文章采用亥姆霍兹能量方程对氢的热物性进行了计算,建立了液氢低温四区存储模型。针对不同的实验工况,提出基于模型的努塞尔数(Nu)新关联式,对四区模型的凝结表面换热系数进行修正,得到四区修正模型。与实验值相比,修正后模型计算结果的误差保持在3%以内。在此基础上,考察不同充满率对液氢自增压存储的影响,结果表明:随着充满率的提高,储罐自增压速率先变慢后变快;液氢低温存储时存在最佳充满率,使得储罐安全存储时间最长。

为了实现污水的高效深度脱氮、除磷,同时进行能源回收,文章构建了反硝化除磷产电(DPRE)系统,以模拟的生活污水为研究对象,研究了有机物质量浓度对 DPRE 系统脱氮除磷和产电性能的影响。结果表明:进水有机物质量浓度对COD去除效果影响较小,对氮、磷去除及产电效果影响较大;当进水的COD质量浓度为200~300 mg/L时,DPRE系统的碳、氮、磷去除效果最好,COD,NH₄⁺−N,PO₄³¯−P 的去除率分别为86.07%~86.22%,83.94%~85.10%和80.29%~83.38%;当进水的COD质量浓度为300~400 mg/L时,系统产电的性能最好,平均功率密度可达 36.49~39.47 mW/m²;当进水的 COD 质量浓度为300 mg/L时,DPRE 系统同时获得高效的脱氮、除磷和产电性能。

文章建立了基于圆柱形换热结构的金属氢化物储氢反应器的多物理场耦合模型,研究了圆柱形换热结构的几何形状和位置对储氢反应器吸氢性能的影响规律并构建了数学模型,优化得出了换热结构的最佳位置,还探讨了吸氢过程中合金床层的热质传递特性及其内在作用机制,并基于床层之间温差区域的面积分析了多床层热量传递的均匀性。研究结果表明:当内嵌换热环处于合金床层的0.62R位置时,储氢反应器达到90%储氢量的吸氢时间最短,比中心换热管结构和外部换热套结构分别减少了76.3%和60.7%;不同形式的换热结构会导致合金床层的热质传递特性产生差异,进而改变床层反应界面面积和移动速度,最终影响反应器的吸氢性能;当反应器内存在多个独立反应床层时,不同床层之间的温差区域面积越小,则床层之间的热量传递越均匀,换热结构的能效越高。

与其他纳米流体相比,碳系纳米流体具有较高的传热系数,且价格较为低廉,其中石墨烯纳米流体具有较高的传热系数,但稳定性较差,而还原氧化石墨烯纳米流体具有较好的稳定性。文章通过两步法研发了一种新型的碳系复合纳米流体(水基石墨烯/还原氧化石墨烯复合纳米流体)作为光伏/光热集热器中的传热介质,分析了辐射强度、流速以及纳米流体的复合比例对光伏/光热集热器出口水温的影响。实验结果表明:辐射强度越高,流速越快,光伏/光热集热器出口水温越高,纳米流体的传热效果越佳;当复合比例为8:2时,纳米流体的传热效果最佳,光伏/光热系统的热效率和电效率分别为23.49%和20.18%。相较于水基石墨烯和还原氧化石墨烯纳米流体,文章研发的复合纳米流体传热效果更佳。该研究为碳系纳米流体作为传热介质提供实用参考。

为解决由海洋温差能驱动的海洋热能转换(Ocean Thermal Energy Conversion,OTEC)系统热效率低、经济性差等问题,文章设计并搭建了由海洋温差能驱动,集发电与空调功能为一体的(Ocean Thermal Energy Conversion Combined Air Conditioner, OTECAC)试验系统。该系统通过先发电再冷却空气,梯级利用深层海水冷能,从而大幅提升海洋温差能转换效率。利用膨胀输出功、制冷量、综合热效率等性能评价指标,测试并分析了不同工况下发电空调综合系统的性能变化规律,同时验证了OTECAC 相较于 OTEC 的性能提升情况。试验结果表明:发电系统存在最佳膨胀压比,此时,膨胀机的等熵效率达到峰值的21.83%;降低深层海水温度和增加冷冻水流量均可显著提升 OTECAC 系统性能,当深层海水温度由9℃降至4℃时,系统综合烟效率从47.25%增至51.60%;相同工况下,OTECAC 系统的发电量和制冷量分别为97W和5386W,与独立运行OTEC 系统相比,折算后的系统热效率从1.21%提升到17.60%。

腔式吸热器的內部高溫面积大,由于受环境风速、风向等因素的影响,吸热器的对流热损失会改变,光热效率不稳定。为了降低环境风导致吸热器的对流热损失和光热转换效率的变化,文章提出了一种带遮风挡板的腔式吸热器结构设计方案。在腔体开口面布置遮风挡板,降低腔体内部流场扰动强度,削弱吸热面与环境空气之间的对流传热,实现减少吸热器对流热损失的目的。建立光热耦合数值计算模型,研究了遮风挡板材料、风速、风向等因素对热损失和转换效率的影响规律。结果表明:遮风挡板材料会影响对流热损失大小,固体壁面遮风挡板会导致对流热损失增大,多孔材料遮风挡板可减少吸热器对流热损失;多孔材料的惯性阻力系数及厚度是影响遮风挡板性能的关键因素,随着惯性阻力系数的增大,最优厚度减小;惯性阻力系数和厚度最优时,多孔材料遮风挡板可以降低吸热器对流热损失约53.0%。文章研究结果可为设计高效光热转换的腔式接收器提供理论及技术指导。

文章通过建立风电齿轮传动系统扭转动力学模型,提出了基于机理模型与运行状态的风电齿轮传动系统动力学参数辨识与疲劳损伤预估方法,分析了不同齿轮磨损状态下的风电齿轮传动系统动态响应与疲劳损伤预估效果。分析结果表明:通过辨识得到的齿轮转动惯量和啮合刚度与目标值吻合较好;同一齿轮的接触疲劳损伤普遍大于弯曲疲劳损伤,且齿轮磨损会加剧动态啮合力波动,增大疲劳损伤,在不同齿轮磨损状态下,系统动态响应和齿轮疲劳损伤的预估值与目标值均吻合较好。

随着新能源发电扩容及海上风电的兴起,风电场控制愈发关键。文章聚焦尾流效应模型优化与风电场智能化控制,通过改进 Gaussian FLORIDyn 模型的尾流估算,借助区域剪枝加速算法,在确保精确度的前提下提升仿真速度。此外,文章提出了一种图卷积网络代理模型引导的多智能体强化学习算法,该模型依据风场尾流关联构建,深刻理解风机间复杂动力学,增强功率预测能力。多智能体强化学习算法利用分区奖励共享机制,提高了寻优效率。在仿真测试中,评估了剪枝操作对性能提升的效果,并对生成的尾流控制策略进行了验证。结果证明,通过对尾流效应的精细建模和主动尾流控制策略的创新设计,为解决风电场控制问题提供了有价值的理论和技术支持。

为了提高风力机叶片结构设计的效率,同时揭示结构设计参数对设计边界的影响规律,文章提出了一种将改进的遗传算法 NSGAII 与风力机叶片结构设计软件 FOUCS相结合的结构优化设计方法,搭建了适用于风力机叶片复杂结构的优化设计仿真系统。以NREL开发的15MW风力机基准模型 IEA15240RWT为对象,将主梁的铺层厚度、宽度和中心线定位作为设计变量,以叶片重量和挥舞刚度作为优化目标,采用自主开发的结构优化设计系统获取不同设计条件下的最优解集,同时探讨了主梁设计参数对帕累托前锋的影响规律。算例结果表明,对于 IEA15240RWT叶片,主梁宽度设定为1000mm,且主梁中心线定位在弦长 50%时具有较高的结构效率。验证了该优化设计系统对叶片结构设计的可行性和有效性,且该系统有较强的扩展性,能为更复杂的叶片设计工作提供新思路。

文章对多类型分布式电源接入的配电线路脆弱性评估进行了研究。首先,针对分布式电源的不确定性,采用拉丁超立方抽样和同步回代法生成风、光经典出力场景,从电网结构、运行状态及故障影响3方面出发,基于复杂网络理论与潮流分析,提出改进线路介数、改进线路度数、线路电压稳定性、故障损失等脆弱性评估指标;其次,提出了基于时序波动特性修正权重的博弈论VIKOR 的综合评价模型,对线路的脆弱性进行评价;再次,基于IEEE33节点系统的算例进行仿真验证,结果表明,所构建指标及评价模型能准确反映线路实时脆弱状态,符合源、荷时序波动特性;最后,基于各时段线路综合脆弱性,结合时段内线路脆弱性分布特性,进一步分析了不同时段系统线路整体的真实脆弱性,为含分布式电源配电网风险规避提供理论依据。

农村低压配电网网架结构简单且通信基础薄弱,大规模分布式光伏并网会使农村低压配电网出现电压越限问题。针对该问题,文章提出了一种计及复杂场景的农村低压配电网分布式就地电压控制策略。首先,考虑用户在电压控制中的经济成本,提出一种兼顾电网、用户利益与权责的控制框架;其次,提出一种分布式就地协同控制策略,适应多种分布式能源资源并网,并且考虑复杂通信场景,适应有、无通信或者通信不稳定的农村低压配电网场景;最后,通过仿真验证了所提控制策略能够兼顾电网和用户的利益,并且能有效解决农村低压配电网电压越限问题。

针对风电的随机性和波动性会影响电网脆弱性评估和关键节点辨识的问题,文章提出了一种区间电气DebtRank 算法来识别电网中的脆弱节点。该方法首先考虑了节点的偏移状态及节点特性,改进了电气DebtRank 算法;然后,用区间数表示风力发电的随机性和波动性,提出了区间电气DebtRank 算法来辨识含有风电接入电力系统情况下的脆弱节点;最后,通过IEEE118节点系统的仿真对比分析表明,所提方法辨识的脆弱节点遭到攻击时,系统可供电能力下降到系统正常时的33%,系统的电能传输能力大幅降低。

中压配电网单相接地故障诊断技术对提高系统运行安全性和经济性具有重要意义。针对当前大量分布式电源接入配电网情况,分析了分布式电源对单相接地故障电流的影响,提出了辨识单相接地故障类型的方法,以及利用随调式消弧线圈谐波注入的单相接地故障区段定位技术。在配电网发生单相接地故障后,首先通过零序电压和相电压的特征分析单相接地故障类型;然后通过短时闭锁随调式消弧线圈的滤波装置,使随调式消弧线圈的谐波电流短时注入到电网中。系统中的FTU及DTU元件分析零序电流中三次谐波含量,以三次谐波含量作为判据准确辨识检测点是否位于故障路径上,最终实现故障区段定位。在EMTP/ATP 软件中搭建不同接地情况下的10kV配电网络仿真模型并分析,仿真运行结果表明,使用上述方法可以有效减小接地电流,区段定位精度可达95%以上。该方法适用于金属性接地、经过渡电阻接地的故障诊断,满足实用化要求。

为保证全直流风电系统安全并网运行,系统直流电压稳定控制至关重要。全直流风电系统直流电压稳定控制采用比例积分(PI)控制时,PI 参数较多且整定繁琐复杂,在非正常运行工况下动态响应速度相对较慢,控制精度不够高。针对以上问题,文章提出一种基于有限控制集模型预测控制(Finite Control SetModel Predictive Control, FCSMPC)原理对系统换流器桥臂晶体管开关状态进行控制的系统直流电压稳定控制策略。该策略结合机侧整流器及并网逆变器的电流预测模型,以换流器输出电流为控制变量构造代价函数,以代价函数为优化目标,为避免计算时延导致的控制延时,引入延时补偿提高控制准确度,并引入权重系数实现多目标优化,通过遍历计算产生最优开关组合信号触发换流器。在 Matlab/Simulink 中建立全直流风电系统的仿真模型,在不同工况下,对所提策略与传统PI 控制进行对比仿真分析,仿真结果有效验证了所提控制策略的静态性能及动态性能。

储能具有灵活性强、响应速度快等特点,可有效缓解新能源接入带来的负荷波动、电压失稳等问题。文章提出了一种基于改进蝠鲼觅食优化算法的双层配电网储能选址定容策略,以储能投资成本、日均电压波动和日均负荷波动最小为目标,建立双层选址定容模型。引入采用精英反向学习策略和自适应翻滚因子改进的蝠鲼觅食优化算法求解模型,并以接入的新能源 IEEE33 节点配电网为例,对所提策略进行仿真验证。结果表明,所提选址定容优化方案可显著降低系统电压和负荷波动,有效减少系统投资成本。

文章针对锂离子电池在风电场储能系统中的放电性能和容量变化进行了研究。通过设计合理的实验方案,采用先进的测试技术,系统地探讨了锂离子电池在不同放电倍率下的性能表现及容量和温度变化。在自然散热状态下,电池中心的最高温度为69.87℃,加入液冷散热方式后,电池中心的最高温度为63.25℃,温度下降了9.475%,所需散热时间从45 min减少到25min,相应地,温度从48.87℃降低到35.00℃。与自然散热相比,液冷散热在高倍率放电过程中具有显著的效果,不仅降低了温升而且缩短了降低温度所需要的时间。研究结果表明,高倍率放电下,锂离子电池在风电场储能系统应用中表现出良好的放电性能,但随着倍率增大放出容量会有一定程度的减少。文章研究结果不仅为锂离子电池在风电场储能系统中的应用提供了理论支持,也为优化其使用和散热技术提供了实践指导。

文章从逆坡运输和膜污染两个方面对多价离子以及有机物对反电渗析(RED)装置产电效能的影响进行了研究。结果表明:当进料液为0.5 mol/L 的纯 NaCl溶液时,RED装置的功率密度最大;当进料液由 0.5 mol/L 的纯 NaCl溶液变为0.5 mol/L的纯多价盐(MgCl2, CaCl2, Na2SO4)溶液时,RED装置的功率密度分别下降72.45%,68.82%,72.14%;当多价盐有机污染物海藻酸钠(SA)共存时,随着SA含量的增加,RED装置的功率密度先升高后逐渐降低,并在SA含量为30 mg/L时有最大值;纯 NaCl溶液对 SA 吸附于阴离子交换膜的影响最小,NaCl溶液与 MgCl2 的混合溶液对 SA 吸附于阴离子交换膜的影响最大。