太阳能学报

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张玮睿, 胡琦, 楚希雅, 张科, 和骅芸, 王晓晨

2026, 47(5): 1-12. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2373

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利用中国496个站点1961—2020年逐日气象数据,分析中国尺度太阳能资源丰富程度、稳定程度与季节太阳能资源时空分布特征,融合高分辨率的数字高程模型（DEM）、土地利用类型数据、地貌分类数据、人口密度数据以及光伏资源潜力数据等多源数据,评估全国各省光伏潜在发电量,分析光伏电站的实际空间分布与安装方式。结果表明,西北与内蒙古地区年地表太阳辐射>5040 kW·h/m²,太阳能资源丰富且稳定,适宜发展光伏发电。60年来太阳能资源呈下降趋势,夏季下降程度最大（-6.10 kW·h/（m²·10 a））。中国光伏潜在发电量为322.9千亿kW·h,新疆为光伏潜在发电量最多的省份（66.2千亿kW·h）。2023年实际光伏发电量最多的省份为河北（232.1亿kW·h）,新疆、内蒙古、东北地区太阳能资源利用率较低,光伏实际发电量/潜在发电量<1%,未来应优先发展光伏发电。光伏电站空间分布符合光伏潜力发电量空间分布,各类型光伏电站展开方式以集中式为主,分布式还有较大开发空间。

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计及电解槽效率特性的风-光-氢-储混合电厂日前交易策略研究

孙浩, 邢作霞, 吴维宁, 朱志

2026, 47(5): 13-24. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2301

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为提升此类混合电厂在电氢耦合市场中的经济效益,深入研究混合电厂参与日前市场的调度与交易策略。首先,构建基于双结算机制的两阶段优化运行架构,运用随机优化方法有效处理混合电厂中存在的不确定性因素;其次,采用分段线性化技术拟合制氢效率曲线,实现电解槽的最佳效率调度,设计多电解槽协同运行策略,有效延长电解槽的使用寿命;最后,仿真案例验证表明所提模型通过储能与氢能的耦合优化可有效实现新能源售电与氢能生产的协同调控、最优化运行,证明了模型的有效性和合理性。

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计及水风光资源禀赋与碳排放约束的省级多能协同容量规划

李明, 刘泳, 完颜瑞, 张猛, 赵子文, 陈帝伊

2026, 47(5): 25-36. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2305

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针对现有容量规划模型较少考虑区域资源禀赋以及碳排放的问题,基于MESSAGEix建模框架,构建考虑中国各地区水资源开发潜力和技术经济特点的能源系统规划模型,并在煤电退役约束和碳排放约束等不同场景下,探讨不同资源禀赋地区的电力系统脱碳转型规划。结果表明,煤电退役约束、碳排放约束均会促进风光资源的扩张进程,相较于基础场景风电增长速率平均高出10.07%,光伏增长速率平均高32.49%。此外,相较于煤电退役约束,碳排放约束对风光资源扩张进程的促进效果更为显著,而对于抽蓄技术受水电资源禀赋与能源架构现状影响,呈现相反趋势。

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博弈理论在电-证-碳耦合市场中的应用综述

刘峻, 王鹏, 吕肖圆, 肖佩清, 郭红霞

2026, 47(5): 37-47. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2319

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针对电-证-碳耦合市场中多主体利益冲突显著、交易策略相互影响以及市场协调机制复杂等问题,综述了博弈理论在电-证-碳耦合市场中的应用。首先,提出电-证-碳耦合市场交易框架及博弈行为,介绍电-证-碳市场耦合作用和耦合市场中存在的博弈行为,强调各市场价格之间的关联性以及市场主体行为的多样性。随后详细阐述经典博弈和演化博弈的重要概念及其在电-证-碳耦合市场中的具体应用,包括市场均衡状态分析、最佳策略选择和政策参数设计等内容。最后展望博弈论在电-证-碳耦合市场中未来的应用趋势。

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考虑节点频率安全约束的新能源电力系统虚拟惯量优化配置

张波, 吴璇, 张成健, 王磊

2026, 47(5): 48-57. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2334

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针对新能源电力系统各节点频率响应过程空间差异显著问题,为提升系统频率稳定性,提出一种考虑节点频率安全约束的惯量优化配置方法。首先,利用节点等效惯量指标分析各节点的频率抗干扰能力,定量表征系统惯量空间分布特性;进而,建立含同步发电机和新能源电源的系统频率响应模型,计算系统惯性中心（COI）频率指标和节点频率指标;然后,将节点等效惯量引入目标函数,分别建立考虑COI频率安全约束和节点频率安全约束的虚拟惯量优化配置模型,并提出节点等效惯量充裕程度的评价标准;最后,改进IEEE 39节点系统仿真算例分析表明,考虑节点频率安全约束进行虚拟惯量优化配置能改善系统频率响应性能并实现节点层级的系统惯量水平评价。

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基于双重特征识别的综合能源系统多元负荷预测

李金辉, 王聪, 张宏立, 马萍, 卢雪辉

2026, 47(5): 58-69. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2354

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为有效提取综合能源系统（IES）中数据的相关特征,并识别多元负荷预测任务中的重要特征,同时提高多元负荷的预测精度和速度,提出一种基于改进的卷积神经网络（CNN）和注意力机制的综合能源系统多元负荷短期预测模型,实现对多元负荷的双重特征识别和精确预测。首先,对数据进行相关性分析（ICEEMDAN）,筛选出与多元负荷相关性强的气象特征后,对电负荷、冷负荷和热负荷数据进行改进的自适应噪声完备集合经验模态分解,高效地将复杂的多元负荷时间序列分解为K个固有模态（IMF_s）,并对IMF_s进行相关性分析,筛选出关键IMF_s。其次,利用CNN进行首次特征识别,提取数据的局部重要特征,再利用门控循环单元（GRU）捕捉时间序列数据的动态变化。然后,引入注意力机制实现双重特征识别,增强模型对关键特征的关注度,提高预测的准确性。最后,使用美国亚利桑那州立大学Tempe校区的多元负荷数据进行试验测试,同时采用相关模型进行对比分析。结果表明,所提方法的电、冷、热负荷平均绝对百分比误差分别为5.1%、4.23%及3.68%,相比其他模型具有更高的预测精度和更快的运算速率。

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基于频域故障特征的直流充电桩Vienna整流器开路故障诊断

胡姚刚, 蒋能, 冉林香, 李伟林, 李俊宏

2026, 47(5): 70-80. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2362

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针对单个或两个功率管开路故障,开展直流充电桩开路故障频域特征体系及其故障诊断方法。首先,考虑微电网电压波动、噪声干扰、不同类型电动汽车电池包负载差异等影响因素,针对利用单个或少量频域故障特征量难以获得有效故障诊断结果问题,构建直流充电桩故障特征量体系。其次,为实现对Vienna整流器单、双管开路故障诊断,应用RBF神经网络,构建直流充电桩Vienna整流器故障诊断模型。最后,通过仿真和实验验证表明,所提开路故障频域特征体系以及开路故障诊断方法是有效的;与现有故障诊断方法对比表明,所提诊断方法在噪声干扰、微电网电压不平衡下故障诊断准确度最高。

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基于光-储-氢直流微网效率的动态协调控制

郑诗程, 刘旭, 周松林, 杨志军

2026, 47(5): 81-90. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2367

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针对光伏制氢系统如何提高电能利用率和产氢稳定性的问题,综合考虑直接耦合高电能利用率以及间接耦合灵活可控的优点,提出一种以最大效率点跟踪为目标的光伏制氢动态协调控制策略。首先建立光伏发电模型、电解槽制氢效率模型以及蓄电池稳压模型,在离网模式下,采用粒子群优化算法及滑模变结构控制实现电解槽最大效率点跟踪；然后根据光伏最大输出功率和蓄电池的荷电状态,对光伏制氢系统进行动态优化协调控制；最后对算法进行仿真验证。结果表明,所提方法既能通过判断光伏最大输出功率和蓄电池的荷电状态,进行5种不同工况的灵活切换,又能在工作温度变化时实时跟踪最大效率点,可达到提高系统能量转换效率,减小电流纹波的目的。

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基于联合备用容量的新型多区域电力系统经济调度

尹艳玲, 任旭阳, 卜旭辉, 李轩

2026, 47(5): 91-97. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2369

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在资源条件固定的情况下,为进一步提高新型多区域电力系统的灵活调度能力,提出一种基于联合备用容量的新型多区域电力系统经济调度模型。首先,通过综合考虑多区域新能源消纳,提出多区域联合备用容量计算理论。其次,基于多区域联合备用容量,构建针对高比例新能源引入的多区域互联电力系统经济调度模型,并使用基于排序分组的自适应多策略差分进化算法求解该调度模型,同时针对模型中的约束条件,提出一种修补策略与罚函数方法相结合的约束处理方法。最后,将所提出方法与传统个体备用容量分别在三区域和四区域电力系统中进行比较,证明基于联合备用容量的新型多区域电力系统经济调度模型的有效性。

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基于混合电解槽协同制氢的区域综合能源系统容量优化配置

张学平, 程志江, 杨涵棣, 任纪港, 武仁康

2026, 47(5): 98-109. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2398

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为降低风光资源波动性与随机性对电解槽寿命的不利影响,提出一种基于混合电解槽协同制氢的区域综合能源系统方案,利用碱性电解槽与质子交换膜电解槽的优势互补,可有效延长电解槽的使用寿命。构建以系统年均成本最小化为目标的容量优化配置模型,使用鹭鹰优化算法进行优化求解,确定风力发电机组、光伏组件、燃气轮机、蓄电池、燃料电池、碱性电解槽、质子交换膜电解槽、储氢罐、储热设备和燃气锅炉的最优配置。仿真结果表明,所提系统可降低电解槽的寿命折损成本,能有效延长电解槽的使用寿命,并通过回收利用燃料电池和电解槽产生的余热可提升系统的经济性。

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虚拟同步机动态特性提升方法的网侧频率扰动分析及振荡抑制

杨博, 陈炜彬, 李豪, 李劲松, 陆帅

2026, 47(5): 110-122. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2403

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针对虚拟同步机（VSG）功率控制现有研究主要面向功率指令突变工况,而对电网频率波动下暂态响应特性关注不足的问题,该文开展了网侧频率扰动响应分析与振荡抑制方法研究。首先,该文分析现有多种典型的VSG功率控制暂态特性改进策略,发现其在电网频率扰动下的暂态特性恶化问题,揭示问题实质为现有改进方案中的极零点补偿在电网频率响应控制回路中的不同等效位置所造成的不同传递函数特性,并有针对性地提出极零点补偿在环路中新的前向通道位置的设计,以同时实现VSG在功率指令扰动和电网频率扰动下改善暂态特性;对于补偿器前向通道新位置的具体实现,进一步提出加入虚拟阻抗幅频特性的VSG功率传输模型重塑方法。相较于传统VSG和现有方案,所提方案能够在改善功率响应动态特性的同时进一步改善VSG系统在网侧频率波动下的暂态性能。最后,搭建20 kW的实验平台和背靠背网侧频率突变发生器,并通过与现有典型的VSG改进策略的对比测试,在极端网侧频率突变测试条件下验证了所提方案的有效性。

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考虑需求响应和EV有序接入的微电网双层优化调度

肖仁鑫, 马四琳, 潘楠, 贾现广, 陈贵升

2026, 47(5): 123-134. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2411

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针对新能源发电与电动汽车大量无序接入造成的微电网“源荷”匹配性差和新能源发电就地消纳率低的问题,提出考虑需求响应和电动汽车（EV）有序接入的微电网调整-调度双层优化模型。上层模型将价格型和激励型需求响应策略相结合,将分时电价所得负荷曲线进行直接负荷调控,最小化微电网负荷峰谷差和净负荷方差;下层模型考虑EV的V2G特性,协同调度微电网“源网荷储”,实现微电网运行成本最低,提高新能源发电就地消纳率。典型算例表明,基于上层调整的负荷曲线,在微电网调度中可提高新能源消纳率23.3%,降低微电网运行成本3.6%,同时考虑EV的有序充接入可进一步提高新能源消纳率1.2%,降低微电网运行成本3.3%。研究表明所提微电网双层调度优化策略更好匹配微电网新能源发电和负荷特性,EV有序接入可在降低电网运行成本的同时提高新能源发电就地消纳水平。

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一种单级三相Zeta三电平逆变器

王立乔, 李婧, 李宗阳, 沈虹

2026, 47(5): 135-145. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0027

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提出一种单级三相Zeta三电平逆变器。该逆变器符合当前可应用于大功率光伏系统可升降压的多电平三相逆变器的需求。此外,采用载波相移调制策略能有效抑制偶次谐波的产生,提高逆变器的波形质量。首先介绍逆变器的工作原理,然后分析注入零矢量的载波相移控制方法,并对其升降压能力进行分析且对拓扑进行电感电容参数设计。通过设计闭环控制策略,使系统具备一定的抗干扰能力。最后通过仿真及实验验证拓扑的可行性及正确性。

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波风光储一体化发电平台电力变换组网建模方法

林英明, 闫斌杰, 谢平平, 曾凯悦, 高东照, 王坤林

2026, 47(5): 146-155. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0031

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针对不同装机特点与运行模式的波风光储一体化发电平台,及其具有波动性、间歇性、随机性的可再生能源组网稳定供电难题,提出3种波风光储一体化发电平台拓扑电路与电力变换组网技术,建立波风光储荷一体化电力系统仿真模型,在不同运行模式和扰动条件下对平台电力系统进行试验。结果表明,可再生能源互不干扰高效转换,平台供电电压和频率稳定。波风光储一体化电力变换组网建模方法为海上发电平台提供了适应多种场景的解决方案,解决了波风光发电平台稳定供电难题,为日益复杂的海上发电平台拓扑结构、多样化发电单元和混合换流技术等海上可再生能源集成提供有效的技术支持。

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基于变时间尺度和两阶段鲁棒优化的电力系统短期平衡裕度提升方法

任强玉, 王建学, 杨钤, 郭瑾程, 齐捷, 张耀

2026, 47(5): 156-166. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0034

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为应对高比例新能源电力系统短期电力平衡充裕性不足的问题,提出一种基于变时间尺度和两阶段鲁棒优化的平衡裕度提升方法。考虑新能源及负荷的不确定性,建立电力系统变时间尺度两阶段鲁棒优化电力平衡分析模型,兼顾短期小时级衔接超短期分钟级平衡;计及不同时段火电机组燃煤品质的差异,对火电机组运行特性进行精细化建模;构建以短期平衡裕度为核心的平衡裕度预警提升体系,通过分层分类调用灵活资源提升短期电力平衡裕度。算例分析结果表明,所提方法可有效提高系统平衡充裕性,提升系统对新能源及负荷波动的鲁棒性,加强系统负荷高峰时段的供电能力。

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夏热冬冷地区近零能耗住宅太阳能-空气源热泵供暖系统柔性用能潜力分析

陈淑琴, 高盈, 黄宇蕊, Zhang Xingxing, 林小杰, 钟崴

2026, 47(5): 167-174. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0051

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以夏热冬冷地区近零能耗独栋单户住宅建筑为研究对象,在TRNSYS仿真平台建立太阳能-空气源热泵地板辐射供暖系统运行模型,构建系统柔性用能潜力评价方法。通过“高峰期运行能耗削减量”和“太阳能集热量增加量”两个评价指标,分析系统在不同调节策略下的柔性用能特征。结果表明：该系统具有显著的柔性用能潜力,可有效降低用电高峰期运行能耗,提高太阳能消纳量。其中,当执行“高峰期（08:00—22:00）内热泵不运行”的调节策略时,系统柔性用能潜力最大,供暖季系统高峰期运行能耗削减量为125 kW·h,削减比达63%;同时提高太阳能集热量98 kW·h,增加比达20%。

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计及多场景协同降碳的园区综合能源系统主从博弈-鲁棒优化调度

韩晓娟, 王祖冉, 李浩源, 孙世杰

2026, 47(5): 175-189. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0295

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为保障园区综合能源系统低碳经济运行并提高储能系统经济性,提出计及多场景协同降碳的综合能源系统主从博弈-鲁棒优化调度方法。通过分析碳交易和绿证市场下源荷储多利益主体之间的耦合关系,制定多场景协同降碳的调度策略,建立多元柔性负荷和储能多场景应用的市场主体模型。以综合能源系统运营商为领导者,以负荷聚合商和储能运营商为跟随者,基于主从博弈优化框架构建计及可再生能源不确定性的鲁棒优化调度模型。通过仿真分析某园区综合能源系统的实际运行数据验证所提方法的有效性,对比分析不同方案和可再生能源极端场景下的优化效果。算例结果表明,该文方法兼顾了系统的低碳性和经济性,使综合能源系统总成本降低7.89%,碳排放量降低4.15 t,储能系统收益增加53.68%。

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超大型风力机长柔叶片颤振边界预测方法研究

张险峰, 王速, 马璐, 郭昊, 沈昕, 杜朝辉

2026, 47(5): 190-196. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2174

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模拟飞车工况一直是风力机颤振边界预测的主要手段之一,但该方法应用于非线性特性强烈的百米级以上长柔叶片的有效性需要检验。以IEA 15 MW风力机叶片为研究对象,建立叶片气弹系统动力学模型,对模拟飞车工况的气弹响应进行分析,并与定边界条件下数值模拟得到的预测颤振边界进行对比。结果显示,虽最终预测的叶片颤振特征一致,但采用模拟飞车工况方法预测的失控颤振边界显著滞后于定边界条件计算工况下的预测结果。进一步分析发现,模拟飞车工况下,在风轮转速失稳前叶片已处于气弹失稳状态,该过程中由于风轮转速上升吸收了大量能量,延缓了叶片振幅的积累,叶片仅以1阶挥舞模态的形式小幅振动并缓慢增强,直至达到失控颤振边界后振动在短时间内迅速发散。

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垂荡对浮式风力机塔顶载荷影响实验研究

杨松松, 刘惠文, 赵玉帅, 塔依尔·图尼亚孜, 林明, 田文鑫

2026, 47(5): 197-204. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2269

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基于六自由度运动控制平台,开展附加垂荡运动的漂浮式模型风力机风洞实验研究,探究不同垂荡幅值和频率对风力机塔顶载荷特性的影响规律。结果表明：塔顶载荷波动主要由运动惯性载荷和气动载荷变化主导,其中低频段主要受垂荡频率及其倍频调制,高频段则具有明显的风轮旋转频率及其倍频特征;小幅值运动时,气动载荷影响更为显著,叶片受尾涡干扰明显,适当增大垂荡幅值可有效削弱塔顶载荷波动强度;宏观上,垂荡运动的幅值和频率越大,塔顶载荷波动越剧烈;值得注意的是,在工程应用中需重点关注极端工况下垂荡频率倍频与风轮旋转频率耦合效应带来的潜在共振风险。

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基于多尺度特征融合生成对抗网络的风电机组齿轮箱故障诊断

肖生杲, 王永

2026, 47(5): 205-215. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2276

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针对风电机组齿轮箱故障样本不充足、质量差导致传统深度学习模型诊断不准确的问题,提出一种基于多尺度特征融合生成对抗网络的风电机组齿轮箱故障诊断方法。首先构建多尺度特征融合模块改进生成对抗网络,用于充分学习数据样本的深层和浅层特征,克服生成对抗网络易出现类内模式崩塌的缺点,提高生成样本的质量和多样性。其次,使用Wasserstein距离和谱归一化方法制定新的损失函数,提高模型对抗训练的稳定性,进一步增强生成样本质量。将所提模型用于有限的齿轮箱故障数据集,对多类别健康状态样本进行诊断分析。实验结果表明,与现有模型相比,新模型能对有限样本进行有效扩充,有效推动了智能诊断模型的训练,故障诊断的准确度显著提高。

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基于双源域自适应的风电机组发电机状态监测

金晓航, 赵中正, 关汉林, 刘家光, 彭一真

2026, 47(5): 216-226. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2283

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针对新装机组数据量不足和单源域信息有限的问题,提出一种基于双源域自适应的风电机组状态监测方法,通过特定域的数据分布与回归预测对齐,实现机组发电功率的准确预测。首先,通过皮尔逊系数选出与机组发电机相关的特征;其次,通过公共特征提取器提取出目标域和源域机组的公共特征;然后,通过域特定特征对齐与域特定回归器对齐,减少源域和目标域机组的特征分布差异并减少目标域机组经过不同源域机组训练回归器的输出差异;接着,融合回归损失、域特有特征差异损失和域回归器差异损失3个损失函数,联合优化模型的总损失;最后,将目标域机组在线数据输入到模型中预测发电功率,结合功率预测残差分析对机组运行状态进行监测与判断。结果表明所提方法比单源域自适应具有更高的预测精度,可有效实现风电机组的运行状态监测。

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基于模糊K-均值算法的双馈风电场故障特性等值建模

高泽, 刘明洋, 李程昊, 王义, 田春笋

2026, 47(5): 227-236. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2297

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为提高风电场等值建模精度,提出一种基于模糊K-均值算法的双馈风电场故障特性等值建模方法。首先,依据故障期间双馈感应式风力发电机的动态特性,选择机端电压扰动特性指标、风速和转子角速度作为风电场机组聚类指标;其次,采用蜜獾算法和模糊熵优化K-均值算法的初始聚类中心选择过程,提升聚类精度,并对机组进行分群;之后,将各群内机组等值为单台机组并计算等值参数。最后,以河南省某实际双馈风电场站为算例进行测试分析验证,测试结果表明所提等值建模方法能够更加准确地反映风电场故障特性。

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基于WOA-AMPC双层框架的风电场增效降损控制研究

姚琦, 黄耀湘, 寇燕妮, 孙单勋

2026, 47(5): 237-246. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2310

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尾流效应会导致风电场出现功率损失,但现有主动尾流控制存在造成风电机组额外机械载荷的风险。针对这一问题,该文结合鲸鱼优化算法与自适应模型预测控制,提出场站-机组协同的主动尾流和机组载荷双层控制方案,场站层通过主动尾流控制改变尾流方向,机组层面则在指定偏航角的前提下,利用桨距角和转矩的二自由度控制,完成功率提升和载荷抑制。考虑到机组偏航状态下二自由度控制的复杂性,设计模糊推理机制,根据机组运行模态和环境变化实现模型预测控制的自适应调参。仿真结果表明,对比传统单机最大功率点跟踪控制方案,所提方案在较大风速范围内具有提升风电场出力水平5.03%~7.87%,同时实现站内机组塔架和主轴的载荷抑制。

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海上风电机组运维排程优化模型及其改进遗传算法

周鹏飞, 刘俊

2026, 47(5): 247-257. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2328

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针对海上风电场复杂运维任务优化排程问题,提出一种任务风电机组运维排程优化模型和改进遗传算法（OPGA）。该模型考虑了运维班组任务负荷与工时利用效率,引入任务风电机组组合策略,通过优化运维作业次序与路径,实现运维成本的最小化以及作业效率的提升;约束条件包括运维船载重、航距以及班组工时限制等;为提高模型求解精度与效率,OPGA算法采用不重复自然数编码表征运维作业次序路径,在解码过程中嵌入分支定界搜索方法,并引入种群灾变优化操作。以某海上风电场工程为背景的试验结果表明,OPGA较传统遗传算法求解较大规模问题的运维成本节约15%以上,工时利用率提升10%以上。

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风电叶片表面缺陷损伤风险判定方法

王俭, 方健豪, 王金袖, 赵一锋, 胡伟飞, 范佳

2026, 47(5): 258-267. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2333

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提出一种用于评估和量化风电叶片表面缺陷损伤风险的方案。该方法通过图像处理和分析技术,不仅能检测出风力机表面的缺陷,还能准确评估其对风力机运行的潜在影响,为风力机运维提供了一个有效的工具,帮助运维人员更好地理解和管理风力机表面的健康状况。构建一个实地采集的风电叶片表面缺陷图像数据集,以验证该方法的可行性。实验结果显示,对于裂缝缺陷,测试集的量化结果误差范围为0.01~0.21 m（0.43%~23.81%）,平均相对误差为7.24%。对于叶片前缘侵蚀,误差范围为0.00192~0.02940 m²（1.27%~30.18%）,平均相对误差为13.06%。对于油漆剥落,误差范围为0.00320~0.01729 m²（0.65%~22.81%）,平均相对误差为9.44%。结果表明,所提方法在实际应用中有效。

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基于CPO-VMD-FE改进功率序列及NRBO优化时序预测模型的风电功率短期预测

黄曌, 杨渊文, 王欣, 郭智薇, 张柳

2026, 47(5): 268-277. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2345

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针对气象数据缺失导致的风电功率预测精度不足问题,提出一种融合冠豪猪优化变分模态分解（CPO-VMD）与牛顿-拉夫逊优化含注意力机制长短期记忆网络（NRBO-LSTM-Attention）的组合模型。首先,通过CPO算法自适应确定VMD参数,将原始功率序列分解,基于模糊熵（FE）重构相似分量,降低数据复杂度。之后,利用NRBO优化LSTM-Attention网络参数,强化模型对时序特征的动态捕捉能力。仿真表明,该模型在气象数据缺失场景下能获得理想的预测精度,为复杂环境下的风电稳定调度提供可靠技术支持。

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含风电并网的暂态稳定约束最优潮流研究

刘颂凯, 陈常贺, 张磊, 周倩, 刘旺江, 艾宇坤

2026, 47(5): 278-287. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2372

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针对风电不确定性及风电场间的相关性对电力系统的影响,同时考虑维持电力系统的安全稳定性和经济性,提出一种含风电并网的机会约束暂态稳定约束最优潮流（CCTSCOPF）方法。首先,在风电不确定性分析的基础上,结合风电场间的相关性,采用基于密度峰值聚类的高斯混合模型（DPC-GMM）对风电出力概率分布进行建模,精确刻画风电出力的概率特性,为模型构建提供关键依据;其次,结合机会约束理论构建CCTSCOPF模型,并通过无迹变换法处理模型中的随机变量,从而推导输出变量的概率信息,实现不确定性问题的确定性转化;然后,利用斑马优化算法（ZOA）对CCTSCOPF模型进行求解,提高搜索效率和解的质量,以有效应对复杂的优化问题;最后,在改进的IEEE 39节点系统上进行算例分析,证实了所提方法的准确性和适用性。

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海上风电筒型基础砂土中沉放临界吸力研究

翟汉波, 宋国炜, 王泰, 庞雅博, 张林洋, 张浦阳

2026, 47(5): 288-297. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2374

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首先通过模型试验,探讨筒体内土体渗流对吸力的影响,并建立一个连接临界吸力与下沉深度的数学模型,深入分析单筒基础在不同下沉深度时所需的最小临界吸力。接着,在单筒基础研究成果的基础上,进一步开展四筒基础沉贯阻力的测试与分析工作。研究发现,随着筒型基础的下沉,其内部土体会经历一个吸力衰减的过程,且这种衰减程度与下沉深度之间存在线性关系。在整个下沉过程中,筒形结构将持续遭受吸力损失。基于上述观察结果,构建水力梯度与入土深度之间的关系模型,并推导出内外渗透系数比值随下沉深度变化的数学表达式。最后,通过对四筒基础进行吸力沉放试验,提出一种新的计算方法来确定筒型基础的临界最小吸力,并通过试验证明该方法的有效性。

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共轭加载式风电机组地面试验平台的非扭矩五自由度载荷空间解耦研究

张波, 李林安, 曾炎涛, 李传崴, 周传迪, 李永学

2026, 47(5): 298-306. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2399

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利用地面试验平台对风电机组机舱传动链进行机械测试能有效模拟机组在复杂环境的受载情况,平台常用的多点多位置加载的共轭加载方式施加非扭矩五自由度载荷具有强耦合性,该文针对共轭加载式精确加载力计算与科学加载位置问题进行载荷空间解耦研究。建立共轭加载式系统结构的参数模型,并进行结构受力分析;基于加载轴静力学平衡关系,推导全耦合和无附加弯矩分量情况下加载力与非扭矩载荷的两种转化矩阵关系;得到非扭矩载荷的空间解耦公式,在此基础上进行计算和对比研究发现无附加弯矩时轴向加载力对称放置最为科学,并依此将转化矩阵缩聚为转化方阵;进一步使用条件数判据进行参数稳定性分析,给出工程应用的参数选取标准;最后根据静态和动态加载载荷算例进行空间解耦计算和校核。

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风电机组叶根结构对叶根螺柱极限与疲劳强度影响研究

陈中亚, 何先照, 罗勇水, 吕旭峰, 陆时捷, 周孟玉

2026, 47(5): 307-313. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2426

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风电机组大型化进程加速,叶片尺寸增大致使叶根螺柱承受更为复杂严苛的载荷。创新探究叶根螺柱极限应力与疲劳强度,对保障风电机组安全运行意义重大。提出一种带圆角变径实体和梁单元柔性耦合的叶根螺柱建模方法,研究给定叶根螺柱设计预紧力下,某机组叶根螺柱变径圆角、联接圆盘厚度、螺栓套沉孔深度和细杆直径对螺柱极限和疲劳强度的影响。所提出的建模方式相较于传统仅用等截面梁单元建模的方式,能精确模拟变径圆角,更精准地反映实际结构力学特性;相较实体螺柱建模,可显著降低网格量,提高计算效率。本研究为风电机组叶根螺柱连接结构设计优化提供了重要理论支持和技术指导。

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风电混塔锥-直过渡段非线性受力性能研究

张玉红, 赵帆, 杨阳, 于光明, 邓飞, 刘晋

2026, 47(5): 314-323. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2428

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随着风电机组轮毂高度的增加,传统的均匀变径式圆锥形塔筒在成本效益和结构稳定性方面均面临挑战,含有锥-直过渡段的装配式混塔结构,为解决这些问题提供了一种潜在的方案。然而,锥-直过渡段的截面突变和应力集中,可能导致极限工况下筒体结构出现材料塑性变形和接缝脱离等问题。以某150 m 陆上风电混塔工程为例,基于ABAQUS软件建立装配式混塔的整体结构有限元模型和锥-直过渡段子模型,重点研究极限荷载工况下锥-直过渡段混凝土塔筒、钢筋、弯螺栓连接件等不同构件的非线性力学特性,以及筒体横缝、纵缝的非线性接触受力状态。结果表明：锥-直变换处塔筒截面存在较大的应力突变,且越靠近塔底的过渡段截面抗弯承载力系数越小;极限荷载工况下,过渡段横缝出现脱开现象,最大脱开截面面积比达到40.6%;横缝脱开区域边缘处的混凝土表现出明显的塑性特征,局部受拉损伤因子最大为0.689;锥-直过渡段极限荷载因子为1.286;建议塔筒设计时采取适当措施以提高锥-直过渡段的承载力安全系数。

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一种基于面积法的翼型叶片逆向建模方法

曾泽鹏, 成思源, 蔡家铱, 杨雪荣

2026, 47(5): 324-331. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2437

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在逆向建模过程中,为提高获取模型的准确性并加快设计效率,提出一种基于面积法的翼型叶片逆向建模方法。通过对翼型设计方程的积分运算和几何加减推导出一系列含有翼型参数的面积公式,并将翼型轮廓划分为4个特殊区域进行面积测量,然后将得到的面积值代入面积公式中来获得翼型的参数和型号。根据翼型的型号和设计方程正向设计出翼型截面的轮廓,再通过放样操作将不同截面的翼型轮廓连接获得翼型叶片模型。通过与型号变动的翼型截面轮廓面积进行比较,验证该方法的可行性。该方法将翼型的面积元素引入到逆向建模中,简化了对于翼型数据的获取。面积公式是由设计方程推导而来,计算过程简单快捷,降低了误差的同时,加快了逆向建模的速度。翼型型号的识别使获得的模型更符合设计原理,并为后续的优化设计提供了结构信息。

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基于集成分解与多头注意力机制的风电功率区间预测

李国民, 张君, 赵春阳, 李庚银, 张亚刚

2026, 47(5): 332-340. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2441

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针对传统风电功率预测方法在处理复杂信号时的局限性,提出一种结合集成分解与多模型融合的风电功率预测新方法。首先,采用融合混合策略的混沌-莱维黏菌（SCL）算法优化改进的完全自适应噪声集合经验模态分解方法（ICEEMDAN）,应用于风电功率数据的频率分解,将信号分解为高频、中频和低频分量。针对不同频率的分量,分别应用Transformer、TCN-BIGRU和OSELM进行单独建模,以充分捕捉不同频率分量的时序特征和非线性规律。随后利用多头注意力机制对各频率分量的预测结果进行加权融合,充分考虑不同分量对风电功率预测的贡献。为获得更具鲁棒性的风电功率预测结果,利用改进的马尔可夫链蒙特卡洛（IMCMC）方法对预测结果进行区间预测。实验结果表明,所提出的方法相比于传统单一模型预测方法,R²分别提高了14.2% 与7.15%,在95%置信区间PICP分别为95.78%与95.93%。

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基于BIRCH-MSSCN模型的风电叶片结冰故障预警

李练兵, 雒威, 程晴, 苏文勇, 陈业策, 卢志辉

2026, 47(5): 341-349. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0010

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为提前预警风电叶片的结冰故障,提出一种基于平衡迭代缩减聚类（BIRCH）、梅尔频谱图、暹罗网络和卷积基础的多尺度注意力机制（CBAM）的BIRCH-MSSCN模型。该模型通过对风电叶片结冰前状态的标记、正常数据的下采样、暹罗网络的相似度度量以及CBAM注意力机制对特征的选择,实现结冰故障的提前预警。对比分析结果表明,在保证较低计算量的同时,该模型能够早在42 min前实现较为准确的结冰故障预警。该模型为风电机组的高效、稳定运行提供了更为可靠的预警信息,具有重要的应用价值。

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基于BiTCN-Informer的新型超短期风电功率组合预测方法

殷钰朋, 匡洪海, 曹世鹏, 杨慧娴, 李星宇

2026, 47(5): 350-356. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0025

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针对传统风电功率预测方法在局部峰值附近的波动数据区间和突变数据点预测精度有限的问题,提出基于BiTCN-Informer融合时空特征的超短期风电功率预测方法。首先,利用双向时间卷积神经网络（BiTCN）分析过去观测值与未来协变量的信息特征,提取数据的空间特征;然后,采用Informer概率稀疏自注意力机制和自注意力蒸馏机制简化网络参数,减少计算复杂度,识别长序列数据的依赖关系,捕捉序列的时序特征;最后,引入全连接层整合时序和空间特征。算例分析结果表明,所提组合模型相比其他模型能有效提高预测精度。

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下击暴流风场模拟及其风力机作用效应

胡传新, 卿文杰, 管文松, 赵林, 吴开明

2026, 47(5): 357-367. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0033

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为研究下击暴流作用下风力机的动力响应特性,利用物理模拟器生成不同高宽比工况下的下击暴流风场,结合FAST软件,以NREL 5 MW风力机为研究对象,研究下击暴流风场不同径向距离处风力机的动力响应,对比分析停机偏航角和停机位置对叶片、塔基结构动力响应的影响规律。研究表明：在下击暴流风场,随着高宽比的减小风场中的峰值风速明显增加,随着竖向高度的增加水平风速竖直风剖面呈现先增后减的分布特征;风场中径向位置、停机偏航角度以及停机位置对风力机结构响应影响显著;在下击暴流正下方区域附近,风力机的叶根内力达到峰值;在停机偏航角30°附近,叶片出现气弹失稳现象,同时叶根弯矩最大值可达78.29 MN·m,塔基弯矩最大值可达108 MN·m;在径向距离400 m、停机偏航角30°附近,出现叶片发生气弹失稳引起的塔筒振动现象,结构损坏的风险显著增加,若风力机叶片达到极限承载弯矩易发生链式气动失稳,导致整体破坏;采取停机偏航角为0°并处于停机状态的风力机,在应对下击暴流极端条件时最为有利。

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基于LQG基准的风电机组控制性能评估与诊断

高峰, 张子岩, 牛璐, 钱晨凯, 姚运龙

2026, 47(5): 368-376. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0036

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针对目前风电机组控制性能诊断中缺少有效控制性能综合量化评估方法的问题,基于高斯二次型（LQG）基准提出一种综合功率、载荷及振动等多方面性能的风电机组控制评估方法。该评估方法通过子空间辨识方法,解决评估中风电机组子空间矩阵难以准确建立的问题,同时依据LQG评估基准对机组控制性能进行多目标的综合量化评估,并建立一种风电机组控制性能诊断方法。最后,以某2 MW风电机组为仿真算例,进行某降载策略的控制性能后评估与多台同类型机组的控制性能诊断。结果表明：所提诊断方法可有效识别控制性能劣化机组,而基于LQG基准的控制性能评估方法有助于量化分析机组综合控制性能,从而实现风电机组控制优化。

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建筑风场内风速剖面的建立及准确性研究

侯亚丽, 李琪, 王文新, 李存虎, 包道日娜

2026, 47(5): 377-385. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0044

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采用ZephIR 300激光雷达测风系统,对内蒙古呼和浩特市某建筑风场内11~200 m高度范围内11个测点上的风速、风向数据进行实时采集,在对建筑风场内真实风速剖面特征详细分析基础上,建立符合实验地地貌特征的指数、对数及半对数风速剖面,分析3种风速剖面与建筑实际入流风速剖面的接近程度,并利用统计参数对风速剖面准确性进行评估,结果表明：建筑风场内的风速越大,则风向随高度的变化幅度越小,在风速小于4 m/s的低风速区域内,建立风速剖面时不可忽略风向的影响;建筑风场内风速偏差随高度的增加而增大,但在高风速条件下,所有高度上的风速偏差均有所减小;建筑风场内的风速剖面更符合对数风速剖面;有关标准中地表粗糙长度和风切变指数参考值不能准确描述建筑环境内的地貌特征,后期需更多研究来扩展其基于建筑环境地貌特征的准确参考值。

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考虑冲刷效应的海上风力机结构动力响应分析

张小玲, 侯霄鹤, 王丕光, 张冰洁, 易江南

2026, 47(5): 386-393. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0047

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通过建立复杂海洋荷载作用下单桩式海上风力机三维有限元模型来考虑冲刷效应对风力机结构动力响应的影响,同时考虑冲刷效应所导致的土体力学性能变化影响,并比较整体冲刷和局部冲刷对海上风力机动力响应的不同影响,结果表明不同冲刷形式在不同荷载条件下对风力机结构响应的影响不同。单独地震作用下的局部冲刷风力机结构响应大于整体冲刷。然而,单独风浪流荷载和风浪流-地震联合作用下,冲刷深度较大时,风力机结构除弯矩外的响应出现整体冲刷大于局部冲刷的现象,表明在复杂海洋荷载作用下需考虑冲刷效应对单桩式海上风力机动力响应的影响,且不同冲刷形式对海上风力机动力响应的影响不同。

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基于弹塑性屈曲强度法的风力发电塔筒弹性抗扭稳定承载力修正

陈俊岭, 吕昊轩, 贠翔, 冯又全

2026, 47(5): 394-400. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0048

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采用一种螺旋网格建立塔筒的抗扭承载力分析有限元模型,对网格的收敛性进行分析。基于螺旋网格有限元模型,对塔筒进行线性屈曲分析以及考虑缺陷的几何非线性分析,研究径厚比、无量纲长度与缺陷幅值等因素对扭矩作用下圆柱壳弹性屈曲承载力的影响。基于线性屈曲分析,提出弹塑性屈曲强度法中计算圆柱壳弹性临界剪切屈曲应力所需的长度相关系数Cτ的修正计算公式;基于考虑缺陷的几何非线性分析,提出弹塑性屈曲强度法（RRD）中考虑几何缺陷影响的参数αI的修正计算公式。

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国槐生物炭燃烧特性及热压成型物理特性研究

杨原青, 刘文鼎, 王迪, 刘嘉欣, 郭绍栋, 张静

2026, 47(5): 401-409. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2412

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将国槐园林废弃物分别在240、320、400、480 ℃下热解,进行工业分析、元素分析、热值分析及热重试验,选择燃烧特性最佳的作为生物炭原料,采用响应面法及蚁群算法对其成型工艺参数进行响应优化研究。结果表明,国槐园林废弃物热解温度为480 ℃时,固定碳含量67.67%,热值5713.70 kcal/kg,综合燃烧特性指数0.0944×10-8 mg2/K3·min2,挥发分析出特性指数0.1093×10-4 mg/K2·min,满足I级生物炭指标要求,是最佳成型原料,其最佳成型工艺参数为：温度84 ℃、压强111 MPa、黏结剂占比18%、含水率18%,在此条件下燃料密度及抗跌碎性分别为1.0347 gcm3及98.722%。

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基于海流涡激振动的压电俘能特性数值模拟研究

周阳, 朱令乾, 陈诺言, 周秉乾, 钟圣杰

2026, 47(5): 410-420. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2270

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为实现海流驱动压电俘能器振动发电,给海洋中的各类低功耗监测传感器供能,基于涡激振动原理,设计一种采用改良阻流体的压电俘能系统,以提高发电性能。分别对阻流体和压电悬臂梁结构进行优化设计,基于COMSOL Multiphysics软件,仿真分析6种不同阻流体结构诱导产生的涡街特性,并选用最优阻流体结构开展流-固-电全耦合仿真。研究海流流速、阻流体尺寸对阻流体和压电悬臂梁上的升阻力系数以及压电悬臂梁输出电压的影响。仿真结果表明,优化设计的压电俘能结构可提高俘能系统的输出电能,在海流流速0.5 m/s、阻流体尺寸0.02 m条件下压电悬臂梁开路电压为0.8 V。

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规则波作用下顶铰摆式掺气装置水动力特性试验研究

尹则高, 李克随, 江秀涛

2026, 47(5): 421-428. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2313

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设计一种波浪驱动的顶铰摆式掺气装置。通过物理模型试验方法,研究规则波作用下入射波高、波周期及静水深对该装置的水动力和掺气行为的影响。研究结果表明,随着入射波高从0.06 m增至0.10 m,顶铰摆平均纵摇角幅度最大增幅达51.9%,装置平均掺气流量最大增幅达142.2%。随着入射波周期的增加,装置掺气流量呈先增加后减小的趋势;当入射波周期为3.2 s时,装置掺气流量达到最大值2.01 L/min。

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圆柱单向涡激振动锁定现象微观机理研究

田瑞, 吕铎, 王璋奇, 曹云昊

2026, 47(5): 429-437. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2439

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为研究圆柱单向涡激振动锁定现象的机理,通过数值模拟结合用户自定义函数（UDF）和动网格技术实现流固耦合模拟。对比分析扰流与单向涡激振动两种工况下边界层分离过程及涡旋从生成到脱落前的运动轨迹。研究结果表明：单向涡激振动中,圆柱运动影响边界层分离,可显著降低涡旋脱落频率,在共振时尤为明显,从而导致频率锁定;在锁定状态下,圆柱剧烈运动迫使涡旋远离圆柱表面,边界层分离涡旋因失去挤压破碎消失,随着回流区域逐渐靠近圆柱,涡旋重新生成;涡激振动过程中,边界层分离后圆柱表面额外形成一个再附着涡旋,主流压迫下,再附着涡旋与边界层分离涡旋融合,生成更强涡旋。

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单桩式潮流能水轮机局部冲刷发展规律实验研究

梁智超, 魏茂兴, 潘佳佳

2026, 47(5): 438-443. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0009

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为研究潮流能水轮机的局部冲刷发展规律,通过系列水槽实验,对比分析水轮机与单桩冲刷的异同,重点探讨桩柱、机舱和叶轮等结构组件对水轮机冲刷发展的影响机理。研究结果表明：水轮机冲刷过程初期,冲刷深度增长速率和冲刷剖面发展较后续其他阶段更为迅速;冲刷发展前期,水轮机的冲刷深度大于单桩冲刷,后期两者差异逐渐缩小;水轮机与同桩径的单桩相比,平衡状态的最大冲刷深度差异较小,前者的平衡最大冲深约为后者的110.9%,且其下游形成的淤积体体积更大。

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潮流采样时间间隔对潮流能发电装置功率特性评估的影响研究

夏海南, 王项南, 贾宁, 郭毅, 陈强, 张丽敏

2026, 47(5): 444-449. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0063

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采用潮流流速区间精细化划分法、对比分析法等方法,分析潮流采样时间间隔所导致的测试海域潮流能资源评估结果之间的差异性,研究潮流采样时间间隔对潮流能发电装置输出功率、转换效率、年发电量等指标的影响。结果表明：当潮流采样时间间隔为5 min或10 min时,对于评估测试海域潮流流速的分布频率无显著差异,但是随着潮流采样时间间隔的继续增大,所获取的现场测试数据无法精细刻画测试海域潮流流速的分布情况;应用潮流采样时间间隔为5 min或10 min的现场测试数据,评估潮流能发电装置的开始发电时的流速值、输出功率的最大值和最小值、转换效率的最大值等指标时无差异,评估潮流能发电装置转换效率的最小值和年发电量的计算结果时差异性较小,具体数值相差分别为0.6%和0.26%。

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磁吸摩擦触发过冷SAT-STP凝固释热实验研究

曲广磊, 周国兵, 李灿

2026, 47(5): 450-456. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2267

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提出并设计一种磁吸摩擦触发装置,其原理是利用旋转磁铁对置于过冷水合盐溶液中的两个钢球施加磁场,使得两钢球绕接触点扭转,钢球间的摩擦导致过冷水合盐结晶。通过测定诱导时间、释热温度研究不同磁感应强度、不同电机转速及三水醋酸钠（SAT）和五水硫代硫酸钠（STP）不同质量比混合组成的二元体系（SAT-STP）触发凝固释热特性的影响。结果表明,磁吸摩擦是一种简单、快速且有效的触发方法,磁感应强度越大,对应的诱导时间越短,该方法可在2 min内触发过冷SAT-STP凝固释能;随着STP在SAT-STP样品中所占比例的增大,样品黏度增大,诱导时间延长,磁吸摩擦触发装置难以触发配比为75∶25的样品;改变电机转速对触发SAT凝固释热影响不大。

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基于条件熵的SAC算法储能变换器自抗扰稳压策略

马幼捷, 韩德新, 周雪松, 张宇轩, 王馨悦, 陶珑

2026, 47(5): 457-467. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2277

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针对直流母线电压易受光伏输出功率变化和负载扰动影响的问题,设计一种基于条件熵的深度强化学习软行动者-评论家（SAC）算法的自抗扰控制（ADRC）策略。通过引入条件熵作为评价指标,衡量系统的受扰程度,并结合深度强化学习算法,对控制器带宽进行实时自驱优整定,确保含DC/DC变换器的储能单元能够平抑母线电压波动,提升直流微网的安全稳定运行性能。最后,通过在不同工况下与双闭环PI控制及传统线性自抗扰控制进行对比,证明所提策略的可行性。

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基于模糊控制的混合储能参与电网一次调频综合控制策略

韩朋谊, 郑立星, 刘树根, 薛小军, 闫来清

2026, 47(5): 468-478. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2285

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针对单一储能系统参与一次调频过程中存在的储能出力受限及储能荷电状态过充过放问题,提出一种基于模糊控制的混合储能参与电网一次调频综合控制策略。首先,基于超级电容快充快放特性和蓄电池大容量特性构建混合储能系统,并将调频动作先后顺序设置为超级电容先于蓄电池,蓄电池先于火电机组。其次,设计一种包含虚拟负惯量控制的模糊控制器,实现不同控制模式之间的平滑切换及优势互补;同时,基于Logistics函数设计自适应参数、储能反馈控制参数和SOC自恢复出力,避免储能出现过充过放现象。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建仿真模型,并基于电网实际功率负荷对所提综合控制策略进行模拟分析。结果表明,该控制策略相较于无储能方案,最大频率偏差降低61.1%,同时使电网频率偏差达到稳定值所需时间缩短82.8%,能够有效提高系统调频能力,改善储能出力,稳定储能设备荷电状态。

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PCM填充方式对三套管式相变储热单元影响的数值研究

韩中合, 邓小雨, 李恒凡

2026, 47(5): 479-488. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2332

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该文以三套管式相变储热单元为研究对象,首先分析相变材料填充率为30%~80%的单、双管填充模型在储热过程中液相分数和平均温度的变化趋势,对比PCM的总蓄热量、熔化时间和平均蓄热速率;其次,以融化时间和总蓄热量为评价指标,采用熵权法和TOPSIS法对PCM填充率进行评价,确定60%PCM填充率的储热单元储热性能最优,进一步分析PCM温度场和涡量的演变情况,揭示重力驱动自然对流增强传热的机理;此外以60%PCM填充率的单管填充模型为对象,研究PCM径向位置对传热性能的影响。结果表明,随着PCM填充率增大,单位蓄热率下降,总蓄热量增加;当填充率高于40%后,由于单管填充模型内漩涡生成速度快于双管填充模型,漩涡对自然对流起到强化作用,因此单管填充模型储热性能优于双管填充模型。PCM采用靠近外管壁的径向填充方法对漩涡的生成起促进作用,在外管径和PCM填充率不变条件下,PCM径向位置越靠近外管完全融化时间越短,融化性能越好。

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基于ASC-GCN-GRU的电动汽车充电站负荷预测

尚中雯, 张倩, 赵婵娟, 袁伟博, 丁津津

2026, 47(5): 489-497. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2361

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针对新能源电力系统与电动汽车充电负荷的协同需求,提出一种属性特征增强-改进图卷积神经网络-门控循环神经网络（ASC-GCN-GRU）模型,用于新能源场景下充电站负荷的准确预测。首先针对传统方法预先构建固定邻接矩阵的局限性,引入自适应图生成（DAGG）模块动态挖掘充电站间的时空关联特征;结合节点自适应参数学习（NAPL）模块适配新能源场景下充电模型的多样性。其次,综合考虑温度、降水量等与新能源出力密切相关的环境因素以及日期和兴趣点（POI）等外部因素,结合充电站的时序负荷建立属性特征增强的节点特征。最后,引入交叉验证递归特征消除法（RFECV）筛选出ASC-GCN-GRU负荷预测模型性能最好的最优特征集。算例结果表明,所提出的ASC-GCN-GRU模型与GCN-GRU、门控循环神经网络（GRU）和麻雀算法优化极限学习机（SSA-ELM）相比,具有更好的预测性能。

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基于V2G技术的电动汽车有序充电车-网互动调度策略

岳雷

2026, 47(5): 498-505. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0056

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为应对电动汽车（EVs）随机充电引发的电力负荷波动及配电网损耗加剧的挑战,提出一种基于电动汽车与电网（V2G）双向能量交互技术的协同调度策略。利用V2G电动汽车的双向能量流动潜在储能特性,分时段对其充电和放电行为进行优化,从而达到降低电网总负荷方差和网损的目标。通过构建IEEE33节点系统的仿真平台进行实证分析,结果显示该策略使负荷峰谷波动幅度降低27.1%,等效网损减少16.4%,充电费用降低38.6%,模式切换次数控制在≤3次/日的安全区间内,可实现电动汽车与电网的协同运行和资源合理分配,显著改善电网运行品质。

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基于供热管网拓扑重构的短期蓄热优化

高晓宇, 郭茂, 刘洋, 杨涛, 苑赛超, 王晋达

2026, 47(5): 506-514. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0037

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该研究以最大化集中供热系统管网蓄热的综合经济收益为目标,建立针对管网拓扑重构方案的双层优化模型。案例优化结果表明,经管网拓扑重构后,回水管网中高温热媒总体积可达2217~4185m³,为总容积的34%~65%,大幅提高供热管网的蓄热能力。综合考虑蓄热收益和建设成本,案例最优旁通分支配置数量为9个,项目综合经济收益达268.66万元。

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基于储能技术的燃煤机组灵活性改造应用研究

王菲, 贾冰洋, 宋先琦

2026, 47(5): 515-523. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0635

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为改善传统火电机组在调峰调频中响应慢、爬坡速率低等问题,通过对比主流储能系统的技术和经济性,选择飞轮储能作为研究对象,使用储能系统辅助调频技术,对飞轮储能的额定功率、容量、调频效果和经济效益进行计算与分析。研究表明,飞轮储能系统凭借其快速响应、长循环寿命的技术优势,能够显著提升火电机组调频性能,并带来可观的经济效益,表明其在火电机组灵活性改造中具有重要应用价值与推广潜力。

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具备最优效率跟踪功能的燃料电池电压控制策略

施永, 靳昊瑞, 谢缔, 汪亮亮, 姚继刚

2026, 47(5): 524-531. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2140

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该文对比了燃料电池发电系统电压和电流控制模式对燃料电池运行状态的影响,结合燃料电池系统效率优化需求,提出可实现最优效率跟踪的电压控制模式,同时解决了燃料电池运行到浓差极化区加速老化的问题和传统的最大效率优化算法过于复杂的问题。通过仿真分析,验证了恒压模式下的控制方式能够根据质子交换膜燃料电池（PEMFC）发电系统所需功率的实时变化而自动地进行过氧比调节,满足最优效率的性能指标要求,提高系统的运行效率与稳定性。

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计及源荷不确定性的配电网电氢充放能设施规划模型

张勇, 刘建华, 周涵, 刘普庆, 隋政澔, 刘子宁

2026, 47(5): 532-541. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2265

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针对配电网中分布式可再生能源出力波动及多能源负荷用能不确定性导致的功率波动等问题,提出一种将电氢汽车作为移动储能的高比例可再生能源配电网电氢充放能设备规划模型,该模型能有效解决配电网电力电量平衡协调优化目标下的电氢充放能设备优化配置。首先,基于电氢汽车的移动储能特性建立考虑交通网络拓扑约束的电氢储能时空转移特性和充放能特性模型;其次,基于配电网与交通网络拓扑对应关系、可再生能源出力变化特性及电氢移动储能特性,以电氢充放能设施及配网运行成本最小化为目标,建立充放能设施优化配置模型及其求解算法;最后,基于辽宁某地区配电网网架结构建立电氢充放能设施优化配置仿真模型,验证该文所提优化配置方法在提高配电网多能源功率和能量平衡能力、充放能可靠性等方面的有效性。

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温度与相对湿度对PEMFC输出性能及膜含水量的影响

耿莉敏, 山世玉, 黄飞创, 黄东, 陈昊, 赵卫艳

2026, 47(5): 542-550. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2272

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建立三蛇形流场质子交换膜燃料电池（PEMFC）仿真模型,研究不同温度（25~95 ℃）和相对湿度（20%~100%）下PEMFC的极化曲线、膜含水量和膜水分布情况,并基于敏感性分析法,研究高温低湿和低温高湿状态下PEMFC输出性能与膜含水量的敏感度指标,为PEMFC的性能优化提供参考。结果表明：1）温度变化时,65 ℃条件下电压损耗最小;高电位阶段,温度越高,膜含水量越低;低电位阶段,温度越高,膜含水量越高。2）相对湿度变化时,80%相对湿度（RH）条件下电压损耗最小;相对湿度越高,膜含水量越大且分布更均匀。3）在高温低湿与低温高湿状态下,PEMFC输出性能和膜含水量对温度的变化更为敏感。

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不平衡电网电压下PEMFC并网的改进滑模控制策略

杨旭红, 朱鹏, 钱峰伟, 徐清国

2026, 47(5): 551-559. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2307

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针对三相电网电压不平衡导致的直流-交流功率耦合问题,使质子交换膜燃料电池（PEMFC）输出电流出现低频脉动,并引起交流侧并网电流畸变的现象,该文提出一种改进超螺旋滑模控制的综合控制策略,旨在消除燃料电池输出电流的脉动并降低并网电流的总谐波畸变率。在该控制策略中,DC-DC变换器采用基于非线性状态观测器的超螺旋滑模控制,增强对非线性扰动和燃料电池温度波动的适应能力;在DC-AC逆变器控制中,应用了改进的超螺旋滑模趋近率滑模控制以适应电网电压的不平衡情况,增强系统鲁棒性。仿真结果显示,该控制策略显著提升系统的动态响应和稳态性能,相较传统滑模控制,能有效减少电流脉动,降低有功功率波动,验证其在不平衡电网条件下的控制有效性。

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基于文献计量学的氢气泄漏扩散特性研究综述

史宝军, 李红东, 赖光金, 胡宁

2026, 47(5): 560-578. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2349

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氢能是一种可持续、可再生的绿色清洁能源,其高效应用和推广对于实现“双碳”目标至关重要。由于氢气独特的理化性质,在生产、储存、运输和使用过程中易发生泄漏,存在较大的火灾和爆炸风险。因此,氢安全是贯穿氢能全生命周期的关键瓶颈问题,而氢气泄漏扩散是影响氢安全的关键因素。首先,将文献计量学应用到氢气泄漏扩散特性研究领域,从出版文献的时间分布、空间分布、作者分布、共被引与关键词共现等角度,系统分析了该领域的研究热点和发展趋势。其次,从实验研究、数值模拟和风险分析多个角度,详细综述氢气泄漏扩散特性的研究进展,重点关注高压氢气泄漏扩散特性及自燃行为、掺氢天然气泄漏扩散特性、加氢站泄漏扩散特性及风险评估分析等研究热点问题。同时,总结当前相关研究存在的问题与局限性。最后,提出未来可能的研究方向,为氢能相关科学研究、产业发展及其风险防控提供参考和借鉴。

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基于波动电源的PEMWE动态响应实验研究

曾庆辉, 杨晓宏, 刘芷彤, 吉锋, 苑帆航, 晋源

2026, 47(5): 579-587. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2389

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通过搭建的质子交换膜电解槽（PEMWE）实验系统,系统研究电流启动、停止、阶跃加载和减载4组波动电源工况下,进水温度和进水流量对电压、温度和能效的响应特性。结果表明：电源加载过程中,电压和回水温度对电流变化表现出相似的过调响应;提高加载电流增大电压和温度过调,降低水流量和提高水温度可有效缓解电压、温度和能源效率的波动。进水温度80 ℃、水流量60 mL/min、加载电流2 A工况下,测试电解槽波动较小。建议减小电流突变值,提高进水温度和降低进水流量以维持小型百瓦级电解槽稳定运行。

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基于遮挡条件下车顶集成光伏组件的输出性能测试

刘帅, 王登甲, 殷浩, 刘艳峰

2026, 47(5): 588-594. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2153

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该文以车顶集成光伏组件（VIPV）为研究对象,采用实验测试的方法,探究不同遮挡数量及不同遮挡形式对车顶集成光伏组件实际发电效能的影响效应。结果表明：单片遮挡对于车顶集成光伏输出电压、电流、功率有较大影响,且随遮挡数量的增加,输出性能下降百分比增加最高可达98%。对于不同遮挡方式,双列遮挡比单列输出性能下降幅度大,且当遮挡比例超过组件面积20%,组件无法发电,输出功率几乎为0。

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不同胶膜材料光伏组件隐裂裂纹扩展对比研究

方庆贺, 焦博文, 张玉云, 陈再现, 郭安薪

2026, 47(5): 595-602. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2268

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为探究不同胶膜材料的光伏组件中硅电池片隐裂发生机理,利用扩展有限元法实现三维全尺寸光伏组件中硅电池片上微裂纹扩展行为的数值模拟,并通过已有实验结果验证所建立数值模型的准确性,研究在均布外载荷下EVA和POE两种胶膜材料对硅电池抗裂性能的影响。数值结果表明：与EVA材料相比,采用POE材料的光伏组件中应力分布更均匀,局部应力集中较少,电池片平均应力更低,可降低裂纹萌生机率;通过在电池片中预置初始裂纹,对比EVA和POE两种胶膜材料光伏组件内中、高应力区电池片的裂纹扩展过程发现,在高应力区域,采用POE材料的光伏组件中电池片裂纹面积约为采用EVA材料时的1/2,且裂纹扩展时间有所延迟。对比结果表明,POE材料具有更优的韧性和抗裂能力,可有效延缓裂纹扩展,对抑制光伏组件隐裂的发生效果更佳。

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光伏接入RPC变步长Adaline自抗扰低频振荡治理

赵霞, 马淑妹, 王英, 陈小强, 葛磊蛟, 马亚飞

2026, 47(5): 603-612. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2308

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为提高光伏通过铁路功率调节器（RPC）接入铁路供电系统的低频稳定性,提出一种RPC变步长自适应神经网络（Adaline）自抗扰模型预测控制策略。首先,分析光伏接入铁路供电系统运行原理,并建立光伏和RPC的单相供电臂数学模型;其次,分析传统模型预测控制和自抗扰控制抑制系统扰动的特点,针对自抗扰控制器参数整定难度大的问题,进行相应改进,采用变步长Adaline实现参数在线整定抑制系统扰动,提高新能源光伏系统接入铁路供电系统低频稳定性;最后,经测试对比,所提策略提高系统低频稳定性,降低系统电流总谐波畸变率,兼顾直流电压快速响应与超调抑制,避免自抗扰控制器的参数整定。

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不同PbBr₂浓度对CsPbBr₃钙钛矿太阳电池性能的影响

崔天洋, 杨雯, 杨培志

2026, 47(5): 613-619. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2311

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该文通过多步旋涂法制备基于不同PbBr₂浓度的CsPbBr₃太阳电池。研究不同PbBr₂浓度对CsPbBr₃太阳电池光伏性能的影响。结果表明,相比于0.6、0.8和1.2 mol/L PbBr₂浓度的CsPbBr₃太阳电池,1.0 mol/L PbBr₂浓度的CsPbBr₃太阳电池的短路电流密度得到有效提高,达7.47 mA/cm²,进而使器件效率提升至7.30%。经测试表征发现,基于1.0 mol/L PbBr₂浓度制备的CsPbBr₃吸收层具有更好的均匀性、更低的粗糙度、更高的光吸收率以及更强的电子和空穴分离能力,从而提升器件效率。

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颗粒硅表面硅粉产生机制及其对直拉单晶硅的影响与消除方法的研究进展

饶永娴, 李杰, 黄虎一雄, 章金兵, 胡动力

2026, 47(5): 620-626. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2318

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高纯多晶硅是太阳能光伏和半导体的主要原材料,其制备方法主要有改良西门子法和硅烷流化床法。由于工艺的特殊性,硅烷流化床法制得的颗粒多晶硅中的硅粉含量比改良西门子法制得的棒状硅要高,这会在后续直拉单晶的过程中对热场和设备造成严重影响,同时还会影响单晶硅的质量。目前关于颗粒硅除尘的研究还处于起步阶段,市场上使用的除尘方法通常为物理分离法,但除尘效果并不显著。该文分析硅烷流化床法中硅粉形成的原因,阐述硅粉对直拉单晶硅的影响及相应的控制措施,并总结颗粒硅除尘的研究现状。最后,对未来有关颗粒硅浊度的研究发展提出建议。

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改进麻雀搜索算法优化VMD-CNN-BiLSTM的光伏阵列故障诊断研究

于洋, 郭栋, 徐艺, 王鹏伟, 高超, 隋永佳

2026, 47(5): 627-638. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2338

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为提高光伏阵列故障诊断的精度与可靠性,并实现故障类型的准确识别,提出一种基于改进麻雀搜索算法（ASFSSA）优化变分模态分解（VMD）与卷积神经网络-双向长短期记忆网络（CNN-BiLSTM）的故障诊断方法。首先,通过ASFSSA算法优化VMD的模态分量K和惩罚系数α,提升信号分解的性能和时间效率;然后,利用优化后的VMD对光伏阵列故障信号进行多层次分解,提取高辨识度的特征分量;最后,将这些特征输入CNN-BiLSTM模型,进行深度特征学习和故障类型分类。实验结果表明,所提方法能有效提取光伏阵列的故障特征,故障诊断的平均精度达到98.97%,在实际光伏电站实测数据集上的诊断准确率达到99.30%,优于其他对比模型,证实了所提方法的可行性和有效性。

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基于DGAT-Transformer组合算法的区域光伏出力数据质量增强与超短期功率预测方法

任惠, 于光发, 强涵悦, 王飞, 甄钊, 常喜强

2026, 47(5): 639-649. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2352

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针对区域内各电站的光伏数据存在不同程度的缺失值而导致预测精度低的问题,提出基于时空关联性与动态图注意力网络建模的光伏功率缺失数据填充和基于周期—趋势分量解耦模型的分布式光伏功率预测的新方法框架。首先基于贝叶斯算法优化后的变分模态分解模型对光伏功率分解为多个趋势平稳的子序列,并将对应子序列合并构造特征矩阵。其次,提出基于动态图注意力网络和Transformer组合模型,提高对特征矩阵在时空双维度上动态关联关系表征的准确性,并利用此模型对缺失时刻各个子序列预测后加以重构,得到光伏电站的完备数据集。最后,引入基于变分推断原理的周期—趋势分量解耦的预测模型（LaST）,将光伏功率分解为周期性分量与趋势性分量,分别预测后加以重构,以提高光伏预测精度。仿真结果验证了该文所提方法获得的数据集真实性更高,并以此作为训练样本的预测精度显著优于其他方法,同时验证了LaST模型相较于传统算法在光伏预测中的优越性能。

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基于相似日聚类和时序图像特征提取的光伏功率预测方法

郭威, 徐立, 汤旭晶, 赵丹阳, 陈昉林, 汪恬

2026, 47(5): 650-659. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2355

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提出一种融合时序图像特征提取的混合深度学习光伏功率预测模型。首先,基于综合相关系数法构建多维气象特征筛选机制,实现关键影响因子的优化选择。其次,提出融合LB_Keogh距离的动态时间规整（DTW）度量方法,对K-中心点聚类算法进行改进,增强了算法的鲁棒性和聚类效率,实现了晴天、多云和阴雨天气模式的准确划分。最后,将选定的高相关性气象特征变量和历史光伏功率数据转换为二维格拉姆角场图像,输入到CSWin-Transformer模型进行功率预测。与对比模型相比,所提模型在3种典型天气工况下均表现出更高的预测精度。

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考虑频率限幅器的光伏逆变器并网同步稳定性分析

龚迪阳, 陈琼, 李志浩, 唐雅洁, 时晓洁

2026, 47(5): 660-670. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2365

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该文考虑频率限幅器的非线性,研究了多工况下光伏逆变器并网系统的同步稳定性。首先,构建计及频率限幅器的系统负反馈线性模型。在此模型基础上,面向限幅前的稳定与失稳工况,利用描述函数法揭示限幅后等幅振荡的内在机理,并定量计算不同限幅值和控制参数下的振荡幅值和频率。最后,搭建Typhoon HIL604半实物仿真测试平台,算例结果验证了限幅触发后分析方法的准确性和有效性。

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计及阴影遮挡的多排光伏系统斜面辐射计算和优化方法

李芬, 冯宏磊, 屈爱芳, 谈敏惠, 毛玲, 孙改平

2026, 47(5): 671-682. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2383

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该文针对相邻组件阴影遮挡条件下斜面辐射计算误差大的问题,提出一种改进的斜面辐射模型。该模型首先利用大气透射率进行天气分型,实现云层遮挡和前后排阴影遮挡的解耦,并根据太阳光线几何关系分析斜面直射,从而完成斜面上有无遮挡以及地面阴影区和非阴影区的划分;其次,根据天气分型和视域因子建模,对有直射辐射的云天和晴天,采用各向异性Hay模型计算散射辐射,而阴天选择各向同性Liu-Jordan模型;再次,利用各向同性模型结合地面和阵列背面的视域因子获得反射辐射;最后,建立数学模型并对倾角、间距和斜面总辐射的变化进行数值分析,进而优化光伏系统的安装方式。研究结果表明：该模型能更精细地计算阴影遮挡下的斜面总辐射且该方法对分布式光伏电站设计具有实用价值。

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基于特征分析与MGAT-TCN模型的非侵入式户用光伏辨识

倪旖旎, 邬峥涛, 李子晨, 夏杨红

2026, 47(5): 683-696. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2387

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该文针对未加装单独监测装置的表后小型分布式光伏设备,以电表净负荷数据为基础,提出一种基于特征分析和多头图注意力网络和时间卷积网络（MGAT-TCN）模型的非侵入式户用光伏辨识方法。首先,在对光伏设备并网及状态切换过程仿真分析的基础上,提出基于多功能复合滑动窗的两阶段CUSUM事件检测算法对光伏状态切换与并网行为进行实时定位;其次,提出基于MGAT-TCN光伏辨识模型,该方法能通过多头图注意力网络有效处理光伏设备相互耦合的多维特征,从而提高辨识准确率与效率。最后,方法于自搭建非侵入式实验平台进行测试。结果表明,所提事件检测算法能够准确定位光伏行为,且相较于传统事件检测算法减少了至少0.3 s的时间定位误差;同时,所提的MGAT-TCN辨识模型对光伏设备的辨识准确率高于典型的神经网络方法至少2.66个百分点,且可达到96%以上。

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基于动态Gamma过程与参数自适应调整的光伏组件剩余寿命预测方法

陈伟, 吴阳, 裴婷婷, 魏智, 吴燕

2026, 47(5): 697-704. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2395

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针对光伏组件退化过程的动态变化特性及对剩余寿命自适应预测的需求,建立基于动态Gamma过程的退化模型（DGDPM）,并提出一种结合退化模型与参数自适应调整的光伏组件剩余寿命预测方法。首先,构建基于DGDPM的光伏组件功率退化模型,刻画组件退化过程的时间变化规律;然后,利用退化数据对Gamma过程分布参数进行动态调整,基于插值法提高数据分辨率,并使用滑动窗口法进行实时更新,以优化预测结果。通过对不同阶段、不同组件退化数据的建模与分析,验证了所提方法在光伏组件剩余寿命实时预测中的准确性和优越性。

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湿法叠加PEO法制备TOPCon太阳电池SiO_x层的性能研究

王丽婷, 周啸颖, 杜敬良, 韩会丹, 许伟, 王守志

2026, 47(5): 705-710. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2406

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为提升隧穿氧化钝化接触（TOPCon）太阳电池的钝化性能,采用湿法氧化结合等离子体增强氧化（PEO）技术制备超薄氧化硅（SiO_x）层,研究了不同膜层厚度匹配对SiO_x膜层的均匀性以及对TOPCon太阳电池的外观、钝化性能以及电性能的影响。研究表明,随着湿法氧化层厚度的增加,PEO氧化层厚度的降低,SiO_x膜层的均匀性逐渐提升,电池片的A级品率、钝化性能和电性能则先增加后降低。当湿法氧化层厚度为0.6 nm,PEO氧化层厚度为1 nm时,电池片的A级品率、钝化性能和电性能最佳,此时电池片的A级品率达到97.09%,少数载流子寿命τ最高,为1859 μs,隐含开路电压iV_oc和复合电流密度J0分别为742 mV和6.99 fA/cm²,转换效率为26.42%。

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一种双接地单相可升降压非隔离光伏并网逆变器

王立乔, 王艳, 王鹏磊, 张迪

2026, 47(5): 711-719. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2422

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提出一种双接地单相可升降压非隔离光伏并网逆变器。该逆变器通过共用直流侧电感和交流侧电感电容将Zeta变换器和Cuk变换器组合在一起,构成双接地拓扑结构,具有升降压能力,且可适应宽范围变化的直流输入电压。该逆变器的双接地结构能完全消除漏电流,保证了系统的可靠性和安全性。此外,该逆变器无电解电容,具有体积小、成本低、效率高和寿命长等优点。详细阐述了逆变器的工作原理、升降压能力及调制策略。基于理论分析,完成该逆变器升降压、扰动以及并网控制的仿真和实验,结果良好且与理论分析一致。

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基于ICOA-BP的5G光伏基站短期功率预测

张展泳, 王朝民, 陈俊江, 高绪冲, 郭文豪, 覃团发

2026, 47(5): 720-731. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2444

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针对5G通信技术能耗高、成本大的问题,5G光伏基站（PVBSs）通过集成高性能、高效率、低成本的光伏发电技术,利用能量路由器实现了通信与能源利用的无缝结合。为确保5G光伏基站供电系统的稳定性,该文提出一种基于改进小龙虾优化算法（ICOA）优化反向传播（BP）神经网络的短期功率预测方法。ICOA通过圆混沌映射、镜像反射学习、改进天鹰座算法和莱维飞行策略,增强了算法的全局搜索能力和收敛速度,有效优化了BP神经网络的权重和偏置,提高了光伏功率预测精度。模型还采用主成分分析法捕捉数据相关性并压缩数据维度,以及循环遍历算法选择最优隐含层节点数量,确保模型性能最优。实验结果表明,改进小龙虾优化算法具有优异的寻优及收敛能力,同时,与基于北方苍鹰优化算法、灰狼优化算法、鲸鱼优化算法以及小龙虾优化算法的BP神经网络模型相比,ICOA-BP模型在不同天气条件下的预测精度均更高,对于促进5G光伏基站供电系统的稳定性具有重要意义。

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基于分季节相似日聚类和Stacking集成学习的超短期光伏功率预测

李忠文, 李海洋, 程志平, 随权, 王义

2026, 47(5): 732-740. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0002

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为解决传统超短期光伏功率预测中单一预测模型稳定性欠佳、泛化能力受限等缺陷,提出一种基于分季节相似日聚类和Stacking集成学习的超短期光伏功率预测方法。首先,采用皮尔逊和斯皮尔曼相关系数筛选出光伏出力关键气象特征;其次,基于澳大利亚某光伏场站历史数据进行分季节K-均值相似日聚类,以便更准确地反映光伏发电的季节特性;然后,选择长短期记忆网络（LSTM）、卷积神经网络（CNN）、极限学习机（ELM）和支持向量机（SVM）作为基学习器,采用极限梯度提升（XGBoost）作为元学习器,并通过粒子群优化算法（PSO）对XGBoost的超参数进行优化,构建Stacking集成预测模型;最后,通过仿真实验证明该方法在不同季节的多种天气条件下表现出良好的预测性能和稳定性。

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考虑INGO优化算法与VMD分解技术的TCN-Transformer的光伏出力预测方法研究

郑非凡, 许野, 王旭, 孟亦康, 李忠艳

2026, 47(5): 741-754. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0026

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提出基于改进北方苍鹰优化算法（INGO）和变分模态分解技术（VMD）的TCN-Transformer光伏出力组合预测模型。首先,应用动态时间规整算法（DTW）计算待预测日与历史日的气象序列之间的累积距离,生成与待预测日天气特征相似的历史日集合;其次,联合使用Logistic混沌映射、等级制度、Levy方法和非线性因子对NGO进行改进,妥善解决传统的NGO易陷入局部最优的缺陷;然后,使用INGO和VMD的全新组合将待预测日的原始发电量序列分解为不同的本征模态函数（IMF）;最后,将气象数据和IMF分量分别作为输入和输出变量,训练生成基于INGO的TCN-Transformer组合预测模型。依托云南某光伏电站实测应用数据,验证所提方法的优越性,在晴天和阴雨天气条件下均具有较高的预测精度。

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竹基结构在海上漂浮式光伏中的研究及数值模拟

宋维举, 刘道兵, 贾沼霖, 曹政, 王鹏, 褚清涛

2026, 47(5): 755-761. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0039

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通过材料力学性能试验分别获得竹子、泡沫、聚脲材料的相关力学性能参数,通过ABAQUS建立试验模型,验证了力学性能参数的有效性。基于实验与有限元分析结果,设计一种新型海上漂浮式光伏结构,并评估其在多荷载作用下的性能,结果表明该结构在负载下可满足其承载力要求,可为海上漂浮式光伏系统的实用化提供科学依据。

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基于局部阴影检测方法的改进PSO在光伏MPPT中的应用

张舒涵, 许峰, 张礼杰, 李磊, 张琪昱

2026, 47(5): 762-770. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0040

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针对光伏最大功率点跟踪（MPPT）控制系统在动态光照环境中存在收敛速度缓慢、功率波动大、难以实时跟踪等问题,提出一种基于局部阴影检测的改进粒子群优化算法（IPSO）。该算法引入自适应更新惯性权重w,并去除随机数r1和r2,以简化速度更新方程。通过分析阵列在局部阴影下的功率输出特性,优化了粒子的数量和分布。此外,基于光伏阵列在不同光照条件下的P-V曲线,提出一种简单的局部阴影检测方法,并将其应用于改进后的PSO算法。实验结果表明,改进后算法在追踪过程中表现出更强的寻优能力和快速收敛性,有效减小功率振荡。该算法在动态光照下具有出色的动态性能,能够灵活适应各种光照突变情形。

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聚光太阳能热发电站熔盐蒸汽发生器传热特性数值计算研究

田家铭, 段依然, 王跃社

2026, 47(5): 771-777. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2325

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以大型聚光太阳能热发电电站等比例尺寸的熔盐蒸汽发生器为研究对象,采用集中参数法进行网格处理,通过控制体积法和高斯-赛德尔方法离散求解控制方程,建立管壳式换热器结构耦合熔盐-水/蒸汽相变流动换热的熔盐蒸汽发生器热预测数值计算模型。分析不同两侧流量及流动对传热特性的影响。结果表明,熔盐流量是蒸汽发生器总换热系数及效能的主要影响因素,熔盐流量越高,总换热系数越高且效能越低。基于剧烈相变位置的分析,建议使用熔盐从蒸汽发生器尾端流入的结构设计。

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安装约束对建筑型太阳能烟囱性能影响研究

晁赟成, 王星, 潘现超, 朱阳历, 关胤, 陈海生

2026, 47(5): 778-790. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2408

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集热器形状及烟囱偏离中心对建筑型太阳能烟囱发电厂（BISC）的性能有较大影响。采用realizable k-ε模型和DO辐射模型对典型太阳能烟囱（SC）结构进行三维流动与热辐射的耦合求解,并通过对比实验数据与文献模拟结果,验证了数值模型的准确性。采用相同的数值模拟方法对22组不同集热器形状和烟囱位置的SC模型进行计算。结果表明,对于圆形集热器,SC的输出功率受集热器位置偏移量Δd影响,随着Δd增大,输出功率下降幅度逐渐增大;当Δd取最大值时,输出功率相较于Δd=0时降低56.8%。对于方形集热器,SC的输出功率变化受Δd影响的规律与圆形集热器相似,但下降幅度相对较小;当Δd取最大值时,输出功率相较于Δd=0时降低52.0%。此外,方形集热器SC的输出功率还受角度偏移量Δθ影响。当Δθ为45°时,随着Δd从0增大0.8,输出功率降低43.9%,表明Δθ增大会减弱Δd增大带来的负面影响。

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梯形通道熔盐和SCO₂的PCHE换热器性能分析

于志斌, 吴江波, 杜小泽, 杨科

2026, 47(5): 791-796. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2433

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建立梯形截面印刷式电路板换热器（PCHE）模型,采用数值模拟的方法,对以熔盐与超临界CO₂（SCO₂）为工质的PCHE换热器进行研究,并进一步探讨两者的流动与换热特性。结果表明,随着质量流量、温度、压力的增加,SCO₂对流换热系数增大,而熔盐换热系数逐渐降低;梯形截面通道因二次流动效应,强化了传热性能,尤其在35°弯折角下效果更显著。与传统半圆形通道相比,梯形截面通道温升提高5.5%,压降降低8.6%。

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复合双曲面聚光器设计与性能研究

吴健, 张高明, 江佳琦, 徐志鹏, 周彬

2026, 47(5): 797-807. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0005

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针对传统复合抛物面聚光器（CPC）高宽比较大、接收角较小、聚光能流分布不均匀等问题,通过建立几何型线数学模型,设计复合双曲面聚光器（CHC）,获得不同几何聚光比下聚光器的高宽比以及接收半角。运用蒙特卡洛光线追踪方法,对比分析CPC和CHC的光学效率,辐照非均匀度。结果表明,不同聚光比下CHC的高宽比总是小于CPC,接收半角总是大于CPC。以聚光比分别为2和4为例,CHC的高宽比分别为1.5和5.6,均小于CPC的2.6和7.5;CHC的接收半角分别为53.14°和28°,均大于CPC的30°和14.1°。对比两者在不同入射角条件下的光学效率,CPC在接收角范围内的光学效率更高,但CHC相较于CPC持续聚光能力更强。当CHC聚光比分别为2和4时,需分别在纵向长度上增加约20%和30%的反射面积来弥补在CPC接收半角内所损失的光学效率,而在CPC接收半角之外,CHC所具有的宽接收半角可使两种聚光器聚光能力相近。此外,在不同入射角条件下,CHC最大辐照非均匀度分别为0.59和0.58,均小于CPC的6.31和12.51,接收面能流分布更加均匀。以上结果表明,相较于传统CPC,CHC高宽比较小、接收角较大、聚光能流分布更均匀,在应用于免跟踪低倍聚光光伏光热系统上具有更好的潜力。

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拉萨市建筑立面光伏墙体热电性能实验测试研究

宋璇, 王登甲, 曲磊, 邓兴镇, 殷浩

2026, 47(5): 808-815. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2290

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为研究立面光伏墙体发电传热性能与高原实际气象参数的随动关系,基于西藏拉萨市某建筑搭建立面围护结构光伏一体化实验平台,测试冬、夏典型日立面光伏墙体的传热性能与发电性能差异,量化分析太阳辐照度、室外气温等高原典型气象因素对立面光伏墙体热电性能参数的动态影响规律。在此基础上,构建基于太阳辐照度、室外气温及热电数据的发电功率预测模型。研究结果可为高原地区立面光伏墙体设计、光伏建筑用能匹配分析提供测试数据支撑。

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立面BIPV系统热电耦合模型及发电潜力研究

殷浩, 刘艳峰, 周勇, 陈耀文

2026, 47(5): 816-824. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2414

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通过对立面建筑光伏一体化（BIPV）系统建立热电耦合模型,利用Matlab平台编写仿真程序,分析BIPV系统在不同地域的发电量规律。首先介绍立面BIPV系统的工作原理,并基于发电传热过程构建热电耦合模型,利用在陕西西安6块额定功率385 W的立面BIPV实验平台,对模拟数据和实验数据进行误差分析,模型功率预测值与实验值的RMSE为1.0357 W,MAE为0.7117 W,RE为2.7％。通过模拟不同地区的发电数据,结果显示太阳能资源丰富地区（严寒、温和地区）具有较高的年总发电量,而严寒地区虽然光照条件有限,但在冬季南向立面发电表现突出。此外,在夏热冬冷、夏热冬暖和温和地区,各朝向的发电量差异较小,适合根据建筑布局灵活调整东向、西向和南向的配置,以充分挖掘各朝向的发电潜力。

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