能源桩-建筑光伏光热系统回收光伏发电余热,并将其蓄存在能源桩周围的土壤中,在提高光伏发电效率的同时,有效维持能源桩周围的土壤热平衡。为促进系统的推广应用,该文选取中国严寒及寒冷地区的4个代表城市,基于TRNSYS软件建立系统模型,在相同的运行策略下完成4个地区的系统设计,分析比较系统在不同地区的运行效果。结果表明：哈尔滨地区因最高的热负荷需求,所需太阳能蓄热量最高,达130.91 MWh;哈尔滨的光伏组件具有最高的发电效率和发电量,达19.31%和73.29 MWh,西宁的光伏组件集热效率最高,为36.24%;系统在哈尔滨和西宁具有最好的节能效果,节能率达96%以上;此外系统在长期运行条件下展示了更好的经济性。该系统将促进可再生能源在建筑中的应用,实现建筑领域的低碳减排。

把地埋管换热器简化为有限实心圆柱面热源,建立考虑界面热阻效应的分层岩土传热解析模型。对传热控制方程进行有限汉克尔和拉普拉斯变换,求解得到各分层岩土温度的拉普拉斯域解;通过与数值解和现有解析解的对比,验证该文模型解的正确性;重点评估界面热阻对地埋管近场分层岩土温度分布的影响。结果表明：①由于界面接触热阻的存在,土层上界面温度因热量积聚而上升,土层下界面温度因热量减少而下降,土层界面处温度分布呈跳跃现象;②界面接触热阻对温度响应的影响随传热时间的延长而增大,随径向距离的增加而减弱;③相邻土层导热系数的差值越大,界面接触热阻对分层岩土温度分布的影响越大。

为实现对波浪的快速响应和波浪能的高效收集利用,以波浪能发电装置液压式能量转换系统为出发点,开展多级机组能量转换系统的方案设计,确定各个元气件的设计参数。为验证多级机组能量转换系统的工作性能,开展3种海况下的装机总功率均为100 kW的单级能量转换系统、2级机组能量转换系统（50 kW+50 kW）、3级机组能量转换系统（20 kW+30 kW+50 kW）的仿真计算,并针对仿真结果中的系统压强、发电总功率、各发电机功率进行对比分析。结果显示,小浪况下3级机组发电量最小,2级机组发电量最大;大浪况下,3级机组发电量最大,2级机组发电量最小。总之,同样的浪况下,多级机组能量转换系统对波浪的响应时间、发电电量均优于单极机组,且随着机组级数越多,系统对大浪的适应性越高。

针对液压蓄能式波能装置由于蓄能器的解耦作用无法最大功率跟踪,不可控整流模式液压发电机组频繁启停、功率不可控、无法自适应跟踪来波功率等问题,提出基于高频整流的功率跟踪控制方法。建立完整的液压蓄能发电系统以及压力负载数学模型,通过高频整流器控制发电机转速,改善液压发电系统输出特性,实现液压发电机组在功率变化范围内自动跟踪来波功率。仿真试验结果表明,液压发电机组马达输入流量能自动跟踪液压缸的输出流量,系统压力自动匹配来波功率。因此,功率跟踪控制方法可改善波能装置液压发电机组特性,减少启停,实现功率跟踪与自适应负载调节,有利于推进液压蓄能式波能装置研究。

为解决现有数值模拟技术模拟生物质颗粒在曲线管道中与流体混合流动时易卡阻和效率低的问题,提出一种新的边界识别方法来识别复杂的自定义曲线边界,并通过自定义曲线边界中流体-颗粒的流动验证LBM-DEM-IMB和所提出算法的有效性和准确性。结果表明,曲线边界识别方法在获得光滑曲线边界方面具有较高可行性和准确性,且合理反映了曲线边界对颗粒流动行为的影响,如颗粒在管道凹坑中的滞留和弯管内颗粒自由沉降时的瑞利-泰勒不稳定性。为提高IMB对曲线边界中流体-颗粒系统的计算能力及研究颗粒流动和提高如生物质颗粒的运输和加工效率提供一种有效的数值计算方法。

针对现有深度学习方法在风力发电机齿轮箱故障诊断方面的特征提取和样本相似性建模局限性,提出一种多种距离度量下残差连接的图注意力网络（ResGAT）。该方法构建全连接图以生成邻接矩阵,并结合多种距离度量方法,充分挖掘样本之间的相似性。利用图注意力网络进行节点特征聚合,结合残差连接以减轻模型梯度消失风险。进一步地,在Adam优化器中融入L2正则化及偏置校正,以降低过拟合问题。实验结果显示,ResGAT方法在WT-Planetary gearbox dataset齿轮箱数据集上能有效提取样本间相似性,并在风力发电机齿轮箱故障诊断上展现出优异性能。

对现有规范中的不同结构设计方法进行梳理,在此基础上提出适用于不同形式海上风力发电支撑结构的基于整体二阶弹性分析的结构设计方法。对基于一阶弹性分析的压弯整体稳定验算公式进行修正,使其能适用于二阶弹性分析下等截面和变截面构件验算;根据支撑的强度和刚度要求介绍通过在支撑点处施加假想力来考虑导管架结构整体几何缺陷的方法。所提设计方法可与基于一阶弹性分析的传统设计方法保持协调过渡,能更好地考虑结构二阶效应,具有较强的工程应用可行性。

以IEA-15 MW风力机为对象,基于涡尾迹模型和几何精确梁模型研究了纵荡工况下叶片形变对风力机性能的影响。结果表明,浮台的纵荡运动所带来的附加速度会改变风力机的入流速度,从而使风力机的载荷出现波动;而相比于固定工况,纵荡工况下风力机的输出功率有所提升,且在考虑叶片柔性后风力机载荷有所下降。此外,在风力机纵荡运动过程中,风力机的载荷对入流速度变化的响应存在延迟,同时叶片柔性形变带来的附加速度会加剧载荷响应的延迟。

首先将人工神经网络（ANN）、支持向量机（SVM）及极值学习机（ELM）与集合经验模态分解（EEMD）和灰狼算法（GWO）相耦合,构建多个混合模型对中国黄土高原陇东区环县风电场风速进行预测,进而将各混合模型的预测结果作为输入变量,以预测误差平方和最小为目标函数,构建无负约束的组合模型NNCT,并采用灰狼算法优化组合模型的权重,实现研究区域风电场风速的准确预测。数值结果表明,该模型可有效降低模型选择的风险,具有更高的预测精度。

以2 MW级风电机组传动链为研究对象,考虑行星轮滑动轴承接触界面柔性与箱体、内齿圈等复杂外形构件柔性,采用平均流量雷诺方程建立行星轮滑动轴承弹流润滑模型,利用有限元缩聚理论建立箱体、内齿圈轮齿、行星架耦合点与弹性支撑之间的关联关系,建立应用行星轮滑动轴承的风电机组传动链系统摩擦动力学耦合模型,分析不同载荷工况与轴承结构参数对传动链系统动态特性的影响规律,并通过台架试验验证。研究结果表明：增大输入扭矩、减小滑动轴承间隙有助于改善行星轮系齿面偏载情况;行星轮滑动轴承不会改变系统振动加速度响应主要特征频率成分,但会使系统振动位移响应中出现与行星轮转频相关的频率成分,且增大行星轮滑动轴承宽径比与间隙会增加系统振动;在高扭矩工况下行星轮滑动轴承易产生边缘粗糙峰接触,但减少行星轮滑动轴承宽径比与间隙有助于提高行星轮系均载性能。

基于江苏海域,采用一体化设计对比API-WSD规范、ISO规范等常规校核方法,以及第四强度理论结合欧标的新校核方法,重点分析单桩基础新旧校核方法的差异性;统计不同风电场17个单桩基础几何参数,研究分析泥面载荷、桩径、桩长之间的规律,建立载荷-几何尺寸-质量的关系曲线,提出单桩基础设计快速评估方法,并搭建智能化快速评估平台。

为研究翼刀安装位置对风力机气动性能的影响,以某1.5 MW风力机为研究对象,考虑叶片展向位置和周向位置,通过数值模拟对包括原始叶片在内的13种模型不同工况下的气动性能进行计算分析。结果显示,并非所有模型都会对叶片功率起到提升作用,说明探究翼刀最佳安装位置的必要性。相对于在压力面和两面同时安装翼刀,仅在叶片吸力面上安装翼刀能更有效地抑制分离的展向流动,令分离点后移,提升叶片的气动性能。其中,在9.9 m/s来流风速下,模型5（距叶根8 m的展向位置处,仅在叶片吸力面安装翼刀）的性能最佳,可有效抑制流动分离,提高1.876%的叶片功率,比模型4（两面同时安装翼刀）的效果提升0.541%。

针对风力发电功率存在较强的间歇性和波动性、预测精度较低的问题,提出基于变分模态分解（VMD）与多策略融合的白鲸优化算法（MBWO）的核极限学习机（KELM）预测模型。首先利用VMD对原始风力发电功率序列进行平稳化处理并构建MBWO-KELM模型,然后将分解后的子序列输入MBWO-KELM模型进行预测,最后对不同子序列进行重构以得到最终的风电功率预测值。结果表明,不同季节下该模型的预测精度和稳定性明显优于其他模型,平均绝对百分比误差（MAPE）值均控制在6%以下,可提高风电能源的利用效率。

为研究柔性光伏支架在屋顶风场条件下的颤振性能,基于Ansys Fluent计算平台,根据某屋顶风场实测结果,通过嵌入自定义函数（UDF）的方法实现屋顶风场的模拟,利用Newmark-β法进行0°~40°范围内柔性光伏组件竖向及扭转自由度的流固耦合数值计算。研究发现,柔性光伏组件在屋顶风场环境下也会同时发生竖弯和扭转的耦合振动,此颤振形式为自限幅软颤振。光伏组件倾角对屋顶柔性光伏支架系统颤振性能有显著影响：在光伏组件倾角0°~30°内,颤振临界风速随倾角的增大不断减小;在30°~40°倾角内,颤振临界风速随倾角的增大有增大趋势。基于频谱分析发现,随着倾角的增大,扭转运动在耦合振动中的占比逐渐增大,0°~40°倾角的扭转成分占比为52.3%~74.2%。

提出一种风渔融合模式下海上风电和海洋牧场联合开发结构形式,对其在固定式基础条件下进行一体化结构分析研究,对比结构融合前后的受力变化,论证该结构形式的可行性与相较单一开发模式的优势,可为海上风渔融合发展模式提供一种新的发展思路。

针对稳态工况下运行的陆上风力机叶片载荷测试和识别问题,首先基于等效疲劳载荷理论,结合应变载荷测量技术设计载荷测试方案,根据载荷测量要求进行数据采集、传感器布置和标定,搭建叶片载荷监测系统;其次,在叶片监测系统中通过应变片获得稳态工况下的测试载荷,同步采集测风塔、雷达等风特性信息以及数据采集与监视控制（SCADA）系统获得风力机控制状态信息,并根据风速俘获矩阵模拟得到仿真载荷;由于测试载荷数据时长与设计载荷时长不同,为便于比较,将设计载荷、测试载荷、仿真载荷都转换为1 Hz下的等效疲劳载荷进行对比。结果表明：同一截面测试载荷与设计载荷比值在104.0%~130.2%区间,符合叶片载荷设计安全裕量,同一截面测试载荷与仿真载荷比值差异较大,说明稳态工况下载荷监测的动态变化与湍流强度强相关,有必要监测风剪切和湍流参数以反映实际载荷有效防止过载运行。

通过改进传统混合整数线性规划模型约束条件,并引入可选路径预缩减和动态生成电缆不交叉约束,提出一种适用于大型海上风电场的集电系统路径规划方法。案例测试显示,优化后的风电场集电线路成本降低7.27%,改进后的模型可大幅减小存储空间需求和求解时间,计算效率得到极大提升。

建立风电机组两级行星齿轮加一级平行轴齿轮传动系统的动力学模型,该模型综合考虑内外部激励的影响及多种非线性因素。深入研究激励频率和齿侧间隙对系统动力学特性的影响机制。研究结果表明,随着激励频率的变化,系统主要表现为周期运动,当激励频率接近固有频率或主次谐波共振区时易诱发混沌运动,激变和倍周期分岔是系统通向混沌的主要道路。增加齿侧间隙会导致系统经历从周期运动到混沌再到周期运动的复杂演化过程,期间存在吸引子共存和跳跃不连续现象。通过协同优化齿侧间隙设计并规避主次谐波共振区可有效抑制混沌等失稳现象,提高多级行星齿轮系统的稳定性和可靠性。

利用湖北省某山区风电场2017年11月—2022年2月风电机组覆冰观测记录,结合高精度气象再分析资料,综合考虑风电机组的地形条件进行插值,得到每台风电机组的逐小时气象要素资料,在此基础上分析风电机组覆冰及消融阶段气象要素变化,得到风电机组覆冰时刻与消融时刻气象要素临界值。1）在风电机组覆冰阶段,气温呈持续下降状态,相对湿度呈持续上升状态,风速在风电机组覆冰前后无明显波动,持续平稳且风速较大。2）在风电机组覆冰阶段,气温呈持续上升状态,在覆冰消融时刻达到峰值;相对湿度呈持续下降状态,在覆冰消融时刻达到最低值;风速呈持续平稳状态,较覆冰阶段明显减小。3）风电机组覆冰的临界气象条件为轮毂高度处气温为0~2 ℃,风速为4~6 m/s,微量降水或无降水,相对湿度95%以上;风电机组覆冰消融的临界气象条件为轮毂高度处气温为4 ℃以上,风速为2~4 m/s,相对湿度小于90%。

针对变速风电工况下开关磁阻发电机（SRG）变励磁电压最大功率点跟踪（MPPT）控制问题,该文探究直接控制SRG发电阶段相电流、开关角不固定时多变量控制以及高速运行和连续导通模式（CCM）有效性等问题。首先提出一种SRG新型功率变换器,由强励直升压主电路和可变励磁电压励磁电路组成,详述其工作过程并推导出SRG相关数学模型,分析相关理论特征。控制策略方面,提出一种基速以下全域单变量励磁电压扰动的MPPT控制方法,给出新型励磁电压扰动模型,除励磁阶段外,在新型功率变换器支撑下实现了发电阶段也可通过励磁电压变换进而直接调节相电流;开关角控制策略方面,给出开通角和关断角跟随转速自动在线快速线性调节的控制模型。从而将传统可控的多个变量耦合后仅由励磁电压作为单一变量实施MPPT控制,基速以上引入桨距角控制恒功率输出,全工作区域内的检测量仅为转子位置（转速）和功率。通过仿真与实验,并与已有两种变励磁电压MPPT结果进行比较,验证高速CCM运行下新型功率变换器与控制策略的有效性。

基于降本增效、平价上网等因素的考量,风力机的大型化趋势日益凸显,叶片长柔化带来的颤振加剧现象引发叶片疲劳增加、机组寿命下降等一系列问题。为缓解叶片颤振导致的机组各部件寿命下降、提升风轮运转平稳性,在超大型风力机颤振问题的基础上,围绕风力机叶片综述国内外各颤振抑制技术的发展历程及研究现状,分析颤振产生对风力机安全性和性能的影响,介绍不同颤振抑制技术的特点、适用范围及对风力机动态响应和稳定性的改善程度,总结目前主要的研究成果和存在的挑战,并对未来的研究方向进行展望,以期为叶片颤振抑制研究持续发展、风力机的大型化进程提供参考。

在进行风电场布局优化时,如果目标函数仅考虑年发电量AEP,可能导致优化后风电场的部分风力机疲劳荷载增大,进而增加运维成本,因此优化得到的风电场布局可能不是最优解。针对上述问题,开展考虑风力机疲劳载荷限制的风电场布局优化研究。首先,通过输入每台风力机的有效风速和有效湍流强度至代理模型来预测等效疲劳载荷。然后,使用开源风电场优化平台TOPFARM对风电场进行布局优化,并在优化过程中增加对寿命周期等效疲劳载荷LDEL限制来降低风力机的疲劳载荷。最后,对Horns Rev 1典型风电场进行考虑疲劳限制的布局优化研究。结果表明：与不考虑疲劳限制相比,优化后的风电场会牺牲少量的AEP,但可换来LDEL较大程度的降低。

为提升风电功率预测精度并解决单一神经网络模型在预测波动性和间歇性风电数据时的滞后性问题,提出一种融合变分模态分解（VMD）、时间卷积网络（TCN）、门控循环单元（GRU）和注意力机制（AM）的组合预测模型。模型利用VMD将原始风电数据分解为具有不同中心频率的本征模态函数（IMF）,以降低数据的随机性和波动性。然后通过TCN-GRU-AM模型对这些IMF子序列进行独立预测,TCN和GRU的组合能更好地捕捉各子序列的复杂特征和时间依赖性,AM则可增强模型对时间序列中关键时间步的识别能力。最终通过叠加预测分量重构出风电功率预测结果。实验验证显示,该模型能显著提高预测精度且有效缓解了滞后现象。

为在不获得叶片详细属性的情况下得到叶片的等效阻尼比及其与响应幅值的变化关系,提出一种基于牵引式加载的叶片等效阻尼比计算方法。基于振动理论,分析叶片在不同周期性激励作用下的响应特性,构建等效阻尼比、变形量和稳态振幅之间的映射关系。采用牵引式设备对3支大型叶片进行阶梯加载并计算其各阶段振幅下的等效阻尼比,揭示叶片等效阻尼比与稳态振幅的近线性关系,在满载阶段叶片的等效阻尼比达到小振幅下的2~3倍,同时将计算结果与自由衰减法计算结果进行对比,验证基于牵引式加载计算叶片等效阻尼比方法的可行性和适用性。

以2212号台风梅花为例,基于有限元数值模型,对位于江苏东台海域的海上风电场场址进行大小尺度模型嵌套的水动力-波浪-泥沙的耦合数值模拟,计算台风造成的风暴潮和风浪影响下的海床形貌演变趋势。结果表明：场区海床受台风影响下的冲刷和淤积程度比无台风情景下的结果更显著,在过境期间,台风能够增大海床的输沙率。采用数值模拟分析预测台风对海床造成的泥沙冲淤变化趋势,能对海上风电场海床泥沙冲刷风险评估以及海上风电场的安全保障和预测性运维提供科学的参考依据。

为提高风电功率超短期多步预测的精度,提出一种基于损失函数改进和补丁（Patch）时序Transformer网络的风功率超短期多步预测模型。首先,通过风功率数据的图像异常检测与清洗算法进行数据预处理,提升数据质量;其次,为增强Transformer模型的鲁棒性并加强局部序列依赖的捕捉能力,在原始Transformer结构中引入补丁模块和通道独立策略。最后,为进一步过滤噪声并提高序列预测中的形状变化感知能力,设计一种新颖的多元非线性损失函数。实验结果表明,所提出的模型在多项误差指标上显著优于对比模型,有效提升了超短期风电功率的多步预测精度。

以江苏省为例,探索结合地表太阳辐射遥感反演数据与高斯混合模型的区域连续网格划分方案。研究证实,遥感反演得到的小时辐射数据在江苏省具有较高的精度,其总辐射和散射辐射与地面观测数据的相关系数分别达到0.95和0.89;此外,时空连续的遥感估计准确地揭示了区域内总辐射和散射辐射的空间差异及其逐月变化。以逐月序列作为太阳辐射分区的基础,测试在不同最大分区数约束下高斯混合模型分区结果的信息熵和实际分区数的变化,发现在江苏省构建100~208个连续分区较为合适。随着分区数的增加,分区的粒度变得更细,分区方案由主要揭示辐射总量的差异演化为同时兼顾辐射总量和变化特征的差异。

针对现有机器学习预测算法超参数优化困难和精度难以满足优化调控需求的问题,提出一种基于蜣螂优化时间卷积网络（DBO-TCN）的太阳辐照度预测模型。该模型利用时间卷积网络（TCN）有效融合了卷积神经网络（CNN）的并行处理能力与递归神经网络（RNN）的时序建模功能,通过模拟蜣螂习性群智能优化算法对TCN的超参数进行优化,更加准确地挖掘太阳辐照度的时空演变规律。并与TCN、长短期记忆网络（LSTM）等主流预测算法进行详细对比实验,结果表明基于DBO-TCN提出的太阳辐照度预测模型具有更高的预测精度和鲁棒性。

基于透光光伏组件与液流腔的集成设计,对制冷工况下光伏液流窗于0°、15°、30°倾角下的电热性能进行室外实验测试,以光伏中空窗为参考,对液流腔进水温度为25 ℃、流量为0.4 L/min时两者的性能差异进行对比分析。结果显示,光伏液流窗的隔热性能显著优于光伏中空窗。当太阳辐照度达到620~630 W/m²,室外环境温度为38~39 ℃时,光伏液流窗和光伏中空窗室内侧表面温度分别平均低于室外环境温度9.5 ℃和高于室外温度1 ℃;不同倾角下,通过光伏中空窗直接进入室内的瞬时热量明显更高。倾角为30°时,太阳辐照度为640~650 W/m²,室内外环境温差为9~10 ℃工况下,通过光伏中空窗直接进入室内的瞬时热量均值为9.5 J,约为液流窗的33倍;室内制冷工况下,光伏中空窗电池工作温度分布在24.9~27.3 ℃区间,当液流窗进液温度接近夏季市政供水温度25 ℃时,无法有效为太阳电池降温,应考虑进一步对市政供水进行冷却或采用温度更低的空调冷凝水。

针对光伏建筑改造项目缺乏统一标准评价体系的问题,在以往光伏建筑经济效益和综合效益评价相关研究的基础上,构建多层次灰色体系构造光伏建筑改造项目评价矩阵,并将熵权法、灰色关联法和优劣解距离法（TOPSIS法）三者结合,建立直观可行的研究模型,对位于天津市的某机关办公建筑系列改造方案进行比较和评估。研究结果表明,基于多层次灰色体系下建立的光伏建筑评价模型方便有效,实现了改造方案的量化分析,可用于该项目光伏方案的后续改进及其他光伏建筑改造项目的评价。在光照条件良好的典型办公建筑屋顶和立面安装光伏,可实现“净零能耗建筑”的目标,达到超过60%的全年自给率。