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基于博弈论的综合能源系统多时间尺度低碳优化研究

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基于博弈论的综合能源系统多时间尺度低碳优化研究

作者：刘长铖天津理工大学

学位级别：硕士

基于“碳达峰、碳中和”背景,如何构建绿色低碳、安全稳定的能源体系是全社会亟需解决的问题之一。能源枢纽(Energy Hub,EH)能实现多能源协调互补以及能源梯级利用,对促进可再生能源消纳和提升环境效益具有重要意义。在开放的能源市场... 详细信息

基于“碳达峰、碳中和”背景,如何构建绿色低碳、安全稳定的能源体系是全社会亟需解决的问题之一。能源枢纽(Energy Hub,EH)能实现多能源协调互补以及能源梯级利用,对促进可再生能源消纳和提升环境效益具有重要意义。在开放的能源市场环境下,EH在能源生产、存储、消费等多个环节包含了多个主体,如何制定绿色低碳的能源运营模式是当前研究热点。此外,EH内部复杂的耦合关系和源、荷不确定特性也为EH的优化运行带来了诸多困难与挑战。为此,本文围绕EH多主体博弈协同优化和多时间尺度优化调度两个方面,对计及博弈论的EH多时间尺度优化调度问题展开研究,主要研究内容如下:首先,构建了EH基本结构及其设备数学模型,并针对风电、光伏等可再生能源和多能负荷的不确定性,通过拉丁超立方抽样法和基于Kantorovich距离的场景削减法对其不确定性进行处理。其次,为营建一种绿色低碳的能源运营模式,提出一种基于多主体博弈和阶梯型碳交易机制的EH多能协同优化调度模型,建立了以能源枢纽运营商为领导者,储能运营商和多能用户为跟随者的多主体博弈模型。同时,在博弈模型中引入阶梯型碳交易机制,以降低EH各主体在交互时产生的碳排放量,并采用遗传算法结合CPLEX求解器的分布式算法对所提模型进行求解。仿真结果表明,所提的多主体低碳博弈模型不仅能提升各主体的经济性,还能有效降低EH整体的碳排放量。最后,为降低碳排放水平和源、荷不确定性对系统运行的影响,提出了基于奖惩阶梯型碳交易机制和分布式模型预测控制(Distributed Model Predictive Control,DMPC)的EH多时间尺度低碳优化调度策略。基于奖惩阶梯型碳交易机制,建立了日前-日内-实时三时间尺度的EH低碳优化模型;在实时优化阶段,考虑到传统MPC求解效率较低,通过将整体优化问题进行分解,建立了基于DMPC控制的实时调整模型。通过算例仿真,分析了奖惩阶梯型碳交易机制的各项参数对EH低碳优化调度的影响,并且验证了基于DMPC的多时间尺度调度策略在提升系统求解效率、降低源荷不确定性等方面的有效性。

关键词：能源枢纽多主体博弈分布式模型预测控制阶梯型碳交易机制多时间尺度

离合器滑摩过程中负载特性对动力传动系统转速的影响

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哈尔滨工程大学学报 2018年第8期39卷 1296-1301页

作者：李文辉袁志国刘长铖哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了探索离合器滑摩过程中负载特性对由柴油机、齿轮箱离合器、负载等组成的动力传动系统转速的影响规律,本文利用GT-Power仿真平台,根据某船用动力传动系统实际结构建立了仿真模型。仿真研究了离合器滑摩过程中不同传动系统转动惯量、... 详细信息

为了探索离合器滑摩过程中负载特性对由柴油机、齿轮箱离合器、负载等组成的动力传动系统转速的影响规律,本文利用GT-Power仿真平台,根据某船用动力传动系统实际结构建立了仿真模型。仿真研究了离合器滑摩过程中不同传动系统转动惯量、摩擦阻力对动力传动系统转速的影响规律,并将柴油机的转速降作为转速变化的参考指标,对滑摩过程中系统转速变化的相关性及多因素的交互作用进行了分析。结果表明:随传动系统转动惯量增加,系统转速波动范围增大、滞后性增强,最大转速降达200 r/min,最长滑摩时间为1.27 s;随传动系统摩擦阻力增加,系统转速降增加、超调量减小、滞后增强,最大转速降达189 r/min,最长滑摩时间为1.15 s;在不同接排转速下,离合器滑摩过程中传动系统转动惯量、摩擦阻力与动力传动系统转速变化的相关性均较大,相关系数接近于1,交互作用较明显。

关键词：离合器负载特性动力传动系统滑摩过程转速仿真 GT-Power仿真平台柴油机

基于Modelica语言的柴油机建模仿真研究

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基于Modelica语言的柴油机建模仿真研究

作者：刘长铖哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着计算机技术的发展,基于软件平台的柴油机仿真成为了柴油机研究的必要手段,但由于不同建模者建模的最终目的、模型的适用范围、建模原理等因素的差异使得所建模型通用化程度并不高,且在某些涉及多个领域的大型动力装置系统中,柴油机... 详细信息

随着计算机技术的发展,基于软件平台的柴油机仿真成为了柴油机研究的必要手段,但由于不同建模者建模的最终目的、模型的适用范围、建模原理等因素的差异使得所建模型通用化程度并不高,且在某些涉及多个领域的大型动力装置系统中,柴油机只是其中的一部分,考虑到传统柴油机建模仿真软件的开放程度、适用的建模领域等因素的限制,难以实现对这类大系统的联合仿真,为了解决上述问题,本文利用基于Modelica语言的多领域统一物理建模仿真软件MWorks对柴油机进行了建模仿真研究。首先,从提高子模型的通用性和重用性及模型库的可更新性的角度出发,根据柴油机的实际物理结构和Modelica语言面向对象的建模思想,将柴油机分为进、排气、燃烧室等一系列相互联系而又独立的子系统。在多领域物理统一建模仿真平台MWorks上,应用面向对象的统一建模规范Modelica语言建立了可通用、可重复使用、可更新与扩展的柴油机仿真模型库,并给出部分子模型内部行为的具体Modelica实现方式。最后,本文以3种典型的柴油机为例,基于所建仿真模型库,通过子模型预留接口的连接,结构参数与边界参数的修改、子模型的封装,建立了上述机型的仿真模型,并对其动、稳态工况进行了仿真计算,通过部分参数的仿真值与实验值的比较分析可知,仿真结果的精度较好,证明了所建子模型的通用性、可重用性以及仿真的可靠性,可用于柴油机的建模仿真研究。同时,为后续的基于Modelcia语言的动力装置大系统建模仿真奠定基础。

关键词：仿真建模柴油机面向对象多领域

装配式混凝土石化管廊柱脚节点连接抗震性能试验研究

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济南大学学报(自然科学版) 2024年

作者：高锦鹏高洪远刘杰刘长沙谢群刘珂铖张港济南大学土木建筑学院中建安装集团有限公司一公司

为了研究新型装配式混凝土石化管廊柱脚节点的抗震性能，设计并制作3个足尺的预埋型钢式柱脚节点，并对柱脚节点进行低周反复加载试验：通过分析不同节点的破坏形态和抗震性能参数，研究拉结筋和加载方向对柱脚节点抗震性能的影响。结... 详细信息

为了研究新型装配式混凝土石化管廊柱脚节点的抗震性能，设计并制作3个足尺的预埋型钢式柱脚节点，并对柱脚节点进行低周反复加载试验：通过分析不同节点的破坏形态和抗震性能参数，研究拉结筋和加载方向对柱脚节点抗震性能的影响。结果表明：各节点的滞回曲线较饱满，表现出较好的耗能能力，型钢预留拉结筋能够有效增强预制柱与外包混凝土的连接，设置有拉结筋的节点抗震性能最佳；沿节点横截面强轴和弱轴施加水平往复荷载下极限承载力相近，弱轴受力下节点具有相对更好的变形能力；3个节点最终破坏均为外包混凝土损坏剥落，预制柱身完好无开裂，3个节点在外包混凝土破坏后承载力无明显下降；基于试验结果提出按照外露式柱脚规范计算的承载力计算公式，计算值与试验值吻合较好。

关键词：装配式混凝土柱石化管廊柱脚节点预埋型钢抗震性能

基于Modelica语言建模的柴油机稳动态性能仿真与试验

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农业工程学报 2016年第21期32卷 87-94页

作者：李文辉刘长铖马修真夏文张子鉴哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001

针对传统柴油机建模效率不高、所建模型抽象不易理解、软件平台开放程度差、模型通用性低的问题,采用多领域统一物理建模规范Modelica语言和面向对象的建模思想建立了柴油机的仿真模型。以上柴D4114B型发电用柴油机为例,在解决上述问题... 详细信息

针对传统柴油机建模效率不高、所建模型抽象不易理解、软件平台开放程度差、模型通用性低的问题,采用多领域统一物理建模规范Modelica语言和面向对象的建模思想建立了柴油机的仿真模型。以上柴D4114B型发电用柴油机为例,在解决上述问题的同时模拟了负荷特性下柴油机的稳态过程,最高压力、排温等稳态数据点的实测值与仿真值的最大相对误差为8.9%,证明了所建立的柴油机模型具有较好的稳态性能。在此基础上进行了动态仿真,模拟了转速、单缸循环油量等参数的动态变化规律,并将部分参数的仿真值与实测值进行比较,两者吻合得比较好,证明了所建立的柴油机模型能较好地预测其动态性能,可为后续的基于Modelica语言的柴油机建模提供参考。

关键词： Modelica语言柴油机建模仿真

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基于神经网络的柴油机韦博参数预测研究

农业机械学报 2016年第10期47卷 365-371页

作者：李文辉刘长铖马修真夏文张子鉴哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001

韦博公式作为柴油机零维燃烧模型中较通用的放热率计算半经验公式,被广泛应用于柴油机工作过程的仿真中,其模拟的准确性主要依赖于公式中参数的选取,但常规选取方式存在一定的盲目性且普适性较差。针对这一问题,以上柴D4114B型发电用柴... 详细信息

韦博公式作为柴油机零维燃烧模型中较通用的放热率计算半经验公式,被广泛应用于柴油机工作过程的仿真中,其模拟的准确性主要依赖于公式中参数的选取,但常规选取方式存在一定的盲目性且普适性较差。针对这一问题,以上柴D4114B型发电用柴油机为例,提出了一种基于神经网络的柴油机韦博公式参数的预测方法,通过实验所测缸压曲线反推燃烧放热率、放热率曲线的数值拟合和神经网络的训练建立可用于韦博公式参数预测的神经网络模型,通过预测精度评价、预测结果与实验数据的对比,验证了这种预测方式的准确性。最后,基于该方法建立了柴油机的动态仿真模型,通过部分参数实验值与仿真值的比较,证明该方法在柴油机动态仿真中的可行性。

关键词：柴油机神经网络数值模拟韦博公式预测

基于微观场的重型增压柴油机工作循环能量流及流仿真

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农业工程学报 2019年第1期35卷 62-71页

作者：刘忠长刘长铖田径许允杨泽宇吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130025 吉林大学汽车工程学院长春130025

为了探索重型增压柴油机工作循环中能量流、?流变化和损耗的规律并从缸内微观层面分析其原因,该文以CA6DL重型车用增压柴油机为研究对象,基于热力学基本原理、试验数据及仿真结果计算并分析了不同工况下工作循环中能量流、?流变化和损... 详细信息

为了探索重型增压柴油机工作循环中能量流、?流变化和损耗的规律并从缸内微观层面分析其原因,该文以CA6DL重型车用增压柴油机为研究对象,基于热力学基本原理、试验数据及仿真结果计算并分析了不同工况下工作循环中能量流、?流变化和损耗的规律。以B50工况为例,从缸内速度、当量比、温度分布的角度出发,对引起燃烧过程中能量流、?流变化和损耗的原因进行了分析。结果表明:增压柴油机工作循环中能量流、?流变化主要发生在燃烧过程;传热?、燃料累计?、排气损失、CA90、?效率等参数正相关于负荷,而内部?损失及传热?所占燃料?比例负相关于负荷,B25、B50、B75工况下内部?损失占燃料?比例分别为31.3%、29.9%、28.3%;理论当量比区域多集中在中等流速区;燃烧过程中期,缸内流场与高温区在缸壁附近的叠加作用加剧了缸壁的传热损失;当量比分布越不均匀,燃油氧化速率越快,高低温区体积占比差距越大,温升越缓慢,内部?损失率越大。

关键词：柴油机热力学能量流 [火用]流燃烧过程

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重型增压柴油机燃烧过程中的缸内?损失

吉林大学学报（工学版） 2019年第6期49卷 1911-1919页

作者：刘长铖刘忠长田径许允杨泽宇吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室

为了探索增压柴油机燃烧过程中缸内[火用]损失分布特征及其影响因素,以某车用重型增压柴油机为研究对象,基于试验平台、STAR-CD计算流体力学软件及其理论,计算分析了特定工况下燃烧过程中的缸内[火用]损失变化规律、分布特征、影响因素... 详细信息

为了探索增压柴油机燃烧过程中缸内[火用]损失分布特征及其影响因素,以某车用重型增压柴油机为研究对象,基于试验平台、STAR-CD计算流体力学软件及其理论,计算分析了特定工况下燃烧过程中的缸内[火用]损失变化规律、分布特征、影响因素及其相关性。结果表明:缸内[火用]损失主要发生在燃烧过程,且化学反应[火用]损失及其所占缸内总[火用]损失的比例正相关于柴油机负荷;柴油机缸内[火用]损失主要由化学反应的不可逆性引起,化学反应引起的[火用]损失多发生在油束边缘附近;最大的化学反应[火用]损失率发生在当量比为1~1.5的区域,而在当量比为0~1的稀混合区及大于1.5的过浓混合区相对偏低;在一定温度范围内化学反应[火用]损失率与燃油放热率基本呈正比关系,在特定放热率区域内,随缸内局部温度的升高,化学反应[火用]损失及化学反应[火用]损度逐渐减少;随燃烧过程的进行,当量比、温度与化学反应[火用]损失的相关强度均逐渐减小。

关键词：动力机械工程增压柴油机燃烧过程缸内[火用]损失温度当量比

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大型船用柴油机余热利用系统性能研究

浙江大学学报（工学版） 2017年第11期51卷 2259-2264页

作者：刘长铖李文辉张文平夏文张子鉴周耀锋哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了探索不同主机工况对大型船用柴油机余热利用系统能量利用率及相关参数的影响规律,以MAN公司生产的6S50ME-C8.2型船用低速柴油机及自主设计的余热利用系统为例进行研究.柴油机余热利用系统包括船舶主机、余热锅炉、动力涡轮发电子系... 详细信息

为了探索不同主机工况对大型船用柴油机余热利用系统能量利用率及相关参数的影响规律,以MAN公司生产的6S50ME-C8.2型船用低速柴油机及自主设计的余热利用系统为例进行研究.柴油机余热利用系统包括船舶主机、余热锅炉、动力涡轮发电子系统、汽轮机发电子系统、高温冷却水利用换热设备和有机工质汽轮机发电子系统等装置.基于主机试验数据和后续的理论计算,研究不同主机负荷和环境温度对余热利用系统发电功率、余热利用潜力及其相关参数的影响规律.结果表明,随环境温度和主机负荷的升高,该船舶主机余热利用系统的余热利用能力逐渐升高,余热利用系统总体发电比的最大值为12.9%,发电总功率的最大值为1 288.7kW,系统余热利用率的最大值为17.9%.

关键词：船用柴油机余热利用理论计算主机负荷发电功率