综合智慧能源

基于双尺度度量的改进模糊均值曲线聚类方法研究

陈甜甜, 高亚静, 卢占会

2022, 44(4): 1-11. doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.04.001

摘要 ( 161 )

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智能化电力网络中存在许多随时间变化表现出明显曲线特征的函数型数据,进行曲线聚类可以有效挖掘数据信息。针对模糊均值聚类算法初始聚类中心选取困难以及曲线聚类方法中相似度衡量不准确等问题,提出一种基于双尺度度量的改进模糊均值曲线聚类方法。根据皮尔逊距离衡量曲线的纵向形状相似性、动态时间弯曲距离衡量曲线的横向形状相似性,提出一种基于双尺度度量的密度峰值算法确定初始聚类中心;采用改进熵权法融合皮尔逊距离与动态时间弯曲距离作为聚类算法中的相似性度量;采用聚类有效性指标,从聚类效果、算法稳定性2个方面对聚类结果和算法性能进行评价;最后采用某地区一年的风电实际出力数据作为算例样本进行聚类分析,验证了所提出模型及算法的正确性和有效性。

基于自适应下垂控制的风电场无功电压控制策略

王康平, 张兴科, 刘财华, 沈希澄, 周霞

2022, 44(4): 12-19. doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.04.002

摘要 ( 224 )

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大规模风电场并网会对电网的稳定性产生负面影响,主要体现在电压、频率和次同步等方面。当系统无功功率不足时,仅靠风电机组自身的无功调节无法提供足够的无功支撑。对此提出一种风电场无功电压控制策略,变流器采用自适应下垂控制,按照各机组自身容量调整无功输出以支持并网点电压。具体策略为：通常情况下使用最大功率点跟踪（MPPT）控制,以实现有功功率输出的最大化;当并网点发生电压越限时,采用有功功率削减控制,实时计算风电机组的有功功率削减优先级,对高优先级风电机组的有功功率进行定量削减,以满足系统的无功需求。最后利用PSCAD/EMTDC平台进行验证,结果表明该控制策略能够有效控制并网点电压,防止电压越限。

三级式风电AVC协调控制策略

陈逸珲, 林令淇, 田鑫, 张栋梁, 吴军, 刘子晨

2022, 44(4): 20-27. doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.04.003

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近年来,我国新能源技术迅猛发展,其中风电并网发电量增长迅速。但风电的接入往往采取大规模集群式并网的方式,导致电压不稳定问题突出、风电并网点电压越限问题严重。自动电压控制（AVC）系统是电网无功电压管理的重要技术手段,对电网实现经济稳定运行有重要意义。基于目前电网中风电大规模接入的情况,提出了风电参与下的电网AVC系统改进控制策略,即基于分级式控制结构,建立三级式风电AVC系统协调控制策略,以风电汇集站作为中间协调层,在协调层进行控制决策,并通过罚函数处理的方式将多机组非线性无功优化问题变为无功分配极值问题,最后,结合提出的改进和声搜索算法寻求无功的最优解。该策略可以确保AVC系统控制下电网的经济稳定运行。

有源电力滤波器直流电压简单模糊比例控制

梁曦文, 王映品, 李林, 谢运祥

2022, 44(4): 28-35. doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.04.004

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有源电力滤波器（APF）是治理电流谐波最有效的装置。APF的直流侧电压要控制稳定才能很好地补偿电流谐波。目前有很多直流电压控制方面的研究,但没有揭示直流电压的内在机理也没有提出最优的控制算法。分析了直流电压的特性,提出了一种简单模糊比例（SFP）控制算法控制直流电压。该控制器基于模糊逻辑实现对比例增益K_p的调节。K_p在稳态时变小可提高补偿精度,瞬态时变大能快速收敛,因此控制器获得了极好的抑制谐波与快速稳定的性能。另外该控制器结构简单,物理意义明确,通过仿真与试验证明该算法使APF快速稳定且有效抑制谐波。

控制器参数对AGC调节性能的影响

曹子飞, 杨栋, 吴茂坤, 王友龙, 潘凤萍, 吴振龙

2022, 44(4): 36-42. doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.04.005

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构建新型电力系统,需要吸纳大规模的风能、光伏等新能源,自动发电控制（AGC）要求燃煤机组负荷响应同时满足调节速率、调节精度与响应时间的要求。为进一步提高AGC的调节性能,分析了直接能量平衡（DEB）控制结构下控制器参数对AGC调节性能的影响。介绍了调节速率、调节精度与响应时间3个AGC性能指标,并给出了计算方法;分析上述指标的影响因素,并对协调控制系统（CCS）的耦合性、非线性等控制难点进行分析。结合DEB控制结构,在已经优化的控制器参数基础上,通过单一变量法分析控制器参数对上述性能指标的影响。仿真结果表明：功率回路的比例和积分增益以及主蒸汽压力回路的比例增益与AGC调节性能指标具有明显的关联性。为提高AGC调节性能,可以适度增加功率回路的比例增益、功率回路的积分增益以及主蒸汽压力回路的比例增益。上述结论为提高AGC调节性能下的燃煤机组控制器参数优化提供了方向性指导,具有较强的工程实践潜力。

燃煤机组深度调峰瓶颈改善及耦合调峰技术研究

童家麟, 吴瑞康, 茅建波, 吕洪坤

2022, 44(4): 43-50. doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.04.006

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随着“双碳”目标下以新能源为主体新型电力系统的加速构建,燃煤机组深度调峰低负荷运行将成为常态,在40%连续经济出力（ECR）工况下,不存在限制机组稳定运行的制约因素,但在向30%ECR乃至更低负荷调峰时,诸多制约因素不应被忽视。提供多种从机组本体角度可有效改善制约因素的技术手段和改造方向及耦合多形态储能,耦合碳捕获、利用与封存（CCUS）,多能耦合调节等新型耦合调峰技术。结果表明,通过有效技术手段及改造可极大程度改善机组调峰性能,并可拓展超（超）临界锅炉干态区间达6%以上额定负荷,但仅靠自身已很难满足机组继续下调峰的需求,耦合调峰是未来火电机组进一步增强调峰能力的重要技术手段,且在技术上是可行的。

相变储能技术在热泵系统中的应用综述

王长君, 闫君, 董勇, 宋占龙

2022, 44(4): 51-64. doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.04.007

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实现“双碳”目标,需要提升新能源利用率并解决储能相关问题。相变材料（PCM）因其独特的物理特性能够在特定的温度下存储和释放能量,在能量存储方面有很广泛的应用。中低温相变储能技术的应用主要集中在建筑节能方面。分析了相变储能技术与热泵技术结合,在提升热泵的性能系数（COP）、减少热泵除霜时间和存储热泵热量/冷量等方面的应用进展情况。两者结合,能有效提升热泵COP、热泵机组运行稳定性以及用户端的舒适度,在建筑节能领域有着广阔的应用前景。指出了实际应用中存在的温度匹配、功率匹配、系统成本等问题,为未来研究提供可参考方向。

锌-空气电池阴极碳基催化剂材料研究进展

吴林芮, 刘璐, 孟瑜, 李岩, 胡南, 徐海龙, 陈美琦, 郑武康

2022, 44(4): 65-70. doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.04.008

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新型电力系统中高比例太阳能和风能的出力曲线往往与负荷曲线不相匹配,需要耦合储能设备存储过剩电能。电化学储能是目前发展较为迅速的储能方式之一,在“双碳”目标实现过程中具有重要作用。锌-空气电池因具有成本低、容量高等特点成为研究热点。通过提高氧还原反应和析氧反应速度可提高锌-空气电池性能。为降低催化剂的成本,研究者探索了元素掺杂碳材料或碳材料与其他材料复合而成的双功能催化剂。综述了近几年国内外锌-空气电池碳基催化剂材料的研究进展。

电石渣骨架定型相变材料储热性能研究

熊亚选, 王辉祥, 胡子亮, 药晨华, 宋超宇, 丁玉龙

2022, 44(4): 71-75. doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.04.009

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电石渣是生产乙炔过程中伴生的工业固体废弃物,大量堆积污染环境。在碳中和背景下,为资源化利用固体废弃物,以电石渣为骨架材料,NaNO₃为相变材料,采用冷压缩-热烧结法制备电石渣基复合相变储热材料。采用X射线衍射法（XRD）、热重-差示扫描量热法（TG-DSC）和激光导热分析法（LFA）对该材料进行了表征和分析。结果表明,该复合材料具备良好的化学相容性,NaNO₃和电石渣质量比为5∶5时,各种热物理性能最好,为最佳比例。该比例下复合材料的导热系数最大为0.18 W/（m∙K）,50~500 ℃内的储热密度为457.2 J/g,具备良好的储热性能。

不同截面流道对PV/T系统性能影响的模拟研究

郭光正, 勾昱君, 钟晓晖

2022, 44(4): 76-84. doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.04.010

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碳中和背景下,太阳能热泵技术应用前景广阔,针对传统管板式光伏/热（PV/T）集热器的集热效率较低的问题,提出矩形、半圆形、三角形3种新型流道结构,并研究其对PV/T系统性能的影响。使用ANSYS Fluent 2020模拟分析了不同截面形状流道的PV/T系统的工作状况,对PV/T集热器系统进行建模,并使用Matlab/Simulink 2018进行动态仿真,结果显示半圆形和矩形截面流道的综合效果更佳;双向进出口布置能减小压降,提高冷却性能;新型PV/T集热器较光伏电池在1 000 W/m²辐射强度下发电量提高了24%,在环境温度25 ℃时能量综合利用效率达70%以上。

太阳能光热电站熔融盐管道支吊架应力分析

陈泽泓, 廖锷, 吴磊, 曹淇, 陈国强, 杜广瀚, 刘桂秀, 李根

2022, 44(4): 85-91. doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2022.04.011

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太阳能光热电站在碳中和背景下将迎来新的发展机遇,而应力集中问题严重影响其管道运行可靠性。其中一个重要原因是太阳能光热电站熔融盐管道运行温度高、温度变化剧烈会产生较大的热应力。以某光热电站为为例,利用ANSYS Workbench软件对其管道支吊架的应力情况进行了计算分析,通过建立熔融盐管道支吊架的三维有限元模型,对各种稳态和瞬态工况进行了应力计算和分析。护板式结构在最危险的极限云遮工况下,最大应力可达约233 MPa,其中护板内部和2块护板之间的管道部分存在应力集中的现象,一次局部薄膜应力和弯曲应力超过了安全范围,存在安全问题。对支吊架进行了结构优化,并采用了管夹式结构。该优化方案可将应力控制在安全范围内,优化效果明显。

2022年 第44卷 第4期 刊出日期：2022-04-25

2022年第44卷第4期刊出日期：2022-04-25