中国电力

2022, 55(4): 0-0.

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电力信息物理系统入侵容忍能力评估方法

姚鹏超, 颜秉晶, 郝唯杰, 杨强

2022, 55(4): 13-22. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202111141

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随着控制系统与新信息技术的集成程度不断提高，电力信息物理系统（cyber-physical power system, CPPS）不仅面临着来自物理世界的不确定性，还面临着来自网络空间的攻击威胁，亟须能够评估CPPS遭受网络攻击时防御能力的方法。提出一种以平均失效时间与可靠度为评估指标的入侵容忍能力与最优资源配置的评估方法。首先，采用半马尔可夫链模型对高级可持续威胁（advanced persistent threat，APT）进行建模，具体分析来自网络层面的攻击对CPPS的破坏渗透过程，利用随机博弈模型动态描述CPPS中攻防双方的交互过程，预测纳什均衡下攻击者的理性进攻策略，确定应对恶意攻击的最佳防御策略。最后，以CPPS安全试验场为案例仿真验证了入侵容忍能力评估方法的有效性，结果说明：入侵容忍能力对CPPS安全运行具有不可忽视的作用。

面向电工智慧物联的服务缓存和计算卸载策略

孙毅, 常少南, 陈恺, 崔强, 沈维捷

2022, 55(4): 23-32,43. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202110035

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海量数据接入对电工装备智慧物联发起挑战，亟须边缘计算协助数据实时处理。现有工作重点研究了任务卸载技术在工业互联网场景的应用，未充分关注服务缓存对任务卸载策略的影响。针对上述问题，提出了面向电工装备智慧物联场景的联合服务缓存与任务卸载策略。针对供应商与服务提供商的收益冲突问题，以供应商数据处理时延最小化为目标，研究与证明了计算服务提供商与供应商之间的主从博弈以及纳什均衡点的存在，提出结合粒子群的广义Benders分解算法实现问题求解。仿真结果表明，所提策略有效提高了任务处理效率，降低了供应商的计算成本，提高了服务提供商的服务收益。

基于模糊测试的GOOSE协议解析漏洞挖掘方法

刘林彬, 苗泉强, 李俊娥

2022, 55(4): 33-43. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202109105

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现有工控协议模糊测试方法未考虑嵌入式终端系统特点，且对未采用传输控制协议/网际协议（TCP/IP）的工控协议研究较少。基于模糊测试提出一种通用面向对象变电站事件（GOOSE）协议解析漏洞挖掘方法。使用变异方式构造测试用例，给出基于GOOSE报文字段类型、抽象语法标记1（ASN.1）编码方式和比特翻转的3类变异策略；提出基于心跳报文和系统运行信息的终端异常监测方法。设计所提方法的实施系统架构和测试流程，在智能变电站实验室环境中，对某厂家嵌入式终端进行测试，发现2个未公开的GOOSE协议解析漏洞，验证所提方法的有效性，提出防范基于此类漏洞的畸形报文攻击的建议。

基于DHT和区块链技术的电网安全稳定控制终端分布式认证

赖业宁, 封科, 于同伟, 王旺, 唐冠军

2022, 55(4): 44-53. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202109102

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电网安全稳定控制系统终端资源有限、业务实时性要求高，现有认证方案难以兼顾系统的安全性、实时性和存储效率。将分布式哈希表（distributed Hash table, DHT）技术与区块链技术相结合，提出基于跳图（skip graph）结构DHT的区块链分布式存储优化方法；设计了基于DHT和区块链技术的电网安全稳定控制终端分布式认证方案，给出了终端注册、入网和认证的流程与关键算法；分析了该方案的安全性和时空复杂度；对认证方案进行系统实现，从平均认证时延和平均终端存储开销2方面进行了实验测试，验证了该方案的可行性和在时空效率方面的优势。方案在不影响电网安全稳定控制系统终端间通信效率的同时提升了终端间通信安全性，进而保障了电网的安全稳定运行。

用于城轨直流牵引系统的混合型MMC全桥子模块比例设计方法

席嫣娜, 李笑彤, 李子明, 魏应冬, 李笑倩, 王方敏, 李伟, 李伟瑞

2022, 55(4): 54-62. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202011100

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城市轨道交通直流牵引供电系统是一个低电压大电流系统，受制于开关器件的通流能力，两电平变流器的单台容量难以满足需求。由全桥子模块和半桥子模块组成的混合型模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）可用于调制比大于1的系统中，利用全桥子模块的负电平输出能力，可以提高交流电压或降低直流电压。针对可用于城市轨道交通直流牵引供电系统的混合型MMC，提出一种全桥子模块比例的设计方法，满足高调制比稳态运行的需求和直流故障清除能力的需求，选取了常见的1 500 V地铁系统作为算例，选取3组参数，在PSCAD软件中搭建仿真模型，验证了设计方法的正确性。

基于HSA-PSO的配电网源-储协同优化控制方法

党彬, 邹启群, 张滨, 付东, 尤梦凯, 乐健

2022, 55(4): 63-69. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202101025

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目前通常采用增加无功补偿装置的手段来解决高渗透率分布式电源接入时的配电网电压控制及网损优化问题，而兼顾分布式电源和储能系统调节作用的控制方法较少。考虑储能系统和分布式电源的协同配合，建立以配电网电压偏差最小、有功网损最小及分布式电源消纳量最大的配电网多目标优化控制模型。有效结合和声搜索算法和粒子群优化算法，提出具有自适应能力的和声搜索-粒子群算法（HSA-PSO）对所建立的模型进行求解。通过仿真算例验证了本文优化控制方法的有效性。

未来配电网的分布式形态及规划方法

赵一男, 宋斌, 钱振宇, 李顺昕

2022, 55(4): 70-77. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202106020

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随着物联网（Internet of Things，IoT）技术的逐渐成熟，智能终端设备大面积接入是大势所趋，同时大量分布式电源接入也对配电网架构形成冲击。首先，研究未来配电网的分布式形态，提出在集中式和分布式形态间进行转换的配电网设想，并给出分布式单元评估和划分方法。接着，研究柔性建模方法，并将其应用于配电网规划。最后，通过算例检验了所提的设想。

柔直换流阀损耗解析计算及其误差分析

李标俊, 向权舟, 姚传涛, 余琼

2022, 55(4): 78-84. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202108111

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模块化多电平换流器（MMC）柔直换流阀损耗是系统重要的性能及经济评价指标，也是换流阀功率器件选型、结温评估、冷却系统设计的直接依据。换流阀损耗主要为绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、二极管等功率器件的导通损耗和开关损耗，占比达到90%以上。目前已有大量关于柔直换流阀损耗计算及优化方法研究成果。本文在现有解析计算法的基础上，进一步精确推导得到涵盖系统工况及器件特性的损耗计算通用表达式。提取了与损耗关联的影响因子及其权重，为损耗优化提供了依据。考虑到实际工程换流阀为电平逼近调制策略，分析解析计算法的误差来源，提出计算精度更高的基于工程运行现场数据录波的损耗计算方法。

新一代智能变电站采控装置

李肖博, 于杨, 姚浩, 习伟, 蔡田田

2022, 55(4): 85-92. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202108009

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目前智能变电站广泛采用“智能终端+合并单元”过程层设备，但该方式合并单元无法满足“装置内部单一元件的损坏不能造成保护误动作”的基本要求。同时过程层设备间报文大多为一帧模式，一旦报文出现异常往往会导致保护误动。为提高继电保护的可靠性，提出了采集和控制完全双重化的新一代装置架构，探讨电压无缝选择技术、延时可测交换技术、过程层组网、插值算法等关键技术。新一代采控装置大幅提高了智能变电站的可靠性。

电力系统故障区域录波自动分析关键技术

叶远波, 程晓平, 张兆云, 刘宏君, 汪伟, 邵庆祝

2022, 55(4): 93-99. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202105168

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提出一种电力系统故障区域录波自动分析方法并进行系统研制，该系统是基于广域信息的继电保护实时评价系统的重要组成部分。电力系统故障区域录波自动分析系统可自动生成事故综述，具有录波的时序分析、动作行为判断、定值灵敏度分析、模拟量分析、外回路分析、采样回路分析、定值分析、压板分析等功能，并对波形中的异常情况进行告警。通过自动分析系统的使用，提高了电力系统故障录波分析的效率和质量，大幅度减少了人力成本和事故分析的时间，增加了事故分析的广度，提高了事故分析的质量。该系统已在某电力公司调度中心试运行，运行结果表明该方案具有良好的可行性。

基于交叉比对的UHF-PD在线监测装置现场校验方法

李楠, 李松原, 尚学军, 郭博文, 李琳, 祖国强, 侯恺

2022, 55(4): 100-107. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202110058

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局部放电（PD）在线监测装置对设备状态综合感知与智能诊断起到重要作用。随着运行年限的逐渐增加，受到工作环境、生产工艺等多因素影响，传感器本体性能遭受挑战，需要开展校验工作。从特高频传感器工作特性、安装位置与信号传输衰减特性3个方面对影响特高频局部放电（ultrahigh frequency partial discharge，UHF-PD）在线监测系统现场校核的因素开展分析，在传统CIGRE校验方法基础上进一步提出交叉比对式校验方法，通过不同相间的横向比对、互为输入/输出情况下的镜像比对等方式有效降低绝对值检测对传感器校验准确性的影响，提升了整体校验效率。最终，采用所提出的交叉比对式校验方法对某变电站高压500 kV侧GIS UHF-PD在线监测装置开展现场校核，成功发现传感器灵敏度下降、传感器部署位置不合理以及采集板故障3种典型问题，验证了该方法的有效性和可行性。

基于加权马氏距离型TOPSIS算法的10 kV配电网雷害风险评估

杜岩, 谢从珍, 李彦丞, 谢心昊, 栾乐, 罗思敏

2022, 55(4): 108-116. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202107085

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10 kV配电网架空线路绝缘水平较低，雷雨天气下雷击跳闸事故频发，由于大规模线路结构模型较为复杂等原因，基于雷击跳闸率等物理模型的风险评估方法在电网层面较难实现。同时，配电网缺少监测装置，人工记录的方式致使数据质量欠佳，严重影响模型计算的准确性。提出一种10 kV配电网雷害风险评估方法，基于线路运行、气象环境等多维数据，可在低质量数据条件下进行大规模配电网线路雷害风险评估。以线路所在地理网格为评估单元，从气象、线路走廊环境及线路本体特征参数3个维度提取10项配电网架空线路雷击跳闸风险指标，并量化风险指标以及雷击跳闸风险计算规则，使用加权马氏距离型TOPSIS算法构建10 kV配电网雷害风险评估体系，对风险进行分级。利用广州市10 kV配电网架空线路历史跳闸统计数据对风险评估结果进行验证，证明了评估方法的有效性。

±1100 kV接地极线路带电作业绝缘工具最小有效绝缘长度

雷兴列, 程登峰, 操松元, 彭勇, 夏令志

2022, 55(4): 117-122. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202106065

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绝缘工具的最小有效长度是保证带电作业人员安全的重要技术参数，现有标准及研究均无±1100 kV接地极线路相关规定或参考。为了保证接地极线路带电作业安全开展，以±1100 kV接地极线路为例，仿真计算该线路最大过电压水平及波形特征，分别开展典型带电作业绝缘工具的工频、直流、标准操作冲击放电试验，分析试验布置方式、绝缘工具类型、施加电压类型对放电电压的影响，结果表明：短间隙距离情况下直流放电电压最低。最后基于试验结果提出绝缘工具短间距下的工频、直流、标准操作冲击放电特性拟合公式，同时给出了±1100 kV接地极线路带电作业绝缘工具的最小有效绝缘长度参考值。

直流输电控制系统机电暂态模型参数校核误差评价方法

刘涛, 吴国旸, 戴汉扬, 苏志达, 宋新立, 肖雄, 郝捷

2022, 55(4): 123-131. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202103099

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以电网换相换流器为核心的高压直流输电系统（LCC-HVDC，以下简称直流输电系统）的仿真分析普遍采用机电暂态模型及参数，但其参数校核缺乏实用的误差评价方法。基于电力系统仿真可信度评估的相似度法、层次分析法（analytic hierarchy process，AHP）思想，针对直流输电控制系统机电暂态模型和部分关键参数，提出了划分区间独立计算和配置权重总体校验的误差评价方法，并给出较为合理的误差评价标准。该方法将直流输电系统仿真与试验的时间序列划分为多个区间，采用AHP法对各区间配置权重系数，进而计算各区间及总体的误差指标。通过实际直流工程试验数据验证了误差评价方法的有效性。该方法可评价整个时间序列各阶段的仿真准确度及总体仿真效果，为直流输电控制系统机电暂态模型的参数校核提供技术支撑。

面向配电网弹性提升的源网荷灵活资源优化研究综述及展望

俞拙非, 刘菲, 刘瑞环, 林超凡, 武迪, 孙厚涛, 陈晨, 别朝红

2022, 55(4): 132-144. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202102084

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日益频发的极端自然灾害和人为攻击对电力系统安全运行造成巨大威胁，弹性配电网技术能有效提高配电系统对极端事件的抵御、响应以及快速恢复负荷的能力。同时随着智能电网技术的发展，配电网中开始接入多样化的灵活资源，这些灵活资源可用于提升配电网正常情况下的可靠性与经济性，但在极端事件与弹性提升方面的潜力尚未被有效挖掘。围绕弹性提升的配电网灵活资源优化展开系统性综述，对广泛分布于源网荷侧的各种灵活资源类型、建模方法以及在弹性配电网中的应用现状进行详细的梳理与讨论，并总结源网荷灵活资源提升配电网弹性的研究趋势，从而为中国未来配电网的规划建设提供参考。

考虑天然气季节性存储的综合能源系统年度运行方式研究

刘赫川, 周孝信, 杨小煜, 李亚楼, 李雄

2022, 55(4): 145-155. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202103031

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为研究电气耦合日益加深的综合能源系统中能量供给的充足性和安全性，需要对其年度运行方式进行仿真。提出一种多时间尺度的综合能源系统年度生产模拟方法，考虑天然气存储等季节性波动因素，优化电气耦合系统年度运行方式，在因清洁供暖而导致天然气消耗大幅增加的算例系统中对该方法进行验证，同时评估大规模季节性天然气存储对综合能源系统年度运行方式的影响并给出建议。在此基础上，分析冷热电联产装置逐渐增加的装机量对电气耦合系统的影响。结果表明：冷热电联产机组可以降低季节性天然气存储装置的工作强度，包括减少工作时间以及降低存储量。造成这种影响的主要原因是三联供机组的制冷模式与电制冷相比效率更高，减少了天然气消耗量。

双链存储的微电网分级电能交易策略

余运俊, 杨升宝, 闵卫东, 余光华, 韦伯鲁

2022, 55(4): 156-165. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202012097

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在微电网电能交易中，传统的方法是通过单链区块链技术存储电能交易模型内部数据，但是模型需要较大的存储空间。为了节约微电网交易系统的存储资源，采用物理区块链和交易区块链双链存储结构的方法储存微电网电能交易模型的数据，有效解决了单链储存情况下存储数据的冗余问题，节约了数据的存储成本。在微电网电能交易策略上，目前多采用双向拍卖机制进行电能交易，电能交易采用供需平衡方式进行交易。考虑到微电网内不同类型的分布式电源和负荷的差异，应用博弈论方法对微电网电能竞价策略进行分析，在满足供需平衡的条件下，对微电网的分布式电源和负荷按照各自利润最大化为目标进行优化，优化了微电网电能交易策略，使得分布式电源获得可观的利润。最后，通过具体微电网实验算例分析验证了该交易策略的有效性。

海上风电经交流电缆汇集送出系统暂态无功电压建模及特性分析

孙艳霞, 方是文, 李震

2022, 55(4): 166-174. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202101108

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海上风电经交流电缆汇集送出系统送端暂态过电压威胁系统安全稳定运行，为定量分析暂态电压对海上风电机组的影响，指导海上风电无功电压控制系统配置，亟须研究海上风电经交流电缆汇集送出系统暂态无功电压模型。首先，分析计及交流电缆的送出系统等效网络特性，明确等效网络呈现感性与容性特性的边界条件；然后，基于等效网络容性特性，建立计及交流电缆的海上风电暂态无功电压数学模型，基于控制硬件在环（control hardware in the loop，CHIL）实时仿真实验平台，验证了数学模型的正确性；最后，基于海上风电暂态无功电压模型，定量分析交流电缆线路长度、风电机组网侧变流器电流环控制带宽与阻尼比对机端暂态过电压的影响规律，为定量评估海上风电经交流电缆汇集送出系统暂态过电压运行风险奠定了理论基础。

基于一阶LADRC控制的直驱风机次同步振荡抑制策略

蔡维正, 郭昆丽, 刘璐雨, 吴朝俊

2022, 55(4): 175-184. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202105038

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针对直驱式风电机组接入弱交流电网诱发次同步振荡 (subsynchronous oscillation, SSO) 问题，提出一阶线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control, LADRC)策略抑制该现象，从而提高系统稳定性。首先，建立直驱式风电机组的并网数学模型，分析次同步振荡频率扰动分量的传播机理；然后，进行一阶LADRC电流内环控制器设计以及参数优化整定，分析表明：控制器对于次同步频率扰动分量有较强的抑制作用。最后，基于PSCAD/EMTDC仿真软件，建立传统PI和一阶LADRC控制的直驱式风电机组电磁暂态仿真模型。结果表明：所提方法能够阻断次同步频率扰动分量传播，有效抑制SSO。

基于改进三角模糊VIKOR法的用户储能系统配置方案综合评估

马昭, 赵会茹, 霍慧娟, 陆昊

2022, 55(4): 185-191. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202107106

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针对不确定环境下用户储能系统配置方案评估决策，提出一种基于改进三角模糊多准则妥协解排序(VIKOR)法的评估模型。首先，运用扎根理论构建评估指标集，并采用灰色关联-粗糙集方法进行指标筛选，形成评估指标体系。然后，采用主、客观相结合的方法计算指标组合权重，以提高其准确性，其中主观权重由模糊层次分析(FAHP)法求得，客观赋权法由改进标准间重要性相关性(CRITIC)法求得。最后，考虑指标之间的冲突性与模糊性，运用改进三角模糊VIKOR法对配置方案评估与排序比选。通过仿真分析，验证了本文所建模型的有效性和可行性。

基于等效能折算的储能电站广义成本研究

修晓青, 李相俊, 王佳蕊, 谢志佳, 吕项羽

2022, 55(4): 192-202. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202009092

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储能技术是应对高比例新能源电力系统安全问题的关键技术之一。现阶段，成本因素制约了储能规模化商业应用。为此，针对不同类型储能电站广义成本问题，考虑不同类型储能效率、寿命的差异，以等效能折算为前提，分析储能全寿命周期进程中建设与运行特性的差异，构建基于等效能折算的储能全寿命周期成本模型与平准化电力成本模型；比较分析近年来投运/规划的抽水蓄能、锂离子电池储能、铅炭电池储能、全钒液流电池储能项目建设周期、征地成本等参量；对4种类型储能广义成本进行纵向、横向评估，讨论储能电站年充放电循环次数、充电电价、投资成本的变化对广义成本的影响。研究结果可为储能系统的选型规划提供参考。

考虑容量约束的储能规模化应用商业模式评价

开赛江, 谭捷, 孙谊媊, 王衡, 袁铁江

2022, 55(4): 203-213,228. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202101131

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考虑储能应用价值的容量相关性约束，提出了一种储能规模化应用商业模式精确定量评估方法。采用双梯级函数来表征电网对储能、火电等灵活性调节资源性能和容量的要求；根据储能在源、网、荷侧产生的发电量、输配电量、电费和辅助服务收益等增益，建立“储能+”场景下新能源业主、电网运营商、用户、储能业主等相关方的收入函数；根据增益耗费的储能容量，建立相关方分摊的储能成本函数；综合考虑新能源、电网、用户或者第三方等投资主体的净收益最大，建立储能投资博弈模型。最后，根据甘肃省的实际情况，评价了不同模式场景下规模化推广储能的商业模式，并对关键参数进行了灵敏度分析，论证了不同组合运营方式在特定源荷区域的效果，验证了所提方法的可行性。

燃煤机组烟气余热及水回收系统变工况特性和调控策略

张国柱, 张钧泰, 文钰, 杨凯旋, 刘明, 刘继平

2022, 55(4): 214-220. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202011075

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针对燃煤机组烟气余热及水回收系统展开研究，基于物质、能量平衡以及等效热降法分析了系统的节水节煤能力，进而建立了系统变工况分析模型，研究了环境温度和调控策略对系统性能及状态参数的影响规律。结果表明，设计工况下系统节水潜力为15.34 kg/s，节能潜力为2.75 g/(kW·h)。环境温度变化时，系统的部分状态点温度会随着环境温度降低而降低，环境温度为−20℃时，低温省煤器节煤量降至1.44 g/(kW·h)。为避免系统发生低温腐蚀，提出了运行调控策略，使进入电除尘器烟气温度提升至90℃以上，以保证系统的安全运行，但低温省煤器的节煤量相比于未调整时降低了0.2 g/(kW·h)。

燃煤电厂水平衡模型与节水分析

刘广建, 岳凤站, 周硕, 王琳, 干雪

2022, 55(4): 221-228. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202103028

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随着水资源的日益短缺和火电装机容量的持续增加，应用节水技术是目前火电行业可持续发展的重要途径。基于煤种、气象条件和电厂性能参数，提出了电厂水平衡模型，绘制了电厂水流图，直观体现了进入和离开电厂的水平衡关系，辨析系统节水的关键环节。定量分析了烟气余热及水分回收系统的节能和节水效果。以燃烟煤的超临界机组为例，在离开电厂的水流中，冷却塔蒸发、风吹损失占60%，冷却塔排污占20%，排烟中水分占15%。火电厂节水的重点在于冷却系统、废水排放和排烟水分回收。针对火电厂余热和水分回收的系统，理论计算表明：对于湿冷机组，如果烟气水分回收60%，则超临界机组单位供电量耗水量下降19.2%；对于空冷机组，如果烟气水分回收60%，则电厂的取水量为零；如果同时采用半干法或干法脱硫系统，则电厂可以成为供水方。

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