元能源系统——能源网络与元宇宙的碰撞

能源是人类文明发展的基石,也是推动全球经济和社会进步的核心驱动力,涉及世界各国的根本安全和万物众生的福祉昌延。回溯历史,跨越时空,我们见证了人类如何通过掌控能源种类形式,一次次地推动社会变革与文明进步。从起初依赖自然的“钻木取火”,跃进到“煤炭与蒸汽机结合”开启工业革命的序幕,再到现代化的“石油与内燃机”带来产业革命。能源利用的演进经历了天翻地覆的变化,塑造了以化石能源为主导的传统能源体系。然而,过度依赖化石能源和传统能源运营的固有时空限制,导致供能的脆弱性和不稳定性,导致能源浪费、环境污染和生态危机等严重问题。因此,以“双碳战略”为引领,探索新路径、转变能源模式,构建“清洁、低碳、安全、高效”的现代能源体系,已成时代亟需,也将是未来的必然选择!

基于pix2pixHD图像修复的光伏电站秒级功率预测方法

云团遮挡导致地面辐照度发生瞬变是光伏电站出力剧烈波动的根本原因,为提高在云团遮挡情况下光伏功率预测的精度,提出一种基于pix2pix HD图像修复的光伏电站秒级功率预测方法。首先,依据光伏电站光伏组件的参数、内部光伏阵列的排列结构和布局,推导光伏电站精细化模型;其次,深入挖掘逆变器集群输出的光伏功率数据特征,剖析光伏功率与辐照度的映射关系,构建能够描述云团形状、厚度和运动方向的虚拟云图用以表征云团遮挡(功率缺失)情况;随后,提出生成对抗网络的pix2pixHD图像修复算法对缺损的虚拟云图进行修复,融合最近5s的修复云图,提高对云团性质的精确表达;最后,依据光伏功率、辐照度、虚拟云图像素值三者之间的线性关系,实现高精度的光伏电站秒级功率预测;以山东某地市的实际光伏电站为例,仿真结果表明所提pix2pixHD图像修复的预测模型能够有效提高秒级光伏功率预测精度。

基于输出电流控制的光伏并网逆变电源

光伏逆变电源并网运行时本质上为电流源。其输出电流滤波不但会对电网产生严重的谐波污染,同时其输出电流锁相不精确会降低系统的转化效率。针对以上问题,采用电流瞬时值和电流有效值双闭环控制策略实现对输出电流波形的控制;研制一种具有尖峰抑制作用的LCL滤波器,通过对其数学模型的幅频分析说明了其良好的滤波特性;设计了一种软件锁相环,并在此基础上通过α角的修正实现了精确可靠地锁相。实验结果验证了设计的合理性和正确性,实现了单位功率因数输出正弦波电流。

变频调速技术的发展及其在电力系统中的应用

从电力半导体、控制技术和主电路拓扑结构等方面综述了变频调速技术的发展历史和现状,并总结了在变频控制中的主要控制技术;分析了高压变频调速技术的发展动态和几种实现方案的技术特点对比情况;指出变频调速技术在未来的发展趋势。最后介绍了变频调速技术在电力系统中节能降耗、改善工艺和控制性能等方面的应用。

一种基于相邻耦合误差的多电机同步控制策略

在许多现代制造业中,大型高精度、高转速传动系统的多电机同步控制是最为核心的问题之一。现有的同步控制算法大多仅限于双电机同步系统,难以拓展到多电机控制中(n>2)。针对现有多电机系统的同步控制策略难以确定合理的耦合补偿规律及在线计算量大的问题,提出了一种最小相关轴数目的多电机同步控制思想,并设计了基于相邻耦合误差和滑模控制理论的同步控制算法。利用李亚普诺夫函数证明了该算法的收敛性和稳定性。对四轴同步控制系统的仿真结果表明,该控制策略的同步稳定性能高,收敛速度快,因而具有较高的应用价值。

基于幅相控制的变频器能量回馈控制系统

针对变频器不能直接用于快速起动、制动和频繁正反转调速场合的问题,设计了一种基于幅相控制的SPWM能量回馈控制系统,克服了传统Bang-Bang控制存在的控制精度低的缺陷,实现了单位功率因数正弦波电流回馈和对回馈电流精确控制,使变频器可四象限运行。首先给出了主电路、控制电路的设计思路,然后从回馈电流谐波分析入手推导了能量回馈系统扼流电抗器的电感量的设计公式。实验结果表明该系统设计合理、简单可靠。

基于IOWA算子的赤潮LMBP神经网络组合预测模型

针对现有赤潮单项预测模型不能综合各种理化因子有效信息的问题,提出了一种赤潮组合预测模型,该模型基于诱导有序加权平均(IOWA)算子与Levenberg-Marquardt人工神经网络(LMBP)算法,能够有效集结各种理化因子的信息,其预测精度比单项LMBP神经网络预测模型有较大提高.采用烟台四十里湾赤潮监测数据对该模型进行实验,结果验证了该模型的有效性和实用性.

一种多电机同步传动模糊神经网络控制器的设计

设计了具有知识表达和自学习能力的模糊神经网络同步控制器,建立了模糊控制规则,进而提出了多电机同步控制的模糊神经网络学习算法.对四轴同步控制系统进行仿真实验,结果表明模糊神经网络同步控制器能有效实现多电机同步控制,收敛速度较快,鲁棒性较好.

计及变频器和电机损耗的全变速泵站效率优化控制

针对已有研究泵站效率优化的文献均未涉及变频器和电机损耗的现状,提出计及变频器和电机损耗的全变速泵站效率优化模型,利用枚举法和约束变尺度优化算法求解模型,得到最佳控制策略。对比不计变频器和电机损耗的全变速泵站优化模型,进行大量的仿真实验和经济效益分析。结果表明,在相同给水指标下,变频器和电机损耗不影响全变速泵站效率优化控制的优化决策,在仅以求得优化决策为目的的情况下,可不予考虑,以简化建模和求解过程;但在评估泵站的节能效果时,必须考虑。

变频调速给水泵站效率最优控制策略

提出一种符合水泵并联运行特性的最小流量偏差效率优化模型,克服了CohenG.模型的不足.针对水泵高效区约束条件的复杂性,给出了简化高效区约束条件,明显缩短了优化求解时间,而求解精度基本不受影响.采用0 1完全枚举和Wolfe既约梯度等算法求解模型,得到满意的控制策略.实验结果证实了优化模型的有效性,实际应用效果良好.

城市水工业系统泵站优化调度问题建模方法研究

针对常用泵站效率优化模型的不足 ,提出一种符合水泵并联运行特性的最小流量偏差模型 .对比研究了用于城市水工业系统泵站优化调度的最小流量偏差模型和最小轴功率模型 ,结合大量仿真实验 ,较系统地总结了二者的特点及其适用范围 .研究结果表明 :流量偏差优化模型比最小轴功率优化模型在工程实用性方面具有更大的优势 。

变频驱动异步电机再生制动及馈电技术

针对通用变频器不能直接用于快速启动、制动和频繁正反转调速场合问题,探讨了变频调速系统中的再生能量产生机理,尤其是对再生能量回馈状态下惯性体的运动能量、有源逆变回馈能量、制动转矩进行了定量分析,揭示了各物理量之间的关系,设计了一种通用变频器能量回馈控制系统。实验表明,该系统馈送电流谐波小,功率因数高,能够有效地实现能量回收和精确制动;该系统使得变频器可以实现四象限运行,节能效果明显。

离心式注水泵站变频调速系统效率优化控制

在分析油田离心式注水泵和注水管网特性的基础上,以泵群轴功率最小为目标函数,以注水指标和水泵高效工作区为约束条件,建立了注水泵站效率优化控制问题的实用化数学模型,并采用枚举法和广义简约梯度法求解模型。该模型在目标函数中引入注水泵效率特性克服了轴功率曲线拟合法在工程上难以获得测量参数的局限性,具有精度高、物理意义明确、易于工程实现的优点。实验结果证实了优化模型的有效性。

电动汽车感应电机驱动系统效率优化控制

针对电动汽车感应电动机变频驱动系统存在的轻载低效问题,考虑电机定转子铜损和铁损,研究了感应电动机变频驱动系统效率优化控制算法．采用减小磁链搜索范围的方法,改进了黄金分割法在线搜索控制器,设计了以数字信号处理器TMS320LF2407为控制电路核心的实验系统,对损耗模型控制算法、黄金分割法和改进的黄金分割法在线搜索控制算法分别进行了对比实验研究．实验结果表明,两类控制策略都能够有效提高感应电动机变频驱动系统的运行效率;基于损耗模型的控制算法具有寻优速度快、磁链和转矩波动小的优点,而改进的黄金分割法搜索控制器算法简单,效率优化效果优于基于损耗模型的控制器;在线搜索控制算法不受电机参数变化及建模精度的影响,具有更为广泛的应用前景．

基于无级变速器的并联式混合动力汽车能量管理策略

针对一种采用金属带式无级变速器(CVT)的并联式混合动力汽车(PHEV),以发动机稳态效率图和电池的充放电内阻曲线为依据,提出基于逻辑门限方法的PHEV能量管理策略,实现混合动力系统不同工作模式间的动态切换。并通过确定不同工作模式中混合动力系统的最佳工作曲线,合理控制发动机和电动机的转矩分配以及CVT的速比。基于ADVISOR仿真平台的仿真研究表明,所提出的能量管理策略能够在满足车辆动力性能指标的前提下有效地降低混合动力汽车的燃油消耗,并能将电池组电池荷电状态(SOC)维持在合理的范围内。

感应电动机新型最小损耗控制策略

在变频驱动中，施加在电机定子绕组上的电压和频率对一给定的转矩－转速运行点可以有不同的组合，其中存在某一最佳的电压－频率组合使电机在该点运行损耗最小。但是目前所有最小损耗控制方法都要求精确了解电动机的模型和参数，因此难以用于实际工程。本文首次利用感应电动机线性化Ｍ－ｓ公式导出了最小损耗控制方程及其约束条件，文中给出仿真和实验结果，对新方法和基于模型的效率优化方法［１］进行了对比，并给出７．５ｋＷ标准效率感应电动机采用最小损耗控制与恒Ｖ／Ｆ控制时传动系统的效率比较。研究结果表明，新方法和基于模型的效率优化方法的控制效果十分近似，而新方程却具有简单、实用的突出特点，可较大地改善电动机的效率。

变频驱动注水系统效率优化问题的建模与控制

建立了油田用变频驱动往复式柱塞泵站效率优化控制问题的数学模型 ;给出并证明了目标函数最优值为零的充分条件 ,为简化优化模型求解过程 ,提高求解速度以及合理设计注水泵站提供了理论依据 ;提出以Hamming距离表示水泵的切换次数和最小切换次数控制策略 ,在目标函数满足精度限制的条件下 ,按照Hamming距离最小的原则去选择最优结果 ,满足工程实际需要。应用和实验结果证实了新方法的有效性。新型优化控制策略使系统效率比常规变频驱动恒压控制提高 9

汽轮机最有利真空循环水泵变频驱动控制系统

在火电厂中循环水流量大多采用节流调节方式 ,控制效果差 ,不能保证凝汽器工作在最有利真空值 ,而且循环水泵电耗严重。研制了一种循环水泵变频调速控制系统 ,利用PLC(可编程控制器 )设计合理的控制逻辑 ,实现平稳启停和切换 ,保证最有利真空值的实现 ,使汽轮机经济运行。同时分析了汽轮机的经济运行方式 ,给出了最有利真空值的计算原则 ;详细介绍了系统的控制原理、硬件结构及PLC程序的设计 。

基于FPGA的高频链逆变器控制电路的设计

高频链技术使逆变器中变压器趋向于小型、无噪声化,但增加了控制电路的设计难度。因此,针对移相PWM控制高频链周波变换型逆变器设计了一套基于现场可编程逻辑门阵列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)的控制电路。详细介绍了逆变器的工作原理和控制电路的设计方法,其中控制电路带有电压反馈闭环,具有故障检测保护和参数显示功能。控制波形的生成、保护电路和显示译码电路全部集成于FPGA内部,大大降低了电路复杂程度。实验结果表明,电路运行稳定,适于实际应用。

单相级联多电平光伏并网逆变器控制策略综述

级联多电平逆变器不仅能够实现各级光伏阵列的最大功率点跟踪,提高光伏利用率,而且具有系统开关损耗小、能量变换效率高以及并网电流谐波含量低等优势,在大规模光伏并网系统研究和工程应用领域备受青睐。综述了近年来级联多电平光伏并网逆变器控制策略的研究成果,依据各个级联单元的调制比配置方式不同,将变换器的功率平衡控制策略分成了三类,在分析各类控制原理和特点基础上,推导出了系统功率平衡控制策略的约束条件公式,进而指出了级联多电平光伏并网逆变器拓扑结构和控制策略的改进方法。