基于两阶段鲁棒优化的轨道交通自洽能源系统新能源-储能规划配置

“双碳”战略和“交通强国”战略使得轨道交通系统向着高效能、高弹性和绿色化的方向发展。轨道交通系统自身具有丰富的资源,通过在其路域铺设新能源,并根据需要配置储能,构建轨道交通自洽能源系统,可实现系统的资产能源化,助力系统向绿色化方向演进。但随机性轨道交通负荷与随机性新能源出力相交织,使得轨道交通自洽能源系统的规划配置面临难题。为此,该文构建了轨道交通路域风力、光伏以及牵引负荷的不确定集合,从而考虑了供需双向不确定性;在此基础上,以年均成本最小为目标函数,并针对牵引变压器等自洽能源系统的组分进行分析,形成系统内各组分应满足的约束条件,从而构建了适应轨道交通运行需求的新能源-储能规划配置两阶段鲁棒优化模型;针对该模型的特点,采用改进列和约束生成(improved column and constraint generation,IC&CG)算法予以求解。算例分析结果表明,所提出的模型可以使得系统的自洽率满足设定要求,并降低了系统的碳排放成本,对推进轨道交通绿色化具有积极的推动作用。

基于双回路反馈的光纤干涉式GIS局部放电超声传感系统研究

光纤干涉式GIS局部放电超声传感系统受到环境干扰,会导致超声检测灵敏度降低。基于单回路反馈的传感系统能够抑制振动干扰,但长时间工作仍会出现工作点漂移。文中首先分析了单回路反馈传感系统工作点漂移的原因,指出了压电陶瓷迟滞效应的影响;其次,搭建了基于双回路反馈的光纤干涉式GIS局部放电超声传感系统,引入了二次反馈回路以补偿一次反馈回路累积的低频相位调制误差;再次,通过振动干扰下的超声检测试验和GIS局部放电检测试验,证明了双回路反馈传感系统能够长时间保持稳定的超声检测灵敏度;最后,搭建了真型126 kV GIS局部放电检测试验平台,利用双回路反馈传感系统成功检测到了金属颗粒引发的局部放电和跳动声信号,检测到的最小视在放电量为5.2 pC。

基于预测负荷的暖通空调系统优化调度

随着我国“双碳”目标的提出,公共建筑能耗低碳化成为重点研究领域,其中基于冷热负荷预测结果优化供能系统调度策略是实现“按需供能”的有效技术手段。针对公共建筑,基于热阻法构建了冷热负荷预测模型,根据负荷预测结果,采用改进粒子群优化(PSO)算法对复合冷热源供能系统的负载、水网供回水温度和流量、阀门开度以及泵组启用台数进行迭代寻优,以供能系统运行成本、机组寿命和环保性为优化目标提出全工况最佳运行策略。基于研究成果对某公共建筑冬季供热系统进行节能改造,可在满足建筑热负荷、平衡水力工况和延长机组运行寿命的同时,分别实现降低泵组功耗10.66%、系统运行成本21.52%。结果符合理论实际,证明了所提方法的可行性与有效性,为公共建筑的按需供热、节能运行提供了有效参考。

硅基微柱簇阵列微通道流动沸腾实验研究

为实现硅基微通道流动沸腾换热强化,分别设计并加工了具有并联微通道、稀疏微柱簇和致密微柱簇结构的微通道换热器,以丙酮为工质开展热通量200~650 kW·m^(-2)的流动沸腾实验。结果表明,相较于并联微通道,稀疏微柱簇和致密微柱簇微通道具有更强的两相换热性能;在质量流速43 kg·m^(-2)·s^(-1)的条件下,稀疏微柱簇微通道与致密微柱簇微通道的平均传热系数分别可达到18.6和17.8 kW·m^(-2)·K^(-1),稀疏微柱簇微通道PEC最大可达到1.49。微柱簇阵列随热通量的增加呈现出三种不同流型,可视化研究表明,稀疏微柱簇内产生的汽相更倾向发生微柱簇绕流,而致密微柱簇内产生的汽相更倾向包裹住微柱簇,这使得前者表现出更强的两相换热性能。

弱交流系统下光伏经柔直送出系统的稳定运行极限及提升方法

弱交流系统下大规模新能源接入的柔直系统的稳定运行范围影响着系统的新能源消纳能力。建立了弱交流系统下光伏经柔直送出系统的稳态数学模型与状态空间模型,综合考虑了系统稳态运行约束和小信号稳定性约束,提出了系统稳定运行区域的计算方法,定量评估了不同送端交流系统短路容量和光伏出力下系统稳态约束范围与小信号稳定性约束边界的变化特征。研究发现随着送端交流系统短路容量的降低与光伏出力的增大,小信号稳定性约束在稳态约束范围的基础上进一步限制了系统的稳定运行区域。通过特征值分析和参与因子分析,研究了影响弱交流系统下小信号稳定性的关键影响因素,提出了一种附加频率阻尼控制策略,由此在一定程度上扩大了系统稳定运行范围。在PSCAD/EMTDC中搭建了弱交流系统下光伏经柔直送出系统的仿真模型,验证了理论分析和计算结果的正确性。

基于主动尾流控制的风电机群协同优化调度

针对机组间尾流效应严重影响风电机组发电效率的问题,提出了风电机组安全偏航约束计算方法、尾流特性混合半机理建模方法以及风电机群多目标协同优化调度方法。基于FAST.FARM平台完善了多自由度可控机组与尾流的动态交互集成仿真环境,对比分析了2台机组串列式排布以及华东地区某海上风电场7台机组实际排布下的协同运行优化性能。结果表明:所建立的集成仿真模型能够合理表征风电机群与空气流场的多领域动态交互特性,所提方法能够有效提升风电机群发电效能,促进经济效益、资源利用和成本控制的均衡优化。

基于LeNet5like的迁移学习风电机组叶片覆冰故障诊断研究

针对海上风电场和高海拔地区风机机组的叶片覆冰故障模型精度低、建模速度慢等问题,提出一种基于LeNet5like的迁移学习风电机组叶片覆冰故障诊断方法。首先,整合监控和数据采集系统的记录数据与风机覆冰情况进行预处理,建立训练数据集;其次,基于改进后的LeNet5like网络构建覆冰故障诊断模型,提取数据集中多变量间的相关性特征信息;然后,经网络参数微调迁移学习对模型进行训练,实现对其他风机覆冰故障诊断模型的快速建立;最后,经实验验证,该模型覆冰故障诊断准确率为98.90%,较无迁移模块网络训练时间缩短28 s,提升约15.91%,验证了基于LeNet5like的迁移学习风电机组叶片覆冰故障诊断方法的精确性和快速性。

CDR风力发电机多领域耦合动态建模及全工况分层协同控制

针对一种串列式双叶轮(CDR)风力发电机,基于自由涡尾迹理论提出前后叶轮串列式布局下后叶轮入流风速建模方法,首次建立了包含前后叶轮、传动轴系和塔筒等关键子系统的“气动-传动-电气-支撑件”多领域耦合动态模型;考虑CDR风力发电机结构及特性,以风力机安全运行和最大出力为目标,设计整机分层协同控制架构;采用Fortran语言开发适用于不同容量等级CDR风力发电机的精细化仿真软件,结合高性能服务器搭建仿真实验平台。为验证方案有效性,配置某典型2.7 MW CDR风力发电机设计参数,依据国际电工委员会(IEC)标准开展全工况载荷分析及性能验证。结果表明:所建立的整机模型可准确反映风力机各子系统间的耦合动态特性,所提出的分层协同控制方法在安全载荷范围内具有良好的最优功率曲线跟踪性能。

共享储能模式下电动汽车充电站双层优化运行策略

在电动汽车持有量快速增长的背景下,电动汽车充电站的建设需求日益强烈。为了提高充电站运行经济性,文中提出接入共享储能的电动汽车充电站优化调度方法。首先,分析分布式储能和共享储能的运行模式,以充电站年投资成本和年运行成本最低为上层目标函数,以典型日运行成本最小为下层目标函数,构建考虑储能不同运行模式的电动汽车充电站双层优化调度模型。其次,对3个具有差异性的电动汽车充电站进行仿真,并将多个场景下的不同储能运行模式进行对比。然后,在此基础上,针对共享储能服务费以及电动汽车放电损耗进行灵敏度分析。最后,算例表明,共享储能的接入对降低电动汽车充电站规划和运行成本具有积极作用,合理的储能服务费定价和电动汽车放电损耗成本能减少充电站运行成本。

构网型直驱风机的小信号建模及动态频率支撑策略

针对传统构网型直驱风机在大扰动下的频率和功率振荡较大的问题,提出一种动态频率支撑策略。首先对构网型直驱风机进行了详细的小信号建模。其次,通过主导特征根轨迹分析有功频率控制以及交流电压控制环节中参数对频率变化特性的影响,进而提出一种灵活改变控制参数的动态频率支撑策略。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上搭建仿真模型,验证了小信号建模的正确性和所提策略的有效性,表明所提策略能有效减小动态过程中的频率和功率振荡。

基于多孔介质理论的35kV油浸式变压器热点简化计算

低电压等级的油浸式变压器绕组往往由漆包圆线绕制而成,其温升及热点的准确计算需要考虑漆包圆线间的缝隙对油流及温升的影响,而精细建模时建模工作量和数值计算量都非常大。针对这一问题,提出将多孔介质理论应用于油浸式变压器简化建模的思路。首先验证了多孔介质理论应用于油浸式变压器热点计算的有效性。其次,基于多孔介质理论建立35 kV油浸式变压器绕组的简化模型,采用Fluent软件计算出其温升热点分布。最后将变压器的多孔介质理论简化模型所得的仿真结果与光纤测量结果进行对比。结果表明仿真与实验的热点温度误差在4℃以内,热点位置与实验结果保持一致,验证了多孔介质理论简化模型计算方法的准确性。多孔介质理论的应用为大规模变压器3维流-热耦合提供了新的计算思路,有助于工程实际中变压器热点温度的简化计算。

交流电压下油纸绝缘放电发展过程中电-磁-声特征参量的变化规律

沿面放电是变压器油纸绝缘结构最严重的放电故障类型之一。为了准确获取交流电压下油纸绝缘沿面放电发展过程中特征参量的变化规律,搭建了沿面放电发展过程模拟试验平台并建立了1套能够满足对放电发展过程中电、磁、声这3种物理量同步在线监测需求的测量系统。在此基础上,提取沿面放电发展过程中多物理参量的典型特征,通过对特征参量全过程幅值变化规律的分析对放电过程进行阶段划分,并给出相应的阶段特征及机理概述。试验结果表明,通过分析多参量典型特征及变化规律可以将沿面放电发展过程划分为4个阶段:微小能量放电阶段、低能量放电阶段、高能量放电阶段、临近击穿阶段,阶段特征与电荷分布及绝缘材料耐受强度有关。相比常规单参量监测手段,多参量同步检测方法为变压器沿面故障诊断和及时预警提供了更可靠准确的参考依据。

基于尾流判定的风电场偏航角分群优化控制

为了优化风电场整体的功率输出和疲劳载荷,提出分群优化方法。建立风机尾流干扰的神经网络判定模型,以风机的相对坐标和来流风速作为特征值来判断风机之间是否存在尾流干扰;引入连通分量分解算法,将风电场划分为多个互相无尾流干扰的气动解耦机群;采用改进的自适应评估粒子群算法,以提升功率和抑制载荷为目标对所有机群进行并行优化。结果表明:与贪婪算法和整体优化方法相比,所提分群优化方法在功率提升和载荷抑制方面的效果均较好,且其稳定性更好。

计及尾流的风电场智能等效建模及偏航优化控制

大型风电场中存在的尾流干扰会降低风电场整体输出功率,因此需要对风电场建立等效模型,并通过优化尾流分布来提升风电场整体功率输出能力。在所提出的新型风电场偏航优化框架中,提出了一种利用参数监督学习和正则化技术改进的径向基函数神经网络算法,并建立了面向多自由度偏航控制的风电场功率转换智能等效模型。在该模型的基础上,定义了以风电机组偏航角为决策变量的场级最大输出功率优化问题,提出了一种改进的精英多种群遗传算法并进行优化求解,得到各机组偏航角优化值以减少机组间尾流干扰。利用实际风电场布局和风况数据进行了仿真测试。结果表明:所建立的风电场功率转换智能等效模型与其实际特性吻合良好,在特定风况下,偏航优化控制使得风电场总功率提升718.79 kW;连续风况下,所提优化控制方法在不同风况下均有明显的优化效果,风电场总功率平均提升1208 kW,验证了所提出的新型风电场偏航优化框架在提升风电场整体输出功率上的优越性。

正极性重复方波电压下有机硅凝胶内局部放电起始特性及影响因素研究

高压大功率绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)器件封装用有机硅凝胶的绝缘性能制约着器件的绝缘性能,目前针对器件所承受的正极性重复方波下有机硅凝胶内局部放电起始特性及影响因素的研究较少。文中建立了正极性重复方波电压下有机硅凝胶内局部放电实验平台,采用光电联合检测法获得了正极性重复方波下有机硅凝胶内局部放电起始特性并分析了机制,初步掌握了正极性重复方波波形参数包括上升时间、下降时间、占空比和频率对有机硅凝胶内局部放电起始电压PDIV(partial discharge inception voltage)和放电瞬时电压的影响规律。结果表明PDIV随上升时间变化不大,但200 ms处较150 ms处下降了10.4%,当下降时间大于100 ms时PDIV呈近似线性上升趋势,当占空比在30%~70%之间时保持相对稳定,随着频率增加PDIV在100 Hz处存在极小值。文中研究成果对于器件应用工况下IGBT器件内部封装用有机硅凝胶绝缘特性的认知具有一定的指导意义。

动车组车顶隔离开关用支柱绝缘子污秽状态下的电场分布特性研究

研究污秽状态下支柱绝缘子的电场分布特性有助于理解其放电机理。文中以FQJG2-30-16-400-M型车顶复合支柱绝缘子为研究对象,进行如下研究:对绝缘子表面进行淋雨试验,同时施加40 kV工频电压,靠近金具部分的伞裙首先发生闪络,且出现了干燥带,伞裙边缘形成大粒径的水珠时,容易引发表面放电。利用COMSOL有限元分析软件在绝缘子靠近金具的伞裙表面设置干燥带和水珠,护套表面存在干燥带时,电场畸变明显,杆径处的干燥带场强最大,上表面干燥带场强大于下表面干燥带场强,干燥带场强最大值随着干燥带数量增加反而减小。绝缘子表面出现水珠时,水珠附近的场强明显增大,越靠近中轴线水珠表面电场强度越大。靠近高压端的水珠的最大电场强度受半径的影响较大,低压端则不明显。

太阳能被动式通风与建筑相变蓄热耦合技术研究进展

太阳能被动式通风(Solar Passive Ventilation,SPV)技术与建筑相变蓄热(Building Phase Change Heat Storage,BPCHS)技术是当前建筑节能的有效策略,两者有机结合能够显著提高太阳能利用效率、降低建筑能耗与改善室内热环境。通过对国内外有关文献调研分析,概述了太阳能被动式通风与建筑相变蓄热技术各自原理与分类,同时阐述了技术特点及其研究进展。基于太阳能被动式通风与相变蓄热在建筑应用的现状,论述了相变蓄热强化太阳能被动式通风原理及其有机耦合形式,包括相变Trombe墙、相变烟囱、相变通风屋顶等多种结合方式。此外,为了有效反映被动式通风特征与相变蓄热耦合流动-传热过程,系统总结了通风数值模型、相变蓄热求解模型以及耦合系统模型与相关实验研究。概括了太阳能被动式通风与建筑相变蓄热耦合(SPV-BPCHS)技术关键影响因素及其评价指标,指出了其对建筑室内热环境影响特性。调研结果表明,SPV-BPCHS技术能有效降低建筑能源消耗、提高太阳能建筑利用率和改善室内热环境效果,但仍应加强对高效低碳材料的研究及耦合技术稳定性研究,同时该耦合技术实验可行性也需要进一步验证。将为提高太阳能利用率和建筑室内环境耦合强化提供新的技术途径。

GIS绝缘子表面金属异物附着缺陷局部放电UHF信号间歇性与有效检出率分析

局部放电特高频(UHF)方法检测局部放电(PD)是当前评估气体绝缘开关设备(GIS)状态和绝缘性能的重要手段之一。本文为解决局部放电UHF检测出现大量漏报和误报的问题,通过开展GIS绝缘子表面金属异物附着缺陷长期恒压实验,结合现有UHF检测策略对放电信号的成功捕捉概率进行分析,从检测时长和检出阈值两方面对现有UHF信号的检测策略提出了优化方案。结果表明:绝缘子表面金属异物附着缺陷局部放电具有间歇性特点,现有UHF带电检测及在线监测策略对放电的检出概率均不高。针对带电检测策略进行优化,延长检测时长至2247s,有效放电的捕捉概率可达85%;针对在线监测策略进行优化,延长形成一个局部放电事件(PDEvent)的测量时间和降低其检出阈值皆可增大PDEvent的检出概率,工程应用中可选择合适的测量时间和检出阈值相组合的方式来进行间歇性放电的检测。

基于A-MPC的MMC-HESS平抑光伏功率波动优化策略

为更好地解决光伏功率波动问题,提出一种光伏功率波动平抑及功率指令分配优化策略。首先,结合模块化多电平换流器-混合储能系统MMC-HESS(modular multilevel converter-hybrid energy storage system)提出自适应模型,预测控制实时平抑光伏功率波动,根据储能状态自适应调整目标函数;然后,提出霜冰算法优化的变分模态分解算法,双重分解储能总出力,完成MMC-HESS功率的初次分配;最后,通过充放电一致性优化、功率调整及模糊控制对功率分配指令进行双层优化。算例验证结果证明,所提策略能够有效平抑光伏功率波动,保护储能和优化HESS运行。

相变蓄热对光伏相变复合围护结构隔热及发电性能的影响

基于光伏发电和相变蓄热耦合特性,提出了光伏相变复合建筑围护结构,并进一步分析相变蓄热对复合围护结构性能的影响规律。首先构建光伏相变复合围护结构热流传递模型,然后探究相变层结构位置、相变温度以及相变厚度对其发电能力和隔热效果的影响。在此基础上,通过对比传统围护结构和复合围护结构的热工特性,阐述复合围护结构调节室内环境负荷及节能潜力。研究表明,相变蓄热对于光伏相变复合围护结构发电和隔热性能具有较大影响。相变材料越靠近室内其隔热效果越好,室内温度表现出向相变温度靠近的趋势;相变材料靠近光伏板意味着可以更充分地储存热量,光伏发电量也就越高。其中相变材料靠近光伏板时发电量为1263.06 J,较光伏围护结构有明显提升。同时相变材料的厚度在40 mm时发电量达到最大值,较10 mm时的工况提升了0.55%。此外,在一个运行周期内,光伏相变复合围护结构显著降低了建筑冷负荷,表现出较好的隔热与节能效果。