水光互补一体化管控平台的设计研究

为了实现梯级水电站与光伏电站的协同优化运行,提高水电、光伏发电等可再生能源的利用效率和系统协调的经济性,首先总结了当前水光互补一体化管控平台的发展现状,分析了新疆维吾尔自治区(下文简称“新疆地区”)太阳能资源和水资源的特点,得出新疆地区某流域光伏电站输出功率和水电输出功率的特性,并指出现有光伏电站和水电站使用智能监控平台的不足;在此基础上提出了中长期水光互补控制策略、短期水光互补控制策略和实时水光互补控制策略;最后设计了由生产运营管控平台和水光互补调度平台组成的水光互补一体化管控平台,并详细介绍了该平台的功能和实现方式。

小水电改造混合式抽水蓄能机组对水光互补系统的发电影响研究

针对新型电力系统建设过程中,面临的小水电调节能力不足的问题,本文提出了梯级小水电与光伏互补运行的优化调度方法,实现了小水电改造混合式抽水蓄能机组对水光互补系统的影响评估,可指导水风光蓄多能互补运行。首先,以计算周期内系统发电量最大和系统总出力波动最小为目标函数,面向小水电的梯级水光蓄互补电站联合调度模型;其次,提出水光蓄互补电站联合调度模型求解的基本思路,并采用改进逐步优化算法进行模型求解计算;最后,依托四川省大渡河上游支流小金川流域开展实例研究,并通过梯级水光蓄互补调度结果与梯级水光互补调度结果的对比,分析抽水蓄能机组对水光互补系统的发电影响。研究结果表明:通过梯级水风光蓄互补调度和梯级水光互补调度计算,可实现抽水蓄能机组对水光互补系统发电影响的评估。本次研究成果对水风光蓄清洁能源基地规划建设和调度运行具有一定的思路借鉴和参考价值。

基于滑模自抗扰的储能变流器控制策略

为了提高储能变流器(PCS)的动态性能,设计基于降阶级联扩张状态观测器(ESO)和互补滑模控制(CSMC)的改进自抗扰控制(ADRC)策略,将改进ADRC策略应用于PCS的双向DC/AC变流器电压外环.改进ESO为降阶级联ESO以提高状态变量和系统总扰动的估计速度,增加扰动估计能力;更改PD控制为CSMC以设计状态误差反馈律,提升PCS的系统鲁棒性;设计改进指数趋近律以抑制抖振现象.为了证明改进ADRC策略相较于PI控制和传统ADRC的优越性,建立仿真模型并搭建相关实验平台.仿真与实验结果表明,改进ADRC策略减小了PCS暂态时直流母线电压波动,提高了PCS交流侧功率响应速度,改善了交流侧的输出电能质量.

考虑外送输电容量限制的梯级水光互补日前鲁棒调峰调度方法

水光联合外送可促进新能源消纳,但光伏出力预测的不确定性会影响水光互补优化调度的经济性和安全性。提出一种考虑外送输电容量限制的梯级水光互补联合发电系统日前鲁棒调度方法。考虑光伏出力不确定性,构建水光互补联合发电系统的日前调峰鲁棒优化调度模型,该模型以最小化受端电网剩余负荷峰谷差为目标,计及梯级水电的上、下游水力耦合约束。采用高效线性化方法对梯级水电运行的非线性模型进行处理,并利用对偶方法实现鲁棒模型的确定性转化。算例仿真结果表明,利用所提方法制定的梯级水电发电计划能充分考虑光伏出力的不确定性,兼顾联合发电系统调峰效果和光伏消纳,实现梯级水电和光伏的互补运行。

基于PSO级联互补滤波的姿态解算方法研究

为了提高无人机(UAV)姿态解算的精度和稳定性,提出了一种基于粒子群优化(PSO)的级联互补滤波(CCF)的姿态解算方法——PCCF。该方法设计了一种新颖的非线性互补滤波器和线性滤波器级联的滤波结构,前者用于校正陀螺仪零偏,后者用于估计姿态角。采用PSO算法自适应地计算级联互补滤波结构的增益参数,避免人工调节或者基于经验的方法容易陷入局部最优解的问题。实验结果表明,相对于传统滤波方法,本文所提出的姿态解算方法能够获得更为精确、可靠的姿态信息,静态时姿态估计误差小于0.1°,动态时姿态估计误差范围为±1°,满足无人机精准导航和稳定飞行对姿态解算的要求。

梯级“水蓄风光”互补系统增益分配调度策略

针对梯级“水蓄风光”互补系统(CHMCS)多主体联合运行效益分摊问题,建立CHMCS多主体非合作优化调度模型,基于纳什谈判理论建立CHMCS多主体合作运行优化调度模型,并将其转化为求解系统效益最大化与增益分配两个阶段性子问题。依次采用交替方向乘子算法(ADMM)对两阶段子问题进行求解,得到系统合作运行模式下的增益分配策略和优化调度结果。算例分析结果表明:CHMCS在合作运行模式下,各投资运营主体通过电量交易可以提高自身效益和系统整体效益,促进风电、光伏等新能源的消纳,提高水资源利用效率并平稳系统上网出力,提高电力系统运行稳定性和可靠性,验证了所建模型的合理性和准确性。

金沙江上游水光互补中长期协调运行方法研究

充分发挥流域梯级水电站的灵活调节能力,实现水光互补系统的协同运行,是提升可再生能源消纳水平的重要途径。以金沙江上游川藏段正在开展前期规划工作的梯级水电站及沿江光伏电站为研究对象,建立了水光互补系统发电量最大化的中长期协调运行优化模型,同时计及梯级水电站、光伏电站和外送直流输电线路的运行约束,以评估水光互补系统的外送消纳水平。在算例分析中,测算了不同梯级水电站规划装机下的光伏电站最大装机和典型日外送发电曲线,并从丰-平-枯水平年、直流日最大调节幅度和是否配置抽水蓄能电站等方面进行模型验证和灵敏度分析,结果表明,金沙江上游川藏段水光出力具有季节资源互补性和日内电源互补性,提升梯级水电站或直流输电线路的调节能力、配置抽水蓄能电站均可以使光伏最大可接纳装机进一步增长。

基于深度强化学习的梯级水蓄风光互补系统优化调度策略研究

对常规水电站进行抽水蓄能功能重塑,使其由“电源供应者”逐步转为“电源供应者+‘电池’调节者”,是解决大规模灵活性资源需求的重要技术手段。以梯级水蓄风光互补系统(cascade hydropower-pumping-storage-wind-photovoltaic multi-energy complementary system,CHPMCS)为研究对象,首先针对其发电抽蓄双向运行工况灵活转换和互补消纳特征,以系统发电效益最大为目标建立短期优化运行模型;其次,考虑CHPMCS出力连续可调的特点,提出将优化调度问题转换为马尔可夫决策过程,从而将多约束优化问题转换为无约束深度强化学习问题;然后,针对深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)算法训练效率低、易陷入局部最优等缺陷,采用改进DDPG算法对优化调度决策过程进行求解。最后,通过算例验证所提模型和算法的有效性。结果表明:CHPMCS通过水电功能重塑,有效提升了灵活性和调节能力,可以提高新能源的消纳能力和水资源的利用率,并通过“低储高发”提高系统发电效益。

金沙江下游梯级和三峡梯级水电站群联合调度补偿效益分析

为探索金沙江下游梯级和三峡梯级水电站群联合发电调度补偿效益及补偿规律,分别建立以发电量最大为目标的单库优化调度模型和梯级联合优化调度模型,采用经典动态规划法和笔者提出的多精英向导粒子群算法(Elite-guide particle swarm optimization,EGPSO)算法对两模型进行求解,以计算梯级电站群联合调度电力电量补偿效益。选择1999、1983、1992作为丰、平、枯典型代表年径流数据进行计算,分析结果表明:金沙江下游梯级和三峡梯级水电站群联合调度能显著提高梯级整体发电量,减少弃水,补偿效益显著。梯级联合调度中,金沙江梯级对三峡梯级进行电量补偿,在提高枯期出力和季节性发电量的同时,缓解了汛期集中消落带来的调度风险。

多能源互补的分布式冷热电联产系统理论与方法研究

分布式能源是能源系统的未来发展方向。针对分布式冷热电联产系统当前存在的燃料化学能直接燃烧不可逆损失大,微小型动力循环效率低,动力变温余热缺乏有效利用方法,以及系统变工况性能差等技术难题,文中围绕燃料化学能与热能综合梯级利用原理、多能源互补机理与全工况性能调控机制2个关键科学问题,从能的梯级利用、多能源互补、系统全工况性能主动调控3个方向开展研究。初步建立了能的综合梯级利用理论,在化石燃料与太阳能热化学互补、对转冲压发动机、热声发电等核心技术方面取得突出进展,并指导完成了兆瓦级分布式冷热电联供系统工程示范。研究成果可以为我国分布式能源的发展提供理论基础和自主创新技术支撑。

梯级互补储能对新能源的长期消纳作用分析

在碳中和目标下,我国风、光新能源装机规模将持续扩大,新能源消纳难题亟待攻克。为此,本文提出实现新能源深度消纳的梯级互补储能新思路。首先,对梯级互补储能的概念进行定义,并介绍其基本运行方式;其次,在“以水定电”模式下构建储能调度模型,分别采用模拟和优化方法进行求解;最后,分析梯级互补储能对新能源的长期消纳作用。以龙羊峡-拉西瓦梯级互补储能为实例,结果表明:(1)梯级互补储能运行效率系数(梯级水电站增发电量与泵站消纳弃电的比值)约为0.5~0.7之间;(2)梯级互补储能将新能源弃电转化为水电增量时,主要是使上级水电站发电量增大,此时下级水电站发电量几乎无变化;(3)在储能运行模式下,上级水电站通过提高自身出力,从而降低弃水风险。因此,梯级互补储能消纳新能源弃电的作用显著。

基于STM32的X型四旋翼无人机设计

针对四旋翼无人机飞行姿态测量易受干扰、姿态解算和姿态控制输出误差大等问题,以飞行姿态稳定控制为目标,设计了一种基于STM32系列微控制器的X型四旋翼无人机。采用以双处理器、双陀螺仪和双加速度计为主的硬件架构,实时采集无人机飞行姿态信息,并结合基于四元数的互补滤波算法和串级PID控制算法对姿态信息分别进行解算和控制输出。实验结果显示:小角度扰动下,双陀螺仪和双加速度计姿态测量精度高,合理设置双环PID参数后,姿态角输出误差小。结果表明:双传感器硬件架构在姿态测量中的抗干扰性更强,设计的X型四旋翼无人机飞行性能较好,达到飞行姿态稳定控制的目的。研究结果对后续飞行控制系统的深入研究具有一定的指导作用。

对水电效益影响最小的水光互补运行方式研究

为解决水光互补之后光伏消纳率低的问题,在水光日内互补调度规则的基础上,充分考虑水电和光伏的互补特性,提出了水光月内互补调度规则,利用梯级水库的可调节性能适应光伏出力曲线。采用水光月内互补调度规则对澜沧江上游西藏段梯级水电站进行了互补后梯级水电站出力过程和光伏消纳率计算,结果表明,水光互补之后,水电与光电的合计发电量从55.835亿kW·h上升到了59.189亿kW·h,互补后的发电增益量为33.54亿kW·h,光伏消纳率提高了20%。

基于PMOS三维选通高速门控技术

为三维选通成像提供了纳秒级阴极选通高速门控开关的设计与实现。该门控开关创新性地采用互补级联开关的方式实现阴极正负电压的高速选通。结合功率开关管的特性,使用功率PMOS作为前级开关,产生平顶质量好的正脉冲;采用功率三极管作为后级开关,无需额外驱动,通过二者互补级联的方式产生阴极选通负脉冲。实验表明,最终开关的上升沿时间为13.4 ns,下降沿时间为24.6 ns,最小脉宽为50 ns,最高工作频率100 kHz,导通电压-200 V,关断电压40 V,满足三维选通门控要求。门控开关通过互补级联方式,不但寄生参数小,脉冲上升、下降时间小,脉冲平顶质量好,时序控制精度高,无需隔离驱动,而且通过功率三极管作后级开关,可以获得比TTL触发脉冲更窄的脉宽,具有良好的脉宽特性。

干燥塔温度控制系统的研究

以某厂干燥塔作为研究对象,考虑到干燥塔是一个具有大纯滞后、非线性及多种扰动的对象。运用Smith补偿法及采样等控制技术,设计了较先进的控制方案,经仿真及初步投入运行结果表明,这些控制策略均能大幅度的改善控制性能。

水光互补能源基地的多时间尺度优化调度

针对以往水光互补中长期优化调度中未考虑光伏逐时出力的波动性而导致弃光现象严重的问题,建立了以年、月、日为调度周期,逐步递进的水光互补优化模型。该模型采用基于POA的模拟优化算法,建立多时间尺度下的系统发电效益目标,引入光电消纳度量方法,最终确定梯级水电调度方式。以澜沧江西藏段水光互补基地为例,引用3种具有代表意义的典型水文年进行实例分析。结果表明,本调度方式在保障水电效益的基础上,有效提高了平水、偏枯典型年中的光电消纳率,实现了水光系统发电总效益的提升。

梯级水电站水光互补系统调峰运行方式研究

针对梯级流域涉及电站数量较多,光伏出力的随机性和不确定性等问题,提出了一种能够考虑机组负荷分配的水电调峰模型。首先,以调峰效益最大为目标,构建了一种水光互补的梯级水电站调峰模型;然后,根据所得梯级电站群日内发电曲线,构建基于调峰模式下的梯级水电站负荷分配模型;最后,针对梯级水电站枯期时对比分析了3种场景下以调峰效益最大模型的水光互补系统调峰优化结果,验证了模型的合理性与有效性。

新能源对清江梯级电站运行影响分析研究

随着我国碳达峰和碳中和目标的提出,以风电、光伏发电为主的新能源将成为我国能源结构优化的主力军。从生产特性来看,新能源发电具有波动性、随机性、间歇性的特点,水电作为调节性能优异的清洁能源,其灵活快速的调峰能力可充分弥补新能源出力的不确定性。在区域电网内,充分利用水电及新能源,实现灵活互补优化调度,是构建清洁低碳多能互补电源体系的大势所趋,但同时,也会给水电的运行方式带来明显影响。以清江梯级电站为例,构建水、风、光互补运行出力模型,分析了新能源对清江梯级电站运行影响。

含多种可再生能源发电联盟的优化运行

为了因地制宜地利用偏远山区现有的梯级小水电资源,将梯级小水电群与分布式光伏和风电相结合,构成含多种可再生能源的发电联盟,深度发掘风光水的出力时空互补特性以及风光波动性较大和小水电启停调节迅速的出力特性。通过对梯级小水电出力的调节,平滑不确定可再生能源的输出,改善分布式电源并网的电能质量,提高可再生能源利用率。充分考虑梯级小水电间的电气联系和水情联系,构建发电联盟的优化运行模型。最后根据现有梯级小水电群实际数据,仿真分析发电联盟的运行情况,验证了所提模型的可行性、经济性和有效性。

基于PN结级联光源的全硅光电生物传感器

基于硅基光源且与CMOS工艺兼容的全硅光电生物传感器,其光源低发光效率导致检测低灵敏度,尚不能大规模应用。对此,文中研究了多晶硅PN结级联光源及新型全硅光电生物传感器,包括PN结级联的多晶硅光源的发光机制、波导传输机理、波导生物检测技术。研制的多晶硅PN结级联光源发光效率高达4.3×10^-6,可与波导高效耦合。仿真表明,波导检测区域介质折射率在1.33-1.73之间变化时,介质折射率增加使得光能量更少回到波导内芯,波导内芯传输光强随介质折射率增加而下降,通过光强变化实现介质折射率传感。