目前,第三次能源革命已经开始,为了减少碳排放,发达国家先后制定了清洁能源发展战略,并公布了放弃火电、核电的时间表.与此同时,中国也向世界作出承诺:2030年前碳排放达峰,2060年实现碳中和.因此,在“双碳”目标下,研究清洁电力发展路径具有重要意义.分析了中国水、风、光等清洁能源储量及其特征,预测了中长期电力需求,依据电力电量平衡原理,估算了2030和2050规划水平年电力系统结构组成,并分析了未来CO₂排放趋势,提出了未来中国清洁电力的发展对策与建议.结果表明:预计2027年中国电力系统将实现“碳达峰”;2030年中国清洁电力发电量将超过总发电量的50%;2050年火电、核电将被水、风、光等清洁电力全部取代,电力行业将实现CO₂的“零排放”,基本全面实现电力系统的绿色转型,以响应国家的“双碳”目标.

为提高清洁能源利用率和降低碳排放,缓解全球能源危机和温室效应,提出一种考虑高比例新能源消纳的多能源园区日前低碳经济调度模型.首先,向园区引入储气设备和储热设备后,进一步挖掘能源耦合设备的潜力,探究电动汽车充电方式的影响;其次,基于阶梯型价格曲线建立了价格型联合热电需求响应模型;然后,考虑综合能源系统低碳运行,构建了碳捕集和储碳设备模型;最后,提出多能源园区日前低碳经济调度混合整数线性规划模型.算例分析表明,所提模型能提高能源利用率和园区调度灵活性,有效降低园区碳排放量,增加园区收益,促进高比例新能源的消纳.

新能源的大规模开发利用是实现“双碳”目标的重要手段.可再生能源发电耦合制氢技术在提高可再生能源消纳率的同时,加速了新能源汽车的普及.未来,电氢能源系统与交通系统的耦合将会更加密切.以大规模新能源汽车接入为背景,首先综述了电氢能源系统的发展现状,并对耦合系统制氢、出力波动平抑以及参与电力系统优化运行3种工作模式进行了介绍.在此基础上,从不同能源角度出发,分别对电力-交通耦合系统中的联合规划与优化运行研究现状以及氢能-交通耦合系统中的加氢站优化与氢能运输相关问题进行了总结分析.最后,结合当前研究中存在的瓶颈,从动态模型构建、不确定性因素影响等方面对未来可行研究方向进行了展望.

高比例可再生能源的接入对电力系统容量充裕性带来了新的挑战,系统必须具备充足的置信容量应对可再生能源的出力波动性和随机性.由于储能置信容量与电源规划结果的非线性关系,传统电源规划方法难以准确计算储能置信容量并建立系统置信容量充裕度约束.通过综合考虑火电、可再生能源、储能以及需求侧响应建立了电源规划模型,内嵌全年8 760时段生产运行模拟以确保系统具有充足灵活性,同时改进容量充裕性约束以考虑需求响应资源和储能的容量价值.针对储能置信容量的非线性问题,设计了迭代算法进行求解,并用某区域电力系统验证了模型的有效性.结果表明,高比例可再生能源系统中,影响系统成本的主要因素是灵活性约束,引入少量需求侧响应资源可大幅降低系统成本,为未来高比例可再生资源电力系统规划问题提供了新的思路.

以风光水为代表的可再生能源电源会增加电力系统的不确定性.为了保证高比例可再生能源电力系统的灵活运行,提出一种典型运行场景电力系统灵活性评估方法.利用改进的K-means算法,将新能源和负荷的运行场景进行聚类组合得到典型运行场景.从区域内供需平衡、区域内潮流分布和区域间输电能力3个角度提出灵活性评估指标;计算每种典型场景的灵活性评估指标,并根据每种场景的出现概率计算得到综合评估指标以评估系统的整体灵活性.最后,基于南方某地区实际新能源和负荷历史数据在改进的IEEE 39节点系统上进行电力系统灵活性评估.结果表明,该聚类方法和灵活性指标可以有效反映电力系统的灵活性.

建立考虑岸电负荷弹性的港区综合能源系统规划模型,精细化建模岸电负荷;其次,将模型解耦为岸电负荷弹性与综合能源系统规划两部分,计算港口-船只主从博弈模型下的岸电负荷曲线;最后,采用最佳响应法迭代求解考虑岸电负荷弹性的最优综合能源系统规划方案.仿真结果表明,该模型可以帮助合理配置港区资源,有效提升港区的用能效率,增加港区收益,助力港区节能减排.

坍塌是钻爆法隧道施工过程中常见的灾害事故之一.为了有效预防坍塌事故,为隧道施工安全风险分析和管理提供决策依据,将T-S模糊故障树和贝叶斯网络进行互补融合,提出了一种基于两者的钻爆法施工隧道坍塌可能性评价方法.根据T-S模糊故障树向贝叶斯网络转化的方法来确定贝叶斯网络模型和条件概率表;利用模糊数和模糊子集分别描述节点的故障状态和故障概率;运用贝叶斯网络双向推理算法进行计算.该方法可以利用根节点的故障概率模糊子集和施工中实际故障状态两种不同的正向推理方式计算隧道坍塌可能性,并且可以依据根节点的重要度分析结果排查故障,同时可以通过反向推理计算根节点的后验概率诊断故障.两个工程实例的应用结果表明,该方法能够科学、合理地评价隧道坍塌的可能性并确定关键致险因子,可作为隧道施工安全保障和管理的决策工具.

5G基站的大量接入为未来电力系统的低碳化发展提供了新的可能.通过激励5G基站参与需求响应,并将其纳入现有主动配电网(ADN)运行框架,能够在降低5G基站自身用电成本的同时,促进可再生能源(RES)消纳和高效利用.提出了一种考虑5G基站低碳赋能的ADN多目标区间优化运行方法.在深入分析5G基站与配电网互动模式的基础上,构建了5G基站运行灵活性描述模型,并采用系统动力学方法分析了5G基站对配电侧碳减排的作用.以系统运行成本和碳排放量最小化作为目标,考虑配电网和通信网两方面的约束限制,建立了含5G基站的ADN多目标运行优化模型.该模型通过对ADN中RES及5G基站设备联合调度,并采用区间方法考虑RES出力和通信负载的不确定性,可实现系统经济与低碳效益的综合最优.结合基于区间分析的等效转化和非支配排序遗传算法对问题进行求解,算例分析结果证明了所提方法的有效性.

风光-电动汽车协同调度能够有效降低风光出力和电动汽车无序充电等多重不确定性对电力系统的不利影响.现有优化调度模型多以等效负荷波动最小为优化目标,仅考虑了等效负荷的整体波动性,无法衡量风光出力与负荷的匹配度且并未考虑不同出力场景下风光出力的差异性.针对上述问题,提出一种面向高比例新能源并网场景的风光-电动车协同调度方法.构建基于蒙特卡罗模拟的电动汽车无序充电模型;基于风光出力预测数据,构建基于Gap statistic和K-means++算法的风光出力典型日划分模型;以等效负荷方差和负荷追踪系数最小为双优化目标,构建风光-电动汽车协同调度模型,并采用NSGA-II算法求解.结果表明:所提模型能够有效提升风光出力与负荷的匹配度,降低等效负荷波动性,从而缓解风光出力和电动汽车无序充电等多重不确定性对电力系统的不利影响.

随着分布式发电研究与应用的迅速发展,分布式交易市场作为一种新型的电力交易模式,能够有效提升可再生能源消纳率,是推动实现“碳达峰、碳中和”目标的重要手段.将市场评价机制引入用户的竞拍交易机制中,将促使用户考虑市场评价机制对其交易策略的影响,推动分布式交易市场的良性发展.针对微网用户间的分布式电能交易市场展开研究,首先,以市场参与主体及交易支撑软硬件为研究对象,分别从电能供应能力、用户满意度、平台安全性等方面建立多维度绩效评价指标体系.然后,对分布式电能交易市场评价方法研究现状进行总结与梳理,并从指标体系建立、指标计算方法及综合评价方法三方面分析了分布式电能交易绩效评价的关键技术.最后,结合当前发展现状,对未来分布式电能交易绩效评价的研究方向进行了展望.

建立电-热综合能源系统,同时参与电能量市场和旋转备用市场的日前优化决策模型,并将阶梯式碳交易引入该模型中.模型采用条件风险价值方法对新能源和电负荷不确定性风险进行管理,以电-热综合能源系统运营方案成本和碳排放成本最低为目标函数,制定运行计划和安排备用资源.算例分析表明,该模型通过发挥综合能源系统多能互补优势和合理安排备用资源应对不确定性因素引发的风险,提高了能源供应的可靠性、经济性和低碳性.

严重的地震灾害不仅会造成配电网大面积停电,还会损坏交通网,阻碍配电网恢复资源的运输,进而减缓配电网恢复.考虑地震攻击交通网的影响,提出地震灾害下配电网的韧性评估方法及韧性提升策略.首先,基于地震动峰值加速度建立反映地震灾害与交通-配电网故障概率关系的地震攻击模型,量化地震灾害对交通-配电网的影响,并生成交通-配电网故障场景.其次,引入配电网抢修队等待道路修复疏通时间,提出配电网韧性评估指标.再次,构建考虑故障线路抢修、道路修复疏通以及应急资源调度的配电网恢复双层优化模型并求解,上层优化模型以最小失电负荷量为目标,下层优化模型以最短配电网抢修队等待道路修复疏通时间为目标.最后,采用12节点交通网与IEEE33节点配电网耦合算例,验证所提韧性指标的可行性以及恢复方法的有效性.结果表明:考虑地震攻击交通网影响的配电网韧性评估指标更准确,所提的恢复策略能有效提升地震灾害下配电网韧性.

在双碳目标驱动下,我国电力系统正逐步转型为以新能源为主体的新型电力系统,面临新的供需平衡形势.抽水蓄能作为目前最成熟的储能技术,通过提供不同时间尺度的灵活性资源,能保证电力系统安全经济运行,且有效促进新能源消纳.然而,新形势下抽水蓄能电站的运营决策和成本疏导机制尚未厘清,一定程度上阻碍了其进一步发展.在此背景下,首先综合分析了抽水蓄能电站的技术特点和功能定位;其次从全生命周期的角度建立了抽水蓄能电站的成本模型,并分析成本疏导的路径;再次针对电力市场发展的不同阶段,刻画了价格形成机制以及成本疏导方式的演化路径,为我国抽水蓄能电站的市场化进程提供了可行方案;最后对抽水蓄能电站未来的发展进行了展望.

有人/无人机共融集群中的有人机可弥补无人机在复杂环境中能力的不足.利用鸽群层级交互机制能够高效传递信息的特点,提出一种有人/无人机集群一致性控制方法.根据动力学约束与人类行为特点,建立无人机动力学模型和多通道的有人机操作员模型.在此基础上,通过鸽群层级交互机制构建集群系统的层级交互网络:有人机对等级较高的无人机发送指令,并通过层级网络影响整个无人机群体.设计可节约资源的自适应牵制控制策略,实现有人/无人机集群运动状态的一致性.此外,对系统稳定性进行简要分析.仿真结果验证了方法的有效性.

为评估盾构隧道施工对邻近建筑物的影响,提出一种基于模糊层次分析法(FAHP)和区间数改进优劣解距离(TOPSIS)法相结合的风险评估方法.通过调研建立基于土体性质、建筑物因素、隧道因素、盾构掘进参数等影响因素为主的风险评估体系,基于专家打分利用FAHP判断因素权重.利用传统TOPSIS法,根据因素分级标准选取6个典型样本,确定非等分风险等级判断标准.首次将区间数改进TOPSIS法运用到盾构隧道下穿建筑物的风险评估中,采用区间数描述工程情况.该评估过程均采用量化方式,比传统风险评估方法的准确性更高,受主观因素影响较少,客观性更强.利用该方法对某砌体建筑物进行风险评估,结果与实际情况相符,证明了该方法的有效性,可为类似工程风险评估提供参考.

针对锂离子电池实际应用中存在不完全充放电而导致的充电起始点及截止点不确定问题,提出一种基于双充电状态因子的电池健康状态估计方法.搭建电池老化实验台架,采用8块镍钴锰锂离子电池进行老化实验;区别于传统单状态因子估计,选取不同老化阶段下恒压充电状态前端等时间差的电流平均值,以及恒流充电状态末端等幅值电压的充电时间构造健康因子;分析不同老化阶段实验电池的荷电状态-开路电压对应关系,通过理论推导及实验结果证明健康因子的正确性;建立具备强泛化能力的改进支持向量回归模型,并通过粒子群算法优化模型超参数.实验结果表明:所提双充电状态健康因子与电池老化衰减密切相关,所建立的改进支持向量回归模型可实时估计不同老化状态下的电池健康状态,具备容量局部回弹变化的表征能力,可作为一种有效的嵌入式电池管理系统健康状态估计方法.

为响应碳达峰、碳中和的需求,构建一套完整的“源-网-荷-储”的新能源电力系统,提出了一种基于Hamiltonian Monte Carlo推断深度高斯过程(HMCDGP)算法的分布式光伏净负荷预测模型.首先,分别使用直接预测和间接预测两种形式对预测模型的精度进行实验并得到点预测结果;其次,使用所提出的模型进行概率预测实验并得到区间预测结果;最后,通过以澳洲电网记录的300户净负荷数据为基础的对比实验验证所提模型的优越性.在得到准确的净负荷概率预测后,可以通过电力调度充分利用光伏产出,减少化石能源使用,从而减少碳排放.

风电、光伏等可再生能源的大规模并网为电力系统的规划与运行带来极大的不确定性.为了增强高比例可再生能源电网应对不确定事件的调节能力,保障系统的安全经济运行,需要提升电力系统的灵活性.首先,从线路传输能力和安全运行的角度定义电网灵活性指标.在此基础上,考虑系统经济运行策略,以灵活性、投资成本、运行成本和可再生能源弃用量最优为目标,提出一种基于灵活性和经济性的多目标输电网双层规划模型.采用NSGAII优化算法对该模型进行求解.最后,以改进的Garver-6和IEEE RTS-24节点可靠性测试系统为例,分析所提模型的有效性.结果表明,规划方案能够有效提升电网传输能力,降低可再生能源弃用率,增强电网运行的灵活性和经济性.

为了实现“碳达峰、碳中和”双碳目标,需要加快构建以绿色能源为主体的电力系统.随着系统规模增长,基于区块链技术的分布式绿色能源碳交易机制和碳数据管理技术可有效鼓励绿色能源发展,成为低碳电力推行的有效手段.而精确实时的碳计量将进一步为交易信息的准确性和安全性提供数据支撑.介绍目前绿证交易和碳交易的研究现状,分析区块链技术在绿电追溯、绿证交易、碳交易、绿证与碳资产联合市场4个方向的关键技术适用性;研究当前碳计量方式的具体数学模型,讨论分析适用于区块链架构的碳源追溯计量数据可用性,并对碳计量方式的未来发展提出参考建议.

基于变密度法的结构强度拓扑优化中,优化结果存在灰度单元,导致结构应力水平难以准确预测,后处理前后结构应力水平变化较大.该研究通过采用基于过滤-投影的结构参数化方法,实现在迭代优化过程中结构中间密度单元比例不断下降.通过研究结构比强度问题主要优化参数对寻优过程、优化结构强度的影响规律,提出了先结构拓扑优化、后近似形状优化的新优化策略.实现了在优化过程中对结构应力水平变化趋势的准确控制,在提升优化过程稳定性的同时,实现了结构强度优化.通过典型的优化算例验证了所提出优化方法的合理性及实用性.

在动态性、离散型强的船舶分段制造过程中,缺乏有效的过程资源组织、产品加工不透明等因素导致管理者知识获取成本高、效率低.针对这一问题,提出一种基于加工节拍数据流的知识图谱动态生成和更新方法.通过分析船舶分段的加工流程与工位数据特点,给出加工节拍数据信息模型定义;提出静态资源与加工节拍数据的图映射步骤、模型以及融合连接算法,实现工位动态时序数据与知识图谱的语义关联;利用工位流程与产品结构关系生成车间级动态知识图谱.以某船舶分段生产过程为例,设计开发知识图谱可视化原型系统并进行验证.研究结果表明,所提方法有利于船舶分段制造过程中知识的组织、获取与重用.

流动旋压是成形薄壁筒体的优势技术,但对于带筋筒体,其所能成形的内筋高度受限.针对该类构件旋压成形内筋填充困难的问题,基于有限元软件Abaqus建立了交叉内筋薄壁筒体错距旋压成形的数值仿真模型,分析了旋轮数量对铝合金2219-O带筋筒体内筋填充的影响规律,进行了正交内筋薄壁筒体的工艺试验.结果表明:在错距旋压工艺中,增加旋轮数量会减小铝合金带筋筒体的内径扩径量,并抑制材料的轴向流动,使内筋的几何精度更高.仿真与试验结果相比,其内筋填充饱满度的平均误差为11.3%,所建立的错距旋压仿真模型具有良好的可靠性.

为提高光伏功率预测准确率提出了一种新的天气分型方法,该方法首先按总云量大小区分晴天和云天,然后根据太阳被遮蔽的程度将云天进一步细分为三类.该方法能有效识别影响光伏出力的关键气象环境因子特征,并对其加权求和得到新型分类指标Sky Condition Factor(SCF).该方法物理意义明确,区分度较好且易于量化.对天气类型合理细分后,可消除众多气象环境因子之间的耦合关系,降低输入变量维度,易于统计建模.最后分别基于原理和统计方法进行建模验证,结果显示该方法可以有效提高光伏功率预测的准确率.

线路加固和储能配置是灾前规划性防御策略的重要组成部分,可以有效提升交直流混合配电网防灾应急能力.在极端事件频发的背景下提出了考虑线路加固和储能资源配置的交直流混合配电网韧性提升方法,构建两阶段鲁棒优化模型.模型本质上为3层混合整数非线性规划问题,最外层为配电网主动行为,确定线路加固和储能配置策略;中间层为被动行为,确定极端事件发生后的最严重故障集;内层为配电网主动行为,确定灾中配电网故障应对和调度运行策略.基于嵌套列和约束生成算法(Nested Column and Constraint Generation, NC&CG)对3层混合整数线性规划模型进行求解.最后,以9节点直流配网和改进的IEEE-33节点含环交流配网耦合的交直流混合配电网为例进行仿真分析,结果表明所提方法可以有效提升配电网韧性,保障其在极端事件下安全可靠运行.