近几年在“碳达峰、碳中和”目标下，可再生能源领域得以巨大发展，海上风电技术凭借其资源丰富、可利用前景大的优势，有望成为未来绿色能源来源的中流砥柱；但是，目前海上风电场尤其是深远海风电场仍面临建设难度大、风电消纳技术不成熟等问题。为此，首先介绍海上风电的发展现状，分析目前应用于海上风电输送技术的优势与不足，介绍当前海上风电领域内出现的新技术，分析总结海上风电制氢技术及氢气的转运技术。结合发展趋势，总结未来海上风电的发展应分近海和深远海两条主线的走向，提出深远海风电与氢能源发展紧密结合的观点，引入海上风电与储氢储能结合的思路，并分别对深远海和近海的风电前景进行展望，可为解决海上风电场所面临的问题提供思路，也可为海上风电的进一步发展提供参考。
针对多虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，VSG)并联系统中存在环流及功率不能按比例分配的问题，提出一种改进的功率分配策略。首先，改进并联预同步策略，通过对有功环添加频率补偿使机台平滑、稳定并入系统，减少并联瞬间电流冲击带来的功率震荡。其次，通过环流分析，提出在每台VSG无功环上添加电压补偿，保障各VSG输出电压一致，减少系统环流，提高功率精分度，通过小信号分析，验证控制策略的正确性。最后，分析得出VSG参数与功率按比例分配的关系，在Matlab/Simulink中搭建3台VSG并联模型，仿真验证了所提控制策略的可行性，其实现了机台功率按不同容量比分配，且在面对负荷突变时依然能稳定运行。
高比例风光电源接入微电网系统，带来了更多的不确定因素，也给电网的优化调度带来了挑战。为提高系统的经济、环保性能，合理配置风光机组的装机容量，促进风光消纳，该文建立高比例清洁能源微电网模型，定义经济性与环保性目标函数，提出多目标优化调度策略，并采用粒子群优化算法进行求解。通过算例分析，探究清洁能源渗透率对微电网的经济、技术特性及清洁能源消纳率的影响。随着清洁能源渗透率的提高，消纳率总体呈降低趋势，且存在渗透率临界值，在临界值范围内提升渗透率可有效提升微电网综合运行效益。结果表明，该文提出的调度策略正确有效、算法收敛可靠，能为风光机组装机容量的合理配置提供重要参考。
将可再生能源技术、储能技术与天然气冷热电联产技术相融合的复合能源系统是构筑未来清洁低碳、安全高效能源体系的重要方式。然而，这种复合能源系统结构复杂、变量众多、各种形式的能量输出相互耦合，难以优化；同时，由于气象参数及用户侧需求的强烈波动，对能源系统的设计优化通常需要详细的模拟和大量的输入数据，而现有方法在长时间尺度的优化上无法兼顾计算速度及其准确性。为此，基于全年逐时负荷，设计一个结合遗传算法和优劣解距离法的双层协同多目标整体优化框架。内层以运行成本、余热利用率、电网交互为目标优化余热分配比及发电单元功率；外层则以年成本、一次能源消耗、二氧化碳排放为目标优化设备容量，通过内外层间的迭代确定设备最优容量及运行规划。此外，通过与基于典型日负荷的典型日优化方案对比发现，基于全年负荷的全年优化方案下的年成本、二氧化碳排放、一次能源消耗、电网依赖程度分别减少3.64%、3.04%、17.56%及40.27%，整体表现优异，表明该方法可为研究类似能源系统的设计和运行优化提供有效借鉴和解决方案。
为有效提高风电功率预测的精度，提出一种基于特征选择及误差修正的风电功率预测方法。综合分析风速、温/湿度、风向等特征对风电出力的影响，提出了正交化最大信息系数(orthogonalization maximal information coefficient，OMIC)结合预测模型的特征选择方法，可优选出适配于预测模型的特征维数。针对预测模型训练中会产生的固有误差，提出用动态模态分解(dynamic mode decomposition，DMD)来跟踪误差数据的时空模态，DMD最大的优点在于其数据驱动性质，不依赖于任何参数设定以及先验假设，可以实现更快捷、简便的误差预测。通过特征选择、误差修正来优化预测模型，以取得更精确的预测结果。基于北方某风电场单台风机实际数据，将所提方法与深度学习模型结合进行预测，并对比了相关预测指标，仿真结果表明本文所提方法能够有效提升预测精度。
作为一种新型长时储能技术，全钒液流电池(vanadium redox flow battery，VRFB)适用于大规模调峰调频、新能源配套等场景，但存在功率与容量配比复杂、占地较大、能效较低的问题。立足于解决新能源发电弃风弃光限电问题，通过建立数学模型，优化目标函数，提出储能容量配置优化设计的理论方法；通过优化储能电站(energy storage station，ESS)拓扑设计，提高系统集成度和电力接入的可靠性；通过建立能量回收数学模型，提出能量回收型热管理设计提高系统效率的方法；通过建立多源数据融合数字孪生模型，提出基于数字孪生的VRFB储能运维技术的思路。最后，通过仿真分析，验证了优化设计的可行性，其削峰率达16%，限电量由原来的45%下降到14%，同时节省占地15%，效率从70%提升至90%左右，为面向新能源的大规模ESS的优化设计提供了系统的理论方法和可行的解决方案。
为实现家庭用能的低碳清洁、高效稳定，提出一种计及柔性负荷的户用氢能系统优化运行方法。首先，为充分发挥氢能的效益，构建分布式能源、用户负荷与氢储能系统耦合的户用终端能源系统及各设备的数学模型；其次，为发挥用户负荷的可调度能力，按照负荷的重要程度，对电、热负荷进行建模分析；最后，以全寿命周期成本最小、用户用能成本最小为目标，建立户用氢能系统优化模型。仿真结果表明，在满足用户舒适度的基础上，考虑负荷转移和削减能有效降低系统的综合运行成本，实现户用氢能系统经济、灵活运行。
氢气是一种高效的添加剂，可改善乙醇燃料的燃烧特性，为更好地应用于燃烧装置，有必要研究其层流燃烧特性。在初始压力为0.1及0.4 MPa，初始温度为400 K，等效比范围为0.7～1.4，氢气比例为20%、50%和80%下进行实验，采用定压法(constant pressure method，CPM)得到层流燃烧速度(laminar burning velocity，LBV)。对火焰发展不同阶段的火焰形貌进行研究，当火焰表面的大裂纹分裂出现小裂纹，并导致新细胞再生时，火焰变得不稳定；还研究流体动力学效应和热扩散效应对火焰固有不稳定性的影响。结果表明：LBV随着氢气比例的增加而增加，在富氢状态下其提升效果更加显著；流体动力不稳定性随着压力的增加而增加，热扩散不稳定性对压力变化不敏感；此外，增加氢气比例或初始压力将使火焰更早变得不稳定。
近年来，光伏发电作为重要的补充能源，广泛应用于生产生活中。为最大化光伏输入，DC/DC变换器被用来作为光伏输入侧与负载侧的阻抗匹配。而传统的变换器拓扑受器件特性、结构等因素的约束，并不适用于并网或高压直流汇流等场景，为此，基于基本变换器拓扑，提出一种组合式的适用于光伏的高增益DC/DC变换器。在理论上详细分析变换器的拓扑结构、工作原理、电路参数设计及其性能；同时，在PSIM中搭建仿真模型，并搭建了一台250 W、48 V/300 V的实验样机，实验及仿真表明了相关分析的正确性。与同类型变换器相比，所提出的变换器具有增益高、器件应力低、输入输出电流连续、驱动电路简单的特点，其拓扑具有工程使用价值。
针对现有智慧风电体系缺乏全面的关键指标、评价体系，以及未从全生命周期、不同层级统筹考虑智慧风电建设的问题，开展了智慧风电全生命周期建设与管理体系研究。提出了关键运营指标、数据管理成熟度、员工幸福感等7大方面的关键指标特征，从关键要素、实现过程和应用层次全面阐述了智慧风电系统架构，并建立了智慧风电评价体系，为智慧风电全生命周期建设、运营、评价提供依据。
清华大学出版社期刊中心
