电-气互联系统预测-校正型仿射能流算法

综合能源系统能流耦合渐趋紧密,与此同时可再生能源和负荷需求的强不确定性对系统能流分析提出了挑战。因此,提出一种电-气互联系统(IEGS)仿射型区间能流算法,在仿射能流计算结果中保留噪声元特征,通过噪声元系数分析各独立不确定因素对系统状态变量的影响程度。建立电、气子系统仿射模型及能流方程。提出基于域收缩思想的IEGS预测-校正型仿射能流算法,根据灵敏度对状态量的解域进行保守的预测,并构建优化模型对解域进行压缩校正。同时,采用多能流分布式迭代方法进行求解,其无须考虑复杂耦合网络中的多能流计算顺序。最后通过仿真验证了所提方法在保守性、计算效率方面的优势,并量化分析了不确定因素对系统状态量的影响。

考虑能流-物流耦合的港口综合能源系统规划关键技术及挑战

能流系统和物流系统深度耦合是未来港口综合能源系统(port integrated energy system,PIES)的关键特征之一,开展考虑能流-物流耦合的PIES规划对港口绿色低碳转型具有重要意义。该文首先从传统港口、绿色港口、近零碳港口3个典型阶段展现PIES的形态结构演变,阐述其发展现状和趋势;其次,分析港口物流系统的用能时空可调性,探究PIES能流-物流耦合机理;在此基础上,分析并构建考虑能流-物流耦合的PIES规划一般性模型,提炼并对比跨(港)区级、港区级和码头级3个层级的PIES规划模型特点和建模要素,梳理并评述不同层级PIES规划关键技术的研究现状;最后,着眼于当前考虑能流-物流耦合后PIES规划中的突出问题,对其未来可能发展方向及挑战进行展望。

电-气互联系统仿射能流交替递归计算方法

在源荷不确定性日益显著的背景下,不确定性能流计算对电-气互联系统能源优化调度具有重要意义。针对天然气网络仿射能流算法面临的仿射数矩阵求逆运算复杂、难以适用环网等问题,该文提出一种天然气网络全纯嵌入仿射能流方法。在此基础上,根据耦合设备处的能量流动对电、气子系统能流方程进行重构,构建全纯嵌入的电-气仿射多能流模型。为降低多能流计算的初值依赖性、提升多能流计算效率,提出一种仿射能流交替递归计算方法,将电网空载状态的状态量初值作为多能流计算起始点,基于各仿射型状态量的幂级数系数递推关系,以交替进行的方式逐阶递归计算电网、气网和耦合设备的仿射型状态量幂级数系数,求解电-气互联系统的能流分布区间。仿真结果验证了所提方法在算法保守性、收敛性和计算效率等方面的优势。

不同能流密度下中等能量发散式冲击波治疗跖筋膜炎的短期疗效分析

目的:分析不同能流密度下中等能量发散式冲击波对跖筋膜炎的短期影响。方法:回顾性分析2017年1月—2021年10月经中等能量发散式冲击波治疗的213例跖筋膜炎患者的临床资料,按0.12m J/mm^(2)治疗者73例(A组);0.14 m J/mm^(2)治疗者71例(B组);0.16 m J/mm^(2)治疗者69例(C组)。评价指标为治疗后第4周疼痛视觉模拟评分(visual analogue scale,VAS)及美国矫形外科足踝协会(American Orthopedic Foot and Ankle Society Score,AOFAS)踝—后足功能评分较治疗前的变化;通过治疗前后AOFAS评分差值评价组间疗效差异。建立回归模型探究疗效优良的相关因素。结果:三组在性别、年龄、单双侧、患病时间及BMI无显著性差异,所有患者治疗后无不良反应。三组患者的VAS和AOFAS评分治疗前后均有显著改善(P<0.001);组间AOFAS评分的差值有显著性差异(P<0.05)。逻辑回归表明:年龄(OR=0.946,P<0.05)和患足的单双侧(OR=0.102,P<0.05)可能是影响疗效的危险因素。结论:中等能量发散式冲击波治疗跖筋膜炎能在短期内取得较好疗效,但能流密度(0.12—0.16m J/mm^(2))可能不是决定疗效的关键因素。

基于供冷/热系统质-量调节的区域综合能源系统动态最优能流计算

区域综合能源系统(regional integrated energy system,RIES)的最优能流计算是求解RIES的设备配置、优化调度、故障分析等问题的基础。考虑供冷/热和供气管道传输能量的动态特性,建立RIES动态最优能流计算模型,其中基于特征线法获得了供冷/热管道和供气管道动态偏微分方程的代数解析解。针对基于供冷/热系统质–量调节模式下管道能量传输时滞变量造成RIES的动态能流计算模型难以求解的问题,提出采用分段插值法获得供冷/热管道两端节点温度之间关系的近似表达式并加入动态最优能流计算模型中。此外,针对优化模型中供冷/热系统的流量与温度相乘的双线性项,提出一种能够缩紧松弛间隙的分段凸包络松弛方法将原混合整数非线性优化模型转化为混合整数二次约束规划模型,能够在保证计算精度的同时实现高效求解。最后以某个RIES算例进行分析,验证了所提方法的计算准确性和高效性,并与常用的质调节模式相比,表明在供冷/热系统质–量调节模式下能找到经济性更优的RIES运行点。

追踪源荷实时变化的仿射最优电-气能流在线计算方法

随着新能源渗透率的逐步提高,电-气互联系统的运行态势更为复杂多变。为响应源荷的实时变化,该文提出一种仿射最优电-气能流在线计算方法。首先,利用泰勒展开与隐式有限差分法构建天然气动态模型,并采用流速基值自适应校正方法提高模型准确性。其后,利用仿射算术描述系统的源荷不确定性,将最优能流由确定域拓展至仿射域,构建仿射最优电-气能流模型。在此基础上,通过离线优化获取最优调度方案关于噪声元的仿射解析表达式,利用噪声元追踪源荷的实时变化,进而在线获取决策方案。所提方法依据即时信息快速决策,可满足实时调度需求。最后,通过算例分析验证了所提动态模型的准确性,表明所提在线方法的调度性能接近具有完备预测信息的最优调度。

计及压缩机运行域的动态最优电-气能流凸化算法

压缩机是电-气互联系统的关键元件,其运行工作点是否位于运行域内关系到系统的安全稳定运行,同时其模型非凸性大幅增加了最优电-气能流的求解难度。为此,该文在压缩机准确建模的基础上,针对电力和天然气系统迥异的传输特性,提出一种计及压缩机运行域的动态最优电-气能流凸化算法。首先,根据压缩机运行参数与状态变量间的映射关系,构建压缩机三维运行域模型,并利用超平面实现运行域的凸包络松弛。其次,考虑差异化传输特性建立动态最优电-气能流模型,实现模型的混合整数二阶锥凸重构,并提出一种基于动态线性化与紧缩凸包络的凸化算法。最后,算例验证所提模型的有效性,表明所提算法在计算精度和效率上均优于连续锥规划算法。

基于Sinkhorn分布鲁棒优化的综合能源系统最优能流方法

针对风电接入综合能源系统所带来的不确定性问题,提出一种基于Sinkhorn分布鲁棒优化的动态最优能流模型及求解方法。将风电的不确定性描述为包含概率分布信息的模糊不确定集,并将其构造为以风电出力经验分布为中心,以Sinkhorn距离为半径的Sinkhorn球。采用二分搜索的批量梯度下降法求解,以降低风电不确定性所带来的影响,并减少计算复杂度。算例结果表明,所提方法与随机优化和传统鲁棒优化方法相比,能更有效地平衡系统的鲁棒性与经济性。此外,所提方法在不同样本规模下的计算时间及目标函数均优于Wasserstein方法。

综合能源系统建模与能流计算方法研究综述

围绕综合能源系统的能流计算问题,从网络模型及求解、不确定性能流分析方法2个层面综述了各类能流计算方法。首先,在综合能源系统网络特性建模方面,讨论了偏微分方程模型、动态特性模型和稳态特性模型及其求解方法。其次,归纳了应对系统外部输入不确定性的概率和区间2类传统能流分析方法,以及概率-区间混合不确定性能流分析方法。最后,从工程应用角度分析当前综合能源系统能流计算的难点与热点,进而对其发展方向进行展望。

楮岛沙滩不同时间尺度变化特征与波能流密度相关性探讨

在波浪和水流的作用下,泥沙在不同时间尺度下的运动会引起沙滩的冲淤演变,对海岸资源有重要的影响。因此,了解沙滩季节性演变规律,并采取针对性的防护措施,是近岸沙滩亟须解决的问题。目前,现场观测是研究沙滩剖面冲淤演变的重要方法,通过沉积物组成、岸滩坡度及波浪动力的时空变化,了解沙滩剖面的变化特性,对于沙滩管理和海岸保护具有十分重要的意义。基于2017年9月—2019年11月在荣成楮岛南岸沙滩每个月采集一次的剖面数据,以及波浪动力数据,分别探究了沙滩在不同时间尺度下的变化特征,并对沙滩变化特征与波浪动力因素的相关性进行了探讨。研究发现:楮岛南岸沙滩形态变化具有较强的季节性特征,春季沙滩比较稳定;夏季沙滩受台风影响侵蚀严重,但在风暴过后的短时间内,沙滩泥沙恢复较快;冬季沙滩恢复速度逐渐减缓并趋于稳定。在夏季和冬季期间,波能流密度的向岸分量对楮岛南沙滩的演变产生重要作用,而且波能流密度向岸分量的均值(选取数据采集前15d的波浪条件参与计算)与沙滩体积的相关性最好,并给出了两者的线性拟合公式。

基于全纯函数嵌入的电热综合能源系统动态能流分析方法

兼顾高精度与高计算效率的能流分析方法是模拟热力与电力耦合系统的运行、分析其相互影响的基础工具。传统迭代型数值解法计算速度慢、针对大规模问题的可计算性差,且只能获取离散时间序列下的状态变量值。另外,传统的电网潮流与热网动态潮流的数值解法不兼容,在进行动态能量流分析时往往采用交替迭代求解的方式,使得误差在迭代过程中传播。针对上述问题,提出一种基于全纯函数嵌入的电热综合能源系统动态能流分析方法,通过递归计算获得系统状态变量关于时间的连续解析函数,并在计算过程中采用电网和热网统一求解的方式,实现对电热综合能源系统的求解。仿真结果显示,与Matlab求解器相比,计算结果的最大误差在3%以内,计算速度提升30%以上;与传统迭代型数值算法相比,该算法能够计算出动态过程中任意时刻的系统状态。

中国能源系统能流、㶲流与能效分析

能源领域贡献了中国近90%的碳排放,对能源系统能流与能效的多维刻画及分析对碳中和路径的顶层设计具有极其重要的作用。能量具有“数量”与“品质”的双重属性,将能量的数量分析法和品质分析法相结合,分别从热力学第一定律能流和热力学第二定律㶲流的视角,研究并刻画了2010年和2020年中国能源系统的能流图和㶲流图。并从能源生产、加工、转换、消费等角度,对比分析了中国能源系统能源各链条能流、能效与损失的特征。发现2010年和2020年中国终端能源效率从74.52%提升至79.04%,同时能源结构向绿色低碳转型。但同期中国能源系统的㶲效率仅分别为17.44%和23.91%,能源转换的㶲损失仍较大,存在大量的电能低质利用、热能不匹配利用、能源原料燃烧利用等过程。最后,就双碳目标下中国能源效率从能流视角走向㶲流视角的提出了相关建议。

基于热电效应高倍聚光焦面能流密度测量研究

焦面能流密度分布是评价太阳能聚光器聚光效果的关键因素,对聚光太阳能电池或热发电接收器的设计、安装和传热分析等起到了决定性作用。利用铠装热电偶高温测量的优势,提出基于热电效应原理的能流密度分布间接测量方法。通过ANSYS软件构建铠装热电偶的传热模型,将聚光太阳能能流作为输入,对其稳态传热过程进行分析,得到能流密度与输出温度之间的热力学函数,利用此函数的反函数开展高倍太阳能聚光焦面能流密度的测量。研究了风速和环境温度对模型的影响。结果表明:风速对该函数关系影响较大,环境温度影响很小。采用菲涅尔透镜搭建实验系统,对模型进行了验证,能流密度大于600 kW/m^(2)时,实测数据与模型的相对误差在5%以内,模型的准确度较好。

壁湍流的复合减阻及能流分析

湍流减阻的技术与机理具有重要的科学和工程意义。近年来,研究者对壁湍流的减阻策略和机理开展了多方位探索。本文回顾了摩阻的能流分析框架,该框架将摩阻系数和能量耗散率定量地结合了起来,清晰地给出了驱动能量和控制能量在相干、随机和平均流动中的耗散原理,该框架的分析思路对复杂控制情况仍然适用;介绍了展向对吹射流引发的大尺度环流减阻方法,该方法可有效地完成速度条带的卷并,抑制流向涡的生成,减弱近壁湍流强度,在摩擦雷诺数为180的槽道流中可达到最佳约19%的减阻率,实现了通过输入相干能量减小湍流随机耗散的控制目标;展示了结合大尺度环流和壁面吹吸气的复合控制方法的优势,该方法实现了远超单一控制方法的减阻效果,在摩擦雷诺数为180时达到最佳约33%的减阻率和32%的净能量节省率。在前人研究的基础上,本文检验了在含肋壁面上施加大尺度环流控制的复合方案,验证了大尺度环流控制的鲁棒性,发现壁面小肋能够在一定程度上减小大尺度环流二次涡的影响,从而有效提升壁面小肋的减阻效率。

基于能流和碳流的文成县低碳发展路径研究

针对我国各地开展精细化碳流分析的需求,提出了一种符合我国能源结构、能够快速精细分析的能源电力分析模型和碳分析模型,并提出了相应的构建计算方法,实现了对煤炭、石油、天然气等化石能源和光伏、风电、核电等清洁发电的全覆盖。以文成县为典型案例,基于能流和碳流模型,依据能源供给、能源传输、能源消费等数据信息分析了文成县的能源系统,并从碳排放总量、碳排放结构、碳排放强度和碳排放趋势方面构建文成县全域的碳排放流。通过量化能源传输和消费过程中的碳流情况,直观展现文成县能源结构和碳排情况,并提出了文成县未来低碳发展路径。分析结果表明,文成县处于“负碳”状态,产业碳排放承载空间和终端电力替换空间巨大,亟待建立配套机制,发挥碳资产资源优势。实际案例证明了能流和碳流模型能够快速完成地区能流碳流的精细化分析,有力支撑地方双碳规划。

电–热综合能源系统仿射型区间多能流算法

针对综合能源系统区间能流算法仅能分析多个不确定性因素共同作用的结果,而无法量化分析各不确定性因素的传递过程及其对系统状态量影响的不足。该文采用仿射算术建立系统不确定性模型,提出电热综合能源系统仿射型区间能流算法。首先,基于泰勒公式简化热网温度方程,建立仿射形式的热网温度传递模型,进一步地,计及耦合元件的不确定性,建立电热综合能源系统仿射模型。在此基础上,考虑管道流量约束进行多源互补,提出热网仿射能流前推回代算法;同时,以耦合元件的仿射功率作为电热网络间的边界条件,提出电热互联系统仿射能流的并行迭代方法。最后,基于IEEE33节点配电网与23节点配热网构成的电热互联系统,分析不同节点负荷变化对系统状态量的影响程度以及电–热系统之间的交互影响过程,验证该文所提方法的可行性和优势。

基于气候变化的线性菲涅尔聚光系统能流密度分布规律

文章针对小型线性菲涅尔聚光系统设计了一套能流密度测试装置,研究了呼和浩特地区风沙大和纬度高等特点下系统能流密度的变化。结果表明:线性菲涅尔聚光系统的能流密度存在明显的季节性差异,夏季在11:00-15:00焦平面的平均能流密度较高,而春季和秋季在9:00-10:00和15:00-16:00焦平面上能流密度较高,冬季9:00-10:00的平均能流密度较高,夏季焦平面上的平均能流密度比冬季高2.27 kW/m^(2)。反射镜表面连续积尘54 d后,焦平面上的能流密度下降了62.7%,以镜面积尘密度作为量化指标发现,镜面积尘密度每增加1 g/m^(2),焦平面上的平均能流密度就会下降0.63 kW/m^(2)。该研究可为小型线性菲涅尔聚光系统在干旱高纬度地区运行维护提供数据参考。

无线电能传输中的坡印廷能流类型研究

磁共振无线电能传输技术是近年来理论和应用研究的热点。从麦克斯韦方程和电工学理论出发,将磁共振无线电能传输系统的发射和接收视作非接触变压器,运用对偶原理和传输线理论的分析方法,对比研究了非接触变压器内传导和辐射两种类型坡印廷能流的分布和传播特点,并利用有限元仿真软件对结果进行验证。研究表明,在100 kHz的频率量级下,传导磁流所激发的传导坡印廷能流占据主导地位。工作频率越低,其电磁近场的储能越强,辐射越弱。该研究结论有助于人们更好地了解非接触变压器无辐射能流的特性,明确区分近场和远场坡印廷能流的不同特点;有助于解决无线电能传输技术的能量传播机理、能量场分布等重要且有争议的问题,推动该技术的发展。

高倍汇聚辐射光斑能流分布测量方法研究

本文提出了一种高倍汇聚辐射光斑能流分布测量新方法,采用辐射能流传感器测量光斑不同位置的能流密度,通过多项式拟合光斑不同位置的灰度与能流密度标定曲线,最终获得辐射光斑的能流分布,并详细阐述了辐射光斑能流分布的测量原理。为了验证测量方法的准确性和可行性,进行了高倍汇聚辐射光斑能流分布测量实验,并与辐射能流传感器测量结果进行比较。结果表明:该测量方法的测量结果与辐射能流传感器的直接测量结果一致,测量偏差小于0.54%,通过分析得出该测量方法的测量不确定度为4.35%,测量准确度较传统测量方法有所提高,满足实际应用需求。

太阳能油储维温系统动态能流分析

提高浮顶油罐内原油加热维温太阳能光热利用率为降低常规能源消耗及拓宽太阳能应用提供了一种新途径。建立太阳能油储维温系统长周期能流输运模型,分析太阳能油储维温系统能流特性,探索系统能量动态影响机制。结果表明:所建模型的模拟值与试验值的最大均方根误差变异系数和标准平均偏差分别为7.86%和7.29%,模型具备有效性;在真空管集热器、相变蓄热箱及辅助热源联合供热条件下,通过控制器协同调控系统使之实现稳定运行;原油平均温度高于设计温度和相变材料平均温度高于相变温度的时长分别占全年时长的74.9%和50.96%,相变蓄热箱和真空管集热器最大供热量占比分别为34.16%和67.07%。