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基于变分法减少损耗的直驱式波浪发电系统功率优化

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太阳能学报 2024年第3期45卷 186-192页

作者：林炳骏杨俊华林汇金梁惠溉吴凡曈邱达磊广东工业大学自动化学院广州510006 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广州510006

为提高不规则激励力下直驱式波浪发电系统的输出功率,改善波能捕获能力并减少系统主要损耗,结合电机与水动力方程,建立直驱式波浪发电系统数学模型,基于变分法构造能量泛函,求解泛函极值后得出最优控制律;设计扩展卡尔曼滤波器(EKF)观... 详细信息

为提高不规则激励力下直驱式波浪发电系统的输出功率,改善波能捕获能力并减少系统主要损耗,结合电机与水动力方程,建立直驱式波浪发电系统数学模型,基于变分法构造能量泛函,求解泛函极值后得出最优控制律;设计扩展卡尔曼滤波器(EKF)观测系统不易获取的相关状态变量,离线调整泛函惩罚项系数,在不增加整体计算量的情况下获得理想参考电流,并应用磁场定向控制策略进行跟踪,同时兼顾电磁力约束与功率捕获关系。仿真结果表明,所提方案响应速度快、状态观测精度高,可有效提升功率捕获能力、减少系统主要损耗、提高输出功率。

关键词：波浪能损耗波能转换变分法功率捕获

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波浪发电系统功率优化LQG滑模控制

太阳能学报 2024年第4期45卷 296-301页

作者：黄逸杨俊华林汇金梁昊晖罗琦王超凡广东工业大学自动化学院广州510006 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广州510663

直驱式波浪发电系统浮子位置和速度存在物理约束,基于线性二次高斯控制,提出约束反馈优化功率方案。通过流体力学工具得到辐射力数据,建立系统状态空间模型。采用标准卡尔曼滤波器获得系统全状态量信息,构建最小性能指标函数,计算状态... 详细信息

直驱式波浪发电系统浮子位置和速度存在物理约束,基于线性二次高斯控制,提出约束反馈优化功率方案。通过流体力学工具得到辐射力数据,建立系统状态空间模型。采用标准卡尔曼滤波器获得系统全状态量信息,构建最小性能指标函数,计算状态反馈增益;考虑建模误差,设计滑模控制器,利用Lyapunov函数证明系统稳定性,补偿系统模型失配时的状态量偏移及功率损耗;离线计算反馈增益并调整滑模变结构控制参数,降低控制策略复杂性。仿真结果表明,所提控制策略动态性能好、鲁棒性强,能保证物理约束并提升系统输出功率。

关键词：波浪能波浪能转换滑模控制模型失配线性二次高斯法

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电动汽车集群充电负荷计算方法研究

南方能源建设 2024年第5期11卷 159-167页

作者：游磊金小明刘云中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广东广州510663

[目的]电动汽车的普及使得人们的出行变得更加环保,但大规模电动汽车充电也增大了电网供电的压力。为了评估电动汽车充电对电网的冲击,构建了一种基于蒙特卡洛法的大集群电动汽车的充电负荷计算方法。[方法]在该方法中,电动汽车根据用... 详细信息

[目的]电动汽车的普及使得人们的出行变得更加环保,但大规模电动汽车充电也增大了电网供电的压力。为了评估电动汽车充电对电网的冲击,构建了一种基于蒙特卡洛法的大集群电动汽车的充电负荷计算方法。[方法]在该方法中,电动汽车根据用途被分为6类:私家车、公交车、出租车、网约车、公务车和物流车。对每一类电动汽车,提取其典型电池性能参数,并建立概率模型描述其出行和充电行为的随机性。再结合各类电动汽车规模的预测,通过随机取样模拟每个电动汽车的日内充电安排,进而确定其日内充电负荷,最后通过聚合方法得到电动汽车集群的总充电负荷。[结果]以2030年南方某省电动汽车集群作为仿真案例。[结论]案例分析表明所提出的方法能够提供各类型电动汽车和整个集群的日内充电负荷。同时在所有电动汽车类型中,公交车的充电负荷峰值最高,达到4 639.5 MW,其次是私家车的负荷峰值,但不到公交车的70%,而出租车的负荷峰值最低。整个电动汽车集群充电高峰在夜晚19:00-23:00,负荷峰值可达10.092 7 GW。

关键词：电动汽车集群充电负荷概率模型蒙特卡洛法随机取样

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基于交能融合的分布式海上风电选址与布置

南方能源建设 2024年第2期11卷 59-67页

作者：王晴勤温国标中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广东广州510663

[目的]在近海浅水海上风电场场址资源日益稀缺,场址逐步向深远海、大型化、基地化发展的背景下,探讨一种交能融合的分布式海上风电,以规避开放式水域的大型海上风电场常出现的涉海范围广、征海面积大、影响通航安全等问题。[方法]基于... 详细信息

[目的]在近海浅水海上风电场场址资源日益稀缺,场址逐步向深远海、大型化、基地化发展的背景下,探讨一种交能融合的分布式海上风电,以规避开放式水域的大型海上风电场常出现的涉海范围广、征海面积大、影响通航安全等问题。[方法]基于已建或正在规划的大型港区配套建设的防波堤进行优选场址,在分析港池与防波堤的功能与布置的基础上,通过对海上风力发电机组及海底电缆的优化布置,可实现技术与经济、政策与环境等多方面的提升。[结果]对比国内数十个开放式水域已建海上风电工程,基于交能融合的分布式海上风电场可显著地缩小场址涉海范围、减少征海面积,并降低对周边区域船舶海上通行的影响,是一种相对安全、经济、环保的海上风电场址类型。[结论]通过对交能融合的分布式海上风电选址与布置的探讨,阐述了该类型海上风电场在节约用海、减少海上碍航物、捆绑送出和就地消纳、施工与运维等多方面的优点,并可将其作为现阶段单一海上风电类型的重要补充,成为一种新的增量海上风电场址资源。

关键词：交能融合选址分布式海上风电总平面布置节约用海

基于矩匹配模型降阶的直驱式波浪发电系统功率优化

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太阳能学报 2024年第5期45卷 191-197页

作者：梁惠溉杨俊华林汇金林炳骏吴凡曈邱达磊广东工业大学自动化学院广州510006 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广州510663

为改善复杂工况下直驱式波浪发电系统功率捕获效果、降低控制器计算负担,基于矩匹配算法改进模型预测控制策略。通过建立系统水动力模型,选取波浪关键频率,利用Sylvester方程计算该频率下系统期望矩,得到匹配幅相特性的降阶模型。根据... 详细信息

为改善复杂工况下直驱式波浪发电系统功率捕获效果、降低控制器计算负担,基于矩匹配算法改进模型预测控制策略。通过建立系统水动力模型,选取波浪关键频率,利用Sylvester方程计算该频率下系统期望矩,得到匹配幅相特性的降阶模型。根据系统降阶模型,构造并求解可计及电机铜耗的改进二次型成本函数,计算理想电磁力,得到q轴期望电流跟踪值,提升波能捕获能力同时减少系统主要损耗。仿真结果表明:矩匹配降阶算法拟合程度高、动态行为好,所提控制策略波能转换效率提高,系统输出平均功率增加。

关键词：波浪能波浪能转换模型预测控制永磁直线同步电机模型降阶

沿海强风区500 kV架空输电线路防风加强设计

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南方能源建设 2024年第1期11卷 185-195页

作者：颜子威朱映洁章东鸿潘春平龚有军中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广东广州510663

[目的]随着我国沿海地区极端天气的日趋频繁,台风灾害给沿海电网造成了极大威胁,为提升架空输电线路抗风能力,目前针对沿海强风区线路通常采取提高设计气象重现期的方法进行设计,《架空输电线路荷载规范》(DL/T 5551—2018)颁布后,由于... 详细信息

[目的]随着我国沿海地区极端天气的日趋频繁,台风灾害给沿海电网造成了极大威胁,为提升架空输电线路抗风能力,目前针对沿海强风区线路通常采取提高设计气象重现期的方法进行设计,《架空输电线路荷载规范》(DL/T 5551—2018)颁布后,由于新、旧规范间风荷载计算方法的差异,此前的抗风加强措施是否与现行规范相适应,成为亟待研究的问题。[方法]以南方电网沿海强风区500 kV重要线路为例,基于输电线路防风可靠度分级体系,通过制定不同的防风设计方案,进而对不同方案下输电线路的抗风能力水平及可靠度进行评估,并对不同设防方案下的技术经济性进行比较,最后结合工程实例,推荐了沿海强风区500 kV重要输电线路的防风设计方案。[结果]在执行荷载规范前提下,按50年重现期基准风速并考虑1.1倍重要性系数(方案三)方案可与此前基于GB50545-2010按100年重现期进行防风设计的抗风举措,无论是在抗风能力以及工程投资上均可良好适配。[结论]对于沿海强风区500 kV重要输电线路,方案三为各设防方案中技术经济指标综合最优的选择,输电线路抗风能力可达16级台风中限,研究对于节约资源、降低碳排放具有重要意义。

关键词：沿海强风区架空输电线路可靠度分级抗风能力防风设计

黏土中桩靴插拔对邻近三桶导管架基础的影响研究

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南方能源建设 2024年第5期11卷 123-131页

作者：王金玺范少涛嵩贺兴郝迪中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广东广州510663

[目的]移动式平台进场安装海上风机的插拔桩施工过程风险大,易影响邻近基础结构的工作性能,甚至导致其失稳破坏。[方法]为厘清桩靴插拔过程对临近基础的影响机理,文章针对类矩形桩靴,采用CEL大变形方法,开展了其在均质和非均质黏土中插... 详细信息

[目的]移动式平台进场安装海上风机的插拔桩施工过程风险大,易影响邻近基础结构的工作性能,甚至导致其失稳破坏。[方法]为厘清桩靴插拔过程对临近基础的影响机理,文章针对类矩形桩靴,采用CEL大变形方法,开展了其在均质和非均质黏土中插拔过程模拟,重点分析了插桩过程对邻近导管架基础产生的附加倾覆角演变机理;并基于大变形模拟结果,利用小变形进一步研究了桩靴拔出后土体软化效应对邻近桶各向极限承载力的影响。[结果]研究结果表明,在桩靴挤土作用下,三桶导管架基础均会发生先顺后逆的转动位移,且随着净间距的增加而逐渐减小。同时,挤土导致的土体软化会使邻近桶各向承载力降低。[结论]受插拔桩靴的影响,非均质土中的三桶导管架的倾覆角度更大,所对应的贯入深度更深。插拔桩靴所造成的软化区域影响范围在均质黏土中水平方向延伸较大,深度方向较小。在均质黏土中,平均强度损失较小,三桶导管架的水平向、转角向的承载力损失较少。在均质和非均质黏土中,竖向承载力折减明显,最大折减系数可达0.72。

关键词：桩靴大变形小变形软化效应倾覆承载力

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热核聚变发电厂储能系统运行模式研究

南方能源建设 2024年第3期11卷 110-116页

作者：林燕李斌罗浩东向魁朱光涛中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广东广州510663

[目的]核聚变作为一种新型核能利用形式,其清洁绿色特性被视为人类未来的“终极能源”,也是我国在能源发展道路上的必经之路。在热核聚变发电厂中,中国聚变工程实验堆(CFETR)聚变反应堆具有一定周期性、脉冲式的输出特性,而汽轮发电机... 详细信息

[目的]核聚变作为一种新型核能利用形式,其清洁绿色特性被视为人类未来的“终极能源”,也是我国在能源发展道路上的必经之路。在热核聚变发电厂中,中国聚变工程实验堆(CFETR)聚变反应堆具有一定周期性、脉冲式的输出特性,而汽轮发电机组的运行是稳定、连续的,因此核岛和常规岛之间需配有储能岛以进行储能缓冲;为实现其储能缓冲的功能,储能系统需选择合适的运行模式。[方法]核岛与常规岛耦合运行或解耦运行,对应着储能系统不同的运行模式;文章基于CFETR核岛侧的功率输出特性,从系统配置、设备选型和运行控制等方面对储能系统运行模式的不同方案进行分析和对比。[结果]研究结果表明,核岛与常规岛的解耦运行模式在常规岛发电效率、设备设计技术成熟性和机组运行控制上都更具优势,因此推荐热核聚变发电厂储能系统采用解耦运行模式。[结论]储能系统解耦的运行模式方案大都采用成熟技术,可进行规模化的商业应用,因此可为实现热核聚变发电厂的商业化设计提供支撑。

关键词：核聚变核电厂储能运行模式常规岛

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热核聚变发电岛三回路参数优化研究

南方能源建设 2024年第3期11卷 126-136页

作者：罗贤勇李斌林燕向魁朱光涛中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广东广州510663

[目的]为了适应CFETR聚变反应堆周期性的输出特性,聚变发电厂采用氦气-熔盐储能-水(汽)动力循环三回路系统。其中三回路蒸汽循环的参数及热力方案对发电岛投资和发电收益有重大影响。高参数和复杂的热力方案可提高循环效率,但增加了初投... 详细信息

[目的]为了适应CFETR聚变反应堆周期性的输出特性,聚变发电厂采用氦气-熔盐储能-水(汽)动力循环三回路系统。其中三回路蒸汽循环的参数及热力方案对发电岛投资和发电收益有重大影响。高参数和复杂的热力方案可提高循环效率,但增加了初投资;低参数和简单的热力方案循环效率不高,但初投资显著降低。三回路蒸汽参数及热力方案的选择应综合考虑发电效率和初投资,按综合经济性较优的原则选取。[方法]文章基于仿真软件Ebsilon进行建模仿真,考察不同回热方案、不同主汽和再热参数下的热力循环的性能。通过对不同的热力方案和参数组合进行计算,获得了各工况下的总效率和输出功率,并分析了三回路主要设备投资及其随参数的变化。[结果]综合考虑储能岛和常规岛的总投资与收益,推荐采用9级回热,主蒸汽参数12.4 MPa、540℃的热力方案。[结论]文章提出的三回路蒸汽参数和热力方案对后续聚变发电技术研究以及工程设计具有参考价值。

关键词：聚变发电厂三回路系统熔盐储能参数选择热力方案热经济性等效焓降