基于改进蜜獾算法的波能转换器阵列优化

针对波浪能转换器(WEC)阵列发电效率提升问题,提出一种基于改进蜜獾算法的三系WEC阵列优化方法.首先,为克服原始蜜獾算法(HBA)收敛速度慢、收敛精度低等缺陷,引入佳点集初始化、混沌机制和蜜獾种群变异3种策略对原始HBA进行改进.此外,为了验证改进蜜獾算法(IHBA)的先进性和有效性,开展2个浮标、10个浮标和20个浮标3个不同规模的WEC阵列优化实验.2浮标阵列仿真结果表明,WEC阵列优化存在多组最优解,且IHBA、HBA、遗传算法和粒子群优化算法都能以不同速度找到最优解.然而,随着WEC阵列规模的增大,3种对比算法都会陷入局部最优解.相反地,IHBA依然表现出较强寻优能力并能搜寻到全局最优解.最后,IHBA所获10浮标和20浮标的阵列q因子分别高达1.059和0.968,远优于其他3种算法.

基于机网变流器协同的波浪发电系统控制策略

为实现波浪发电系统的高效平稳入网,以直驱式波浪发电装置为例,建立其数学模型和并网结构。将装置输出功率分解为平均分量和波动分量,从发电系统主动式控制的角度,进一步提出了阻尼控制和阻尼弹力控制下的最优策略,以使其高效运行。通过直流侧储能配置及机侧和网侧变流器的协同控制,实现电能的平稳入网。仿真结果表明,阻尼弹力控制较于阻尼控制,发电效率更高同时波动更大,直流侧储能及机网侧协同控制可有效平抑功率波动,为波浪发电系统的入网控制设计提供参考。

认清水电在实现“双碳”中的重要作用

落实“双碳”承诺是我国当前最紧迫的任务之一。但由于对水力发电的地位和作用还缺乏客观的认知,至今还有不少人认为,离开了煤电我国的能源安全就岌岌可危。事实上,真正能够支撑人类走向可持续发展的,应该是基于可再生能源构建的新型电力系统。核电作为一种不排放二氧化碳的能源形式,理论上似乎能满足碳中和的要求,但是,鉴于自然界中的铀矿资源储量极为有限,这使得核电在能源转型的初期阶段或许能发挥一定作用,却难以成为长远的解决方案。当前国际社会在电力能源转型方向上普遍倡导的“退煤、弃核”,转向主要依赖可再生能源的观点,实际上是人类社会可持续发展大趋势的体现。而在这个过程中,能否正确认识水电的地位和作用,将成为我们实现主要依靠可再生能源供电目标的关键所在。

多时间尺度嵌套的梯级水电可承载风光资源规模研究

随着双碳目标的提出,我国能源结构正逐步以依赖化石能源转向以可再生清洁能源体系为主。然而以风电和光伏发电为代表的清洁能源因出力波动性与不确定性难以单独运行并网消纳。水电站具有良好的调节能力,可与风电场、光伏电站联合运行,平抑新能源发电的不稳定性。我国西南地区水能资源丰富,建设有大量具有调节性水库的梯级水电站,将梯级水电与流域周边风电、光伏资源互补运行,充分利用梯级水电的调节能力打捆外送优质电能是实现能源转型的重要手段。为量化梯级水电站对风电、光伏资源的承载能力,提出了水电中长期优化调度—水风光短期优化配置的嵌套计算模型。以水电中长期优化调度计算结果确定短期调度计算边界,在短期调度时调整风电、光伏规模,以源荷匹配度最大、发电量最大和弃电率最小为目标进行优化调度,采用分层嵌套策略进行解耦,以计算梯级水电站可承载的风电、光伏资源规模。应用该模型于雅砻江流域梯级水电站群,计算得到雅砻江流域“三库七级”梯级水电站承载风电、光伏资源规模。研究结果表明:考虑2025规划水平年以及5%弃电率约束,雅砻江流域梯级水电可承载风电资源规模139.6万kW、光伏资源规模1074万kW。研究成果对优化流域内水风光多能互补发电系统具有参考价值。

面向海上风电高效利用的水下抽水蓄能容量优化配置分析

为应对以海上风电为代表的海洋新能源并网挑战,水下抽水蓄能(underwater pumped hydro storage,UPHS)受到日益广泛的关注。然而,现有UPHS研究聚焦点距能源电气领域较远,尚无对现实储能工程的容量配置和规划的深入分析。针对此问题,立足(准)稳态视角,围绕水下抽蓄的容量优化配置开展研究。首先,明确海上风电-UPHS系统结构,基于水下抽蓄原理与风电出力特性建立系统模型;之后,以最大化投资收益为目标,构建UPHS容量优化配置模型,求解目标算例风速条件下风电机组、水下储能的最佳容量与实时出力;最后,围绕UPHS关键参数对规划结果的影响开展对比分析。结果表明,水下储能的引入可以大幅提升远海风电场的建设规模与投资收益;同时建设尺寸、利用小时数等储能参数亦会对规划结果产生多角度影响。

海洋潮流能发电技术研究现状与趋势

传统化石能源的日渐枯竭使能源结构转型迫在眉睫,在众多新型可再生能源中,海洋潮流能由于其较强的规律性和高度的开发可行性,成为了研究热点之一。目前潮流能转换装置的研究和应用以水平轴水轮机为主、垂直轴水轮机次之,其他形式的潮流能装置小规模探索式发展。文章对现阶段世界上较为先进的潮流能发电装置及其水动力性能数值预报方法进行介绍,并对潮流能发电技术的发展方向做出展望。

水电煤电协同发展促进电力系统低碳转型方案评价

为协同开发水电(抽蓄),积极谋划煤电退役规模与时序、整合风光资源,保证系统稳定低碳过渡,以及探究电力系统转型(主要考虑水电发展与煤电发展)中多指标、多层次的综合效益问题,以新疆维吾尔自治区电力系统转型方案为例,构建了详细考虑水库运行条件与机组运行特性的电力系统机组组合模型,依据地区发展规划制定基础退役、水电改造、煤电改造、增加抽蓄以及加速退役5种转型场景,结合层次分析法-熵权法建立了经济、环境、技术与社会4个维度的综合评价指标体系。结果表明:(1)在协同煤电转型下增加抽水蓄能可有效降低电力系统弃风弃光量与系统失负荷概率;(2)增加抽蓄并合理规划退役煤电未增加电力系统年度成本,且可以减少系统碳排放;(3)加速退役场景的综合评价得分最高,为71.53。研究成果可为新型电力系统构建与水电(抽蓄)开发、煤电退役以及整合风光资源提供理论支撑。

海南省波浪能开发智能化适宜性分析模型研究

针对目前波浪能开发适宜性分析方法存在的问题及工作量大、成本高的特点,基于地理信息系统(Geographic information system, GIS)、改进的多准则决策方法(Multi-criteria decision making, MCDM)和人工神经网络(Artificial neural network, ANN)提出海南省波浪能开发智能化适宜性分析模型。对于该模型:首先,使用模糊层次分析(Fuzzy analytic hierarchy process, FAHP)法计算评价指标权重,降低专家主观偏差,更好地描述信息的不确定性;其次,提出灰色关联分析-折衷优化(Grey relation analysis-vlse kriterijumska optimizacijaⅠkompromisno resenje, GRA-VIKOR)法计算开发适宜性指数,解决评价过程中部分信息丢失、评价结果不准确的问题;最后依托反向传播(Back propagation, BP)神经网络进行模型训练并进行验证,实现海南省波浪能开发适宜性分析的智能化,不仅提高工作效率,而且降低计算成本。通过模型得到海南省波浪能可开发区域和开发适宜性等级,为海南省波浪能选址决策奠定基础,同时可填补海南省波浪能开发适宜性分析在智能化领域的空白。

大规模水能富集电网短期多目标嵌套多能互补运行方式研究

在“双碳”的背景下,亟需深入研究如何促进多能互补系统内不同能源之间的协同作用,促进能源深度融合。针对这一问题,在考虑水能富集地区大规模电网不同断面输送电任务的情况下,提出一种区分内外层,逐层递进优化并尽可能消纳风光清洁能源,且兼顾全网源荷匹配程度的多目标嵌套多能互补模型,两层均采用混合整数线性规划算法(MILP)进行求解。内层立足于断面角度,以通道利用率最大化为目标,将水风光打捆进行互补优化,使其出力最大化,尽可能占满通道。外层立足于全网角度,以源荷匹配最大化为目标,采用全网水风光电源联合调节后的剩余负荷波动最小来表达源荷匹配目标,使剩余负荷平稳。本文以西南某水能富集地区大规模电网为研究对象,包含304座水电站,12个断面,选取夏秋丰水期和冬春枯水期风光峰谷差最大日、风光平均发电日共4个典型日进行模拟计算,得到电网丰水期平均通道利用率约为80%,枯水期平均通道利用率约为40%,丰枯期内全网剩余负荷波动率均小于5%。得出以下结论:在夏秋丰水期,水风光系统可为电网提供更多电能,在冬春枯水期,水风光系统出力过程更为稳定。在风光出力平稳时期可为电网提供更多电能,同时使得电网运行更为稳定。本次研究成果对大规模水能富集地区电网多能互补优化调度运行提供参考。

基于混合粒子群算法的波浪能发电集群优化方法

对波浪能发电集群的优化控制有助于波浪能的有效利用,为此文章提出了基于混合粒子群算法的波浪能发电集群优化方法。以直驱式发电装置为研究对象,探讨其构成发电集群短期尺度下稳定状态的数学模型,由简至繁依次考虑波浪动态压力、装置间辐射影响和遮挡效应,以便更准确地模拟一定密集度的波浪能发电装置部署下的实际效果。以集群功率最大化为优化目标,根据装置运动和海域能量约束,提出混合粒子群算法求解集群的最优参数,在传统算法基础上设定自适应惯性权重并加入交叉和变异操作,以应对复杂集群方程解空间的多峰性问题。算例结果验证了所述集群优化方法的有效性,求解质量良好;同时表明波浪能发电集群规模越大,装置之间的辐射影响越复杂,遮挡效应越明显。

面向海上风电高效利用的水下抽水蓄能建模与控制

水下抽水蓄能(underwater pumped hydro storage,UPHS)是一种适应海洋环境的新型储能方法。针对此前UPHS模型较为粗略且适用范围窄的问题,构建了水下抽蓄的水力-机械-电气多环节暂态模型并开展相关研究。首先,分析推导UPHS各组成部分(水泵水轮机、调速器、电机、变流器)的物理模型;其次,分别设计了原动机和并网变流器的控制策略;最后,在单机并网和配合海上风电联合外送两种情形的多样化工况下对UPHS进行电磁暂态仿真,验证了模型的可靠性及其应用于海上风电外送功率平抑的有效性。

鳍形浮子多自由度水动力性能研究

[目的]为优化摇臂式波浪能装置的能量俘获(俘能)效果,针对平台支柱分流方案与浮子形状对装置俘能效果影响进行研究。[方法]首先,建立浮子运动的水动力学模型;然后,利用AQWA仿真软件,对平台支柱不同分流方案的多种鳍形浮子的水动力特性进行计算分析,得到鳍形浮子的波浪合力、幅值响应算子、附加质量及辐射阻尼等频域参数,以及位移、速度、加速度及激振力等时域参数;最后,研究平台支柱不同分流方案的各鳍形浮子的俘能宽度比。[结果]结果表明:不同平台支柱分流方案对鳍形浮子的频域参数影响较小,对时域参数的浮子运动位移影响较小,但对运动周期影响较大;双柱分流方案的100°时鳍形浮子的俘能效果最优。[结论]基于所建立的仿真数值模型能够准确模拟多自由度鳍形浮子在波浪运动中的水动力学响应,可为振荡浮子式波浪能发电平台浮子形状的优化设计提供参考。

计及旋转备用要求的抽水蓄能电站日前调度研究

抽水蓄能电站具有灵活的调峰、调频、调相和事故备用等作用,可以平抑电网新能源出力波动和促进新能源消纳,提升电网安全稳定运行水平。然而,在现阶段两部制电价下,抽水蓄能电站在电网中旋转备用价值没有得到充分的体现。以风电-光伏-抽水蓄能电站互补为背景,构建了考虑旋转备用要求的抽水蓄能电站日前调度模型,以电站运行效益最大和电网其他电源出力峰谷差最小为目标,通过权重法将其转化为单目标优化问题求解,并进一步分析比较现状两部制电价和峰谷电价对抽水蓄能电站调度策略与收益影响。算例结果表明:考虑旋转备用要求可以显著提升抽水蓄能电站运行收益,并且调度目标对电站运行方式影响显著。模型与方法可用于制订抽水蓄能电站日前调度计划。

考虑合约转让的风-水-火中长期交易出清模型

风电出力的不确定性导致执行中长期合约时产生弃风或遭受偏差惩罚,为弥补中长期合约交易灵活性的不足,提升风电的消纳比例,提出一种考虑合约转让的风-水-火中长期交易出清模型。考虑风电出力的不确定性,根据风电出力的概率分布,将其出力品质区间划分为确定部分和不确定部分;风电确定部分参与上层的中长期市场交易,以电力系统总体购电成本最小为目标,建立风电确定部分、火电和水电中长期竞价模型,得到中长期合约交易的合约电量和价格,并将出清结果传递给下层;剩下的风电不确定部分参与下层合约转让交易,利用蒙特卡洛方法将风电不确定部分生成典型场景集,以风电利益最大化为目标,以水电和火电利益诉求为约束,建立风电、水电和火电三方自主协商的合约转让交易模型,从而充分挖掘水电和火电的灵活性调节能力,将原中长期合约中水电和火电承担的电量转移给风电,并将合约转让交易情况反馈给上层,进一步优化上层中长期出清结果。改进的IEEE30节点系统算例结果分析表明:所提出清模型不仅提升了风电在中长期市场的消纳水平,而且降低了二氧化碳等污染物的排放,同时也有效保障了各合约转让交易参与主体的利益,增强了市场主体参与合约转让交易的积极性和主动性。

雨滴能量收集型摩擦纳米发电机的研究进展

简单阐述了摩擦纳米发电机(TENG)的工作原理及4种基本工作模式。总结了雨滴能量收集型TENG在基于垂直接触-分离结构、单电极结构、独立层结构3种工作模式及多种基本工作模式集成的结构优化及应用。介绍了开发出的其他结构类型的TENG及通过表面处理、结构优化等方式对雨滴能量收集效率的增强。此外,对其他类型如太阳能、风能等清洁能源收集装置与雨滴能量收集型TENG集成为互补的混合能源装置进行了介绍和分析。最后,对目前TENG在雨滴能量收集方面存在的问题和不足进行总结,并展望了未来的挑战和发展方向。

基于多目标模糊规划的水电机组运行负荷分配方法

为减少耗水量,在满足电量需求的基础上提高电站效益,对此,研究基于多目标模糊规划的水电机组运行负荷分配方法。以满足约束条件下使总耗水量达到最少为目的构建水电机组经济运行数学模型;利用数学组合理论建立机组联合动态振动区;采用多目标模糊规划算法划机组用水量;按照机组权重大小进行级别判定,完成水电机组运行负荷的分配。经实验论证分析,所提方法有效避免了机组的振动区和机组的频繁开关机情况,具有良好的负荷分配效果,所提方法负荷分配的水电机组耗水量明显减少,提高了经济效益,证明所提方法更具可靠性。

回声测深仪典型问题与对策分析

针对现有测深仪在舰艇离靠码头倒车、高速航行等情况下会出现明显测速不准这一情况,本文通过仪器实操的形式从测量误差、外界影响、操作使用影响三个方面进行了分析,并讨论了相应的解决对策,提出了基于潮汐值的水深获取方法,为提升测深仪工作的稳定性与可靠性提供参考。

铅山抽水蓄能电站电气主接线可靠性计算

电气主接线是电站电气系统的核心部分,其可靠性会直接影响整个电站运行的安全稳定,而抽水蓄能电站在电网中又起到至关重要的作用,因此需要在设计阶段对电站电气主接线进行可靠性评估。为此,研究了电气主接线可靠性评估的主要指标和方法,并选择最小割集法作为可靠性计算方法,结合电站的容量和机组配置,对比分析了铅山抽水蓄能电站的主接线型式,选择出可靠性高、技术经济性好的电气主接线。

DP船舶直流闭环母排短路压降穿越FMEA分析

短路压降穿越能力是衡量带有DPS-2或DPS-3附加标志的海洋工程船舶电力系统在合排或闭环操作时是否满足冗余要求的一个重要指标,也是动力定位FMEA分析和船级社考察的重点。具有优良短路压降穿越能力的电力系统对海洋工程船舶的安全作业有着重要的意义。本文以某型风电安装船为例,介绍了直流公共母排系统在动力定位(DP)船舶上的应用,简要分析了由于直流母排短路而产生的压降对全船动力定位的影响及其相比传统交流系统的优势,并指明了动力定位FMEA分析时应当注意的事项。

基于EEMD-LSTM的小水电站发电量预测

准确而有效的发电量预测对于智能电网的经济运行意义重大。提出一种结合集合经验模态分解方法构建长短期记忆网络预测小水电站发电量的模型,利用集合经验模态分解对水电站历史发电量时序进行特征分解,得到包含不同特征的发电量分量。将分解的历史发电量时序与相关影响因素(河道径流量、导叶开度、月份)作为模型的输入,并通过训练调整模型中各参数,然后叠加预测结果得到最终的预测发电量。经过实验对比分析后发现,结合集合经验模态分解方法构建的长短期记忆网络预测模型较传统长短期记忆网络预测模型有更高的精度,并验证了分解-预测-重构的方法在水电站发电量预测中的可行性,同时对新能源大规模并网和电网整体经济运行提供科学依据和决策指导。