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2022年 第55卷 第10期    刊出日期：2022-10-28

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专稿

近期全球能源供需形势分析及中国能源电力保供策略

单葆国, 冀星沛, 许传龙, 刘之琳

2022, 55(10):  1-13.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202208076

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2021年以来，世界多个国家和地区出现了能源电力短缺的局面，中国也出现了长时间、大范围的能源电力短缺，对经济社会发展、人民生活产生较大影响，能源电力保供成为中国绿色低碳转型过程中必须要高度重视的问题。首先系统分析了全球经济社会、能源电力供需格局发展现状及历史演变趋势；其次剖析了2021年以来全球及中国能源电力短缺现象及其原因，展望了2022年能源电力供需形势；最后结合中国国情，从能源供给、消费、技术、体制及国际合作5个方面提出了中国保障能源电力安全的应对策略。

多元负荷用能感知及友好互动

电力市场环境下虚拟电厂两阶段能量经济优化调度

赵力航, 常伟光, 杨敏, 杨强, 秦刚华

2022, 55(10):  14-22.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202203042

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随着分布式可再生能源在电网中的渗透率不断增加，虚拟电厂作为一种高效管理分布式可再生能源的技术已经引起国内外学者的广泛关注。提出一种非管制电力市场环境下的虚拟电厂两阶段能量经济优化调度方法，该方法将虚拟电厂的调度分为日前和日内2个阶段。在日前阶段，基于预测信息制定次日的最优调度计划并与日前电力市场签订协议；在日内阶段，以日前计划为参考，采用模型预测控制策略调整日内的运行计划，以消除由于预测误差导致的净负荷波动，同时尽可能减少来自日内平衡市场的罚款，降低总体运行成本。所提出的模型均使用商业求解器Gurobi进行求解。仿真数值结果表明：所提出的算法通过日前计划和日内调控的手段提高了可再生能源设备的利用率，具备一定的经济性和实用性，为虚拟电厂的经济调度提供了新的思路和途径。

基于知识图谱与细胞自动机模型的配电网信息系统风险分析

梅冰笑, 周金辉, 孙翔

2022, 55(10):  23-31.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202206114

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为了刻画配电网中信息系统的风险传播过程，保障电力系统安全可靠运行，利用知识图谱与细胞自动机技术相结合的方法实现对配电网信息系统的风险分析。首先利用知识图谱方法对配电网采集的多源异构信息开展风险知识提取和融合，实现对信息系统风险的静态分析。其次，构建配电网风险分析的细胞自动机模型，设计细胞在正常状态与故障状态之间的转变机制，实现对配电网信息风险发展过程的动态分析。最后结合仿真实验，验证了所提方法能够实现对配电网信息风险跨空间传播过程的有效刻画。

考虑负荷聚合商调节潜力的需求响应双层优化模型

谭鸣骢, 王玲玲, 蒋传文, 刘航航, 巫里尔沙, 唐炯

2022, 55(10):  32-44.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202205074

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需求响应参与电力系统调节是发电侧调节的有效补充。为了充分挖掘需求侧资源调节潜力，考虑电网、配电系统运营商(distribution system operator，DSO)、负荷聚合商(load aggregator，LA)之间的互动关系及交易模式，设计了配电系统双层优化模型，明确各主体在需求响应中的作用及交易对象。上层考虑DSO内部源荷储主体及LA的协调互动，以DSO利润最大化为目标进行配电系统优化调度；下层以聚合变频空调和电动汽车的LA利润最大化为目标，基于变频空调和电动汽车实际运行特性构建其需求响应模型，充分挖掘其调节潜力并制定负荷调节策略。在模型求解方面，通过Karush-Kuhn-Tucker条件和大M法将构建的双层优化问题转化为易求解的线性规划问题。算例结果表明：所提双层优化模型可以充分挖掘LA的调节潜力，减少向主网购电量，同时提高DSO和LA的收益。

考虑需求响应和碳排放额度的微电网分层优化调度

周孟然, 王旭, 邵帅, 胡锋, 朱梓伟, 张易平

2022, 55(10):  45-53.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202206067

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针对目前并网型微电网实现资源协同优化，提高微电网运行的经济性与环保水平，建立了考虑需求响应和碳排放额度的微电网分层优化调度模型。在微电网负荷侧考虑分时电价和新能源消纳来优化负荷曲线，并采用多重指标对优化方案进行评价，在微电网发电侧考虑碳排放限额，对微电网内部分布式电源进行优化调度以实现微电网综合运行成本最低的目标。采用混沌粒子群算法（chaos particle swarm optimi-zation, CPSO）求解该优化问题，通过算例仿真分析了柔性负荷占比0%、10%、20%和不同碳排放量额度约束下的优化结果，验证了模型与算法的有效性。

电网

基于供区的输电网接线图厂站网格布局算法

蒋正威, 阙凌燕, 沙树名, 刘风剑, 刘向阳

2022, 55(10):  54-61.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202010024

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输电网接线图是电网调度运行支撑的重要工具，其自动生成是一个复杂的多目标优化问题，其中厂站的自动布局难度与厂站数和线路数相关。给出了厂站网格均匀图布局的数学模型并提出了针对供区划分的力导向网格布局改进算法。针对供区划分，设计了供区的布局区域划分和厂站的全局优化方法；针对任意画布下的厂站网格均匀布局，引入了厂站权重系数，重新定义了力导向算法的排斥力和吸引力计算公式，并且采用两向模拟退火算法控制布局均匀。实验结果显示，该算法得到的网格布局具有划分合理、厂站布局均匀、线路交叉点较少等优点。

谐振接地系统两点同相接地故障暂态特征及选线

刘映彤, 黄纯, 袁静泊, 闫森

2022, 55(10):  62-70.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202204040

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针对配电网两点同相接地故障选线准确率低的问题，依据零序电流和零序电压的暂态特性，提出一种适用于谐振接地系统两点同相接地故障的选线新方法。首先，建立并简化两点接地故障等效零序网络，推导各线路零序电流暂态量和母线零序电压暂态量的关系式，分析得到两点同相故障的暂态特征。其次，通过函数拟合得到各线路的零序对地分布电容和故障过渡电阻，利用故障线路过渡电阻远小于健全线路的特征，并结合线路始端零序电流暂态量与纯容性电流暂态量的差值大小，形成选线判据。最后，分别对不同工况下的两点同相接地故障进行了仿真，结果表明所提方法可准确同时选出2条故障线路，且适用于高阻故障。

基于VMD-CNN-BIGRU的电力系统短期负荷预测

杨胡萍, 余阳, 汪超, 李向军, 胡奕涛, 饶楚楚

2022, 55(10):  71-76.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202206097

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为提高负荷预测精度，考虑了历史负荷本身内在规律及外部影响因素，提出一种基于变分模态分解（variational modal decomposition，VMD） –卷积神经网络（convolutional neural networks，CNN） –双向门控循环单元（bi-directional gated recurrent unit，BIGRU）混合网络的短期负荷预测方法，改善了训练时长和预测效果。通过仿真分析验证了所提方法的有效性，且该方法与其他模型相比有更高的负荷预测精度和更强的鲁棒性，能够提高电力系统短期负荷预测的精确度。

基于锁相环的并网VSC暂态失稳机理与控制方法

陈征, 胡鹏飞, 戴立宇, 周朝晖, 于彦雪, 修晓青

2022, 55(10):  77-86.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202206069

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针对基于锁相环（phase locked loop, PLL）的电压源变流器（voltage source converter, VSC）面临的暂态失稳问题，考虑功率环的影响，对跟网控制型VSC的暂态失稳机理与控制方法进行了全面研究。首先，通过对PLL和功率环进行建模，推导VSC的暂态失稳边界；其次，以电网电压跌落为例，揭示同时考虑功率环和PLL影响时VSC并网系统的暂态失稳机理；然后，提出一种基于d轴重定向的自适应无功控制方法，该方法同时改善VSC功率外环和PLL同步环的暂态稳定运行边界，有效提高基于PLL的VSC并网系统的暂态稳定性；最后，通过硬件在环实验对所提出的暂态失稳机理和控制方法进行实验验证。研究结果表明，功率外环存在时VSC失稳的本质原因是功率环失稳，而非PLL同步失稳。

压接型IGBT功率模块加速老化试验方法

李标俊, 褚海洋, 庄志发, 文军

2022, 55(10):  87-91.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202108087

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针对目前对压接型绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor ，IGBT）可靠性评估测试工作的不足，从器件应用角度提出了可用于柔直功率模块的老化循环试验方法。结合不同试验工况下的理想试验波形及热阻模型得到了适用于不同试验的结温波动公式。通过实验验测得到了压接型IGBT在老化试验下的结温波动波形，对所提方法进行了验证。

基于CVT的特高压换流站复杂电磁环境下操作过电压测量

王容, 史嘉昭, 郭璨, 申巍, 马西奎

2022, 55(10):  92-99.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202205059

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特高压换流站内设备开关操作时很容易产生操作过电压，但由于电压等级高、换流站内存在强电磁干扰等因素目前仍缺少对这些过电压进行测量的有效手段。为此对电容式电压互感器（CVT）改装，进行操作过电压测量研究，通过建立CVT串联分压模型以及仿真电磁单元对过电压测量的影响，论证改装测量过电压的可行性。通过优化传感器内部结构，降低杂散参数，以提高传感器抗干扰能力。通过对测量系统外屏蔽、信号电缆匹配、屏蔽和接地等措施的优化，实现换流站强电磁干扰下过电压信号的有效采集。在±800 kV陕北换流站进行现场测试，有效采集了投切空载线路和低压电抗器时的操作过电压。搭建了一种特高压换流站操作过电压测量系统并通过现场测试验证了设计方案的有效性和安全性。

考虑能量-辅助服务下的园区综合能源系统多时间尺度优化模型

谭俊丰, 杨苹, 张凡, 马溪原, 姚森敬

2022, 55(10):  100-111.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202203044

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在“双碳”目标下，构建以新能源为主体的新型电力系统必将推动用户侧参与能量的实时平衡调控。在具有冷、热、电、气多能运行的综合能源系统中，通过结合多种可调资源的辅助调节，协调内部运行策略以支撑和响应电力系统的实时平衡，可促进园区的经济用能及地区新能源消纳。为此，以综合能源系统为视角，提出考虑能量-辅助服务市场环境下的多时间尺度优化模型，通过向电网提供调峰调频等辅助服务以优化园区的用能成本，通过等价线性化的方法求解非线性规划问题。仿真算例分析表明：在所提优化模型下，园区以多能协调互补实现经济用能的同时，通过参与调峰、调频辅助服务有效促进地区新能源消纳及实时平衡。

新能源

基于加窗FFT的风电场自适应振荡抑制策略

苗硕, 李奇南, 查鲲鹏, 李兰芳, 曹建春, 张帆

2022, 55(10):  112-123.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202202028

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大规模风电送出系统会出现振荡现象，现有抑制策略在振荡频率变化时难以快速、有效地抑制振荡。针对该问题，以直驱风场送出系统为研究对象，提出一种基于加窗快速傅立叶变换(FFT)和附加准比例谐振控制器相结合的振荡自适应抑制方法。首先，基于谐波线性化方法建立直驱风机(permanent magnet synchronous generator, PMSG)阻抗模型，分析PMSG发生振荡的机理以及采用附加准比例谐振控制器抑制振荡的有效性；然后，设计一种基于加窗FFT的振荡频率快速检测和提取方法，并给出相关参数的设计原则。最后，通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真对比基于加窗FFT和传统FFT的控制器对振荡的抑制效果。结果表明：基于加窗FFT的控制器对振荡的抑制速度和效果具有显著优势，验证了所提振荡抑制策略的有效性。

计及灵活资源调节潜力的高压配电网新能源接纳能力评估

王利利, 王皓, 任洲洋, 孙义豪

2022, 55(10):  124-131.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202010035

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风电、光伏并网装机容量的快速增长给电网的安全运行带来了巨大挑战，挖掘电网灵活性资源是保证新能源健康发展的有效途径。为此，提出了一种计及灵活资源调节潜力的高压配电网新能源接纳能力评估方法。首先，基于模糊C均值聚类算法生成风电、光伏和负荷典型场景集；然后，计及配电网水电和网架的灵活性，综合考虑系统的正常运行状态和N–1预想故障状态，以配电网新能源接纳能力最大为目标函数建立新能源规划模型；最后，选取某地区110 kV高压配电网进行算例分析，验证了所提模型及方法的有效性。

混合微网含储能系统互联接口变换器的双阈值窗控制策略

岳怀瑜, 刘莎莎, 吴启亮

2022, 55(10):  132-141.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202110096

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互联接口变换器作为混合微电网的关键装置，关系到微网运行的效率和可靠性。以互联接口变换器的归一化下垂控制及开启和关断条件为基础，融合基于荷电率的储能单元控制，组成开启阈值窗和关断阈值窗相结合的含储能系统的两级式互联接口变换器的双阈值窗控制策略，实现对互联接口变换器和储能系统的二次开启和关闭。仿真结果表明，变换器实现了双向功率控制，避免了互联接口变换器在整流和逆变间的反复切换，解决了单阈值控制策略切断较大功率流而导致的反复开断问题。储能系统内部各单元根据荷电率分配出力，进一步拓宽互联接口变换器的功率可调范围。

“双碳”背景下热电机组-储热联合运行消纳弃风策略

曹钰, 房磊

2022, 55(10):  142-149.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202203113

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在“双碳”目标背景下，针对目前“三北”地区在冬季供暖期存在的大量弃风问题，提出了一种热电机组-储热联合运行消纳弃风策略。在分析热电机组电热运行特性的基础上，深入研究了“三北”地区在冬季供暖期的弃风机理，分析了配置储热对热电机组调峰容量的影响，讨论了热电机组-储热联合系统运行机制，并基于此制定了热电机组-储热联合运行消纳弃风策略。建立了包含热电机组、储热系统、火电机组、风电机组的电热综合调度模型。与传统模型相比，所提模型兼顾了系统热、电双重能源平衡，求解过程以系统总煤耗量最低为目标函数。计算结果表明，热电机组配置储热可有效解耦其“以热定电”运行约束，增加系统调峰容量，降低弃风量。

技术经济

基于工业电力数据的区域制造业空间集聚模型

黄夏楠, 沈豫, 刘林, 胡臻达, 顾玖, 王玲玲, 蒋传文

2022, 55(10):  150-160.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202201087

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电力数据具有实时性和准确性的优点，越来越多的电网企业开展电力消费数据的应用服务，助力区域产业发展。基于此，提出将工业电力数据应用于区域产业空间集聚研究，综合采用区位商、空间基尼系数，分析单一产业的集聚程度；进一步，采用投入产出模型确定区域产业链的关联关系，再利用共同集聚指数计算产业链的集聚效应。最后采用福建省制造业电力消费数据，对福建省产业空间集聚开展实证分析，并以经济数据对结果进行校验，结果表明：电力数据具有动态监测产业集群空间集聚活动的能力，可为区域产业布局提供数据支撑。

基于㶲经济学的综合能源系统动态冷热电成本

连进步, 张泠, 高效, 李成仁, 罗勇强, 刘忠兵

2022, 55(10):  161-169.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202102008

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多能流耦合的综合能源系统(IES)成本分摊是综合能源服务研究的一个关键技术问题。现有IES产品成本计算未虑能量品位的影响，并且对含储能的IES成本变化缺乏深入研究。以热力学第二定律为基础，建立IES动态㶲经济学模型，并以某园区综合能源系统为例，研究动态负荷以及储能工况对系统冷热电成本的影响。结果表明：储热装置能够有效降低单位冷热电成本；相较无储热工况，在储热工况下系统单位冷、热、电成本分别降低6%、24%、1.2%；此外，储热工况下的IES冷热电平均成本与电负荷成正相关，与冷热负荷呈负相关。动态㶲经济学模型能够高效地分析含储热的IES在优化周期内的逐时冷热电成本，为冷热电实时定价提供依据，合理利用储能装置能够降低冷热电产品的成本，有助于内燃机消纳，提高系统运行的稳定性和经济性。

需求响应参与电力平衡的成本效益评估方法

代贤忠, 韩新阳, 靳晓凌

2022, 55(10):  170-177.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202102018

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电力供需平衡是电力规划考虑的关键问题之一。“十四五”期间，中国能源消费仍将刚性增长，能源保供压力持续存在。取暖降温、电动汽车等用电负荷的增加导致电网尖峰负荷更加突出，给电力平衡带来新的挑战。需求响应参与电力平衡是解决电力平衡问题的一种新思路，能够提高电力规划投资效益。通过介绍需求响应参与电力平衡的基本方法，提出了需求响应参与电力平衡的成本效益评估方法，结合案例验证了方法的可行性和有效性。结果表明：需求响应参与电力平衡的经济性与需求响应补贴标准和需求响应比例有关，经济性随补贴标准提高而下降，随需求响应比例的增加先增加后下降，降为零时的需求响应比例为参与电力平衡的最佳比例。

考虑负荷调节的分布式市场交易模式

韩国栋, 吉培荣, 王飞

2022, 55(10):  178-184.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202111079

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考虑分布式的市场交易模式，提出了一种考虑光储协调和用户负荷调整的双层优化模型。基于配网公司、光储投资商之间的传递关系，提出了分布式交易的市场框架。建立了市场交易模型及求解算法，并基于IEEE 33节点配网系统的仿真算例验证了所提方法的可行性。

独立储能电站参与电力现货市场机制及试运行分析

关立, 周蕾, 刘航航, 周新生, 陶玮, 赵梓州

2022, 55(10):  185-190.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202206137

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随着风光新能源装机容量迅速增长，加快健全储能设施参与电力现货市场交易机制有利于促进新能源消纳。为提高系统调节能力，以山东省独立电储能参与现货市场交易机制为研究对象，提出了独立储能以自调度模式参与现货市场的运行机制。仿真运行数据表明，储能装置参与现货市场对促进新能源消纳和提升电力供应保障能力具有重要作用。

信息与通信

能源电力区块链技术标准体系研究

赵丙镇, 李达, 王栋, 郭庆雷, 俞果

2022, 55(10):  191-200.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202204113

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加强区块链标准化研究，提升国际话语权和规则制定权对于中国区块链技术自主创新具有重要意义。首先，全面梳理了国内外区块链技术及能源电力区块链技术标准化现状。其次，基于国内外能源电力区块链标准体系均处于起步阶段的现状，首次提出能源电力区块链标准体系的构建原则、研究思路和标准体系框架，规划了标准体系中的基础共性、核心技术、服务、业务应用、保障等关键组成部分。最后，深入分析标准化现状和需求，构建综合标准实施评价模型，制定了能源电力区块链技术标准化工作的实施计划和评价方法，为能源电力区块链技术的实施应用提供参考建议。

一种基于改进型THP编码的需求响应信息传输优化方法

麻吕斌, 郝一浩, 薛利, 李彬, 祁兵, 陈宋宋

2022, 55(10):  201-208.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202103092

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未来大规模需求响应（DR）的常态化实施下，无线接入作为电网末端海量终端重要、便捷的接入方式之一。为提高DR通信系统的传输性能，在DR发送端利用信道状态信息对数据流进行预处理，来提高信道增益，并联合考虑信道噪声和数据流之间的干扰，提出了改进型THP算法在DR传输中的应用。经仿真结果分析，该方法在不同业务负载条件下均具有良好的系统误码率（BER）性能，尤其在信道条件较好时表现出明显的优势，同时该算法并未引入过多计算开销。

面向5G边缘计算网络的联合需求响应与任务卸载策略

陆旭, 陈影, 许中平, 张海全, 慕春芳, 陈恺, 孙毅

2022, 55(10):  209-218.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202112071

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随着物联网通信计算需求激增，5G通信与边缘计算网络逐步成为新兴的高能耗负荷。针对5G边缘计算网络用电成本高的问题，提出了联合任务卸载与需求响应策略。所提策略基于任务卸载与基站储能单元充放电动作，在高电价时段联合优化计算、通信与储能资源分配或者牺牲部分时延性能以削减用电成本，在分时电价机制中为电网提供响应能力。针对优化目标为混合整数非线性规划问题，进一步提出结合网络场景划分的广义benders分解算法，将问题解耦为任务卸载决策主问题与充放电以及资源分配子问题，降低问题求解复杂度。仿真结果表明：相比于仅考虑任务卸载和仅考虑通信资源调度的响应策略，所提策略降低了用电成本并避免时延性能恶化。

发电

高背压双抽热电联产机组联合运行特性及负荷分配

刘学, 胡刚刚, 李健, 杨志平, 王宁玲, 戈志华

2022, 55(10):  219-228.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202203078

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大型汽轮机组采用高背压方式进行供热能够尽可能多利用排汽余热，节能效果显著，在热负荷允许的条件下，已成为越来越多火电厂供热改造的首选。针对某电厂2×330 MW高背压抽汽热电联产机组进行建模，分析其理论供热能力，结合热网供回水温度分析其调峰能力与经济性投运条件，研究了采用抽凝-抽背方式(EC-EHBP)、双抽凝方式(EC-EC)运行时的抽汽与负荷分配问题，确定了抽汽分配和电负荷分配原则，明确了不同环境温度下的背压运行方式。研究结果对电厂实际运行具有指导意义。