计及氢能多元利用特性的电氢耦合系统容量优化配置方法

氢能作为清洁能源,可与风能等可再生能源结合,为系统提供低碳运行方案。首先,在传统电氢耦合系统的基础上,引入天然气及碳捕集系统,设计了计及氢能多元利用特性的电氢能源系统优化配置模型。然后,建立了将氢能零污染发电和甲烷化两种应用途径相结合的系统模型,以系统等年值成本最小为目标函数,通过改进粒子群算法对构建模型进行寻优求解,得到了系统各设备最优容量配置方案。最后,通过算例对比,证明了优化方案在成本最低时,可支配碳配额增加,具有环保性。     

基于多能耦合机理的综合能源系统多元负荷协同预测模型

综合能源系统是提高能源利用效率,降低用能成本的重要技术手段,精准负荷预测是综合能源系统优化调度的关键基础和重要前提.随着各类能源耦合设备的应用和提升和电能替代政策的推广,能源之间的关联关系日益增强.然而,现有的负荷预测方法多为对负荷的单独预测,未能将耦合性和互补性结合起来构建预测模型.基于此,首先结合Copula理论分...     

有机负荷对连续流厌氧发酵产氢系统的影响

以连续流搅拌槽式反应器作为发酵生物制氢反应装置,针对有机负荷(OLR)对厌氧活性污泥发酵生物制氢系统运行的影响进行实验研究.在水力停留时间(HRT)8 h,(35±1)℃,进水COD质量浓度6000 mg/L,即OLR为18 kg/(m3.d)的条件下运行,厌氧活性污泥发酵产氢系统达到稳定时的平均产氢量为10.96 L/d,比OLR 12 kg/(m3.d)条件下提高了19.3%,比OLR 6 kg/(m3.d)条件下提高了52.3%.当进水COD质量浓度达到8000 mg/L,即OLR为24 kg/(m3.d)时,pH、ALK分别从大于4.1和250 mg/L的水平,迅速下降到3.7和5 mg/L以下,而ORP则从-350 mV急速上升到-210 mV以上.表明厌氧活性污泥微生物已无法承受有机负荷提高造成的环境变化,其活性受到严重抑制,反应器产氢能力急剧下降,系统的产酸发酵类型也发生了根本改变.     

有机负荷对厌氧活性污泥发酵产氢系统的影响

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR),通过改变进水COD浓度与水力停留时间(HRT)2种方式,考察了有机负荷(OLR)对厌氧活性污泥发酵产氢系统产氢特性的影响.结果表明,在维持HRT 8 h、(35±1)℃不变的条件下,CSTR发酵产氢系统在进水COD浓度为6 000 mg/L(OLR为18 kg/(m3·d))时可获得较高的产氢量,平均为10.96 L/d;当进水COD浓度提高到8 000 mg/L(OLR为24 kg/(m3·d))时,系统产氢能力迅速下降.在维持进水COD浓度为6 000 mg/L、(35±1)℃不变的条件下,HRT为6 h(OLR为24 kg/(m3·d))时,CSTR发酵产氢系统的最大产氢量为16.2 L/d;当HRT降至4 h(OLR为36 kg/(m3·d))时,反应系统逐渐丧失了产氢能力.有机负荷过高,将引起了厌氧活性污泥发酵产氢系统内pH、碱度、氧化还原电位等生态条件的剧烈变化,不仅导致了厌氧活性污泥的微生物群落结构的改变,同时严重抑制了微生物的代谢活性.     

负荷重分配攻击下电-气系统损失评估与脆弱性分析

在电力信息物理系统中,负荷重分配（load redistribution,LR）攻击是一种常见的虚假数据注入攻击。而在天然气网与电网耦合紧密的背景下,针对电–气耦合系统（integrated electricity natural gas system,IEGS）的负荷重分配攻击可能会对系统的安全运行造成更严重的影响。因此本文对电-气耦合下的LR攻击展开深入研究。首先,在分析IEGS双侧协同LR攻击作用机理的基础上,研究LR攻击的实施策略。其次,计及连锁故障对电网的影响,以IEGS经济损失最大为目标函数,建立IEGS下LR攻击的损失评估模型,统一度量了不同能源子系统的损失,量化了不同场景下LR攻击对系统安全经济运行的风险,定义了新的节点综合脆弱性评价指标,全面深层次分析IEGS中的高脆弱性节点。再次,对天然气管道流量方程中的非线性项进行线性化处理,将IEGS调度模型转化并添加到攻击者模型中,作为Karush–Kuhn–Tucher（KKT）最优条件,从而将整个模型转换为混合整数线性规划问题。最后,在IEEE 39节点和改进比利时20节点算例系统上,进行了3种LR攻击场景的仿真,验证了3种攻击在不同攻击资源下的攻击效果,分析了系统高脆弱性节点的分布与变化,并给出了针对不同LR攻击形式的系统综合保护策略。实验结果表明,双侧协同LR攻击会对系统造成更严重的损失,但依据本文评估和分析方法采取综合保护策略后,系统损失显著降低。     

计及可转移负荷的电-气综合 能源系统多目标优化

可再生能源发电、电转气(power to gas, P2G)技术和电动汽车等的快速发展,促进了电-气综合能源系统(integrated electricity-gas energy system, IEGES)的形成和发展。IEGES可以提升多能源系统的经济运行,但同时也引起了新的问题和挑战。在此背景下,研究包括P2G装置、间歇性可再生能源发电机组和电动汽车的IEGES系统的协调运行策略。首先,构建计及可转移负荷的IEGES多目标优化模型,以最小化系统运行成本、弃风弃光量和配电系统网损为优化目标,并考虑配电系统和配气系统相关的运行约束等;然后,应用模糊集理论将多个目标分别转化为隶属度函数,并采用加权综合指标法将多目标转化成单目标,之后采用AMPL/IPOPT商业求解器求解;最后,以修改的54节点配电系统和19节点配气网络所构成的IEGES为例,对所构建的优化模型和采用的求解方法进行说明。     

脉冲电沉积Ni-P合金析氢电极的研究

研究了双脉冲电沉积法制备Ni-P阴极的工艺,以及在这些电极上析氢的催化活性.实验结果表明在合适的脉冲参数下,用双脉冲电沉积法制备的Ni-P合金电极比用直流电沉积法制备的有更高的析氢催化活性;通过改变电沉积参数,制备了磷含量在质量分数5.8%～10.0%的各种电极,其中磷含量在质量分数6.0%左右的Ni-P合金电极具有优良的析氢催化性能,采用EDXRF、XRD及SEM方法研究了Ni-P合金镀层的成分和组织结构,探讨了Ni-P合金电极的催化析氢活性与其组织结构的关系.     

考虑综合需求响应的电-气-热综合能源系统低碳经济调度

综合能源系统优化调度对提高能源利用效率与低碳运行起到关键作用。然而,由于综合能源系统存在多种能源耦合及源荷侧不确定性,传统调度方法难以准确适应系统源荷动态变化。针对该问题,采用基于深度强化学习的方法,主要通过数据驱动的方式解决了综合能源能源系统调度中的不确定性问题,同时可以准确适应系统源荷动态变化,实现快速求解。充分挖崛负荷侧灵活性,首先建立考虑综合需求响应的综合能源系统低碳经济调度模型。将含有多重不确定性的综合能源系统经济调度问题描述为马尔科夫决策过程(markov decision process, MDP),采用异步优势演员-评判家(asynchronous advantage actor-critic, A3C)方法进行求解。最后,实例仿真结果表明,相比于DQN和DDPG方法,综合能源系统的日平均运行成本分别降低了8.7%和5.2%。     

考虑用户可调度潜力的负荷聚合商优化调度策略

充分挖掘需求侧资源的可调度潜力可以为电力系统调度提供可靠的数据支持。然而,需求侧资源的可调度潜力与用户内部心理因素、外部环境因素和电网运行工况密切相关,需要对其进行详细的建模分析。以居民用电负荷中占比较重的空调负荷和电动汽车作为研究对象,首先,从用户舒适度和物理层面建立数学模型,充分挖掘需求侧柔性负荷的可调度潜力。其次,在可调度潜力的基础上,采用负荷聚合商和居民用户签订协议的直接负荷控制模式,以负荷聚合商的利益最大化为目标函数,利用非合作博弈理论解决了各聚合商之间的最优投标决策问题。仿真算例验证了该模型不仅可以激励需求侧柔性负荷资源积极参与电力市场调控,实现各方的经济利益最大化,也可以有效减小负荷需求峰谷差,缓解电网供需平衡压力。     

GDI喷油器电-磁-热耦合分析

汽油直喷(Gasoline direct injection,GDI)喷油器性能受温升影响较大,限制了发动机电子控制单元(Electronic control unit,ECU)对其喷油量的控制精度。针对GDI喷油器电、磁、热子系统之间的耦合关系,建立了耦合过程的物理模型,通过研究GDI喷油器工作过程中能量损耗及转化关系,揭示了电磁转化过程中产生的损耗是造成喷油器本体温升的主要原因。以电磁转化过程中能量损耗为热源,以热辐射和热传导基本理论为依据,利用ANSYS有限元软件对GDI喷油器温度场进行仿真分析,并进行了试验验证,分析了GDI喷油器本体温度场分布特点以及温升变化对喷油器性能的影响规律。结果表明,线圈和铁芯部分的温升较高,随温度升高GDI喷油器动态响应时间延长、喷油量减少,且温升受保持电流和保持脉宽的影响较大。     

汽包锅炉给水与负荷-压力耦合特性分析

火电单元机组为一复杂多变量对象,给水流量与机组负荷-机前压力系统之间存在明显的耦合。利用能量及质量守恒定律,从锅炉侧和汽轮机侧分别分析给水流量影响机组负荷和机前压力的机理,建立给水流量-锅炉燃料量-汽轮机调门开度与机组负荷-机前压力之间的三入二出动态模型。模型以微分方程形式给出,主要参数均具有明确的物理意义,便于工程实用。并针对一实际机组,根据其设计数据确定模型参数。通过构建控制系统仿真发现,机跟炉和炉跟机控制方式均不能有效消除给水流量波动对机组负荷及机前压力造成的影响。     

含循环换电负荷及充电站的微电网多目标优化调度

电动换电重卡由于具有充电功率高、周期性强的循环换电负荷特性,一旦短时大量接入微电网中,将带来经济性和安全性的挑战。首先讨论电动汽车充电、循环换电负荷的不同特性,建立含循环换电负荷及充电站的微电网模型;提出一种综合考虑微电网经济性及联络线功率波动性的多目标调度优化方法;采用线性加权方法将多目标问题转化为单目标问题;最后利用CPLEX工具对仿真算例进行求解,仿真算例表明,所提优化方案可有效求解综合考虑不同权重下微电网净利润、联络线交换功率及换电站内电池最优调度问题,能在尽可能减小微电网与上级电网交换功率波动性的同时,使得微电网获得最大净利润。     

制备条件对TiO2/S2-/SO2-3耦合系统产氢的影响

采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的有序聚集体为模板辅助制备了纳米TiO2,通过XRD和比表面测试(BET)对纳米TiO2进行表征,详细考察了投料比、投料时间、水浴温度、煅烧温度和煅烧时间等对TiO2/S2-/SO2-3耦合系统产氢性能的影响.结果表明,n(CTAB)∶n(TiO2)为0.10,投料时间为40 min,水浴温度40 ℃,在450 ℃下锻烧2 h时,制备的TiO2/S2-/SO2-3耦合产氢系统3 h累计产氢694.5 mL,较S2-/SO2-3独立系统的产氢量提高36.3%,最大瞬时产氢速率为11.9 mL/min.根据试验结果对耦合产氢的反应机理进行了初步探索.     

负荷重分配攻击下电–气系统损失评估与脆弱性分析

在电力信息物理系统中,负荷重分配（load redistribution,LR）攻击是一种常见的虚假数据注入攻击。而在天然气网与电网耦合紧密的背景下,针对电–气耦合系统（integrated electricity natural gas system,IEGS）的负荷重分配攻击可能会对系统的安全运行造成更严重的影响。因此本文对电–气耦合下的LR攻击展开深入研究。首先,在分析IEGS双侧协同LR攻击作用机理的基础上,研究LR攻击的实施策略。其次,计及连锁故障对电网的影响,以IEGS经济损失最大为目标函数,建立IEGS下LR攻击的损失评估模型,统一度量了不同能源子系统的损失,量化了不同场景下LR攻击对系统安全经济运行的风险,定义了新的节点综合脆弱性评价指标,全面深层次分析IEGS中的高脆弱性节点。再次,对天然气管道流量方程中的非线性项进行线性化处理,将IEGS调度模型转化并添加到攻击者模型中,作为Karush–Kuhn–Tucher(KKT)最优条件,从而将整个模型转换为混合整数线性规划问题。最后,在IEEE 39节点和改进比利时20节点算例系统上,进行了3种LR攻击场景的仿真,验证了3...     

压电喷油器压电执行器热-电-机械耦合迟滞特性

针对所开发的压电式共轨喷油器,采用压电执行器作为驱动元件,为了更好地对这类执行器的潜力进行开发,试验研究了压电执行器在准静态条件下的热-电-机械耦合特性。结果表明:在200~1200N范围内,位移随着预紧力呈先增大后减小趋势;在25~80℃范围内,位移整体呈增大趋势,但随着温度升高,增长趋势逐渐变缓。一个包括压电堆迟滞特性和温度影响的数学模型被用来对试验结果进行模拟,仿真与试验结果具有良好的一致性。     

电网恢复初期考虑负荷波动性的负荷恢复优化

电网恢复初期,各个负荷的实际投入量及投入顺序对实现大停电后系统的快速恢复具有重要意义。采用差异和投影方法,在综合考虑负荷实际投入量的负荷波动性、负荷重要度和负荷距离机组的开关数量等因素的条件下对负荷排序,建立负荷恢复量最大的负荷恢复优化模型,并利用贪心算法求解,得到电网恢复初期综合最优且切实可行的负荷恢复方案。四川电网的仿真结果表明了所提方法的有效性和实用性。     

柔性负荷聚合商参与电力系统的多时间尺度协同优化调度策略

随着电动汽车(EV)、分布式储能和温控负荷等柔性负荷接入新一代电力系统,为电网调度提出了新的挑战和机遇。基于多种柔性负荷的响应特性,计及风电和负荷预测不确定性所需的系统旋转备用,提出了一种柔性负荷聚合商参与电网调控的多时间尺度优化调度方法。首先,建立了不同柔性负荷模型,在日前阶段,考虑了EV优化充电和分布式储能电价差套利的柔性负荷聚合商运行约束,建立了以日前系统运行经济性最优为目标的调度模型;在日内阶段,考虑了系统旋转备用成本及温控负荷的约束,建立了日内调度模型。最后,以改进的8-bus电力系统算例分析,得出了柔性负荷聚合商参与电力系统的日前-日内协同调度运行计划及承担备用方案,验证了优化方法的有效性和可行性。     

考虑需求侧协同响应的社区综合能源系统低碳经济调度

针对含电-热-冷-气子系统的综合能源系统中潜在的可调度资源,基于能源集线器,构建了包含燃气轮机发电系统、储能、需求侧响应模型在内的社区综合能源管理系统数学模型。该模型根据电、热、冷、气负荷需求特性的不同,分别建立相应需求响应模型。从社区能源运营商的角度出发,以包含系统运行成本和环境成本的系统总成本最低为目标函数,建立社区综合能源系统日前优化调度模型,采用Yalmip工具箱和Cplex求解器对算例进行求解,得到各个设备的最佳出力。仿真结果表明,对比未考虑需求侧协同响应的场景,电、热、冷、气需求侧响应参与调度可以优化负荷曲线,降低系统能耗,减少CO2排放,并使系统经济性达到最优。     

考虑工业用户响应意愿差异性的工业园区多类型负荷协同平抑风电功率波动控制方法

提出了一种多类型工业负荷协调控制方法,以实现多类型工业负荷功率自动协同跟踪平抑风电功率波动。首先,针对工业园区内典型负荷如电解铝、矿热炉、多晶硅等,基于不同负荷的工业生产过程分别提出其功率控制特性模型。其次,考虑负荷生产特点与调控约束建立各负荷功率调节的边界条件,建立各负荷功率调节容量定量评估模型。最后,在负荷功率控制模型的基础上,考虑各负荷参与调控的响应意愿和公平性,提出了多类型工业负荷比例式聚合响应模型,并设计了自动平抑风电功率波动的负荷功率控制器。针对一个联网的典型工业园区,在RTDS上进行了仿真,仿真结果验证所提负荷协调控制方法能够有效平抑工业园区内的风电功率波动,从功率和电量2个方面实现了工业园区新能源就地消纳,并能够有效降低工业园区的容量电费。