当期目录

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  • 刘吉臻, 沈炯, 李政, 于达仁, 严俊杰
    2025, 45(12): 1-1.
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  • 刘吉臻, 沈炯, 李政, 于达仁, 严俊杰, 王玮, 吴啸, 刘培, 刘金福, 刘明, 胡阳, 熊鑫, 张诺贝, 陈云潇, 陈晨
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    能源动力系统动态学旨在阐释多尺度下物质与能量的传输、转换与储存的动态特性及调控机制,而固有间歇性与波动性的可再生能源的占比提升对该领域的系统规划与运行控制带来严峻挑战。本综述的目的在于认识新型能源体系下能质传输与转换的演化机制与动态行为,并推动适用于新型能源系统发展的能源动力系统动态学的学科发展。首先,回顾了能源动力系统动态学学科的发展历程,进而基于多尺度视角,分别对新型能源体系中以传统热工对象和新能源对象为核心的系统动态学问题进行了系统梳理,讨论了综合能源系统及宏观能源系统层面所涉及的动态学挑战及进展,最后对该学科未来的研究方向与发展趋势进行了展望。
  • 刘莎, 沈炯, 张俊礼, 吴啸
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    综合能源系统(IES)是涵盖化石燃料、电能、天然气、氢能及可再生能源的多源异质强耦合系统。传统的性能评价指标已不再适用于综合能源系统的整体及局部性能评价,迫切需要一种新的性能表征参数。在综合能源系统中,引入经济学成本系数,从根本上改变了能源利用评价的视角,在未来高效低碳综合能源系统的构建中发挥重要指导作用。首先,基于经济学的起源和发展,介绍了经济学基本发展脉络以及向综合能源系统应用的趋势。其次,引入设备经济学成本系数的概念,并对其应用于综合能源系统中的特点和适用性进行了分析。最后,分析了经济学在IES中各融合应用场景,给出其在IES配置优化、实时调度及异质能源定价等关键技术方面的指导作用。结果表明:作为衡量IES能量综合利用水平的表征,经济学评价指标必将在IES的建设运维中发挥重要的导向作用。
  • 张明琦, 李军, 高林, 周俊波, 高耀岿, 王文毓, 王大伟, 王立成
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    提出基于模糊智能预测控制的直流炉过热汽温优化控制方案,在模糊集理论和预测控制算法的基础上,结合专家系统对控制决策进行优化调整,并设计控制信号滤波与无扰切换功能,提出模糊智能预测控制算法。结果表明:在外部扰动、环境噪音与模型参数摄动等干扰下,智能预测控制算法对机组过热汽温的控制效果良好;智能预测控制算法可以满足直流炉过热汽温系统大惯性、大迟延、多扰动的控制需求。
  • 党璐, 牛玉广, 樊欢豹, 张庭, 杜鸣
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    极低负荷工况下燃烧器出口火焰稳定性是制约燃煤机组调峰能力的关键因素。为揭示煤粉燃烧动态特性与机组灵活性之间的关联机制,提出了一种针对旋流燃烧器出口煤粉火焰稳定性的量化方法。通过煤粉燃烧过程中的光谱发射特性与分散控制系统(DCS)运行参数耦合建模,构建了跨尺度动态燃烧稳定性评估指标。在某660 MW燃煤机组的实验验证中,该方法实现了燃烧状态的实时监测,图像精度达到了95.36%,单帧处理速度达到了0.16 s,相较于传统检测装置,在表征极端燃烧工况方面展现出更高精度。研究结果为新型电力系统中传统能源动力系统的灵活运行提供了动态学方法支撑,同时为能源动力系统的多尺度动态建模与控制优化开辟了通用技术路径。
  • 张明琦, 李军, 高林, 王林, 周俊波, 高耀岿, 雷杨祥, 王大伟, 王立成
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    针对燃煤机组低温省煤器系统的大迟延、大惯性、强耦合等复杂的运行特性,提出了一种基于模糊智能预测控制的多变量解耦控制策略。首先,建立以省煤器出口烟温和暖风器出口风温为被控量、水泵变频器和暖风器出口调节阀为控制量的多变量耦合数学模型,并利用金豺算法优化的偏最小二乘法辨识获得模型参数。在此基础上,基于模糊智能预测控制算法设计多变量前馈解耦策略,对低温省煤器系统进行解耦控制。仿真结果表明:相比于传统控制方法,基于模糊智能预测算法的多变量解耦控制具有更好的控制精度和鲁棒性。实际应用结果表明:省煤器出口烟温和暖风器出口风温采用模糊智能预测算法的多变量解耦控制策略控制效果良好,其中实际出口烟温与设定值偏差小于5 ℃,实际出口风温与设定值偏差小于3 ℃,提高了系统的稳定性,并且波动幅度明显减小,符合工业生产要求。
  • 赵旭东, 李军, 王林, 高林, 弓林娟, 高艺轩, 梁永吉, 杨大锚, 王文毓
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    为解决火电厂燃煤锅炉NOx生成机理复杂,选择性催化还原(SCR)系统喷氨导致的难以及时、精准调控的问题,提出了一种基于改进的长短时记忆网络(LSTM)与注意力机制的SCR入口NOx生成浓度预测方法。首先,通过锅炉燃烧NOx生成机理分析确定初始特征变量集,在原始运行数据经过预处理后,利用最大信息系数确定各变量的延迟时间,并构建时滞补偿数据集;其次,基于灰色关联度分析(GRA)对影响NOx生成的关键变量进行排序,从而实现特征选择。最后,提出了一种融合改进LSTM与注意力机制的新型时间序列预测模型ADS-Forecaster,采用双路径特征编码及自注意力融合解码,实现NOx生成浓度实时预测。基于某600 MW亚临界燃煤机组运行数据的实验结果表明:与基准模型RNN、LSTM及xLSTM相比,ADS-Forecaster模型在泛化能力和预测精度方面具有优势。
  • 邓迎春, 王玮, 张文政, 王华
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    为提升对电网频率的主动支撑性能,配置飞轮储能已成为很多火电厂的选择,飞轮-火电两者的协调控制已成为研究热点。针对飞轮-火电二次调频系统,提出了一种基于逐次变分模态分解-非支配排序遗传算法Ⅱ(SVMD-NSGA Ⅱ)迭代寻优的飞轮-火电二次调频系统协同优化控制方法。首先,设计了基于SVMD的自动发电控制(AGC)指令分解策略,实现了适应火电缓变特征的指令分配;进而,考虑调频性能、飞轮荷电状态和经济性等目标,提出了一种适应多目标优化的SVMD参数迭代寻优方法,构建了基于SVMD-NSGA Ⅱ迭代寻优的飞轮-火电二次调频系统协同优化控制模式。以某实际系统为例进行了仿真测试,结果表明:所提控制策略在降低火电机组燃料量和主蒸汽压力波动的同时,大幅提升了机组的二次调频性能和经济性;相比于传统的低通滤波方法,所提控制策略的二次调频性能指标KP提升了17.8%,调频年收益增加了97.08万元。
  • 张帆, 马博文
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    针对燃气轮机(GT)-超临界CO2(SCO2)联合循环系统,对比分析了10种循环布局的热力学性能和关键参数的影响,其中双级联单分流双膨胀布局具有较好的燃气轮机余热利用适配性。基于此循环结构,从机理出发建立了面向控制的GT-SCO2联合循环动态模型,并且开展了联合循环系统的动态仿真和动态特性研究。通过仿真探究燃气轮机与SCO2的耦合特性,着重分析了燃气轮机排气温度和排气流量对SCO2系统关键参数及输出功率的影响规律,以及燃气轮机进气量与联合循环系统输出总功率的关系。结果表明:优选的循环结构可以在热效率和系统复杂度之间折中;燃气轮机与SCO2动态响应具有较大差异,燃气轮机排气温度和排气流量阶跃引起的SCO2循环高温透平入口温度变化的过渡时间分别约为523、420 s,燃气轮机进气量阶跃产生的联合循环功率变化响应时间约为516 s。动态特性的研究为GT-SCO2联合循环功率灵活调节策略的设计提供了支撑。
  • 朱晨, 张光明, 朱珂言, 王庆华, 徐进良, 牛玉广, 刘吉臻
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    旨在开发一种非线性模型预测控制(nonlinear model predictive control,NMPC)系统,以解决烟气-熔盐储热过程中存在的热惯性大、参数波动显著和多变量强耦合等控制难题。首先,建立了面向控制系统设计的烟气-熔盐储热系统动态非线性模型,并且分析了系统的动态响应特性。其次,提出了包含扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter, EKF)环节的NMPC和前馈相结合控制框架(简称NMPC&前馈方案)。其中,NMPC负责实现多回路协同控制,前馈补偿扰动对系统关键参数的影响,EKF提高状态估计精度。仿真结果表明:在跟踪设定值能力方面,NMPC&前馈方案中出口烟气温度的平均绝对误差较PID和PID&前馈方案分别降低96.5%、89.4%,均方根误差分别降低89.8%、67.8%,所提出的方案可以提升系统的快速性和稳定性。鲁棒性方面,在入口烟气温度扰动下,NMPC&前馈方案中出口熔盐温度最大动态偏差较PID和PID&前馈方案分别降低79.1%、86.5%。
  • 王吉超, 祝令凯, 郑威, 陈伟雄, 景浩
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    针对燃煤供热机组热电解耦困难、调峰能力受限等问题,建立了供热机组稳态模型,通过配置熔盐储热系统辅助供热,研究了蓄热供汽比例γ对系统调峰能力与热力学性能的影响,并基于TOPSIS方法进行综合评价,确定了最佳供热模式。结果表明:γ对系统调峰能力和能效具有正向促进作用;熔盐供汽承担全部供热负荷时为最佳模式,此时储热过程机组出力从248.15 MW降至176.34 MW,实现深度调峰容量为15.66 MW,释热过程出力升至345.40 MW,实现顶峰超发容量为25.40 MW,双向拓宽了运行区间;该模式兼具高效与低碳特性,储热和释热模式下热效率分别达48.89%和60.94%,效率分别为35.13%和37.86%,全过程供电煤耗率为290.15 g/(kW·h),碳排放量为677.14 g/(kW·h)。
  • 闫云沛, 宋乃禾, 丁艳军, 彭志敏, 杜艳君
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    针对熔盐储能技术中由熔盐高温热分解导致的安全隐患,旨在通过高精度在线监测其关键气态产物,进而系统性探究熔盐的高温分解行为及其机理。基于波长调制-直接吸收光谱(WM-DAS)技术,设计并搭建了一套可用于熔盐高温反应、产物动态实时高精度在线监测的实验系统,以实时动态检测熔盐分解产物NO和N2O的浓度。该系统对NO、N2O的体积分数测量下限低至2.6×10-6、2.1×10-5,吸收率函数拟合残差标准差低至1.269×10-3和1.416×10-4。熔盐高温分解实验结果表明:单一亚硝酸钠熔盐分解温度为256 ℃,纯硝酸熔盐及三元硝酸熔盐(HTS熔盐)的分解温度更高,均为290 ℃;相同条件下,单一亚硝酸钠熔盐比包含等量亚硝酸钠的HTS熔盐产生更高的NO、N2O排放量;在500 ℃以上硝酸熔盐与石英材料反应会显著增加NO排放量。
  • 曹景川, 高建民, 杜谦, 董鹤鸣, 张宇, 李喜梅
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    为解决火电机组面临的灵活性深度调峰问题,提出了吸附压缩CO2储能(AB-CCES)系统耦合火电机组以实现灵活性改造的方案。研究了AB-CCES系统热-联储/联供特性对火电机组的电能与热能的高效存储/利用的影响。热力学研究的结果表明:AB-CCES系统在定压运行模式下往返效率和储能密度分别为84.45%、6.06 kW·h/m3;在滑压运行模式下往返效率与储能密度分别为89.62%、5.93 kW·h/m3。在火电机组50%汽轮机热耗率验收(THA)工况下,该集成系统在升/降负荷阶段,调节最大范围分别为16.36%Pe(Pe为额定负荷)、10.6%Pe;但集成系统热力学性能相比于火电机组略有下降。
  • 杨明成, 赵峰, 郝宁, 刘佳, 张天博, 陈东
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    针对采用大滑压储气区间的压缩空气储能系统,在储能阶段储气库压力低于末段压缩机额定/最低出口压力时,系统充气负荷由压缩机和出口调节阀协同控制的问题,搭建了某150 MW/1 200 MW·h绝热压缩空气储能系统的全工况动态仿真模型。该模型基于多学科仿真建模技术,实现了热力系统动态特性与控制系统在统一平台的实时求解,在此基础上提出了多种压缩机与出口调节阀的控制策略,并对不同运行方案的调节效果进行验证。仿真实验结果表明:压缩机对流量变化的响应更敏感,在系统流量波动时始终处于调节状态;综合考虑全滑压范围内工艺系统的稳定输出和平均能效,当储气库压力低于末段压缩机额定/最低出口压力时,宜优先采用压缩机压力/压差控制与出口调节阀流量控制联合的运行方案,相较于其他方案,该方案下前三段压缩机导叶角度基本维持不变,可最大程度减少出口调节阀的节流能耗,并在储气区间中压阶段使电耗率最大降低0.30%。
  • 刘磊, 徐永强, 邢智炜, 左川, 朱龙飞, 李展, 田云峰, 杨婷婷
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    为了有效提升高比例风电并网情况下电力系统频率的稳定性,同时充分挖掘风火两大主力电源的调频能力,提出了一种基于频段分解的风火储协同调频优化控制策略。首先,在系统层面,建立风火储协同控制模型,将火电一次调频信号进行分解,高频部分由风储系统按比例响应,作为各自响应系统调频指令的功率补偿,低频部分由火电响应;其次,在机组层面,风电采用低超速减载结合综合惯量控制,而储能则采用考虑荷电状态的下垂控制,以兼顾各自调频性能;最后,在不同场景下进行仿真验证。结果表明:在不同仿真场景下,所提策略能够有效提高系统频率最低点,减少火电机组的出力波动。
  • 沙雨桐, 刘培, 李政
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    为充分发挥热电联产机组的运行灵活性,促进对风电、光伏等可再生能源的消纳,从综合能源系统视角出发,考虑热网动态特性对热系统的影响后进行动态建模,以充分发掘其储能潜力。分析了不同情景下系统的运行策略,比较了热网储能与实际储能系统对系统灵活性的作用,并在实际机组上进行了工程验证。结果表明:考虑热网动态特性后,热网发挥储热系统的作用,热电联产机组灵活性得到充分发挥,所设定的情景中可再生能源消纳率提升4.7百分点;通过分析供热季数据,机组的调节能力增强,机组效率提升1.7百分点,同时热经济性提升。
  • 赵慧荣, 罗宇顺, 彭道刚
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    针对能源站内部供能网络拓扑不清晰且多能、碳能关联关系复杂,以及站网互动过程中碳电耦合建模不足问题,充分考虑储能设备蓄放过程对供能网络碳流分布动态影响,提出并网型含储冷热电联供能源站碳能流动态建模方法,并在此基础上充分考虑分时电价与系统内部动态碳势对系统节能降碳的影响,构建站网低碳互动优化模型。结果表明:并网型冷热电联供能源站供能网络拓扑呈现星状结构,站内储能设备的动态蓄放过程对供能网络碳流分布有重要影响;所提出的站网低碳互动优化模型能够实现能源站运行成本下降3.9%,碳排放量下降4.4%,同时对配电网的电力供需平衡和低碳发展起到一定支撑作用。
  • 栾俊, 程凯, 尚志杰, 鲁先超, 陈伟雄, 杜文静
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    基于Simulink构建配备热泵-蓄冷罐的冷电联供系统模型,深入分析了供冷面积、制冷系数αCOP对系统性能的影响,并以收益最大化为目标,优化了热泵运行时段。结果表明:在当前热泵装机规模下,系统能够完全满足40万m2冷面积的用户在各时段的用冷需求;超过130万m2后,热泵在机组执行深度调峰任务的时段始终保持峰值功率运行,此时消纳的调峰电量达到最大;在低αCOP区间,制冷能效提升对供冷减少量具有显著杠杆效应,随着αCOP增大,系统边际改善效果逐渐平缓;存在使系统收入最大化的临界电价,当电价低于临界值时启动热泵,高于临界电价则停止运行;通过优化热泵开启时段,系统典型日收入可增加1 722元,较常规运行模式显著改善。
  • 高崧菀, 梁泽民, 柯毅明, 姚琦
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    针对电力系统连锁故障响应需求,在设备故障建模和概率潮流建模的基础上,提出一种台风天气下含风电并网系统的故障演化模型。首先构建时序风险继承机制,基于故障演化时序特征动态刻画各时段风险累积效应;进而设计动态剪枝策略,在演化中依据实时累积风险值动态识别并剔除低风险冗余路径;此外,引入分支隔离缓存机制存储中间状态,降低计算冗余。以改进IEEE39节点算例进行仿真验证,结果表明:构建的模型将连锁故障演化计算时间缩短至枚举法的12.52%,高风险路径覆盖率达到91.1%,有效平衡了高风险路径捕捉精度与计算效率,可以为系统连锁故障的早期预警与防御调度等提供可行的计算框架。
  • 孙阳, 孟懿帆, 赵顺毅, 陈刚
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    针对孤岛微电网负荷频率的多目标控制难题,提出了一种基于扰动主动利用的鲁棒双模模型预测控制策略。首先,推导了微电网的全驱模型,并将建模误差与新能源发电的不确定性相结合,视其为广义扰动,并设计了扩张状态观测器对其进行在线估计,同时将扰动估计值融入到模型的滚动优化过程中。随后,引入了一种能够确保输入-状态稳定的双模模型预测控制方法,旨在提升频率调节的品质并降低发电成本,同时实现频率调节系统的鲁棒稳定性与最优性能的解耦。最后,通过硬件在环实验对所提控制策略的性能进行了全面评估,并在多种运行场景下与现有控制方法进行了对比分析。实验结果表明:所提控制策略的频率调节时间缩短了约20%,超调量减小了10%,动态经济性能提升了30%。
  • 卓一帆, 吴峰, 孔放, 符灏
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    随着能源结构的调整,可再生能源在原本冷热电气负荷主导的综合能源系统中的占比逐步提升,风光出力的不确定性与多能微网的频率稳定性面临挑战。考虑温度传播的热惯性,构建了风光出力接入冷热电气微网的调度模型。该模型在目标函数中综合考虑频率偏差的惩罚成本和系统的运行经济成本,通过混合整数线性优化理论求解系统的优化运行模式。算例仿真结果表明:在考虑了风光出力与冷热电气负荷产生的频率偏差特性后,系统运行成本中的频率惩罚部分降低了近95%,从而使系统具备更好的经济性和稳定性。
  • 唐特, 姜旭东, 杨宇辰, 张一鸣, 王晨晨, 武心壮, 韩小渠
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    为解决数据中心高能耗与碳排放问题,创新性地提出基于小型核反应堆的核风光储综合能源系统架构,通过耦合核能基荷特性与风光储互补性,构建了电-冷-热多能协同优化模型。引入吸收式制冷优先策略,结合经济性、能效、环境性、可靠性四目标优化框架,采用多目标猫群优化算法进行求解,并且通过优序图法和基于指标相关性权重确定(CRITIC)法进行主客观权重融合评价。结果表明:相较于传统三目标优化的吸收式制冷优先方案,四目标优化的吸收式制冷优先方案使系统净现成本增加1.2%,全生命周期碳排放量增加9.9%,系统自供电率提升1.3%,接近度为0.675 7,验证了所提出方法的有效性,为核能耦合数据中心供能提供了技术可行路径。
  • 方宇娟, 吴铮, 仇慧, 周一帆, 杨汶瑾, 刘云川, 倪金, 丁田荣, 王振乾, 潘弈成
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    能源系统转型规划面临研究对象规模大、关联性复杂导致的数据处理难、高维求解难等挑战,传统技术难以应对,AI大模型等人工智能技术依托强大的计算和推理能力可为解决该问题提供关键支撑。然而,AI大模型在能源系统规划这一特定交叉学科中的应用探索仍处于初步阶段,相关研究成果目前尚显薄弱。因此,通过探讨AI大模型技术在能源系统规划领域的应用潜力及发展前景,提出从理论到工程实践的系统性研究与应用框架,提炼得出规划对象、目标及指标确立、数据研究、需求预测、规划方法设计和结果审定与调整等5项能源系统规划主要任务,以及相同任务中需选用的不同方法和尺度。此外,研究了AI大模型与能源系统规划间的耦合关系,划分大模型技术种类分析其可发挥作用以适应规划研究,并分析了AI大模型在能源系统规划中的研究及应用现状、挑战和空白。本研究可推动AI大模型以重构能源系统规划的认知框架与决策模式,有效助力我国双碳目标下能源结构的转型升级与配置优化。
  • 王润杨, 彭道刚, 范钰波, 税纪钧, 钟华平
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    在“双碳”战略背景下,园区级综合能源系统的动态碳核算与优化调度研究至关重要。当前动态碳核算面临数据时效性差、边界模糊和监测精度不足等挑战,且与多设备协同优化调度的耦合存在复杂性,难以精准平衡低碳性与经济性目标。提出一种园区级综合能源系统低碳经济的多目标协同优化框架,构建了动态碳足迹核算模型,解决了传统静态核算问题,精准划分直接碳排放和间接碳排放,支撑精细化碳管理。以此为基础,建立多设备动态调度模型,融合热电联产热电比柔性调节、电转气与储能跨区域协同和可再生能源优先级消纳等策略,充分挖掘源-荷-储环节的低碳潜力。基于某工业园区的多场景仿真结果显示,所提方法通过“可调热电比+电转气/储能+阶梯式碳交易”三重协同优化,相较于基准场景,碳排放量显著降低,总运行成本减少。