针对区域综合能源系统中电、气、热多种能源形式的转换严重影响系统运行的经济性,建立区域综合能源系统(RIES)能量流数学模型和优化模型,以提升系统的经济性和对可再生能源的消纳.建立系统中各类能源转换设备数学模型,确定电力、燃气、热能3种能源传输网络约束条件;以经济性运行为首要目标,兼顾低碳排放和提高可再生能源消纳率的目标函数,构建RIES多能流优化模型.在大型综合能源系统基础上,引入负荷侧需求响应,建立仿真模型.仿真结果表明,需求响应的引入提高了系统调度灵活性,减少了系统对储能设备的依赖,有效降低了用户的用能成本.
随着港口电气化进程逐渐加速,单一的港口供能方式正在向多种能源深度融合演变.为响应我国“碳达峰、碳中和”战略目标,进一步提升海港综合能源系统的经济与环境双重效益,提出一种考虑碳交易机制的电-热混合式储能优化配置方案.首先,建立海港综合能源系统模型,并给出计及碳交易市场的交易方案;其次,构建双层优化配置框架,上层优化配置混合式储能容量,下层引入碳交易机制,满足港口综合能源系统低碳经济运行需求;最后,结合网格自适应直接搜索法与自适应混沌粒子群算法优势,利用混合式优化算法对双层优化模型进行求解.以天津港的实际运行数据为例,验证该方法的有效性.算例结果表明,所提方法不仅可以降低系统的投入成本,还能显著减少港区碳排放,从而进一步提升港口经济和环境效益.
针对目前集装箱港口综合能源系统(IPES)未考虑冷藏集装箱在港口调度上时间尺度的差异性及可再生能源与负荷不确定性的影响,提出一种集装箱IPES日前-日内两阶段滚动优化调度方法.日前调度针对冷藏集装箱温升阶段,结合冷藏箱入港后的物流过程建立港口冷链能量需求模型,以运行成本最低为目标得到系统各机组的日前出力值;日内调度考虑港口岸电负荷与可再生能源的预测误差及冷、热、电响应速度不同,建立日内双层滚动优化模型,最终得到港口各能源设备的调整出力.算例结果表明,将冷藏集装箱与集装箱IPES进行协同优化调度可有效降低港口运行成本与碳排放量,日前-日内两阶段滚动优化调度模型提高了系统经济性与平稳运行的能力.
随着多元化电力市场的建设,电价影响因素日益增加,市场环境变化也更加剧烈.为提高市场短期电价的预测精度,提出一种考虑多种电价影响因素的改进Transformer-粒子群优化(PSO)算法短期电价预测方法.首先,在考虑历史电价、负荷的基础上进一步分析电价形成的相关因素,利用自相关函数分析电价的多周期特性并在此基础上调整输入序列,克服了仅采用历史数据以及经验调整输入序列导致预测精度受限的问题.其次,结合长短期记忆(LSTM)、自注意力机制与多层注意力机制并采用多输入结构建立改进Transformer模型,进一步提升LSTM模型捕获不同时间步信息间的长短期依赖关系的能力,克服LSTM的信息利用瓶颈,适应包括历史电价及多种电价成因的复杂多序列输入.此外,还利用PSO智能算法搜索模型不同学习阶段的最佳学习率克服手动调整学习率的局限性.最后,采用PJM市场电价进行算例分析,结果表明所提短期电价预测模型能应用于电价影响因素多、变化剧烈的市场环境,并有效提升短期电价预测精度.
配电网故障诊断是确定故障位置、提高故障处理效率和降低停电损失的重要手段.目前,在故障诊断算法设计与测试过程中较少考虑开关操作等干扰的影响,造成算法在实际应用中易误动、用户体验差.针对配电网开关分闸的暂态过程进行详细分析,结合Mayr与Helmer模型对开关投切过程建模,并在PSCAD中生成仿真波形与现场操作过程暂态波形进行对比分析.在模型精准性检验基础上,构建了包含开关操作过程的配电网典型故障算例;与现有常用模型相比,所提模型可以仿真生成贴近现场开关投切过程的扰动数据,可用于故障诊断算法的可靠性检验.最后通过结果分析,对优化故障诊断算法和测试流程提出了针对性建议.
针对风储系统参与电力市场不同调用时间尺度场景的耦合问题,提出面向电力市场多时间尺度场景应用的风储系统优化调度方法,指导风储系统进行短时风功率波动平抑,并参与电能量市场及备用辅助服务市场,实现不同调用时间尺度场景间协同优化,最大化风储系统经济效益.首先,考虑不同场景盈利机制,以风储系统多场景经济收益最大为目标建立目标函数.然后,建立风储系统参与各应用场景条件约束以及多调用时间尺度耦合约束.最后,算例仿真验证了所提方法可在保证风功率波动不越限的同时,提升风储系统在日前电能量市场及备用辅助服务市场中的综合运行效益.
参考Ideol-Floatgen相关设计,对带月池驳船式浮式风力机进行频域水动力性能研究,考虑了月池黏性阻尼的修正.首先对月池的共振模态进行分析,计算风力机在规则波下的水动力系数与不规则波下运动响应谱,并结合 DNV 相关规范对风力机的安全性进行了评估.结果表明,在作业工况与生存工况下,浮式风力机的动态纵倾与机舱加速度均符合安全性要求.通过对驳船式浮式风力机运动与月池共振的耦合作用的研究,发现风力机的运动会引起月池活塞共振频率的偏移与活塞共振幅值的减小,晃荡共振的频率基本不受影响,但一阶晃荡共振的幅值会增大.与无月池驳船式浮式风力机相比,月池可以降低风力机整体的运动响应,提升风力机整体的水动力性能.对浮式风力机驳船式平台的边长、月池边长与平台吃水进行参数化分析,将风力机的纵荡、垂荡、纵摇响应均方根(RMS)值与机舱加速度响应RMS值作为对比的指标,发现平台边长的增加可以有效降低风力机在作业工况与生存工况下的4项响应RMS值;月池边长的增加可以大幅降低平台生存工况下的4项响应RMS值;平台吃水的增加可以显著降低风力机在作业工况下的4项响应RMS值,并提高生存工况下的垂荡与纵摇响应RMS值.
大规模发展风电是新能源开发和利用的重大需求,是实现我国“碳达峰、碳中和”战略目标的关键支撑.由外部电网故障造成的风电场电压安全稳定运行问题成为制约风电大规模、集群化、智能化发展的关键瓶颈之一.主要针对电网电压骤升工况,首先从电磁关系和能量流动角度分析常见的双馈风电机组、永磁直驱风电机组以及风电场的高电压穿越(HVRT)暂态特性;然后,基于风电机组不同控制区域归纳总结风电机组HVRT控制策略和风电场HVRT及故障后电压恢复协调优化控制方法,梳理和比较现有各种控制策略的工作原理和优缺点,并从控制结构的角度归纳分析现有大规模风电场的HVRT控制方法的原理、优缺点和效果,总结风电机组和风电场在HVRT控制上的不同点;最后,探讨和预测未来风电场电压智能安全控制的发展趋势和潜在研究热点,为提升我国风电大规模应用和电网安全运行提供借鉴指导作用.
在现代舰船消磁系统中,消磁绕组主要基于舰船舱壁的形状进行分布,难以保证每个消磁绕组的消磁效果.为解决这一问题,引入一种高维变量筛选中的倾斜关联筛选方法,选择合适的阈值,将原有绕组进行拆分重组,对原有消磁区段进行重新划分,进而改善每个绕组的单位绕组磁感应强度.针对绕组重组后消磁电流计算时存在的参数向量稀疏和多重共线的问题,提出了倾斜关联筛选-部分岭回归算法,通过仿真可知,在阈值为0.73和0.91时,该算法相较最小二乘法消磁误差最大幅值分别减小了10.08%和17.59%,而剩余均方根误差分别减小了10.45%和12.17%.根据仿真结果可知,采用该算法后消磁效果得到明显提升.
针对现有自动化码头自动导航集卡(AGV)充电策略未能与分布式电源出力充分协同等问题,提出一种自动化码头AGV物流调度和有序充电联合经济优化方法.首先,解析AGV物流调度和充电调度之间的协同关系,构建联合优化框架;其次,针对AGV物流调度模块,提出考虑码头内外集卡道路隔离要求的AGV行驶距离计算方法;再次,针对AGV充电模块,定义AGV充电状态的判断条件和选桩方法;进而以码头购电费用最小为目标,考虑分时电价、风光上网电价、电量平衡约束、终止时刻的剩余电量约束、决策变量的上下限约束、物流调度约束,构建物流调度和有序充电联合优化模型,提出基于改进粒子群优化算法的快速求解方法;最后,通过某码头的实际案例,验证所提方法的有效性和经济性.
针对舰船管路设计效率低下的问题提出一种管路布置优化方法.综合考虑安全性、经济性、协调性和可操作性等工程背景建立优化数学模型,改进蚁群算法在处理混合管路布置工况下的缺陷,提出优化可行解搜索的空间状态转移策略,提升信息素启发效果并加速算法收敛的信息素扩散机制,面向混合管路布置工况设计多蚁群协同进化机制.基于二次开发技术实现本方法在第三方设计软件上的应用,采用核级一回路管道布置工程案例进行验证.结果表明信息素高斯扩散多蚁群优化(PG-MACO)算法的性能和布置效果优于传统蚁群算法,寻路效率提升58.38%,收敛代数缩短43.24%,布置结果中管路长度缩短33.88%,管路折弯次数减少41.67%,验证了本方法的有效性和工程实用性.
准确及时地监测低惯量新型电力系统中聚合电源汇集点对电网的惯性支撑能力,对于提升系统安全、稳定、经济化运行具有重要意义.为阐明点对网的惯性支撑能力在线监测方法的基本原理,首先对以摇摆方程为基础的电力系统等效惯性常数定义及现有在线监测方法进行回顾;然后,为弥补现有在线监测方法在准确性上的欠缺,创新性地提出基于回归法的等效惯性常数辨识方法,并与在线惯量监测方法结合,构建基于同步相量测量单元的新型电力系统点对网惯性支撑能力在线监测的系统性方法;最后,利用改进的新英格兰10机39节点系统仿真分析,论证了该惯性支撑能力在线监测方法的实时性、准确性及其对新型电力系统的适用性.
分布式光伏功率不确定性的量化评估对于配电网安全稳定运行具有重要意义.考虑到不同出力波动模式下功率特性差异显著,为得出适应功率波动模式的预测模型并对功率不确定性进行精细化评估,提出一种分布式光伏集群发电功率波动模式识别与超短期概率预测方法.首先,综合卫星云图和光伏功率数据,通过出力波动的特征提取构建波动模式识别模型,实现对波动规律的挖掘.在此基础上,通过分类建模考虑不同波动模式的可预测性差异及波动模式与预测误差的关联关系,使预测区间宽度能更好地适应预测误差分布特征.由此实现对不同波动模式下功率不确定性的精细化考虑,从而提高概率预测精度,为电网调度提供更多参考,削弱分布式光伏功率强波动性对电力系统的影响.
针对微能源网内源荷不确定性,提出一种考虑源荷多区间不确定集和综合需求响应的鲁棒优化调度策略.首先,引入源荷多区间不确定集描述微能源网内风、光及电、热、冷负荷的不确定性.然后,为了充分挖掘负荷侧调度潜力,建立包含可削减电负荷、可转移电负荷、柔性冷、热负荷及可替代负荷的综合需求响应模型,并在此基础上考虑了综合需求响应的不确定性.接着,以微能源网调度成本最低为目标函数,构建考虑源荷多区间不确定集和综合需求响应的微能源网两阶段鲁棒优化调度模型,并通过列和约束生成算法、强对偶理论及大M法对模型进行求解.最后,通过算例分析验证了所提模型的合理性和有效性.
自适应双稳态浮子式波浪能发电装置虽然解决了双稳态系统在入射波的振幅较小时可能难以跨越势垒的问题,但其效率仍有提升空间.既往研究已证实装置参数改变会对装置性能造成较大影响,而且最优装置参数均与此时的谱峰频率有较大关联.因此,对装置进行控制研究时,在假定一段时间内谱峰频率可预测的前提下设计控制方案,相应调节装置参数可实现提高效率的目的.选取3个控制参数,通过仿真计算确定不同谱峰频率下最优装置参数库;然后,在仿真计算程序中加入控制模块,利用插值法对参数进行控制.结果表明:施加可变参数控制的装置可获得更好的能量捕获效率.
为了预报楔形物偏心垂向准静态压载作用下船舶加筋板结构的抵抗能力,提出了新的简化解析方法,将矩形板的塑性变形区域划分为非对称的8个板块,将骨材划分为非对称的2个部分,矩形板、骨材各部分均采用直线的变形模式,从船舶碰撞内部动力学的角度,基于刚塑性理论,考虑膜拉伸作用和弯曲作用,推导了矩形板、骨材在楔形物偏心垂向作用下发生变形损伤的抵抗力与横向变形之间的简化解析计算方法.利用非线性有限元软件Abaqus的仿真计算结果对该简化解析方法进行验证.结果表明,该简化解析方法具有较高的计算精度,从而可用于船体结构设计阶段快速预报船舶舷侧结构的耐撞性能.
农业微电网以低成本的方式为偏远农村地区的能源供应提供了一种有前景的解决方案.综合考虑风光抽水蓄能一体化农业微电网满足用电负荷和用水负荷需求,在可再生能源出力及用电负荷需求的不确定性条件下,提出包含抽水蓄能(PHS)电站的孤岛型农业微电网和灌溉系统相结合的鲁棒优化调度模型,利用农村地区水资源富足的特点和风光抽蓄补偿的优势,在最小化系统总成本的同时提高可再生能源的消纳.所提模型考虑分布式发电、用电负荷和用水负荷需求、涡轮流量和灌溉流量,具有多样性、多约束、非连续的特点.提出一种引力鲸鱼优化算法(GWOA)求解该模型,在某农业微电网上的仿真结果表明,GWOA可以获得比CPLEX求解器及其他新开发算法更具竞争力的解.另外,探究了降水量不确定性引起灌溉系统用水负荷需求变化对系统运行成本的影响以及使用PHS电站的必要性.
电动汽车(EV)和无人机(UAV)的迅速发展为紧急状态下的人员搜救与物资配送提供了新的技术手段.提出一种电动汽车-无人机(EV-UAV)联合救援系统.其中,无人机以电动汽车作为充电和维护基站,为待救援对象提供紧急救援服务,而电动汽车能够利用各类分布式电源获得多元化的电能补充,从而提高EV-UAV系统在紧急状态下的适应能力及续航水平.以混合整数线性规划形式建立该EV-UAV联合救援系统的协调调度模型,综合考虑电动汽车和无人机的电能消耗、电能补充、装载容量、配送路径以及配送时窗等因素.算例仿真验证了所建立模型的有效性,对比了EV-UAV型与地面车辆(GV)-UAV型联合救援系统,显示了EV-UAV联合救援系统在紧急求援中的技术特性和应用潜力.
为充分利用共享储能在提高经济性与能源利用率等方面的优势,同时在主动配电网中发挥综合能源微网多能互补与耦合的作用,提出考虑综合能源微网接入主动配电网情况下的共享储能多目标优化配置策略.首先,分析配电网的经济性、电压稳定性以及共享储能的配置容量3方面的优化目标,同时考虑主动配电网的源、网、荷侧多灵活资源的协调运行,对主动配电网与综合能源微网进行建模;再基于帕累托最优的多目标粒子群算法对模型进行求解.最后,结合IEEE33节点配电系统建立共享储能配置的优化算例,验证所提配置策略的有效性.
与固定式海上风力机相比,漂浮式海上风力机的振动问题更为突出,进一步控制漂浮式海上风力机的振动成为了工程难题.针对此问题,探索了惯容调谐质量阻尼器(惯容-TMD,即IBA)系统对半潜式海上风力机的振动抑制效果,并提出一种基于结构阻抗的惯容-TMD综合优化设计方法,从整个设计空间出发保证惯容-TMD的最优性.为寻求最优的减振效果,基于达朗贝尔原理建立风力机-惯容-TMD动力学模型,采用双IBA的控制策略同时对半潜式海上风力机浮台和塔筒的振动响应进行抑制,并从增益效果角度,比较了双IBA与双TMD的减振性能.最后对OpenFAST软件进行二次开发,数值验证了风浪联合作用下双IBA相对于双TMD减振性能的提升.结果表明:双减振装置的减振性能相较于单个减振装置有明显提升,且双IBA振动控制效果要优于双TMD;此外,基于惯容器质量增益效果,在达到最优TMD相同减振效果的情况下,机舱惯容-TMD (NIBA)和浮台惯容-TMD (PIBA)分别可将结构减振器中质量元件的质量减少23.9%和32.2%,大幅降低装置成本.
