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基于平板热管的高温质子交换膜燃料电池堆启动特性

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化工进展 2024年第4期43卷 1754-1763页

作者：钱志广王世学朱禹岳利可天津大学机械工程学院天津300350 中低温热能高效利用教育部重点实验室(天津大学) 天津300350 天津大学国家储能技术产教融合创新平台天津300350

高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)运行温度约160℃,较传统低温电池具有更佳的电化学反应动力学、更简单的水热管理和更高的CO耐受性等优势。但运行温度提高,如何实现HT-PEMFC的快速预热启动成为制约其应用推广的重要挑战之一。当前工作... 详细信息

高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)运行温度约160℃,较传统低温电池具有更佳的电化学反应动力学、更简单的水热管理和更高的CO耐受性等优势。但运行温度提高,如何实现HT-PEMFC的快速预热启动成为制约其应用推广的重要挑战之一。当前工作中,针对一个额定功率为500W的HT-PEMFC电堆,尝试利用一种平板热管(FHP)对该电堆进行预热启动。设计搭建了实验装置,从预热时间、温度分布、传热量分布等方面对这一方法进行评估。实验结果表明,提高加热功率可以显著缩短预热时间,500W时预热耗时3000s,1500W时则仅需980s;但同时也造成温度均匀性出现恶化,500W时竖直方向最大温差约28℃,1500W时该温差则达到了80℃。此外,水平方向的温差也随加热功率的提高而增加,且越靠近热源的区域越明显,最高达15.7℃,这无疑会加速质子交换膜的机械失效。实际中,应在不过多影响电池运行寿命的前提下,提高加热功率以缩短启动时间。

关键词：燃料电池传热氢测量热管理平板热管

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越流型单井抽灌系统热储预测研究

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第7期57卷 695-703页

作者：赵军周佳琦宋超凡李扬天津大学机械工程学院天津300350 中低温热能高效利用教育部重点实验室(天津大学) 天津300350

地热资源储量丰富、稳定性好,合理开发利用地热能对缓解能源短缺、实现碳达峰和碳中和目标至关重要.目前,地热可持续取热理论的研究体系尚不完善,准确的地热资源评价是地热可持续发展的关键所在.由于地热在大规模、长时间尺度运行时引... 详细信息

地热资源储量丰富、稳定性好,合理开发利用地热能对缓解能源短缺、实现碳达峰和碳中和目标至关重要.目前,地热可持续取热理论的研究体系尚不完善,准确的地热资源评价是地热可持续发展的关键所在.由于地热在大规模、长时间尺度运行时引起渗流屏障,热储静态预测不能满足热储资源准确评价,动态热储预测是至关重要的.地热井口周围流动复杂,由达西流向非达西流转变,流动具有非线性特性.搭建室内渗流砂箱实验系统,分析不同回灌温度、抽灌流量、补给边界下的渗流传热规律,采集热储动态运行井口压差信号,基于多尺度熵方法分析压差信号的动力学特性,提取大量流动信息,揭示了不同热储补给边界下的动力学特性.结果表明,3种补给边界的多尺度熵均小于1并呈现明显分辨规律,从大到小依次为:定流量补给边界>定水头补给边界>封闭边界,定流量补给边界下的流动更剧烈,回灌过程中受到的扰动更复杂,封闭边界下的熵值波动很小.研究得到的热储预测方法缩短了预测时间、降低了预测成本,能够快速准确地识别采灌过程中的补给模式,为越流型单井抽灌系统的参数选择提供理论指导,对热储动态资源评价具有重要意义,从理论层面上对热储预测提供新的思路,促进地热可持续取热理论的推广.

关键词：地热多尺度熵补给边界热储预测

U型重力热管启动过程中压力和温度的演变规律

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制冷学报 2024年

作者：赵萧涵刘圣春李雪强张钟垚李海龙天津市制冷技术重点实验室天津商业大学天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室

重力热管因具有高效的导热性能受到广泛关注。本文将饱和温度和工质物性变化引入VOF模型，研究了U型重力热管的启动过程，并对启动过程中的压力和温度进行分析。结果表明：使用改进后的模型可与实验数据更好的吻合，模拟与实验值平均误... 详细信息

重力热管因具有高效的导热性能受到广泛关注。本文将饱和温度和工质物性变化引入VOF模型，研究了U型重力热管的启动过程，并对启动过程中的压力和温度进行分析。结果表明：使用改进后的模型可与实验数据更好的吻合，模拟与实验值平均误差仅为5K，具有较高的模拟精度。基于模拟结果，可将启动过程分为初始阶段、平衡阶段和突变阶段；初始阶段的主要特征为绝热段和冷凝段的温升均滞后于蒸发段，蒸发段和冷凝段间的压力差出现小幅波动（平均波动范围为81.5 Pa）；平衡阶段的特征是冷凝段温度上升，蒸发段和冷凝段间的压力差波动幅度增大（平均波动范围为230.2 Pa），并出现间歇沸腾现象；突变阶段的主要特点是温度出现波动，同时压力波动更为剧烈。

关键词：重力热管 VOF模型启动过程压力温度导热系数

基于气凝胶与相变材料夹层结构的电池热失控-热管理综合布置决策

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消防科学与技术 2024年第5期43卷 626-633页

作者：丁永鑫马非赵军戴传山天津大学机械工程学院天津300350 中低温热能高效利用教育部重点实验室天津300350

为提高电池模组热失控抑制与热管理散热综合效果,本文设计了一种电池间添加相变材料(PCM)-气凝胶夹层结构的热管理系统并优化夹层的布置结构。结果表明,针对抑制热失控传播,纯气凝胶的布置效果最佳,相较于自然空冷,可使模组中最后一个... 详细信息

为提高电池模组热失控抑制与热管理散热综合效果,本文设计了一种电池间添加相变材料(PCM)-气凝胶夹层结构的热管理系统并优化夹层的布置结构。结果表明,针对抑制热失控传播,纯气凝胶的布置效果最佳,相较于自然空冷,可使模组中最后一个电池触发热失控的时间延长,但电池热管理散热效果显著恶化;针对强化热管理散热,纯相变材料的布置效果最佳,相较于自然空冷,可使电池一个放电循环下的最高温度降低20℃以上,但其抑制热失控传播的效果明显弱于纯气凝胶;针对热失控-热管理综合效益,PCM-气凝胶-PCM布置形式具有更广泛的适用性,在保证电池热失控抑制效果的同时强化了电池正常工作时的散热,可实现整体效益的最大化。

关键词：电池热失控电池热管理相变材料气凝胶

中压直流配电场景下混合型MMC过调制工况对运行稳定性的影响分析

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第2期57卷 123-136页

作者：肖迁徐劲贾宏杰穆云飞金昱陆文标智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津300072

混合型模块化多电平换流器(hybrid MMC)可通过过调制运行实现中压直流(MVDC)配电网的直流故障穿越.现有研究未充分分析过调制工况下混合型MMC的运行稳定性,无法满足中压直流配电网的运行需求.为此,本文通过与正常工况进行对比,分析了过... 详细信息

混合型模块化多电平换流器(hybrid MMC)可通过过调制运行实现中压直流(MVDC)配电网的直流故障穿越.现有研究未充分分析过调制工况下混合型MMC的运行稳定性,无法满足中压直流配电网的运行需求.为此,本文通过与正常工况进行对比,分析了过调制工况对混合型MMC运行稳定性的影响.首先,在电气与控制部分统一的dq坐标系下,构建考虑直流调制比的混合型MMC小信号模型,并将其与详细电磁暂态(EMT)仿真结果对比,验证所建立模型的准确性;其次,对比正常及过调制工况下的根轨迹,进而从控制参数可行域的角度分析了过调制工况对系统运行稳定性的影响;然后,基于主导模态特征根的虚部计算系统失稳时的振荡频率,并将其与相同控制参数下电磁暂态仿真结果进行对比,验证上述稳定性分析结果的正确性;最后,基于参与因子法计算各状态变量对于主导模态的参与程度,从而揭示对系统稳定性影响较大的关键状态变量.理论分析及仿真结果表明,混合型MMC的内部模态会随着交流及直流电流控制器参数的增大而逐渐趋于不稳定;相较于正常工况,过调制工况下混合型MMC控制参数可行域扩大,小信号稳定性提高.

关键词：中压直流配电网混合型模块化多电平换流器小信号建模稳定性分析根轨迹

基于电磁时间反演的VSC-HVDC系统架空线-电缆混合线路故障定位方法

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电力自动化设备 2024年第3期44卷 180-186,224页

作者：张艳霞李婷天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072

针对传统故障定位方法无法应用于架空线-电缆混合直流线路的问题,提出了一种架空线-电缆混合直流线路的故障定位方法,该方法采用先确定故障点所在区段、后在区段中定位的原理。利用故障附加网络的直流分量定义了故障区段判别函数,通过... 详细信息

针对传统故障定位方法无法应用于架空线-电缆混合直流线路的问题,提出了一种架空线-电缆混合直流线路的故障定位方法,该方法采用先确定故障点所在区段、后在区段中定位的原理。利用故障附加网络的直流分量定义了故障区段判别函数,通过该判别函数在不同区段发生故障时数值不同实现故障区段的判定。然后,分析了电磁时间反演理论在故障定位中的可行性,分析确定了故障特征谐波。利用线路两端特征谐波的电流行进波作为时间反演电路的电流源,设置与原线路拓扑结构镜像的线路,利用时间反演电流源与镜像线路构建时间反演电路。在此基础上,根据时间反演的能量聚焦特性列写故障区段内的故障定位方程并实现区段内故障定位。利用PSCAD/EMTDC搭建的电压源型换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统仿真证明了所提方法能实现线缆混合直流输电线路的故障定位。

关键词：架空线-电缆混合直流线路故障定位故障区段判别函数时间反演能量聚焦

配电网的最小供电能力:定义、模型、求解和应用

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电力自动化设备 2024年第2期44卷 34-41页

作者：肖峻蔡仲伟天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072

最小供电能力是最大供电能力的对偶指标,它们分别位于供电能力曲线的最低点和最高点。提出最小供电能力的定义、数学模型、求解方法和应用方法。建立最小供电能力的数学模型,它是严格安全边界上以总负荷最小为目标函数的线性规划模型;... 详细信息

最小供电能力是最大供电能力的对偶指标,它们分别位于供电能力曲线的最低点和最高点。提出最小供电能力的定义、数学模型、求解方法和应用方法。建立最小供电能力的数学模型,它是严格安全边界上以总负荷最小为目标函数的线性规划模型;提出基于最大冗余方程的求解方法,以得到达到最小供电能力时的工作点,针对每个取得最小供电能力的边界,该方法将冗余量等于最大冗余的约束添加到边界约束中,形成最大冗余方程,通过求解该方程得到边界上最小供电能力点的表达式;对所有的最小供电能力点表达式取并集得到最终结果。算例结果验证了所提模型和方法的正确性。

关键词：最小供电能力最大供电能力供电能力曲线数学模型求解方法配电网

基于直流母线电压信号的小型独立直流微电网自主平滑模式切换控制策略

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电工技术学报 2024年第10期39卷 3105-3117页

作者：翟凡李桂丹王议锋陈博王忠杰天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072

在独立直流微电网中,储能系统(ESSs)和光伏(PV)是主要能源。在极端条件下,储能和光伏变换器需要进行工作模式切换以协调功率,为了优化切换性能,该文提出一种基于直流总线信号(DBS)的自主平滑模式切换控制策略,用于多个光伏电源和ESS的... 详细信息

在独立直流微电网中,储能系统(ESSs)和光伏(PV)是主要能源。在极端条件下,储能和光伏变换器需要进行工作模式切换以协调功率,为了优化切换性能,该文提出一种基于直流总线信号(DBS)的自主平滑模式切换控制策略,用于多个光伏电源和ESS的无通信协同工作,提高了系统的可靠性。针对多模式切换过程中的抖振和死锁问题,所提出的控制策略利用具有反馈抑制机制的PI控制器实现了在饱和与激活之间无缝切换。同时,为了进一步提升光伏能量的利用率,所提出的控制策略充分考虑了ESS的荷电状态(SOC),并使光伏电源能够直接参与直流母线电压的调节。此外,还对模式切换时间与控制器参数的设计进行了详细的分析建模,以优化模式切换性能。最后,建立了一个小型独立直流微电网实验系统,以验证所提出的直流微电网控制方法的可行性。

关键词：自主控制方案直流微电网储能系统(ESS) 光伏(PV)电力系统电力管理

基于分布鲁棒机会约束的高韧性配电网多类型储能配置

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电力自动化设备 2024年第7期44卷 45-53页

作者：杨白洁刘洪葛少云李俊锴张世达天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072

针对当前多类型储能系统(ESS)配置尚未充分计及正常工况与极端灾害等多元场景下源、网、荷多重不确定性复杂耦合影响的问题,提出了一种兼顾配电网韧性和经济性的多类型ESS配置方法。提出了面向多元场景差异化需求的多类型ESS优化配置框... 详细信息

针对当前多类型储能系统(ESS)配置尚未充分计及正常工况与极端灾害等多元场景下源、网、荷多重不确定性复杂耦合影响的问题,提出了一种兼顾配电网韧性和经济性的多类型ESS配置方法。提出了面向多元场景差异化需求的多类型ESS优化配置框架,建立了以配电网韧性和经济性最优为目标的配置模型。考虑元件故障、源荷出力等多重不确定性,将原模型构建为两阶段分布鲁棒机会约束模型。提出了基于Big-M和条件风险价值理论的系统化线性方法,基于列和约束生成算法对线性化模型求解。在改进的IEEE 33节点配电网与43节点交通网算例上验证,结果表明,所提方法可显著降低负荷损失及投资,提升配电网韧性和经济性。

关键词：配电网韧性多类型储能系统条件风险价值分布鲁棒机会约束