基于气网动态精细化建模的区域电-气综合能源系统机会约束最优能流计算

随着国家能源转型和“双碳”目标的逐步实施,燃气发电在我国电力系统装机中占比不断提高,日益密切的电、气耦合关系使电-气综合能源系统受到更多关注。为此,研究了考虑气网动态精细化建模对含出力不确定的分布式新能源发电的区域电-气综合能源系统运行策略的影响。提出考虑管道气流方向灵活可变的气网动态复频域建模方法,提升了电-气最优能流的计算精度;采用机会约束建立分布式新能源发电不确定性对电网和气网运行影响的模型;算例测试结果表明气网动态精细化模型可有效提升区域电-气综合能源系统对运行不确定性的应对能力。

基于改进磷虾群算法的风-光-水-火联合系统优化调度

为了提高可再生能源的利用率,减少弃风弃光量,提出了一种基于改进磷虾群算法的风-光-水-火联合系统优化调度方法。以综合成本最小为目标函数,综合考虑各种约束条件,建立了风-光-水-火联合系统优化调度模型。利用Logistic混沌映射、余弦控制因子和柯西变异等3种策略对磷虾群算法进行改进,提高了其全局搜索性能。采用改进磷虾群算法对风-光-水-火联合系统优化调度模型进行求解。通过算例证明,改进磷虾群算法的迭代次数、收敛时间和求解精度均优于磷虾群算法和PSO算法。

考虑氢能绿证的电-氢综合能源系统机会约束优化调度

随着“双碳”目标的提出,氢能产业迎来重要的发展阶段,氢能生产、运输、存储的关键技术不断突破,电力网络和输氢网络之间有望呈现深度耦合。基于输氢网络的详细模型,提出了一种电力系统和输氢系统联合优化调度模型。考虑电制氢的绿证效益,构建计及绿证交易的电-氢综合能源系统日前调度模型;在确定性模型的基础上,采用机会约束处理风电波动带来的不确定性,构建电-氢综合能源系统的机会约束优化调度模型;通过算例测试验证所提模型的有效性,研究绿证价格和机会约束对调度结果的影响,并分析电制氢机组参与平抑波动的情况。

考虑多约束条件下的电-氢-化耦合系统控制方法

在电-氢-化耦合系统中,电解水制氢装置在消纳风、光等可再生能源或参与电网平衡调控的同时,其变负载运行需满足多约束条件,以保证系统各环节安全稳定运行。针对电-氢-化耦合系统中各环节存在的耦合作用关系,详细介绍了系统核心环节——电解水制氢系统的模型,并提出一种考虑各环节多约束条件下的系统控制方法。对兆瓦级碱性电解槽的模型进行详细分析,包括电化学模型、热力学模型等,同时建立辅助设备压缩机、储氢罐的数学模型;综合考虑电解槽温度、电解槽压力、储氢罐压力、下游煤化工环节用氢等约束条件,提出电解水制氢系统的控制策略。基于MATLAB/Simulink搭建电-氢-化耦合系统的仿真模型,并通过RT-LAB半实物仿真平台,在不同的电网功率指令下,对电-氢-化耦合系统的运行特性进行深入研究,并对所提控制策略的控制效果进行验证。

无砟轨道约束对高速铁路列车-桥梁系统地震响应的影响

建立了38自由度高速列车(动车/拖车)空间振动模型,基于非线性Hertz接触理论和Kalker线性蠕滑理论,引进PEER-NGA强震记录,建立地震作用下的高速铁路列车-无砟轨道/钢轨-桥梁-支座-桥墩-桩土系统精细计算模型,考虑支座刚度和桩土作用及近场地震效应的影响,以高速铁路32m跨简支箱梁桥和CRTSⅡ板式无砟轨道为研究对象,编制了MATLAB程序,计算了有/无砟轨道约束下高速列车-桥梁时系统的地震响应。计算结果表明,不考虑三层无砟轨道时列车-桥梁系统模型由于桥梁刚度过大,列车-无砟轨道-桥梁系统的各项地震响应较列车-钢轨-桥梁系统有较大增加;对于有/无地震作用时,采用无砟轨道均可有效改进列车走行性能,近断层地震脉冲效应对有/无砟轨道约束系统动力响应及列车走行安全指标影响均较大。

复杂系统安全事故致因分析的“认知-约束”模型

随着系统复杂程度的提高,传统的针对机械系统或者机电系统事故致因的"因果事故链"模型对于复杂系统的事故分析显得难以胜任。在对现有事故致因理论及模型进行概述分析的基础上,提出了适用于复杂系统事故分析的"认知-约束"模型,通过分析文献中的事故连锁模型和博帕尔泄露事件,验证了"认知-约束"模型的实用性。最后提出基于机器学习方法和重要节点牵连控制方法的复杂系统崩溃控制策略。研究结果表明预防复杂系统安全事故需要强化安全认知能力,并发展有效的安全控制策略。

基于背靠背变流器互联的多微网主动配电系统有功-无功鲁棒协同优化运行策略

为解决微网发用电不确定性及并网功率因数限制给多微网主动配电系统带来的运行调度难题,以基于背靠背变流器互联的多微网主动配电系统为研究对象,提出一种计及功率因数约束的有功-无功鲁棒协同优化运行策略。首先,计及并网功率因数约束影响,对基于背靠背变流器并网的微网有功-无功调节特性进行分析;其次,综合考虑微网发用电不确定性及并网功率因数约束,建立min-max-min结构的有功-无功鲁棒协同优化运行模型,并基于二阶锥松弛法将所建立模型转化为混合整数二阶锥规划问题;然后,为解决所提模型第二阶段max-min中含有0-1整数变量导致无法直接利用KKT条件转对偶求解的问题,提出基于双层列生成算法的求解方法,并给出相应的加速策略以保证算法的快速求解;最后,基于改进的含3微网IEEE-33节点系统对比仿真验证所提策略的有效性及优越性。仿真结果表明,所提策略能够在“最恶劣”运行场景下,通过协调系统有功无功出力,有效保障微网并网功率因数运行在要求范围之内,并实现多微网主动配电系统运行成本最优运行。

基于时空正交配置的电力-天然气互联系统最优校正控制方法

构建电力-天然气互联系统(EGIS)有助于促进能源结构转型,但同时造成了耦合系统间故障传播的风险。为消除EGIS中N-1故障造成的安全越限,防范连锁故障发生,该文提出一种基于时空正交配置(STOC)的EGIS最优校正控制方法。首先,针对偏微分方程描述的无限维气网动态管流模型,采用STOC在时空维度同时离散,转换为配置点处的有限维代数方程约束;然后,基于STOC气网动态管流约束和电网交流潮流约束,构建以校正控制代价最小为目标的安全约束最优能流模型,以获取最优校正控制策略;最后,通过算例验证了基于STOC方法与现有方法相比在精度和效率上的优越性,以及所得最优校正控制策略的有效性。所提方法在EGIS故障后具有在线辅助决策的应用潜力。

一种事故致因系统论模型:认知-约束模型

为进一步完善事故致因理论,提供现代复杂系统事故预防新对策,从点—线—面—体的角度分析了事故致因理论的发展历程,给出了发展新一代事故致因系统论模型的基本要求,提出了一种面向现代复杂系统事故成因与演化分析的认知-约束模型,并分析了模型的广义内涵、内在机制和应用步骤。该认知-约束模型涵盖了事故的事前预防、事中控制、事后分析全过程,是系统论、信息论和控制论的高度统一,对于现代复杂系统的事故预防具有重要意义。

电-气混合系统安全约束最优能量流的分布式计算

考虑了电力系统和天然气系统之间存在燃气发电机和电机驱动压缩机的耦合,建立了电-气混合系统安全约束最优能量流计算模型。模型以混合系统的总运行成本,即燃煤发电机组发电消耗燃煤的成本和天然气网从气源消耗天然气的成本之和为目标函数,同时考虑了电力系统和天然气系统中多个N-1故障的安全约束。首先,通过计及电力系统和天然气系统间交易的影响,对原优化模型的目标函数进行分离,并采用一阶泰勒级数展开,分别实现了对燃气发电机和电机驱动压缩机的耦合特性方程的线性化,使得可采用同步型交替方向乘子法(ADMM)对安全约束最优能量流计算模型进行分布式求解;然后采用GAMS软件中的CONOPT求解器分别对电力系统和天然气系统的最优能量流进行求解;最后以修改的IEEE39节点电力系统与比利时20节点天然气系统构成的电-气混合系统为例,对所提出的模型和求解算法的正确性和有效性进行了验证,计算结果表明所提出的模型和求解算法正确有效。

山东省能源-经济-环境系统模糊机会约束目标规划模型

能源-经济-环境系统科学发展是区域可持续发展的关键。根据山东省"十二五"规划,选取目标参数与决策变量,视三次产业单位投资产值、主要污染物产生系数与单位治理投资去除量等参数为模糊变量,构建山东省能源-经济-环境系统模糊机会约束目标规划模型,应用混合智能算法进行求解。实证分析结果验证了模型的可行性与有效性,为山东省能源-经济-环境系统发展提供决策支持。

基于可信性理论的电-气综合能源系统最优能流

为缓解风电不确定性对电-气综合能源系统IENGS(integrated electricity-natural gassystem)运行的影响,基于可信性理论提出一种模糊机会约束-区间最优能流计算方法。首先,在综合考虑电力网络与天然气网络能流耦合的基础上,针对风电出力的不确定性,构建了基于可信性理论的电力网络模糊机会约束模型,并推导出模糊机会约束的清晰等价类。然后,考虑风电出力的不确定性直接影响天然气网络运行,建立了基于可信性理论的天然气网络P2G设备和燃气轮机区间优化模型,并将含有非线性Weymouth方程的天然气网络模型等价转化为混合整数二阶锥规划模型。最后,以IEEE 33节点配电网和20节点天然气网络组成IENGS为例,验证了所提模型对抵御风电不确定风险的有效性。

轴-艇耦合系统自由振动特性建模与分析

为了探究水下航行器结构间的振动传递规律,本文基于能量变分原理,以梁-组合壳作为轴-艇耦合系统结构的简化,建立理论计算模型并对其自由振动特性进行分析。引入改进傅里叶级数构造梁结构及组合壳结构的位移函数,得到各自结构的动能和应变能;分别利用耦合弹簧组和边界弹簧组将结构之间的位移连续条件和边界约束条件转换为对应的耦合弹簧势能;对系统能量泛函进行变分求解,得到耦合系统的固有频率及模态振型。通过与有限元软件的对比,验证了本文计算模型的准确性,并对不同壳体边界条件下耦合系统固有频率变化规律进行计算分析。研究结果表明:耦合系统低频段存在解耦模式,振动模态可等效于刚体结构上的多跨梁弯曲振动;壳体边界约束增强会导致耦合系统大部分固有频率随之增大并最终趋于稳定,但不会对解耦模式的固有频率产生影响。

考虑风电出力不确定性的风电-抽水蓄能互补系统短期优化调度

风电和抽水蓄能电站联合运行可以平抑风电随机波动、提升风电消纳率。文章针对多个风电场的出力不确定性,采用概率性序列方法进行处理,提出了一种基于厂网协商机制的风电-抽水蓄能联合调度模式,并建立了基于机会约束规划的风电-抽水蓄能互补系统短期优化调度模型。模型以风电-抽水蓄能互补系统总发电收益最大为目标,综合考虑了抽水蓄能电站的水力约束、机组运行约束和系统功率平衡约束。为提高模型求解效率并获得全局最优解,文章将原模型转换为混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming,MILP)模型,最后使用商业化求解器LINGO进行求解。优化调度结果表明,抽水蓄能电站能够很好的补偿风电出力的波动性,并显著提升互补系统的总发电收益。

基于机会约束规划的电-气互联综合能源系统随机最优潮流

综合能源系统是未来能源利用的发展趋势,其中电力系统和天然气系统的联系最为紧密,但随机因素的增加也给综合能源系统的安全稳定运行带来了挑战。针对电-气互联综合能源系统的最优潮流问题,考虑风电场出力的随机性以及电力负荷、天然气负荷的随机性,建立其机会约束规划模型,并采用基于半不变量法和内点法的启发式算法进行求解。采用修改的IEEE 30节点电力网络与比利时20节点天然气网络构建电-气互联综合能源系统,分析比较了不同置信度水平和不同波动性情形下系统运行状态以及运行成本的变化,并与确定性情形对比,结果表明机会约束规划模型有助于提高电-气互联综合能源系统运行的安全性。

车辆-货物-约束系统侧翻失效力学特性的研究

建立了车辆-货物-约束系统的力学模型,采用侧向加速度作为车辆-货物-约束系统的侧翻指标,分析计算得到载货车辆的侧翻临界值.在该翻临界值的基础上,建立货物-约束器模型,分析货物不发生倾翻和滑移时所需约束器的数量.

带有控制-状态混合约束的时滞Volterra型积分系统的最优控制问题

对带有控制-状态混合约束的一类受控时滞Volterra型积分系统,导出了其最优控制的一组必要条件和一组充分条件．

考虑动态频率约束的风-光-抽蓄互补发电系统短期优化调度模型

该文研究考虑动态频率约束的风-光-抽蓄互补发电系统短期优化调度模型。在考虑风电场和光伏电站提供虚拟惯量、下垂控制以及备用的情况下,首先推导了抽蓄电站抽水工况和发电工况下系统的动态频率指标。其次,对比抽蓄电站抽水工况和发电工况下各频率指标的异同并进行聚合,以系统上网电量最大为目标,建立了考虑动态频率约束的风-光-抽蓄互补发电系统短期优化调度模型。最后,仿真分析表明,随着抽蓄机组装机容量的增加,系统上网电量增加,弃风弃光电量大幅减少,提高了风电和光伏的消纳水平;另外,验证了所提模型在增强风-光-抽蓄互补发电系统动态频率响应能力方面的有效性。

多体系统动力学Lie群微分-代数方程约束稳定方法

针对多体系统动力学微分-代数方程求解问题,研究基于Lie群表达的约束稳定方法.首先引入新的Lagrange乘子,结合位移约束、速度级约束和加速度级约束方程,构造了新的Lie群微分-代数方程.然后使用向后差商隐式方法和CG(Crouch-Grossman)方法,对微分–代数方程进行离散求解,得到精确度较高的动力学仿真结果.该方法在精确保持各级约束方程的同时,保持旋转矩阵的正交性,并且使系统总能量误差较小.

转向架-车体-座椅系统垂向动力学模型及分析

应用系统工程的方法,将座椅系统与传统轨道客车系统作为一个整体大系统加以考察,建立轨道客车转向架-车体-座椅耦合系统垂向动力学模型,并推导模型的振动微分方程;根据转向架-车体-座椅耦合系统垂向振动微分方程组,通过变量变换,给出轨道客车转向架-车体-座椅系统垂向动力学模型的数值分析方法。通过与传统轨道客车垂向动力学模型得到的垂向随机响应进行对比,验证轨道客车转向架-车体-座椅耦合系统垂向动力学模型的正确性,该研究为轨道客车的振动特性分析及车辆悬挂系统参数和座椅悬置系统参数的优化设计提供了模型参考。