《中国电力》2023年第11期抢先看

Original 中国电力中国电力 2023-12-18

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本期共刊出论文28篇，设有专稿及海上风电送出与并网技术、面向电网设备状态感知的低功耗无线传感网技术及应用、新型电力系统低碳规划与运行、电网、新能源、节能与环保、技术经济等7个栏目，文章摘要可详见下文，全文请持续关注《中国电力》期刊官网及公众号！

摘要：中国作为世界上最大的发展中国家和主要的能源消费国与碳排放国，“双碳”目标对中国经济社会绿色低碳发展提出了更高要求。实现“双碳”目标是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，需要在科学认识的基础上，辨识实现“双碳”目标的问题与挑战，研究提出推进“双碳”工作的关键举措。在坚持问题导向基础上，剖析了“双碳”问题的来源，探究了“双碳”问题的本质与深层表现；系统分析了中国实现“双碳”目标面临的挑战与条件基础，统筹发展与减排等多对关系；提出了推动能源绿色低碳转型，推进重点领域节能，推广应用节能低碳技术和产品，完善绿色低碳发展体制机制，促进资源节约集约利用，巩固和提升生态系统碳汇能力，加强国际交流与合作等实现“双碳”目标的关键举措。

摘要：传统特征关联方法的预设阈值限制及分位数损失中各分位点损失的量级差异，使得海上风电功率概率预测精度受限。为了提高概率预测精度，提出了一种基于多任务联合分位数损失的双重注意力概率预测模型（MT-DALSTM）。首先，引入特征和时序双重注意力机制对特征间的关联关系和时序依赖性进行挖掘，赋予关键特征和时间点信息以注意力权重来提升功率预测的准确性；其次，在模型训练方面，采用一种基于任务不确定性的多任务联合分位数损失，通过动态调整各损失权重占比来提升最终预测结果的综合性能指标；最后，基于东海大桥海上风电场真实数据仿真验证结果表明：相比于现有的风电概率预测研究，所提方法在锐度、可靠性、综合性能指标上均具有明显提升，验证了该模型提高预测精度的有效性。

摘要：海上风电场集电系统最大海缆截面选定拓扑优化设计是降低海上风电场总投资、提高传输效率及系统可靠性的有效手段。由于集电系统汇集网拓扑结构存在多种方式，且过往优化研究中并未考虑最大海缆截面约束条件，导致集电系统拓扑在非凸非线性寻优过程中效率低，难以获得全局最优的布局方案。提出了基于海上风电场区66 kV集电系统海缆最大截面经济性分析方法，在通过单亲遗传算法和最小生成树技术（MST）进行集电系统拓扑优化过程中加入了最优海缆最大截面选型的约束条件，减少搜索空间，提高寻优精度，加快搜索速度。算例分析结果表明，在集电系统规划中考虑海缆最大截面选型约束对经济性优化结果具有显著影响。

摘要：过电压水平是海上风电场交流送出系统的关键参数，对于系统设计、设备选型具有重要影响。为掌握影响海上风电场送出系统过电压水平的关键因素，准确评估系统过电压，对海上风电场经66 kV海缆送出系统的过电压机理展开研究。首先，分析海上风电场经66 kV海缆送出系统的拓扑结构及控制保护策略；然后，从无故障甩负荷过电压、单相接地故障甩负荷过电压、空载长线过电压方面研究海上风电场经66 kV海缆送出系统的过电压机理，并在此基础上，研究中性点接地电阻值对于66 kV海上风电送出系统过电压的影响；最后，基于PSCAD/EMTDC平台，构建了海上风电场经66 kV海缆送出系统的仿真模型并进行仿真。研究结果表明：系统的接地电阻和风电机组控制保护策略是影响海上风电场经66 kV海缆送出系统过电压水平的关键因素，随着接地电阻的变化，系统的控制保护动作顺序会发生变化，系统在不同接地电阻取值范围时将呈现出不同的过电压特性。

摘要：柔性低频输电系统交流海缆线路两侧为电力电子换流器，故障电流特性由换流器控制策略决定，与传统同步电源存在差别，导致传统电流差动保护存在不正确动作风险。为解决此问题，基于海上风电经柔性低频输电送出系统海缆线路的故障电流特性，对传统电流差动保护进行了动作性能分析，揭示了动作性能下降的原因，提出了一种基于交叉熵算法的新型纵联保护方案。该方案先对一侧电流采样值进行虚拟负电容补偿和相反数处理，再计算其与另一侧电流的交叉熵，根据交叉熵的变化判断区外和区内故障。硬件在环实验结果表明：该方案能在海缆发生各种类型故障时正确动作，抗高过渡电阻的能力强，同时对TA测量误差具备良好的耐受能力，可作为柔性低频输电海缆的主保护。

摘要：针对华东电网多种运行方式场景下暂态频率响应的特性，提出沿海风电场经交/直流并网的主动频率支撑的自同步电压源控制策略；在此基础上，通过基于PSCAD/EMTDC的华东电网电磁暂态等值模型，给出华东电网在不同新能源占比下的风电场电网支撑能力的要求，以及与常规同步机协同惯量响应的基本规则。仿真结果表明，华东电网在新能源占比高于30%后，风电的惯量响应对电网频率最低点的提升作用明显，随着沿海风电场群容量的快速增长，风电机组提供主动惯量支撑不可或缺；风电机组的虚拟惯性时间常数宜设置在风电机组的物理惯性时间常数附近，在需要参与系统一次调频时，应将风机变桨系统和同步机一次调频的控制进行协同优化才可避免由此产生的频率振荡。

摘要：电力传感网可以用于对电力网络的设备工作状态和工作环境等信息实时采集和获取，对于电力网络设施的实时监控与快速响应具有重要作用。针对系统在数据排队时延和丢包率上的特殊要求，提出了一种基于强化学习的电力传感网资源分配方案。在资源受限的情况下，通过资源分配算法来优化传感器节点的排队时延和丢包率，并将该优化问题建模为马尔可夫决策过程（Markov decision process，MDP），通过双深度Q网络（double deep Q-learning，DDQN）来对优化目标函数求解。仿真结果与数值分析表明，所提方案在收敛性、排队时延和丢包率等方面的性能均优于基准方案。

摘要：电力智能传感器及传感网安全研究处于起步阶段，资源受限及应用现场缺乏低压供电导致对安全开销极其敏感，用户侧广泛部署更易遭受侧信道等物理攻击，利用感知机理或数据处理算法发起的新型攻击日渐增多。针对上述问题，结合现场特点、业务特征、设备能力及行业现状，分析电力智能传感器及传感网安全需求，构建安全技术体系，归纳总结电力智能传感器具备特殊需求的感知安全、存储安全、轻量级加密、身份认证、代码安全和固件安全等技术研究现状，提出发展建议，为构建安全、可靠的能源电力数据基座提供支撑。

摘要：电力人员行为识别是电力系统安全运维的重要环节，现有的人员行为识别算法主要采用支持向量机和多层感知机进行行为分类，存在识别精度低、未考虑人体骨架之间交互关系、迁移性、通用性差等问题。针对上述问题，提出一种基于自注意力与交叉注意力机制的行为分类解码器，充分考虑了人体骨架之间的关联。其分类精度相比传统分类方法提升10%~20%，较深度学习多层感知机（multilayer perceptron，MLP）分类方法提升2%以上。该方法运用编码器-解码器架构的二阶段方法进行行为识别，使得解码器可以适用于任意姿态估计，网络后端具有很强的可扩展性。此外，采用分组解码的方式克服了注意力机制带来的二次方复杂度，使得该解码器可以扩展到更多行为类别，具有更好的普适性。该行为识别算法能够在基于变电站工作场景下的人员图像数据集验证中达到优异的识别效果，综合识别率达91.1%，验证了所提电力人员行为分类方法的有效性和适用性。

摘要：在考虑新能源不确定性和用户碳排放的基础上，提出一种考虑经济、清洁的冶炼企业储能多目标定容优化方法，建立储能双层优化模型，上层模型对已经或计划安装新能源的冶炼工业大用户进行储能配置优化，下层模型对储能时序出力进行优化。首先，基于风、光、储三者的充、放电特性，分别构建风、光出力的随机不确定模型和储能充放电模型；其次，建立冶炼行业碳排放核算模型，根据用户产量、电力负荷情况计算碳排总量及电力消耗产生的碳排量，给出对应的减碳策略；然后，基于潜在的碳排放成本，制定以经济效益最大、成本及碳排放总量最小为多目标，考虑系统安全运行约束下的企业储能最优容量；最后，以某炼铜企业为例，采用所提方法优化阶梯容量的风、光新能源接入下的储能容量，仿真结果验证了所提方法的有效性。

摘要：针对传统低碳调度方法中未充分挖掘用户侧碳减排潜力的问题，提出一种考虑碳流需求响应的电力系统低碳运行策略，以调整用户用电行为从而降低系统整体的碳排放量。首先，基于碳排流理论与负荷侧碳排放责任分摊方法，建立一种以碳势为信号的用户侧需求侧响应方法。其次，将碳排放成本纳入电力系统经济成本中，以电力系统总经济成本最小为目标，建立考虑碳流需求响应的电力系统低碳优化运行模型。最后，以IEEE 30节点系统进行仿真，验证了本文所提方法的有效性。

摘要：柔性资源通常聚合为虚拟电厂的形式参与电网调度。如何根据各类资源的特性，选择其最佳调度方案，改善电网调度运行稳定性是亟须解决的问题。首先考虑新能源发电、分布式储能、柔性负荷的响应特性，从响应时间、响应容量及日负荷波动率3方面分别建立各柔性资源通用的调频性能指标和调峰性能指标；其次，结合灰靶理论、客观赋权法和谱聚类法，将虚拟电厂内的柔性资源分成调频资源和调峰资源；最后，分别搭建调频型虚拟电厂聚合模型和调峰型虚拟电厂聚合模型并研究其聚合后的响应特性。算例仿真证明：聚合后虚拟电厂的响应时间与日负荷波动率均有所降低。调峰场景下优先利用调峰型虚拟电厂。当调峰型虚拟电厂不满足调峰需求时，调频虚拟电厂也参与调峰，以提高不同场景下的利用效率。

摘要：基于遥信数据的线性区段定位方法没有考虑通信时延和可靠性的影响，且仅适用于大电流故障和单重故障，对此，提出一种基于5G通信的有源配电网多点同步保护方案。首先，建立基于5G通信的区段定位通信架构，并分析其通信时延和可靠性。其次，在分析暂态零序电流方向分布特点的基础上，对开关函数重新进行定义，提出一种适用于小电流故障的逻辑关系定位模型。然后，采用左右逼近方法，将根据逻辑关系建立的开关函数线性化，最终使得线性化后的逻辑关系定位模型不仅适用于单重故障，而且适用于多重故障。最后，基于不同拓扑结构和5G通信的有源配电网算例对所提保护方案进行了验证，结果表明所提方案不仅能够实现多点同步保护，而且适用于小电流故障和多重故障。

摘要：数字孪生技术旨在打破虚实界墙，通过虚-实信息链接实现物理实体与虚拟空间的有机融合，模拟出物理实体的实时状态。安全稳定控制系统（简称安控系统）作为保证电网安全稳定运行的第二道防线，一旦发生故障将会给电网的运行造成严重危害。为此，提出一种基于数字孪生的在运安控系统故障诊断方法。首先，通过分析安控系统的一般运行策略和可能存在的故障环节，提出安控系统的数字孪生体系；其次，建立基于海洋捕食者算法优化支持向量机的安控系统故障诊断模型；最后，利用安控系统的运行数据构建样本数据集，验证了所提方法的有效性和正确性。

摘要：针对中压配电网缺少实时量测、伪量测精度较低以及现有的动态状态估计（dynamic state estimation，DSE）方法均采用恒定系统处理状态过程噪声的问题，提出了一种基于改进自适应无迹卡尔曼滤波（unscented kalman filter，UKF）算法的中压配电网鲁棒DSE方法。首先，利用中压配电网变压器低压侧的智能电表量测和变压器模型，推导出等效中压量测以增强中压配网量测冗余度；然后，借鉴信号处理技术对系统状态过程噪声的协方差矩阵实时更新并融入UKF算法，以减轻状态预测和量测滤波的不确定性；最后，基于15节点中压配电网进行仿真。仿真结果表明：所提方法能够有效地进行中压配电网的动态状态估计，获取更为精确的态势感知信息。

摘要：深度探索用户负荷可调节潜力是国家电力市场精细化发展的迫切需求。为有效感知电力用户负荷综合响应潜力，提出一种模糊粗糙环境下的混合评估模型。首先，从经济性、用户特性、负荷特性、信息特性等4个维度构建负荷响应潜力指标体系；其次，充分考虑评估中个体判断的模糊性和群体偏好的多样性，采用模糊粗糙数对个体语义评估信息进行处理和集结；然后，将模糊粗糙熵权法和逐步加权评估比率分析法（step-wise weight assessment ratio analysis，SWARA）相结合确定指标综合权重，并采用基于模糊粗糙数的改进多属性边界逼近区域比较法（multi-attributive border approximation area comparison，MABAC）计算电力用户针对属性函数的负荷响应潜力综合评估值，从而获取潜力排序结果；最后，以多个行业的电力用户负荷综合响应潜力评估为例，验证所提模型的有效性。

摘要：基于对保护测量回路误差状态进行准确评估能掌握保护装置运行情况并及时发现保护装置存在的隐患，提出一种基于改进欧氏距离（euclidean distance，ED）及云模型-BP神经网络（cloud model-back propagation neural metwork，CM-BPNN）算法的变电站保护测量回路误差状态评估方法。首先，对测量数据制定不同指标数据的归一化原则；其次，引入改进欧氏距离作为误差评估的启动判据，根据对保护动作性能的影响程度将误差状态进行等级划分并引入云模型计算二级指标的误差状态隶属度；最后，确定每一种误差状态对应的定位映射结果，完成BP神经网络模型的构建，再以此模型进行保护装置电流/电压未知误差状态的评估和定位。基于PSCAD软件搭建220 kV变电站模型，对所提方法的有效性进行验证。

摘要：高压直流线路合成电场测量准确性对电磁环境评价具有重要影响，直接关系到相关工程的环保验收。目前最常用的合成场测量设备是旋转场磨式测试仪，其传感器采用快速转动的动片结构和碳刷接触接地的方式，在高速旋转时间歇性接触使得碳刷接地不可靠，离子在动片上积累引起测点附近的电场和离子流分布改变，使得测量结果与实际电场差异较大。为了解决现有接地方式和旋转结构存在的缺陷，在借鉴场磨的测量原理和结构布置的基础上，设计了水平往复运动式的合成场测量防磨损振动传感机构，提出了屏蔽片和感应片的尺寸和布置方式，推导了合成电场与感应电流的正弦关系，绘制了感应信号调制波形，分析了合成场与离子流场幅值、相位关系，通过风速测量条件限值确定了旋转电机运动转速为4 800 r/min、振动频率80 Hz。研究结果表明：水平振动式结构静片接地消除了离子流的积累和畸变影响，微型滚珠导套连接可有效降低机械磨损，传感器具有良好的线性度，满足现场测量要求。

摘要：基于随机载波正弦脉冲宽度调制技术的原理，建立在随机载波正弦脉冲宽度调制下电压源变换器输出超高次谐波模型，研究载波频率随机性与超高次谐波幅值和相位随机性之间的关系。超高次谐波频谱分布更宽，且幅值近似服从正态分布特征，载波随机性导致超高次谐波相位随机性，并基本呈现均匀分布特征。利用此特征，研究载波未同步的变换器群发射超高次谐波的超高次谐波叠加相消原理，提出基于随机载波正弦脉冲宽度调制的变换器群超高次谐波抑制机理，以达到广泛频段内超高次谐波抑制的目的。仿真和实验结果表明，特定次超高次谐波幅值及相位特征符合理论分析，该超高次谐波抑制机理可行有效。

摘要：针对MMC-BESS技术实际工程应用问题，从调制、效率、子模块电容电压均衡及器件选型4个维度，为SOC均衡控制参数设计提供理论依据及操作性强的实用设计步骤和方法，并提出了控制参数分段的桥臂内子模块间SOC均衡控制方法，用于提高SOC均衡控制速度，以拟建的示范工程为示例，进行控制参数设计，并通过仿真验证控制参数设计的合理性及分段控制参数加速SOC均衡控制的有效性。

摘要：俄乌冲突给欧洲能源供需格局带来深刻变革，英国电网2022年冬季的电力供应安全受到严峻挑战。英国电网在冬季来临之前，已对极端情况予以充分考虑，其中包括一次能源供给受阻叠加欧洲大陆电力支援能力不确定等情况，有针对性地提出了应对措施，并在每年定期的迎峰度冬报告中向社会发布，取得了积极成效。从中国源网分开经营、电力体制机制逐渐成熟、区域性供需结构矛盾不时发生的实际情况看，这种基于电网企业对能源电力供给极端情况的分析十分必要，在极端情景的分析范式、应急资源的充分储备、公共信息的及时发布方面，能够为中国新型电力系统建设下的电力保供工作提供充分借鉴。建议源网荷各方市场主体与政府部门协同发力，在电力系统极端情况运行模拟、需求响应资源准备和信息透明化建设方面取得更进一步的成效。

摘要：在长时间尺度下，内部技术革新、外部环境影响使得综合能源系统的运行场景日益复杂。立足区域能源资源的经济优化配置，兼顾碳减排要求，提出考虑中长期碳减排约束的综合能源系统多阶段动态规划模型。模型可预设灵活的阶段划分规则和不同的碳减排模式，以规划周期内区域整体供能成本最低为目标，采用混合整数线性规划方法进行求解，得到最优设备配置方案。同时，引入学习曲线模型预估规划期内设备成本变化趋势，并考虑氢能、碳交易等新兴碳减排手段。针对典型算例的仿真结果表明：规划阶段划分数的增加可实现更有效的供需动态匹配，系统经济性和减排效果均得到有效提升。同时，不同碳减排约束模式将导致差异化的碳排放路径，需要结合区域减碳目标进行减排约束的合理设置。

摘要：混合光伏-热电（centralized hybrid photovoltaic thermoelectric generator，PV-TEG）系统在部分遮蔽（partial shading condition，PSC）条件下呈现多个局部最大功率点（local maximum power point，LMPP）。采用多元宇宙优化算法（multi-verse optimization，MVO），用于PV-TEG系统在PSC下的最大功率点跟踪（maximum power point tracking，MPPT）。MVO通过平衡全局搜索和局部搜索，有效识别多个LMPPs中唯一的全局最大功率点（global maximum power point，GMPP），避免搜索结果陷入LMPP，以提高发电效率和能源利用率。5个算例的仿真结果表明：基于MVO的MPPT可以在更短的时间内收集到更高的功率，实现功率波动最小。

摘要：分布式可再生能源的发展使得用户逐步转变为产消者，能源社区协调本地能源分配，允许用户交易能源，为能源系统的提效降本提供了新方向。目前能源社区研究或聚焦于探索综合能源为住宅用户供能但未考虑用户间能源交易，或聚焦于用户间的能源交易但未考虑满足多种能源需求。提出一种计及能源社区产消者的综合能源优化方法，将综合能源服务商和用户作为不同利益主体，基于投标响应机制构建能源社区交易模型，以经济性最优为目标探索综合能源系统的最优设计与运行方案。案例表明，用户通过能源交易机制可有效转移负荷、降低用能成本且在交易中获益。同时，能源社区内产消者的能量交易和协调可降低对上层能源系统的依赖，减小本地可再生能源对上层能源系统的冲击。

摘要：借助大数据分析方法及湿法脱硫工艺运行经验，将脱硫运行中无法实时监测和评价的脱硫浆液品质、喷淋层堵塞概率、喷淋层漏液概率、脱硫浆液石膏过饱和度等关键参数进行指标量化，并提供具体的定性评判规则，更好地判断及指导燃煤电厂湿法脱硫的安全运行。将所构建的量化模型应用至华北地区某1000 MW机组的湿法脱硫系统，当出现影响脱硫浆液品质的运行操作时，比如更换石灰石、脱硫浆液置换等，脱硫浆液品质指标计算值可定量反映脱硫浆液品质的变化；喷淋层堵塞概率值及喷淋层漏液概率值与检修时喷淋层运行状态相符；机组脱硫浆液石膏过饱和度值长期维持在1.10左右并没有结垢风险，与检修时脱硫塔内部过滤网面及内壁无明显垢物相符。

摘要：电站锅炉尾部烟气经湿法脱硫塔洗涤净化后达到湿饱和状态，直接排放会导致严重的水资源损失。以直接喷淋法烟气水分回收系统为研究对象，探讨了含湿饱和烟气特征参数，构建了集烟气脱硫、水分回收及深度减排的一体化装置，分析了烟气水分回收系统的运行性能及对污染物的深度减排效果。结果表明：饱和烟气含湿量随烟气温度变化较大，烟气温度越高对应的饱和含湿量越高；烟气冷凝水回收量受冷源介质影响较为明显，一体化装置烟气水分理论回收速率由烟气进出口含湿量与流量决定，实际回收速率高达453.62 t/天，实际回收效率最高为26.44%；同时该装置实现对烟尘排放质量浓度降低66%~80%、SO2排放质量浓度降低50%~60%。研究结果为烟气水分高效回收利用提供了工程借鉴与指导。

摘要：分布式能源虽广泛存在，但单体容量小，导致其无法直接参与市场的能源交易。为此，提出了一种含多分布式能源聚合商的本地电力市场最优能源交易策略。首先，零散的分布式能源以多个聚合商的形式参与本地电力市场的能源交易，配电系统运营商作为系统所有者参与本地电力市场和上级电力批发市场的能源交易；其次，建立一个含多分布式能源聚合商的本地电力市场最优能源交易双层模型；最后，利用Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件、强对偶理论以及大M法等将该模型转换为单层模型进行求解。算例仿真结果表明，所提模型可以有效促进分布式能源参与电力市场能源交易，并提高系统运行经济性。

摘要：绿色低碳的生产方式和生活方式事关生态文明建设的成败，党的二十大提出“推动形成绿色低碳的生产方式和生活方式”。围绕如何认知和构建绿色低碳的生产方式和生活方式问题，提出了绿色低碳的生产方式和生活方式的认知体系，以问题为导向，立足能源、经济、社会分别提出了能源电力促进终端绿色用能的典型场景和典型模式、基于产业链绿色成本传导分摊的绿色成本疏导机制、基于马斯洛需求层次模型的绿色行为培养机制，全面支撑绿色低碳的生产方式和生活方式的形成。

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