随着极端天气频发，温度敏感负荷用电逐年攀升，温度敏感负荷作为虚拟电厂优质的调控资源，亟须分析气象变化对于此类负荷的影响，由于叠加极端高温、大规模寒潮等异常天气的影响，温度敏感负荷波动剧烈，常规分析预测方法难以适应极端气象场景。针对寒潮天气下温度敏感负荷样本数据及预测精度不足的问题，提出寒潮天气小样本条件下的温度敏感负荷日最大负荷预测方法。该方法先采用时序对抗生成网络（TimeGAN）扩充寒潮期间小样本数据，再采用卷积-长短时记忆神经网络（CNN-LSTM）对寒潮期间的日最大负荷进行预测。以国内某省近两年迎峰度冬期间数据进行模型验证，结果表明所提模型优于其他模型的预测结果，在验证集上日最大负荷的预测精度为99.5%。

中国正在推进能源结构清洁化转型。如何通过市场建设促进新能源高比例消纳是能源结构调整重点关注的问题。国外电力市场在支撑能源转型方面具有较为丰富的可借鉴经验，以德国电力市场为借鉴对象，对比总结其促进新能源消纳的过程和成效，可为内蒙古电力市场建设提供有益参考。首先分析对比内蒙古自治区与德国在能源供给和消费总量、新能源装机和消纳方面的水平差距；其次介绍德国电价体系和电力市场体系，并通过参考因素的平均绝对误差指标对德国电力市场在适应高比例新能源方面的运行成果进行深度分析；最后总结德国电力市场建设在政策与市场衔接、跨国大市场建设和区域自平衡机制等方面的经验，并提出适应内蒙古电力市场建设的建议。

针对配电网在电压过零点和高阻故障时刻选线不准确的问题，提出一种适用于谐振接地系统单相接地故障的选线新方法，利用优化后的变分模态分解对各馈线零序功率进行处理，遴选出与原始零序功率相关强度最高的本征模态函数IMF(k)，将IMF(k)转换为JPG格式的二维图像，再利用Hough变换检测技术，得到故障起始阶段IMF(k)的拟合直线及夹角；对各支路模态量拟合直线夹角进行比对处理，将最小综合相关系数值对应的馈线确定为故障馈线；仿真结果表明：该方法不受接地电阻、故障相角、噪声干扰、数据缺失等因素的影响，验证了所提方法的有效性。

煤电改造升级是提升煤电机组清洁高效灵活性水平、适应煤电向基础保障性和系统调节性电源并重转型的重要手段之一。通过分析中国煤电机组改造升级现状、改造效果，探讨了改造升级过程中存在的主要问题，并提出了促进煤电改造升级的措施方式，对煤电改造升级工作进行了展望。研究发现：煤电的节能降碳改造中，改造机组在额定工况下的供电煤耗平均可降低约5 g/(kW·h)；煤电的灵活性改造中，改造机组最小出力由改造前的约42%额定负荷降低至约额定负荷的29%；煤电的供热改造中，改造机组的供热量可增加约56%。煤电改造过程中存在负荷率与供电煤耗、投入与收益、技术选择、可靠性等多方面协同问题，从运行、技术、政策等角度提出了推动煤电改造升级的措施建议，为煤电改造升级的有序推动提供参考。

为进一步提高园区综合能源系统的可再生能源消纳率以及系统的低碳性和经济性，提出了一种考虑绿证-碳交易机制和热电联产机组热电灵活响应的园区综合能源系统低碳经济调度策略。首先，通过绿色证书交易模型和阶梯式碳交易模型构建绿证-碳交易机制，旨在提高系统可再生能源消纳水平并降低系统碳排放量；其次，将有机朗肯循环引入系统，与传统的热电联产机组和电锅炉构建热电联产机组热电灵活响应模型，从而优化系统运行并为绿证-碳交易机制提供更大发挥空间；最后，以系统总成本最小为目标，构建考虑绿证-碳交易机制和热电联产机组热电灵活响应的园区综合能源系统优化模型。算例结果表明，该策略可提高系统的可再生能源消纳率，降低系统碳排放量和总成本。

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。

为了促进多能耦合互补和实现可再生能源就地消纳，综合能源系统已成为多领域的研究热点。考虑到能源设备及网络的多样性、复杂性以及多种能源时间尺度的差异性，根据能量平衡原理，对系统内具有可调特性的源、网、荷进行储能化建模，并构成虚拟储能系统参与到综合能源系统的优化调度中。为了准确把握虚拟储能的研究重点，首先介绍了虚拟储能的定义、逻辑架构和技术内涵；其次针对综合能源系统源、网、荷端设备或网络，总结和归纳了4种虚拟储能建模方法和特性指标；然后重点分析了虚拟储能在4种典型场景的具体应用；最后展望了虚拟储能未来的发展方向。

针对分布式光伏在配电网中的高比例接入带来的电压越限和波动问题，提出了一种基于多智能体安全深度强化学习的电压控制方法。将含光伏的电压控制建模为分布式部分可观马尔可夫决策过程。在深度策略网络中引入安全层进行智能体设计，同时在智能体奖励函数定义时，使用基于传统优化模型电压约束的电压屏障函数。在IEEE 33节点算例上的测试结果表明：所提方法在光伏高渗透率场景下可生成符合安全约束的电压控制策略，可用于在线辅助调度员进行实时决策。

传统光伏功率区间预测依赖特定概率分布假设，而实际光伏功率分布存在异方差性，导致预设概率分布与实际往往并不一致，影响区间预测的准确性及置信度。对此，提出了一种基于时序分解与共形分位数回归的超短期光伏功率区间预测方法。首先，基于NeuralProphet时序分解框架将光伏功率序列建模为趋势分量、周期分量、自回归分量3类线性可加子序列之和。然后，采用分段线性模型、傅里叶级数分解模型、AR-Net模型分别对3类子序列进行拟合建模，通过傅里叶级数分解模型强化对光伏日周期性与季节周期性的拟合能力。最后，通过计算共形分数量化模型预测结果的不确定性，进一步基于共形分数确定预测值的分位数区间，整个过程无须预设概率分布，并可实现对预测区间宽度的动态调整。算例表明，在确定性光伏功率预测方面，所提方法优于TimesNet、Informer等基于Transformer的先进算法，且日周期与季节周期成分的引入进一步降低了11.65%的预测误差；在区间预测方面，所提方法在预测区间覆盖率、标准化区间宽度、区间覆盖宽度等指标上均优于传统分位数回归算法。

可再生能源和负荷的波动性、不确定性等给综合能源系统（integrated energy system，IES）的安全灵活运行带来了极大挑战。为提高IES灵活调节能力与可再生能源消纳水平，提出一种计及灵活性资源的IES源荷协调优化调度方法。针对系统内运行灵活性需求，精细刻画各类资源灵活性能力，源侧根据电氢耦合单元运行特性构建热电联产机组（combined heating and power，CHP）和氢燃料电池（hydrogen fuel cell，HFC）联合运行模型，荷侧考虑综合需求响应的灵活性供给能力，建立系统综合灵活性供给模型。根据不同时刻运行灵活性不足问题分成2种调度模式，构建基于IES灵活性约束的优化调度模型，并进行仿真分析。仿真结果表明，所提出的优化调度方法能够有效提高IES灵活调节能力和可再生能源消纳水平。

在“云边协同+物联网”的背景下，为给虚拟电厂动态性能量化分析评估提供全面的资源结构基础和系统化的调控框架，在对现有和潜在虚拟电厂规模化灵活资源进行调研梳理和系统分析基础上，结合资源电网接入体系和电网可控性进行研究，形成了融合3类路径、适应多场景多情形的系统化虚拟电厂规模化灵活资源聚合调控框架。同时，依据该框架提出云边协同+物联网的虚拟电厂动态性能量化分析评估系统架构研究参考原则，探讨了虚拟电厂相关机制体制研究方向。

围绕数字配电网边缘计算实验平台建设问题，构建了数字配电网边缘计算模拟平台的三层式架构，设计了模拟实验平台各物理环节功能以及通信环境。针对边缘计算软硬件平台核心技术问题，围绕配电网运行控制需求提出了具体可行的模拟实验解决方案。以边缘侧就地电压控制为例，基于实验平台各个环节构建运行场景，验证了平台的功能可行性和有效性。

天然气发电具有排放低、效率高、调节灵活等优势，是“双碳”目标下构建新型电力系统的重要组成和有效电源，但中国天然气发电发展存在气源保障程度不高、燃料成本较高、关键核心技术受限等问题，当前，各方对“双碳”进程中天然气发电发展问题仍有争议，亟待统一认识，明确发展定位和方向。将天然气发电与新能源发电的融合发展纳入电力系统整体规划考虑，采用自主开发的碳达峰、碳中和电力规划软件包进行优化分析，以电力行业零碳为目标构建电力低碳转型情景，研判了碳中和目标下天然气发电未来发展规模与布局，并就影响天然气发电未来规模的不确定性因素展开了敏感性分析。依托模型测算结果，建立评估气电在新型电力系统中功能作用的量化指标，分析未来天然气发电在清洁电量供应、电力平衡、调峰平衡中的功能作用。天然气发电未来仍须适度发展，新增布局仍主要集中在东南沿海，中西部逐渐增加，未来重点须加强天然气产运储销统筹协调、完善天然气和气电价格机制、加快攻关核心技术，切实发挥天然气发电在新型电力系统构建过程中的积极作用。

由于碳市场与电力市场交易的时序差异，电力市场与碳市场耦合模型的建模和仿真面临准确度不足的问题。通过对实际工况的分析发现，火电机组碳排放强度随机组负荷率而波动，为电碳市场实时耦合和精确化建模提供了研究基础。为此，建立了考虑差异化动态碳排放特性的多发电企业博弈的电力市场和碳市场双层均衡仿真模型，其中上层为发电企业决策模型，下层为电力市场和碳市场交易模型，并提出了一种结合其他行业互动的低碳优化机制，以进一步增强电力市场的协同效应。为求解该模型，提出了一种基于马尔科夫决策迭代的协同优化算法。基于IEEE 39节点的算例分析表明，动态碳排放强度模型能够体现电碳市场的实时耦合，在电碳市场中采用低碳优化机制使系统进一步降低5.42%的碳排放量，使其他行业经济流入电力行业4.79万元，提高了电力市场的经济效益和环境效益。

近年来，电网调控领域智能化发展趋势明显，但由于人工智能（artificial intelligence，AI）技术本身的黑盒性质，正确性和可靠性验证问题日渐重要，能够支持各种不同人工智能模型验证的复用性支持平台尤为重要。通过对验证需求和问题的分析，提出一种包含基础设施、平台服务和应用服务的3层验证平台架构，分析了该架构下AI模型验证的运行模式，开展了案例和样本复用、容器化和镜像、多框架和算法集成等关键技术研究，并进行了开发和实施。该平台实现了算力和数据资源的统一管理和复用、兼容支持多种不同AI框架和算法库、验证场景的动态生成等，为后续调控领域人工智能技术推广应用奠定了基础。

风电机组叶片在运行时除了承受气动力作用外，还承受重力、离心力等其他力的影响，再加上雨雪、沙尘、盐雾侵蚀、雷击等破坏，使叶片基体及表面容易受到损伤，这些损伤如未及时发现与维修会导致风电机组发电效率下降、停机，甚至发生损毁等事故。因此，风电机组叶片损伤检测对保障风电机组安全高效运行、降低风电机组寿命周期内发电成本有重大意义。结合国内外相关文献，综述了风电机组叶片损伤类型及产生原因，对现有风电机组叶片损伤检测技术进行了系统介绍，对这些技术进行了实时在线监测与非实时检测分类，对比了各监测/检测技术的优缺点。最后根据风电机组的实际工程应用及无损检测技术的发展，提出了风电机组叶片无损监测/检测技术未来发展趋势。

电力行业碳排放占能源领域碳排放40%以上，是能源领域减排的主战场。在全社会实现2030年前碳达峰背景下，电力行业碳达峰的时间关系着终端各个部门以及全社会碳达峰。首先，分析了已经实现碳达峰国家电力行业与全社会及其他行业碳达峰时间先后关系；其次，理论推导了电力行业碳达峰需要满足的条件以及不同情景下非化石能源发电量占比要求；最后，量化评估了电能替代对终端用能部门和全社会的碳减排影响。研究表明，电力生产碳强度下降率是决定电力行业碳达峰的重要约束条件，在2030年发电量为13万亿kW·h的基准情景下，非化石能源发电量占比需要达到56.3%，意味着2023—2030年每年新增风光装机容量2.4亿kW以上，电力行业可以在2030年实现碳达峰；电能替代促进全社会碳减排受电力生产非化石能源发电量占比影响，只有非化石能源发电量占比超过一定临界值，终端用能部门和全社会才能实现同步碳减排。

科学革命的本质是范式转换，将此基本科学哲学观点应用于能源革命，“碳达峰、碳中和”目标下，能源革命的本质是发展范式的转换，即由从低能量密度向高能量密度转型升级的范式，由低环保向高环保的能源利用范式转换。在能源发展范式转换下，传统电力系统将逐渐呈现高比例新能源电力系统特征，系统面临经济性、安全稳定水平、充裕度下降，发展空间受限等危机，且原有电源集约化、电网等级高压化、同步电网扩大化规则构成的规模化发展范式无法化解危机。原有范式失效，规则逐渐松弛，分布式电源、微电网、大容量储能等发展要素驱动下的技术创新模式的转变将会引导建立新的发展范式，新的发展范式下建立的电力系统即为新型电力系统。

大规模新能源经柔性直流输电（以下简称“柔直”）送出系统已成为中国新型电力系统中的典型场景，然而新能源场站与柔直换流器之间的交流输电线路两侧均为电力电子装置，短路电流受到不同换流器控制策略影响导致波形畸变严重，使得传统纵联保护灵敏度降低，拒动风险增大。提出了计及控保协同的自适应电流差动保护方法。以柔直换流器故障穿越策略为基础，分析了故障时两侧的故障电流特征，并将换流器控制参考值与保护判据相结合，构建了控制与保护协同的自适应保护判据。基于PSCAD搭建新能源经柔直送出系统的模型，仿真结果表明：所提保护可快速识别故障区间内不同类型故障，与传统差动保护原理相比，灵敏度提高了两到三倍，满足新型电力系统安全稳定运行对保护灵敏性与可靠性的需求。

基于“碳达峰、碳中和”背景，有效结合碳交易和绿证交易机制，挖掘需求侧资源，有助于实现综合能源系统低碳经济发展。为此，提出了计及灵活需求响应和阶梯碳-绿证联合交易的综合能源系统低碳优化调度策略。首先，在源侧引入含有机朗肯循环的余热发电环节，解耦热电联产“以热定电”约束，并在荷侧引入综合需求响应模型，构建了源荷协调的灵活需求响应模型。其次，研究碳交易和绿证交易机制原理，分析两者之间的相关性，构建了阶梯碳-绿证联合交易机制。最后，综合考虑系统经济性和低碳性，以总成本最低为目标，构建了日前低碳经济优化模型。算例仿真表明，考虑阶梯碳-绿证联合交易机制后系统总成本和碳排放量分别下降了13.37%和11.44%，并且相比传统需求响应模型，考虑所提的灵活需求响应模型后系统总成本和碳排放量分别下降了3.87%和2.85%，有效实现了系统经济、灵活和低碳运行。

电力平均排放因子是用来测算间接碳排放量的重要参数，广泛应用于区域、行业、企业等不同主体的碳核算。由于中国区域级电力平均排放因子差异性较大，采用全国、区域、省级等不同层级排放因子对行业企业间接碳核算将产生较大影响，直接关乎省级“双碳”指标考核、高耗能产品出口碳关税以及国内碳市场履约成本等。以电解铝行业为例，测算分析了电力平均排放因子选择对高耗能行业产品碳核算结果及行业碳履约成本的影响。研究结果表明，电力平均排放因子的选择需要结合核算主体的应用场景因地制宜。从促进企业节能减排以及发展公平性考虑，全国碳排放权交易市场下各行业间接排放核算应统一采用全国电力平均排放因子，区域温室气体清单编制应优先采用省级电网对应的电力平均排放因子。

针对气电综合能源系统低碳调度问题，气网混氢、碳捕集、电转气均是有效的技术手段，同时碳交易机制也是控制碳排放的有效经济手段。因此，本文构建了含富液罐和贫液罐的碳捕集电厂模型，结合电转甲烷技术模型，灵活回收利用系统中的CO₂；同时，构建了气网混氢技术模型提高能效，并考虑气网混氢时节点热值变化约束，以奖励式碳交易成本和运行成本之和为目标函数；最后基于改进的比利时20节点天然气系统和IEEE 39节点电力系统模型开展算例测试，结果显示综合考虑碳捕集、气网混氢和奖励式碳交易机制能提高系统低碳经济调度水平，同时调节碳价和奖励系数能灵活调节系统碳排放水平。