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2019年 第52卷 第10期    刊出日期：2019-10-05

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泛在电力物联网——信息与通信安全防护

特定攻击场景下源网荷系统恶意攻击关联分析方法

章锐, 费稼轩, 石聪聪, 张小建, 黄秀丽, 王琦

2019, 52(10):  1-10.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201808093

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充分利用网络信息与电气侧信息，提高恶意攻击事件识别的自适应能力和自动化程度是电网应对网络安全威胁的关键。提出了特定攻击场景下源网荷系统恶意攻击关联分析方法，首先，构建基于属性的多源事件融合模型，对信息侧与电气侧异常事件进行多源数据融合处理。其次，基于神经网络模型对融合后的事件进行训练，按照攻击场景分类。再次，结合电气侧异常事件，对遗传算法的初始化方案、选择算子、交叉遗传概率进行改进，基于分类结果，自动生成针对不同攻击场景的关联规则。接下来，通过时序、业务逻辑以及IP分类逐步减少待匹配事件数量，基于向量计算提高事件匹配速度，提出基于时序与业务逻辑的关联匹配算法，实现关联规则的高速匹配。最后，在源网荷仿真实验系统上验证了方法的有效性及适用性。该方法综合利用信息侧与电气侧异常事件，进一步提高对网络攻击的辨识精度，自动完成事件的分类和关联规则的生成，具有较大的工程应用价值。

能源互联网环境下分布式能源站的信息安全防护

彭道刚, 卫涛, 姚峻, 张凯, 夏飞

2019, 52(10):  11-17,25.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201807085

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能源互联网中分布式能源站的建设引入网络信息技术和标准数据传输通信协议，也将导致其面临信息安全威胁和风险。信息安全是保证能源互联网环境下分布式能源站发展的重要基石，建设安全的分布式能源站是能源互联网发展的必然趋势。从能源电力系统面临的信息安全威胁角度出发，设计了能源互联网环境下分布式能源站的体系架构，分析了分布式能源站信息安全防护对策，并通过构建的分布式能源站平台进行信息安全防护配置和应用实施分析，为分布式能源站的信息安全提供保障。

基于SM9的配电网Modbus报文安全性分析及改进

邱帆, 陈兰兰, 林楠, 左黎明

2019, 52(10):  18-25.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201811094

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为了确保智能配电网系统中信息的安全，越来越多的密码算法被应用在通信工程中。针对基于SM2的配电网Modbus报文安全性研究，指出其易受重放攻击和篡改攻击，并有几处描述错误。为改进基于SM2的方法，提出了一种适用于Modbus TCP（transmission control protocol）报文的基于国密算法SM9标识算法的协议。首先介绍了SM9数字签名过程，进而将其应用到Modbus TCP报文通信中，并加入时戳机制，对改进的协议进行了安全性分析。最后，采用C语言实现签名方案，并与几种签名方案进行效率比较。结果表明：改进后的协议不仅可以抵抗重放攻击和消息篡改攻击，保证报文通信过程中的数据完整性和来源可靠性，而且在运行效率方面具有较强的优势。

变电站内传输IEC 62351通信密钥的加密传输方法

方芳, 李广华, 汪冬辉, 宣晓华

2019, 52(10):  26-30,122.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201811056

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随着智能变电站信息化水平的提高，通信系统的网络安全问题日益凸显。而以认证加密为核心的网络安全解决方案，如IEC62351标准，需要借助特定的安全传输通道来传输应用密钥。提出了一种在对称加密下实现通信密钥自动协商的方法来构造应用密钥的安全传输通道。该方法以高级加密标准算法及对称密钥组为基础，通过初始密钥结合随机数验证的方式实现了通信密钥的协商机制。协商后的通信密钥具有随机性特征，解决了传统对称加密所有通信使用同一密钥可能带来的安全风险问题。还在防重放、加密强度、抵御密钥失窃攻击等方面进行了技术分析。该方法具有很好的安全性，易用性，可为智能变电站网络安全系统的密钥传输提供借鉴。

基于区块链的含安全约束分布式电力交易方法

杨选忠, 张浙波, 赵申轶, 靳晓凌, 白翠粉, 张冉

2019, 52(10):  31-39.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201811048

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随着电力体制改革的深化及分布式能源渗透率的提高，分布式能源在发电侧售电侧的有效配置面临着机遇和挑战，传统的集中式电力交易模式存在维护成本高、处理效率低、资金结算不及时等缺点，无法适应高频小额的分布式能源交易场景。首先，回顾区块链技术发展历程，深度探究区块链技术相关理论，同时结合对分布式能源发展状况的分析，总结了建设分布式能源交易市场的若干要求；然后，构建考虑安全约束的分布式电力交易的机制与模型；最后，提出基于区块链的分布式电力交易方法，确保交易的公开透明、信息对称，并设计分布式电力多边交易的智能合约。通过以太坊区块链的算例表明，所提出的分布式电力交易方法可实现潮流的越限修正、电力的多边交易，便于电力能源的数字化管理。

电网

基于频谱分析的±800 kV换流站噪声特性

韩钰, 樊超, 王广克, 何强

2019, 52(10):  40-44,177.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201806010

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因环境治理要求，开展对特高压换流站的噪声特性研究。通过采集±800 kV换流站户外换流变压器的风机空气动力噪声、平波电抗器的电磁噪声、交/直流滤波器场的电磁噪声的声压信号，分析了负载条件下各位置噪声声压信号的频谱特性，给出各噪声信号的低频段及A声级噪声值。测试结果表明，换流站噪声覆盖低、中、高频段，各类噪声频谱特征较为类似；低频段能量占噪声总能量的比率更大，同一测试条件下风机的低频噪声值远高于其他换流站户外设备。

电容均压三相四开关整流器多矢量模型预测控制

章宝歌, 马伟杰

2019, 52(10):  45-53,99.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201809027

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三相四开关整流器因其交流侧某一相直接连接在直流侧两电容中性点之间，存在着电容电压不平衡问题。为了保证电容电压平衡，且进一步提高三相四开关整流器控制系统的稳态性能，提出了一种电容均压的多矢量模型预测控制（multi-vector model predictive control，MVMPC）策略。针对三相四开关整流器无零矢量问题，建立等效零矢量模型；为保证直流电压的稳定，采用参考功率补偿策略来平衡直流侧电容电压；多矢量模型预测控制方面，每个采样周期选取两个基本电压矢量和一个等效零矢量，这使得等效合成矢量方向幅值均可调，扩大了等效合成矢量的作用范围，提高了系统的控制精度。仿真结果表明，电容均压多矢量模型预测控制策略能使三相四开关整流器可靠稳定地运行，对功率、网侧电流、直流侧电容电压等有着良好的控制效果；与传统的模型预测控制策略（conventional model predictive control，CMPC）相比，所提控制策略具有更小的功率脉动以及更低的电流谐波含量，且开关频率恒定，谐波电流分布规律。

电力需求侧管理政策激励过程的动态演化博弈分析

宋宗耘, 张健, 郑泽东, 肖鑫利, 贺元康

2019, 52(10):  54-64.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201809029

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电力需求侧管理（power demand-side management，DSM）具有优化电力资源配置、促进节能减排、移峰填谷、促进可再生能源发展等优点。但在当前电力市场环境下，DSM项目实施过程中项目成本与项目收益具有严重的“不同一性”，对电网企业和电力用户实施DSM项目和接受DSM服务存在一定的抑制作用。同时，电力需求侧管理体系中的政府、电网企业、电力用户三方主体利益出发点不同，必然会存在激烈的博弈。为了确切地分析电力需求侧管理体系各主体之间博弈行为，着眼于电力需求侧管理政策运行环境，采用动态演化博弈模型分析电力需求侧管理过程中政府−；电网企业、政府−；电力用户之间的博弈行为，优化设计电力需求侧管理政策激励措施，消除DSM对电网企业和电力用户投资的抑制作用，促进电力需求侧管理的深化发展。

500 kV UPFC适用场景的量化评估方法和选点方案

申旭辉, 刘建坤, 高雯曼, 张鑫, 周前

2019, 52(10):  65-71,78.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201809038

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为解决实际电网规划中UPFC示范工程在超高压层面的布点选择与实施问题，首先基于现有工程经验总结提出UPFC的配置原则；之后研究了UPFC“单位容量调控比例系数”概念，即UPFC控制效果与自身容量的比值，并根据可靠性成本/效益分析，对单位容量调控比例系数进行标准化处理；继而综合得出UPFC布点在技术层面的比较方法，同时给出安装地点选择方法的流程；最后针对UPFC在不同场景的应用，提出了相应的系统级控制策略。应用方案研究中，利用2~3年滚动计算数据，在全国范围内选出12处UPFC的安装地点，通过初步比选和仿真分析，发现UPFC在锦苏直流落点近区输电断面、鄂东江南—江北断面两处地点具有较好的调节能力优势。所提方法切实可行，对超高压层面UPFC布点的筛选和示范工程的实施有一定的指导意义。

上海蕴藻浜UPFC工程计算机监控及控制保护系统架构

崔虎宝, 陈国富, 马明媛, 徐博

2019, 52(10):  72-78.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201807010

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计算机监控系统及控制保护系统的技术水平、架构方式、可靠性与UPFC装置的安全稳定与经济运行紧密相关。上海蕴藻浜UPFC工程计算机监控及控制保护系统是在常规交流变电站基础上借鉴智能变电站经验演化而来的架构，包括设备组成、网络架构、通信规约等。它既具有常规变电站监控系统便宜、可靠的特点，又兼容接入光纤电流互感器，实现UPFC装置对潮流控制功能和自我保护功能。蕴藻浜UPFC工程监控系统的架构方式、顺控操作及其使用经验，可供其他UPFC或FACTS工程借鉴。

考虑现场校验的智能电能表可靠性分析与改进

解进军, 周文斌, 刘士峰, 蒋紫娟, 靳阳, 赵磊

2019, 52(10):  79-84.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201812099

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为解决智能电能表运行8年到期轮换的问题，列举并分析了3种可行的电能表轮换方案。随着智能电能表生产水平的提高，针对采用现场校验方式延长电能表轮换周期的方案，考虑不同地域的气候因素和电能表现场校验结果的影响，对基于威布尔分布分析电能表运行寿命的过程进行修正，通过理论计算与实际情况对比验证该方法可行，为电能表轮换周期的延长提供理论依据。

具有指数收敛速度的电力系统全分布式潮流算法

高长征, 阎博, 王佳蕊, 常学飞, 孙玥

2019, 52(10):  85-91.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201809085

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为了满足互联电力系统潮流计算对数据隐私的需求，提出了一种全分布式潮流算法。该方法由内环迭代与外环迭代组成，外环迭代基于牛顿-拉夫逊法计算雅可比矩阵，内环迭代采用全分布式算法在互联电网各分区分别求解各自的潮流修正方程。该方法不需要协调层对分布式计算进行分解协调，各分区仅需要与邻居分区交换潮流方程修正量的信息，外环迭代收敛特性与全局潮流相同，内环迭代保证收敛且具有指数收敛速度。通过IEEE39节点和118节点算例的测试表明，该方法具有较高的收敛性，适合于没有协调层的分布式潮流计算。

架空输电线路涉鸟故障分析与防范

李帆, 李阳林, 张宇, 况燕军, 胡京, 邹建章, 饶斌斌, 周龙武

2019, 52(10):  92-99.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201805079

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根据国内近几年的统计数据表明，涉鸟故障造成的输电线路跳闸次数已超过总数的10%，鸟类活动已经成为仅次于雷击、外力破坏的第三大输电线路跳闸原因。对架空输电线路涉鸟故障相关鸟种和习性进行了研究分析，确认不同涉鸟故障类型及其鸟种和区域分布情况。根据涉鸟故障的统计分析，发现涉鸟故障主要发生在3—7月的农田或邻近水源低海拔地区。同时，涉鸟故障发生的概率还与杆塔的结构型式、排列方式和相别有关。在对涉鸟故障试验研究和仿真计算的基础上，得到了不同电压等级下不同涉鸟故障的防护范围，并对比不同防鸟装置的性能和优缺点，提出了合理的防治措施。

光纤复合架空地线温度场仿真计算

章李烽, 李晓华, 赵文彬

2019, 52(10):  100-107.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201812143

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光纤复合架空地线（OPGW）在高压输电线路中得到了广泛应用。为了研究光纤复合架空地线在稳态、雷击等情况下的温度场变化，利用有限元软件，根据流体力学、传热学建立磁场、流体场以及温度场的多物理场耦合仿真模型，分析不同结构的光纤复合架空地线在稳态下的温度场分布，通过对比传统工程算法，来验证温度场分布的准确性。在此基础上提出利用山火对OPGW温度场的影响来实现一定范围内对山火的监控方法。最后针对雷击下的温度场分布情况及雷击高温危害进行了分析。

新能源

光伏发电直流接入与消纳的方案设计和工程实践

杨朝翔, 李红建, 陈蕾, 陈翔宇

2019, 52(10):  108-114.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201812014

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随着柔性直流技术的发展，配电网领域源-网-荷的构建方式更加丰富，可实现集中式光伏直流并网、数据中心直流供电等新型电网模式。依托张北交直流配电网及柔性变电站示范工程，介绍光伏发电站直流并网方案以及工程实施途径，同时，设计了数据中心直流供电的接线方式，计算了供电可靠性。在此基础上，对比直流配电网和传统交流配电网，从电能传输效率、供电可靠性、电能质量等方面体现了直流配电网的优势。示范工程实现了光伏发电直流接入与消纳，设计成果和实践经验可为同类工程提供参考。

风电群输电规划评价指标体系和方法

肖帅, 张岩, 章德, 禹海峰, 李梦骄

2019, 52(10):  115-122.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201703082

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内陆山地风电、湖区风电等风电群，具有风电分布范围广、单个风电容量小等特点。针对风电群的送出，首先，从经济性、安全性和适应性等方面，建立了一套适用于风电群输电规划的综合评价指标体系；然后，综合考虑评价指标的主客观权重，利用基于矩估计理论的最优组合赋权方法确定各指标的最优组合权值，并将灰色关联分析法和余弦排序法结合，提出改进的灰色关联分析法，用以更加准确合理地对各个方案进行优选；最后，利用所提出的评价指标体系和评价方法对湖南某山地风电群输电规划进行了研究。研究结果验证了所提出评价指标体系和评价方法的有效性和可行性。

基于离线优化和在线决策的光伏智能楼宇能量管理算法

史训涛, 雷金勇, 黄安迪, 喻磊, 郭晓斌, 邹福强, 刘念

2019, 52(10):  123-131.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201805167

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作为综合能源的重要发展形态，光伏智能楼宇的用电需求及光功率具有极大的不确定性，现有的能量管理方法很难完全适用，因此提出了基于离线优化和在线决策的光伏智能楼宇能量管理算法。首先，结合光伏智能楼宇的历史运行数据，建立了以运营收益最大化为目标的离线优化模型，通过离线优化为在线学习提供知识库；其次，为了实现分时电价条件下光伏智能楼宇的实时调度，建立了在线学习与认知规则相结合的在线决策算法，实时决策电动汽车充电功率以及可平移负荷的工作状况；最后，以某商业楼宇为例进行了仿真测试，结果表明所提算法在未来光功率、充电需求及可平移负荷未知的情况下具有良好的运行效果。

节能与环保

清洁煤电技术与标准体系在“一带一路”沿线国家的应用

罗如生, 朱法华, 陈奎续, 娄彤, 尤燕青

2019, 52(10):  132-137.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201908066

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2014年开始，中国推动煤电行业的超低排放，污染治理技术得到快速发展，为使各种治理技术得到精准化、系列化的高效应用，构建了清洁煤电技术标准体系。超净电袋复合除尘技术是颗粒物超低排放技术中重要的技术路线之一，在国内得到广泛应用，并在土耳其某电厂2×660 MW机组上成功应用。该项目除尘器出口烟尘排放质量浓度小于10 mg/m³，运行阻力小于800 Pa，已稳定运行3年多。超净电袋复合除尘器在土耳其的成功应用，极大地带动了中国清洁煤电技术与标准体系在“一带一路”沿线国家的推广应用。

烟气脱汞活性炭干粉喷射实验及喷射效果数值模拟

刘含笑, 陈招妹, 郭高飞, 王剑波, 崔盈, 孟银灿, 刘美玲

2019, 52(10):  138-143,170.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201905003

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针对目前粗放的活性炭喷射工艺物料消耗大的问题，为提高单个喷射点的活性炭扩散面积，搭建了活性炭干粉喷射实验台。对3种喷嘴进行实验，结果表明：其干粉喷射效果明显优于管子直喷效果，距喷嘴750 mm截面处扩散面积分别比管子直喷时扩大了73.58%、201.89%、137.74%；喷嘴中内置旋流叶片对活性炭干粉喷射的改善效果不明显。通过采用商业CFD软件，开发了活性炭干粉喷射的数值模拟方法，并通过实验验证了模型的合理性。该活性炭干粉喷射模型可用于指导实际工程项目科学布置活性炭喷射点。

PM_2.5分布指数对线管式电除尘器除尘效率的影响

张建平, 陈栋, 江泽馨

2019, 52(10):  144-149.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201904096

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为了确定线管式静电除尘器（ESP）捕集PM_2.5性能的改善途径，需探明PM_2.5分布指数（分布指数）对ESP脱除细微颗粒PM_2.5效率的影响规律。为此，建立了多场耦合作用下的理论模型和简化模型，分别从分级效率和综合效率的角度描述了离子风、磁约束作用下EPS对PM_2.5的脱除性能。结果表明：随着颗粒粒径的减小、分布指数的降低，PM_2.5分级脱除效率会显著升高；离子风的存在提高了PM_2.5的脱除效率，但削弱了由降低分布指数给PM_2.5脱除效率带来的提升幅度；磁场有效地提升了线管式ESP对PM_2.5的捕集性能，且强化了减小分布指数对脱除PM_2.5性能的促进效果。

燃煤烟气组分对喷射稻壳活性炭脱汞的影响

陶君, 谷小兵, 黄天放, 柳帅, 胡鹏, 董璐, 黄亚继, 段钰锋

2019, 52(10):  150-154,184.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201901022

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在0.3 MW循环流化床燃煤中试试验装置上，以卤化铵盐改性稻壳活性炭为汞吸附剂，进行了燃煤烟气喷射脱汞试验研究，考察了烟气温度、SO₂浓度、NO浓度等对脱汞效率的影响。采用ASTM标准D 6784—02（安大略法）对烟气中汞浓度进行测定。试验结果表明，随着烟气温度的升高，汞脱除效率和元素汞的转化效率均随之增加；烟气中NO可促进汞的脱除，而SO₂则抑制汞的脱除；在SCR脱硝装置入口温度为351~370℃，活性炭喷射烟气温度为191~210℃，SO₂体积分数为（293~602）×10^-6，NO体积分数为（588~893）×10^-6，活性炭喷射量为0.5 kg/h，反应空速为4 000 h^-1，烟气流量为400~500 m³/h工况下，卤化铵盐改性稻壳活性炭燃煤烟气喷射脱汞效率可达90%左右。

燃煤电厂烟气中SO₃协同控制情况及排放现状

李小龙, 李军状, 段玖祥, 易玉萍, 张文杰

2019, 52(10):  155-161.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201808069

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燃煤电厂锅炉燃烧中SO₂/SO₃的转化率为0.5%~5%；超低排放条件下，SCR脱硝中SO₂/SO₃的转化率控制在1%以内。运行中为控制SO₃在脱硝催化剂下层和空预器中的消耗，应尽量减少H₂SO₄和NH₄HSO₄的冷凝吸附，保证催化剂的活性及空预器的安全运行。理论上低低温电除尘器（LL-ESP）对SO₃脱除效果显著，但不同工程实测表明，LL-ESP对SO₃的脱除效率差别较大，介于1.8%~96.6%之间。此外，研究认为，电袋复合除尘器对SO₃脱除效率为74.3%~85.9%。超低排放工况下，除空塔脱硫和海水脱硫技术外，大部分湿法脱硫技术对SO₃的脱除效率高于50%；SO₃在湿式电除尘器中的脱除效率也大于50%，但整体上与国外成熟案例相比稍有差距。总体而言，超低排放条件下，燃煤硫分低于1.5%时，燃煤电厂全流程环保净化设备对SO₃的综合脱除效率高于90%，大部分机组的SO₃排放浓度低于5 mg/m³。

燃煤电厂烟气湿烟羽消除技术

王琳, 刘广建, 陈海平

2019, 52(10):  162-170.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201812075

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燃煤电厂湿法脱硫后湿饱和烟气的直接排放一般会造成湿烟羽现象。对烟气加热法、烟气冷凝法、冷凝再热法和膜回收烟气水分法4种湿烟羽消除技术机理进行理论分析，利用湿烟羽预测模型定量计算了4种湿烟羽消除技术的参数选择。结果表明：烟气加热法，当环境温度低于5℃，相对湿度大于40%时，烟气需要加热至100℃以上；烟气冷凝法，当环境温度低于0℃，环境相对湿度大于40%时，需要将烟气冷凝低于15.5℃；烟气冷凝再热法的冷凝温度越低，再热温度就越低，当环境温度高于5℃，烟气冷凝至40℃，再热温度不高于80℃；膜回收法，当环境温度大于15℃、水回收率达到40%时，基本无白烟产生，而环境温度低于5℃时，水回收率要达到60%以上。

基于电除尘器与煤质数据库的电厂煤质分析与除尘技术路线选择

李晓宇, 龙辉

2019, 52(10):  171-177.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201905418

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随着环保要求和排放标准的日益严苛，对燃煤电厂超低排放的研究受到更多关注。建立了电除尘器与煤质数据库，包含了数百家燃煤电厂的煤质参数、电除尘器设计及运行参数。基于该数据库，对燃煤电厂动力煤的灰含量、硫含量分布情况进行分析。研究发现，从灰含量看，西南地区多燃用高灰煤，东北、华中、华北地区多燃用中灰、中高灰煤，沿海地区燃煤电厂多燃用特低灰、低灰煤；从硫含量看，西南地区燃煤电厂多燃用高硫煤，山东、山西、河南、河北等地区的燃煤电厂多燃用中硫煤，其他大部分地区多燃用特低硫、低硫煤。通过分析3座分别燃用低灰低硫、中灰中硫和高灰高硫煤电厂的颗粒物超低排放技术案例，针对不同煤质提出了颗粒物超低排放技术路线建议。

基于多变量广义预测控制算法的脱硝优化研究及应用

张晓东, 王鹏飞, 刘乐

2019, 52(10):  178-184.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.201901009

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大型火力发电机组脱硝系统被控对象具有大迟延、大惯性、受干扰因素多以及不同负荷下的被控对象模型变化大等特性，传统的PID控制不能满足控制要求。为解决这一问题，利用递推最小二乘法（recursive least square，RLS）建立了脱硝系统多变量模型，并基于多变量广义预测控制构建了脱硝系统优化控制策略，同时将该策略应用于某电厂330 MW亚临界机组。实践结果表明：无论是稳态工况还是复杂的变负荷工况，脱硝优化控制策略都能够很好地控制脱硝系统出口NO_x浓度，大大降低了NO_x浓度的波动，减少了尿素使用量，实现了脱硝系统稳定经济运行。