太阳能学报

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陈强, 钱洵

2025, 46(1): 1-8. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0582

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针对风电机组状态监测中主轴轴承故障特征受到其他传动部件振动谐波干扰且原始振动信号非平稳难以准确提取故障冲击特征频率的问题,提出一种基于谐波干扰消除和谱峭度相结合的分析方法（HR-Fast-Kurtogram）。利用离线角域重采样将非平稳时域信号转换成平稳的角度-阶次信号,在阶次域通过梳状陷波器其去除齿箱啮合成分等干扰阶次,应用基于短时傅里叶变换（STFT）的快速谱峭度图提取峭度峰值所在故障子频带从而提取轴承故障特征。既可避免非周期性冲击的干扰,亦可区分冲击性较小的非轴承幅值调制成分和轴承故障冲击成分。在实际机组轴承故障数据应用中的对比分析结果表明：新方法可提高在秒级短时间尺度提取轴承故障特征和识别故障类型的准确性。

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大气边界层中风力机载荷及功率特性的实验研究

郭兴铎, 李银然, 李仁年, 魏魁, 马清东

2025, 46(1): 9-16. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1611

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该文在风洞中构建出两种平均风切变指数和湍流强度的大气边界层风场,并开展均匀来流和大气边界层条件下风力机载荷及功率特性的实验研究。结果表明：风力机偏航运行时,机组轴向载荷减小,疲劳载荷增大,随着偏航角增大,风轮功率系数减小,最优叶尖速比降低。在大气边界层来流条件下,风轮平均倾覆力矩系数和功率系数较均匀来流增大,机组疲劳载荷、极端载荷,及输出功率的非定常特性显著增加,且功率系数的概率分布更符合高斯分布。此外,风轮功率系数频谱与大气边界层来流速度频谱存在一定程度的关联性,在耦合区间出现Φp/Φu~f -2的幂率关系。而功率系数频谱在超过约3倍转频后基本维持水平趋势,表明湍流来流与输出功率的调制作用在该频率处开始解耦,解耦后风力机功率输出受湍流来流的影响较弱,其功率谱响应主要取决于风轮的自身特性。

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基于混沌映射和动态协同机制的风力机翼型气动性能综合优化

刘秉玄, 马剑龙, 吕文春, 苏宏杰

2025, 46(1): 17-24. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1557

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为在不提高目标函数维度的前提下,满足实际运行中风力机翼型对于范围攻角综合性能气动性能和设计工况点气动性能兼优的设计需求,提出一种耦合混沌映射及动态协同机制的翼型优化方法。通过Bezier曲线构建翼型几何参数化模型,引入改进的Logistic-Tent混沌映射提高设计空间全局搜索能力,以提升翼型升阻比为设计目标,将动态协同函数嵌入自适应多目标算法,可实现翼型在攻角范围内的气动性能、设计工况点气动性能的优化。经CFD数值验证,优化后翼型在范围攻角内的升力系数平均提升4.6%、7.0%,升阻比平均提升4.2%、7.4%;设计点升阻比提升7.53%、9.19%,证明了方法的可行性。

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气动双弹片对垂直轴风力机气动性能影响研究

俞洪静, 岳敏楠, 李春, 缪维跑, 王培麟, 黄浩达

2025, 46(1): 25-33. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1537

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针对叶片流动分离导致垂直轴风力机气动性能下降,基于鸟类羽毛随阵风轻微抬起维持气流在其外翼再附着的特点,在叶片两侧加装气动弹片,通过计算流体动力学方法研究其对垂直轴风力机的作用机理以及对其气动性能的影响,并基于动态模态分解对比分析气动弹片作用下垂直轴风力机尾迹流场模态特征。结果表明：气动双弹片可抑制叶片表面流动分离,提升整机气动性能,有效增加流场稳定性;可大幅提升垂直轴风力机叶片瞬时转矩、切向力及翼型吸力面压力系数,且使低尖速比成为最佳尖速比,有效提高自启动性能及运行过程中的稳定性,从而提升垂直轴风力机气动性能,流场动态模态分解表明双弹片有助于抑制尾流涡强度。

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单块双肋梁装配式风电基础结构受力特性研究

王海军, 刘昌, 郝华庚, 郭耀华, 王献文, 赵广赫

2025, 46(1): 34-41. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1503

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以节约耗材、施工快速、质量可控等为目标,结合陆上风电梁板式基础结构特点,提出一种新型单块双肋梁装配式基础。目前对装配式梁板基础结构受力特性的研究较少,该文通过建立基础整体有限元模型及开展室内模型试验,研究预制装配式梁板基础受V（竖向荷载）-H（水平荷载）-M（弯矩荷载）复合荷载下的结构受力特性,并重点分析基础肋梁、底板、台柱等的承载及破坏模式。研究表明,新型单块双肋梁装配式基础结构具有良好的承载及结构力学性能,安全储备可达设计值的1.44倍;基础整体稳定性良好,各项指标满足现有规范设计要求;同时,台柱-肋梁交接处为此类型基础结构承载及荷载传递的关键部位,设计及施工时应重点关注。

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基于暂态能量的直驱风电机组阻尼研究

曹娜, 韩清宇, 张子洁, 于群

2025, 46(1): 42-52. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1474

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风电机组控制参数设置不当会引起风电机组阻尼变弱而发生自由振荡。为采取合理措施抑制风电机组的振荡,需要研究风电机组控制参数对机组阻尼的影响机理。以直驱风电机组为例,首先计及锁相环控制的比例系数Kppll和积分系数Kipll、网侧变流器内环控制的比例系数Kp1和积分参数Ki1,推导直驱风电机组暂态能量函数,分析不同控制参数对机组暂态能量及阻尼的影响机理;定义机组耗能功率及阻尼影响因子,定量分析不同控制参数对机组阻尼的影响;最后,在PSCAD/EMTDC平台上建模分析,通过耗能功率的变化深入分析控制参数对机组阻尼的影响。仿真结果表明,一定范围内变流器控制参数减小,直驱机组耗能功率增大,阻尼变弱;锁相环控制参数增大,机组耗能功率增大,阻尼变弱;控制参数Kp1、Ki1、Kppll、Kipll单位变化率相同时,对机组阻尼的影响按照从大到小的顺序为Ki1、Kp1、Kppll、Kipll。

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基于神经网络的风力机叶片三维失速模型研究

戴丽萍, 张泽能, 丛龙福, 常宁, 詹鹏, 王超

2025, 46(1): 53-59. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1491

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以Phae Ⅵ风力机为研究对象,采用CFD方法对多种工况风力机的流场进行计算,通过反向动量叶素理论方法提取攻角和翼型的三维气动数据。在此基础上,建立以周速比、实度、攻角、扭角和二维气动参数为输入参数,三维气动参数为输出参数的BP神经网络修正模型。所建BP模型预测的升阻力系数同CFD计算所得结果误差在5%以内。将该模型同动量叶素理论相结合对Phase Ⅵ风力机进行计算,结果表明可显著提高风力机气动性能的预测精度。

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浮式风力机纵荡过程气动稳定性分析

周乐, 马璐, 秦明, 张险峰, 沈昕, 杜朝辉

2025, 46(1): 60-70. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1467

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气动稳定性对于浮式风力机的运行安全具有重要影响,该文采用升力线自由尾迹模型,通过气动功对浮式风力机纵荡过程中翼型及风轮的气动稳定性进行分析。结果表明,浮台的纵荡运动会造成翼型及风轮所受气动力的周期性波动,由此导致的气动阻尼会对风力机的气动稳定性产生影响。此外,来流风速也会对风力机的气动阻尼产生影响,当风速较大时叶片中段的翼型会进入深度失速状态,使翼型在一个纵荡周期内的气动功为负。在较宽的纵荡工况和来流风速范围内风轮均受到正气动阻尼作用,但随着纵荡频率和幅值的增加,风轮的气动阻比尼降低;当纵荡工况较为剧烈时,风力机会进入螺旋桨状态,其所受推力的方向会发生改变,增加风轮的气动功;此外在开启控制后,系统的变转速及变桨控制会改变叶片及风轮载荷的绝对值及波动幅值,从而影响风力机的气动功。

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基于机器学习的100 m高度风速短期预报订正方法

高金兵, 曹润东, 于廷照, 姚锦烽, 申彦波

2025, 46(1): 71-77. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1243

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提出一种基于机器学习的先格点订正区域误差、后站点订正局地误差的100 m高度风速短期预报订正方法。首先,基于100 m高度风速格点实况资料,采用深度学习算法对数值天气预报进行格点订正;然后,基于测风塔100 m高度风速观测资料,采用随机森林集成预报订正方法对站点风速预报进行订正;最后,选用内蒙古中部某站点进行分析验证。结果表明,订正前未来84小时风速预报均方根误差（RMSE）为4.25 m/s,格点订正后RMSE降至3.16~3.79 m/s,站点集成订正后RMSE降至2.81 m/s。格点订正后预报误差明显降低,站点集成订正后误差进一步减小。

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数字孪生驱动的风力发电机远程监控系统研究

包胜辉, 孙文磊, 刘涵, 江伦, 王炳楷, 王一

2025, 46(1): 78-87. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1372

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针对目前风力发电机监控系统可视化程度低、数据无法进行远程实时传输等问题;提出一种数字孪生驱动的风力发电机远程监控系统框架,从6个模块进行研究。通过利用实体建模、模型轻量化、行为规则模型和动态模型构建、远程实时数据传输、Unity3D引擎可视化等技术,开发数字孪生驱动的风力发电机远程监控系统。最后,通过实验验证系统的可行性和有效性,实现了实时动态状态监测、故障报警、人机交互的风力发电机的远程智能化监控。

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海上升压站桩基础送桩器冲击载荷及疲劳分析

王庆鹏, 张明华

2025, 46(1): 88-96. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1379

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在海上升压站导管架钢管桩基础水下沉桩施工过程中,受导管架套筒喇叭口与打桩锤锤帽干涉影响,需在钢管桩与锤帽之间增设送桩器作为替打工装。送桩器长期承受大能量锤击载荷,使用寿命尚不明确。针对该问题,以某海上升压站导管架沉桩施工为研究背景, 基于一维纵波理论对送桩器冲击应力进行求解,通过使用Solidworks软件建立送桩器模型,对其在承受不同周期性冲击载荷下的应力分布及疲劳损坏情况进行数值模拟,并通过高应变监测设备获取结构实时应力数据进行对比。结果表明：送桩器在不同冲击能量下的最大应力位置相同,送桩器疲劳寿命与冲击能量呈反比例指数关系,送桩器模拟应力值与高应变监测应力值的误差在考虑能量消散比例后仅为2.77%。

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基于IBCAN的风力发电机轴承故障诊断方法研究

和林芳, 王道涵, 田淼, 安文杰, 孙鲜明

2025, 46(1): 97-104. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1380

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针对风力发电机轴承实际运行工况下故障类别随时间的推移逐步积累的问题,提出一种改进的具有增量学习能力的宽度卷积注意网络（IBCAN）的故障诊断方法,可在不重新训练模型的基础上诊断新增故障类别。首先,将风力发电机轴承振动信号利用连续小波变换（CWT）提取时频特征;其次,针对历史故障类别数据集,利用卷积注意网络（CAN）获得风力发电机轴承振动信号小波变换图的深度特征表示;然后,利用弹性网回归改进宽度学习系统（IBLS）将CAN所获特征和相应标签传输到IBLS中进行分类;最后,针对新增故障类别数据集,通过IBLS的扩展节点进行增量学习,进而实现新增故障类别诊断。通过实际采集的风力发电机轴承数据对所提方法进行试验验证,并与其他方法进行对比,结果表明,该方法能有效地更新风力发电机轴承故障诊断模型,增量学习新故障类别,对实际工程中风力发电机轴承故障诊断研究具有重要意义。

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基于帝王蝶算法的CNN-GRU-LightGBM模型短期风电功率预测

向阳, 刘亚娟, 孙志伟, 张效宁, 卢建谋

2025, 46(1): 105-114. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1388

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风电集群大规模并网和跨季节使用产生的不确定性对风电功率预测播报的准确度提出更高的要求。为提高风电功率预测的准确度,提出一种基于帝王蝶优化算法（MBO）的卷积神经网络（CNN）-门控循环单元（GRU）-梯度提升学习（LightGBM）复合风电功率预测模型。首先,分别建立CNN-GRU和LightGBM的风电功率预测模型,利用方差倒数法将两个模型加权组合为CNN-GRU-LightGBM复合模型;为优化模型中的连续参数,使用MBO对模型进行超参数优化。最后,选取珠海某海上风电场的短期风电功率数据对所提方法与已有预测方法进行对比,实验结果表明,该模型结合了CNN-GRU、LightGBM等模型的优点,预测误差更小,预测精度更高,拥有更强的季节普适性。

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海上风电筒型基础入土沉放风险分析

文峰, 刘润, 孟祥传, 侯鸽

2025, 46(1): 115-124. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1403

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将基于核极限学习机的响应面法应用于筒型基础的入土沉放风险评估,以海域1（安装成功）和海域2（安装失败）某风电场6.45 MW筒型基础为研究对象,采用蒙特卡洛抽样法随机生成地勘静力触探（CPT）中的锥尖阻力（qc）,并用基于CPT推荐值、最大值的方法预测沉放需要压差,以水泵和水压可提供的最大压差为风险控制标准,得到两个机位入土沉放失效概率,评估两个机位的入土沉放风险。结果表明：土体的空间变异性越大,筒型基础入土沉放风险越大。当土体变异系数C_V≤0.3,使用CPT推荐值计算各深度的失效概率均小于10^-4时,风险较低,可用于指导施工。

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基于应变模态的风力机动态偏航工况下叶片振动感知方法

王颖, 刘翔宇, 翟金刚, 刘珍, 王锦

2025, 46(1): 125-133. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1407

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针对现阶段运行状态下风力机叶片振动测量方法中,加速度传感器常布设到风力机机头靠近风轮处,导致测量结果易受干扰的问题。基于叶片受力分析和应变模态理论,将叶片上应变传感器采集的原始信号分解为叶片应变信号与振动信号的叠加,设计一种基于应变模态理论和变分模态分解的叶片振动感知方法。通过设计静态模态实验和模拟动态偏航的叶片振动实验,对叶片表面应变和机头振动信号进行对比分析,表明叶片振动感知方法在频域和时频域上均能正确识别叶片振动特征,且其谱线更清晰,受干扰更小,从而为动态偏航运行工况下风力机叶片振动测量提供了一种新方法,可为风力机叶片安全、可靠运行提供技术支持。

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多分层地基条件下单桩水平承载特性试验研究

赵昊, 田峰, 黄赵晶, 曾泽榕, 孙捷, 邱旭

2025, 46(1): 134-139. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1413

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随着海上风电的深远海和风电机组大型化发展趋势,固定式单桩基础的直径随之增大,现有的理论方法及简化模型已无法准确地指导设计,多分层地基条件下的大直径单桩承载特性亟需科学评估。根据3个风场的五根试桩现场水平承载力试验数据,对有限元模型的参数化输入进行率定,并对水平试桩荷载位移曲线的工程数据进行拟合,推荐有限元模型的砂土弹性模量应取压缩模量的1倍,黏性土取3倍。

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基于DRU的海上风电场构网型变流器故障穿越控制策略研究

程志江, 李帅, 杨天翔, 艾斯卡尔, 房忠, 高宇骋

2025, 46(1): 140-150. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1414

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针对现在故障穿越控制策略的故障判断不成熟、故障点覆盖不全面等问题,提出一种通过电压误差判断故障的自适应控制策略,针对海上交流汇集处多个位置（单机故障和公共线海缆故障）的故障进行分析研究。通过利用直流侧的耗能电阻和自适应控制相结合的故障穿越方案,实现了未故障风电机组在故障期间不脱网运行并且快速恢复功率的传输。仿真实验基于RT-LAB半实物仿真平台搭建。仿真结果所示,该方案在面临对称和非对称故障的情况下能够进行故障穿越,提高了风力发电系统的可靠性。

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基于Copula函数的代表年风速计算方法研究

王远坤, 冯钰栋, 马惠群

2025, 46(1): 151-157. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1415

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以长系列再分析数据作为基础数据,提出一种基于Copula函数的代表年风速计算方法。采用威布尔分布计算测风年测风塔和气象站风速的概率边缘分布,利用Gumbel-Hougaard Copula函数对测风塔和气象站风速边缘分布进行联结,以条件分布计算测风年和代表年风速之间的差值,以推求代表年风速,并与规范推荐方法进行对比分析。结果表明,无论气象站和测风塔年风速相关性优劣,Copula方法代表年风速计算结果精度均优于规范方法,为风电场资源评价中代表年风速计算提供了一种新的思路。

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基于样本卷积交互网络的风电场集群短期功率预测

朱国鹏, 向玲, 范文振, 吴俊, 李跃文, 胡爱军

2025, 46(1): 158-167. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1420

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为保障风电集群安全运行和优化区域电网调度,提出一种基于样本卷积交互网络（SCINet）的风电场集群短期功率预测方法。首先引入能量熵（EE）、变分模态分解（VMD）方法对功率序列进行处理,然后对平稳序列和非平稳序列分别使用SCINet、自回归滑动平均模型（ARMA）进行预测,最后将模型输出结果重构获得最终功率预测结果。算例1以中国东北某150 MW大型风电场实测数据为例进行模型构建和预测分析,结果表明模型在功率序列特征挖掘方面具有明显优势,且预测精度较高。算例2以西北某298.5 MW风电场集群功率数据对所提方法进行验证,验证结果显示,该方法泛化性好,与目前风电场集群功率预测常用方法相比性能更好、计算效率更高,可为风电场集群功率预测提供参考。

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基于风电场片区风速的人工智能插补方法对比

贾晓红, 石岚, 郝玉珠

2025, 46(1): 168-175. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1421

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风速取值的准确度对风能的评估有决定性作用,为选择合适的风力机风速插补方法,以内蒙古中部某风电场H为试验风电场,考虑季节及风向影响,划分出风力机轮毂高度风速具有高相关性的风力机分类片区,采用线性回归方法（LR）、随机森林方法（RF）及深度神经网络方法（DNN）,分别对风力机风速进行时空插补及适用性研究。结果表明：风力机插补风速略大于实测风速,LR方法的插补值平均绝对误差、均方根误差分别为0.74、1.00 m/s,RF、DNN方法的插补效果优于LR方法,平均绝对误差减小率分别为9.93%、10.48%,均方根误差减小率分别为8.60%、8.30%。RF、DNN方法在各片区插补效果良好,主导风向片区RF方法最优。按风力机出力情况划分风速,[0, 3）和[12, 25） m/s风速区间推荐使用RF方法,[3, 8）和[8, 12） m/s风速区间更适合采用DNN方法。此外,风力机风速插补误差主要和风速大小及振荡、日变化等有关。

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风电机组塔架LBA-MNA屈曲分析及优化研究

白璐, 刘勇, 杨淑超, 汪小芳

2025, 46(1): 176-183. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1422

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针对塔架屈曲计算中工程算法较为保守的问题,以某大型风电机组塔架为研究对象,使用线弹性屈曲分析-材料非线性分析方法（LBA-MNA）对该塔架的抗屈曲性能进行计算与研究。结果表明,LBA-MNA方法可更准确评估塔架抗屈曲能力,在相同条件下较工程算法所得屈曲裕度更大。对基于工程算法已无减重空间的塔架以质量减少2~14 t为目标通过调整壁厚进行优化,结果显示应用LBA-MNA方法计算屈曲塔架质量可减少5.71%。证明了LBA-MNA方法在以屈曲要素为主导的塔架优化问题中使用的可行性。

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水平循环荷载下海上风力机单桩承载性能研究

高鲁超, 张继生, 杨立华, 姚中原, 张管武, 陈浩

2025, 46(1): 184-191. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1447

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为研究水平循环荷载下海上风力机大直径单桩受荷性状,基于水平受荷桩圆锥应变楔模型,构建考虑土体连续性和非线性的p-y曲线模型;考虑大直径单桩尺寸效应,将转动点以下部分等效为转动弹簧,结合土体极限平衡理论确定极限转动抗力矩的表达式,采用双曲线函数表征转动抗力矩与转角的关系,进而提出大直径单桩“p-y+M_R-θ_R”双弹簧计算模型;引入黏土刚度衰减模型,在土体应力-应变关系中实现土体循环加载刚度弱化效应,建立海上风力机大直径单桩水平循环效应计算方法。算例分析表明,该方法的理论计算值与实测值较为吻合,可验证本文计算方法的有效性,为海上风力机单桩基础设计提供理论参考。

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基于TimeGAN-Stacking的风电机组变桨系统故障诊断方法

潘美琪, 贺兴

2025, 46(1): 192-200. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1452

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风电机组变桨系统的少量不均衡故障样本难以训练基于数据驱动的故障诊断模型,导致监测系统常常漏报或误报故障。针对上述问题,提出一种基于TimeGAN-Stacking的风电机组变桨系统故障诊断方法。在数据层面,由于原始样本类别不平衡,基于时序生成对抗网络（TimeGAN）跟踪风电机组运行数据逐步概率分布的动态变化特征,同时优化生成样本的全局分布与局部分布,有效平衡且扩容风电机组多种故障综合样本集;在模型层面,建立Stacking集成模型,融合多个故障诊断器的优势,进一步提高故障诊断能力。最后,基于实际风场数据对所提方法进行测试,结果表明,所提出的TimeGAN-Stacking故障识别方法可有效诊断4种变桨故障。

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2 MW风力机全尺寸组合叶片的实验测试及仿真分析

龚曙光, 蒋灵, 卢海山, 谢桂兰

2025, 46(1): 201-207. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1486

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针对由DU+NACA翼型组合的风力机叶片,在完成其气动性能分析的基础上,构建全尺寸叶片的实验测试方案与有限元仿真分析模型,提出载荷转换的计算方法及其实验测试加载方式,对全尺寸组合叶片进行正挥舞、负挥舞、正摆振、负摆振4个方向的静力试验和固有频率测试,以及模态分析与静强度仿真分析,所得结果显示叶片仿真分析所得到的固有频率与实测结果的相对误差小于3%,且第一阶固有频率与3倍叶片激励频率相接近,满足叶片的动力学性能要求;全尺寸叶片实验测试得到的应变与仿真分析结果具有相同的变化规律,证实了所建立全尺寸叶片测试方案与有限元仿真模型的可行性,同时所设计叶片具有良好的气动性能和较高的功率系数。

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乙酰丙酸乙酯复配燃料理化特性研究

苗长林, 吴鹏, 庄新姝, 谭雪松, 李惠文

2025, 46(1): 208-214. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1392

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对不同比例乙酰丙酸乙酯与0^#石化柴油复配混合燃料的互溶性、密度、运动黏度、闭口闪点、馏程、冷凝点、冷滤点等理化性质进行测试研究。结果表明：低温下乙酰丙酸乙酯与0^#柴油互溶性较差,5 ℃时最大互溶比仅为7%,随着温度升高,溶解度有所上升,在35 ℃条件下最大互溶比为15%。随着复配燃料中乙酰丙酸乙酯所占比例增加,复配燃料的十六烷值逐渐降低;对馏程影响不明显,密度增幅不大;闪点较石化柴油有所提高,这有利于燃料的安全储存;热值出现小幅下降;运动黏度、凝点和冷滤点低温流动性改善明显。总体来看：掺混比小于或等于7%的乙酰丙酸乙酯复配燃料基本符合国六柴油GB 19147—2016标准;如需提高乙酰丙酸乙酯复配比例,有必要对热值、十六烷值等指标进行改进,以满足国六柴油标准要求。

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双核离子液体固载Zr-SBA-15的制备及其催化大豆油合成生物柴油

刘宁, 王亮, 翟雨婷, 尹慧, 申丹凤, 唐新德

2025, 46(1): 215-221. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1523

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利用硅烷偶联剂将双核离子液体嫁接到Zr-SBA-15载体表面,制得双核离子液体改性Zr-SBA-15有机-无机杂化体（ILs-ZrS）催化剂。通过傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、热重分析(TGA)、小角度X射线衍射分析(XRD)、N₂物理吸附BET、内部组织形貌观察（TEM）、表面形貌分析（SEM）等表征方法考察所制备的固体碱性离子液体催化剂的性能。结果表明：当离子液体化合物[CTBM]OH与载体Zr-SBA-15加入量之比为2.0 mmol∶1.0 g,所制备的催化剂ILs-ZrS-2显示出相对优异的催化活性。当ILs-ZrS-2添加量为5%、反应时间为8 h、反应温度为65 ℃、醇油物质的量之比为20时,生物柴油收率达94.3%。在其重复使用4次后,催化剂仍能保持良好的催化活性。

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垂荡波浪能转换装置的动态特性分析

曹雪玲, 叶寅, 黄圳鑫, 刘洋, 张运秋

2025, 46(1): 222-228. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1272

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针对波浪能装置在波浪中的运动响应提出一种基于隐式非稳态流体域k-ε湍流模型的新模拟计算方法,利用Simcenter STAR-CCM+软件流体仿真分析单自由度（single-DOF）垂荡波浪能转换技术中单浮子在波浪作用下的运动特性。波浪能通过垂荡的浮子转化为机械能,输送到动力输出（PTO）机构进行发电。使用流体仿真软件对各种PTO系统参数下浮子的运动和受力特性进行模拟。研究结果表明,计算精度较高,与试验结果基本吻合;随着阻尼系数的增大,浮子的波浪运动幅度和速度减小,转化为浮子的机械能也减小,故在设计波浪能装置时,应尽可能减小阻尼;此外,浮子的垂荡运动平衡位置受到弹簧常数的影响。基于隐式非稳态流体域k-ε湍流模型的新模拟计算方法可用于分析不同波浪能转换装置的流体动力学,可为优化真实海况下装置结构和性能提供理论框架。

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基于功率补偿的波浪能多发电机组平均功率送出方法

邹国惠, 吴宏远, 裴星宇, 廖雁群, 高东照, 王坤林

2025, 46(1): 229-235. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1382

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针对自治控制模式下液压蓄能式波能装置多液压发电机组在启动或停止时输出功率脉动问题,提出一种基于有功功率补偿的波浪能平均功率送出方法。根据波浪能转换发电系统特点及工作原理,在并网逆变器交流侧挂一台有功功率补偿装置,能同时平抑多台液压发电机组的功率脉动,并以平均功率送出。为验证该方法的有效性,建立多液压发电机组并网功率脉动平抑仿真模型。仿真结果表明,经功率补偿后波能装置并网功率平缓变化,多发液压发电机组的启动或停止时的功率脉动能被完全吸收,平均功率送出方法可提高大功率波能装置在海岛微电网等场合的适应性。

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垂荡姿态自持式波能装置参数优化研究

马旭, 史宏达, 曹飞飞, 魏志文, 于明琦, 江小强

2025, 46(1): 236-241. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1501

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提出一种垂荡姿态自持式波能装置,建立装置的运动方程,基于势流理论构建其水动力分析数值模型并进行验证,加载常值、线性动力输出（PTO）,计算发电功率及俘获宽度比,对其参数进行优化。结果表明,在其他参数不变时,装置的平均输出功率及俘获宽度比随PTO、浮子的半径和吃水、横杆长度、横杆倾角的增大先增大后减小,随浮子与横杆质量配比的增大影响较小。当横竖杆长度比为0.5,即横杆长度为4.8 m时,装置的平均输出功率和俘获宽度比最大;当横杆倾角为40°时,装置的获能效果最好。

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双PWM变流器飞轮系统母线电压LADRC二次控制策略

魏乐, 周子宇, 房方, 王冰玉

2025, 46(1): 242-250. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1411

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提出一种基于二阶线性自抗扰控制（LADRC）的飞轮储能系统直流母线电压二次控制策略来应对飞轮储能系统频繁充放电切换带来的母线电压波动问题,其将母线电压及微分值分别视为状态变量,负载功率、参数不确定性等内外干扰视为扩展状态量进行扰动观测器设计。该策略能将工况切换造成电压波动的观测扰动量实时补偿至控制量中,实现扰动补偿。加入二次控制解决LADRC面对非常值扰动会存在稳态误差的问题,保证飞轮储能系统在充放能切换过程中母线电压具备较好的快速响应和抗干扰性能的同时实现无差控制。最后通过仿真验证了所提策略的有效性。

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基于Si IGBT与SiC FET并联的新型混合器件特性解析及对比研究

朱梓贤, 涂春鸣, 肖标, 郭祺, 肖凡, 龙柳

2025, 46(1): 251-260. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1424

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对由SiC FET与Si IGBT并联组成的新型混合器件（HY_F）开展研究。首先,分析HY_F的基本结构与工作原理,并搭建HY_F的导通损耗模型、开通损耗模型以及关断损耗模型。其次,基于混合器件的仿真模型,分析HY_F与传统Si IGBT/SiC MOSFET混合器件（HY_M）在不同额定电流等级下损耗与成本的优劣势。仿真结果表明,当额定电流为较小（15 A）时,HY_M能以较低的成本实现更低的损耗;混合器件在额定电流较大（25 A、40 A）时,HY_F能以更低的成本实现更低的损耗。最后,通过实验验证结论的正确性。

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基础运动的储能飞轮转子动力学特性分析

张昊随, 宋顺一, 滕伟, 武鑫, 柳亦兵

2025, 46(1): 261-268. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1453

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针对基础运动的飞轮储能转子动力学问题展开研究,将飞轮转子等效为Timoshenko梁单元模型,通过坐标变换建立基础运动的转子动力学有限元模型,研究基础在规则运动时的动力学特性,得到以下结论：基础运动参数的增大会加剧固有频率分离并改变临界转速。转子稳态响应频谱中会出现基础运动的频率成分,幅值随基础运动频率、幅值的增大而增大;基础转动频率接近临界转速对应的频率时会产生共振,稳态频谱中基础运动频率成分出现峰值,瞬态升速响应出现额外共振峰。转子设计和应用时应考虑基础运动的影响。

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基于部分功率变换的电池储能变换器稳定性分析

武钰程, 荆龙, 宋光辉, 孙瑞东, 刘乾, 吴学智

2025, 46(1): 269-278. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1464

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为提升电池储能系统的效率与安全性,提出一种基于部分功率变换（PPC）的电池储能优化方案。在串联部分功率变换器结构中,电池串联端和母线端相互耦合影响,充分考虑这种影响后对该拓扑进行阻抗建模。针对电池放电工况下系统不稳定情况,通过对系统控制框图等效变换,提出一种适用于部分功率变换的储能变换器阻抗重塑控制策略,以改善电池储能系统的稳定性。该方法在较小的频率范围内调整源变换器输出阻抗与负载变换器输入阻抗的交截范围,满足系统阻抗相匹配的稳定要求。最后通过完成系统仿真并搭建实验平台,验证所提电池储能变换器方案与控制方法的有效性与实用性。

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熔盐储热辅助低压缸零出力机组深度调峰的应用分析

张婉滢, 金晶, 解小军, 高新勇, 兰俊杰, 梁国威

2025, 46(1): 279-287. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1504

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建立电力现货市场下熔盐储热辅助低压缸零出力机组深度调峰的容量优化模型及其可行性评价模型,并以山西省某实施低压缸零出力改造的350 MW热电机组为例进行计算分析。结果显示：该机组配置熔盐储热装置的最优容量为471.16 MWh,静态投资回收期为2.3 a。配置储热装置导致机组售电收入降低,但煤耗成本降低,调峰收入增长,净收益相比未配置熔盐储热增加3167.16万元。配置熔盐储热后机组的运行灵活性显著提高,处于电力现货市场第一档和第二档的调峰时长均增加,总调峰时长占比从配置熔盐储热前的56.4%增至85.6%。此外,煤炭价格的增加和供热面积的增加对改造项目的净收入和投资回收期是不利的。

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考虑“氢-电”储能的电力需求响应策略

袁博, 田广, 刘钊, 葛少云, 魏孟举, 刘洪

2025, 46(1): 288-299. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1522

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探索考虑“氢-电”储能（ESHE）需求响应方法。首先,基于ESHE运行原则和需求响应用户分类,提出涵盖“最优负荷”和“价格激励”的需求响应双级框架;然后,以系统整体经济性最优为目标,构建一级策略的负荷优化模型,提出用于模型求解的DR-ESHE无约束化算法;最后,以用户电费最优为目标,构建二级策略的价格激励模型,制定可实现最优负荷的激励电价。实验表明,所提需求响应策略的ESHE利用效率高、整体收益效果好;与未考虑ESHE相比,降低需求响应成本38.5%、增加系统运行收益2.19%,负荷峰谷差率、均方差等均得到优化;同时,提出的模型求解算法较传统遗传算法可降低运行成本、提升运行收益。

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基于能量重构的构网型储能VSG有功振荡阻尼策略

石荣亮, 兰才华, 董政, 于雁南, 钟志贤

2025, 46(1): 300-308. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1531

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建立GEVSG并网有功-功角的动态等效电路模型,从电路能量流动的角度揭示GEVSG在不同扰动下存在有功振荡的原因,提出一种基于能量重构机理的GEVSG有功振荡阻尼策略,并给出基于二阶等效降阶控制模型的参数设计方法。搭建100 kVA GEVSG并网系统的Matlab仿真模型与实验测试平台,并利用仿真与实验对比结果共同验证了所述控制方法的可行性与有效性。

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基于Holt-Winters的锂离子电池容量衰退预测

吴伟丽, 卢双双, 李磊

2025, 46(1): 309-318. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1550

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针对目前电池容量长期衰退趋势预测方法精度低、跟踪效果差的问题,提出一种基于序列分解和三次指数平滑的电池容量预测方法,实现电池容量快速下降阶段退化趋势的有效跟踪。对于具有容量回升现象的电池容量序列首先采用自适应白噪声完备集成经验模态分解（CEEMDAN）将其分解为波动分量和趋势分量,再对各分量分别搭建霍尔特-温特斯（Holt- Winters）季节性、线性模型进行预测,最后将预测结果叠加实现容量退化趋势预测;对容量回升现象较弱的容量序列直接搭建Holt-Winters无季节性模型进行预测。采用多种不同电池退化数据集对算法性能进行验证,结果表明所提方法的鲁棒性良好且预测精度有较大提升,可为锂离子电池容量的退化趋势预测提供技术参考。

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考虑循环水-能源桩热交换的双螺旋埋管能源桩变热流传热模型

魏子钧, 时刚, 吴仲明, 席省麟, 陈金灿, 蔡瀚琛

2025, 46(1): 319-327. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1487

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将双螺旋换热器等效为三维有限长螺旋线热源,基于叠加原理建立考虑循环水与能源桩之间换热的双螺旋埋管能源单桩的变热流分段叠加传热模型。将双螺旋换热器划分为多个节段,采用时间与空间的分段叠加法,利用建立的变热流条件下的近似温度场解答与推导出的分段热流密度-水温方程组得到任意时间空间下的热流密度、出水口温度、循环水温和周围土体的温度场等。通过比较COMSOL数值模型,表明所建立模型的正确性。最后,基于该传热模型讨论双螺旋埋管能源桩换热温度场的空间分布和时间效应。

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基于加热电缆的地源热泵岩土导热系数测试与验证研究

关鹏, 沈振强, 段新胜, 焦玉勇

2025, 46(1): 328-334. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1527

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岩土导热系数对地源热泵系统的设计和运行有重要影响。获取岩土导热系数的常规热响应试验设备水路电路复杂,存在易受外界干扰、稳定性差、成本高等问题。为解决上述问题,设计一种基于加热电缆的岩土热响应试验仪,以位于武汉市汉阳区的一口地埋管换热孔为研究对象,分别进行常规及加热电缆型热响应和热恢复试验,结合无限长线热源理论和热流叠加原理对各测试阶段的数据进行分析。结果显示加热电缆型热恢复试验精度较高,与常规热响应试验所测岩土导热系数相差仅为0.14 W/（m·K）。研究表明加热电缆型热响应和热恢复试验具有成本低、简单易操作且能获得不同深度地层的岩土导热系数等优势。

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含混合电解槽的绿电-绿氢系统能量管理策略研究

潘禹, 任永峰, 薛宇, 云平平, 贺彬

2025, 46(1): 335-344. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1278

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提出绿电-绿氢一体化能量管理策略,以实现多时间尺度下系统协调稳定运行。基于层次分析法和熵权法计算碱性电解槽（AEL）和质子交换膜电解槽（PEMEL）混合电解槽最优容量配比方案,以期提升绿氢系统的承载能力。考虑AEL和PEMEL工作特性建立包含风电-制氢-储氢单元的精细化仿真模型,采用分层控制方法提高系统协调运行能力,同时提出余电制氢、负荷功率补偿及源荷协调运行等7种复杂工况能量管理策略,促进风电资源的高效利用,有效改善绿电-绿氢一体化系统的功率平衡关系。

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高海拔环境下空冷质子交换膜燃料电池性能研究

石强强, 刘宏波, 秦江, 刘海东, 沈轶岭, 谢佳乐

2025, 46(1): 345-352. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1373

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高海拔地区低温和低氧环境往往会对质子交换膜燃料电池（PEMFC）无人机（UAV）的启动和巡航工作造成困难。为研究环境变量对不同海拔高度PEMFC的性能影响,分别在200、3000、4000 m高度下对燃料电池系统进行测试和分析。结果表明,随着海拔高度的上升,PEMFC系统输出性能不断降低。在3000 m高度低湿条件下采取阴极进气加热,电堆最大电流密度由0.38 A/cm²下降至0.33 A/cm²。而在4000 m高度夜间相对高湿环境下,进气预热后电堆最大电流密度由0.32 A/cm²提升至0.36 A/cm²。同时,结合系统仿真分析,建立无人机PEMFC在不同海拔环境下的性能预测模型,电池性能预测与实验数据误差不超过5%,可用于准确预评估机载电池的性能。

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可再生能源电解水制氢电源并联方案研究

章小卫, 苏星宇, 周京华, 孟祥飞

2025, 46(1): 353-362. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1393

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利用可再生能源发电进行电解水制氢是实现可再生能源的100%消纳和氢气全绿制取的重要途经。作为衔接可再生能源发电母线和质子交换膜电解槽的中间环节,单个制氢电源功率等级低,不能满足大规模可再生能源消纳和大功率制氢,因此需采用制氢电源的模块化并联方法,但模块化并联时存在模块间不均流问题。针对多个制氢电源并联时的不均流问题,提出基于三相交错并联LLC结构的制氢电源并联方案。首先,推导了多个制氢电源并联等效电路,从阻抗角度入手,得到模块间谐振参数差异是不均流的主要原因。然后,利用虚拟阻抗调整等效阻抗,从而实现模块间均流。最后,搭建仿真模型和一台两个6 kW模块化实验样机,验证了所提并联方案的合理性和可行性。

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SOEC多模绿电制氢集成系统协调控制方法研究

赫亚庆, 王维庆, 张新燕, 李佳蓉, 赵晨欢, 王海云

2025, 46(1): 363-372. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1484

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针对高温固体氧化物电解槽（SOEC）制氢能量转换效率、反应速率显著等特点,首先搭建多模绿氢集成运行模型,分析模型启停及制氢特性,并对其进行经济约束、运行约束。其次考虑风光的随机、间歇性因素及模块非线性特性,提出一种各模块独立受控和满足负荷要求的鲁棒可调协同优化方法。建立风光不确定集,将模块分段线性化,并引入鲁棒可调协同优化方法,以此来提高系统的产氢效率、运行灵活度和总经济效益。最后,在满足负荷分配工作的基础上对5个集成模块进行灵活启停运行算例分析,并将25个集成模块接入配电网参与到电网调度中。结果表明,在变负荷运行情况下,合理的组合模型不仅能优化系统启停运行的灵活性与稳定性,而且能提高新能源的消纳与并网友好性,具有明显的经济效益和战略意义。

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甲烷混合燃料气内重整反应对平板式固体氧化物燃料电池性能影响

宋明, 仝佳佳, 蒋文春, 钮瑞艳, 胡佳旺, 陈子豪

2025, 46(1): 373-382. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1485

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为研究经过预重整的含甲烷混合燃料气中甲烷浓度及内部重整对平板式固体氧化物燃料电池电化学性能和热机械性能的影响,建立甲烷内重整平板式固体氧化物燃料电池模型,并对多孔材料的弹性模量及泊松比进行修正,对比3种不同甲烷浓度条件下电池的综合性能。结果表明：在电化学性能方面,随着混合燃料气中甲烷浓度的增大,电池电流密度和功率密度逐渐增大,流道中甲烷的摩尔浓度沿燃料流动方向逐渐减小,氢气浓度沿流动方向呈先增大后减小的趋势,氢气的最大浓度逐渐远离燃料入口;热机械性能方面,随着混合燃料气中甲烷浓度的增大,位于金属连接体上的电池最大第一主应力和位于燃料出口的电池最大温度逐渐降低。适当提高混合燃料气中甲烷的浓度有利于平板式固体氧化物燃料电池的综合性能优化。

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考虑大气稳定度的液氢泄漏扩散数值模拟

程崇律, 单聪慧, 张孟凡, 徐宝鹏

2025, 46(1): 383-390. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1518

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液氢泄漏后产生的易燃易爆氢气云团存在严重安全隐患。通过基于OpenFOAM开发的求解器,对液氢泄漏及云团扩散行为进行分析。该求解器采用简化蒸发模型确定液氢蒸发速率,通过气相和固相求解器分别模拟云团的扩散以及地基的传热,使用共轭传热方法保证气-固区域间温度和热通量的连续性,并采用考虑大气稳定度的对数风廓线作为大气边界条件。通过风廓线观测数据和液氢泄漏实验数据验证提出的求解器。研究结果表明,稳定大气条件、高温以及大泄漏量均导致可燃氢气云团横向扩散范围增大,采用滞留坑方案可将蒸发速率降低99%,并使可燃云团的扩散距离及高度分别降低46%和76%,有效缩小了危险范围。

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考虑电压调节设备和微电网的主动配电网最优供电恢复方法

刘铠滢, 豆朋, 吴添权, 余克光, 王杰鑫

2025, 46(1): 391-401. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0680

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一方面,为提高主动配电网供电恢复过程中的孤岛运行模式的供电可靠性,另一方面,为充分协调调压设备和网络重构以提高电能质量,本文综合考虑调压设备、微电网、网络重构等作用,建立基于混合整数线性规划（mixed integer linear programming,MILP）模型的主动配电网供电恢复模型。该模型以开关操作的动作成本、电压调节设备的调节成本、失负荷成本组成的总成本为目标,以线性化潮流约束、DG模型、ZIP负荷模型、电压调节设备模型等为约束条件,建立了主动配电网供电恢复优化的MILP模型。在53节点配电系统的仿真结果验证了电压调节设备控制和微电网对配电网供电恢复的改善作用。

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考虑风电与光热电站参与能量-调频辅助服务市场的联合投标策略

陈伟, 刘文翰, 李万伟, 冯智慧

2025, 46(1): 402-411. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1385

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针对高比例新能源接入电网导致电网调频需求增大的困局,提出风电和光热电站联合参与能量-调频市场的系统架构。为保证日前投标计划的精准执行,引入偏差惩罚机制,并考虑风电、光照幅度及市场价格的不确定性因素,以联合系统总收益最大为目标,提出基于鲁棒优化的日前-实时两阶段最优投标策略,通过仿真验证,证明了相比于风电、光热电站单独投标,联合投标可通过光热电站灵活的调节特性平抑风电波动造成的投标偏差惩罚,提升联合系统的整体收益。最后,分析不同能量和调频市场价格对联合系统投标收益的影响。

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基于卷积深度网络的含分布式电源配电网可靠性评价

潘凯岩, 赵瑞锋, 刘海信, 卢建刚, 余志文, 刘宏达

2025, 46(1): 412-419. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1396

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现代电网维度和不确定性的增加,使传统可靠性评价方法在计算性能上遇到瓶颈。该文提出一种基于卷积深度网络结合蒙特卡洛仿真的可靠性评价方法来提高含分布式电源复合电力系统的计算效率。该方法以分布式发电机组、输电容量和总负荷组成的样本作为输入,利用卷积特性对纳入电力系统的拓扑结构进行特征提取。采用重要性采样降低由分布式光伏与风电机组输出功率不确定性引发的可靠性评价过程波动。通过网络预测出采样系统状态下的负荷削减,以最小负荷削减量评估系统缺电概率和缺电频率组成的可靠性指数。在IEEE RTS可靠性测试系统上的实验结果表明,所提出的方法在计算综合系统可靠性指标方面是有效的。

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基于卷积双向长短期记忆网络的微网继电保护故障诊断技术

杨志淳, 闵怀东, 杨帆, 雷杨, 胡伟, 陈鹤冲

2025, 46(1): 420-428. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1431

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分布式电源种类和容量不断提升的微网运行方式复杂、故障特征微弱,现有的继电保护装置故障诊断方法无法满足保护需求。提出一种基于卷积双向长短期记忆网络的微网继电保护故障诊断技术。首先,分析多能源互补微网系统架构,对采集的三相电流数据进行预处理,提高后续模型对数据的学习效率;然后,融合卷积神经网络和双向长短期记忆网络提出卷积双向长短期记忆网络的微网继电保护故障诊断方法,提取三相电流数据长序列和局部序列特征实现故障分类、故障定位,融合注意力机制,重点关注对故障诊断有影响的特征,提高故障诊断准确率;最后经过RTDS实时仿真系统进行验证,实验结果表明,所提方法故障诊断精度高、计算时间短,同卷积神经网络、长短期记忆网络、人工神经网络相比,故障分类准确率分别提升8.53%、9.62%、11.45%,故障定位准确率分别提升7.47%、10.61%、10.85%,验证所提方法的有效性与先进性。

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基于模糊GO-FLOW法的并网型微电网可靠性评估

岳大为, 姜毅, 杨明哲, 李练兵, 商悦阳, 张帅龙

2025, 46(1): 429-437. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1437

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由于传统GO-FLOW法存在定常故障率和维修率的局限性,将一种新的可靠性评估算法—模糊GO-FLOW法引入并网型微电网可靠性评估中。首先,基于梯形模糊数,对GO-FLOW法进行改进;随后,根据并网型微电网系统结构,设计新型操作符并建立微电网系统的模糊GO-FLOW图,同时对操作符的模糊成功概率进行计算;最后,基于改进的IEEE RBTS BUS6 F4馈线系统,对比分析模糊GO-FLOW法、模糊化前GO-FLOW法和序贯蒙特卡洛模拟法。结果表明,在并网型微电网可靠性评估中,模糊GO-FLOW法具有较高的运算效率和计算精度。

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含碳捕集电厂-电转气-液化天然气协同的综合能源系统优化调度

骆钊, 杨林燕, 王华, 张杨, 沈鑫, 郑丽

2025, 46(1): 438-448. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1439

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为解决能源转型过程中面临的碳排放量高、供气不足等难题,提出一种含碳捕集电厂-电转气-液化天然气协同的综合能源系统优化调度模型。首先,考虑碳捕集电厂和电转气设备的“碳耦合”以及液化天然气站的“电-气耦合”,构建含碳捕集电厂-电转气-液化天然气的电气热综合能源系统模型;其次,引入阶梯型碳交易机制,提出碳捕集电厂-电转气-液化天然气协同运行的综合能源系统低碳经济调度模型;最后,以云南某大型工业园区为例,验证所提模型能够有效提高系统的风光消纳水平和能源利用效率,具有显著的低碳经济效益。

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一种高性能并网逆变器的控制策略研究

张涛, 苏建徽, 杨向真

2025, 46(1): 449-459. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1450

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针对传统并网逆变器控制系统存在静差和富含背景谐波的非理想电网电压下网侧电流质量不高等问题,提出一种高性能并网逆变器的控制策略。首先采用反Park变换（IPT）方法构造网侧电流正交分量,然后在dq旋转坐标系下建立网侧电流控制环路,再选用PI控制器实现电流无差跟踪。为了解决并网电流的谐波问题,引入多谐振控制器,抑制并网电流的低次谐波。在静止坐标系下推导并网逆变器控制系统的数学模型,提出控制系统中PI控制器和多谐振控制器参数的简化设计方法,分析所提控制系统的鲁棒性;最后,针对6 kW单相LCL型并网逆变器控制系统,通过仿真和实验验证所提控制策略的正确性和有效性。

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计及电-热-氢负荷与动态重构的主动配电网优化调度

王璐瑶, 刘卫亮, 刘长良, 刘帅, 王昕, 康佳垚

2025, 46(1): 460-471. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1451

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为提高主动配电网的综合运行品质,提出一种计及电-热-氢负荷与动态重构的主动配电网优化调度方法。首先,建立主动配电网系统数学模型,分析电动汽车、地板辐射供暖/供冷系统、氢储能系统的运行规律与可调潜力;其次,考虑电-热-氢负荷调节与网络重构,以各子系统出力与支路开关状态为决策变量,建立以降低运行成本、减小峰谷差、减少污染气体为目标的确定性优化调度模型;然后,采用信息间隙决策理论描述源荷不确定性,建立风险规避型调度模型,在保障一定期望目标的前提下使系统具有良好的鲁棒性;最后,基于IEEE-33节点系统分别对各调度方案进行对比分析,验证所提方法的有效性。

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SVC的2DOF差分进化控制动态性能研究

张路锋, 马家庆, 何志琴, 吴钦木, 陈昌盛, 覃涛

2025, 46(1): 472-479. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1458

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为提高静止无功补偿器在风电机组进行无功补偿时其整流过程的动态性能和对电网谐波的抑制能力,对系统整流过程中的控制器进行改进。首先将静止无功补偿器的直流侧和风电系统整流后的直流侧并联,然后在电压外环上,基于分数阶微积分理论设计分数阶PID控制器,并使用差分进化算法对其参数进行整定,在电流内环上,使用二自由度PID控制器来提高电流的稳定性和抗干扰能力。在此基础上在Matlab/Simulink仿真平台上搭建模型,仿真结果表明：提出的方法不仅是稳定的,而且与传统PI控制器、分数阶PID控制器以及基于差分进化优化算法的分数阶PID控制器相比,在响应速度和超调量等方面显著下降,具有较好的动态响应性能,进入稳态后的总谐波失真因素和纹波系数明显减小,提高电网对谐波的抑制能力。

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基于建筑光伏的社区综合能源系统热电交互优化

魏长祺, 周源, 金莺, 赵磊, 李雨欣, 王江江

2025, 46(1): 480-490. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1469

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针对光伏建筑一体化社区的产消失衡问题,以建筑光伏的就地消纳和社区综合能源系统的低碳经济调度为重点开展能源共享,在保护参与成员隐私的前提下采用交替方向乘子法制定社区群总运行成本最低策略,并基于参与社区的贡献度通过 Shapley值法进行效益分配。对交互运行下的社区综合能源系统进行数学分析,并与独立运行下的社区综合能源系统进行比较。算例结果表明：交互运行策略较独立运行策略带来的运行成本效益提升范围为3%~5%,碳减排效益提升范围为4%~8%,光伏消纳提升率在4%~25%之间;然而,交互运行策略对于单一多电社区组合的效益提升甚微。

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基于两阶段聚类和MCMC算法的风光出力序列建模方法

郭红霞, 邹桂林, 王子强, 陈凌轩, 马骞, 陈亦平

2025, 46(1): 491-502. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1473

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针对风光出力的随机性建模问题,提出一种基于两阶段聚类和双层马尔科夫链模型的风光相关出力序列建模方法。首先采用两阶段聚类得到不同的风光典型日出力模式,第1阶段采用自组织映射聚类方法识别不同气象条件下的光伏出力类型;第2阶段采用近邻传播聚类方法对不同光伏出力类型对应的风电出力样本进行聚类。其次,建立双层马尔科夫链模型描述风光出力的相依变化,上层建立单变量马尔科夫链模型描述风光出力模式的日间转移,下层建立双变量马尔科夫链模型描述风光出力日内相邻时刻的状态转移。最后,采用MCMC模拟方法得到指定时间长度的风光出力序列。仿真算例表明,所提方法在各项评价指标上均优于传统MCMC方法及Copula模型,能生成更符合风光实际相关性的出力序列。

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考虑自建共享储能电站的冷热电区域多微网系统鲁棒优化

余建武, 包诗媛, 李山, 吴泓林, 李海啸

2025, 46(1): 503-513. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1477

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在配电网局部区域,多个冷热电联供微网共同接入,表现出源荷不确定性和储能调度的无序性与互补性。采用鲁棒优化和共享储能模式,有助于提升系统抗风险能力并提高储能容量利用效率。为此,针对冷热电联供的区域多微网系统,提出考虑源荷不确定性和多微网自建共享储能电站协同调度的鲁棒优化模型。该鲁棒优化调度模型包含两阶段运行决策,旨在计及源荷不确定性和区域内微网间功率交互交换的影响下,给出自建共享储能电站容量配置和多微网系统运行的最优调度方案,以实现区域多微网系统整体运营成本和自建共享储能电站初始投资成本的最小化。仿真结果验证所提模型的有效性。

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全生命期视角下的可再生能源技术隐含碳研究

罗晓予, 宋志茜, 曹星煜, 葛坚

2025, 46(1): 514-521. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1483

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通过文献整理与数据计算,总结太阳能、风能、地热能、空气能利用等可再生能源技术的隐含碳,并通过单位节能量碳排放、单位节能量成本增量两个指标对常见可再生能源技术开展评价。

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基于聚合导纳推导运算的虚拟电厂优化调度模型

葛晓琳, 李佾玲, 曹旭丹, 缪元旻, 邓莉荣

2025, 46(1): 522-530. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1490

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提出一种基于聚合导纳推导运算的虚拟电厂优化调度模型。首先,针对分布式资源出力不确定性与数量激增导致的优化模型难以求解的问题,通过聚类导纳建立虚拟电厂的功率聚合模型,在计及网损的基础上实现分布式资源出力的聚合以及出力不确定性聚合规模的削减。进而,针对虚拟电厂可调度域与分布式资源出力关联难以准确刻画的问题,提出一种虚拟电厂可调度域概率特性求解方法,采用多参数规划分段定量分析各电源随机出力与调度边界的映射关系,结合全概率原则准确刻画虚拟电厂调度边界的概率分布函数。最后,结合调度边界概率分布无法直接参与主网优化调度求解的问题,基于牛顿迭代的分位数转换方法,建立虚拟电厂与主网的联合调度模型。验证算例表明,所提模型和算法通过降低虚拟电厂调度边界的计算规模,可提升调度边界的求解效率。

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双向CLLC谐振变换器开关管开路故障特性分析

刘洋, 赵鲁, 马呈瑶, 殷振环, 马驰, 董侃

2025, 46(1): 531-539. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1494

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为研究双向CLLC谐振变换器发生开关管开路故障特性,首先介绍双向谐振变换器CLLC的拓扑与基本原理,分析开关管开路故障后暂态特性6种模态及稳态特性4种故障模式的特点,并利用模态分析法进行建模。在此基础上对CLLC变换器故障后的电压增益、谐振电流应力与谐振电容电压应力进行研究,并与DBSRC变换器发生开关管开路故障时的故障特性进行对比分析。最后,通过仿真与实验验证了故障特性分析的准确性。

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基于相关机会目标规划的电力系统备用优化研究

赵书强, 赵蓬飞, 李志伟, 李令仪

2025, 46(1): 540-546. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1497

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针对风光新能源和负荷的不确定性,采用相关机会规划处理考虑不确定性的功率平衡问题,建立基于相关机会目标规划的源-荷-储多元参与的备用容量优化模型,通过不确定模型的确定性转化,实现采用求解器对模型的求解。改进的IEEE 30节点系统算例结果表明,所提方法可有效降低电力系统的总运行成本,并可提高新能源消纳水平。

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绿电交易场景下计及温控负荷的高铁站两阶段调度策略

陈文颖, 刘洋, 刘卫亮, 张晓雷, 王昕, 康佳垚

2025, 46(1): 547-556. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1529

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考虑绿电交易场景下清洁能源出力的不确定性和负载的波动性,基于随机模型预测控制提出一种计及温控负荷的高铁站两阶段能量优化调度策略。首先,根据热功率平衡原理,建立符合高铁站特性的温控负荷模型,并引入此温控系统参与高铁站两阶段调度;其次,应用多元正态分布描述随机变量误差间的概率相关性,采用蒙特卡洛抽样和基于概率距离的场景快速削减方法生成高铁站日内绿电、光伏和负荷的典型场景,基于模型预测控制应用典型场景对日内高铁站用电系统进行滚动优化调度;最后以某高铁站为算例,分析典型季节下引入此温控模型的调度结果,验证所提模型在改善高铁站经济运行、新能源消纳等方面的优势及所提两阶段调度策略的鲁棒性。

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云端负荷库支撑的配电网可控资源优化调度

鲍雨, 夏祥武, 高久国, 陆洋, 王梦瑶

2025, 46(1): 557-566. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1545

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提出一种云端负荷库支撑的低压配电网可控资源优化调度框架。首先,通过数据驱动的方法挖掘变压器负载、用户负荷与优化调度模型参数间的因果关系,构建具备参数识别功能的云端负荷库;其次,在负荷库支撑下识别目标配电网的优化调度模型参数,建立优化调度模型。然后,求解模型得到目标配电网中可控资源集群的运行准线,并发送至边端管控单元调控设备运行。最后,在实际的低压配电网中进行测试,证明所提框架的有效性和实用性。

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考虑氢储的光伏-冷热电联供系统的双层优化研究

何哲晨, 刘锋平, 许野, 王旭, 李薇

2025, 46(1): 567-578. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1551

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为实现可再生能源的高比例消纳和控制温室气体排放,以包含光伏和氢储的“冷-热-电”联供系统为研究对象,针对传统的耦合光氢的冷热电联供系统管控存在的配置和运行割裂问题,在对系统进行仿真建模的基础上,构建系统配置和运行交互关联的双层优化模型,使用KKT条件对其进行求解,最终生成了系统的最优供能策略,表现出良好的经济性。此外,多余的电力转化为氢气形式储能,有助于提升能源利用效率。

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基于TRNSYS的太阳能-地源热泵相变蓄热供暖系统对比分析研究

张亚磊, 崔海亭, 王超, 王晨, 陈浩松

2025, 46(1): 579-586. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1554

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为降低温室大棚建筑能耗,以河北省某温室为研究对象,在温室现有的太阳能耦合地源热泵供暖系统（SGSHPH）基础上,设计太阳能-地源热泵相变蓄热供暖系统（SGSHPP-CHSH）,利用TRNSYS软件搭建这两种系统的仿真模型,对两系统的仿真结果以及影响因素进行对比分析。研究结果表明：SGSHPP-CHSH系统相比SGSHPH系统在整个供暖季的太阳能集热器集热量提高10.75％;SGSHPP-CHSH系统相变储热罐蓄热温度从49.4 ℃降低到34.4 ℃,热泵机组能耗从10145 kWh降低到7843 kWh,热泵系统的COP从2.68升高到3.36;SGSHPH系统蓄热水箱的供水温度从45 ℃降低到30 ℃,热泵能耗从12837 kWh降低到8739 kWh,热泵机组COP从2.39增加到3.43;SGSHPH系统太阳能集热面积为48 m²时,SGSHPP-CHSH系统太阳能集热面积为39 m²时,此时两供暖系统在非供暖季土壤蓄热量等于在供暖季土壤取热量,可有效维持土壤的热平衡。

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间歇性遮挡对光伏阵列发电性能影响研究

张琦, 王登甲, 梁宇翔, 傅治国

2025, 46(1): 587-593. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1391

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该文分析光伏组件及阵列在间歇性局部遮挡条件下的输出特性,并针对光伏阵列的多峰性能曲线提出一种能准确追踪最大功率点的自适应粒子群算法。利用5参数模型原理,在Simulink中搭建光伏组件及阵列的仿真模型。以西部绿色建筑全国重点实验室光伏阵列为例,应用Sketch up进行日照分析,模拟得到实际阴影遮挡条件,代入上述模型中得到性能曲线,并通过自适应粒子群算法进行MPPT追踪。最后通过实验证明模型的准确性。

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基于无人机视觉巡航的光伏发电坏点定位技术

黄绪勇, 唐标, 秦雄鹏, 林中爱, 许守东

2025, 46(1): 594-600. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1401

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通过无人机采集光伏组件的图像后,利用小波尺度分解技术来增强图像的对比度和细节,重构无人机视觉巡航成像结果。为消除影响坏点定位准确性的噪声,采用中值滤波法对重构图像进行滤波,同时保留边缘信息和图像清晰度;使用门限二值化将图像中的背景和感兴趣区域进行分割;通过最大类间方差方法计算分割处理得到的背景和感兴趣区域的类间方差,能确定最优门限值,以此将感兴趣区域中的坏点范围单独提取出来;最后,为更加精确定位具体的坏点位置,引入改进的区域生长方法,通过设置生长阈值和梯度振幅门限,能有效定位光伏发电系统中存在的坏点位置。实验证明,所提方法对光伏发电坏点定位误差小,检测精准度高,能有效辅助维护电网安全。

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一种基于磁集成的零输入电流纹波可扩展高增益DC-DC变换器

林国庆, 曾威, 张俊源

2025, 46(1): 601-608. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1406

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为减小传统DC-DC变换器中存在输入电流纹波大、开关管电压应力高和电压增益低等问题,提出一种基于磁集成的零输入电流纹波可扩展高增益DC-DC变换器。该变换器将磁集成技术与耦合电感纹波抑制技术结合,仅采用一个磁芯元件,既可消除输入电流纹波,又可获得高电压增益,并可形成一系列扩展单元,进一步提升电压增益,减小开关器件的电压应力。详细分析变换器的工作原理、稳态性能、增益扩展、磁集成原理和零输入电流纹波特性。为验证所提变换器相关理论的可行性,搭建一台140 W、24 V/400 V的实验样机,实验结果基本与理论分析一致。

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晶硅异质结（HJT）太阳电池电子接触电阻率测量

吴坚, 李硕

2025, 46(1): 609-614. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1434

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对太阳电池而言,较低的接触电阻率是实现高转换效率的关键参数,特别是对于载流子选择接触的结构,比如晶硅异质结（HJT）太阳电池。接触电阻率（ρc）通常用Cox-Strack方法（简称CSM）或转移长度方法（TLM）计算得到。无论是哪种方法,均需要在特定金属电极图案下测得,而难于在真实的太阳电池器件中测得。对于硅基异质结（HJT）太阳电池而言,接触电阻率（ρc）包含银（Ag）电极与氧化铟锡（ITO）的接触电阻率ρc1,以及ITO与p或n型掺杂非晶硅的隧穿接触电阻率ρc2。为此,要精确测得ρc1和ρc2,需分别制备特定结构以便测量。该文提出一种新的TLM测试方法,在实际的HJT太阳电池器件上,同时测量出电子在Ag/ITO界面的接触电阻率ρc1值2.5~3.1 mΩ•cm²,ITO与n型掺杂非晶硅的隧穿接触电阻率ρc2值21~24 mΩ•cm²。这两个值与文献报道基本一致。

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自然降雨驱动的光伏组件清洁周期动态更新策略研究

刘卫东, 吴锦华, 胡珊, 闻海浪

2025, 46(1): 615-623. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1446

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提出一种考虑自然降雨对灰尘沉积的清洁效果及其对发电量影响的光伏组件清洁周期的动态分析设计方法。该方法采用关联图法和相关性分析确定影响光伏组件清洁及发电量的主要因素,以此为基础建立降雨量和灰尘沉积的定量关系和考虑灰尘沉积影响的发电量预测模型,再将其应用于动态更新或调整清洁周期。所提出方法应用于浙江省杭州市某光伏电站清洁策略的制定,结果表明清洁周期动态更新策略下的清洁总成本相较于不清洁时降低20.04%,相较于固定清洁周期方法降低3.63%。

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阀门开度对光伏水泵提水系统影响研究

赵航, 朱德兰, 张廷宁, 李钊, 纳扎罗夫·胡代贝尔迪, 柳昌新

2025, 46(1): 624-631. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1461

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针对不同辐照度下光伏水泵提水系统管路特性固定导致较多太阳能浪费的问题,探究不同辐照度与阀门开度下光伏水泵流量与扬程变化规律,根据光伏供能与提水管路需能供需平衡理论分析,建立辐照度、管道流量、阀门开度的数学关系式,对其求导得出最大流量阀门开度模型,并试验验证。结果表明：随着辐照度增大,光伏水泵的流量、扬程同时增大,利用建立的最大流量阀门开度模型,对不同辐照度下提水高度为14 m的光伏提水系统的阀门开度进行调节,以瞬时流量最大为目标,相比于阀门全开,调节后提水量增幅为79.66%,表明通过调整阀门开度可有效提高光伏水泵提水系统的提水量。

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基于CLD-COA-ELM的光伏阵列故障诊断方法研究

张健, 赵咪, 黄毅, 李景云

2025, 46(1): 632-640. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1468

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为提升光伏阵列故障诊断的准确率,提出一种基于改进长鼻浣熊优化算法优化极限学习机的光伏阵列故障诊断方法。首先,分析阵列中光伏组件在发生故障时的输出特性,选择合适的故障特征;其次,针对极限学习机在光伏阵列故障分类时初始权值和阈值的随机性问题,采用长鼻浣熊优化算法求解最优的初始权重和阈值;进一步地,针对长鼻浣熊算法初始参数的随机性和全局搜索能力的局限性问题,通过Circle混沌映射、莱维飞行和动态折射反向学习对该算法进行优化,提高寻优精度和速度;最后,结合光伏阵列故障实验数据,验证故障诊断模型的分类效果。结果表明,对于训练集和测试集数据,该诊断模型提高了故障分类精度,诊断率分别达到100%和98.33%,优于传统极限学习机、BP神经网络、支持向量机和卷积神经网络故障诊断的准确率。

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基于矩阵扰动法和传感器优化配置的光伏阵列故障定位方法

陈伟, 丁聪, 裴婷婷, 张馨尹

2025, 46(1): 641-653. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1479

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针对现有光伏阵列故障定位方法难以同时考虑组件的定位精度与成本的问题,提出一种基于信息熵原理的传感器优化配置法和矩阵扰动法的光伏阵列故障定位方法。首先根据光伏系统在不同故障状态下的特征数值,通过基于信息熵的传感器配置方法布置传感器并获取光伏阵列侧的输出值;然后构建响应矩阵并将矩阵的迹与谱半径作为故障特征,以响应矩阵的迹与谱半径随光伏阵列输出值在不同故障状态下的对应关系准确定位故障的位置;最后通过实验和仿真对提出的传感器配置和矩阵扰动法进行验证,实验与仿真结果验证所提方法的可行性和有效性。

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基于K-medoids-GBDT-PSO-LSTM组合模型的短期光伏功率预测

戴朝辉, 陈昊, 刘莘轶, 夏长青, 郭嘉毅, 于立军

2025, 46(1): 654-661. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1509

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为保障电网供需平衡和安全稳定运行,提高大型光伏电站功率预测的精度,提出一种基于K中心点聚类算法（K-medoids）、梯度提升树（GBDT）和粒子群优化算法（PSO）组合优化的长短期记忆神经网络（LSTM）的光伏功率短期预测模型。首先,采用K-medoids聚类算法对大规模光伏发电数据样本中的天气数据进行不同类别聚类,分为晴天、阴天和雨/雪天3种天气类型;然后,在已有数据基础上构造特征工程,使用GBDT算法分别进行特征重要性分析,筛选出对光伏功率预测具有显著影响的特征,并构建合适大小结构的优化数据集;最后,将重构后的数据集代入PSO算法优化的LSTM模型进行训练,以建立短期预测模型。实验结果表明,该模型拥有更高预测精度,相比单一LSTM模型,在雨/雪天下的RMSE指标降低了12.19%。

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基于改进鹰栖息优化算法的光伏系统MPPT控制

李炜康, 刘婷婷, 王哲铭, 于文英, 卢武, 刘永生

2025, 46(1): 662-668. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1516

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提出一种基于改进鹰栖息优化算法的最大功率追踪控制,算法首先对整个区域进行随机抽样,通过目标函数在抽样点寻找最优解,再对最优解进行二次抽样,从而实现从全局搜索到局部搜索的过渡。并在此基础上,引入适应值变量作为算法的反馈参数,实现了从全局搜索到局部搜索的自适应转变。仿真结果表明,与传统鹰栖息优化算法、布谷鸟算法及粒子群算法相比,所提算法在均匀光照,静态、动态局部阴影情况下均具有追踪速度快、收敛精度高和前期振荡小的特点,能有效提升光伏系统的最大功率跟踪效率和精度。

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基于多尺度特征融合SSDLite的光伏组件缺陷检测

项新建, 汤卉, 肖家乐, 王世乾, 张颖超, 王磊

2025, 46(1): 669-675. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1544

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为了应对光伏组件缺陷检测中人工检测速度缓慢以及使用YOLO等深度学习模型时速度较慢且硬件成本高的问题,提出一种基于SSDLite的多层特征融合轻量化目标检测方法。该方法采用MobileNetV2作为SSDLite模型的骨干网络,并从中提取3个不同层次的特征层进行特征融合。针对不同缺陷的尺寸特点,对模型中的先验框的大小也进行了重新设计。在MobileNetV2的瓶颈结构中引入CBAM注意力机制,以提高模型的检测精度。相比传统的SSDLite模型,该文模型平均精度从65.8%提高至72.4%,虽然速度略微下降,但已基本满足实际应用的需求。

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基于相似日与ISC-BiLSTM的短期光伏功率预测方法

杨轶航, 韩璐, 史华勃, 邓鑫隆, 陈梓桐, 孙如田

2025, 46(1): 676-685. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1548

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针对传统光伏功率预测方法的精度和鲁棒性难以兼顾的不足,提出一种结合相似日理论、改进麻雀算法（ISSA）与SE通道注意力机制的卷积（CNN）双向长短期记忆（BiLSTM）神经网络模型（简写为ISC-BiLSTM）,能实现短期光伏功率的准确预测。该方法首先通过相关性计算,筛选出影响光伏功率的主要气象因子;再使用模糊C均值聚类（FCM）方法对存在相似天气特征的相似日进行聚类;然后通过加入SE的CNN对主要气象参数与历史功率的时空特征进行充分提取;接着利用BiLSTM对数据序列间的依赖关系进行捕捉;最后通过ISSA对模型的超参数进行寻优,并选择超参数最优的模型进行功率预测。对比实验与仿真结果表明,该方法预测误差较低,能实现日前分钟级短期光伏功率的准确预测。

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基于横向联邦学习的分布式光伏超短期功率预测方法

祁鑫, 杨慧彪, 蒙飞, 李江鹏, 王鑫, 徐恒山

2025, 46(1): 686-695. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1553

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针对目前大多数分布式光伏系统无法应对其所承载用户的复杂用能行为给并网过程造成的影响,且用户数据隐私问题导致传统集中式的预测算法并不适用的问题,提出一种基于横向联邦学习的分布式光伏超短期功率预测方法,结合历史数据、光伏阵列的出力和用户用能行为等信息在本地站点构建基于AdaRNN的功率预测模型,利用门控循环单元提取特征参数,用于横向联邦学习网络对模型参数的聚合优化,实现了用户数据的可用不可见。通过仿真验证表明,该方法实现了用户隐私数据的保护,并有效提升了分布式光伏超短期预测功率的精度。

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预溅射层对铜铟镓硒薄膜择优取向调控研究

戴万雷, 高泽冉, 孙亚利, 蒋昭毅, 王英龙, 于威

2025, 46(1): 696-703. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0323

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采用高温直接溅射Cu-In-Ga-Se四元合金靶材工艺制备光吸收层,通过对预溅射层温度和厚度的调控,研究铜铟镓硒（CIGS）预溅射层对直接溅射法制备CIGS薄膜的（220）择优取向调控机理。结果表明,预溅射层沉积温度逐渐降低时,CIGS薄膜X射线衍射（XRD）I（220）/I（112）比值从0.43增大到1.05,晶粒尺寸逐渐变大且均匀。预溅射层厚度从0增加到120 nm时,I（220）/I（112）比值从0.48增大到1.12。在溅射温度为室温,预溅射层厚度为80 nm时,最终获得单点10.94%的器件效率。分析预溅射层表面AFM和XPS以及器件HRETM,发现低温预溅射层引入能够显著降低衬底表面电位,电压的振幅只有25 mV,较低的表面电位促进了高温沉积CIGS（220）择优取向,同时（220）择优取向促进了化学水浴工艺时Cd离子的掺杂,最终提升了CIGS器件效率。

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玻璃孔板-多孔介质太阳能吸热器耦合传热特性研究

戴贵龙, 陈雪淇, 王孝宇

2025, 46(1): 704-709. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1510

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为降低多孔介质吸热器的红外辐射散热损失,设计一种石英玻璃孔板与多孔介质吸收系数阶梯增加双层吸热器。通过高温传热实验和耦合传热模型,对双层吸热器的聚集太阳光热转换特性进行研究。结果表明：由于石英玻璃孔板对多孔介质红外热辐射的回收,与单层多孔介质吸收器相比,双层吸热器热效率提高10%;受石英玻璃孔板太阳光低吸收和流体的射流作用,双层吸热器前端的石英玻璃孔板固体温度较空气流体的出口质量平均温度低近300 K,双层吸热器具有明显的容积吸热效应。瞬态传热计算结果表明,固体域升温过程大概持续20 min,而流体出口温度需50 min进入稳态。研究结论为高效率多孔介质吸热器的设计与技术发展提供参考依据。

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基于WRF-Solar和VMD-BiGRU的超短期太阳辐射订正预报研究

段济开, 陈香月, 王文鹏, 常明恒, 陈伯龙, 左洪超

2025, 46(1): 710-716. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1395

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太阳辐射具有很强的非线性特征,给光伏发电并网带来诸多严重挑战。针对该问题,基于数值天气预报模式、机器学习和变分模态分解发展了一种订正预报方法：1）利用WRF-Solar模式对光伏站点的地表太阳辐射进行预报;2）采用变分模态分解（VMD）方法对其与观测值的偏差进行分解;3）利用双向循环神经网络（BiGRU）对分解后的各分量进行训练和预报;4）对各分量的预报进行求和后结合WRF-Solar的预报结果得到地表太阳辐射的订正预报结果。试验结果表明,经过VMD-BiGRU模型订正后,相比于WRF-Solar的预报结果MAE和RMSE的提升百分比分别为87.39%和87.29%,相关系数提高了0.25。

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