太阳能学报

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马新稳, 孙敬伟, 陈严, 彭响华

2025, 46(9): 1-10. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0449

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为研究风力机柔性叶片预弯和不同后掠几何外形设计对其气弹载荷的影响,利用转动矩阵精确地表征叶素处的气流速度和叶素的位移、方向、振动速度,并对叶素动量模型进行修正建立气弹仿真模型。基于DTU 10 MW叶片分别设计3种不同后掠叶片,对3种叶片进行静力学、动力学和气弹耦合分析。研究叶片弯扭耦合变形对叶片攻角的影响,叶片预弯、后掠引起的气动力臂增大对叶根扭矩的影响。研究发现叶片的弯扭耦合效应受叶片的几何外形影响较大,后掠叶片对降低叶根的挥舞疲劳载荷效果最好,达到-11.14%,但会大幅增大叶根扭转疲劳载荷,预弯叶片会减小叶根的挥舞和扭转疲劳载荷。

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基于拓扑优化的风电机组前机舱底座轻量化设计

王慧, 舒娇娇, 倪敏, 赵春雨, 柳胜举, 龙凯

2025, 46(9): 11-16. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0626

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为实现风电机组前机舱底座的轻量化设计,提出基于拓扑优化、形状优化驱动的结构设计流程。在拓扑优化中,分别对比多工况柔顺度加权、柔顺度最大值最小化和单一弯矩作用下的拓扑优化结果异同,并指出各类拓扑优化模型的优缺点和适用范围。依据拓扑优化结果,重构几何模型,对局部强度不足位置通过形状优化、加强结构进行优化设计。最终的优化结构可优化空间（去掉底座、轴承座）减重8.85%且完全满足强度设计要求。该结果验证了拓扑优化方法在机舱底座概念设计的可行性。

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基于DIC的风电机组施必牢螺纹副承载分布试验及响因素分析

王立程, 刘玉, 姚玉东, 艾延廷

2025, 46(9): 17-25. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0702

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基于数字图像相关法（DIC）提出施必牢螺纹副承载分布试验方法,并应用该方法研究标准螺纹副和施必牢螺纹副的载荷分布;依据施必牢螺纹副结构几何特征建立2D有限元模型,并与试验结果对比验证模型的准确性,分析螺纹楔形角、螺距和弹性模量对施必牢螺纹副的承载分布的影响规律。结果表明,DIC试验方法能够识别施必牢螺纹副载荷分布特征,从试验角度验证施必牢螺纹副的作用效果;标准螺纹副试验承载比例数值与解析方法最大误差仅为4.82%,施必牢螺纹副试验承载分布结果与有限元模型结果最大误差为5.23%;楔形角为30°时,承载最为均匀;轴向外载荷对承载比例影响较小;承载越均匀与螺距呈反比,与螺栓/螺母弹性模量比值呈正比。

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砂土中海上风力机吸力式桩桶基础的p-y曲线研究

蒋建平, 汪璐亚

2025, 46(9): 26-33. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0712

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海上风力机吸力式桩桶基础得到了广泛应用。首先依据实测试桩资料对有限元软件ABAQUS进行模型的有效性验证;然后建立砂土中4~9 m桩径的吸力式桩桶基础的有限元模型,分析其在不同水平荷载作用下的桩身弯矩和位移响应;最后在双曲线p-y曲线模型的基础之上,考虑土体深度和桩径尺寸的影响对初始地基反力模量和极限土反力计算方法进行修正,提出合适的p-y曲线模型。结果表明,砂土中的吸力式桩桶基础在水平荷载作用下主要呈转动模式,且伴随有少许的平动,桩身弯矩值沿土深方向先增大后减小,且水平荷载大小的变化对桩身弯矩最大值所在位置基本无影响,API法p-y曲线高估了初始地基反力模量,低估了极限土反力,不适用于对其进行计算分析,而修正p-y曲线模型与数模结果之间的吻合性较好。

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基于二次分数低阶协方差的超声波风速风量方法

刘小松, 任玮, 单泽彪, 刘云清

2025, 46(9): 34-41. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0736

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为解决强脉冲噪声背景下超声波测风系统性能衰退、受环境噪声影响稳定性较差等问题,提出一种基于二次分数低阶协方差的三阵元超声波风矢量测量方法。三阵元超声波阵列结构由3个收发一体式的超声波换能器构成,依托该系统结构并结合二次分数低阶协方差算法求得超声波传播时间,进而得到风矢量估测值。通过搭建的实际测风系统以及对比仿真实验证实了该文方法的有效性。在实际测量中风速风向角的最大测量误差分别为2.2%和2.4°,测量精度满足超声波风速风向测量的基本要求。

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海上风力机单桩基础水平受力简化分析方法

黄申, 翟恩地, 许成顺, 孙毅龙

2025, 46(9): 42-50. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0739

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水平荷载作用下海上风力机单桩发生刚性转动变形模式,桩周竖向摩阻力形成桩身抗力矩,同时桩端土土体对桩端截面形成抗力作用。该文首先基于径向土压力分布函数得出桩身抗力矩的计算公式,建立桩端截面转动过程中竖向应力变化模型,推导桩端抗力矩的离散数值解和简化公式解。其次,基于线弹性-塑性摩阻力-位移模型,建立桩端水平剪力的计算公式。然后,根据刚性桩在水平荷载作用下的变形模式建立简化分析模型,通过与试验结果开展对比研究,验证了该文方法的合理性。最后,分析3种附加抗力在水平承载力的比例随桩直径、长径比、土内摩擦角的变化规律,结果表明：随着长径比增加,附加抗力在水平承载力的比例逐渐减小;随着直径增加,附加抗力在水平承载力的比例未显著变化;随着内摩擦角增加,桩身抗力矩在水平承载力的比例逐渐增加。

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海上风电复合筒型基础自振周期计算方法研究

刘宪庆, 李文龙, 丁渝, 张浦阳, 张玉, 胡胜红

2025, 46(9): 51-57. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0741

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基于气浮作用机理和结构动力学理论,考虑筒内气垫和筒内水塞的耦合作用,推导获得了复合筒型基础自振周期的计算公式,通过已有文献的试验值和计算值的比较,验证了该文计算方法的有效性和准确性。结果表明：通过气浮力折减系数考虑气垫-水塞的耦合质量特性,结合附加质量系数的合理取值范围对于精确预测复合筒型基础的自振周期是可行的;附加质量系数随着吃水的增加呈减小的趋势;充排气方式改变结构吃水来调整结构自振周期优于顶部压载方式。

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长径比对漂浮式风力机涡激运动特性的影响

李磊, 夏海山, 王继坤, 蒙占彬, 白兴兰

2025, 46(9): 58-65. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0748

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该文开展长径比对漂浮式风力机基础结构涡激运动特性的影响研究。数值计算采用改进的延迟分离涡模型和动网格技术,探究长径比对浮式圆柱结构涡激响应的影响规律,分析结构的运动幅值、频率特性、运动轨迹及尾涡结构。研究发现,长径比对横荡影响最明显,纵荡次之,对艏摇基本无影响,浮式圆柱随长径比的增加使得锁定区间范围增大,进而加剧涡激共振响应。当长径比为0.5时未观察到涡激共振现象,此时自振频率随折合速度线性增大,其运动轨迹不规则;当长径比大于等于1.0时,浮式圆柱会发生涡激共振,其运动轨迹随长径比增大逐渐趋于规则八字形。结果表明,长径比是影响浮式圆柱激发涡激共振的重要因素。

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风力机轴承剩余寿命预测的解释性深度学习方法

余萍, 平梦梦, 马佳林, 曹洁

2025, 46(9): 66-75. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0751

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提出一种基于自注意力机制和位置编码的可解释性模型（PEARNN）,用于预测风力发电机轴承的剩余使用寿命。此模型结合了自注意力机制和位置编码的优势,通过分块掩码块和周期性位置编码来增强模型对序列数据的理解能力。实验部分在XJTUSY和IEEE PHM 2012这两个数据集上进行,验证了模型的有效性并可视化信号关注区域。结果表明,所提PEARNN模型在轴承故障预测任务中表现优异,具有良好的泛化性和鲁棒性。此外,该文还展示了模型通过可视化注意力机制如何关注不同的信号部分,从而提高预测的可信度和解释性。PEARNN模型不仅提高了故障预测的准确性,还增强了模型的可解释性。

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实度与转动惯量对双层叶片H-VAWT启动性能的影响

李寿图, 何坤雲, 李晔, 包玉彪

2025, 46(9): 76-83. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0762

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双层叶片结构是改善直叶片垂直轴风力机（H-VAWTs）启动性能的主要方法之一。该文采用动网格方法,研究了实度与转动惯量耦合影响下双层叶片H-VAWTs的启动速率,分析了双层叶片在不同风轮结构下对H-VAWTs自启动性能的改善效果。结果表明：双层叶片能有效改善H-VAWTs的启动性能,最高可使启动时长缩短超过30%;双层叶片中外层叶片扭矩峰值不一定高于单层叶片,但在内外层叶片相互作用下,双层叶片的扭矩性能明显优于单层叶片;在不同叶片数量、弦长与风轮直径结构条件下,双层叶片H-VAWTs在启动阶段具有更高的扭矩峰值,且扭矩峰值出现时间早于单层叶片,使双层叶片风轮具有更高的启动加速度,风轮转速提前达到稳定状态。

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基于网格搜索法的风电叶片主梁梁帽铺层优化

寇海霞, 赵海波, 魏孔元, 杨博文

2025, 46(9): 84-90. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0774

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以某5 MW复合材料风电叶片为研究对象,充分考虑叶片实际承受的重力、离心力及气动力等多种载荷工况,基于网格搜索法,结合经典层合板理论,以最大应力和弯曲刚度为优化目标,依次对主梁上、下梁帽复合材料层合板的铺层比例和铺层顺序进行优化,最终获得梁帽最优铺层方案。结果表明：在相同的载荷工况下,优化后的叶片主梁最大应力明显降低,主梁梁帽弯曲刚度明显提高。

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基于t-SNE多特征融合的风力机塔架异常检测方法

张文韬, 秦仙蓉, 杨穹, 侯冰柠, 张氢

2025, 46(9): 91-97. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0811

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针对风力发电机塔架的异常状态识别问题,根据监测的结构响应信号,提出一种基于t-分布随机邻域嵌入（t-SNE）多特征融合的结构异常检测方法。该方法通过估计信号的时域、频域和时频域统计指标,提取塔架的高维特征向量;利用t-SNE算法进行降维融合,得到数据在低维空间的可视化表达;采用聚类算法分析数据状态,构建异常指标定量分析,实现结构异常检测。对风力机塔架在台风期与地震期的工程实际应用表明,所提方法可清晰地识别出因环境因素变化所引起的结构响应异常。

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基于多层能量管理的混合储能风电功率波抑策略

闫来清, 王康, 许佳奇, 翟卓涛, 郑立星, 刘淼

2025, 46(9): 98-107. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0812

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针对由超级电容与锂电池构成的混合储能系统,研究风电功率波动平抑策略实现风电平滑并网。首先,提出考虑窗口长度上限的自适应滑动平均算法对实时风电功率进行平滑处理,同时将计算得到的混合功率进行变分模态分解（VMD）得到模态分量,并以复合熵为目标采用改进的猎食者算法（IHPO）对VMD预设参数寻优。其次,通过Hilbert变换确定高低频分界频率,将高频信号分配给超级电容,低频信号分配给锂电池。考虑储能设备充放电过程中的荷电状态（SOC）,提出多层能量管理策略实现混合储能功率的动态优化与再分配。最后,通过仿真对比,验证该文所提策略能有效平抑风电功率波动,同时保证超级电容与锂电池两种储能设备的SOC工作在合理区间且累积偏差量较改进前分别减少13.8%和14.9%。

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导管架式海上风电结构模态参数识别研究

高山, 张晨, 任修迪, 卢东哲, 王滨, 韩旭

2025, 46(9): 108-115. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0813

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开展大型导管架式风电结构运行状态下的模态参数识别研究,并研究在非理想白噪声激励条件下识别结果的鲁棒性。结合层次聚类算法,建立协方差驱动随机子空间法（COV-SSI）,实现风电结构模态参数自动识别。首先基于平稳激励下的三层框架数值算例,验证提出的识别方法的有效性与准确性;再基于大型导管架式基础海上风电结构缩尺试验,研究风力机在不同风浪激励下运行的模态识别方法的识别精度,分析典型运行工况条件下COV-SSI方法的鲁棒性。结果表明,在额定风速下该方法可有效识别结构的前两阶固有频率和振型,精度较高。

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考虑Goodman修正的浮式风力机系泊线疲劳损伤分析

张建勇, 李志川, 齐磊, 唐友刚

2025, 46(9): 116-121. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0840

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该文针对大型浮式风力机的系泊系统,研究其疲劳计算分析方法,引入Goodman方程,考虑动张力的平均应力值来修正系泊线应力的非对称峰值,并基于修正后的不同应力峰值确定临界疲劳循环次数,进而计算疲劳损伤。利用该方法计算10 MW风力机系泊线的疲劳损伤和疲劳寿命,结果表明系泊线平均应力值对疲劳损伤有重要影响,在系泊线的疲劳分析中,应引入Goodman修正计算疲劳损伤,该文10 MW风力机疲劳性能满足要求。

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九开关UPQC提升构网型风电机组电能质量

杭雨祺, 任永峰, 徐峰, 武楠, 崔巍, 赵帅

2025, 46(9): 122-132. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0843

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构网型风电机组在弱电网中具有良好的性能表现,可为电网提供频率、电压支撑,但高比例电力电子设备接入会导致电网谐波污染,新能源机群故障穿越失败也会对电网产生暂态冲击,恶化电能质量。针对上述问题,该文采用基于九开关变换器的统一电能质量调节器实现谐波治理和源网故障隔离,大大降低变流器电流越限风险。为对多台风电机组并联产生的环流进行抑制,并提升构网型风电机组故障穿越期间主动支撑强度,对虚拟同步机功率耦合机理及暂态功角稳定性展开分析,基于无功环附加电压补偿和自适应有功控制改进传统策略。Simulink多工况仿真结果表明,所提拓扑结构及控制策略具有较优动态性能,达到预期控制效果。

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内蒙古某风电场爬坡事件特征分析及阈值确定

徐丽娜, 申彦波, 王捷儒

2025, 46(9): 133-142. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0846

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以内蒙古某风电场为研究区,利用2019年9月11日19:00—2020年12月31日23:45逐15 min风电机组轮毂高度风速及实际发电功率数据,对上、下爬坡事件进行识别,从爬坡高度、爬坡速率、持续时间以及季节、日变化差异等方面对爬坡事件特征展开分析,并结合电力系统运行风险评估,将爬坡事件划分为极低、低、中、高、极高5类风险等级,进一步确定不同风险爬坡事件可能出现的最大爬坡高度及风速变化。结果表明：上爬坡事件的平均爬坡速率明显高于下爬坡事件,爬坡速率与爬坡时间呈明显反比关系;爬坡事件的爬坡高度具有明显季节变化,春夏两季的平均爬坡高度与爬坡速率均高于秋冬两季;发生高风险上爬坡事件的可能性明显大于高风险下爬坡事件,存在发生极高风险下爬坡事件的可能,不同风险下上爬坡事件与下爬坡事件的最大爬坡高度相当,但下爬坡事件最大风速变化更大。

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信息融合的NRP-AlexNet-SENet风电齿轮箱故障诊断

龙霞飞, 何志成, 曾进辉, 周凌, 梁凯, 伍席文

2025, 46(9): 143-151. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0848

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针对风电机组齿轮箱故障振动信号的非线性、特征信息混叠和诊断精度低等问题,结合时域特征分析与多传感器信息融合技术,提出一种无阈值递归图（NRP）与深度学习相结合的早期故障识别方法。首先,将时域指标作为特征参数并采用特征级与数据级融合技术构建数据信息;其次,采用NRP将一维数据信息转换为二维彩色可视特征图;然后,构建一种AlexNet-SENet网络结构,利用嵌入SENet注意力机制的改进AlexNet使其自适应选择并重点搜索结构与节点的关键特征信息。最后,以华中科技大学行星齿轮箱动力学试验平台采集的振动数据集为实例,结果表明该方法的诊断准确率为99%,能更有效提取故障特征信息,具有更高的分类诊断精度。

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风力机分段叶片螺栓连接构型失效机理研究

项家豪, 石可重, 吴鸿晖, 宋娟娟, 李庆安, 钟晓晖

2025, 46(9): 152-161. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0865

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为得到分段叶片螺栓连接的失效机理,对多种复合材料失效模型并进行试验与仿真比较,得到最合适的失效理论,在此基础上建立螺栓连接结构模型并进行数值模拟。结果表明：相比于Hashin和Tsai-Wu失效准则,LaRC失效准则更加适用于分段叶片螺栓连接中出现的复合材料失效情况;在螺栓加载的过程中,复合材料会更易出现失效,但其并未导致整体结构失效,后续过程中出现的螺栓失效才是导致连接结构失效的主要原因。

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基于训练干扰卷积神经网络的风轮不平衡识别方法研究

陈明阳, 邢作霞, 郭珊珊, 徐健, 刘洋

2025, 46(9): 162-170. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0869

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针对对风工况下的风轮不平衡的识别问题,提出一种融合专家系统和卷积神经网络的风轮不平衡识别方法。首先,基于对风轮不平衡的响应分析,提出一种风轮不平衡检测的专家系统。甄别风轮不平衡的状态,隔离风轮不平衡类型,定位风轮不平衡叶片。其次,针对风况变化对识别准确率的影响,提出一种基于多层训练干扰卷积神经网络的风轮不平衡识别方法,融合变概率的Dropout方法和极小的Mini-batch两种训练干扰策略进行训练,模拟风况变化的不确定性。最后,建立交叉验证数据集,对所提出方法进行验证与测试,对风轮不平衡识别的平均准确率达到98%以上,证明了该方法的有效性。

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基于动态深度学习的风电功率在线预测方法

赵洪山, 杨铎, 刘欣雨, 倪恒毅, 张扬帆, 林诗雨

2025, 46(9): 171-180. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0885

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为适应风电出力的随机性,提出一种基于动态深度学习的风电功率在线预测方法。首先,构建基于双向长短期记忆网络和双向门控循环单元的风电功率基准预测模型,根据训练数据集设置初始参数与权重;其次,采用快速霍夫丁漂移检测方法进行风电状态监测,根据检测结果动态更新深度学习模型;最后,引入随机森林回归模型对预测功率误差进行校正,并通过时间窗实现模型的滚动在线预测。验证结果表明,所提算法相较于Transformev方法均方根误差（RMSE）提高5.68%,平均绝对误差（MAE）提高18.56%,相关系数（R²）提高2.06%,具有较好的预测性能,充分证明所提出的方法能有效提升风电功率预测的准确性。

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海上风电筒型基础承载力简化算法适用性研究

张浩, 侯晋芳, 刘润, 汪嘉钰, 孙若晗

2025, 46(9): 181-188. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0890

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采用数值分析方法探讨不同深径比筒型基础在竖向、滑动和倾覆荷载作用下的承载特性,对比分析汉森公式、墩式深基础公式、基于土压力理论的抗滑承载力计算方法和数值计算结果之间的差异,从而明确3种计算方法的适用范围。结果表明：汉森公式法计算的竖向承载力与数值计算结果具有良好的一致性,且优于墩式深基础公式法;基于土压力理论的抗滑承载力算法与基于墩式深基础公式的抗倾承载力算法仅对深径比为0.25~1.00的筒型基础具有较好适用性。

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基于间隙度量和模糊控制的漂浮式风电机组变权重多模型预测控制研究

刘颖明, 马振洪, 王晓东, 焦一飞, 李长川

2025, 46(9): 189-197. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0901

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该文以NREL 5 MW半潜漂浮式风电机组为研究对象,通过机理和动力学分析构建非线性模型,采用在线参数辨识的方法建立不同工况下的线性变参数（LPV）模型,采用间隙度量理论简化线性模型数量,并与FAST模型进行对比,验证其准确性。提出一种基于模糊变权重的多模型预测（Fuzzy-MPC）变桨控制器,引入卡尔曼滤波状态观测器实现状态量的估计,以减少功率波动和塔筒位移为目标函数,为提高控制器对不同工况的跟踪能力,采用模糊控制在线优化MPC目标函数权重系数,以实现其自适应控制。通过与FAST和定权重MPC控制器对比验证所设计控制器在平缓功率、减少塔筒位移和稳定机组姿态上的有效性。

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基于频率增强融合时空信息的超短期风电功率预测

滕婧, 姜亚君, 师瑞峰, 贾利民

2025, 46(9): 198-207. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-2396

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针对传统的风功率预测方法难以捕捉风电功率序列在频域内的非平稳、非线性特征,且未能充分利用风力机间的空间相互关系等问题,提出一种基于信号分解技术进行频率增强,并融合时空信息的网络DSTNet实现准确的超短期风电功率预测。在时间信息处理方面,利用离散余弦变换将风电功率序列从时域转换到频域,再通过通道注意力机制进行频率增强,然后采用解码器提取时间特征;在空间信息处理方面,基于风电场各风力机的位置信息构建图神经网络模型,提取各风力机节点与邻近节点的空间特征;最后,通过融合时间特征与空间特征进行超短期风电功率预测。基于百度KDD CUP发布的空间动态风电功率预测数据集为算例分析,结果表明,所提方法在超短期风电功率预测的所有场景中,即10 min、1 h、4 h,均具有最高的预测精度和稳定性。相比于排名第二的方法,该文方法平均绝对误差分别减少29.75%、19.11%、8.09%,均方根误差分别降低28.22%、13.44%、6.96%,就预测稳定性而言,决定系数R²分别提升1.78%、1.68%以及2.41%。

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碱性过氧化氢预处理对芦苇秸秆酶解影响的研究

李羽, 徐忠斌, 王忠铭, 邹琴琴, 孙亚光, 陈阳

2025, 46(9): 208-216. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0814

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以芦苇秸秆为研究对象,在常压低温条件下利用碱性过氧化氢进行预处理实验的研究。在不同NaOH浓度、H₂O₂添加量、时间和温度下进行单因素实验,在单因素实验的基础上进行响应面优化实验得出最佳工艺条件为：NaOH浓度为1.38%,H₂O₂添加量为 1.67%,时间2.17 h,温度69 ℃,木质素的去除率为83.83%,纤维素、半纤维素保留率分别为91.69%和61.94%;对预处理残渣进行酶解,24 h酶解率为71.08%,已达到酶解平衡,相比较同等条件下的原料酶解率显著提升。通过显微傅里叶红外光谱、X-射线衍射、热重分析和扫描电镜等方法对原料和预处理残渣的分析表明,碱性过氧化氢体系对芦苇秸秆预处理能够有效脱除木质素和半纤维素,破坏原料的顽固性,促进酶解产糖效率。

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基于密度泛函理论模拟的生物质气化关键机理研究进展

颜蓓蓓, 于添啸, 李健, 王然, 陈冠益

2025, 46(9): 217-228. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0871

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综述密度泛函理论（DFT）模拟的原理与应用方法,从典型生物质组分热解气化机制与焦油脱除两方面对DFT模拟的应用过程与分析方法进行归纳总结,对DFT模拟在生物质气化领域的未来发展提出展望。

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广东海域风能与波浪能联合开发潜力评估

李长杰, 许洁, 林菲, 顾汛, 陶涛, 吴亚楠

2025, 46(9): 229-237. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0810

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以广东海域为研究区域,利用ERA5再分析数据集,分析风浪资源时空分布特征,评价风浪资源的可用性、变异性和相关性以及互补协同性,对风浪资源联合开发潜力进行评估分析。结果表明,广东海域风浪资源均较为丰富,风能年平均功率密度最大超过800 W/m²,波浪年平均功率密度主要介于3~12 kW/m之间;风浪资源相关性整体较高,近岸海域风浪资源互补性较低,互补性指标W_iWaS不超过0.3,离岸距离增大,风浪互补性增强,在外海区域W_iWaS可达0.6以上。粤东和台湾海峡西南口海域与粤西海域相比,风浪资源互补性较强,二者协同作用更明显,更适合作为风浪联合开发区域。

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面向海上灯浮标供电的波流耦合链式发电装置

张继军, 张翔宇, 宋永欣

2025, 46(9): 238-247. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0883

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针对海上灯浮标日益增加的能耗需求问题,设计一种可同时收集海面波浪能和海流能的水下链式发电装置,建立发电装置的运动和输出电压模型,数值模拟研究发电装置元器件结构与运动参数对其发电性能的影响,合理确定发电装置中弹簧刚度和平面励磁阵列结构,并进行实验验证。结果表明,相同波流耦合激励下,励磁阵列的运动幅值随弹簧的刚度增加而减小,输出电压随励磁阵列的运动频率和振幅的增加而增大。当锚链的摆动幅值和频率分别为142.70 mm和0.85 Hz时,发电装置（励磁阵列的尺寸（长×宽×高）为50 mm×20 mm×50 mm）具有5.02 V的平均电压幅值和0.024 mW/cm³的最大空载功率密度,可实现对低频波流能量的收集与转换,并为海上灯浮标提供电力。

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兆瓦级波浪能装置能量俘获特性试验研究

陈敏, 盛松伟, 张亚群, 王振鹏

2025, 46(9): 248-253. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0895

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简要介绍一种大型兆瓦级波浪能装置的设计组成和工作原理,该装置由半潜式浮体、波浪能俘获系统、能量转换系统、锚泊系统组成,采用鹰式吸波浮体和液压能量转换系统将不稳定的波浪能转换为稳定的电能。为研究大型兆瓦级波浪能装置的能量俘获特性,在拖曳水池开展物理模型试验研究,结果表明装置的能量俘获效率大多在30%~50%之间,最大效率达到56.17%,可实现振荡浮子式波浪能的高效俘获。与侧向吸波相比,鹰式吸波浮体的正面吸波效果更好,其能量俘获效率提高约1.6倍。实海况运行中应将装置同侧5个吸波浮体布置为强浪向,使其正面迎浪。

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日光温室中太阳能-地源热泵跨季节分热特性研究

王建强, 杨培林, 鲍玲玲

2025, 46(9): 254-262. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0841

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为有效解决日光温室大棚中地源热泵（GSHP）系统运行导致的土壤温度逐年降低和太阳能辅助地源热泵系统（SAGSHP）导致的夏季土壤温度过高的问题,提出一种SAGSHP跨季节分区蓄热模式,将地埋管分为4个区域,采用TRNSYS-18软件,通过对不同跨季节分区蓄热运行模式的仿真模拟,得到最佳分区蓄热策略。结果表明：最佳模式为春季过渡与供冷季1/2区域连接太阳能蓄热,秋季过渡与供暖季全区连接太阳能蓄热,同时秋季过渡季1/2区域供暖或供冷,其余时间段全区供暖或供冷。最佳模式土壤温度在10 a内保持稳定,热泵机组在夏季运行时其性能系数（C_OP）降低最为缓慢,机组运行稳定性高于传统SAGSHP系统,10 a内系统运行的性能系数（S_COP）平均每年高于GSHP系统57%、高于传统SAGSHP系统5.4%,且最佳模式系统运行S_COP逐年升高,第10年最佳模式系统运行S_COP高于GSHP系统70.6%、高于传统SAGSHP系统10.4%。

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考虑多时间尺度特性的锂离子电池建模与参数辨识

夏永凯, 夏向阳, 鄢笠, 谭欣欣, 黄如, 邓化龙

2025, 46(9): 263-272. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0718

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针对锂离子电池采用传统参数辨识方法会导致辨识结果精度低、工况适应性差等问题,根据锂离子电池在动力学特性上表现出的不同时间尺度特性对二阶RC等效电路模型进行重构,并将其分解为快动态（FD）部分与慢动态（SD）部分,采用改进的遗忘因子递推最小二乘方法（IFRLS）和自适应卡尔曼滤波算法（AKF）对模型的FD与SD部分进行区分辨识,避免模型参数之间的相互干扰,最后在多种工况下将所提方法与传统的参数辨识方法进行对比分析,结果证明所提方法的有效性与准确性对于储能系统的实际应用有一定的工程借鉴价值。

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退役动力电池特性及分选方法研究

王乔, 李海英, 汪小琪, 丁梦姗

2025, 46(9): 273-283. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0752

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针对退役锂电池梯次利用过程中单体间一致性较差、分选效率低、无法满足使用要求的问题,研究首先对退役锂电池进行容量、内阻、自放电特性、循环寿命特性及充放电温升性能检测,分析电池当前性能状态;然后利用主成分分析（PCA）法对充电容量、放电容量、库伦效率、充电能量、放电能量、开路电压及内阻这7项性能参数进行分选因子筛选;最后通过数据预处理、优化初始点选取方式、改进距离公式对K均值算法进行优化,实现对电池的聚类划分。研究结果表明,高倍率放电会加速电池老化,且低温环境下电池放电容量下降明显。利用PCA算法筛选得出选用电池放电容量、开路电压、内阻作为分选因子能较全面地反映电池性能;通过改进后的K均值算法对300组数据进行聚类分选得出,当K=4时聚类效果最优。

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孤岛微网极端场景储能容量优化配置方法研究

戴秦, 习卿钰, 王春鑫, 马利波

2025, 46(9): 284-292. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0776

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极端场景是威胁孤岛微网经济稳定运行的重要因素,计及系统运行经济成本及极端场景下的稳定运行约束,提出考虑极端场景的孤岛微网储能容量优化配置方法。首先,提出两段式孤岛微网储能容量优化配置数学模型,上、下层分别构建系统的容量优化配置模型及运行效益优化模型,并将极端场景下的稳定运行约束以罚函数方式引入到下侧的运行效益优化模型中;其次,为在极端场景样本数量不足的条件下尽可能保证系统的稳定运行,采用梯度惩罚的条件式Wasserstein距离生成对抗网络（CWGAN-GP）构建极端场景生成方法,通过大量生成极端场景以尽可能地保证容量优化配置结果的经济性及稳定性;最后,采用改进粒子群算法实现两段式孤岛微网储能容量优化配置数学模型求解。采用南方电网某省采集的孤岛电网场景数据验证所提方法,结果表明优化所得储能容量可有效满足系统稳定运行需求,各类运行场景下功率平衡越限率均为0,投资收益比可达5.53。

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基于IHAOAVOA的储能电站有功无功功率分配策略

李明, 武鸿鑫, 甫日甫才仁, 郑云平, 亚夏尔·吐尔洪, 李爱魁

2025, 46(9): 293-302. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0844

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建立多目标模型对储能电站内部各子系统之间进行有功无功功率分配,以SOC为优先级准则得到参与有功功率分配的储能子系统组合,以能耗成本、寿命损耗成本、SOC均衡度与无功调节成本为目标,采用IHAOAVOA算法求解各子系统有功无功出力。在Matlab平台进行仿真验证,并与其他策略进行对比分析,结果表明所提优化策略可减少储能在充放电时子系统工作数量,降低储能运行成本,提高储能荷电状态均衡度。

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基于柔性互联的有源配电网储能系统双层优化配置

颜湘武, 靳瑞琦, 卢俊达, 贾焦心, 郭美辰, 吴鸣

2025, 46(9): 303-312. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0845

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针对高比例分布式电源接入下有源配电网产生的新能源消纳、馈线功率急剧波动、倒送和越限等问题,提出一种基于旋转潮流控制器柔性互联的有源配电网储能系统双层优化配置方法。首先,构建双层模型,规划层模型以全寿命周期内旋转潮流控制器（RPFC）和储能配置下系统回收期为优化目标,实现RPFC和储能位置与容量的最优配置,运行层模型以配电网年运行成本为优化目标,引入RPFC将柔性互联作为灵活性调节资源参与运行优化。其次,采用Pulp求解器与遗传算法混合优化求解储能优化配置模型。最后,通过IEEE 33节点算例进行仿真,结果验证所提RPFC和储能联合配置方案在配有柔性互联装置的配电网中具有适用性,能有效改善弃风弃光、馈线功率倒送和越限等问题,提高新能源消纳率、系统的灵活性和经济性。

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夏热冬冷地区嵌管式可移动相变墙体的控制策略优化与长期运行性能研究

郭浩宇, 苏欢, 殷天航, 李小华, 张哲, 徐春雯

2025, 46(9): 313-322. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0851

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通过计算流体动力学（CFD）仿真与实验结合的方法,探索10种不同的运行策略对墙体热性能的影响,并基于夏热冬冷地区典型气象年参数开展长期运行研究。结果显示：当控制温度阈值的上限和下限分别为 27 ℃和25 ℃时,即为该文得出的最优控制方案;在该控制方案下,嵌管式可移动相变墙体夏季的室内累计得热量比两种静态相变墙体分别减少10.6%、10.8%,相较于静态相变墙体和普通墙体具有良好的节能效益。

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计及电热耦合效应的锂离子电池建模方法

刘伟, Teh Jiashen, 孟德越, 杨耕, 刘丽贞

2025, 46(9): 323-332. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0854

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针对锂离子电池内阻与容量增量难以建立解析模型的问题,提出一种基于机理的,以锂离子电池的电流和温度等变量为输入、以内阻和容量增量为输出的建模方法。首先,该方法基于Arrhenius公式,构建可定量描述在电流、温度等变量影响下的电压机理模型以及在电流、电压等变量影响下的Bernardi热机理模型。其次,通过所设计的有效实验解耦上述两个模型间以及变量间的耦合效应。然后,进一步推导出内阻解析模型和容量增量解析模型。实验结果表明,所提方法实验量不大且能够准确估计电池的电压、内阻以及容量增量,电压误差低于0.3‰,内阻误差低于1.2%。

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基于TLBO算法的储能容量优化配置方法

孙慧颖, 李月乔, 刘自发

2025, 46(9): 333-341. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0863

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提出一种基于教与学优化算法（TLBO）的储能容量优化配置方法。在考虑多因素对光伏出力影响的前提下,构建双层储能容量优化配置模型。上层以储能全寿命周期成本最小为目标函数,利用TLBO算法求解;下层以运行收益最大为目标函数,采用Gurobi求解器求解最优日运行策略。最后以大庆某实际光伏电站为例进行仿真,结果表明该方法的有效性。

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高温固体蓄热装置充热特性研究与优化

刘旭, 徐立军, 刘佳佳, 丑鹏, 王刚

2025, 46(9): 342-350. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0881

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以高温固体蓄热装置的典型蓄热单元为研究对象,基于蓄热单元典型充热特性,揭示传统结构的蓄热单元存在的传热缺陷,并针对该缺陷对蓄热单元的充热过程开展优化研究。结果表明,传统结构的蓄热单元在充热8 h后,蓄热砖内部存在显著的温度不均匀现象,内部温差最高达到约60 K。电加热丝的空间位置对蓄热单元内部温度分布的均匀性有显著影响,在3组不同尺寸的蓄热单元内均出现随电加热丝位置逐渐下移,温度均匀性逐渐变差的现象,当电加热丝位于空气流道中间位置时,蓄热单元内部最大温差仅为20 K。充热过程中,辐射换热为主要换热方式,最大约占总换热功率的95%。空气流道体积占比越大,蓄热单元温度均匀性越好,储能密度越低。

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面向新能源重力储能系统的永磁同步电机无传感器控制优化

朱新凯, 姚远凡, 刘雅斌, 李建文, 武玉才, 张永昌

2025, 46(9): 351-361. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0902

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针对传统滑模观测器符号函数不连续易产生系统抖振、估算精度低、抗扰动能力差的问题,构建新型开关函数,进而设计一种改进滑模观测器用于估算转子位置,提高估计精度,并通过李雅普诺夫稳定性理论对其进行校验;搭配负载扰动观测器用以实时估计负载转矩,对外界扰动造成的转速跌落进行补偿;最后利用改进二阶广义积分器陷波锁相环解算电机转子位置。通过仿真和实验对比,该文提出的改进控制策略能有效改善扩展反电动势波形,提高转子位置估算精度,同步机转速波动小于1%,突加扰动后转速跌落小,系统鲁棒性强,重力储能系统运行效率高。

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考虑信息间隙决策理论含碳捕集耦合煤制氢的综合能源系统优化调度

邢海军, 颜湛, 杨周义, 王华昕, 梅丘梅

2025, 46(9): 362-374. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0731

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提出考虑信息间隙决策理论含碳捕集耦合煤制氢的综合能源系统优化调度。首先,建立碳捕集电厂耦合煤制氢的多资源利用模型;其次,考虑碳捕集电厂耦合煤制氢的运行约束,以系统运行和弃风成本最小为目标,建立确定性系统调度模型;最后,针对风电不确定性,引入信息间隙决策理论进行量化分析,提高系统对风电不确定性的适应能力。通过算例分析得到持有不同风险态度下的调度方案,结果表明该策略可有效促进风电消纳并提高系统的低碳经济性。

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考虑GDL压缩变形的PEMFC综合性能评价分析

孙秀秀, 温盼奇, 张前, 景国玺

2025, 46(9): 375-381. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0733

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在质子交换膜燃料电池（PEMFC）装配过程中,装配力会导致气体扩散层（GDL）出现压缩变形。为确定最佳装配力以提高燃料电池性能,通过试验和数值模拟方法,对PEMFC在不同装配力下GDL变形、电流密度分布和氧浓度分布进行分析。并通过综合考虑压降、功率密度和电流密度分布等多参数对PEMFC性能进行综合评价。研究结果表明：装配力导致GDL在肋下发生非线性应力-应变压缩,其中在2.0 MPa装配力下,压缩率达到61%。在0.95 A/cm²电流密度时,1.0 MPa下PEMFC的功率密度相比0.5 MPa提高装配力4.57%。而且根据熵权法评价发现1.0 MPa装配力下PEMFC综合性能最佳。

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基于螺旋-花瓣耦合仿生流场的PEMFC性能分析与评价研究

周谦谋, 徐峰祥, 邹震, 蒋舟顺

2025, 46(9): 382-389. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0754

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该文基于仿生思想设计一种耦合螺旋线结构与花瓣分形的新型仿生流场（BFF）,并将提出的BFF与传统单蛇流场（1SFF）、五蛇流场（5SFF）和平行流场（PFF）的PEMFC峰值功率密度、水气传输特性、电流密度分布以及压降等性能指标进行对比分析。研究结果表明：0.6 V工作电压下,BFF的氧气质量分数平均值比PFF高67.9%,水质量分数平均值相较于PFF降低23.9%,两项均匀性指数达到0.9高于其他3种流场;BFF各界面层的平均膜态水含量小于其余3种流场,有效地去除生成产物水;BFF显著地降低压降,整体压降仅为PFF的16.7%。BFF峰值功率密度分别比1SFF高3.7%、比5SFF高5.5%、比PFF高30.1%。

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车用燃料电池热管理技术的研究进展

谭丕强, 刘晓扬, 杨晓美, 胡志远, 楼狄明

2025, 46(9): 390-398. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0771

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基于车用质子交换膜燃料电池工作原理、产热、散热、水热管理问题的研究背景,介绍车用燃料电池电堆的冷却方式及热管理系统关键部件,并结合动力电池、电机电控、乘员舱等多热源的热管理,总结燃料电池整车集成式热管理技术及控制策略。最后,从建模仿真和试验研究两方面介绍车用燃料电池热管理的研究方法。通过对车用燃料电池当下的研究重点和未来的发展方向进行总结展望,旨在为车用燃料电池高效热管理技术的研究和长远发展提供参考。

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计及多重不确定性的氢-电耦合热电联供系统配置优化

张雨檬, 李鑫, 王宁玲, 杨志平, 李承周, 王利刚

2025, 46(9): 399-407. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0789

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针对光伏-燃料电池-电解池-储氢-锂电池耦合热电联供系统,建立电-氢转化技术路线与容量配置协同优化的混合整数线性规划模型。计及关键部件成本以及电-氢转化技术路线不确定性,可选择的技术有可逆固体氧化物电池、质子交换膜燃料电池、质子交换膜电解池。结果显示,技术路线的选择和部件成本变化对用能成本有重要影响,用能成本范围为[0.40,1.15]元/kWh;可逆固体氧化物电池由于可以双模式运行,装备利用率及经济性较好,相较质子交换膜电池和锂电池更具优势。然而,当可逆固体氧化物电池成本达到2 万元/kW且质子交换膜电解池成本低至0.25万元/kW时,质子交换膜电池储能技术路线经济性更优;当可逆固体氧化物电池和质子交换膜电解池成本分别高于1.6万元/kW、0.4万元/kW,且锂电池成本低至0.04万元/kWh时,仅适合采用锂电池作为储能部件,此时用能成本低于0.73元/kWh。

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基于电解池工作模式的太阳能光热耦合固体氧化解制氢系统研究

张相鹏, 郑莆燕, 宋军, 朱群志, 赵航, 罗添

2025, 46(9): 408-418. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0798

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针对一种塔式太阳能光热耦合固体氧化物电解池（SOEC）制氢系统,引入熔盐储热,建立各子系统热力学模型,研究关键操作参数与工作模式对SOEC制氢性能的影响及其对系统电、热功率供需、储热容量与效率的影响。结果表明：相对于热中性模式,SOEC工作在放热模式的电解效率和系统制氢效率都会有所提升,且会减少系统对太阳辐射功率和储热容量的需求,工作温度越低电解效率和系统制氢效率的提升幅度越大。在工作温度为600 ℃的条件下,SOEC工作在进出口温差为100~400 ℃的放热模式时,系统制氢效率可提升5.14%~14.49%。因此,对于与太阳能光热耦合的SOEC系统,SOEC在低工作温度时,适当升高电流密度使其工作在放热模式对于提升自身电解效率和系统制氢效率都具有一定意义。

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液氢储罐支撑结构关键技术与展望

邱一男, 刘锣汉, 马兴龙, 徐元元, 康慧芳

2025, 46(9): 419-425. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0880

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对液氢储罐支撑结构的类型、材料和应用进行综述分析,评估各种支撑结构的优缺点,进而对液氢贮罐支撑结构在槽车、船舶、飞机、火箭运输进行场景化的分析。就研究现状而言,支撑结构的使用类型具有明显的场景化特征,杆支撑是选择最多的结构。材料方面,复合材料是最有潜力的材料,其绝热性能、防腐性、力学性能都较为优秀,处于快速发展阶段。此外,随着液氢储罐使用场景拓展,绝热已不再是唯一的问题,特别在移动式储罐中,振动、冲击导致的能量传递以及对结构强度的影响也需要重点关注。

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面向PEMFC系统的多输入单输出ELM-Hammerstein建模与参数辨识

樊亚敏, 刘喜梅, 李梅航, 吴青峰, 何俊强

2025, 46(9): 426-436. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1924

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针对质子交换膜燃料电池（PEMFC）系统建模过程中存在的动态响应复杂、非线性关系难以准确表征等问题,提出一种基于多输入单输出Hammerstein结构的PEMFC整体系统建模与参数辨识新方法。首先,利用极限学习机（ELM）网络描述Hammerstein模型的输入非线性环节,构造能准确反映PEMFC系统动静态特性的模型框架。其次,利用关键项分离技术构造辨识模型,结合辅助模型思想推导辅助模型递推最小二乘（AM-RLS）算法和辅助模型遗忘梯度（AM-FG）算法对模型进行参数辨识。最后,将弹性网络（ElasticNet）与互信息分析（MIA）结合筛选与输出电能质量具有强关联性的可控变量,降低建模复杂度的同时提升计算效率。通过动态和稳态电流工况下的实测数据进行仿真验证,结果表明所建模型能够精准预测PEMFC的输出电压变化趋势,准确反映输出电能的质量波动情况。

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基于注意力机制的Bi-LSTM光伏发电超短期功率预测方法研究与实施

归一数, 霍勇, 徐亦淳, 李晨曦

2025, 46(9): 437-444. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0564

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针对新能源光伏场站功率预测性能逐年下滑和考核费用居高不下的问题,提出一种融合双向长短期记忆网络（Bi-LSTM）和注意力机制的优化方法。首先,通过应用Bi-LSTM捕捉功率数据的时间依赖性,提升对时间序列变化的理解能力;其次,结合注意力机制使模型能聚焦于对预测结果影响最大的特征,进一步提高预测精度;最后,利用历史数据建模验证准确性。现场模型部署后表明,该模型相比传统单模型和集成学习模型,可更好地捕捉功率快速变化,场站超短期预测准确率可提高10%以上。

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改进的蜣螂优化算法及光伏发电功率预测应用

陈庆明, 廖鸿飞, 孙颖楷, 梁奇峰

2025, 46(9): 445-454. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0715

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针对蜣螂优化算法因陷入局部最优值而收敛精度低的问题,提出融合遗传算法改进的蜣螂优化算法,即遗传-蜣螂优化算法（GADBO）,同时结合初始化种群和变异扰动的策略,改善局部最优,提高全局搜索能力。通过10个基准函数的测试和对比,验证改进GADBO算法的有效性,且GADBO比其他群智能优化算法寻优精度更高。GADBO算法应用于长短期记忆神经网络（LSTM）超参数优化,并建立光伏发电功率预测模型。仿真结果表明,以GADBO算法优化而建立的LSTM预测模型拟合系数为98.45%,平均绝对误差和平均绝对百分比误差也最小,模型的准确度和精度都得到提高,验证GADBO在神经网络优化上的适用性和效果。

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大倾角柔性光伏阵列风致响应特性研究

马文勇, 陈竹伟, 张淑慧, 陈健, 檀永杰, 魏家圣

2025, 46(9): 455-462. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0721

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柔性光伏支架质量轻、刚度小,在强风作用下易发生大幅振动,造成结构破坏。该研究采用刚性模型测压风洞试验和考虑非线性的有限元分析相结合方法,分析柔性光伏阵列在不同组件倾角下的位移响应,并探究侧向连接对位移响应的影响。结果表明：柔性光伏阵列组件间存在明显的动力干扰效应,迎风端光伏组件的脉动位移在大倾角工况下小于背风端,干扰效应表现为动力放大效应;大倾角工况下,迎风端光伏组件发生以竖向弯曲为主的振动,背风端发生小扭转加小竖向弯曲的振动;侧向连接有效的提升结构的扭转刚度,进一步抑制结构的扭转响应,建议实际工程采用侧向连接来控制柔性光伏支架的风致大幅扭转振动。

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基于相似日理论和IPOA-ELM的短期光伏发电预测

孔令廉, 王海云, 黄晓芳

2025, 46(9): 463-473. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0743

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针对规模化光伏发电系统在非理想天气条件下预测精度不足,进而引发电力系统调度计划实施困难的问题,提出基于相似日理论和改进鹈鹕算法（IPOA）优化极限学习机（ELM）的光伏功率预测方法。首先利用皮尔逊相关系数方法,筛选出与光伏发电相关的主要气象因素;然后结合欧氏距离与马氏距离的综合评价指标对各时间点的历史数据与待预测日之间的综合距离进行比较,以求得相似日;接着将相似日样本集输入构建好的IPOA-ELM功率预测模型进行训练,并基于实际测量数据,对比研究IPOA-ELM模型与POA-ELM、SCSO-ELM、GJO-ELM模型在预测精度方面的表现。经比较分析后得出：加权综合指标选取相似日能更加准确地反映每个时刻点之间的距离和分布特性;IPOA算法对比POA、SCSO和GJO,在收敛速度和适应度表现上均为最优;同时在不同天气条件下作光伏预测时,IPOA-ELM模型的预测均方根误差均低于其他对比模型。值得注意的是,在阴雨天气等出力波动较强的情况下,该模型仍展现出良好的稳定性。充分证明所应用的IPOA-ELM预测模型具有较强的适应能力和预测准确性。

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太阳能富集区光伏余电蓄热系统优化配置研究

肖智睿, 陈耀文, 王登甲, 高萌, 樊建华

2025, 46(9): 474-483. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0744

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基于能量系统最优化理论开展了光伏余电蓄热系统优化配置研究,建立以平准化均热成本最小化为目标的光伏余电蓄热系统容量优化模型,利用TRNSYS模拟仿真平台对该系统进行优化模拟。研究结果表明,与优化前系统容量相比,优化后系统中电热锅炉功率及蓄热水池容积都有所减小,虽然系统的余电消纳能力降低,但系统整体平准化供热成本C_LCOH降低,光伏余电蓄热系统的经济性得到明显提升。

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基于改进型INC的MPPT算法及实验验证

李和丰, 朱烨森, 栗振, Lund Peter, 王军

2025, 46(9): 484-489. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0757

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以最大功率追踪法为研究对象,针对太阳辐照度的变化,提出一种改进型电导增量法,基于该最大功率点追踪（MPPT）算法在Matlab/Simulink中建立光伏发电模型,并验证其可行性,利用6块相同温度条件的光伏组件进行实验,验证算法性能。结果表明：Matlab/Simulink中的模拟结果为改进型电导增量法比传统电导增量法拥有更好的最大功率追踪性能,经实验验证,改进型电导增量法比传统电导增量法在最大功率追踪性能上提升约4.33%。

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基于P-V特性曲线的光伏系统MPPT控制方法

叶建盈, 万威, 刘昭启, 李洲辰, 刘磊, 林波

2025, 46(9): 490-500. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0759

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为提高光伏发电系统的稳定性和效率,提出基于P-V特性曲线的最大功率点跟踪（MPPT）控制算法。该方法通过实时快速采集P-V特性曲线数据,精准控制并定位系统的最大功率点,避免频繁调整变换器占空比带来的系统稳定性问题。采用双BOOST变换器拓扑结构,主电路与P-V特性曲线采集电路相互配合,确保系统始终工作在最大功率点。通过理论推导和深入分析工作原理,设计双BOOST电路的关键参数。利用Matlab/Simulink进行电路建模、仿真与分析,并通过半实物硬件仿真验证16 kW光伏发电系统的MPPT算法。半实物实验结果表明,该方法能快速准确定位最大功率点,且对系统和负载影响小,有效提高了系统效率和稳定性。

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严寒地区BIPV/T墙体热湿传递特性研究

于水, 徐一嘉, 孙圣坤, 崔恩宁, 刘阳

2025, 46(9): 501-509. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0768

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由于建筑光伏光热一体化系统（BIPV/T）墙体在结构上与普通墙体差别较大,会导致其保温隔湿性能发生改变,该研究以严寒地区沈阳为例,建立热湿耦合的BIPV/T墙体二维数值模型,研究冬季工况下BIPV/T墙体内部热湿传递情况,并通过实验验证了该方法的有效性。将BIPV/T墙体与普通外保温墙体研究结果进行对比,结果表明：BIPV/T墙体的时间滞后因子τ=4~5 h和衰减因子f =0.064,相对于普通墙体的τ=2~4 h和f =0.151,BIPV/T墙体热工性能较好,可显著提升室内环境的热舒适性;BIPV/T墙体的内部含水量比普通墙体降低6%,并能加速墙体内含水量下降,使BIPV/T墙体内含水量维持在较低状态;BIPV/T墙体产生冻融损伤的概率比普通墙体降低61.56%,提升了建筑围护结构的耐久性;且BIPV/T墙体的空气通道可起到为光伏组件降温作用,其光电转化效率始终维持在18%以上。

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低电压应力少功率管ZVS分裂开关电容高增益变换器

王亚芳, 陈嘉亮, 钱天泓, 陈瑞祥, 秦岭

2025, 46(9): 510-519. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0772

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为改善光伏直流模块的变换效率,提出一种低电压应力零电压开关（ZVS）高增益Boost变换器。该变换器采用分裂开关电容和电荷泵两种升压单元,使电压增益和功率管电压应力变为传统Boost变换器的2倍和1/2倍,同时将分裂开关电容网络中的二极管替换为同步整流开关管,并使后级电感电流双向流通,且峰峰值满足特定约束关系,从而在整个工作条件范围内实现所有开关管的ZVS开通和二极管的自然关断或近零电流关断。首先分析变换器的工作原理和稳态特性,然后给出软开关实现条件和电感参数设计方法,最后通过一台250 W的样机实验验证理论分析的正确性,结果表明变换器的最大效率可达97.6%。

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波浪形减反射/辐射冷却薄膜提升太阳电池性能

李晶晶, 王瑞祥, 邢美波

2025, 46(9): 520-527. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0778

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为增强太阳电池的光电转换效率,提出将波浪形聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜用于硅太阳电池,可同时实现减反射与辐射冷却双功能。采用时域有限差分（FDTD）方法模拟研究PDMS膜的厚度及波浪形貌参数对其光学性能的影响。结果表明：PDMS层厚度为60 μm,波浪形结构周期2 μm,振幅5 μm的波浪形PDMS薄膜性能最佳,在大气窗口波段（8~13 μm）可实现94%的发射率,在光伏响应波段（0.3~1.1 μm）可实现99.5%的太阳透过率。此外,该波浪形PDMS薄膜在减反射与辐射冷却的共同作用下,可将裸硅电池的温度降低5.82 ℃,可有效避免3.15%的电损失。

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台风中/小尺度嵌套下大跨柔性光伏支架结构风振响应与稳定性分析

何正东, 李文杰, 张春伟, 张勤, 柯世堂, 孙圆

2025, 46(9): 528-537. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0784

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为探究台风作用下大跨柔性光伏支架结构的风振特性和稳定性,基于天气预报模式（WRF）模式开展三维近地面台风高分辨率模拟,采用自定义场函数将中尺度台风作为小尺度计算流体力学（CFD）数值模拟的入口边界条件;再结合某40 m跨度柔性光伏支架提出3种结构优化模型,探究台风下阵列风压分布和非线性风振特性,并分析不同优化模型结构失稳全过程,最后建立大跨柔性光伏支架阵列结构失稳判定模型。研究表明,大跨柔性光伏支架阵列最大风压在迎风首排区域,最大风压系数为0.85,最小风压出现在第二排,最小风压系数为0.15;不同结构模型总位移均主要以垂向位移为主,且在迎风面首排边跨局部三角撑杆率先失效,失稳判定模型表明考虑交叉斜杆和横向连杆为大跨度柔性光伏支架阵列的最优模型。

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光伏组件热斑效应故障的知识表达及图谱构建

王道累, 张振, 郑欣, 方梦信, 朱瑞, 赵文彬

2025, 46(9): 538-546. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0786

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提出一种构建热斑故障知识图谱的方法。首先对热斑故障知识表达进行规范化,收集相关文本信息制作语料库。其次通过改进的RoBERTa-BiLSTM-MHA-CRF模型对热斑故障知识进行实体识别,并在此基础上使用BERT模型进行关系抽取,最终将两部分的结果进行信息整合,构建出一张完整的热斑故障知识图谱。实验结果表明,所提出的实体识别模型对热斑故障知识的实体识别精度达到96.02%,召回率为93.56%,F1值达到94.77%。该方法能够精准构建光伏组件热斑故障知识图谱,可为光伏组件的智能化故障诊断提供可能性,同时也可为后续应用提供有力支撑。

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基于PIA数据修复和聚类的MVMD-CNN-BiLSTM-ATT短期光伏功率预测

赵晶晶, 盛杰, 王涵, 周瑞康, 范宏

2025, 46(9): 547-554. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0857

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为提高光伏发电系统输出功率的预测精度,提出一种基于皮尔逊插值算法（PIA）、模糊C均值聚类算法（FCM）、多元变分模态分解（MVMD）、卷积神经网络（CNN）、双向长短期记忆网络（BiLSTM）和注意力机制（ATTENTION）的短期光伏功率预测组合模型。首先,利用PIA对光伏电站采集的原始数据进行修复;其次,FCM算法将历史数据聚类为晴天、阴天、雨天;然后,通过MVMD对光伏功率进行分解,得到若干本征模态函数;接着,采用CNN和BiLSTM网络相结合充分提取各本征模态函数的特征,同时引入注意力机制以突出重要信息并赋予其权重;最后,对各本征模态函数预测,将各预测值叠加得到最终预测结果,与其他光伏功率预测模型对比验证所提混合模型具有更好的预测精度。

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基于C&CG算法的含高比例分布式光伏配电网双层优化调度策略

邱桂华, 区伟潮, 聂家荣

2025, 46(9): 555-563. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0861

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提出一种基于列与约束（C&CG）算法含高比例分布式光伏配电网双层优化调度策略。首先,建立配电网双层优化调度模型,上层模型考虑电压偏移水平以及静态电压稳定度,以配电网网络损耗最小及多元化电能质量最优为目标;下层模型考虑储能设备、需求响应是否参与调度等策略,以配电网综合运行成本最小为目标;然后,使用自适应ε约束法多目标粒子群算法获得均匀帕累托前沿,并利用TOPSIS决策法选取最优解;最后使用C&CG算法迭代求解双层模型。通过改进IEEE 33节点系统算例验证表明,所提策略可在保证配电网电能质量最优的前提下,降低网络损耗并提高新能源消纳率,减少配电网综合运行成本。

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海上光伏组件的设计及可靠性研究

何大娟, 韩雪, 杨雪珊, 万波, 徐春江, 张军

2025, 46(9): 564-570. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0866

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针对高盐雾、高载荷、高紫外、高湿热、电气绝缘以及热斑等海上光伏项目存在的诸多问题,从优化封装材料选型出发,利用多类型高耐候封装材料,结合Bycium +电池技术与高密度封装技术,设计制作一款适用于海上光伏的高功率高效组件。研究表明,该组件在各项常规可靠性测试中功率衰减均小于0.3%,优于对照组常规组件的功率衰减,也远优于标准值规定的5%,同时该组件能通过8级（酸性）盐雾测试、风速60 m/s（相当于17级飓风）的风洞测试以及严格的复合紫外老化序列测试,可为其在30 a产品生命周期内对抗严苛海上环境提供保障。

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计及光伏渗透率的光伏发电系统并网模型稳定性分析

沈赋, 李施伟, 单节杉, 韩劲苗, 付玉, 翟苏巍

2025, 46(9): 571-583. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0875

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针对光伏渗透率对光伏发电系统并网稳定性影响的问题,鉴于太阳能发电的波动特性以及电网对调节能力的需求,提出一种计及光伏渗透率的光伏发电系统并网模型稳定性分析方法。首先,基于光伏发电并网动态模型,建立光伏发电系统状态空间数学模型;然后,采用分数阶微分方程对光伏发电系统的状态空间数学模型进行优化,利用阶跃响应的方法验证状态空间模型的有效性;最后,分别基于IEEE 14节点和IEEE 33节点系统搭建光伏发电并网模型,采用李雅普诺夫稳定性判据分析得出系统稳定时的光伏渗透率阈值。

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光伏阵列拓扑结构在不同故障下的特性分析

邓通, 张彦, 唐若笠, 袁成清

2025, 46(9): 584-593. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0884

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针对光伏阵列不同拓扑结构在故障应对能力方面存在的差异,开展局部遮阴、短路故障、开路故障以及组件老化等4种典型故障下,13种不同拓扑结构的输出特性对比分析,并结合港口、山区和戈壁等不同场景的特点,提出光伏阵列拓扑结构优化建议。结果表明,以最大输出功率点功率作为评价指标,局部遮阴、短路故障以及开路故障下最优的结构分别是全交叉结构（TCT）、串并联结构（SP）、TCT结构。同时,在组件有老化的情况下,拓扑结构在不同故障下的输出特性变化未引起显著差异。进一步综合分析,认为在港口环境下最适合的拓扑结构是SP结构与桥式结构（BL）,在山区环境最适合的是串并联-全交叉结构（SP-TCT）,在戈壁与沙漠的环境最适合的是BL-TCT结构。

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高速公路边坡光伏表面积灰清洁周期优化研究

廖光荣, 崔培强, 贾西明, 郑栎沄, 刘进, 李建兰

2025, 46(9): 594-601. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0888

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通过实验和模拟仿真获得高速公路边坡光伏组件现场积灰规律以及表面积灰对光伏组件运行效率的影响规律,建立高速公路边坡光伏组件清洁周期优化模型。结果表明：边坡光伏积灰密度随暴露时间的累积而增大,但积灰速率随时间的累积逐渐降低。当积灰密度从0增长到2、4、6、8、10 g/m²时,光伏组件运行效率从21.1%分别降至17.4%、14.7%、11.2%、10.0%、8.4%。在山东省金乡县冬季28 d连续不降水的周期内,对高速公路边坡光伏组件开展1次清洁能带来0.48元/kW的最大清洁净收益。

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融合注意力机制及改进YOLOv8多模态模型的光伏功率损耗预测方法

王道累, 方梦信, 张振, 朱瑞, 赵文彬

2025, 46(9): 602-610. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0892

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针对“热斑效应”造成光伏组件功率损耗的问题,提出一种基于超级令牌注意力机制（STA）的多模态YOLOv8n-cls模型预测功率损耗方法。在图像分类网络YOLOv8n-cls中添加STA注意力机制,以解决神经网络会捕获高冗余度的浅层的局部热斑特征问题;同时,基于YOLOv8n-cls算法搭建光伏组件红外图像与数字信息融合的多模态模型,探究辐照度参数对功率损耗预测的影响规律。构建由光伏红外图像、功率损耗及辐照度参数标签组成的光伏多源数据集,开展功率损耗预测实验。实验表明：改进后的网络模型,对于常见的树叶、沙尘、鸟粪这3种类型导致的热斑效应,Top1精度分别达到95.6%、89.0%、88.1%,相较于原模型分别提升3.3%、10.0%、7.5%,证明该算法在具有热斑效应的光伏组件红外图像预测功率损耗的优越性。

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效率27%的局域钝化接触HJT太阳电池的光电设计

林文杰, 王皓正, 王永谦, 邱开富, 余学功

2025, 46(9): 611-617. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0909

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采用Sunsolve光学模拟和Quokka3器件模拟,研究电池膜层结构、膜层材料和膜层厚度、正面接触电阻、硅片电阻率和正面细栅中心间距对HJT太阳电池光电性能的影响。基于常规的HJT太阳电池,背面采用MgF_x/Ag背反射器,同时正背面ITO的厚度减薄至12 nm,提高背面的长波反射,降低背面寄生吸收。正面将高寄生吸收的nc-Si：H（n）/ITO设置在栅线下方,非栅线区域采用高透明的SiN_x/SiO_x叠层减反膜,显著降低正面寄生吸收和前表面反射,电池短路电流提高1.63 mA/cm²,达到41.75 mA/cm²。采用模拟优化的正面细栅中心间距为1.25 mm,电阻率为1 Ω·cm,正面接触电阻为0.2 mΩ·cm²的设计,实现效率27%的局域钝化接触HJT太阳电池的设计。对比常规的HJT太阳电池,效率提高0.97%,同时正背面减薄的ITO设计降低了HJT太阳电池的制备成本。

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基于Q学习组合模型的光伏电站发电功率预测方法研究

唐仲杰, 寇文珍, 喻雪

2025, 46(9): 618-625. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1153

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针对单一模型在预测光伏电站发电功率易受自身固有局限影响导致的预测精度不理想以及传统组合模型权重恒定非最优而未充分挖掘其预测潜力的问题,提出基于Q学习组合模型的预测方法。首先,通过Pearson相关系数选取与发电功率有强相关性的气象特征和时间序列作为输入特征;其次,分别采用极限梯度提升和长短期记忆网络两个单一模型对发电功率进行预测;最后,采用Q学习算法对历史样本在线滚动优化实时更新每次初步预测的组合权重,从而实现最优时变权重组合。结果表明,相比于其他模型,所提方法能显著提升预测精度和效果,验证了该方法的有效性。

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新型宽温域混合熔盐腐蚀性研究

高祺, 鹿院卫, 韩昕龙, 马彦成, 贾继伟, 吴玉庭

2025, 46(9): 626-631. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0720

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为探究金属材料在两种新型宽温域混合熔盐中的高温腐蚀性,该文采用失重法研究316L不锈钢在这两种新型宽温域混合熔盐中的腐蚀行为。结果发现,316L不锈钢在Solar salt、四元混合硝酸盐和三元混合硝酸-碳酸盐的1000 h的腐蚀速率分别为0.0121、0.0290和0.0900 mm/y,三元混合硝酸-碳酸盐的腐蚀性大于Solar salt和四元混合硝酸盐。对腐蚀测试后的316L不锈钢试样进行微观表征和产物分析,结果表明,316L不锈钢在三元混合硝酸-碳酸盐中腐蚀后形成疏松多孔的NaFeO₂,从而导致不锈钢在三元混合硝酸-碳酸盐中腐蚀性增大。

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基于BP神经网络PI和准PR控制的零序环流抑制策略

孙旭, 张继红, 鲁晓艳, 颉新春, 吴振奎

2025, 46(9): 632-641. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0714

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针对分布式发电系统多逆变器并联的特殊结构,该文分析零序环流产生机理,建立相应等值电气模型,提出一种将神经网络PI控制和准比例-谐振控制的零序环流抑制策略。首先,改进传统PI控制器参数设计方法,引入神经网络计算PI控制器参数,解决逆变器输出的非线性问题,完成基波域的零序环流抑制;其次,针对3次谐波域的零序环流,设计准比例谐振控制器,将零序环流分量经神经网络PI控制以及准PR控制获得控制指令,进行SVPWM零序占空比调制,从而精准抑制3次环流;最后,采用大型数字化仿真软件Matlab/Simulink进行建模分析以及通过实验手段进行测试。结果表明：所提控制策略合理可行,能够有效抑制零序环流,对于大规模分布式发电工程及应用具有重要指导价值。

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基于主从博弈的多微电网能量交易优化方法

周荔丹, 宋修涵, 于天佑, 王子强, 唐轶

2025, 46(9): 642-649. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0719

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为解决配网侧多微电网系统电力市场能量交易问题,提出一种基于主从博弈的多微电网能量交易优化方法。首先,通过单微电网优化策略确定博弈阶段微电网储能出力以及交易状态;其次,将微电网运行调度优化结果与配电网运营商（DSO）进行交互,建立主从博弈模型,以内部电价与可调度能源为策略进行博弈。所提方法优化运行目标为降低微电网运行成本、提高DSO的运行效益、减少多微电网对区域电网的冲击,通过仿真案例验证博弈策略的可行性。

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计及㶲分析的矿山综合能源系统多目标运行方法

宋宜凯, 申炜杰, 曾博, 王源, 巩敦卫, 王帅

2025, 46(9): 650-660. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0722

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首先构建矿山综合能源系统（MIES）基本架构,其中包括涌水、乏风、瓦斯等衍生能源利用设备的基础模型;其次,对系统供给侧和需求侧的能源进行物质流-㶲流耦合的㶲分析,使用能质系数来量化MIES中包括衍生能源在内的各品类能源的品质差异,实现系统能量的高品质、梯级利用;然后构建了以㶲效率和经济性为目标函数,考虑设备特性、能量平衡等约束条件的多目标优化运行模型,并采用NSGA-Ⅱ算法对该模型进行求解。最后,选取山西太原某矿区案例对所提方法进行验证,证明了所提优化模型的有效性。

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计及电氢联产的综合能源系统日内双层优化调度

杨茂, 王宇鑫, 苏欣, 朱一丹, 王金鑫

2025, 46(9): 661-668. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0726

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为降低风电功率预测误差对电氢综合能源系统调度经济性和准确性的影响,提出一种计及电氢联产系统的综合能源系统日内双层滚动优化调度方法。首先,考虑电制氢特性,在综合能源系统中应用电氢联产系统。其次,在日内调度中采用滚动优化方法,在滚动周期中,上层模型基于改进指数移动平均对电氢联产系统进行控制,并将区间预测作为控制约束,为综合能源系统提供稳定供电功率;日内下层模型依据上层结果确定周期内调度计划。最后,通过算例分析对比不同场景,结果表明,所提方法在降低风电功率预测误差对调度结果影响的同时实现系统经济性的提升。

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风光互补综合能源系统结构与容量协同优化

张立志, 李帆, 孙波

2025, 46(9): 669-677. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0765

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针对风光互补综合能源系统的优化设计问题,提出系统结构与设备容量协同优化方法。基于能量梯级利用原理建立综合能源系统分层模型,并以年综合成本最低为目标,将结构与容量协同优化问题构建为双层迭代优化模型。上层优化可再生能源发电、能量转换和储能设备投资和设备间的连接方案,下层优化所选设备的容量和运行方案。利用遗传算法和商业求解器CPLEX求解该问题。结果表明,与基于定结构的容量配置方法相比,所提方法优化方案的年综合成本降低8.7%,验证了其有效性。

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一种适用于可再生能源发电系统的新型双开关电容DC-DC变换器

贾海涛, 周晓燕, 王鹤霖, 卢庆轩, 胡昊泽, 田朔

2025, 46(9): 678-687. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0770

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为使并网发电系统对光伏、燃料电池、风力发电等清洁能源发电设备具有更高的兼容性,提出一种基于新型双开关电容的耦合电感DC-DC变换器。该变换器的高增益、低损耗和低开关电压应力是通过新型双开关电容结构和耦合电感升压单元实现的。重要的是,通过新型双开关电容结构中的无源箝位电路,可均匀分配两个功率开关的电压应力,从而降低其峰值电压。同时可回收漏感能量,提高变换器效率。介绍其工作模式和稳态分析,对元件的受力、理论效率进行分析,并与其他DC-DC变换器进行比较。最后,根据设计准则在实验室搭建一个200 W的样机,验证所提变换器的有效性。

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考虑多不确定性和需求响应的综合能源系统鲁棒优化调度研究

张玉, 曾繁敏, 林意杰, 王胜

2025, 46(9): 688-695. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0779

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为应对可再生能源出力和负荷不确定性,实现系统鲁棒、经济、低碳平衡优化,提出一种考虑多不确定性和需求响应的综合能源系统两阶段鲁棒优化调度模型。在运营商侧,构建价格型需求响应模型和替代型需求响应模型;在用户侧,构建用户激励型需求响应模型;此外,引入禀赋效应和环境意识等用户心理因素描述用户参与激励需求响应的度;以风电、光伏、负荷以及用户心理因素构建可调不确定参数集合,并以系统运行成本最低为目标函数构建两阶段鲁棒优化模型。最后,通过仿真进行数据分析和场景对比,验证所提模型的经济性、鲁棒性和低碳性。

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考虑自然冷源的数据中心综合能源系统双层协同优化配置研究

张晓烽, 傅昂, 刘玉婷, 孙小琴, 王蒙, 李杰

2025, 46(9): 696-705. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0792

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为解决数据中心能耗多、排放高、成本大的问题,提出太阳能与自然冷源结合氢储能的数据中心综合能源系统（IES）,集成光伏组件、集热器、内燃机、吸收式制冷机以及燃料电池等设备。构建系统模型,使用双层优化方法对系统配置与运行参数进行优化,上层采用非支配排序遗传算法对系统容量进行优化,下层采用多目标灰狼优化算法优化运行过程中设备出力比例。通过全面权衡能源效率、经济效益、环保性、系统独立性以及可持续性等多维度指标,优化后系统的一次能源节约率达到46.33%、年总成本节约率为38.25%、CO₂减排率为49.08%、电网独立性为56.07%、年总运行成本为3.41×10⁵美元、碳使用率为0.62。

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基于电站聚类和TCN-QR-KDE的省级电网新能源非参数概率预测方法

苏华英, 张俊涛, 李鼎元, 张俨, 王融融, 程春田

2025, 46(9): 706-716. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0839

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针对省级电网新能源发电概率预测中存在的场站对象多、特征变量维数高及区域气象因素影响显著等难点,提出一种全省区域新能源功率非参数概率预测方法。首先,构建基于气象相似区聚类划分的风电和光伏集群,将各集群气象信息加权聚合为全省区域预测模型的可用气象因子;其次,利用斯皮尔曼及最大信息系数多准则筛选出与新能源出力最相关的气象因子,作为模型输入;最后,构建基于时间卷积神经网络（TCN）-分位数回归（QR）-核密度估计（KDE）的非参数概率预测模型。以西南某省区域风电和光伏总出力概率预测为应用实例,对比验证所提方法的有效性。

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考虑㶲效率的含氢储能冷热电联供型独立微电网多目标最优经济配置

任哲诚, 袁至, 李骥

2025, 46(9): 717-728. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0850

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为平衡微电网的㶲效率和经济成本以及保证优化配置结果的准确性与客观性,提出考虑㶲效率的含氢储能冷热电联供型独立微电网多目标容量优化配置方法。首先,考虑电-氢-电转换时的余热回收,搭建包含风力发电系统、光伏发电系统、氢储能系统、空气源热泵与吸收式制冷机的独立微电网系统。其次,引入㶲分析法用以衡量系统内多能源的耦合关系及能源利用水平,以系统经济成本和㶲效率为优化目标建立多目标容量优化配置模型。最后,采用结合客观权重赋权法-优劣解距法（CRITIC-TOPSIS）的ε-约束法进行求解,得到兼顾系统经济成本与㶲效率的最优配置结果。算例验证了所提模型与方法的有效性,在不同典型日场景下均可满足多负荷的需求。

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太阳能光伏光热联合双源热泵系统多功能性能实验研究

位夏丹, 傅允准, 杨方

2025, 46(9): 729-735. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0864

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为研究太阳能光伏光热系统与多联供系统结合的运行特性,搭建太阳能光伏光热联合双源热泵系统实验台,测试系统在制热、制冷、制热水模式下的运行特性,重点分析在制热水模式与制热模式下分别从PV/T源和从空气源取热时的制热量、COP、用电量等数据以及从PV/T水箱取热对PV/T板的电效率和热效率的影响,分析系统在实际运行中的节能性。实验结果表明：在冬季低温晴朗天气的制热模式下,热泵机组平均COP为2.18,太阳能光伏光热联合双源热泵系统平均COP为3.17,其中从PV/T源取热占运行时长的61.57%;在制热水模式下,相同取热温度时,从PV/T源取热的热泵性能均优于从空气源取热;从PV/T水箱取热可有效降低PV/T板的板温,从而提高PV/T板的电、热效率。

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电动汽车充电需求集中响应下光储微电网储能调度

邵非凡, 廖思阳, 范传光, 徐威, 胡晓乐

2025, 46(9): 736-743. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0872

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设计一种考虑电动汽车需求集中响应的光储微电网储能调度方法。综合考虑光储微电网的组成结构和工作原理,分析充电需求集中响应下光储微电网的影响因素。在电动汽车需求集中响应下,根据分析结果从储能输出、需求响应、功率平衡等方面设置调度约束条件。通过储能量和电动汽车电能需求量的求解,得出储能调度量的计算结果。根据结果规划调度方法,完成光储微电网的储能调度工作。实验结果表明：与传统调度方法相比,在充电需求集中响应下,电动汽车的充电量和充电速度平均值分别达到52.3 kWh和89.6 kW/h,同时光储微电网的均衡度得到明显提升。

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考虑虚拟电厂的电力系统多类型电源规划

罗鹏, 王升, 刘宸菘, 欧阳利林

2025, 46(9): 744-755. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0886

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提出一种考虑虚拟电厂的电力系统多类型电源规划方法。首先,针对不同类型虚拟电厂建立虚拟电厂运行灵活性模型;其次,考虑虚拟电厂面向电源规划的运行约束提出一种考虑虚拟电厂的电力系统多类型电源规划;进而,采用区间优化方法处理新能源出力、电负荷需求与虚拟电厂可调潜力等不确定因素;然后,通过区间序关系与区间可能度方法实现模型的确定性转化并提出一种改进Benders分解算法高效求解转换后的模型。最后,从规划成本、计算效率等方面检验模型与算法的有效性。

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基于瞬态模拟的中置蓄热式Trombe墙热性能分析

李纪伟, 李佳欣, 刘德文, 林浩伟, 周通

2025, 46(9): 756-763. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0887

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针对传统Trombe墙冬季热效率低、热稳定性较差的问题,提出一种中置蓄热式Trombe墙体。通过有限元流体分析软件,采用保定地区冬至、夏至日动态数据,进行连续瞬态模拟,分析蓄热材料、蓄热位置及中置墙体开口与否等9种不同形式下,室内温度、集热效率、相变材料液化率的变化情况。结果表明：在寒冷地区,冬季中置相变蓄热式双通道Trombe墙（PCM-TP）热效率可达31.6%,相比于传统Trombe墙体结构（AL-OP）高4%,日较差相对差值低2.1 ℃,夜间温度最高可提升8.23 ℃。夏季中置相变蓄热式双通道Trombe墙与传统Trombe墙体相比温度峰值时间延迟4 h,日较差相对差值低1.57 ℃。在冬季和夏季,中置相变蓄热式双通道Trombe墙（PCM-TP）性能均优于其他方案。

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低温强辐射双扰动下热阻与热惰性指标对外墙动态热特性的影响

张率, 卫强, 刘衍, 杨柳, 朱轶韵, 李哲

2025, 46(9): 764-771. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-0904

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针对太阳能富集区建筑外墙在低温强辐射双热扰下表现的动态传热特性,为高效优化保温设计,以拉萨地区为例,利用动态传热数值计算模型分析热阻与热惰性指标的变化对复合外墙热响应特性的影响,构建三者之间的Poly2D、LogNormal2D与Plane函数关系式,揭示南、北向外墙的内表面温度在热阻与热惰性指标综合影响下的变化规律,并根据该规律提出墙体热阻最小值和热惰性指标的匹配关系建议,为太阳能富集区围护结构热工性能的优化设计提供快速便捷的参数优化指导。

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基于粒子群算法的新型组合格构式塔架优化研究

孙香红, 廖纪鹏, 沈月梅, 赵子康, 甘照圆

2025, 46(9): 772-782. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2025-0028

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针对传统单管风电塔架存在施工工艺复杂、运输安装难,结构用钢量高等问题,提出一种上部为单管钢塔筒、下部为三肢柱格构式的新型组合塔架结构。首先,基于空间矩阵位移法构建求力模型,求解新型组合塔架的杆件应力;其次,建立以截面最大应力一致性为优化目标的多目标优化模型;然后,以塔架的直径和厚度作为优化变量,考虑6个约束条件,编写基于粒子群优化算法的优化程序,实现了塔架下部-组合格构式塔架截面尺寸最优化;最后利用有限元软件ABAQUS,对3个角度（α=60°、α=45°和α=30°）的优化前后组合塔架结构建立有限元模型,分析和对比该组合格构式塔架结构的应力。发现该求力模型能准确求解杆件应力;当 =45°时,结构优化效果最佳,收敛速度最快。优化后格构式塔架用钢量减少48.8%,截面有效率提升70.3%,各肢柱杆应力差减少70.2%。验证了基于粒子群优化算法模型可行,其结果和方法可以为同类型塔架的设计以及相似领域的研究提供理论参考依据。

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