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存在初始静偏心的储能飞轮转子动力学特性

太阳能学报 2024年第3期45卷 225-232页

作者：张昊随柳亦兵滕伟武鑫华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室北京102206 华北电力大学先进飞轮储能技术研究中心北京102206

以大功率储能飞轮转子系统为研究对象,探究电机转子存在初始静偏心时飞轮动力学特性的变化规律。首先使用能量法求出电机转子不平衡磁拉力(UMP)与转子偏心位移之间的关系,采用Timoshenko梁单元模型建立包含UMP的飞轮转子机电耦合动力学... 详细信息

以大功率储能飞轮转子系统为研究对象,探究电机转子存在初始静偏心时飞轮动力学特性的变化规律。首先使用能量法求出电机转子不平衡磁拉力(UMP)与转子偏心位移之间的关系,采用Timoshenko梁单元模型建立包含UMP的飞轮转子机电耦合动力学模型,计算分析电机转子初始偏心量和偏心方向对飞轮稳态和瞬态特性的影响,得出以下结论:随着偏心量的增大,上轴承处轴心轨迹出现嵌套圆环,频谱出现3种频率成分且幅值增大,升速响应曲线共振峰的峰值增大,对应转速减小;当偏心方向改变且旋转一周时,转频等成分的幅值、升速响应曲线共振峰值产生明显的周期规律变化。

关键词：飞轮转子储能动力学初始静偏心不平衡磁拉力机电耦合

基于反推控制的永磁同步电机稳定性单矢量控制策略

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电工技术学报 2024年第14期39卷 4377-4390页

作者：余洋张千慧余宗哲米增强新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 保定071003 华北电力大学河北省分布式储能与微网重点实验室保定071003

针对永磁同步电机传统单矢量控制需遍历所有基本矢量且忽略控制稳定性的问题,该文提出基于反推控制的永磁同步电机稳定性单矢量控制策略。首先,在建立dq0坐标系下永磁同步电机数学模型的基础上,推导设计常规反推控制器;其次,根据反推控... 详细信息

针对永磁同步电机传统单矢量控制需遍历所有基本矢量且忽略控制稳定性的问题,该文提出基于反推控制的永磁同步电机稳定性单矢量控制策略。首先,在建立dq0坐标系下永磁同步电机数学模型的基础上,推导设计常规反推控制器;其次,根据反推控制器获取的控制电压确定最优电压矢量所在扇区,并通过数学推导证明每个扇区内必有一个稳定的基本电压矢量可供选择,提出通过基本电压矢量对应Lyapunov函数导数值两两比较的最优基本电压矢量选取方法;然后,对选取包括最优基本电压矢量在内的不同基本电压矢量时的控制性能进行对比分析;最后,对提出的控制策略进行仿真和实验验证。结果表明,在驱动恒转矩、恒惯量负载和变转矩、变惯量涡簧负载的多个场景下,该文提出的控制策略均能有效追踪参考转速,并且与传统模型预测电流控制相比,所提控制策略的稳定性更强、输出量波动更小。

关键词：永磁同步电机反推控制单矢量控制基本电压矢量功率分配

平板电极下微米级粉尘弥散浓度探测方法与时空演化特性分析

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电工技术学报 2024年第7期39卷 2132-2142页

作者：薛乃凡魏来李庆民王媛杨睿成北京市高电压与电磁兼容重点实验室(华北电力大学) 北京102206 新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 北京102206

气体绝缘全封闭组合电器/气体绝缘金属封闭输电线路(GIS/GIL)在生产、运行和维护过程中会不可避免地产生微米级粉尘,可能是诱发工程现场不明放电的根本原因。为检测微米级粉尘弥散浓度并研究浓度的时空演化特性,该文分析了10000目、200... 详细信息

气体绝缘全封闭组合电器/气体绝缘金属封闭输电线路(GIS/GIL)在生产、运行和维护过程中会不可避免地产生微米级粉尘,可能是诱发工程现场不明放电的根本原因。为检测微米级粉尘弥散浓度并研究浓度的时空演化特性,该文分析了10000目、2000目和1000目粉尘的光散射特性,在此基础上设计并搭建了基于平板电极的粉尘浓度探测平台,实现了粉尘弥散浓度的定量探测。通过实验研究,获得了在升压过程和持续加压下,不同粒径、不同初始质量微米级粉尘的弥散浓度演化规律。研究表明,随着电压作用时间的增加,粉尘浓度快速出现最大值,然后逐渐下降。微米级粉尘弥散浓度在升压过程中会出现峰值现象,当粉尘粒径减小或初始质量增大时,均出现更大的浓度峰值。在粉尘运动过程中,存在团聚启举的特殊现象,造成严重的电场畸变,威胁气隙绝缘安全。该文结果阐释了微米级金属粉尘弥散浓度的时空演化规律,可为GIS/GIL等电气设备中微米级金属污染物的监测和危险程度评估提供支撑。

关键词：微米级粉尘光散射法浓度检测弥散特性时空演化

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无气象信息条件下基于AGCRN的分布式光伏出力超短期预测方法

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高电压技术 2024年第1期50卷 65-73,I0002页

作者：赵洪山孙承妍温开云吴雨晨河北省分布式储能与微网重点实验室(华北电力大学) 保定071003

针对分布式光伏普遍缺少气象量测装置而导致功率预测精度不足的问题,提出了一种基于自适应图卷积循环网络的分布式光伏出力超短期预测方法,可以在无气象数据的条件下,仅基于历史出力数据实现光伏出力精准预测。首先,分析了光伏出力数据... 详细信息

针对分布式光伏普遍缺少气象量测装置而导致功率预测精度不足的问题,提出了一种基于自适应图卷积循环网络的分布式光伏出力超短期预测方法,可以在无气象数据的条件下,仅基于历史出力数据实现光伏出力精准预测。首先,分析了光伏出力数据兼具时序性和空间相关性,利用门控循环网络提取时序特征,利用自适应图卷积网络挖掘传统图卷积网络无法捕捉的光伏出力潜在空间相关性。然后,融合门控循环单元和自适应图卷积网络,构建自适应图卷积循环网络以提取多光伏站点出力的时空相关性,并利用注意力机制为不同时刻的时空特征分配权重。最后,通过全连接层输出最终的预测结果。采用某地区屋顶光伏实际出力数据在不同预测时间尺度下比较所提方法与其他方法的预测性能,结果表明,在没有气象数据的情况下,当预测尺度为15、30、60 min时,相比于传统门控循环网络,所提方法的平均绝对误差分别减少了16.9%、19.8%和30.5%。

关键词：分布式光伏超短期预测时空相关性无气象信息自适应图卷积门控循环单元

超临界回热燃煤发电系统热力循环的构建及分析

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中国科学：技术科学 2024年第2期54卷 236-246页

作者：孙恩慧李汇锋钱启琛纪洪福张磊徐进良华北电力大学河北省低碳高效发电技术重点实验室保定071003 华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室北京102206

回热过程对朗肯循环热效率的提升起重要作用,但当前有关回热的研究仅局限在亚临界区域,并未对超临界区域进行深入的探索.本文提出超临界回热方式,构建了超临界回热循环,从效率角度探明了该回热过程的优势.以某二次再热燃煤发电系统为例... 详细信息

回热过程对朗肯循环热效率的提升起重要作用,但当前有关回热的研究仅局限在亚临界区域,并未对超临界区域进行深入的探索.本文提出超临界回热方式,构建了超临界回热循环,从效率角度探明了该回热过程的优势.以某二次再热燃煤发电系统为例,基于热力学第一、第二定律对其与BEST小机回热进行热力学理论计算与对比分析.结果表明,超临界回热可有效提高发电效率,在本文案例中,当主汽参数为32 MPa和610/625/622℃时,所提出的两种超临界回热过程可在发电效率47.57%基础上,分别提升0.96%与1.02%, BEST小机回热可使发电效率提升0.1%.同时发现BEST小机回热可有效降低循环回热过程的?损,超临界回热则可大幅降低锅炉?损,当两者耦合时,可以实现效率的进一步提升(48.7%和48.76%).本文提出的超临界回热过程是在亚临界区域回热的基础上突破瓶颈,进一步实现了在超临界区域的回热,是循环回热优化的进一步发展.

关键词：朗肯循环超临界回热 BEST小机发电效率 ?分析

冷却器热量回收在S-CO_(2)燃煤发电系统中的优化方案研究

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中国科学：技术科学 2024年第2期54卷 225-235页

作者：郭源东孙恩慧徐进良王兆福刘国华华北电力大学河北省低碳高效发电技术重点实验室保定071003 华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206

S-CO_(2)循环的冷却过程为变温放热,因此,通过空气回热实现冷却器的热量回收(CHR)是提高S-CO_(2)燃煤发电系统效率的有效方法.炉膛尾部烟道烟气余热吸收是冷却器热量回收应用于S-CO_(2)燃煤发电面临的关键难题.针对这一问题,本文首先围... 详细信息

S-CO_(2)循环的冷却过程为变温放热,因此,通过空气回热实现冷却器的热量回收(CHR)是提高S-CO_(2)燃煤发电系统效率的有效方法.炉膛尾部烟道烟气余热吸收是冷却器热量回收应用于S-CO_(2)燃煤发电面临的关键难题.针对这一问题,本文首先围绕具备再热与间冷的再压缩循环(RC+RH+IC)应用了双烟道冷却器热回收方案,使空气预热器内的空气能在更宽的温区吸收烟气热量,显著提高炉膛烟气余热吸收能力,解决了进行冷却器热回收时排烟温度升高的问题.当循环主汽参数为620℃/30 MPa时,相比单烟道冷却器热量回收方案,循环效率由51.95%(RC+RH+IC+CHR)提升至52.36%(RC+RH+IC+DCHR).为进一步优化冷却器热回收与烟气余热吸收的耦合关系,本文提出冷却器减流方案(CFR),并应用循环拆分法对新系统进行分析.结果表明,该方案提高了系统的回热程度,增加了循环中效率等效为1的子循环工质质量流量份额,最终使循环效率由51.95%(RC+RH+IC+CHR)提升至52.50%(RC+RH+IC+DCHR+CFR).

关键词： S-CO_(2)燃煤发电系统冷却器热量回收冷却器减流循环拆分法双烟气通道

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考虑时空相关性的风电机组风速清洗方法

太阳能学报 2024年第6期45卷 461-469页

作者：李莉梁袁林娜阎洁孟航刘永前新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 北京102206 华北电力大学新能源学院北京102206

为获得完整可靠的风速数据,提出一种考虑时空相关性的风电机组机舱风速清洗方法。利用图卷积神经网络(GCN)提取风速的空间相关信息、利用双向长短期记忆神经网络(Bi-LSTM)提取时间相关信息,建立GCN-LSTM模型重构各机组风速序列,实现对... 详细信息

为获得完整可靠的风速数据,提出一种考虑时空相关性的风电机组机舱风速清洗方法。利用图卷积神经网络(GCN)提取风速的空间相关信息、利用双向长短期记忆神经网络(Bi-LSTM)提取时间相关信息,建立GCN-LSTM模型重构各机组风速序列,实现对异常风速数据的识别和清洗。分析风速的时空特性及其对模型清洗精度的影响,确定最优时间尺度和机组节点数量2个重要的建模参数;以中国4个不同地形风电场为例对GCN-LSTM模型进行验证,结果表明考虑时空相关性可有效提高风速清洗精度,风速的时空相关性越高风速清洗误差越小,且该模型在不同地形风电场的风速清洗中表现出良好的鲁棒性。

关键词：风电场风电机组图神经网络长短期记忆神经网络风速时空相关性数据清洗

基于分类回放双延迟贝叶斯深度确定性策略梯度的燃料电池温度控制

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电工技术学报 2024年第13期39卷 4240-4256页

作者：赵洪山潘思潮马利波吴雨晨吕廷彦河北省分布式储能与微网重点实验室(华北电力大学) 保定071003

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种难以精确建模的非线性系统,因此需要具有较强鲁棒性与高适应性的控制器来控制PEMFC电堆温度。该文提出一种基于深度强化学习的数据驱动控制器来控制电堆温度。考虑PEMFC系统的特点,包括其非线性、不确... 详细信息

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种难以精确建模的非线性系统,因此需要具有较强鲁棒性与高适应性的控制器来控制PEMFC电堆温度。该文提出一种基于深度强化学习的数据驱动控制器来控制电堆温度。考虑PEMFC系统的特点,包括其非线性、不确定性和环境条件的影响,提出一种新的深度强化学习算法,即分类回放双延迟贝叶斯深度确定性策略梯度(CTDB-DDPG)算法。该算法的设计引入贝叶斯神经网络、分类经验回放等技术,提高了控制器的性能。通过仿真结果与RT-Lab实验平台的结果表明,利用CTDB-DDPG算法的高适应性与强鲁棒性,所提算法可以更有效地控制PEMFC电堆温度,具有一定的实际意义。

关键词：燃料电池联合控制深度确定性贝叶斯网络

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老化效应对涂层表面池沸腾传热性能的影响

原子能科学技术 2024年第1期58卷 93-102页

作者：钟达文廉学新史昊鹏韩昱程华北电力大学北京市非能动核能安全技术重点实验室北京102206

压力容器外部冷却(ERVC)是第三代压水堆核电站严重事故缓解策略的关键技术,其表面临界热流密度(CHF)决定了压力容器的完整性。为探究压力容器真实材料SA508钢表面老化对涂层表面CHF特性的影响,开展了SA508钢光表面和基于SA508钢的TC4钛... 详细信息

压力容器外部冷却(ERVC)是第三代压水堆核电站严重事故缓解策略的关键技术,其表面临界热流密度(CHF)决定了压力容器的完整性。为探究压力容器真实材料SA508钢表面老化对涂层表面CHF特性的影响,开展了SA508钢光表面和基于SA508钢的TC4钛合金多孔涂层表面在不同老化状态下的沸腾换热特性实验研究。结果表明:SA508钢光表面在水中会快速氧化,随着老化的加深,其CHF呈上升趋势,上升幅度在20%以内;CHF增强的原因在于SA508钢氧化生成了能改善表面润湿性的Fe3O4磁性微纳米颗粒层。随着氧化的加深,TC4涂层表面由超亲水特性变为疏水特性,基体SA508钢生成的氧化物易堵塞涂层孔隙,CHF呈恶化趋势。

关键词：相变传热涂层沸腾换热临界热流密度氧化