为了探索果皮废弃物转化制备高价值平台化合物的潜力,文章以柑橘果皮为原料,在氯化胆碱(ChCl)/羧酸基低共熔溶剂(DES)中进行了果皮水热转化制备糠醛(FF)和5羟甲基糠醛(5HMF)的实验。通过在木糖和葡萄糖中的实验结果表明:羧酸种类对 DES 催化效果为乳酸>乙酸>乙醇酸;ChCl 与羧酸的最佳物质的量比为1:2;体系最佳含水率为20%。基于优化后的工况研究了温度和时间对柑橘果皮转化的影响。由于柑橘果皮中的果胶成分在低共熔溶剂中主要转化为5HMF,所以果皮转化为5–HMF 的产率明显高于 FF,果皮生成5HMF 的最大质量收率为8.6%(摩尔产率为43.1%),而FF 最大质量收率为2.4%(摩尔产率为19.1%)。

在海底沉积层中通过生成水合物的方式封存 CO₂是一项极具前景的技术。文章通过在可视反应釜中进行水合物生成试验,研究了天然砂体系中氨基酸促进 CO₂ 水合物生成的演变过程。结果表明:在浓度为8 mmol/L L甲硫氨酸溶液中,CO₂水合物的生成速率以及生成量较去离子水体系均有了明显提升;中等粒径天然砂对CO₂水合物生成促进效果最好,其内部生成了大量CO2 水合物,有效填充了天然砂之间的空隙;其次是小粒径天然砂,其內部也有较多的CO₂水合物生成;大粒径天然砂促进 CO₂ 水合物生成的效果不明显,其內部未发现有明显的CO₂水合物生成,仅在反应釜内壁面观察到少量CO₂水合物。

文章模拟了 CO₂ 与绿氢合成甲醇的过程,提出了CO₂储能密度指标,研究了多个参数对甲醇储能性能的影响。研究结果表明:系统能效和甲醇能量产率随着电解水效率、单程 CO₂转化率、电解水压力和 CO₂ 初始压力的升高而升高,随着甲醇合成压力的升高而降低;CO₂ 储能密度随以上参数的变化趋势与系统能效和甲醇能量产率相反;电解水效率和单程 CO₂转化率是敏感关键的参数;在最优组合工况下,基于甲醇高位和低位热值的系统能效分别为68.0%和59.6%,CO₂ 储能密度为6.07 kW·h/kg,能量产率为0.108 kg/(kW·h),表明以CO2为原料的电制甲醇的系统能效不够理想,但储能密度优势显著。

针对中深层套管式地埋管供热系统长期运行存在地下岩土冷堆积、系统取热能力下降等问题,文章建立了中深层套管式地埋管换热器传热数值模型,基于有限差分法对控制方程进行离散,采用实验数据验证模型的准确性。分别研究了储热水温以及储热水质量流量对次年供暖季地埋管取热功率、系统能耗和系统能效的影响。研究结果表明:储热首先应确定储热水温的阈值,进口水温低于阈值将无法实现向岩土储热,该研究工况下的储热水温阈值为50℃,运行500h后,当进口水温从50 ℃增加到80℃时,取热功率、系统能耗、能效分别提高 54.41 kW,8.96 kW,0.17;当储热水质量流量从1 kg/s 提高到7 kg/s 时,取热功率、系统能耗、能效分别提高 7.71%,6.34%, 1.19%。因此,建议采用小流量高水温进行储热,能够提高储热效果并减少能耗。该研究为中深层地源热泵系统储热提供理论基础。

针对数据中心蒸发冷却技术受限于环境湿球温度的问题,文章构建了一种太阳能与热泵互补转轮除湿蒸发冷却系统,该系统利用光伏组件发电余热提供的热能,与热泵系统互补驱动转轮除湿再生。系统根据室外气象条件可实现新风、蒸发冷却和除湿+蒸发冷却3种运行模式。应用 TRNSYS 软件模拟上海、广州和昆明3个典型地区数据中心的系统热力、电力及能耗特性。结果表明:在上海、广州和昆明地区典型日除湿+蒸发冷却模式下,转轮除湿预处理分别使空气湿球温度平均降低了 10.9,11.6,10.3℃。在上海、广州和昆明地区典型月系统平均 COP值分别为4.9,5.1,3.6,最大瞬时COP达到12.1, 11.4, 8.1。

废弃矿井中储存着丰富的地热资源。文章以采空区矿井水为研究对象,为保证采暖季抽水温度的稳定,对废弃矿井水源热泵抽灌井布置及参数敏感度进行了研究。首先,基于达西定律及多孔介质传热理论,建立了废弃矿井水源热泵抽灌井的多物理场耦合的二维数值计算模型;其次,基于理论模型进行计算分析,模拟了14种不同抽灌井布置形式下的抽水温度变化,并根据“热贯通”发生程度,选取最为合理的抽灌井布置方案;最后,根据选取的抽灌井布置方案,研究了不同回灌温度、抽灌流量、井间距、水力坡度、含水层厚度、孔隙率等因素对抽水温度的影响。分析结果表明:三角4的布井方式在系统运行末期抽水温度仅下降了0.148 K,“热贯通”发生程度最小,布井方式最合理;含水层“热贯通”的现象对抽灌流量、井间距、水力坡度、含水层厚度等参数变化较为敏感,而对回灌温度及孔隙率的敏感度较小。

针对倾斜尾迹导致下游风力机受到不平衡的气动载荷,疲劳载荷显著增加的问题,文章基于 FAST.Farm 开源软件,研究了在NREL 5 MW 风力机错列布局下,上游风力机偏航对于下游风力机气动特性的影响。研究结果表明:随着上游风力机偏航角度的增加,下游风力机逐渐处于尾流风速亏损的核心区域,其风轮输出功率的减少量显著增大,风轮所承受的推力逐渐降低;相较于上游风力机未偏航的情况,当上游风力机偏航角度为40°时,下游风力机叶根处倾覆力矩的标准差增加了50.5%,波动性显著增大。该研究结果可为整场控制协同优化和偏航入流下的风力机气动特性分析提供参考。

针对海上风电机组叶片故障诊断建模时缺乏大量实际故障图像训练样本的问题,文章提出了一种基于小数据集的海上风电机组叶片故障图像识别方法。该方法针对风机叶片图像的叶片及其故障的颜色与形状特征,改进K均值聚类算法以实现叶片分割,设计自适应算法调整 Canny 算子参数以实现叶片表面早期故障区域的分割,使用K均值聚类算法提取故障的颜色和形状特征并设计相应的分类器以实现故障分类。仿真算例表明,该方法对于叶片表面早期故障的识别是有效的,可以在少量故障样本的基础上为海上风电机组叶片故障识别提供准确的诊断模型,提高了海上风电场的运维效率。

以混凝土弧线段为过渡段的宽浅式筒型基础所受的波浪荷载较大,易对整个海上风电结构体系的振动响应产生影响。针对某海上风电筒型基础结构,文章基于现场实测数据构建了整机有限元模型,通过数值模拟方法分析波浪荷载对海上风电筒型基础结构塔筒顶部振动响应的影响。结果表明:在风机运行过程中,由风荷载所引起的塔筒顶部的振动响应较波浪荷载所引起的响应要大;在浪高较小工况下,相较风荷载,波浪荷载的影响可以忽略;波浪荷载对风机塔筒顶部振动响应的影响随着外界风速及浪高的增大而增大,其对塔筒顶部振动位移响应的影响比振动加速度大。

随着风电的大规模并网,电力系统次同步振荡(SSO)事件频发,严重威胁电网的安全稳定运行。实现风电并网系统 SSO 的准确检测,对保障系统稳定运行具有重要意义。现有的基于量测数据的 SSO 检测方法多为单通道方法,难以兼顾系统全局SSO 特性。为此,文章提出了一种基于多元经验模态分解(MEMD)的风电并网系统 SSO 检测方法。首先,对风电并网点量测数据进行多元经验模态分解,进而借助 TeagerKaiser 能量算子(TKEO)筛选出含SSO 模式的 IMF分量;然后,采用希尔伯特黄变换(HHT)辨识次同步振荡频率及阻尼比;最后,结合改进的4机2区域测试系统的仿真数据对所提 SSO 检测方法进行测试,结果验证了所提方法的有效性。

逆变器作为微网光伏发电系统的接口,其控制策略直接影响到并网系统的稳定性。当并网逆变器采用LCL 滤波器并网时,系统稳定性易受内部、外部参数的影响。针对高阶并网逆变器存在的扰动问题,文章设计了一种基于加权平均电流控制(Weighted Average Current Control,WACC)的自抗扰控制器。基于 WACC 控制原理将系统由三阶降为一阶,同时将逆变器系统的内部、外部扰动视为单一结构的广义扰动,采用控制律对闭环系统进行参数调节。最后,通过仿真和实验验证了该控制策略的有效性。

多能互补综合能源系统(Integrated Energy System, IES)是提高分布式新能源渗透率和增强终端能源消费灵活性的重要手段,针对现有技术在多能系统对外能量特性建模和多系统交互策略方面研究的不足,文章提出了一种基于虚拟储能的综合能源系统用能协调控制方法,基于多代理技术构建楼宇代理商配网三层能量交互架构,以描述系统对外特性的虚拟储能模型为交互接口,量化分析管控多楼宇和并网储能、微燃机等多能分布式资源的代理商的虚拟储能。在此基础上,按照系统空间范围扩大递进分析,构建基于多代理的综合能源系统用能协调控制策略,该策略能够根据决策目标最大化利用以配电网为核心的楼宇、园区等各层级综合能源系统的资源,尽可能实现自治运行。

可再生能源机组出力的波动性及并网位置的不合理,导致耦合系统电压波动、功率偏差及投资成本的增加。针对风光火耦合系统选址优化调节需求,文章提出一种基于离散粒子群的多光伏电源接入选址优化方法。分析了光伏电源的无功补偿特性及其接入位置对系统电压偏差及网损的影响,建立了可再生能源与火电耦合的发电系统模型,并将光伏电源作为耦合系统的无功调节装置。以电压偏差和线路损耗综合最优为目标函数,采用离散粒子群算法对光伏电源接入点进行求解,算例分析结果表明,多光伏电站接入点优化方法保障了各节点电压偏差,减少了线路损耗,进而提高了风光火耦合系统的安全稳定性。

为了更加准确地进行风电机组结构时程响应计算,考虑风剪切、塔影和山地环境等对平均风速的影响,文章基于 Kaimal 自功率谱和纵向与竖向脉动风速分量互功率谱,采用谐波叠加法通过湍流相干模型建立空间三维且具备风向相关性的非平稳风场。选取某风电场2MW风电机组为例进行实例分析,对模拟方法进行验证,并与不考虑风向相关性进行对比。模拟结果表明,风速时程数据特征符合预期,得到的模拟功率谱与目标谱吻合较好,考虑风向相关性可提高模拟吻合度。从而证明了模拟方法的准确性和必要性,实现了三维非平稳脉动风场的模拟。

由于可再生能源的输出电压水平较低,在并网的过程中须要使用升压变换器来提高电压水平。文章提出了一种高增益升压变换器,该变换器不仅能实现高电压增益,而且还能扩展电路结构以满足更高的升压要求。首先理论分析了所提出变换器的工作原理和开关器件应力,给出了器件参数设计方法;然后对比研究了该变换器的升压能力,分析了非理想器件对电压增益的影响;最后通过仿真模型和实验样机相结合的方法,验证了理论分析的正确性和可行性。

为了解决微电网群內交互信息中存在的虚假信息问题,在考虑微电网(Microgrid,MG)诚信行为的基 础上,文章提出了一种基于动态诚信因子的主从博弈电能交易机制。首先,以MG上报电量与实际交易电量为 基准,建立奖惩机制,通过动态调整诚信因子来调节交易电价。其次,构建了一个以微电网群运营商(Microgrid Cluster Operator,MGCO)为领导、MG为跟随者的主从博弈模型。上层模型以最小化微电网群整体功率波动为目 标,通过建立交易定价的合约机制,有针对性地调节群内交易电价;下层模型以 MG 运行费用最小为目标,根据 群内交易电价动态调整自身购售电需求量,实现电能优化。最后,通过算例分析验证了该交易机制能够有效抑 制微电网群内人为上报虚假信息的行为。

针对燃煤热电机组独特的以热定电工作方式与风电反调峰特性,导致虚拟电厂存在调峰能力不足、碳排放量居高不下的问题,文章开展了基于蚁狮优化算法的虚拟电厂优化调度技术研究,通过碳捕集技术辅之合理的需求响应机制实现虚拟电厂的灵活低碳运行。首先,建立了以一个调度周期内的经济效益最高为目标的优化调度模型;其次,设计了一种基于混沌映射与竞标赛选择的混合策略代替轮盘选择方法对种群进行初始化,采用搜索空间边界检查机制有效避免了寻优过程中过多潜在解处于同一边界点的情况;最后,仿真结果表明,规划的虚拟电厂结构合理,提出的调度策略能通过协调源荷两侧资源,在提高系统新能源消纳能力与总收益的同时达到减少碳排放量的目的。

随着“双碳”目标的推进,随机波动的新能源接入电网的规模和容量日益提升,严重影响电网的安全稳定运行。针对大干扰故障电压稳定控制问题,文章提出了一种基于时序卷积残差网络和鹈鹕优化算法的新能源电网电压安全稳定控制策略。首先,利用时序卷积信息损失少、感受野宽以及残差网络深层特征提取能力强的优势,构建基于时序卷积残差网络的电压稳定预测模型,映射出敏感节点电压时序特征和电压稳定之间的关系;其次,构建电压稳定控制模型,利用鹈鹕优化算法收敛速度快、搜索能力强的优势求解控制模型,得出最佳切机和切负荷动作措施;最后,进行了仿真验证。验证结果表明,所提方法提高了新能源电网电压安全稳定预测的准确性,通过最佳的电压稳定控制策略提高了电网故障后的安全稳定运行水平。