为提高秸秆微粉碎的碎裂率以及粒度均匀性和稳定性,文章针对秸秆物性提出了动、定刀冲击和剪切的复合粉碎方式,设计了一种弧形锯齿刃粉碎刀具。通过对秸秆粉碎过程中受到的剪切、冲击作用进行力学和动力学分析,明确了影响秸秆粉碎性能的主要因素及碎裂方式。基于EDEM 数值模拟,对比分析了锯齿刃型和光刃型刀具对秸秆粉碎性能的影响,模拟结果表明:在粉碎含水率为20%的玉米秸秆时,相较于光刃型刀具,锯齿刃型刀具的颗粒粘结键数量减少了 16.76%、颗粒运动速度提高了 15.9%、颗粒总能量增大了 25.05%、对粉碎室壁的冲击力减小了 33.69%,工作状态更加平稳,能耗更低。

河南省是农业大省,农作物秸秆资源丰富,为提高区域秸秆资源化综合利用率,促进秸秆资源化利用产业化发展,文章对河南省主要农作物秸秆资源量、秸秆养分蕴含量等进行了估算,明确了河南省秸秆资源分布特征,同时结合河南省秸秆资源化利用需求量,计算分析了全省秸秆资源化利用潜力。结果表明:2022年河南省主要农作物秸秆理论资源量和可收集资源量分别为10386.88万t和8108.91万t,主要分布在驻马店、南阳、周口和商丘,区域秸秆资源量差异较大;2022年河南省可收集秸秆中氮、磷、钾蕴含量分别为66.64万t、19.66万t和105.94万t,可收集秸秆量理论上可以代替当年全省氮肥需求量的42.28%、磷肥需求量的27.38%,可全量代替当年的钾肥需求量;牲畜饲料化秸秆需求量为1375.48万t,占全省可收集秸秆资源总量的16.96%;基料化秸秆资源需求量为184.95万t,占全省秸秆资源总量的2.28%;可收集秸秆全部能源化利用可替代4086.25万t标准煤。

文章针对我国各地区光伏资源、上网电价、初始全投资、弃光率不同的情况,构建了光伏经济性评价模型;分析了各地区光伏发电平价上网情况;并计算出各地区满足基准收益率的最低上网电价和最高初始全投资。结果表明:我国光伏经济性存在明显的地域性差异,考虑“弃光”的情况下,全国共有15个地区无法实现平价上网,但其中大部分地区已接近平价上网;部分光伏经济性高的地区能以低于标杆电价0.05元/(kW·h)的电价实现平价上网。研究结果有助于光伏项目的投资决策以及相关政策的制定。

为了评价单井闭循环的热提取性能,优化注入参数,文章针对中国东北典型场地,基于井筒储层耦合数值模拟和场地的运行监测数据,分析了地热系统短期(热响应测试)和长期(一个供暖季)的提热性能,并优化了系统运行注入温度和流量。结果显示,典型东北地区1500m长度的地热井在平均注入温度7℃,注入流量7.7 m³/h 条件下,换热孔出口平均功率为65.2kW,一个供暖期出口与入口平均温差为4.9℃,地层温度降低影响最大范围约7m,地层中的降温程度最大为23℃,并可以在非供暖期得到较好的恢复。在不考虑运行成本和可持续开发的情况下,注入温度越低、流量越大,获得的换热功率也越大。在调整注入温度为5℃和流量为6.3 m³/h 的情况下,可获得同样的换热功率,此时的运行成本最低,比现有方案成本降低20%。考虑运行成本和可持续开发的优化设计对单井闭循环地热供暖具有现实意义。

在封闭的定向凝固过程中,监控和预测凝固进程和相变界面形态是业内的难点。文章采用解析法对太阳能级多晶硅定向凝固过程进行求解,获得一种高精度凝固进程数学模型,由易于测得的散热温度和凝固时间推算凝固高度、瞬时凝固速率和熔体温度分布;通过求解 Poisson(泊松)方程,建立三维的相变界面模型,揭示了熔体侧壁热流密度q值是影响界面形态的关键因素,为凝固工艺过程控制提供定量分析依据。以Si3303工业硅为原料,采用 YITIPV 型真空铸锭炉进行大尺寸(0.90m×0.90m×0.35m)铸锭实验。对于几何对称的相变界面,凝固进程数学模型与实验曲线的最大偏差为4.43%;而对于不规则的相变界面,最大偏差为8.68%,根据实验结果修正了凝固进程模型。通过检测杂质含量、电阻率和少数载流子寿命等参数,并比较4种铸锭的典型相变界面形态,验证了三维相变界面模型的预测准确性和可靠性。该模型可以为多晶硅提纯、其他金属、非金属的精密铸造和晶体生长工艺控制提供参考。

针对我国海上风电基础的大量嵌岩需求,文章采用物理模型试验及数值模拟方法研究了大直径嵌岩单桩基础的水平受荷特性以及桩岩整体失效模式,分析了基岩强度、桩基直径、桩基壁厚、嵌岩深度等因素对嵌岩桩侧向承载性能的影响。研究结果表明:桩身抗弯能力随基岩强度提高而提高;嵌岩桩基础浅层基岩的破坏遵循被动楔形破坏模式,深层基岩的破坏遵循旋转破坏模式;基岩强度、桩基直径和嵌岩深度的增加均能提高桩基水平承载力,而桩基壁厚对其影响不大;对于嵌岩桩水平承载性能的提升效果存在临界嵌岩深度,桩径及覆盖层厚度对临界嵌岩深度的影响较小,而基岩强度对其变化较为敏感。

发电机是风电系统中重要的核心部件,为了提高风电机组的稳定、高效运行,对风电机组发电机的故障预测十分必要。文章围绕风电系统发电机机侧轴承温度超限故障预测的问题,考虑到所采集的故障特征信号具有较大噪声的特点,引入自适应完备噪声经验模态分解(CEEMDAN)联合自适应小波阈值去噪的方法实现信号有效去噪,同时结合 GABP神经网络建立故障预测模型。通过与BP神经网络、GABP神经网络对比预测指标、误差指标和预测效果图形,验证了所提算法可以获得较好的预测效果。误差指标和预测效果均有提升,对提前15 d风电系统发电机故障预测的准确率达到了92.98%。

为了降低外部干扰,确保电力运行安全稳定,文章提出了基于多视界分位数和小波神经网络(MQWaveNet)的智慧新能源大规模风力发电智能控制方法。通过构建智慧新能源大规模风力发电机组模型,计算捕获的风能和叶尖速数值,调整发电机的速度,获得最佳功率系数。将气压、风向、风速等参数输入小波神经网络,根据层与层之间的权重,得到隐含层与输出层功率值;结合多视界分位数构成 MQWaveNet 模型,计算每一分位点的发电预测结果,明确风力发电的时序特征。利用李雅普诺夫函数估计,计算风力发电滑模面变换和控制矢量,在多分位点范围内达到滑模面,实现风力发电状态智能稳定控制。通过实验证明,文章提出的模型能够提高风力发电机组抗干扰能力,保证设备智能稳定运行。

基于工程应用中翼型尾缘开口对风力机叶片气动特性的影响,文章建立了6.7 MW 水平轴风力机动力学模型,采用CFD和BEM 联合仿真的方法探究了翼型尾缘开口为0,0.1%c,0.3%,0.5%c时对风力机叶片气动特性的影响。结果表明:随着尾缘开口的增加,翼型的升力系数、升阻比具有一定程度的增加;阻力系数在失速前几乎不变,失速后略微变化;翼型发生失速的角度为12°,不同开口翼型失速分离点的位置略向后缘移动。此外,在3D湍流风作用下,大型叶片变形和轴向力均略微增大,发电量最大增加了0.88%。

随着区域综合能源系统的发展,对区域综合能源系统进行全面综合能效评估已经成为热点问题。文章首先针对不同能源在转化过程中”质”的变化,引入烟效率的概念,通过能质系数法对不同的能源进行折算,在此基础上建立包含经济、能源、环境3个维度的综合能效评估指标,构建了综合能效评估体系;其次,建立改进的TOPSIS 对区域综合能源系统进行综合能效评估,利用最小二乘法将熵权法和变异系数法的结果相结合计算客观权值,并利用灰色关联度对 TOPSIS 中的测距方式进行改进;最后,算例分析结果表明了所提方法的有效性和可行性。为高品质区域综合能源系统的规划和优化运行提供一定的参考价值。

为了抑制孤岛模式下光伏微电网逆变器之间由于输电线路阻抗差异所引起的环流问题,文章提出了一种用于多逆变器并联系统的改进的虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG )控制策略。首先,基于传统的VSG 控制框图,通过引入线路功率反馈环节,使每台逆变器分别抵消其输电线路上的功率损耗,以提高有功、无功功率均分精度,并降低输出电压跌落,改善电能质量;然后,通过引入同步控制器,减小逆变器并联瞬间的电流冲击,降低多逆变器并联系统之间的瞬时环流;最后,通过仿真与实验验证了所提控制策略的有效性。

文章基于熵权法构建光伏出力特性指标权重,利用AP聚类算法生成典型场景。同时,计入电动汽车负荷时空分布特性及需求响应能力,建立了负荷联动时空响应模型。基于分时电价与光伏典型场景出力,优化电动汽车充电时序及空间布局,满足充电站距离约束、系统网络约束等前提下,提出了以充电站年总成本最小、用户满意度指标最优的充电站/光伏电站一体化规划方法。最后,通过算例仿真,基于对各个场景下经济性与满意度等指标的权衡考量,求得了充电站/光伏电站一体化规划方案。

文章针对含高比例的可再生能源的区域综合能源系统,综合考虑能量的数量和品质,提出了一种计及㶲效率的双层优化方法。首先,建立了区域综合能源系统电、气、热、冷多能耦合的模型,并对系统内涉及的能量和设备进行烟分析,分别计算其能量品质系数和㶲效率;然后,建立了兼顾系统容量规划和调度运行的双层协同优化模型,其中上层以㶲效率和经济性为优化目标进行容量配置,下层以运行成本最低为目标优化机组出力,从而得到最佳方案;最后,选取某区域综合能源系统进行算例分析。与其他方案相比,文章所提双层优化方法可以为区域综合能源系统提供更好的配置和调度方案,㶲效率可以更好地反映能量真实利用水平,实现高质量用能。

主动解列是保障电力系统稳定性,避免大面积停电的重要措施,通常将解列断面搜索抽象为单目标优化问题的研究方法,对于含新能源的复杂系统解列后孤网子系统的稳定性关注不足,所确定的解列断面合理性存疑。针对这一问题,文章提出了一种考虑含新能源孤网稳定特性的主动解列断面搜索方法。首先,基于节点间电气联系和潮流分布,以最小潮流冲击为目标确定初始解列断面;然后,考虑关键节点的电气耦合连接度和新能源渗透率,在初始解的邻域搜索空间中搜索最终的解列断面,以提升解列后孤网子系统的稳定性;最后,在新英格兰10机39节点系统中对所提解列断面搜索方法进行了仿真分析和验证。仿真结果验证了该方法的有效性和优越性。

针对高比例分布式光伏接入配电网,传统集中式控制难以适应高维度环境下电压控制问题,文章提出了一种考虑网络分区的含高比例分布式光伏配电网电压协调控制策略。首先,根据分区函数算法将配电网划分为集中拓扑和局部拓扑;其次,针对集中拓扑,以电压偏差与网损之和最小为目标函数,建立基于二阶锥规划(Second Order Cone Programming, SOCP)的配电网电压集中控制模型,针对局部拓扑,以节点电压偏差最小为目标函数,建立马尔科夫决策过程参与的电压精细化控制模型;再次,分别采用CPLEX 求解器和深度确定性梯度算法对区域模型进行有效求解;最后,将该控制策略应用于某实际35 kV/10 kV 的配电网中。仿真实验表明,文章所提策略具有良好的控制效果,保证配电网安全运行的同时提高了光伏渗透率。

文章考虑光储氢直流微电网中光伏电源输出功率的波动性以及负荷变化的不确定性,提出一种基于机会约束的光储氢直流微电网优化规划方法。基于机会约束规划,构建了以建设和运行成本最低为目标的光储氢直流微电网优化规划模型,优化微电网储能容量配置。通过序列运算将模型中含有随机变量的约束进行确定性转化,并在MATLAB中调用CPLEX 求解器对模型进行求解。通过仿真计算分析,验证了基于序列运算算法的光储氢直流微电网优化规划方法的有效性和实用性。

随着新能源大规模地接入电网,传统潮流计算已不能满足配电网的需求,配电网无功配置的有效性降低,进而影响整个配电网的安全稳定性。为此,文章对含新能源场站的变电站潮流影响特性进行分析,建立新能源场站接入地区电网的PCC节点模型,以面向支路前推回代法作为配电网潮流计算方法;分析含新能源场站接入的变电站无功补偿特性,基于等量分组方式对无功补偿电容器作出规划。最后以某变电站为例,对所提计算方法的可行性进行验证,充分证明了该方法的有效性。