缺水胁迫区水系统优化调控理论与模式

开展水系统优化调控是实现缺水胁迫区人-水-生态和谐可持续发展的关键措施之一,对于保障地区经济社会稳定发展和生态健康具有重要意义。本文以京津冀作为典型缺水胁迫区案例,通过解析水系统内涵,总结得出缺水胁迫区水系统存在深度耦合、强烈竞争和系统失衡三大现象,发现水系统呈现非稳态和稳态之间交替演进的模式,并通过构建水系统稳态指数,研判了京津冀地区水系统状态变化发展过程。研究以实现自然社会水系统健康为调控目标,提出缺水胁迫区水系统“高内聚-低耦合”解耦式调控模式,结合京津冀现实状态,在需求侧开展“保障刚需-压缩弹性-抑制奢侈”层次化调控,在供给侧进行“自然水网-人工水网-虚拟水网”适配性优化,提出京津冀“三线七河、四区八源”一体化水网布局,进而实现水系统的整体健康。

基于RPC的光储接入牵引供电系统协调控制方法

为将光伏发电接入牵引供电系统进行有效利用,同时兼顾牵引供电系统电能质量改善及列车再生制动能量回收利用,提出了一种基于铁路功率调节器的光储系统接入牵引供电系统的协调控制方法.首先,搭建基于铁路功率调节器的光储系统接入牵引供电拓扑结构,并对其电能质量补偿机理进行理论分析;在此基础上,充分考虑光储系统的运行条件以及列车牵引、制动、空载或惰行工况,提出光储系统接入牵引供电的联合协调控制方法,实现了“光+储+荷”三者间的协调控制、牵引供电系统负序的动态补偿以及谐波的有效抑制;在RT-Lab实时仿真系统中建立了基于铁路功率调节器的光伏接入牵引供电系统仿真模型,并结合实际光照和牵引工况数据验证本文所提出的系统结构以及协调控制方法的有效性.结果表明:本文所提出的系统结构以及协调控制方法能够实现牵引供电系统中光储系统的有效接入,再生制动能量回收率提升至86.7%,功率因数提升6.4%,对谐波特别是高次谐波含有率有较大改善,满足光伏电能高效消纳及综合利用、电能质量动态综合补偿、再生制动能量回收多重需求.

改进下垂控制下的中压直流配电系统双时间尺度分层调控方法

针对中压直流配电系统,在负荷激增、可再生能源出力突变等特殊工况下,传统优化调度方案与协调控制策略存在系统运行经济性有待提升、直流母线电压易越限的问题。为此,提出一种基于改进下垂控制的中压直流配电系统双时间尺度分层调控方法。首先,构建一种具备直流故障穿越能力的3端混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)环状±10 kV中压直流配电系统,该系统含电动汽车充电站、储能系统、分布式光伏与风电等灵活性资源。其次,制定各单元协调控制策略,并采用tan函数改进传统下垂控制,以提高系统应对大幅功率波动的能力。然后,基于改进控制策略提出一种双时间尺度分层优化调控方法:在长时间尺度的系统调度层,以运行总成本最小为优化目标,确定各换流器参考功率;在短时间尺度的换流器间协调控制层,改进下垂曲线,并优化控制系数,以兼顾系统运行经济性与电能质量。最后,以典型算例验证该文所提优化调度方案及协调控制策略的有效性:通过灵活调度多种柔性资源,系统运行总成本可降低约11%;在某数据中心负荷激增100%的工况下,各直流母线电压波动仍能维持在±3%UN(额定电压)的允许范围内。

基于电子信息技术温室环境自动调控系统设计

为进一步优化我国温室环境自动调控的作业水平,从电子信息与信号控制角度展开系统的优化设计。以通用型的自动调控系统核心组成与功能特征为出发点,选定温度、湿度及光照度作为温室环境的主监测参数建立电子通信回路数学模型,展开系统相应的控制实现与硬件匹配。同时,进行自动调控监测试验作业,结果表明:基于电子信息技术应用下的温室环境自动调控系统布局规划可行,系统综合调控效率相对提升了5.80%;由于电子信号监测反馈的及时准确性,系统调控速率可提升至92.02%,温室满足效率可达90.11%。因此,将智能控制与内部电路信号处理深度结合,是今后设施农业发展的主流革新方向之一,有利于农业监测装备数字化、智能化的有效升级,具有良好的应用与推广价值。

计及气象因素与分时电价影响的综合能源系统负荷调控策略研究

用能高峰时段,综合能源系统多元负荷受气象因素影响,使其用能需求量短时持续上升,导致供需矛盾加剧;同时,综合能源系统多能耦合转换与蓄放单元的电驱动特点(如冰蓄冷空调、电制冷制冰)致使其用能成本受分时电价影响进一步增加。以供冷季用能高峰时段综合能源系统冷-电供需调控为研究对象,提出一种包含冷负荷需求自身调节与供冷功率主动控制的两阶段递进式调控策略,旨在实现多能供需平衡空间的拓展与用能成本的降低。基于模糊C均值聚类并考虑综合气象因素与分时电价的影响,选取调控时段;在第1阶段构建了温-湿舒适度最佳与冷能需求量最低的多目标负荷调节模型,在第2阶段提出了用能成本最低和运行能耗最小的多目标供冷输出功率主动控制策略;选取某校园综合能源系统实际运行数据进行算例仿真,采用ε-约束法以及多维偏好线性规划方法进行多目标求解,并基于用能舒适度变化的运行能耗、用能成本等指标,对比分析负荷需求在用能高峰时段调控优化前后的效果。结果表明,所提方法在满足用能舒适度的同时,能削减约13%的负荷需求,并降低约1.9%系统用能成本,有效缓解多能供需矛盾,增强系统运行的灵活性。

广西农业生态经济系统安全调控研究

农业生态经济系统是自然环境子系统和社会经济子系统有机结合的复合系统,是支持人类生存和发展的重要系统。农业生态经济系统安全是广西生态安全、乡村振兴和可持续发展的重要保障。基于能值分析和生态足迹模型的广西农业生态经济系统安全评价结果显示,2000年以来广西农业生态经济系统处于中度甚至超过中度不安全状态,安全水平逐年波动下降,且低于同是石漠化片区的云南和贵州。为此,需要以习近平生态文明思想和乡村振兴战略为指导,从调控模式、调控路径、调控策略等方面深入开展广西农业生态经济系统安全调控研究。通过调研发现,广西喀斯特地貌分布广泛,适宜在广西推广应用的农业生态经济系统安全调控模式主要有五位一体模式、立体生态模式、旱作节水模式、草牧平衡模式、生态治理模式、联合运作模式等六大类模式。为进一步加强广西农业生态经济系统安全调控,需在农业生态经济环境体系建设、产业体系建设、人才体系建设、科技体系建设和文化体系建设等“五轮驱动”路径的基础上,从耕地保护、农业投入、产业优化、文化建设、经验推广等方面进行调控,在大力发展现代特色农业的同时保护和修复生态环境,促进农业生态经济发展。

贝叶斯推断视角的系统调控内涵与策略研究

系统调控思想是融合一般系统理论及复杂系统自组织等理论,倡导通过建构与演化结合,对系统整体进行调控与管理,从而达至系统目标及实现系统和谐有序的一种理论。系统调控思想在认知及推断角度与贝叶斯推断有异曲同工之妙。贝叶斯推断的认识论意蕴及演绎与归纳确证逻辑从逻辑角度分析并论证了系统调控思想中建构及演化策略结合的必要性,为系统调控思想提供了理论基础。基于贝叶斯推断视角,文中给出增强先验知识、加强过程学习等5类调控策略。

矿井瓦斯抽采参数调控实验教学系统研制

为了满足工程流体专业相关课程的教学需求,自主研发了煤矿井下瓦斯抽采参数调控实验教学系统,可实现不同管道阻力、漏气程度、抽采负压等条件下瓦斯-空气流动规律的实验模拟。该系统由井下煤层抽采环境和瓦斯压力状态子系统,井下瓦斯抽采管网、阀门、动力结构子系统,气体体积流量、瓦斯体积分数、气体压力等气体参数采集子系统以及参数上传和数据分析处理子系统四部分组成;利用单片机控制各个阀门的开度、泵的转速,实时监测各个区域流经的气体体积流量、瓦斯体积分数、气体压力等数据。该系统可以开展工程流体专业相关课程的教学实验,培养学生对专业的认识,提升学生的动手能力。

考虑风电不确定性的电气综合能源系统混合尺度调控

为改善电-气互联综合能源系统中风电出力不确定性和多能传输差异对调控过程的影响,提出了基于改进小波融合算法的混合尺度调控方法.首先采用区间数学的方法,对系统中风电功率不确定性进行表示并给出风电处理策略.其次,考虑到不同能源传输特性的差异,提出了改进的小波融合算法,即先对电力网络中传感器信号数据进行多个不同小波基的多尺度分解,再对天然气系统信号数据中使用相同小波基分解的信号在混合尺度上实施加权数据融合,进行不同小波基的逆变换后得到融合信号.最后基于所搭建仿真模型,对比分析了不同调控方法的调控效果.结果表明本文所提方法的调控结果优于DMPC(分布式模型预测控制)滚动优化调控结果,且在改善了系统运行经济性的同时也提高了系统稳定性.

城市综合能源系统协同调控与互动交易研究综述

城市是工业、服务业的聚集地,是经济增长的主引擎,未来城市综合能源系统的发展目标将不仅仅局限于满足社会能源需求,还需要将视角提升到支撑城市全局发展层面。因此,城市综合能源系统协同调控与互动交易相关研究不仅是近年来研究的热点问题,也是促进人类和城市可持续发展的必要解决问题。该文首先分析了相关研究的发展趋势和发文热度。然后在模型层面,分别讨论了城市综合能源系统的基本协同调控模型以及满足零碳需求、韧性提升需求、互动交易场景下的协同调控模型;在决策框架和算法层面,就目前常用的双层优化、鲁棒优化、人工智能优化方法分别进行概括分析;对城市综合能源系统仿真软件的特点进行了归纳总结。最后,对城市综合能源系统中多能源协同运行灵活性潜力挖掘、全设备模型建模方法与信息交换技术、多元用户互动特性分析、信息-物理-社会深度融合的需求和挑战进行了展望。

面向功率冲击平抑的岸电系统储能型电能调控装置容量优化配置策略

针对港口岸电系统负荷侧存在的冲击性功率等电能质量问题,提出一种储能型电能调控装置容量优化配置方法。介绍港口岸电系统及储能型电能调控装置拓扑结构,并分析冲击性负荷运行特征;探讨负荷运行工况与功率因数控制目标之间的关系,根据电池荷电状态与负荷运行工况,提出储能型电能调控装置多类型运行工况自适应容量设计的补偿控制策略;建立储能型电能调控装置技术-经济模型,通过在技术模型中考虑岸电系统电能质量的要求建立容量模型,经济模型提供评估寿命成本和效益的方法。基于某港口岸电负荷实测数据,验证所提方法的有效性。

温度影响下Anammox-DAMO系统N2O产消机制及调控

以厌氧氨氧化-反硝化厌氧甲烷氧化(Anammox-DAMO)系统为研究对象,考察了不同温度对该系统性能和N_(2)O产消的影响,建立了该过程的酶动力学模型.结果表明,在40℃的高温胁迫下系统性能明显恶化且积累了更多的N_(2)O,Acidovorax和Thauera属丰度在高温条件下显著降低,而Bacillus属丰度则上升,N_(2)O还原酶活性的抑制是N_(2)O排放量增加的主要因素.酶动力学拟合结果表明35℃时可以最大程度地实现N_(2)O减排.

含分布式光伏接入的三相牵引供电系统电压协调控制方法

牵引供电系统中光伏并网逆变器普遍处于弱可控状态且缺乏多机间协调配合,为了使分布式光伏在实现牵引能耗优化的同时,主动参与牵引网电压调控,提出了用于三相牵引供电系统的电压协调控制策略。针对含光伏的新型三相牵引供电系统拓扑,分析了系统电压-有功和无功定量关系。结合分布式光伏无功裕度及协调关系,设计了3阶段分布式电压协调控制策略,根据电压灵敏度判定各节点补偿与削减优先度,实现了分布式光伏无功协调补偿及有功优化削减,达到牵引网电压主动控制。最后,通过对系统多工况下仿真,验证策略有效性。仿真结果表明,所提协调控制策略在三相牵引供电系统复杂的运行工况下,能够在兼顾光伏能量利用率的同时,增强系统电压调控能力,解决牵引网电压越限问题,并有效降低牵引网损耗。研究通过有效利用光伏支撑牵引网电压,为机车的安全、高效运行提供保障。

基于热阻调控方法的低温光学系统二级温区传热特性分析

为了实现低温光学系统二级温区的精准控温,同时不引入额外的热负载,提出了一种热阻调控方法,建立了应用于该方法的一维数学模型,运用该数学模型研究了不同真空腔温度条件下不同热阻参数(不同材料参数和几何参数)对二级温区达到热平衡后温度水平和漏热量的影响,同时将该方法和传统的电加热调控方法进行了比较。研究结果表明:当真空腔温度为定值时,随着热阻的增大,二级温区温度升高,漏热量减小;当热阻为定值时,随着真空腔温度的升高,二级温区温度升高,漏热量增大。在文中的研究工况下,当真空腔温度为253.15 K时,二级温区温度水平调节范围为111.1~185.2 K,相应的漏热量从1.75 W减小至1.10 W;当真空腔温度为293.15 K时,温度水平调节范围为120.9~219.4 K,相应的漏热量从2.58 W减小至1.57 W。电加热调控方法使二级温区热负载达到了16.8 W,是热阻调控方法的11倍左右(真空腔温度为293.15 K,二级温区目标温度为220 K左右),随着二级温区温度的升高,电加热调控方法使得系统热负载增大,热阻调控方法与之相反。热阻调控方法使低温光学系统热负载一直处于较低的水平,同时可减少系统对电功率和散热资源的需求。研究结果可为空间应用中的类似低温光学设计提供参考。

居民负荷参与电力系统调控关键技术综述与展望

“双碳”目标下,新能源发电占比的不断升高和用电需求的持续增长,严重影响了电力系统供需平衡。居民负荷以体量大、响应快速和控制灵活的特点,逐渐成为发挥电力系统灵活调控能力的重要资源之一,是近几年研究关注的热点。文章结合国内外最新研究成果,从居民负荷的调控机制、可调节特性、调控策略及应用场景4个方面对居民负荷参与电力系统调控的关键技术进行综述,重点比较了用于生成最优调控策略的多种算法以及居民负荷参与调控的多样化场景。最后,针对现阶段实施调控过程中面临的实际挑战,提出了信息-物理-社会系统视角下的居民负荷调控市场机制建设、调节能力精准快速感知,以及弱通信环境下调控策略优化与执行等重点问题,并对未来研究方向进行了展望。

基于动态推演的矿山采掘计划调控系统

矿山采掘计划编制是矿山企业生产管理的一项重要工作,传统的人工编制采掘计划并不能很好地适应日益复杂的煤矿生产环境,从而导致采掘接替紧张等问题,由此,设计了基于动态推演的矿山采掘计划调控系统。系统采用动态规划法,根据采掘生产特点和要求,建立动态推演模型,计算得出合适的生产周期与每个季度所需的回采煤量,并借助GIS的数据库模型以及AutoCAD等软件实现采掘过程的动态推演;为应对生产计划不能按时完成的状况,通过设立大纲等级以及设置不同任务的连接关系,有效避免了采掘接替紧张的问题,并借助于计算机实现优化计算,进而实现矿山采掘计划的动态调控。

应对岸上故障的海上风电多端柔直系统协调控制策略

针对海上风电多端柔直系统岸上交流电网故障时的盈余功率问题,提出一种采用能量控制的多个海上换流站与风电机组的协调控制策略。在故障期间,部分海上换流站先启动能量控制,根据直流电压的变化抬升能量参考值,吸收直流系统中的盈余功率。剩余海上换流站对直流电压进行预测,当直流电压预测值超过限值后,剩余海上换流站启动能量控制吸收盈余功率。海上换流站在吸收盈余功率的同时对风电机组采用降压控制,根据换流站储能的增加情况降低风机侧交流电压参考值。风电机组网侧换流器根据交流电压的变化调节d轴电流参考值,减少输送到多端柔直系统的有功功率,避免多端柔直系统的直流电压越限。最后,在PSCAD/EMTDC中对不同类型的故障进行仿真,验证了所提协调控制策略的有效性。

新一代低压直流供用电系统多工作模式下能量协调控制策略

新一代低压直流供用电系统(low voltage direct current supply and utilization system,LVDCSUS)强调了可再生能源的消纳以及直流用户侧电能产–销–储–用之间的协调统一,为推动直流用户侧灵活参与电力系统运行提供了全新思路。开展LVDCSUS用户侧电能的使用与生产相结合的研究,可有效挖掘直流用户侧的多元化电能资源灵活供给能力,为此该文首先依据LVDCSUS系统能量平衡关系将系统划分为全直流运行、余电上网运行、交流支撑运行3种运行模式;进而给出各模式下满足直流母线电压稳定、储能荷电状态均衡、灵活性电力资源利用三方面整体要求的协调策略;最后建立了多运行模式切换规则,实现通过切换多种运行模式改变能量协调控制策略,使LVDCSUS在稳定运行状态下主动参与电力系统能量互动。仿真结果验证了LVDCSUS多运行模式控制策略的有效性和可靠性。

飞轮储能阵列系统协调控制方法综述

因受材料、成本和技术等因素制约,提高单个飞轮储能装置的容量较为困难,难以满足长时间大功率的需求。对此提出使用飞轮阵列来提高飞轮系统的总储能容量,进而降低装置的研发和生产成本。对于飞轮阵列储能系统,研究各储能单元协调控制、相互配合的控制策略是实现阵列高效、安全运行的解决方案。从飞轮储能阵列系统拓扑结构、协调控制策略及协调控制算法进行全面的综述。从飞轮储能阵列不同并网拓扑结构出发,探讨了适用于直流母线并联和交流母线并联对应的功率分配控制策略;随后以飞轮储能阵列并行接入电网为切入点,分别对集中式、主从式与分布式协调控制算法进行比较研究和归纳总结,重点评述了分布式一致性算法优势,并在此基础上进一步总结基于智能算法高效率求解的功率分配控制策略。最后,指出了飞轮储能阵列系统并网运行协调控制面临的挑战。

基于变下垂系数的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略

风电场经直流汇集-直流送出的风电全直流输电系统中,直流系统的存在会解耦风电场和受端电网的频率耦合,在传统控制策略下对受端电网频率支撑能力弱。为此,提出一种针对风电全直流输电系统的一次调频变下垂协调控制策略。首先,提出基于Logistic函数的电压-频率变下垂频率传递策略,以直流系统电压为媒介,建立起电网频率与风电场功率的耦合关系。基于该频率传递策略,构建了由受端换流站的变下垂虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制、直流升压站的改进双闭环控制及风力发电机的变下垂减载控制组成的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略,实现系统无通信传递频率并参与电网一次调频。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建风电全直流输电系统仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。仿真结果表明,所提控制策略能使风电场在不依赖远端通信的情况下实现对电网的一次调频,同时,有效减小了调频过程中直流电压的波动幅度。