四十年回首──“节能的理论和技术”的教学与科研──写在华北电力大学校庆日

四十年回首──“节能的理论和技术”的教学与科研──写在华北电力大学校庆日宋之平［华北电力大学（北京）动能工程系］我校“节能的理论和技术”这一学术方向脱胎于《工程热力学》，《传热学》和《工程流体力学》三门课程的教学，合称“热工理论”。我校这一学科的教学...

机械工程领域专业学位案例库建设——以输电线路工程专业为例

随着学科综合与多元化趋势的日益显著,“双一流”建设背景下,研究生教学应朝着课程多样化、信息化的方向发展。教学团队针对华北电力大学机械工程领域专业学位案例库建设缺乏统一性、教学素材质量参差不齐、教学案例与技术脱节等问题,结合“双一流”建设“大能源电力学科”的优势,组织和编写了以工程问题为导向的输电线路工程案例教学资源库,并开展输电线路工程教学改革。通过构建以工程问题为导向的输电线路工程案例教学体系,形成“知识→案例→实践→知识”的良性循环,促进学生自主学习,并培养其开放性思维,达到培养学生分析问题和解决工程问题能力的教学目标。

基于FA-ELM深度挖掘模型的电力工程预算控制技术

针对现有预算控制方法存在目标单一,效果不理想等问题,提出了一种基于FA-ELM深度挖掘模型的电力工程预算控制技术。通过深入剖析电力工程费用的组成与影响因素,提出了工程进度与预算双目标的管控方式。利用萤火虫算法优化极限学习机网络,构建FA-ELM预测模型,将预处理后的电力数据输入FA-ELM模型中,可估计每个阶段的工程费用,便于管理人员采取相应的措施。在MATLAB仿真平台上对所提技术进行实验分析,结果表明:FA-ELM模型的预测误差均控制在6%以内,且工程总费用节约了14.09%,整体性能优于其他对比技术。

基于多元储能的分布式能源系统优化调度方法研究

为进一步构建清洁低碳、经济节能的供能系统,研究建立了含风、光以及多元储能的分布式能源系统,针对北京某办公园区,采用DeST预测用户负荷以及当地风、光条件。以经济性、节能性和环保性三方面的综合效益最大为目标,提出一种自适应优化运行策略,分别采用穷举搜索法和遗传算法对系统优化调度方案进行优化。同时,采用以电定热运行策略作为对照,对比分析几种不同运行策略下系统的综合效益。结果表明:传统以电定热运行模式下的综合效益平均值为0.41;而在自适应优化运行策略下,使用遗传算法得到的调度方案,其综合效益平均值可达0.5,穷举搜索法得到的运行方案,其综合效益平均值可达0.51。

能源动力类实验教学示范中心的建设与完善

以华北电力大学热能与动力工程北京市实验教学示范中心的建设和完善为例,介绍了如何建设和完善以培养创新能力为目标的热能与动力工程专业综合实验教学中心,可为相关院校、相关专业的实验、实践教学提供一定的借鉴经验。

风电并网后对华北电网调峰的影响

风电并入电网给系统的调峰带来很大影响,风电特有的随机性、波动性等特性影响着系统的稳定运行。文章针对风电并网后对电网调峰的影响问题,以华北电网的实测数据为分析对象,直观显示了风电出力在不同时段的波动特性。对比分析了风电的月、日出力特性与华北电网的负荷特性之间的关系,讨论了风电并网后对华北电网调峰的影响,得到了风力发电给电网调峰带来负面影响的关键月份。论文成果对于风电并网参与调峰提供了参考。

含P2G和复合储能的高速公路服务区综合能源系统日前优化调度

为了提高高速公路服务区综合能源系统可再生能源消纳能力、降低经济成本,本文面向高速公路服务区中电、气、冷、热等多态能源,基于能源枢纽矩阵建模方法,建立能源供给侧、能量转换侧和负荷需求侧各模块的能量转换与供需耦合特性模型;在充分消纳可再生能源的情况下,以系统运行总成本最小为目标函数,建立系统优化调度模型;针对同一负荷不同运行场景下的调度结果表明,所提模型能最大程度使用风光发电,降低系统总运行成本;供给侧引入电气耦合与负荷侧引入复合储能的调度结果表明,所提模型能达到系统运行费用最优,同时可实现系统周期内运行费用的“削峰填谷”。

机械工程专业课程思政教学改革探索和实践——以材料力学教学为例

文章针对高等院校材料力学传统授课相对枯燥、学生听课效率和学习效率低的教学现状,以“学生学”为中心,以课程思政为主线,以工程案例为驱动,进行材料力学课程教学改革。在材料力学教学过程中,尊重学生主体地位,给予学生自由发挥与创造的空间,实现师生双向互动。搜集材料力学中的相关素材,结合材料力学学习过程中学生反馈的情况,将思政元素与工程案例巧妙结合,可以激发新工科背景下学生学习材料力学的兴趣,达到学生主动学的教学目标,培养工科学生的爱国主义情怀。

浮式风力机若干特征动力学问题综述

总结浮式风力机类型及其对应的特征动力学问题,针对浮式风力机气动荷载、水动荷载的计算方法以及结构动力学、控制动力学典型问题进行论述。讨论了气动—水动—结构—伺服耦合分析的难点,重点分析了二阶波浪力、畸形波等非线性波浪荷载、流荷载及涡激运动对浮式风力机特征动力响应的影响。阐述了浮式风力机动力学研究的试验方法、数值仿真方法、样机测试方法,并对模型试验技术的相似理论、气动模型的实现和难点以及数值仿真的频域方法、时域方法和分析工具进行了归纳对比。研究表明:浮式风力机多场、多体耦合动力分析机理及相关技术仍不成熟,气动荷载、高阶非线性波浪荷载耦合模型的建立是动力学问题研究的重点,数值仿真及模型试验是浮式风力机动力响应研究的主要方法,样机测试技术的积累将促进设计标准的完善及浮式风电的产业化发展。

基于多能流耦合规律的综合能源系统潮流及流分析

从能量流和流两个角度分析综合能源系统的多能流耦合规律,建立系统能流稳态潮流模型和流模型,根据模型特点研究系统潮流和流分布计算方法,以算例验证计算方法的可行性并分析计算数据,验证流机理模型相比于黑箱模型在局部分析方面的优越性。以算例数据为例,分析其潮流及流分布特点,结果表明:算例系统中能源转换环节的地方损最大,为系统薄弱环节,值得着重改进;同时电、热网络也有部分管段损较大,优化局部网络时也应纳入考虑。

直角凸壁面附近非对称位置的空泡动力学行为实验研究

空化破坏现象在核电厂中广泛存在。为了更深入地揭示空化破坏的机理,本文借助高速摄影实验系统,研究了直角凸壁面附近非对称位置空泡的动力学行为。具体分析了空泡的轮廓变形,形心的移动距离和方向,以及空泡射流的方向随着空泡与壁面相对位置d、h的变化规律。本文主要结论如下:(1)空泡的变形与空泡和固体壁面的相对位置d、h有关。随着空泡与右壁面的距离d的增大,空泡的非对称性越来越弱。随着空泡与上壁面的距离h的增大,在整个空泡的动力学过程中空泡的非球形特征逐渐减弱。(2)在空泡的溃灭和再生长过程中,空泡形心会持续地向左下方移动,且形心向左移动的距离随着d和h的增大而明显减小。(3)当空泡与上壁面的距离h适当时,会产生明显的斜向左下方的射流现象,且射流方向角θ随着d的增大而增大。

光-气-储互补的综合能源系统全生命周期优化研究

针对北京某大型商场构建的光-气-储互补的综合能源系统展开研究,提出全生命周期优化方法,以全生命周期最小环境影响为目标函数,优化设备变工况运行下的容量配置。基于电跟随、热跟随两种运行策略,考虑多余的热、电产品是否计入环境收益构建4种场景;计算分析4种场景下的能耗和污染物排放,并研究全球变暖、酸雨和人体呼吸系统3种环境影响因素对全生命周期环境的影响程度。研究结果表明:电跟随运行策略在考虑剩余产品的环境收益方面优于热跟随策略,电跟随策略的效益案例对全生命周期环境的影响较小。

柱形空泡动力学研究综述

空化现象是核工程领域的重要研究内容,而柱形空泡动力学是其前沿方向。本文从理论和实验两个方面对柱形空泡的研究进展进行了综述。首先,本文从流体力学基本方程出发,对三种典型形式的柱形空泡动力学方程进行了详细的推导和系统的整理。然后,对这三种柱形泡动力学方程进行了比较,指出了它们在方程的形式和适用范围上的差别。此外,文章分析了方程中一些重要参数对方程预测结果的影响。实验研究方面,本文展示了柱形空泡典型的高速摄影图片以及空泡半径随时间的变化。通过将实验结果与理论结果进行对比,发现二者具有良好的一致性。

能源动力类专业热力学第二定律的教学方法浅析

《工程热力学》课程是热能与动力工程专业一门重要的专业基础课。其中热力学第二定律是教学重点和难点之一,如何理解并掌握这个重点和难点是学好热力学及后续课程的关键。因此在教学中讲好热力学第二定律,使学生掌握其本质和内涵及熟练应用显得很重要。本文针对学生普遍反映的热力学第二定律的疑难点,根据作者多年的教学实践浅谈一些体会。

综合能源系统源-荷能量的多时间尺度预测

为应对可再生能源利用和用户负荷的不确定性,提出一种多时间尺度预测方法。预测过程分日前、日内滚动和实时3个阶段进行,时间尺度分别为1 h、15 min和5 min。首先,采用基于差值统计的预测方法完成气象参数的3个阶段预测;其次,在负荷预测的日前和日内阶段,建立了信号分解与机器学习相结合的回归预测模型,实时阶段建立了机器学习时间序列预测模型;接着,以测试集的预测精度指标为依据确定了日前和日内滚动阶段对典型日负荷的最佳预测方法;最后,将预测方法应用于典型日的能量预测,验证了方法的可行性。研究结果显示:3个阶段典型日气象参数预测结果的决定系数R~2都在0.8以上;在日前和日内滚动阶段,多元负荷的预测任务应采用不同的信号分解方法,实时阶段负荷预测结果的R~2值均超过0.9,平均绝对误差百分比(mean absolute percentage error, MAPE)接近0。

双转子-中介轴承系统动力学仿真与实验研究

针对双转子系统复杂的动力学特性以及总是存在的质量不平衡现象,建立内外双转子系统动力学模型,通过轴心轨迹图、时域图、频谱图、庞加莱截面图和分岔图分析其振动特性,并通过双转子系统实验台升速和不平衡实验验证了理论和仿真结果。结果表明:双转子系统在升速过程中会发生2次振幅突然加剧的现象,2次主共振分别由内、外转子转速达到系统固有频率引起;双转子系统在不同的转速下会呈现出不同的振动特性;增大内转子的不平衡量,不仅会影响内转子系统振动响应,还会影响外转子系统振动响应,并且对前者的影响更显著。

输电线路压缩型耐张线夹工程失效研究进展

输电线路中耐张线夹需求量巨大,但线夹失效事故发生频繁,这不仅带来了经济损失,还严重威胁到电网的可靠运行。为解释压缩型耐张线夹的失效机理,提高输电线路的安全性,国内外学者展开了大量的研究。从失效事故方面综述了压缩型耐张线夹的过热和断裂两类工程失效类型,从工程分析和机理研究方面综述了两类工程失效类型的失效机理,从压接工艺研究方面综述了压接工艺参数对失效形式的影响,并从常规检测以及无损检测两个角度综述耐张线夹的质量检测研究现状。最后,基于目前偏于定性分析的耐张线夹工程失效研究,对耐张线夹失效机理的进一步研究提出了展望。

氨煤混燃气相中NO生成的化学反应动力学分析

氨煤混燃涉及复杂的化学反应过程,是否会加剧氮氧化物的生成是倍受关注的问题。通过化学反应动力学计算方法,研究了氨煤混合燃烧的气相反应中NO生成和还原的反应路径,以及不同因素对NO生成的影响。结果表明:温度T=1300℃、过量空气系数α=0.84时,相较于纯煤燃烧,掺氨比例为0.3时能够降低反应器出口NO体积分数96.5%,原因是此工况下氨分解产生大量的NH_(2)和NH等自由基,其还原反应的反应速率更快,从而使含N基元向N_(2)转化;T=1300℃下,掺氨比例为0.3时较为合适,此时反应器出口的NO和NH_(3)体积分数均较低;小比例掺氨燃烧会增大NO的生成速率和NH_(3)的分解速率,导致反应器出口NO体积分数增大,且温度越高,该现象越明显;α<1的还原性气氛和较低的温度(T≤1300℃)能够有效降低NO的排放。

基于VMD-Stacking集成学习的新能源发电功率预测模型

在“双碳”背景下,新能源发电功率的准确预测对于电力系统的平稳运行至关重要。提出了一种自适应性的VMD-Stacking集成模型,以解决数据集变化时传统学习模型预测精度不高的问题。利用皮尔逊相关系数选择与发电功率强相关的气象特征,通过变分模态分解(Variational mode decomposition,VMD)将功率数据分解为多个模态分量,由此构成新的数据集。运用贝叶斯优化算法调整超参数,综合评判随机森林等8种学习模型的评价指标,自适应选出预测性能最优的3种模型作为基学习器,并选用稳定性和泛化能力相对较强的线性回归(Linear Regression)作为元学习器,建立Stacking融合模型。对各分量的预测值叠加,得到最终预测结果。以某新能源场站为例,对风、光电站的发电功率进行预测。算例验证结果表明,该模型在面对不同数据集时,体现出较强的适应性,预测性能也得到显著的提升。

基于“一平三端”的工程材料智慧课堂教学方法

为了提高学生的自主学习能力,使用超星平台、教室端、移动端、管理端开展工程材料智慧课堂教学,在课前预习、课堂学习、课后作业三个阶段实施智慧教学的课程改革模式。基于项目引导式的课程内容改革,建立题库,在课堂上充分利用课堂签到、线上测验、互动等智慧应用。实践证明,该方法能够激发学生的自主学习性,具有较好的教学效果。