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2025年 第12卷 第1期
2025,
12(1):
1-11.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-306
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-306
摘要:
目的 文章旨在探索伞梯式陆基高空风力发电系统（Airborne Wind Energy systems，AWEs）动态建模方法及高空风场变化的纵向扰动时伞梯及伞梯间稳定轨迹跟踪控制方法。 方法 以25 MW级伞梯式陆基AWEs为例，探究伞组组件力学响应特性，构建伞梯系统多刚体绳索动力学模型，在施加纵向扰动的高空风场模拟环境中，基于伞体姿态控制，设计跟踪与同步控制律，实现伞梯轨迹跟踪与运行安全控制。 结果 研究表明：调整伞体的有效迎风面积能够实现高空风场变化的纵向扰动下，伞梯的实际运动轨迹与期望轨迹之间的误差收敛，且基于所设计同步控制律，实现了多伞梯间的运行同步，达到防碰撞的安全运行目的。 结论 可基于伞体姿态控制，设计伞梯式陆基AWEs运行的跟踪与同步控制策略，实现系统在高空风场动态环境中的安全高效运行控制目标。
2025,
12(1):
12-21.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-257
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-257
摘要:
目的 摩擦卷扬机是高空风能发电（Airborne Wind Energy Systems, AWES）的主要做功设备，为克服其工作过程中所受缆绳拉力大、线速度高、工况复杂的难点，同时满足长寿命、高可靠性、高安全性的需求。 方法 提出一种基于承压轮的浮动双卷筒摩擦卷扬机构型。通过有限元分析软件对关键部件承压轮和卷筒进行优化设计，建立摩擦卷扬机受力分析模型并进行力学分析，采用变密度法，对承压轮内部支撑体进行拓扑优化；对卷筒参数化建模，进行灵敏度分析，筛选出对最大应力、平均应力和几何质量的灵敏度较大的结构参数，采用中心复合试验设计法，建立了卷筒应力、质量与主要设计结构参数的响应面模型。 结果 通过以应变能最小为目标，以承压轮内部支撑体体积为约束条件，实现了承压轮结构质量下降36%的优化效果，并通过在不同部位施加载荷验证了其强度符合要求；使用灵敏度分析法筛选卷筒结构参数，以此建立卷筒响应面模型并进行多目标优化，得到卷筒优化方案，在满足强度要求的前提下实现质量减轻16.6%的优化效果。 结论 基于有限元分析仿真软件对摩擦卷扬机关键部件进行优化并验证了以上构型的可行性，同时降低了制造成本，兼具经济性，并解决了高速重载卷扬机的轴承选型、振动和热膨胀等难题。
2025,
12(1):
22-30.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-370
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-370
摘要:
目的 目前，国内及国际都已开展对高空风力发电技术的研究，主要集中在运行控制、机理分析和系统设计领域，尚未出现针对高空风能电站运维领域的研究成果。 方法 文章提出1种高空风能电站智能运维辅助系统设计方案，为将来在高空风能电站推广应用智能运维技术、推进运维数字化建设工作提供思路。通过对我国首个示范性伞梯组合型高空风能电站进行调研，分析现阶段的运维痛点，设计1套高空风能电站智能运维辅助系统，以解决站内监视后台分散、运行数据表单多样、设备台账不成体系、故障维修历史不便追溯等问题。 结果 基于微服务开发了1套高空风能电站智能运维可视化平台，实现集中监视发电系统设备状态，标准化设备台账，规范设备维修工单流程，监测运行环境安全，主动识别危险事件并输出报警。 结论 高空风能电站是出现不久的新事物，其智能运维平台的设计应首先侧重于提高电站运行数据的集中可视化程度、推进设备数字化管理模式及保障电站运行环境安全，以匹配起步阶段的电站运维需求。随着以后高空风能发电系统的核心控制技术攻关和设备选型制造技术攻关的完成，高空风能电站智能运维技术可与之适配进步，进一步推进高空风能电站的兴起。
2025,
12(1):
31-42.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-423
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-423
摘要:
目的 新能源发电在未来相当长一段时间内，将持续呈现大规模、高比例、市场化、高质量的发展趋势特征。深入推进能源革命，加快构建新型能源体系与气象问题密切相关。 方法 文章分析新型能源体系中的关键环节与天气气候的关系；从支撑、融入和保障3个方面强调气象工作在新型能源体系中的重要作用；详细梳理我国风能太阳能资源评估技术发展历程，包括资源评估技术、技术开发量评估方法以及新一轮风能太阳能资源普查工作的技术要点等；深入分析风能太阳能预报需求和预报时段划分，介绍中国气象局在超短期、短期、中期和长期预报方面的技术进展、主要业务产品以及风能太阳能发电精细化气象服务示范计划（SDP）的实施情况。 结果 风能太阳能资源评估技术显著提升，但也面临着风电机组大型化、太阳能利用多元化所带来的挑战，需要不断发展新的资源评估技术应对能源行业需求；风能太阳能预报准确率的提升需要方法论的突破。“一场一策”构建风光场站的气象预报订正和功率预测模型，将是提升预报准确率的重要手段。 结论 气象工作应以国务院《气象高质量发展纲要（2022—2035年）》为指引，不断强化科技创新和社会服务能力，为新型能源体系的高质量发展做出积极贡献。
2025,
12(1):
43-57.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-367
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-367
摘要:
目的 近年来，受气候变暖等因素影响，全球范围内极端天气事件呈现出频发特征。与此同时，在“碳达峰，碳中和”目标下，风光等波动性新能源高比例并网、电力电子设备大量应用以及交直流特高压远距离输电技术的应用都在不断重塑传统电网的本来特征，更多的电力一次设备裸露在恶劣环境中运行，电力系统受外部极端天气的影响更加严重。 方法 文章首先梳理了近年来典型台风、暴雨和冰雪等极端天气事件对电力系统设备及运行的影响。同时结合典型案例深入探讨了新型电力系统范式下的系统性风险表现。在此基础上，提出针对不同灾害场景的精细化建模、系统风险评估及跨领域协作的应对策略的一些思考与展望。 结果 研究表明，极端天气的冲击加剧了设备故障和系统不稳定的风险，新型电力系统的高比例新能源接入进一步放大了故障传播的影响。 结论 在新型电力系统深入建设和极端天气加剧冲击的双重压力下，电力系统的安全稳定运行依赖于设备风险建模、系统性风险防控及跨领域协作机制的提升。因此，未来研究应聚焦于构建电力系统的多维度联合风险评估。同时，指出强化电力系统与气象系统的深度耦合的必要性，以提高系统的风险预测与动态应对能力，为系统的韧性提升提供科学依据与技术支持。
2025,
12(1):
58-64.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-234
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-234
摘要:
目的 新型能源体系是以清洁低碳为核心目标的能源体系，国家新型能源体系构建是实现“双碳”目标的重要举措。天气气候因素及气象灾害等对电网稳定、安全运行影响巨大，需要针对国家新型能源体系建设新需求，构建高质量气象服务保障体系。 方法 文章通过文献调研、政策调研和专家咨询等方法，在对国家新型能源体系相关政策措施进行分析的基础上，对照国内能源气象服务业务现状、研判未来发展方向，提出新型能源体系建设的气象服务保障体系发展思路，并研提相关建议。 结果 研究表明，中国气象局各级业务单位在风光发电、水电、核电，及输电通道、能源消纳等方面均较好开展了能源气象服务。国家新型能源体系建设对气象服务保障提出了面向清洁能源基地建设整体优化气象服务保障布局，强化发电功率预报以及气候预测等服务精准度，针对新能源基础设施建设、发电、储能、输电、消纳等各场景开展气象服务保障等新要求。 结论 对标国家新型能源体系建设要求，文章从优化能源气象业务服务布局，提升服务保障能力，强化技术人才、合作机制保障支撑等方面，对更好发挥气象部门在国家新型能源体系建设中的服务保障作用提出了对策建议。
2025,
12(1):
65-74.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-126
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-126
摘要:
目的 海上风电安全至关重要，气象服务能有效解决影响风电场安全的浪高、风暴潮、强对流以及海雾等预报预警难点问题，保障海上风电项目安全、高效运行。 方法 文章以江苏省海上风电场气象服务为例，通过数据同化技术和最新人工智能方法，结合数值模式，建立海上风电场风-浪-流预报、波浪有效波高和风暴潮智能预报、海上风电场高影响天气监测预报预警等关键技术，最终形成海上风电精细化气象服务与应用，并对气象赋能海上风电产业链和加强不同行业技术融合等提出思考。 结果 结果表明，近海风电场10 m风、100 m风、浪高等要素预报时空分辨率提高至1 h、3 km；有效波高和风暴潮潮位预报时效增至72 h，6 h预报准确率达85%；强对流预警时效提前1 h、海雾预警提前30 min，预报准确率达92%；技术实现了多工作场景的精细化气象服务应用。 结论 研究海上风电气象服务关键技术的应用，能有效提升海上风电安全生产和运维能力，优化海上风电机组发电效率，降低出海作业成本及损耗，保障出海作业安全，减少生命财产损失。此外，随着海上风电的发展，气象服务将不断加强与不同学科的技术融合，赋能海上风电全产业链的发展。
2025,
12(1):
75-82.
DOI: 10.16516/j.ceec.2023-277
CSTR: 32391.14.j.ceec.2023-277
摘要:
目的 旨在探索一种新型的漂浮式海上光伏系统，该系统不仅能够有效收集海上太阳能资源，还能实现智能化气候预警功能。 方法 研究通过结合海上光伏技术与智能化气象监测技术，构建一种可行的智能化海上光伏气候预警平台。首先，利用漂浮式海上光伏平台将太阳能转化为电能；其次，通过智能化监测系统实时监测海洋天气状况并发出预警，以提高光伏发电的可靠性。 结果 试验表明，该漂浮式海上光伏系统能够在不同海域及气象条件下有效收集太阳能，并利用智能化气象监测系统及时预警海洋气象变化。 结论 研究发现该平台具有广阔的应用前景和市场潜力，可为海洋可再生能源发展提供借鉴，并向相关研究与实践提供思路与方法。
2025,
12(1):
83-90.
DOI: 10.16516/j.ceec.2023-296
CSTR: 32391.14.j.ceec.2023-296
摘要:
目的 风电偏航制动系统具有低压偏航和高压重载的应用工况，摩擦副之间的摩擦性能受到机组偏航制动部件之间各参数影响。 方法 基于盘式制动器的拖磨试验台，模拟风机不同工况下制动器运行情况，研究了不同材料对偶件、同种对偶件材料不同压力、速度和温度下的有机复合材料摩擦特性，并从摩擦学角度揭示了不同参数对摩擦系数的影响因素。 结果 结果表明：在同等表面参数下，不同对偶件材料对摩擦系数有较大影响；在同种对偶件材料情况下，制动压力和摩擦副相对运动速度越大摩擦系数越小，且制动压力对摩擦系数影响因子更大；摩擦系数受温度影响较大，摩擦副之间温度越高摩擦系数往往越小。 结论 此研究为风机偏航制动系统的参数选用及制动控制逻辑提供了重要参考思路和依据。
2025,
12(1):
91-99.
DOI: 10.16516/j.ceec.2023-268
CSTR: 32391.14.j.ceec.2023-268
摘要:
目的 为了更好地掌握海上风电接入系统故障特性，进行了海上风电接入系统交流故障特征的影响分析。 方法 给出了海上风电并网输电系统拓扑分析和海上风电电气结构工作控制原理分析，其中包括PMSG工作控制原理分析，柔直输电系统的拓扑及原理分析，海上换流站工作控制原理分析，陆上换流站工作控制原理分析，从不对称故障与对称故障2个方面开展了海上风电接入系统的故障特征机理分析。 结果 建立了基于PSCAD的海上风电经柔直送出的仿真模型并进行了验证分析，通过单相接地故障和三相接地故障仿真分析对所提出机理分析的正确性和普遍适用性进行了验证。 结论 仿真结果验证了故障特征机理分析的正确性，对称分量法能够满足于在含电力电子设备接入系统下的故障分析，不对称故障时，两侧的同相短路电流有一定的相角差，柔直侧的负序电流最大，风场侧的短路电流整体较小，对称故障时，柔直侧、风场侧电流分量中仅有正序电流，两侧的同相短路电流的相位几乎趋于一致，均呈现幅值受限特征。
2025,
12(1):
100-108.
DOI: 10.16516/j.ceec.2023-230
CSTR: 32391.14.j.ceec.2023-230
摘要:
目的 传统海上风电送出研究对象为单一风电场点对点向陆上送电，存在局限性，且采用的经济评价方法仅考虑初期投资，系统性和科学性不足。针对当前海上风电连片开发的应用场景，文章提出一种多风场集中送出方式优选方法，指导确定最优送出方案。 方法 技术性方面，根据工作原理，海上风电送出包括交流、直流和交直流混合3种类型，每种类型有各自的特点和适用范围。经济性方面，除了初期投资，还应考虑设备使用年限内的损耗、维护、停运损失和海域租赁等运行过程中产生的费用，其中对称单极系统和对称双极系统根据系统特点应采用不同的计算方法。 结果 针对典型案例提供了6种集中送出方案，涵盖了目前交流送出和直流送出的全部主流技术方案。通过对不同方案的技术性和经济性进行对比，选择最优送出方案。 结论 我国海上风电目前正由小规模示范应用走向大规模连片集中开发。文章提出的海上风电多风场集中送出优选方法深度契合未来深远海多片区大容量海上风电集中送出的市场需求，具有很高的指导价值。
2025,
12(1):
109-115.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-049
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-049
摘要:
目的 随着碳达峰、碳中和战略的推进，海上风电迎来快速增长。2023年，全国各省、市超87个海上风电项目厂址已确定投资主体或正在开展项目竞配，装机容量超过58.9 GW。未来深远海基础型式将以四桩导管架基础为主，其中钢管桩沉桩阶段中会对周围土体产生扰动作用，从而产生淤泥。清淤效果不理想，一方面会影响基础结构强度，另一方面会影响风机吊装安全。 方法 文章以粤东深远海示范项目为例，针对该风场水深大、能见度差、黏性高、清淤量多等特点，首先分析钢管桩淤泥的原因和危害，然后结合示范项目的成功应用验证了清淤工艺的可行性，最后提出可从清淤方式、清淤设备和设计优化3个方面进一步改进清淤工艺。 结果 研究表明：采用超高压力水力清淤和空气扰动清淤对清淤方式进行优化，通过机器人技术优化清淤设备，调整桩顶泥面标高及预留淤泥上升空间进行设计优化，能够适应深远海复杂海况，改进后的清淤工艺可以进一步有效提升水下清淤效率。 结论 改进后的清淤工艺可以被推广运用于后续的深远海风电项目。
2025,
12(1):
116-126.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-088
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-088
摘要:
目的 海上升压站是海上风电场的电能汇集中心，其巡检运维对于保障海上风电场安全生产和效益提升至关重要。随着海上风电场向深远海发展，人工出海巡检模式带来的安全风险、运维成本、巡检效率等问题不断凸显，海上风电场智能化巡检需求剧增。为了有效解决海上风电升压站中巡检频次高、难度大、效率低等问题，设计了机器人智能巡检系统。 方法 文章首先设计了基于感知层-网络层-应用层3层体系的智能巡检系统架构。然后，从后台管理系统、机器人系统、通信供电系统及仪表图像识别技术4个方面对机器人巡检系统进行设计。最后，从适应于机器人巡检的升压站改造、机器人安装和巡检任务规划对机器人应用步骤进行了设计。 结果 将机器人巡检系统在海上新、老升压站进行应用实践，实现了海上升压站设备状态的远程化巡视和巡检数据的智能化分析。 结论 设计的机器人智能巡检系统具有巡检效率高、管理成本低、应急巡检能力强等优点，显著提高了海上升压站的巡检效率，降低了海上风电运维成本。研究结果对海上风电运维智慧化转型有重要参考意义。
2025,
12(1):
127-140.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-147
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-147
摘要:
目的 在“碳中和”的时代背景下，对新能源的开发受到更多国家和区域的关注。海上风电场以丰富的风资源为基础，近年来得到政府的大力开发。掌握海上风电场的研究进展对后期发展新能源具有一定意义。 方法 对Web of Science核心数据库中海上风电场选址相关文献进行检索，基于1177 篇检索结果利用CiteSpace软件进行文献分析。 结果 研究结果表明：美国、中国和英国对海上风电场相关研究较为重视，近年来的发文量增长较快。在1997－2010年间，对海上风能、波浪能等资源评估研究较多，以此作为海上风电场宏观选址基础；2011－2020年，对海上风电场微观布局更加重视；2021年至今海上风电场的可持续发展成为研究重点。 结论 整体来看，风资源的分布、海底构造的变化和海洋地质灾害的发生以及政策的发布均会影响海上风电场场址的选择。随着浅海风电场技术的成熟，未来海上风电场逐渐向深海开发，进一步推动漂浮式海上风电基础的发展。除此之外，海上风电场与海上油气开发以及海洋养殖等更多海上项目的合作发展将会得到更多的研究和关注。
2025,
12(1):
141-146.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-150
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-150
摘要:
目的 近年来，风力发电机组风轮直径越来越大，使得塔筒所承受的风载荷也越来越大。为了匹配大风轮机组，需要增大塔筒直径来满足其承载力。而随着塔筒直径的增大，塔筒内平台直径也会增大，重量也会相应的增加，导致成本增加。同时，塔筒内平台直径增大，若采用传统的平台梁，其与筒体焊接的部位容易造成较大的应力集中，容易产生结构失效，造成重大损失。 方法 为了避免平台直径增大导致成本增加、平台梁与筒体焊接部位容易失效的问题，将塔筒整个大的内平台分为6个独立的小平台，并在平台下部设计2～3个支撑，支撑一端与筒体焊接，一端自由。通过有限元分析软件，分别评估了SLS（Serviceability Limit State）、ULS（Ultimate Limit State）2种载荷工况下，平台的变形及强度。 结果 该平台在对应的载荷工况下安全性良好，并且在现场得到了广泛的使用。 结论 分片平台的设计不仅可以满足现场使用强度的要求，还能起到减重降本的效果，产生了一定的经济效益，具有进一步的推广价值。
2025,
12(1):
147-159.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-362
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-362
摘要:
目的 大直径单桩基础在我国海洋工程中应用广泛，其通常由锤击贯入的方式完成基础的安装。由于桩锤的锤击作用，桩体在沉桩过程中受到连续的冲击荷载，易出现疲劳问题。因此对大直径单桩基础的贯入过程及所致疲劳损伤的研究就显得尤为重要。 方法 文章以大直径单桩基础为研究对象，基于工程现场测试数据，为解决单桩连续贯入计算量过大的问题，提出分段预置建模方法，实现了对单桩锤击贯入过程的分段计算，验证了该方法计算单桩锤击过程中桩身的力学响应的可行性，得到了单桩桩身测试断面在单次锤击作用下的位移、速度和应力的时程响应。基于S-N曲线和Palmgren-Miner理论计算了桩身变截面焊接位置处的疲劳损伤。 结果 研究结果表明，所提出的分段预置建模方法能够较好地反映锤击作用下桩身的力学响应，与现场实测数据相比，位移、速度、应力变化趋势均吻合较好。模拟所得的应力最大值与实测值之间误差均在10%以内。 结论 单桩目标截面单次锤击损伤与所受有效锤击能的大小直接相关。单桩经历1017 次锤击作用后桩身变截面焊接位置处的疲劳损伤为7.578%，占构件设计安全前提下疲劳寿命的22.734%。因此，应重视单桩锤击贯入过程中由于锤击作用所导致的桩身疲劳损伤。
2025,
12(1):
160-167.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-127
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-127
摘要:
目的 电流环是双馈风力发电机并网过程中的重要控制环节。针对传统PI控制时双馈风力发电系统在参数摄动时动态性能不佳以及传统趋近律滑模控制存在抖振问题，对滑模变结构进行了研究和设计。 方法 基于滑模变结构的双馈风力发电机矢量控制研究方法主要聚焦于利用滑模变结构控制的优点，如响应速度快、对参数变化和扰动不敏感等，结合双馈风力发电机的特性，实现精确的矢量控制。首先设计滑模面，确保系统状态在滑模面上滑动，进而设计滑模控制器以稳定系统状态，并通过反馈调整使系统跟踪期望轨迹，从而达到对双馈风力发电机的高效、稳定控制，并将抗抖振因子与幂次函数相结合设计趋近律函数，提出一种改进型幂次函数来提高控制器的性能，构建了基于改进幂次函数的滑模控制器。 结果 仿真表明，在风速突变的情况下，基于改进型幂次函数的滑模控制器控制过程几乎无超调。 结论 与传统PI调节器相比， 基于改进型幂次函数的滑模控制器具有优良的动态性能和控制精度，能够在双馈风力发电系统中有效地改善控制效果，提高稳定性和抗干扰能力。
2025,
12(1):
168-176.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-293
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-293
摘要:
目的 目前风力发电得到了广泛的应用，但是风能具有波动性和不稳定性，风电场并网后会造成电网电压波动和网损增加。针对这些问题提出了计及双馈风机无功出力的配电网多目标无功优化模型。 方法 基于分段思想，将风电不确定的动态问题转化为确定的静态问题，采用改进的鲸鱼算法求解数学模型。针对传统鲸鱼算法求解精度低、收敛速度慢、易陷入局部最优等问题，采用混合策略改进鲸鱼算法，引入Tent映射初始化、自适应权重、自适应概率阈值等改进方法。 结果 以改进的IEEE33节点系统作为算例，对比粒子群、灰狼等算法，改进的鲸鱼算法能够提高全局搜索能力和收敛速度。 结论 经所提策略优化后的风电场最优无功出力可以降低更多的系统损耗，提高配电网电压的稳定性。
2025,
12(1):
177-188.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-267
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-267
摘要:
目的 在全球能源结构转型和气候变化应对的大背景下，风能作为清洁、可再生的能源之一，其利用效率的优化已成为当前能源领域研究的重点。为减小因风机间尾流效应对风电场输出功率的影响，提高风电场效率，对风机进行合理布局是很有必要的。 方法 运用Fast Farm模拟技术，分别研究了串列以及错列布置下随着风机间间距的改变对于湍流风场中3台NREL 5 MW风机输出功率及功率提升率的变化情况。 结果 当风机间间距增大时，可以明显提升后排风机的输出功率，但其提升程度有所不同，其中，当风机纵向间距由5D增加到6D及10D增加到11D时，可使风电场发电量得到较大提升；对于风机间横向间距在合理取值范围内，可使得风电场布局达到最优。 结论 文章对风机间间距进行了较为详细的划分，通过不同工况下对风电场功率影响程度分析可知在串列及错列条件下对于风机的优化布局存在差异，为风电场的布局优化提供了一定的参考。
