舰船综合电力系统研究进展与应用建议

该文概述舰船综合电力系统(integrated power system,IPS)的原理、组成、分类、特点与技术难点,介绍国内外工程研制情况,综述集成设计、大容量直流源及其并联组网控制、大容量直驱式电力推进、直流大电流开断保护、电力电子静止电源、高密度储能、智能化能量管理等7项共性技术及我国技术研究突破情况。针对IPS在民用新能源船舶、电动及混动飞机、轨道交通、海上能源高效利用等推广应用实际需求,给出系统推荐方案,并提出各应用场景下还需重点研究的内容,旨在为IPS在多领域推广应用提供参考。

基于液滴式发电效率的研究

利用液滴撞击聚四氟乙烯摩擦引起的电荷转移的原理,设计并制作了一种液滴式发电装置,并探究了相关参数对其发电量的影响。研究结果显示,发电量与液滴的下落高度、溶液浓度、温度密切相关。当液滴下降高度为30 cm时,发电量达到峰值且发电效率达到最大。氯化钠液滴溶液浓度越大,发电量越小,发电效率越低。液滴温度的越高,发电量和发电效率呈增加趋势。同时还发现液滴大小和被撞击的导电玻璃的几何尺寸也会影响发电量和发电效率。

光伏发电系统能效提升策略及电能管理方法

随着能源危机和环境问题的日益严重,光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式,受到了广泛关注。光伏发电系统通过光伏组件将太阳能转换为电能,具有无污染、无噪声、维护成本低等优点。然而在实际应用中光伏发电系统面临着能效低下、电能质量不稳定、储能技术不成熟等诸多挑战。文章全面概述了光伏发电系统的基本原理、分类、发展现状与挑战,并深入探讨了其能效提升策略和电能管理方法,以提升光伏发电系统的能效和电能管理水平。

新型电力系统下新一代煤电发展路径

推动新一代燃煤发电(简称“煤电”)的升级,是实现我国“双碳”目标并加快构建新型电力系统的关键举措,关乎能源安全和能源转型的全局。文中系统梳理了新型电力系统构建中的主要挑战,结合国内外煤电发展现状,对煤电的功能定位进行深入分析,提出了新一代煤电的主要发展思路与路径,包括灵活发电、高效发电、低碳发电和智能发电。具体探讨了深度调峰,快速调峰,加权平均综合供电煤耗评价,生物质、绿氨、绿氢掺烧,煤电与CCS/CCUS耦合,智能运行控制,智能化建模等未来发展方向,并列举了新一代煤电的关键技术。最后,建议在大力发展新能源的同时,增强煤电在电力系统中的支撑与调节功能,遵循“增容减量”原则,推动科技创新与体制机制改革,以实现新一代煤电的高质量发展。该文旨在为我国新型电力系统的构建与煤电转型升级提供理论依据和策略指导。

等新能源消纳能力视角下的青海电网光热发电效益评估

大力发展新能源发电是我国电力行业发展的重要目标,但仅靠风电、光伏来完成新能源消纳占比要求,将导致弃电率高居不下。光热发电储热环节具有调节能力,利用光热发电代替风电和光伏,可降低风电和光伏弃电率,同时发挥容量效益,降低火电装机规模及煤耗。但光热发电的高成本限制了光热发电的发展,如何评估光热发电在电力系统中的效益,对光热发展具有重要意义。提出一种等新能源消纳能力约束下的光热电站效益评估方法,可综合考虑光热发电的新能源装机替代效益、降低火电装机的容量效益、减少火电发电量的煤耗效益,从而全面评估光热发电在系统中的效益。研究成果可为青海光热发电的效益评估提供参考。

双重功率优化控制的规模化光伏并网电压越限研究

针对大规模光伏发电系统在高功率输出时,常会导致配电网中低压馈线发生电压越限的问题。该文在分析低压馈线过电压产生机理后,提出一种新型主动功率优化控制策略来防止低压馈线过电压现象发生。该策略通过对大规模光伏系统接入配电网的最优潮流计算得到其电压分布和功率分布,然后保证低压馈线电压不越限条件上运用灵敏度矩阵精确分析能接收每个光伏系统的功率输出,多余功率通过潮流控制引到其他系统利用或输出到电网,可实现大规模光伏发电系统的最大输出,提高电网对新能源的消纳能力。最后,通过算例仿真和实验验证结果表明,新型主动功率优化策略不仅具备使馈线电压不越限的能力,还具有更低的功率损耗和更高的光伏利用效率,具有较好的应用前景。

基于自抗扰控制器的风力发电系统的最大风能捕获控制

根据自抗扰控制器的原理,设计了风力发电系统的最大风能捕获控制器。将风能转矩的不确定性与系统的摩擦不确定性统一视为系统的未知干扰,通过扩张状态观测器来估计,然后利用非线性反馈控制律进行补偿,使系统的控制律仅与系统的给定输入和输出有关,减少控制过程中的检测量,将复杂的控制过程简化。通过非线性跟踪-微分器的适当设计,实现了最大风能捕获,证明控制策略的可行性,同时通过参数的改变,验证了该控制方法的具有很强的适应性和鲁棒性。

不同有机工质对太阳能低温热发电效率的影响

建立了带有工质液态区与两相区二级蒸发器的太阳能低温热发电系统模型。研究工质液态区集热器效率随蒸发器中换热流体和工质两者质量流量比变化的函数关系,并在最佳质量流量比条件下比较不同工质对集热器整体效率的影响。研究发现,相同蒸发温度条件下两相区吸热量与液态区吸热量比值越小的工质,对应的集热器整体效率越高。把不同工质对ORC效率的影响进行对比,指出具有最高的ORC效率的工质并不能同时获得最高的集热效率。对该文研究的热发电系统,在750W/m^2的辐照条件下,R113相比于其它工质发电效率最高,系统最大发电效率达到8.0%。

同步发电机励磁控制方法的发展与展望

励磁控制方法的发展经历了线性单变量控制、线性多变量控制、非线性多变量控制及智能控制几个发展阶段,其中线性多变量控制可分为强力式、PID+PSS、线性最优等励磁控制方法;非线性多变量控制可分为鲁棒、变结构、自适应、内模、预测、灰色、自抗扰、Lyapunov、反步、无源、Hamilton、反馈线性化等励磁控制;智能控制可分为模糊、神经网络、支持向量机、专家、学习、遗传、模糊神经等励磁控制。全面地概括了励磁控制方法的发展历史与现状,并按控制理论发展规律对这些方法进行分类,分析这些方法的原理及优缺点,说明励磁控制与其他控制之间的协调方式,指出存在的主要问题及今后的发展方向。

基于在线辨识的实时最优励磁控制器

设计了一种在线实时最优励磁控制器 (RTOEC) ,其辨识器能够由发电机运行状态的变化采用非线性最小二乘法辨识法准确辨识出单机无穷大模型中的系统参数 ,从而可根据辨识结果及其系统所遭受的扰动 ,通过线性最优控制理论实时计算出线性最优励磁控制的反馈增益矩阵 ,以适应系统当前的运行点和所遭受的干扰。仿真结果表明 ,所设计的 RTOEC能够适应系统运行状态的大范围变化 ,在大小扰动下均表现出良好的控制性能 。

某分布式驱动电动汽车复合制动策略设计

针对某后轴制动器经改制的分布式驱动电动汽车,为保持良好的踏板感觉,以原车(改制前)的总制动特性为目标,设计了复合制动策略,包括滑行再生制动策略和制动踏板解析。考虑电机发电效率,离线计算不同前、后电机力分配系数时的总电机效率,从而根据总电机效率最高得到最优的电机力分配系数,在ECE法规和Ⅰ曲线的约束下,设计出了复合制动经济性优化策略。仿真结果表明,考虑电机发电效率进行经济性优化后,续驶里程贡献率由14.2%提高至15.4%。

一种新型PV/T复合系统电、热性能对比研究

为提高光伏光热一体化系统(PV/T)能量输出,将新型铝合金背板型光伏组件和自行设计制作的不锈钢扁盒流道集热板相结合,用导热硅胶加以粘接构成新型PV/T复合系统。将新型PV/T复合系统、常规TPT背板光伏组件、常规平板集热器至于同于工况下进行测试,测试结果表明,与TPT光伏组件相比,新型PV/T系统的电压约提升了0.5～1.5V,电转换效率、填充因子、输出功率及发电量平均提高了9.76%、1.49%、3.75%、4.02%。而复合系统热效率比常规平板集热器约低22%左右。相对于常规TPT光伏系统或自然循环平板集热器热水系统,新型PV/T系统有发电量高、占地面积小、综合性能效率高等优点。

电力工业厂网分开改革对火电企业效率影响的实证分析

2002年中国电力工业打破垂直一体化垄断经营模式,实施了"厂网分开"的电力工业改革。这次改革主要目的之一是通过引入竞争,提高电力企业效率。这一改革目的是否实现?本文对此进行了实证分析。运用DEA方法中的CCR模型和C2GS2模型,研究了改革前后火电厂综合效率、纯技术效率和规模效率的变化;并对参与2002年电力工业改革的电厂和未参与改革的独立发电厂进行了对比分析。研究认为,2002年的中国电力体制改革有效地促进了火电企业综合效率的提高。其中,纯技术效率得到了明显改善;但是与独立发电厂相比,改革后划归到五大电源集团公司的电厂规模效率却呈现相对下降趋势,本文对此进行了原因分析,并给出了相关政策建议。

两种可供实用的发电侧电力市场竞价交易模式

针对我国电力体制改革进程中的实际情况和发电侧电力市场的发展趋势,对现有发电侧竞价交易模式进行了比较分析。结合我国国民经济发展的实际情况和电网经济调度的特点,提出了两种可供实用的发电侧电力市场竞价交易模式:一种是基于仅由固定成本确定容量电价而提出的“容量合同+全电量竞价+适时市场”模式;另一种是基于由固定成本和变动成本之和确定客量电价而提出的“容量合同+效率置换+适时市场”模式。经系统仿真和实际试运营,所提出的两种模式都是切实可行的。这两种模式有利于实现资源的优化配置、降低发电总成本、降低用户电价、促进我国工农业生产的快速发展。

菲涅尔式太阳能辅助燃煤发电系统性能研究

菲涅尔式太阳能辅助燃煤发电系统(耦合系统)是以太阳能集热场收集的热量代替燃煤机组高压加热器抽汽,被代替的抽汽继续在汽轮机做功,可分为燃料减少型和功率增大型2种运行模式。对此,本文分别编写了2种运行模式的计算程序,计算了各自的热力性能和经济性能指标,并对各指标进行了分析。结果表明:燃料减少型耦合系统的机组煤耗率比原燃煤机组降低了15.04g/(kW·h);功率增大型耦合系统的输出功率相对于原燃煤机组增加了57.8 MW;耦合系统的太阳能光电转换效率远高于单纯光热发电系统;太阳能集热场的加入使得燃料减少型和功率增大型耦合系统的发电成本分别高于原燃煤机组17.54元/(MW·h)和16.86元/(MW·h)。

直接空冷型槽式太阳能发热电系统技术经济分析

以50 MW槽式太阳能直接空冷发电系统为研究对象,基于光电效率、发电量、度电成本评价指标,对空冷光热机组和水冷机组的年热力性能与经济性进行比较分析研究。结果表明:在储热时长9 h下,当以年光电效率最高为优化目标时,空冷机组和水冷机组聚光器采光面积分别为425100 m^(2)(集热场回路数130)和398940 m^(2)(集热场回路数122),对应的年光电效率分别为13.19%和13.84%;当以发电成本最低为目标时空冷机组和水冷机组聚光器采光面积分别为647460 m^(2)(集热场回路数198)和623100 m^(2)(集热场回路数190),对应的发电成本分别为1.118元/kWh和1.069元/kWh。

太阳能热发电系统分析

掌握太阳能热发电系统的发电模式、性能特点,对推进我国太阳能热发电系统的发展有十分重要的意义。对太阳能热发电系统各种发电模式的分类、工作原理、主要性能参数以及系统的关键研究和发展趋势进行了介绍。结果表明:槽式、塔式、碟式3种太阳能发电系统中槽式和塔式系统实现了商业化,碟式处在示范阶段,并且未来槽式太阳能发电成本在经济上有可能与常规热力发电相竞争;碟式系统净发电效率高,在3类系统中位居首位;塔式系统发电单位容量投资大且降低造价较难。

直流微电网周期波动对光伏系统输出功率的影响及其抑制

分析了单相交流逆变负载对直流母线电压的影响及波动电压的表达式。进一步分析了直流母线电压波动对直流微电网中光伏发电系统输出功率的影响并推导了光伏电池输出电压、电流及输出功率的表达式,进而揭示出了由于直流母线电压的波动影响造成光伏电池无法持续处于最大功率输出点,间接降低了光伏发电系统的发电效率。提出了基于直流母线电压波动前馈的光伏发电系统电流闭环控制策略,有效抑制了直流母线电压波动对光伏电池输出功率的影响。仿真和实验结果验证了理论分析结果与所提方法的正确性和可行性。

热化发电率与热电联产节煤量的关系

基于循环函数法,从热化发电率和热电联产节煤量的算法出发,阐明热化发电率与热电厂经济性的关系。分析表明,热电联产节煤量与外部热化发电率以及内、外部热化发电率之比有关,但主要由外部热化发电率决定,外部热化发电率越大,热电厂的经济性越好;当外部热化发电率一定时,内、外部热化发电率之比越大,热电厂的经济性越好。通过具体的算例验证了以上结论。

介观尺度燃烧驱动温差发电的实验研究

为开发高性能微型可移动电源系统,设计并实验测试了一种介观尺度燃烧驱动的温差发电机(micro/mesoscale combustion powered thermoelectric generator,MCP-TEG)。MCP-TEG采用多台阶稳燃技术、烟气逆流换热技术和错列肋柱(Pin-fin)强化传热技术,同时将燃料混合器、预热器、燃烧器、稳燃器、集热器和均热器一体化集成。实验结果发现,设计的MCP-TEG的发电功率为29.6W,高于目前国内外的报道值,对应的发电效率为2.84%。此外,论文详细研究了MCP-TEG的输入功率、化学当量比、冷端散热和保温设计对发电性能的影响。实验发现存在一个最佳的化学当量比,使得MCP-TEG的发电功率最大。对于水冷型MCP-TEG,增加冷端散热并不一定能够获得更大的净发电功率。燃烧器的外壁面保温特性对发电性能有重要的影响,对于当前的MCP-TEG,燃烧器外壁面增加一层3 mm的保温层后,发电功率和发电效率均比不保温条件下的结果增加了4.6%。