计及成本和价值的长周期负荷侧调节能力投入策略

随着新型电力系统的发展,负荷侧调节能力建设日益受到关注,对于负荷侧调节能力成本、价值及其投入策略的研究,具有重要意义。基于近10 a来中国电力工业发展的基础数据,结合新型电力系统发展态势,分析了负荷侧调节能力需求的背景,通过对发用电两侧调节能力特点的比较,从电力系统整体角度梳理了负荷侧调节能力的投入所带来的增量价值,分析了负荷侧调节能力的应用价值盈余,进一步结合具体需求提出了3种长周期下负荷侧调节能力投入的优化策略模型,并进行了算例分析。结果显示:负荷侧调节能力的投入有利于降低电力系统的总成本、增加系统调节能力,但是由于其成本曲线的变化以及“非持久特性”等因素,其投入策略需要综合长周期市场发展需求和发用电两侧成本因素进行权衡,所提出的3种优化模型各有其适用场景。

模型信息联合校正型自抗扰控制策略

为解决微电网受到不确定扰动时,会对直-直变换器输出的电能质量产生严重影响的问题,该文提出一种模型信息联合校正型自抗扰控制技术(ADRC-MIR)。在该控制策略中,首先借助串联超前校正的思想,以比例微分校正环节对线性扩张状态观测器的扰动观测传递函数进行修正,使其可实现对总和扰动更精确的跟踪;然后,根据状态空间平均法从被控系统中提取部分模型信息,将其写入修正后的线性扩张状态观测器的系数矩阵并最终构建出ADRC-MIR;随后基于理论推导,给出改进控制器的参数整定公式及其物理意义,并从噪声抑制、扰动抑制及其频域特性等方面指出改进后的控制器可提升控制品质的原因。最后通过对比不同工况下的数值仿真验证所提控制策略的可行性与正确性。

基于磁心与线圈参数优化的非侵入式磁场取能系统功率密度提升方法

非侵入式磁场取能系统具有结构简单、供电稳定等优点,是解决变电站母排环境中状态监测传感器电池供电寿命有限的有效手段,但因功率密度较低制约了其应用。对于非侵入式磁场取能系统,磁心与线圈参数对其功率密度的影响非常显著。然而,现有方法对磁心与线圈参数的分析相对独立,优化磁心时仅以互感为指标,忽略了该过程线圈参数变化对功率密度的影响。对此,该文考虑磁心尺寸对线圈参数的影响,以功率密度为指标,详细分析线圈匝数、线圈线径、磁柱侧面边长与叠片厚度对系统功率密度的影响。并在此基础上,提出一种优化磁心与线圈参数的功率密度提升方法,即设计线圈匝数、线圈线径、磁柱侧面边长与叠片厚度的最优值,以获取更高的功率密度。最后,基于所提出的方法制作了系统样机并进行测试。实验结果表明,对于限定磁心尺寸为30 mm×30 mm×40 mm的系统,在100 A母排电流下,系统经磁心与线圈优化后功率密度可达4.18 mW/cm~3,提升至系统优化前功率密度的35倍,验证了所提出方法提升功率密度的有效性。

磁耦合式可调频压电振动俘能器

为提高压电振动俘能器的环境适应性,提出一种磁耦合式可调频压电振动俘能器,利用激励器上主动磁铁和组合换能器上被动磁铁间的耦合作用及横摆簧片实现压电振子的单向限幅激励。通过对俘能器及磁对的建模和仿真分析,获得了俘能器结构参数对俘能器输出性能的影响,在此基础上制作俘能器样机并进行实验研究,获得了俘能器纵摆质量m_(1)、横摆质量m_(2)、横向距离Lx、纵向距离Ly、竖向距离Lz及负载电阻对俘能器输出性能的影响规律。结果表明:存在两阶谐振频率f_(1)和f_(2)使输出电压出现峰值U_(n1)和U_(n2),调节m_(1),m_(2),Lx,Ly及Lz会影响f_(1),f_(2),U_(n1)及U_(n2);其他条件一定时,存在最佳负载电阻2 200 kΩ使输出功率达到0.122 mW。通过选择合适的结构参数能够提升俘能器的有效频带和输出电压,对增强压电振动俘能器的可靠性和频率适应性具有一定的参考价值。

计及弱磁效应的直驱式波浪发电系统变系数模型预测控制策略

为提高波浪发电系统(wave energy converter,WEC)能量捕获效率,并保证其在运行过程中满足系统的各种约束条件,该文以平均捕获功率最优为目标,提出计及弱磁效应的直驱式波浪发电系统变系数模型预测控制(model predictive control,MPC)策略。针对波浪激励力过大导致的变流器输出电压过调制问题,将弱磁控制引入优化算法,在满足发电机弱磁极限的前提下增大发电系统的运行范围,提高WEC的能量捕获效率。此外,基于仿真分析,发现了规则波下MPC目标函数的正则系数与平均捕获功率的对应关系。在此基础上,引入快速傅里叶变换(fast Fourier transformation,FFT)与叠加定理,构建了适用于不规则波输入的直驱式WEC变系数MPC控制策略。仿真结果表明,在不规则波浪下,所提方案能在满足系统约束条件的同时,有效提高能量捕获效率。

永磁同步电磁原理的冲击式按压发电机研究

按键开关用的发电机可将按键动作转为电能,为无线按键开关提供电能,在绿色智能家居中有重要的应用价值。本文提出了一种利用电磁原理的冲击式发电机,设计了一种双稳态转换的结构,在两个稳态转换的过程中,线圈中磁力线反向突变,产生电动势脉冲。采用有限元软件对双稳态结构的磁场分布情况进行了分析,对线圈和铁芯尺寸进行了优化设计,结果表明两个稳定状态的线圈中磁力线方向相反,感应电动势基本上随尺寸线性增加。加工组装了发电机样机,通过实验研究发现,按压一次,发电机输出电压可以达到30 V,产生电能达到1469μJ。利用电磁转换原理将按压动作转化为电能,其紧凑的设计、小巧的体积和高输出功率使其具有显著的优势,有望为无线传感网络节点和无线开关提供充足的能源,实现绿色自给运行。

基于双层一致性协议的波浪发电集群协同控制策略

提出基于双层一致性协议的波浪发电集群协同控制策略。以直驱式发电装置为研究对象,分析浮子机械模型并推导装置功率构成。下层控制系统通过单机双自由度控制,实现装置输出功率稳定分量和波动分量的精准控制,最大限度地转化能量的同时,实现波动分量的最小化。上层控制系统通过集群协同,在满足负荷需求和保证多单元多设备同时输出的前提下,考虑不同条件下的装置波浪吸收能力及储能能量状态,使其根据集群网络拓扑关系进行信息交互并调节下层信号。仿真结果表明,所提控制策略可动态分配各波浪发电单元输出,并逐步实现能量状态的一致化。

多源多负荷直流微电网的稳定裕度分析及控制参数优化设计方法

为研究多源多负荷参数间的耦合交互对系统稳定运行的影响,该文建立多源多负荷直流微电网的小信号模型,基于系统振荡模态以及参与因子进行电压稳定性分析。在考虑同类参数耦合的系统稳定裕度分析中,发现全新规律为三台电源供电时,源侧线路长度采用“两长一短”比“两短一长”时系统稳定裕度更大。在考虑异类参数交互的系统稳定裕度分析中,详细解释了多源中下垂系数和虚拟惯性系数的交互作用。基于多控制参数的耦合交互影响,提出控制参数优化设计方法,实现系统稳定裕度最大,并使多源具有提供较大惯性的能力。最后,实验结果验证了上述分析的正确性。

层合磁电能量采集器的研究进展

层合磁电(ME)能量采集器具有微型化、柔性化和功能多样化等优点,在植入医疗、物联网(IoT)和微机电系统(MEMS)等低功耗设备的自供电监测中具有广阔的应用前景。评述了该采集器的最新研究进展,介绍了其磁-机-电耦合能量转换机理,梳理了各种高频、低频磁能采集器和低频混合能采集器的类型与结构特点,综合比较分析了器件性能,指出高频磁能采集器在植入设备无线供电医疗诊治中的潜在优点和低频采集器在载流IoT设备自供电传感监测中的显著优势。最后总结了该采集技术目前存在的问题和未来发展方向。

基于ISSA-ELM-NARMAX的垃圾焚烧炉燃烧过程动态建模及多目标优化

为了实现垃圾焚烧发电机组稳定、高效、环保的有效协同,对垃圾焚烧炉燃烧过程进行了多目标优化。提出一种极限学习机(ELM)和带有外部输入的非线性自回归滑动平均模型(NARMAX)相结合的动态建模方法,并通过改进麻雀算法(ISSA)对模型参数进行优化,分别建立了垃圾焚烧炉蒸汽质量流量、锅炉效率和第一烟道温度的动态模型;并将ISSA-ELM-NARMAX模型与传统BP神经网络模型、ELM-NARMAX模型和SSA-ELM-NARMAX模型进行对比,最后基于改进非支配遗传算法(NSGA-II)对燃烧过程进行多目标优化,寻找焚烧炉最佳运行参数。结果表明:基于ISSA-ELM-NARMAX的垃圾焚烧炉燃烧过程动态模型更加精确有效,所提出的控制策略可以为焚烧炉司炉人员提供操作指导。

基于模型预测的直驱式波浪发电机机侧最优功率控制技术

直驱式波浪发电系统具有结构简单、成本低、效率高等优点,得到了国内外学者的广泛关注。该文以直驱式波浪发电系统为研究对象,分析并建立了直驱式波浪发电装置的水动力数学模型和永磁直线电机的动态数学模型。推导了基于模型预测的功率控制策略用于直驱式波浪发电系统。在功率控制策略中从功率捕获策略和功率跟踪控制策略展开研究以实现将波浪能转换为电能并汇入直流母线。重点围绕功率捕获策略开展基于模型预测控制技术研究,分别从控制策略、预测区间和成本函数三个角度分析了基于模型预测的最优功率捕获策略。建立了仿真模型并进行仿真分析,结果表明,采用基于模型预测的最优功率捕获策略可有效提高不规则波下发电机从波浪发电系统捕获能量。此外,采用以直流母线功率汇入最大为目标的成本函数可以有效地提高发电机输入直流侧能量,具有重要的实用价值。最后通过实验室模拟平台进行了实验测试。

公众参与和设施开放:推动垃圾焚烧发电行业可持续发展

1988年,我国第一座现代化垃圾焚烧发电厂——深圳清水河垃圾焚烧发电厂投入运营,标志着我国垃圾焚烧历史的开端。至今,经过36年的发展,我国已建成垃圾焚烧厂960多家,设施处理能力超过100万吨/天。这段发展历程,不仅展现了我国垃圾焚烧产业的进步,也反映了公众态度的转变,以及政府、企业和公众三方通力合作的努力。

农村小型风光一体发电设备的设计

新能源的开发利用对经济增长的促进作用显著,因此农村应重点推动风光一体技术的普及,改革现有的能源消费结构,提高能源利用效率,同时降低温室气体的排放,也是保障基本民生需求得到满足的重要策略。农村风光一体发电设备有助于有效解决环境污染问题,保护生态环境的可持续性,在此背景下加大对风能、太阳能等清洁能源的研发和应用力度,不断优化综合发电设备建设,确保电力供应系统的合理性和高效性。

双浮体直驱波浪发电装置建模分析与基于模型预测控制的能量提取算法研究

基于振荡浮体结构的直驱波浪发电装置具有损耗低、控制灵活等优点,近年来,逐渐成为波浪发电领域的研究热点。双浮体直驱波浪发电装置不需要海上固定平台,能够通过锚系结构在海水中工作,是一种工程可行的直驱波浪发电方案,但其动力学模型更为复杂,相关控制算法缺少实际装置测试。该文通过等效电路的方法对双浮体装置进行建模分析,指出采用张力锚结构可将双浮体装置等效为单浮体装置进行分析,简化控制器的分析与设计,从而建立基于模型预测控制的高效波浪能提取问题。提出一种结合波浪激励力辨识、预测与快速模型预测求解的控制算法,并且设计了双浮体直驱波浪发电装置,在不同波浪条件下进行了相关实验测试。实验结果表明,所提控制算法能够在有效降低运算复杂度的前提下提高装置的波浪能提取效率。

空间斯特林热电转换技术在轨试验

为提高空间同位素电源的效率和功率,满足深空探测、载人登月和火星登陆等航天任务对航天器能源的需求,梳理了空间自由活塞斯特林热电转换涉及的关键技术,设计了天宫空间站空间自由活塞斯特林热电转换装置的在轨试验方案,在轨开展了斯特林热电转换试验,验证了空间微重力环境下双活塞自由运动的间隙密封、双活塞相位保持等关键技术,获取了空间环境下双自由活塞精确的运动相位保持及漂移特性、动力学与热力学强耦合特性等关键参数。在轨试验结果表明,试验装置在轨运行性能良好,热电转换效率达到24.72%,为未来空间高效同位素电源等不依赖太阳能的能源技术应用奠定了基础。

用于振荡水柱波浪发电系统的高效永磁发电机仿真分析与试验验证

针对空气透平的运行特性及系统在宽转速和宽功率范围高效运行的要求,初步设计内置式永磁同步发电机关键参数,建立其二维有限元模型并进行优化。根据有限元优化后的电机尺寸,完成样机研制并分析测试其主要电磁性能。仿真分析和测试结果证明样机适合用于振荡水柱波浪能发电系统。

基于组合赋权-云模型的抽蓄电站高质量发展评价体系

为科学评价生产期抽蓄电站高质量发展现状、把握电站发展的薄弱环节、明确建设期及新投运电站发展方向,根据抽蓄电站定位及高质量发展内涵,经过2轮筛选,构建了包含服务电力系统稳定运行、经济、绿色、创新、共享5个一级指标以及18个二级指标的评价指标体系;选用层次分析法–决策实验分析方法确定指标权重,运用云模型评价各电站高质量发展等级。最后,选取A抽蓄电站为算例验证评价体系适用性。评价结果显示,该电站服务电力系统稳定运行、绿色和共享3个指标表现均为良好,经济和创新指标表现为中等,与电站实际运行情况相符合。该验证结果表明,采用上述方法构建的评价指标体系有很好的适用性。

压电俘能器接口电路的仿真与实验研究

为了提高涡致振动压电俘能器的能量收集效率和更好地适应接口电路负载变化,提出了一种增强型串联同步开关电感接口电路(ES-SSHI)。通过理论分析得到了接口电路能量收集效率的计算公式,然后利用Multisim电路仿真软件对增强型串联同步接口电路进行仿真分析,得到了接口电路输出功率随负载的变化曲线。最后实际搭建了涡致振动压电俘能器风洞测试装置和接口电路,对俘能器接口电路的实际采集功率进行测试和分析。结果表明ES-SSHI电路的理论功率为220μW,仿真最高输出功率为265.1μW,实验最高输出功率为98.2μW,输出功率相比目前比较流行的电路明显较高,同时负载适应性更强。

基于卷积门控循环单元的波浪发电系统输出功率预测

为高效准确预测波浪输出功率,提出卷积神经网络和门控循环单元混合模型波浪预测算法。采用间接预测方法,搭建直驱式波浪发电系统模型,运用CORREL函数分析不同波浪特征的相关性,结合卷积神经网络提取特征与高维空间中的波高关系,构造特征向量,通过门控循环单元网络进行训练,将全连接层的输出值经反归一化后获得预测波高值,输入所搭建模型,获得波浪输出功率预测值。仿真结果表明,与其他网络模型相比,在多特征输入情况下,混合模型波浪预测算法预测效率更高、精度更准确。

基于矩匹配模型降阶的直驱式波浪发电系统功率优化

为改善复杂工况下直驱式波浪发电系统功率捕获效果、降低控制器计算负担,基于矩匹配算法改进模型预测控制策略。通过建立系统水动力模型,选取波浪关键频率,利用Sylvester方程计算该频率下系统期望矩,得到匹配幅相特性的降阶模型。根据系统降阶模型,构造并求解可计及电机铜耗的改进二次型成本函数,计算理想电磁力,得到q轴期望电流跟踪值,提升波能捕获能力同时减少系统主要损耗。仿真结果表明:矩匹配降阶算法拟合程度高、动态行为好,所提控制策略波能转换效率提高,系统输出平均功率增加。