华北电力大学学报(自然科学版)


  • 集成碳捕集技术的高速公路服务区多能源系统高自洽率运行方式研究

    袁敞;李雪健;薛翔宇;刘然;陈虎;

    新能源接入带来的源荷失衡和恶劣天气带来的极端用能场景给能源安全提出了严峻挑战,本文提出了一种高速公路服务区多能源系统高自洽率运行方式,该方式在实现系统安全供能的同时也可以降低碳排放。首先,在涵盖电、热、冷、天然气、氢气五种能源的能源转换设备基础上,构建了每一种负荷均至少有两种供能路径的服务区多能源系统模型;其次,基于五种能源形式的功率平衡、多能耦合设备额定运行条件、自洽系统储能安全限值等约束研究了服务区高自洽率运行方式,综合考虑能源自洽率和碳排放来设定目标函数,给出了基于弗洛伊德算法的系统优化运行方法;最后,以我国西南某高速公路服务区为实证研究对象,通过算例仿真验证了本文提出的优化运行策略的有效性。

    2025年01期 v.52;No.233 1-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 2501K]
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  • 考虑场景化特征的电力系统薄弱点两阶段精确辨识方法

    蒋天伦;刘文霞;李承泽;曹宇;

    由于场景化特征的差异性会导致电力系统脆弱点的不同,提出一种考虑场景化特征的电力系统薄弱点两阶段精确辨识方法。首先,考虑厂、站内设备毁伤对厂站功能损伤和修复时间影响,设备间可靠性关联关系,以及设备的地理聚集特征,建立子模块毁伤后果和厂站失能故障集。其次,考虑目标失能区域与预期恢复时间,建立电力系统关键厂站和子模块的两阶段优化辨识模型。进而,针对第一阶段采用KKT条件法并利用大M法将非线性约束做线性化处理,把问题转化成单层混合整数线性模型,利用求解器进行求解。最后,通过IEEE-39节点系统进行算例仿真,验证了模型的合理性,其获得的精确薄弱区域对支持防御者制定不同场景下的防御决策具有重要意义,提高了防御策略的合理性和科学性。

    2025年01期 v.52;No.233 12-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 1203K]
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  • 计及静态电压稳定性的含氢储能电力系统鲁棒优化调度

    刘艳;王建涛;王文杰;

    当前,我国电力系统正处于支撑实现“双碳”目标的清洁低碳化加速转型阶段。针对电力系统接入规模风电后存在的调度灵活性不足及潜在的静态电压稳定安全风险,以最小化风电消减率和火电机组运行成本为优化目标,并引入阶梯型碳排放权价格计及火电机组的碳交易成本,建立了计及静态电压稳定性的含氢储能的双目标电力系统鲁棒优化调度模型。经过线性化处理并使用多目标优化中的ε-约束模型转换,将所建模型转变为单目标优化模型并调用CPLEX进行求解。以接入规模风电及氢储能的IEEE 39节点系统为例的仿真验证结果表明:经天然气管道耦合的氢储能系统有效提升了风电消纳水平,静态电压稳定约束的加入可以在保证风电消纳水平以及系统运行成本的同时提升系统运行安全裕度。

    2025年01期 v.52;No.233 22-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 1759K]
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  • 考虑源荷储联合调峰的日前-日内两阶段滚动优化调度

    薄利明;邹鹏;郑惠萍;刘新元;赵书强;胡永强;李志伟;吴杨;

    为了应对新能源大规模并网给电力系统带来的调峰压力,充分挖掘源荷储资源的调度潜力,建立了日前-日内两阶段滚动优化调度模型。首先,将柔性负荷通过需求响应机制纳入调度计划,分别对价格型需求响应和激励型需求响应行为进行建模。然后,建立计及机组寿命损耗和环境效益的火电机组调峰全过程成本模型。最后,考虑到风光出力预测误差呈现“近小远大”的特点,基于机会约束条件建立旋转备用约束,实现不同时间尺度下置信水平的配合。采用修改后的IEEE30节点系统作为算例,分析结果验证了本文所提模型的有效性,柔性负荷具有削峰填谷的作用,通过不同资源种类以及不同时间尺度上的协调优化,提高了新能源消纳水平,对电力系统的经济运行具有重要意义。

    2025年01期 v.52;No.233 34-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 1550K]
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  • 基于混合势函数法的并网型直流微电网大扰动稳定性分析

    武颖;徐永海;王莹鑫;陈林;

    “双高”背景下的直流微电网呈现出非线性强、抗扰性差等特征,导致微电网在遭受大扰动时易产生电压大范围波动、失稳等问题,严重影响其安全稳定运行。为此,针对并网型直流微电网模型,提出基于混合势函数法的系统大扰动稳定性判据,并从推导过程、基本原理的角度分析其稳定性判据保守性产生的机理;针对大、小扰动稳定性的关联,对比基于混合势函数法的大扰动稳定性判据与基于Lyapunov间接法的小扰动稳定性判据,并对稳定性判据的有效性进行验证。然后,分析系统参数、线路故障等因素对系统大扰动稳定性的影响及其作用机理,为设计电压源换流器(voltage source converter, VSC)控制参数与主电路参数、确定系统稳定运行区域提供理论依据。最后,通过电磁暂态仿真验证分析的有效性。

    2025年01期 v.52;No.233 44-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 1490K]
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  • 基于Bi-LSTM和改进残差学习的风电功率超短期预测方法

    王进峰;吴盛威;花广如;吴自高;

    现有的方法在以风电功率时间序列拟合功率曲线时,难以表达风电功率数据所包含的趋势性和周期性等时间信息而出现性能退化问题,从而导致预测精度下降。为了解决性能退化问题从而提高风电功率时间序列预测的精度,提出了基于双向长短时记忆(Bi-LSTM)和改进残差学习的风电功率预测方法。方法由两个部分组成,第一部分是以Bi-LSTM为主的多残差块上,结合稠密残差块网络(DenseNet)与多级残差网络(MRN)的残差连接方式,并且在残差连接上使用一维卷积神经网络(1D CNN)来提取风电功率值中时序的非线性特征部分。第二部分是Bi-LSTM与全连接层(Dense)组成的解码器,将多残差块提取到的功率值时序非线性特征映射为预测结果。方法在实际运行的风电功率数据上进行实验,并与常见的残差网络方法和时间序列预测方法进行对比。方法相比于其他模型方法有着更高的预测精度以及更好的泛化能力。

    2025年01期 v.52;No.233 56-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 1771K]
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  • 考虑碳交易和储能系统的风光火协同优化运行

    朱小林;刘昌;满奕;何正磊;

    由于风电、光伏自身的局限性,使得风光火电协同互补调度成为能源可持续发展的重要解决方案,但传统研究往往只关注其发电成本与碳排放,缺乏在碳交易与储能系统场景下的协同分析。为此,将经济性和低碳性相结合,当前研究以系统发电耗煤成本与碳交易成本最低为目标,构建了风光火储联合调度模型,并使用CVXPY求解器对所提模型求解。其具体研究方案为:首先通过特征日获取模型获取代表全年用电负荷的典型日组,其次构建多能协同调度模型,最后在四种典型场景下对全年特征日调度结果进行对比分析。研究结果表明,考虑储能系统和碳交易机制的多能协同互补调度模型能更有效地提高风电、光伏的消纳能力,并降低系统的发电成本,对清洁能源的可持续发展具有重要意义。

    2025年01期 v.52;No.233 66-73+94页 [查看摘要][在线阅读][下载 1620K]
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  • 双馈异步发电机定子匝间短路对并联支路环流特性的影响

    何玉灵;刘翔奥;代德瑞;徐明星;张文;赵路佳;万书亭;李俊卿;

    分析了双馈异步发电机定子匝间短路故障前后的定子绕组并联支路环流特性。首先对正常情况和匝间短路情况下气隙磁通密度表达式进行了推导,得到了并联支路环流的解析表达式;然后建立了故障前后的二维有限元计算模型并对并联支路环流进行求解计算;最后在故障模拟发电机组上完成了实验验证,所得实验结果与理论推导及有限元仿真结果基本吻合。结果表明:正常情况下发电机定子绕组无并联支路环流,而单条支路短路故障发生后并联支路内出现环流,其频率成分为f、f_u、(1+(n±x)(1-s))f,并且随着故障程度的加剧各并联支路环流频率成分幅值将会增加;两条并联支路发生相同程度短路故障后无并联支路环流。

    2025年01期 v.52;No.233 74-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 1585K]
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  • 基于A,?-A的变压器三维涡流场时域有限元POD降阶方法及其应用

    朱章宸;刘尧;刘刚;刘云鹏;

    为解决三维涡流场时域求解时间长和存储空间需求较多的问题,首先基于A,?-A的三维涡流场时域有限元法结合POD(Proper Orthogonal Decomposition, POD)降阶算法实现了三维涡流场的高效计算。其次,以国际TEAM第21基准问题的模型B为例,通过对比分析实测数据与自编程序和COMSOL的计算结果,验证了A,?-A的三维涡流场时域有限元求解方法的有效性。然后,通过POD不同阶数的降阶算例验证了POD降阶方法的有效性。最后,利用所提的基于A,?-A三维涡流场时域有限元法计算了一台三相变压器进行额定运行工况下的涡流场,并将计算结果与COMSOL仿真结果进行了对比。同时,还分析了三相变压器在负荷减少过程中的相电流和磁场变化,并分析了降阶模型阶数对计算时间和精度的影响,结果表明:15阶降阶模型耗时约为全阶耗时1/10,并且在方程降阶后各时间步的加速比最大,可达到70~165倍,在计算涡流损耗时相对误差不超过4.59%,计算精度相对较高。

    2025年01期 v.52;No.233 82-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 2032K]
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  • 短路累积效应对绕组磁-力特征影响试验研究

    律方成;汪鑫宇;王平;耿江海;高树国;

    为探究变压器绕组在多次短路冲击下逐渐劣化过程,开展了110 kV真型变压器短时多次短路冲击试验,测量了短路试验过程中的漏磁、振动加速度实时波形以及试验后绕组轴向压力稳态值及电抗变化率,提取了漏磁、振动频谱特征,获得了各项物理量随短路电流强度、短路次数下的变化趋势。结果表明:多次短路冲击会使变压器绕组产生累积效应,累积效应影响程度与冲击次数和冲击强度有关;在累积效应作用下,磁场信号会由于绕组形变程度低或测点距离形变处较远而变化不明显,但振动加速度的频谱熵、Pearson相关系数的变化可以良好反映绕组的机械状态改变。因此监测变压器振动信号并分析其频谱是评估短路累积效应影响、绕组形变诊断的可靠手段。

    2025年01期 v.52;No.233 95-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 1616K]
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  • 基于比例失效模型的开关柜电缆接头状态评估

    刘洪斌;张惠;任有刚;王之昕;田伟;赵剑平;胡浈;赵洪山;

    电缆接头是开关柜内的薄弱环节,为保证开关柜的稳定运行,需要对电缆接头状态进行准确评估。结合开关柜内电缆接头的实际运行特点,有必要考虑开关柜负载率对电缆接头状态的影响。因此,提出了一种基于比例失效模型的电缆接头状态评估方法。首先利用开关柜电缆接头的历史故障数据和温度数据,并结合开关柜的负载率构建比例失效函数。然后基于比例失效函数定义决策量和告警阈值函数,其中决策量表示电缆接头的综合运行状态,告警阈值函数由电缆接头处于损耗故障期且状态协变量均为危险值时确定;当电缆接头状态决策量的值大于其告警阈值函数值时,此时对电缆接头进行状态告警,并实施检修。最后由仿真分析结果,评估模型判断的结果与实际观测的现象一致,验证了该评估方法的有效性。

    2025年01期 v.52;No.233 103-109+117页 [查看摘要][在线阅读][下载 1086K]
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  • 考虑输入变量时延-特征提取的燃煤电站NO_x排放动态建模

    马宁;刘磊;杨振勇;康静秋;董泽;

    针对电站负荷变动工况下锅炉氮氧化物排放浓度难以有效预测的问题,提出了一种考虑输入变量时延-特征提取的电站锅炉氮氧化合物(NO_x)排放动态建模方法,该方法将主元分析和高斯回归建模相结合,利用主元分析提取输入变量数据特征信息,将提取信息的当前值和历史序列值作为高斯回归模型的输入;此外,锅炉NO_x浓度的历史时间序列值作为反馈数据添加到模型的输入中。以某1 000 MW超超临界机组锅炉燃烧系统为对象,结合现场实际运行数据建立锅炉NO_x排放动态模型。实验结果表明:所建锅炉NO_x排放动态模型具有较高的预测精度和较强的泛化性能,对锅炉NO_x排放建模及智能控制研究有一定参考价值。

    2025年01期 v.52;No.233 110-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 1397K]
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  • 光伏/光热三联供系统运行性能与优化研究

    岳涵;徐梓彭;王娜;张衡;陈海平;

    为消除太阳能随机性与不稳定性对建筑供能的不利影响,降低建筑运行能耗,基于TRNSYS建立PV/T耦合水源热泵与溴化锂吸收式制冷机三联供系统模型。以天津市某学生宿舍的太阳能三联供系统为研究对象,探究系统全年运行特性,以系统火用效率与投资回收周期为目标函数,以系统关键设备参数与运行参数作为决策变量,通过Grasshopper调用超体积估计算法(HypE)进行优化。研究结果表明,系统能够满足建筑负荷,采用PV/T与水源热泵耦合能够同时提升两者性能,PV/T产电能覆盖系统大部分能耗。优化结果表明,在最优条件下系统的火用效率为20.10%,投资回收周期为8.02年。PV/T耦合水源热泵与溴化锂吸收式制冷机系统能够达到更好的能效与经济性。研究结果可为太阳能三联供系统的设计提供理论依据。

    2025年01期 v.52;No.233 118-125+134页 [查看摘要][在线阅读][下载 1465K]
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  • 旋流结构参数对压力旋流喷嘴雾化特性影响的数值模拟

    付文锋;蔡泽萍;王蓝婧;董帅;

    应用Realizable k-ε湍流模型和VOF(Volume of Fraction)两相流模型对某压力旋流喷嘴进行数值研究,分析了旋流室锥角、旋流孔角度及喷嘴入口压力变化对雾化锥角、雾化粒径及分布、液滴速度分布等参数的影响。结果表明:雾化锥角受旋流室锥角的影响幅度随压力增大而减小,雾化粒径及分布受旋流室锥角影响不明显,当旋流室锥角为90°时雾化范围广且雾化稳定性好;雾化锥角随旋流孔角度增大先增后减,当角度为45°时雾化锥角最大,平均粒径及其分布更佳;当喷嘴入口压力逐渐增大时,雾化锥角与雾化粒径均逐渐减小,液滴速度区间逐渐缩小,当入口压力达到0.4 MPa时,Sauter粒径及液滴粒径分布趋于稳定,液滴速度分布最为集中。

    2025年01期 v.52;No.233 126-134页 [查看摘要][在线阅读][下载 1688K]
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  • CuO/TiO_2催化氧化CO性能及其反应动力学

    高琪;董长青;胡笑颖;张俊姣;朱雁军;吕海洋;薛俊杰;王孝强;

    采用等体积浸渍法制备负载型CuO/TiO_2催化剂,研究CuO含量、体积空速、O_2含量、CO进口浓度及烟气含SO_2时对催化剂CO氧化性能的影响,并对催化剂进行结构表征。结果表明:30wt%CuO/TiO_2催化剂的CO催化氧化效率最佳,在10 000 h~(-1)空速下180℃以上完全催化氧化CO,针对0.1~0.5vol%CO进口浓度在220~420℃实现95%以上CO转化效率。当烟气中通入SO_2时,随着SO_2浓度由0增至4 000 mg/m~3,30wt%CuO/TiO_2催化剂在的CO转化率逐渐降低,SO_2的存在抑制催化剂的活性。在150~180℃温度范围内进行30wt%CuO/TiO_2催化剂的CO催化氧化本征反应动力学研究,实验及计算结果显示:30wt%CuO/TiO_2催化剂表面的CO催化氧化可近似为一级反应,反应活化能为24.23 kJ/mol。

    2025年01期 v.52;No.233 135-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 1532K]
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