

2024, 45(6): 589-598. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0257

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采用弹塑性边界面本构模型,建立模拟黏土中三桶基础承载行为的三维数值方法,并通过对已有模型试验结果的预测验证数值方法的可行性。研究桶-土接触方式和加载方向对三桶基础承载行为的影响规律,探索三桶基础的水平循环承载特性。结果表明,竖向单调荷载作用下三桶基础表现为“刺入型”剪切破坏特征,基础竖向受压失效位移约为0.07D(D为桶基础的直径);在摩擦接触条件下,0°水平加载（单桶受拉,双桶受压）极限承载力最小;在绑定接触条件下,60°水平加载（双桶受拉,单桶受压）极限承载力最小;循环荷载作用下迎风桶与背风桶之间逐渐增加的沉降差是三桶基础产生累积旋转的主要原因,且基础的旋转特性与水平循环荷载大小密切相关。

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砂土中筒型基础临界吸力计算方法研究

郭炳川, 孟祥传, 杨林林, 李红涛, 梁超, 刘润

2024, 45(6): 599-606. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0260

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开展砂土中筒型基础吸力沉贯的系列模型试验,测试筒型基础下沉过程中吸力的发挥过程,并通过反分析得出筒内外土体渗透系数比的变化规律。结果表明：当筒内土体出现管涌现象时,筒内负压会瞬间降低;随着沉贯深度的增加,临界吸力值也逐渐增大;此外,筒内外土体的渗透系数比呈指数函数型增长;假设在沉贯过程中土体的渗透系数不变,则临界吸力的预测结果均小于实测值。根据试验结果改进砂土中筒型基础沉贯过程临界吸力的计算公式,并进行工程案例验证。

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海床加固对海上风电单桩基础的动力特性影响

王海宇, 沈侃敏, 贺瑞, 王宽君

2024, 45(6): 607-618. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0236

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建立海上风电单桩基础浅层土体三维数值有限元模型,分析不同范围、不同形状海床加固方式,以及作用不同幅值、不同方向循环荷载单桩基础的累积变形、振动特性动力响应影响,为加固体应用于单桩桩周土体加固工程提供优化建议。结果表明：不同加固条件下,风力机一阶自振频率改变较为显著;加固后单桩基础相较于未加固单桩基础,在循环荷载作用下,单桩桩身位移、转角和内力响应极值均有所减小,泥面位移极值最多可降低81%;桩周土体剪应力与剪应变亦减小,随着循环次数增加,剪应变增幅减少,土体塑性区域变小。

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SANISAND本构模型对不同荷载下桩土相互作用的适用性研究

孟晓伟, 翟恩地, 许成顺

2024, 45(6): 619-627. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0178

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该文通过土体三轴试验数据确定本构参数,并建立场地试验和离心机试验的有限元模型,研究SANISAND本构模型对于静力、地震和循环荷载下桩土相互作用的适用性。结果表明,SANISAND本构模型能较好再现水平静力荷载下不同桩径的桩顶荷载-位移特性,地震作用下加速度和孔压时程曲线变化趋势以及短期循环水平荷载下的桩变形特性,但无法较好地再现砂土由于剪胀引起的孔压负峰值和长期循环荷载下的累积变形,所以主要关注这些问题时建议选择更合适的本构模型。

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10 MW级海上风电新型浮式基础结构强度分析

张敏, 赵薇, 李炜, 沈侃敏, 袁文永

2024, 45(6): 628-636. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0199

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针对应用于50 m水深海域的10 MW海上风力机,设计由三浮筒及三立柱组成的新型浮式基础,建立带有骨材结构的有限元分析模型。对于有关此新型浮式基础的设计波参数,一般选用随机性设计波的方法来确定,对波浪载荷工况下的整体结构。重点研究浮筒的骨材尺寸以及骨材间距对新型浮式基础强度的影响规律,并得到纵横骨材尺寸组合对新型浮式基础整体强度的影响规律。研究表明,新型浮式基础结构高应力区域位于3个浮筒连接处,浮筒板单元应力水平受骨材尺寸和骨材间距的共同影响,采用合适的尺寸间距组合可在应力水平相当的情况下显著降低用钢量。

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海上风电嵌岩群桩基础竖向承载特性模型试验研究

刘欣怡, 胡中波, 王钦科, 田德帅, 刘畅博, 李阔

2024, 45(6): 637-645. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0349

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以福建海域风电场中使用钢管-混凝土组合桩的嵌岩群桩高承台基础为研究对象,通过室内缩尺模型试验的方法,对嵌岩群桩基础的竖向抗压承载特性和破坏机理进行研究,并与嵌岩单桩基础进行对比。研究结果表明：加载前期,钢管-混凝土组合桩群桩之间的覆盖层和基岩与桩作为一个整体共同承载来自上部的下压荷载,这导致了群桩的桩端轴力增加幅度相对单桩较小,以及群桩的桩端阻力发挥受限,向下的应力较单桩更难扩散;加载后期,群桩之间出现连接裂缝,削弱了桩间土的承载能力,使得群桩的桩端阻力和端阻比增加明显。此外,为避免群桩效应的影响,钢管-混凝土组合桩的桩间距应在3倍桩直径以上。

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海上风电机组支撑结构一体化设计方法

张承婉, 龙凯, 陆飞宇, 张锦华, 陶涛

2024, 45(6): 646-651. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0355

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受设计工作范围分工和责任的制约,风电机组设备厂商和风电场建设单位分别设计塔筒和导管架,这种分离式设计通过塔筒底部载荷传递并反复迭代确定结构型式及尺寸。此外,现有的海上风电机组导管架设计参考海洋石油平台等规范,忽略了海上风电机组的受力特点。上述两层原因较大程度上制约了支撑结构的力学性能,且设计迭代次数较多,并无法准确获取整体结构的动态响应。为解决上述问题,提出基于拓扑优化的导管架结构设计方法,并通过改变塔筒和导管架分界面位置,即扩大拓扑优化设计空间进一步提高结构性能。选取NREL 5 MW海上风电机组为研究对象,分别对比参考结构、拓扑优化结构和一体化设计结构的固有频率和不同极限工况下的最大变形。结果证明了所提出支撑结构一体化设计方法的有效性和优越性。

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海上漂浮式风电机组塔筒优化方法研究

张晨, 张保成, 张开升, 王强

2024, 45(6): 652-660. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0175

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为适应复杂多变的海上环境,高效利用风资源、减少用钢成本,开展漂浮式风电机组塔筒的结构优化设计。以船载风电机组为研究对象,引入漂浮式基础的动态响应,作为影响塔筒弯曲变形的重要约束条件。在保证风电机组稳定功率输出的前提下,以质量最轻为优化目标,以塔筒构造要求和规范为基本约束条件,建立漂浮式基础风电机组塔筒的数值优化模型,并利用遗传算法完成了模型优化。结果显示,在保证风电机组稳定性和正常功率输出要求下,塔筒的质量降低了35%,刚度提高了25%。

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基于能量守恒原理的海缆结构力学特性理论分析研究

苏凯, 赵鑫蕊, 朱洪泽, 程永光

2024, 45(6): 661-672. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0263

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基于能量守恒原理建立海缆在轴对称荷载作用下的3种力学分析理论模型,3种模型均可计入层间初始间隙,不同于螺旋层的变形考虑,模型1只考虑轴向变形,模型2在此基础上将径向变形考虑在内,模型3进一步计入局部弯曲和扭转;接着,通过具体实例验证理论模型的可靠性;最后,分析海缆的结构力学特性。研究结果表明：螺旋层的径向变形、局部弯曲和扭转对海缆轴对称力学响应影响较小,建议采用模型1进行分析;轴对称荷载作用下,螺旋层是主要的承载构件,且荷载的作用会导致层间发生分离,分离位置与荷载类型及方向有关;层间初始间隙越大,海缆刚度越小;铠装螺旋角度的增加会降低海缆抗拉刚度,增大顺/逆抗扭刚度;海缆的顺/逆扭转截面性能有所不同,其顺抗扭刚度较逆抗扭刚度大;外水压会增大海缆逆抗扭刚度,对抗拉刚度及顺抗扭刚度无影响。

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基于离散数值分析技术的海上风电机组安装施工规划模拟研究

马宇轩, 闵烨, 闫中杰, 张坤鹏

2024, 45(6): 673-679. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0237

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海上风电机组安装主要包括多船舶联合施工、单船自运输安装施工两种方式。海上风电场建设中,风电机组安装施工费用占有较大比重,进行整体施工规划分析可以为宏观决策提供量化依据。鉴于此,采用离散数值分析模拟技术,以实际工程项目施工限制条件和风浪流数据为计算参数,对项目总工期和怠机时长等进行数值模拟,以比较上述两种模式的施工效率优劣。结果表明,相对航行距离在359.26 km前,单船模式施工累计耗时高于多船模式,超过该距离后,多船模式逐渐高于单船模式;多船模式怠机抵抗性能整体上优于单船模式。

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颗粒破碎对水合物沉积物基质宏-细观力学特性影响的离散元分析

徐爽, 徐佳琳, 许成顺, 焦爽

2024, 45(6): 680-690. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0211

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基于“颗粒碎片替换法”建立反映颗粒破碎行为的含水合物沉积物基质离散元模型,与不破碎模型开展对比三轴剪切试验,证明颗粒破碎对强度和剪胀特征具有重要影响。进而应用“粒径膨胀法”提高模型对体应变和颗粒破碎程度的模拟效果,通过一系列低-高有效围压下的模拟三轴排水剪切试验,研究高应力范围及剪切过程中细观力学特征的演化。结果表明：随着有效围压逐渐增大,试样强度、刚度和平均法向接触力均增大,力链网络更加密集且由环状演变为以竖向为主,试样顶部与底部沿轴向运动的颗粒数量增加。颗粒破碎主要发生在剪切初期,力学配位数、平均法向接触力随剪切进行逐渐增大,剪切后期出现贯穿试样的强力链结构,颗粒运动逐渐从杂乱无章变为由顶、底两端向内,试样内部逐渐出现近似“X”形的剪切带。

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