力学

特高压线路大吨位机械丝杠的设计及实用化研究，重点是基于±500kV直流线路、±800kV直流线路耐张塔单片绝缘子、直线塔单片绝缘子、导地线张力更换方法及配套工具方面展开的技术研究。主要是利用涡轮蜗杆传动的方式，研发大吨位、大张力承载张紧装置，将传统丝杆的操作方向从水平改变成竖直，进行了结构设计优化，实现了“小转动、大马力”的力学组合，改变常规机械丝杠单向传动或齿轮滚动摩擦螺纹实现传动状态的局限性；与液压传动装置相比较，稳定性高,实现自锁，解决液压传动装置夹紧力保持性差、在强电场中存在诸多不确定的因素、泄压不平稳而造成设备损坏，人员受伤的关键技术要点。

随着社会经济高速发展，环境污染与能源需求问题日益凸显，挖掘需求侧可调节资源变得尤为重要。夏季用电高峰时段中空调负荷占据很大比重，且空调负荷具有调度方式灵活、响应速度快、可调节潜力大等优点，可对其采取控制技术以缓解高峰期的用电紧张。为此，对空调负荷的聚合建模与可调度潜力进行研究，首先建立空调单体的热力学模型，在此基础上建立两类不同使用行为的空调负荷聚合模型，并求得空调聚合负荷功率需求，最后采用重设控制目标的方法分析聚合空调负荷的可调潜力。结果表明所述方法能有效评估空调负荷的可调潜力。

为了解决传统电缆状态检测方法灵敏度不高、缺陷检出率低的问题，提出基于电缆逸出气体分析的状态检测技术。首先介绍电缆气体逸出的基本原理，包括电化学腐蚀、放电和过热等气体逸出原理，分别从分子动力学仿真和实验进行了验证，然后提出基于气体逸出的初步诊断判据，并在实验室和现场电缆中分别进行了验证，表明该方法的可行性。

在电力市场中，获取信息的主要目的是降低决策风险，作为规模最大、运行机理最复杂的人造动力学系统，新型电力系统特有属性凸显电力市场中信息的价值

为分析贫预混旋流燃烧室头部结构特性影响，采用计算流体力学方法研究了中心体端面形状、空气流量，燃料喷孔数量、位置，以及头部扩张比对燃烧火焰、流场及火焰动态响应的影响。结果表明：空气流速增大到一定值后， 火焰形态基本保持不变；增加压力面燃料孔数量，高放热率区集中在中心回流区根部，同时增加压力面和吸力面燃料孔数量使得中心回流区根部温度更低，有降低热力NO x 的趋势；增加火焰筒直径，有助于中心回流区沿径向扩张，导致火焰更长、更细；将中心体端面改成椭圆，会缩短火焰轴向长度；改变中心体端面形状基本不影响火焰传递函数幅值和相位，但增加燃料孔数量明显改变火焰传递函数相位。

针对现有智能优化算法在求解电网故障诊断解析模型时存在的易于陷入局部最优和种群质量低等问题，提出一种改进二进制增益共享知识算法(improved binary gaining-sharing knowledge-based algorithm, IBGSK)。首先，根据故障诊断规则，构建一种包含完备故障信息的完全解析模型。其次，将离散工作机制融入改进算法的种群更迭中，以避免发生空间脱节。然后，结合进化种群动力学思想(evolutionary population dynamics, EPD)，引入一种自适应交叉算子，以提高种群质量和增强算法的全局寻优能力。最后，通过特征选择和故障诊断仿真实验对算法性能进行评估。结果表明：IBGSK算法相较于其他优化算法，在特征选择问题上具有更高的计算效率、更强的全局寻优能力和泛化能力；在求解电网故障诊断解析模型上具有更优的诊断可靠性、时效性和收敛性。

内部短路等引起的电弧放电是特高压变压器最为严重的故障之一，容易造成油箱变形破裂甚至起火爆炸。为了分析电弧放电引起的变压器应力应变水平，建立了1 000 kV单相特高压变压器有限元模型，仿真分析了特高压变压器内部不同部位、不同能量的电弧放电引起的油箱压力分布，计算了油箱和螺栓的应力应变水平，结合材料参数对油箱和螺栓的力学性能进行安全校核，并给出了箱壁破裂或螺栓损伤的放电能量阈值。结果表明：油箱内高压绕组附近电弧放电时最大应力出现在箱壁拐角处，最大形变出现在长轴侧箱壁中间部位；升高座内电弧放电时最大应力出现在升高座支架处，最大形变出现在升高座拐弯处。

能源结构转型和碳减排政策是实现“双碳”目标的重要举措。本研究旨在探讨“双碳”背景下发电行业碳减排政策与市场交易机制的耦合作用。通过研究绿色证书市场交易机制、碳排放市场交易机制与电力市场机制间的耦合协同效应，考虑了价格影响市场间机制、能源结构分析和技术创新等因素，建立系统动力学模型并进行多情景仿真，研究不同政策组合对市场均衡及电力行业碳减排的影响。通过对模型的敏感性分析，评估了各种政策措施对系统行为的潜在影响，对政策体系的作用机理及其协同机制进行分析，明确不同政策间可能存在的冗余激励和效应冲抵等现象。研究得出：有效的碳减排政策组合使得未来十年火电装机占比下降至45%，可再生能源占比突破50%与传统能源持平甚至超过传统能源。建议碳减排政策的成功实施需要综合考虑市场监管、激励机制、技术创新等多方面因素。

“双碳”背景下氢能将在各种领域发挥巨大作用，开展氢需求中长期预测具有重要意义。基于系统动力学方法建立了省级氢需求中长期预测模型。首先将氢能需求分为工业、供热和交通3大领域，考虑各子系统内部因素的相互作用以及经济发展、政策支持等外部因素的影响，分析因果关系，构建系统预测方程；其次设定系统参数，采用最小二乘法方程回归得到方程常数，基于该省发展规划利用灰色模型设定表函数参数，并将模拟结果与历史数据进行对比，结果表明模型误差较小，适用于该省氢需求预测；最后利用所建立的系统动力学模型对该省的氢需求量进行了预测。