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2022年 第55卷 第3期    刊出日期：2022-03-28

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2022, 55(3):  0-0. 

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专稿

基于线性最优潮流的电力系统新能源承载能力分析

董昱, 董存, 于若英, 丁杰

2022, 55(3):  1-8.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202107061

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随着能源结构的深化调整，可再生能源在电力系统中的渗透率逐步提高，而其出力的波动性和随机性对电力系统的稳定运行带来了新的挑战。科学地评估电力系统对新能源的承载能力，对于含高比例新能源电力系统的规划和运行具有重要意义。建立电力系统中新能源承载能力的线性最优潮流（optimal power flow，OPF）模型。针对电力系统潮流的非线性问题，建立线性化方法，在精度允许的前提下，解决传统OPF高次非凸模型难以求得全局最优解的问题。考虑节点电压、线路潮流、功率返送和机组爬坡约束，对电力系统的新能源承载能力进行评估。通过仿真分析，验证OPF的有效性，并结合具体算例探讨限制可再生能源接入的主要因素。

电网

昆柳龙直流工程受端高频谐振评估及抑制

徐攀腾, 朱博, 喻文翔, 宋述波, 杨学广, 樊友平

2022, 55(3):  9-17.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202103129

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电压源型换流器易在高频谐波频段呈现负阻尼从而引起谐振现象，昆柳龙直流工程作为特高压多端混合直流输电工程，需对其柔性直流受端柳州、龙门换流站的高频谐波谐振风险进行评估分析。基于阻抗分析法分析柔性直流换流站控制链路延时、前馈滤波、控制器参数对柔性直流交流阻抗变化趋势的影响，分别考虑22种、34种交流线路工况，对受端柳州站和龙门站的多种运行工况进行交流系统谐波阻抗扫描计算，由结果可知龙门站相较柳州站具有更高的高频谐波谐振风险，为避免发生谐振，龙门站应在前馈中加入100 Hz低通滤波器，控制链路延时为300 μs，但会影响动态响应性能。提出了相应的高频谐波谐振风险抑制方法，能够为昆柳龙直流工程的高频谐波谐振风险抑制提供参考。

基于勒让德多项式的MMC自适应反步控制策略

徐雷, 夏向阳, 敬华兵, 刘奕玹, 贺烨丹, 易海淦

2022, 55(3):  18-27.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202101098

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针对柔性直流输电中模块化多电平换流器在运行过程中因严重信号干扰或器件温度上升等因素造成的系统动态模型结构中参数变化，使得系统的稳定控制效果不佳，引起系统安全运行事故等问题，提出了一种基于勒让德多项式的自适应反步法稳定控制策略。该方法在静态abc坐标系下建立动态模型，利用勒让德多项式去逼近补偿模块化多电平换流器中因参数改变引起的误差值，从而消除对动态模型的影响，然后采用反步控制理论选取状态变量，构造Lyapunov函数，求得满足Lyapunov稳定性要求作为稳定控制的变量。最后，通过PSCAD/EMTDC仿真模型和实验平台的验证表明，所提出的控制策略与工程中常用的PI控制策略相比拥有更好的控制性能和鲁棒性。

计及场景系数的车网互动收益研究

程宏波, 郭源曦, 商子轩, 李云枭

2022, 55(3):  28-36.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202101099

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动态变化的电网对功率需求的紧急程度不同，不同紧急程度下车网互动所产生的收益也有所区别。为实现更加合理的互动收益分配，提出一种考虑电网场景区别的车网互动收益分配方法。通过场景系数反映电网功率需求紧急程度的不同，结合辅助服务等效替代分析车网互动的收益；考虑不同电价下电动汽车用户的响应概率，建立改进的讨价还价博弈模型以求解场景最优响应电价，从而得到互动双方的收益分配值。通过算例对比分析几种响应策略的负荷削减程度、收益及分配方式的公平熵值等评价因素，验证了该收益分配模型的有效性与优越性。

TEV与HFCT法测量开关柜局部放电的特性对比

谢荣斌, 杨超, 申强, 李诗勇, 罗勇, 于泊宁

2022, 55(3):  37-47.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202108103

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探究了暂态对地电压（transient earth voltage, TEV）法对于开关柜局部放电现象的检测性能，并与脉冲电流检测的效果进行了对比。研究了二者对于不同类型局部放电的检出能力；分析了2种方法测量下4种局部放电PRPD（phase resolved partial discharge）图谱的相似性与差异；通过统计特征参数计算研究了2种检测方法的测量结果随外施电压变化而变化的趋势。结果表明，与传统的高频脉冲电流检测法（high-frequency current transformer，HFCT）相比，暂态对地电压法对于开关柜局部放电的测量信噪比较低，检测效果稍逊，但更适用于微弱尖端放电。从PRPD图谱上来看，2种方法在不同类型局部放电的脉冲幅值特征与相位区间上具有很强的一致性，但在脉冲集中度等方面存在一定区别。随外施电压变化，TEV与HFCT得到的偏斜度、陡峭度变化趋势一致，2种方法均能有效反映局部放电的放电特征。

微水含量及老化状态对绝缘硅油介电特性的影响

王飞风, 郭金明, 田树军, 卓浩泽

2022, 55(3):  48-56.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202109137

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长期电、热复合应力及潮湿环境作用下的绝缘硅油老化和受潮问题严重威胁电缆充油终端安全稳定运行。研究硅油的微水含量以及老化状态对其介电特性的影响，有利于推进介电测试手段在充油终端内填充硅油绝缘状态诊断的应用。因此，通过对未老化硅油实施自然吸湿实验与电热联合老化实验，分别制备得到6组不同水分含量及6组不同老化状态的硅油试样。随后，对所得样本进行了极化去极化电流(polarization and depolarization current, PDC)测试。并基于PDC的测试结果，分析了不同绝缘状态硅油的直流电导率及极化损耗因数频谱。最后，利用所建立的油中载流子迁移分布模型计算得到基于PDC测试结果的弛豫特征参数，该参数能够灵敏表征硅油中的微水浓度及硅油劣化副产物浓度，进一步建立了该参数与硅油绝缘状态的定量关系式。

基于图像匹配的微电网负荷响应分布式电源波动控制方法

陈卫东, 郭敏, 吴宁, 奉斌

2022, 55(3):  57-63,73.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202102029

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为了提升微电网智能化调控性能，针对微电网负荷调控策略制定问题，基于数据驱动思想借助人工智能技术，提出基于图像匹配的微电网负荷响应分布式电源波动控制方法。首先根据分布式电源与可调控负荷多维运行数据，构建下一调控周期微电网源荷综合特性图像；进而提出了基于K均值聚类-加速鲁棒特征（K-SURF）算法的微电网源荷综合特性图像相似性匹配算法，从而达到借鉴历史相似运行状态的微电网调控策略制定下一周期负荷响应分布式电源波动调控策略的目的。某典型微电网算例仿真结果表明，所提出的图像相似性匹配方法能够有效搜寻到最相似历史运行状态，借鉴历史相似运行状态调控策略制定的负荷调控策略能够有效跟踪可再生能源出力波动，提升可再生能源的就地消纳能力。

变电设备在线监测技术中的同步采集触发方法对比分析

朱永灿, 张鹏, 田毅, 黄新波

2022, 55(3):  64-73.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202107135

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介质损耗角及功率因数角是电容型设备、氧化锌避雷器、干式空心电抗器在线监测技术中的常用特征参量，其测量精度主要受同步采集的触发时差制约。首先分析了基于相位测量的高压电气设备在线监测技术原理，对同步采集触发时差要求进行了验算；随后，结合智能变电站在线监测系统实际，分别对卫星授时、短距离无线广播触发、站控层IRIG-B码授时、电源电压辅助测量4种同步采集触发技术的设计方案和实现方法进行了研究；实验结果表明：卫星授时的同步采集精度最高；短距离无线广播触发方式结构简单，便于拓展；站控层IRIG-B码授时稳定性强，但布线复杂；电源电压辅助测量易受电网频率波动影响。为智能变电站在线监测设计提供了支撑。

基于改进一致性算法的独立光储直流微电网电压稳定能量协调策略

丁雨, 于艾清, 高纯

2022, 55(3):  74-79.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202103061

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针对直流微电网的母线电压稳定，在多智能体一致性算法中加入了电压稳定函数，以运行成本最低为目标函数，结合功率平衡约束，提出一种小型光伏直流微电网的分布式能量管理策略。该策略具有较好的收敛性能，有效维持直流微电网的稳定。通过搭建直流微电网仿真模型，对仿真结果进行分析，验证了策略的有效性。

GIS壳体振动机理和局部放电优化诊断与应用

张利, 屈斌, 王永宁, 陈荣, 刘宝稳, 张少杰, 韩斌, 马宏忠

2022, 55(3):  80-86.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202108005

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为探究气体绝缘组合电器(GIS)电磁感应振动和局部放电(partial discharge, PD)引发电力设备异常振动的机理，建立计及集肤效应的GIS感应涡流及其电磁力的分布模型，设置GIS金属尖端PD发展实验。同步测取GIS局部放电发生时的脉冲电流和GIS壳体振动信号，融合机电信号发掘GIS局部放电的振动特征和机理。研究发现，电磁感应振动与局部放电引发GIS壳体振动存在明显差异，其中局部放电引发GIS壳体振动频率与脉冲间隔频率分布一致且能量集中分布在该频段的50Hz倍频处。最后，构建粒子群算法(PSO)优化的支持向量机(SVM)模型实现不同放电程度的模式识别，并进行实际应用。

基于联盟链的电力物资采购数据共享激励机制

石庆松, 秦蕊, 肖鹏, 欧阳丽炜, 熊刚, 张宏鑫, 王飞跃

2022, 55(3):  87-96.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202101087

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传统的电力行业电子商务平台面临着电子支付成本高、供应链全过程数据整合不足、网络数据安全性能低以及交易透明度缺失等问题，严重制约了电力行业电商平台的进一步发展。由于区块链技术具有去中心化、公开透明、不可篡改等优越特性，将其应用于电力行业电子商务平台，构建了基于联盟链的电力行业电子商务核心应用体系，设计了一套基于积分的电力物资采购数据共享激励机制，促进了电力企业间的数据共享。所提方案可以优化电力行业电子商务平台的交易流程及运营架构，实验结果证明了其可促进电力企业之间电力物资采购数据的共享，降低信息泄露风险，减少交易过程冗余，从而更好地实现电力行业电子商务信息价值链的互联互通。

基于HHT和GA-BP的电压暂降源定位方法

杨桢, 马钰超, 李丽, 李鑫, 马子莹

2022, 55(3):  97-104.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202007250

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针对传统电压暂降源定位方法准确率低的缺点，提出了基于希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang transform，HHT）HHT和GA-BP的定位方法。用集合经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition，EEMD）对故障期间的电压和电流进行处理，得到有效特征值-电流实部Icos θ和系统轨迹斜率k，接着用GA-BP神经网络对有效特征值进行分类找出故障源的初步位置，然后用飞蛾扑火优化（moth-?ame optimization，MFO）算法对故障线路的电压电流构建的数学模型求解，从而对电压暂降源进行精确定位。同时，根据三相电压幅值之间的关系区分故障类型。最后，以双电源系统仿真模型为例对所提方法进行验证，仿真结果表明：提出的定位方法准确率和精度很高，能够准确地定位出电压暂降源的位置。

计及光伏多状态调节能力的配电网多时间尺度电压优化

杨亘烨, 孙荣富, 丁然, 徐海翔, 陈璨, 吴林林, 陈奇芳, 夏明超

2022, 55(3):  105-114.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202012038

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随着分布式电源的渗透率逐渐增大，其本身所具有的波动性和不确定性给配电网的电能质量及其稳定性带来了巨大挑战。考虑配电网在现有慢动作调节设备难以满足无功电压调节需求的情况下，将改善因光伏随机波动性所引发的电压偏差和波动作为优化目标，提出了一种考虑分布式光伏多运行状态调节能力与传统无功调节设备相协调的配电网多时间尺度无功电压协调控制方案。通过日前和分钟级多个时间尺度的配合，充分利用配电网中分布式光伏、电容器组和电抗器组，实现电压控制的目标。最后，以含分布式光伏的冀北某21节点实际配电系统为例进行仿真算例分析，验证了所提优化方法的有效性。

考虑设备耐受特性的能量指标分级评估

范兴管, 徐永海, 牛春豪, 邓思影

2022, 55(3):  115-124.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202106022

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考虑用户设备电压耐受特性对评估结果的影响，提出了一种考虑设备耐受特性的改进能量指标的系统侧电压暂降分级评估方法。首先，进行了能量指标的比较基准值以及不确定区域内暂降事件严重程度差异性刻画不足的分析；然后，基于电压耐受曲线构建比较基准值与权重系数，建立改进能量指标评估模型，进而对暂降事件严重性进行等级划分；最后，使用该方法对某监测节点处所发生的24次电压暂降事件进行分析，结果表明了所提方法的合理性与有效性，可用于实际系统的电压暂降评估与治理工作。

输电线路应急响应

覆冰架空导线舞动跳闸概率计算新方法

刘辉, 马增泰, 林济铿, 田宏强, 严波, 左晨亮

2022, 55(3):  125-132.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202009114

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覆冰导线的舞动严重威胁着电力系统安全稳定运行，如何准确地计算覆冰导线舞动导致的输电线路跳闸的概率成为备受关注的研究课题之一。提出了基于舞动运动方程、气象信息及故障信息相结合的覆冰导线舞动的跳闸概率计算新方法。首先由风速与冻雨量的历史样本获得风速与冻雨量的概率分布函数，然后根据牛顿定律建立了覆冰导线的单自由度舞动模型；进而，采用里茨-伽辽金方法求解舞动模型，获得了以风速和覆冰厚度为自变量的舞动幅值解析表达式；基于已获得的风速与冻雨量的概率分布函数，获得与二者为函数关系的覆冰厚度的概率分布函数，进而获得舞动幅值的概率分布函数；最后，根据覆冰舞动跳闸的历史故障记录所获得的泊松分布求得覆冰导线舞动幅值越限及短路故障的联合概率，结合贝叶斯公式获得舞动幅值越限条件下的覆冰导线舞动跳闸概率。算例证明了该方法的正确性及有效性。

山火条件下输电线路跳闸概率计算

刘辉, 杨韬, 林济铿, 王京景, 严波, 刘潇

2022, 55(3):  133-141.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202009003

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近些年，因山火导致的线路跳闸事件时有发生，如何较为准确地预测山火导致的线路跳闸概率，就成为一个备受关注的问题之一。提出了基于改进元胞自动机山火蔓延模型的输电线路跳闸概率新方法。首先引入火焰温度、植被类型、火点距离和降雨量等因素，考虑这些因素对输电线跳闸的综合影响。然后采用改进元胞自动机对山火蔓延过程进行较为准确的预测，根据其蔓延发展情况而得到较为精确的山火导致输电线跳闸的概率变化趋势。方法对于电网的安全运行具有一定的指导作用。算例证明了方法的有效性。

基于提升韧性的输电网灾后应急维修策略优化

梁海平, 石皓岩, 王岩, 刘英培, 王鑫明

2022, 55(3):  142-151.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202009052

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极端自然灾害等事件易使输电网发生大范围故障。为减少经济损失，提升输电网灾后恢复能力，对输电网灾后应急维修策略优化进行研究。首先根据输电网韧性内涵，提出期望系统负荷恢复效率作为韧性评价指标；其次分析输电网灾后应急维修的过程，建立基于时间不确定的输电网灾后应急维修策略协同优化模型。该模型既考虑了输电网的韧性提升带来的经济性，又考虑灾后维修过程中的资源、路径规划等约束。针对该优化模型提出了改进的粒子群优化算法，采用多维不定长编码、子群协同优化、基于蒙特卡洛模拟的适应度评价等方法对标准粒子群算法进行改进。通过IEEE RTS-79算例对建立的协同优化模型进行了仿真验证，算例结果表明，改进粒子群算法能够有效求解所提优化模型，且输电网灾后应急维修策略协同优化模型的结果能够有效提升输电网韧性指标，提升灾后输电网应急维修的经济性。

发电

碳循环利用的垃圾焚烧电厂-烟气处理-P2G协调优化运行

黄婧杰, 刘镂志, 殷旭锋, 李雪芹, 潘轩, 周任军

2022, 55(3):  152-158.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202011007

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垃圾焚烧电厂中垃圾热值普遍偏低，常需天然气作为辅助燃料，由此产生了大量的碳排放。为解决此环保难题，本文构建了基于碳循环利用的垃圾焚烧电厂-烟气处理-P2G协调优化运行模型，在焚烧电厂烟气处理后加装CO₂收集装置，结合P2G技术将回收的CO₂合成CH₄，实现碳循环和再利用。模型以售电收益、碳排放成本、辅助燃料购买成本、烟气处理及P2G功率运行成本等组成的综合净收益最大为目标，以焚烧发电、烟气处理、烟气收集、烟气存储、和P2G合成等运行参数为约束条件。仿真结果表明，利用峰谷分时电价，可优化不同时段的烟气存储装置、发电、烟气处理及P2G的运行状态，有效减少辅助燃料购买及碳排放成本，增加售电收益。采用含碳收集、P2G和辅助燃料补充协调优化运行的垃圾焚烧电厂，可充分实现碳循环利用，极大限度地减少碳排放，具有显著的经济及社会效益。

余热锅炉烟气低温余热回收塔流场均匀性研究

潘晓伟, 彭烁, 李硕, 周贤, 王长军, 刘峻, 王瑞元

2022, 55(3):  159-166.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202102090

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烟气余热回收塔能通过塔内气-水换热过程，回收烟气显热和水蒸气汽化潜热，降低机组排烟温度，并且回收大量冷凝水。塔内空气动力场均匀性在很大程度上影响余热回收塔冷却性能，本文以某电厂逆流余热回收塔为研究对象，对入口导流板及布风板对塔内空气动力场均匀性的影响进行数值模拟研究，结果表明：增加布风板后，在布风板V型板出口，形成多股较小气流，起到整流均布作用；在布风板基础上继续增加入口导流板，余热回收塔内流场均匀性得到进一步改善，可保证布风板V型板入口气流速度分布均匀；增加布风板会增加余热回收塔流动损失，在布风板基础上继续增加入口导流板，余热回收塔流动损失会得到适当减小。

新能源

中国风力发电绩效的区域差异及空间计量分析

李存斌, 董佳

2022, 55(3):  167-176.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202105178

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近年来，中国的弃风现象影响了风电资源的利用率，不利于中国能源结构转型。为了有效提高风电绩效，加快能源革命的进度，对中国各省域进行差异化的区域风电发展研究。借助DEA-TOPSIS模型测算风电绩效，将结果和超效率DEA模型的测算结果对比分析，验证了提出模型更适用于风电绩效评估，并引入空间面板模型分析风电绩效的影响因素，制定了能促进风电发展的差异化战略。研究结果表明，各省域风力发电纯技术效率整体低于规模效率，地理近邻性对中国风电发展有正向影响，目前影响中国风电绩效的主要因素是区域经济发展水平和弃风现象。为各省域风力发电运营和管理的优化提供决策参考。

虚拟同步风电场协同光伏电站附加阻尼控制方法

盛师贤, 周鑫, 王德林, 廖佳思, 李婧祺, 康积涛

2022, 55(3):  177-186.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202011043

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迅速增长的新能源并网容量可能会导致电力系统的低频振荡现象，以风电和光伏为主的新能源机组应具备抑制低频振荡的能力。以含风电场和光伏电站的系统为研究对象，阐明双馈风机（doubly fed induction generator, DFIG）虚拟同步控制和附加阻尼控制增加系统阻尼的原理，以DFIG并网点处有功功率变化量为输入，分别在虚拟同步风电场有功控制环和光伏电站控制器上设计附加阻尼控制器。然后，根据DFIG运行区域，设计两者的协同控制策略。当DFIG运行在转速恒定区时，考虑到风机变桨距控制响应速度慢、抑制振荡效果不理想的特点，使DFIG不再参与附加阻尼控制，而是控制光伏电站输出额外的附加功率来弥补DFIG的不足。最后，建立包含风电场和光伏电站的仿真系统，通过Prony分析和时域仿真验证该协同控制方法的有效性和正确性。

复杂地形风电场中风加速效应的实验研究

严晓生, 李岳, 高晓霞, 王喜

2022, 55(3):  187-192,212.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202011049

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坡地的存在使得平地来流经过一定高度差后速度增大，产生了风加速效应。通过在某山地风场进行风场实验，获得坡地风场的流场数据，研究了坡地地形对风加速效应的影响。结果表明：加速效应与坡地海拔高度有关，实验中高海拔处实测加速比仅为Taylor原始算法预测加速比的16.9%左右。坡度大小和风向是另外2个影响加速效应的因素。通常坡度越大，加速效应越明显，实验中较大坡度处的加速比偏大61.6%左右；侧风坡面的加速比较迎风坡面偏大10%左右。此外，分析Taylor原始算法产生误差的原因，给出适用复杂地形的Taylor方法修正式。

综合能源系统优化评估

考虑多重区间不确定性的用户侧综合能源系统双层优化配置

卢炳文, 魏震波, 魏平桉, 郭毅, 胡蓉

2022, 55(3):  193-202.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202009108

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为了解决用户侧综合能源系统规划和运行中缺乏不确定性因素考虑的问题，提出一种双层优化配置模型。为此，将负荷预测、可再生能源发电和能源价格的不确定性表示为区间数形式，以设备年投资费用和年运行费用为目标，且考虑运行费用波动水平的影响，构建了考虑区间不确定性的用户侧综合能源系统双层优化配置模型，上层采用粒子群优化，下层通过区间线性规划方法得到系统运行的区间解，通过相互迭代得到模型的最优解。最后，开展算例仿真，结果表明通过在用户侧综合能源系统中配置储能设备可以减小系统成本的波动，并对比分析了负荷不确定性、能源价格不确定性和权重系数$ \lambda $对能源设备配置容量和系统运行成本的影响。该模型能够为运行人员提供规划方案，具有工程实践意义。

基于PSR和改进灰色TOPSIS的园区客户能效评估模型

赵洪山, 李静璇

2022, 55(3):  203-212.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202010084

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为提升园区客户能效，在优化客户能效前需评估其能效水平，以寻找用能的薄弱环节。考虑能效指标间的动态关系，基于压力-状态-响应(PSR)模型从3个维度选取评价指标，构建动态能效指标体系。结合主成分分析和相关性分析优化能效评价指标体系，剔除体系中的冗余指标。构建改进灰色TOPSIS能效评估模型，引入熵权法计算指标的客观权重，利用加权灰色关联度代替欧式距离作为距离测度改进模型，对园区客户能效水平进行综合评估，并从压力、状态和响应3个子系统维度分析用能状况。通过对工业园区10个典型客户能效水平进行评估，分析可知响应性能较好的客户的综合能效评价结果较高，验证了PSR指标体系可行性。通过与其他方法评估结果对比验证了评估模型的有效性。