太阳能学报

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陈桂涛, 宋晨飞, 刘飞飞, 黄伯雄, 孙向东

2024, 45(8): 1-9. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0548

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针对直流微电网中分布式电源输入输出功率不稳定造成的直流母线电压波动问题,鉴于双有源桥（DAB）储能变换器具有能量双向流动的特点,提出一种基于内模原理的双闭环模型预测控制策略。在分析DAB变换器扩展移相调制原理与特性基础上,重点研究电压外环和电流内环的模型预测控制策略。针对模型预测控制性能依赖电路参数准确度问题,分别从电路主要参数失配对功率传输和直流母线稳压的影响两个角度出发,深入分析模型参数敏感度。最终设置直流母线电压稳态误差灵敏度区,在误差灵敏度区外仅采用双闭环模型预测控制以保证系统的动态响应性能,在误差灵敏度区内采用双闭环模型预测控制和PI补偿控制以消除系统稳态误差。搭建实验平台进行实验验证,结果表明：在系统受到扰动时,DAB储能变换器可实现快速地充放电对系统进行补偿,混合控制策略可快速保持母线电压的稳定,实现系统功率均衡,增强系统抗扰能力。

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四邻位偶氮苯分子的储能性能研究

江艳, 黄金, 罗文

2024, 45(8): 10-16. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0588

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基于光响应化合物的分子太阳能储存技术是一种独特的太阳能热转换和储存技术,以所合成的四邻位偶氮苯分子为研究对象,通过实验研究的方法,对该偶氮苯分子的异构化性能、储能性能和稳定性进行实验研究。研究结果表明：四邻位偶氮苯分子在红光、绿光和紫外光激发下能发生异构化现象,在室温下其回复半衰期为70 min,在红光、绿光和紫外光照射后的异构化程度分别为28%、41%和59%。四邻位偶氮苯分子在异构化程度为100%时,其储能密度为37.88 kJ/mol。此外,四邻位偶氮苯分子展现出优异的循环性和热稳定性。

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基于灵活性调节资源动态演变的储能容量预测

徐君威, 李爱魁, 李武峰, 李相俊, 全慧

2024, 45(8): 17-26. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0660

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基于储能的灵活性调节能力是新型电力系统稳定运行的重要增量,其容量预测与配置受多种因素制约。针对能源结构转型背景下面临的因储能容量需求动态变化而难以预测,进而影响源网荷储协调规划建设的问题,该文分析电力系统灵活性调节能力的影响因素,研究包括火电、水电、储能等各灵活性调节资源的装机容量以及调节成本的发展趋势,并对火电机组深度调峰成本进行分段线性化处理,降低计算的复杂度,以获得灵活性调节容量的成本最低为优化目标,综合考虑各调节资源的能量、功率约束,建立储能容量预测模型,并将其转换为混合整数线性规划的形式,调用商业优化求解器CPLEX进行求解。该模型基于系统中现有调节资源的调节能力,在目前新能源发电量占比不断增大的情况下,对储能的容量进行预测。算例分析表明所提模型能在保证系统经济运行的前提下,对储能的容量进行动态预测,所配置的储能有效促进了风电和光伏的消纳。

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高速飞轮与电机耦合动力学模型研究

何海婷, 张昊随, 柳亦兵

2024, 45(8): 27-33. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1462

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基于替代映射方法分别建立主动磁轴承和永磁同步电机的非线性模型,并与飞轮转子动力学模块、PID控制器等组件结合,构造高速飞轮转子与电机耦合的非线性动力学系统模型。仿真结果表明,替代映射方法计算得到的永磁同步电机齿槽转矩数值与有限元模型结果之间误差较小,具有良好的精度,可正确描述其基频到多次倍频的振动特性。永磁同步电机转子偏心作用力随着转子振幅的增大而增强,会显著削弱主动磁轴承对飞轮转子的控制能力。基于前人“双弹簧”模型,结合永磁同步电机替代映射模型,建立包含主动磁轴承和永磁同步电机的“三弹簧”模型。仿真计算结果表明,永磁同步电机转子偏心作用力改变了飞轮转子的第二临界转速的频率和振幅,作用力较大和位置偏置会造成第二临界转速附近的运动失稳。

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可再生能源电解制氢宽范围运行控制策略

夏杨红, 胡致远, 韦巍, 赵波, 章雷其

2024, 45(8): 34-43. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0546

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首先分析碱液电解制氢低载低效率的机理,发现通过重塑激励电场可有效提升系统低载效率。基于此,提出多模态自寻优（MMSO）电解制氢变流技术及其对应的变流器原理样机,并将所提控制策略应用于光伏直驱的2 Nm³/h碱液电解槽（约10 kW）。发现相比于传统直流供电策略,所提策略具有以下优势：1）低载工况下,MMSO电解制氢变流控制策略最大效率提升超过两倍;2）效率≥50%约束下,系统运行范围从30%~100%扩大至10%~100%;3）碱液电解槽可全范围跟踪可再生能源出力。

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基于载氮体氢化与再生的化学链合成氨技术及展望

王思珺, 巩峰, 付恩康, 肖睿

2024, 45(8): 44-53. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0547

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综述基于载氮体氢化与再生的化学链合成氨研究现状,讨论制约化学链速率的关键因素,并提出调控和增强载氮体性能的策略。总结载氮体的制备方法,从应用的角度评估载氮体性能调控的目标,以期为载氮体介导的化学链合成氨研究提供指导,促进基础研究向工业技术的转化。

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交通网-电网耦合框架下制氢加氢站选址定容

赵元发, 司杨, 麻林瑞, 高梦宇, 苏小玲

2024, 45(8): 54-62. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0619

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制氢加氢站（HPRS）的合理规划对氢燃料电池车的发展具有重要意义,为此提出交通网-电网耦合框架下的HPRS规划方法,实现大规模分布式新能源并网电力系统下的HPRS选址定容。首先,基于城市路网阻抗信息模型对氢燃料车的出行进行模拟,得到交通网层面上加氢负荷时空分布。然后,以建设运营成本、交通网加氢负荷覆盖率与电力网络运行稳定性为约束,构建多目标综合评价选址定容模型,通过改进粒子群算法对HPRS的选址和设备容量进行求解。在33节点电网和25节点交通网上进行算例分析,结果表明所提出方法有效降低了HPRS在接入电网后引起的电网损耗与电压偏差,同时提升新能源自消纳率,提高了HPRS的交通网服务质量并减少了建设运营成本。

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深远海原位电解海水制氢的战略及技术研究

胡鹏, 李志川, 李子航, 劳景水

2024, 45(8): 63-70. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0623

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在中国实现“双碳”战略目标的背景下,氢能将成为能源转型的关键。中国海上风电资源丰富,但面临并网难、输送难、成本高等挑战。直接电解海水制氢或可解决大规模制氢水源限制,同时解决深远海可再生能源输送难、制氢成本高的问题,具有巨大潜力。回顾电解海水制氢技术的发展历程,比较现有几种电解水制氢的方式,阐述目前技术所面临的挑战和机遇,并展望电解海水制氢产业的未来。以某海上油气公司为例,探讨能源型支柱企业在推动海上风电和电解海水制氢技术融合方面的产业化可能性。结合已有工程装备,针对如何降低成本、避免同质化竞争、发展特色技术等提出思考性建议,其中包括完善海上风电设施布局,推动发展电解海水制氢技术,提升氢气输送的保障能力,以及实现海上绿色能源岛协同发展等。

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基于自恢复型下垂控制的微电网运行控制策略研究

田春胜, 任永峰, 胡志帅, 孟庆天, 陈建, 张艳锋

2024, 45(8): 71-77. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0317

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针对微电网并、离网模式切换、微电源突变以及负荷扰动导致的系统频率和电压波动问题,提出频率、电压自恢复型下垂控制策略。首先,基于传统下垂控制引入频率差和电压差作为反馈环节,建立储能单元自恢复型下垂控制模型。其次,通过伯德图对自恢复型和传统型下垂控制系数在不同频段范围内的性能进行对比分析。自恢复型下垂控制因采用PI控制和引入修正下垂系数因子使系统具备较好的频率和电压自恢复效果,提升动态调整能力,表现出较好的适应性。最后,基于Matlab/Simulink平台建立35 kV风光储微电网模型,通过时域仿真实验验证自恢复型下垂控制策略的有效性。

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计及不确定性的基于主从博弈的社区微网运营商电价优化方法

颜湘武, 王庆澳, 卜劲勇, 孙邵彬

2024, 45(8): 78-85. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0441

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提出一种基于主从博弈的社区微网运营商电价优化方法,并通过场景削减对光伏不确定性进行描述。首先分别针对微网运营商和用户建立优化运行模型。然后分析运营商与用户之间的博弈关系,建立以运营商为领导者的主从博弈模型,并采用基于场景削减法的最优电价两阶段求解方法求解考虑不确定性的最优电价。最后,经算例分析验证,所提电价优化方法可将运营商的收益提高14.2%,还可将用户的电热成本降低0.92%;同时表明适量的储能可促进光伏的就地消纳并提高运营商收益;另外,该方法所求最优电价在不同随机场景下的运营商收益均值提高37.6元,而不同场景下的波动方差降低16.9%,即该电价在不同光伏出力场景下的普适性更好。

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基于整流器无功功率控制的暂态电压抑制策略

秦艳辉, 尹纯亚, 段青熙, 马星

2024, 45(8): 86-93. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0514

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针对高压直流输电系统换相失败引起送端换流母线电压波动的问题,首先推导送端换流母线电压与整流侧直流电压、直流电流之间的数学关系,分析得出换相失败及恢复期间直流电压与直流电流变化不协调是引起送端换流母线电压波动的主要原因。为抑制换流母线电压波动,基于整流器无功消耗与电压间定量分析,以换流母线耐压水平为约束,确定整流器无功消耗的期望值,并结合整流器无功特性分析,确定换相失败及恢复期间直流电流指令值补偿量,提出基于整流器无功功率控制的电压波动抑制策略。最后基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了电压波动机理的正确性以及抑制策略的有效性。

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考虑新能源消纳的电动汽车有序充电控制策略

马苗苗, 任智伟, 刘立成, 刘向杰

2024, 45(8): 94-103. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0526

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针对电动汽车集群入网进行无序充电会加剧峰谷差进而造成“峰上加峰”的问题,提出一种考虑新能源消纳的电动汽车分层式有序充电控制策略。首先,基于长短时间记忆神经网络理论,建立电动汽车充电负荷预测模型;其次,建立风光发电系统的数学模型;最后,提出分层式有序充电控制策略,上层主控制系统制定电动汽车充电功率指导曲线,下层次级控制系统合理安排电动汽车充电计划,利用概率转移矩阵算法获得最佳充电控制策略。仿真结果表明,所提出的有序充电控制策略能够有效降低电网负荷峰谷差。

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绿证-碳交易融合机制下含氢综合能源系统优化调度

安江涛, 刘卫亮, 林永君, 张启亮, 王昕, 康佳垚

2024, 45(8): 104-114. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0528

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为进一步降低含氢综合能源系统（HIES）的碳排放水平同时提高系统运行经济性,提出一种绿证-碳交易融合机制下HIES优化调度策略。首先,分析HIES的构成及运行特性,建立日前价格型与可替代型两种需求响应（DR）模型;其次,构建阶梯绿证交易模型,设计绿证-碳交易融合机制,建立由阶梯碳交易成本、购能成本、阶梯绿证交易收益所构成的综合成本最低为目标的HIES优化调度模型;最后,通过仿真算例验证该文所提策略的有效性,并分析绿证与碳交易的阶梯区间长度、基础交易价格对调度结果的影响。

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高原宾馆建筑电-热-氧联供系统容量优化配置

罗西, 潘梦钊, 刘艳峰

2024, 45(8): 115-122. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0536

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以青海省祁连县某宾馆为案例展开分析,建立以系统最小费用年值为优化目标的高原宾馆建筑电-热-氧联供系统容量配置优化模型,并采用遗传算法求解以得到系统的最优容量配置。结果表明：与常规电-热联供系统相比,电-热-氧联供系统使电网供电比例由76.9%降低至29.8%;电-热-氧联供系统的费用年值比常规电-热联供系统减少1.2%,其中系统投资年值增加4.1%,系统年运行费用减少5.3%;电-热-氧联供系统的费用年值受购氧价格影响最大,当购氧价格为8元/Nm³以上时,电-热-氧联供系统比常规电-热联供系统更具经济优势。

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基于HOMER的多场景离网型微电网优化设计

张一凡, 颜世烨, 李斌, 柳丹, 叶季蕾, 刘丽丽

2024, 45(8): 123-134. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0539

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基于HOMER软件对武汉某商业园区开展离网型光-柴-储微电网系统优化设计研究。首先,构建多运行策略下离网型光-柴-储微电网系统容量优化配置模型;在此基础上,分析不同运行策略下系统容量配置、光伏渗透比例和电池储能运行状态,并得出离网型光-柴-储微电网系统最优运行策略;然后,基于最优运行策略开展多场景下离网型光-柴-储微电网容量优化配置,对多场景离网型光-柴-储微电网的平准化度电成本本（LCOE）、系统净现值（NPC）和总排放等性能进行比较分析;最后,结合具体案例开展敏感性因素分析。结果表明,所提容量配置模型可实现系统经济性与清洁性的最佳权衡,并降低系统对于储能电池的依赖;通过敏感性分析得出不同机组参数、负荷参数对系统最优配置的影响。

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基于转矩定量分析的VSG低频特性校正方法

于鸿儒, 陈中, 蔡骏, 陆寅, 史艳琼

2024, 45(8): 135-143. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0550

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首先建立虚拟同步发电机（VSG）的虚拟转矩模型,通过虚拟转矩的定量分析揭示导致VSG低频特性发生变化的主要因素：次同步谐振对VSG的低频特性产生耦合影响和锁相环的负阻尼效应。在论证增加阻尼抑制次同步谐振可行性的基础上,给出稳态阻尼、动态阻尼联合取值方法,而后指出动态阻尼对VSG性能的影响;论证通过相位补偿法抑制低频振荡的可行性,通过对VSG转矩的定量校正,保证VSG的性能指标与设计预期一致。最后通过实验验证理论分析的正确性和设计方法的有效性。

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风光氢耦合系统的经济随机模型预测控制方法研究

黄宇, 周新鹏, 郭浩德, 王嘉俊, 张启亮

2024, 45(8): 144-153. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0552

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针对风光氢耦合系统源荷两侧不确定性对系统运行造成的影响,提出一种基于经济随机模型预测控制的优化方法。根据风光氢耦合系统中设备的特性,建立计及设备启停的状态空间模型;利用场景生成技术对风光出力及电负荷预测数据进行处理,以生成描述系统不确定性的场景集;基于生成的场景集,在设计的经济随机模型预测控制框架下,构造系统的混合整数线性规划问题,进而对系统进行经济优化控制。由于经济随机模型预测控制方法需提供准确描述系统不确定性的场景集,为此提出一种基于非参数预测的场景生成机制。通过案例仿真分析,相较于常规随机模型预测控制方法,所提控制方法降低5.89%的运行成本;相较于常规模型预测控制方法,降低13.25%的运行成本,验证了所提方法能有效解决风光氢耦合系统的不确定性。

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基于自适应下垂控制的光储直流微网控制策略研究

代丽, 王君瑞, 谭露, 朱旭强, 王铭, 豆帅

2024, 45(8): 154-163. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0573

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针对下垂控制会导致母线电压出现跌落现象这一问题,提出基于蓄电池荷电状态（SOC）的n次幂的自适应下垂控制（ADC）策略,设计充放电时的下垂系数,在下垂系数中引入蓄电池Sn及基于母线电压的下垂系数调整律,并加入超级电容功率补偿。在系统的协调运行控制策略上,以母线电压Udc和蓄电池SOC值作为控制元,设计上层协调控制模块。与传统自适应下垂控制相比,所提控制策略可升高跌落的母线电压,且当外界环境因素变化或负载变化时,蓄电池-超级电容混合储能系统能更好地维持母线电压的稳定,提高系统的抗干扰能力;且系统可在各工作模式之间平滑切换,维持母线电压的稳定。最后,在基于TMS320F28335的光储直流微网实验台上验证该控制策略的有效性。

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考虑高比例新能源消纳和火电机组调峰补偿的电力现货市场交易机制设计

赵书强, 宋金历, 王傲儿, 廖艺茗, 李志伟

2024, 45(8): 164-173. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0585

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针对新能源参与市场竞争和保障性消纳的矛盾,设计高比例新能源电力系统现货市场交易机制。首先,考虑到新能源的市场性消纳,对电力现货市场现有出清机制进行改进,在新能源和火电机组共同参与市场竞价的交易环境下建立出现弃风弃光时触发的发电替代模型,调动火电机组调峰能力,由新能源替代火电进行发电;其次,提出激励相容的结算机制,由新增消纳空间的新能源给予火电机组调峰补偿;最后,对不同调度场景进行仿真计算,结果表明所提机制能够在电力现货市场中实现调峰资源的供需匹配,促进新能源市场化消纳的同时补偿火电机组调峰费用,保证市场主体竞争公平、收益合理。

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静止坐标系下无电网电压传感器虚拟同步机控制策略

张斌, 韦甘, 王鑫达, 张相军, 杨华, 张学广

2024, 45(8): 174-181. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0587

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针对采用虚拟磁链算法的无电网电压传感器存在的直流偏移等问题,提出基于一阶低通滤波器和高通滤波器串联结构的改进磁链观测器,利用改进的磁链观测器得出虚拟磁链,提高了观测的精度。在得到虚拟磁链的基础上,针对不同电网频率运行条件,利用锁相环思想提出电网角频率的计算结构,并由虚拟出的磁链与电压的关系来重构电网电压。此外,将所提无电网电压传感器策略应用于网侧变流器系统中,在两相静止坐标系下设计虚拟同步控制结构,相比于旋转坐标系,可省去控制内环的解耦环节,同时还能简化坐标变换环节,避免了因坐标变换中角度不准而引入的不稳定因素。最后,通过仿真与实验验证所提控制策略与磁链观测器的有效性与可靠性。

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弱电网下VSG的有功响应特性分析及优化策略

石荣亮, 兰才华, 周卢婧, 刘维莎, 周其锋

2024, 45(8): 182-189. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0593

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为了提高虚拟同步机（VSG）在弱电网下的并网有功响应速度,提出一种虚拟负阻抗结合有功暂态阻尼控制的VSG并网有功动态响应优化策略。该控制策略首先利用虚拟负阻抗控制环节减小VSG的等效输出阻抗及其并网有功的动态响应时间,然后利用有功暂态阻尼控制环节增强VSG的暂态阻尼及其并网有功动态振荡的抑制能力。最后利用Matlab/Simulink仿真软件研究所提控制策略在有功功率指令阶跃下VSG的并网有功动态响应性能,并建立VSG并网系统的实验测试平台,仿真与实验结果验证了所提策略在提升弱电网下VSG的并网有功动态响应特性方面的可行性与优越性。

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基于源荷匹配的区域大型复合电站优化配置方法

饶志, 杨再敏, 王雨, 蒙文川, 黎立丰, 李爽

2024, 45(8): 190-199. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0595

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针对源荷匹配特性的容量配置方案中源-荷不平衡问题,提出一种基于源荷匹配的区域大型复合电站优化配置方法,首先构建源荷匹配特性指标,并分析地区的源荷匹配特性;再以经济性最优、源荷匹配特性指标最优为目的,构建基于源荷匹配的区域大型复合电站优化配置模型,得到大型复合电站的配置方案。算例分析表明,在优化后的风、光、传统电源配置比例下,建设大型复合电站可提升系统的源荷匹配度,并降低各运行场景下的系统负荷峰谷差,缓解传统电源的调节压力,为新能源稳步替代传统火电提供可参考的电源配置方案。

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集成有源开关电感和Y源倍压单元的高增益DC-DC变换器

田国胜, 侯丽慧, 阚永琪, 蔡金涛, 陈硕

2024, 45(8): 200-209. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0598

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针对光伏发电系统中光伏组件电压等级的提升,提出一种集成有源开关电感和Y源倍压单元的高增益DC-DC变换器。所提变换器能够实现低开关管电压应力,具有高自由度电压调节能力,在满足一定升压条件下仍能保证电路的效率,在光伏发电中具有较大的应用潜力。对变换器的工作模态、器件电压电流应力、参数设计和损耗效率进行详细阐述。最后通过实验验证所提拓扑结构的可行性。

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多时间尺度下智能楼宇异构负荷协同调度研究

董燕, 陈乙瑞, 朱永胜, 刘勇, 胡泽斐

2024, 45(8): 210-217. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0600

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为应对大规模具有异构特性的灵活负荷接入智能楼宇,解决可再生能源随机性与灵活异构负荷不确定性造成楼宇的负荷波动问题,需对灵活异构负荷进行合理管控,提出一种计及多时间尺度下智能楼宇异构负荷协同调控方法。首先,考虑异构负荷用电特性及响应特性差异,将智能楼宇内异构负荷等效为可转移负荷与可削减负荷。进而,综合可再生能源波动性与异构负荷时域互补性,建立日前-日内两阶段联合优化调度模型。算例仿真表明,异构负荷之间协调互动和多时间尺度滚动优化,能有效减少系统负荷波动,显著提升整体运行经济性。

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构网型、跟网型非同步机电源并网系统暂态同步稳定性分析

杨银国, 林旭, 吴国炳, 李斯迅, 薛翼程, 徐政

2024, 45(8): 218-228. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0616

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研究构网型、跟网型非同步机电源并网系统的暂态同步稳定性,并在实际电网场景下进行仿真验证。首先,根据构网型、跟网型非同步机电源的控制策略,分析影响其暂态同步稳定性的关键因素。随后,在PSCAD/EMTDC中搭建实际电网场景500 kV等值交流系统的时域仿真模型。基于此模型,研究非同步机电源接入实际电网系统的暂态失稳故障表现特征,并验证暂态同步稳定性影响因素的正确性。

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基于二阶相位补偿器的LCL型并网逆变器电容电流反馈有源阻尼策略

孙标广, 杨泽昆

2024, 45(8): 229-239. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0640

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在控制延时环节的影响下,并网逆变器系统出现了有效阻尼区域过窄的问题。鉴于此,提出在电容电流反馈支路中加入新型二阶相位超前补偿环节,补偿后电容电流反馈有源阻尼（CCFAD）的有效阻尼边界频率从f_s/6提高至0.34f_s。优化电容电流反馈系数的参数设计方法,并在离散域下分析所提控制策略的闭环极点轨迹。通过与已有策略仿真和实验结果的对比分析,结果表明在电网阻抗增加、滤波器参数宽范围波动的工况下,所提策略具有更高的鲁棒性。

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基于PEF-PinSVM的含可再生能源并网电力系统电压暂态稳定裕度评估

李汐, 高阳, 马斌, 于春雨, 韩冬军, 周强

2024, 45(8): 240-248. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0642

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为精准掌握含可再生能源并网电力系统电压暂态稳定性,提出一种改进弹球损失支持向量机的评估方法。首先,结合系统特征与投影能量函数指标相关理论建立电力系统暂态稳定裕度的原始特征集,随后借助最大相关最小冗余特征选择法,筛选出衡量并网电力系统电压暂态稳定裕度的特征子集,以表征可再生能源并网对电力系统电压暂态稳定裕度的影响;其次,采用分位数方法将系统划分为稳定类与不稳定类,并将电压暂态稳定裕度分类问题转换为在PEF-PinSVM中寻找最优分位数距离问题,减小可再生能源并网波动性与不确定性对系统电压暂态稳定裕度评估的影响;最后,以IEEE-39节点系统进行算例仿真,发现含可再生能源并网电力系统电压暂态稳定裕度评估准确率会伴随可再生能源渗透率的增加而提升。

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基于多因素权重分析的农村居民清洁取暖接受度分类预测方法研究

朱可欣, 罗西, 刘晓君, 高雅儒

2024, 45(8): 249-255. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0977

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提出一种基于多因素权重分析的分类模型（K-means-EWM-BP）来预测农村居民的清洁取暖接受度。首先,基于实地调研数据,选取农村居民家庭年总收入、性别、年龄、受教育程度作为聚类特征对农村居民分类;其次,在分类的基础上,对各类别农村居民的清洁取暖接受度影响因素进行多因素权重分析;最后,构建K-means-EWM-BP模型,实现对农村居民清洁取暖接受度的预测及验证。结果表明：1）受访农村居民可分为3类,其中清洁取暖接受度主要受教育程度影响的农村居民（类别1）占比31%,清洁取暖接受度主要受家庭年总收入影响的农村居民（类别2）占比43%,清洁取暖接受度主要受性别影响的农村居民（类别3）占比26%。2）类别1农村居民清洁取暖接受率预测值为95%,类别2农村居民清洁取暖接受率预测值为100%,类别3农村居民清洁取暖接受率预测值为72%。3）与EWM-BP模型和BP模型相比,K-means-EWM-BP模型预测准确性达到91.43%,高于准确性为87.14%的EWM-BP模型和准确性为80%的BP模型,同时标准误差（RMSE）与EWM-BP模型和BP模型相比分别降低0.01和0.06。

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考虑风光出力动态相关性的场景生成方法

高帆, 包道日娜, 狄彦强, 张少华

2024, 45(8): 256-264. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1873

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针对风光出力的不确定性问题提出一种利用混合Copula函数结合多元正态分布的风光出力场景生成方法。基于风电功率和光伏功率的历史数据建立风光出力的联合分布模型,进一步通过多元正态分布和协方差矩阵生成具有动态相关的风光出力联合分布序列;采用马尔科夫链蒙特卡洛抽样法生成风光出力场景的随机分布数,通过逆变换法得到相应的风光出力场景;对不同方法生成出力场景进行对比,分析动态相关下风光出力场景的拟合效果和耦合效应。结果验证所提方法的有效性,生成的出力场景能够较好地刻画风光单独出力和耦合出力时的不确定性。

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跨临界CO₂水-水热泵系统的实验与仿真研究

杨俊兰, 张鑫, 杜雨帆, 韩一飞, 王林秀

2024, 45(8): 265-272. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0530

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为提高跨临界CO₂水-水热泵系统的效率,根据已有实验台建立系统仿真模型,分别进行实验测试和数值模拟,通过实验数据验证仿真模型的准确性。基于制取热水的目的,模拟分析运行参数对系统性能的影响,结果表明：增大过热度可提高性能系数（COP）,用户侧供水温度平均提高11.3 ℃;随着高压压力的增大,用户侧供水温度升高,存在最优高压压力使COP最大;增大冷冻水的流量和升高进口温度,系统的制热效率可提高约40%,但用户侧供水温度变化不大。根据实验及仿真结果,设计太阳能辅助跨临界CO₂热泵双蒸发器系统,可实现3种不同运行模式,能够升高冷冻水进口温度、增大系统效率。与电加热锅炉和燃气锅炉进行经济性比较,太阳能热泵分别在第5年和第7年与上述两种加热方式的总投资持平,其运行20 a的总投资分别比燃气锅炉和电加热锅炉节约39%和49%,具有明显的经济优势和实用推广价值。

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考虑空气源热泵负荷聚合参与的需求响应

梁海平, 谢鑫, 李世航

2024, 45(8): 273-280. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0626

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基于“电网-聚合商-负荷”三级架构,提出空气源热泵负荷聚合参与需求响应的控制策略。供暖运营商作为热泵负荷的聚合商,在保证用户热舒适度的基础上,利用建筑本身的蓄能能力,结合分时电价最小化供热成本,并对负荷可调节潜力进行评估。当电网调度部门下发调控指令后,考虑用户舒适度和电网调节需求,基于多目标遗传算法分配各负荷调节量,在满足调控目标的同时可改善调控带来的聚合功率振荡、反弹负荷大等问题。最后,仿真验证所提策略的有效性。

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基于有向图卷积循环网络的分布式光伏出力超短期预测方法

赵洪山, 孙承妍, 温开云, 吴雨晨

2024, 45(8): 281-288. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0375

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提出一种基于有向图卷积循环网络的分布式光伏超短期功率预测方法,该方法可同时提取光伏出力的时序特征和空间相关性,有效减小预测误差。首先,分析光伏出力数据兼具时序性和空间相关性,利用门控循环网络提取时序特征,构建有向图卷积网络提取传统图卷积无法捕捉的光伏出力有向空间相关性;然后,融合门控循环单元和有向图卷积网络,构建有向图卷积循环网络以提取多光伏站点出力的时空相关性,并利用注意力机制为不同时刻的时空特征分配权重;最后,通过全连接层输出最终的预测结果。采用某地区屋顶光伏实际出力数据在不同预测时间尺度下比较所提方法与其他方法的预测性能,结果表明,预测时间尺度为15、30和60 min时,相对于传统循环网络,所提方法的MAE分别减少16.3%、20.7%和28.1%。

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一种基于GCN的光伏短期出力预测方法研究

张亮, 周立洋, 徐晓春, 李荣, 李睿

2024, 45(8): 289-294. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0423

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为提高光伏短期出力预测精确问题,提出一种基于图卷积神经网络（GCN）的光伏短期出力预测方法。首先,构建考虑多气象影响因素的光伏短期出力模型,开展光伏出力影响因素和出力特性分析。其次,对光伏出力历史时序数据进行图形化转换和数据重构,构建邻接矩阵并提取光伏短期出力图形化特征数据。在多时间尺度场景下,建立基于GCN的光伏出力预测模型,并与基于长短期记忆网络（LSTM）、反向传播网络（BP）、图注意力模型（GAT）等算法的预测模型做比对分析。最后,以某地区光伏出力实测数据开展仿真验证研究,仿真结果表明所提方法具有良好的预测效果。

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正X机身四旋翼太阳能无人机结构设计

刘宇凡, 关鹏, 马骏, 范文艳, 徐博铭

2024, 45(8): 295-303. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0500

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设计了一款正X机身的四旋翼复合材料太阳能无人机。基于流固耦合方法分别分析该型无人机各组件的气动特性、强度特性和失稳特性,并结合3D-DIC方法开展碳纤维杆件结构静力学试验。结果表明：搭载光伏组件可有效提升四旋翼无人机的稳定悬停时间;在额定工况下,机身所受载荷不会随着飞行角度发生较大变化;在垂直飞行时,其载荷集中在中心区域;通过屈曲分析得到无人机的最大爬升速度为4 m/s,此时,泡沫板、主梁和太阳电池均满足强度要求;仿真结果与静力学试验结果的相对误差为15%,可满足工程设计的要求。

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基于改进FCM-LSTM的光伏出力短期预测研究

秦宇, 许野, 王鑫鹏, 王涛, 李薇

2024, 45(8): 304-313. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0532

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受制于外界气象条件和设备性能损失等多方面因素的影响,光伏电站的发电功率呈现出很强的波动性和随机性,精确的光伏出力预测对光伏电站的运营管理和电网的调度运行至关重要。针对传统模糊C均值聚类算法（FCM）无法自主确定聚类数以及欧氏距离在高维数据分类上的不足,在传统FCM的基础上引入自适应因子和加入余弦距离作为样本分类指标,确定与待预测数据相似程度最高的历史样本簇集,创新性地提出一种基于改进FCM和长短期记忆（LSTM）神经网络的短期光伏出力组合预测模型。在云南某光伏电站的应用结果显示,对比其他预测模型,所提方法的历史样本分类效果更佳,发电功率预测精度更高,验证了该方法的有效性与优越性。

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分数阶忆阻二阶电流反馈型Buck-Boost变换器动力学建模与分析

王琳, 王聪, 张宏立, 张绍华

2024, 45(8): 314-323. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0554

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提出一种基于分数阶微积分理论的有源压控忆阻负载峰值电流型Buck-Boost变换器模型。在推导其在电感电流连续模式下电路方程的基础上,通过数值仿真分析并验证Buck-Boost变换器的复杂动力学行为。仿真实验结果表明,随着系统阶次的变化及忆性负载的加入,系统分岔点均发生后移,系统稳定工作范围大大增加;对整数阶忆阻负载变换器模型施加两时间尺度参数激励与外接激励,研究当慢变参数频率与系统固有频率产生量级差时的簇发振荡行为,随着系统激励幅值A的变化,系统会出现概周期的单-Hopf簇发振荡。

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大型光伏电站全直流送出关键问题研究

徐政, 徐文哲, 郭瀚临, 华文, 裘鹏, 张哲任

2024, 45(8): 324-331. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0555

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研究浙江舟山地区小洋山薄刀咀118 MW光伏电站全直流送出方案。介绍全直流送出系统的构建原理,重点阐述拓扑结构选择、接地方式、直流电压控制等关键技术问题。明确多级直流升压系统的构建原理。在PSCAD/EMTDC平台上搭建相应仿真系统,通过时域仿真验证所提小洋山薄刀咀118 MW光伏电站全直流送出方案的可行性。

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海上光伏外围防护-固定式透空堤结构型式研究进展

练继建, 陈艳佳, 王孝群, 王晓伟, 刘润

2024, 45(8): 332-341. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0560

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固定式透空堤能改善海上漂浮式光伏发电系统的深海运维环境。依据不同的消浪原理和构造将固定式透空堤分为排桩透空堤、桩基透空堤、沉箱透空堤、桩基沉箱透空堤、横板透空堤和组合透空堤6种型式,针对固定式透空堤的研究和发展进行文献综述,回顾和讨论不同结构型式研究方法、结构特点、消浪性能和实际工程应用等方面的内容,总结了当前研究存在的不足并展望了未来发展方向。

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基于改进YOLOv5的深度学习光伏组件“热斑效应”检测方法

王道累, 肖贝成, 姚从荣, 赵文彬, 朱瑞

2024, 45(8): 342-348. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0563

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针对光伏组件的热斑检测,提出基于改进YOLOv5的光伏组件热斑检测算法。该算法引入空洞卷积构成的Dilated block替换原来的SPP block,有效减小了池化操作带来的热斑信息损失,提高了网络的感受野。同时在多尺度检测过程中加入通道注意力机制,增强了热斑目标区域的重要性,提高了热斑检测性能。并提出由深度可分离卷积构成的轻量化模块,有效减小了模型参数量,提高了检测速度。实验表明,基于改进YOLOv5网络能实现热斑部位的快速准确检测,此方法的AP较原算法提高1.5％达到98.65％,检测速度较原算法提高25％达到31 帧/s。

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基于模型预测控制的光伏并网系统次同步振荡抑制策略研究

伍珀苇, 王子涵, 李庚银, 蔡德福, 孙冠群

2024, 45(8): 349-357. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0571

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随着中国光伏装机容量的不断增加,规模化光伏并网会引入大量电力电子设备,光伏并网系统存在发生次同步振荡的风险。为解决其潜在的次同步振荡问题,提出基于模型预测控制的光伏并网系统次同步振荡抑制策略。首先,建立考虑逆变器控制延时的光伏并网系统小信号分析模型,采用参与因子分析法选取具有良好可观性和可控性的模型预测控制信号。其次,建立合适的目标函数及约束条件,通过模型预测控制器求解光伏并网系统的最优输入序列,使系统输出达到期望值,从而抑制系统振荡。最后,通过仿真验证该抑制策略的有效性和鲁棒性。

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基于高阶空间交互网络的光伏组件热斑故障检测

郝帅, 王海莹, 马旭, 吴瑛琦, 何田, 李嘉豪

2024, 45(8): 358-366. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0574

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针对传统红外热斑故障检测算法由于特征表达能力不佳造成算法易受复杂背景干扰以及对密集目标、小目标故障检测精度低的问题,提出一种基于高阶空间交互的光伏组件热斑故障检测网络。首先,设计高阶空间交互模块,并将其引入YOLOv5主干网络进行全局交互建模,提升网络对密集目标的检测精度;其次,为突出复杂背景下故障目标的关键特征,设计基于协同注意力的特征提取模块重构颈部网络;然后,在颈部网络设计多尺度特征增强融合模块以提高检测网络对不同尺度特征的充分利用;最后,设计自适应特征融合检测头以提高模型对小目标的感知能力。实验结果表明,相较于7种经典检测算法,所提出的算法检测精度最高,精度可达84.3%。

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基于优化变分模态分解的光伏功率超短期区间预测方法

李芬, 于淏, 孙改平, 屈爱芳, 刘蓉晖, 赵晋斌

2024, 45(8): 367-376. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0581

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针对城市分布式光伏电站在进行超短期功率预测时所需气象资料难以获取,在转折天气下光伏出力不确定性增加的问题,提出一种光伏功率超短期区间预测模型。首先该模型采用麻雀算法优化变分模态分解（VMD）,在不同天气下将历史光伏出力分解成多个时序特征强的子模态;其次,通过长短期记忆神经网络LSTM对各子模态分别预测;再次,将各子模态的点预测结果叠加;算例验证结果表明：在各类天气条件下,所提模型相比于单纯使用气象因子的预测方法,具有更高的预测准确度和更强的适应性,同时也能在点预测的基础上提供较为准确的置信区间。

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面向光伏电站除尘作业的移动机械臂抗倾覆稳定性研究

宁会峰, 周晓虎, 杨从尧

2024, 45(8): 377-384. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0612

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对光伏电站移动机械臂倾覆稳定性的研究是其安全、高效作业的前提。采用重力法分析移动机械臂在水平路面和倾斜路面的静态稳定性,以倾覆力矩为标识对移动平台与机械臂耦合状态下的稳定性进行分析,并利用Matlab和Adams仿真验证移动机械臂的稳定性,结果表明移动机械臂在水平路面上进行作业运动时处于稳定状态;通过分析移动机械臂在倾斜路面上的稳定性,确定其可安全操作的最大路面倾斜角度。

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PERC背钝化工艺卡点位置缺陷导致EL不良研究

张福庆, 李文涛, 张若凡, 胡明强, 张朔龙

2024, 45(8): 385-390. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0628

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以二合一管式PECVD背钝化镀膜工艺过程中出现的石墨舟空心卡点EL发黑品质异常为研究对象,分析讨论二合一管式PECVD背钝化工艺中射频功率、工艺温度、氧化铝沉积厚度等对晶硅太阳电池空心卡点EL发黑品质异常的影响。结果表明,在二合一管式PECVD背钝化工艺时采用12~16 nm厚度的氧化铝薄膜、350~370 ℃的预淀积工艺温度,能有效解决镀膜空心卡点EL发黑品质异常,显著提升晶硅太阳电池在二合一管式PECVD的镀膜品质。

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基于线性优化算法的光伏组件参数辨识

朱宸, 周楚祥, 李金泽, 许杰

2024, 45(8): 391-397. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0650

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为改善光伏组件单二极管模型参数的辨识精度,利用微分电导信息将光伏组件的伏安特性进行线性化处理,提出一种基于线性最小二乘优化的参数辨识算法。通过Photowatt-PWP 201光伏组件室内测试数据对算法有效性进行验证,结果表明其精度高于现有的典型算法,如特殊函数法、拉普拉斯变换法和教与学元启发式算法。进一步通过aSiMicro03036光伏组件室外连续测试数据对算法可靠性进行验证,结果表明在不同太阳辐照度和温度条件下均能快速而准确地辨识光伏组件参数。

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基于惯性同步的构网型光伏并网系统次同步振荡特性分析

高本锋, 刘王锋, 丁雨晴, 吴林林, 孙大卫, 邓鹏程

2024, 45(8): 398-406. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0657

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针对目前适用于单级式构网光伏发电并网系统的惯性同步控制策略及其次同步振荡特性鲜有研究这一问题,该文将惯性同步控制应用于构网型光伏发电系统,并建立其状态空间模型,利用特征值分析法确定系统振荡模式,最后利用参与因子和特征值根轨迹分析系统相关参数对振荡模式的影响。研究结果表明,构网型光伏并网系统具有更好的弱电网适应性,但在强电网下,存在直流电容和惯性同步环节共同主导的SSO模式,可通过增大直流电容和电压内环比例系数或减小电压内环积分系数来增大系统阻尼,提高系统稳定性。基于PSCAD/EMTDC时域仿真平台,验证了理论分析的正确性。

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太阳能跨季节储热水体几何形状对系统含税热价的敏感性研究

赵沙沙, 贺明飞, 李金平, 杨铭, 原郭丰, 王志峰

2024, 45(8): 407-413. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0508

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针对水体型太阳能跨季节储热供热系统,以太阳能集热场得热量和跨季节储热水体温度场的动态模拟为基础,在TRNSYS仿真平台中建立系统动态热经济性分析模型,实现全系统动态热性能和经济性能耦合分析。此模型是对太阳能集热场中定日镜场采光面积、跨季节储热水体体积、水体几何形状、太阳能集热场质量流量、资金内部收益率等关键参数进行敏感性分析和优化的重要工具。该研究主要分析了储热水体几何形状对系统含税热价的敏感性,得出以下结论：对于万立方米级的圆柱形储热水体,水体热损、含税热价与水体高径比呈上开口的类抛物线关系,当水体高径比为1∶2时,水体的热损低至30.74 kWh/m³,对应的含税热价低至0.470 元/kWh,与区间高点的含税热价相比低9.6%;水体深度由5 m变化至25 m过程中,水体深度为19 m时热价可低至0.482 元/kWh,与区间高点的含税热价相比低13.0%。

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基于裸土地面的日光温室室内温湿度预测模型构建

陈瑾萱, 杜震宇

2024, 45(8): 414-422. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0575

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为探究日光温室热湿环境形成机理和规律,认识其内部多物理场耦合的复杂物理现象,根据日光温室的结构特性、外部环境条件等参数,应用传热传质学理论,基于日光温室围护结构内表面热量平衡关系式、空气热量及湿量平衡关系式,考虑墙体湿传递、土壤蒸发等作用建立日光温室室内温湿度预测模型。该模型借助Matlab软件,利用迭代法求解微分方程组得到室内温湿度,并与实验值进行对比及验证分析。结果表明：连续两日内室内空气温度及湿度的预测值与实测数据相对误差分别为5.11%、4.17%;一致性指数分别为0.98、0.94;预测值和实验值之间不存在显著性差异。理论预测值与实验测定值相对误差小,模型一致性高、可靠性强,考虑墙体湿传递和土壤蒸发的影响后可使裸土地面的日光温室室内温湿度的预测模型更加准确。

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太阳能驱动界面蒸发海水淡化技术研究进展

孙梦茜, 陈志莉, 陈黎, 唐珊, 李光学

2024, 45(8): 423-431. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0592

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为深入了解太阳能界面蒸发海水淡化技术的发展与应用,从光吸收和热管理两个角度介绍目前太阳能界面蒸发的研究进展,并讨论界面蒸发海水淡化技术的发展方向和应用前景。总结不同类别、不同结构的光热转换材料对光热利用效率的影响,归纳不同形式的热量损失对界面蒸发速率的影响,探讨太阳能界面蒸发海水淡化技术目前存在的挑战和未来发展,以期对后续海水淡化技术的实际应用提供参考。

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适用于下一代太阳能热发电的集热颗粒磨损特性研究

陈冬, 吕洪坤, 丁历威, 来振亚, 肖刚, 祝培旺

2024, 45(8): 432-440. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0618

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以铝矾土惰性颗粒为研究对象,使用三腔磨损试验台获取颗粒耐磨性能和粒径分布变化规律,颗粒120 h磨损率约2.5%,粒径分布演变模型中转化比例符合正态分布（σ=1/2，ds=4d）时模拟效果最好。提出磨损转换系数,通过引入磨损耗散能量作为中间量,将磨损测试设备中获取的颗粒磨损特性推广到实际太阳能热发电系统中。以100 kW太阳能热发电系统为例,计算得铝矾土惰性颗粒在系统各设备间循环一次的磨损相当于在三腔磨损试验台中运行0.0114 h,从而获得系统补料策略。

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基于视频的天气现象识别及其应用研究

刘冬韡, 史军, 俞玮, 王亚东, 郭巍, 杜明斌

2024, 45(8): 441-447. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0602

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针对传统天气现象观测因采用专用设备导致布设和维护成本高、获取难的问题,提出一种利用广泛布设的视频实现对天气现象观测的方法。通过将因特网获取的16327张天气现象图片放入深度神经网络中训练,建立一个天气现象分类的预训练模型。在此基础上加入上海徐家汇和洋山港气象站2021年视频图像,对模型进行微调,开发基于站点视频的天气现象识别模型。利用2022年1—10月份的视频图像数据对模型进行检验,模型识别结果的F1评分分别为0.74和0.67,而人工识别结果分别为0.67和0.61,表明所建立的模型性能接近或优于人眼识别的效果。通过例举两个应用案例,证明该项技术具有较好的应用前景。

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扰流板对海上风电单桩基础冲刷特性影响研究

李会, 邱旭, 赵昊, 马文冠, 刘鑫

2024, 45(8): 448-457. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0370

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在单独恒定流条件下,以某一海上风电大直径单桩基础为研究对象,提出一种扰流板防冲刷结构,建立三维数值模型。基于数值模拟,研究扰流板结构对桩基础周围局部冲刷的影响机制,探讨扰流板长度L和高度H2对局部马蹄涡位置和强度的影响,分析床面剪切应力受扰流板几何的影响规律。研究发现,扰流板结构能有效地减弱局部马蹄涡强度和减小桩周海床床面剪切应力;局部马蹄涡受扰流板几何的影响呈现3种流动机制;当L/H2=1时,扰流板具有较好的冲刷防护特性。总的来说,扰流板防冲刷结构对单桩基础局部冲刷具有较好的防护效果。

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基于PSO-SVR的海缆刚度预测模型研究

苏凯, 赵鑫蕊, 朱洪泽, 程永光

2024, 45(8): 458-465. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0505

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海缆刚度是表征海缆截面力学特性的重要指标。精细数值模拟方法可考虑层间接触、摩擦等非线性行为,实现刚度的精确获取。但在海缆的截面初步设计中需进行不同几何参数下刚度的对比分析,这一过程需投入大量的人力物力以完成多个对比模型的建模与计算。依托Nysted海上风电工程,建立海缆的有限元模型,采用正交试验法确定影响海缆抗拉刚度、逆时针抗扭刚度和顺时针抗扭刚度的主要因素;将主要影响因素作为粒子群优化算法-支持向量回归模型（PSO-SVR）的特征输入,分别建立海缆抗拉刚度、逆时针抗扭刚度和顺时针抗扭刚度的预测模型,并对比分析PSO-SVR模型与GRNN神经网络模型、BP神经网络模型的预测性能。计算结果表明：导体直径、钢丝直径、钢丝节距和铠装层数对海缆刚度的影响较大,而钢丝弹模对其影响较小;PSO-SVR模型的决定系数高于0.95且误差较低,预测效果均优于GRNN神经网络模型和BP神经网络模型,该预测模型可为海缆结构初步设计提供技术支撑。

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基于声波逆时偏移成像的海上风电基础冲刷坑监测方法

杨开端, 张成, 张宁, 孙怀凤, 王晓龙

2024, 45(8): 466-476. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0520

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海上风电基础冲刷是目前海上风电基础面临的普遍问题,冲刷坑的探测与监测对保障桩基安全十分重要。针对现有探测方法存在成本高、无法准确描述冲刷坑发展和形态等缺陷,提出一种基于声波逆时偏移的监测方法,首先采用有限差分方法求解声波方程模拟在海上风电桩基上布置震源的声波传播过程,分析冲刷坑界面反射波的波场特征;在此基础上,提出一种线性观测系统用于监测冲刷坑发展过程,并提出基于逆时偏移的冲刷坑表面成像方法,通过多组数值模拟试验验证该方法对不同规模和形态的冲刷坑都有良好的成像效果,最大冲刷深度误差均在10%以内。最后采用沙坑模型试验进一步证明提出冲刷坑监测方法的有效性。

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考虑失效相关的风电齿轮传动系统动态可靠性研究

严茉芯, 崔权维, 周建星, 费翔, 路志成

2024, 45(8): 477-485. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0522

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针对风电机组齿轮箱在服役期间的可靠性问题,以2 MW风力机齿轮箱为研究对象,综合考虑齿轮时变啮合刚度与综合误差等内部激励,建立传动系统齿轮-轴-轴承动力学模型,获得恒定载荷下各齿轮副的动态啮合力。引用基于风场风速变化规律的威布尔随机风速作为系统外部激励,结合外部变动载荷与定载啮合力获得变载下各齿轮应力-时间历程。根据零部件主要失效模式,在传统应力-强度干涉模型基础上采用Gamma随机过程,结合齿轮材料的P-S-N（存活率-应力-寿命）曲线对零部件强度退化过程进行模拟。同时考虑到零件失效的相关性,建立系统主要失效模式的功能函数,构建混合Copula模型对零件层面与系统层面的失效相关性进行描述,经过多层嵌套获得齿轮箱系统的动态可靠度。结果表明：在风电机组服役前期时应主要考虑齿轮齿面接触疲劳失效,齿根弯曲疲劳失效主要发生在风力机服役中后期;根据系统可靠性曲线,考虑失效相关结果更符合实际工况。

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基于发电量最优和安全性的复杂山地风电场微观选址研究

李金缀, 姜宏超

2024, 45(8): 486-493. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0535

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该文以复杂山地风电场机组尾流后发电量最优为目标函数,以单个机组的发电量和安全性为个体适应度,创新性地提出一种基于尾流后发电量最优兼顾安全性的复杂山地风电场微观选址方法。经实际复杂山地风电场的应用分析发现,全场年净发电量相比于传统人工经验排布方法提升1.6%,各机组安全性识别指标均处于高风险阈值之下,降低机组运行风险。研究表明,该方法在复杂山地风电场的微观选址中具有较强的指导性和实用性,可用于实际风电场微观选址机组排布优化及安全保障。

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计及新能源场站调频能力的电力系统最小惯量评估方法

王振浩, 陈诗伦, 葛津铭, 李国庆, 王朝斌, 刘桄志

2024, 45(8): 494-502. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0540

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该文提出计及新能源场站调频能力时考虑频率变化率（RoCoF）和频率最低点约束的惯量评估方法。首先在计及RoCoF约束部分,考虑静态负荷电压对频率变化的抑制作用、电流源型虚拟惯量参与调频时对系统不平衡功率的影响和动态频率响应过程中的空间分布特征。其次在计及频率最低点约束部分,提出基于经典平均系统频率（ASF）模型的考虑新能源场站接入和发电机调速系统的通用ASF模型。利用该模型可预测给定扰动下系统到达频率最低点的时间,并求出频率变化的时域表达式从而进行最小惯量评估。用改进的3机9节点和10机39节点系统设置不同扰动类型和扰动大小对于该文所提方法进行仿真分析,进而证明所提方法的准确性和适用性。

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基于改进p-有效点法的多风电场共享储能联合参与一次调频的容量优化

石俊逸, 贾燕冰, 韩肖清, 刘佳婕, 郭强, 孙亮

2024, 45(8): 503-512. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0542

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以大规模多风电场接入电力系统的一次调频备用容量为研究对象,首先通过引入风电出力预测误差的概率分布描述系统的不确定性因素,考虑风储一次调频备用总成本最小为目标;然后建立基于机会约束规划的多风电场联合共享储能参与一次调频的容量优化模型;最后提出基于快速傅里叶变换快速求解联合变量概率分布的改进p-有效点法通过数学解析将机会约束规划从形式上转化为确定性规划,再通过Yalmip调用Cplex实现模型的快速求解。算例结果表明,所提模型和方法可有效提高风储调频效果和收益,且具有更高的求解效率。

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固定转捩对不同系列及厚度翼型气动性能的影响研究

李春曦, 吴英明, 苏顺龙, 叶学民

2024, 45(8): 513-522. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0544

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为探究翼型表面污染对其气动性能的影响,基于SST k-ω模型对DU、NACA44XX系列的不同厚度翼型的气动性能进行数值模拟,确定两系列翼型的固定转捩敏感位置,分析固定转捩对两系列及不同厚度翼型气动参数、失速特性及内流特征的影响。结果表明：不同的气动外形会明显改变翼型的转捩敏感位置,但相对厚度的变化不会对其产生影响,DU和NACA44XX系列翼型吸力面和压力面上的转捩敏感位置分别位于1%c、5%c处及1%c、9%c处;NACA44XX翼型受固定转捩的影响相较于DU翼型更大,并随厚度的增大其影响更加显著;相对厚度增大导致固定转捩位置附近的高涡量区和整体涡团尺寸进一步增大,气动外形和相对厚度对固定转捩敏感度的影响主要体现在尾缘处的分离涡。

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基于紧致差分格式的风电叶片抗弯刚度分布辨识

马怡, 周爱国, 施金磊, 赵世文, 朱玉田

2024, 45(8): 523-528. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0545

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针对叶片抗弯刚度分布难以辨识的实际问题,提出一种基于单点静载挠度拟合和紧致差分格式的叶片抗弯刚度辨识方法,建立叶片静态标定工况弯曲变形数学模型,进一步推导出各截面挠度和抗弯刚度表达式。通过对多支不同型号叶片的分析结果表明,叶中部分抗弯刚度辨识误差均小于5%,验证了该方法的有效性。

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基于FSN-MCCN-SA-BiLSTM的短期风速预测

张越, 臧海祥, 韩海腾, 李叶阳, 卫志农, 孙国强

2024, 45(8): 529-536. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0556

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为了提升短期风速预测的准确性,提出一种新型的短期风速预测方法。该方法以历史风速和气象数据作为输入,首先利用特征选择网络量化输入序列中每个时间步不同特征的重要程度,其次采用多尺度因果卷积网络捕捉其局部时序特征,然后引入自注意力融合不同卷积层的特征,得到能反映风速多尺度变化特性的高维特征序列,最后利用双向长短期记忆网络提取高维特征序列的长期时序特征并得到风速预测结果。实验结果表明,该方法能考虑不同输入特征对于风速的动态影响,同时充分提取风速序列的局部与长期时序特征,其进行提前1 h的风速预测时,所得归一化均方根误差与平均绝对误差分别为11.92%和8.11%,相关系数和决定系数分别为0.9735和0.9477,可有效提高短期风速预测的准确性。

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基于离心机实验的海上风力机大直径单桩桩土作用研究

柳涛, 秦梦飞, 施伟

2024, 45(8): 537-545. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0577

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地基基础是海上风电结构所受载荷的最终承载者,针对中国沿海软弱超固结软土地基开展力学特性研究。通过离心模型试验方法对单桩基础形式的静力特性进行分析和对比。研究结果揭示通过离心模型试验模拟桩基础的有效性,该方法能准确捕捉现场地基的应力分布及桩与土体之间的相互作用特性。在软黏土环境中,针对不同直径的单桩进行的分析表明,其变形行为及桩土相互作用机制呈现出显著的差异性。规范中的p-y曲线不适用于中国近海土质,据试验结果提出地基无量纲水平抗力系数随埋深变化和与循环应力幅值相关的循环弱化因子计算模型。

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波浪荷载下海上风力机桩基础滞回效应及水平承载力变化特性研究

姜彤, 何天乐, 王璇, 王静

2024, 45(8): 546-553. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0579

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该研究以海上风电桩基础为研究对象,采用自主设计的水平加载装置模拟波浪荷载,结合粒子图像测速（PIV）技术开展缩尺模型试验。着重探究不同幅值的波浪荷载加载过程中,桩周土体的循环变形特征及加载前后,海上风力机桩基础水平承载能力变化。试验结果表明：桩顶累积转角随加载次数呈线性增长、缓慢增长和稳定发展的三阶段变化特性;桩周土体呈现典型的刚性桩两区域破坏形式,桩右被动区土体位移矢量场和位移云图影响范围受加载幅值变化影响显著;桩顶循环加载荷载位移曲线表现出明显的滞回性,滞回圈随加载次数右移并产生累积位移。伴随着滞回圈面积减小和割线刚度增大,桩周土体由以塑性变形向弹性变形为主导变化;循环加载后的滞回圈有明显捏缩,耗能能力减弱。桩基础水平承载能力及弹性变形能力较加载前均明显提高。

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基于小生境遗传算法与径向基代理模型的短期风电功率预测

刘沛汉, 尹翠, 贾娜, 樊小朝, 杨青斌

2024, 45(8): 554-564. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0615

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为提高短期功率预测精度,以赋予风电被电网资产更大规模消纳的优势,建立一种基于主导特征影响因素和小生境遗传算法改进的径向基代理模型的滚动式短期（0~72 h）风电功率预测模型。首先,基于罚函数和排挤机制的小生境技术对传统基本遗传算法进行改进,以径向基代理模型（RBF）作为建模基础,利用改进后的遗传算法以反传误差极小为目标函数对RBF模型的连接权值进行优化,借助其寻优能力来获取最佳权值,以达成对RBF网络的改进和二次训练;然后,基于主导特征气象因素,结合改进的RBF模型最终建立N-SGA-RBF风电出力预测模型,对风电场连续3日0~72 h输出功率进行预测;最后,对N-SGA-RBF模型、RBF模型以及BP模型做预测结果趋势变化、各采样点绝对/相对误差分布、发电预测预报准确率和合格率的对比。以新疆东部某风电场实测数据进行算例验证分析,仿真结果表明,所建预测模型具有较高的精度。

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基于图像处理的风电叶片损伤识别定位系统

石腾, 许波峰, 汪亚洲, 张金波, 赵振宙, 蔡新

2024, 45(8): 565-571. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0639

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设计一套基于图像处理的风电叶片损伤识别定位系统。首先,耦合图像滤波、分割和形态学处理等图像处理算法实现损伤区域的检测识别;然后,基于多边形拟合结果,结合质心定位算法和外接矩形的位置坐标实现叶片损伤的精确定位;最后,依据提取到的基础几何特征、形状因子和长短径之比等图像特征实现叶片损伤类型的准确判断;通过对比不同光照条件下的叶片损伤检测效果,验证了本系统具有一定的自适应能力。试验表明,本系统的平均检测准确率为90%,具备一定的可靠性和稳定性。

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大型柔性风电叶片气弹响应分析

高龙, 林立辉, 杨宛生, 高尔杰, 朱磊

2024, 45(8): 572-580. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0658

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风力机的大型化、深水化发展使得叶片尺寸急剧增加,长柔叶片的气弹效应日趋显著。该文以某95 m叶片为研究对象,基于BEM方法和多体动力学理论构建气动结构耦合方程并求解极端风载条件下的叶片气弹响应。系统地研究了发生颤振现象后叶片的振动特征及不同转速条件下的叶片阻尼特性,发现摆振负阻尼是诱导叶片发生颤振失稳的关键因素;同时通过平行对照分析了空气密度、变桨角度等因素对大型叶片气弹稳定性的影响。

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新型漂浮式海上风电基础概念设计和初步动力响应分析

陈宇, 祝磊, 吴松熊

2024, 45(8): 581-586. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0659

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提出适用于南海200 m水域的新型漂浮式风电基础概念设计,并基于NREL 5 MW风力涡轮机对新型基础进行性能分析。采用莫里森方程和势流理论计算水动力载荷,并利用ANSYS/AQWA软件建立风力机结构与水动力数值模型,探究其在频域范围内的水动力性能,计算分析漂浮式风力机在不同波况下的时域动力响应。结果显示,该基础的固有周期能较好地避开常见波浪的周期范围,避免引起共振,水动力性能良好,在南海某海域1年、20年和50年一遇的3种波况下基础的运动响应均满足规范要求,能保证漂浮式风力机在极端海况下的安全性和稳定性。

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基于动态格栅的湍流风实验模拟方法研究

金瑞麒, 武广兴, 魏永刚, 张海瑞, 李新凯, 刘永前

2024, 45(8): 587-594. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1007

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开发一种基于动态格栅的湍流风实验模拟方法和装置,并通过调节格栅运动参数和来流风速,实现对湍流风特征参数的定量调控。实验分别研究罗斯贝数Ro、格栅雷诺数Re_M、格栅运动角加速度α、格栅运动周期长度T对湍流参数的影响规律。结果表明,湍流参数仅对罗斯贝数敏感,平均风速与湍流度均随罗斯贝数增加而增大,而湍流积分尺度则呈现先减小后增大的趋势。综合实验工况参数,得到湍流强度可调节范围为0.05~0.39,湍流积分尺度可调节范围为0.15~1.56 m,适用于缩尺比1∶20~1∶1200范围的风电机组模型实验。

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双定子无刷双馈风力发电机无速度传感器超螺旋滑模直接功率控制

朱连成, 肖阳, 苏晓英, 金石, 陈晓红

2024, 45(8): 595-602. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1305

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结合新型背靠背笼障转子耦合内外双定子无刷双馈发电机,提出一种无速度传感器直接功率控制方法。将电机内、外同相功率绕组及内、外同相控制绕组各自串联连接,采用超螺旋滑模控制及SVPWM技术,以固定开关频率驱动控制绕组机侧变流器功率器件,以模型参考自适应系统和Popov超稳定性理论设计发电机速度观测器,取代易发生故障的传统机电式转速/位置传感器。通过12/8极50 kW样机控制系统的特性仿真,验证了所提无速度传感器超螺旋滑模直接功率控制策略的正确性和有效性。

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双馈风电场抑制次同步振荡的自适应增强阻尼控制方法

狄依容, 甄永赞, 胡永强

2024, 45(8): 603-612. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1643

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针对双馈风电场接入电网的次同步振荡问题,提出一种自适应增强阻尼控制策略。首先,基于无模型自适应理论设计一种双馈风电机组d、q轴阻尼联合控制方法,并给出控制参数优化方法。其次,将该无模型自适应阻尼控制方法与传统次同步阻尼控制方法相结合,得到一种自适应增强阻尼策略。最后,基于IEEE 39节点改造模型,验证该自适应增强阻尼控制策略的有效性和优越性。多机等值模型算例表明,该自适应增强阻尼控制策略对多机风电系统具有良好的适应性。该自适应增强阻尼控制策略可显著提升次同步振荡控制性能,对工况变化具有良好的适应性,可弥补传统次同步阻尼控制的不足,体现出较强的工程应用潜力。

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基于支持向量机的风轮不平衡故障诊断方法研究

曹沂风

2024, 45(8): 613-620. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2026

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针对风电机组风轮不平衡的识别与检测问题,提出一种基于多核融合支持向量机的风轮不平衡识别方法。首先,分析风轮不平衡的影响,提出一种基于变分模态分解（VMD）的信号分解与重构方法;其次,提出基于模糊熵的风轮不平衡特征提取方法,以高斯核函数作为模糊函数,该方法具有较好的噪声鲁棒性和较低的数据长度依赖性;再次,提出基于多核融合支持向量机的风轮不平衡识别方法,融合不同特征和尺度的核函数组成核函数库,并选取最优核函数;最后,在不同湍流强度的仿真中建立交叉验证数据库对该方法进行验证,识别准确率在98%以上,证明该方法能有效识别风轮不平衡。

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长焰煤与糠醛渣共热解动力学、热力学及快速热解产物特性

曾永福, 田宜水, 胡二峰, 屈锐, 李晨浩, 戴重阳

2024, 45(8): 621-627. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0557

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对糠醛渣和低阶长焰煤共热解特性进行系统性研究,通过采用热重分析仪（TG）、红外快速热解反应器考察升温速率对等比例混合的长焰煤和糠醛渣共热解产物分布的影响以及二者之间的协同效应。TG结果表明在300~600 ℃的热解区间内糠醛渣中纤维素与长焰煤热解产生的含碳有机组分发生交互作用。Kissinger-Akahira-Sunose（KAS）和Flynn-Wall-Ozawa （FWO）法计算的活化能分别在69.80~256.04 kJ/mol和71.24~253.43 kJ/mol之间;在升温速率20、30和40 ℃/min时,平均指前因子分别为2.55×10¹¹/s（KAS）和4.22×10¹¹/s（FWO）。糠醛渣和长焰煤红外快速共热解实验结果表明：当升温速率从10 ℃/s提高到30 ℃/s时,焦油产率先从8.67%增加到9.24%,随后又降低到8.30%,水产率从15.92%降低到14.73%又增到15.26%,气体产率从25.12%增加到26.66%而半焦从50.29%下降到49.78%。模拟蒸馏结果也表明焦油成分中轻质组分含量约为70%,重质组分相对较少,表明红外快速加热下糠醛渣与长焰煤的共热解有助于焦油提质,产生正协同作用。

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钙镍基单/双金属催化甲壳素热解特性研究

陈志文, 崔晓敏, 程彬海, 刘晓吉, 魏威, 赵明

2024, 45(8): 628-634. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0661

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以甲壳素为生物质模拟物,采用热重-质谱联用技术研究钙基单/双金属催化热解特性。相比于Ni单金属催化剂,NiFe双金属催化剂的比表面积、平均孔径和孔体积分别提高了309.01%、11.61%和100%,有利于改善热解气与催化剂的接触效果。催化甲壳素热解从易到难排序为Ni、Fe、FeCu=CuNi、Cu、FeNi;催化制氢效果从强到弱排序为Ni>CuNi>FeNi>Cu>FeCu>Fe。Ni单金属有最大产氢峰值,为0.5943 mmol/（g·min）,过高温度不利于催化剂发挥活性。Ni和Cu单金属催化剂可增大NH₃的析出峰值,分别增大了94.17%和72.96%;提高热解温度有利于NH₃的析出,建议催化热解温度不超过600 ℃。研究探明钙基Ni、Cu、Fe及其双金属催化剂催化生物质（甲壳素）热解特性,并揭示NH₃在热解过程中的释放特性。

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牛粪掺混玉米秸秆燃烧特性和动力学分析

刘联胜, 梁小虎, 李冀峰, 王冬计, 罗红英, 任烁

2024, 45(8): 635-642. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0629

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为充分利用生物质废弃物,采用热重实验研究牛粪掺混玉米秸秆的燃烧特性和动力学参数。结果表明,所有样品燃烧过程均可划分为脱水、挥发分析出与燃烧、固定碳燃烧3个阶段。玉米秸秆的掺混可降低牛粪的着火和燃尽温度、提高燃烧特性参数。通过4种动力学模型计算出不同掺混比不同反应阶段的活化能,其中FWO模型相关性最高。综合燃烧特性和动力学分析可知,当牛粪与玉米秸秆质量比为6∶4时样品的综合性能表现较好。

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计及改进粒子群算法优化BP神经网络的沼气产量软测量预测模型

于雪彬, 贾宇琛, 高立艾, 周加栋, 霍利民

2024, 45(8): 643-650. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0653

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为准确预测大中型沼气工程的日产气量,提出一种利用基于PSO-BP模型的软测量方法。首先,依托软测量技术选取参数;其次,以进料量、发酵温度、液位、罐内液压等参数作为输入量,沼气日产量为输出量进行模型建立。在此基础上,使用线性降低权重系数法和引入变异算子对粒子群算法进行改进,并对BP神经网络进行初始化来提高模型性能。通过实验比较改进PSO-BP模型、传统BP神经网络以及遗传算法优化的BP神经网络在预测沼气日产量方面的性能,采用改进的PSO-BP模型进行预测时,均方根误差（RMSE）、决定系数（R²）和平均绝对误差（MAE）分别为1.38440、0.84011和1.00910,证明改进PSO-BP模型结合软测量技术对进行复杂非线性牛粪高温厌氧发酵过程预测的可行性,同时可保证预测结果的精准性。

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广东省周边海域风能和波浪能联合开发潜力分析

李妍妮, 史宏达, 曹飞飞

2024, 45(8): 651-659. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0511

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参考现有海上风电场位置选择广东省周边海域的5处联合开发场址,基于2001—2020年的风和波浪再分析数据,从资源储量和稳定性等角度对选址开展资源特征的详细分析,并评估不同额定功率的6种风力机和6种波浪能装置在选址处的发电性能。结果表明,广东省周边海域的风能和波浪能均有明显的季节分布差异,在秋冬季节更为丰富且更为稳定;风能和波浪能具有较强的相关性;风力机额定功率越大平均发电功率越大,但容量因数随额定功率的增大呈现波动趋势;风力机的容量因数明显大于波浪能装置;综合考虑多种因素,W2E-215/9.0风力机和Wave Star波浪能装置更适合投放于所提5处场址。

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潮流能水轮机流场特性的数值与实验研究

荆丰梅, 王毅, 郭彬, 刘杨, 李思睿

2024, 45(8): 660-667. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0558

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通过数值模拟和模型实验相结合的方式,研究水轮机近域的流场特性对其水动力性能的影响,分析远域下不同入流速度和尖速比等因素对尾流场特性的影响。研究结果表明,在设计尖速比下,水轮机能量转换效率的数值模拟结果（0.37）与实验结果（0.36）的误差为0.3%,水轮机阻力系数的数值模拟结果（0.73）与实验结果（0.76）的误差为-4%,验证了数值模拟方法的准确性;水轮机梢部存在明显的三维流动现象,水轮机盘前梢部存在由叶根流向叶梢的径向流速（0.24 m/s）,盘后梢部存在由叶梢流向叶根的径向流速（0.14 m/s）,该叶片梢部尾流区的“下洗”流速导致水轮机能量转换效率下降;入流速度不会对尾流区轴向速度的恢复产生显著影响;在近尾流区（距离盘面小于5D）随尖速比的增加,尾流区轴向速度恢复呈逐渐降低的趋势,而在距离水轮机盘面超过10D之后,尖速比不会对尾流轴向速度恢复产生明显影响,但尖速比的增加会使梢涡存在时间变短,梢涡破碎的位置更靠近水轮机盘面。

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中国海洋潮流能发电技术与装备现状、新的机遇与挑战

褚景春, 贾法勇

2024, 45(8): 668-674. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0583

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总结中国海洋潮流能发电技术与装备发展的现状,并与国际水平进行比较,指出中国在该领域的先进性和不足;同时分析中国“海洋强国”战略、“双碳”战略目标给海洋潮流能发电带来的诸多机遇,以及随之而来的种种挑战。对中国海洋潮流能发电技术与装备的水平、未来的发展方向提出建议和看法。

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基于双层一致性协议的波浪发电集群协同控制策略

朱永强, 朱显浩

2024, 45(8): 675-681. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0621

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提出基于双层一致性协议的波浪发电集群协同控制策略。以直驱式发电装置为研究对象,分析浮子机械模型并推导装置功率构成。下层控制系统通过单机双自由度控制,实现装置输出功率稳定分量和波动分量的精准控制,最大限度地转化能量的同时,实现波动分量的最小化。上层控制系统通过集群协同,在满足负荷需求和保证多单元多设备同时输出的前提下,考虑不同条件下的装置波浪吸收能力及储能能量状态,使其根据集群网络拓扑关系进行信息交互并调节下层信号。仿真结果表明,所提控制策略可动态分配各波浪发电单元输出,并逐步实现能量状态的一致化。

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基于卷积门控循环单元的波浪发电系统输出功率预测

吴凡曈, 杨俊华, 杨梦丽, 林炳骏, 梁惠溉, 邱达磊

2024, 45(8): 682-688. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0641

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可视化

为高效准确预测波浪输出功率,提出卷积神经网络和门控循环单元混合模型波浪预测算法。采用间接预测方法,搭建直驱式波浪发电系统模型,运用CORREL函数分析不同波浪特征的相关性,结合卷积神经网络提取特征与高维空间中的波高关系,构造特征向量,通过门控循环单元网络进行训练,将全连接层的输出值经反归一化后获得预测波高值,输入所搭建模型,获得波浪输出功率预测值。仿真结果表明,与其他网络模型相比,在多特征输入情况下,混合模型波浪预测算法预测效率更高、精度更准确。

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