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2022年 第55卷 第9期    刊出日期：2022-09-28

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2022, 55(9):  0-0. 

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面向“双高”电力系统的电、热、氢储能应用与协同

考虑多种储能的数据中心综合能源系统配置优化

孙强, 孙志凰, 潘杭萍, 陈杰军, 朱婵霞, 陈倩, 周佳伟

2022, 55(9):  1-7.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202206048

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数据中心是中国数字化发展的关键基础设施，如何通过配置多种储能设施以降低数据中心综合用能成本亟须研究。对数据中心采用的储能技术路径进行了效益分析，考虑了数据中心综合能源系统配置优化及能源系统运行策略。以北京某数据中心为例，进行算例分析，结果表明数据中心优化配置应急与调峰储能及系统运行策略对数据中心提高能源供应可靠性、降低运行成本具有积极作用。

计及分时电价的5 G基站光储系统容量优化配置方法

韩子颜, 王守相, 赵倩宇, 郑志杰

2022, 55(9):  8-15.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202109063

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随着第5代移动通信技术（5G通信）的迅速发展，5G基站数量不断增加，5G通信耗电量大、用电成本高的问题日益突出。为此，提出了考虑光伏和储能接入的5G基站光储系统优化配置方法，以提高5G基站运行的经济性。首先，考虑5G基站负荷情况和配电网分时电价，建立了5G基站光储系统的经济调度模型；然后，通过量子粒子群优化算法计算典型日内5G基站光储系统的最小综合成本，以此确定光伏和储能的最优接入容量；最后，通过算例证明合理配置光伏和储能容量可以提高5G基站系统的经济性。光伏和储能容量的配置受储能成本和峰谷电价差的影响较大，且光储系统所能带来的经济效益随峰谷电价差的增大和储能成本的降低而增大。

基于改进人工蜂群算法的区域电网储能系统能量管理优化策略

王子琪, 张慧媛, 许军, 程杰慧

2022, 55(9):  16-22,55.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202101055

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为提高新能源消纳水平及系统运行效率，需对储能系统充放电功率进行优化，以平抑功率波动，降低网络损耗，提高经济效益。基于源荷状态判断储能各时段充放电状态，以区域日网损降低收益、日高储低放套利收益及日环境效益最大为目标，综合考虑储能自身约束及网架潮流状态约束等条件，建立了区域电网储能能量管理优化模型。求解过程中提出了一种改进人工蜂群算法（improved artificial bee colony，IABC），并针对吐鲁番区域网架结构及运行特点进行了建模仿真。结果表明，对储能进行能量管理优化可提升整体经济效益，且改进人工蜂群算法具有很好的全局搜索能力及收敛性。

基于运行优化的含储能电力系统可靠性评估方法

张黎明, 李浩, 吴亚雄, 高崇, 张俊潇, 刘涌

2022, 55(9):  23-28.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202202047

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针对传统可靠性评估方法容易导致停电损失的问题，提出基于运行优化的含储能的电力系统可靠性评估方法。首先，根据分布式电源出力建立概率模型，并在峰谷电价机制下，建立受利益驱动影响的储能概率模型；然后，根据故障类型细化故障隔离范围，对非故障隔离区域进行孤岛划分和功率匹配，减少停电损失；最后，提出了基于序贯蒙特卡罗的可靠性评估方法，通过仿真验证了该方法的有效性。

碳中和背景下农业农村综合能源系统

考虑热泵负荷和分布式光伏的配微网协调调度

李世辉, 王琪, 贾晓卜, 吴文传, 梁华洋, 朱琳

2022, 55(9):  29-37.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202207028

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随着农村清洁供热改造以及城镇分布式光伏建设的不断推进，配电网中出现了大量农村微电网。分布式光伏的强随机性和波动性给电网的运行调控带来了诸多挑战，电网面临剧烈的潮流波动和严重的电压越限等问题。首先，构建了计及热泵、光伏和储能的配微网分解协调模型，其中热泵用等效状态空间模型描述；然后，提出一种配微网有功无功协调优化方法，并采用改进的Benders分解算法进行求解；最后，在D141-M4算例系统上进行了算例测试。测试结果表明，所提方法可以在保证用户舒适度的前提下，有效降低电网峰值负荷，并提升电压安全水平。

基于集成学习的分布式光伏发电功率日前预测

刘昳娟, 陈云龙, 刘继彦, 张雪梅, 吴潇雨, 孔维政

2022, 55(9):  38-45.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202204083

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对于光伏发电功率精准的日前预测有助于电网设计未来调度计划，降低新能源发电对电网的冲击，提高消纳率。提出一种Boosting集成学习框架下的光伏发电功率日前预测方法。首先，根据光伏出力主要受天气影响的特点，通过皮尔逊系数获得相关性强的气象因素，利用k-means++对与光伏发电功率相关性极强的总水平辐照度进行聚类以获得相似日数据集；然后，将极限学习机（extreme learning machine，ELM）引入Boosting框架，构建光伏出力日前预测模型（B-ELMs）；最后，利用真实光伏电站运行数据验证模型有效性，该模型在试验过程中展现出良好的适应性，最高决策系数（R²）达0.9819。实验结果表明，由于集成学习框架的存在，B-ELMs能对复杂天气下的规律性弱、波动性强的光伏出力曲线提供较为精确的预测结果；同时，相较于深度学习网络，B-ELMs的收敛速度更快，在维持较快训练速度的同时保障更为精确的预测结果。

乡村配电网供能范围与负荷调控技术协同优化方法

黄子硕, 刘营芳, 张新鹤, 何桂雄, 熊俊杰

2022, 55(9):  46-55.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202204014

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乡村用户较为分散、用电负荷密度低，其配电网设备利用率远低于城镇。各用户负荷曲线的波动特征不同，不同用户组合后总负荷曲线的平准化程度不同，对配电网的供能范围进行优化具有提升线路和设备利用率的潜力。同时，各类需求侧负荷调控技术的应用也可调整用户的负荷曲线，减小各用户的供电峰谷差。为实现乡村配电网规划和需求侧负荷调控方案协同优化，在对农村配电网构建成本、用户需求侧负荷调控成本进行数学描述的基础上，构建了用户聚合和各用户需求侧负荷调控协同优化模型，对各用户需求调控和配网线路供能范围进行综合优化。案例研究表明，对配电网供能范围和用户需求侧负荷调控措施进行协同优化，可以明显提升农网线路及附属设备的平均利用率，减少农村电网建设成本。

电力市场

考虑灵活性收益的需求侧资源可行域聚合方法

周海浪, 刘一畔, 陈雨果, 王子石, 瞿圣朋, 何凯, 包诗媛

2022, 55(9):  56-63,155.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202110056

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为实现需求侧灵活性资源的高效协同调控，一般将其以聚合体的形式参与电力市场。灵活性资源聚合问题的数学本质是求取若干资源运行可行域的闵科沃夫斯基和，该问题的计算负担随聚合对象的维度和数量增加呈指数增长趋势。考虑灵活性在不同时段的收益差异，利用奇诺多面体表征参数的特殊性质实现可行域快速聚合。首先，建立灵活性资源可行域在奇诺多面体表征形式下的近似模型，相较现有模型保留爬坡特性对可行域边界特征的影响；然后，引入随机搜索方法，提升可行域近似模型的求解效率；最后，考虑灵活性资源出力在不同时段的收益差异，提出可行域近似模型的优化目标权重修正策略。基于真实电价数据及储能模型验证了所提方法的有效性。

基于二级聚集式的端对端电力交易控制策略

陈培育, 崇志强, 李树青, 郗晓光, 李振斌, 王慧媛

2022, 55(9):  64-69.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202103029

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为更好地实现端对端电力交易，提出了二级聚集式控制策略。该策略只需一个数据监测点和从监测点到产消者的单向通信就能够实现端对端电力交易。其中，第一级控制采用带约束的非线性优化，以最小化社区微电网电费为目标，第二级控制采用基于规则的实时控制策略。通过仿真算例验证了控制策略的有效性，并对比分析了在社区微电网中采用集中式和分布式蓄电池对电能损耗及电费的影响。

电网

基于可变合闸角的变压器励磁涌流抑制方法

李海涛, 刘北阳, 滕文涛, 李宽, 刘东超, 须雷

2022, 55(9):  70-78.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202201098

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变压器空载合闸励磁涌流可能引发电网安全问题，采用固定峰值选相合闸抑制励磁涌流的技术尚有提升空间。提出一种基于可变合闸角的励磁涌流抑制方法及控制策略，采用主变压器高压侧或低压侧的电压互感器测算剩磁，并根据剩磁情况调整目标合闸角，阐明了影响剩磁的关键因素及目标合闸角优选原则。试制了装置样机并通过动模仿真及开关带电试验验证了该方法的有效性，为工程实用化提供参考。

光伏变电站用氧化锌避雷器多物理场耦合分析

张天翊, 梁志坚, 朱瑞

2022, 55(9):  79-87.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202205080

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针对传统有限元法在多物理场耦合计算过程中存在计算量大、精度过于依赖网格划分的缺陷，以某光伏变电站用220 kV氧化锌避雷器为例，提出一种将有限元法与无网格法结合的温升计算方法。首先，建立了避雷器三维流体场有限元模型，得到流体分布；其次，将对流换热系数作为温度场计算的边界条件，分别采用有限元和无网格法计算额定运行下避雷器温升和避雷器老化故障情况下的温升；最后，与基于传统有限元法耦合计算及实验结果进行对比，在验证了所提方法准确性的同时，还发现其求解速度远高于传统有限元法。

适用于PET的负载电流前馈控制策略

李帅虎, 王婷婷, 刘制, 彭寒梅, 唐坤

2022, 55(9):  88-97.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202103009

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电力电子变压器（power electronic transformer, PET）由级联H桥（cascaded H-bridge，CHB）和双有源桥（dual active bridge，DAB）变换器级联组成，当发生负载突变时，PET的高、低压直流母线电压存在较大波动，无法迅速达到平衡。为了解决此问题，提出一种适用于级联系统的负载电流前馈控制策略。该策略由DAB级和CHB级的负载电流前馈2部分组成。前者是通过低压侧负载电流计算得到DAB级的补偿移相角，后者则考虑级联系统的输入输出功率守恒，将负载电流直接前馈到CHB级。同时，考虑到CHB级电流内环的延迟，CHB整流级采用一阶微分与功率均衡相结合的电流前馈控制策略。所提控制策略只需要采样低压直流母线负载电流，极大程度地节约了系统成本，且操作简单，易于实现。仿真和Starsim实验验证了所提控制方法的正确性和有效性。

一种复合终端逆阻IGBT数值仿真分析

崔磊, 杨通, 张如亮, 马丽, 李旖晨

2022, 55(9):  98-104.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202011058

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绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）本身不具有反向阻断能力，因此在电路中通常与二极管组合使用。为降低使用成本，减小寄生电感，续流二极管与IGBT通过工艺集成在同一芯片上，由此提出了具有反向阻断能力的逆阻型IGBT。针对常规逆阻IGBT终端面积大的问题，提出了一种改进型复合终端结构，采用双掺杂场限环，在P型场限环旁边引入N型轻掺杂区。改进结构减小了耗尽区横向扩展速率，增强器件可靠性，节省终端面积占用并提高了终端效率。

基于混合神经网络的电力调度文本事件抽取方法

刘赫, 皮俊波, 宋鹏程, 赵翰林, 张越, 刘显壮

2022, 55(9):  105-110,120.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202111096

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为了提升电力调度文本在业务场景的应用效果，提出基于混合神经网络的电力调度文本事件抽取方法。以电力调度文本故障处置预案为研究对象，建立以预案触发词为中心的事件抽取模型。通过仿真案例验证了所提方法具有较好的事件抽取效果，能够提升实体和实体关系识别的准确率。

用于大规模机电-电磁暂态仿真模型自动转化的分层布局方法

何海林, 史华勃, 王顺亮, 马俊鹏, 刘天琪

2022, 55(9):  111-120.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202206071

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厂站节点和网络拓扑的自动布局是实现机电-电磁暂态仿真模型自动转化的重要环节，对提高大规模电力系统的建模效率和准确性具有重要意义。现有布局方法多局限于交叉点数和布局均匀性等方面的研究，未考虑厂站节点间的实际相对位置，导致每次布局结果极不稳定。提出一种基于弹簧电子力模型用于大规模机电-电磁暂态仿真模型自动转化的分层布局方法。该方法充分考虑节点间的实际相对位置，对不同电压等级的厂站节点逐层布局，解决了传统方法每次布局结果差异较大的问题，不仅可以用于绘制机电暂态地理接线图，还可以提供电磁暂态仿真模型的节点坐标信息。对美国西部电网3机9节点、新英格兰10机39节点，以及某地区输电网络系统进行算例测试与分析，验证了所提方法的有效性。

基于改进鸽群算法的台区三相负荷不平衡相序调整方法

胡明月, 张慧芬, 苗淑平, 杨帆, 曲振明

2022, 55(9):  121-128.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202010074

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针对低压配电台区三相负荷不平衡现象，研究了一种基于换相开关的负荷相序调整方法。运用负荷不平衡换相控制策略，建立以配电变压器低压侧三相电流不平衡度最小为目标的优化换相数学模型；引入自适应参数和柯西扰动对原始鸽群算法（pigeon-inspired optimization，PIO）进行改进，用改进鸽群算法求解最优换相方案。Matlab仿真验证了改进鸽群优化算法的优越性及其求解优化换相方案的有效性，可以显著降低台区三相负荷的不平衡程度。

考虑储能-智能软开关的主动配电网混合时间尺度鲁棒优化

茹秋实, 米雪峰, 宋志刚, 刘金涛, 雷霞

2022, 55(9):  129-139.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202203085

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随着配电网中光伏(photovoltaic, PV)发电渗透率增大，由于源/荷分布不均衡引起的馈线功率急剧波动、电压越限问题时有发生。提出一种考虑储能-智能软开关(soft open point, SOP)、光伏逆变器及无功电压控制 (var/voltage control, VVC)设备的主动配电网混合时间尺度鲁棒优化方法，以提高配网运行的经济性和稳定性。首先，通过在配电网线路末端间引入储能元件与SOP相结合(E-SOP)的柔性互联装置，建立计及多种调压设备的配电网日前-日内鲁棒优化模型；其次，建立基于鲁棒条件下的时序电压灵敏度逆变器下垂控制模型，以应对PV发电随机性强所带来的风险，达到维持系统电压稳定性、平衡配电网源/荷分布的目的；最后，以改进的IEEE 33节点系统为例进行仿真算例分析，验证了所提方法的有效性。

基于综合能源计量数据的区域用能特性分析

王新刚, 赵舫, 朱文君

2022, 55(9):  140-145.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202105059

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用户耗能的时空分布特性对于电网规划具有重要的参考价值，是电网建设的重要依据。电力运营商通过新型计量设备分析居民的用电行为，从而促进电网高效运营。针对区域用户画像问题，提出基于综合能源计量数据的区域用能特性分析方法。利用“多表合一”用能采集系统，引入用户的燃气消耗数据，基于层次聚类与自组织映射（self organized maps，SOM）聚类方法刻画用能特征分布，通过仿真实验说明所提方法在用能特性分析问题上具有实用价值，有利于挖掘高耗能区域，能帮助电力运营商制定规划方案。

大停电事故后计及信息系统故障的机组启动次序优化策略

李明明, 孙磊, 马英浩

2022, 55(9):  146-155.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202205013

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大停电事故后合理的机组启动次序方案有助于提高电力系统的发电量，进而加快电力系统恢复速度。由于电力系统调度控制高度依赖信息系统，在电力系统恢复过程中信息系统的故障会影响机组的启动次序。在此背景下，建立了考虑信息系统故障的机组启动次序优化模型。首先，介绍基于拒绝服务（DoS）攻击的信息系统故障，并分析机组恢复过程中信息系统故障对机组恢复特性的影响；然后，运用场景分析法处理信息系统故障时刻的不确定性，以最大化系统总发电量的期望为目标函数，考虑机组启动时间约束、与信息系统故障相关的辅助变量约束和机组启动功率约束，构建了机组启动次序优化模型，并采用线性化方法将所提出的模型转化为混合整数线性规划模型，采用商业求解器高效求解；最后，采用IEEE 39节点系统验证了所提出模型的有效性。

新能源

集群光伏电站频率主动支撑自校正控制方法

刘刚, 陈海东, 孙睿哲, 彭佩佩

2022, 55(9):  156-162.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202112014

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现有光伏电站通过检测频率变化，采用下垂控制调节出力抑制源侧随机无规则出力波动，调频过程存在时间滞后性。基于自校正控制，提出一种可平滑光伏秒级出力波动的光伏电站频率主动支撑控制策略，根据受扰光伏电站光照波动情况，通过前馈补偿主动校正自身有功参考值，重新自适应分配各光伏电站有功给定值，实现在频率明显变化前主动补偿受扰电站的出力波动。基于Matlab/Simulink搭建仿真算例，仿真结果表明：相较下垂控制，自校正控制在扰动下可将频率最低点提高约0.04 Hz，并使得平均频率变化率降低约26.06%，有效提升了系统频率性能。

静止无功发生器对双馈风电场高频振荡的影响

吴林林, 程浩, 刘京波, 杜东冶, 龚超, 郭春义

2022, 55(9):  163-173,182.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202203109

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双馈风电场中静止无功发生器(static var generator, SVG)的接入易引发系统产生高频振荡现象，威胁风电场的安全稳定运行。针对这一问题，首先建立了包含双馈风电机群、集电线路和SVG的高频阻抗模型，同时，在PSCAD/EMTDC中搭建了包含4条风电机群链路、集电线路与SVG的双馈风电场仿真模型，通过阻抗扫描与理论阻抗对比，验证了所建立的双馈风电场高频阻抗模型的准确性；然后，分析了双馈风电场的高频振荡现象，探究了SVG系统参数对双馈风电场高频振荡特性的影响，研究结果表明：SVG延时、内环控制参数与滤波电感是影响SVG高频振荡特性的关键因素；最后，通过仿真验证了理论分析的正确性。

静止无功发生器谐波模型及其对谐振影响分析

刘可, 王轩, 王杨, 王昕, 杨放南, 李剑武, 刘冬平, 郭财, 张启晟, 陈海盟

2022, 55(9):  174-182.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202203061

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静止无功发生器（static var generator，SVG）因响应速度快和调节范围广等优点被广泛应用于光伏场站，从而满足系统动态无功补偿等需求。然而现有研究缺乏SVG与光伏场站及电网谐波交互作用的分析，往往忽略其对光伏场站谐波谐振问题的影响。针对这一问题，基于多频谐波响应建立一种新型谐波耦合阻抗形式的SVG模型，该模型能够充分揭示系统中的频率耦合效应，可用于定量分析SVG对光伏场站谐波谐振的影响。最后，通过对实际光伏场站的时域仿真，验证所提谐波阻抗模型的正确性及频率耦合在谐波谐振分析中的重要性。

基于双侧电压反馈控制策略的并网光伏系统电压稳定性研究

薛飞, 李旭涛, 李宏强, 田蓓

2022, 55(9):  183-191,203.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202202014

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针对低电压穿越下并网光伏直流系统不稳定的问题，提出一种改进的双侧电压控制策略。前级变流电路引入电压反馈控制，形成电压反馈与最大功率跟踪（maximum power point tracking，MPPT）的混合控制，结合并网逆变器的电压反馈环路，在电压穿越时，对并网光伏直流系统进行综合控制，同时，为了实现前级电路电压控制和功率控制的自动均衡，基于母线电压实时值设计电压反馈环路和MPPT环路的自适应权重系数。为了证明改进策略在低电压穿越时对直流系统的稳定作用，基于RT-LAB平台搭建并网光伏系统的半实物测试环境，测试结果表明：相比于传统控制策略，在不采用Chopper电阻的情况下，双侧电压反馈控制策略能够在低电压穿越时将直流电压变化量从136 V降低到60.5 V，同时还能将并网冲击功率从3 955 W降低到2 264 W，不仅降低了变流电路的电流应力，还提升了光伏系统在低电压穿越时的稳定工作能力。

基于改进型PEM和L指标的含风电场电力系统静态电压稳定评估

吴亚宁, 罗毅, 雷成, 黄豫, 梁宇, 周生存, 聂金峰

2022, 55(9):  192-203.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202203001

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快速、准确地评估系统电压稳定性对于大规模风电并网后电力系统安全运行具有重要意义。为此，提出一种基于改进型点估计法(point estimate method，PEM)和局部电压稳定指标(L指标)的含风电场电力系统静态电压稳定评估方法。首先，提出一种改进型PEM计算L指标各阶矩和半不变量，并结合Cornish-Fisher级数展开获得其概率分布，相比于传统2n+1法，在无须涉及更高阶矩等复杂计算下可提升L指标分布的拟合精度；然后，利用风险偏好型效用函数定义计算各节点电压失稳风险度，完成含风电场电力系统静态电压稳定评估，识别系统电压稳定薄弱节点；最后，基于该风险度引入风电并网电压稳定因子，并由此分析风电对系统静态电压稳定的影响。采用改进的IEEE-14和39节点系统算例验证了所提方法的可行性和有效性。

发电

基于热能深度梯级利用的耦合供热变工况研究

乔加飞, 梁占伟, 张磊, 王顺森

2022, 55(9):  204-212.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202206003

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为了实现燃煤机组节能减碳，提出了基于热能深度梯级利用的热电联产机组耦合供热系统，建立了基于热分析法的热电联产机组供电和供热能耗评价模型，基于热力系统集成优化软件（thermal power integration scheme, TPIS）仿真计算了热电联产机组耦合供热系统的能耗，研究了耦合供热系统的变工况运行能耗，结果表明：不同耦合供热方式变工况运行可实现供水温度范围为44~90℃，热指数随着机组负荷升降呈现不同的变化趋势，不同耦合供热方式的机组热效率均随着600 MW亚临界湿冷机组的负荷增加而降低，均随着660 MW超临界空冷机组的负荷增加而增加，机组热效率为63%~80%。研究成果可为热电联产机组变工况运行优化和节能减碳提供技术支撑。