太阳能学报

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刁涵彬, 刘康, 李培强, 肖家杰

2025, 46(12): 1-10. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0878

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为缓解新能源与负荷的时空刚性分布对分布式光伏消纳空间的制约,提出储能-智能软开关协同规划策略以提升配电网对分布式光伏的承载力。首先,为评估多端软开关（MSOP）和储能（ESS）在时空灵活性上的协作效益,提出一个整合支路电流时间均匀分布水平与网损灵敏度的评价指标。然后,基于协作效益评价指标建立由规划和运行组成的两层随机优化模型。该模型通过嵌入MSOP-ES模型能考虑MSOP和ESS的多样融合形态。最后,该两层优化模型由Benders分解算法高效求解。IEEE 33节点配电网和一个实际配电网上的算例分析表明,所提方法通过规划储能和多端软开关在有效提升光伏承载力的同时,缓解了电压稳定问题并增强了网络灵活传输能力。

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基于SUKF-EKF融合的锂电池状态估计方法

王期文, 盛强, 何玉财

2025, 46(12): 11-21. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0830

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针对锂离子电池状态估计中扩展卡尔曼滤波（EKF）精度不足及参数变化适应性差的问题,提出一种通过EKF实现电池参数的在线辨识与更新,同时融合滑模观测器（SMO）与无迹卡尔曼滤波（UKF）的锂电池状态估计方法（SUKF）。该方法构建双层时间尺度协同估计架构,利用EKF进行电池参数在线识别并估计SOH,同时结合SMO的鲁棒特性与UKF的非线性处理能力实现SOC高精度估计。通过高速公路燃效测试工况、新型欧洲行驶周期与城区动态驾驶循环3种代表性环境进行验证,结果表明,融合算法SOC估计平均误差分别为0.13%、0.25%和0.14%,最大误差控制在0.46%以内,相比传统EKF算法精度提升超过85%;SOH估计在不同复杂度工况下平均误差为0.02%~0.16%,最大误差不超过0.53%;在5%噪声强干扰环境下,算法仍保持良好的估计精度和收敛性能。随着工况复杂度增加,融合算法性能优势更为明显,显著提高了电池状态估计的准确性和鲁棒性,为动力电池管理系统提供了有效解决方案。

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一种新颖的两相交错并联软开关双向DC-DC变换器

段贺韬, 陈文彬, 赵千淇, 程旭峰, 汪殿龙

2025, 46(12): 22-28. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1533

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提出一种新颖的两相交错并联软开关双向DC-DC变换器,该变换器的软开关辅助电路由一个电感和一个电容串联组成。该辅助电路不仅能实现两相间共享,且在一个周期内只工作一次。介绍该变换器的拓扑结构及软开关工作原理,分析不同占空比下的关键波形与软开关实现条件,提出一种基于峰谷值检测的全范围软开关调制方法,并进行拓扑推演。搭建一台250 W的样机验证,实验结果显示,该变换器的所有开关管均能实现零电压开关,其峰值效率可达99.38%。

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热解型Fe-N-C催化剂在燃料电池阴极氧还原反应中的应用研究进展

孙寒雪, 李孟雪, 焦芮, 李吉焱, 朱照琪, 李安

2025, 46(12): 29-40. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1459

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该文总结了近年来铁氮共掺杂碳基催化剂（Fe‑N‑C）的制备策略和合成方法（模板法、浸渍法、原位捕获法等）,重点梳理了以金属有机框架、有机多孔聚合物和生物质为前驱体制备热解型Fe-N-C催化剂的研究现状,讨论了Fe-N-C催化剂中活性位点的结构和反应机制,同时对该材料领域当前存在的挑战和未来重点发展方向进行了总结和展望。

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基于多通道特征融合优化VMD-SCNN-LSTM的锂电池RUL预测

勇晔, 吴参林, 薛溟枫, 毛晓波

2025, 46(12): 41-51. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1457

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针对电池容量非线性衰退问题,提出一种基于多通道特征融合优化VMD-SCNN-LSTM的锂电池剩余使用寿命（RUL）预测方法。首先,根据皮尔逊相关系数选取健康因子（HI）,提取锂电池充放电过程中电压、电流和温度的时序特性曲线。其次,采用变分模态分解（VMD）对电池容量劣化曲线进行分解。最后,将HIs和经过VMD分解的容量频域特征作为卷积神经网络（CNN）的多通道并行输入,原始容量作为长短期记忆网络（LSTM）的输入,再将两者提取的特征进行融合开展RUL预测。同时引入3倍交叉验证训练方法和dropout技术来避免过拟合问题。实验结果表明,所提最优混合模型的均方根误差RMSE不超过3.1%,平均绝对百分比误差MAPE不超过1.3%。

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考虑电动汽车充电时序不确定性的共享储能系统双层优化配置

邓天祥, 窦银科, 高亮, 赵煜宁, 郝文辉

2025, 46(12): 52-59. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1360

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基于共享储能电站,考虑电动汽车充电时序不确定性,建立储能电站容量优化配置和系统优化运行的双层优化模型。首先对电动汽车充电时空分布提出预测并计算其功率,然后考虑运行和容量的最佳配置建立双层优化模型,通过Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件将双层模型转化为单层非线性优化问题,然后利用大M法将非线性问题变成线性问题进行求解。通过算例验证表明,在考虑电动汽车充电负荷下,使用共享储能模式可利用不同微电网的互补性,可降低系统运行成本,使共享储能电站的盈利能力提升,可实现用户与电站的双赢。

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盐穴压缩空气储能系统的再热级数研究

李习臣, 周灵敏, 寿恩广, 张恒, 华柳源, 蔡国政

2025, 46(12): 60-66. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1326

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针对某盐穴压缩空气储能（CAES）项目,利用Python编写储能和释能全周期过程的系统计算程序,研究最高储气压强、膨胀节流压强、压缩机排温及再热级数对盐穴压缩空气储能系统特性的影响。结果发现：对于同一再热级数的压储系统,存在一个最优的最高储气压强和膨胀节流压强,此时压缩总耗功最小,系统转换效率最高;对于同一再热级数的压储系统,系统转换效率随着定压压缩机排温增大而增大,但变化趋势变缓;定压压缩机排温为400 ℃的一级再热压储系统具有最小压缩机耗功、最低气耗率和最高转换效率,其最高转换效率为71.43%,相对于三级再热型式提高了6.48%。

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综合考虑风功率波动平抑及辅助调频的混合储能容量优化配置策略

窦真兰, 张春雁, 汤芳, 孙博, 韩锋, 刘华南

2025, 46(12): 67-75. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1324

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为应对风电场出力波动,保证电力系统稳定运行,兼顾各类储能装置的特性,提出一种基于飞轮-电化学混合储能平抑-调频策略。首先,根据典型日风功率数据,利用完全自适应噪声集合经验模态分解将其分解得到风电功率直接并网分量以及混合储能功率任务;其次,综合考虑储能系统多类型约束,以风储系统的年均整体净收益最大为目标函数,建立一种计及风功率平抑-调频的飞轮-电化学混合储能的容量优化配置模型;最后,通过自适应粒子群算法迭代求解得到混合储能最优容量配置方案。结果表明：相比较混合储能仅平抑,虽然混合储能投资成本有所增加,同时也会产生较高的调频收益,可有效发挥储能平抑-调频的优势,系统的年均整体净收益得到提升,进而证明该文所提策略具有较好的经济性与可行性。

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基于可解释Shapelets的锂离子电池健康状态估计

李沂洹, 郑涵晋, 王玮, 王燕霞

2025, 46(12): 76-84. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1209

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针对基于机器学习的锂离子电池电池健康状态（SOH）估计可解释性差、对数据的依赖性强等问题,提出一种具有可解释性的锂电池SOH估计方法。首先,研究分析随着电池老化,充电电压与首次充电电压之间的距离呈现出较好的趋势性,基于Shapelets概念提出能够捕捉电池退化趋势的距离度量,进一步通过相关性分析确定Shapelets候选集范围以提高特征提取效率,结合减法平均优化算法（SABO）的BP模型,进行Shapelets的选择。最后,设计基于Shapelets的SABO-BP模型,实现电池SOH的有效估计。在斯坦福大学与麻省理工学院（Stanford-MIT）提供的数据集上对所提方法进行验证,通过使用不同充电策略的电池进行测试,得到电池SOH估计的平均绝对误差（MAE）均维持在0.5%以内,最低可达0.19%;均方根误差（RMSE）也均保持在0.6%以内,最低可达0.26%;决定系数R²保持在0.98以上,最高可达0.995。实验结果表明,所提方法能在数据有限的情况下准确预测锂电池SOH,证实了所提算法的泛化性与实用价值。

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新型低熔点混合四元硝酸盐优选及其热物性研究

王玥, 鹿院卫, 王元媛, 吴玉庭, 张灿灿, 刘金恺

2025, 46(12): 85-90. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1191

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为使混合熔盐能在更低温度下使用,扩宽混合熔盐的工作温度范围,以KNO₃-NaNO₂-KNO₂-Ca（NO₃）₂四元系混合硝酸盐为研究对象,采用DSC、TG测试分析方法,筛选出一种新型低熔点四元硝酸盐。对新型四元盐在不同温度下恒温失重情况进行研究,并对其比热容、密度、导热系数等进行测试分析。研究结果表明：新型四元盐熔点为94.8 ℃,分解温度达到622.3 ℃,储热密度达到696.43 kJ/kg,在550 ℃工况下恒温48 h后样品失重率仅为2.71%,表现出良好的热稳定性。

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基于改进HHO-SVR算法的锂电池健康状态评估

吴健, 金辉, 葛红娟, 宫綦, 常琦, 赵佳怡

2025, 46(12): 91-100. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0638

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在分析锂电池健康特征的基础上,提出一种基于改进哈里斯鹰优化算法（IHHO）和支持向量机回归（SVR）的锂电池健康状态评估方法;IHHO引入池化机制和迁移搜索策略以及螺旋位置更新策略,解决现有哈里斯鹰优化算法（HHO）的早熟收敛问题。基于CEC2017测试套件比较研究IHHO、HHO等算法的寻优能力,结果表明IHHO算法的收敛速度和寻优精度更好,在部分测试函数上寻优精度提升3个数量级以上,能有效避免早熟收敛。进一步,面向NASA锂电池数据集,采用IHHO算法对SVR的惩罚系数C、不敏感损失因子ε和核参数γ进行寻优,开展基于IHHO-SVR的锂电池健康状态评估实验,结果表明IHHO-SVR能有效提高锂电池健康状态的预测精度,相较于HHO-SVR,均方根误差降低40%以上;此外,将该文所构建的IHHO-SVR模型与其他文献进行对比,结果表明IHHO-SVR模型性能优越,在部分预测结果上,IHHO-SVR的预测均方根误差降低15%以上。

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燃料电池两级离心空压机典型工况气动性能研究

孙秀秀, 张中原, 王林, 张前, 马腾, 孟琪

2025, 46(12): 101-107. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1421

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变海拔下两级空压机气动性能严重下降,无法满足高功率密度燃料电池的动态需求,为拓宽两级空压机工作极限,采用数值模拟方法研究典型工况下的气动性能。结果表明：随着进气压力的降低,两级空压机压比降低32.73%,等熵效率降低34.60%;随着进气温度的升高,两级空压机压比升高23.27%,等熵效率降低12.76%;随着空压机转速的增大,两级空压机压比升高145%,等熵效率先升高后下降,在设计转速附近达到最大值,为66.83%。

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车用燃料电池-蓄电池复合能源系统能量管理策略仿真研究

郑志强, 林维康, 王海龙, 黄贵, 温翔龙, 谢经广

2025, 46(12): 108-113. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1388

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针对一款车用燃料电池-蓄电池复合能源系统,根据燃料电池功率、效率及氢气消耗量曲线,并考虑燃料电池工作点效率,兼顾蓄电池荷电状态（SOC）最佳工作区域,基于Simulink仿真平台建立车用燃料电池-蓄电池复合能源系统仿真模型,提出一种新型能量管理控制策略。对该车用燃料电池-蓄电池复合能源系统进行仿真,结果表明该能量管理策略可有效对燃料电池和蓄电池进行能量分配,燃料电池高效率的功率输出,蓄电池SOC工作在合理区域。

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太阳能热化学制氢研究现状及应用展望

许睿飏, 杨义, 蔡雯雯, 王伊娜, 金建祥

2025, 46(12): 114-125. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1387

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介绍绿氢及其制造技术,并以太阳能热化学制氢技术（STCH）为重点,阐述该技术的基本原理、研究现状、主要特性与太阳能热发电（CSP）技术结合的可能性及未来发展方向。梳理总结以Cu-Cl循环、Mg-Cl循环为代表的Cl基循环,以HyS循环、S-I循环为代表的S基循环及其他诸如金属氧化物循环等循环的基本原理与关键参数,论证STCH在具有系统设计、经济性上劣势的同时也具备极佳的环境效益,值得进一步深入研究的观点。最后针对STCH技术面对的挑战提出未来需要加深研究的方向。

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基于制氢系统效率最优的功率自适应控制策略

章小卫, 白明川, 苏星宇, 周京华

2025, 46(12): 126-135. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1355

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为确保新能源电解水制氢系统的稳定、高效运行,首先建立包含PEM电解槽、制氢电源、压缩环节、干燥和循环冷却等辅助环节的制氢系统效率模型。基于该模型,以制氢系统效率最优为目标,结合制氢电源功率控制,提出一种基于制氢系统效率最优的功率自适应控制策略。通过Matlab/Simulink搭建仿真,对比链式分配策略、平均分配策略和所提优化策略下制氢系统的效率曲线,结果表明所提策略可提升制氢系统高效率工作的应用范围,提高了新能源利用率。

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基于㶲分析的燃料电池两级空压机优化方法

孙秀秀, 孟琪, 孙腾腾, 许红静, 张前, 张中原

2025, 46(12): 136-141. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1340

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基于燃料电池空压机试验平台测试两级空压机气动性能,并以此验证仿真模型的准确性。为提高两级空压机气动性能,利用仿真模型结合㶲分析方法研究两级空压机各部件㶲损分布及大小。结果表明：高压级㶲损比低压级高58.06 J,而高压级叶轮㶲损占整个高压级㶲损的54%。通过对叶轮㶲损因素分析发现湍流引起的不可逆损失是导致其㶲损最主要原因。

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基于Petri网的多电源场景双渠道制氢系统优化控制

韩晓娟, 张哲闻, 刘慕然

2025, 46(12): 142-151. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1305

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为提高可再生能源耦合制氢系统的安全性和能量转换效率,提出基于Petri网的多电源场景双渠道制氢系统优化控制方法。根据不同制氢设备对波动输入的适应能力差异性,构建由碱性电解槽、质子交换膜电解槽和燃料电池组成的多电源场景混合制氢系统架构;采用鲁棒经验模态分解算法对风光耦合输出功率进行分解,根据电解槽承载的功率下限值和电解槽冷启动时间,制定双渠道电解槽启停控制规则,建立基于Petri网的双渠道电解槽优化控制模型。通过某风电和光伏机组实际运行数据仿真实例验证所提方法的有效性。与单一渠道制氢系统相比,采用双渠道制氢可使能量转换效率提升至61.52%,可降低碱性电解槽的启停次数,提高制氢系统的安全性和经济性。

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基于LNG冷能及燃料电池余热的KCS-DORC系统优化

陈旭阳, 杨帆, 李鹏飞, 海笑, 高月, 姜文全

2025, 46(12): 152-160. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1143

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面向天然气燃料电池余热与液化天然气冷能的高效利用,设计整合氨水循环和双级有机朗肯的联合循环方案。通过数值模拟的计算方法,分析乙烷及其混合工质的热经济性能,同时分析汽轮机4入口压力p₁₈、R1270质量流量q_m,11和汽轮机1入口温度t₂₆对系统的影响并对系统进行优化。结果表明：在高温级有机朗肯循环中,工况2的整体性能优于工况1,在乙烷与R600质量分数为0.2、0.8时净输出功最大。增加p₁₈、q_m,11和t₂₆均有利于提升系统净输出功和热效率,增加p₁₈有利于提升系统的㶲效率,但不利于系统的经济性。Matlab优化结果为3731.72 kW、41.95%和2.751×10^-2美元/kWh。系统折旧回收期为4.94 a,冷库制冷系数为0.233。

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基于染料表面改性的GeSe薄膜光电性能研究

张文艺, 吴海峰, 韩莹键, 段凯强, 王耀翔, 王瑞祥

2025, 46(12): 161-167. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1454

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为提升GeSe薄膜的光吸收性能和PCE,提出一种染料表面改性方法,使用罗丹明B（RB）、亚甲基蓝（MB）和刚果红（CR）等单染料及其混合物对GeSe薄膜进行修饰。实验结果显示,所有染料修饰后的GeSe薄膜光吸收能力均有显著提升,其中RB+MB混合染料效果最明显。通过Scaps-1D软件模拟不同染料修饰的GeSe薄膜太阳电池性能,发现MB修饰的GeSe薄膜PCE最高,达到26.32%,而RB+MB改性PCE较低,可能由于过高的染料负载与电池其他性能参数不匹配所致。研究证明了染料改性的可行性。

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基于改进VMD和CSABO-TCN-BiGRU的中短期光伏功率预测

茅庭瑞, 李培强

2025, 46(12): 168-177. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1446

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提出一种基于模态相关性和重构误差的改进变分模态分解（VMD）算法以及改进减法平均算法（CSABO）优化时间卷积网络（TCN）和双向门控循环单元（BiGRU）组成的中短期光伏功率预测模型。首先,利用改进VMD将历史光伏数据分解为多个不同频率的分量;然后,将各分量与关键气象因素结合,通过TCN-BiGRU模型对各时序数据进行预测,重构得到光伏功率预测值;最后,使用CSABO对预测模型的参数寻优,提高模型性能。以澳大利亚实际光伏数据为算例进行实验分析,结果表明所提模型与EMD-TCN-BiGRU、CEEMDAN-TCN-BiGRU和VMD-CNN-LSTM模型相比,各项评价指标均最优,具有更高的预测精度。

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太阳能光伏发电并网中工频变压器局部放电定位研究

郑礼, 闫光辉, 汤春阳

2025, 46(12): 178-185. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1442

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针对太阳能光伏发电并网中工频变压器周围存在电磁干扰、多放电源同时或交替放电导致信号分析复杂、局部放电定位困难的问题,为提高局部放电定位效果,研究太阳能光伏发电并网中工频变压器局部放电定位方法。在分析太阳能光伏并网发电系统结构的基础上,确定关键组件及监测点位置。利用超声波传感器捕捉工频变压器局部放电产生的超声波信号,基于时差定位方法,利用超声波信号之间的时间延时差异,定位局部放电的位置;考虑到该时差定位方法所用超定式方程组难以求解局部放电位置的精确解,将时差定位方法变换为放电位置寻优问题,以时间差最小化为目标函数,并考虑局部放电定位求解的非线性,采用萤火虫算法求解得到使时间差最小化的局部放电定位精确解。测试结果表明：该方法对太阳能光伏发电并网中工频变压器局部放电位置的定位误差最大值为0.05 cm,定位耗时约0.3 s,具有较好的定位效果和较高的定位效率。

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基于AP聚类算法的光伏电站等效模型研究

金贝芋, 邢洁, 单英浩, 侯美倩, 万进维

2025, 46(12): 186-194. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1431

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针对并网集中式光伏电站的等效建模问题,以接受辐照度不同的光伏阵列为研究对象,提出一种基于近邻传播算法（AP）的光伏电站聚类方法。将光伏发电单元的辐照度及线路等效阻抗作为聚类指标对光伏阵列进行聚类,同时采用加权法对光伏电站集电线路、逆变器等环节的参数进行等效。基于PSCAD仿真平台,采用所提方法搭建典型10 kV集中式光伏电站的聚类模型,在光伏阵列不同遮挡工况下,通过对比AP聚类模型、详细模型、单机等效模型与Canopy-模糊C均值聚类（FCM）模型的仿真结果,验证所提聚类方法的有效性。

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基于相似日聚类和SSA-LSTM的光伏组件积灰损失预测

李新福, 李斌, 王广溢, 吴正人, 张剑, 王鑫

2025, 46(12): 195-203. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1425

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为探究气象因素对光伏组件积灰损失的影响,提出一种相似日聚类、麻雀搜索算法（SSA）和长短期记忆网络（LSTM）相结合的光伏组件积灰损失预测模型。首先,利用皮尔逊系数法选出主要气象因素;其次,利用K-均值算法将历史数据聚类为晴天、多云和阴雨天3种相似日样本集并分别建立预测模型;之后,利用SSA优化LSTM超参数,结果表明相较于其他模型,SSA-LSTM模型的预测效果最佳。最后,提出模型组合预测法,结果表明该方法具有预测精度高、泛化能力强的特点,可为光伏组件积灰损失预测研究提供参考。

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基于WOA-GWO算法优化的光伏组件最佳倾角实验研究

赵斌, 朱彪, 王力, 陈嘉祥, 蔡伟华

2025, 46(12): 204-215. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1424

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光伏组件安装倾角是影响光伏发电系统性能的关键因素之一。针对不同地理位置及气象条件下太阳辐射量与最佳倾角间的非线性关系及多变量优化问题,利用WOA-GWO算法构建最佳倾角优化模型。以太阳能资源Ⅳ类地区长沙和Ⅰ类地区拉萨为例,通过基于气弹簧的固定可调式支架,开展不同倾角调控策略下光伏组件输出功率的实验研究。结果表明：基于WOA-GWO算法构建的最佳倾角优化模型具有更优的搜索效率和收敛速度;当采用正南朝向时,长沙晴天和晴转多云工况下,可调倾角最优日总发电量比年固定最佳倾角分别增加3.10%和4.13%,而拉萨晴天工况下的最佳日总发电量可增加6.65%;在晴天工况下,长沙以正东和正西朝向为例,其最佳可调倾角日总发电量比对应最佳固定倾角分别增加8.55%和6.13%。因此,通过模型仿真和实验研究验证最佳倾角调控策略的有效性,表明合理的倾角调控策略能有效提升光伏发电系统的输出功率,且在太阳能资源丰富地区调控策略的收益更加显著,可为光伏发电系统中的倾角调控提供新的设计思路。

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具有谐振软开关的改进型Buck-Boost变换器

荣德生, 马登勋, 孙瑄瑨

2025, 46(12): 216-224. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1422

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针对传统DC-DC变换器存在电压增益低,电压应力高,硬开关、二极管反向恢复大等问题,该文提出带有谐振软开关的高增益耦合电感Buck-Boost变换器。该变换器是将C-L-VD-C单元、有源钳位支路、耦合电感倍压单元以及谐振电容、输出电感加入到Buck-Boost变换器得到。通过C-L-D-C单元、耦合电感倍压结构实现高电压增益。构建电容-电感回路,实现低输出电流纹波。通过有源钳位支路可使所有开关管都工作在零电压开关（ZVS）条件下。通过LC谐振实现所有二极管的零电流关断,减小因二极管的反向恢复特性造成损耗,提出变换器的拓展结构。对变换器性能进行详细的分析,给出实现软开关的临界条件。搭建一台150 W的样机,对变换器进行理论分析的验证。

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基于数字孪生风电机组轴承温度动态优化方法

许文强, 周建星, 崔权维, 张博文, 周亚东

2025, 46(12): 225-232. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1405

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针对以往风电机组轴承温度发热端建模简化和未考虑实际环境影响,难以建立准确的轴承温度模型的问题,提出基于数字孪生的轴承温度动态预测方法。首先,采用有限元法建立系统动力学模型,初步得到轴承振动加速度;其次,通过热网络法构建轴承温度计算机理模型。借助优化算法建立基于实测数据为目标的轴承振动优化模型,并利用实验数据和仿真结果构建滚动轴承热边界条件在线修正的数字孪生模型,用数字孪生优化后动的力学模型更新热网络仿真温度。试验结果表明,在变转速的工况下,该模型在振动加速度估计精度和轴承温度预测精度具备良好表现,可有效提高轴承热网络分析的精度和预测模型的准确性。

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海上风电植入式嵌岩导管架基础水平承载特性研究

苏凯, 胡雨承, 王向坤, 朱洪泽

2025, 46(12): 233-242. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1398

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该文采用ABAQUS有限元分析软件,建立三桩导管架基础的嵌岩模型,采用切线相交法确定水平承载力,并通过分析钢管桩嵌岩深度、灌浆料属性和钢管桩长径比研究基础水平承载特性。研究结果表明：钢管桩在强风化层中局部区域应力和岩土抗力达到最大值;灌浆料在加载初期发生受拉损伤,顶部与钢管桩脱开,达到水平承载力前损伤区由受拉侧不断向受压侧延伸;提高嵌岩深度可显著提高基础水平承载力;灌浆料标号对基础水平承载力基本无影响,提高灌浆厚度可小幅度提高水平承载力,但影响较小;改变桩径以提高长径比时,基础水平承载力不断下降,影响效果显著。总体而言,嵌岩环境下改变钢管桩嵌岩深度以及长径比对基础水平承载力影响显著。

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局部遮挡下光伏组件功率损失预测模型

刘林君, 李琼, 封力, 饶慧晴, 卢永

2025, 46(12): 243-253. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1397

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为研究遮挡条件下的发电效率损失预测以及监测光伏组件遮挡缺陷严重程度,该文提出一种基于Tent-SSA-BP的局部遮挡下光伏组件输出功率损失预测模型。首先通过仿真模拟实验,对光伏组件在局部遮挡条件下的输出特性进行详细分析,在大量仿真数据基础上,建立Tent-SSA-BP预测模型。由于BP神经网络模型在预测时容易陷入局部最优解,预测精度不高,该文建立的Tent-SSA-BP预测模型解决原有网络容易造成的局部最优问题,提高全局搜索能力,快速找到更优的参数组合。通过实验对比分析,Tent-SSA-BP预测模型相比于原有网络MAE降低0.585,MSE降低3.212,RMSE降低0.593,具有更好的模型拟合程度,提升了模型预测精度。

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安全与能效约束下分布式光伏最大准入容量评估

陈春, 唐熙, 曹一家, 李勇, 李锰

2025, 46(12): 254-262. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1392

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分布式光伏无约束地接入配电网势必会影响电网安全。为此,提出基于电压灵敏度改进的蒙特卡罗重要性抽样方法,并考虑光伏和负荷时序特性,评估安全与能效约束下分布式光伏的最大准入容量。建立计及系统能效的配电网安全域模型,以馈线作为最小评估区域,利用二分K-均值聚类法,通过电压灵敏度指标和节点电压对光伏待接入节点进行聚类分析。依据聚类结果,采用蒙特卡罗重要性抽样方法,构造新的概率模型随机生成光伏部署场景,实现安全域内所有区域光伏最大准入容量评估。仿真结果表明：在采用计及系统能效的安全域模型后,评估所得的光伏最大准入容量较常规安全域只减少0.39%,系统能效却上升4.82%,提升系统的运行效率;所提方法的评估精度相较于解析优化算法提升12.41%,在相同精度的情况下所需部署场景数较传统的蒙特卡罗模拟法减少近60%,提高配电网的最大光伏准入容量评估的精度和效率。

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基于气象分类的超短时光伏发电预测模型

顾锦, 刘宇, 顾雷涛, 焦尚, 周瑾白, 徐正蓺

2025, 46(12): 263-270. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1385

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针对传统基于相似日聚类方法无法实现短时变化气象类型的低成本准确识别,从而影响光伏功率预测精度的问题,该文融合理想GHI与实测GHI的差分数据特征,利用XGBoost算法进行超短时气象场景分类计算,然后采用VMD-CNN-LSTM组合预测模型,捕捉时序数据局部和全局的特征,提高预测准确性。实验结果表明,该方法在实际应用时无需额外高成本的气象观测方式,即可实现超短时光伏发电更高精度的预测。相比传统预测算法,晴天理想天气下,30 min预测的指标R²上升3.4%,指标MSE、MAE和RMSE分别下降52.6%、33.0%和29.0%。

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大直径连续拉晶状态下径向电阻率影响机理

何显, 李进, 王忠良, 白楠, 瞿立, 周春玲

2025, 46(12): 271-276. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1364

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利用STR公司开发设计的专业晶体生长模拟软件CGSim,结合晶体动力学和热力学,选用N型单晶硅常用掺杂剂磷,按多晶硅质量的10^-7倍添加磷单质作掺杂剂,选取8种不同坩埚转速7~14 r/min,6种不同晶体转速6~11 r/min,在更高拉晶速率1.8 mm/min下做正交模拟实验得到电阻率变化。通过分析内坩埚熔体温场及流场、外坩埚熔体温场及流场、固液界面、晶体中缺陷等参数,得出合适的坩埚转速、晶体转速,与固液界面处的磷浓度转换为电阻率得到的径向电阻率变化做对比,探讨连续直拉单晶硅径向电阻率的影响机理。

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阴影遮挡下的光伏阵列双轴支架跟踪轨迹优化

刘道生, 邱焕景, 杨瑞民, 谢飞, 闫雪梅

2025, 46(12): 277-287. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1349

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针对采用双轴支架跟踪太阳光照的光伏阵列在日出日落时间段内可能产生的前后阴影遮挡问题,提出一种提升发电量的逆跟踪轨迹优化方法。首先基于太阳位置算法（SPA）计算全天太阳实时位置与日出日落时间,对比SunCalc气象数据进行验证。而后,建立支架旋转几何模型,推导并对比逆跟踪与无逆跟踪轨迹;根据单个光伏组件阴影遮挡实验数据,拟合特定条件下的遮挡比例-功率损失关系公式。为验证公式的正确性,基于HDKR各向异性辐照度模型计算不同太阳位置、旋转角度及遮挡比例下的峰值功率,并与测量值对比,最终求解峰值功率对应的最佳旋转角,实现逆跟踪轨迹优化。组件全天发电量与电机旋转耗电量的统计结果表明,优化后的逆跟踪轨迹减少功率损失,较优化前发电量进一步提升,同时驱动电机耗电量基本保持不变。

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基于时分复用的光伏DMPPT系统设计

夏子毅, 季海宸, 孔佳克, 葛添, 王书征, 范功铭

2025, 46(12): 288-297. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1341

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针对传统太阳电池分布式最大功率点跟踪（DMPPT）需要多组传感器的问题,提出一种太阳电池时分复用DMPPT设计方案和时分复用采样电路。分析时分复用电路结构与控制策略、设计直流/直流电压变换器及其PI控制参数、编写DMPPT算法,以改善光伏DMPPT系统性能。基于理论分析建立仿真模型,搭建实物模型验证理论有效性,实验结果表明：所提时分复用光伏DMPPT系统仅需一组传感器即可快速、有效地跟踪每片太阳电池的最大功率点,可有效降低DMPPT的成本。

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基于简化沙猫群优化算法的光伏多峰MPPT研究

王海林, 章文峰, 范翔, 唐金, 张宇, 张磊

2025, 46(12): 298-306. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1330

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提出一种简化沙猫群优化算法,在复杂阴影光照环境下,辐照度从静态到动态,将该算法与粒子群算法与及灰狼算法进行对比,仿真和实验验证表明,简化沙猫群优化算法能够实现全局光伏最大功率点追踪。在相同外界条件下,相较于两种对比算法,简化沙猫群优化算法影响实验结果的控制变量少;追踪速度提升60％以上,追踪效率提升0.5％以上;且在收敛过程中功率与电压波动率较小,提高智能群体算法应用于光伏最大功率点追踪中的可靠性,并提升光伏发电利用率。

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薄片化趋势下晶硅太阳电池翘曲行为模拟研究

马少波, 李进, 安百俊, 王忠良

2025, 46(12): 307-314. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1320

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通过ANSYS有限元软件对182 mm×182 mm、210 mm×210 mm、210 mm×105 mm、105 mm×210 mm共4种主流尺寸电池金属化后产生的翘曲行为进行非线性结构分析,进一步明晰了晶硅太阳电池翘曲行为影响机理。结果表明：在150 μm电池厚度下,上述4种不同尺寸电池的最大翘曲值分别为1.30、1.69、1.67、0.45 mm。在210 mm×210 mm尺寸下,70、90、110、130、150 μm共5种不同厚度电池的翘曲值分别为8.25、4.96、3.24、2.28、1.69 mm。研究发现,电池的厚度与尺寸、金属栅线的宽度及屈服强度是影响翘曲变形的主要因素。

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基于YOLOv5的无人机航拍红外图像的微弱光伏阵列热斑检测

彭自然, 王思远, 张颖清, 肖伸平

2025, 46(12): 315-323. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1304

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针对无人机航拍光伏组件红外热图像中热斑信号微弱、特征模糊以及自动化巡检存在较高漏检率和误检率的问题,该文基于深度学习模型YOLOv5进行优化改进,以提升其对微弱红外热斑的检测能力。首先,通过添加混合特征模块（HFM）,进一步增强网络的特征提取能力,有效提高检测精度。其次,在YOLOv5的主干网络后使用层级聚合注入网络（HAI）,使卷积核能得到全局特征信息,从而提高检测精度。最后,引入WIoU损失函数优化原有的边界框损失,提高了困难样本的检测速度。实验结果显示,改进后的模型mAP达到80.3%,相比原模型提升了5个百分点。

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基于LSTM-Transformer的分布式光伏违规扩容识别方法

魏梅芳, 李雄, 周文晴, 李彬, 苏盛

2025, 46(12): 324-332. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1146

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针对用户分布式光伏违规扩容威胁配电系统安全可靠运行的问题,提出一种基于长短期记忆网络（LSTM）-Transformer的分布式光伏违规扩容识别方法,首先进行时间序列数值和形态相似性预处理,筛选出与标杆电站气象情况一致的光伏电站;然后构建LSTM-Transformer模型,利用预处理后的数据进行训练和参数优化,预测光伏电站的理论出力;进而采用高斯核函数,基于实际发电功率与模型预测输出偏差计算违规扩容指数（IEI）,基于IEI的数值和突变时间检测光伏用户违规扩容严重程度和扩容时间。通过实际光伏用户数据验证了所提方法的有效性。

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基于OVMD-CNN-BiLSTM的短期光伏发电预测

梁富源, 万艳妮, 杨国华, 李方圆, 张梦晴, 杜文超

2025, 46(12): 333-342. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1144

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提出一种基于灰狼优化算法（GWO）改进变分模态分解（VMD）的卷积神经网络-双向长短期记忆网络（CNN-BiLSTM）预测模型以提高短期光伏发电功率的预测精度。首先,将预处理后的光伏发电数据通过最优变分模态分解（OVMD）算法分解为多个不同频率的模态分量;然后,将各模态信号及相关影响因素作为CNN-BiLSTM网络的输入进行训练、验证和测试;最后,将各模态分量的预测结果重构相加并分析预测误差。通过宁夏某光伏电站实测数据验证表明,该文提出的OVMD-CNN-BiLSTM模型相较于多种基准模型在预测精度和稳定性方面具有显著优势。

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山地光伏电站设计与仿真技术研究

周大伟, 白建波, 吴少杰, 汤霜霜, 聂海缘, 丁俊杰

2025, 46(12): 343-351. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1090

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以山地光伏电站为研究对象,基于不规则三角网（TIN）算法构建等高线转网格化地形模型,结合扫描线算法和地形投射算法构建山地光伏电站的自动化布置模型,并基于多边形（W-A）剪切算法、Perez模型构建阴影遮挡与发电量仿真模型。以重庆某山区的地形数据进行研究,结果表明,自动化布置算法能够有效解决山地三角网格多面布置向单面布置转化的问题。此外,将该文提出的阴影遮挡、辐照度和发电量计算模型与PVsyst仿真结果进行对比,得出阴影遮挡最大误差为0.52%、辐照度平均误差为1%、年发电量误差为0.83%。该模型的发电量偏差小于5%,表明所提方法具有较高的准确性。

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光伏光热一体化系统在重庆地区应用的实验研究

庞艳涛, 张正飞, 肖益民, 李正斌, 汪立

2025, 46(12): 352-358. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1333

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为探究太阳能光伏光热一体化（PV/T）系统在太阳能资源相对贫乏地区应用时的性能,在重庆市长寿区搭建PV/T系统实验平台并展开研究。实验结果表明：PV/T系统在夏季和冬季均表现出良好的发电性能,日平均发电效率分别为14.08%、14.59%;夏季日平均热效率可达35.47%,单日收集的热量可使1 m³水箱内的水温提升22.0 ℃;冬季日平均热效率较低,仅为12.41%。采用敏感性分析方法对比太阳辐照度、冷却水温度、环境温度3个因素对系统发电性能的影响程度,三者的敏感性系数分别为110.15、20.09、5.60,系统对太阳辐照度的敏感性最高。

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基于ISSA-LSTM模型的太阳能热发电站并网发电量预测方法研究

吕达, 张超, 赵文涛

2025, 46(12): 359-368. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0676

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为准确预测太阳能热发电站并网发电量,提出一种改进后的麻雀搜索算法与长短期记忆网络相结合的模型（ISSA-LSTM模型）。首先,基于传统LSTM模型引入麻雀搜索算法构建SSA-LSTM预测模型,以突破局部最优陷阱,提升全局搜索能力。其次,运用精英反向学习策略生成反向解并获取精英个体动态边界,对SSA-LSTM预测模型进行改进,进一步提升算法全局搜索能力与搜索精度。最后,运用太阳能热发电站真实数据对所构建模型与其他模型进行训练分析,并对比各模型预测结果。经过多次训练后结果显示：ISSA-LSTM模型预测结果精度显著高于其他模型,对比SSA-LSTM模型预测精度提升14%;同时该模型训练结果基本与实际数值相吻合。该文基于ISSA-LSTM模型,对光热发电站并网发电量进行预测,为全面提高发电量预测精度、合理布局太阳能热发电站提供一定理论借鉴。

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单层、中孔和内插石英玻璃管3种吸热器耦合传热特性对比研究

李兴友, 向韬, 王孝宇, 戴贵龙

2025, 46(12): 369-377. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1451

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为降低多孔介质吸热器中心表面温度、提高热效率和并保障安全运行,设计一种内插石英玻璃管的吸热芯结构。该吸热器通过在单层多孔介质吸热器中心区域开设圆柱孔,并插入石英玻璃管,实现工质流体速度与高斯型聚集太阳光热流密度的匹配。在此基础上,采用数值模拟与实验验证相结合的方法,对单层、中孔和内插石英玻璃管3种多孔介质吸热器的高温吸热特性进行对比研究。结果表明,与单层吸热芯相比,中孔、内插玻璃管吸热器中心区域流速由0.75 m/s分别提升至1.6 m/s和1.8 m/s,聚集太阳光热流密度峰值由1.5 MW/m²分别降至0.92 MW/m²和1.2 MW/m²,固体峰值温度由1740 K分别降至1444 K和1436 K。在3~10 g/s流速范围内,热效率由单层吸热芯的58%~70%提升至中孔吸热芯的66%~78%和内插石英玻璃管吸热芯的71%~82%。

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影响大气透射率关键气象因素模拟研究

王传辉, 申彦波, 贾蓓西, 红梅, 艾力亚尔·艾海提

2025, 46(12): 378-384. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1312

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基于2016—2023年中国170个气象站逐小时气温、气压、相对湿度、能见度等观测数据,通过SMARTS模式计算定日镜到吸热器间距内大气透射率（AT）,选取代表站进行能见度和相对湿度敏感性实验,结果表明：全国定日镜到吸热器1 km距离内平均AT基本处于70%~90%,太阳能资源丰富的青藏高原、西北地区、内蒙古以及东北部分地区的AT较高,在85%以上;各代表站日出之后AT迅速下降,随后缓慢升高,最低值普遍出现在上午,气候平均能见度越低的站点AT日变化幅度越大;AT季节变化明显,夏半年高、冬半年低。敏感性实验结果表明,AT随能见度的增加呈对数函数曲线增长;除能见度之外,其他要素对AT的影响也与能见度有关,能见度越低,AT对其他因素变化越敏感;AT随相对湿度的增加而减小。

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电-碳-绿证市场交易环境下多能联盟低碳优化运营机制研究

崔勇, 郑建, 时瑞廷, 周壁刚, 周圣惠

2025, 46(12): 385-395. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0435

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以提升新能源消纳能力和系统低碳运营为目标,在电-碳-绿证市场交易环境下,考虑能量共享模式,构建火电、风电、光伏及抽水蓄能联盟运营机制。首先,基于混合整数线性规划（MLP）方法,优化各发电主体在不同时段的出力策略;其次,在联盟内部构建多对多的能量共享匹配模型,以提升资源配置效率。此外,在收益分配方面,采用多因素Shapley值法,分析不同算法下联盟内各主体的收益变化。研究结果表明,多能联盟的能量共享匹配机制有效提升联盟在多元市场中的经济收益,降低系统碳排放水平。同时,通过多市场协同优化,提高风电和光伏的消纳能力,减少弃风弃光现象。在电-碳-绿证市场环境下,多能联盟的协同优化运营模式能够有效提升新能源消纳能力、优化收益分配,并促进低碳转型。

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基于Kuramoto模型的孤岛微电网分布式二次频率控制策略

王力, 舒毅, 赵斌, 曾祥君

2025, 46(12): 396-405. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1449

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针对采用下垂控制的孤岛微电网因功率不平衡导致系统存在频率偏差或失稳的问题,基于Kuramoto模型设计孤岛微电网分布式二次频率控制策略。基于Kuramoto模型对孤岛微电网频率动态行为进行系统性建模,从系统层面进行频率控制设计。以频率无偏差为优化控制目标,采用PI一致性算法设计分布式二次频率控制器,各分布式电源仅需本地和相邻单元的信息,实现按照自身容量合理进行负荷有功功率分配。所提控制策略对通信网络中的延迟具有较强鲁棒性,此外采用Lyapunov直接法证明引入所提控制策略的微电网系统是渐近稳定的。通过Matlab/Simulink仿真验证多工况下所提控制策略的有效性,可减少系统频率偏差。

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构网型控制提升系统电网强度机理探究

房幸龙, 胡阳, 宋子秋, 刘吉臻

2025, 46(12): 406-416. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1443

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为深入探究构网型控制提升系统稳定性的机理,首先建立跟网型与构网型控制变流器的数学模型,通过特征值分析法对二者的并网振荡特性进行分析。其次,针对传统新能源系统短路比计算方法未考虑构网型变流器接入的问题,提出一种用于构网型与跟网型机组混合系统的短路比计算修正方法,以修正构网型机组接入系统后引起的短路比变化。随后,定量分析构网型控制新能源机组接入跟网型机组系统后引起的系统短路容量及等效短路比的变化规律,从构网型控制提升电力系统电网强度的角度揭示构网型机组占比增加对系统电网强度及稳定性的提升能力,并基于仿真模型验证所得结论的有效性。

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植物微生物燃料电池的自适应反步模糊控制及并网优化

樊立萍, 高振博

2025, 46(12): 417-425. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1430

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针对常规最大功率点跟踪算法（MPPT）在单室植物微生物燃料电池（SPMFC）控制中存在跟踪速度慢、局部最优等问题,结合自适应反步控制与模糊控制,提出一种混合算法,利用模糊控制器的逻辑推理能力克服非线性与耦合性对跟踪速度的影响,借助反步控制的自适应性和鲁棒性避免局部最优,并对SPMFC进行并网测试。结果表明：自适应反步-模糊控制使得SPMFC获得更大的输出功率和更快的跟踪速度,既实现对SPMFC最大功率点的无差跟踪,又能够保障并网后的电网对称,有效解决SPMFC产电功率低、MPPT出现局部最优及并网时网侧不对称等问题。

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基于直流链路分数阶虚拟同步的构网型变流器控制策略

杨兴武, 马朝旭, 王雅妮, 刘春, 宋晋峰, 陈国栋

2025, 46(12): 426-436. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1426

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为解决阻尼效应增加导致惯性效应退化的问题,该文结合直流电容电压自同步控制和分数阶控制理论,提出一种基于直流链路分数阶虚拟同步（DCFOVSC）的构网型变流器控制策略。利用直流链路电容的动态特性实现自同步,引入分数阶控制拓展控制自由度,优化系统动态特性,为系统提供足量惯性和阻尼支撑。建立DCFOVSC控制策略的小信号模型,利用频域分析讨论DCFOVSC的动态性能及影响因素,证明其能够在弱电网中稳定运行,具有良好的鲁棒性。在Matlab/Simulink中搭建基于所提控制策略的并网变流器,在有功功率变化、电网频率变化、不同电网强度、电网电压幅值变化4种工况下验证该控制策略的有效性。最后,进行实验验证。

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考虑新能源不确定性的风光火储联合系统频率特性分析

张军华, 郭鑫溢, 赵振宇, 陈财福

2025, 46(12): 437-447. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1414

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为解决传统频率特性分析方法无法准确捕捉新能源参与惯量支撑与一次调频对系统频率特性的影响,提出一种基于风光储多资源调频贡献度的电力系统频率动态模型。该模型通过引入新能源出力的不确定性及储能调节机制,全面描述新能源并网条件下系统频率的暂态和稳态特性;然后建立频率偏差、频率死区、一次调频系数与各机组功率容量之间的解析关系,推导储能机组有功出力不越限的可行性边界,并提出一种容量约束下的参数优化方法以确定最优的储能调频系数,有效提升了频率调控的精度和稳定性;最后,通过仿真验证所提方法在提升系统频率稳定性方面具有显著优势。

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考虑用户热适应性的含跨季储热综合能源系统两阶段容量配置

闫宇声, 高建伟, 吴浩宇, 孟琪琛, 王紫莹

2025, 46(12): 448-459. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1408

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针对月度发电量分布不均以及用户用能差异带来的季节性供需匹配问题,构建一种考虑用户热适应性的含跨季储热综合能源系统两阶段容量配置模型。首先,对不同供暖时期用户舒适度特征进行刻画,提出一种用户热经历影响下的供暖温度动态设置及用户舒适度差异化评估策略。其次,考虑经济与环境成本,构建含跨季储热综合能源系统的一阶段容量配置模型,在时间序列重构下采用多目标粒子群算法求解,并生成跨季储热全年参考容量状态序列。然后,建立第二阶段多时间尺度运行优化模型,研究不同配置条件下考虑长短时电热综合需求响应的系统运行情况,最终确定使得用户满意度最高的设备最优配置容量。通过算例仿真验证所提出模型及其求解方法的可行性。

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基于一维预测模型再压缩S-CO₂布雷顿循环主压缩机进口变工况分析

刘兆强, 李成宇

2025, 46(12): 460-468. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1365

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针对简化部件模型导致S-CO₂布雷顿循环在非设计工况下性能偏离实际的问题,基于可变效率的旋转机械部件一维预测模型,构建集成系统仿真程序,研究非设计工况条件下关键参数对部件及系统热力学性能的影响规律,并分析一维预测模型与传统等效率简化模型在系统整体性能上的偏差。研究表明：主压缩机进口温度升高导致CO₂密度降低,进而引起主压缩机耗功增加;然而,在系统压损和涡轮效率共同作用下,涡轮输出功率呈现相反的变化趋势。系统效率随主压缩机入口温度的升高而降低,且在低入口压力条件下降幅更显著,最大降幅出现在吸气压力7.68 MPa时,为11.6%;当主压缩机进口接近伪临界点时,系统输出较高热效率。对比分析表明,简化模型与维预测模型的系统效率最大偏差达到6.6%。

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考虑双碳目标的新型电力系统源-网-荷-储评价体系研究

闫群民, 屈晨光, 王磊, 董新洲, 马永翔

2025, 46(12): 469-482. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1345

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清洁低碳是新型电力系统的核心目标,为实现综合全面的系统低碳水平评价,建立考虑双碳目标的新型电力系统源-网-荷-储评价体系。针对目前源-网-荷低碳评价体系指标冗余、相关性强、实用性差以及缺少储能环节的问题,构建综合全面的新型电力系统源-网-荷-储低碳指标体系。针对主观赋权法与客观赋权法存在的局限性,引入层次分析法-CRITIC主客观组合赋权法,并基于最小二乘法计算综合权重。针对传统模糊评价存在的主观随意性问题,提出一种基于数据预测的改进FCM模糊综合评价方法,以数据为驱动,提高评价模型的客观性与科学性,同时保证评价模型在较长时间跨度内的适用性,实现对系统低碳水平的综合评价。最后,以中国西部某市电力系统为例,验证评价模型的有效性。

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农村分布式能源系统运行特性及适用性分析

李涵钰, 张时聪, 吴迪, 刘志坚, 吴宽飞, 邢金来

2025, 46(12): 483-498. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1332

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为分析农村地区适宜的综合能源系统,考虑系统能量来源、储能设置方式、多站协同模式以及并网距离对农村综合能源系统的影响,提出一种农村多区域综合能源系统多时间尺度优化方法。结果显示,农村地区分布式能源系统更适合采用单站独立运行策略。通过多时间尺度调度可提高系统调度精度。不并网情景下,可再生能源系统总成本比化石能源系统高59.36%。并网情景下,当并网距离为20 km时,可再生能源系统经济性优于化石能源补充供应的系统,可再生能源消纳率比孤立运行提高62.5%;当并网距离大于40 km后,化石能源补充供应的系统孤立运行经济性更优,比可再生能源并网系统的成本降低10.15%以上。农村分布式能源系统选择上应考虑农村与电网的距离。

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基于谐振滤波器和占空比计算的直流微电网振荡抑制方法

杨苓, 何奇峻, 陈一谦, 廖钧濠, 李毅博, 连晨曦

2025, 46(12): 499-508. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1329

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该文首先提出一种抑制直流微电网母线振荡的控制方法,主要由振荡电流控制环和占空比计算环两个部分构成,有效地提取振荡主频分量并计算所需占空比,具有更好的抑制效果。然后,对系统进行小信号阻抗分析,结果表明该抑制方法能有效削减直流母线谐振峰值,可有效提升系统的稳定性。最后,通过实验验证该方法可有效抑制母线电压振荡。

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计及电-热-混氢天然气耦合的综合能源微网双层博弈低碳经济调度

王长刚, 孙晓宁, 曹宇, 梁栋, 李扬, 莫静山

2025, 46(12): 509-521. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1321

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针对现有研究难以解决混氢天然气渗透的综合能源微网中多主体利益分配问题,该文提出一种基于双层博弈的低碳经济调度方法。首先,对电解制氢设备、混氢燃机进行精细化建模,并在负荷侧引入混氢负荷,完善氢气从制取到利用的全过程。其次,引入碳交易和需求响应机制,在限制源侧碳排放的同时充分发掘负荷侧的减碳潜力。分析微网运营商（MGO）与负荷聚合商（LA）之间的博弈关系,建立上层MGO与下层LA的Stackelberg博弈模型。然后,采用黑翅鸢优化算法结合CPLEX对该文模型进行求解。最后,通过算例对比,证明了所提方法的有效性。所提方法在降低微网碳排放,促进可再生能源消纳的同时,可有效均衡MGO与LA的利益分配。

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考虑可再生能源碳责任分摊的综合能源系统双层低碳调度策略

周秀林, 王春玲, 刘春明, 于逸廷

2025, 46(12): 522-533. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1313

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针对传统碳责任分摊机制忽略可再生能源发电不确定性引起额外碳排放的问题,该文提出一种计及可再生能源机组碳责任分摊和多类型需求响应协同增效的综合能源系统双层低碳调度策略。首先,在源侧基于随机优化通过场景对比计量由可再生能源波动性诱发的额外碳排放量;其次,采用改进的Shapley值法对剩余碳责任进行负荷端分摊并制定差异化动态阶梯碳价格,解决多主体组合爆炸的问题;然后,以碳价格和用能价格协同引导负荷侧低碳需求响应,充分提高用户减碳效能;最后,在电热耦合的综合能源系统进行仿真验证,结果表明本文所提方法准确计量了各主体的碳排放责任,调度策略在保障系统经济效益的前提下,有效降低了碳排放量,实现了低碳与经济性的协调统一。

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风浪作用下连接件刚度对多浮体光伏阵列的动态响应影响

钟旻, 卢俊宇, 林明慧, 周占学, 徐芬

2025, 46(12): 534-544. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1520

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海上漂浮式光伏结构的稳定性是制约海上光伏发展为关键问题之一。目前针对多浮体光伏阵列的稳定性方面的研究较为欠缺,特别是在风浪联合作用下,连接件刚度对系统动态响应的影响机制尚未得到充分探讨。依据势流理论运用AWQA数值模拟技术对风浪联合作用下连接件刚度对多浮体光伏阵列动态响应的影响机制进行了探讨,选取某浮箱-支架式光伏电站单/双浮体作为研究的对象,构建系泊及铰接链接状态下铰接多浮体的运动方程,并对多浮体在六自由度上的运动进行了详尽的数值计算与分析。研究在不同风浪射入角度下连接件刚度对双浮体光伏系统运动响应及系泊力的关键影响。研究结果表明：随着浮体连接刚度的增加,运动响应则减小;合理设置连接件刚度能够显著提升浮体光伏平台的稳定性,减小运动幅值,并提出优化的刚度参考值。

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计及功角稳定与故障限流的构网型直驱风电机组暂态协调控制策略

段建东, 陈宝桥, 岳怡婷, 陶佳鑫

2025, 46(12): 545-553. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1468

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首先在分析构网型直驱风电机组功角与电流暂态特性的基础上,阐释功角失稳与过电流的产生机理及其相互影响。由此提出一种计及功角稳定与故障限流的暂态协调控制策略,通过在构网控制的有功环路中构建不平衡功率补偿量以抑制功角增加,同时依据电流不越限目标整定无功指令以限制过流出现。不同暂态电压跌落深度的构网型直驱风电机组仿真测试以及与其他暂态控制策略相比,结果表明所提协调控制策略能有效抑制风电机组功角增加及失稳问题,并将输出的故障电流限制在允许范围内,可确保构网型直驱风电机组的稳定性和安全性。

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基于VMD和多时间尺度分类预测的风电单机短期功率预测研究

夏卫平, 邓艾东, 薛原, 卞文彬, 刘洋, 刘东瀛

2025, 46(12): 554-563. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1466

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为提高风电单机短期功率预测精度,提出一种以变分模态分解（VMD）为基础,分别构建长时间尺度趋势预测模块（LTTFM）和短时间尺度周期预测模块（STPFM）进行分类预测的风电单机短期功率预测模型。首先,针对风电功率序列本身的不平稳性,采用变分模态分解方法对原始功率序列进行分解,依据相关性将分解后各模态分为低频分量、高频分量以及残差。然后,根据各分量特性,设计不同的预测方法。基于门控循环单元（GRU）构建长时间尺度趋势预测模块对分解后的低频分量进行预测;基于维度变换与二维卷积神经网络（2D-CNN）构建短时间尺度周期预测模块对分解后的高频分量以及残差进行预测;最后,综合各分量预测结果获得最终的预测功率。采用风电场实际运行数据和公开数据集对提出的模型进行验证,结果表明所提模型预测误差（MAE）较常用模型下降34.9%~44.1%,具有较高的预测精度。

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基于自适应谱图小波卷积神经网络的风力机轴承故障诊断

徐志成, 罗硕, 张闯, 金亮, 张献

2025, 46(12): 564-573. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1462

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针对传统智能故障诊断方法在强噪声和复杂工况环境下难以提取可靠特征、诊断准确率低及特征可解释性差的问题,该文提出一种面向航空发电机、风力发电机等大型旋转设备内部轴承的自适应谱图小波卷积神经网络故障诊断方法。该方法考虑多传感器间的交互作用,振动信号转换成图结构数据,将融合猎豹优化算法的自适应谱图小波与重加权小波系数策略嵌入图卷积层,构建自适应谱图小波卷积神经网络。自适应谱图小波卷积神经网络根据振动信号特性动态调整谱图小波的设计参数和分解层数,实现多尺度特征的高效提取,并将不同尺度特征赋予不同权重,增强信号去噪和弱特征提取能力。该方法实现在高噪声环境下端到端的轴承原位故障诊断,同时为图卷积操作提供高效且可解释的框架。实验结果表明,所提方法在高噪声和复杂工况下均表现出良好的诊断性能及鲁棒性。

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中英海上风电政策的文本量化分析及政策建议

俞雷, 姜昊, 吴蓁, 李昱, 陈小波, 岳梦杰

2025, 46(12): 574-583. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1458

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为更好地促进未来海上风电的可持续发展,该文通过文本量化分析的方法,挖掘分析中英两国海上风电政策的法律文本和政策文件共49份（中国30份、英国19份）,获得中英两国海上风电政策的关注点,使用政策建模一致性（PMC）指数模型建立人工智能政策评价指标体系,并结合PMC指数值和PMC曲面图,对两国各4份具有代表性的政策文本进行量化评价和对比分析。研究发现,两国海上风电政策存在明显差异,主要体现在政策领域、政策内容和激励措施方面,英国的海上风电政策侧重于创新发展、基础研究投资和社会服务,而中国在建设激励、海域管理和合作发展方面仍面临挑战。因此,该文得出中国优化海上风电政策的路径应注重“激励措施→政策内容→政策领域”的顺序,并从这3个方面出发提出完善中国海上风电政策的优化建议。

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基于代理模型的风电机组前机架拓扑优化方法

舒娇娇, 王慧, 倪敏, 赵春雨, 柳胜举, 龙凯

2025, 46(12): 584-588. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1448

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随着风电机组单机容量不断增大以及向深远海发展的趋势,整机轻量化和高可靠性之间相互掣肘。同时,日趋激烈的市场化竞争导致整机研发周期缩短。为解决上述问题,提出基于代理模型的风电机组前机架拓扑优化方法。以柔顺度最小为目标,设置人为体积比约束,在轮毂中心施加不同方向的力矩,得到各方向拓扑优化结果并分析其特征。对前机架进行重构,基于代理模型进行有限元分析,确定结构型式和尺寸。优化后结构的极限强度和疲劳强度校核结果表明,该文提出的拓扑优化方法在风电机组前机架结构轻量化设计中具有可行性和有效性,且显著缩短了产品研发周期。

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不同脉动源对风力机攻角及气动力非定常特性的影响

李银然, 魏魁, 郭兴铎, 张苏彩, 柳银环

2025, 46(12): 589-598. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1439

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构建湍流、偏航、剪切流、塔影4种非定常脉动源,采用大涡模拟（LES）研究非定常脉动源对风力机翼型攻角和气动力非定常特性的影响。研究表明,偏航和风剪切工况下,攻角和升力系数均呈现近似正余弦波动规律;塔影工况下,攻角和升力系数在方位角180°附近急剧下降;而湍流工况下,攻角在时间和空间维度上均呈现随机性。除风剪切外,其余工况下攻角和升力系数的波动程度大致由叶尖至叶根增大。非定常脉动源导致压力面与吸力面前缘的压力波动幅度显著增大,且越靠近叶尖,增幅越明显;此外,叶片吸力面上的压力波动大于压力面。湍流是导致叶片攻角、升力系数及压力波动最大的非定常脉动源,其来流速度谱在惯性子区内呈现-5/3的斜率,输出功率谱呈现-11/3的斜率,二者斜率之间存在非线性相互作用,另外在前缘附近湍流下的压力波动呈现较强的周期性,且对大尺度湍流响应更强烈。

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基于模糊贴近度的海上风电低频主变励磁涌流多判据识别

高淑萍, 武心宇, 惠阿丽, 权喆, 王晨清

2025, 46(12): 599-608. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1435

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针对海上风电低频输电系统交流送出线路两端均为电力电子设备及其引发的电网故障电流畸变、导致保护适应性下降的问题,提出一种基于模糊贴进度的变压器励磁涌流多判据综合识别新方法。该方法综合了变压器励磁涌流多个特征,包括二次谐波、波形对称、波形正弦以及无功基波与有功直流之比等多个特征。通过采用不同的隶属度函数,并结合各判据的特点来计算不同权重,综合多个判据,利用贴近度函数计算综合模糊集合与预设的励磁涌流或内部故障标准模糊集合之间的相似程度。最后利用PSCAD搭建低频输电系统模型,并对低频变压器在不同工况下的运行状态进行模拟。利用Matlab对不同工况下产生的电流数据进行处理与分析,对所提识别方法进行验证。结果表明该方法能综合各判据优势,实现海上风电低频系统下励磁涌流与内部故障的精准可靠识别。

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漂浮式海上风力机雷击暂态效应研究

张萍, 陈嘉龙, 杨计刚, 吴伟强, 陆义海, 李练兵

2025, 46(12): 609-616. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1427

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为研究漂浮式海上风力机的雷击综合暂态效应,首先搭建漂浮式风力机一体化电磁暂态模型,基于电磁暂态仿真程序ATP-EMTP探究海床土壤电阻率、锚固长度和系泊链长度对雷击作用下风力机塔基处过电压的影响。然后以雷击作用下塔基处过电压幅值最小和系泊链成本最低为多优化目标、系泊链长度为决策变量,利用NSGAⅡ遗传算法优化得到Pareto最优解集,结合熵权法和TOPSIS法确定系泊链的最优长度,从而实现多目标优化电磁暂态模型的构建。研究结果表明：雷击作用下塔基处过电压达kV 级,与海床土壤电阻率、锚固长度成正相关,与系泊链长度成负相关;多叶片雷击引起的过电压是单叶片雷击的1.57~3.48倍;多目标优化得到系泊链的最佳长度为41.19 m。

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地震方向对15 MW单桩海上风力机动力学响应的影响研究

马璐, 张险峰, 刘茜妮, 秦明, 傅广泽, 杨阳

2025, 46(12): 617-625. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1393

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为研究地震方向对15 MW海上风力机动力响应的影响,基于模态加速度法开发适用于地震-风-浪荷载联合作用下的海上风力机结构动力学仿真模型,并计算0°~360°风-地震耦合夹角下15 MW 海上风力机在风-浪-震耦合工况下的支撑结构载荷、塔顶位移和加速度,并与若干典型仿真工况的计算结果进行比较。结果表明：风-地震耦合角度对风力机塔顶加速度影响显著,对塔顶位移和塔基弯矩的影响一定程度上取决于外部激励的输入。由此说明地震方向对大型海上风力机不可忽视。

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混凝土风电塔架双尺度模型验证及局部预应力损失研究

张俊俊, 甄理, 黄昊, 林政, 刘金龙, 陈改新

2025, 46(12): 626-636. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1386

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预应力混凝土风电塔架较传统钢制塔架具有更好的整体和局部稳定性,能满足复杂地形和更高塔的建设需求。以缩尺试验为基础,基于双尺度建模方法,分析钢绞线预应力局部对称损失状态下全尺寸双尺度混凝土塔架的整体和局部力学性能以及结构的屈曲稳定性。计算结果表明：双尺度模型与缩尺试验结果吻合良好,塔顶荷载、位移相对误差分别为0.3%、5.5%。对于全尺寸双尺度模型,相对于无预应力损失状态,边缘局部预应力损失对结构位移影响较大,迎风侧预应力损失最大位移增加12.2%,背风侧预应力损失最大位移减小23.6%。对于不同预应力损失幅值,混凝土拉应力变化较小、压应力变化明显。不同工况线性屈曲模态振型基本一致,不同位置预应力损失对塔架线性屈曲模态影响较小。相较于线性屈曲分析,非线性屈曲临界荷载降低52.3%。

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考虑偏航效应的新型三维风力机尾流模型

马奎超, 肖鹏程, 陈银鹏, 田琳琳, 魏超, 赵宁

2025, 46(12): 637-643. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1380

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该文提出一种形式简单、便于计算的新型三维偏航尾流模型（3D_k-yaw Jensen模型）,以减缓尾流效应引起的发电量亏损,实现风电场的偏航优化策略。该模型基于3D_k Jensen模型进行改进,引入偏航状态下质量及动量守恒定理,综合考虑入流风况、局地地理信息、机组气动特性及运行工况等多种因素对尾流的影响,同时计及偏航效应对尾流中心偏移和尾流风速分布的影响。通过大涡模拟仿真和无人机外场测量算例,较为全面地验证了模型精度和通用性。结果表明对于不同机型、不同入流风况、不同偏航角条件,3D_k-yaw Jensen模型均较准确地预测了其横向和垂向的尾流速度分布及其发展规律。

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气动弹性模型对15 MW海上风力机支撑结构响应的影响研究

杨定华, 马璐, 丁洁依, 张险峰, 王武斌, 杨阳

2025, 46(12): 644-652. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1378

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为定量分析不同气动弹性模型对风力机支撑结构响应的影响,以IEA 15 MW风力机为研究对象,基于叶素动量理论与广义动态入流理论,几何精确梁方法与模态叠加法,构建了4类气动弹性模型,并通过开源软件OpenFAST计算常规运行工况与极端停机工况时不同气动弹性模型的塔顶位移与桩基弯矩。结果表明：风速为11 m/s时,选用叶素动量理论构建叶片气动模型,基于几何精确梁计算所得的塔顶前后位移小于模态法达34.89%;此外,几何精确梁模型的桩基弯矩波动幅度在常规运行工况下均大于模态法模型。同时,对比模态法模型,几何精确梁模型能更准确预测支撑结构动态响应,但其对计算步长精度要求也更高。此外,结构模型结果差异在极端海况下尤为显著,当风速为50 m/s时,几何精确梁模型的塔顶位移与桩基弯矩的幅值与波动幅度均显著大于模态法模型。

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海上风电静力触探中小应变非线性刚度影响的数值研究

张祖国, 朱俊霖, 沈侃敏

2025, 46(12): 653-661. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1375

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海上风电勘察中用于获取黏土原位参数的静力触探试验,其现有黏土解译方法基于理想弹塑性模型,未充分考虑黏土的小应变非线性刚度特性。该文通过开展数值研究,剖析黏土应力-应变非线性、小应变参数对圆锥贯入锥尖阻力的影响关系,饱和黏土采用双曲线硬化弹塑性模型和小应变弹塑性本构模型,并在ABAQUS有限元软件中模拟圆锥贯入过程。采用ALE重划分技术防止大变形分析中的网格畸变。有限元数值分析表明：土体刚度、土层原位应力、锥面粗糙度和破坏准则等因素均对锥尖承载系数有影响;土体破坏比越大锥尖系数越小;考虑小应变刚度后,锥尖系数有明显的增大,其增幅与小应变刚度、参考剪应变和大应变刚度之间的相对关系有关。对现场工程案例进行分析,表明考虑黏土小应变刚度的锥尖系数评估方法有较好的适用性。

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新型多立柱基础的15 MW漂浮式风电机组动态响应研究

孟慧雯, 刘永前, 田德, 龙凯, 吴晓璇, 孙科

2025, 46(12): 662-670. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1371

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漂浮式风电机组（FOWT）的超大型化发展使其在较小的环境载荷下产生较大的运动,基于此,提出一种适用于深远海的15 MW FOWT新型小直径多侧立柱半潜式基础（MRD）。基于ANSYS AQWA进行频域水动力计算,同时结合openFAST建立全耦合数值模型并进行动态响应分析,在额定风况下与UMaine VolturnUS-S（UMaine）参考基础进行对比。自由衰减测试证明：MRD基础在垂荡和纵摇方向的固有频率较小,产生结构共振的可能性降低;频域分析结果指出,与UMaine相比,MRD纵荡波激励减小,垂荡和纵摇附加质量和辐射阻尼增大,且纵荡、垂荡和纵摇响应幅度算子（RAOs）均减小;全耦合动态响应分析结果表明：MRD纵荡和垂荡均优于UMaine,且输出功率最大值增大。研究结果可为深远海超大型FOWT半潜式基础的概念设计提供理论参考。

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构网型直驱风力机直流侧配置储能的一次调频控制策略

吴增屿, 赵波, 刘磊, 张宽

2025, 46(12): 671-680. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1369

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针对构网型风电机组在电网频率故障期间无法提供良好一次调频能力的问题,提出一种基于构网型直驱风力机直流侧配置储能的一次调频控制策略。首先,在网侧变流器中采用虚拟同步发电机（VSG）控制策略,能在电网频率变化瞬间提供功率支撑;其次,在电网频率跌落时,直流侧电压快速稳定至参考值,机侧变流器稳定运行在最大功率跟踪模式,网侧变流器能增发功率,使得风电机组具备一次调频的能力;最后,通过Matlab/Simulink平台搭建单机系统、四机两区域系统仿真验证了该方案的有效性。实验结果表明,相比于构网型控制的风电机组,所提出的控制策略在负荷突变期间,增发功率提高了24.2%,频率跌落深度减少了60%,具备良好的一次调频能力。

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单向和复合荷载加载作用下新型复合式吸力筒基础的承载性能研究

刘博, 李刚, 陈杨明, 崔少云, 闫玥, 徐睿哲

2025, 46(12): 681-692. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1359

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该文介绍了一种新型复合式吸力筒基础,运用商业软件Abaqus对该基础进行有限元计算,研究不同荷载条件下基础埋深和土体强度非均匀程度对承载能力的影响;模拟均质和非均质黏土中复合式吸力筒基础在单向加载、共面复合荷载下破坏机理的演变;计算共面复合荷载下的破坏包络面;提出一组闭合形式的数学表达式进行拟合;并基于现有的传统单筒型吸力筒基础的研究成果,对比分析该新型基础外侧小吸力筒对承载性能的提升作用。研究结果表明：外侧小吸力筒对于该基础的单向加载模式下的承载性能和复合承载性能均有显著的提升效果。由于破坏机理的演变,新型基础对抗扭承载力的提升优于其他极限承载力。新型复合式吸力筒基础额外的3个小吸力筒显著地扩展了V-H、V-M、H-M、V-T、T-H和T-M二维加载模式下的破坏包络面。随埋深增加,H-M破坏包络面逐渐向第一象限偏移。

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基于Topp-Leone-Weibull的风速概率分布模型研究

刘俊, 熊国江

2025, 46(12): 693-700. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1352

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为解决现有模型在风速拟合中灵活性差和精度低的问题,基于Topp-Leone分布族引入Weibull分布,构建一种性能更优的TLW（Topp-Leone-Weibull）分布模型。考虑到模型参数的增加会带来计算复杂度的提升,采用差分进化算法对模型参数进行优化以确保计算效果。同时,选取福建近海某区域8年间的风速数据进行仿真研究,通过均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）、判定系数检验（R²）和卡方检验（X²）等指标对模型进行全面评估。结果表明,与传统Weibull分布及其他类型分布相比,TLW分布在拟合0~5 m/s低风速上凸段和15~20 m/s高风速下凹段存在不规则波动性时展现出更强的适应性,能有效捕捉风速变化趋势,显著提高拟合精度,更好地跟踪实际风速分布。

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基于FFRLS的独立变桨系统载荷预测控制

姜萍, 耿金鹏, 张天翼, 付磊

2025, 46(12): 701-707. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1348

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针对风速的时变性对风电机组气动载荷系数的影响及由此导致的风力发电机不平衡载荷增加问题,提出一种基于参数在线辨识模型的独立变桨系统载荷预测控制策略。首先,利用FFRLS算法在线辨识独立变桨系统的时变参数;然后,基于辨识参数构建多步预测模型;最后,通过滚动优化实时计算桨叶的桨距角。经基于FAST-Matlab联合仿真的NREL 5 MW风力发电机模型的实验,验证了基于在线辨识参数构建的多步预测模型的预测精度以及所设计控制策略在降低风力发电机不平衡载荷方面的优势。

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水平循环荷载作用下沉降可调式风电机组基础承载特性模型试验研究

李仁杰, 卢向星, 张昴辉, 雷树立, 魏焕卫, 刘聪

2025, 46(12): 708-717. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1337

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沉降可调式基础是一种适用于深厚排土场地层的新型主动沉降调控式风电机组基础形式,为探究该新型基础结构在水平荷载作用下的承载特性,采用模型试验方法,探究水平单调和循环荷载作用下传统重力式风电机组基础和沉降可调式风电机组基础在运行期间各构件受力响应以及变形规律的差异性。试验结果表明：水平单调加载条件下,沉降可调式基础极限承载力优于传统重力式基础,约提高160%;水平等幅短期循环加载条件下,风电机组基础转角改变量与循环荷载幅值呈正相关,相同荷载幅值下沉降可调式基础转角变化量明显小于重力式基础;水平变幅长期循环加载条件下,沉降可调式基础的转角、累积位移及土压力变化量小于重力式基础。沉降可调式基础在加载过程中桩身轴力不断增大,但增长速率逐渐变缓,轴力增量随着桩身深度的增加而逐渐减小。

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大型风电叶片静载试验加载力解耦控制策略

刘梅, 张磊安, 林宸宇, 李成良, 张玉环, 李金磊

2025, 46(12): 718-724. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1331

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为消除风电叶片静力加载试验中多节点间加载力交联耦合造成的载荷振荡影响,提出一种基于智能优化算法自整定参数的比例-积分-微分（PID）解耦控制策略。首先,建立多节点加载力与挠度变化之间的数学模型,以71.5 m叶片无算法控制加载为例揭示交联耦合响应特性。其次,结合变速积分与不完全微分的PID控制策略,提出一种改进天牛须搜索算法,用于非线性加载过程中PID参数的在线自整定。最后,将提出的控制策略应用于110.5 m风电叶片七节点静载现场试验,结果表明该控制策略能有效降低多节点交联耦合,满足加载力协同控制要求,实现大型叶片静载试验的平稳加载。

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基于虚拟阻抗与功率指令优化的构网型永磁风电机组故障穿越控制策略

李辉, 张博, 杜炜, 罗曼丹, 黄汉琦, 张浩

2025, 46(12): 725-734. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1327

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针对构网型永磁风电机组并网系统在电网故障下的故障电流和暂态失稳问题,提出基于有功功率指令与虚拟阻抗调节的构网型永磁同步风电机组（GFM-WTPMSG）故障穿越控制策略。首先,建立基于虚拟同步控制的构网型永磁同步风电机组数学模型;然后,依据故障电流阈值和暂态功角稳定约束,针对不同电网电压跌落深度,提出基于功率指令优化与自适应虚拟阻抗调节的控制策略;最后,对不同功率指令及虚拟阻抗值对故障穿越性能与暂态稳定性的影响进行仿真,并基于RT-LAB硬件在环仿真平台进行验证。结果表明,所提控制策略可有效降低故障电流、提高并网系统暂态稳定性,实现构网型永磁同步风电机组故障穿越能力的提升。

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基于TCN-SENet-Transformer的新型超短期风电功率组合预测方法

殷钰朋, 匡洪海, 李星宇, 曹世鹏, 杨慧娴

2025, 46(12): 735-741. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1314

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针对传统风电功率预测方法在时序与空间全局特征的联系紧密性及并行处理方面考虑较少,预测可靠性有限的问题,提出基于交叉注意力融合时空特征的超短期风电功率预测方法（TCN-SENet-Transformer）。首先,利用压缩激励网络（SENet）调整通道特征权重,并通过时域卷积网络（TCN）捕捉数据的空间特征;同时,采用Transformer识别多特征数据的长期时序特征;然后,引入交叉注意力机制（CA）融合时序和空间特征;最后,以中国某风电场的实际数据进行超短期风电功率预测,并与其他预测模型进行对比,算例分析结果表明,所提组合预测模型可有效提高预测精度。

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人工鱼礁对海上风电单桩基础局部水动力影响研究

李会, 季笑, 邱旭, 胡皓, 孙捷

2025, 46(12): 742-750. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1308

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针对方体、梯形台和半球等形式的人工鱼礁,采用数值模拟方法,分析这3种人工鱼礁自身的阻流特性以及人工鱼礁的存在对桩基础周围水动力特性的影响。结果表明：对比3种人工鱼礁的回流区范围,梯形台鱼礁最大,半球鱼礁次之,方体最小;方体和梯形台人工鱼礁海床面最大剪切应力均随鱼礁与单桩距离的减小呈增大趋势,半球人工鱼礁则随鱼礁与单桩距离的减小呈减小趋势。

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风剪切工况下长柔叶片气弹耦合效应对大型风力机载荷特性影响研究

李逸佳, 周乐, 马璐, 雷肖, 沈昕, 杜朝辉

2025, 46(12): 751-761. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1288

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以IEA-15 MW风力机为对象,基于非定常叶素动量理论模型和几何精确梁理论模型研究风剪切工况下叶片气弹耦合效应对大型风力机载荷特性的影响。结果表明：在风剪切工况下,风力机载荷呈类简谐波动,且叶片的柔性形变会导致风力机载荷降低。由于动态入流效应、翼型非定常气动特性以及叶片形变共同作用导致的风力机载荷响应延迟,会加剧风轮的偏航力矩。随着风剪切系数的增大,风力机的功率、推力以及风轮俯仰力矩和偏航力矩的均值和波动幅值增大,叶片载荷响应的迟滞也更加明显。

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基于黑翅鸢算法和VMD的短期风电功率预测

周金涛, 何山, 王维庆, 程静, 房忠, 陈军

2025, 46(12): 762-773. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1145

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为提高短期风电功率预测精度,提出一种基于黑翅鸢算法（BKA）和变分模态分解（VMD）的短期风电功率预测模型。首先采用BKA确定VMD的参数,并且利用VMD将数据分解为若干个子序列以降低风电时间序列的复杂性和不稳定性。其次将各子序列与关键的气象数据结合构成输入分量,并利用时间卷积网络（TCN）、双向门控循环单元（BiGRU）和注意力机制的组合预测模型对各输入分量分别进行预测。最后采用BKA确定预测模型超参数的最优组合方案,并将各预测结果进行加和重构得到最终风电功率预测结果。采用新疆某风电厂的实际风电功率数据对所提模型进行验证,并与其他5种组合预测模型进行性能对比。实验表明,所提模型预测效果优于其他预测模型,能够有效提升短期风电功率预测的准确性。

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基于数据驱动的风力发电系统性能提升及应用实践

朱幼君, 闫立鹏, 张成义, 刘传亮, 王晓东

2025, 46(12): 774-780. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1060

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提出基于风电机组监控与数据采集系统（SCADA）运行数据的分析和挖掘提升风电机组出力性能。通过风电机组运行状态和异常数据分析,采用改进的基于密度聚类识别算法（DBSCAN）,对环境变化引起的异常数据进行清洗和检测。再通过改进的移动最小二乘法B样条曲线回归模型,识别不同风速下最大机组出力对应的控制特性参数并反馈机组控制系统。在机组仿真验证的基础上,开展真实机组实际运行工况下的验证和分析,实际测试表明该方法对额定风速下系统效率提升较明显。

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钾、钠盐对棒状生物质稳态阴燃传播速度的影响分析

李舒琪, 于光鑫, 刘雪华, 陈鑫, 张毅, 何芳

2025, 46(12): 781-787. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1351

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为研究钾、钠对生物质阴燃传播速度的影响,在松榆混合粉中添加不同比例（0~1.65%）的KCl、NaCl制成生物质棒、炭棒,对其阴燃传播速度进行对比分析。结果表明：KCl、NaCl均可提高生物质棒和炭棒的阴燃速度,生物质棒阴燃速度随KCl比例的增加而增大,最大为原生物质棒的1.5倍;NaCl影响更显著,在0.33%~1.65%范围内均为原速度的1.8倍;对于炭棒,KCl、NaCl对阴燃速度的提高均为先增后减,最大阴燃速度分别在0.99%、0.33%处获得。这些影响结果与氧转移理论一致,并符合Langmuir-Hinshelwood机理;NaCl比KCl影响更明显的原因是Na的相对原子质量更小且性质更活泼。

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海上漂浮式光伏新型开孔重力式锚的承载特性研究

梁镇宇, 刘润, 孙若晗, 刘孟孟

2025, 46(12): 788-796. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1374

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为提高锚固基础的锚固力,提出新型开孔重力式锚,采用数值分析方法研究均质饱和黏土中基础开孔率R、开孔数量N和开孔形状S对锚固力的影响规律,建立确定锚固力的经验公式。研究表明,当开孔数量N一定时,基础水平和抗拔锚固力整体上均随开孔率R的增加而降低;当开孔率R一定时,基础水平和抗拔锚固力系数N_cH、N_cV随N的增加而显著增长,其中N_cH在N≥16后增长速率减缓并趋于稳定,N_cH在9<N<16时增长缓慢、N≥16后保持不变;开孔形状对锚固力的影响较小。

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