太阳能学报

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张琳, 陈秀芹

2025, 46(4): 1-10. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2009

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相变储热技术是工程应用中高效储热的手段之一,而相变材料存在低热导率的问题,严重限制了其工作效率,因此需对相变储热装置结构进行优化以提高储热效率。选取五水硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃·5H₂O）与三水合醋酸钠（CH₃COONa·3H₂O）作为相变材料,基于仿生结构设计6种相变储热模型,对两种相变材料在6种储热模型中的熔化和凝固过程进行数值模拟并分析,最后基于数值模拟结果,综合考虑储热与放热过程,搭建小型相变储热实验台。该文给出了在温度为75 ℃、流量为0.1 m³/h的工况下,两种模型在两种相变材料中各测温点温度随时间的变化。结果表明：一种储热模型更适合将Na₂S₂O₃·5H₂O作为相变材料,另一种模型更适合将CH₃COONa·3H₂O作为相变材料进行实际应用。

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考虑站间交互影响的高速公路充电站布局规划

江昌旭, 卢玥君, 林铮, 袁羽娟, 郑文迪

2025, 46(4): 11-21. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2042

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为准确计算电动汽车充电需求,提出考虑站间交互影响的高速公路电动汽车动态充电需求模型。基于此,构建以充电设施投资成本和用户排队等待时间为目标,以充电站以及充电桩数量、站间距离、用户充电需求为约束的高速公路充电站多目标布局规划模型。为快速求解该模型,建立最短路径下候选站址集合,并将充电站间距离约束由较强的非线性约束转换为整数线性规划,采用快速非支配排序多目标遗传算法和证据推理方法进行求解。最后,以31节点沈海高速福建段实际出行数据为例对所提出的模型进行仿真验证。

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基于灵活性量化的抽水蓄能电站规划方法

郭海燕, 段宝仓, 尹修明, 薛捍军

2025, 46(4): 22-29. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1687

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针对太阳能资源与水电资源富集地区的电站规划问题,考虑到太阳能发电的波动性及电网灵活性需求,提出一种抽水蓄能电站规划方法。首先,同时考虑集中式、分布式光伏电源与太阳能热电站,分析光-水-蓄的互补机理,研究各电站之间的关联制约关系,建立光-水-蓄协调互补框架。然后,考虑投资建设成本及灵活性优化目标,建立抽水蓄能电站双层规划模型。并采用具有自适应数据迁移功能的深度卷积条件生成对抗网络（C-DCGAN）对规划后的光-水-蓄系统发电场景进行生成,结合适用于双层规划模型迭代求解的NSGA-Ⅱ算法对模型进行求解。最后,结合实际地区电网与河道数据对提出的抽蓄电站规划方法可行性进行验证,结果表明该文提出的规划方法能有效平抑水电富集地区的新能源出力波动,充分发挥地区特有优势。

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基于CNN-BiLSTM双通道特征融合的PEMFC水淹故障识别方法

赵旭阳, 袁裕鹏, 童亮, 朱小芳, 李骁

2025, 46(4): 30-38. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2028

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为及时准确地识别质子交换膜燃料电池（PEMFC）水淹故障,提出基于卷积神经网络（CNN）和双向长短期记忆网络（BiLSTM）双通道特征融合的PEMFC水淹故障识别方法。首先,采用归一化消除原始特征之间的量纲;在此基础上利用随机森林（RF）评估数据的特征重要性进行特征筛选;采用并联式结构将CNN与BiLSTM结合分别提取空间特征和时间特征并进行串联融合;最后利用支持向量机（SVM）进行水淹故障识别。实例分析表明,所提方法可快速准确地识别PEMFC的正常状态和水淹故障,总体分类准确率为99.08%,测试用时为0.0929 s,可有效提高故障分类的准确率。

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可再生能源发电制绿氢的发展趋势及前景展望

赵腾飞, 刘庆, 陈英杰, 王彦, 吴旭, 康领

2025, 46(4): 39-48. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2073

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为解决电力资源和电力需求区域分布不均、可再生能源持续装机带来消纳受限问题,该文通过分析中国电力结构、发展趋势与目前风光发电与弃用情况,讨论利用可再生能源制绿氢的必要性。通过围绕目前主流的3种电解水制绿氢（碱性电解、质子交换膜电解和固体氧化物电解）技术路线和实际案例进行应用分析,讨论不同类型风光发电制氢耦合模式的可行性,分析未来可再生能源制绿氢的应用前景和发展方向。

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基于发电效率评价的燃料电池最优功率点优化方法

马玉河, 卫东, 崔健, 郑万俊

2025, 46(4): 49-57. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2127

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基于燃料电池二阶RC等效电路,结合内阻特性和电气输出特性,分析电堆发电的能量转换过程,建立燃料电池堆发电效率模型,研究操作条件、内阻特性与发电效率之间的变化规律。提出以堆内直流总内阻最小为优化目标、功率跟踪为约束条件的最优功率点优化控制方法,获得电堆在不同负载需求功率输出下的最优操作条件,实现最优性能输出。通过电堆的I-V特性和交流阻抗特性实验验证模型和方法的有效可靠性。研究结果表明：堆内直流总内阻最小时对应的操作条件最优,发电效率提高;负载跟踪状态下,通过最优功率点优化控制方法求解得到的最优操作条件,能提升燃料电池堆的输出性能和发电效率,方法有效可靠。

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阴极侧翼型交叉流场PEMFC的三维多相模型

刘强, 程天才, 穆东明, 杨承泽, 王鹏凯

2025, 46(4): 58-65. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0137

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基于飞机翼型低流阻的灵感,提出一种新型的翼型交叉流场（ACFF）。首先,通过正交试验对ACFF的几何形状进行优化,确定最佳的几何参数和水平组合;随后,利用三维数值解析方法,研究优化后的ACFF（ACFF-49）对PEMFC输出性能的影响;最后,使用电池净功率密度这一性能指标来权衡流场中压降和有效功率的平衡问题。结果表明：ACFF具有较好的传质能力和较低的泵送功率损失,且气体扩散层（GDL）和催化剂层（CL）界面的压强和温度分布均匀。此外,通过增加温度、压强和氧质量分数分布的均匀程度,PEMFC中出现局部热点和水淹现象的可能性会降低。

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竖直钻孔地埋管换热器有限空心圆柱面源模型及解析解

施志钢, 张璐瑶, 李志刚, 刘婉清, 刘德民, 蔡超

2025, 46(4): 66-73. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2036

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提出一种描述有限长空心圆柱面源（FHCS）的新模型,利用格林函数方法进行求解,得出该模型的解析解。将该模型与已有的有限线源模型（FLS）和有限柱面源模型（FCS）进行对比分析,结果表明：在深度方向上,3个模型的变化趋势一致,差异性较小。当开始运行时间较短时,FHCS的温升大于FCS,FLS的温升极小;当运行时间较长时,3个模型的温差减小。在此模型基础上研究钻孔和周围土壤的传热特性,深入分析不同时间、径向距离、钻孔半径和轴向方向上的温度分布。研究表明,有限长空心圆柱面热源模型能揭示竖直钻孔地埋管换热器钻孔的传热特性。

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不同类型地埋管换热器换热性能试验研究

李鹏, 杨超, 段新胜, 苏鹏为, 李奇, 马瑞

2025, 46(4): 74-82. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0021

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该文以实际工程为背景,开展埋深为120 m单U型与345 m一进两出型地埋管换热器的现场岩土热响应与热恢复试验研究。分析不同管材及埋管类型地埋管换热器传热效率。结果表明,管材对换热效率影响较大,一进两出型换热器进孔钢管换热量占总换热量的71.4%。相较于120 m单U型地埋管换热器,345 m一进两出型地埋管换热器在冬季供暖工况下,每延米换热量平均提高24%,在夏季制冷工况下,由于初始平均地温较高,每延米换热量略有下降。

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含沙污水源热泵系统污水侧防除垢与换热特性实验研究

钱剑峰, 孔繁鹏, 曹佳玲, 徐莹, 张吉礼, 王海燕

2025, 46(4): 83-90. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2033

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针对污水源热泵系统污水侧换热器结垢问题,探究含沙污水中含沙量及泥沙中值粒径对结垢的影响。搭建含沙污水源热泵污水侧防除垢实验台,在污水流速0.57、0.81、1.15 m/s,污水含沙量50、100、500、700、1200 g/m³,泥沙中值粒径为0.05、0.15、0.28、0.45 mm,换热管内径20 mm等特性参数下开展实验研究,并结合超声波声空化作用,探讨两者的耦合效果。研究表明：含沙污水的结垢量存在波动,0.45 mm泥沙中值粒径波动更为明显;含沙量一定的情况下,随着泥沙中值粒径的不断提高,结垢量逐渐减小,最大差值为16.1 g,传热系数相差130.49 W/（m²·K）;超声波有着良好的防、除垢效果,1.15 m/s流速下的防、除垢效果最好,除垢率高达84%;相比泥沙中值粒径,含沙量对声空化效果影响更为明显,含沙量的增大会抑制声空化作用,影响效果5~50 min最为剧烈,大含沙量相比小含沙量,除垢率下降4.9%。

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增强LVRT能力的逆变器多电能质量优化预测控制

汪海宁, 冯博文, 耿将, 谢缔, 汪亮亮, 张鹏

2025, 46(4): 91-102. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1786

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提出一种适应三电平逆变器低电压穿越（LVRT）的多目标模型预测电流控制策略,无需电流正负序分离和滤波电网电压前馈,在跌落过程中不会出现过电流;给出αβ轴下功率/电流质量优化的指令电流计算通式,通过调整修正系数矩阵,实现功率波动、负序电流和谐波电流之间的协调控制,提高逆变器在LVRT过程中的动态响应及多电能质量优化能力。仿真和实验验证所提方法动态响应的优越性。

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考虑多能源配套的送端电网直流集群暂态过电压优化策略研究

牛拴保, 崔伟, 张文朝, 汪莹, 黄明辉, 王聪

2025, 46(4): 103-113. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1992

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针对含大规模风电、光伏发电资源汇集成直流集群接入的送端电网中,系统发生直流故障时直流集群易受到暂态过电压影响的问题,提出一种考虑多能源配套的送端电网直流集群暂态过电压优化策略。首先,基于送端电网简化等效系统,分析大规模直流集群接入下送端电网暂态过电压变化特性,建立直流集群暂态过电压模型。其次,考虑多能源配套设备接入直流集群近端,对直流集群暂态过电压模型进行部分修正。然后,以直流集群近端暂态过电压、直流集群近端多能源配套设备调节成本为优化目标,建立送端电网暂态过电压优化模型,并结合神经网络算法和遗传算法,提出送端电网暂态过电压优化求解算法。最后,以西北某地区直流外送通道运行数据为基础,搭建仿真模型对直流故障下的系统暂态过电压进行分析,结果表明该文所建模型在直流集群输出母线暂态过电压的平抑方面具有明显效果。

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基于IVMD-LSTM的模块化多电平变换器故障诊断

刘述喜, 王乾蕴, 刘科, 曲雨霏, 罗钦

2025, 46(4): 114-124. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1998

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为提高模块化多电平变换器（MMC）子模块开关管开路故障诊断准确率和效率,提出一种基于改进型变分模态分解的长短期记忆递归神经网络（IVMD-LSTM）的MMC子模块开关管故障诊断方法。该方法直接采用子模块电容电压作为故障特征量,首先通过阿基米德优化算法（AOA）对变分模态分解（VMD）算法进行优化,得到不同样本特征的最优模态分量数量和惩罚因子,对故障样本数据进行模态分解,取特征最显著的3个模态分量组成数据集,然后使用LSTM对故障数据进行分类诊断,得到MMC子模块开关管故障最终诊断结果。仿真结果表明所提方法的分类诊断表现明显优于其他方法,提高了MMC开关管故障诊断准确率和效率,可实现精确、快速、可靠的故障诊断。

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基于ENN-AOSMA算法的集中式温差发电系统最大功率跟踪控制

冯璐璐, 陈燕, 何鑫颖, 张艺博, 程源

2025, 46(4): 125-132. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2000

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针对非均匀温度下集中式温差发电阵列呈现出的非线性多峰值P-V曲线,提出一种改进的最大功率跟踪（MPPT）算法。该算法基于改进黏菌算法结合Elman神经网络,以控制器IGBT占空比为输入、系统功率为输出,建立前馈神经网络,得到输入-输出拟合曲线。基于拟合曲线,更新边界条件,并通过算术优化算法（AOA）更新黏菌算法（SMA）局部搜索公式,实现快速逼近全局最大功率点（GMPP）。通过启动测试、阶跃温度测试、时变温度测试、准确度分析4个动态算例验证所提算法的有效性和优越性。仿真结果表明,所提MPPT方法不仅追踪速度快,且追踪精度达到99.94%。

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集成三绕组耦合电感和倍压单元的高增益连续输入电流DC-DC变换器

杨明发, 翁雨森, 李海滨, 颜胥, 林佳奇, 金涛

2025, 46(4): 133-142. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2071

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提出一种新型的高升压DC-DC变换器。该变换器输入侧采用Boost结构,因此继承了输入电流连续的优点,适合用于可再生能源应用。变换器后级利用三绕组耦合电感和倍压单元进行集成,从而能够使用较小总匝比的耦合电感获得高电压增益,且提高电压增益的调节自由度。开关管电压应力低,可使用低耐压器件。此外,钳位支路回收储存在耦合电感漏感中的能量,从而提高效率。该文对变换器的工作模态进行详细讨论,并与其他变换器的性能进行对比。最后,搭建一台实验样机进行验证,实验获取的数据结果与理论层面的分析高度契合。

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并网逆变器一种减小死区影响的改进前馈策略

李雨泽, 张欣, 郭斌, 廖志凌, 柳张杰

2025, 46(4): 143-152. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2089

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以三相LC型并网逆变器为研究对象,首先从闭环传递函数的角度,揭示弱电网下传统公共耦合点（PCC）电压前馈策略与线路阻抗的交互作用会放大死区引入谐波,恶化系统电能质量。在此基础上,提出一种基于高通与低通滤波器的改进PCC电压前馈控制策略,该控制策略适用于大功率场合,且可在兼顾系统动态性能与稳定性的情况下有效减小死区影响,改善系统电能质量。最后通过仿真与实验验证所提控制策略的有效性。

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中国光伏-液氢跨区域利用的经济和减排效益分析

郑玉华, 周亚西, 胡杭健, 段志祥

2025, 46(4): 153-163. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2113

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考虑中国光伏电解水制氢资源的分布特点以及氢能的运输方式,提出近距离配送气、液氢和远距离调运液氢的供应链方案。首先,从平准化成本和CO₂排放强度两个方面分析不同氢能供应链的经济和环境效益;其次,考虑技术发展的不确定性,运用蒙特卡罗模拟方法分析2030年和2050年不同供应链方案的发展趋势。结果表明,当氢能配送距离小于400 km时,各省省内气氢的平准化成本低于省内液氢和外省调运液氢,但外省调运液氢普遍具有CO₂排放强度低的优势;在华中地区等太阳能资源差、光伏绿氢成本高的地区,外调液氢已具有成本优势。到2030年各省外调液氢的成本优势将逐渐显现,尤其是华中、西南、华东地区;到2050年液氢的成本和环境优势将进一步突出,东北、华北、华南和西北地区应考虑布局省内液氢和外省调运液氢的供应链方案。

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基于信息间隙决策理论的含BSS微电网最优调度策略

王子奇, 侯思祖

2025, 46(4): 164-172. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2128

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提出一种基于信息间隙决策理论（IGDT）的含换电站（BSS）微电网调度策略。构建BSS和微电网运行模型,采用更贴近工程实际的恒流-恒压方程描述充电过程,并通过分段线性化方法保持模型凸化。在此基础上建立风险规避和风险投机IGDT模型,给出不同风险偏好下的调度策略。仿真结果表明,所提策略可有效处理来自微电网运行中的多重不确定性,规避系统运行风险并降低运行成本。

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考虑设备优选的建筑多能耦合供热系统优化方法

时国华, 高宇琪, 于建成, 王坤, 甘智勇

2025, 46(4): 173-182. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2139

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为促进新能源消纳和建筑用能的节能降碳,提出一种计及电网供给-光能利用-热能转换的建筑多能耦合供热系统,针对其可行系统架构,考虑优先太阳能利用运行策略或提高电网运行稳定性运行策略,构建多目标双层优化模型,确定系统中光-电/热、电-热及储能环节的优选设备及其容量,对比两种运行策略下系统优化配置方案及全年运行效果。结果表明：为达到经济性和能效综合最优,建筑多能耦合供热系统应优先配置太阳能集热器、PV/T、电热泵及中温蓄热罐;与优先太阳能利用运行策略相比,提高电网运行稳定性运行策略既实现了电网削峰填谷,又使年化总成本降低2.63%,具有更高的经济性,在系统设计与运行调控中可优先选择。

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考虑源荷不确定性和柔性负荷的综合能源系统低碳运行调度

陈庆斌, 杨耿煌, 耿丽清, 苏娟

2025, 46(4): 183-192. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2143

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为充分调动综合能源系统用能灵活性,克服源荷不确定性对调度计划产生的影响,提出一种考虑源荷不确定性和柔性负荷的综合能源系统低碳运行调度方法。首先,针对模糊C均值聚类算法无法有效处理高维数据的缺陷,引入一种基于核的相似度函数代替原先的欧式距离,选用源荷特性指标进行数据降维;其次,采用中位数绝对偏差对各类别下的离散值进行筛选,并以欧式距离之和最小为目标函数构建模型,通过麻雀搜索算法对各时刻下的中心值进行求解,生成典型场景;最后,在不确定环境中,综合考虑柔性电负荷、柔性热负荷以及柔性负荷的可平移、可转移和可削减特性,以运行成本、柔性负荷补偿成本和碳交易成本之和最低为目标进行调度。仿真验证所提方案可有效提升经济效益。

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基于数据更新长短期记忆网络的多能源微网集群优化调度方法

邱实, 张琨, 程嵩晴, 陈哲

2025, 46(4): 193-199. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2144

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为实现多能源微网集群海量存储数据的准确分析和利用,提出一种利用数据更新长短期记忆网络的多能源微网集群优化调度方法。首先,研究多能源微网间的能量交互机理,建立多能源微网集群能量交互模型。然后,基于多能源微网间的能量传输,综合考虑负荷需求和新能源出力历史数据对多能源微网集群调度决策的影响,建立基于长短期记忆网络的多能源微网集群优化调度模型。最后,对提出的多能源微网集群优化调度方法进行算例验证,并与传统微网调度方法进行对比,结果表明提出的调度方法可有效提升多能源微网集群调度的经济性和精准性。

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主动配电网-交通网耦合系统分布鲁棒规划方法

郑虎虎, 叶剑华, 罗凤章

2025, 46(4): 200-209. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2163

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大规模电动汽车充电站接入配电网形成电力-交通耦合系统（PTN）,针对PTN中存在的多种不确定性,提出一种综合考虑交通流量、风光出力及负荷不确定性的两阶段分布鲁棒规划模型。首先,建立含交通流量最优分配的充电站选址定容模型,根据电动汽车充电站运行约束将交通流量不确定性转化为PTN充电负荷的不确定性。然后,将交通网最优流量分配和充电站选址结果与主动配电网（ADN）耦合,以ADN投资运行成本和交通网投资成本最小为目标建立PTN协调规划模型。使用分布鲁棒优化方法处理模型中的多种不确定性,并采用列与约束生成（C&CG）算法进行求解。最后,以一个33节点ADN和12节点交通网耦合系统进行算例分析,分析结果验证所提模型及求解方法的有效性。

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四开关Buck-Boost变换器的变频ZVS控制策略

刘述喜, 邓瑞祥, 郭强

2025, 46(4): 210-219. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2165

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为实现四开关Buck-Boost变换器的高效率,需通过降低电感电流有效值减小功率器件的导通损耗。分析四边电感电流控制,可发现电感电流有效值在轻载条件下可达到最小,但在重载条件下难以保持。为此,提出一种四开关 Buck-Boost变换器的低电感电流有效值变频软开关控制策略,以满足重载需求。同时,考虑输入输出电压相近时电感电流变化率较小,优化时间段的选择,限制变频范围过大,以此降低硬件设计的难度。在实验室中研制了输入电压为10~40 V、输出电压为15~35 V的实验样机,并通过实验验证所提出控制策略的可行性和优越性。

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计及多重不确定性的IES两阶段多目标协同规划方法

杨世明, 李睿, 赵昕, 韩中合, 张翰, 吴迪

2025, 46(4): 220-231. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0011

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针对综合能源系统规划中源荷多重不确定性问题和容量与运行规划相互独立的问题,建立两阶段多目标随机规划模型。该模型采用随机分层场景生成方法来应对源荷多重不确定性问题,通过ε约束法和Benders分解来处理多目标优化和容量运行协同规划问题。结果表明：建立的随机分层场景生成模型能更好地表征源荷多重不确定性;规划结果的可再生能源份额可达80%,净交互水平仅为20%,费用年值为1752万元,在实现高比例可再生能源消纳和提高系统独立性的同时具有较强的供需协同能力。此外,扩大可再生能源份额将降低系统的经济性能,而降低的经济性能可通过提高净交互水平来改善。

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水风互补系统超低频振荡分析及控制参数协同优化

张宇栋, 刘福锁, 汤凡, 吕亚洲, 李鑫, 梁晓斌

2025, 46(4): 232-239. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0558

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提出一种抑制水风互补系统超低频振荡的控制参数协同优化方法。首先,采用转矩分析法,研究水电机组调速系统控制参数影响超低频振荡的灵敏度。然后,基于水风互补系统模型,分析风电频率控制参数对水电机组阻尼的影响。进一步,构建水风互补系统控制参数协同优化模型,引入二阶振荡粒子群算法优化水电机组调速器PID参数及风电频率控制的PD参数。最后,以改进的4机11节点测试系统仿真模型为例,对所提参数协同优化进行分析、验证,仿真结果表明采用所提方法优化后的控制参数能够有效抑制水风互补系统超低频振荡。

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含分布式光伏的新型电力系统负荷数据特征增强方法

回茜, 刘俊宇, 刘鑫, 李长彧, 宋晓文

2025, 46(4): 240-247. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0692

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针对含分布式光伏的新型电力系统异常用电事件检测难度大、异常用电行为特征复杂、难以满足新型电力系统对样本数据质量要求的问题,提出一种深度循环神经网络-改进生成对抗网络（DRNN-WGAN）模型的新型电力系统负荷窃电行为对应的数据特征增强方法。首先,针对电力用户窃电导致数据存在异常值的问题,对分布式光伏的用户窃电以及纯负荷用户窃电导致的数据异常情况进行分析。其次,通过Wasserstein距离对生成对抗网络进行改进,利用生成对抗网络模型中对新型电力系统负荷异常用电数据进行生成和判别,建立新型电力系统负荷异常用电样本的生成对抗网络模型。然后,提出DRNN-WGAN网络的新型电力系统异常用电数据增强方法,并以LightGBM算法进行电网负荷数据分类与检测。最后,以辽宁省某地含高比例新能源的配电网数据进行仿真,仿真结果表明,与其他数据增强方法进行对比,该文提出的基于DRNN-WGAN网络的新型电力系统异常用电数据增强方法可加快模型的收敛速度,提升电网数据质量和检测精度。

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基于ISAO的光伏和温差混合发电系统的MPPT方法

皮琳琳, 田立国

2025, 46(4): 248-255. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2014

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光伏温差混合发电（PV-TEG）系统在局部阴影情形下功率-电压（P-U）特性曲线呈现多峰值,传统最大功率点追踪（MPPT）方法易陷入局部最优值,导致系统发电功率降低,智能算法虽能一一追踪到全局最大功率点,但追踪时间过长导致能量损失。针对上述问题,提出一种基于改进雪消融优化器（ISAO）的PV-TEG最大功率点追踪（MPPT）方法,首先设计基于PV-TEG特性的初始位置策略,使得初始位置获得更好的适应值;其次在原始SAO的位置更新策略基础上引入基于种群边界范围的动态参数调整机制,并设计改进的开发搜索方式,实现全局与局部搜索能力动态平衡。最后,通过仿真与实验分析,与粒子群算法（PSO）比较,证明了所提方法跟踪能力更佳。

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基于RFI与PFE的光伏功率预测数据挖掘方法

高乐天, 顾文波

2025, 46(4): 256-262. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2020

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为避免光伏组件寿命、清洁度等随时间变化但数据集中不存在的特征对光伏发电功率预测造成的不良影响,提出一种基于随机森林重要性排序与多项式升维的数据挖掘方法来应用于小样本的光伏发电功率预测中。首先根据随机森林重要性对各特征进行重要性排序;然后通过交叉验证分别确定回归模型最适合保留的特征数量和多项式升维次数;最后对比数据挖掘前后交叉验证集和测试集的预测结果。结果表明所提出的数据挖掘方法适用于小样本条件下MLPR回归模型及以MLPR为基础的RNN、GRU、LSTM共3种时序回归模型。

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一种基于CNN-LSTM的改进CGAN光伏短期出力场景生成方法

秦卫民, 唐昊, 任曼曼, 梁肖, 王涛, 陈韬

2025, 46(4): 263-272. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2045

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该文考虑新能源机组出力数据的时空特征,设计一种带有卷积神经网络和长短期记忆网络的判别器网络结构,并使用推土机（EM）距离作为判别器的损失函数,提出一种基于条件对抗生成网络的新能源短期场景生成方法。该方法让模型中的判别器与生成器进行对抗并不断优化,使生成器网络更加准确地提取到条件值及噪声分布与样本分布之间的映射关系,从而更好地生成新能源机组出力场景。该文使用开源的光伏出力数据对模型进行验证和测试,相对于传统的生成式对抗网络方法,所提模型能更加准确地生成契合历史数据特征的新能源出力场景集。

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基于光伏组件图像特征的故障检测方法

殷孝雎, 于金池, 郝志鹏, 潘雪

2025, 46(4): 273-279. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2047

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针对集中式光伏电站地形复杂、面积广、光伏组件故障识别较困难的情况,提出基于YOLOv8模型改进的光伏组件故障识别检测方法。基于Backbone结构采用渐进特征金字塔（AFPN）融合不同层级的图像提取多尺度信息,增强上下文信息的融合。通过在Neck结构添加无参数注意力机制（SimAM）,由能量函数推断出特征图中的三维注意力权重,轻量化地提高模型表征能力。取代每个池化层和每个跨步卷积层而建立SPD-Conv卷集神经网络,提高光伏组件图像中出现热斑、黑边和划痕等小目标特征的故障识别能力。实验结果表明,改进模型召回率和精确率分别达到78.7%和84.9%,平均精度mAP50和mAP50-95分别达到86%和57.9%,实现对光伏组件故障的识别与定位,验证该模型的正确性和有效性。

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自沉/吸贯式新型海洋光伏一体化结构在分层土中沉贯安装模型试验研究

张雨坤, 蓝艺超, 李大勇, 项乾, 孙传平, 杨逸飞

2025, 46(4): 280-290. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2060

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为提高海上光伏建设安装效率同时降低施工作业时间和成本,提出自沉/吸贯式近海新型固定式光伏一体化结构。针对中国典型层状海床地基,开展模型试验研究海洋光伏一体化结构沉贯安装特性。试验研究表明在相同沉贯深度下,一体化结构比单桶吸力基础在吸力沉贯完成后产生的土塞高度更高,当一体化结构穿过上层黏土层,刺入下层砂土层时,一体化结构沉贯效果更加显著,吸力值变化幅度比单桶吸力基础沉贯增大320%,同时该砂土层存在明显的“渗流减阻”效应,且在“渗流减阻”效应下,一体化结构在重力和吸力的共同作用下易发生类似于“溜桩”效应,而单桶吸力基础沉贯试验中并未出现“溜桩”效应,表明一体化结构沉贯过程需要考虑“溜桩”风险。提出分层土中考虑渗流减阻作用的沉贯阻力及吸力修正公式。试验得到的最大吸力较理论修正公式计算的最大吸力值减小约7.4%,理论分析计算方法与模型试验结果吻合度较高。

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基于人工智能多模式集成的光伏电站总辐射预报方法研究

袁彬, 于廷照, 申彦波, 莫景越, 邓华

2025, 46(4): 291-300. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2100

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基于2022年CMA-WSP、CMA-MESO、CMA-GD、WRF-SOLAR 4个数值模式预报以及广东省阳江市4个光伏电站实况观测数据,采用LightGBM集成模型,开展逐月总辐射辐照度（GHI）多模式集成预报试验。结果表明：多模式集成可有效降低GHI预报的平均绝对误差（MAE）和均方根误差（RMSE）,与每月的最优数值模式预报相比,MAE减少2.47%~32.71%、RMSE减少5.46%~32.29%;多模式集成在不同GHI区间效果差异明显,400 W/m²以下区间内,多模式集成效果最好,全年12个月中有10个月集成有效,MAE减少6.25%~44.44%、RMSE减少14.62%~43.07%,400~700 W/m²区间内多模式集成效果次之,全年12个月中有6个月集成有效,MAE减少0.76%~34.59%、RMSE减少4.14%~31.11%,大于700 W/m²区间内受限于样本量,多模式集成无效果;在晴天、少云、多云、阴天4种典型天气条件下,多模式集成预报与实况观测趋势最为接近,且能体现出因云量变化造成的GHI波动。

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基于综合相似日选取的SO-CNN-LSTM光伏功率预测模型研究

宋煜, 许野, 刘锋平, 王旭, 李薇

2025, 46(4): 301-312. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2134

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针对当前光伏发电功率预测的相似日选取标准单一、形状相似判定结果有误、组合预测模型的参数选取不合理导致的预测精度偏低问题,创新性地提出一种利用综合相似度选取相似日、蛇优化算法（SO）优化卷积神经网络-长短期记忆网络（CNN-LSTM）模型关键参数组合的日前光伏发电功率组合预测模型。首先使用皮尔逊相关系数法选取关键气象因素,然后使用欧式距离相似和孪生图形相似的综合相似日选取法选定待预测日的相似日和生成高质量的模型训练样本集,最终构建基于蛇优化算法的CNN-LSTM日前光伏出力组合预测模型。以春季为例,相较于单一的欧式距离相近和孪生形状相似的相似日选取方法,基于综合相似日选取的SO-CNN-LSTM预测模型的平均绝对误差（MAE）分别降低0.15和0.13;另外,与基于综合相似日选取的LSTM和CNN-LSTM两种模型相比,SO-CNN-LSTM模型在夏季、秋季和冬季的MAE值分别降低0.73和0.15、0.36和0.24,以及0.42和0.15。

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融合可见光与红外图像的光伏阵列缺陷检测

白晓静, 徐佳伟, 皮宇啸, 张文彪, 洪烽, 李佩哲

2025, 46(4): 313-321. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2151

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为保证光伏发电稳定、高效和安全运行,需及时检测光伏阵列的运行状况并发现存在的缺陷。提出融合可见光与红外图像的光伏阵列缺陷检测方法,采用CenterNet进行可见光图像光伏组件中太阳电池检测,采用U-Net对红外图像高温区域进行分割,提出区域匹配模块对可见光与红外图像进行匹配,提出关键点（PoI）聚集模块和二次分类器实现关键点处特征向量的聚集以及太阳电池缺陷分类,最后结合可见光图像异物遮挡及红外图像温度异常识别缺陷太阳电池位置及类型。选择不同网络进行测试,提出的算法在较为轻量的CenterNet和U-Net网络上太阳电池检测的AP50-95值达到84.4%,异常温度区域分割的IoU达到89.7%,且单张检测时间约为38 ms,能以较快的速度完成异常太阳电池的检测。

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基于改进残差网络的光伏逆变器数据异常检测方法

姚森山, 庞成鑫

2025, 46(4): 322-330. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0006

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为解决光伏组件异常导致光伏逆变器数据异常的问题,提出一种基于改进残差网络（SCCB-ResNet50）的光伏逆变器数据异常检测方法。该方法引入马尔可夫转移场将光伏功率时序数据化转为二维图像,以增加数据特征点从而提高检测精度,同时使用改进残差网络提取数据异常特征,进行数据异常检测。改进残差网络在残差网络中引入通道注意力和空间注意力融合机制（CBAM）,并使用改进的随机梯度下降（SGD）优化器和余弦退火学习率下降策略,以提高数据异常检测精度。结果表明：该方法在AUC、召回率和准确率上分别达到95.8%、81.5%、96.0%,与LSTM等其他数据异常检测方法相比,3个评价指标均得到有效提高,具有优异的数据异常检测能力。

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大跨度柔性光伏阵列上下表面脉动风荷载三维空间相关性分析

王威, 柯世堂, 王立山, 任贺贺, 张春伟, 田文鑫

2025, 46(4): 331-341. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0008

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以国电投江苏盐城柔性光伏示范基地三跨五排光伏阵列为研究对象,基于上下表面同步测压风洞试验对比分析脉动风荷载分布特性及三维空间相关性,建立柔性光伏表面相关性区域划分模型,揭示脉动风荷载在三维空间内的变化规律以及柔性光伏表面风力分量之间的耦合现象。研究表明：沿垂直竖向柔性光伏表面上缘区为弱相关区,下缘区为强相关区,水平跨向阵列干扰显著影响柔性光伏阵列组件块连接处脉动风压相关性,水平排向相关性光伏阵列第一排受排间干扰最为严重;整体阻力系数与表面脉动风压之间相关性区域在柔性光伏表面呈弱-强-弱分布,且表面阻力与横轴向弯矩之间存在显著耦合现象,其中阵列干扰增强耦合性区域为[0°,45°]和[150°,180°],减弱区域为[45°,150°]。

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定日镜场设计中不同优化算法的比较

罗嘉成, 温嘉豪, 蒲建颖, 杨健

2025, 46(4): 342-349. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1997

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利用光线追迹法对定日镜的光学效率进行数学建模,结合放射状栅格法得到定日镜在场中的布局,同时考虑到实际镜场并非已有研究的东西对称型,为此增加吸收塔在东西方向上的位置参数。随后以镜场达到额定年平均输出功率为约束条件、单位镜面面积年平均输出功率最大为目标函数,比较鲸鱼优化、粒子群优化、差分优化对吸收塔位置、定日镜尺寸、定日镜数目、定日镜位置的设计结果经纬（39.4 °N,98.5 °E）位置,东西对称布局中,鲸鱼优化较另外两种优化,有0.01%~0.05%提升;非东西对称布局中,非对称较对称,有3.6326%提升。

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不锈钢波纹填料的喷淋加湿特性研究

王珍祯, 马兴龙, 郑宏飞, 欧阳志伟, 程海莹, 梁深

2025, 46(4): 350-357. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2017

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采用不锈钢波纹填料,基于空气闭式-水开式循环建立加湿模型,通过实验研究喷淋加湿过程中喷淋速率、喷淋温度、填料高度、循环风速等参数对热湿交换效果的影响。结果表明：对于喷淋加湿过程,总传质系数受到填料高度的明显制约,当填料高度达45 cm以上时,喷淋水温对加湿过程起主导作用。当填料高度不变时,喷淋速率存在最优值,且随喷淋温度的降低而增大,但总体上对传质系数的影响较弱。对填料压降的分析表明,填料高度和喷淋速率的增大都会增大压降,在填料高度大于45 cm以后,综合因子变化平稳。

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多壁碳纳米管-低共熔溶剂基纳米流体光热转换实验研究

黄英妹, 胡艳鑫, 方润泉, 陈洁, 郑少斌, 黄金

2025, 46(4): 358-365. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2027

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为开发高性能的直接吸收式太阳能集热器的集热工质,制备以尿素/氯化胆碱组成的低共熔溶剂（DES）为基液,并添加碳纳米管（MWCNT）的纳米流体,结果表明MWCNT-DES纳米流体具有优良的稳定性,在15 d内未出现明显的沉降现象。此外,纳米流体质量浓度越大,其热导率和黏度也越大。对不同种类基液的太阳能光热转换性能展开探究,结果表明与水相比,DES作为基液的纳米流体太阳能光热转换性能更优异。添加MWCNT纳米颗粒可有效提高纳米流体的太阳能光热转换效率。当太阳辐照度为1000 W/m²,浓度为0.007% MWCNT-DES纳米流体的太阳能光热转换效率为61.82%,比DES的太阳能光热转换效率提高95%。

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弧形太阳能蒸馏器在全天变化入射角度条件下的产水性能分析

段慧玲, 付小强, 王一丁, 阚阚

2025, 46(4): 366-370. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2159

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以3D弧形蒸馏器为研究对象,采用数值模拟和实验相结合的研究方法,构建耦合光热转换、热量传递和质量传输多物理场模型,分析太阳光入射角度对不同高径比的弧形蒸馏器产水性能的影响。模拟结果表明,随着高径比的增大,弧形蒸馏器可在太阳光斜入射工况下获得更多的辐照总能量,实现全天更高的能量转换效率。高径比约为0.8的弧形蒸馏器,在30~150°入射角度范围内的产水效率为57.7%,相对于一般的圆形结构提升约5%。

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夏热冬冷地区电致变色窗档位透过率优化研究

董婷贤, 谭羽桐, 彭晋卿, 罗伊默

2025, 46(4): 371-380. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2114

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建立电致变色窗建筑采光和能耗模型,采用新采光指标,以综合性能为目标,对电致变色窗在夏热冬冷地区长沙的档位透过率开展优化研究。结果表明：在长沙地区,电致变色窗4个档位的透过率在过渡季和采暖季分别设置为51.40%、18.80%、4.80%和1.00%时综合性能最佳,有效日光照度分别为75.80%和50.91%,单位面积能耗分别为6.70和11.88 kWh/m²。而在制冷季,档位的透过率设置为51.40%、32.60%、23.60%和14.10%时综合性能最佳,有效日光照度为92.28%,单位面积能耗为8.30 kWh/m²。通过以上档位透过率的设置,与普通双层Low-E玻璃相比,电致变色窗的全年有效日光照度增加40.78%,全年不可感知眩光的时长百分比增加59.75%。由于普通双层Low-E 玻璃节能性能较好,且电致变色窗明暗档位太阳得热系数差值较小,年度单位面积总能耗仅减少4.14%。

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西藏珠峰晴天太阳紫外光谱观测

王萌萌, 措加旺姆, 盛敏, 拉瓜登顿, 周毅, 诺桑

2025, 46(4): 381-386. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2015

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利用高精度光谱仪在西藏珠峰地区进行为期一年半的太阳紫外光谱观测。观测发现：珠峰冬至附近晴天当地正午太阳紫外线对波长积分值为40.4916 W/m²,而夏至附近晴天积分值达67.5847 W/m²;春分和秋分附近晴天太阳紫外光谱特征基本相似,正午太阳紫外线总量分别为56.3004和58.4680 W/m²,发现珠峰地区太阳紫外光谱强度随太阳高度角的升高而增大,增大速率逐渐变小。使用AM1.5和AM0标准太阳光谱与珠峰和安徽冬至太阳紫外光谱进行对比研究,安徽冬至当地正午太阳紫外线积分值仅占珠峰的60.66%;定性研究了影响珠峰地面太阳紫外光谱的主要因子。

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风电机组主传动链子系统耦合效应对系统特性影响分析

费翔, 姜宏, 周建星, 章翔峰, 尚俊

2025, 46(4): 387-397. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1996

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针对传动链中各子系统在运行过程中的耦合响应问题,以某2 MW风力发电机主传动系统为研究对象,综合考虑齿轮时变啮合刚度以及误差激励影响,建立考虑轴柔性的行星-定轴耦合系统动力学模型。基于特征值问题求解固有频率,阐述耦合效应对子系统固有特性的影响并对系统振型特征进行描述;利用Newmark时域积分法分别求解耦合前后系统动力学方程,探究各子系统连接前后系统动态特性变化规律。结果表明：行星传动系统和定轴传动系统独有振动模式在风电主传动系统模态振型中依旧保留,多数振动模式表现为多个子系统单一振动模式或平行级传动系统几种振动模式之间的相互耦合;耦合效应引起各子系统波动增大,行星级啮合频率及其倍频成分在平行级低频段大量出现;行星级部件承载状态发生改变,运行稳定性降低,齿圈出现局部持续冲击。

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基于深度神经网络的风力机疲劳载荷代理模型研究

黄国庆, 刘伟杰, 王彬滨, 彭留留, 杨庆山, 谭舒

2025, 46(4): 398-405. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1999

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提出一种基于深度神经网络的风力机疲劳载荷代理模型,旨在解决风力机场址评估效率低下的问题。开展基于深度神经网络（DNN）的风力机疲劳载荷代理模型研究。首先,根据平均风速、湍流强度、风切变、偏航误差、入流角和空气密度6维环境变量的分布和相关性进行准蒙特卡洛抽样,获得10000个环境变量样本。然后,采用TurbSim和OpenFAST对NREL 5 MW参考风力机进行仿真得到载荷时程,并通过MLife计算得到1 Hz的等效疲劳载荷（DEL）数据库。最后,运用DNN方法建立DEL的代理模型并对模型精度进行详细验证。结果表明：基于DNN的DEL代理模型具有较高的预测精度,计算效率得到显著提升。

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基于熵权-TOPSIS法的漂浮式海上风电基础结构方案多准则评价研究

孙淼军, 陈玉静, 杨风艳, 占辰龄, 袁文永, 张敏

2025, 46(4): 406-414. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2016

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从功能性、安全性和经济性角度出发,构建漂浮式海上风电基础结构方案的多准则评价体系,确定评价指标。基于熵权-TOPSIS（technique for order preference by similarity to an ideal solution）法建立漂浮式海上风电基础结构方案多准则评价模型。通过案例分析,证明该评价模型可从客观角度进行漂浮式海上风电基础结构方案的评价,基于评价模型提出的优化方案具有合理性,能达到改善方案综合表现的效果。

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基于CEEMD-SE-PSR-BP的短期风速预测

高晟扬, 李法社

2025, 46(4): 415-422. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2035

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为提升预测的准确度,提出一种互补集合经验模态分解（CEEMD）、样本熵（SE）、相空间重构（PSR）以及神经网络（BP）的短期风速预测新模型。首先运用CEEMD技术对风速时间序列进行拆解,化繁为简,分离出多个子序列。随后,计算每个子序列的SE,从SE的特征中重组风速序列。继而,将各子序列的预测结果进行相空间重构,获取神经网络预测的输入输出样本。最后运用神经网络预测每个样本,并将所有预测结果累加。此外,还对风电场的实际运行数据进行试验,并将模型的预测结果与其他预测方法进行对比,实验结果显示出此模型在提高风速预测精度方面的显著优势。

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带约束构造剪力键插筒式风电机组基础受力性能研究

戚菁菁, 叶一宁, 蒋丽忠, 吕伟荣, 卢倍嵘, 吴记东

2025, 46(4): 423-433. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2064

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针对插筒式风电机组基础在长期风荷载作用下出现不同程度损伤的问题,提出一种带约束构造剪力键插筒式风电机组基础环,基础砼利用带约束构造剪力键优异的抗剪刚度和抗劈裂性能,解决基础的嵌固刚度强韧性不足、风电机组塔筒基础耐久性不足的问题。该研究通过对传统栓钉基础环、穿孔钢筋剪力键基础环以及3组不同埋深的带约束构造剪力键基础环进行缩尺模型试验以及有限元模拟,揭示带约束构造剪力键插筒式风电机组基础的传力机制和损伤破坏机理,分析带约束构造剪力键在风电机组基础中的抗剪性能。结果表明,带约束构造剪力键具有更强的钢筒-砼基础界面刚度优势以及显著传力扩散优势,能更有效地连接钢制基础环与混凝土基础共同工作,充分发挥混凝土与钢筋的材料优点,有效提高砼基础的嵌固刚度及耐久性。

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考虑尖速比的双馈风电机组调频建模及稳定性分析

张宽, 赵波, 刘磊

2025, 46(4): 434-444. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2067

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研究尖速比对虚拟同步发电机（VSG）控制下双馈风电机组调频效果的影响,以优化不同工况的控制策略。首先,分析减载双馈风电机组系统的基本控制模型,结合VSG建立包含尖速比变量的双馈风电机组调频系统小信号模型;其次,使用该模型来推导风力发电机组在小信号条件下的等效惯性和尖速比之间的关系方程,根据伯德图和特征根的根轨迹图分析尖速比对VSG控制的双馈风电系统调频动态特性,确定不同尖速比运行下虚拟同步机控制的惯量响应;最后,在Matlab/Simulink中搭建四机二区域模型进行时域仿真,仿真结果验证理论分析的正确性。

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基于RANSAC-DBSCAN的风速功率曲线异常数据清洗方法

罗朗川, 李汝辉, 曾东, 邹明衡

2025, 46(4): 445-453. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2072

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针对海上风电机组在运行中不可避免地产生大量噪声、故障、弃风限电等异常数据,导致运行数据可用性差的问题。梳理和分析风功率曲线中异常数据的分布特征,提出基于随机采样一致（RANSAC）回归与含噪声的基于密度的空间聚类（DBSCAN）融合算法的风功率曲线异常数据清洗,并从算法的清洗效果、清洗效率以及数据删除合理性进行对比验证。结果表明,所提方法能够快速、简便、合理地识别异常数据范围,具有工程应用价值。

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下击暴流作用下停机状态风力机表面风压特性研究

王辉, 李将将, 吴学健

2025, 46(4): 454-462. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2079

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采用雷诺时均方法对静止和移动下击暴流风场特性开展研究,分析射流中心移速V_t对下击暴流风场结构的影响,并以NREL 5 MW型风力机为研究对象,研究揭示下击暴流场中风力机周边流场和表面风压特性。结果表明：移速V_t的增大致使风力机周边风速减小而极值增大,涡旋旋向由绕X轴转为锥形斜向下。塔筒压力面、吸力面和叶片压力面风压分别沿圆周或弦长方向呈“山字形”、“倒U形”和“斜倒U形”变化,而叶片吸力面风压基本相同;实际距离l的增大导致风力机压力面风压极值略微增大,两侧和吸力面由正转负,而后均转为0.16的均匀正压。移速V_t的增大将压缩风暴前缘影响区,导致l值相近V_t不同时风压系数均值差异明显。

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风力发电机前机座结构分析与系统最优设计研究

王慧, 赵春雨, 柳胜举

2025, 46(4): 463-468. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2082

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以大型海上风电机组前机座与其相邻系统部件为研究对象,采用有限元方法,建立仿真计算与分析模型,基于控制变量法研究前机座结构形式对各相邻系统部件的影响规律,并通过综合法分析得到相邻系统部件安全性能最优的结构设计。结果表明：相比常规结构,前机座竖向（环形）肋板位于上摩擦片,对偏航组件系统安全系数提高3.3%;其横向肋板位于轴承座与机座接触面后侧,对轴承座组件系统安全系数提高3.4%;后端法兰到轴承座与机座接触面距离适当加长（200 mm）,对后机座组件系统安全系数提高2.9%;在保证系统结构安全性的基础上,可实现最大程度上的系统结构减重,达到结构与性能最优化设计。

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电磁-温度-流体场双向耦合下永磁同步风力发电机电感与磁链摄动分析

李洁, 吴硕阳, 刘卫斌, 周安跃

2025, 46(4): 469-476. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2091

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针对永磁同步风力发电机运行过程中因固有参数摄动导致电感和磁链计算精度偏低的问题,提出一种计及多场双向耦合效应的永磁同步发电机（PMSG）电感与磁链摄动分析的方法。以一台2 MW永磁同步风力发电机为例,首先,根据电磁学和传热学理论,分析PMSG热源,建立电磁损耗模型,结合永磁同步风力发电机的螺旋水道结构,分析PMSG温升,建立温度-流体场模型,根据多物理场耦合机制建立PMSG电磁-温度-流体的多场双向耦合模型;其次,基于电磁-温度-流体场双向耦合模型,采用有限元交替迭代方法计算不同温度下PMSG的电感和磁链数值;最后,利用最小二乘法进行电感和磁链的数据拟合,得到风电工程背景下额定工况中PMSG电感和磁链的表达函数。与冻结磁导率法、有限元法进行对比分析,该方法获得的永磁同步风力发电机电感和磁链的摄动特性与表征方法有效且精确。

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基于精细化叠加尾流模型的海上风电场微观选址

黄玲玲, 陈昊, 刘阳

2025, 46(4): 477-484. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2093

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针对传统的解析尾流叠加模型难以准确反映多台风电机组尾流影响下的风速损耗,而高精度CFD仿真计算时间过长,不适用于风电场机组微观选址优化的问题,基于质量守恒和动量守恒定律推导一种改进尾流叠加模型,并通过与FAST.Farm仿真结果的对比,论证所提改进叠加模型的精确性和快速性。构建一个以全寿命周期成本为目标函数的微观选址模型,并通过自适应被囊群算法求解该模型。通过海上风电场风电机组选址算例结果论证所提算法的有效性和优越性。

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波流耦合下海上风力机单桩基础水动力特性分析

黄斐, 朱仁庆, 刘红藏, 秦雅, 孙科, 纪仁玮

2025, 46(4): 485-493. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2096

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针对传统的势流理论无法考虑波流耦合及其与结构物之间相互作用的非线性水动力学问题,建立波流耦合作用下单桩基础水动力数值模型,采用高精度分离涡（DES）方法对流场进行模拟,对不同波、流条件下桩柱更为精准的水动力特性进行分析。研究结果表明：1）无流速下最大水平波浪力随波陡增大呈线性增长,而无因次波浪力随波陡数增加而减小;2）波流同向时,随流速的增大,波浪力谷值增长比峰值增长更为显著,而峰值处相位差较谷值处更为明显;波流反向时,波浪力峰值减小趋势以及相位差更鲜明,压强峰值随流速的变化较小;3）波浪力随波周期的增长而减小,相比相同波高增长率,周期变化对波浪力的影响更为突出;4）桩柱绕流过程中出现破浪破碎现象,两侧产生对称旋涡,绕流导致桩柱前方的高水位堆积,进而导致波浪力曲线呈轻微锯齿状。

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基于Vine-Copula-BiLSTM的风电机组齿轮箱状态评估

刘杰, 曹静

2025, 46(4): 494-503. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2098

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为了科学合理地反映风电机组齿轮箱运行状态,提出一种基于Vine-Copula模型和双向长短期记忆（BiLSTM）算法的风电机组齿轮箱健康状态评估模型。首先,通过Vine-Copula模型分析数据采集与监视控制（SCADA）系统中各相关状态参数之间的耦合特性,然后利用BiLSTM算法构建健康状态下的标准残差,用于评估风电机组齿轮箱的健康状况。最后,使用实时数据计算残差值并与健康状态下的标准残差值进行比较,利用马氏距离来度量两者之间的差异,并结合健康指数对风电机组齿轮箱的状态等级划分4个等级（优秀、正常、注意和恶劣）。结果表明：针对某风电场发生故障时不同工况的实际数据进行验证,对于不同工况下风电机组齿轮箱油温超温状态,该模型可提前90和1186 min进行故障预警,实现对风电机组齿轮箱运行健康状态的评估。

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基于海上风电场SCADA数据的串列风力机湍流强度分析

王印, 陈俊鹏, 刘飞虹, 吴迪, 苗得胜, 周自成

2025, 46(4): 504-512. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2109

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为探究海上风电场多尾流叠加影响状态下各机位处的湍流强度变化及实际湍流与设计湍流的差异,该文基于实际运行的海上风电场数据采集与监视控制（SCADA）记录数据及IEC标准中所用的尾流附加湍流模型,针对风速、机距对串列机组湍流影响,实测与理论湍流结果差异等方面,经多维对比与分析后得到以下规律：额定风速以下,串列机组的湍流强度增量随风速的增大表现出逐渐升高的趋势,达到额定转速附近时湍流强度接近最大值,然后随风速的提升而降低,这与变速变桨风电机组运行策略有关;随机组间距离的增加,下游机组的湍流强度增量明显降低;基于IEC标准中所用的附加湍流及总体湍流计算方式进行机组设计能够较好地保证风电场中机组运行的湍流安全性。

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基于PCK-SS-SEGO的海上风力机基础可靠性分析

李志川, 孙兆恒, 祁雷, 李宁, 杜尊峰, 张庆巍

2025, 46(4): 513-521. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2111

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针对海上风力机基础小概率失效事件的可靠性分析,提出一种基于PC-Kriging模型和主动学习的小失效概率的结构可靠性算法。该算法利用子集模拟法SS将小失效概率事件划分为若干中间事件,并通过主动学习提高代理模型对每个中间事件的拟合精度,以此来提高对中间事件的失效概率求解精度,并通过数学算例验证该方法的可行性与高效性。最后结合导管架式海上风力机基础的有限元分析,利用该算法开展导管架式海上风力机基础的结构强度可靠性分析,计算所得失效概率为7.6416×10^-8,符合规范要求,并进行全局灵敏度分析,确定桩腿壁厚为影响风力机基础可靠性的主要因素。

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基于视觉Transformer多模型融合的风电机组异常状态监测

向玲, 高鑫, 姚青陶, 苏浩, 胡爱军, 程砺锋

2025, 46(4): 522-529. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2117

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为实现风电机组的异常状态监测并用于其故障诊断和日常维护,提出一种新的监测方法,该方法基于视觉 Transformer（ViT）模型与长短期记忆（LSTM）网络融合,能有效识别风电机组的运行状态。首先,利用箱线图法和Spearman相关性分析对原始SCADA数据进行预处理,去除无效数据并选择输入参数。然后,构建融合LSTM的ViT预测模型,并引入统计学中KL散度作为检测指标,对目标参数预测值与真实值进行计算分析。最后采用核密度估计确定安全阈值,根据检测指标是否越过安全阈值来识别风电机组异常状态。通过将该模型应用于华北某风场进行实例分析,并与其他深度学习模型对比。结果表明：该方法相较于其他模型能更好识别出风电机组异常状态。

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基于DFIG-MBSDC参数多步优化及约束边界调整的电力系统低频振荡抑制

李生虎, 汪壮

2025, 46(4): 530-540. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2136

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在双馈感应发电机（DFIG）上安装多通道附加阻尼控制器（MBSDC）,可抑制电网多个低频振荡（LFO）模式,但控制效果与其控制参数有关。基于特征值灵敏度的单步优化算法存在截断误差,优化后危险模式和关键参数可能变化,因此不能确保抑制效果。该文在DFIG并网系统小扰动稳定模型基础上,基于模式危险程度,提出LFO模式相对灵敏度加权方法,确定MBSDC关键控制参数。提出MBSDC参数多步优化模型及优化目标对约束边界灵敏度,以调整MBSDC参数,改善阻尼效果。基于小/大扰动仿真分析,验证所提DFIG-MBSDC参数多步优化模型及约束边界调整方法的振荡抑制效果。

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前缘小翼对风力机翼型风沙冲蚀磨损及气动性能的影响研究

李德顺, 张睿, 王清, 李征宇, 付宁

2025, 46(4): 541-549. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2137

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为研究前缘小翼对风力机翼型抗风沙冲蚀性能的影响,采用RANS方程耦合离散项DPM模型开展风力机翼型风沙环境下的数值模拟研究。研究表明适当位置加装前缘小翼能够实现在提升翼型气动性能的同时增强翼型的抗风沙冲蚀磨损能力,在前缘小翼弦长25 mm,与主翼型相对距离为125 mm圆弧范围内安装前缘小翼能获得良好的抗冲蚀磨损效果,但在部分安装位置会出现失速攻角减小的情况。通过对比不同主翼型下前缘小翼的抗风沙冲蚀磨损性能,研究发现前缘小翼的抗风沙冲蚀磨损作用更适用于非对称翼型并能使相对厚度较大的翼型磨损量后移。

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基于多核并行RFECV-GNB的风电机组齿轮箱故障诊断方法

王进花, 袁山钦, 曹洁

2025, 46(4): 550-558. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2150

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针对深度学习的风电机组齿轮箱诊断方法在噪声环境下的鲁棒性较差且在带标签的样本不足时存在诊断精度较低的问题,提出基于RFECV-GNB风电机组齿轮箱故障诊断方法。该方法结合了交叉验证递归特征消除法（RFECV）在故障数据较少时能有效挖掘故障信号的本质特征,以及高斯朴素贝叶斯（GNB）快速高效的性能进行风电机组齿轮箱的故障诊断。同时,针对RFECV训练时间较长这一问题,提出一种基于CPU并行的任务“打包”算法来提高诊断模型的训练速度。该方法通过超额分配逻辑CPU（LCPU）的方式,实现了LCPU之间工作的有效平衡,以此缩短建模时间。最终,通过多个故障数据集进行实验验证,结果表明在相同故障样本数量下,所提方法与传统方法相比,在诊断精度和建模速度上具有明显优势。

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基于可解释性优化堆叠模型的风电功率预测

戚焕兴, 卓毅鑫, 李凌, 殷林飞, 秦意茗, 蒙文川

2025, 46(4): 559-569. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2152

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鉴于当前风电功率预测算法在堆叠建模过程所存在试错性与弱解释性问题,提出一类应用于风电功率预测的可解释性优化堆叠模型（interpretable optimal stacking model, IOSM）。首先,建立初始冗余基学习器并进行特征权重解释;其次,构建一个综合衡量模型性能与计算代价的特征优化度量,优化关键特征并训练形成优化后的基学习器;最终,根据特征优化度量对基学习器进行优化选择,搭建得到元学习器。经如上步骤,即完成搭建IOSM。所提算法在广西典型风电场的算例表明,IOSM相对于最优单一模型的RMSE与MAE指标上分别降低13.01%和18.23%;相对于其他各类主流组合预测算法,该文算法在RMSE与MAE指标分别降低8.24%与10.28%的同时,至少降低了142.38%的建模计算代价。所提算法的有效性及先进性得到验证,为风电功率预测的可解释性优化建模上提供了新的思路与方法。

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基于GGD-EfficientNet和声纹识别的风力发电机齿轮箱故障诊断

廖力达, 陈伟克, 罗晓, 舒王咏, 张芝铭, 代军

2025, 46(4): 570-578. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2171

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针对风力发电机齿轮箱齿轮故障时的噪声提出一种基于分组全局上下文网络（GE-GCNet）与深度可分离卷积（DSCConv）结合的效率神经网络（GGD-EfficientNet）和声纹识别的齿轮箱故障诊断方法。首先通过实验获取齿轮箱故障齿轮的噪声信号,并根据齿轮状态分为6类。然后,使用Log-Mel谱的方法提取噪声信号语谱图。考虑到效率卷积神经网络（EfficientNet）对齿轮故障语谱图特征提取能力不足等缺点,在EfficientNet的基础上,结合分组卷积改进的GE-GCNet和DSCConv,提出一种高性能的齿轮故障诊断模型GGD-EfficientNet。实验表明：所提方法能在齿轮箱故障齿轮语谱图数据集下准确率达到99.7%。所提模型能从数据集中对故障类型进行有效分类,可有效帮助诊断齿轮箱中齿轮故障。

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叶尖小翼对风力机气动性能的影响研究

王清, 杨科, 张翔, 李德顺

2025, 46(4): 579-586. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0012

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叶尖小翼能有效改善风力机风轮的气动性能。然而现有的叶尖小翼多通过叶片延长技术实现,从而改变了风轮直径,难以分析叶尖小翼对风力机气动效率的影响。针对这一问题,基于数值模拟方法,在NREL 1.5 MW风力机的基础上,分析了叶尖小翼不同安装位置下的风力机气动性能及流场特性。通过数值模拟分析,发现叶尖小翼能削减叶尖附近的流动分离现象,减弱叶尖涡,并增大风力机压力面和吸力面之间的压强差,从而提高风力机的气动效率。同时,研究发现离叶尖较近的小翼对风力机气动性能的改善效果更好。额定风速下,叶尖处安装小翼可使功率增加2.05%。

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风电场极端阵风幅值精细化算法研究

蔡继峰, 尹景勋, 李丹, 李新华, 高中华, 王丹丹

2025, 46(4): 587-594. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0015

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为优化风电机组极端阵风幅值设计值确定方法,研究标准IEC 61400-1中极端阵风幅值（极端运行阵风EOG、极端风切变EWS、极端相干阵风ECD、极端风向变化EDC）的编制说明和参考文献。首先介绍IEC 61400-1极端阵风幅值的计算理论,在此基础上,进一步调研提炼有较强可操作性的基于风电机组可靠性指标的极端阵风幅值精细化计算方法。该精细化算法可将风电场地形、湍流风谱模型、风速分布概率以及机组停机次数等因素纳入考量,从理论角度给出风电场合理降低阵风幅值的方法。最后,以中国北部某风电场实测数据进行了计算,结果表明：就该案例而言,提及的3种精细化计算方法所得阵风幅值相比于IEC标准结果,关键风速区间幅值最大可降低30%。

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漂浮式风电机组混合模型试验及响应特性分析

何先照, 李涛, 陈前, 王瑞良, 张天宇

2025, 46(4): 595-603. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1783

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准确模拟转子动态推力特性是漂浮式风电模型试验的难点,针对某大型漂浮式风电机组,采用一种基于无人机控制的漂浮式风电模型试验方法,通过微型风扇阵列实现风扇转速-气动载荷间的对应控制,有效复现转子的动态推力,并对不同方向的额定、极限以及瞬态停机等典型工况进行试验和数值仿真对比验证。结果表明：基于无人机控制的漂浮式模型试验方法能准确模拟转子动态推力特性,整机模型试验与数值仿真动力响应结果对比一致性较好,进而证明该试验方法相比传统叶片法能更准确反映转子动态推力特性,具有较好的应用前景。

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基于改进社交网络搜索算法的永磁同步电机参数辨识

田德, 吴晓璇, 苏怡, 孟慧雯

2025, 46(4): 604-611. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1852

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针对传统永磁同步电机参数辨识方法中存在辨识速度慢、精度低、易陷入局部最优等缺点,提出一种基于改进社交网络搜索算法（ISNS）的永磁同步电机参数辨识方法。在SNS算法基础上引入Tent混沌初始化策略、莱维飞行策略、黄金正弦策略以及高斯变异策略,并基于测试函数验证所提ISNS算法的优越性。仿真结果表明,与其他算法相比,所提出的基于ISNS算法的参数辨识方法辨识速度更快,精度更高,对永磁同步电机的定子电阻、d轴电感、q轴电感以及磁链辨识精度分别为99.996%、99.934%、99.947%、99.962%。

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生物质叶丝颗粒流化状态与分布特性研究

耿凡, 安家俊, 温恬靓, 郭恒, 李林林

2025, 46(4): 612-618. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2080

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基于无根多体系统构建每一个颗粒,采用拉格朗日方法追踪颗粒与其颗粒段,考虑颗粒段之间的铰约束与碰撞效应,分析不同流化风速、颗粒长度等对颗粒流化状态的影响。研究发现：颗粒运动形态多样,呈现伸展、绕曲等多种形式,与流化实验过程中捕捉到的叶丝颗粒的状态近似。短颗粒易被流化带出,随着流化的进行,提升管内较短的颗粒（<0.03 m）数量百分比逐渐下降,甚至低于6%。流出颗粒的数量百分比随其长度的增加而下降;颗粒取向角呈现中间高、两头高的分布趋势;近壁区域颗粒多呈竖直/近竖直状态（±80°~±90°）。次中心区域水平状态（约0°）颗粒的数量百分比随流化的进行增长较为明显;随风速的增大,近壁区域中竖直/近竖直分布的颗粒量增加。

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Fe₃O₄对微藻-乙醇液化制备生物油和脱硝生物焦的影响机制研究

张涛, 泮浩翔, 高涣庭, 龚勋

2025, 46(4): 619-627. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2101

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基于磁性收获后的微藻在乙醇中液化制备高品质生物油,副产物Fe₃O₄负载的富氮微藻生物焦回收再利用,测试其在低温（150 ℃）条件下的脱硝性能,并通过漫反射傅里叶变换红外光谱表征技术对脱硝潜在路径进行探讨。Fe₃O₄在液化过程中可促进微藻中蛋白质的分解,提高油产率的同时吡啶及吡咯化合物在生物焦中的占比增加。负载Fe₃O₄后能显著增加其性能,这是生物焦中各种官能团与Fe₃O₄在还原反应中共同作用的结果。

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催化剂与烘焙耦合对榆木热解特性的影响

梅艳阳, 侯靖凡, 李文琪, 陈莹, 郑炎鑫, 侯原浩

2025, 46(4): 628-635. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2106

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为探究催化剂与烘焙耦合对生物质热解特性的影响,将榆木进行220、250、280 ℃温度下的烘焙,然后以煤灰、生物质灰、泥岩为催化剂,在立式炉中进行热解实验,同时利用热重分析仪（TG）研究催化剂与烘焙耦合对榆木热解失重特性和动力学特性的影响。结果表明：煤灰和生物质灰分别与烘焙耦合能促进热解气中CO₂的生成,而泥岩催化热解产氢效果显著。280 ℃下,泥岩与烘焙耦合对酚类物质的提升最明显,可达54.69%;而煤灰和生物质灰分别与烘焙耦合对芳香烃的生成更有利。3种催化剂分别与220 ℃烘焙耦合对气体产率的促进作用最明显。在低温段,泥岩会提高原样热解反应活化能,但与烘焙耦合则使热解反应活化能降低;在高温段,煤灰会降低热解反应活化能,而生物质灰和泥岩则会增加热解反应活化能。

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木屑低碳储藏与成型行为的协同调控机制

肖亚琴, 谭梦娇, 李辉, 杨海平, 李昌珠, 雷廷宙

2025, 46(4): 636-644. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2162

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探究通风状况和添加剂对木屑30 d储藏过程中温室气体排放、成型行为和成型燃料品质的影响,以期揭示木屑储藏中温室气体减控与成型行为的协同调控机制。结果表明：通风状况（含氧量）和添加剂对木屑储藏中CO₂累积排放量影响显著,有氧组木屑CO₂排放高峰出现在储藏前7 d,而缺氧组在整个周期内数次出现排放高峰。缺氧组30 d的CO₂累积排放量为106060.80 mg/kg,是有氧组的3.30倍。使用Ca（OH）₂、MgCl₂和混合添加剂后CO₂累积排放量分别下降17.07%、38.32%、17.73%;同时,添加剂能影响木屑的成型行为,但添加MgCl₂不利于成型。因此,改善通风状况和使用Ca（OH）₂添加能协同实现储藏中温室气体减控和改善成型行为。

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直驱式波浪发电系统串级LADRC功率优化控制技术

张斌, 段汉年

2025, 46(4): 645-653. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2005

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通过结合浮子在波浪中的受力运动方程与永磁同步直线电机模型,构建等效电路,设计一种基于降阶线性状态观测器（RLESO）的双闭环串级线性自抗扰（LADRC）控制算法,且以永磁同步直线电机电压电流为输入,设计无传感器速度滑模观测器替代传统速度传感器。仿真结果表明,所提速度观测器可对实际速度予以准确估计,基于RLESO的串级LADRC控制策略于表现出良好的跟踪效果,拥有较好得抗干扰能力和鲁棒性,功率输出优化效果明显。

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低能量密度下波浪能发电装置及控制方法综述

王振春, 彭建国, 黄勇

2025, 46(4): 654-662. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2023

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首先系统探讨波浪能发电领域的研究现状,详细介绍波浪能发电的基本原理、装置分类,列举常规环境和低密度环境下波浪能转换装置的应用实例。其次,从无源阻尼控制、无功控制和智能控制等多个角度介绍波浪能转换装置的控制方法及其在低能量密度下的应用。最后,展望波浪能发电技术的发展方向,指出未来的研究趋势将主要集中在多算法融合的波浪能控制方法和低密度海洋环境下的波浪能发电技术上。

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考虑波浪频谱与电气损耗的直驱波浪发电装置最优谐振控制方法

翟英岑, 彭继慎, 林泽川, 肖曦

2025, 46(4): 663-668. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2031

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提出一种改进的谐振控制方法,首先建立包含系统模型、完整波浪频谱和电气损耗模型的目标函数,随后使用粒子群算法求解得到最优谐振控制参数,从而最终实现最大化的电能输出。最后,通过数值仿真验证所提出方法的有效性。

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垂直振荡波浪能发电装置设计与研究

方子帆, 谈杨, 方婧, 周峥, 汪建龙

2025, 46(4): 669-676. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2068

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针对波浪能高效安全利用以及海洋生态环境保护问题,设计一种新型垂直振荡波浪能发电装置。该装置作为一种浅水固定式装置,布置在近岸40 m水深处。仿水葫芦外形的浮子在波浪的作用下进行垂荡运动,采集的往复直线动能通过装置内部的齿轮齿条传动机构转换为旋转动能,再通过电能转换系统将其转换成稳定的电能,实现从波浪能到电能的转换过程,做到波浪能高效安全的利用。分析振荡浮子式波浪能发电装置的工作原理并进行结构设计。基于浮子的运动特性,建立系统内部的数学模型。运用AQWA软件模拟浮子在四级规则波作用下的运动响应,将仿真结果作为输入进行后续联合仿真。运用Recurdyn软件与AMEsim软件搭建机电系统联合仿真模型,对设计方案进行验证。结果表明：在四级规则波浪作用下,发电装置各系统能稳定工作,捕获的平均功率为9.5 kW,充满1组总容量为150 Ah的蓄电池需要48 min。

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基于强迫激励模型的水平摆式波能装置获能优化研究

王家智, 史宏达, 曹飞飞, 江小强, 徐英洲

2025, 46(4): 677-684. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2084

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以水平参数摆波能装置为研究对象,通过物理模型试验、数值模拟和强迫激励模型,对装置多自由度下的运动和获能规律进行研究。装置在系泊状态下多自由度运动平均功率出现两个峰值,第一峰值与外浮体自身性质有关,第二峰值受系泊影响。将动力输出装置（PTO）阻尼形式、外浮体形状、系泊系统为变量,研究表明在斋堂岛海域,线性阻尼性能优于常值阻尼;外浮体为半球形和半圆柱形时装置获能较好;系泊轴向刚度、线密度对获能第二峰值的影响显著。

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新型双体波浪能转换装置水动力特性研究

张磊, 顾兴远, 牛玉博, 陈飞洋, 何培杰, 陈启卷

2025, 46(4): 685-691. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2125

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为确保海洋浮标能够获得稳定且持续的电力供应,提出一种双体波浪能转换装置,其核心结构由两部分组成：一部分是可根据需要调节质心位置的摆体,另一部分是用于漂浮的浮标。依据该装置的设计参数构建相应模型。随后,借助AQWA软件对装置模型进行网格划分操作。在此基础上,对AQWA软件中的频域模型进行网格无关性验证。最终,分别针对单体和双体结构开展频域仿真研究,并对比分析新型双体波浪能发电装置的频域特性。结果表明：摆体的俘能效果在波浪频率为0.2 Hz时最好,而浮标的稳定性在波浪频率为0.33 Hz时最强;双体的水动力参数在某些频率范围内与单体的对应参数有所差别,结合海洋浮标和摆体的新型波浪能发电装置在波浪频率小于0.18 Hz时的俘能效果较强。

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基于涡激振动摩擦纳米发电机的海流能收集研究

徐鹏, 余林洁, 洪铭杰, 张兆德, 李贺, 徐慧星

2025, 46(4): 692-699. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2131

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根据摩擦纳米发电机（TENG）在低频能源收集上的优势及涡激振动低启动流速的特性,提出一种基于涡激振动的摩擦纳米发电机海流能俘能装置,介绍此发电装置的结构以及工作原理,并运用COMSOL有限元仿真软件模拟出独立层式多光栅结构摩擦纳米发电机的输出特性。通过线性模组试验分析TENG摩擦面之间的正压力对电能输出的影响。最后,在循环水槽中进行模型试验,获得此发电装置模型的电能输出数据,发现该模型装置能够在低流速下输出百微瓦级功率的电能。

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C型挡板式圆筒振荡水柱装置的数值模拟研究

单治钢, 潘佳鹏, 王成灿, 孙淼军, 何方

2025, 46(4): 700-705. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2132

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基于Star-CCM+软件建立三维数值波浪水槽,研究圆筒振荡水柱（OWC）装置在不同C型挡板开口角度和波向条件下的水动力特性及波能俘获性能。结果表明：C型挡板可对OWC装置波能俘获产生一定的增强效果,当波浪为正向入射且挡板开口角度为180°时增效幅度最优,在当前挡板高度下最高可提升43.7%的波能俘获效率。当开口角度小于180°或波浪为斜向入射时,与最优增效幅度相比,C型挡板会阻碍一定的入射波浪能量进入气室,从而导致气室内部液面和压强振荡减弱,增效幅度降低,在某些条件下甚至会产生负面效果。

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串列三圆柱流致振动响应特性及海流能捕获效率研究

贾姗姗, 何海华, 徐鹏, 李贺, 张媛, 张兆德

2025, 46(4): 706-712. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1205

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为分析流体流动与圆柱簇运动之间复杂的流固耦合（FSI）作用,提出一种针对亚临界雷诺数下不同间距比和约束条件对串列三圆柱流致振动影响的研究。通过采用三维数值的计算方法,研究在雷诺数Re=(2.6966~8.0899)×10⁴、间距比L/D=1.7~5.0和约化速度U_r=3.67~11.0范围内的3个等尺寸串列圆柱的横向流致振动现象,通过对比无量纲振幅、频率、升力系数和捕获效率,分析串列三圆柱的流固耦合动态响应特性。研究发现：当间距比L/D=3,且上游圆柱固定不动时,中下游圆柱的振动效果最为强烈,此时上游圆柱振动锁定的区域明显变宽,并且在锁定区域内振幅明显高于其他间距工况,表明不同间距和约束条件布置时,多圆柱间的振动效应不同。

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