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2022年 第55卷 第6期    刊出日期：2022-06-28

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专稿

中国农村能源发展关键问题

冯凯辉, 李琼慧, 黄碧斌, 闫湖, 张红宪

2022, 55(6):  1-8.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202202016

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近年来，中国农村能源供应保障能力不断增强，能源结构调整成效明显，但是也存在一些问题：农村废弃物能源化利用率低制约了资源综合利用和环境保护，农村能源消费层次低和电气化水平不高制约了城乡快速融合发展和农村地区能源消费升级，农村能源社会化服务体系建设滞后制约了农村能源有效供给和高效服务的社会公平。针对中国农村能源发展面临的问题和挑战，聚焦农村生活用能，梳理分析了中国农村能源发展基本情况。针对中国国情的特殊性和不同区域具体特点，通过对农村废弃物能源化利用、农村能源电气化应用、农村能源服务体系建设等关键问题研究，提出了促进中国农村能源科学发展的措施建议。

电网调度模型研究

基于多时间尺度随机优化的年度调峰辅助服务需求评估模型

刘或让, 颜伟, 林祖贵, 谭洪, 李国强, 文旭

2022, 55(6):  9-17,24.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202201044

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为探寻电力系统的年度调峰需求，构建了基于多时间尺度随机优化的年度调峰辅助服务需求评估模型。该优化模型包含中长期、短期以及调峰服务3个阶段：在中长期阶段考虑日电量与最大最小负荷的随机性及其平衡关系，优化机组检修、跨日启停及水库水位的中长期计划；在短期阶段考虑源荷小时功率平衡及其波动性，基于中长期计划逐旬优化机组出力；在调峰阶段通过分析日调峰能力与弃水情况实现对辅助服务启动条件的模拟，考虑火电机组深度调峰与启停调峰能力对短期阶段进行矫正优化。基于中国某省级电网实际数据的仿真分析结果表明，所提模型能有效模拟多时间尺度下的源荷随机性，实现年度调峰辅助服务的需求评估。

基于汉宁窗的配电网同步相量测量装置算法及应用

余高旺, 方陈, 樊占峰, 蔺立, 龚赟, 朱云峰

2022, 55(6):  18-24.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202007191

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配电网量测环境复杂、恶劣，输电网的传统同步相量算法难以满足要求。分析了常用窗函数下傅立叶算法的谐波抑制能力，利用3个等间隔的加汉宁窗离散傅立叶变换（FFT）推导出定间隔采样下同步相量测量算法，在理论上消除了非额定频率下的频率泄露影响，能满足高精度的相位测量要求，具有很好的谐波/间谐波抑制能力。针对多个信号同时存在时频谱泄露影响计算精度问题，分析比较了加汉宁窗FFT插值算法相对其他窗函数的优势。理论分析和实际测试表明，采用上述方案后，提升了相量、谐波/间谐波等量值的测量精度。

基于特征加权模糊聚类的电力负荷分类

马宗彪, 许素安, 朱少斌, 王晶

2022, 55(6):  25-32.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202006320

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电力用户的负荷分类为电力系统和电力部门的系统规划、负荷预测、分时电价等研究提供了基本的指导工作。利用基于变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）和模糊C均值聚类算法（fuzzy C-means，FCM）实现电力负荷的分类研究，针对FCM中欧氏距离的特征权重唯一的问题，利用基于特征加权的模糊聚类方法，提出基于特征加权的VMD-FCM聚类算法。根据电网实测负荷数据，VMD算法可对数据的固有模态有效分解，结合FCM算法引入的权重系数，显著提高了算法收敛速度和聚类准确度。对聚类结果分析表明：所提VMD-FCM聚类方法能够有效区分不同负荷类型，具有实际应用价值，从而为电力系统的设计规划提供指导作用。

基于贪婪算法的配网多阶段快速重构新方法

赵胜举, 么莉, 林济铿, 张旭

2022, 55(6):  33-41.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202007222

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针对多阶段动态重构计算速度慢的问题，提出一种动态重构新方法。该方法基于给定的寻优尺度参数M，对以开关动作次数最多的两个相继阶段为中心的2M+2个阶段进行各种可能合并，分别对各个合并后的新阶段进行静态重构，然后选择目标函数值最小的合并方案为当前最优合并方案；如此反复迭代，直到目标函数值不再减少且当前解为可行解时，即得到近似最优解。方法在获得与全局最优解近似解的前提下，其计算速度都比全局最优解快近2个数量级。算例表明该方法因其求解的高效性而具有较好的工程应用前景。

电力市场模型研究及应用

电网能量流-经济流耦合分析

于继来, 郭钰锋, 盛玉和, 张伟, 王松岩

2022, 55(6):  42-52.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202007174

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依托于同一电力网络的电气源流间的能流信息和市场主体间的交易信息，存在某种天然耦合关系。若不能正确处理，则易导致相关经济流分布信息掌握失准，从而影响系统运行的效能和市场运作的公正性。为此，基于电力网络电能追踪方法正确提供的实时能流信息，考虑上述耦合特性，分析了沿网络源-流对电能配送路径链分布的经济流信息，建立了核算各项费用的实时电价关系式；针对链首和链末2种能量计费方式，提出了具有广泛指导性的费用核算一致性原理，并指出：若不考虑电网实时运行状态影响而直接以上网价、过网价和政府性基金价之和作为下网电价核算相关费用，则会出现不完全满足一致性原理的现象。最后，针对典型交易模式及与其关联的多个网络源-流对，给出了量化其经济流分布的关系式。算例表明，基于考虑耦合特性的实时电价信号分析的经济流，符合核算一致性原理，可为进一步揭示交叉补贴内因提供理论依据。

考虑需求侧灵活性资源的区域电能共享市场模型

艾欣, 徐立敏

2022, 55(6):  53-64.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202107019

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提出考虑需求侧灵活性资源、用于区域电能共享市场的双侧竞拍机制，市场内包含分布式太阳能产消者和消费者。假设所有产消者和消费者形成的代理商拥有灵活的可按需求响应利用的聚合电动汽车和储能设备。首先，采用鲁棒虚拟电池模型描述价格激励下聚合电动汽车灵活性，实现可靠经济地扩大储能容量。然后，代理商在区域电能共享中设置最优的储能系统充放电计划，降低用电成本。之后，将管理好的产消者和消费者用于市场，为计算双侧竞拍市场的现货价格，所有区域产消者和消费者采用非合作博弈。提出迭代算法用于出清市场和最小化供需电能不确定性。最后，以区域内10个代理商为例，验证描述需求侧灵活性资源的虚拟电池模型和区域电能共享市场模型有效性。

基于主从博弈的多主体投资多微网系统优化配置

潘瑞媛, 唐忠, 史晨豪, 魏敏捷, 李安, 戴尉阳

2022, 55(6):  65-73,127.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202107162

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随着越来越多微电网协同运行，微网与微网间、微网与配网间电能交互过程愈发复杂，同时也影响着微网运营商及配网运营商的投资利益。为了探索两者间联合投资的最佳规划策略，提出一种基于主从博弈的多主体投资多微网系统优化配置方法。首先，在多微网系统模型基础上，构建考虑多微电网运营商运行成本、经济收益，以及配电网运营商投资微电网成本、延缓配电网升级及售购电收益的函数模型。然后，分别以多微网系统支付函数最小和配网收益最大为目标建立主从博弈模型，并提出自适应遗传算法与粒子群算法相结合的算法，求解多微网系统分布式电源最优配置。最后，通过4组方案进行对比实验，证明了所提规划方法能更好地平衡多微网运营商和配网运营商间的收益。

园区能源供需价量双层Stackelberg博弈模型

鲁鹏, 冯春贤, 武伟鸣, 王铁强, 谢丽娟, 马瑞

2022, 55(6):  74-79.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202011095

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针对园区能源交易中能源商和用户的价量优化问题，提出园区能源供需价量双层Stackelberg博弈模型。上层模型能源商以实现自身利益最大化为目标，考虑多能流率平衡约束和外网交互约束、电转气、储电/热和燃气轮机等源储约束，通过竞争决定能源价格；下层模型考虑用户用能需求响应，以用能成本最小化为目标，考虑负荷需求约束，根据能源商的决策价格，决定用能需求，能源商进一步根据用户用能需求优化能源价格，反复迭代至收敛。算例结果显示所提方法能有效实现双方效益最大化。

浙江电力现货市场环境下储能的市场交易机制与效益分析

庄晓丹, 刘卫东, 黄为群, 邓晖, 王伟

2022, 55(6):  80-85.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202105023

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储能的快速发展促进了清洁能源消纳，保障电网安全稳定运行，但对适应储能参与电力市场的机制设计带来新的挑战。基于国内外储能参与现货市场的经验启示，以浙江省为例对储能参与现货电能量市场和调频市场的收益分别进行了模拟测算。结果表明，受储能转换效率、损耗和输配电成本的影响，储能参与电能量市场的整体收益不佳，但在调频市场具有一定优势。

电网

基于改进聚类算法的关键输电断面搜索方法

王杰, 丁明, 孙磊, 汪柳兵

2022, 55(6):  86-94.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202012131

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为了有效避免切除故障或过载线路后连锁跳闸事故的发生，提出一种基于改进模糊C均值聚类算法的关键输电断面搜索方法。该方法首先采用改进粒子群算法更新聚类中心，解决聚类算法对初始聚类中心敏感的问题，然后基于改进的聚类算法得到初始输电断面；其次运用Floyd算法搜索含断开线路的最短回路和次短回路，补充漏选的线路到初始输电断面内，构成候选输电断面；最后利用提出的复合因子判据筛选候选输电断面，进而确定关键输电断面。以IEEE 14节点和IEEE 118节点标准系统为例，所提方法可精准搜索得到系统内受切除线路影响较大且可能存在连锁跳闸风险的线路，即关键输电断面。结果表明采用该方法得到的关键输电断面更具有实用性和工程指导价值。

基于PSO寻优与DBN神经网络的电晕损耗预测

黄书民, 蒋林高, 李志川, 杨光绪, 宋福根

2022, 55(6):  95-102,214.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202112041

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特高压交流输电线路的电晕损耗与降雨量、比湿、温度、相对湿度、压强等天气条件有相关性，可通过部分天气条件对特高压交流输电线路电晕损耗进行预测，提出了一种特高压交流输电线路的电晕损耗预测方法。根据粒子群优化算法（particle swarm optimization，PSO）寻优机制与深度信念网络（deep belief network，DBN）预测原理，详细说明了该预测方法的智能算法机制，并提出了一套完整的基于PSO—DBN智能算法的预测方法。首先，通过斯皮尔曼相关系数的大小确定与电晕损耗有较强相关性的天气条件，并作为特征值；然后以所选特征值为指标体系构建DBN神经网络进行电晕损耗预测，再采用PSO寻优算法对DBN神经网络进行内部参数调整，提升DBN神经网络的预测准确性；最后利用所提算法对实际运行的闽浙特高压输电线路的电晕损耗进行算法预测，与该线路的运行统计电晕损耗值进行对比分析，验证了所提预测方法的可行性。该方法为特高压输电线路电晕损耗研究和工程设计提供参考。

特高压直流输电线路极间搭接塑料薄膜的放电模拟试验

王胜辉, 王玺铭, 董兴浩, 周军

2022, 55(6):  103-110.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202202038

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为研究搭接在特高压直流输电线路上塑料薄膜的放电现象，并解释某±800 kV特高压线路闪络故障原因，通过分析塑料薄膜表面3个典型区域等值盐密研究了闪络电压与塑料薄膜干燥和淋雨、平铺与卷起状态的关系，并进行了1.0 m、2.0 m和11.5 m 3种间隙距离下的闪络特性试验。研究结果表明：表面湿润状态下，当间隙距离为1.0 m和2.0 m时，塑料薄膜平铺与卷起时的间隙闪络电位梯度分别为1.22 kV/cm和0.96 kV/cm、0.82 kV/cm和0.7 kV/cm；当间隙距离为11.5 m时，潮湿塑料薄膜的间隙闪络电位梯度为0.56 kV/cm。在受潮条件下，塑料薄膜卷起相比平铺更容易发生闪络，平均闪络电位梯度随距离增加而呈下降趋势。最后还对某±800 kV特高压现场线路因塑料薄膜短接导致3次重启均不成功的原因进行了分析。

离散时域框架下的电网状态空间构建及应用

熊玮, 张越, 窦建中, 江保锋, 单连飞

2022, 55(6):  111-117.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202111085

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为了更高效、更便捷地获取电网特征值，提出一种基于离散时域模型(discrete time domain model，DTDM)的状态空间构建新方法，并给出稳定性判据。所提方法中元件能够被自然的线性化，每个求解单元里状态空间的构建简单高效。同时，所构建的状态空间能够一次性捕获更宽范围的信息且不受电气设备数学模型的限制，仅利用元件自身的DTDM与电网的连接拓扑便可得到系统完整的状态空间。所提方法对于特征值的计算简洁高效，能给出特征值的变化趋势，预测系统的稳定性变化。

一种适用于远海风电直流汇集送出换流阀的拓扑及其技术经济性分析

廖修谱, 周全, 李磊, 李彬彬, 王志远, 杨明, 徐殿国

2022, 55(6):  118-127.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202108068

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高压直流送出技术是大规模、远距离海上风电开发的重要手段，送出换流阀是其核心装备。基于模块化多电平换流器(MMC)的交流汇集送出换流阀存在成本高、体积和重量大等问题，海上平台工程建设成本高，而基于直流变压器(DCT)的直流汇集送出换流阀有望解决这一问题。首先，通过分析直流汇集送出换流阀的技术特征和可行的拓扑结构，明确了采用容性能量转移型直流变压器(CET-DCT)构成直流汇集送出换流阀，具有成本低、体积和重量小、效率高等特点。然后，进一步将CET-DCT拓扑改进为适用于工程应用的双极拓扑，介绍了所提拓扑的基本工作原理，并搭建了仿真模型和实验平台，仿真结果和实验结果充分验证了拓扑的可行性。最后，与基于MMC的交流汇集送出换流阀拓扑综合对比表明，基于CET-DCT的直流汇集送出换流阀技术经济性更好。

500 kV交流线路对并行±800 kV直流线路带电作业人员安全防护的影响

马爱清, 王洁, 毕永翔

2022, 55(6):  128-136.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202007015

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为确保交流500 kV和直流±800 kV并行输电线路的安全稳定运行，利用三维有限元模型和电磁暂态模型对混合线路中超特高压直流输电线路带电作业安全防护进行相关研究。通过体表电场、转移电流以及暂态能量3个方面对安全防护进行分析，计算结果表明：作业人员体表电场随交流线路相位的变化而变化，作业人员越靠近特高压直流输电线路，交流输电线路对体表电场影响越明显；相对特高压直流输电线路独立架设，混合线路中带电作业人员体表电场、转移电流幅值有明显升高，暂态能量值升高相对较小；建议混合线路中作业人员身穿合适的屏蔽服和屏蔽手套在距离导线0.4~0.5 m位置时进行电位转移工作。

基于高程风速预测的架空导线温度计算方法

陈郑淦哲, 张斌, 范亚洲, 武云发

2022, 55(6):  137-145.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202011014

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为更准确描述架空导线运行状态，克服地面风速测量精度低造成的导线温度计算偏差大、线路运维难度高的问题，提出基于高程风速预测的架空导线温度计算方法。在计算过程中采用泰勒公式迭代法，实现导线温度快速准确计算。将有限元方法和传热学基本原理相结合，在ANSYS中建立架空导线温度场模型，结合环境敷设参数从场分析的角度，为所述导线温度计算方法提供重要的场模型描述。实际应用结果验证了所提架空导线温度计算方法的有效性。

实测风速分析模拟及微地形下杆塔风速修正方法

方春华, 陶玉宁, 张威, 智李, 李景

2022, 55(6):  146-153.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202011004

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输电线路运行安全受强风影响极大，但以往研究缺乏实测风速数据，忽略微地形对风速系数影响。基于气象观测站实测数据，对风速分布特征及重现期进行研究，完成脉动风速谱修正及模拟；通过Google Earth获取输电线路微地形参数，提出4种微地形下风速修正方法，计算风速修正系数。结果表明：GEV模型更适合于江苏地区风速概率分布密度拟合；江苏地区特高压输电线路设计风速应在34.5～39.0m/s；通过季风-台风-季风时间段内风速时程数据模拟得出脉动风速谱吻合程度较高；当杆塔呼称高一定时，风压修正系数随峰高或坡角的增加而变大；当杆塔呼称高/山高数值高于3.0时，风压修正系数为定值。研究结果可基于Google Earth微地形数据准确计算气象观测站附近微地形区杆塔风速。

基于跨临界CO₂热泵的茶叶生产能源系统负荷削减潜力

周安仁, 汪剑荣, 马智泉, 李为林

2022, 55(6):  154-160,171.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202104079

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乡村产业中的化石能源设备逐渐被电能技术替代，引起了乡村负荷波动增大、部分时段产生集中高负荷的问题。为了解决以上问题，将低品位清洁能源应用至乡村的茶叶生产中，针对烘茶全过程的工艺要求提出了跨临界CO₂热泵烘茶技术；并以某茶叶生产乡村为对象，对其代表台区的全年日用电量及产茶日负荷进行了分析，得出采用CO₂热泵烘茶后其负荷得到大幅度削减，整体可降低至原负荷的39.6%~46.8%，峰值负荷与平时负荷的比值由原本的13.6降至5.4~6.2。跨临界CO₂热泵应用至农产品生产中可有效缓解乡村供电压力。

技术经济

基于贝叶斯最优最劣和改进物元可拓的特高压输电工程综合效益评价

赵会茹, 赵一航, 王路瑶, 冯凯鑫, 李兵抗, 郭森

2022, 55(6):  161-171.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202012003

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由于中国能源消费与能源分布格局的不一致性，建设具有远距离、大容量以及低损耗的特高压输电工程具有重要的意义，而对特高压输电工程效益的评估是判断该工程能否实现预期目标、满足工程建设要求的关键。从运行、财务、环境以及社会4个维度构建了特高压输电工程综合效益评估指标体系，提出一种基于贝叶斯最优最劣和改进物元可拓方法的特高压输电工程综合效益评价模型，前者结合贝叶斯理论和最优最劣模型确定各指标的权重，后者通过对传统物元可拓方法进行改进，从而实现对特高压输电工程综合效益的等级评定。通过对某±800 kV特高压直流输电工程实证研究，结果表明该工程的综合效益处于“较好”级别。算例结果证明了该模型用于特高压输电工程综合效益评价的科学性与有效性。

中国电力景气指数的混频非对称测度

周德才, 陈金金, 刘波

2022, 55(6):  172-185.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202006195

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鉴于传统同频电力景气指数缺乏实时性和动态性，构建能够同时分析季度、月度2种频率的MF-MS-SW模型，选择21个指标组成的先行、一致和滞后混频样本数据，构建中国混频电力景气指数及预警信号系统。结果表明：构建的MF-MS-SW计量模型较好地刻画了中国电力景气指数的波动特征，具有多频率和非线性的特征，与中国总体经济发展状态具有高度的一致性，可以用来预警和预测。建议能源和电力部门定期编制并发布中国电力行业景气指数，反映电力行业景气状态的实时变化，促进能源结构优化调整。

新能源

平抑风电波动的混合储能容量配置及控制策略

徐衍会, 徐宜佳

2022, 55(6):  186-193.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202201073

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为了平滑风电场输出功率，降低风电波动对电网造成的冲击，利用能量型储能元件电解槽与功率型储能元件超级电容相结合形成的混合储能系统对风电波动进行平抑。首先对大量时间片段内的储能出力进行概率统计分析，通过并网功率波动率在风电波动限值范围内的概率变化评估风电波动平抑效果，将给定置信水平的输出功率作为混合储能额定功率。在此基础上，通过考虑经济性的自适应滑动窗口算法将混合储能功率分解，进而确定超级电容的额定容量以及电解槽的额定功率，实现了兼顾经济性和波动平抑效果的容量配置。其次，依据超级电容的荷电状态、电解槽额定功率、储能系统总体功率指令制定混合储能系统的运行控制策略。最后结合风电场实际运行数据，仿真验证了所提方法可以实现功率分配、保证储能各元件正常运行，同时有效降低了风电输出功率的波动。

区分工作日和非工作日负荷的用户侧储能多目标优化策略

孙伟伟, 寇潇文, 周光, 李满礼

2022, 55(6):  194-201.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202108060

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在两部制电价下，为了更高效地利用储能提升用户的综合效益，通过构建需量管理、储能收益、负荷波动幅度增加率及SOC过程控制模型，提出了区分工作日和非工作日负荷的用户侧储能多目标优化策略，可有效实现降低用户月度用电成本、降低负荷波动幅度增加率及减少储能充放电及待机状态转换次数的多目标优化，并利用Matlab调用Cplex求解器对某大工业用户进行算例优化，验证了策略的可行性。

发电

燃煤火电厂年度燃料成本最小化决策模型及应用

刘习文, 彭卓寅, 胡新强, 叶泽, 何会学, 蔡睿, 魏文博

2022, 55(6):  202-207.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202012042

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燃料成本占火力发电厂生产成本的60%~70%，燃料成本管理直接影响电厂经济效益。目前，中国燃煤火电厂十分重视燃料成本的全过程管理。综合考虑燃料采购成本、库存成本、损耗成本之间的相互关系，建立了电厂年度燃料成本最小化决策模型。以某电厂2019年实际生产经营数据进行计算与决策。结果表明：利用模型决策采购时间点及采购量降低了年度燃料总成本约1.18%、年度燃料采购成本约1.14%、年度燃料库存和损耗成本约1.43%，为燃煤电厂燃料成本的科学管理提供了新方法。

节能与环保

超低排放机组双塔双循环脱硫系统能耗物耗特性分析

杜振, 张成, 朱跃

2022, 55(6):  208-214.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202107057

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为系统分析双塔双循环脱硫系统能耗物耗特性，通过对53台双塔双循环脱硫系统电耗、水耗和石灰石耗量情况进行测试，研究入口SO₂浓度、液气比、pH值以及Ca/S比对单位质量SO₂脱除能耗物耗特性的影响。结果表明，双塔双循环脱硫系统SO₂脱除成本中脱除能耗成本占整体脱除成本的55%~80%，而脱除能耗中循环浆液泵电耗占总能耗的50%~70%，一二级吸收塔的SO₂单位脱除能耗均随入口SO₂浓度的增高而降低，二级吸收塔的SO₂单位脱除能耗远大于一级吸收塔，一二级吸收塔内SO₂单位脱除能耗均随pH 值的升高而先降后增。因此，为降低双塔双循环脱硫系统单位质量SO₂脱除能耗物耗水平，一级吸收塔入口SO₂质量浓度应控制在4 000~6 000 mg/m³，浆液pH值应控制在5.2左右；二级吸收塔入口SO₂质量浓度应控制在1200 mg/m³，浆液pH值应控制在6.0左右。