华北电力大学学报(自然科学版)


  • 自备供热电厂参与调峰权交易的弃风消纳模型

    刘文霞;王丽娜;

    由于自备供热电厂挤占了系统基荷,并且多数省份自备供热电厂未被要求参与调峰,因此,在系统调峰充裕度愈发紧张的“十四五”期间,研究了自备供热电厂在碳配额、可再生能源配额下的新挑战,为使自备供热电厂在北方冬季供暖期释放调峰空间,提出了自备供热电厂与风电场调峰权交易的模型;其次,分析了交易主体对联盟的贡献,建立多因素改进的Shapley值利润分配模型。进而,采用广义析取规划方法和分段线性化方法将非线性模型转化为混合整数线性模型,利用求解器对模型进行求解。最后,通过算例仿真验证了模型的正确性,并探究了碳交易价格对交易结果的影响,缓解电力系统在电力改革的过渡期出现的调峰紧缺现象,为自备供热电厂提供了利益保障。

    2023年06期 v.50;No.226 1-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 1166K]
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  • 基于时间模式注意力机制的CNN-BiGRU短期负荷预测

    黄宇;顾智勇;李永玲;史博韬;黄怡然;

    准确的短期负荷预测可以缓解电力供需矛盾,协调负荷管理,保障电力系统安全。短期电力负荷具有很强的非线性和时间依赖性,并与气候变化和实时电价等诸多外部因素有关,给精准预测短期负荷带来了困难。为此,提出一种基于时间模式注意力(temporal pattern attention, TPA)机制的卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)-双向门控循环单元(bidirectional gated recurrent unit, BiGRU)短期负荷预测方法。其中,卷积神经网络用于挖掘不同输入变量与当前负荷间的非线性空间联系,双向门控循环单元用于从时间序列中捕获长期依赖关系,时间模式注意力机制引入以自适应加权赋予特征权重,突出重要信息,实现短期负荷预测。以澳大利亚公开负荷数据集作为实例验证所提方法的效果,预测精度达到了97.651%,与CNN-LSTM、RNN预测模型进行对比,精度分别提高了0.531%和5.992%,实验结果表明:所提的TPA-CNN-BiGRU预测方法具有更高的预测精度和普适性。

    2023年06期 v.50;No.226 11-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 1872K]
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  • 基于宽度和深度模型以及残差网络的综合能源负荷短期预测

    栗然;罗东晖;李鹏程;臧向迪;张文昕;祝晋尧;严敬汝;回旭;

    针对用户级综合能源系统负荷波动大,能源耦合复杂的特点,提出一种基于深度和宽度模型(Wide&Deep)和残差网络(ResNet)框架并且采用完整集成经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise, CEEMDAN)和主成分分析(Principal Components Analysis, PCA)的综合能源系统联合负荷预测方法。所提模型由宽度和深度两部分组成:深度部分参考ResNet拟合残差映射的思想将多个长短期神经网络(Long Short-Term Memory, LSTM)子层堆叠构建深度预测网络,深度部分数据在输入前采用CEEMDAN进行分解,并利用主成分分析对分解结果进行主要影响因素提取和排序,并通过对数据的梯级输入实现对不同信息密度数据的梯级利用;宽度部分则采用简单模型并对传统Wide&Deep-LSTM模型的Wide部分输入进行改进,有效降低了模型的训练难度。通过实际算例分析可知所提模型具有良好的预测精度和收敛速度。与常规模型相比,所提模型具有一定优越性。

    2023年06期 v.50;No.226 21-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 1769K]
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  • 大型风机海上风电场集电系统拓扑优化

    吴瑊;米增强;杨玉新;栾福明;李程;刘玉成;

    海上风电机组呈现大型化发展趋势,集电系统的电压等级随着单机额定容量的变化而发生改变,使用模糊c-均值聚类算法(FCM算法)进行海上风电场集电系统拓扑优化在选取集电系统电压等级较低时,将面临串组内风电机组个数冗余度受限、集电系统拓扑结构更加复杂等问题,导致规划效率过低或规划失败。针对66kV及35kV集电系统,将FCM算法及Prim算法从边权条件、优化路径选取等方面进行改进,对整体规划进行降维分区,通过改进算法结构、改进寻优方式等方法,把复杂的集电系统优化分解为多个分区的优化问题,使改进算法在风机容量大型化的趋势下,可适用于不同电压等级的海上风电场集电系统拓扑优化,并通过算例证明优化算法具有较好的普适性、寻优性及规划效率。

    2023年06期 v.50;No.226 31-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 1533K]
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  • 考虑富氧燃烧技术的含光热发电与垃圾焚烧虚拟电厂协调优化调度

    孟明;包志永;陆林;薛宛辰;

    为有效应对新能源高比例并网、促进能源低碳化,将富氧燃烧技术引入到热电联产虚拟电厂,建立了考虑富氧燃烧技术的含光热发电与垃圾焚烧虚拟电厂协调优化调度模型。首先,研究了富氧燃烧电厂运行时的能量转移特性与调峰特性,分析了富氧燃烧技术相对于空气燃烧后碳捕集技术的优势;构建了富氧燃烧-GPPCC-电转氢(气)协同运行框架:在CO_2循环利用的同时,实现了电制氢副产物氧气作为富氧燃烧的有效补充。其次,所提出的模型采用富氧燃烧-垃圾焚烧-风电/光伏联合运行模式,并配合广义储能系统运行,使得源荷两侧之间具有良好的协调特性,进而使风电与光伏成为间接可灵活调度的资源;通过光热电站参与供热,释放了富氧燃烧电厂的调峰能力,提升了虚拟电厂供能的灵活性。最后,基于CPLEX对不同运行场景进行仿真,验证了所提模型和策略的有效性。

    2023年06期 v.50;No.226 40-51+58+52页 [查看摘要][在线阅读][下载 2012K]
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  • 电源含低次谐波时感应电机振动特性及降振措施研究

    周子涵;王山;李朝眩;王梓旭;赵海森;

    感应电机因其可靠性高、易维护的优点成为工业领域风机、压缩机及泵类负荷的主要驱动设备,随着变频器与非线性负载的大量应用,导致供电电源包含明显低次谐波进而显著影响电机低频段振动特性。受设备安装空间与滤波成本的限制,增设滤波装置消除电源侧低次谐波的难度颇大。为了削弱上述不利影响,从理论角度分析了电源含低次谐波对径向电磁力的影响,并以一台32 kW感应电机为例,设计了一种低谐波绕组方案用于削弱低次谐波对电机低频段振动的影响,进一步利用时步有限元法对比分析了采用普通绕组与低谐波绕组方案时电机的径向磁密和径向电磁力特点,结果表明文中低谐波绕组方案能够有效降低气隙磁密低次谐波分量及低阶次径向电磁力幅值。通过现场实验验证了低谐波绕组方案能够有效抑制低频段振动。

    2023年06期 v.50;No.226 52-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 1438K]
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  • 转子阻尼绕组及其材料对同步调相机暂态特性的影响

    张自力;李秉晔;田志杰;武晓明;王林格;宋敬良;许国瑞;

    为了研究转子阻尼绕组对同步调相机暂态无功特性的影响,建立了同步调相机的场-路-网耦合时步有限元模型,计算了系统短路过程中同步调相机无功功率、定转子电流等电气量的变化规律,对比分析了有无阻尼绕组对同步调相机各电气量的影响;在此基础上,研究了铜、铝和不锈钢等不同材料阻尼绕组对同步调相机暂态特性的影响。结果表明:转子阻尼绕组不仅可以抑制励磁绕组过电流,同时还能提升同步调相机的暂态无功支撑能力;当采用铜阻尼绕组时,同步调相机的暂态特性最优。研究结果可为同步调相机暂态无功及电压支撑能力的提升提供技术支持。

    2023年06期 v.50;No.226 59-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 1875K]
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  • 基于GPU并行加速变压器二维瞬态流场问题的研究及应用

    任增强;刘刚;靳立鹏;武卫革;

    针对采用无量纲最小二乘有限元法计算变压器二维瞬态流体场问题时计算时间长,效率低的问题,拟采用GPU对瞬态流体场程序进行并行加速。将瞬态流体场计算程序中计算量最大的两部分,即单元刚度阵的形成和稀疏线性方程组的求解,移植到GPU上运算,从而大幅减少计算时间。同时采用十字链表法和CSR稀疏存储结构存储方程组稀疏矩阵中的非零元素,以降低内存消耗。使用方腔驱动流模型验证了GPU并行程序的有效性,并且并行程序加速比随方腔模型规模的增大而增大。将GPU并行程序应用于变压器绕组模型的瞬态流体场仿真分析,分析结果表明,相较于串行程序,GPU并行程序加速比达到16倍左右。论文所实现的基于GPU并行计算方法为产品级变压器瞬态流体场仿真奠定了基础。

    2023年06期 v.50;No.226 66-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 1695K]
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  • 计及碳交易和调峰灵活性的多场景热电负荷优化分配

    王宁玲;刘嘉康;陈宏彬;武青群;郭喜燕;杨志平;

    面向提高机组调峰灵活性和降低碳排放需求,建立热电联产机组收益和负荷优化分配模型,得到机组热电负荷分配策略、收益及碳排放分布特性。选取两台350 MW机组4种运行场景,采用进化算法EA,以机组总体收益最大和碳排放最低为目标进行热电负荷优化分配,得到了4种运行场景收益情况以及原因;定义了两台机组热电负荷分配不均数,同时研究了热电负荷分配不均数在4种场景下对机组总收益的影响。为热电联产机组的高效低碳负荷优化分配和灵活运行提供参考。

    2023年06期 v.50;No.226 76-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 2092K]
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  • 低压缸零出力条件下电锅炉和高低旁路抽汽供热的经济性与灵活性分析

    田亮;汪可;

    供热机组灵活性改造是打破“热电耦合”、实现煤电机组为可再生能源发电提供容量支撑的有效措施,最常见的技术方案是汽轮机低压缸零出力运行加高低旁路抽汽供热或电锅炉供热。针对一350 MW超临界供热机组,采用变工况迭代计算方法,对两种方案的最小电出力、最大供热和保热调电典型工况点的热经济性,以及深调峰负荷段的电出力的可调范围进行对比分析。结果表明,由于冷端损失很小,在相同热电负荷工况下电锅炉方案耗煤量仅略大于高低旁路抽汽方案;而因电锅炉具有优良的逆向电负荷调节能力,深调峰负荷段下的电负荷可调区间要显著大于高低旁路抽汽方案。

    2023年06期 v.50;No.226 85-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 1115K]
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  • 需求不确定下基于鲁棒优化的新旧充电站规划

    高治佳;李星梅;许传博;王玉玮;

    充电基础设施的合理规划是促进电动汽车行业发展的重要环节,现有研究均未考虑用户充电需求的不确定性对新旧充电站规划的影响。针对这一问题,采用鲁棒优化方法,引入不确定情境集来刻画用户充电需求的不确定性,构建了一个基于鲁棒优化的新旧充电站规划模型。并通过不确定预算来调节不确定集合的大小,以满足决策者的不同风险偏好。此外,将该模型应用于上海市杨浦区电动汽车充电站选址案例中,研究结果表明:(1)需求不确定条件下基于鲁棒优化的新旧充电站规划模型更符合实际,可以更好地应对未来用户充电需求增加的情况。(2)不确定预算对投资成本和建站数量有显著影响,决策者可以根据对不确定风险的偏好程度选择最佳的选址方案。

    2023年06期 v.50;No.226 93-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 1298K]
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  • 基于全生命周期理论的风力发电环境评估研究

    王永利;蔡成聪;张丹阳;刘振;李颐雯;

    采用全生命周期理论对2011-2020年的风力发电进行环境评估分析,研究耗材排放系数和风电装机容量对污染物排放与二氧化碳排放的影响程度,通过情景模拟分析法预测风力发电的全生命周期碳排放强度发展趋势,得到不同发展情景下的碳减排潜力。研究结果表明:(1)风力发电的各阶段排污强度对比为:风机制造阶段>风机运行维护与输配阶段>风电场建设阶段>风机拆除阶段>风机运输阶段。(2)风力发电的各阶段碳排放强度对比为:风机制造阶段>风机运行维护与输配阶段>风电场建设阶段>风机运输阶段>风机拆除阶段。(3)负碳材料使用占比与金属回收利用率对风力发电全生命周期CO_2排放量影响较大。(4)风力发电的全生命周期碳排放强度需要降低至3.24 g/kW·h以下,才能助力电力行业实现碳中和。

    2023年06期 v.50;No.226 100-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 1701K]
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  • 生物质混燃特性的数值模拟与实验研究

    赵嵩颖;魏任锋;徐建光;陈雷;

    为探究生物质混燃特性,以圆筒形燃烧室的锅炉为例进行数值模拟与实验研究。选取玉米秸秆、棉秆、木屑和稻秆4种生物质作为混燃燃料,利用FLUENT软件分别对4种单一生物质在燃烧室中心截面上的温度分布进行数值模拟,并根据模拟结果进一步将燃烧室中心截面温度最高的玉米秸秆和最低温度的稻秆混合燃烧模拟和实验研究,来研究不同质量掺混比、一次风速和一次风温对生物质混燃的影响。研究结果表明:4种生物质分别燃烧时,燃烧室中心截面上最高温度的排序依次为:玉米秸秆>棉秆>木屑>稻秆,玉米秸秆的最高温度相比另外3种生物质高100 K以上,玉米秸秆与稻秆的最佳质量掺混比为7:3,最佳一次风速、一次风温分别为48 m/s、1 300 K,且在最佳混燃参数下,生物质混燃提高了生物质单燃的燃烧特性,有效地解决了生物质单燃时热值较低的问题;并通过混燃实验研究了玉米秸秆与稻秆在最佳混燃参数下的燃烧特性,验证了其模拟值与实验值之间具有良好的一致性。

    2023年06期 v.50;No.226 110-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 1453K]
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  • 横向沟槽减阻中的涡结构识别方法研究

    吴正人;程相辉;石祎炜;吴浩;刘梅;

    湍流相干结构演化规律的分析是探究沟槽减阻机理的一项重要研究手段。为探究Liutex参数与Omega准则在沟槽减阻机理研究中的适应性问题,采用大涡模拟方法,对设置有横向沟槽结构的槽道流域进行数值模拟,比较了Liutex参数及Omega准则和传统识别方法识别结果的异同。通过与传统涡识别方法综合对比后发现:Omega准则的阈值选取更加方便,且敏感度低,鲁棒性强,但对于壁面附近的小涡结构,相较于传统识别方法,并无突出优势;Liutex线相较于涡量线更加准确且规整,与涡结构的吻合性更佳;Omega准则与Liutex参数在横向沟槽结构流域的减阻机理分析中均具有很好的适应性,对于沟槽减阻机理的研究具有重要意义。

    2023年06期 v.50;No.226 118-126页 [查看摘要][在线阅读][下载 2613K]
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  • 《华北电力大学学报》2023年总目次

    <正>~~

    2023年06期 v.50;No.226 127-130页 [查看摘要][在线阅读][下载 824K]
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