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Assessment and Enhancement of FRC of Power Systems Considering Thermal Power Dynamic Conditions

CSEE Journal of Power and Energy Systems 2024年第4期10卷 1371-1383页

作者： Feng Hong Yalei Pang Weiming Ji Lu Liang Fang Fang junhong hao Jizhen Liu State Key Laboratory of Alternate Electric Power System with Renewable Energy Sources and School of Control and Computer Engineering North China Electric Power UniversityBeijing 102206China State Key Laboratory of Alternate Electric Power System with Renewable Energy Sources School of Energy Power and Mechanical EngineeringNorth China Electric Power UniversityBeijing 102206China

Frequency stability and security have been a vital challenge as large-scale renewable energy is integrated into power *** contrast,the proportion of traditional thermal power units decreases during the decarbonization transformation process,resulting in poor frequency *** paper aims to explore the potential of frequency regulation support,dynamic assessment,and capacity promotion of thermal power plants in the transition *** the dynamic characteristics of the main steam working fluid under different working conditions,a nonlinear observer is constructed by extracting the main steam pressure and valve opening degree *** real-time frequency modulation capacity of thermal power units can provide a dynamic state for the power grid.A dynamic adaptive modification for primary frequency control(PFC)of power systems,including wind power and thermal power,is proposed and *** power dynamic allocation factor is adaptively optimized by predicting the speed droop ratio,and the frequency modulation capability of the system is improved by more than 11%under extreme ***,through the Monte Carlo simulation of unit states of the system under various working conditions,the promotion of the frequency regulation capacity with high wind power penetration(WPP)is verified.

关键词： Dynamic evaluation frequency regulation power system predictive modeling wind penetration

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基于多场协同的PEMFC双梯形渐缩流道结构性能分析和评价

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中国电机工程学报 2024年第13期44卷 5208-5218,I0016页

作者：郝俊红马腾宇周敬龙郝彤王星策杜小泽华北电力大学能源动力与机械工程学院北京市昌平区102206

流道结构的优化设计是提高质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFC)综合性能的有效路径。该文针对PEMFC的流道结构,提出一种新的双梯形渐缩流道,构建并验证其三维数值仿真模型;基于场协同理论提出PEMFC中的多场... 详细信息

流道结构的优化设计是提高质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFC)综合性能的有效路径。该文针对PEMFC的流道结构,提出一种新的双梯形渐缩流道,构建并验证其三维数值仿真模型;基于场协同理论提出PEMFC中的多场协同性能分析评价方法。通过对比平行梯形流道和渐缩梯形流道,发现渐缩流道电池的输出功率、氢气利用率以及膜排水能力均得到有效提升,同时可降低最大温度梯度。基于提出的多物理场协同性评价指标,发现渐缩流道PEMFC与平行梯形流道PEMFC相比,在阴极/阳极流道内浓度场、温度场与速度场的协同性能均提高,在两催化层内传热传质与传递电动势协同性能平均提高约10.4%,膜内的水分浓度场、温度场与速度场的协同性提高25.3%。结果可为改善PEMFC的性能提供一定理论基础。

关键词：质子交换膜燃料电池双梯形多场协同

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面向风电场频率支撑的混合储能层次化容量优化配置

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中国电机工程学报 2024年第14期44卷 5596-5606,I0013页

作者：洪烽贾欣怡梁璐郝俊红房方刘吉臻新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

为应对风电大规模并网给新型电力系统运行的安全稳定带来新的重大挑战,通过混合储能技术参与风电场并网平滑输出功率和辅助一次调频可以有效减缓风电场输出功率波动,主动支撑电网频率安全。兼顾不同储能系统的优势,该文提出一种基于飞... 详细信息

为应对风电大规模并网给新型电力系统运行的安全稳定带来新的重大挑战,通过混合储能技术参与风电场并网平滑输出功率和辅助一次调频可以有效减缓风电场输出功率波动,主动支撑电网频率安全。兼顾不同储能系统的优势,该文提出一种基于飞轮和锂电池的混合储能平抑-调频方案,并考虑混合储能系统的全生命周期成本,结合多时间尺度的需求,构建容量优化配置的层次化模型。平抑层计及售电收益和碳交易收益,调频层考虑一次调频收益。充分考虑层次化模型间的耦合特性,以年化收益最大为目标,并通过实际数据进行计算分析。结果表明,相比混合储能仅参与平抑波动,计及风电消纳和一次调频需求的层次化容量配置模型可以有效发挥各自在功率平抑和调频支撑上的优势,整体经济性更好,可有效提升风-储联合系统的全生命周期净收益。

关键词：风电功率平抑一次调频混合储能容量优化层次化配置

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基于热量流法的清洁供热网络延迟分布特性与扰动控制分析

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工程热物理学报 2024年第5期45卷 1450-1457页

作者：马腾宇郝俊红田亮杨云溪方王刚戈志华华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206

在双碳战略背景下,随着极端天气的频繁出现和用户热负荷的不断增加,进一步增加供热系统的稳定性和降低供热能耗,是供热网络的重要发展方向。本文针对供热网络的典型扰动控制问题,基于供热网络的物理模型,构建供热网络全环节的动态热量... 详细信息

在双碳战略背景下,随着极端天气的频繁出现和用户热负荷的不断增加,进一步增加供热系统的稳定性和降低供热能耗,是供热网络的重要发展方向。本文针对供热网络的典型扰动控制问题,基于供热网络的物理模型,构建供热网络全环节的动态热量流模型,分析供热网络中各主要设备及供热网络整体的延迟分布特性问题,探索了供热网络实际供热策略以及供暖扰动的影响和控制等问题。结果表明供热网络的延迟主要集中在散热器侧,散热器延迟时间约占整个供热网络延迟时间的86.6%;本文以北京某日室外温度为例探究实际供热策略,模拟在面对供热扰动时,所采取新的供热策略节能分别为2.61%与2.91%。

关键词：供热网络:热量流供热扰动控制策略

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分布式换能系统的概念、架构与规划分析

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中国电机工程学报 2024年第10期44卷 3885-3896,I0011页

作者：郝俊红冯晓龙杨云溪陈卓贤孙健杜小泽新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 华北电力大学能源动力与机械工程学院北京市昌平区102206

在城市区域积极拓展终端能源消费和改变用户能源消费模式是构建新型电力系统和实现双碳战略的重要举措。该文基于城市不同区域的换热站和变电站,引入高效电热转换、气/热/电转换、混合梯度储能及换热设备等,提出计及多能转换、传输与存... 详细信息

在城市区域积极拓展终端能源消费和改变用户能源消费模式是构建新型电力系统和实现双碳战略的重要举措。该文基于城市不同区域的换热站和变电站,引入高效电热转换、气/热/电转换、混合梯度储能及换热设备等,提出计及多能转换、传输与存储等过程的分布式换能系统,由此构成了由配电、配热与配气等3网融合的配能网供能系统。基于该概念,围绕住宅、学校、办公楼和购物中心等典型城市用户类型,提出并构建10种适用于不同场景和用户的分布式换能系统,通过系统经济性和碳排放分析,提出分布式换能系统的集群化的系统配置方法,为城市电、热供需的灵活解耦和柔性控制提供了理论基础。

关键词：分布式换能高效转换多网融合系统架构规划

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新工科储能专业《储能与综合能源系统》的课程建设与实践

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储能科学与技术 2024年第3期13卷 1074-1082页

作者：郝俊红杜小泽徐超巨星肖万里陈群杨勇平华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206 北方工业大学储能科学与工程学院北京100144

“双碳”目标背景下建设新型能源体系是保障我国能源安全的重要内容。在我国能源结构转型迫在眉睫的当下,储能科学与工程新工科专业建设应运而生。作为储能专业本科阶段的核心课程,《储能与综合能源系统》有着学科交叉、知识集成、方法... 详细信息

“双碳”目标背景下建设新型能源体系是保障我国能源安全的重要内容。在我国能源结构转型迫在眉睫的当下,储能科学与工程新工科专业建设应运而生。作为储能专业本科阶段的核心课程,《储能与综合能源系统》有着学科交叉、知识集成、方法融合、技术贯通等本质特征,对储能专业人才培养发挥着重要的支撑作用。本文以该门课程为例,基于华北电力大学储能专业学科建设思路和已面向两届学生开展的教学实践经验,重点阐述了该门课程的建设背景、核心特征、框架内容、特色亮点及实践经验,凝练了以“内嵌式、交互式、探究式、数字化、情景化、迭代化”为代表的课程特征,分析了课程建设目标及其达成度,为储能科学与工程专业核心课建设提供借鉴参考。

关键词：新工科储能综合能源系统课程建设教学实践

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A comprehensive review of planning,modeling,optimization,and control of distributed energy systems

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碳中和(英文) 2022年第1期1卷 220-248页

作者： junhong hao Yongping Yang Chao Xu Xiaoze Du Key Laboratory of Power Station Energy Transfer Conversion Ministry of EducationSchool of Energy Power and Mechanical EngineeringNorth China Electric Power UniversityBeijing 102206China

Distributed energy system,a decentralized low-carbon energy system arranged at the customer side,is characterized by multi-energy complementarity,multi-energy flow synergy,multi-process coupling,and multi-temporal scales(n-M characteristics).This review provides a systematic and comprehensive summary and presents the current research on distributed energy systems in three dimensions:system planning and evaluation,modeling and optimization,and operation and *** the regional environmental,resource,and policy constraints,planning distributed energy systems should fully integrate technical,economic,environmental,and social factors and consider device characteristics,system architecture,and source-load ***,this review presents four modeling perspectives for optimizing and analyzing distributed energy systems,including energy hub,thermodynamics,heat current,and *** system’s optimal operation and scheduling strategies,disturbance analysis,and related control methods are also discussed from the power system and thermal system,*** all,more research is required for distributed energy systems based on an integrated energy perspective in optimal system structure,hybrid modeling approaches,data-driven system state estimation,cross-system disturbance spread,and multi-subject interaction control.

关键词： Distributed energy systems Planning Evaluation Modeling Optimization Operation Control

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多源分布式换能系统构建理论方法研究与应用

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暖通空调 2024年第5期54卷 72-79页

作者：孙健吴可欣王寅武郝俊红戈志华杨勇平华北电力大学新能源电力国家重点实验室北京

“双碳”背景下分布式换能系统以其在低碳环保方面的显著优势逐渐在集中供热领域得到应用。本文针对分布式换能系统中热泵、太阳能集热器、板式换热器和燃料电池等关键单元提出了单元能耗评价方法,并通过EES软件对各单元进行了热力学建... 详细信息

“双碳”背景下分布式换能系统以其在低碳环保方面的显著优势逐渐在集中供热领域得到应用。本文针对分布式换能系统中热泵、太阳能集热器、板式换热器和燃料电池等关键单元提出了单元能耗评价方法,并通过EES软件对各单元进行了热力学建模以定量评价不同单元在不同工况下的经济性,进而提出分布式换能系统的构建方法以获得流程经济性最优化。以此为依据搭建了最优化流程,并以北京地区某小区为例分析了该系统的供暖季性能,最后进行了经济性和碳减排分析。结果表明:室外温度在-10~5℃范围内变化时,该新型分布式换能系统的COP为2.69~4.43,太阳能集热器效率为45.19%~61.87%,燃料电池日发电量为8047.4~32228.0 kW·h;与常规热力站相比,该新型分布式换能系统的运行成本节省率为32.66%~53.92%,碳减排率为69.07%~73.29%。

关键词：分布式换能系统构建方法经济性碳减排供热热泵太阳能集热器燃料电池

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A Correction Factor-Based General Thermal Resistance Formula for Heat Exchanger Design and Performance Analysis

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Journal of Thermal Science 2021年第3期30卷 892-901页

作者： hao junhong CHEN Qun LI Xia Zhao Tian Key Laboratory of Power Station Energy Transfer Conversion and System of Ministry of Education School of Energy Power and Mechanical EngineeringNorth China Electric Power UniversityBeijing 102206China Key Laboratory for Thermal Science and Power Engineering of Ministry of Education Department of Engineering MechanicsTsinghua UniversityBeijing 100084China

Methods for the analysis of heat exchangers with various flow arrangements modeling,design,and performance are essential for heat transfer system modeling and its integration with other energy system *** paper proposes the use of the linear-transfer law for the heat exchanger design and performance analysis as a function of the thermal resistance related to the ratio of a linear temperature difference to the total heat transfer ***,we derived a correction factor that represents the influence of the flow arrangement on the heat transfer performance by the effective thermal conductance,as a function of correction factor,heat transfer coefficient,and surface *** on the effective thermal conductance,we propose the hot-end NTU and cold-end NTU for deriving a standardized and general thermal resistance formula for different types of heat exchangers by the combination of the correction factor with linear-transfer ***,for parallel-flow,cross-flow,and 1-2 Tubular Exchanger Manufacturers Association(TEMA)E shell-and-tube heat exchangers,we derived and obtained alternative correction factor expressions without introducing any *** cases about heat exchanger design and performance analysis show that the calculation processes using the correction factor-based general thermal resistance are straightforward without any iteration and the calculation results are ***,the experimental validation shows that the general thermal resistance formula is appropriate for analyzing the heat transfer *** is,the correction factor-based general thermal resistance formula provides a standardized model for heat exchanger analysis and heat transfer/integrated energy system modeling using the heat current method.

关键词： general thermal resistance formula correction factor heat current model linear-transfer law heat exchanger

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Flow field optimization and design for a Spallation Neutron Source target cooling system

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Science China(Technological Sciences) 2013年第6期56卷 1370-1376页

作者： hao junhong CHEN Qun XU YunChao LU YouLian JI Quan Key Laboratory for Thermal Science and Power Engineering of Ministry of Education Department of Engineering MechanicsTsinghua University Institute of High Energy Physics Chinese Academy of Sciences

Cooling water is an important part in a Spallation Neutron Source target cooling system, but the unstable vortexes at the exits of the slits between every two tungsten target slices have a negative impact on the stable running of the target system. We apply the field synergy principle for fluid flow to obtain the optimal flow field, which has a uniform velocity distribution without eddy, and then, optimize the geometrical structure of the cooling water flow channel based on the optimal flow field. The results show that when the cooling water flows in the optimized channel, the eddy sizes decrease, the time fluctuations of velocity and pressure almost vanish, and the volume flow rates of the cooling water in each parallel slit are uniform. Therefore, it effectively improves the running stability of the target system with the premise of satisfying the target heat load.

关键词：散裂中子源优化设计冷却系统流场冷却水流动目标系统速度分布场协同原理

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