重庆城市污泥燃烧及动力学特性分析

为研究重庆某污水处理厂剩余污泥的燃烧及动力学特性,采用热重(thermogravimetry,TG)–差示扫描量热(differential scanning calorimetry,DSC)同步分析仪对自然风干的污泥样本在空气流中进行燃烧试验,分析所得TG-DSC试验数据并将污泥的热反应进程划分为:化学结合水与小分子挥发分析出、挥发分析出着火气相燃烧、半挥发性有机质析出燃烧、难降解有机质与固定碳燃烧、方解石与燃烧残余物的分解。试样着火性能较好;其综合燃烧特性随升温速率的增加单调减小。当升温速率超过25 K.min-1时,试样平均活化能显著增加;当升温速率低于25 K.min-1时,其平均活化能波动较小。选取Coats-Redfern积分法分析污泥燃烧特性并求解各主要热反应阶段的表观活化能E和表观频率因子A,建立污泥燃烧动力学模型。

重庆地区500kV变电站内工频电磁场分析

研究了重庆地区500 kV变电站内的工频电磁场分布及特点。针对重庆地区日益增多的500 kV高压变电站,研究了该类型变电站内工频电磁环境对职业暴露的影响,对重庆地区500 kV高压变电站内各区域和设备周围的工频电、磁场进行了细致测量并归纳总结了测量结果,对电磁场较强的重点区域进行了分析。根据测量得到的电磁场分布情况,从职业安全角度出发,提出了500 kV高压变电站内的安全生产应注意事项。在500 kV高压变电站的安全管理、新变电站的合理布局和设计、新设备的选型等方面提出了合理化建议,为电力企业实施绿色环保工程提供了科学依据。

高海拔高速运行高铁车顶绝缘子风压分布及海拔修正

车顶绝缘子是高铁动车组列车重要的组成部件,高海拔地区运行中车顶绝缘子在高速气流作用下周围风压分布形成负压区导致其综合气压远低于实际海拔对应的气压进而影响车顶绝缘子电气性能。该文基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD),建立仿真模型,分析高速气流作用下车顶绝缘子周围风压分布特性及影响因素,并提出高海拔高速气流综合作用下车顶绝缘子电气强度修正方法。结果表明:车顶绝缘子的风压低值分布在侧风面伞裙根部(大伞在下表面根部,小伞在上表面根部);迎风面风压、背风面和侧风面风压的绝对值都随风速的增大呈指数增长,且海拔越低,增长越快;攻角为80°左右时将形成更明显的低压区;海拔4000m、运行速度为360km/h综合作用下车顶绝缘子形成负压相当于4599米海拔对应的气压,车顶绝缘子外绝缘修正应予以考虑。

基于多模式仿真数据协同迁移的轴承故障辨识

针对目前迁移诊断算法对训练样本规模与质量的依赖性,以及在特殊工况环境中进行轴承故障数据采集与标注的困难性问题,提出基于多模式仿真数据协同迁移的轴承故障诊断方法。首先,采用实际工况参数嵌入的轴承故障动力学模型生成各类故障模拟数据,解决实际故障样本不足与标签缺失问题。然后,根据在仿真数据可迁移模式分析基础上建立多个子源域,引入几何统计联合对齐法对各子源域进行无监督迭代迁移,克服了单一模式迁移信息不足与跨域特征差异度过大引起的负迁移问题。最后,采用优化模糊积分决策融合方法对迁移迭代中的多模式特征伪标签进行协同分配,逐步提高目标域标签的可信度与迁移模型的域适应能力。试验结果表明,该文所提方法以故障仿真数据为驱动,无需实测标签数据的引导迁移,就可实现轴承各类故障的准确辨识。该方法对工况环境变化及目标域样本大小具有较好鲁棒性,在非完备数据支撑的高端轴承故障诊断领域具有较好应用前景。

基于模态分析的多逆变器系统串并联谐振特性分析

基于模态分析的多逆变器系统谐振分析方法能够获得系统准确的谐振定位,但在谐振类型辨识方面存在不足。该文提出一种基于模态分析方法和参与因子计算的多逆变器系统谐振辨识方法。考虑线路阻抗,建立计及电容电流有源阻尼的逆变器诺顿等效模型。当逆变器组合变化时,对比串、并联谐振模态分析结果的差异。通过对系统谐振类型的划分,获取不同类型谐振的特征信息。针对不同类型谐振选择特定的模态分析方法,借助参与因子表现实现谐振类型辨识。最后,搭建仿真电路模型和实验平台,通过仿真和实验验证所得结论的正确性。

燃准东煤电站锅炉沾污结渣特性及防治措施研究进展

新疆地区的准东煤预测储量高达3900亿t,然而煤灰的高沾污结渣倾向严重制约着准东煤在电站锅炉的安全经济利用。为了明晰沾污结渣机理,推动准东煤在电站锅炉的高比例掺烧甚至纯烧,该文从准东煤的无机组分组成、煤的成灰特性、灰的沉积特性、电站锅炉受热面沾污结渣特性和防治措施5个方面对相关基础研究和工业应用情况进行总结。碱金属钠的释放、冷凝和低熔点组分的形成是沾污结渣主要原因,混煤和添加剂的使用以及燃烧调整是最常用的应对措施,降低炉膛出口烟气温度、优化受热面布置和吹灰方式是目前主流的炉型设计思路。开发完善新的炉型和技术手段有望为纯烧准东煤提供解决思路,但还需要应对燃准东煤电站锅炉灵活低碳发展过程的新挑战。

城市污水处理厂的“水-能-碳”协调调度模型

城市污水处理厂面临能量密集、碳排量大、运行成本高的突出问题。污水厂优化调度是实现“节能降碳增效”的重要途径,但现有调度方法还存在对处理设备控制特性利用不足、对处理过程的温室气体排放缺乏全面管控等局限。为此,该文提出一种面向污水厂“水-能-碳”协调调度的新模型。所提模型利用鼓风机启停/沼气池温度控制来挖掘节能空间、计入碳排放成本来提升低碳水平、引入污水分级处理与回用来促进资源回收利用,在满足污水处理工艺流程和各种设备运行约束及水质处理要求的条件下,实现污水厂的低碳经济运行。以某中小型城市污水厂为算例,验证了所提调度模型的有效性以及各调度要素对污水厂“节能降碳增效”的积极作用。

架空配电线路故障电弧的电磁辐射特性及故障定位应用

针对架空配电线路电弧接地故障点定位难题,该文研究架空配电线路故障电弧的电磁辐射特性,探索基于电磁辐射信号的电弧故障定位方法的可行性。通过10 k V配网真型故障模拟试验平台,分析接地电弧电磁辐射的时域与频域特性及传播衰减规律,结果表明:电弧电流的电磁辐射特征频段为20~30 MHz,该特征频段不会受到中性点接地方式、电弧接地介质与线路结构参数的显著影响,且特征频段内辐射信号在传播过程中衰减较慢。在此基础上,设计一种小型化三角形单极子–环形组合平面天线,工作频率为20~500 MHz。利用自制天线开展小型电弧故障定位实验,为后续配网电弧故障定位的应用研究提供基础。

基于随机森林算法的异常发热复合绝缘子分类模型

不同类型异常发热复合绝缘子对应的检修决策、应急处理手段各不相同,因此迫切需要建立复合绝缘子异常发热类型识别方法。该文分析了表面积污、护套老化受潮和芯棒酥朽发热复合绝缘子的表面中轴线温度曲线,并定义了7个温度特征量对复合绝缘子异常发热状态进行表征。此外,该文提出了基于随机森林算法的异常发热复合绝缘子分类型模型,并使用现场和实验室拍摄的异常发热复合绝缘子红外图像构建温度特征量样本集。采用SMOTE算法对芯棒酥朽复合绝缘子温度特征量进行数据增广、10折交叉验证选择决策树个数。模型测试结果显示,表面积污、护套老化受潮和芯棒酥朽复合绝缘子的分类精确率均在85%以上。

海水淡化厂与区域水-能耦合系统的协同调度

海水淡化厂具有能量密集、运行灵活的特点,是理想的电力需求响应资源。然而,现有关于淡化厂与电网协同运行的研究大多关注电网和淡化厂的一体化调度、无法适应双方自主决策的工程场景,对淡化厂运行约束的刻画也比较粗糙。该文研究反渗透淡化厂与区域水-能耦合系统(waterenergy nexus,WEN)的协同运行方法。首先,考虑淡化厂的生产流程、调节特性和运行约束,分别建立传统及新能源淡化厂的水-能管理模型;其次,在保障两类淡化厂和区域WEN自主决策和信息隐私的条件下,提出以双方调度计划互动为载体的“激励型”和“价格型”两种协同运行机制及调度模型,并提出基于二阶锥松弛和McCormick包络的求解方法。用算例验证所提协同运行机制、调度模型及求解方法的有效性。

含跟网和构网型新能源发电单元的混联电力系统暂态同步稳定分析

在新能源发电单元与同步发电机共同接入的混联电力系统中,不同同步方式新能源间,新能源与同步发电机间耦合复杂,深刻影响系统的暂态同步稳定性。为揭示电网对称短路故障下不同发电单元间的动态耦合机理及其对系统暂态同步稳定性的作用机制,该文首先建立故障条件下混联系统的暂态稳定分析数学模型。随后,利用空间矢量图示法与相平面法分析跟网型新能源发电单元注入电流、锁相环参数以及构网型新能源发电单元有功控制环参数等因素对混联系统内各发电单元暂态同步稳定性的影响规律,并据此给出系统控制器参数的设计原则。最后,通过不同工况下的仿真验证理论分析的正确性。

基于多层融合振动数据分析的GIS设备机械缺陷诊断方法研究

气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal enclosed switchgear,GIS)机械缺陷是导致设备故障的重要因素,针对单测点、单证据机械缺陷诊断模型信息缺失和精度不足问题,该文提出一种多层融合振动数据分析的GIS设备机械缺陷诊断方法。首先,基于真型GIS设备振动模拟平台试验研究测点位置与缺陷类型对振动行为的影响特性;然后,联合统计分析、模态分解、尺度变换方法提出机械振动信号整体与局部信息关注的复合参数分析方法,引入主成分分析开展多测点振动信息的特征层融合降维;最后,提出改进放缩权重的Dempster-Shafer(DS)证据理论和Bagging投票机制的强/弱基学习器决策层融合机制,联合构建多层融合振动数据分析的GIS设备机械缺陷诊断模型。结果表明:不同类型机械缺陷信号的响应幅值、特征频点和畸变程度存在显著差异,复合特征参量大小及分散程度各不相同;同时,测点位置对缺陷信号的复合振动特征参量的表现形式及分布区间也具有一定影响;基于多层融合数据分析的诊断模型实现缺陷有效识别,辨识准确率为98.66%,相比单一分类器诊断效果提升5.83%。该文可为GIS设备机械缺陷诊断方法提供有价值的参考。

ABO_(3)载氧体A/B位金属对乙烷化学链氧化制乙烯性能影响实验研究

钙钛矿载氧体因其低廉的成本、A/B位掺杂金属的灵活多变、优良的氧储存释放性能而受到关注,被广泛应用于化学链式氧化反应中制备乙烯。该文采用柠檬酸络合法制备不同A/B位金属的ABO_(3)钙钛矿型载氧体,通过研究A/B位金属变化对乙烷催化反应性能的影响,得到具有最佳反应活性的载氧体。运用XPS、O_(2)-TPD等方法对催化剂的结构进行表征,为探究其本征反应特性规律,通过动力学研究发现,在形成钙钛矿载氧体的不同A/B位金属中,BaCoO_(3)具有最佳的反应性能,其中乙烷转化率最高达到60%,乙烯选择性达到75%,乙烯收率最高为46%。BaCoO_(3)经过12次循环反应后,乙烯选择性基本保持不变,乙烷转化率降低约4%。通过表征分析发现,比表面积和孔径略微减小,表明载氧体具有优良的稳定性。

GIS多频振动信号产生机理及实验研究

当前国内外对气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal enclosed switchgear,GIS)的异常振动,尤其是引发振动的激励源、多频振动产生机理等问题缺少实质性研究进展。首先,建立受力模型,研究引发GIS振动的激励源,得到引发分箱型GIS振动的力源值,并指出正常运行状态,三相母线间电动力是主频振动的主要激励源。触头接触不良将导致触头斥力合力增大,地脚螺栓松动将导致系统固有频率的变化,影响非线性振动响应频谱特征;然后,将GIS按照薄壁圆柱壳进行研究,计算GIS壳体多阶固有频率,建立有效的非线性振动方程,首次利用解析方法揭示非线性GIS系统多频振动信号的产生机理;最后,研制成功振动信号采集系统,在550 k VGIS产品上设置典型机械缺陷,经实验验证,系统激发出的振动响应幅值极值点及频率与理论分析结果一致。论文的研究成果可为GIS机械缺陷的检测及诊断提供一定的支持和参考。

土壤冻结时考虑导体传热的接地装置散流失效模型

西藏地区新能源送出走廊不可避免的会途经极寒冻土地区,接地装置面临着冻结失效的风险。以往的研究中,接地装置散流性能计算前提是将冻土考虑成静态水平分层结构,忽略接地装置与杆塔相连时整体的散热效应对土壤冻结结构的影响,导致实际运行中接地装置散流性能分析不准确。因此,该文首先建立考虑接地导体传热的土壤水热场耦合模型,计算得到杆塔散热条件下土壤的冻结结构;然后,在此冻结结构下构造接地装置冲击散流失效模型;最后,利用该模型与传统模型对比,探究接地导体的半径、长度和土壤初始温度等因素对接地装置散流性能的影响。研究表明,由于接地导体具有良好的导热性能,其所接触的土壤易形成局部冻结,与传统模型相比,-10℃低气温下相同接地装置失效时刻提前约18 d;若低温持续时间相同,半径6 mm的单根垂直接地导体达到3.3 m就不会失效,而传统模型下则是1.6 m,相差约2倍。此外,减小接地导体半径或降低接地导体导热系数均可减缓局部冻结。

考虑海上风电与MMC阻抗耦合的柔性直流送出系统等效阻抗建模方法

海上风电经柔直并网系统的阻抗模型是其稳定分析的基础。然而,现有阻抗建模方法忽略海上风电与模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)间的阻抗耦合,可能导致系统稳定性判定失准。为此,该文提出一种考虑海上风电与MMC阻抗耦合的柔性直流送出系统等效阻抗精确计算方法。首先,采用谐波状态空间理论(harmonic state-space,HSS)建立MMC与风电机组的序阻抗模型;在此基础上,分析风电机组与MMC两者交流端口电压、电流与阻抗的相互耦合机理,以获得风电机组与MMC交流等效阻抗;最后,提出风电机组与MMC阻抗耦合度指标,以量化分析不同控制环节对风电机组与MMC的耦合程度的影响。在MATLAB/Simulink搭建海上风电经柔直送出系统仿真模型验证该文所建模型的精确性及阻抗耦合度的对系统稳定性的影响,并通过RT-Lab硬件在环实验证明该文所建模型在系统稳定性分析中有效性。

计及光热发电非线性运行特性的区域电网功率调节能力刻画方法

随着源网荷储一体化建设推进和多能互补系统发展,光热发电凭借其发电连续性、灵活性等优点,在多能互补系统中发挥的作用日益增大。准确描述光热电站运行特性并刻画含多能互补系统区域电网功率调节能力,对于实现电力资源优化配置有着十分重要的意义。然而,现有含光热电站经济调度模型,尚未计及储热系统充、放热过程能量损失成本,也缺乏对含光热电站区域电网的功率调节能力研究。为此,提出一种计及光热发电非线性运行特性的区域电网功率调节能力刻画方法。首先,考虑光热电站运行过程非线性约束及储热系统能量损失成本,构建计及光热发电非线性运行特性的电力系统经济调度模型。进一步,为解决光热发电非线性运行特性影响电网功率调节能力刻画这一问题,提出含光热电站电力系统经济调度模型线性化转换方法。在此基础上,基于多参数规划理论和K-means聚类算法,提出计及光热发电非线性运行特性的区域电网多时段功率调节能力刻画方法,实现联络线传输功率可行域的解耦计算,进而表征区域电网功率调节能力。最后,选取IEEE 30节点系统以及国内某省实际电力系统作为算例系统进行分析,验证所提方法的准确性及有效性。

基于变流器并网的新能源外送系统功率传输能力评估

光伏、风电等清洁能源广泛采用并网变流器接入电网,评估变流器并网新能源外送系统的功率传输能力,对于保证电网正常及紧急运行工况下的清洁能源持续、稳定外送具有重要意义。该文首先分析无功补偿前后变流器并网系统的功率传输特性,掌握变流器并网系统的安全稳定传输边界。接着,对新能源外送通道开展动态热容量评估,挖掘传输通道潜在传输能力以促进清洁能源消纳。然后,统筹考虑保证并网系统及外送通道安全稳定运行的各类型约束,确定新能源最大外送能力。最后,对算例测试系统中的新能源场站开展最大外送能力评估,算例研究表明:配合无功补偿并同时利用设备动态热容量,可以提升新能源外送能力;不同电网连接强度和运行工况下,限制清洁能源外送能力的主导因素不同,需依据主导因素确定外送功率,才能确保电网的安全稳定运行。

面向电网灾后恢复过程的移动应急资源分体式调度方法

移动应急资源的优化调度已被证实是提升电网灾后恢复能力与韧性的“助推器”。已有调度方法均将载体与其承载的功能模块“捆绑”为一体,低估了资源的实际效用。为此,该文提出移动应急资源的分体式调度方法,其特征在于将载体与功能模块“分解”为独立的调度单元,从而涌现出“一带多”与“载体共享”机制,以挖掘移动应急资源的利用潜力、探寻更优的调度效果。通过对载体、功能模块、电网三者间的交互行为进行分析,引入关键0-1变量,将实现分体式调度所需的各逻辑条件分别建立为线性约束条件;围绕电网灾后恢复场景,以最大化负荷供应为目标,并兼顾资源部署成本,建立计及移动储能、移动发电机、维修资源3类移动应急资源分体式调度的混合整数线性优化模型。最后,在IEEE配电系统上进行算例测试,结果表明,所提模型能够有效实现载体与功能模块间的灵活搭配与协同,并验证了分体式调度方法相对于传统方法的优势及其可扩展性。

甲醇水蒸汽重整制氢装置及系统研究进展

氢能具有高热值、无污染的特性,是21世纪新兴发展能源之一,规模化消纳转化可再生能源新思路“液态阳光”的提出,使甲醇重整制氢能源供应体系受到广泛关注。甲醇水蒸汽重整制氢工艺因反应温度温和、产物中氢气浓度高而成为最具有商用前途的制氢方式之一。甲醇水蒸汽重整反应为吸热反应,不同供热方案形成了多样化制氢技术。该文以甲醇水蒸汽重整制氢所需热量来源为牵引,综述自热型甲醇水蒸汽重整制氢技术、光热转换甲醇水蒸汽重整制氢技术和余热利用型甲醇水蒸汽重整制氢技术的最新研究进展,总结并对比不同技术路线中重整反应器结构、系统设计方案及制氢性能。最后,对3种甲醇水蒸汽重整制氢技术的发展趋势及应用前景进行展望。