基于绿电和自愿减排量交易的园区低碳电力运营优化

为保证园区电力运营经济性,提高清洁电能的使用比例,文章提出了一种基于绿电和自愿减排量交易的园区低碳电力运营优化模型。该模型综合考虑了绿电和火电的购电成本、光伏发电成本及自愿减排量收益,以总运营成本最小为目标函数,结合随机概率约束,分中长期、日前和实时三阶段对绿电、火电电量以及光伏发电量进行优化。以南京市某企业园区的数据为基础,在自愿减排量价格合理的前提下,该优化模型可小幅降低园区总运营成本,并且显著提高了清洁电能的使用比例和园区应对扰动的能力。另外,就自愿减排量价格以及置信度取值对优化结果的影响进行了分析。

基于ANFIS的太阳能-空气源热泵供暖系统温度控制研究

针对太阳能-空气源热泵供暖系统运行环境复杂多变,模糊控制器的设计高度依赖人工经验的问题,提出一种基于自适应神经模糊推理系统(ANFIS)改进的模糊控制方法。该方法利用ANFIS在复杂系统建模中的优势,结合供暖系统温度响应特性和实际运行数据,建立联合供暖系统变工况ANFIS模型,生成与系统性能适配的模糊规则库并传递给模糊控制器执行。Matlab/Simulink仿真对比试验表明,与单一的模糊控制相比,该方法的控制精度提高了17.65%,调节时间缩短了36.4%,具有更高的控制精度和响应速度。

考虑可再生能源接入的多端MMC交直流混合系统协调控制

模块化多电平变换器的零转动惯量特性,使其无法对交流电网的频率波动提供支撑,导致交直流混合系统的整体惯性下降,影响并网系统的动态性能与稳定性。文章将改进功率-电压下垂控制与虚拟同步机技术相结合,提出一种新型功率协调控制策略。在系统直流电压稳定的情况下,对交流电网进行频率调节,同时对各变换器间的功率进行合理分配,无需通讯系统即可建立有效的能量管理体系。与传统双闭环控制进行对比试验,结果表明,所提控制策略有效解决了系统由低惯量、欠阻尼引起的动态性能与稳定性的问题。

考虑[火用]效率的区域综合能源系统配置与调度双层优化

文章针对含高比例的可再生能源的区域综合能源系统,综合考虑能量的数量和品质,提出了一种计及[火用]效率的双层优化方法。首先,建立了区域综合能源系统电、气、热、冷多能耦合的模型,并对系统内涉及的能量和设备进行[火用]分析,分别计算其能量品质系数和[火用]效率;然后,建立了兼顾系统容量规划和调度运行的双层协同优化模型,其中上层以[火用]效率和经济性为优化目标进行容量配置,下层以运行成本最低为目标优化机组出力,从而得到最佳方案;最后,选取某区域综合能源系统进行算例分析。与其他方案相比,文章所提双层优化方法可以为区域综合能源系统提供更好的配置和调度方案,[火用]效率可以更好地反映能量真实利用水平,实现高质量用能。

基于天气状态模式识别的SSA-BP神经网络光伏电厂功率及碳减排量预测

文章提出了一种基于天气状态模式识别并结合SSA-BP(Sparrow Search Algorithm-Back Propagation)预测光伏出力的方法。首先,在分析辐照度、温度、风速等参数变化规律基础上,基于高斯混合模型,针对专业天气类型开展分类,获得类晴、类雨和类阴3种典型的广义天气;然后,将数据作为SSA-BP神经网络输入,对光伏电厂出力分类进行预测;最后,结合碳核算方法学对光伏发电项目碳减排量进行核算。结果表明:利用分类识别和改进的SSA-BP神经网络,在3种天气类型预测中平均相对误差分别为0.195,0.243,0.310;SSA-BP与其他模型相比,平均相对误差降低了17.8%~66.7%。此外,预测CO_(2)减排量与实际核算值相对误差为3.37%,亦表现出良好预测效果。

植物工厂储热装置性能强化研究

为克服固液相变材料的低导热性缺点,本文在传统的套管式固液相变储热器中引入了泡沫金属结合金属肋片的传热强化手段,在储热器内部部分填充泡沫金属以进一步加快储热过程。本文探索了多种不同的储热器内部分填充泡沫金属的设置方式,基于enthalpy-porosity方法对相变材料储热熔化过程进行了数值研究,对比了不同泡沫金属设置方式下储热器内相变材料的动态熔化规律、温度响应特点、储热器的无量纲储热量与储热器经济性的差异。结果表明,配置泡沫金属后,相变材料熔化时间最大可缩短约85%,泡沫金属填充位置对其强化性能起到了决定性的作用。泡沫金属填充于远离热媒管的肋片末端与储热器外壳之间是最优的泡沫金属布置形式,其单位时间储热量是未配置泡沫金属的储热器的6.5倍。最后,本文针对具有最优泡沫金属布置形式的储热器在多种不同加热温度下的熔化过程进行了计算,提出了基于傅里叶数Fo与斯蒂芬数Ste的相变材料熔化进程预测拟合公式。本研究有助于推动固液相变储热技术的发展,为设计应用于植物工厂的太阳能光热相变储热器提供参考和指导。

基于主从博弈的多虚拟电厂动态定价与优化调度

在“双碳”背景下,分布式可再生能源以及储能、需求响应等灵活性资源快速发展,虚拟电厂通过控制技术将分布式资源高效整合,提高了分布式能源发电效益。随着社会资本进入电力市场,不同虚拟电厂将会属于不同的投资商,形成多主体博弈格局,根据投资商投资偏好,虚拟电厂将由不同灵活性的资源构成。为兼顾虚拟电厂运营商和虚拟电厂利益,文章构建了运营商和多虚拟电厂双层主从博弈模型,考虑上层定价与下层出力的相互影响,研究运营商动态价格制定和虚拟电厂优化运行调度问题。下层以各虚拟电厂运行成本最小为目标,分别建立含有电储能、需求响应和氢储能的多虚拟电厂优化调度模型;上层以运营商利润最大为目标,结合下层出力计划进行虚拟电厂购售电价动态制定。采用粒子群算法迭代求解博弈模型,通过算例分析,该模型能够兼顾多主体利益,有效提高运营商收益并降低虚拟电厂运行成本。

高容配比光伏电站储能运行方式及其容量配置研究

随着光伏产业的不断发展,高容配比逐步成为光伏电站设计的主流趋势。针对高容配比子阵内部储能优化充、放电策略的问题,文章提出了一种基于工作模式识别的储能运行方式,以实现能量搬移和平抑波动两种非协同的工作目标。综合考虑光伏储能联合系统的发电收益、储能成本、波动特性、典型日类别等信息,构建了以全生命周期净现值最大和平抑波动效果最优为目标的储能容量优化配置数学模型。以东北某大型光伏电站1.8容配比的1 MW光伏子阵作为案例研究对象,优化得到的最佳储能容量为700 kW·h。不同典型日的仿真结果表明,文章所提出的储能运行方式及配置模型可行有效。

基于MPC的光电热联合系统建模与控制优化

为解决我国北方地区冬季采暖产生的能源消耗与环境污染问题,改善光资源丰富、较丰富地区光能利用率不足的现状,充分利用谷电和日照优势,针对太阳能利用与建筑采暖相结合的分布式能源系统性问题,提出一种基于TRNSYS动态建模与数值建模相结合的光电热联合供暖系统。综合考虑小范围内供暖温度的时滞性以及系统各设备的出力情况,联合Matlab搭建模型预测控制器(MPC),提出一种基于MPC的误差实时校正优化控制策略。分析表明:采用MPC的控制优化,在热负荷跟踪方面,最大误差降低4.16%,平均误差降低2.79%;在室内温度控制方面,最大偏差降低1.2℃,平均偏差降低0.2℃;在太阳能利用占比方面,太阳辐射强度趋近于800 W/m^(2)时,太阳能利用占比差距达最大8.9%。分析结果说明该系统可以更快速、更准确地跟踪建筑热负荷波动,并且有效抑制室内温度波动,提高清洁能源的利用率。

市电、光伏互补相变蓄能电供暖系统柔性负荷调节能力分析

随着我国可再生能源的跨越式发展,新能源电力消纳问题日益突出。文章构建了市电与光伏互补型相变蓄能电供暖系统,搭建了该系统动态热性能的数学模型,设计了系统的热电负荷柔性调节控制策略。针对北京市某低碳建筑进行情景分析,模拟研究了该系统的光伏消纳能力和柔性负荷转移能力。结果表明:在室内温度维持在18℃的情况下,采用屋顶光伏的系统能够降低案例建筑93.9%的峰电消耗量及23.9%的一次能源消耗量;与无光伏系统相比,使用不同安装形式及面积的系统,峰电消耗量能够降低75.1%~97.4%,且蓄电容量的提升对系统的柔性负荷转移能力提升有着显著作用,当蓄电池容量大于15 kW·h时,提升效果逐渐减小。

基于超级电容与蓄电池混合储能的光伏应用

光伏发电系统的不稳定性严重影响储能系统的使用寿命。文章基于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)实现超级电容的荷电状态(State of Charge,SOC)估算,并根据光伏输出的实时功率和超级电容的SOC,提出一种新型可控拓扑结构,实现超级电容与蓄电池的混合储能,减缓了蓄电池充电电压突变的影响。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,结果表明,在混合储能策略下,EKF估算SOC的误差在4%以内,明显抑制了蓄电池输入端电压的波动,可有效降低光伏输出不稳定性对蓄电池使用寿命的影响。

考虑风光不确定性的综合能源系统容量-成本两阶段规划优化研究

针对综合能源系统规划面临可再生能源波动性强、出力不确定性等问题,文章提出了一种考虑风光不确定性的综合能源系统容量-成本两阶段规划优化方法。首先,运用拉丁超立方抽样生成基础风、光场景集,并基于改进的k-means算法进行场景削减;其次,以运行成本最低、碳减排最优、污染物减排最优构建多目标优化模型;最后,提出系统容量-成本两阶段规划优化求解策略,并选取南方某商业园区进行规划仿真。仿真结果表明,文章所构建的综合能源系统两阶段规划模型能够在保证系统经济性的同时兼顾环保性,并满足用户多种用能需求。

太阳能-空气源热泵热水系统新型组合优化设计

太阳能-空气源热泵热水系统(solar-air source heat pump hot water system, SAHWS)常用于宿舍楼宇供暖,通过对系统参数的优化设计可显著提高系统能效性能与环境友好性。为得到一种综合考虑SAHWS经济、能源、环保与节能的优化方法,提出了一种新型组合优化设计策略,并利用TRNSYS软件搭建系统仿真模型,以西安、西宁、拉萨这3座不同太阳能资源等级城市为例,对SAHWS运行工况对比分析。结果表明:与常用生命周期成本设计相比,所提出的组合优化设计不仅降低了系统成本,还有着较低的系统能耗;组合优化设计的热泵能耗与工作小时数最短,且有最低的热损,在投资成本、系统季节性能因子、太阳能保证率以及碳粉尘、二氧化碳排放量均有较好表现。

吸收式热泵-太阳能联合供热系统性能影响因素研究

为提高供热系统的供热能力,以吸收式热泵-太阳能联合供热系统为研究对象,通过分析联合供热系统原理并建立供热系统热力模型,对供热系统性能影响因素进行了分析。仿真结果表明,吸收式热泵-太阳能联合供热系统性能受多种干扰因素影响,包括聚光型集热器面积和流量、吸收式热泵容量和蓄热水箱容积。其中,增加聚光型集热面积和吸收式热泵容量,减小聚光型集热器流量和蓄热水箱容积,可有效降低平板集热器进口温度,提高平板集热器集热效率,使供热系统供热温度和供热量增加,进而提高供热系统供热能力。

太阳能光热+市电耦合相变蓄能供暖系统测试分析

在环境污染和能源危机的双重背景下,太阳能是建筑供暖的首选能源。以太阳能光热+市电耦合相变蓄能(源侧及负荷侧)供暖系统为例,研究入口参数对相变蓄热装置蓄热过程的影响及有无相变蓄热地板对室温的影响。结果表明:提高入口温度和入口流量有利于缩短相变蓄热所需的时间;有相变蓄热地板的房间温度波动更平稳,舒适度更高。

光伏幕墙辅助双源热泵系统在不同地区的多目标优化配置

为克服单一可再生能源应用的局限性,提出一种光伏幕墙辅助双源热泵系统。利用TRNSYS建立仿真模型,以系统能耗和生命周期成本为目标函数,采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),对不同地区系统配置规模进行多目标优化设计,并利用加权和法确定均衡解。结果表明:哈尔滨、长春、沈阳3个地区优化后的系统运行能耗比优化前分别增加5.9%、5.0%和3.9%,生命周期成本降低13.6%、17.1%和12.9%;与单目标优化相比,多目标优化在兼顾性能的前提下能明显降低生命周期成本,具有明显的优势。

长三角地区集中式露地农业光伏方阵夏季光热环境试验研究

基于太阳照度和环境温度逐时变化,以长三角地区的集中式露地农业光伏方阵为研究对象,在跨度为6.8 m的单跨方阵中沿从南到北的跨度方向取0.65、3.40、6.15 m处的3个和长度方向共面的测试断面,即南区、中区、北区。基于此,进行夏季方阵内外的光热环境测试,分析并明确光伏组件下方区域的光热环境变化规律,为其太阳能资源合理利用、结构改进和夏季农业生产管理提供参考。结果表明,该地区光伏方阵夏季内部3个区域光热环境呈现规律性差异,整体表现为北区略优于南区,中区优于南、北两区。综合考虑作物生长的光热环境需求,一方面可通过结构改进、种植方式优化等方式改善或利用好内部光环境;另一方面基于热环境规律,分类做好内部3个区的夏季灌溉等田间管理,从而推动光伏农业发展升级。

空气源热泵直接地板辐射供暖升温过程实验研究

空气源热泵直接地板辐射供暖系统以制冷剂为热媒直接加热地板,具有系统简单、传热效果好的优点。文中搭建空气源热泵直接地板辐射供暖实验装置,在0℃、-5℃和-10℃3种不同室外环境温度下,对毛细管地板辐射末端供暖升温过程进行实验研究。实验结果表明:室外温度为-5℃时,地板温度稳定基本需要120 min,同一根毛细管壁制冷剂蒸气入口端与出口端温差较小为1.55℃,而在20 mm厚水泥地板表面上其温差为1.73℃;室外温度为-10℃时,地板升温速度最慢为0.15℃/min,小室内空气升温速度为0.09℃/min,此时机组制热COP稳定在3.06。

面向综合能源协调的虚拟电厂调控平台设计与规划优化

为解决综合能源协调调度难题,文章提出了基于虚拟电厂调控平台设计和综合能源协调调度模型。通过分析虚拟电厂的基本网架结构,设计了虚拟电厂总体架构,分为资源层、平台层和应用层,并设计了网络架构和数据流架构。基于该架构建立了面向综合能源协调的虚拟电厂调度应用模型。针对模型内光伏、风力发电、电解器、燃料电池、氢气储能、电池储能,以可靠性指标作为切入点,提出了全生命周期内成本最小的目标函数。通过算例分析,验证了文章所提出的模型在可靠性和成本方面的优势。

均匀流场下平单轴光伏支架扭转气动失稳特征试验研究

由于发电量明显高于固定式光伏系统,平单轴光伏发电系统近些年得到了广泛的应用。平单轴光伏支架由于扭转刚度较低,在大风天气下容易出现扭转气动失稳现象,从而造成支架结构破坏。为了进一步深入了解该振动的发生条件和机理,本研究通过节段模型测振风洞试验研究结构自振频率、倾角、阻尼等参数对扭转气动失稳的影响,分析了气动阻尼和气动刚度随着风速和倾角的变化规律。研究表明,平单轴光伏支架的扭转气动失稳表现出较强的气动耦合效应,气动阻尼和气动刚度是影响平单轴光伏支架气动失稳的重要参数,对风速和倾角的变化较为敏感,该失稳现象具备自激振动的特点;扭转刚度的提高在某些倾角下可以有效地限制振幅,同时可提高结构在各倾角的临界风速;扭转气动失稳的倾角范围为-15°~20°,0°倾角附近临界风速较高,若采用小倾角进行保护时,建议将大风保护角度设为0°。