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燃料电池汽车动力系统及能量管理策略研究进展

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第1期55卷 80-92页

作者：陈家一高帷韬贾璐阴亚楠王诚欧阳鸿武中南大学机电工程学院湖南长沙410083 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 浙江锋源氢能科技有限公司浙江嘉兴314200

动力系统是燃料电池汽车(FCV)的核心,可分为单一式系统与混合动力系统两大类,其中,将燃料电池与辅助电源相结合组成“电-电”混合动力系统,已成为业界主流。本文根据辅助电源类型的不同,提出3类FCV混动系统的构建方案,分别为燃料电池+... 详细信息

动力系统是燃料电池汽车(FCV)的核心,可分为单一式系统与混合动力系统两大类,其中,将燃料电池与辅助电源相结合组成“电-电”混合动力系统,已成为业界主流。本文根据辅助电源类型的不同,提出3类FCV混动系统的构建方案,分别为燃料电池+动力电池方案、燃料电池+超级电容方案、燃料电池+动力电池+超级电容方案,并对各方案的优势和劣势进行比较。同时,本文综述了近年来国内外学者提出的面向FCV的代表性能量管理策略,从理论基础与求解方法的差异出发,将现有燃料电池汽车的能量管理策略分为3类:基于规则定义的策略、基于最优化方法的策略以及基于机器学习的策略,并总结了各类策略在最优性与实时性等方面的优势和劣势。其中,基于规则定义的策略最易实现,在工程应用中最为普遍,但无法实现性能最优;基于最优化方法的策略能够接近甚至达到理论最优,但存在计算量过大、计算耗时过长、实时性差等问题;以强化学习为代表的基于机器学习的策略有望在最优性与实时性之间实现理想的平衡,但目前还存在模型训练耗时长、试错代价高等困难,在实车应用层面还存在一定挑战。基于文献研究与分析,本文提出以下观点:1)以大功率燃料电池为核心的功率混合型系统是FCV混动系统的未来发展方向;2)必须进一步提升智能化程度,根据实际使用场景开发具有个性化的能量管理策略;3)亟需建立关于燃料电池汽车能量管理策略的综合评价体系。

关键词：燃料电池汽车混合动力系统能量管理策略强化学习

基于合作博弈的交直流配电网光储协调规划方法

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太阳能学报 2024年第1期45卷 534-544页

作者：刘顺成何禹清乔学博江卓翰刘鹏飞国网湖南省电力有限公司经济技术研究院长沙411100 能源互联网供需运营湖南省重点实验室长沙411100 南方电网科学研究院有限责任公司广州510663 天地电研(北京)科技有限公司北京102206

为进行电力市场背景下的交直流配电网光伏与储能合理规划,该文以中、低压交直流配电网运营商为投资主体,提出基于合作博弈的交直流配电网光储协调规划方法。确定中、低压交直流配电网运营商的合作博弈关系;中压配电网以投资/运维成本、... 详细信息

为进行电力市场背景下的交直流配电网光伏与储能合理规划,该文以中、低压交直流配电网运营商为投资主体,提出基于合作博弈的交直流配电网光储协调规划方法。确定中、低压交直流配电网运营商的合作博弈关系;中压配电网以投资/运维成本、购电成本和双边市场交易成本最小为目标,低压配电网以投资/运维成本、双边市场交易成本最小为目标,基于纳什议价理论建立光储协调规划模型,同时优化规划策略和交易电价;引入线性化方法处理非线性项,将模型转化为两个易于求解的子问题,采用分布式优化算法进行顺次求解。通过算例对比分析验证了所提规划模型和算法的可行性和有效性。

关键词：交直流配电网光储协调规划合作博弈市场交易分布式优化

基于“规则+优化”的电气化铁路站点实时能量管控策略

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电工技术学报 2024年第11期39卷 3339-3352页

作者：李俊豪涂春鸣王鑫郭祺肖凡国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学) 长沙410082

构建“网-源-储-车”协同供电架构以实现电气化铁路的实时、可靠、高效能量管控,对推进“双碳”目标的实现具有重要意义。然而,既有规则管控策略主要针对“网-储-车”架构、管控,效果有限;优化管控策略往往关注于经济性等单一指标,可靠... 详细信息

构建“网-源-储-车”协同供电架构以实现电气化铁路的实时、可靠、高效能量管控,对推进“双碳”目标的实现具有重要意义。然而,既有规则管控策略主要针对“网-储-车”架构、管控,效果有限;优化管控策略往往关注于经济性等单一指标,可靠性较低。为此,该文首先补充了适用于“网-源-储-车”架构的规则管控策略,并构建了计及经济性与电压不平衡度的多目标管控优化模型;然后,提出一种基于“规则+优化”的电气化铁路站点实时能量管控策略,采用优化管控为主、规则管控为辅的形式,以实时管控时间阈值为导向,有序切换输出指令,在保证站点能量管控的可靠性与实时性的同时,实现整体运行效果的优化提升;最后,基于刘家沟牵引变电所实测数据对所提策略进行验证,结果表明,该文所提策略在实现新能源就地消纳与再生制动能量高效利用的同时,可改善牵引网电压水平与公共电网电能质量。

关键词：电气化铁路网-源-储-车实时能量管控规则管控优化管控

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阳极闭口模式下质子交换膜燃料电池氮气渗透

高校化学工程学报 2024年第1期38卷 61-69页

作者：李子君王建国王树博李微微谢晓峰浙江海洋大学船舶与海运学院浙江舟山316022 三一重工股份有限公司湖南长沙430100 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 中国海洋工程研究院(青岛) 山东青岛266555

质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极闭口模式潜力巨大,但该模式下运行会引发氮气从阴极向阳极的渗透,导致阳极氢气的摩尔分数降低,PEMFC性能下降,针对这种情况可通过吹扫恢复PEMFC的性能。搭建了阳极闭口模式测试系统,在不同操作条件下进行... 详细信息

质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极闭口模式潜力巨大,但该模式下运行会引发氮气从阴极向阳极的渗透,导致阳极氢气的摩尔分数降低,PEMFC性能下降,针对这种情况可通过吹扫恢复PEMFC的性能。搭建了阳极闭口模式测试系统,在不同操作条件下进行阳极闭口模式实验,同时建立数学模型研究不同电流密度、化学计量比和温度下,电压和阳极氢气的下降速率以及传输到阳极的氮气积累量,提出实验与仿真结合的方法深入探究闭口模式下气体的传输规律,结果表明:当氢气摩尔分数为0.75时,电压下降到1.4 V,此时性能明显下降,提出相应吹扫策略:氢气摩尔分数在0.8时吹扫最为有效。

关键词：质子交换膜燃料电池阳极闭口氮气渗透数值模拟

湖南省热水圩地热田干热岩形成的热源机制与成因模式

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煤田地质与勘探 2024年第1期52卷 70-82页

作者：杜江蔡宁波张保建王克营何立宏廖凤初湖南省地球物理地球化学调查所湖南长沙410014 湖南省地质新能源勘探开发工程技术研究中心湖南长沙410014 中国地质大学(武汉)高等研究院湖北武汉430074 中国地质科学院北京100037

湖南省热水圩地热田90℃以上的高温温泉指示该地热田具备良好的地热地质条件,是潜在的干热岩勘查有利地段。为合理评价热水圩干热岩的储层温度与勘查开发前景,对汝城地区热水圩地热田的深部地质构造、地球化学和重磁电震地球物理特征、... 详细信息

湖南省热水圩地热田90℃以上的高温温泉指示该地热田具备良好的地热地质条件,是潜在的干热岩勘查有利地段。为合理评价热水圩干热岩的储层温度与勘查开发前景,对汝城地区热水圩地热田的深部地质构造、地球化学和重磁电震地球物理特征、地温场特征等进行综合分析,自深至浅揭示热水圩地热田深部热结构,探讨干热岩形成的热源机制与地球动力学过程。结果表明:(1)利用SiO_(2)地热温标估算的热水圩地热田深部热储温度为79.4~143.9℃;(2)热水圩附近中棚岩体、鱼王岩体等花岗岩体平均生热率为7.07~8.44μW/m^(3),明显大于中国大陆主要地质构造单元的地壳平均生热率;(3)重磁特征反映出热水圩地区岩石圈厚度相对较薄,大地电磁与地震波速解释的区域内壳内高导低速体与深大断裂带相吻合,指示这些深大断裂有可能构成深部热物质上侵的通道。在此基础上,总结归纳了湖南省热水圩地热田干热岩的成因模式:太平洋板块俯冲与回撤,导致板块前缘形成强烈的热扰动,造成软流圈的隆起和幔源热物质的上侵,形成相对较高的幔源热源;生热率较高的花岗岩体与铀矿体放射性产热形成了良好的地壳热源;深大断裂构成深部热物质上侵的通道,同时为浅部干热岩的形成提供重要热源。有利的热源条件及沿深大断裂的深部热物质上侵,使湖南省东南部形成以热水圩周边岩体为代表的干热岩有利靶区。根据综合确定的地温梯度推算,热水圩地热田呈隐伏状态的、致密的、裂隙不发育的埋深在4000~6000 m的花岗岩体温度可达176.8~256.6℃,是良好的、近期可勘查开发的干热岩体。

关键词：干热岩地球化学重磁电震联合热源机制成因模式湖南热水圩

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基于加权宽度学习的异常用电辨识研究

电网技术 2024年第5期48卷 2095-2102,I0075,I0076-I0083页

作者：姚影陆俊肖琦龚钢军徐志强辛培哲北京市能源电力信息安全工程技术研究中心(华北电力大学) 北京市昌平区102206 国网湖南省电力公司经济技术研究院湖南省长沙市410004 国家电网北京经济技术研究院北京市昌平区102211

针对异常用电与正常用电样本类别不平衡关系及现有模型训练耗时、缺乏可扩展性的问题,提出一种基于加权宽度学习(weighted broad learning system,WBLS)的异常用电辨识模型。首先,考虑到样本间类别不平衡关系,在目标函数中使用样本权重... 详细信息

针对异常用电与正常用电样本类别不平衡关系及现有模型训练耗时、缺乏可扩展性的问题,提出一种基于加权宽度学习(weighted broad learning system,WBLS)的异常用电辨识模型。首先,考虑到样本间类别不平衡关系,在目标函数中使用样本权重约束每个类对模型的贡献,样本权重根据样本分布情况个性化赋予,并通过岭回归广义逆高效地建立WBLS辨识模型。其次,基于新增加的用电样本数据,通过增量学习算法对模型进行更新和重构。实验结果表明该模型提高了对异常用电样本的辨识精度,并在增加用电样本的情况下,可以快速地对旧模型进行更新和扩展。

关键词：异常用电加权宽度学习类不平衡增量学习

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基于时空图注意力的短期电力负荷预测方法

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第2期51卷 57-67页

作者：李文英杨高才文明罗姝晨于宗超姜羽王鼎湘国网湖南省电力有限公司经济技术研究院湖南长沙410000 湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082

准确的电力负荷预测对现代电力系统的安全经济运行至关重要.电力负荷预测可以表述为一个具有一定潜在空间依赖性的多变量时序预测问题.然而,大多数现有的电力负荷预测工作未能探索这种空间依赖关系.基于此,本文提出了一种基于时空图注... 详细信息

准确的电力负荷预测对现代电力系统的安全经济运行至关重要.电力负荷预测可以表述为一个具有一定潜在空间依赖性的多变量时序预测问题.然而,大多数现有的电力负荷预测工作未能探索这种空间依赖关系.基于此,本文提出了一种基于时空图注意网络的短期电力负荷预测方法.提出一种基于时空图注意网络模块,该模块使用图注意层实现自适应的捕捉各用户间的潜在空间依赖性,同时使用门控卷积注意力层对各用户用电量在时间维度上进行自适应拟合,以提高网络的预测精度.实际数据实验表明,本文提出的模型整体预测精度提高明显,特别是在一定程度上缓解了长程预测精度恶化的问题,验证了所提方法的有效性与可行性.

关键词：电力负荷预测小世界网络时空图注意力门控扩张因果卷积

考虑工作点时变特性的并网变流器全工作区间稳定性分析

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中国电机工程学报 2024年第7期44卷 2801-2814,I0023页

作者：谢伟杰肖凡涂春鸣郑宇婷肖泽坤郭祺葛平娟国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学) 湖南省长沙市410082 中国石油大学(华东)新能源学院山东省青岛市266580

现有工程运行数据显示,并网变流器(grid-connected converter,GCC)的动态特性与工作点密切相关。受新能源出力波动、负载投切等外部因素的影响,变流器工作点呈现随机时变特性。因此,分析整个工作区间中所有工作点的系统稳定性具有重要... 详细信息

现有工程运行数据显示,并网变流器(grid-connected converter,GCC)的动态特性与工作点密切相关。受新能源出力波动、负载投切等外部因素的影响,变流器工作点呈现随机时变特性。因此,分析整个工作区间中所有工作点的系统稳定性具有重要意义。传统阻抗/导纳分析方法可以有效分析GCC运行于特定工作点时的稳定性,但考虑系统所有可能工作点时则需重复分析,工作量大且难度较高。为解决这一难题,提出一种考虑工作点变量的多元建模方法。将工作点变量引入导纳模型,通过控制环路重构,建立GCC的多变量单输入单输出(single input single output,SISO)模型。所提模型直接包含工作点变量,因此可以有效分析变流器全工作区间动态特性。此外,综合考虑变流器最大传输限制和动态特性,提出一种基于安全运行域的稳定性分析方法,以实现多维工作区间中系统稳定性的直观表征。仿真和实验验证了所提多变量SISO模型和基于安全运行域的分析方法的正确性。所提模型和方法在分析电力电子装置运行极限、指导变流器设计和辅助功率器件发挥极限性能等工程场景中具有广泛应用潜力。

关键词：并网变流器工作点多变量单输入单输出模型安全运行域时变系统全工作区间稳定性

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高能量密度液流电池关键材料与先进表征

储能科学与技术 2024年第1期13卷 143-156页

作者：闫苏钟芳芳刘俊伟丁美贾传坤长沙理工大学能源与动力工程学院储能研究所湖南长沙410114 张家港德泰储能装备有限公司江苏苏州215627

氧化还原液流电池具有安全性能高、可深度充放电、设计灵活等优势,在大规模储能领域得到了广泛关注,是实现“双碳”目标的一种重要储能技术。然而,较低的能量密度限制了液流电池的应用前景,因此亟需开发高能量密度的液流电池体系。液流... 详细信息

氧化还原液流电池具有安全性能高、可深度充放电、设计灵活等优势,在大规模储能领域得到了广泛关注,是实现“双碳”目标的一种重要储能技术。然而,较低的能量密度限制了液流电池的应用前景,因此亟需开发高能量密度的液流电池体系。液流电池的能量密度取决于电池关键材料的性能,尤其是正、负极电解液中活性物质的溶解性和电解液的电化学活性。因此,液流电池关键材料的开发和性能表征是液流电池领域中的重要研究方向。本文综述了高能量密度液流电池的主要构建策略,着重讨论了多电子转移体系、提高活性物质溶解度、半固态流体电池和氧化还原靶向反应液流电池四种提升电池能量密度的方法,并介绍了当前液流电池领域中的先进原位表征技术,包括原位拉曼光谱、原位紫外-可见吸收光谱、原位红外光谱和原位核磁共振技术。本文总结了高能量密度液流电池关键材料的研究进展,明确了原位表征技术在揭示复杂电化学反应机理中的重要作用,并对高能量密度液流电池的应用场景进行了展望。

关键词：电化学储能技术液流电池能量密度原位表征