太阳能学报

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董伟良, 黄世昌, 黄君宝, 邵杰, 姚文伟

2025, 46(11): 1-10. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1178

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为提升多岛海域波浪要素预测准确性,基于1987—2022年期间长江口和浙江省近岸海域57场台风期多点同期实测波浪数据,采用资料整理分析法研究波浪在不同海域波高衰减系数,利用所提出的岛礁遮蔽系数量化岛礁位置、大小等因素对混合浪平均周期影响程度,结合实测混合浪波高-周期关系提出混合浪可能出现最大、小周期取值方法,最后通过理论公式推算出研究海域波浪底摩阻系数。结果表明：波浪向近岸传播过程中波高逐渐减小,受岛礁遮蔽波浪在多岛海域传播时波能衰减比开敞无岛海域快;多岛海域中在岛礁遮蔽作用下混合浪周期会逐渐减小,周期减小程度随岛礁遮蔽程度的增大而增大;在确定波高前提下,外海海洋站强浪向重现期波高-周期关系可作为混合浪可能最大周期,风浪波高-周期关系可作为混合浪可能最小周期;根据推算,长江口和浙东淤泥质近岸海域波浪底摩阻系数Cb为0.050 m²/s³,底摩阻系数f为0.009。

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基于线性霍尔的直驱式波浪发电系统控制研究

夏涛, 张其富, 圣凯, 周扬涛, 黄磊, 张仰飞

2025, 46(11): 11-19. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1271

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针对传统直驱式波浪发电系统因波浪频率与速度较低而导致其运行效率低下的问题,同时避免海水腐蚀和风浪冲击对发电装置的影响,提出一种基于线性霍尔的直驱式波浪发电最大功率跟踪控制策略。所提出的多层永磁内嵌式圆筒直线发电机功率密度较高,能有效防止海浪冲击破坏,而线性霍尔在波浪发电中可靠性强且耐海水腐蚀,能有效解决机械传感器和无位置传感器算法在海洋应用环境下的弊病。此外,根据机械共振原理提出波浪能最大跟踪策略,通过控制浮筒运动使其与波浪激励力同相位,从而提高波浪能转化效率。最后,搭建直驱式波浪发电控制策略仿真与硬件实验平台,实验与仿真结果吻合,验证所提出控制策略有效性。

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基于柱热源模型的同轴套管分段耦合模型研究

王晶晶, 郑建国, 邓军涛, 于永堂, 朱建民, 黄鑫

2025, 46(11): 20-28. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1224

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为有效描述地下埋管换热器系统的传热过程,便于地埋管换热器系统的优化设计。采用分层复合介质的方法和分段迭代计算,建立一种考虑土壤和钻孔传热过程的同轴套管换热器耦合解析模型,并基于试验及数值模拟结果验证模型的合理性。采用模型分析了初始地温分布、温度比对地埋管系统性能的影响。结果表明：忽略变温层的影响将会低估热交换器的换热能力,且对浅层地埋管换热性能的影响程度大于深层。另外,决定热交换量的不是入口流体温度高,而是入口流体温度与初始地温的差值高。

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水源热泵回灌时微生物菌在多孔介质中繁殖-沉积-脱离特性试验研究

赵军, 王宝琛

2025, 46(11): 29-34. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1286

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基于自主研发的砂层淤堵装置系统分别研究渗流方向和流体速度改变时大肠杆菌的“沉积-脱离”特性。试验结果表明：1）3种不同流速下大肠杆菌堵塞呈马鞍状,浓度变化值先增加后减小,回调后再减小。其中,卡喉处的大肠杆菌阻塞具有一定的“依赖性”,影响回灌的效率;2）在改变渗流方向并增大流速后,大肠杆菌“沉积-脱离”的动态平衡被打破,大肠杆菌的浓度值降低,原本沉积在孔隙内的大肠杆菌在外力驱动下发生运移。通过监测出口端液样发现浓度值有较大幅度的增加。结合工程实践,若采用回扬的方式处理大肠杆菌阻塞的井周,过长的清洗时间可能会产生新的堵塞物,反而无法达到彻底清洗井体的要求,因此需要控制回扬的合理时间。

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基于CEEMDAN和GA-BILSTM的锂离子电池剩余使用寿命预测

徐鹏, 冉文文, 黄媛, 李会娟, 肖科林, 万世斌

2025, 46(11): 35-43. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1019

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该文提出一种自适应白噪声完备集成经验模态分解（CEEMDAN）和遗传算法（GA）优化双向长短期记忆神经网络（BILSTM）的剩余使用寿命（RUL）预测方法。在该方法中,CEEMDAN对电池容量数据进行分解,同时对电池数据进行差分分析来获得特征输入,随后,采用GA优化BILSTM的超参数,建立GA-BILSTM的RUL预测模型,最后,在NASA数据集上进行验证。结果表明该方法能准确有效地实现RUL预测。

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新能源场站电化学储能暂态能量支撑优化控制模型

卢国强, 王恺, 马俊雄, 李子巍, 李子峰

2025, 46(11): 44-54. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1138

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该文研究一种提升新能源暂态稳定性的电化学储能能量优化控制方法。首先,研究含电化学储能系统的新能源电网暂稳态运行过程中的电化学储能系统特性,建立电化学储能系统暂稳态运行模型。然后,将电化学储能系统暂态能量控制划分为三层控制过程,提出电化学储能系统暂态能量控制方法,并以系统总控制成本为优化目标,建立电化学储能系统暂态能量控制优化模型,结合深度强化学习算法进行控制模型的优化求解。最后,以青海某地区的新能源场站数据搭建仿真算例,对所提控制模型进行分析验证,结果表明所提电化学储能系统能量控制优化方法在新能源暂态稳定性提升方面具有一定效果。

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基于熔盐储热系统的燃煤机组调峰灵活性研究

吕胜楠, 鹿院卫, 崔雅茹, 马彦成, 吴玉庭, 张灿灿

2025, 46(11): 55-60. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1168

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针对可再生能源快速发展造成的电网不稳定的问题,提出一种基于三罐熔盐储热系统的燃煤调峰机组,研究高温罐中熔盐温度和释热过程熔盐质量流量对机组调峰性能的影响。结果表明：高温罐中熔盐温度的升高可延长储热时间,增加释热过程机组发电功率和㶲效率,但会降低储热过程㶲效率。释热过程熔盐质量流量的增加使发电增量减小。对于完整的调峰过程,高温罐中熔盐温度越低、释热过程熔盐质量流量越小,燃煤机组的综合调峰性能越好。

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考虑光伏出力的储能系统容量优化配置研究

程跃珂, 王钰洁

2025, 46(11): 61-68. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1169

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为剔除光伏出力波动对储能配置的干扰,提出一种基于光伏出力预测模型和改进遗传算法确定最优储能容量的方法。基于长短期记忆神经网络（LSTM）预测光伏出力,利用变分模态分析（VMD）捕捉光伏波动特性,结合改进麻雀算法（ISSA）优化LSTM神经网络超参数建立VMD-ISSA-LSTM光伏出力预测模型。通过分割种群和改进突变算子改进遗传算法（GA）实现储能容量优化配置。由实际算例验证得到VMD-ISSA-LSTM预测光伏出力平均绝对误差、均方根误差、平均绝对百分比误差可达12.48 kW、14.44 kW、2.16%;改进后遗传算法平均收敛速度提升51.33%,算法耗时降低31.16%;考虑光伏出力优化后的储能容量装机成本降低6.63%,投资回收期减少0.7 a。算例结果表明：该方法有助于解决光伏出力波动造成的储能建设投资大、运行收益低、投资回收周期长等经济效益差的问题,有利于推动光伏储能事业持续健康发展,保障“双碳”目标顺利实现。

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面向资源集群调控的园区共享储能分布鲁棒优化配置方法

王晗雯, 马智刚, 钱欣, 徐勇, 蒋艳欣, 赖勇

2025, 46(11): 69-78. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1177

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针对高比例新能源渗透园区灵活调节能力不足、储能利用不合理问题,计及园区内用户集群碳配额交互和源荷不确定性,提出面向分布式资源集群调控的园区共享储能分布鲁棒优化配置方法。首先,考虑源荷匹配度建立园区分布式资源调度集群,并基于最优聚类模型生成源荷典型场景,刻画园区源荷功率的不确定性;其次,计及共享储能功率和容量动态分配机制,建立园区分布式资源集群共享储能灵活调控模型;然后,基于园区集群碳配额和功率交互,构建园区共享储能分布鲁棒优化配置方法,最小化储能年平均投资成本与园区运行成本之和,提升储能利用效益;最后,采用典型高比例光伏渗透园区为算例,验证所提共享储能配置方法在应对源荷不确定性和提升园区运行效益方面的有效性。

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基于IMOSSA算法的并网型风光蓄氢系统容量优化配置

李婵娟, 孟高军, 丁妍文

2025, 46(11): 79-86. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1189

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在保障风光氢储综合供电系统可靠性的前提下,为最大限度地降低单位发电成本,提升系统整体的经济性,该研究以离网型系统为基础,在目标函数中引入联络线功率相对标准偏差,以衡量系统稳定性,在经济性目标函数中引入阶梯型碳排放成本,并在约束条件中增加与电网交互功率约束、系统自平衡率约束,同时,提出一种计及电网分时电价的运行控制策略来改善系统的运行状况,采用IMOSSA算法形成最优配置方案。研究结果表明：此次优化可使系统自平衡率在10%~20%的范围内提升,有效降低系统年总净现成本约15%,充分证明所提研究方法的有效性。

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不同压缩比螺旋翅片对相变储能罐放热的影响机制

袁威, 韩瑞元, 杜双庆, 杨先亮

2025, 46(11): 87-97. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1213

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螺旋翅片对于相变储能装置的强化传热有显著作用,以传统螺旋翅片为基础,使用4种不同压缩比的螺旋翅片分析翅片数目对相变材料凝固的影响。首先通过数值模拟对具有不同压缩比的螺旋翅片型储能罐中的相变材料凝固过程进行研究,并分析4个罐体内部温度分布以及相变界面随时间的变化情况。其次,分析液相分数、平均温度、总放热量、凝固时间和平均放热速率。最后,对比不同传热翅片数量对相变材料的影响。研究结果表明,设计压缩比合适的螺旋翅片可有效促进储能装置相变材料的凝固,减轻下部温度垂直分层现象,优化相变储能罐的放热性能。压缩比为3的储能罐中的相变材料平均放热速率与标准储能罐相比较,发现平均放热速率由86.7 J/s提升到93.9 J/s,增幅达8.7%;同时全部凝固所需时间减少6.6%。压缩比为5和7时,平均放热速率分别下降到84.7 J/s和63.8 J/s,分别下降2.3%和26.4%;完全凝固时间分别增加18%和38.7%。在相变材料（PCM）体积恒定情况下,翅片数量为8、10和12的储能罐的整体完成放热,翅片数量为14的储能罐放热效果反而不如翅片数量为6时,表明螺旋圈数并不是越多越好。凝固速度随着压缩比和翅片数量的增加呈先上升后下降的变化趋势,完全凝固所需的时间则是先减小后增加。

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基于改进堆优化算法和TimesNet神经网络的锂电池剩余寿命预测方法

张楚, 王熠炜, 张越, 陈佳雷, 彭甜

2025, 46(11): 98-108. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1219

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提出一种基于改进堆优化算法和TimesNet神经网络的锂电池剩余寿命（RUL）预测方法。首先,采用核主成分分析（KPCA）对原始数据实施降维与去冗余操作,以提取关键特征。随后,构建一个基于TimesNet的深度学习模型来评估电池的RUL。为进一步提升模型性能,结合改进的堆优化算法（IHBO）对TimesNet模型的超参数进行优化。此外,引入误差校正机制来提高预测精度。实验结果表明,该方法在预测锂电池RUL方面具有较高的准确性,其均方根误差（RMSE）达到1.9937次,优于传统的时间序列模型。

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基于混合储能的绿色拖轮直流微网优化控制

程鹏, 狄晓珩, 夏宝龙, 潘韬, 秦林

2025, 46(11): 109-118. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1231

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为解决绿色拖轮在作业中引起的电力系统直流母线电压波动过大以及柴油发电机组和储能系统短时过载等问题,提出将带有电压补偿的下垂控制与虚拟直流发电机控制融入混合储能系统。先进行控制策略的理论分析,再基于Matlab/Simulink搭建混合储能系统,仿真验证控制策略可行性;最后将此控制策略融入绿色拖轮电力系统进行仿真实验。结果表明,融入混合储能控制策略后绿色拖轮柴油发电机组可以在除停泊工况外全工况下持续输出经济功率,直流母线电压稳态时稳定输出额定电压1000 V,暂态过程中电压波动≤1.5%,所提控制策略大大提高了绿色拖轮电力系统安全性和稳定性。

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计及储能实时调节的火电机组日前两阶段随机优化调度

张海波, 段瑞, 申杰, 黄松涛, 尚国政

2025, 46(11): 119-128. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1290

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为充分发挥储能的灵活调节能力以在日前调度阶段平滑火电机组计划出力,构建计及储能实时调节的日前两阶段随机优化调度模型。该模型同时考虑日前调度和实时运行模拟两阶段调度过程,在日前阶段基于风光预测输出确定火电机组的机组组合和备用容量计划,在实时阶段利用H-P滤波分解方法对风光实时场景的系统净负荷进行分解,将其分解为高频分量和趋势分量,利用储能实时调节来平抑净负荷的高频分量,火电机组来平抑净负荷的趋势分量,以此达到平滑日前调度阶段火电机组计划出力的目的。算例表明,该模型可有效减少火电机组计划调节次数,减少火电机组调节成本,提高火电寿命,且在现有新能源装机下本模型的应用效果随着地区新能源渗透率的提升而更加明显。

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改性海泡石基复合蓄热材料的制备与性能

钟金豹, 范浩熙, 王永鹏, 张剑, 孟祥一, 冯相龙

2025, 46(11): 129-135. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1303

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通过洗涤、干燥和高温煅烧等物理改性方法对海泡石处理得到改性海泡石（ST）,采用真空吸附法以月桂酸（LA）、棕榈酸（PA）二元共晶复合相变材料制备改性海泡石基月桂酸-棕榈酸复合相变蓄热材料（LA-PA/ST）。通过扫面差示量热仪（DSC）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析仪（TG）、热常数分析仪（Hot Disk）及热循环实验等测试方法对LA-PA/ST复合相变材料的热物性、结构分析、热稳定性、导热系数和热可靠性进行系统研究。结果表明：LA-PA与ST的最佳吸附质量比为1∶5时,LA-PA均匀分布在ST的孔隙中且在熔融状态下不发生泄漏。纯LA-PA相变材料导热系数为0.29 W/（m·K）,而LA-PA/ST导热系数为1.26 W/(m∙K),与纯LA-PA相比,LA-PA/ST导热系数大大提升;且在100 ℃温度下时几乎不失重,初始失重1%的温度为128.36 ℃;经过200次热循环实验后相变温度降低0.03 ℃;搭建实验平台进行光热转换特性测试,蓄热时间减少461 s,放热时间增加1711 s;实验数据表明LA-PA/ST具有良好的导热性、热稳定性和热循环稳定性。

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固体填充床储热性能实验与模拟研究

刘琰, 章颢缤, 叶成梁, 俞明锋, 张磊, 温航宇

2025, 46(11): 136-143. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0258

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为研究卧式固体颗粒填充床系统的储热性能,搭建以空气作为传热介质的实验装置,对储/放热过程的热力学特性和压降变化进行了实验与数值模拟研究。结果表明,填充床储放热效率达到95.5%,热空气入流速度从0.40 m/s增至1.96 m/s时,储罐有效利用率提高15个百分点,储热时间缩短70%。运行过程中,填充床顶部出现沉降现象,导致后段填充床提前加热,整体储热量降低。通过在床层顶部设置合理插入深度的挡板,可有效缓解空气旁路问题。当储热滞后系数k=1时,空气层与填充床温度场推移速度一致,此时挡板插入深度最优。

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机械设计参数不确定性下PEMFC用气体扩散层（GDL）接触压力分布的研究

陈波, 李亚敏, 贾蒙, 杨治军

2025, 46(11): 144-153. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1256

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为降低质子交换膜燃料电池（PEMFC）机械维护的强约束性,提升其性能、延长其各组件的使用寿命,该文从气体扩散层厚度、气体扩散层孔隙率、双极板弯曲半径3个确定参数的不确定性机械设计参数出发,基于高斯定律概率方法对机械不确定性参数对接触压力的影响进行评估。探讨了气体扩散层厚度、气体扩散层孔隙率、双极板弯曲半径3个宏观尺度与GDL接触压力这一微观尺度之间的关联;研究了机械设计参数的不确定性及其对接触压力的影响,并利用集成不确定性建模/仿真对GDL尺寸的可靠性进行实验验证。

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氨氢燃烧驱动的氨裂解制氢工艺分析及NO_x排放研究

袁小雪, 刘伟, 刘斌, 康宗耀

2025, 46(11): 154-162. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1638

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利用Aspen Plus建立以氨燃烧为能量来源的氨分解制氢模型,分析影响氨分解率的因素,并详细研究氨燃烧时的绝热火焰温度及NO_x的排放情况,最后将以氨燃烧和以氢燃烧为能量来源的两种系统进行比较。结果显示,氨分解主要发生在分解器入口处,入口提供的热量可显著提高分解效率。氨分解率与反应器压强呈负相关,与温度呈正相关。以氨燃烧为能量来源的系统相比于以氢燃烧为能量来源的系统NO的排放下降了约50%。

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基于相变换热形式的金属氢化物储氢性能实验分析

朱作洪, 柴牧, 刘振安, 何宽芳

2025, 46(11): 163-170. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1758

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为研究基于相变换热形式的固态金属氢化物储氢罐换热性能的影响,搭建以相变换热的固态金属氢化物储氢罐测试平台,利用相变材料在相变过程中的吸热行为对固态金属储氢罐吸氢过程进行散热,同时分析储氢合金吸氢过程中的热力学性质。最后设计不同相变材料熔点、壁厚及吸氢压力条件下的吸氢实验,测试不同相变材料熔点、壁厚及吸氢压力等关键参数对AB₅型固态金属储氢罐吸氢性能的影响。结果表明：反应初期,壁面与相变材料的热传递以传导为主。随着反应的进行,相变材料发生熔化,更多的高温液态相变材料向上流动,推动上部的液体界面移动,在重力的作用下产生热浮力现象,自然对流在相变换热中占主导地位。在初始条件下,较高的吸氢压力和较厚的相变材料壁厚对吸氢效率均具有促进作用,较高的吸氢压力会加剧热交换行为,较厚的相变材料壁厚能提高热能吸收总量。同时,较低的相变材料熔点可提高罐体的吸氢效率,使罐体内部温度加速下降。

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氢能系统工程智能设计理论与方法初探

程友良, 丁瑞, 王乃潇, 张磊, 樊小朝, 马伊宣

2025, 46(11): 171-180. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1916

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运用系统工程的理论框架与实践方法,对氢能系统进行初步探索,全面梳理智能设计领域的核心理论与方法,涵盖参数化几何建模、智能优化算法、知识工程、多学科设计优化、数字孪生以及生成式设计等多个方面。通过详细探讨这些理论在氢能系统工程中的实际应用状况,强调了智能设计对于推动氢能技术进步与产业升级中的关键作用。此外,还展望了人工智能技术在未来氢能经济社会中的应用前景,特别指出智能设计将有助于提升氢能系统各环节的运行效率、加速氢能产业的智能化升级与可持续发展。

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基于多元气象信息和改进组合神经网络的分布式光伏短期功率预测模型

吴伟丽, 米婵, 李磊

2025, 46(11): 181-192. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1159

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为提高光伏发电功率预测的准确性,提出一种考虑邻近电站气象信息的多元气象特征和改进组合神经网络的光伏功率短期预测模型。首先,考虑相邻分布光伏电站之间的地理因素和气候条件的相关性,利用灰色关联法确定待预测电站的主要影响因素,构成多元气象信息关键特征作为预测模型的输入序列。其次,结合时间卷积网络（TCN）对输入序列信息有效提取和双向门控循环单元（BiGRU）对数据双向学习的优势,搭建TCN-BiGRU组合预测模型,并采用改进后的灰狼优化算法（IGWO）对BiGRU进行超参数寻优,实现光伏发电功率的高精度预测。最后,利用实测数据对所提模型加以验证,并与同类方法进行对比。结果表明与多元气象信息结合,预测模型能够有效提高一年四季中不同类型天气的发电功率预测精度;与其他预测模型相比较,即使在气候条件剧烈变化或随机变化时,所提方法的预测结果也能呈现出良好的预测精度。

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隧穿层和后退火温度对PECVD法制备的TOPCon钝化性能影响的研究

王皓正, 林文杰, 彭梦云, 王永谦, 邱开富, 余学功

2025, 46(11): 193-199. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1167

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深入探讨利用等离子增强化学气相沉积（PECVD）技术在制备N型高效隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）太阳电池中的应用,着重分析隧穿氧化层与多晶硅层的关键工艺参数及其对电池钝化性能的影响。实验结果显示,隧穿氧化层的厚度对电池的钝化效果起到至关重要的作用。当氧化时间控制在105 s时钝化效果最佳,主要是因为此隧穿氧化层厚度能在载流子的隧穿概率与界面钝化效果之间实现最佳平衡。此外,退火温度也是钝化性能的关键影响因素,其最佳范围为915~930 ℃。高温退火不仅可促进磷掺杂的激活,还可减少界面缺陷,显著提高界面质量。多晶硅层的磷元素掺杂量也会影响钝化性能。随着磷掺杂量的增加,多晶硅层的场钝化效果增强,从而可提升整体的钝化性能。然而,过高的磷掺杂量可能会导致硅表面出现严重的俄歇复合现象,从而削弱钝化效果。通过精确控制隧穿氧化层的厚度和退火温度,可提升TOPCon电池的钝化效果,分析氧化时间及退火温度的影响,揭示各参数之间的复杂相互作用。最终,通过对Topcon电池关键工艺参数的深入模拟,揭示优化条件下的高效能表现,以期为工艺改进和实际应用提供科学依据与技术支持。

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基于AHP-GIS的山地光伏项目选址适宜性评价——以云南省会泽县为例

王丽娟, 王森, 骆梦贺, 赵俊宝

2025, 46(11): 200-209. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1182

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针对紧缩的土地利用政策和复杂地形约束下导致的选址困难问题,基于层次分析法结合云南山地的地形地貌特征,对当前土地利用格局进行分析,构建山地光伏项目选址适宜性评价指标体系,通过ArcGIS构建山地光伏项目选址适宜性评价模型,对云南省会泽县境内土地进行山地光伏项目选址适宜性评价。评价结果表明,会泽县境内土地适宜度为：极适宜区占总面积的7.52%、高适宜区占16.86%、中适宜区占14.19%、低适宜区占7.63%、不适宜区占53.80%,适宜地区整体呈现“北多南少,沿路分布,中部集聚”的特点。

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基于相似日聚类和WOA-VMD-TCN-Transformer模型的短期光伏功率研究

赵丹阳, 汤旭晶, 汪恬, 郭威

2025, 46(11): 210-218. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1187

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针对光伏输出功率波动显著且预测难度较大的问题,提出一种基于相似日聚类的WOA-VMD-Transformer的组合光伏功率预测模型。首先,利用K-means++算法进行相似日聚类;然后,采用鲸鱼优化算法（WOA）对变分模态分解（VMD）的参数进行寻优,将光伏功率序列分解为多个本征模态函数（IMF）;将IMF分量和气象因子加权合并成新的特征向量输入后续模型;并基于TCN-Transformer模型,分别预测不同天气类型下的IMF,叠加后得到预测值。最后,以澳大利亚中部爱丽丝泉沙漠太阳能研究中心的Hanwha Solar光伏场站一年的光伏发电和气象数据作为实例,对模型的有效性加以验证。消融实验和综合评估表明,所提模型在各类天气下均可取得较高的预测精度。

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基于综合相似日选取和二次分解的NGO-CNN-LSTM光伏功率短期预测研究

宋煜, 许野, 王旭, 李薇, 陈哲

2025, 46(11): 219-234. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1188

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针对当前光伏发电功率预测的数据预处理过程中相似日选取评估标准单一、原始功率序列呈现波动性和非平稳性以及预测模型的最佳参数组合生成存在困难等问题,提出一种基于相似日选取和二次分解的北方苍鹰优化卷积神经网络-长短期记忆网络（NGO-CNN-LSTM）日前光伏发电功率短期预测模型。首先,在利用皮尔逊相关系数法选取主要气象因素的基础上,运用欧氏距离和弗雷歇距离相结合的综合相似日选取法选定待预测日的历史相似日,构成训练集合;其次,运用完全自适应噪声集合经验模态分解（CEEMDAN）对训练集的历史功率序列进行一次模态分解,并引入多尺度排列熵（MPE）对高熵值分量进行重构;然后,使用基于北方苍鹰算法（NGO）的变分模态分解（VMD）方法对重构的非平稳分量进行二次分解,并根据多尺度排列熵（MPE）值将两次分解的分量进行重构;最后,分别构建重构序列的NGO-CNN-LSTM模型,并将预测结果进行叠加得到最终预测结果。通过云南光伏电站案例分析表明,基于相似日选取和二次分解的NGO-CNN-LSTM模型的预测精度更高,能对电站生产规划调度的合理制定提供科学有效的指导。

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一种高分辨率的光伏短期功率预测模型

张飞, 廖乾国, 李兴财, 胡伟伟, 薄天利, 马鑫

2025, 46(11): 235-243. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1190

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提出一种新颖的混合预测模型,该模型采用麻雀搜索算法（SSA）优化变分模态分解（VMD）的参数。随后,模型利用VMD和带有自适应噪声的完整集成经验模态分解（CEEMDAN）对光伏功率数据进行二次分解。接着,应用卷积神经网络和带有注意力机制的长短期记忆网络（CNN-LSTM-Attention）对分解后的序列数据进行训练和预测。对所提模型在不同天气条件和分时间辨率下进行验证,结果表明在不同时间分辨率（2或10 min）、预测范围（1、3或5 d）和不同天气条件下,该方法的预测性能均优于其他方法,预测值的相关系数均超过0.97。

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基于结温免疫电参数组合的IGBT模块键合线老化监测方法

范合畅, 杜明星

2025, 46(11): 244-250. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1193

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摘要：提出一种基于结温免疫电参数组合的绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块内部键合线老化监测方法。研究IGBT模块的阈值电压、跨导、键合线老化和结温之间的关系。IGBT模块跨导包含有关键合线老化状态和结温变化的信息。阈值电压作为估算结温的最佳参数之一,在测量时间较短、键合线断裂未引起明显结温差时,无法评估键合线老化状态。利用模块跨导和阈值电压之间键合线老化表征的差异,可消除实际应用工况下多因素造成的温升差对键合线老化状态监测的影响。

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融合自适应规则的校正型光伏微网负载侧变换器自抗扰控制

马幼捷, 庞笑琴, 周雪松, 刘熠铭, 张心茹, 王嘉伟

2025, 46(11): 251-259. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1194

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针对复杂不确定性扰动导致光伏微网需求侧变换器输出电能质量恶化问题,提出一种融合自适应规则的校正型自抗扰控制策略。首先,对线性扩张状态观测器部分的扰动观测传递函数进行修正,避免到达稳态时存在一定的误差,使其实现对总扰动更精确的跟踪;其次,以规则设计作为参数优化机制对外环控制器参数进行在线实时调整,进一步优化系统的快速响应性能与控制准确性;随后,基于对总和扰动重构能力、扰动抑制能力等方面的理论推导,指出所提策略能有效提升系统控制品质的内在依据,同时借助李纳德-戚帕特稳定判据证明系统稳定性;最后,通过数字仿真结果以及参数摄动下的鲁棒性分析验证该策略的有效性与可行性。

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基于Time-GAN的串联电弧电流超分辨率重建

龙葵, 牟炜淇, 李秋惠, 刘嘉威, 陈旭凯, 苏盛

2025, 46(11): 260-271. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1199

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针对串联电弧高频数据提取困难的问题,提出基于时间序列生成对抗网络（Time-GAN）的串联电弧电流超分辨率重建方法,旨在对时域采样的电流信号进行超分辨率处理,以获取更高频的电流信号。首先搭建光伏系统下低压电弧故障真型实验平台,用不同采样率采集相关数据;然后分析不同采样率对数据时频域采集的影响;再对低采样率的时序数据进行超分辨率重构,生成高频的电流采集数据;最后与高采样率电流信号对比。实验结果表明,基于Time-GAN的超分辨率算法能有效提升电弧电流的采样频率。

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PCB封装胶膜复合改性及紫外老化机理研究

张媛娟, 申福花, 徐锦波, 张立军, 林欢

2025, 46(11): 272-279. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1212

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以聚乙烯醇缩丁醛/氮化硼/碳纳米管复合胶膜为研究对象,针对辐照时长和辐照度两个影响因素开展人工紫外照射实验,并通过瞬态电热技术测量其热物性。研究结果表明：复合胶膜在氮化硼与碳纳米管的质量比为5∶5时导热性能最佳;经过10 W/m²辐照度的紫外照射后,复合胶膜的导热系数仍可达0. 26 W/（m·K）;随着辐照时长的增加,材料内部结构开始出现断裂和降解现象。通过液体核磁表征分析胶膜在紫外照射前后特征峰的变化,探究复合胶膜紫外老化机理以及交联反应和降解反应对材料导热性能的影响。

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YOLO-DSBF：一种新的太阳电池缺陷识别方法

何羿颉, 楚瀛, 夏能弘, 江正源, 李曦

2025, 46(11): 280-288. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1226

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针对当前太阳电池缺陷检测模型存在识别精度低、检测不准确等问题,该文提出一种新的太阳电池缺陷识别方法YOLO-DSBF。首先,将YOLOv8头部网络中的C2f层融合动态蛇形卷积（DSConv）设计C2f_DSConv模块,使其能够自适应聚焦于细长局部缺陷;其次,在颈部网络中引入动态稀疏注意力机制（BiFormer）实现更灵活的内容识别和计算调配,提升模型的特征提取能力;然后,针对微小缺陷点,添加小目标检测层,降低漏检率;最后,采用GIoU损失函数替代原有的综合交并比（CIoU）损失函数,有效提升算法的回归性能。实验结果表明,相较于基准模型YOLOv8n,该模型mAP@0.5、mAP@0.5：0.95、精确度分别提升5.64%、5%、13.29%。该模型对比其他检测模型,在不增大模型尺寸的同时提高了检测精度,能更好的适用于太阳电池缺陷检测任务。

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开敞海塘前沿潮滩波浪统计特征分析

黄世昌, 董伟良, 石磊, 邵杰

2025, 46(11): 289-298. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1234

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基于波浪耗散型海塘前沿两次外围台风过程的波面测量,测量数据反映了超浅海极缓坡条件下潮汐过程的波浪统计特征。测点处于破波区,在潮滩漫水到高潮过程中最大波高与水深比可达0.61,存在破碎后的波浪重组,均方根波高与水深比相对较低,限于0.3以内,受波浪破碎的限制,两次台风过程中最大波高与平均波高的比值统计平均分别为1.46和1.47。瑞丽分布和格鲁霍夫斯基分布分别能较好拟合水深2 m以下和3 m以上的波高分布,对于水深介于2~3 m的潮波过程两类分布拟合精度均略差。实测波高的偏度大多数为正偏,峰度基本上是负值,波高的分布比瑞丽分布更接近对称分布,比瑞丽分布和格鲁霍夫斯基分布更平坦,分布域更广,峰度系数与偏度系数具有良好的相关性。谱分布表明,“卡努”台风期间涌浪集中的低频波区段占主导地位,风波集中在高频区段,存在次生的更低频波动,能量较弱;“海葵”台风期间,两处低频波区段占主导作用,风波集中在高频区段,整体较弱。

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基于改进相空间重构和多通道卷积-FPN网络的光伏功率短期预测

赵欣, 罗嘉宾, 姜安琦, 胡皓, 马宇坤, 张淑清

2025, 46(11): 299-307. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1239

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针对光伏功率不确定性大导致其预测精度不高的问题,提出一种基于改进相空间重构和多通道卷积-FPN网络的光伏功率短期预测方法。首先改进了相空间重构的方法,通过基于符号分析的极大联合熵求取延迟时间,减少计算量;通过改进Cao算法快速自动确定打开混沌结构的嵌入维数,具有准确性和高效性。再用改进相空间方法重构光伏功率,并证明其有混沌特性,经过多通道卷积神经网络（Mul-CNN）提取混沌特征,同时利用FPN网络,将光伏功率混沌特征与气象等特征进行特征融合作为FPN网络的动态输入特征,充分挖掘数据间的空间特征,最后通过多个全连接层得到预测结果。该方法在国内公开数据集上做应用实验,通过与其他网络模型相比,证明该预测模型的准确度更高。

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基于MODE算法的光伏逆变器机电暂态模型LVRT控制方式与控制参数辨识研究

徐恒山, 王思维, 张旭军, 李晨阳, 黄永章

2025, 46(11): 308-318. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1242

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针对光伏逆变器低电压穿越（LVRT）控制方式及参数难以获取,导致建立精确仿真模型、分析并网特性受限的问题,提出一种基于多目标差分进化（MODE）算法的光伏逆变器机电暂态模型控制方式与参数辨识方法。首先,基于RT-LAB实时仿真平台进行光伏控制器半实物LVRT测试,获取参数辨识所需工况数据;其次,提取工况关键点建立辨识数据集,采用MODE算法分别辨识出逆变器在指定功率和指定电流方式下的控制参数,并引入自适应调参策略和非支配排序法改进算法性能;最后,对比LVRT工况在不同控制方式下的仿真效果以确定逆变器控制方式。结果表明,所提方法能准确辨识逆变器机电暂态模型的控制方式与参数。

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基于IDBO优化的BiTCN-BiLSTM-SA光伏组件积灰预测

冯平平, 文桥, 王霄, 杨靖, 王涛, 徐凌桦

2025, 46(11): 319-329. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1244

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提出一种基于改进蜣螂优化算法（IDBO）的双向时间卷积网络（BiTCN）和双向长短期记忆网络（BiLSTM）结合自注意力机制（SA）的光伏组件积灰预测模型,用于对光伏组件透光率进行有效预测,再基于透光率与积灰密度的拟合公式,实现光伏组件的积灰预测。预测模型利用BiTCN提取局部特征、BiLSTM捕捉全局时间依赖关系,并通过SA优化特征权重分配,以提高预测精度。同时,使用IDBO优化模型超参数,进一步提升预测性能。通过搭建物联网采集平台获取光伏组件透光率及相关环境数据制作数据集用于模型仿真分析。实验结果显示,所提模型的均方根误差为0.0126,平均绝对误差为0.007,预测精度达到96.26%,整体优于其他算法,提升了光伏组件积灰预测的精度。

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双坡光伏阵列风荷载特性试验研究

邱冶, 邓楷颖, 伞冰冰, 危欣, 望世雄

2025, 46(11): 330-338. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1250

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为研究双坡光伏阵列的风荷载特性,通过刚性模型风洞测压试验,研究风向角、光伏组件倾角和间距对其平均风压系数、体型系数、干扰因子和极值风压系数的影响规律,通过脉动风压谱分析讨论了光伏组件易损区的风压分布机理,与中美荷载规范进行比较并给出风荷载取值建议。结果表明：风向角0°和15°分别为光伏阵列中迎风和背风组件体型系数的最不利风向,倾角20°时中国规范取值偏于不安全;光伏组件风荷载对倾角和风向角的敏感程度大于组件间距;双坡光伏阵列的风致干扰效应不可忽略,倾角越大遮挡效应越显著,但在特定工况下会出现放大效应;在分离剪切层形成的旋涡作用下,双坡光伏组件的风压与吸力极值均出现在端部迎风角部区域,组件倾角增加,极值风压系数绝对值增大,围护结构设计风荷载的规范建议值偏于保守。

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光伏组件减反增透和自清洁薄膜的研究进展

陈高, 郑达敏, 佟卓, 朱奥林, 王君, 童海霞

2025, 46(11): 339-349. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1257

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该文介绍了减反增透及自清洁薄膜的原理和应用,通过调控薄膜的折射率、厚度及层数,能够有效减少光线反射损失,同时增强透过率,从而提高光电转换效率。并对单层、双层及多层减反增透薄膜的优缺点进行了评论。在减反增透的基础上增加自清洁功能,通过与光催化材料复合和表面改性,实现亲水或疏水功能化,对减反增透自清洁薄膜进行评述。最后对其未来的发展前景进行了展望。

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兼具有源阻尼器功能的多功能光伏并网逆变器

屈艾文, 桂仁傲, 赵文波, 江东伯, 周扬忠

2025, 46(11): 350-362. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1280

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为提高电网阻抗在变化范围大时光伏并网多逆变器并联系统稳定性,提出一种基于储能型准Z源逆变器的兼具有源阻尼器功能的多功能光伏并网逆变器,同时实现并网发电和谐振抑制功能。首先给出多功能并网逆变器电路参数设计准则,然后给出考虑锁相环影响的基于逆变器侧电流反馈的整体控制策略和控制参数设计方法。在控制策略中不仅通过在电容电流反馈环路中采用相位滞后补偿来增大其原始端口阻抗的相位裕度提高系统稳定性,且通过在多功能逆变器输出端构造满足阻尼目标谐振频段的虚拟阻抗以实现多逆变器并联系统的谐振抑制。最后通过实验验证了所提多功能光伏并网逆变器的可行性和有效性。

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基于改进布谷鸟搜索-支持向量机的光伏阵列接地故障诊断

赵靖英, 李必成, 吴晶晶, 刘建猛

2025, 46(11): 363-373. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1289

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研究了光伏阵列在复杂环境下易出现的线-地故障、单极接地及雨天接地等故障。针对低辐照度或较高比例失配时线-地故障无法有效检测的问题,提出基于多辐照模式的关键参量变化规律,确定最右功率峰值电压VRPP、最右功率峰值电流IRPP为线-地故障特征量。通过皮尔森相关系数分析故障极与非故障极的电压相关性,确定单极接地故障特征量。针对雨天接地故障产生共模电流的机理,基于小波变换和总谐波畸变率提出故障特征量。最终,构建基于改进布谷鸟搜索算法优化支持向量机（ICS-SVM）的光伏阵列接地故障诊断模型,并通过晴天和雨天不同辐照度的仿真和实验验证,证实了所提接地故障特征量的有效性及模型的诊断精度与收敛速度。

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CloudSwinNetLite：轻量级地基云图细粒度分割网络

石超君, 谢雄彬, 张珂, 苏子博, 张筱筠, 李星宽

2025, 46(11): 374-382. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2425

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在现有的云图分割研究中,大多数方法仅简单将天空和云层进行分割,忽视了不同类型云层之间的差异。且现有模型计算开销较大,运行效率较低,难以满足实时分割云图的需求,无法有效支持超短期光伏功率预测。针对此问题,提出一种轻量级云图细粒度分割模型CloudSwinNetLite。该模型采用编码-解码结构,以Swin Transformer作为基础模块,使用轻量级多头自注意力机制（W-GLWMSA）和基于Ghost的反向残差前馈网络（GIRFFN）,在保持网络分割性能的同时,实现计算轻量化。实验结果表明,CloudSwinNetLite与其他分割模型相比,能够在较低计算开销下实现对不同类型云层更加有效的分割。

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考虑吸热器工作状态的太阳能热发电系统精细化建模与分布鲁棒机组组合研究

林克曼, 项文昕, 顾然, 王璨珉, 吴峰, 白建波

2025, 46(11): 383-394. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1034

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考虑太阳能热发电系统吸热器工作状态,提出含光热发电系统的分布鲁棒机组组合决策方法,该方法充分考虑光照不确定性对光热发电系统出力的影响,保障决策的鲁棒性和经济性。首先,建立考虑吸热器工作状态的光热发电系统精细化模型,准确描述光-热-电全过程特性和实时储热状态;其次,基于光伏与光热互补运行机制,建立以运行总成本最优为目标的分布鲁棒机组组合模型,采用列与约束生成算法求解;最后,通过历史数据聚类生成典型场景,验证了所提方法的有效性。

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基于太阳光环境的锯齿型连栋温室脊位比优化

齐子皓, 魏珉, 王少杰, 管仁辉, 孙宏宇, 宋皓然

2025, 46(11): 395-404. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1140

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以常德市拟建单跨8 m的屋顶锯齿型连栋温室为研究对象,从生产及工程建设需求出发,利用新型建筑环境仿真插件集Ladybug Tools,探明走向与脊位比变化对温室内太阳光环境的影响,得到东西、南北走向锯齿型连栋温室的最优脊位比。结果表明：东西、南北走向下,均以脊位比为5.6∶2.4时对应的锯齿型连栋温室采光性能最好;各脊位比下的锯齿型连栋温室日间照度均以南北走向高于东西走向;最优脊位比下,东西、南北走向连栋温室的照度差异较小,但太阳辐照度差异较大,东西走向较南北走向连栋温室内部太阳辐照度平均提升7.47 W/m²,即东西走向连栋温室对太阳辐照度的获取能力更强。该文实现了基于Ladybug Tools的园艺设施太阳光环境仿真,优选得到锯齿型连栋温室的最优脊位比。

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菲涅尔聚光的太阳能脉动热管集热器性能实验研究

李晓琳, 吴海峰, 徐荣吉, 王瑞祥, 赵远强

2025, 46(11): 405-411. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1200

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为提高建筑太阳能利用效率,提出一种基于菲涅尔聚光的太阳能脉动热管集热器,并以碳纳米管掺杂的金属纳米流体为传热介质,实验测试了该装置的运行性能。对比研究发现,掺杂后的金属纳米流体表现出较好的吸光特性,且浓度越大吸光性能越好;在测试时段,集热器蒸发段流体的最高集热温度为119.5 ℃,当浓度0.015‰时装置的平均光热转换率最高（69.4%）,比氢氟醚提高了48.5%;适当降低脉动热管的充液率有利于太阳能转化效率的提升。

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基于双线性臂驱动的五边形定日镜风压变形研究

高博, 徐晓成, 杨翔宇, 黄涛, 毛凯

2025, 46(11): 412-418. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1206

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针对双线性臂驱动的五边形定日镜,构建48.5 m²的正五边形定日镜模型,采用SST k-ω湍流模型进行数值模拟。研究的主要目的是评估其表面风压及周围流场特性,并分析不同仰角下的阻力系数和压力分布。此外,利用静力学结构分析模块探讨风压对镜面形变的影响。模拟结果表明,阻力系数随仰角的增加而逐渐上升,最大阻力系数达到1.28。同时,结构-流场耦合分析显示,当仰角为90°时,镜面的形变达到最大,形变量为6.24 mm,且最大形变位置位于定日镜上方的尖角处。

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考虑用户随机出行行为的大规模电动汽车集群调度策略

骆徐, 程静

2025, 46(11): 419-430. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1130

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针对大规模电动汽车难以调控和新能源并网即时消纳率低的问题,提出一种考虑用户随机出行行为的电动汽车集群与电网交互的调度策略。首先,基于路网拓扑和NHTS2017数据库构建用户出行场景,以蒙特卡洛方法模拟用户随机出行行为;其次,引入电动汽车集群运营商概念,实时计算提取用户车辆特征和时空特征,以闵可夫斯基和理念创建电动汽车集群的调度物理模型;最后,以运行成本最低为目标,建立考虑用户随机出行行为和充电需求的分布式电网综合调度模型,求解各主体出力最优分配方案。以江苏某分布式电网为算例,仿真分析表明,所提调度策略降低了用户充电费用,提升了用户随机出行满意度和新能源消纳水平,减少了火电机组运行成本,实现了电动汽车用户与电网的友好互动。

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面向低碳目标的数据中心与含新能源电-水耦合系统联合规划

张家祎, 曾博, 王源, 孟自帅, 梁晨

2025, 46(11): 431-440. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1132

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数据中心作为一种高速发展的新兴负荷,具有高能耗和高水耗特性,间接导致大量碳排放。为响应国家低碳发展目标并促进资源可持续利用,提出一种考虑分布式新能源接入及碳交易市场的数据中心与配电网-配水网联合规划策略。考虑模型中的不确定性,为兼顾系统的经济性、低碳性与鲁棒性,采用两阶段分布鲁棒优化方法进行求解,并通过交替优化处理下层问题的0-1变量。最后,通过算例分析,验证所提方法的有效性。

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基于改进MOGRO的港区配电网无功优化策略研究

季振东, 黄立飞, 虞坚阳, 刘晓康, 张伟, 候姝斌, 柴婷逸

2025, 46(11): 441-450. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1136

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针对港区配电网中大规模分布式新能源和冲击性负荷接入下的电压频繁波动问题,提出含电能路由器和多种分布式能源的港区配电网无功优化策略。首先,基于港区冲击性负荷和无功调控设备的特性分析,建立以网损和电压偏差最小为目标的无功优化综合模型;然后,提出改进的多目标淘金算法（MOGRO）作为优化求解算法;最终,基于改进的IEEE-33节点系统进行多场景对比仿真分析,验证了改进MOGRO算法相较于其他算法的优越性;同时,结果表明,含电能路由器的港区配电网在无功优化方面相比含有载调压器（OLTC）的港区配电网更具优势。

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双碳目标下高校校园太阳能-空气源热泵供暖系统优化设计及节点碳势分析

罗西, 王玉盼, 张园庆

2025, 46(11): 451-460. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1137

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以太阳能-空气源热泵供暖系统为例,在对系统进行容量配置与运行策略联合优化设计的基础上,提出考虑能量品位差异的流-碳流节点碳势计算方法,并将其应用于西安某高校校园太阳能-空气源热泵供暖系统,研究结果表明：在自然条件方面,太阳辐照度与节点碳势相关性不显著,但室外温度与节点碳势存在显著负相关关系。在系统性能方面,太阳能集热效率和空气源热泵性能与节点碳势均存在显著的负相关关系。与考虑的节点碳势计算方法相比,不考虑的常规节点碳势计算方法所得结果偏低,二者差异随着热负荷减小而增大。供水管网中,01:00—08:00期间两种节点碳势计算方法的差异较小,稳定在2%左右;09:00—13:00期间两种节点碳势计算方法的差异显著增大,最大可达13%;14:00—24：00期间两种方法的计算结果无明显差异。回水管网中,01:00—08:00和09:00—13:00时段,两种节点碳势计算方法的差异尤为突出,均超过10%;14:00—24:00期间两种方法的计算结果无明显差异。

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基于多元储能的综合能源系统多时间尺度优化运行研究

郭云峰, 钱江波, 刘奥, 吴迪

2025, 46(11): 461-469. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1163

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为解决可再生能源消纳水平低和用户负荷波动所造成的源-荷供需不平衡的问题,以三阶段多时间尺度方法为研究环境,其中日前、日内、实时优化的时间尺度分别为1 h、15 min、1 min,逐级优化系统中各设备出力计划。实时在日内规划的各设备出力计划上,增加超级电容设备,完善系统中储电设备的种类。利用变分模态分解（VMD）分频技术将系统的差额功率分为高频和低频信号,对能量型和功率型两种储电设备重新进行调峰调频。结果表明,实时优化阶段增加超容后可节省90%的锂电池充放电成本,充放电次数由131次减少到13次,可降低整个系统的日运行成本。

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计及富氧燃烧电厂的综合能源系统低碳经济调度

贾家欢, 杨培宏, 时习之, 任正, 郑博文

2025, 46(11): 470-480. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1179

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提出研究计及富氧燃烧电厂（OCPP）的综合能源系统（IES）低碳经济调度。首先,构建考虑碳交易机制的OCPP-IES框架,结合OCPP与IES中电转气（P2G）的运行特性,提出一种结合OCPP制氧机与P2G的协同运行模式。其次,以IES运行成本最低为目标,建立含OCPP的IES优化调度模型,并根据可再生能源盈余量将其分为两种调度模式以减少制氧成本,利用分段线性法将非线性模型转化为线性模型,通过SCIP进行求解获得最优调度方案。最后,设置5个场景验证所提方法的可行性,计算结果表明,所提调度方法可以进一步减少CO₂排放、降低系统运行成本。

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电碳市场下考虑共享储能的多主体综合能源系统主从博弈优化运行

胡水彬, 李大华, 孔祥玉, 张德隆, 霍现旭

2025, 46(11): 481-491. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1185

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电碳交易机制下综合能源系统配置共享储能电站能有效提高系统的能源利用率,如何协调系统内各主体的能源需求及利益分配,是实现综合能源系统低碳经济发展的关键难题。对此,该文提出一种电碳市场下考虑共享储能的多主体综合能源系统主从博弈优化运行方法。首先,构建电碳市场下的多主体能源交互架构;其次,结合各主体收益,建立多主体综合能源系统优化运行模型;然后,以系统运营商为领导者,负荷聚合商、园区及共享储能电站为追随者,建立一主多从的主从博弈机制,并通过改进后的自适应变异粒子群算法计算博弈均衡解;最后,通过算例验证所提方法能有效协调多方主体的利益矛盾,提升综合能源系统的经济效益并降低碳排放。

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山东半岛海岛波浪能和风能联合开发潜力评估

万勇, 程秋薇

2025, 46(11): 492-499. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1201

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利用近15年第5代欧洲中期天气预报中心再分析资料再分析海浪场数据,选取山东半岛海岛最适合波浪能和风能资源联合开发的电站位置,各单站通过采用商用风力涡轮机（WT）和波浪能转换器（WEC）组成联合发电站,从功率平滑效果、容量因子和停机时间等多角度分析其联合后带来的潜在优势。研究表明：东诸岛、竹岔岛和斋堂岛所选单站特定的风浪装机容量占比显著降低了联合发电站功率输出可变性和停机时间,相比其他岛屿其联合开发潜力更高。此外,所有单站采用两种资源联合的发电站均可有效减少低功率输出时间。

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甲烷与太阳能互补利用零碳排放制氢系统

马文静, 韩巍, 宋新阳, 刘启斌

2025, 46(11): 500-508. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1252

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为实现高效低碳制氢,提出一种甲烷与太阳能互补利用的零碳排放制氢系统。该系统将一段式甲烷重整解耦为两段式甲烷重整：部分高温烟气作为反应物引入预重整器,预重整反应热由太阳能提供;重整反应热由驰放气与电解池排放的氧气燃烧提供。剩余烟气预热完待电解的水后直接进行冷凝并分离CO₂。对新系统和参比系统进行能量和㶲平衡分析,结果表明新系统能量和㶲效率提升至42.88%和39.21%,与参比系统相比分别提高了4.77和4.53个百分点。采用图像㶲分析方法揭示系统性能提升的主要原因：对太阳能进行热化学和电化学综合利用,不仅提高了太阳能利用效率,还取消了高能耗CO₂分离装置,㶲效率共提高4.23个百分点;两段式甲烷和烟气重整减少燃烧过程中将高品位甲烷化学能转化为低品位热能,同时也减少了换热过程的㶲损失,㶲效率共提高2.02个百分点。

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基于AHP-BCO-GRA的多场景风火氢储三层容量优化配置方法

韩晓娟, 杨小烟, 李昊宇, 郭思琪

2025, 46(11): 509-520. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1261

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针对高比例新能源并网导致电网波动和调峰能力不足等问题,提出基于层次分析（AHP）-边境牧羊犬搜索算法（BCO）-灰色关联度分析法（GRA）的多场景风火氢储多能互补系统三层容量优化配置方法。采用改进完全自适应噪声集合经验模态分解（ICEEMDAN）对风电输出功率进行分解,自适应调整磷酸铁锂电池、碱性电解槽和质子交换膜电解槽之间的容量划分;综合考虑火电机组的经济性、环保性和可靠性,利用AHP确定火电机组最优容量;以多能互补系统成本最低为目标,建立基于BCO的储能系统最优容量配置模型。从电-氢耦合系统安全角度出发,利用GRA验证电-氢耦合系统容量配置结果的合理性。通过中国某电站实际运行数据验证了该文方法的有效性,仿真结果表明,由该文方法得到的10 min并网波动率最低15.58%,辅助火电机组深度调峰深度由30.00%下降至24.99%。

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基于改进场景生成法的交直流混合配电网储能双层优化配置

邹阳, 石松浩, 姚雨佳, 黄煜, 方梦泓, 金涛

2025, 46(11): 521-531. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1270

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摘要：提出一种交直流混合配电网储能双层规划方法。首先,提出一种基于极限学习机的光伏出力场景生成方法,通过引入气象因子对光伏运行特性进行精确刻画; 其次,构建兼顾经济性、低碳性和电网综合脆弱性的储能双层规划模型,通过模型中规划层和运行层间的参数迭代求解最优的储能配置方案; 最后,通过改进IEEE 33节点交直流混合配网系统对所提方法进行仿真分析。结果表明：计及气象因子的改进场景生成法生成的场景集能更好表征光伏出力波动性,同时所提配置方法能够降低系统的碳排放量,改善系统运行脆弱性与经济性。

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考虑动态定价机制的双层微电网低碳经济优化运行

张忠彬, 赵志华, 王平, 翟潘

2025, 46(11): 532-541. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1292

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以协调微电网能源侧与负荷侧之间的利益问题为对象,提出一种考虑碳排放、需求响应特性的动态能价制定方式,首先建立考虑碳排放量与电、热负荷需求响应动态定价机制模型,同时提出一种风光发电-碳捕集联合运行方式。其次,构建含上层为微电网能源运营商,下层为负荷聚集商和电动汽车充电站的多利益主体的双层优化模型。最后,为解决双层最优解搜寻的问题,引入一种双层模型联合最优判别机制。最后,采用CPLEX对微电网双层优化模型进行迭代求解,算例结果验证动态能价制定方法及风光发电-碳捕集联合运行方式在提高微电网系统经济低碳的有效性。

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基于VSG控制的跟/构网变流器宽频动态特性量化对比

韩璐, 李少林, 秦世耀, 袁敞, 李鹏坤

2025, 46(11): 542-552. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1761

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针对跟/构网型变流器宽频动态特性量化对比研究不足的问题,首先建立基于虚拟同步控制的跟/构网型并网变流器宽频动态小信号模型,并分别从时/频域验证模型准确性;在此基础上,基于特征模态与参与因子分析,量化比对跟/构网型变流器宽频动态特性及稳定性,提取弱阻尼特征模态及关键控制参数;进一步,基于根轨迹法分析虚拟惯量、一次调频等主动支撑参数和电网强度对跟/构网型变流器动态特性的影响及变化规律;最后,在Matlab/Simulink中搭建跟/构网型变流器的详细时域仿真模型,验证所得结论的准确性与有效性。

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考虑电碳耦合交易的多微网混合博弈优化运行策略

刘佳佳, 田铭兴, 刘斯远, 苏照旭, 孙立军

2025, 46(11): 553-565. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0914

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为实现多微网（MMG）的协同管理问题,在保障系统低碳经济运行的同时,平衡配电网运营商（DSO）与各MG间利益分配,提出一种考虑电碳耦合交易的多微网混合博弈优化运行策略。首先构建配电网运营商-多微网的主从博弈模型;其次基于纳什议价理论构建考虑电碳耦合交易的多微网间的合作博弈模型,各微网主体可同时参与到电能和碳排放配额的交易,并在利益分配机制中,通过综合贡献度指标来确保各微网间的收益分配公平合理。通过二分法与交替方向乘子法（ADMM）的协同迭代实现该混合博弈的分布式求解,在保证信息隐私的同时提升计算效率。算例分析与方案对比结果表明,所提策略能够有效提升各主体收益,减少系统的碳排量,实现微网间利益的公平分配。

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拉萨地区建筑外表面换热系数实测研究

承向阳, 张晓静, 尹凯丽, 刘轶婷, 谢静超, 陈光

2025, 46(11): 566-573. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1198

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建筑围护结构外表面换热系数（ht）是热工计算的基本参数,而高原地区独特的气候条件使其与低海拔地区常规取值存在较大差异。为确定高海拔地区ht的测量方法和计算取值,利用萘升华法以及辐射简化理论对拉萨地区某展览馆建筑的外表面对流换热系数（hc）、辐射换热系数（hr）分别进行实测,并基于典型年气象数据计算得到ht全年逐时值。结果表明,萘升华法实测误差为4.3%,在拉萨地区具有适用性。实测建筑hc范围为2.22~20.33 W/（m²·K）,且水平面测量值高于垂直面0.86 W/（m²·K）,与风速呈线性相关关系;hr范围为4.50~5.61 W/（m²·K）,变化较小,推荐取平均值4.88 W/（m²·K）。考虑拉萨地区实际风速和辐射条件,计算得到的全年ht值频率最高范围为10.00~15.00 W/（m²·K）,冬季、夏季平均值分别为15.63、16.69 W/（m²·K）,均小于规范推荐取值18.00 W/（m²·K）。

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考虑桨距角的风力发电机组叶根螺栓的疲劳计算方法

刘兆, 张云飞

2025, 46(11): 574-580. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0780

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在变速变桨控制策略的大型风力发电机组设计中,变桨令叶片进行转动,加之轮毂的结构不对称性,疲劳设计计算需要考虑叶根倾覆弯矩的大小、作用方向以及桨距角位置。介绍一种以载荷大小、方向和桨距角为输入变量的应力三维插值方法,在不过多增加有限元计算量的情况下,实现更为准确的叶根螺栓疲劳计算。以某厂家设计为例,对叶根载荷之间的关系和计算简化进行论述,应用有限元方法进行叶根螺栓应力分析,并以其结果为基础完成螺栓的三维应力插值和疲劳累计损伤计算。

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高效风能捕获的高空风电优化运行控制策略

付炳喆, 王玮, 罗必雄, 任宗栋, 李沂洹, 杨卧龙

2025, 46(11): 581-589. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0965

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为实现适应风切变动态变化的高空风力发电系统（AWEs）运行优化控制,达成高效风能捕获,提出一种基于混合高斯过程（MGP）的自适应模型预测控制（MPC）策略。首先,对AWEs运行的关键因素风切变定量分析,使用混合高斯过程对风切变剖面的重要统计特征建模,为高度优化控制提供先验风速信息;然后,建立融合遗传算法的自适应MPC策略以实现运行最优高度和能量损耗之间的平衡,在保证AWE系统运行在理想高度的同时减少控制所消耗的能量,提升AWEs的净发电量;最后,基于中国某高空风能发电示范工程的真实风切变数据验证所提出优化运行控制策略。结果表明,该策略可有效提升AWEs净发电量,较传统固定塔架结构风电机组平均提升18.9%,较极值搜索策略提升9.6%。

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海上风力机张紧式系泊四筒型基础运动特性研究

刘宪庆, 丁渝, 张浦阳, 张玉, 李文龙, 杨波

2025, 46(11): 590-596. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1122

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气浮特性是筒型基础的主要特性之一,针对筒型基础在气浮过程中系泊机理不明的问题,该文通过模型试验对四角筒型基础作为漂浮式风力机基础在张紧式系泊状态下的运动特性进行研究,分析吃水深度、水深、锚固距离对多筒型基础运动响应的变化规律。得到如下结论：结构在小周期下呈现波频运动,大周期下呈慢漂运动特性;吃水深度的增加、纵荡运动呈现与垂荡运动和纵摇运动相反的变化趋势;浅水效应使得较浅水深下结构的摇荡运动大于较深水深;锚固距离的增加可一定程度上改善慢漂运动对纵荡的影响,但却增大了结构的垂荡和纵摇运动。

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偏航工况下水平轴风力机气动噪声辐射特性研究

宋继烨, 赵振宙, 刘一格, 刘岩, 苏纯浩, 李世君

2025, 46(11): 597-603. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1131

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为探究偏航对风力机气动噪声影响的规律,以NREL 5 MW作为研究对象,通过半经验模型方法计算分析未偏航和以+z为轴逆时针旋转5°、10°、20°下近尾迹区域的声场指向性、声辐射频谱特性、声传播特性、调幅噪声指向性及调幅噪声随叶片方位角位置的变化。研究结果表明：声源指向随偏航旋转,声压水平及频谱特性基本不变,声压峰值集中在中低频段;轴向及径向上的噪声随偏航加速衰减,但轴向上噪声有所提升;调幅噪声与声源指向规律相反,最大值在侧风向上;偏航可使侧风向调幅噪声降低2~6 dB。故可通过调整偏航角度来减少特定风向下的声级与调幅噪声强度。

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海上风电吸力式桩-桶复合基础砂土中承载性能研究

马文冠, 邱旭, 刘鑫, 张波, 李会, 赵昊

2025, 46(11): 604-613. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1135

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该文针对海上风电吸力式桩-桶复合基础开展离心模型实验与数值模拟分析,研究桶直径、桶壁长度、吸力桩直径、吸力桩桩长对基础单向承载性能与复合承载性能影响规律,结果表明：桶径的增加对提高承载性能最为显著,桩长的增加对提高基础整体水平向承载性能显著;V-H包络线形状不受桶长、桩径、桩长的影响,但包络线大小会随桶长、桩径、桩长的增大呈现外扩趋势,其中,桶径对包络线的影响最显著。

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驳船式风-浪集成能源系统动力学响应特性研究

张险峰, 马璐, 丁洁依, 秦明, 雷肖, 杨阳

2025, 46(11): 614-622. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-114

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为研究驳船式风-浪集成能源系统在不同风浪联合作用时的动态响应,以NREL 5 MW风力机、ITI Energy Barge平台及数个摆式波能装置组成的集成能源系统（IFES）为研究对象,并基于开源软件OpenFAST和水动力分析软件AQWA构建气动-水动-伺服-弹性一体化仿真模型（CATIFES）,以期通过CATIFES计算常规运行工况时集成系统的平台运动响应及输出功率,定性并定量分析波能装置安装对集成系统运动特性及发电性能的影响。结果表明：所有运行工况下,集成系统的平台横摇及纵摇响应均显著小于单个驳船式平台。其中,当风速为12 m/s时,横摇及纵摇分别降低67.45%与47.02%。此外,集成系统整体发电功率在安装波能装置后有所提升,额定风速时可达到1.89%。且波能装置的安装对塔基弯矩及系泊张力未产生不利影响。为此,波能装置的合理安装可在平衡水动力载荷,提升集成系统运动稳定性的同时,增加整体输出功率,从而提高海洋能源利用效率。

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考虑尾流效应的风力机疲劳载荷代理模型研究

王彬滨, 彭留留, 黄国庆, 杨小龙, 刘伟杰, 信志强

2025, 46(11): 623-628. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1150

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该文提出一种能够考虑尾流效应的风力机疲劳载荷代理模型。首先,根据工程经验选取合理的模型输入参数样本。其次,采用TurbSim生成相应的入流风场文件,并利用FAST.Farm软件开展双风力机载荷仿真,得到尾流区和非尾流区的风力机疲劳载荷数据库。最后,采用支持向量回归和反向传播神经网络分别建立尾流区和非尾流区的风力机疲劳载荷代理模型。结果表明,相较于传统风力机疲劳载荷代理模型,该文提出的包含风力机间距输入参数的风力机疲劳载荷代理模型能够考虑风力机间的尾流效应,此建模方式更加合理。此外,综合考虑归一化均方根误差（NRMSE）和回归系数（R²）两项模型评价指标,支持向量回归的建模效果优于反向传播神经网络,且模型在叶片和塔顶部位的预测效果普遍好于塔基。

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波流共同作用下桩基局部冲刷计算方法研究与初步验证

潘晓春, 蔡升华, 卢红前, 宋坤林, 束加庆

2025, 46(11): 629-640. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1160

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现有波流共同作用下桩基局部冲刷计算方法存在一些不足,亟待研制波流共同作用下桩基局部冲刷准确可靠的分析计算方法。利用69组波流作用下的桩基局部冲刷物理模型试验数据,结合冲刷主要影响因素分析,采用量纲分析法与多元回归分析法优选变量及其系数。基于12套回归分析成果的精度分析与桩基尺度影响分析,并考虑基础冲刷墩形系数,研制提出波流共同作用下桩基最大局部冲刷计算新公式。研究表明,只采用桩径Froude数制订的单因子计算公式很难获得较高的计算精度;利用12组公开发布的实测资料与6组物模数据进行的验证表明,该文公式优于韩海骞波流公式,更明显优于其余方法。该文公式适用于细、中砂质海床波流共同作用下桩基局部冲刷分析计算,但今后仍需持续积累桩基冲刷与海洋水文资料予以完善。

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凹腔结构对风力机翼型减阻性能影响研究

薛佳乐, 陈永艳, 宋力, 苏昕, 毕金龙

2025, 46(11): 641-649. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1180

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为探究不同凹腔结构对风力机翼型减阻性能影响研究,利用SST湍流模型对设置凹腔的NACA0012翼型进行数值模拟,根据Omega准则分析风力机在攻角13°时边界层轴向速度在法向方向的变化,并分析攻角增加时翼型壁面剪切力的变化和对黏性阻力影响的范围。研究发现,凹腔的起点设置在翼型75%c（c为弦长）处,翼型表面边界层的气流抵抗逆压梯度能力增强,此外凹腔的结构呈现“椭月”状,可更好地与凹腔外部高速气流接触形成涡垫效应,从而降低壁面的黏性阻力,研究还发现在尖速比1.2、1.6和2.0时平均转矩系数分别提高3.88%、3.33和2.26%。

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湍流来流下风力机翼型非线性气弹特性研究

王速, 马璐, 张险峰, 雷肖, 沈昕, 杜朝辉

2025, 46(11): 650-657. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1214

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以沉浮、俯仰二自由度风力机翼型为研究对象,建立翼型气弹系统动力学模型并引入可考虑多级失速涡的翼型动态失速模型,分析垂直来流方向湍流影响下结构及气动非线性对颤振临界速度的改变,与颤振后动力学特性。结果显示,垂直湍流对流速大小影响微弱,但扰动来流攻角造成非线性气动力波动,导致系统临界颤振速度降低,振动增强;垂直湍流破坏二自由度振动同步性,改变颤振类型;结构非线性因素对气弹响应的影响在翼型振幅随流速上升增大后增强。

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基于模型实验的叶片覆冰对风力机气动性能影响研究

纪杨, 于东玮, 刘厚利, 井雪琦, 张大勇

2025, 46(11): 658-666. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1218

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选取NACA0012翼型为研究对象,对覆冰后翼型的三维流动特性和空气动力学特性进行研究。通过直流式风洞设备进行模型实验,明确不同来流速度下覆冰翼型的升阻力变化情况。通过STAR-CCM+软件对不同覆冰状态下的风力机叶片进行气动性能研究,分析覆冰对翼型表面压力系数、气动性能参数的影响。研究结果表明,明冰对叶片气动性能影响最为显著。以来流速度10 m/s分析,附着明冰时,翼型的升力系数降低34.9%,阻力系数增加97.2%;附着混合冰时,翼型的升力系数降低33.6%,阻力系数增加22.7%;附着霜冰时,翼型的升力系数降低24.1%,阻力系数增加27.2%。

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海上风电三筒导管架基础循环荷载响应特性试验研究

朱嵘华, 赵树龙, 张融圣, 刘寒秋, 赖宗元, 潘宇飞

2025, 46(11): 667-675. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1228

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为研究多筒导管架基础在循环荷载作用下的响应特性,在砂土地基中开展物理模型试验,分析了结构循环倾角、固有频率和阻尼比的变化。根据试验结果,提出基础累积转角经验预测公式。结果表明：循环荷载幅值的增大会加快基础倾角的累积速率。基础累积转角与加载次数在双对数坐标系中近似呈线性关系。结构的固有频率在不同循环荷载幅值加载条件下呈现了相似的变化规律,加载初期小幅增大,随着加载持续进行,固有频率急剧下降并围绕某一平均值波动。系统阻尼比在加载初期急剧下降至初始值的约20%,之后剧烈振荡,变化范围最大可达80%。

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双馈风力发电低电压穿越微分平坦控制

段炼, 王洪希, 曹生志, 王蔼祥, 禹天凤

2025, 46(11): 676-684. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1238

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双馈风力发电机（DFIG）低电压穿越（LVRT）期间对网侧和转子侧PWM变流器响应速度和鲁棒性要求较高,为解决传统PI控制策略在LVRT条件下响应慢、鲁棒性不佳的问题,提出基于微分平坦理论的网侧与转子侧新型控制策略。首先阐述DFIG的网侧和转子侧在d-q轴上的数学模型,依照微分平坦理论证明系统平坦性;并设计含有前馈参考轨迹和误差反馈补偿的网侧与转子侧电流控制器;最后,在Matlab/Simulink搭建仿真模型。仿真结果表明,该控制策略提高了DFIG的穿越能力,且响应速度快,鲁棒性强。验证了微分平坦理论应用于DFIG控制的可行性与有效性。

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基于代理模型的风电机组塔架载荷在线识别研究

牟哲岳,王瑞良,章培成,陈前,范增辉

2025, 46(11): 685-691. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1247

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摘要：基于风电机组载荷传递机制推导塔架载荷来源,利用Bladed软件验证塔架和机舱载荷计算公式正确性,发现风轮载荷和机舱加速度是塔架俯仰力矩与侧倾力矩载荷主要成分来源,结合Person系数评价机舱位移、倾角、发电机功率等风轮载荷表征量与塔架力矩载荷之间的高度相关性。以塔底载荷为研究对象,基于多元线性回归算法,构建以风电机组易测动力学参量为输入的塔底载荷代理模型,实时识别得到塔底合力矩载荷,通过大型风电机组仿真载荷数据测试代理模型的有效性,结果表明塔底极限载荷、等效疲劳载荷识别结果与仿真结果相对误差控制在6%以内,在此基础上提出一种风电机组塔架载荷在线识别与管理系统。

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不同射流倾角下击暴流对风场特性及风力机叶片变形的影响研究

王燕, 安龙, 李浩霖, 王博, 李晔

2025, 46(11): 692-703. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1275

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为揭示不同射流倾角的下击暴流风场特性及其对风力机叶片变形的影响,基于计算流体动力学方法模拟0°、5°、10°、15°、20°共5种射流倾角的大气边界层风场特性,分析不同射流倾角下击暴流的水平、垂向风速剖面,气压以及整体湍流强度分布,同时探究不同射流倾角风场对叶片表面压力分布以及结构变形量的影响。结果表明：射流倾角增大下击暴流发生一侧的水平风速最大值增加,垂向速度减小的速率变缓。倾角的改变对下击暴流发生区域气压的影响可忽略不计。对于湍流强度分布的影响,不同倾角下射流区背侧湍流强度均随射流倾角增大而增加而前侧则减小;风力机位于不同射流倾角的下击暴流风场中时,表面压力分布不均,叶尖较其他位置承受更大风压;射流倾角增大叶片表面压力随之增加,近地面两叶片压力大幅增加,在倾角为20°时达到最大,最大值约为50 Pa,远地面叶片表面压力增加缓慢。叶尖处结构变形量、叶片中段等效应力随倾角变大而增加。

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基于振动响应的风力机塔筒法兰螺栓损伤识别方法研究

庞河清, 张万福, 张世东, 薛聪聪, 刘兵, 李春

2025, 46(11): 704-712. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1276

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摘要：针对风力机塔筒法兰螺栓断裂损伤识别问题,提出一种利用振动信号响应进行螺栓断裂损伤识别的检测方法,基于频率响应函数损伤识别理论,建立关于振动响应能量绝对变化率的损伤识别指标。以某1.5 MW风力机为研究对象,通过数值模拟对比分析应变、位移与加速度信号并得到不同损伤工况下该指标的识别效果。结果表明：相较于位移与加速度响应信号,基于应变响应的振动能量绝对变化率在识别螺栓断裂损伤方面表现出更高的灵敏度与准确性; 基于应变响应的能量损伤指标在螺栓断裂损伤部位会发生显著突变,可精准识别风力机塔筒段法兰螺栓断裂损伤位置。

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大厚度翼型不同高度扰流板数值模拟研究

陈德龙, 任旺, 姚娜娜, 李成良

2025, 46(11): 713-719. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1278

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为改善大型叶片叶根部位大厚度翼型的气动性能、提升叶片发电量采用数值模拟方法研究不同高度参数的T型扰流板对两种大厚度翼型气动性能的影响。结果表明,扰流板在一定攻角范围内会改变翼型表面压力分布并增大升力系数、阻力系数以及升阻比;增加扰流板高度会使升力系数进一步提升;厚度较大的翼型安装扰流板后升力系数的提升明显大于厚度较小的翼型;在叶根部位安装扰流板会同时增加叶片的发电量和载荷。

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考虑费效比的风力机边界强度机会维修策略研究

任丽娜, 贾世琳, 李建华, 李轲晗, 闫磊起

2025, 46(11): 720-729. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1282

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为解决风力机多部件难以制定合理的维修策略和运维成本较高的问题,考虑各部件经济相关性,提出一种基于费效比的风力机边界强度机会维修优化模型。首先,基于边界强度过程建立混合故障强度模型来描述故障变化规律;其次,将机会维修思想和成本效益分析纳入多部件预防性维修中,通过费效比选择维修方式;最后,借助风力机中的发电机、齿轮、叶片、轴承4个部件进行算例分析,并与未考虑机会维修模型和威布尔分布模型进行对比。结果表明：所提模型比未考虑机会维修模型总成本节约2.76%,比威布尔模型总成本节约0.88%。

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考虑应变软化效应的海上风力机四桩基础水平承载力预测模型

赵子豪, 朱恩林, 余代广, 罗海东, 周涵, 张正飞

2025, 46(11): 730-740. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1287

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通过ABAQUS有限元软件,建立四桩基础三维有限元数值模型,并开发VUMAT用户子程序实现软黏土应变软化本构关系,系统研究应变软化参数δrem和ξ95、应变率参数μ、桩间距S、桩长L等关键参数对四桩基础水平极限承载力的影响规律,重点揭示桩群相互作用的主导作用。参数分析表明,水平承载力系数随应变软化参数δ_rem、ξ₉₅和应变率参数μ的增大而增大,且不同参数对承载力的影响程度存在显著差异。随着桩间距和桩长的增加,桩群相互作用减弱,导致承载力增幅减小,其破坏机制也会发生转变。最后,基于人工神经网络建立考虑多参数影响的四桩基础水平承载力预测模型。

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海上风电复杂构型吸力筒基础渗透特性及临界压差研究

杨旭, 王杰, 练继建, 姚烨, 刘孟孟

2025, 46(11): 741-746. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1294

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通过有限元法模拟六边形筒、五连筒、环形咬合筒3种复杂构型筒型基础在整体下沉与调平工况下的渗流场分布,分析其渗透特性,建立整体下沉和调平工况下的临界负压计算公式并进行尺寸效应验证。结果表明,3种筒型基础的调平临界压差随倾斜角度的增大迅速减小,所提出的3种复杂构型筒型基础的渗透破坏临界压差计算方法在工程尺度范围内的误差在±5%以内。

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风电场尾流控制中偏航角优化算法研究

丛龙福, 戴丽萍, 常宁, 邹昂, 周亦潇, 王子坤

2025, 46(11): 747-753. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1295

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首先基于Ishihara高斯尾流模型、能量守恒叠加尾流模型、秃鹫等多种优化算法建立精确的偏航角计算流程并比较各算法的效率,通过与文献中的大涡模拟（LES）数据对比分析湍流叠加系数对结果的影响。随后,基于所提出的3步快速计算（TSFC）优化算法建立偏航角快速优化流程。分别采用上述两种优化算法对串列风力机和优化布局风力机进行偏航角优化计算。结果表明,当湍流叠加系数为2.8时,下游湍流度预测较为准确;对不同布局的风场,采用主动偏航功率可提高0.4%~2.2%。此外,TSFC算法在效率上显著优于秃鹫优化算法,运行时间减少一个数量级。

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考虑风力波动相关性的风电场超短期出力预测

李传栋, 张明慧, 张逸, 弋子渊, 牛华清

2025, 46(11): 754-763. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1299

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为提升风速波动下风电场超短期出力预测的准确性,提出一种考虑邻近风电场间风力波动时空关联性的超短期出力预测新方法。首先基于风速、风向和风电场间相对位置,计算出力波动间的时间差,并以此为依据确定有先验信息预测时段;其次运用变分贝叶斯模型,提取邻近风电场出力波动对待测出力影响的隐式关系,实现有先验信息时段出力的预测;最后,补全无先验信息时段预测得到完整的超短期预测周期的出力预测。以福建省3座风电场的实测数据进行验证,结果表明所提方法能有效利用邻近风电场的出力波动特征,提高目标风电场超短期出力预测的准确率。

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海上风电四筒导管架下放动态过程分析研究

张晓斐, 赵业彬, 蔡锦鑫, 王庭元, 张浦阳

2025, 46(11): 764-771. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2317

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考虑多筒导管架基础在下放过程中与浮式起吊船存在耦合作用,以海上风电机组四筒导管架基础为研究对象,通过Sesam建立浮式起吊船-多筒导管架基础的耦合下放模型,研究不同吊缆布置型式下,多筒导管架基础在下放过程中耦合系统的运动响应以及吊缆张力响应,研究表明型式3和型式4的横荡、横摇和艏摇幅值较大,表明其稳定性较差,下放过程中随着基础的逐渐下沉,浮力增大导致吊缆在淹没前的张力响应范围较大,完全淹没后张力响应范围明显减小。型式3和型式4因缆绳刚度较小且初始张力较大,张力响应波动范围更大。

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基于循环DBSMOTE和多头注意力机制的风力发电机故障预警体系

綦方中, 蔡阮昊, 曹柬

2025, 46(11): 772-782. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0109

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在结合传统卷积神经网络（CNN）和长短期记忆网络（LSTM）优势的基础上,提出一种基于循环DBSMOTE和多头注意力机制的风力发电机故障预警组合模型与应用体系。针对风力发电机运行数据集不平衡比率较高的问题,提出并使用一种循环DBSMOTE算法对数据集进行平衡处理。在组合预警模型中,使用CNN和LSTM算法来提取平衡处理后输入数据的空间维度特征和时间维度特征以增加数据挖掘的深度,同时引入多头注意力机制,极大地提升了模型的训练精度和预警性能。通过对采集自实际风场的风力发电机运行数据进行训练,模型在实验中实现了提前期长达32 h的故障预警能力。进一步地,通过消融实验、对比实验和十折交叉验证实验,表明所提出的组合预警模型具有较高的有效性和稳定性。

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玉米秸秆炭混合国槐生物质育苗钵物理特性研究

刘菲, 王婷, 白宇佳, 田一博, 张静, 孟华菊

2025, 46(11): 783-791. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1281

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将玉米秸秆炭化后与国槐废弃物混合制成生物质育苗钵,采用响应面法分析成型温度、压力、粘结剂比例、原料混合比对育苗钵密度、跌落破损性、承压破损性的影响,应用满意度函数法和多种群遗传算法优化工艺参数,并分析育苗钵对土壤理化特性的影响。结果表明：在温度60~110 ℃、压力8~18 MPa、粘结剂与原料质量比（0.6~1.3）∶1、玉米秸秆炭含量10%~60%的范围内,育苗钵的密度、跌落破损率和承压破损率分别达到0.908 g/cm³、2.98%和2.68%。最佳工艺参数组合为：温度67 ℃、压力13.64 MPa、粘结剂与原料质量比0.78∶1、玉米秸秆炭与国槐原料质量比3∶7,在此条件下育苗钵密度为1.032 g/cm³,跌落破损率为2.65%,承压破损率为2.34%,与预测值的相对误差分别仅为0.02%、0.01%及0.03%。育苗钵埋入土壤8周后,土壤pH值由8.92降至8.02,土壤速效氮、速效磷和速效钾分别提升57.1、27.0及38.0 mg/kg,玉米秸秆炭混合国槐生物质育苗钵可有效降低土壤pH值并提高土壤肥力。

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助剂Mg作用下Ni/ZSM-5催化剂CO₂甲烷化性能及机理研究

邢万丽, 林闯, 曹景轩, 杨天华, 张万里, 开兴平

2025, 46(11): 792-800. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1301

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以H₂/CO₂/N₂为原料气,以ZSM-5分子筛为载体,采用浸渍法制备Ni/ZSM-5和Ni-Mg/ZSM-5两种催化剂,通过催化剂表征结合CO₂甲烷化实验,深入探究温度（300~700 ℃）、Ni负载量（5%、10%、15%）和助剂Mg对催化剂CO₂甲烷化性能的影响。结果表明：在Ni/ZSM-5催化剂添加助剂Mg后,其表面活性位点显著增加,Ni颗粒粒径明显减小,分散性得到大幅改善,抗积碳性能更强,积碳量降低约0.354%,最高CH₄产率提高6.7%。当温度为650 ℃时,15% Ni-Mg/ZSM-5催化剂表现出最为优异的CO₂甲烷化性能,该条件下其CO₂转化率、CH₄选择性和CH₄产率分别为79.2%、75.5%和59.8%。此外,基于原位红外光谱表征和密度泛函理论计算,确定甲酸盐为CO₂甲烷化反应的中间体,完整的反应路径为：CO₂+H₂→CO₂^*+2H^*→HCOO^*→HCOOH^*→H₂COOH^*→H₂CO^*→H₂COH^*→CH₂^*→CH₃^*→CH₄^*→CH₄。

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